触媒異常診断装置
【課題】硫黄成分による誤診断を防止する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置であって、触媒温度Ｔｃを検出または推定により取得すると共に、触媒における硫黄蓄積量Ｗを推定し、推定硫黄蓄積量Ｗに基づき触媒温度のしきい値Ｔ１を決定し、取得触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔ１未満か否かによって診断を許可または禁止する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置であって、触媒温度Ｔｃを検出または推定により取得すると共に、触媒における硫黄蓄積量Ｗを推定し、推定硫黄蓄積量Ｗに基づき触媒温度のしきい値Ｔ１を決定し、取得触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔ１未満か否かによって診断を許可または禁止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は触媒異常診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ２ストレージ能）を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。
【０００３】
一方、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化ないし異常を検出することができる。一般的には、空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３６１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の活性が低下すると共に、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【０００６】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００７】
そこで本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、硫黄成分による誤診断を防止することができる触媒異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置であって、
触媒温度を検出または推定により取得すると共に、前記触媒における硫黄蓄積量を推定し、
前記推定硫黄蓄積量に基づき前記触媒温度のしきい値を決定し、
前記取得触媒温度が前記しきい値未満か否かによって診断を許可または禁止する
ことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記しきい値は、前記推定硫黄蓄積量が少ないほど高温である。
【００１０】
好ましくは、前記しきい値は、前記触媒における酸素吸蔵成分を含むコート材から硫黄酸化物が脱離開始するような温度である。
【００１１】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記取得触媒温度が、前記しきい値未満のときには診断を許可し、前記しきい値以上のときには診断を禁止する。
【００１２】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記取得触媒温度が、前記しきい値より高温の別のしきい値以上であるときに、診断を許可する。
【００１３】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、診断禁止後に前記取得触媒温度が前記しきい値未満となったとき、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴の有無に応じて、診断を許可または禁止する。
【００１４】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が有る場合には診断を許可し、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が無い場合には診断を禁止する。
【００１５】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、診断実行中に前記取得触媒温度が前記しきい値未満で且つ前記しきい値の近傍にあるときに、排気ガスの温度上昇を抑制するための昇温抑制制御を実行する。
【００１６】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、診断禁止中に、排気ガスの温度を上昇させるための昇温制御を実行する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、硫黄成分による誤診断を防止することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】アクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。
【図５】触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】触媒におけるＳ被毒の原理を説明するための図である。
【図７】各領域における酸素吸蔵容量計測値の低下率を示すグラフである。
【図８】触媒温度とＳ蓄積量で規定された第１〜第３領域を示すグラフである。
【図９】診断の許可および禁止パターンを示す図である。
【図１０】昇温抑制制御を説明するための図である。
【図１１】診断のメインルーチンのフローチャートである。
【図１２】禁止フラグのオンオフ処理に関するフローチャートである。
【図１３】昇温抑制制御のフローチャートである。
【図１４】昇温制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２１】
エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２２】
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する空気量すなわち吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２３】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２４】
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
【００２５】
上流触媒１１の上流側及び下流側（前後）に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ２センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
【００２６】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００２７】
スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ２０に送られる。ＥＣＵ２０は、通常、アクセル開度に応じて定まる目標スロットル開度に、スロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。
【００２８】
ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ２０は、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。
【００２９】
ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。
【００３０】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。
【００３１】
そこで通常運転時、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比フィードバック制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比フィードバック制御は、触媒前センサ１７によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ１８によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。なお、このように目標空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御をストイキ制御という。
【００３２】
ここで、主に診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ２やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
【００３３】
例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
【００３４】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
【００３５】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００３６】
このように、触媒１１の劣化度と酸素吸蔵能との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒１１の劣化度を間接的に検出し、上流触媒１１が正常か異常かを診断することとしている。ここで触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。従って酸素吸蔵容量は触媒１１の劣化度を表す指標値（劣化指標値）をなす。
【００３７】
本実施形態の触媒異常診断は前述のＣｍａｘ法による。そして異常診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境にリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに切り替える。
【００３８】
なお、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
【００３９】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御の実行に伴って上流触媒１１の酸素吸蔵容量を計測し、当該計測値に基づき上流触媒１１が正常か異常かを診断する。以下に診断方法の詳細を述べる。
【００４０】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
【００４１】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行され、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２１Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
【００４２】
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．５９Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）に切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
【００４３】
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
【００４４】
こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。
【００４５】
このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００４６】
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
【００４７】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。
【００４８】
【数１】
【００４９】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００５０】
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。
【００５１】
ここで分かるように、「酸素吸蔵容量」とは「放出酸素量」と「吸蔵酸素量」を総称する用語である。また「放出酸素量」とはリッチ制御中に触媒が放出する酸素量をいい、「吸蔵酸素量」とはリーン制御中に触媒が吸蔵する酸素量をいう。
【００５２】
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
【００５３】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との複数の計測値の平均値を算出する。そしてこの平均値を所定の異常判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値が異常判定値αより大きいときには上流触媒１１を正常と判定し、平均値が異常判定値α以下のときには上流触媒１１を異常と判定する。なお上流触媒１１を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
【００５４】
ところで前述したように、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の活性が低下すると共に、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【００５５】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【００５６】
そこでかかる誤診断を防止すべく、本実施形態では以下の方法で触媒の診断を実行する。
【００５７】
まず、触媒におけるＳ被毒の原理を図６を用いて説明する。図には、触媒温度Ｔｃに関する３つの温度領域における触媒表面の状態を概略的に示す。これら３つの温度領域は、低温域の第１領域Ｉと、中間温度域の第２領域ＩＩと、高温域の第３領域ＩＩＩとからなる。なお図中の数値は一例であり、触媒の特性等に応じて変化し得る。
【００５８】
まず第１領域Ｉにおいて、図示するように、酸素吸蔵成分を含むコート材３１にはＳＯｘ（硫黄酸化物）が吸着し、主に貴金属からなる触媒成分３２にはＳ（硫黄）が吸着している。しかしこの状態では、触媒成分３２に対するＳ吸着量は比較的少なく、触媒の活性はそれ程低下しない。それ故この状態では、Ｓ被毒が無い場合と比較して、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値はそれ程低下せず、許容範囲内である。
【００５９】
ところが、触媒温度Ｔｃが上昇し第１領域Ｉから第２領域ＩＩに移行すると、コート材３１に吸着されていたＳＯｘが脱離し、還元され、このときＳＯｘに含まれていたＳが触媒成分３２に付着し、触媒成分３２を被覆する。するとＳ被毒の状態が悪化し、触媒の活性が著しく低下し、Ｓ被毒が無い場合と比較して、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が許容できないほど低下する。
【００６０】
一方、触媒温度Ｔｃがさらに上昇し第２領域ＩＩから第３領域ＩＩＩに移行すると、触媒成分３２を被覆していたＳも、コート材３１に吸着されていたＳＯｘも、ほぼ完全に脱離し、Ｓ被毒がほぼ完全に解消する。すると、Ｓ被毒が無い場合と比較して、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値がそれ程低下しなくなり、許容範囲内に復帰する。
【００６１】
なお、触媒成分３２上のＳが脱離する際、触媒がリッチ雰囲気にあれば図示の如くＨ2Ｓ（硫化水素）としてＳが脱離する。他方、触媒がリーン雰囲気にあるときにはＳＯｘとしてＳが脱離する。
【００６２】
図７には、各領域Ｉ〜ＩＩＩにおける酸素吸蔵容量計測値の低下率を示す。ここで低下率はＳ被毒が無い場合の計測値を基準とする。図示するように、第２領域ＩＩだけ低下率が顕著に大きく、許容範囲外となっている。他方、第１領域Ｉと第３領域ＩＩＩの低下率は小さく、許容範囲内である。
【００６３】
なお図示するデータに関しては、第１領域Ｉのデータが触媒温度Ｔｃ＝５５０℃のもの、第２領域ＩＩのデータが触媒温度Ｔｃ＝７００℃のもの、第３領域ＩＩＩのデータが触媒温度Ｔｃ＝８００℃のもので、いずれも０．１（ｇ）のＳが蓄積した触媒についてのものである。但しこれらの数値も一例である。
【００６４】
図８には、触媒温度Ｔｃ（℃）と、触媒に現に吸着されているＳの量すなわちＳ蓄積量Ｗ（ｇ）とで規定された第１〜第３領域Ｉ〜ＩＩＩを示す。なおＳ蓄積量Ｗは、触媒成分３２に付着したＳの量と、コート材３１に吸着されているＳＯｘのうちのＳの量との和である。なお図中の数値は一例であり、触媒の特性等に応じて変化し得る。
【００６５】
線ａは、第１領域Ｉと第２領域ＩＩの境界を規定する特性線である。図示するように、線ａは、Ｓ蓄積量Ｗが少ないほど高温となる斜め特性を示し、Ｓ蓄積量Ｗが少ないほど第１領域Ｉは高温側に拡大される。
【００６６】
他方、線ｂは、第２領域ＩＩと第３領域ＩＩＩの境界を規定する特性線である。図示するように、線ｂは、Ｓ蓄積量Ｗに拘わらず一定温度を示し、図示例では約７５０（℃）である。
【００６７】
前述したように、線ａより低温側の第１領域Ｉと、線ｂより高温側の第３領域ＩＩＩとでは、Ｓ被毒があっても酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が許容範囲内であり、誤診断の可能性が低い。他方、線ａより高温側で線ｂより低温側の第２領域ＩＩでは、Ｓ被毒があった場合に酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が許容範囲外となり、誤診断の可能性が高い。
【００６８】
よって本実施形態では、上流触媒１１の触媒温度Ｔｃを検出または推定により取得すると共に、上流触媒１１におけるＳ蓄積量Ｗを推定する。取得された触媒温度を取得触媒温度といい、推定されたＳ蓄積量を推定Ｓ蓄積量という。そして推定Ｓ蓄積量Ｗに基づき、図８の特性線ａを利用して触媒温度のしきい値Ｔ１を決定し、取得触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔ１未満か否かによって診断を許可または禁止する。しきい値Ｔ１を第１しきい値という。
【００６９】
具体的には、取得触媒温度Ｔｃが、第１しきい値Ｔ１未満のときには診断を許可し、第１しきい値以上のときには診断を禁止する。
【００７０】
第１しきい値Ｔ１は特性線ａ上の値である。前述したように、第１しきい値Ｔ１は、Ｓ蓄積量が少ないほど高温であり、上流触媒１１におけるコート材３１からＳＯｘが脱離開始するような温度、言い換えればコート材３１に対するＳＯｘの吸着限界を示す温度である。
【００７１】
これにより、誤診断の可能性が高い第２領域ＩＩでは診断を禁止し、誤診断を未然に防止することができる。また、誤診断の可能性が低い第１領域ＩＩでは診断を許可し、診断頻度を有利に確保することができる。
【００７２】
また本実施形態では、取得触媒温度Ｔｃが、第１しきい値より高温の別のしきい値すなわち第２しきい値Ｔ２以上であるときに、診断を許可する。
【００７３】
第２しきい値Ｔ１は特性線ｂ上の値である。前述したように、第２しきい値Ｔ１は、Ｓ蓄積量に拘わらず一定であり、Ｓ被毒がほぼ完全に解消する温度の最小値である。
【００７４】
これにより、誤診断の可能性が低い第３領域ＩＩＩでは診断を許可し、診断頻度を有利に確保することができる。
【００７５】
上流触媒１１の触媒温度Ｔｃについては、温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態では、エンジン運転状態を表すパラメータ（例えば回転数と負荷）に基づいてＥＣＵ２０により推定する。このときの推定方法は公知の方法が使用可能である。
【００７６】
また上流触媒１１におけるＳ蓄積量Ｗの推定については次の通りである。
【００７７】
基本的に、上流触媒１１のＳ蓄積量は、上流触媒１１に吸着されたＳの量すなわちＳ吸着量から、上流触媒１１から脱離したＳの量すなわちＳ脱離量を減じることによって、求められる。触媒上のＳ吸脱反応は同時に起きていると考えられるからである。
【００７８】
ＥＣＵ２０は、次式（２）から求められる演算周期毎のＳ吸着量Ｗ１を逐次的に積算し、この積算値ΣＷ１を現時点あるいは今回におけるＳ吸着量とする。
【００７９】
【数２】
【００８０】
Ｃｓｏｘは排気ガスのＳＯｘ濃度、ＭｓはＳの分子量、Ｍａは空気の分子量、Ａは所定の係数、Ｇａは吸入空気量である。ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘは、本実施形態の場合、実験により求められた一定の適合値である。但し、上流触媒１１より上流側の排気通路にＳＯｘセンサを設け、これにより検出したＳＯｘ濃度をＣｓｏｘとしてもよい。係数Ａは、今回の演算時期に触媒前センサ１７で検出した排気空燃比（検出空燃比という）Ａ／Ｆｆに応じて定まる変数であり、検出空燃比Ａ／Ｆｆがリッチなほど小さい。これは排気空燃比がリッチなほどＳが吸着しない傾向にあるからである。吸入空気量Ｇａは今回の演算時期にエアフローメータ５により検出した値である。
【００８１】
他方ＥＣＵ２０は、次式（３）から求められる演算周期毎のＳ脱離量Ｗ２を逐次的に積算し、この積算値ΣＷ２を現時点あるいは今回におけるＳ脱離量とする。
【００８２】
【数３】
【００８３】
ＶｓはＳ脱離速度であり、前回の演算時期におけるＳ蓄積量Ｗと、今回の演算時期における取得触媒温度ｔｃおよび検出空燃比Ａ／Ｆｆとに基づき、所定のマップ（関数でもよい。以下同様）から求められる。Ｓ蓄積量Ｗが大きいほど、また取得触媒温度ｔｃが高いほど、また検出空燃比Ａ／Ｆｆがリッチなほど、演算周期毎のＳ脱離量Ｗ２は大きい。
【００８４】
最後にＥＣＵ２０は、現時点におけるＳ吸着量ΣＷ１から現時点におけるＳ脱離量ΣＷ２を減じて現時点におけるＳ蓄積量Ｗを求める（Ｗ＝ΣＷ１−ΣＷ２）。
【００８５】
ＥＣＵ２０は、図８に示したような特性および領域分けをマップの形で記憶している。そしてＥＣＵ２０は、当該マップから、推定Ｓ蓄積量Ｗに対応した第１しきい値Ｔ１を決定する。基本的に、ＥＣＵ２０は、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満（Ｔｃ＜Ｔ１）のとき、即ち第１領域Ｉにあるときには診断を許可する。取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で第２しきい値Ｔ２未満（Ｔ１≦Ｔｃ＜Ｔ２）のとき、即ち第２領域ＩＩにあるときには診断を禁止する。取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上（Ｔ２≦Ｔｃ）のとき、即ち第３領域ＩＩＩにあるときには診断を許可する。
【００８６】
従って図９にパターン（ｉ）で示すように、取得触媒温度Ｔｃの上昇につれ、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１に達するまでは診断を許可し、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１に達した以降は第２しきい値Ｔ２に達するまで診断を禁止し、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２に達した以降は診断を許可する。
【００８７】
一方、本実施形態においては、診断禁止後に取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満となったとき、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴の有無に応じて、診断を許可または禁止する。
【００８８】
具体的には、図９にパターン（ｉｉ）で示すように取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴が無い場合には診断を禁止する。
【００８９】
他方、図９にパターン（ｉｉｉ）で示すように取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴が有る場合には診断を許可する。なおこの場合には、診断禁止後に取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で第２しきい値Ｔ２未満となったときにも診断を許可する。
【００９０】
一旦第２領域ＩＩに入って診断が禁止されると、上流触媒１１の触媒成分３２がＳによって被覆され、このままの状態で診断を実行すると誤診断に至る可能性がある。そこで本実施形態では、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴が有る場合、すなわち第３領域ＩＩＩに入ってＳ被毒がほぼ完全に解消したとみなされる場合に限って、より低温側での診断を許可する。こうすることにより誤診断を防止できると共に、診断頻度も有利に確保することが可能である。
【００９１】
なお、図９にパターン（ｉｉｉ）で示すように、診断禁止後に第３領域ＩＩＩに入った場合、第１領域ＩＩに戻るまでには第２領域ＩＩを通過するが、この第２領域ＩＩ通過中も診断が許可される。Ｓ被毒がほぼ完全に解消した状態から第２領域ＩＩに入っても、コート材３１や触媒成分３２上にＳＯｘやＳは殆どなく、触媒成分３２に対するＳ被覆が実質的にないので、誤診断の可能性が低いからである。もっとも、信頼性向上のため、第２領域ＩＩ通過中に診断を禁止する変形例も可能である。
【００９２】
一方、本実施形態においては、診断実行中に取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満で且つ第１しきい値Ｔ１の近傍にあるときに、排気ガスの温度上昇を抑制するための昇温抑制制御が実行される。
【００９３】
すなわち、図１０に示すように、昇温抑制制御は、比較的小さい所定量ΔＴだけ第１しきい値Ｔ１よりも低温な開始値Ｔ１’から、第１しきい値Ｔ１未満の温度域（すなわち第１しきい値Ｔ１の近傍）で実行される。取得触媒温度Ｔｃの上昇につれ、取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’に達するまでは昇温抑制制御が停止状態（オフ）とされる。また取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’に達した以降は第１しきい値Ｔ１に達するまで、昇温抑制制御は実行状態（オン）とされる。取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１に達した以降は、昇温抑制制御が停止状態（オフ）とされる。
【００９４】
かかる昇温抑制制御を実行すると、上流触媒１１に供給される排気ガスひいては上流触媒１１の温度上昇を抑制し、取得触媒温度Ｔｃの上昇を抑制することができる。よって取得触媒温度Ｔｃをできるだけ長く第１領域Ｉ内に止めておくことができ、診断頻度を有利に確保することができる。
【００９５】
他方、昇温抑制制御を実行しても取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上に上昇してしまった場合には、診断が禁止されるので、これと併せて昇温抑制制御が停止される。これにより無駄な昇温抑制制御を行うことを防止することができる。
【００９６】
ここで、昇温抑制制御を実行しても取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上に上昇してしまう場合とは、例えばエンジンが比較的大きく加速している場合が挙げられる。逆にそのような状態にない場合には、昇温抑制制御の実行により取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍に止まり続ける可能性が大きい。
【００９７】
そこで本実施形態では、所定の付加条件ないし加重条件を設け、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍にあり、且つエンジン負荷が所定値（例えば３０％）未満である（これが付加条件である）場合に限って、昇温抑制制御を実行する。これにより、昇温抑制制御の実行により取得触媒温度Ｔｃを第１しきい値Ｔ１の近傍に止めておくことができる。
【００９８】
他方、これら条件のうちいずれか一方を満たさない場合には昇温抑制制御を停止する。特に、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍にあってもエンジン負荷が所定値未満にない場合には昇温抑制制御を停止する。この場合、エンジンの加速等によりエンジン負荷が比較的大きくなっており、昇温抑制制御の実行によっても取得触媒温度Ｔｃを第１しきい値Ｔ１の近傍に止めておくのは困難と考えられる。逆にこの場合には、昇温抑制制御による昇温抑制を断念し、むしろ取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上に上昇するのを待つ方が得策である。
【００９９】
このように、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍にあるとき、昇温抑制が可能な条件下に限って昇温抑制制御を実行するので、制御の最適化が図れる。なお、付加条件については他にも様々な例が可能である。
【０１００】
ここで、昇温抑制制御は、次の制御のうちの少なくとも一つからなる。
（ａ）点火時期の進角制御。点火時期を進角すると燃焼タイミングが早まるので、燃焼室内のガスの熱がより多くエンジンブロックに奪われるようになり、排気温度の上昇が抑制される。
（ｂ）ＥＧＲ装置がある場合、ＥＧＲ量の増量制御。ＥＧＲ量を増量すると燃焼が緩慢になり、排気温度の上昇が抑制される。
（ｃ）排気バルブタイミング可変装置がある場合、排気バルブタイミングの遅角（遅開き）制御。排気バルブを遅開きさせると燃焼室内の排気ガスの熱がより多くエンジンブロックに奪われるようになり、排気温度の上昇が抑制される。
（ｄ）電気モータを別の動力源として備えるハイブリッドシステムないし車両の場合、モータアシスト率の増大制御。モータアシスト率を増大した分エンジン負荷が減少し、排気温度の上昇が抑制される。
（ｅ）水冷式排気マニホールドを備える場合、排気マニホールドの冷却効率を増大する制御。これにより排気ガスの熱がより多く排気マニホールドに奪われ、排気温度の上昇が抑制される。
【０１０１】
また、昇温抑制制御において、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍に保持されるよう、昇温抑制量を、取得触媒温度Ｔｃとエンジン負荷の少なくとも一方に応じてフィードバック補正してもよい。
【０１０２】
次に、ＥＣＵ２０が実行するルーチンを説明する。まず、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測と触媒正異常判定を含む診断のメインルーチンを図１１を参照して説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。なお、後述の計測フラグはイグニッションスイッチ（ＩＧ）のオンと同時に初期化され、オフとされる。
【０１０３】
まずステップＳ１０１において、診断を実行するための所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば次の各条件（１）〜（５）が全て成立した場合に前提条件が成立する。
（１）エンジンが暖機状態にある。
（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にある。
（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性状態にある。
（４）エンジンが定常運転状態にある。
（５）現トリップ中の診断が未完了である。
【０１０４】
条件（１）の成否は図示しない水温センサの検出値に基づき判断され、例えば当該検出値が７５℃以上だと条件成立となる。条件（２）の成否は別途推定した各触媒の温度に基づき判断される。条件（３）の成否は各センサの素子インピーダンスに基づき判断される。条件（４）の成否は、例えば吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転数Ｎｅの所定期間内における変動幅が所定範囲内に収まっているか否かによって判断される。条件（５）については、エンジンの１トリップ中に１回、診断を実施するようにしており、現トリップ中の診断が未完了である場合に限って診断を実施する。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【０１０５】
前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了され、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０２に進む。
【０１０６】
ステップＳ１０２では、禁止フラグがオフか否かが判断される。詳しくは図１２を参照して後述するが、禁止フラグは診断を禁止するためのフラグである。
【０１０７】
禁止フラグがオフでない（オンである）場合、ステップＳ１０４に進んで計測フラグがオフされ、ルーチンが終了される。後に理解されるが、計測フラグは、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中（実質的には診断実行中）にオンされ、それ以外のときにオフされるフラグである。
【０１０８】
他方、禁止フラグがオフである場合には、ステップＳ１０３に進んで計測フラグがオンされ、ステップＳ１０５でアクティブ空燃比制御が実行され、酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。なお前述したように、ここでいう酸素吸蔵容量ＯＳＣとは、放出酸素量と吸蔵酸素量の複数の計測値の平均値を意味する。
【０１０９】
そしてステップＳ１０６において、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が完了したか否かが判断される。完了してなければルーチンが終了され、完了した場合にはステップＳ１０７において計測フラグがオフされる。
【０１１０】
次いでステップＳ１０８において、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が所定の異常判定値αと比較される。酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が異常判定値αより大きいときには、ステップＳ１０９において上流触媒１１は正常と判定される。他方、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が異常判定値α以下のときには、ステップＳ１１０において上流触媒１１は異常と判定される。
【０１１１】
次に、診断の許可・禁止に関する禁止フラグのオンオフ処理のルーチンを図１２を参照して説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。なお、後述の禁止フラグ、第２領域判定フラグ（Ｒ２フラグという）および第３領域判定フラグ（Ｒ３フラグという）は、イグニッションスイッチ（ＩＧ）のオンと同時に初期化され、オフとされる。
【０１１２】
まずステップＳ２０１において、別ルーチンで常時演算されているＳ蓄積量Ｗの値が取得される。
【０１１３】
そしてステップＳ２０２において、取得Ｓ蓄積量Ｗに対応した第１および第２しきい値Ｔ１，Ｔ２が、図８に示したようなマップから算出される。
【０１１４】
次いでステップＳ２０３では、別ルーチンで常時演算されている触媒温度Ｔｃの値が取得され、この取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１と比較される。
【０１１５】
取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満の場合、ステップＳ２０４でＲ２フラグがオンか否かが判断される。Ｒ２フラグがオンの場合、ステップＳ２０５でＲ３フラグがオンか否かが判断される。Ｒ３フラグがオンの場合、ステップＳ２０６で禁止フラグがオフされる。
禁止フラグがオフであると、図１１のステップＳ１０２がイエスとなり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が許容され、診断は許可状態となる。
【０１１６】
ステップＳ２０４でＲ２フラグがオフの場合、ステップＳ２０６に直接進んで禁止フラグがオフされる。
ステップＳ２０５でＲ２フラグがオフの場合、ステップＳ２０９に進んで禁止フラグがオンされる。禁止フラグがオンされると、図１１のステップＳ１０２がノーとなり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が禁止され、診断は禁止状態となる。
【０１１７】
ステップＳ２０３で取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上の場合、ステップＳ２０７に進んで、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で且つ第２しきい値未満か否かが判断される。この判断結果がイエスの場合、ステップＳ２０８でＲ２フラグがオンされ、ステップＳ２０５に進む。Ｒ２フラグは、一旦オンされると、次にＩＧオンされるまでオンのまま保持される。
【０１１８】
これから分かるように、Ｒ２フラグは、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で且つ第２しきい値未満になった履歴（すなわち第２領域ＩＩに入った履歴）の有無を示すフラグであり、履歴有りの場合にオン、履歴無しの場合にオフとなるフラグである。
【０１１９】
ステップＳ２０７の判断結果がノーの場合、これは取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上であることを意味する。この場合、ステップＳ２１０に進んでＲ３フラグがオンされ、ステップＳ２１１で禁止フラグがオフされる。Ｒ３フラグも、一旦オンされると、次にＩＧオンされるまでオンのまま保持される。
【０１２０】
これから分かるように、Ｒ３フラグは、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値以上になった履歴（すなわち第３領域ＩＩＩに入った履歴）の有無を示すフラグであり、履歴有りの場合にオン、履歴無しの場合にオフとなるフラグである。
【０１２１】
次に、昇温抑制制御のルーチンを図１３を参照して説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１２２】
ステップＳ３０１では、計測フラグがオンか否かが判断される。前述したように、計測フラグは、図１１のステップＳ１０３で、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中にオンされる。オフの場合ルーチンが終了され、オンの場合にはステップＳ３０２に進む。
【０１２３】
ステップＳ３０２では、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満で且つ第１しきい値Ｔ１の近傍にあるか否か、すなわち、取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’以上で且つ第１しきい値Ｔ１未満の温度域にあるか否かが判断される。判断結果がノーの場合ルーチンが終了され、判断結果がイエスの場合ステップＳ３０３に進む。
【０１２４】
ステップＳ３０３では、所定の付加条件が成立しているか否かが判断される。すなわち、エンジン負荷が所定値（例えば３０％）未満であるか否かが判断される。
付加条件が成立している場合にはステップＳ３０４で昇温抑制制御が実行される。他方、付加条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。ステップＳ３０４で昇温抑制制御が実行されない場合、これは実質的に昇温抑制制御の停止を意味する。
【０１２５】
これらルーチンによれば次の如き作動が実現される。まず図９のパターン（ｉ）に示すように、最初に取得触媒温度Ｔｃが第１領域Ｉにあるときには、Ｒ２フラグもＲ３フラグもオフであるから、図１２のステップＳ２０４からステップＳ２０６に直接進んで禁止フラグがオフされる。すると図１１において、ステップＳ１０２がイエスとなり、ステップＳ１０３で計測フラグがオンされ、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０が実行される。すなわち診断許可状態となる。
【０１２６】
このとき、取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’と第１しきい値Ｔ１の間にあり、且つ付加条件が成立すると、図１３のステップＳ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０３がいずれもイエスとなり、ステップＳ３０４で昇温抑制制御が実行される。
【０１２７】
次いで取得触媒温度Ｔｃが上昇し、第２領域ＩＩに入ると、図１２のステップＳ２０８でＲ２フラグがオンされる。この場合、Ｒ３フラグはまだオフであるから、ステップＳ２０５からステップＳ２０９に進んで禁止フラグがオンされる。図１１においてステップＳ１０２がノーとなり、ステップＳ１０４で計測フラグがオフされ、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０が実行不可能、すなわち診断禁止状態となる。そして計測フラグがオフなので、図１３のステップＳ３０１がノーとなり、昇温抑制制御が停止される。
【０１２８】
次いで取得触媒温度Ｔｃがさらに上昇し、第３領域ＩＩＩに入ると、図１２のステップＳ２１０でＲ３フラグがオンされ、ステップＳ２１１で禁止フラグがオフされる。これにより診断許可状態となる。
【０１２９】
他方、図９のパターン（ｉｉｉ）に示すように、取得触媒温度Ｔｃが第３領域ＩＩＩから低下して第２領域ＩＩに戻ると、図１２のステップＳ２０８でＲ２フラグがオンされ、Ｒ３フラグが既にオンであることから、ステップＳ２０５からステップＳ２０６に進んで禁止フラグがオフされ、診断許可状態となる。
【０１３０】
次いで、取得触媒温度Ｔｃがさらに低下して第２領域ＩＩから第１領域Ｉに戻ると、既にＲ２フラグもＲ３フラグもオンであることから、ステップＳ２０４，Ｓ２０５がいずれもイエスとなり、Ｓ２０６で禁止フラグがオフされ、診断許可状態となる。
【０１３１】
他方、図９のパターン（ｉｉ）に示すように、取得触媒温度Ｔｃが第２領域ＩＩから低下して第１領域Ｉに戻ると、Ｒ２フラグが既にオンであり、Ｒ３フラグはオフであることから、ステップＳ２０４がイエス、ステップＳ２０５がノーとなって、ステップＳ２０９に進んで禁止フラグがオンされ、診断禁止状態となる。
【０１３２】
なお、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中に禁止フラグがオフからオンに切り替わり、計測が途中で中断される場合がある。この場合、既に計測した計測値をＥＣＵ２０に記憶し、次回の計測時にそれを利用することが可能である。つまり診断を保留し、次回の診断時に既に取得した計測データを再利用することが可能である。
【０１３３】
ところで、上記の診断において、診断禁止中に、排気ガスの温度を上昇させるための昇温制御を実行するのが好ましい。
【０１３４】
上述したように、一旦第２領域ＩＩに入って診断が禁止されると、その後第３領域ＩＩＩに入らない限り診断禁止状態が維持される。これは診断頻度確保の観点からは不利である。そこで、診断禁止中に昇温制御を実行するのが好ましい。これにより、診断禁止中に触媒温度を上昇させ、第３領域ＩＩＩへの進入、さらには診断禁止状態の早期解除（あるいは診断の早期許可）を促すことができる。そして診断頻度を有利に確保することが可能である。
【０１３５】
昇温制御は、前記昇温抑制制御とは逆の制御である。すなわち昇温制御は、次の制御のうちの少なくとも一つからなる。
（ａ’）点火時期の遅角制御。点火時期を遅角すると燃焼タイミングが遅れるので、燃焼室内のガスの熱がエンジンブロックに奪われ難くなり、排気温度が上昇する。
（ｂ’）ＥＧＲ装置がある場合、ＥＧＲ量の減量制御。ＥＧＲ量を減量すると燃焼が活発になり、排気温度が上昇する。
（ｃ’）排気バルブタイミング可変装置がある場合、排気バルブタイミングの進角（早開き）制御。排気バルブを早開きさせると燃焼室内の排気ガスの熱がエンジンブロックにあまり奪われない状態で排気ガスが排出されるようになり、排気温度が上昇する。
（ｄ’）電気モータを別の動力源として備えるハイブリッドシステムないし車両の場合、モータアシスト率の減少制御。モータアシスト率を減少した分エンジン負荷が増大し、排気温度が上昇する。
（ｅ’）水冷式排気マニホールドを備える場合、排気マニホールドの冷却効率を減少する制御。これにより排気ガスの熱がより排気マニホールドに奪われ難くなり、排気温度が上昇する。
【０１３６】
昇温制御のルーチンを図１４を参照して説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１３７】
ステップＳ４０１では、禁止フラグがオンか否かが判断される。オフの場合ルーチンが終了され、オンの場合にはステップＳ４０２に進んで昇温抑制制御が実行される。
【０１３８】
これにより、診断禁止中に昇温制御が実行され、第３領域ＩＩＩへの進入さらには診断禁止状態の早期解除を促進することが可能である。
【０１３９】
なお、この診断禁止中の昇温制御は、診断禁止後に第３領域ＩＩＩに入った履歴があるときに限って診断を許可する場合のみならず、任意の場合の診断禁止中に実行可能である。少なくともＳ被毒の早期解消が図れるからである。
【０１４０】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。触媒の診断に際しては酸素吸蔵容量以外の値を用いて診断を行うことが可能であり、例えば触媒後センサ出力の軌跡長や面積を用いることが可能である。前記実施形態で示した数値はあくまで一例であり、他の値に変更可能である。
【０１４１】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１ 内燃機関（エンジン）
５ エアフローメータ
６ 排気管
１１ 上流触媒
１２ インジェクタ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は触媒異常診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ２ストレージ能）を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。
【０００３】
一方、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化ないし異常を検出することができる。一般的には、空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３６１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の活性が低下すると共に、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【０００６】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００７】
そこで本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、硫黄成分による誤診断を防止することができる触媒異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置であって、
触媒温度を検出または推定により取得すると共に、前記触媒における硫黄蓄積量を推定し、
前記推定硫黄蓄積量に基づき前記触媒温度のしきい値を決定し、
前記取得触媒温度が前記しきい値未満か否かによって診断を許可または禁止する
ことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記しきい値は、前記推定硫黄蓄積量が少ないほど高温である。
【００１０】
好ましくは、前記しきい値は、前記触媒における酸素吸蔵成分を含むコート材から硫黄酸化物が脱離開始するような温度である。
【００１１】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記取得触媒温度が、前記しきい値未満のときには診断を許可し、前記しきい値以上のときには診断を禁止する。
【００１２】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記取得触媒温度が、前記しきい値より高温の別のしきい値以上であるときに、診断を許可する。
【００１３】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、診断禁止後に前記取得触媒温度が前記しきい値未満となったとき、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴の有無に応じて、診断を許可または禁止する。
【００１４】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が有る場合には診断を許可し、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が無い場合には診断を禁止する。
【００１５】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、診断実行中に前記取得触媒温度が前記しきい値未満で且つ前記しきい値の近傍にあるときに、排気ガスの温度上昇を抑制するための昇温抑制制御を実行する。
【００１６】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、診断禁止中に、排気ガスの温度を上昇させるための昇温制御を実行する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、硫黄成分による誤診断を防止することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】アクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。
【図５】触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】触媒におけるＳ被毒の原理を説明するための図である。
【図７】各領域における酸素吸蔵容量計測値の低下率を示すグラフである。
【図８】触媒温度とＳ蓄積量で規定された第１〜第３領域を示すグラフである。
【図９】診断の許可および禁止パターンを示す図である。
【図１０】昇温抑制制御を説明するための図である。
【図１１】診断のメインルーチンのフローチャートである。
【図１２】禁止フラグのオンオフ処理に関するフローチャートである。
【図１３】昇温抑制制御のフローチャートである。
【図１４】昇温制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２１】
エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２２】
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する空気量すなわち吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２３】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２４】
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
【００２５】
上流触媒１１の上流側及び下流側（前後）に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ２センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
【００２６】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００２７】
スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ２０に送られる。ＥＣＵ２０は、通常、アクセル開度に応じて定まる目標スロットル開度に、スロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。
【００２８】
ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ２０は、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量の少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。
【００２９】
ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。
【００３０】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。
【００３１】
そこで通常運転時、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比フィードバック制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比フィードバック制御は、触媒前センサ１７によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ１８によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。なお、このように目標空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御をストイキ制御という。
【００３２】
ここで、主に診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ２やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
【００３３】
例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
【００３４】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
【００３５】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００３６】
このように、触媒１１の劣化度と酸素吸蔵能との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒１１の劣化度を間接的に検出し、上流触媒１１が正常か異常かを診断することとしている。ここで触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。従って酸素吸蔵容量は触媒１１の劣化度を表す指標値（劣化指標値）をなす。
【００３７】
本実施形態の触媒異常診断は前述のＣｍａｘ法による。そして異常診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境にリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに切り替える。
【００３８】
なお、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
【００３９】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御の実行に伴って上流触媒１１の酸素吸蔵容量を計測し、当該計測値に基づき上流触媒１１が正常か異常かを診断する。以下に診断方法の詳細を述べる。
【００４０】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
【００４１】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行され、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２１Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
【００４２】
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．５９Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）に切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
【００４３】
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
【００４４】
こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。
【００４５】
このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００４６】
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
【００４７】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。
【００４８】
【数１】
【００４９】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００５０】
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。
【００５１】
ここで分かるように、「酸素吸蔵容量」とは「放出酸素量」と「吸蔵酸素量」を総称する用語である。また「放出酸素量」とはリッチ制御中に触媒が放出する酸素量をいい、「吸蔵酸素量」とはリーン制御中に触媒が吸蔵する酸素量をいう。
【００５２】
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
【００５３】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との複数の計測値の平均値を算出する。そしてこの平均値を所定の異常判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値が異常判定値αより大きいときには上流触媒１１を正常と判定し、平均値が異常判定値α以下のときには上流触媒１１を異常と判定する。なお上流触媒１１を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
【００５４】
ところで前述したように、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の活性が低下すると共に、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【００５５】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【００５６】
そこでかかる誤診断を防止すべく、本実施形態では以下の方法で触媒の診断を実行する。
【００５７】
まず、触媒におけるＳ被毒の原理を図６を用いて説明する。図には、触媒温度Ｔｃに関する３つの温度領域における触媒表面の状態を概略的に示す。これら３つの温度領域は、低温域の第１領域Ｉと、中間温度域の第２領域ＩＩと、高温域の第３領域ＩＩＩとからなる。なお図中の数値は一例であり、触媒の特性等に応じて変化し得る。
【００５８】
まず第１領域Ｉにおいて、図示するように、酸素吸蔵成分を含むコート材３１にはＳＯｘ（硫黄酸化物）が吸着し、主に貴金属からなる触媒成分３２にはＳ（硫黄）が吸着している。しかしこの状態では、触媒成分３２に対するＳ吸着量は比較的少なく、触媒の活性はそれ程低下しない。それ故この状態では、Ｓ被毒が無い場合と比較して、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値はそれ程低下せず、許容範囲内である。
【００５９】
ところが、触媒温度Ｔｃが上昇し第１領域Ｉから第２領域ＩＩに移行すると、コート材３１に吸着されていたＳＯｘが脱離し、還元され、このときＳＯｘに含まれていたＳが触媒成分３２に付着し、触媒成分３２を被覆する。するとＳ被毒の状態が悪化し、触媒の活性が著しく低下し、Ｓ被毒が無い場合と比較して、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が許容できないほど低下する。
【００６０】
一方、触媒温度Ｔｃがさらに上昇し第２領域ＩＩから第３領域ＩＩＩに移行すると、触媒成分３２を被覆していたＳも、コート材３１に吸着されていたＳＯｘも、ほぼ完全に脱離し、Ｓ被毒がほぼ完全に解消する。すると、Ｓ被毒が無い場合と比較して、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値がそれ程低下しなくなり、許容範囲内に復帰する。
【００６１】
なお、触媒成分３２上のＳが脱離する際、触媒がリッチ雰囲気にあれば図示の如くＨ2Ｓ（硫化水素）としてＳが脱離する。他方、触媒がリーン雰囲気にあるときにはＳＯｘとしてＳが脱離する。
【００６２】
図７には、各領域Ｉ〜ＩＩＩにおける酸素吸蔵容量計測値の低下率を示す。ここで低下率はＳ被毒が無い場合の計測値を基準とする。図示するように、第２領域ＩＩだけ低下率が顕著に大きく、許容範囲外となっている。他方、第１領域Ｉと第３領域ＩＩＩの低下率は小さく、許容範囲内である。
【００６３】
なお図示するデータに関しては、第１領域Ｉのデータが触媒温度Ｔｃ＝５５０℃のもの、第２領域ＩＩのデータが触媒温度Ｔｃ＝７００℃のもの、第３領域ＩＩＩのデータが触媒温度Ｔｃ＝８００℃のもので、いずれも０．１（ｇ）のＳが蓄積した触媒についてのものである。但しこれらの数値も一例である。
【００６４】
図８には、触媒温度Ｔｃ（℃）と、触媒に現に吸着されているＳの量すなわちＳ蓄積量Ｗ（ｇ）とで規定された第１〜第３領域Ｉ〜ＩＩＩを示す。なおＳ蓄積量Ｗは、触媒成分３２に付着したＳの量と、コート材３１に吸着されているＳＯｘのうちのＳの量との和である。なお図中の数値は一例であり、触媒の特性等に応じて変化し得る。
【００６５】
線ａは、第１領域Ｉと第２領域ＩＩの境界を規定する特性線である。図示するように、線ａは、Ｓ蓄積量Ｗが少ないほど高温となる斜め特性を示し、Ｓ蓄積量Ｗが少ないほど第１領域Ｉは高温側に拡大される。
【００６６】
他方、線ｂは、第２領域ＩＩと第３領域ＩＩＩの境界を規定する特性線である。図示するように、線ｂは、Ｓ蓄積量Ｗに拘わらず一定温度を示し、図示例では約７５０（℃）である。
【００６７】
前述したように、線ａより低温側の第１領域Ｉと、線ｂより高温側の第３領域ＩＩＩとでは、Ｓ被毒があっても酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が許容範囲内であり、誤診断の可能性が低い。他方、線ａより高温側で線ｂより低温側の第２領域ＩＩでは、Ｓ被毒があった場合に酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が許容範囲外となり、誤診断の可能性が高い。
【００６８】
よって本実施形態では、上流触媒１１の触媒温度Ｔｃを検出または推定により取得すると共に、上流触媒１１におけるＳ蓄積量Ｗを推定する。取得された触媒温度を取得触媒温度といい、推定されたＳ蓄積量を推定Ｓ蓄積量という。そして推定Ｓ蓄積量Ｗに基づき、図８の特性線ａを利用して触媒温度のしきい値Ｔ１を決定し、取得触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔ１未満か否かによって診断を許可または禁止する。しきい値Ｔ１を第１しきい値という。
【００６９】
具体的には、取得触媒温度Ｔｃが、第１しきい値Ｔ１未満のときには診断を許可し、第１しきい値以上のときには診断を禁止する。
【００７０】
第１しきい値Ｔ１は特性線ａ上の値である。前述したように、第１しきい値Ｔ１は、Ｓ蓄積量が少ないほど高温であり、上流触媒１１におけるコート材３１からＳＯｘが脱離開始するような温度、言い換えればコート材３１に対するＳＯｘの吸着限界を示す温度である。
【００７１】
これにより、誤診断の可能性が高い第２領域ＩＩでは診断を禁止し、誤診断を未然に防止することができる。また、誤診断の可能性が低い第１領域ＩＩでは診断を許可し、診断頻度を有利に確保することができる。
【００７２】
また本実施形態では、取得触媒温度Ｔｃが、第１しきい値より高温の別のしきい値すなわち第２しきい値Ｔ２以上であるときに、診断を許可する。
【００７３】
第２しきい値Ｔ１は特性線ｂ上の値である。前述したように、第２しきい値Ｔ１は、Ｓ蓄積量に拘わらず一定であり、Ｓ被毒がほぼ完全に解消する温度の最小値である。
【００７４】
これにより、誤診断の可能性が低い第３領域ＩＩＩでは診断を許可し、診断頻度を有利に確保することができる。
【００７５】
上流触媒１１の触媒温度Ｔｃについては、温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態では、エンジン運転状態を表すパラメータ（例えば回転数と負荷）に基づいてＥＣＵ２０により推定する。このときの推定方法は公知の方法が使用可能である。
【００７６】
また上流触媒１１におけるＳ蓄積量Ｗの推定については次の通りである。
【００７７】
基本的に、上流触媒１１のＳ蓄積量は、上流触媒１１に吸着されたＳの量すなわちＳ吸着量から、上流触媒１１から脱離したＳの量すなわちＳ脱離量を減じることによって、求められる。触媒上のＳ吸脱反応は同時に起きていると考えられるからである。
【００７８】
ＥＣＵ２０は、次式（２）から求められる演算周期毎のＳ吸着量Ｗ１を逐次的に積算し、この積算値ΣＷ１を現時点あるいは今回におけるＳ吸着量とする。
【００７９】
【数２】
【００８０】
Ｃｓｏｘは排気ガスのＳＯｘ濃度、ＭｓはＳの分子量、Ｍａは空気の分子量、Ａは所定の係数、Ｇａは吸入空気量である。ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘは、本実施形態の場合、実験により求められた一定の適合値である。但し、上流触媒１１より上流側の排気通路にＳＯｘセンサを設け、これにより検出したＳＯｘ濃度をＣｓｏｘとしてもよい。係数Ａは、今回の演算時期に触媒前センサ１７で検出した排気空燃比（検出空燃比という）Ａ／Ｆｆに応じて定まる変数であり、検出空燃比Ａ／Ｆｆがリッチなほど小さい。これは排気空燃比がリッチなほどＳが吸着しない傾向にあるからである。吸入空気量Ｇａは今回の演算時期にエアフローメータ５により検出した値である。
【００８１】
他方ＥＣＵ２０は、次式（３）から求められる演算周期毎のＳ脱離量Ｗ２を逐次的に積算し、この積算値ΣＷ２を現時点あるいは今回におけるＳ脱離量とする。
【００８２】
【数３】
【００８３】
ＶｓはＳ脱離速度であり、前回の演算時期におけるＳ蓄積量Ｗと、今回の演算時期における取得触媒温度ｔｃおよび検出空燃比Ａ／Ｆｆとに基づき、所定のマップ（関数でもよい。以下同様）から求められる。Ｓ蓄積量Ｗが大きいほど、また取得触媒温度ｔｃが高いほど、また検出空燃比Ａ／Ｆｆがリッチなほど、演算周期毎のＳ脱離量Ｗ２は大きい。
【００８４】
最後にＥＣＵ２０は、現時点におけるＳ吸着量ΣＷ１から現時点におけるＳ脱離量ΣＷ２を減じて現時点におけるＳ蓄積量Ｗを求める（Ｗ＝ΣＷ１−ΣＷ２）。
【００８５】
ＥＣＵ２０は、図８に示したような特性および領域分けをマップの形で記憶している。そしてＥＣＵ２０は、当該マップから、推定Ｓ蓄積量Ｗに対応した第１しきい値Ｔ１を決定する。基本的に、ＥＣＵ２０は、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満（Ｔｃ＜Ｔ１）のとき、即ち第１領域Ｉにあるときには診断を許可する。取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で第２しきい値Ｔ２未満（Ｔ１≦Ｔｃ＜Ｔ２）のとき、即ち第２領域ＩＩにあるときには診断を禁止する。取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上（Ｔ２≦Ｔｃ）のとき、即ち第３領域ＩＩＩにあるときには診断を許可する。
【００８６】
従って図９にパターン（ｉ）で示すように、取得触媒温度Ｔｃの上昇につれ、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１に達するまでは診断を許可し、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１に達した以降は第２しきい値Ｔ２に達するまで診断を禁止し、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２に達した以降は診断を許可する。
【００８７】
一方、本実施形態においては、診断禁止後に取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満となったとき、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴の有無に応じて、診断を許可または禁止する。
【００８８】
具体的には、図９にパターン（ｉｉ）で示すように取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴が無い場合には診断を禁止する。
【００８９】
他方、図９にパターン（ｉｉｉ）で示すように取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴が有る場合には診断を許可する。なおこの場合には、診断禁止後に取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で第２しきい値Ｔ２未満となったときにも診断を許可する。
【００９０】
一旦第２領域ＩＩに入って診断が禁止されると、上流触媒１１の触媒成分３２がＳによって被覆され、このままの状態で診断を実行すると誤診断に至る可能性がある。そこで本実施形態では、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上となった履歴が有る場合、すなわち第３領域ＩＩＩに入ってＳ被毒がほぼ完全に解消したとみなされる場合に限って、より低温側での診断を許可する。こうすることにより誤診断を防止できると共に、診断頻度も有利に確保することが可能である。
【００９１】
なお、図９にパターン（ｉｉｉ）で示すように、診断禁止後に第３領域ＩＩＩに入った場合、第１領域ＩＩに戻るまでには第２領域ＩＩを通過するが、この第２領域ＩＩ通過中も診断が許可される。Ｓ被毒がほぼ完全に解消した状態から第２領域ＩＩに入っても、コート材３１や触媒成分３２上にＳＯｘやＳは殆どなく、触媒成分３２に対するＳ被覆が実質的にないので、誤診断の可能性が低いからである。もっとも、信頼性向上のため、第２領域ＩＩ通過中に診断を禁止する変形例も可能である。
【００９２】
一方、本実施形態においては、診断実行中に取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満で且つ第１しきい値Ｔ１の近傍にあるときに、排気ガスの温度上昇を抑制するための昇温抑制制御が実行される。
【００９３】
すなわち、図１０に示すように、昇温抑制制御は、比較的小さい所定量ΔＴだけ第１しきい値Ｔ１よりも低温な開始値Ｔ１’から、第１しきい値Ｔ１未満の温度域（すなわち第１しきい値Ｔ１の近傍）で実行される。取得触媒温度Ｔｃの上昇につれ、取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’に達するまでは昇温抑制制御が停止状態（オフ）とされる。また取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’に達した以降は第１しきい値Ｔ１に達するまで、昇温抑制制御は実行状態（オン）とされる。取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１に達した以降は、昇温抑制制御が停止状態（オフ）とされる。
【００９４】
かかる昇温抑制制御を実行すると、上流触媒１１に供給される排気ガスひいては上流触媒１１の温度上昇を抑制し、取得触媒温度Ｔｃの上昇を抑制することができる。よって取得触媒温度Ｔｃをできるだけ長く第１領域Ｉ内に止めておくことができ、診断頻度を有利に確保することができる。
【００９５】
他方、昇温抑制制御を実行しても取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上に上昇してしまった場合には、診断が禁止されるので、これと併せて昇温抑制制御が停止される。これにより無駄な昇温抑制制御を行うことを防止することができる。
【００９６】
ここで、昇温抑制制御を実行しても取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上に上昇してしまう場合とは、例えばエンジンが比較的大きく加速している場合が挙げられる。逆にそのような状態にない場合には、昇温抑制制御の実行により取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍に止まり続ける可能性が大きい。
【００９７】
そこで本実施形態では、所定の付加条件ないし加重条件を設け、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍にあり、且つエンジン負荷が所定値（例えば３０％）未満である（これが付加条件である）場合に限って、昇温抑制制御を実行する。これにより、昇温抑制制御の実行により取得触媒温度Ｔｃを第１しきい値Ｔ１の近傍に止めておくことができる。
【００９８】
他方、これら条件のうちいずれか一方を満たさない場合には昇温抑制制御を停止する。特に、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍にあってもエンジン負荷が所定値未満にない場合には昇温抑制制御を停止する。この場合、エンジンの加速等によりエンジン負荷が比較的大きくなっており、昇温抑制制御の実行によっても取得触媒温度Ｔｃを第１しきい値Ｔ１の近傍に止めておくのは困難と考えられる。逆にこの場合には、昇温抑制制御による昇温抑制を断念し、むしろ取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上に上昇するのを待つ方が得策である。
【００９９】
このように、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍にあるとき、昇温抑制が可能な条件下に限って昇温抑制制御を実行するので、制御の最適化が図れる。なお、付加条件については他にも様々な例が可能である。
【０１００】
ここで、昇温抑制制御は、次の制御のうちの少なくとも一つからなる。
（ａ）点火時期の進角制御。点火時期を進角すると燃焼タイミングが早まるので、燃焼室内のガスの熱がより多くエンジンブロックに奪われるようになり、排気温度の上昇が抑制される。
（ｂ）ＥＧＲ装置がある場合、ＥＧＲ量の増量制御。ＥＧＲ量を増量すると燃焼が緩慢になり、排気温度の上昇が抑制される。
（ｃ）排気バルブタイミング可変装置がある場合、排気バルブタイミングの遅角（遅開き）制御。排気バルブを遅開きさせると燃焼室内の排気ガスの熱がより多くエンジンブロックに奪われるようになり、排気温度の上昇が抑制される。
（ｄ）電気モータを別の動力源として備えるハイブリッドシステムないし車両の場合、モータアシスト率の増大制御。モータアシスト率を増大した分エンジン負荷が減少し、排気温度の上昇が抑制される。
（ｅ）水冷式排気マニホールドを備える場合、排気マニホールドの冷却効率を増大する制御。これにより排気ガスの熱がより多く排気マニホールドに奪われ、排気温度の上昇が抑制される。
【０１０１】
また、昇温抑制制御において、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１の近傍に保持されるよう、昇温抑制量を、取得触媒温度Ｔｃとエンジン負荷の少なくとも一方に応じてフィードバック補正してもよい。
【０１０２】
次に、ＥＣＵ２０が実行するルーチンを説明する。まず、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測と触媒正異常判定を含む診断のメインルーチンを図１１を参照して説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。なお、後述の計測フラグはイグニッションスイッチ（ＩＧ）のオンと同時に初期化され、オフとされる。
【０１０３】
まずステップＳ１０１において、診断を実行するための所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば次の各条件（１）〜（５）が全て成立した場合に前提条件が成立する。
（１）エンジンが暖機状態にある。
（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にある。
（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性状態にある。
（４）エンジンが定常運転状態にある。
（５）現トリップ中の診断が未完了である。
【０１０４】
条件（１）の成否は図示しない水温センサの検出値に基づき判断され、例えば当該検出値が７５℃以上だと条件成立となる。条件（２）の成否は別途推定した各触媒の温度に基づき判断される。条件（３）の成否は各センサの素子インピーダンスに基づき判断される。条件（４）の成否は、例えば吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転数Ｎｅの所定期間内における変動幅が所定範囲内に収まっているか否かによって判断される。条件（５）については、エンジンの１トリップ中に１回、診断を実施するようにしており、現トリップ中の診断が未完了である場合に限って診断を実施する。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【０１０５】
前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了され、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０２に進む。
【０１０６】
ステップＳ１０２では、禁止フラグがオフか否かが判断される。詳しくは図１２を参照して後述するが、禁止フラグは診断を禁止するためのフラグである。
【０１０７】
禁止フラグがオフでない（オンである）場合、ステップＳ１０４に進んで計測フラグがオフされ、ルーチンが終了される。後に理解されるが、計測フラグは、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中（実質的には診断実行中）にオンされ、それ以外のときにオフされるフラグである。
【０１０８】
他方、禁止フラグがオフである場合には、ステップＳ１０３に進んで計測フラグがオンされ、ステップＳ１０５でアクティブ空燃比制御が実行され、酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。なお前述したように、ここでいう酸素吸蔵容量ＯＳＣとは、放出酸素量と吸蔵酸素量の複数の計測値の平均値を意味する。
【０１０９】
そしてステップＳ１０６において、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が完了したか否かが判断される。完了してなければルーチンが終了され、完了した場合にはステップＳ１０７において計測フラグがオフされる。
【０１１０】
次いでステップＳ１０８において、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が所定の異常判定値αと比較される。酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が異常判定値αより大きいときには、ステップＳ１０９において上流触媒１１は正常と判定される。他方、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値が異常判定値α以下のときには、ステップＳ１１０において上流触媒１１は異常と判定される。
【０１１１】
次に、診断の許可・禁止に関する禁止フラグのオンオフ処理のルーチンを図１２を参照して説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。なお、後述の禁止フラグ、第２領域判定フラグ（Ｒ２フラグという）および第３領域判定フラグ（Ｒ３フラグという）は、イグニッションスイッチ（ＩＧ）のオンと同時に初期化され、オフとされる。
【０１１２】
まずステップＳ２０１において、別ルーチンで常時演算されているＳ蓄積量Ｗの値が取得される。
【０１１３】
そしてステップＳ２０２において、取得Ｓ蓄積量Ｗに対応した第１および第２しきい値Ｔ１，Ｔ２が、図８に示したようなマップから算出される。
【０１１４】
次いでステップＳ２０３では、別ルーチンで常時演算されている触媒温度Ｔｃの値が取得され、この取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１と比較される。
【０１１５】
取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満の場合、ステップＳ２０４でＲ２フラグがオンか否かが判断される。Ｒ２フラグがオンの場合、ステップＳ２０５でＲ３フラグがオンか否かが判断される。Ｒ３フラグがオンの場合、ステップＳ２０６で禁止フラグがオフされる。
禁止フラグがオフであると、図１１のステップＳ１０２がイエスとなり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が許容され、診断は許可状態となる。
【０１１６】
ステップＳ２０４でＲ２フラグがオフの場合、ステップＳ２０６に直接進んで禁止フラグがオフされる。
ステップＳ２０５でＲ２フラグがオフの場合、ステップＳ２０９に進んで禁止フラグがオンされる。禁止フラグがオンされると、図１１のステップＳ１０２がノーとなり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が禁止され、診断は禁止状態となる。
【０１１７】
ステップＳ２０３で取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上の場合、ステップＳ２０７に進んで、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で且つ第２しきい値未満か否かが判断される。この判断結果がイエスの場合、ステップＳ２０８でＲ２フラグがオンされ、ステップＳ２０５に進む。Ｒ２フラグは、一旦オンされると、次にＩＧオンされるまでオンのまま保持される。
【０１１８】
これから分かるように、Ｒ２フラグは、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１以上で且つ第２しきい値未満になった履歴（すなわち第２領域ＩＩに入った履歴）の有無を示すフラグであり、履歴有りの場合にオン、履歴無しの場合にオフとなるフラグである。
【０１１９】
ステップＳ２０７の判断結果がノーの場合、これは取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値Ｔ２以上であることを意味する。この場合、ステップＳ２１０に進んでＲ３フラグがオンされ、ステップＳ２１１で禁止フラグがオフされる。Ｒ３フラグも、一旦オンされると、次にＩＧオンされるまでオンのまま保持される。
【０１２０】
これから分かるように、Ｒ３フラグは、取得触媒温度Ｔｃが第２しきい値以上になった履歴（すなわち第３領域ＩＩＩに入った履歴）の有無を示すフラグであり、履歴有りの場合にオン、履歴無しの場合にオフとなるフラグである。
【０１２１】
次に、昇温抑制制御のルーチンを図１３を参照して説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１２２】
ステップＳ３０１では、計測フラグがオンか否かが判断される。前述したように、計測フラグは、図１１のステップＳ１０３で、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中にオンされる。オフの場合ルーチンが終了され、オンの場合にはステップＳ３０２に進む。
【０１２３】
ステップＳ３０２では、取得触媒温度Ｔｃが第１しきい値Ｔ１未満で且つ第１しきい値Ｔ１の近傍にあるか否か、すなわち、取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’以上で且つ第１しきい値Ｔ１未満の温度域にあるか否かが判断される。判断結果がノーの場合ルーチンが終了され、判断結果がイエスの場合ステップＳ３０３に進む。
【０１２４】
ステップＳ３０３では、所定の付加条件が成立しているか否かが判断される。すなわち、エンジン負荷が所定値（例えば３０％）未満であるか否かが判断される。
付加条件が成立している場合にはステップＳ３０４で昇温抑制制御が実行される。他方、付加条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。ステップＳ３０４で昇温抑制制御が実行されない場合、これは実質的に昇温抑制制御の停止を意味する。
【０１２５】
これらルーチンによれば次の如き作動が実現される。まず図９のパターン（ｉ）に示すように、最初に取得触媒温度Ｔｃが第１領域Ｉにあるときには、Ｒ２フラグもＲ３フラグもオフであるから、図１２のステップＳ２０４からステップＳ２０６に直接進んで禁止フラグがオフされる。すると図１１において、ステップＳ１０２がイエスとなり、ステップＳ１０３で計測フラグがオンされ、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０が実行される。すなわち診断許可状態となる。
【０１２６】
このとき、取得触媒温度Ｔｃが開始値Ｔ１’と第１しきい値Ｔ１の間にあり、且つ付加条件が成立すると、図１３のステップＳ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０３がいずれもイエスとなり、ステップＳ３０４で昇温抑制制御が実行される。
【０１２７】
次いで取得触媒温度Ｔｃが上昇し、第２領域ＩＩに入ると、図１２のステップＳ２０８でＲ２フラグがオンされる。この場合、Ｒ３フラグはまだオフであるから、ステップＳ２０５からステップＳ２０９に進んで禁止フラグがオンされる。図１１においてステップＳ１０２がノーとなり、ステップＳ１０４で計測フラグがオフされ、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０が実行不可能、すなわち診断禁止状態となる。そして計測フラグがオフなので、図１３のステップＳ３０１がノーとなり、昇温抑制制御が停止される。
【０１２８】
次いで取得触媒温度Ｔｃがさらに上昇し、第３領域ＩＩＩに入ると、図１２のステップＳ２１０でＲ３フラグがオンされ、ステップＳ２１１で禁止フラグがオフされる。これにより診断許可状態となる。
【０１２９】
他方、図９のパターン（ｉｉｉ）に示すように、取得触媒温度Ｔｃが第３領域ＩＩＩから低下して第２領域ＩＩに戻ると、図１２のステップＳ２０８でＲ２フラグがオンされ、Ｒ３フラグが既にオンであることから、ステップＳ２０５からステップＳ２０６に進んで禁止フラグがオフされ、診断許可状態となる。
【０１３０】
次いで、取得触媒温度Ｔｃがさらに低下して第２領域ＩＩから第１領域Ｉに戻ると、既にＲ２フラグもＲ３フラグもオンであることから、ステップＳ２０４，Ｓ２０５がいずれもイエスとなり、Ｓ２０６で禁止フラグがオフされ、診断許可状態となる。
【０１３１】
他方、図９のパターン（ｉｉ）に示すように、取得触媒温度Ｔｃが第２領域ＩＩから低下して第１領域Ｉに戻ると、Ｒ２フラグが既にオンであり、Ｒ３フラグはオフであることから、ステップＳ２０４がイエス、ステップＳ２０５がノーとなって、ステップＳ２０９に進んで禁止フラグがオンされ、診断禁止状態となる。
【０１３２】
なお、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中に禁止フラグがオフからオンに切り替わり、計測が途中で中断される場合がある。この場合、既に計測した計測値をＥＣＵ２０に記憶し、次回の計測時にそれを利用することが可能である。つまり診断を保留し、次回の診断時に既に取得した計測データを再利用することが可能である。
【０１３３】
ところで、上記の診断において、診断禁止中に、排気ガスの温度を上昇させるための昇温制御を実行するのが好ましい。
【０１３４】
上述したように、一旦第２領域ＩＩに入って診断が禁止されると、その後第３領域ＩＩＩに入らない限り診断禁止状態が維持される。これは診断頻度確保の観点からは不利である。そこで、診断禁止中に昇温制御を実行するのが好ましい。これにより、診断禁止中に触媒温度を上昇させ、第３領域ＩＩＩへの進入、さらには診断禁止状態の早期解除（あるいは診断の早期許可）を促すことができる。そして診断頻度を有利に確保することが可能である。
【０１３５】
昇温制御は、前記昇温抑制制御とは逆の制御である。すなわち昇温制御は、次の制御のうちの少なくとも一つからなる。
（ａ’）点火時期の遅角制御。点火時期を遅角すると燃焼タイミングが遅れるので、燃焼室内のガスの熱がエンジンブロックに奪われ難くなり、排気温度が上昇する。
（ｂ’）ＥＧＲ装置がある場合、ＥＧＲ量の減量制御。ＥＧＲ量を減量すると燃焼が活発になり、排気温度が上昇する。
（ｃ’）排気バルブタイミング可変装置がある場合、排気バルブタイミングの進角（早開き）制御。排気バルブを早開きさせると燃焼室内の排気ガスの熱がエンジンブロックにあまり奪われない状態で排気ガスが排出されるようになり、排気温度が上昇する。
（ｄ’）電気モータを別の動力源として備えるハイブリッドシステムないし車両の場合、モータアシスト率の減少制御。モータアシスト率を減少した分エンジン負荷が増大し、排気温度が上昇する。
（ｅ’）水冷式排気マニホールドを備える場合、排気マニホールドの冷却効率を減少する制御。これにより排気ガスの熱がより排気マニホールドに奪われ難くなり、排気温度が上昇する。
【０１３６】
昇温制御のルーチンを図１４を参照して説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１３７】
ステップＳ４０１では、禁止フラグがオンか否かが判断される。オフの場合ルーチンが終了され、オンの場合にはステップＳ４０２に進んで昇温抑制制御が実行される。
【０１３８】
これにより、診断禁止中に昇温制御が実行され、第３領域ＩＩＩへの進入さらには診断禁止状態の早期解除を促進することが可能である。
【０１３９】
なお、この診断禁止中の昇温制御は、診断禁止後に第３領域ＩＩＩに入った履歴があるときに限って診断を許可する場合のみならず、任意の場合の診断禁止中に実行可能である。少なくともＳ被毒の早期解消が図れるからである。
【０１４０】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。触媒の診断に際しては酸素吸蔵容量以外の値を用いて診断を行うことが可能であり、例えば触媒後センサ出力の軌跡長や面積を用いることが可能である。前記実施形態で示した数値はあくまで一例であり、他の値に変更可能である。
【０１４１】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１ 内燃機関（エンジン）
５ エアフローメータ
６ 排気管
１１ 上流触媒
１２ インジェクタ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置であって、
触媒温度を検出または推定により取得すると共に、前記触媒における硫黄蓄積量を推定し、
前記推定硫黄蓄積量に基づき前記触媒温度のしきい値を決定し、
前記取得触媒温度が前記しきい値未満か否かによって診断を許可または禁止する
ことを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項２】
前記しきい値は、前記推定硫黄蓄積量が少ないほど高温である
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。
【請求項３】
前記しきい値は、前記触媒における酸素吸蔵成分を含むコート材から硫黄酸化物が脱離開始するような温度である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の触媒異常診断装置。
【請求項４】
前記取得触媒温度が、前記しきい値未満のときには診断を許可し、前記しきい値以上のときには診断を禁止する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項５】
前記取得触媒温度が、前記しきい値より高温の別のしきい値以上であるときに、診断を許可する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項６】
診断禁止後に前記取得触媒温度が前記しきい値未満となったとき、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴の有無に応じて、診断を許可または禁止する
ことを特徴とする請求項５に記載の触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が有る場合には診断を許可し、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が無い場合には診断を禁止する
ことを特徴とする請求項６に記載の触媒異常診断装置。
【請求項８】
診断実行中に前記取得触媒温度が前記しきい値未満で且つ前記しきい値の近傍にあるときに、排気ガスの温度上昇を抑制するための昇温抑制制御を実行する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項９】
診断禁止中に、排気ガスの温度を上昇させるための昇温制御を実行する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が正常か異常かを診断する装置であって、
触媒温度を検出または推定により取得すると共に、前記触媒における硫黄蓄積量を推定し、
前記推定硫黄蓄積量に基づき前記触媒温度のしきい値を決定し、
前記取得触媒温度が前記しきい値未満か否かによって診断を許可または禁止する
ことを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項２】
前記しきい値は、前記推定硫黄蓄積量が少ないほど高温である
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。
【請求項３】
前記しきい値は、前記触媒における酸素吸蔵成分を含むコート材から硫黄酸化物が脱離開始するような温度である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の触媒異常診断装置。
【請求項４】
前記取得触媒温度が、前記しきい値未満のときには診断を許可し、前記しきい値以上のときには診断を禁止する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項５】
前記取得触媒温度が、前記しきい値より高温の別のしきい値以上であるときに、診断を許可する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項６】
診断禁止後に前記取得触媒温度が前記しきい値未満となったとき、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴の有無に応じて、診断を許可または禁止する
ことを特徴とする請求項５に記載の触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が有る場合には診断を許可し、前記取得触媒温度が前記別のしきい値以上となった履歴が無い場合には診断を禁止する
ことを特徴とする請求項６に記載の触媒異常診断装置。
【請求項８】
診断実行中に前記取得触媒温度が前記しきい値未満で且つ前記しきい値の近傍にあるときに、排気ガスの温度上昇を抑制するための昇温抑制制御を実行する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項９】
診断禁止中に、排気ガスの温度を上昇させるための昇温制御を実行する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−２４１１８（Ｐ２０１３−２４１１８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９１８７（Ｐ２０１１−１５９１８７）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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