JP2004232602A - エンジンの触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より広範囲な診断条件で触媒の劣化を診断する。
【解決手段】演算部１６は、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値の変化量ＦＤＶを所定時間毎に算出し、この変化量ＦＤＶを積算することによりＦＯ２積算値ＦＡＤＶを算出するとともに、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値の変化量ＲＤＶを所定時間毎に算出し、この変化量ＲＤＶを積算することによりＲＯ２積算値ＲＡＤＶを算出する。補正部１７は、吸入空気量Ｑに応じて第１の補正値Ｋ１を設定し、この補正値Ｋ１を用いてＦＯ２積算値ＦＡＤＶを補正するとともに、第２の補正値Ｋ２を設定し、この第２の補正値Ｋ２を用いてＲＯ２積算値ＲＡＤＶを補正する。診断部１８は、補正された第１の積算値ＦＡＤＶと補正された第２の積算値ＲＡＤＶとに基づいて算出した診断値ＶＤＩＡを、所定の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈと比較することにより、触媒１３ａが劣化しているか否かを診断する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気系に設けられた触媒の上流と下流とに空燃比センサを設け、両空燃比センサの検出値に基づいて触媒の劣化を診断するエンジンの触媒劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、触媒の上流と下流とに空燃比センサを設け、両空燃比センサの出力により空燃比を制御する技術が提案されている。この空燃比制御では、これらの空燃比センサの検出値に基づき、空燃比が所定の値（ストイキ（理論空燃比））に近づくように、エンジンの燃料噴射量が制御される。ところで、空燃比制御を正確に行ったとしても、触媒そのものの性能が劣化するに従い、有害成分の除去率が低下してしまう。そのため、これらの空燃比センサの出力に基づいて触媒の劣化を診断する技術が、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
本出願人によって既に提案された特許文献１では、まず、触媒の上流に設けられた空燃比センサの出力電圧の変化量（絶対値）が所定時間毎に算出され、この変化量が積算される。また、触媒の下流に設けられた空燃比センサの出力電圧の変化量（絶対値）が所定時間毎に算出され、この変化量が積算される。そして、これらの積算値の比が所定のしきい値と比較され、触媒が劣化しているか否かが診断される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３３１６２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の劣化診断では、診断結果の信頼性を向上させるため、エンジンに吸入される吸入空気量が特定の範囲内に存在していることを条件として診断を行っている。これは、低吸入空気量側または高吸入空気量側では、吸入空気量が変動した場合に、センサの応答遅れなどに起因して、空燃比センサが過剰な値を示したり、反応が鈍くなったりするといった事態が生じ得るからである。このような場合には、空燃比センサの検出値が真の値からずれてしまい、診断の誤判定に繋がる虞がある。そこで、このような事態を回避すべく、吸入空気量に条件を設け、空燃比センサの検出値に含まれる誤差が少なくなるような状況においてのみ触媒の劣化診断を行っている。また、同様の理由から、外乱が診断に与える影響を低減すべく、例えば、車速が特定の速度範囲に存在するといったことを条件として劣化診断を行っている。
【０００６】
特に、近年では、より厳しい排ガス規制が要求されており、この要求を満足するためには触媒の劣化をいち早く診断する必要がある。そのため、吸入空気量や車速といった診断条件を従来よりも広範におよぶ領域にまで拡大して診断を行う必要が生じている。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より広範囲な診断条件で触媒の劣化を診断することである。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、広範囲な診断条件で触媒の劣化を診断する際に、触媒の劣化の程度を示す診断値の信頼性を向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、エンジンの排気系に設けられた触媒の上流にフロント空燃比センサを設けるとともに、触媒の下流にリア空燃比センサを設け、フロント空燃比センサの検出値とリア空燃比センサの検出値とに基づいて触媒の劣化を診断するエンジンの触媒劣化診断装置を提供する。かかる装置は、演算部と、補正部と、診断部とを有する。演算部は、フロント空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に算出し、算出された変化量を積算することにより第１の積算値を算出するとともに、リア空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に算出し、算出された変化量を積算することにより第２の積算値を算出する。補正部は、吸入空気量に応じて第１の補正値を設定し、設定された第１の補正値を用いて第１の積算値を補正するとともに、吸入空気量に応じて第２の補正値を設定し、設定された第２の補正値を用いて第２の積算値を補正する。診断部は、補正された第１の積算値と補正された第２の積算値とに基づいて算出した診断値を、所定の診断しきい値と比較することにより、触媒が劣化しているか否かを診断する。
【００１０】
ここで、第１の発明において、診断部は、補正された第１の積算値をリア空燃比センサの検出値がリッチからリーンへ、またはリーンからリッチへ反転する毎に積算した第３の積算値と、補正された第２の積算値をリア空燃比センサの検出値がリッチからリーンへ、またはリーンからリッチへ反転する毎に積算した第４の積算値に基づいて算出した診断値を、所定の診断しきい値と比較することにより、触媒が劣化しているか否かを診断することが好ましい。または、診断部は、補正された第１の積算値を所定時間よりも長い所定の周期毎に積算した第３の積算値と、補正された第２の積算値を所定の周期毎に積算した第４の積算値とに基づいて算出した診断値を、所定の診断しきい値と比較することにより、触媒が劣化しているか否かを診断してもよい。
【００１１】
また、第１の発明において、補正部は、所定時間毎の吸入空気量の平均値と第１の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、第１の補正値を設定し、所定時間毎の吸入空気量の平均値と第２の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、第２の補正値を設定することが好ましい。または、補正部は、吸入空気量を所定時間毎に積算した空気量積算値と第１の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、第１の補正値を設定し、空気量積算値と第２の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、第２の補正値を設定してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の一例である四気筒の水平対向式エンジンの全体構成図である。同図には明記されていないが、エンジン１の気筒＃１〜＃４のうち、気筒＃１，＃３は左バンクに配置され、気筒＃２，＃４は右バンクに配置されている。このエンジン１の各吸気ポートには吸気バルブ２が設けられている。これらの吸気ポートのうち、左バンク側（気筒＃１，＃３）の吸気ポートはインテークマニホールド３ａに連通し、右バンク側（気筒＃２，＃４）の吸気ポートは左バンク側のそれとは独立したインテークマニホールド３ｂに連通している。一方、エンジン１の各排気ポートには排気バルブ４が設けられている。これらの排気ポートのうち、左バンク側の排気ポートはエキゾーストマニホールド５ａに連通し、右バンク側の排気ポートは左バンク側のそれとは独立したエキゾーストマニホールド５ｂに連通している。また、シリンダヘッドにおいて各気筒＃１〜＃４の燃焼室の中央には、混合気を着火する点火プラグ６が設けられている。そして、各燃焼室における吸気バルブ２の近傍には、燃焼室内に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ７が設けられている。
【００１３】
吸気通路に設けられたエアクリーナ８は、インテークマニホールド３ａ，３ｂに連通したエアチャンバ９に接続されている。エアクリーナ８とエアチャンバ９との間には、吸入空気量を調整する電動スロットルバルブ１０が介装されている。このスロットルバルブ１０は、電動モータ１１によって動作し、アクセルペダル（図示せず）と機械的にリンクした構造とはなっていない。スロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）は、マイクロコンピュータを中心として構成される制御装置１２（以下、「ＥＣＵ」という）からの出力信号によって設定される。
【００１４】
左バンク側の排気系であるエキゾーストマニホールド５ａは、排気通路を介してメイン触媒１３ａに連通している。一方、右バンク側の排気系であるエキゾーストマニホールド５ｂは、排気通路を介して左バンク側のそれとは別個のメイン触媒１３ｂに連通している。これらのメイン触媒１３ａ，１３ｂの下流側の排気通路は合流しており、その合流位置よりも下流にはサブ触媒１４が設けられている。そして、それぞれ独立した排気系から排出される排気ガスは、一方のメイン触媒１３ａ（または１３ｂ）とサブ触媒１４とにおいて浄化され、マフラーを経て排出される。
【００１５】
ＥＣＵ１２は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度等に関する演算を行う。そして、ＥＣＵ１２は、この演算によって算出された制御量（制御信号）を各種アクチュエータに対して出力する。ＥＣＵ１２には、エンジン１等の運転状態を検出するために、センサ２０〜２５ｂを含む各種センサからのセンサ信号が入力されている。吸入空気量センサ２０は、エアクリーナ８の直下流に設けられており、吸入空気量Ｑを検出するホットワイヤ式またはホットフィルム式のセンサである。スロットル開度センサ２１はスロットル開度θｔを検出し、車速センサ２２は車速ｖを検出する。エンジン回転数センサ２３は、エンジン回転数Ｎｅを検出するセンサであり、エンジン１のクランクシャフトと一体的に回転するクランクロータの外周近傍に配置されたクランク角センサを用いることできる。空燃比センサ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは、排ガス中の酸素濃度を検出するセンサであり、個々のメイン触媒１３ａ，１３ｂにおける直上流と直下流とにそれぞれ設けられている。具体的には、左バンク側のメイン触媒１３ａの直上流にはフロント空燃比センサ２４ａ（以下、「ＦＡ／Ｆセンサ」という）が設けられており、この触媒１３ａの直下流で、かつ、排気通路の合流位置よりも上流にはリア空燃比センサ２５ａ（以下、「ＲＡ／Ｆセンサ」という）が設けられている。一方、右バンク側のメイン触媒１３ｂの直上流にはＦＡ／Ｆセンサ２４ｂが設けられており、メイン触媒１３ｂの直下流で、かつ排気通路の合流位置よりも上流にはＲＡ／Ｆセンサ２５ｂが設けられている。なお、これらのＡ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂとしては、空燃比センサを用いることに限定されず、周知の酸素センサを用いることもできる。ただし、空燃比制御の観点から、広範囲の酸素濃度を検出する空燃比センサ（例えば、リニアＯ２センサ）を用いることが好ましい。
【００１６】
図２は、ＥＣＵ１２の機能的なブロック構成図である。上記構造を有するエンジン１において、触媒（本実施形態では、左バンク側のメイン触媒１３ａ）の劣化を診断する場合、ＥＣＵ１２は、これを機能的に捉えると、判断部１５と、演算部１６と、補正部１７と、診断部１８とで構成される。判断部１５は、エンジン１の運転状態に基づいて診断条件が成立するか否かを判断する。この判断部１５によって診断条件が成立したと判断されると、演算部１６は、診断対象となるメイン触媒１３ａの直上流に設けられたＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値の変化量ＦＤＶ（絶対値）を所定時間毎に算出し、この変化量ＦＤＶを積算することによりＦＯ２積算値ＦＡＤＶを算出する。それとともに、演算部１６は、このメイン触媒１３ａの直下流に設けられたＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値の変化量ＲＤＶ（絶対値）を所定時間毎に算出し、この変化量ＲＤＶを積算することによりＲＯ２積算値ＲＡＤＶを算出する。また、演算部１６は、吸入空気量センサ２０の検出値である吸入空気量Ｑを所定時間毎に積算し、空気量積算値ＡＱを算出する。これらの積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶ，ＡＱは、補正部１７に対して出力される。この補正部１７は、吸入空気量Ｑ（正確には、吸入空気量Ｑの平均値Ｑａｖｅ（空気量積算値ＡＱ／積算に要する時間））に応じて、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ用の補正値Ｋ１を特定するとともに、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ用の補正値Ｋ２を特定する。これらの補正値Ｋ１，Ｋ２は、後述するように、ＥＣＵ１２のＲＯＭに格納された各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶ用のマップを参照することにより、一意に特定される。補正部１７は、補正値Ｋ１を用いてＦＯ２積算値ＦＡＤＶを補正し、補正値Ｋ２を用いてＲＯ２積算値ＲＡＤＶを補正する。そして、補正されたＦＯ２積算値ＦＡＤＶ（以下、「ＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’」という）と、補正されたＲＯ２積算値ＲＡＤＶ（以下、「ＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’」という）とが診断部１８に対して出力される。診断部１８は、これらの補正値ＦＡＤＶ’，ＲＡＤＶ’に基づいて、診断値ＶＤＩＡ（本実施形態では、ＶＤＩＡ＝ＲＡＤＶ’／ＦＡＤＶ’）、すなわち、フロント触媒１３ａの劣化の程度を示す値として用い、メイン触媒１３ａが劣化しているか否かを診断する。
【００１７】
なお、上記エンジン１では、各メイン触媒１３ａ，１３ｂを別個の制御対象として空燃比制御を行う関係上、個々のメイン触媒１３ａ，１３ｂについてＦＡ／Ｆセンサ（２４ａ，２４ｂ）とＲＡ／Ｆセンサ（２５ａ，２５ｂ）とが設けられている。ただし、一方のメイン触媒１３ａ（またはメイン触媒１３ｂ）を対象として劣化診断を行えば、他方のそれも同等に劣化しているであろうと推定できるため、本実施形態では、例示的に、左バンク側のメイン触媒１３ａのみを診断対象として処理が行われる。また、劣化の進行度合いが最も大きい排気系の上流に位置するメイン触媒１３ａのみを診断対象とし、各バンクの排気通路が合流した後に設けられているサブ触媒１４を診断対象から除外している。
【００１８】
つぎに、第１の実施形態における触媒劣化診断の概略について説明する。図３は、Ａ／Ｆセンサの出力電圧の一例を示す波形図である。同図に示すように、メイン触媒１３ａの上流に設けられるＦＡ／Ｆセンサ２４ａの出力電圧ＦＶ（すなわち、検出値）、または、この触媒１３ａの下流に設けられるＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶには、リーン（検出値ＦＶ（或いは、ＲＶ）がスライスレベルよりも小さい状態）からリッチ（検出値ＦＶ（或いは、ＲＶ）がスライスレベルよりも大きい状態）への上昇変化と、リッチからリーンへの下降変化とがある。これらのセンサ２４ａ，２５ａのうち、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値ＦＶは、エンジン１の排気ガス中の酸素濃度に応じて変動する（同図（ａ））。一方、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶは、メイン触媒１３ａの酸素（Ｏ２）ストレージ効果により排気ガス中の酸素濃度が低下するため、基本的に、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａのリッチからリーンへの反転周期よりも、その反転周期が長くなる（同図（ｂ））。ところが、メイン触媒１３ａの劣化が経時的に進行すると、Ｏ２ストレージ効果も低下するため、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶは、位相遅れがあるもののＦＡ／Ｆセンサ２４ａの出力波形に近似していく。すなわち、メイン触媒１３ａが劣化した場合、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａのリッチからリーンへの反転周期はメイン触媒１３ａが新品の状態に比べて短くなるとともに、スライスレベルを基準としたリッチ、リーンの変化幅は大きくなる（同図（ｃ））。
【００１９】
ＦＡ／Ｆセンサ２４ａに関して、所定時間毎（例えば、５０ｍｓｅｃ毎）に、前回（すなわち、５０ｍｓｅｃ前）の検出値ＦＶｎ−１と、現在の検出値ＦＶｎとの変化量ＦＤＶ（絶対値）が算出され、算出された値がＦＯ２積算値ＦＡＤＶとして積算される。また、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａに関して、前回の検出値ＲＶｎ−１と、現在の検出値ＲＶｎとの変化量ＲＤＶ（絶対値）が算出され、この算出された値がＲＯ２積算値ＲＡＤＶとして積算される。そして、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶに対するＲＯ２積算値ＲＡＤＶの比（ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ／ＦＯ２積算値ＲＡＤＶ）が算出される。このとき、メイン触媒１３ａの劣化にともない（例えば、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶが図３（ｂ）の状態から図３（ｃ）の状態になるに従い）、この積算値の比が大きくなっていく。そのため、この積算値の比をメイン触媒１３ａの劣化の程度を示す値（すなわち、診断値ＶＤＩＡ）として考えることで、メイン触媒１３ａの劣化を捉えることができる。
【００２０】
ところで、触媒劣化の進行時間よりも短い時間単位で捉えた場合、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値は、正常な運転状態を維持している限り（例えば、車速ｖが一定）、基本的に、スライスレベルを基準に一定の変化幅でリッチ・リーンの反転を繰り返す（以下、このような状況を「理想出力波形」という）。しかしながら、以下に示すような状況では、Ａ／Ｆセンサの応答遅れなどに起因して、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値が、必ずしも理想出力波形を満たすような値として出力されないことがある。例えば、吸入空気量Ｑが低吸入空気量側へシフトしている状況では、吸入空気量Ｑが変動した場合、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値ＦＶ，ＲＶに、例えば、オーバーシュートと呼ばれる理想出力波形よりも変化幅が大きくなる現象が発生することがある。一方、吸入空気量Ｑが高吸入空気量側へシフトしている状況では、吸入空気量Ｑが変動した場合、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値ＦＶ，ＲＶに、例えば、理想出力波形よりも変化幅が小さくなる現象が発生することがある。また、外乱の影響が作用すると、低・高吸入空気量側に吸入空気量Ｑがシフトしていない場合であっても、吸入空気量Ｑの変化とともに、検出値ＦＶ，ＲＦに理想出力波形からのずれが生じることがある。特に、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａについては、この現象が現れ易い。
【００２１】
図４は、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値を示す出力波形図である。同図には、出力波形の一例として、オーバーシュートが発生した様子が描かれている。上述したように診断値ＶＤＩＡはＦＯ２積算値ＦＡＤＶとＲＯ２積算値ＲＡＤＶとの比として算出される関係上、変化量ＲＤＶにオーバーシュートに起因した変化量が含まれると、この影響が診断値ＶＤＩＡに反映されてしまう。したがって、図４に示すような状況では、実際はメイン触媒１３ａが劣化していないにも拘わらず、あたかもメイン触媒１３ａが劣化したとみなし得るような値として診断値ＶＤＩＡが算出されてしまう。そのため、このようなオーバーシュートといった理想出力波形からのずれが検出値ＦＶ，ＲＶに生じた場合には、メイン触媒１３ａの劣化を正確に捉えられなくなる可能性がある。
【００２２】
そこで、本実施形態では、上記補正値Ｋ１，Ｋ２を用いて、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶおよびＲＯ２積算値ＲＡＤＶを補正することにより、検出値ＦＶ，ＲＶに含まれる理想出力波形からのずれを等価的に補正している。各検出値ＦＶ，ＲＶに生じ得る理想出力波形からのずれは、吸入空気量Ｑと高い相関がある。そこで、ある吸入空気量Ｑに関して、実際に検出されるであろうＡ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値ＦＶ，ＲＶを理想出力波形に近づけるような割合的な値として、実験やシミュレーションを通じて補正値Ｋ１，Ｋ２を定めておく。そして、様々な吸入空気量Ｑと各補正値Ｋ１，Ｋ２との対応関係をマップ或いは計算式として予め定めておけば、吸入空気量Ｑに応じて各補正値Ｋ１，Ｋ２を一意に特定することができる。このようにしてマップ化（または計算式化）された補正値Ｋ１，Ｋ２は、図４の実線（実際の検出値波形）を点線（理想出力波形）に近づけるような値として、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ（またはＲＯ２積算値ＲＡＤＶ）に作用する。換言すれば、補正値Ｋ１，Ｋ２は、検出値ＦＶ（または検出値ＲＶ）に生じる吸入空気量Ｑに応じたずれを相殺するような値としてＦＯ２積算値ＦＡＤＶ（またはＲＯ２積算値ＲＡＤＶ）に作用する。そのため、これらの積算値から算出される診断値ＶＤＩＡは、低・高吸入空気量状態、或いは外乱が生じた状況下であっても、これらに起因する理想出力波形からのずれが低減されるため、劣化診断の信頼性の向上を図ることができる。
【００２３】
このような補正値Ｋ１用のマップおよび補正値Ｋ２用のマップは、上記ＥＣＵ１２のＲＯＭに格納されている。この補正値Ｋ１用のマップ（または補正値Ｋ２用のマップ）には、入力変数Ｑと、出力変数である補正値Ｋ１（または補正値Ｋ２）との対応関係が記述されている。なお、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの変化量ＦＤＶ，ＲＤＶを積算している間にも吸入空気量Ｑは経時的に変動するため、各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを補正する補正値Ｋ１，Ｋ２を特定する際には、吸入空気量Ｑに対応したパラメータとして吸入空気量Ｑの平均値Ｑａｖｅを用いる。
【００２４】
このような概念をふまえた上で、以下、第１の実施形態にかかる触媒劣化診断のシステム処理について説明する。図５は、本実施形態にかかる触媒劣化診断処理の手順を示したフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮされることによりＥＣＵ１２に電源が投入され、システムがイニシャライズ（ＥＣＵ１２のバックアップＲＡＭに格納されたトラブルデータおよびフラグＦａ１，Ｆａ２を除く、各フラグ、カウンタ等の初期化）された後、所定間隔（例えば、５０ｍｓｅｃ）毎に呼び出され、ＥＣＵ１２によって実行される。本実施形態では、エンジン１が始動してからイグニッションスイッチがＯＦＦされることによりエンジン１が停止するまでの間、すなわち、１運転サイクルにおいて、触媒異常という診断結果が１回得られた時点で、この運転サイクルにおける診断が終了する。そして、例えば、２運転サイクル連続して、触媒異常という診断結果が得られた場合に、メイン触媒１３ａが劣化していると確定される。
【００２５】
まず、ステップ１において、診断終了フラグＦｅｎｄが「１」であるか否かが判定される。診断終了フラグＦｅｎｄは初期的には「０」に設定されており、「１」は１運転サイクル中において、メイン触媒１３ａが既に触媒異常と判定されていることを意味する。そのため、あるタイミングで診断終了フラグＦｅｎｄが「０」から「１」に一旦変更されると、それ以降は運転サイクルが継続する限り、ステップ１の肯定判定に従い、ステップ５の診断処理がスキップすることになる。一方、ステップ１で否定判定された場合、すなわち、１運転サイクルにおいて、未だ触媒異常と判定されていない場合には、ステップ２に進む。
【００２６】
ステップ２において、判断部１５は、現在の吸入空気量Ｑが所定の範囲内（Ａ１≦Ｑ≦Ａ２）に存在するか否かを判断する。吸入空気量Ｑについて、このような条件を設ける理由は、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａが排気系の酸素濃度を検出し得るような吸入空気量状態であるか否かを判断するためである。例えば、吸入空気量Ｑが極端に小さくなると（Ｑ＜Ａ１）、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａが検出を行うことができないレベルまで酸素濃度が低下してしまう可能性がある。また、吸入空気量Ｑが極端に大きくなると（Ａ２＜Ｑ）、いわゆる吹き抜け状態と呼ばれるＡ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出範囲を超えた酸素濃度となってしまう可能性がある。この場合、Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値が実酸素濃度と異なる値を示す、或いは検出値なしとなるため、メイン触媒１３ａの診断を正常に行うことができない。そのため、このような吸入空気量領域での診断実行を回避すべく、ステップ５での診断処理に先立ち、ステップ２の判断が設けられている。このステップ２で肯定判定された場合には、続くステップ３に進む。一方、ステップ２で否定判定された場合には、ステップ３からステップ５をスキップして、ステップ６に進む。この場合には、後述するように、カウンタＣＴ、各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶ，ＡＱ、初回判別フラグＦｉｎｉをすべて「０」にリセットとした上で（ステップ６）、本ルーチンを抜ける。ただし、本実施形態では、補正値Ｋ１，Ｋ２を用いてＦＯ２積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを補正する関係上、吸入空気量Ｑを制限する条件（Ａ１，Ａ２）は、従来の触媒劣化診断のそれと比較して、低吸入空気量側および、高吸入空気量側へ拡大するように設定することができる。
【００２７】
ステップ３において、判断部１５は、入力された各センサ類の検出値に基づき、劣化診断を行うのに適した運転状態を規定する診断許可条件が成立するか否かを判断する。この診断許可条件としては、運転状態を検出する各センサ類の検出値が正常であるか、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａが活性状態であるかといったことが挙げられる。また、この診断許可条件としては、さらに、空燃比制御中であるか、基本燃料噴射量を定める基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／ＮＥ；Ｋはインジェクタ特性補正定数、Ｑは吸入空気量）、スロットル開度θｔおよび車速ｖ等が予め設定された範囲内にあるかといったことが挙げられる。このような診断許可条件を設ける理由としては、劣化診断の誤判定を防止するためである。例えば、センサ類の検出値が異常であるにも拘わらず、診断処理を実行してしまうと、不適切な運転状態でそれが実行されてしまうケースが生じ得る。また、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａが非活性であるにも拘わらず、診断処理を実行してしまうと、これらのセンサ２４ａ，２５ａから検出値が得られないため、誤判定が生じ得る。また、空燃比制御外、すなわち、空燃比オープンループ制御時に診断処理を実行してしまうと、空燃比がストイキ外のリッチまたはリーンに制御されているケースで誤判定が生じ得る。さらに、エンジン運転状態が高負荷高回転領域にある場合に診断処理を実行してしまうと、空燃比がリッチ制御されているため、誤判定が生じ得る。そこで、これらのケースでの診断実行を回避すべく、ステップ５の診断処理に先立ち、ステップ３の判断が設けられている。ステップ３において肯定判定された場合（診断許可条件の成立時）、続くステップ４に進む。一方、このステップ３において否定判定された場合（診断許可条件の非成立時）、ステップ４，５をスキップしてステップ６へ進む。ただし、上述したように、補正値Ｋ１，Ｋ２を用いて補正を行うため、例えば、車速ｖなどの条件は、従来の触媒劣化診断のそれと比較してその範囲が拡大するように設定することができる。
【００２８】
つぎに、ステップ４において、判断部１５は、入力された各種センサの検出値に基づき、診断中止条件が成立するか否かを判断する。この診断中止条件としては、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐの変化量、或いはスロットル開度θｔの変化量が予め定められた設定値を越えていないかといったことが挙げられる。これらの診断中止条件により、エンジン過渡運転時や、診断中の失火が判断される。加減速等のエンジン過渡運転時には、空燃比がリッチシフト或いはリーンシフトしており、メイン触媒１３ａの診断を正常に行うことができない。また、失火時には、オーバリーンによってＡ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値が異常値を示すため、メイン触媒１３ａの診断を正常に行うことができない。そこで、これらのケースでの診断実行を回避すべく、ステップ５の診断処理に先立ち、ステップ４の判断が設けられている。ステップ４において否定判定された場合（診断中止条件非成立時）、続くステップ５に進む。一方、このステップ４において肯定判定された場合（診断中止条件の成立時）、ステップ５をスキップしてステップ６に進む。
【００２９】
図６および図７は、第１の実施形態にかかるステップ５に関する詳細な手順を示すフローチャートである。まず、図６に示すステップ１０において、演算部１６は、メイン触媒１３ａの診断用センサであるＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値ＦＶｎおよびＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶｎを読み込む。それとともに、演算部１６は、吸入空気量センサ２０の吸入空気量Ｑを読み込む。これらのセンサ２０，２４ａ，２５ａの検出値の読み込みが終了すると、ステップ１１において診断時間を示すカウンタＣＴの値がインクリメントされる。
【００３０】
ステップ１２において、初回判別フラグＦｉｎｉが「１」であるか否かが判定される。この初回判別フラグＦｉｎｉは、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａおよびＲＡ／Ｆセンサ２５ａからの時系列的な読み込みにおいて、今回の読み込みが初回である否かを判別するフラグであり、以下の４つのケースにおいて「０」に設定される。
（ケース１）本ルーチンの初回実行時
（ケース２）ステップ２で否定判定された直後のルーチン実行時
（ケース３）ステップ３で否定判定された直後のルーチン実行時
（ケース４）ステップ４で肯定判定された直後のルーチン実行時
【００３１】
これらのケースでは、センサ２４ａ，２５ａの前回処理における検出値ＦＶｎ−１，ＲＶｎ−１が存在しないので、ステップ１４における演算を行うことができない。そこで、初回判別フラグが「０」の場合には、今回のサイクルにおける以降の処理をスキップして次回（５０ｍｓｅｃ後）の処理に備えるべく、ステップ１３に進む。そして、ステップ１３において初回判別フラグＦｉｎｉが「１」にセットされた後、本ルーチンを抜ける。一方、このステップ１２で肯定判定された場合、すなわち、前回の処理において両Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値ＦＶｎ−１，ＲＶｎ−１が読み込まれている場合には、ステップ１４に進む。
【００３２】
ステップ１４において、演算部１６は、今回読み込まれた検出値ＦＶｎと、前回読み込まれた検出値ＦＶｎ−１との差の絶対値を、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値の変化量ＦＤＶとして算出する。同様に、演算部１６は、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａについて、今回読み込まれた検出値ＲＶｎと、前回読み込まれた検出値ＲＶｎ−１とに基づき、変化量ＲＤＶを算出する。
【００３３】
ステップ１５において、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの変化量ＦＤＶの積算値であるＦＯ２積算値ＦＡＤＶ（初期値「０」）に、ステップ１４で算出された変化量ＦＤＶを加算することにより、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが更新される。同様に、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの変化量ＲＤＶの積算値であるＲＯ２積算値ＲＡＤＶ（初期値「０」）に、ステップ１４で算出された変化量ＲＤＶを加算することにより、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶが更新される。そして、ステップ１６において、吸入空気量Ｑの積算値である空気量積算値ＡＱ（初期値「０」）に、今回読み込まれた吸入空気量Ｑを加算することにより、空気量積算値ＡＱが更新される。
【００３４】
図７に示すステップ１７において、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが所定の判定値ＦＡＤＶｔｈに到達したか否かが判断される。この判定値ＦＡＤＶｔｈを設ける理由は、メイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡを精度よく算出するためである。上述したように、診断値ＶＤＩＡは、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶに対するＲＯ２積算値ＲＡＤＶの比であり、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶを基準としたＲＯ２積算値ＲＡＤＶの変化の度合いがその値に反映される。この場合、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａに関する変化量ＦＤＶの積算回数が少ないと（すなわち、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶの値が小さい）、変化量ＦＤＶに含まれる一時的な誤差がＦＯ２積算値ＦＡＤＶに大きく反映される。そのため、この一時的な誤差が診断値ＶＤＩＡの信頼性を低下しかねない。また、メイン触媒１３ａの劣化状態が診断値ＶＤＩＡに反映されるには、各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶに複数サイクル以上の変化量ＦＤＶ，ＲＤＶの積算が必要とされる。そこで、このような状態での診断値ＶＤＩＡの算出を回避すべく、ステップ２０での診断値算出に先立ち、ステップ１７の判断が設けられている。この判定値ＦＡＤＶｔｈは、実験やシミュレーション等を通じて数サイクル以上の積算が行われるように決定されており、一例としてはリッチ、リーンの反転が数回以上繰り返されるような値である。したがって、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶの値が判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまでは（ＦＡＤＶ＜ＦＡＤＶｔｈ）、ステップ１７で肯定判定され、ステップ１８以降に進むことなく本ルーチンを抜ける。そして、この積算値ＦＡＤＶが判定値ＦＡＤＶｔｈに到達すると（ＦＡＤＶ＝ＦＡＤＶｔｈ）、ステップ１７の判定結果が肯定から否定へと切り替わるため、続くステップ１８に進む。
【００３５】
ステップ１８において、吸入空気量Ｑの平均値Ｑａｖｅが算出される。空気量平均値Ｑａｖｅは、空気量積算値ＡＱを積算に要した時間、すなわち、カウンタＣＴで割ることにより算出される。
【００３６】
そして、ステップ１９において、補正部１７は、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶに補正値Ｋ１を乗ずることにより、ＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’を算出する。それとともに、補正部１７は、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶに補正値Ｋ２を乗ずることにより、ＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’が算出される。上述したように、補正値Ｋ１，Ｋ２は、吸入空気量Ｑの平均値Ｑａｖｅに基づき、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ用のマップと、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ用のマップとを参照することによって、それぞれ一義的に特定される。続くステップ２０では、メイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡが、ステップ１９において補正されたＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’とＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’との比（ＲＡＤＶ’／ＦＡＤＶ’）として算出される。
【００３７】
ステップ２１において、診断部１８は、診断値ＶＤＩＡと、診断しきい値ＶＤＩＡｔｈとを比較する。この診断しきい値ＶＤＩＡｔｈは、メイン触媒１３ａが劣化したとみなし得る診断値ＶＤＩＡの最大値として、実験やシミュレーション等を通じて決定されている。そのため、診断値ＶＤＩＡが診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ以上の場合には、メイン触媒１３ａが劣化していると判断し（触媒異常）、ステップ２１からステップ２２に進む。そして、ステップ２２において診断終了フラグＦｅｎｄを「１」にセットしたうえで、図５のステップ６に進む。また、この場合、診断部１７は、診断値ＶＤＩＡを含む各種の値をトラブルデータとして、ＥＣＵ１２のバックアップＲＯＭに格納する。そして、例えば触媒異常と診断した初回の運転サイクル時には、ＥＣＵ１２のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、第１回目の触媒異常を示すフラグＦａ１を「１」にセットする。また、以前の運転サイクルで既に触媒劣化の診断がなされている場合（すなわち、フラグＦａ１が既に「１」にセットされている場合）には、ＥＣＵ１２のバックアップＲＯＭの所定アドレスに第２回目の触媒異常を示すフラグＦａ２を「１」にセットするとともに、ＭＩＬランプ１９を点灯或いは点滅させるなどの警報処理を行う。
【００３８】
一方、診断値ＶＤＩＡａが診断しきい値ＶＤＩＡｔｈよりも小さい場合には、メイン触媒１３ａが劣化していないと判断し（触媒正常）、ステップ２１からステップ２３に進む。そして、ステップ２３において、診断終了フラグＦｅｎｄを「０」にセットした上で（結果的には「０」のままである）、図５のステップ６に進む。このとき、上述した第１回目の触媒異常を示すフラグＦａ１、または、このフラグＦａ１とともに第２回目の触媒異常を示すフラグＦａ２が「１」にセットされている場合には、触媒正常の判断にともない、これらのフラグＦａ１，Ｆａ２をともに「０」にリセットする。
【００３９】
そして、図５のステップ６において、カウンタＣＴ、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ、空気量積算値ＡＱ、および初回判別フラグＦｉｎｉが「０」にリセットされる。
【００４０】
このような触媒の劣化診断処理では、診断結果が触媒正常である限り、診断終了フラグＦｅｎｄが「０」であり続けるので、ステップ２以降の劣化診断に関する一連の手順が繰り返される。一方、１運転サイクルにおいて診断結果が触媒異常となった場合、診断終了フラグＦｅｎｄが「０」から「１」に切り替わる。そのため、それ以降は、ステップ２以降の手順をスキップして、本ルーチンを抜ける。これにより、１運転サイクルにおいて、触媒異常との診断結果が１回得られたら、それ以降の劣化診断は行われない。そして、例えば、２運転サイクルで連続して触媒劣化と診断された場合には、ＭＩＬランプ１９の点灯或いは点滅により、運転者に対して触媒が劣化していることが通知される。また、ディーラ等のサービス工場でのトラブルシューティングにおいて、外部装置（図示せず）をＥＣＵ１２に接続することで、上記フラグＦａ１，Ｆａ２に対応するトラブルデータを読出し、触媒の劣化を判断することができる。
【００４１】
このように第１の実施形態によれば、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶおよびＲＯ２積算値ＲＡＤＶが、吸入空気量Ｑに応じた補正値Ｋ１，Ｋ２により補正される。この補正値Ｋ１，Ｋ２は、Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの検出値ＦＶ，ＲＶを理想出力波形に近づけるような値として作用するため、ＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’およびＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’は、理想出力波形を積算したような値とみなすことができる。そのため、オーバーシュートや外乱などの影響が各補正値ＦＡＤＶ’，ＲＡＤＶ’から低減されるため、算出される診断値ＶＤＩＡの信頼性を向上させることができる。また、この補正により、低吸入空気量領域、高吸入空気量領域、或いは外乱などの生じ得る状況下でも精度良く診断値ＶＤＩＡを算出することができるので、より広範囲な条件で触媒の劣化を診断することができる。この結果、触媒の劣化を早期に捉えることができる。
【００４２】
なお、上述した第１の実施形態では、空気量平均値Ｑａｖｅを用いて補正値Ｋ１，Ｋ２を特定したが、吸入空気量Ｑの積算値ＡＱを用いて補正値Ｋ１，Ｋ２を特定することもできる。この場合には、上記マップとして、入力変数ＡＱと、出力変数である補正値Ｋ１（或いは補正値Ｋ２）との対応関係が記述しておけばよい。このようなマップを用いる場合であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態にかかる触媒劣化診断のシステム処理について説明する。本実施形態の特徴は、上記第１の実施形態と同一のシステム構成を有するものの、劣化診断のシステム処理において相違しており、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶおよびＲＯ２積算値ＲＡＤＶに対する補正をより細分化された時間単位で行うことにある。すなわち、第１の実施形態では、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまで、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの変化量の積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを算出し、その後、各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを補正している。これ対して、第２の実施形態では、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまでの期間を複数のスパン（期間）に分割し、分割された一つのスパンの間に積算される各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを補正単位とする。そして、各スパンにおいて補正された両積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶ（すなわち、補正値ＦＡＤＶ’，ＲＡＤＶ’）を積算し、これらの積算値に基づき、診断値ＶＤＩＡが算出される。
【００４４】
以下、具体的なシステム処理について説明する。第２の実施形態にかかるシステム処理は、図５に示す処理と基本的に同一であるが、ステップ５（図６，７）の診断処理にかかる詳細な手順の一部において相違する。そのため、第１の実施形態と同一の処理については、特に断らない限り、図５〜７および上記説明を準用するものとし、その詳細な説明は省略する。ただし、第２の実施形態では、後述するように積算値ＦＴＡＤＶ，ＲＴＡＤＶがパラメータとして用いられる関係上、ステップ２で否定判定された場合には（または、ステップ３で否定判定された場合、ステップ４で肯定判定された場合）、ステップ６において、上記パラメータ（ＣＴ，ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶ，ＡＱ，Ｆｉｎｉ）に加え、積算値ＦＴＡＤＶ，ＲＴＡＤＶが「０」にセットされる。
【００４５】
図８および図９は、第２の実施形態にかかるステップ５に関する詳細な手順を示すフローチャートである。ステップ４０においてＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値ＦＶｎ，ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶｎ、および吸入空気量Ｑが読み込まれると、ステップ４１においてカウンタＣＴの値がインクリメントされる。そして、図６に示すステップ１２の処理と同様に、ステップ４２において初回判別フラグＦｉｎｉが「１」であると判定されると、続くステップ４４に進む。そして、ステップ４４においてＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値の変化量ＦＤＶが算出されるとともに、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値の変化量ＲＤＶが算出される。
【００４６】
ステップ４５において、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ（初期値「０」）に、ステップ４４で算出された変化量ＦＤＶを加算することにより、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが更新される。これとともに、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ（初期値「０」）に、ステップ４４で算出された変化量ＲＤＶを加算することにより、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶが更新される。そして、ステップ４６において、空気量積算値ＡＱ（初期値「０」）に、今回読み込まれた吸入空気量Ｑを加算することにより、空気量積算値ＡＱが更新される。
【００４７】
つぎに、図９に示すステップ４７において、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値がリッチからリーンへ、或いは、リーンからリッチへ反転したか否かが判定される（リッチ・リーン反転判定）。このステップ４７では、第１の実施形態とは相違して、あるスライスレベルを基準として、前回のＲＯ２検出値ＲＶｎ−１と、今回のＲＯ２検出値ＲＶｎとを比較することにより、リッチ・リーン反転の判定が行われる。このような判定を行う理由は、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶおよびＲＯ２積算値ＲＡＤＶに対する補正を細分化された時間単位で行うためである。ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが上記判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまでには複数回のリッチ・リーン反転が行われるという知得に基づき、このリッチ・リーンの反転を用いて、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまでの期間が複数のスパンに分割される。ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値がリッチのまま、或いは、リーンのままであると、ステップ４７で否定判定され、ステップ４８以降に進むことなく本ルーチンを抜ける。そして、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値がリッチからリーンへ、或いは、リーンからリッチへ反転すると、ステップ４７の判定結果が否定から肯定へと切り替わるため、続くステップ４８に進む。
【００４８】
ステップ４８では、吸入空気量Ｑの平均値Ｑａｖｅが算出される。そして、ステップ４９において、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶに補正値Ｋ１を乗ずることにより、ＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’が算出されるとともに、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶに補正値Ｋ２を乗ずることにより、ＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’が算出される。このステップ４８では、第１の実施形態と同様に、補正値Ｋ１，Ｋ２は、空気量平均値Ｑａｖｅに応じて、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ用のマップと、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ用のマップとを参照することによって、一義的に特定される。
【００４９】
そして、ステップ５０において、ＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’の積算値であるＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶ（初期値「０」）に、ステップ４９で算出されたＦＯ２補正値ＦＡＤＶ’を加算することにより、ＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶが更新される。同様に、ＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’の積算値であるＲＯ２補正積算値ＲＴＡＤＶ（初期値「０」）に、ステップ４９で算出されたＲＯ２補正値ＲＡＤＶ’を加算することにより、ＲＯ２補正積算値ＲＴＡＤＶが更新される。
【００５０】
ステップ５１において、ＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶが所定の判定値ＦＴＡＤＶｔｈに到達したか否かが判断される。この判定値ＦＴＡＤＶｔｈを設ける理由は、第１の実施形態におけるステップ１７の判断と同様、メイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡを精度よく算出するためである。そのため、ＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶの値が判定値ＦＴＡＤＶｔｈに到達するまでは（ＦＴＡＤＶ＜ＦＴＡＤＶｔｈ）、ステップ５１の肯定判定され、ステップ５２に進む。この場合には、カウンタＣＴ、ＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶおよびＲＯ２補正積算値ＲＴＡＤＶを除く各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶ，ＡＱ、および初回判別フラグＦｉｎｉをすべて「０」にリセットとした上で（ステップ５２）、本ルーチンを抜ける。そして、ＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶが判定値ＦＴＡＤＶｔｈに到達すると（ＦＴＡＤＶ＝ＦＴＡＤＶｔｈ）、ステップ５１の判定結果が肯定から否定へと切り替わるため、続くステップ５３に進む。
【００５１】
ステップ５３では、メイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡが、ステップ５０において更新されたＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶとＲＯ２補正積算値ＲＴＡＤＶとの比（ＲＴＡＤＶ／ＦＴＡＤＶ）として算出される。
【００５２】
そして、ステップ５４において、診断部１８は、図７に示すステップ２１の処理と同様、診断値ＶＤＩＡと診断しきい値ＶＤＩＡｔｈとを比較する。そして、診断値ＶＤＩＡが診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ以上の場合には、メイン触媒１３ａが劣化していると判断し（触媒異常）、ステップ５４からステップ５５に進む。そして、ステップ５５において診断終了フラグＦｅｎｄを「１」にセットしたうえで、図５のステップ６に進む。一方、診断値ＶＤＩＡａが診断しきい値ＶＤＩＡｔｈよりも小さい場合には、メイン触媒１３ａが劣化していないと判断し（触媒正常）、ステップ５４からステップ５６に進む。そして、ステップ５６において、診断終了フラグＦｅｎｄを「０」にセットした上で（結果的には「０」のままである）、図５のステップ６に進む。そして、上述しように、図５のステップ６において、カウンタＣＴ、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶ、ＲＯ２積算値ＲＡＤＶ、空気量積算値ＡＱ、および初回判別フラグＦｉｎｉに加え、さらにＦＯ２補正積算値ＦＴＡＤＶ、ＲＯ２補正積算値ＲＴＡＤＶが「０」にリセットされる。
【００５３】
このような触媒の劣化診断処理では、診断結果が触媒正常である限り、診断終了フラグＦｅｎｄが「０」であり続けるので、ステップ２以降の劣化診断に関する一連の手順が繰り返される。一方、１運転サイクルにおいて診断結果が触媒異常となった場合、診断終了フラグＦｅｎｄが「０」から「１」に切り替わる。そのため、それ以降は、ステップ２以降の手順をスキップして、本ルーチンを抜ける。これにより、１運転サイクルにおいて、触媒異常との診断結果が１回得られたら、それ以降の劣化診断は行われない。
【００５４】
このように、第２の実施形態によれば、リッチ・リーン反転のタイミングにおいて、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまでの期間を複数のスパンに分割している。そして、分割された一つのスパンの間に積算される各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを補正し、各スパンにおいて補正された両積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを積算することにより、診断値ＶＤＩＡが算出される。この場合、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶおよびＲＯ２積算値ＲＡＤＶに対する補正がより細分化された時間単位で行われるので、吸入空気量Ｑの変動に応じてリニアに補正を行うことができる。これにより、低吸入空気量領域、高吸入空気量領域、或いは外乱などの生じ得る状況下でも精度良く診断値ＶＤＩＡを算出することができるので、より広範囲な条件で触媒の劣化を診断することができる。この結果、触媒の劣化を早期に捉えることができる。
【００５５】
なお、第２の実施形態では、リッチ・リーン反転を用いて細分化された時間単位を設定しているが、本発明はかかる手法にのみ限定されるものではない。例えば、タイマ等を用いて、一定周期毎に、ＦＯ２積算値ＦＡＤＶが判定値ＦＡＤＶｔｈに到達するまでの期間を複数のスパンに分割し、分割された一つのスパンの間に積算される各積算値ＦＡＤＶ，ＲＡＤＶを補正単位として、上述した手法を実行してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
このように、本発明では、ＦＯ２積算値およびＲＯ２積算値が、吸入空気量に応じた補正値により補正される。そのため、オーバーシュートや外乱など影響が各補正値から低減されるため、算出される診断値の信頼性を向上させることができる。また、この補正により、低吸入空気量領域、高吸入空気量領域、或いは外乱などの生じ得る状況下でも精度良く診断値を算出することができるので、より広範囲な条件で触媒の劣化を診断することができる。この結果、触媒の劣化を早期に捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例である四気筒の水平対向式エンジンの全体構成図
【図２】ＥＣＵの機能的なブロック構成図
【図３】Ａ／Ｆセンサの出力値の一例を示す波形図
【図４】ＲＡ／Ｆセンサの検出値を示す出力波形図
【図５】本実施形態にかかる触媒劣化診断処理の手順を示したフローチャート
【図６】第１の実施形態にかかるステップ５に関する詳細な手順を示すフローチャート
【図７】第１の実施形態にかかるステップ５に関する詳細な手順を示すフローチャート
【図８】第２の実施形態にかかるステップ５に関する詳細な手順を示すフローチャート
【図９】第２の実施形態にかかるステップ５に関する詳細な手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気バルブ
３ａ インテークマニホールド
３ｂ インテークマニホールド
４ 排気バルブ
５ａ エキゾーストマニホールド
５ｂ エキゾーストマニホールド
６ 点火プラグ
７ インジェクタ
８ エアクリーナ
９ エアチャンバ
１０ スロットルバルブ
１１ 電動モータ
１２ 制御装置（ＥＣＵ）
１３ａ メイン触媒
１３ｂ メイン触媒
１４ サブ触媒
１５ 判断部
１６ 演算部
１７ 補正部
１８ 診断部
１９ ＭＩＬランプ
２０ 吸入空気量センサ
２１ スロットル開度センサ
２２ 車速センサ
２３ エンジン回転数センサ
２４ａ フロント空燃比センサ（ＦＡ／Ｆセンサ）
２４ｂ フロント空燃比センサ（ＦＡ／Ｆセンサ）
２５ａ リア空燃比センサ（ＲＡ／Ｆセンサ）
２５ｂ リア空燃比センサ（ＲＡ／Ｆセンサ）

Claims (5)

1. エンジンの排気系に設けられた触媒の上流にフロント空燃比センサを設けるとともに、前記触媒の下流にリア空燃比センサを設け、前記フロント空燃比センサの検出値と前記リア空燃比センサの検出値とに基づいて前記触媒の劣化を診断する装置において、
   前記フロント空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に算出し、当該算出された変化量を積算することにより第１の積算値を算出するとともに、前記リア空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に算出し、当該算出された変化量を積算することにより第２の積算値を算出する演算部と、
   吸入空気量に応じて第１の補正値を設定し、当該設定された第１の補正値を用いて前記第１の積算値を補正するとともに、前記吸入空気量に応じて第２の補正値を設定し、当該設定された第２の補正値を用いて前記第２の積算値を補正する補正部と、
   前記補正された第１の積算値と前記補正された第２の積算値とに基づいて算出した診断値を、所定の診断しきい値と比較することにより、前記触媒が劣化しているか否かを診断する診断部と
   を有することを特徴とするエンジンの触媒劣化診断装置。
2. 前記診断部は、前記補正された第１の積算値を前記リア空燃比センサの検出値がリッチからリーンへ、またはリーンからリッチへ反転する毎に積算した第３の積算値と、前記補正された第２の積算値を前記リア空燃比センサの検出値がリッチからリーンへ、またはリーンからリッチへ反転する毎に積算した第４の積算値とに基づいて算出した診断値を、所定の診断しきい値と比較することにより、前記触媒が劣化しているか否かを診断することを特徴とする請求項１に記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。
3. 前記診断部は、前記補正された第１の積算値を前記所定時間よりも長い所定の周期毎に積算した第３の積算値と、前記補正された第２の積算値を前記所定の周期毎に積算した第４の積算値とに基づいて算出した診断値を、所定の診断しきい値と比較することにより、前記触媒が劣化しているか否かを診断することを特徴とする請求項１に記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。
4. 前記補正部は、所定時間毎の前記吸入空気量の平均値と第１の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、前記第１の補正値を設定し、所定時間毎の前記吸入空気量の平均値と第２の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、前記第２の補正値を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。
5. 前記補正部は、前記吸入空気量を所定時間毎に積算した空気量積算値と第１の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、前記第１の補正値を設定し、前記空気量積算値と第２の補正値とを対応付けたマップまたは計算式に基づき、前記第２の補正値を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。

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