催化劑劣化檢測設備的製作方法

2023-05-22 09:05:06

專利名稱：催化劑劣化檢測設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種催化劑劣化檢測設備。
背景技術：
在安裝在諸如機動車輛等的車輛中的內燃機中，排氣通路設置有用於廢氣排放控制的催化劑，從而去除在排氣通路中流動的廢氣中的NOx、HCs和CO。此外，為了去除廢氣的這三種成分，催化劑具備儲氧功能，並且執行化學計量空氣燃料比控制，即，將內燃機的燃燒室中的空氣-燃料混合物的空氣燃料比控制到化學計量的空氣燃料比。催化劑的儲氧功能在本文中表示根據通過催化劑的廢氣中的氧濃度將來自廢氣的氧儲存在催化劑中，並且將催化劑中儲存的氧解吸且將其從催化劑釋放到廢氣中的功能。特別地，在廢氣中的氧濃度高於當其空氣燃料比設定在化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒時獲得的氧濃度的值的狀態期間，即，在其空氣燃料比貧於化學計量的 空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒的狀態期間，由於催化劑的上述儲氧功能，通過催化劑的廢氣中的氧儲存到催化劑內。另ー方面，在廢氣中的氧濃度低於當其空氣燃料比設定在化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒時獲得的氧濃度的值的狀態期間，即，在其空氣燃料比富於化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒的狀態期間，由於催化劑的上述儲氧功能，儲存在催化劑中的氧被解吸並從催化劑釋放到廢氣中。此外，在上述化學計量空氣燃料比控制中，根據廢氣中的氧濃度調節內燃機的燃料噴射量，使得廢氣中的氧濃度變得等於當其空氣燃料比設定在化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒時獲得的氧濃度的值。這種化學計量空氣燃料比控制使用前置催化劑傳感器和後置催化劑傳感器，前置催化劑傳感器設置在催化劑上遊的排氣通道中並且基於廢氣中的氧濃度輸出信號，並且後置催化劑傳感器設置在催化劑下遊的排氣通道中且基於氧濃度輸出信號。具體地，根據來自前置催化劑傳感器的信號調節內燃機的燃料噴射量，以使得催化劑上遊的廢氣中的氧濃度變得等於當其空氣燃料比設定在化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒時獲得的氧濃度的值。由於這種調節，控制內燃機的燃燒室中的混合物的空氣燃料比，以便在化學計量的空氣燃料比的富燃料側與貧燃料側之間波動的同吋，收斂至化學計量的空氣燃料比。然而，在只進行與前置催化劑傳感器的輸出信號相當的燃料噴射量調節的情況中，仍然存在這樣的可能，即由於前置催化劑傳感器的產品差別等，在富燃料側與貧燃料側之間波動以便如上所述收斂至化學計量的空氣燃料比的內燃機的空氣燃料比的波動中心將偏離化學計量的空氣燃料比。為了修正這樣的偏差，還根據後置催化劑傳感器的信號輸出調節內燃機的燃料噴射量，以使得由幹與來自前置催化劑傳感器的信號相當的燃料噴射量調節，在富側與貧側之間波動的內燃機的空氣燃料比的波動中心變得等於化學計量的空氣燃料比。因此，通過使催化劑具備儲氧功能並進行化學計量空氣燃料比控制，能夠有效地去除廢氣中的三種成分，BP, NOx, HCs和CO。具體地，當在執行化學計量空氣燃料比控制期間燃燒室中的混合物的空氣燃料比變到貧側時，通過催化劑的廢氣中的氧濃度變得高於當空氣燃料比設定在化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒時獲得的氧濃度的值，以使得通過催化劑的廢氣中的氧被儲存到催化劑內，從而減少廢氣中的NOx。另ー方面，當在執行化學計量空氣燃料比控制期間燃燒室中的混合物的空氣燃料比變到富側時，通過催化劑的廢氣中的氧濃度變得低於當空氣燃料比設定在化學計量的空氣燃料比的混合物在燃燒室中燃燒時獲得的氧濃度的值，以使得儲存在催化劑中的氧從催化劑中解吸，並且氧化廢氣中的HCs和CO。因此，在執行化學計量空氣燃料比控制期間，當燃燒室中的混合物的空氣燃料比隨著空氣燃料比收斂至化學計量的空氣燃料比而在富側和貧側之間波動時，有效去除廢氣中的三種成分，即，NOx、HCs和CO。
附帯地講，對催化劑來說，隨著催化劑劣化，儲氧功能降低。因此，已經提出了找到催化劑中所儲存的氧的量的最大值(以下稱為儲氧量)，並且基於儲氧量判定是否存在催化劑的劣化。例如，在日本專利申請公布No. 2008-31901 (JP-A-2008-31901)中，催化劑劣化的存在與否通過下列過程來判定。如圖10的空氣燃料比時間圖中所示，當在內燃機的燃燒室中燃燒的混合物的空氣燃料比被迫在富側和貧側之間變化時(在時刻ta處)，前置催化劑傳感器的信號對應地發生變化，如圖10的前置催化劑傳感器的輸出的時間圖中所示。附帯地講，在圖10的前置催化劑傳感器的輸出的時間圖中的時刻tb是前置催化劑傳感器的信號達到與當處於化學計量的空氣燃料比的混合物燃燒時得到的廢氣中的氧濃度相對應的值的時刻。然後，計算在從前置催化劑傳感器的信號中出現上述變化起到後置催化劑傳感器的信號中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化為止的時間段(tb至td)期間儲存到催化劑內或從催化劑解吸的氧的量。附帯地講，後置催化劑傳感器的信號中已出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化的判定可以在下列條件下進行信號已達到為進行判定而設定的標準值H，如圖10中的後置催化劑傳感器的輸出I的時間圖中的實線所示。例如，如果出現從富側到貧側的空氣燃料比的受迫變化，則在該時間段(tb至td)期間，氧被儲存到催化劑內。然後，計算在該時間段期間儲存到催化劑內的氧的量，並且將氧的計算量確定為催化劑的儲氧量。附帯地講，由此得到的儲氧量在該時間段(tb至td)期間變化，如圖10中的儲氧量I的時間圖中的實線所示。另ー方面，如果出現從貧側到富側的空氣燃料比的強迫變化，則在該時間段(tb至td)期間，氧從催化劑中被解吸。然後，計算在該時間段期間從催化劑中解吸的氧的量，並且將氧的計算量確定為催化劑的儲氧量。附帯地講，由此得到的儲氧量也在該時間段(tb至td)期間變化，如圖10中的儲氧量I的時間圖中的實線所示。然後，為了判定是否存在催化劑的劣化，將在時間段(tb至td)的結束的時點處得到的儲氧量與為關於劣化的判定而設定的閾值進行比較。具體地，如果儲氧量小於閾值，則可以判定已經出現了由於催化劑劣化導致的儲氧功能降低，並且因此判定存在催化劑劣化。另ー方面，如果儲氧量大於或等於閾值，則可以判定尚未出現由於催化劑劣化導致的儲氧功能降低，並且因此判定不存在催化劑劣化(催化劑正常)。然而，在上述關於催化劑劣化是否存在的判定中，有時出現下面的情況由於來自後置催化劑傳感器的信號對於催化劑下遊的廢氣中的氧濃度的變化的響應性惡化的效應，為用於判定而得到的儲氧量從正確值偏離至増加側。例如，如果後置催化劑傳感器的響應性的惡化以從圖10中的後置催化劑傳感器的輸出I的時間圖中的實線所示的轉變到同一時間圖中的雙點劃線所示的轉變的變化的形式出現在同一傳感器的信號中，則計算儲氧量的時間段從tb至td的時間段增加至tb至tf的時間段。結果，在時間段(tb至tf)的結束時點處得到的儲氧量是相比正確值(時間td處的值)過大的值(時間tf處的值)，如圖10中的儲氧量I的時間圖中的雙點劃線所示。然後，如果基於儲氧量的值從正確值偏離至增加側而判定是否存在催化劑的劣化，則在判定時有時可能出現誤差。作為上述問題的對策，JP-A-2008-31901公開了將車輛的行駛距離或內燃機的累積工作時間測量為與後置催化劑傳感器的響應性相關的參數，並且基於測量的參數(對應於後置催化劑傳感器的響應性)修正標準值H。具體地，修正標準值H，以使判定越緩和(以便位於圖10中的後置催化劑傳感器的輸出I的時間圖中更高處)，參數使後置催化劑傳感器的響應性變得越差。在這種情況下，基於參數(後置催化劑傳感器的響應性)修正標準值H，以便在該時間圖中的雙點劃線LI在時刻td處達到修正後的標準值H。以這種方式，限制所得到的儲氧量由於後置催化劑傳感器的響應性惡化而從正確值偏離至増加側。 如上所述，通過基於與後置催化劑傳感器的響應性相關的參數修正標準值H，可以對儲氧量由於後置催化劑傳感器的響應性惡化而從正確值的偏離進行限制。然而，後置催化劑傳感器的響應性惡化的效應未必以圖10的後置催化劑傳感器輸出I的時間圖中的雙點劃線所示方式出現在來自後置催化劑傳感器的信號中，並且可能以不同於雙點劃線所示的方式出現在來自後置催化劑傳感器的信號中，這取決於內燃機的操作狀態等。例如，甚至當後置催化劑傳感器的響應性變的差程度基本上等於圖10中的後催化劑傳感器輸出I的時間圖中的雙點劃線所示惡化程度時，後置催化劑傳感器的響應性的惡化的效應也可能出現在後置催化劑傳感器的信號中，例如，以圖10中的後置催化劑傳感器的輸出2的時間圖中的雙點劃線L2或圖10中的後置催化劑傳感器的輸出3的時間圖中的雙點劃線L3所示方式，這取決於內燃機的操作狀態等。附帯地講，在後置催化劑傳感器的輸出2的時間圖和後置催化劑傳感器的輸出3的時間圖中的每ー個的雙點劃線LI與圖10中的後置催化劑傳感器的輸出I的時間圖中的雙點劃線相同。如從圖10中的後置催化劑傳感器的輸出2的時間圖可看到的，雙點劃線L2在時刻tf之前位於雙點劃線LI之下，並且在時刻tf之後與雙點劃線L2重合。在這種情況下，雙點劃線L2在時刻td之前在時刻tc處達到修正後標準值H。因此，在時刻tc處，得到了在從tb至tc的時間段中的儲氧量。附帶地講，在該時間段期間，儲氧量如圖10中的儲氧量2的時間圖中所示變化。在時刻tc處得到的儲氧量是從正確值(在圖10中的儲氧量I的時間圖中的時刻td處的實線上的值)偏離至減小側的值。因此，如果基於在時刻tc處得到的儲氧量判定催化劑是否劣化，則在判定中有時可能出現誤差。另ー方面，如從後置催化劑傳感器的輸出3的時間圖可看到的，雙點劃線L3在時刻tf之前位於雙點劃線LI之上，並且在時刻tf之後與雙點劃線LI重合。在這種情況下，雙點劃線L3在時刻td之後在時刻te處達到修正後標準值H。因此，在時刻te處，得到了在從tb至te的時間段期間的儲氧量。附帯地講，在該時間段內，儲氧量如圖10中的後置催化劑傳感器的輸出3的時間圖所示變化。在時刻te處得到的儲氧量是從正確值(在圖10中的儲氧量I的時間圖中的時刻td處的實線上的值)偏離至增加側的值。因此，如果基於在時刻te處得到的儲氧量判定催化劑是否劣化，則在判定中有時可能出現誤差。
如上所述，如果在來自後置催化劑傳感器的信號中出現的後置催化劑傳感器的響應性的惡化的效應如圖10中的後置催化劑傳感器的輸出2的時間圖中的雙點劃線L2和圖10中的後置催化劑傳感器的輸出3的時間圖中的雙點劃線L3相對於圖10中的後置催化劑傳感器的輸出2和後置催化劑傳感器的輸出3的時間圖中的雙點劃線LI的所示那樣變化，則用於判定催化劑的劣化是否存在的儲氧量偏離正確值，如上所述。由於存在這樣的可能性，即可能基幹與正確值偏離的儲氧量來判定是否存在催化劑的劣化，因此不能明確地說判定結果是絕對正確的。

發明內容
本發明提供了ー種催化劑劣化檢測設備，其能夠正確判定是否存在催化劑的劣化，而與來自後置催化劑傳感器的信號中出現的後置催化劑傳感器的響應性的惡化的效應的變化無關。根據本發明的ー個方面的催化劑劣化檢測設備包括前置催化劑傳感器，其設置在催化劑上遊的內燃機的排氣通路中，並且基於廢氣中的氧濃度輸出信號；後置催化劑傳 感器，其設置在催化劑下遊的排氣通路中，並且基於廢氣中的氧濃度輸出信號；空氣燃料比控制裝置，其用於迫使內燃機的空氣燃料比在富側和貧側之間變化；計算裝置，其用於提供標準值以確定在後置催化劑傳感器的信號中出現與空氣燃料比的變化相對應的變化，並且用於將在下述時間段內儲存到催化劑內或從催化劑解吸的氧的量計算作為催化劑的儲氧量，所述時間段是指在當從在前置催化劑傳感器的信號中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化時至當後置催化劑傳感器的信號達到標準值時；催化劑劣化判定裝置，其用於基於儲氧量來判定是否存在催化劑的劣化；響應性測量裝置，其用於測量由後置催化劑傳感器輸出的信號中的變化相對於催化劑下遊的廢氣中的氧濃度的變化的響應性；和修正裝置，其用於隨著由響應性測量裝置測量的後置催化劑傳感器的響應性相對於基準值變得更加惡化，來將用於判定是否存在催化劑的劣化所計算的儲氧量向著更偏向減小側的方向進行修正。在根據本發明的上述方面的催化劑劣化檢測設備中，當後置催化劑傳感器的響應性不惡化時獲得的響應性的值可被設為基準值。按照根據上述方面的催化劑劣化檢測設備，通過使用前置催化劑傳感器和後置催化劑傳感器來判定設置在內燃機的排氣通路中的催化劑是否劣化，其中前置催化劑傳感器設置在催化劑上遊的排氣通路中且基於廢氣中的氧濃度輸出信號，後置催化劑傳感器設置在催化劑下遊的排氣通路中且基於廢氣中的氧濃度輸出信號。具體地，空氣燃料比控制裝置迫使內燃機的空氣燃料比在貧側和富側之間變化，並且在從前置催化劑傳感器的信號中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化至後置催化劑傳感器的信號中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化的時間段內儲存到催化劑內或從催化劑解吸的氧的量。附帯地講，在信號達到用於判定的標準值的條件下，可以判定在後置催化劑傳感器的信號中出現了與空氣燃料比中的變化相對應的變化。然後，當計算在上述時間段內儲存到催化劑內或從催化劑解吸的氧的量時，將計算的值設定為催化劑的儲氧量。以這種方式得到的儲氧量受到後置催化劑傳感器的信號中的變化相對於催化劑下遊的廢氣中的氧濃度的變化的響應性的影響。因此，測量後置催化劑傳感器的響應性。然後，測量的響應性相對於基準值越惡化，修正裝置將把用於判定是否存在催化劑劣化的所得到的儲氧量越多地朝向減小側進行修正。基於以這種方式修正的儲氧量，由催化劑劣化判定裝置判定是否存在催化劑的劣化。在相關技術中，代替直接修正為了基於上述後置催化劑傳感器的響應性判定催化劑的劣化是否存在而設定的儲氧量，通過下面的技術在儲氧量中反映響應性。具體地，通過修正用於基於後置催化劑傳感器的響應性來確定在由後置催化劑傳感器輸出的信號中出現了與空氣燃料比中的變化相對應的變化的標準值，在儲氧量中反映後置催化劑傳感器的響應性。在這種情況下，當出現在來自後置催化劑傳感器的信號中的後置催化劑傳感器的響應性惡化的效應取決於內燃機的操作狀態等變化時，有時出現這樣的情況其中反映了後置催化劑傳感器的響應性的儲氧量具有與正確值偏離的值。存在這樣的可能性，即可能基於其值與正確值偏離的儲氧量來判定是否存在催化劑的劣化，所以不能明確地說判定結果是絕對正確的。然而，就這一點而言，根據上述方面的催化劑劣化檢測設備直接修正為了基於後置催化劑傳感器的響應性來判定是否存在催化劑的劣化而設定的儲氧量。因此，即使在來 自後置催化劑傳感器的信號中出現的後置催化劑傳感器的響應性的惡化的效應取決於內燃機的操作狀態等變化，也可以防止這種變化導致修正後的儲氧量的變化。因此，即使在來自後置催化劑傳感器的信號中出現的後置催化劑傳感器的響應性的惡化的效應如上所述變化，也限制修正後的儲氧量偏離正確值。因此，通過基於修正後的儲氧量判定是否存在催化劑的劣化，可以正確地判定是否存在催化劑的劣化，而與在後置催化劑傳感器的信號中出現的後置催化劑傳感器的響應性的惡化的效應的變化無關。在根據上述方面的催化劑劣化檢測設備中響應性測量裝置可以測量下述響應性當通過空氣燃料比控制裝置或燃料切斷控制將內燃機的空氣燃料比從富側變至貧側吋，由後置催化劑傳感器輸出的信號相對於空氣燃料比向貧側的變化的響應性，以及當通過空氣燃料比控制裝置將內燃機的空氣燃料比從貧側變至富側時，由後置催化劑傳感器輸出的信號相對於空氣燃料比向富側的變化的響應性；計算裝置可以將當通過空氣燃料比控制裝置迫使內燃機的空氣燃料比從富側變至貧側時的、儲存到催化劑內的氧的量，計算作為在儲存氧時得到的儲氧量，並且可以將當通過空氣燃料比控制裝置迫使內燃機的空氣燃料比從貧側變至富側時的、從催化劑解吸的氧的量，計算作為在解吸氧時得到的儲氧量；修正裝置可以基於後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向貧側變化的響應性，來修正在儲存氧時得到的儲氧量，並且可以基於後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向富側變化的響應性，來修正在解吸氧時得到的儲氧量；並且當後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向貧側變化的響應性和後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向富側變化的響應性中只有ー個已被測量時，催化劑劣化判定裝置可以基於已經測量的這ー個響應性和與尚未測量的響應性相對應的儲氧量來計算修正的儲氧量的平均值，並且可以基於修正的儲氧量與預定的第一閾值所進行的比較以及將平均值與大於第一閾值的第二閾值所進行的比較，來判定是否存在催化劑的劣化。根據按照該構造的催化劑劣化檢測設備，測量當空氣燃料比從富側變至貧側時由後置催化劑傳感器輸出的信號相對於內燃機的空氣燃料比向貧側的變化的響應性，並且測量當空氣燃料比從貧側變至富側時由後置催化劑傳感器輸出的信號相對於內燃機的空氣燃料比向富側的變化的響應性。此外，當內燃機的空氣燃料比被迫從富側變至貧側時儲存到催化劑內的氧的量被計算為在儲存氧時得到的儲氧量，並且當內燃機的空氣燃料比被迫從貧側變至富側時從催化劑解吸的氧的量被計算為在解吸氧時得到的儲氧量。然後，基於後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向貧側的變化的響應性來修正在儲存氧時得到的儲氧量，並且基於後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向富側的變化的響應性修正在解吸氧時得到的儲氧量。為了準確判定是否存在催化劑的劣化，優選的是基於在儲存氧時得到的儲氧量的修正後的值和在解吸氧時得到的儲氧量的修正後的值來判定是否存在催化劑的劣化。然而，如果要實現對是否存在催化劑的劣化的這種方式的判定，則在判定完成之前不可避免地需要較長的時間。這是因為，如果要測量用於修正在儲存氧時得到的儲氧量的、後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性，以及用於修正在解吸氧時得到的儲氧量的、後置催化劑傳感器相對於向富側的變化的響應性，則這兩種響應性的測量的完成都需要較長時間。具體地，就對後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性的測量以及對後置催化劑傳感器相對於向富側的變化的響應性的測量而言，這兩種響應性之一的測量頻率很有可 能不同於另ー響應性的測量頻率。因此，出現下面的情況後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性及其相對於向富側的變化的響應性中的ー個能夠被測量，而另ー個則不能夠被測量。因此，響應性測量的完成需要較長時間。就這一點而言，根據上述構造的催化劑劣化檢測設備以下述方式判定是否存在催化劑的劣化，以便迅速完成對於是否存在催化劑的劣化的判定，同時避免判定精度的降低。也就是說，當後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向貧側的變化的響應性和後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向富側的變化的響應性中只有ー個被測量時，計算基於響應性中已測量的那ー個修正的儲氧量和與尚未測量的響應性相對應的儲氧量的平均值。然後，基於修正的儲氧量和第一閾值的比較以及平均值和第二閾值的比較，來判定是否存在催化劑的劣化。在這種情況下，只要後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性其中之一就可以判定是否存在催化劑的劣化。因此，可以迅速完成判定。對於是否存在催化劑的劣化的判定不僅以基於後置催化劑傳感器的響應性修正的儲氧量為基礎來進行，而且以與尚未測量的後置催化劑傳感器的響應性相對應的儲氧量和修正後的儲氧量的平均值為基礎來進行。在通過不但考慮修正後的儲氧量而且也考慮上述平均值來進行對於是否存在催化劑的劣化的判定的情況中，可以限制由僅基於修正後的儲氧量判定是否存在催化劑的劣化所導致的判定精度降低。在根據上述構造的催化劑劣化檢測設備中，如果修正的儲氧量小於第一閾值，則催化劑劣化判定裝置可以判定催化劑已經劣化。根據按照該構造的催化劑劣化檢測設備，如果在測量了後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中的一個之後，基於測量的響應性修正的儲氧量小於第一閾值，則立即判定存在催化劑的劣化。這裡應當指出的是，基於後置催化劑傳感器的響應性修正的儲氧量小於第一閾值的情況是指對於催化劑正常值得懷疑的情況。當以這種方式懷疑催化劑的正常性時，可以判定存在催化劑劣化，如上所述。因此，在催化劑正常值得懷疑的情況中，本發明降低了以下情況的發生率雖然催化劑實際上已劣化，但沒有判定存在催化劑劣化。此外，在按照上述構造的催化劑劣化檢測設備中，如果修正的儲氧量大於或等於第一閾值並且平均值大於或等於第二閾值，則催化劑劣化判定裝置可以判定催化劑尚未劣化。根據按照該構造的催化劑劣化檢測設備，如果在測量了後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中的ー個之後，基於相對於向貧側的變化的響應性修正的儲氧量大於或等於第一閾值並且平均值大於或等於第二閾值，則判定催化劑尚未劣化。這裡應當指出的是，基於後置催化劑傳感器的響應性修正的儲氧量大於或等於第一閾值並且平均值大於或等於第二閾值的情況是指催化劑極有可能正常的情況。當催化劑極有可能正常時，如上所述可以判定催化劑尚未劣化。因此，在判定催化劑尚未劣化時，可以準確地進行判定。此外，在按照上述構造的催化劑劣化檢測設備中，如果修正的儲氧量大於或等於第一閾值且平均值小於第二閾值，則催化劑劣化判定裝置可以中止關於是否存在催化劑劣 化的判定。根據按照該構造的催化劑劣化檢測設備，在測量了後置催化劑傳感器相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中的一個之後，假設基於測量的響應性修正的儲氧量大於或等於第一閾值並且平均值小於第二閾值，則中止關於是否存在催化劑劣化的判定。這裡應當指出的是，基於後置催化劑傳感器的響應性修正的儲氧量大於或等於第一閾值並且平均值小於第二閾值的情況是指難以判定催化劑是已劣化還是尚未劣化而是正常的情況。當難以判定催化劑是已劣化還是尚未劣化而是正常時，如上所述中止關於是否存在催化劑的劣化的判定。因此，可以避免在沒有認真考慮就輕易進行判定的情況下可能導致的對於是否存在催化劑劣化的判定的誤差。此外，在根據上述方面的催化劑劣化檢測設備中，當測量了後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向貧側的變化的響應性和後置催化劑傳感器相對於空氣燃料比向富側的變化的響應性兩者時，催化劑劣化判定裝置可以將基於相對於向貧側的變化的響應性修正的儲氧量與預定的第三閾值進行比較，並且可以將基於相對於向富側的變化的響應性修正的儲氧量與預定的第三閾值進行比較，而且如果所修正的儲氧量中的至少ー個小於第三閾值則可以判定催化劑已劣化，而如果所修正的儲氧量都大於或等於第三閾值則可以判定催化劑尚未劣化。


下面將結合附圖描述本發明的特徵、優點以及技術和エ業重要性，在附圖中，相同的符號表示相同的元件，並且其中圖I是示出根據本發明的實施例的催化劑劣化檢測設備所應用到的發動機的整體構造的不意圖；圖2是示出根據本發明的實施例的空氣燃料比傳感器的輸出信號中的變化相對於廢氣中的氧濃度的變化的圖；圖3是示出根據實施例的氧傳感器的輸出信號中的變化相對於廢氣中的氧濃度的變化的圖4是時間圖，示出根據實施例在主動空氣燃料比控制中的發動機的空氣燃料比中的變化、空氣燃料比傳感器的輸出信號中的變化、所得到的儲氧量中的變化、以及氧傳感器的輸出信號中的變化；圖5是時間圖，示出根據實施例在主動空氣燃料比控制中的發動機的空氣燃料比中的變化、空氣燃料比傳感器的輸出信號中的變化、所得到的儲氧量中的變化、以及氧傳感器的輸出信號中的變化；圖6是示出根據實施例的判定三元催化劑是否劣化的過程的流程圖；圖7是示出根據實施例的快速判定處理的執行過程的流程圖；圖8是概述根據實施例在通過快速判定處理判定三元催化劑是否存在劣化時獲得的判定結果的表；圖9A至圖9F是示出根據實施例通過快速判定處理判定三元催化劑是否存在劣化的結果的其它示例的表；以及 圖10是示出根據相關技術在主動空氣燃料比控制中的發動機的空氣燃料比中的變化、前置催化劑傳感器的輸出信號中的變化、所得到的儲氧量中的變化、以及後置催化劑傳感器的輸出信號中的變化的時間圖。
具體實施例方式下面將結合圖I至圖8描述將本發明應用於機動車輛發動機的實施例。在發動機I中，節流閥13設置在通往燃燒室2的進氣通路3中，以便可以打開和關閉節流閥13。空氣通過進氣通路引入燃燒室2，並且燃料經由進氣通路3從燃料噴射閥4供應至燃燒室2內。供應至燃燒室2內的空氣和燃料的混合物由於火花塞5的點火而燃燒。隨著混合物在燃燒室2內燃燒，活塞6往復運動，從而旋轉作為發動機I的輸出軸的曲軸7。在燃燒室2中燃燒之後，混合物作為廢氣從燃燒室2排出至排氣通路8中。在通過催化轉化器16的三元催化劑去除諸如HCs、C0、N0x等的廢氣的有害成分之後，通過排氣通路8的廢氣被排放至外部。三元催化劑具有儲氧功能，以便從廢氣中有效去除上述三種成分。在三元催化劑具備儲氧功能的同時，執行化學計量空氣燃料比控制，即，控制混合物的空氣燃料比，以使得催化劑氣氛中的氧濃度收斂至處於化學計量的空氣燃料比的混合物燃燒時所出現的氧濃度值。因此，利用三元催化劑，可以有效去除廢氣的三種成分，即，NOx、HCs 和 CO。此外，催化轉化器16上遊的排氣通路8設置有作為前置催化劑傳感器的空氣燃料比傳感器17，該傳感器基於廢氣中的氧濃度輸出信號；並且催化轉化器16下遊的通路設置有作為後置催化劑傳感器的氧傳感器18，該傳感器基於廢氣中的氧濃度輸出信號。如圖2所示，空氣燃料比傳感器17輸出與催化劑上遊的廢氣中的氧濃度相當的線性信號。也就是說，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF變得越小，催化劑上遊的廢氣中的氧濃度越低。當處於化學計量的空氣燃料比的混合物燃燒時，輸出信號VAF的值變為例如0 (A)，該值對應於此時廢氣中的氧濃度X。因此，隨著催化劑上遊的廢氣中的氧濃度由於其空氣燃料比富於化學計量的空氣燃料比的混合物的燃燒(富燃燒)而變得越低，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF的值變為低於值0 (A)的越小的值。此外，隨著催化劑上遊的廢氣中的氧濃度由於其空氣燃料比貧於化學計量的空氣燃料比的混合物的燃燒(貧燃燒)而變得越高吋，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF的值變為大於值O (A)的越大的值。氧傳感器18根據催化劑下遊的廢氣中的氧濃度輸出富信號或貧信號，如圖3所示。具體地，當催化劑下遊的廢氣中的氧濃度等於當處於化學計量的空氣燃料比的混合物燃燒時出現的氧濃度的值(氧濃度X)吋，氧傳感器18的輸出信號VO的值變為例如0. 5(v)。當催化劑下遊的廢氣中的氧濃度由於貧燃料燃燒而高於氧濃度X吋，氧傳感器18輸出其值小於0. 5 (V)的貧信號。當催化劑下遊的廢氣中的氧濃度增加至上述氧濃度X以上時，在氧濃度X附近，貧信號的值相對於在值0. 5 (V)的低側的增加的氧濃度急劇減小，而在遠離氧濃度X的區域中，貧信號的值的減小相對於增加的氧濃度較緩和。當催化劑下遊的廢氣中的氧濃度由於富燃料燃燒而低於氧濃度X吋，氧傳感器18輸出其值大於0.5 (V)的富信號。當催化劑下遊的廢氣中的氧濃度減小至上述氧濃度X以下時，在氧濃度X附近，富信號的值相對於在值0. 5 (V)的高側的減小的氧濃度急劇增加，而在遠離氧濃度X的區域中，富信號的值的增加相對於減小的氧濃度較緩和。 接下來，將結合圖I描述根據該實施例的催化劑劣化檢測設備的電構造。該催化劑劣化檢測設備包括執行關於發動機I的各種控制的電子控制単元21。電子控制単元21包括CPU，其執行在上述控制中涉及的各種計算處理；R0M，其存儲控制所需的程序和數據；RAM，其臨時存儲由CPU執行的計算的結果等；輸入/輸出端ロ，其用於在電子控制單元21和外部裝置之間輸入/輸出信號；等等。空氣燃料比傳感器17和氧傳感器18以及各種傳感器連接到電子控制単元21的輸入端ロ。上述各種傳感器包括加速器踏板位置傳感器28，其檢測由機動車輛的駕駛者壓下的加速器踏板27的壓下量(加速器壓下量)；節流位置傳感器30，其檢測設置在進氣通路3中的節流閥13的打開程度(節流打開程度)；空氣流量計32，其檢測通過進氣通路3引入燃燒室2內的空氣量；進氣壓力傳感器33，其檢測在節流閥13下遊側的進氣通路3中的壓カ(進氣壓力)；曲柄位置傳感器34，其輸出對應於曲軸7的旋轉且用於計算發動機轉速的イM號；等等。燃料噴射閥4、火花塞5和節流閥13等的驅動電路連接到電子控制単元21的輸出端ロ。電子控制単元21基於從各種傳感器輸入的檢測信號了解發動機I的操作狀態，諸如，發動機轉速、發動機負荷(即發動機I的每個循環引入燃燒室2內的空氣量)等。附帯地講，基於來自曲柄位置傳感器34的檢測信號而獲得發動機轉速。根據發動機轉速以及基於來自加速器踏板位置傳感器28、節流位置傳感器30、空氣流量計32等的檢測信號而獲得的引入發動機I的空氣量，來計算發動機負荷。根據諸如發動機負荷和發動機轉速的發動機操作狀態，電子控制単元21將命令信號輸出至連接到輸出端ロ的各種驅動電路。因此，經由電子控制単元21執行關於發動機I的燃料噴射量控制、點火定時控制、進氣量控制等。通過基於空氣/燃料傳感器17的輸出信號VAF和氧傳感器18的輸出信號VO調節燃料噴射量，實現由催化轉化器16的三元催化劑有效浄化發動機I的廢氣的上述化學計量空氣燃料比控制。具體地，發動機I的燃料噴射量基於空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF而增加或減小，以使得輸出信號VAF變得等於在處於化學計量的空氣燃料比的混合物在發動機I的燃燒室2中燃燒時出現的值(在該實施例中為0(A))。由於這個原因，控制發動機I的燃燒室2中的混合物的空氣燃料比，以便在化學計量的空氣燃料比的富側與貧側之間波動的同時，收斂至化學計量空氣燃料比。然而，在只進行與空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF相當的燃料噴射量調節的情況中，仍然存在這樣的可能，即，由於空氣燃料比傳感器17的產品差別等，如上所述在富側與貧側之間波動以便收斂至化學計量的空氣燃料比的發動機I的空氣燃料比的波動中心將偏離化學計量的空氣燃料比。為了修正這樣的偏離，還根據氧傳感器18輸出的信號調節發動機I的燃料噴射量，以使得由幹與空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF相當的燃料噴射量的調節，在富側與貧側之間波動的發動機I的空氣燃料比的波動中心變得等於化學計量的空氣燃料比。接下來，將概述在該實施例中關於催化轉化器16的三元催化劑是否存在劣化的判定。通過利用三元催化劑的儲氧功能隨著三元催化劑的劣化而降低的現象來進行關於三元催化劑是否存在劣化的判定。也就是說，得到通過三元催化劑的儲氧 功能確定的儲存在三元催化劑中的氧的量的最大值(以下稱為儲氧量)。基於得到的儲氧量，判定是否存在三元催化劑的劣化。為了得到儲氧量，進行主動空氣燃料比控制，其中發動機I的燃燒室2中的混合物的空氣燃料比在每個預定定時內被迫在富側和貧側之間切換。如果發動機I的空氣燃料比通過主動空氣燃料比控制而在富側和貧側之間切換，則在空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF中出現對應於切換的變化。然後，進行計算，以得到在從空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF中出現上述變化至氧傳感器18的輸出信號VO中出現與空氣燃料比的上述變化相對應的變化的時間段內儲存到三元催化劑內或從三元催化劑解吸的氧的量。例如，如果在空氣燃料比中進行從富側到貧側的上述受迫變化，則在上述時間段內氧被儲存到三元催化劑內。然後，計算在該時間段內儲存到三元催化劑內的氧的量，並且將氧的計算量確定為催化劑的儲氧量。另ー方面，如果在空氣燃料比中進行從貧側到富側的上述受迫變化，則在該時間段內氧從三元催化劑被解吸。然後，計算在該時間段內從三元催化劑解吸的氧的量，並且將氧的計算量確定為催化劑的儲氧量。然後，為了判定是否存在三元催化劑的劣化，可以想到的是，將在上述時間段的結尾的時點(當在氧傳感器18的輸出信號VO中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化時的時點)處得到的儲氧量與為關於劣化的判定而設定的閾值進行比較。附帯地講，作為用於判定是否存在三元催化劑劣化的指標的儲氧量可以是例如通過將空氣燃料比從富側變至貧側所得到的值(在儲存氧的時間得到的儲氧量0SC1)和通過將空氣燃料比從貧側變至富側所得到的值(在解吸氧的時間得到的儲氧量0SC2)中的至少ー個。如果如上所述得到的用於進行關於劣化的判定的儲氧量小於閾值，則可以想到的是判定已經存在由三元催化劑劣化所導致的儲氧功能降低，並且因此判定存在三元催化劑的劣化。另ー方面，如果上述儲氧量大於或等於閾值，則可以想到的是判定尚不存在由三元催化劑劣化所導致的儲氧量的減小，並且因此判定三元催化劑尚未劣化(正常)。就對於是否存在三元催化劑劣化的判定而言，可以想到的是在從發動機I開始エ作到其結束工作的時間段內至少進行一次該判定。附帯地講，在關於是否存在三元催化劑劣化的判定結束之後，所得到的用於判定的儲氧量被重置為「O」。這裡，將結合圖4和圖5詳細描述在執行上述主動空氣燃料比控制期間的儲氧量計算。主動空氣燃料比控制以滿足多個執行條件中所有條件為基礎開始，多個條件包括在發動機I開始起動之後從未完成關於是否存在三元催化劑劣化的判定的條件，發動機I穩定地工作的條件，以及三元催化劑的溫度在活化溫度範圍內。此外，在執行主動空氣燃料比控制期間，如果上述執行條件中任何ー個得不到滿足，或者如果作為主動空氣燃料比控制執行目的的各種類型的值的計算和測量已經完成，則停止執行主動空氣燃料比控制。在主動空氣燃料比控制中，如果發動機I的空氣燃料比被迫在圖4的時刻tl處從富側變至貧側，則對應於空氣燃料比的受迫變化，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF增カロ，如在圖4的空氣燃料比傳感器的輸出的時間圖中所示。附帯地講，在圖4的空氣燃料比傳感器的輸出的時間圖中的時刻t2是這樣的時刻，即，此時，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF變得具有與當處於化學計量的空氣燃料比的混合物在發動機I的燃燒室2中燃燒時出現的廢氣中的氧濃度相對應的值。從圖4的時刻t2開始，對應於空氣燃料比向貧側的變化，氧濃度較高的廢氣通過三元催化劑。然而，廢氣中的氧被儲存到三元催化劑內。在進行儲存的同時，催化劑下遊的廢氣中的氧濃度保持較低，以使得如圖4的氧傳感器的輸出的時間圖中的實線所示，在氧傳感器18的輸出信號VO中不出現與空氣燃料比向貧側的變化相對應的變化。然後，當三元催化劑變得不再能儲存氧其因此氧濃度較高的廢氣開始流 向催化劑下遊時，在氧傳感器18的輸出信號VO中出現與空氣燃料比向貧側的變化相對應的變化。附帯地講，就在氧傳感器18的輸出信號VO中已經出現了與空氣燃料比向貧側的變化相對應的變化的判定而言，能夠在輸出信號VO已達到為判定出現與空氣燃料比向貧側的變化相對應的變化而設定的貧態標準值HL的條件下，做出判定。當輸出信號VO達到如上所述貧態標準值HL時(在時刻t3處)，發動機I的空氣燃料比被迫從貧側切換至富側。在時間段(t2至t3)內儲存到三元催化劑內的氧的量的總值是表示三元催化劑中儲存的氧的量的最大值(儲氧量)的值，該時間段是從空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF中出現了空氣燃料比從富側向貧側的變化的時間到氧傳感器18的輸出信號VO中出現了與空氣燃料比中的變化相對應的變化的時間。該儲氧量在時間段(t2至t3)內以下列方式得至IJ。也就是說，在該時間段(t2至t3)內，通過使用下列表達式(1)，將儲氧量AOSC計算為在每個無窮小的時間內儲存到三元催化劑內的氧的量A OSC= ( A A/F) Q K. (I)AOSC :在每個無窮小的時間內的儲氧量A A/F 空氣燃料比的差值Q :燃料噴射量K :氧的比例在表達式(I)中，空氣燃料比的差值A A/F表示通過將從空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF得到的空氣燃料比減去化學計量的空氣燃料比而獲得的值的絕對值。此外，在表達式(I)中，燃料噴射量Q表示發動機I的燃料噴射量，即，從燃料噴射閥4噴射的燃料的量，其產生基於空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF得到的空氣燃料比。而且，在表達式(I)中，氧的比例K表示空氣中包含的氧的比例。此處所用氧的比例K是例如固定值「0.23」。然後，在上述時間段(t2至t3)上對使用表達式(I)計算的每個無窮小的時間內的儲氧量AOSC進行積分。將通過積分獲得的值確定為儲存在三元催化劑中的氧的量。因此，在時間段(t2至t3)的結束時點處的通過上述積分得到的值是三元催化劑中能儲存的氧的量的最大值(儲氧量)。由此得到的儲氧量是在三元催化劑儲存氧時得到的儲氧量0SC1。在主動空氣燃料比控制中，當發動機I的空氣燃料比在圖5的空氣燃料比傳感器的輸出的時間圖中的時刻t5處被迫從貧側變至富側時，對應於空氣燃料比的變化，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF減小，如圖5所示。在圖5的空氣燃料比傳感器的輸出的時間圖中的時刻t6是這樣的時刻，即，此時，空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF變得具有與當處於化學計量的空氣燃料比的混合物在發動機I的燃燒室2中燃燒時出現的廢氣中的氧濃度相對應的值。附帯地講，發動機I的空氣燃料比從富側向貧側的切換例如在氧傳感器18的輸出信號VO達到貧態標準值HL的時點(圖4的時刻t3)進行。從圖5的時刻t5開始，對應於空氣燃料比向富側的變化，氧濃度較低的廢氣通過三元催化劑。在該狀態下，儲存在三元催化劑中的氧從其中解吸並釋放到廢氣中。因此，在發生氧從三元催化劑中解吸的同時，催化劑下遊的廢氣中的氧濃度保持較高，以使得氧傳感器18的輸出信號VO中不出現與空氣燃料比向富側的變化相對應的變化，如圖5的氧傳感器的輸出的時間圖中的實線所示。然後，儲存在三元催化劑中的氧耗盡，並且不能夠再釋放氧，使得氧濃度較低的廢氣開始流向催化劑的下遊。此時，氧傳感器18的輸出信號VO中出現與空氣燃料比向富側的變化相對應的變化。附帯地講，就在氧傳感器18的輸出信號VO中已經出現了與空氣燃料比向富側的變化相對應的變化的判定而言，能夠在輸出信號VO已達到為判定出現了與 空氣燃料比向富側的變化相對應的變化而設定的富態標準值HR的條件下，作出判定。當輸出信號VO達到如上所述富態標準值HR時(在時刻t7處)，發動機I的空氣燃料比被迫從富側切換至貧側。在時間段(t6至t7)內從三元催化劑解吸的氧的量的總值是表示三元催化劑中儲存的氧的量的最大值(儲氧量)的值，該時間段從空氣燃料比傳感器17的輸出信號VAF中出現空氣燃料比從貧側向富側的變化的時間到氧傳感器18的輸出信號VO中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化的時間。通過使用與圖4所示在時間段(t2至t3)內使用的基本上相同的技術得到在上述時間段(t6至t7)內的該儲氧量。也就是說，在時間段(t6至t7)內，通過使用前述表達式(I )，將儲氧量A OSC計算為在每個無窮小的時間內儲存到三元催化劑內的氧的量。然後，在上述時間段(t6至t7)上對使用表達式(I)計算的每個無窮小的時間內的儲氧量AOSC進行積分。將通過積分獲得的值確定為從三元催化劑解吸的氧的量。因此，在時間段(t6至t7)的結束時點處的通過上述積分得到的值是三元催化劑中能儲存的氧的量的最大值(儲氧量)。由此得到的儲氧量是在從三元催化劑解吸氧時得到的儲氧量0SC2。附帯地講，在得到判定是否存在三元催化劑的劣化所需的儲氧量之後，結束主動空氣燃料比控制。也就是說，在判定是否存在三元催化劑的劣化所需的儲氧量是儲氧量OSCl和儲氧量0SC2中的ー個的情況中，在得到該儲氧量之後，結束主動空氣燃料比控制。在判定是否存在三元催化劑的劣化所需的儲氧量是儲氧量OSCl和儲氧量0SC2中的每ー個的情況中，在得到儲氧量OSCl和0SC2之後，結束主動空氣燃料比控制。附帯地講，在關於是否存在三元催化劑劣化的判定中，由於受到氧傳感器18的輸出信號VO的變化相對於催化劑下遊的廢氣中的氧濃度的變化的響應性惡化的影響，如上所述得到的儲氧量有時偏離正確值。例如，如果氧傳感器18的響應性的惡化以從圖4的氧傳感器的輸出的時間圖中的實線所示的轉變到圖4的時間圖中的雙點劃線LI所示的轉變的變化的形式出現在氧傳感器18的輸出信號VO中，則計算儲氧量的時間段從t2至t3的時間段増加至t2至t4的時間段。結果，在t2至t4的時間段的結束時點處得到的儲氧量OSCl是相比正確值(時刻t3處的值)過大的值(時刻t4處的值)，如圖4中的儲氧量的時間圖中的雙點劃線所示。此外，如果氧傳感器18的響應性的惡化以從圖5的氧傳感器的輸出的時間圖中的實線所示的轉變到同一時間圖中的雙點劃線L4所示的轉變的變化的形式出現在氧傳感器18的輸出信號VO中，則計算儲氧量的時間段從t6至t7的時間段増加至t6至t8的時間段。結果，在時間段(t6至t8)的結束時點處得到的儲氧量0SC2是相比正確值(時刻t7處的值)過大的值(時刻t8處的值)，如圖5中的儲氧量的時間圖中的雙點劃線所示。如上文中那樣，如果通過使用其值偏離正確值的儲氧量來判定是否存在三元催化劑的劣化，則在判定中有時可能出現誤差。因此，在該實施例中，測量氧傳感器18的輸出信號VO的變化相對於催化劑下遊的廢氣中的氧濃度的變化的響應性。然後，直接通過減量來修正用於判定是否存在三元催化劑劣化的儲氧量，以使得響應性相對於基準值惡化得越厲害，儲氧量減少得越多。由此，限制用於判定是否存在三元催化劑劣化的修正後的儲氧量由於氧傳感器18的響應性惡化而偏離正確值。 就氧傳感器18的響應性的測量而言，可以想到的是如下進行測量。也就是說，當在發動機I的空氣燃料比在富側與貧側之間變化的同時在氧傳感器18的輸出信號VO中出現與空氣燃料比的該變化相對應的變化時，測量從輸出信號VO開始變化時到輸出信號VO達到貧態標準值HL或富態標準值HR時的響應時間，作為對應於上述響應性的值。隨著氧傳感器18的響應性惡化，以這種方式測量的響應時間在數值上變得更大。在這種情況下，響應時間相對於當氧傳感器18的響應性根本未惡化時出現的響應時間的值(對應於上述基準值)變得越大，用於判定是否存在三元催化劑劣化的儲氧量更多得向減小側進行修正。氧傳感器18對於輸出信號VO的響應性的惡化效應未必以圖4的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線LI或圖5的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線L4所示方式出現，而是可能以與雙點劃線LI和L4所示不同的方式出現，這取決於發動機I的操作狀態等。例如，甚至在氧傳感器18的響應性的惡化程度基本上等於圖4的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線LI所示的惡化程度吋，氧傳感器18的響應性的惡化效應也可能例如以雙點劃線L2和L3所示方式出現在氧傳感器18的輸出信號VO中，這取決於發動機I的操作狀態等。換句話講，存在下面的可能出現在氧傳感器18的輸出信號VO中的氧傳感器18的響應性的惡化效應可以如圖4的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線L2和L3所示那樣變化。此外，甚至在氧傳感器18的響應性的惡化程度基本上等於圖5的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線L4所示的惡化程度時，氧傳感器18的響應性的惡化效應也可能例如以雙點劃線L5和L6所示方式出現在氧傳感器18的輸出信號VO中。換句話講，存在下面的可能出現在氧傳感器18的輸出信號VO中的氧傳感器18的響應性的惡化效應可以如圖5的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線L5和L6所示那樣變化，這取決於發動機I的操作狀態等。如果如上所述，基於氧傳感器18的響應性的惡化來修正貧態標準值HL或富態標準值HR，並且因此氧傳感器18的響應性反映在用於判定是否存在三元催化劑劣化而得到的儲氧量OSCl或0SC2中，則會出現下列不便。也就是說，當出現在氧傳感器18的輸出信號VO中的氧傳感器18的響應性的惡化的效應取決於發動機I的操作狀態等而變化時，反映氧傳感器的響應性的儲氧量OSCl或0SC2具有偏離正確值的值。這樣，存在這樣的可能性，即可能基於偏離正確值的儲氧量OSCl或0SC2來判定是否存在三元催化劑的劣化，不能明確地說判定結果是絕對正確的。就這一點而言，在該實施例中，即使出現在氧傳感器18的輸出信號VO中的氧傳感器18的響應性的惡化的效應如上所述取決於發動機I的操作狀態等變化，也可以防止該變化導致提供用於判定是否存在三元催化劑劣化的修正後的儲氧量的變化。這是因為，在該實施例中，在測量氧傳感器18的響應性之後，基於氧傳感器18的響應性來直接修正用於判定是否存在三元催化劑劣化的儲氧量。結果，即使出現在氧傳感器18的輸出信號VO中的氧傳感器18的響應性的惡化效應如上所述變化，也限制修正後的儲氧量偏離正確值。因此，通過基於修正後的儲氧量判定是否存在三元催化劑劣化，可以正確判定是否存在三元催化劑的劣化，而與出現在氧傳感器18的信號中的氧傳感器18的響應性的惡化的效應的變化無關。
接下來，將結合示出催化劑劣化檢測例程的圖6的流程圖全面描述判定是否存在三元催化劑劣化的詳細過程。該催化劑劣化檢測例程例如通過在每個預定時間產生的中斷定期地經由電子控制單元21來執行。在催化劑劣化檢測例程中，首先執行測量氧傳感器18的響應性的處理(S101和S102)以及計算儲氧量OSCl或0SC2的處理(S103和S104)。為了準確判定是否存在三元催化劑劣化，優選的是如下所述根據氧傳感器18的響應性修正用於判定的儲氧量OSCl和0SC2中的每ー個。也就是說，基於氧傳感器18的輸出信號VO相對於向貧側的變化的響應性來修正儲氧量OSCl (在儲存氧時得到的值)，並且基於氧傳感器18的輸出信號VO相對於向富側的變化的響應性來修正儲氧量0SC2(在解吸氧時得到的值)。然後，基於以這種方式修正的儲氧量OSCl和儲氧量0SC2兩者，判定是否存在三元催化劑劣化。就準確進行判定而言，這是更優選的。因此，在測量氧傳感器18的響應性的處理(S101和S102)中，進行氧傳感器18的輸出信號VO相對於向貧側的變化的響應性和氧傳感器18的輸出信號VO相對於向富側的變化的響應性兩者的測量。具體地，在SlOl的處理中，判定氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性或其相對於向富側的變化的響應性的測量是否仍然未完成。如果在這裡進行肯定的判定，則判定相對於向貧側的變化的響應性和相對於向富側的變化的響應性中的至少一個未被測量，並且執行用於測量尚未測量的響應性中的這至少一個的測量處理(S102)。在S102的測量處理中，為了測量氧傳感器18的響應性，當滿足主動空氣燃料比控制的執行條件時，執行主動空氣燃料比控制。在主動空氣燃料比控制中，當發動機I的空氣燃料比被迫從富側切換至貧側時，測量氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性，並且當發動機I的空氣燃料比被迫從貧側切換至富側時，測量氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性。此外，如果不但在執行主動空氣燃料比控制時而且在所有可能的時機測量氧傳感器18的響應性，則可以在更早的時間段內完成測量。除了執行主動空氣燃料比控制的時間之外可以進行響應性測量的時機的示例包括下面的時間在發動機I的燃料切斷控制期間，來自燃料噴射閥4的燃料噴射已停止並且因此發動機I的空氣燃料比從富側變至貧側。附帯地講，在燃料切斷控制中燃料噴射的停止比在滿足控制的執行條件之後執行的主動空氣燃料比控制更頻繁地執行。在S102的處理中，當發動機I的空氣燃料比由於在燃料切斷控制中燃料噴射的停止而從富側變至貧側時，也測量氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性。在執行測量氧傳感器18的響應性的處理(S101和S102)之後，執行計算儲氧量OSCl和0SC2的處理(S103和S104)。具體地，在處理S103中，判定是否儲氧量OSCl和0SC2兩者都已計算。如果在該步驟中做出否定的判定，則執行計算尚未計算的儲氧量OSCl和/或儲氧量0SC2的計算步驟(S104)。在S104的計算處理中，當滿足主動空氣燃料比控制的執行條件時，執行主動空氣燃料比控制，以便計算儲氧量OSCl和/或儲氧量0SC2。然後，在主動空氣燃料比控制期間，當發動機I的空氣燃料比被迫從富側切換至貧側時，計算儲氧量OSCl作為氧被儲存到三元催化劑內時得到的儲氧量。此外，在主動空氣燃料比控制期間，當發動機I的空氣燃料比被迫從貧側切換至富側時，計算儲氧量0SC2作為從三元催化劑解吸氧時得到的儲氧量。為了準確判定是否存在三元催化劑劣化，優選的是根據基於氧傳感器18相對於 向貧側的變化的響應性修正的儲氧量OSCl和基於氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性修正的儲氧量0SC2兩者來判定是否存在三元催化劑劣化，如上所述。然而，如果要實現對是否存在三元催化劑的劣化的這種方式的判定，則在判定完成之前不可避免地需要較長的時間。這是因為如果要測量用於修正儲氧量OSCl的氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和用於修正儲氧量0SC2的氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性兩者，則這兩種響應性的測量的完成需要較長時間。具體地，就對氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性的測量以及對氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性的測量而言，這兩種響應性之一的測量頻率很有可能不同於另ー響應性的測量頻率。因此，出現下面的情況氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性及其相對於向富側的變化的響應性中的一個能夠被測量，而另ー個則不能夠被測量。因此，響應性測量的完成需要較長時間。附帯地講，在該實施例中，非常有可能發生下面的情況儘管對氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性的測量完成了，但是對氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性的測量不能完成。這是因為期間相對於向貧側的變化的響應性和相對於向富側的變化的響應性兩者都可以被測量的主動空氣燃料比控制相對較不頻繁地執行，而期間只能測量相對於向貧側的變化的響應性的燃料切斷控制中燃料噴射的停止被非常頻繁地執行。考慮上述情況，按以下方式進行催化劑劣化檢測例程。在S103的處理中做出肯定判定之後，也就是說，在判定儲氧量OSCl和0SC2兩者都已計算之後，執行開始於S105的處理，其中，判定是否存在三元催化劑劣化，以便迅速完成關於是否存在三元催化劑劣化的判定，並且也防止判定精度的降低。具體地，首先判定(S105)是否是氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性中只有ー個已被測量的情況，並且判定(S106)是否兩種響應性都已被測量。然後，如果判定氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性兩者都已被測量(在S105中為「否」，之後在S106中為「是」)，則執行是否存在三元催化劑劣化的判定的普通判定處理(S108)，以便進行準確判定。在該普通判定處理(S108)中，基於氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性修正儲氧量0SC1,並且基於氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性修正儲氧量0SC2。然後，利用修正後的儲氧量OSCl和修正後的儲氧量0SC2兩者，執行關於是否存在三元催化劑劣化的判定。具體地，將修正後的儲氧量OSCl與預定閾值進行比較，並且將修正後的儲氧量0SC2與預定閾值進行比較。如果修正後的儲氧量OSCl小於閾值或修正後的儲氧量0SC2小於閾值，則判定存在三元催化劑的劣化。此外，如果修正後的儲氧量OSCl大於或等於閾值且修正後的儲氧量0SC2大於或等於閾值，則判定不存在三元催化劑的劣化(三元催化劑正常)。通過以上述方式判定是否存在三元催化劑劣化，可以獲得準確的判定結果。另ー方面，如果判定氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和氧傳感器18相對於向富側的變化的響應性中只有一個被測量(在S105中為「是」)，則執行判定是否存在三元催化劑劣化的快速判定處理(S107)，以便快速完成判定，同時實現一定程度的判定精度。下面將結合示出了快速判定處理例程的圖7的流程圖描述快速判定處理(S107)的細節。每當操作進行到催化劑劣化檢測例程(圖6)中S107的處理時，經由電子控制単元21執行該快速判定處理例程。
在圖7所示快速判定處理例程中，在氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中，已經測量的響應性被用作修正對應於該響應性的儲氧量(0SC1或0SC2)的基礎(S201)。例如，如果僅測量了氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性，則基於該響應性修正儲氧量0SC1。附帶地講，已在處理S201中修正的儲氧量在下文中稱為修正後的儲氧量A。此後，計算對應於尚未測量的響應性的儲氧量和修正後的儲氧量A的平均值B (S202)。在上述實例中，從修正後的儲氧量OSCl (對應於修正後的儲氧量A)和尚未基於響應性修正的儲氧量0SC2計算平均值B。在計算修正後的儲氧量A和平均值B之後，基於修正後的儲氧量A與預定的第一閾值S的比較以及平均值B與大於第一閾值S的預定的第二閾值T的比較來判定是否存在三元催化劑劣化(S203至S207)。具體地，判定修正後的儲氧量A是否小於第一閾值S (S203)。如果在S203中做出肯定判定，則判定三元催化劑已劣化(異常)(S204)。另ー方面，如果在S203中做出否定判定，並且因此判定修正後的儲氧量A大於或等於第一閾值S，則判定平均值B是否小於第二閾值T (S205)。如果在該步驟中做出否定判定，則判定三元催化劑尚未劣化(正常)(S207)。另ー方面，如果在S205中做出肯定判定，則中止關於是否存在三元催化劑劣化的判定(S206)。附帯地講，在該快速判定處理中，基於修正後的儲氧量A與第一閾值S的比較以及平均值B與第二閾值T的比較進行的關於是否存在三元催化劑劣化的判定的結果可概述為如圖8的表。通過執行快速判定過程，如果氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中只有一個被測量，則可以判定是否存在三元催化劑劣化。因此，可以迅速且較早地完成判定。此外，不但根據基於氧傳感器18的響應性修正的儲氧量(修正後的儲氧量A)，而且根據修正後的儲氧量A與對應於氧傳感器18的兩種響應性中未測量的一種的儲氧量的平均值B，來進行關於是否存在三元催化劑劣化的判定。在通過不但考慮修正後的儲氧量A而且考慮平均值B來進行判定的情況中，限制了由僅基於修正後的儲氧量A的判定所導致的關於是否存在三元催化劑劣化的判定的精度的降低。根據以上詳述的實施例，可以實現下列效果。將描述第一效果。基於三元催化劑中儲存的氧的量的最大值(儲氧量)判定是否存在三元催化劑劣化。為了進行這種關於是否存在三元催化劑劣化的判定，得到儲氧量，並且測量氧傳感器18的輸出信號VO中的變化相對於催化劑下遊的廢氣中的氧濃度的變化的響應性。然後，直接通過減量來修正用於判定是否存在三元催化劑劣化的儲氧量，以使得響應性相對於基準值惡化得越厲害，儲氧量減少得越多。因此，即使氧傳感器18的輸出信號VO中出現的氧傳感器18的響應性的惡化的效應取決於發動機I的操作狀態而變化，如圖4的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線L2和L3所示或者圖5的氧傳感器的輸出的時間圖中的雙點劃線L5和L6所示，也可以限制這種變化導致用於判定是否存在三元催化劑劣化的修正後的儲氧量的變化。結果，當氧傳感器18的輸出信號VO中出現的氧傳感器18的響應性的惡化的效應如上所述變化吋，限制修正後的儲氧量變得偏離正確值。因此，通過基於修正後的儲氧量判定是否存在三元催化劑劣化，可以正確判定是否存在三元催化劑的劣化，而與出現在氧傳感器18的信號中的氧傳感器18的響應性的惡化效應的變化無關。接下來，將描述第二效果。當氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中只有ー個被測量時，執行快速判定處理，以便完成關於是否存在三元催化劑劣化的判定，同時實現一定程度的判定精度。通過執行快速判定處理，如果氧傳感器18相對於向貧側的變化的響應性和其相對於向富側的變化的響應性中只有ー個被 測量，則可以判定是否存在三元催化劑的劣化。因此，可以迅速且較早地完成判定。此外，在快速判定處理中，由於通過不但考慮修正後的儲氧量A而且考慮平均值B來判定是否存在三元催化劑的劣化，所以限制了由僅基於修正後的儲氧量A的判定所導致的關於是否存在三元催化劑劣化的判定的精度的降低。將描述第三效果。在快速判定處理中，如果修正後的儲氧量A小於第一閾值S，則立即判定存在三元催化劑的劣化，如從圖8可以理解的。這裡應當指出的是，修正後的儲氧量A小於第一閾值S的情況是指對於三元催化劑正常值得懷疑的情況。當以這種方式懷疑三元催化劑的正常性時，可以判定存在三元催化劑的劣化，如上所述。因此，在對於三元催化劑正常值得懷疑的情況中，該實施例降低了以下情況的發生率雖然三元催化劑實際上已劣化，但沒有判定存在三元催化劑的劣化。將描述第四效果。在快速判定處理中，如果修正後的儲氧量A大於或等於第一閾值S且平均值B大於或等於第二閾值T，則基於該條件判定不存在三元催化劑的劣化。這裡應當指出的是，修正後的儲氧量A大於或等於第一閾值S且平均值B大於或等於第二閾值T的條件是指三元催化劑極有可能正常的情況。當三元催化劑正常的可能性較高吋，判定不存在三元催化劑的劣化。因此，當判定不存在三元催化劑劣化時，該判定可以作為準確的判定來提供。將描述第五效果。在快速判定處理中，如果修正後的儲氧量A大於或等於第一閾值S且平均值B小於第二閾值T，則中止關於是否存在三元催化劑劣化的判定。這裡應當指出的是，修正後的儲氧量A大於或等於第一閾值S且平均值B小於第二閾值T的情況是指難以判定三元催化劑是已劣化還是尚未劣化而是正常的情況。當難以判定三元催化劑是已劣化還是尚未劣化而是正常時，如上所述關於是否存在三元催化劑的劣化的判定中止。因此，該實施例能夠避免在沒有認真考慮就輕易進行判定時可能導致的關於是否存在三元催化劑劣化的判定的誤差。附帯地講，上述實施例例如可以進行以下改變。關於快速判定處理，可以進行關於是否存在三元催化劑劣化的判定，以使得基於修正後的儲氧量A與第一閾值S的比較和平均值B與第二閾值T的比較的判定的結果如圖9A至9F中的表所示。此外，也允許僅進行普通判定處理和快速判定處理中的ー個。此外，作為後置催化劑傳感器，氧傳感器18可以被空氣燃料比傳感器取代。此外，作為前置催化劑傳感器，空氣燃料比傳感器17可以被氧傳感器取代。已經結合僅用於說明目的示例性實施例描述了本發明。應當理解，本說明書並非 意圖窮舉或限制本發明的形式，並且本發明可以被調整以用於其它系統和應用中。本發明的範圍涵蓋本領域技術人員可以想到的各種修改和等同布置。
權利要求
1.ー種催化劑劣化檢測設備，其特徵在於包括 前置催化劑傳感器，所述前置催化劑傳感器設置在催化劑上遊的內燃機的排氣通路中，並且基於廢氣中的氧濃度來輸出信號； 後置催化劑傳感器，所述後置催化劑傳感器設置在所述催化劑下遊的所述排氣通路中，並且基於廢氣中的氧濃度來輸出信號； 空氣燃料比控制裝置，所述空氣燃料比控制裝置用於迫使所述內燃機的空氣燃料比在富側和貧側之間變化； 計算裝置，所述計算裝置用於提供標準值以確定在所述後置催化劑傳感器的所述信號中出現與所述空氣燃料比中的變化相對應的變化，並且用於將在下述時間段內儲存到所述催化劑內或從所述催化劑解吸的氧的量計算作為所述催化劑的儲氧量，所述時間段是指在當從在所述前置催化劑傳感器的所述信號中出現與所述空氣燃料比中的變化相對應的變化時至當所述後置催化劑傳感器的所述信號達到所述標準值時； 催化劑劣化判定裝置，所述催化劑劣化判定裝置用於基於所述儲氧量來判定是否存在所述催化劑的劣化； 響應性測量裝置，所述響應性測量裝置用於測量由所述後置催化劑傳感器輸出的所述信號中的變化相對於所述催化劑下遊的廢氣中的氧濃度中的變化的響應性；以及 修正裝置，所述修正裝置用於隨著由所述響應性測量裝置所測量的所述後置催化劑傳感器的響應性相對於基準值變得更加惡化，來將用於判定是否存在所述催化劑的劣化所計算出的所述儲氧量向著更偏向減量側的方向進行修正。
2.根據權利要求I所述的催化劑劣化檢測設備，其中， 將當所述後置催化劑傳感器的響應性未惡化時獲得的響應性的值設置為所述基準值。
3.根據權利要求I或2所述的催化劑劣化檢測設備，其中 所述響應性測量裝置測量下述響應性當通過所述空氣燃料比控制裝置或燃料切斷控制將所述內燃機的所述空氣燃料比從所述富側變化至所述貧側時，由所述後置催化劑傳感器輸出的所述信號相對於所述空氣燃料比向所述貧側的變化的響應性；以及，當通過所述空氣燃料比控制裝置將所述內燃機的所述空氣燃料比從所述貧側變化至所述富側時，由所述後置催化劑傳感器輸出的所述信號相對於所述空氣燃料比向所述富側的變化的響應性； 所述計算裝置將當通過所述空氣燃料比控制裝置迫使所述內燃機的所述空氣燃料比從所述富側變至所述貧側時的、儲存到所述催化劑內的氧的量，計算作為在儲存氧時得出的所述儲氧量，並且將當通過所述空氣燃料比控制裝置迫使所述內燃機的所述空氣燃料比從所述貧側變至所述富側時的、從所述催化劑解吸的氧的量，計算作為在解吸氧時得出的所述儲氧量； 所述修正裝置基於所述後置催化劑傳感器相對於所述空氣燃料比向所述貧側的變化的響應性，來修正在儲存氧時得出的所述儲氧量，並且基於所述後置催化劑傳感器相對於所述空氣燃料比向所述富側的變化的響應性，來修正在解吸氧時得出的所述儲氧量；並且 當所述後置催化劑傳感器相對於所述空氣燃料比向所述貧側的變化的響應性和所述後置催化劑傳感器相對於所述空氣燃料比向所述富側的變化的響應性中只有ー個已被測出時，所述催化劑劣化判定裝置對基於已被測出的該ー個響應性而修正的儲氧量和與尚未被測出的響應性相對應的儲氧量的平均值進行計算，並且基於將所修正的儲氧量與預定的第一閾值所進行的比較以及將所述平均值與大於所述第一閾值的第二閾值所進行的比較，來判定是否存在所述催化劑的劣化。
4.根據權利要求3所述的催化劑劣化檢測設備，其中， 如果所修正的儲氧量小於所述第一閾值，則所述催化劑劣化判定裝置判定所述催化劑已劣化。
5.根據權利要求4所述的催化劑劣化檢測設備，其中， 如果所修正的儲氧量大於或等於所述第一閾值且所述平均值大於或等於所述第二閾值，則所述催化劑劣化判定裝置判定所述催化劑尚未劣化。
6.根據權利要求5所述的催化劑劣化檢測設備，其中， 如果所修正的儲氧量大於或等於所述第一閾值且所述平均值小於所述第二閾值，則所述催化劑劣化判定裝置中止關於是否存在所述催化劑的劣化的判定。
7.根據權利要求3至6中的任一項所述的催化劑劣化檢測設備，其中， 當所述後置催化劑傳感器相對於所述空氣燃料比向所述貧側的變化的響應性以及所述後置催化劑傳感器相對於所述空氣燃料比向所述富側的變化的響應性這兩者都已被測出時，所述催化劑劣化判定裝置將基於相對於向所述貧側的變化的響應性所修正的儲氧量與預定的第三閾值進行比較，並且將基於相對於向所述富側的變化的響應性所修正的儲氧量與預定的所述第三閾值進行比較，而且， 如果所修正的儲氧量中的至少之ー小於所述第三閾值，則判定所述催化劑已劣化，並且，如果兩個所修正的儲氧量都大於或等於所述第三閾值，則判定所述催化劑尚未劣化。
全文摘要
一種催化劑劣化檢測設備，包括計算裝置，該計算裝置用於將在下述時間段內儲存到催化劑(16)內或從催化劑(16)解吸的氧的量計算作為催化劑(16)的儲氧量，所述時間段是指從前置催化劑傳感器(17)的信號中出現與空氣燃料比中的變化相對應的變化時至後置催化劑傳感器(18)的信號達到關於空氣燃料比的變化的標準值時；催化劑劣化判定裝置，該催化劑劣化判定裝置用於基於儲氧量判定催化劑(16)的劣化；以及修正裝置，該修正裝置用於隨著測量的後置催化劑傳感器(18)的響應性相對於基準值變得更加惡化，來將用於判定催化劑(16)的劣化所計算的儲氧量向著更偏向減量側的方向進行修正。
文檔編號F02D41/02GK102791982SQ201180013017
公開日2012年11月21日 申請日期2011年2月24日 優先權日2010年3月9日
發明者中村貴志 申請人:豐田自動車株式會社