CN102859160B - 催化剂异常诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种催化剂异常诊断装置，执行将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制的空燃比主动控制，测量在稀控制中及浓控制中催化剂吸留和放出的氧量。在催化剂后传感器输出达到规定的阈值的同时，对稀控制和浓控制进行切换，并结束氧量的测量。以使催化剂后传感器输出相比达到规定的基准值而更早地达到阈值的方式设定阈值。基于到催化剂后传感器输出达到阈值为止测量到的氧量和催化剂后传感器输出达到阈值后的催化剂后传感器输出的变动情况，判定催化剂是正常还是异常。

Description

催化剂异常诊断装置
技术领域
本发明涉及催化剂的异常诊断，特别涉及对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置。
背景技术
例如在汽车用内燃机中，在其排气系统设置有用于净化废气的催化剂。该催化剂中存在具有氧吸留能力（O2存储能力）的催化剂。若流入催化剂的废气的空燃比比理论空燃比（化学计量空燃比）大、即成为稀，则具有氧吸留能力的该催化剂吸留废气中存在的过剩氧；若废气的空燃比比化学计量空燃比小、即成为浓，则上述催化剂将吸留到的氧放出。例如在汽油发动机中，以使流入催化剂的废气处于化学计量空燃比附近的方式进行空燃比控制，但若使用具有氧吸留能力的三元催化剂，则即便根据运转条件而导致实际的空燃比或多或少偏离化学计量空燃比，根据三元催化剂的氧吸留/放出作用，也能够吸收该空燃比偏差。
另一方面，一旦催化剂劣化，则将导致催化剂的净化率降低。在催化剂的劣化度和氧吸留能力的降低度之间存在相关关系。因此，通过检测氧吸留能力的降低情况，可以对催化剂的劣化或异常进行检测。通常采用如下方法：进行将催化剂上游侧的空燃比在浓及稀之间交替地进行控制的空燃比主动控制，测量在上述稀控制中及浓控制中所述催化剂吸留和放出的氧量，基于该氧量来诊断催化剂的异常情况（所谓Cmax法）（例如参照专利文献1）。
在该Cmax法中，设置检测催化剂下游侧的排气空燃比的催化剂后传感器，在催化剂后传感器的输出翻转（反転）的同时切换稀控制和浓控制，并且结束氧量的测量。
但是，在测量氧量时，存在实际上未吸留或放出的氧量一并被测量这样的测量误差的问题。尤其是，对于以往的Cmax法而言，在异常催化剂的情况下，与正常催化剂的情况相比，催化剂后传感器输出即将翻转之前的误差比例增大，测量值变得比真值大的趋势增强。若成为上述状况，则实际上很可能导致将异常的催化剂误诊断为正常。另外，在不能放大正常催化剂和异常催化剂之间的氧量测量值之差，尤其是它们的差值本来就小的催化剂的情况下，恐怕不能确保足够的诊断精度。
于是，本发明是鉴于上述状况而作出的，其一个目的在于提供一种催化剂异常诊断装置，可以减小测量误差、提高诊断精度，从而可以抑制误诊断。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2002-364428号公报
发明内容
根据本发明的一个方案，提供一种催化剂异常诊断装置，其是对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置，所述催化剂异常诊断装置的特征在于，具有：
催化剂后传感器，所述催化剂后传感器检测所述催化剂的下游侧的排气空燃比；
空燃比主动控制机构，所述空燃比主动控制机构将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制；
测量机构，所述测量机构测量在所述空燃比的稀控制中及浓控制中所述催化剂吸留和放出的氧量；以及
判定机构，所述判定机构判定所述催化剂是正常还是异常，
在所述催化剂后传感器输出达到规定的阈值的同时，所述空燃比主动控制机构对所述稀控制和所述浓控制进行切换，所述测量机构结束所述氧量的测量，
所述阈值由对自所述稀控制向所述浓控制切换的切换时机进行规定的稀阈值和对自所述浓控制向所述稀控制切换的切换时机进行规定的浓阈值构成，
所述稀阈值被设定为比基准的稀判定值更靠浓侧的值，所述基准的稀判定值被确定在比所述催化剂后传感器输出的化学计量空燃比相当值更靠稀侧，
所述浓阈值被设定为比基准的浓判定值更靠稀侧的值，所述基准的浓判定值被确定在比所述化学计量空燃比相当值更靠浓侧，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方后的所述催化剂后传感器输出的变动情况，判定所述催化剂是正常还是异常。
优选为，所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方后的所述催化剂后传感器输出的峰值，判定所述催化剂是正常还是异常。
优选为，所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方后的所述催化剂后传感器输出的变化率，判定所述催化剂是正常还是异常。
优选为，所述变化率是自所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方时开始直至所述催化剂后传感器输出达到峰值时为止的变化率。
优选为，所述变化率是自所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方时开始直至达到规定值时为止的、该催化剂后传感器输出的差除以该期间内的废气量而得到的值。
优选为，所述稀阈值和所述浓阈值被设定为相互相等的值。
优选为，所述稀阈值和所述浓阈值被设定为与所述化学计量空燃比相当值相等的值。
优选为，所述稀阈值被设定为比所述化学计量空燃比相当值更靠浓侧的值，所述浓阈值被设定为比所述化学计量空燃比相当值更靠稀侧的值。
优选为，所述稀阈值和所述浓阈值根据废气流量被设定。
优选为，所述稀控制和所述浓控制中的振幅根据前次诊断时测量到的氧量被设定。
根据本发明的另一方案，提供一种催化剂异常诊断装置，其是对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置，所述催化剂异常诊断装置的特征在于，具有：
催化剂后传感器，所述催化剂后传感器检测所述催化剂的下游侧的排气空燃比；
空燃比主动控制机构，所述空燃比主动控制机构将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制；
测量机构，所述测量机构测量在所述空燃比的浓控制中所述催化剂放出的氧量；以及
判定机构，所述判定机构判定所述催化剂是正常还是异常，
在所述催化剂后传感器输出达到规定的浓阈值的同时，所述空燃比主动控制机构将所述空燃比控制自所述浓控制切换到所述稀控制，所述测量机构结束所述氧量的测量，
所述浓阈值被设定为比基准的浓判定值更靠稀侧的值，所述基准的浓判定值被确定在比所述化学计量空燃比相当值更靠浓侧，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述浓阈值为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述浓阈值后的所述催化剂后传感器输出的变动情况，判定所述催化剂是正常还是异常。
根据本发明的又一方案，提供一种催化剂异常诊断装置，其是对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置，所述催化剂异常诊断装置的特征在于，具有：
催化剂后传感器，所述催化剂后传感器检测所述催化剂的下游侧的排气空燃比；
空燃比主动控制机构，所述空燃比主动控制机构将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制；
测量机构，所述测量机构测量在所述空燃比的稀控制中所述催化剂吸留的氧量；以及
判定机构，所述判定机构判定所述催化剂是正常还是异常，
在所述催化剂后传感器输出达到规定的稀阈值的同时，所述空燃比主动控制机构将所述空燃比控制自所述稀控制切换到所述浓控制，所述测量机构结束所述氧量的测量，
所述稀阈值被设定为比基准的稀判定值更靠浓侧的值，所述基准的稀判定值被确定在比所述催化剂后传感器输出的化学计量空燃比相当值更靠稀侧，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值后的所述催化剂后传感器输出的变动情况，判定所述催化剂是正常还是异常。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的结构的简图。
图2是表示催化剂的结构的概略剖面图。
图3是基本方法中的空燃比主动控制的时序图。
图4是表示基本方法中的氧吸留容量的测量方法的时序图。
图5是表示催化剂前传感器及催化剂后传感器的输出特性的曲线图。
图6是表示浓控制时的试验结果的时序图，是正常催化剂的情况。
图7是表示浓控制时的试验结果的时序图，是异常催化剂的情况。
图8是表示本实施方式的异常诊断中的各值的推移情况的时序图。
图9是与本实施方式相适应地修正图3及图4后的时序图。
图10是表示图10A和图10B的关系的图。
图10A是与第一诊断处理方法相关的流程图。
图10B是与第一诊断处理方法相关的流程图。
图11表示用于设定稀振幅及浓振幅的图。
图12表示用于设定浓阈值的图。
图13表示用于根据浓峰值计算残留放出氧量的图。
图14表示用于正常异常判定的图。
图15是表示图15A和图15B的关系的图。
图15A是与第二诊断处理方法相关的流程图。
图15B是与第二诊断处理方法相关的流程图。
图16表示用于设定稀阈值的图。
图17表示用于根据稀峰值计算残留吸留氧量的图。
图18是表示图18A和图18B的关系的图。
图18A是与第三诊断处理方法相关的流程图。
图18B是与第三诊断处理方法相关的流程图。
图19表示用于根据浓变化率计算残留放出氧量的图。
图20是表示图20A和图20B的关系的图。
图20A是与第四诊断处理方法相关的流程图。
图20B是与第四诊断处理方法相关的流程图。
图21表示用于根据稀变化率计算残留吸留氧量的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的优选实施方式。
图1是表示本实施方式的结构的简图。如图所示，作为内燃机的发动机1在形成于气缸体2的燃烧室3的内部使燃料及空气的混合气燃烧，在燃烧室3内使活塞4往复移动，从而产生动力。本实施方式的发动机1是汽车用多缸发动机（仅图示一个气缸），是火花点火式内燃机、更具体地说是汽油发动机。
在发动机1的缸盖上，对应每个气缸配设有：开闭进气口的进气阀Vi、开闭排气口的排气阀Ve。各进气阀Vi及各排气阀Ve利用未图示的凸轮轴进行开闭。另外，在缸盖的顶部，对应每个气缸安装有用于对燃烧室3内的混合气进行点火的火花塞7。
各气缸的进气口经由进气歧管与作为进气集合室的稳压箱8连接。在稳压箱8的上游侧连接有构成进气集合通路的进气管13上，在进气管13的上游端设置有空气滤清器9。而且，在进气管13，从上游侧依次设置有：用于检测流入发动机的单位时间内的空气量即吸入空气量Ga（g/s）的空气流量计5、电子控制式节气阀10。另外，由进气口、进气歧管、稳压箱8及进气管13形成进气通路。
向进气通路、特别是向进气口内喷射燃料的喷射器即燃料喷射阀12对应每个气缸配设。从喷射器12喷射出的燃料与吸入空气混合而形成混合气，该混合气在进气阀Vi打开时被吸入燃烧室3，利用活塞4被压缩，并利用火花塞7点火燃烧。
另一方面，各气缸的排气口经由排气歧管与构成排气集合通路的排气管6连接。由上述排气口、排气歧管及排气管6形成排气通路。在排气管6，在其上游侧和下游侧串联设置有由具有氧吸留能力的三元催化剂构成的催化剂即上游催化剂11及下游催化剂19。例如，上游催化剂11紧接着排气歧管之后配置，下游催化剂19配置在车辆的地板下等。
在上游催化剂11的上游侧及下游侧分别设置有基于氧浓度检测废气的空燃比的空燃比传感器即催化剂前传感器17及催化剂后传感器18。如图5所示，催化剂前传感器17由所谓广域空燃比传感器构成，能够连续检测较宽广范围内的空燃比，并输出与该空燃比成比例的值的信号。另一方面，催化剂后传感器18由所谓氧传感器（O2传感器）构成，具有使输出值以理论空燃比为分界急剧变化的特性（Z特性）。
上述的火花塞7、节气阀10及喷射器12等与作为控制机构的电子控制单元（以下称为ECU）20电连接。ECU20是包括均未图示的CPU、ROM、RAM、输入输出口及存储装置等的单元。另外，如图所示，在ECU20，除前述的空气流量计5、催化剂前传感器17、催化剂后传感器18之外，经由未图示的A/D转换器等电连接有检测发动机1的曲轴转角的曲轴转角传感器14、检测油门开度的油门开度传感器15、其他各种传感器。ECU20基于各种传感器的检测值等，控制火花塞7、喷射器12、节气阀10等并控制点火时期、燃料喷射量、燃料喷射时期、节气门开度等，以得到所希望的输出。
上游催化剂11及下游催化剂19在流入其中的废气的空燃比A/F为理论空燃比（化学计量空燃比、例如A/Fs＝14.6）时，将NOx、HC及CO同时高效率地净化。因此，与该特性相应地，ECU20在发动机正常运转时基于催化剂前传感器17的输出，对向燃烧室3供给的混合气的空燃比（具体而言来自喷射器12的燃料喷射量）进行反馈控制，以使流入上游催化剂11及下游催化剂19的废气的空燃比与化学计量空燃比一致。
在此，对作为异常诊断的对象的上游催化剂11更详细地进行说明。另外，下游催化剂19也与上游催化剂11同样地构成。如图2所示，在催化剂11，在未图示的载体基材的表面上覆盖有涂覆材料31，微粒状的多个催化剂成分32以分散配置于该涂覆材料31的状态被承载，在催化剂11内部露出。催化剂成分32主要由Pt、Pd等贵金属构成，成为使NOx、HC及CO这样的排气成分反应时的活性点。另一方面，涂覆材料31承担促进废气和催化剂成分32界面处的反应的助催化剂的作用，并且包含根据氛围气体的空燃比能够吸留和放出氧的氧吸留成分。氧吸留成分例如由二氧化铈CeO2或氧化锆构成。需要说明的是，有时也使用与“吸留”意思相同的“吸收”或“吸附”。
例如，若催化剂内的氛围气体比理论空燃比稀，则存在于催化剂成分32周围的氧吸留成分从氛围气体吸收氧，其结果是，NOx被还原而被净化。另一方面，若催化剂内的氛围气体比理论空燃比浓，则氧吸留成分吸留到的氧被放出，利用该放出的氧，HC及CO被氧化而被净化。
根据该氧吸留和放出作用，在通常的化学计量空燃比控制时，即便实际的空燃比相对于化学计量空燃比或多或少偏离，也可以吸收该偏离。
对于崭新产品状态的催化剂11而言，如前所述，大多数催化剂成分32均等地分散配置，从而被维持在废气和催化剂成分32的接触概率高的状态。但是，若催化剂11逐渐劣化，则除一部分催化剂成分32消失之外，也可能导致催化剂成分32彼此因排气热被烧硬而成为烧结状态（参照图中的虚线）。若出现上述状况，则废气和催化剂成分32的接触概率降低，成为净化率降低的原因。而且，除此之外，存在于催化剂成分32周围的涂覆材料31的量、即氧吸留成分的量减少，氧吸留能力自身降低。
这样，在催化剂11的劣化度和催化剂11的氧吸留能力降低度之间存在相关关系。于是，在本实施方式中，尤其是，通过检测对排放性能的影响大的上游催化剂11的氧吸留能力，可以检测上游催化剂11的劣化度，从而对上游催化剂11的异常进行诊断。在此，催化剂11的氧吸留能力由当前状态的催化剂11能够吸留或放出的氧量即氧吸留容量（OSC；O2 Storage Capacity，单位为g）的大小来表示。
［异常诊断的基本方法］
本实施方式的异常诊断基于前述的Cmax法，将以下的方法作为基本方法。在异常诊断时，利用ECU20执行空燃比主动控制。即，ECU20以中心空燃比即化学计量空燃比A/Fs为分界，将催化剂上游侧的空燃比、具体而言燃烧室3内的混合气的空燃比在浓及稀之间交替地进行控制。由此，向催化剂11供给的废气的空燃比也在浓及稀之间交替地进行控制。
另外，空燃比主动控制及诊断仅在满足规定的前提条件时被执行。关于该前提条件，将在后面论述。
以下，使用图3及图4说明上游催化剂11的氧吸留容量的测量方法。
在图3（A）中，虚线表示目标空燃比A/Ft、实线表示催化剂前传感器17的输出（向催化剂前空燃比A/Ffr换算的换算值）。另外，在图3（B）中，实线表示催化剂后传感器18的输出（其输出电压Vr）。
如图所示，在时刻t1之前，执行将空燃比切换到稀的稀控制。此时，目标空燃比A/Ft成为稀空燃比A/Fl（例如15.1），向催化剂11供给空燃比与目标空燃比A/Ft相等的稀气体。此时，催化剂11继续吸留氧，但在吸留氧而达到了饱和状态即装满的时刻，不能继续吸留氧。其结果是，稀气体穿过催化剂11流到催化剂11的下游侧。这样，催化剂后传感器18的输出向稀侧变化，在输出电压Vr达到规定的稀判定值VL（例如0.2V）的时刻t1，目标空燃比A/Ft被切换到浓空燃比A/Fr（例如14.1）。由此，空燃比控制从稀控制向浓控制切换，与目标空燃比A/Ft相等的空燃比的浓气体被供给。
若浓气体被供给，则催化剂11继续放出吸留氧。此后不久，若吸留氧自催化剂11被放完，则在该时刻催化剂11不能放出氧，浓气体穿过催化剂11流到催化剂11的下游侧。这样，催化剂后传感器18的输出向浓侧变化，在输出电压Vr达到规定的浓判定值VR（例如0.6V）的时刻t2，目标空燃比A/Ft被切换到稀空燃比A/Fl。由此，空燃比控制从浓控制被切换到稀控制，与目标空燃比A/Ft相等的空燃比的稀气体被供给。
催化剂11再次吸留氧直至达到装满为止，若催化剂后传感器18的输出电压Vr达到稀判定值VL，则在该时刻t3，目标空燃比A/Ft被切换到浓空燃比A/Fr，开始浓控制。
这样，每当催化剂后传感器18的输出翻转时，稀控制和浓控制交替地反复被执行。将相邻的稀控制和浓控制的组作为空燃比主动控制的一个周期。空燃比主动控制被执行规定的N个周期（N为2以上的整数）。
在此，稀判定值VL构成对从稀控制向浓控制切换的切换时机进行规定的阈值的基准。该稀判定值VL如图5所示预先确定为比催化剂后传感器输出的化学计量空燃比相当值Vst小的（更靠稀侧的）值。
同样地，浓判定值VR构成对从浓控制向稀控制切换的切换时机进行规定的阈值的基准。该浓判定值VR如图5所示预先确定为比催化剂后传感器输出的化学计量空燃比相当值Vst大的（更靠浓侧的）值。
在该空燃比主动控制的执行过程中，采用接下来的方法测量催化剂11的氧吸留容量OSC。
催化剂11所具有的氧吸留容量越大，则能够持续吸留或放出氧的时间延长。即，在催化剂未劣化的情况下，催化剂后传感器输出Vr的翻转周期（例如自t1开始至t2为止的时间）延长，若催化剂的劣化越发加剧，则其翻转周期越短。
于是，利用该性质，氧吸留容量OSC如下所述被测量。如图4所示，在时刻t1，在目标空燃比A/Ft刚被切换到浓空燃比A/Fr之后，作为实际值的催化剂前空燃比A/Ff稍微延迟地被切换到浓空燃比A/Fr。接着，自催化剂前空燃比A/Ff达到化学计量空燃比A/Fs的时刻t11开始直至接下来催化剂后传感器输出Vr翻转的时刻t2为止，利用下式（1），每个规定的演算周期的氧吸留容量dOSC依次被计算，并且，该氧吸留容量dOSC自时刻t11开始至时刻t2为止依次被累计。这样，作为浓控制时的最终累计值的氧吸留容量OSC、即图4中用OSCb表示的放出氧量被测量。
[式1]
dOSC=ΔA/F×Q×σ=｜ A/Ff-A/Fs｜×Q×σ    （1）
Q是燃料喷射量，若将燃料喷射量Q与空燃比差ΔA/F相乘，则可以计算相对于化学计量空燃比而成为不足或过剩量的空气量。σ是表示空气中含有的氧比例（约0.23）的常数。
在稀控制时，也同样地测量氧吸留容量、即图4中OSCa所示的吸留氧量。而且，在浓控制和稀控制每次交替地进行时，放出氧量和吸留氧量交替地被测量。
这样，若得到了多个放出氧量和吸留氧量的每一个的测量值，则利用接下来的方法进行催化剂的正常异常判定。
首先，ECU20计算这些放出氧量和吸留氧量的测量值的平均值OSCav。接着，将该平均值OSCav与规定的异常判定值α进行比较。ECU20在平均值OSCav比异常判定值α大时判定催化剂11正常，在平均值OSCav为异常判定值α以下时判定催化剂11异常。另外，在判定催化剂异常的情况下，为了将该事实告知使用者，优选使检验灯等警告装置（未图示）开启。
［本实施方式的异常诊断方法］
接下来，说明本实施方式的异常诊断方法。另外，“氧吸留容量OSC”及“氧量”指的是包括“吸留氧量OSCa”和“放出氧量OSCb”的用语。
如前所述，在测量氧吸留容量OSC时，存在实际上未吸留或放出的氧量一并被测量这样的测量误差的问题。尤其是，若采用以往的Cmax法，则在异常催化剂的情况下，与正常催化剂的情况相比，催化剂后传感器输出即将翻转之前的误差比例变大，测量值变得比真值大的趋势增强。这样，实际上有可能将异常的催化剂误诊断为正常。
使用图6及图7详细说明这方面的情况。图6是正常催化剂的情况、图7是异常催化剂的情况。两图都表示从稀控制切换到了浓控制时的试验结果。但是，即便催化剂后传感器输出Vr翻转（即达到浓判定值VR）也不进行向稀控制的切换。
在上述两图中，（A）中表示目标空燃比A/Ft、利用催化剂前传感器17检测到的催化剂前空燃比A/Ff（线a）、催化剂后空燃比A/Fr（线b）。在此，将与催化剂前传感器17同样的空燃比传感器在催化剂下游侧设置为用于试验，将利用该空燃比传感器检测到的空燃比作为催化剂后空燃比A/Fr。
（B）中表示催化剂后传感器输出Vr，（C）中表示放出氧量OSCb的累计值。催化剂后传感器输出Vr能够在0~1（V）的范围内变化。催化剂后传感器输出Vr的浓判定值VR为0.6（V）。
首先，说明图6的正常催化剂的情况。自催化剂前空燃比A/Ff降低而达到了化学计量空燃比（＝14.6）的时刻t1开始，直至催化剂后传感器输出Vr向浓侧上升而达到浓判定值VR的时刻t3为止，放出氧量OSCb被累计。该放出氧量OSCb在时刻t3的最终累计值可以用（A）中所示的区域c的面积来表示。该区域c是自时刻t1开始至时刻t3为止的、由化学计量空燃比（14.6）和催化剂前空燃比A/Ff夹着的区域。
另一方面，在该期间t1~t3内，催化剂后空燃比A/Fr比化学计量空燃比稍微浓。由化学计量空燃比和催化剂后空燃比A/Fr夹着的区域d的面积表示用催化剂实际上未处理完的浓气体的部分、换言之自催化剂未能够放出的氧量（为便于说明，设为OSCe）。该区域d的面积与时刻t3处的全部放出氧量OSCb中的误差量相当。
自区域c的面积（OSCb）减去区域d的面积（OSCe）而得到的值表示实际上自催化剂被放出的氧量。这样，测量到的放出氧量OSCb包含实际上未被放出的氧量OSCe。
另外，在本实施方式的装置结构中，由于不存在甚至于能够检测催化剂后空燃比A/Fr的绝对值的空燃比传感器，因此，不能单独测量误差量自身。为便于说明，将由化学计量空燃比和催化剂前空燃比A/Ff夹着的区域c作为放出氧量OSCb进行测量。
但是，若着眼于催化剂后空燃比A/Fr和催化剂后传感器输出Vr，则在时刻t1和时刻t3之间的时刻t2，催化剂后空燃比A/Fr开始向浓侧降低，催化剂后传感器输出Vr向浓侧的上升速度或变化率开始增大。这种情况可认为其意味着在时刻t2催化剂的氧放出实质上结束，残留于催化剂的氧此后较缓慢被放出。或者，可认为其意味着在时刻t2催化剂的主要的氧放出结束，此后进行次要的残留氧的放出。
但是，即便在自时刻t2开始至时刻t3为止的期间，催化剂后空燃比A/Fr和催化剂前空燃比A/Ff之间也存在差异，实际上氧被放出，浓气体被处理。因此，可认为在该期间t2~t3测量到的放出氧量OSCb中的、误差量所占的比例较小。而且，在正常催化剂的情况下，在整个期间t1~t3测量的全部放出氧量的值大，因此可认为该全部放出氧量中的、期间t2~t3内的误差量所占的比例较小。
（C）中简略地表示与误差量相当的氧量OSCe。时刻t3处的全部放出氧量OSCb中的、与误差量相当的氧量OSCe的比例较小。
与上述情况相对照，若为图7所示的异常催化剂的情况，则在自时刻t2开始至时刻t3为止的期间，在催化剂后空燃比A/Fr和催化剂前空燃比A/Ff之间几乎不存在差异。这意味着催化剂实质上未放出氧。但是，在该期间t2~t3，化学计量空燃比和催化剂前空燃比A/Ff之差也被累计，就像催化剂是否正放出氧那样，放出氧量OSCb被测量。
因此，可认为在该期间t2~t3测量到的放出氧量OSCb中的、误差量所占的比例非常大。而且，在异常催化剂的情况下，在整个期间t1~t3测量的全部放出氧量的值较小，因此可认为该全部放出氧量中的、期间t2~t3内的误差量所占的比例也大。
（C）中简略地表示与误差量相当的氧量OSCe。时刻t3处的全部放出氧量OSCb中的、与误差量相当的氧量OSCe的比例大。
这样，若采用基本方法，则在异常催化剂的情况下，与正常催化剂的情况相比，催化剂后传感器输出即将翻转之前的误差比例变大，测量值相对于真值的增加比例也变大。若成为上述情况，则实际上有可能将异常的催化剂误诊断为正常。
另外，在不能放大正常催化剂和异常催化剂之间的氧量测量值之差，尤其是它们的差值本来就小的催化剂的情况下，恐怕不能确保足够的诊断精度。近年来，存在减少催化剂的贵金属量的趋势，在这样的催化剂中，正常异常催化剂之间的能够吸留和放出的氧量之差本来就小。因此，若误差比例大，则不能分辨正常异常催化剂之间的微妙的氧量之差，恐怕不能确保足够的诊断精度。
上述问题也因催化剂后传感器输出翻转时附近处的控制延迟而引起。即，催化剂后传感器18存在即便浓气体实际被供给，输出也不立刻向浓侧切换这样的响应延迟。而且，也存在自燃烧室3内的空燃比被切换到浓开始直至该浓气体到达催化剂附近为止需要时间这样的输送延迟。包含上述响应延迟和输送延迟在内，称为控制延迟。在控制延迟期间，未净化的浓气体自催化剂被排出，因此导致排放性能恶化。
在图7的示例中，在浓气体自催化剂明显漏出的时刻t2，若催化剂后传感器输出Vr瞬间达到浓判定值VR，则因响应延迟而引起的排放性能恶化被抑制。但是，因实际上未成为上述情况，因此，因响应延迟而引起的排放性能恶化变得明显。另外，即便在时刻t3空燃比被切换到稀，在输送延迟期间，也向催化剂供给浓气体，并且不能用催化剂处理该浓气体。因此，也产生因输送延迟而引起的排放性能恶化。
上述例是浓控制的情况，但在稀控制的情况下也存在同样的问题。
于是，为了解决该问题，在本实施方式中，如下变更测量方法。简言之，首先，在比以往更早的时机、例如图6及图7所示的时刻t2那样的时机结束氧量的自身测量。由此，可以尽可能地避免在催化剂的氧吸留和放出实质上结束后实际未吸留或放出的氧量被测量这样的不良情况，可以大幅缩小误差比例。
接下来，着眼于测量结束后的催化剂后传感器输出的变动情况，并将上述变动情况加以利用。在催化剂的氧吸留和放出实质上结束后，在催化剂中未反应的气体（浓气体或稀气体）自催化剂流出。此时，催化剂的异常程度越大，则未反应气体的浓厚程度或稀薄程度越增强，催化剂后传感器输出存在快速且较大地变化的趋势。因此，若利用测量结束后的催化剂后传感器输出的变动情况，则可以推定催化剂的异常程度。
不言而喻，催化剂的异常程度也可以利用测量到的氧量的值来表示。因此，在本实施方式中，基于该测量到的氧量的值和测量结束后的催化剂后传感器输出的变动情况，判定催化剂是正常还是异常。
图8中表示本实施方式的异常诊断中的各值的推移。（A）表示正常催化剂的情况下的目标空燃比A/Ft和催化剂前空燃比A/Ff。（B）表示异常催化剂的情况下的目标空燃比A/Ft和催化剂前空燃比A/Ff。
（C）表示正常催化剂的情况和异常催化剂的情况下的催化剂后传感器输出Vr。（D）表示自上游催化剂11被排出的废气的NOx浓度。
如图所示，在时刻t1，空燃比控制从浓控制被切换到稀控制。此后，若处于正常催化剂的情况，则空燃比控制在时刻t2n被切换到浓控制，在时刻t3n被切换到稀控制。在异常催化剂的情况下，空燃比控制在时刻t2a被切换到浓控制，在时刻t3a被切换到稀控制，在时刻t4a被切换到浓控制。虽未图示，但在稀控制及浓控制被切换的同时结束吸留和放出氧量的测量。
对这些切换时机进行规定的催化剂后传感器输出Vr的阈值由两种阈值构成，即由对从稀控制向浓控制切换的切换时机进行规定的稀阈值VLX和对从浓控制向稀控制切换的切换时机进行规定的浓阈值VRX构成。
如图9所示，稀阈值VLX设定为比稀判定值VL更靠浓侧的值，浓阈值VRX设定为比浓判定值VR更靠稀侧的值。尤其是在图8所示的示例中，稀阈值VLX和浓阈值VRX被设定为相互相等的值，特别是被设定为与图5所示的化学计量空燃比相当值Vst（例如0.5（V））相等的值。
通过如上所述进行设定，催化剂后传感器输出Vr的翻转时机、吸留和放出氧量的测量结束时机及空燃比控制的切换时机相比上述基本方法（图3、图4）变得更早。因此，可以尽可能地避免实际上未吸留或放出的氧量被测量，可以大幅减小测量误差。
另外，在图8中应着眼于催化剂后传感器输出Vr达到阈值VLX、VRX后的催化剂后传感器输出Vr的变动情况。例如，在向稀控制切换（t1）后，在异常催化剂的情况下，相比正常催化剂的情况，催化剂后传感器输出Vr急速地向浓侧上升，其最大峰值（浓峰值Pr）的值也大。
相反，在向浓控制切换（t2n、t2a）后，在异常催化剂的情况下，相比正常催化剂的情况，催化剂后传感器输出Vr急速地向稀侧降低，其最小峰值（稀峰值Pl）的值也小。
这样，催化剂越处于异常趋势，则切换后的催化剂后传感器输出Vr越急速且较大地变化。因此，基于切换后的规定时机、优选催化剂后传感器输出Vr成为峰值的时机tp（tpa、tpn）时的该催化剂后传感器输出Vr，可以推定催化剂的异常程度。
具体而言，利用催化剂后传感器输出Vr的峰值自身，可以推定催化剂的异常程度。或者，利用催化剂后传感器输出Vr的峰值和切换时刻的催化剂后传感器输出Vr（阈值VLX、VRX）之差的绝对值，可以推定催化剂的异常程度。
或者，根据自切换时刻（例如t1）开始至规定时机、优选峰值时机tp为止这期间的催化剂后传感器输出Vr的变化率H（或斜率），也可以推定催化剂的异常程度。
在此，关于催化剂后传感器输出Vr的变化率，若在例如在异常催化剂的情况下且自时刻t1开始至紧接着该时刻之后的峰值时机tpa为止的期间进行对催化剂后传感器输出Vr的变化率进行考虑，则变化率H可以用H＝（Pr-VRX）/（tpa-t1）进行定义。若将变化率H的分母设为时间，则可以将变化率H定义为相对于单位时间的变化率。
另一方面，若如上所述进行定义，则变化率H根据废气流量的大小而变化，担心出现废气流量越多则变化率H越增大这样的问题。
于是，为了消除该废气流量的影响，优选将变化率H的分母设为废气量，将变化率H用单位废气量的变化率进行定义。具体而言，自时刻t1开始至紧接着该时刻之后的峰值时机tpa为止，对废气流量进行累计以求出在此期间内通过了催化剂的废气量M。接着，将（Pr-VRX）除以该废气量M而得到的值作为变化率H。
废气流量也可以另行设置废气流量传感器来直接检测，在本实施方式的情况下，用利用空气流量计5检测到的吸入空气量Ga的值进行代替。
另外，变化率H的分子不一定是浓峰值Pr和切换时刻的催化剂后传感器输出VRX之差（Pr-VRX）。例如，也可以设为自切换时刻开始催化剂后传感器输出Vr仅上升了规定值（例如0.1（V））时的催化剂后传感器输出Vr1和切换时刻的催化剂后传感器输出VRX之差（Vr1-VRX）。或者，也可以设为刚切换后催化剂前空燃比A/Ff达到了化学计量空燃比时的催化剂后传感器输出Vr2和切换时刻的催化剂后传感器输出VRX之差（Vr2-VRX）。
图8（D）所示的NOx浓度Cn是稀控制（t1~t2n或t1~t2a）刚结束后自催化剂排出的NOx的浓度。该NOx浓度Cn与稀控制刚结束后的催化剂后传感器输出Vr的变动情况存在相关关系。即，催化剂越处于异常趋势，催化剂后传感器输出Vr越急速且较大地变化（即变化率H的绝对值越大或稀峰值Pl的值越小），则处于NOx浓度越急速且较大地增大且排放性能越发恶化的趋势。
但是，由于催化剂后传感器输出Vr的翻转时机相比基本方法被提前，因此，排放性能的恶化程度与基本方法相比较低。
图9是为了容易理解与基本方法的差异而将图3及图4与本实施方式相适应地进行修正后的图。稀阈值VLX和浓阈值VRX被设定为与化学计量空燃比相当值Vst相等。
例如在浓控制期间（在本实施方式中为t1~t2），对于基本方法而言，若催化剂后传感器输出Vr未上升到比化学计量空燃比相当值Vst大的浓判定值VR，则没有进行切换。与此相对，在本实施方式中，若催化剂后传感器输出Vr上升到比浓判定值VR更靠稀侧的浓阈值VRX，则进行切换，并且在更早的时机进行切换。
浓阈值VRX也可以设定为比化学计量空燃比相当值Vst小的（更靠稀侧的）值。可以设定为比稀判定值VL（例如0.2V）小的值VRX’，也可以设定为与稀判定值VL相等的值VRX”，也可以设定为稀判定值VL和化学计量空燃比相当值Vst之间的值VRX”’。
或者，也可以将催化剂后传感器输出Vr开始上升时、具体而言催化剂后传感器输出Vr的微分值变得比规定的正值大时的该催化剂后传感器输出Vr的值确定为浓阈值VRX。之所以这样是因为该时机可认为是催化剂实质上结束了氧放出的时机。尤其是，在异常程度大的催化剂的情况下，存在使用了催化剂后传感器输出Vr的微分值这种方式能够更适当地检测催化剂实质上结束氧吸留和放出的时机的情况。
另一方面，在稀控制期间（在本实施方式中为t2~t3），对于基本方法而言，若催化剂后传感器输出Vr未降低到比化学计量空燃比相当值Vst小的稀判定值VL，则没有进行切换。与此相对，在本实施方式中，若催化剂后传感器输出Vr降低到比稀判定值VL更靠浓侧的稀阈值VLX，则进行切换，并且在更早的时机进行切换。
稀阈值VLX也可以设定为比化学计量空燃比相当值Vst大的（更靠浓侧的）值。可以设定为比浓判定值VR（例如0.6V）大的值VLX’，也可以设定为与浓判定值VR相等的值VLX”，也可以设定为浓判定值VR和化学计量空燃比相当值Vst之间的值VLX”’。也可以将催化剂后传感器输出Vr已开始降低时、具体而言催化剂后传感器输出Vr的微分值变得比规定的负值小时的该催化剂后传感器输出Vr的值确定为稀阈值VLX。无论是哪种情况，浓阈值VRX及稀阈值VLX都可以考虑试验结果等确定在最优值。
例如在t1~t2的浓控制期间，自时刻t11开始至时刻t2为止放出氧量OSCb被累计测量。该测量值成为比利用基本方法得到的值小的值。而且，在时刻t2之后，在切换后的稀控制期间，催化剂后传感器输出Vr的浓峰值Pr被检测，或者直至达到浓峰值Pr为止的浓变化率Hr被检测。基于这些测量到的放出氧量OSCb和检测到的浓峰值Pr或浓变化率Hr，判定催化剂是正常还是异常。
同样地，在t2~t3的稀控制期间，自时刻t21开始至时刻t3为止吸留氧量OSCa也被累计测量。而且，在时刻t3之后，在切换后的浓控制期间，催化剂后传感器输出Vr的稀峰值Pl被检测、或达到稀峰值Pl为止的稀变化率Hl被检测。基于上述测量到的吸留氧量OSCa与稀峰值Pl或稀变化率Hl，判定催化剂是正常还是异常。
但是，本实施方式也可以构成如下所述的实施例。即，仅基于稀控制时测量到的吸留氧量OSCa和此后的浓控制时的催化剂后传感器输出变动情况进行正常异常判定。而且，此时将稀阈值VLX设定为比化学计量空燃比相当值Vst更靠浓侧的值。
若从排放性能的观点来看，则相比空燃比相对于化学计量空燃比向浓侧偏移了时的排放性能，空燃比相对于化学计量空燃比向稀侧偏移了时的排放性能恶化。即，相比前者被排出的CO、HC，后者被排出的NOx对排放性能的不良影响更大。另外，从该观点来看，在通常的化学计量空燃比控制时，存在以使催化剂后传感器输出相比化学计量空燃比相当值Vst稍微靠近浓侧的目标值的方式进行控制的情况。
另外，若将稀阈值VLX设定为比化学计量空燃比相当值Vst更靠浓侧的值，则较大地获得自稀阈值VLX向稀侧变化时的催化剂后传感器输出的变化量，分解能力提高。
因此，如果像本实施例那样构成，则存在有利于提高诊断精度、抑制诊断时的排放性能恶化的可能性。
［本实施方式的异常诊断处理］
接下来，对ECU20执行的本实施方式的异常诊断处理进行说明。首先，使用图10A、图10B说明第一诊断处理方法。该第一诊断处理方法是使用催化剂后传感器输出Vr的浓峰值Pr的值的方法。
在最初的步骤S101中，判断诊断允许标记是否已被标记（ON）。诊断允许标记在诊断执行的前提条件成立的情况下被标记。在此所说的前提条件包括：（1）吸入空气量Ga和催化剂温度Tc满足规定的关系这种条件。吸入空气量Ga利用空气流量计5被检测。催化剂温度Tc基于发动机运转状态利用ECU20被推定，但也可以利用温度传感器直接检测。
在发动机正稳定运转的情况下、即发动机的转速和负荷大致固定的情况下，吸入空气量Ga和催化剂温度Tc之间存在固定的相关关系。另一方面，在两者相差太大时，发动机不处于稳定运转状态，可视为处于加速或减速即正进行过渡运转的状态。
于是，将稳定运转时的吸入空气量Ga和催化剂温度Tc的关系预先进行映射，在两者的实际值处于以映射值为中心的规定范围内时，处于稳定运转中并允许进行诊断。相反，在两者的实际值不处于该规定范围内时，处于非稳定运转中并禁止进行诊断。通过如上所述构成，能够确保一定程度以上的诊断精度。
另外，前提条件包括：（2）至少上游催化剂11活性化、（3）催化剂前传感器17及催化剂后传感器18活性化、（4）在当前行程中诊断未结束这样的各条件。
关于（2），若推定催化剂温度进入规定的活性温度区域，则成立。关于（3），若利用ECU20推定的催化剂前传感器17及催化剂后传感器18的元件温度进入规定的活性温度区域，则成立。关于（4），行程指的是自发动机一次起动开始至停止为止的期间。在本实施方式中，在1行程中诊断执行一次，若在当前行程中诊断还一次也未结束，则（4）成立。
在诊断允许标记未被标记的情况下（OFF的情况下），成为待机状态。另一方面，在诊断允许标记已被标记的情况下，在步骤S102中，空燃比主动控制的稀振幅Al及浓振幅Ar被设定。
稀振幅Al及浓振幅Ar的基准值例如为0.5。此时以化学计量空燃比（例如14.6）为中心，稀控制时的目标空燃比A/Ft例如为15.1、浓控制时的目标空燃比A/Ft例如为14.1。
但是，在催化剂的异常程度大且振幅和废气流量的乘积也大的情况下，自测量开始起在极短时间未净化气体瞬间被排出，有时难以确保足够的测量精度。
于是，在催化剂的异常程度大时，根据其异常程度设定稀振幅Al及浓振幅Ar。具体而言，按照预先存储于ECU20的图11所示那样的图，基于前次诊断时测量到的氧吸留容量OSC（前次OSC），设定稀振幅Al及浓振幅Ar。之所以使用前次OSC是因为，该值最好地反映当前状态的催化剂的异常程度。
根据该图，在催化剂的异常程度大的区域、即前次OSC比规定值OSC1小的区域，前次OSC越减小，则得到越小的稀振幅Al及浓振幅Ar。因此，催化剂的异常程度越增大，则可以越发减小稀振幅Al及浓振幅Ar并减小振幅和废气流量的乘积。而且，可以使测量时间长期化，从而容易确保足够的测量精度。
另外，在催化剂的异常程度不大的区域、即前次OSC为规定值OSC1以上的区域，不管前次OSC如何，稀振幅Al及浓振幅Ar都被设为固定的基准值（0.5）。若振幅小，则测量时间延长，在测量途中前提条件变得不成立而导致诊断被中止的概率增高。即，丧失诊断机会的概率增高。但是，在本实施方式中，由于仅在前次OSC比规定值OSC1小的情况下减小振幅，因此，可以降低诊断机会的丧失概率。
另外，作为代替方式，也可以构成为，在前次OSC比规定值OSC1小时，废气流量或作为其代替值的吸入空气量Ga越大，则将稀振幅Al及浓振幅Ar越发设定得小。由此，也可以减少振幅和废气流量的乘积，并且容易确保足够的测量精度。
接下来，在步骤S103中，目标空燃比A/Ft被设定为浓，执行浓控制。
在步骤S104中，判断催化剂前空燃比A/Ff是否在化学计量空燃比以下。判定为否时，成为待机状态，判定为是时，在步骤S105中测量放出氧量OSCb。
接着在步骤S106中，基于废气流量、具体而言基于作为其代替值的吸入空气量Ga，设定浓阈值VRX。即，在此浓阈值VRX未被固定在化学计量空燃比相当值Vst，而是根据吸入空气量Ga使上述浓阈值VRX变化。浓阈值VRX按照图12所示的预先存储的图被设定。
根据该图，吸入空气量Ga越多，则浓阈值VRX越小（更靠稀侧），在更早的时机结束放出氧量OSCb的测量。由此，可以减少废气流量的大小给浓峰值Pr带来的影响。
接着在步骤S107中，催化剂后传感器输出Vr与浓阈值VRX进行比较。在催化剂后传感器输出Vr小于浓阈值VRX的情况下，返回步骤S105，继续进行放出氧量OSCb的测量。另一方面，在催化剂后传感器输出Vr为浓阈值VRX以上的情况下，进入步骤S108，结束放出氧量OSCb的测量。
接着，在步骤S109中，目标空燃比A/Ft被设定为稀，执行稀控制。
在步骤S110中，判断催化剂后传感器输出Vr是否达到了浓侧的峰值。上述情况根据催化剂后传感器输出Vr的微分值是否从正值转变为负值来判断。
判定为否时，成为待机状态。判定为是时，在步骤S111中，峰值到达时刻的催化剂后传感器输出Vr的值作为浓峰值Pr被检测。
接着，在步骤S112中，根据浓峰值Pr的值，计算残留氧量OSCbx的值。残留氧量指的是例如在图6的浓控制时自时刻t2开始至时刻t3为止的期间被放出的催化剂的残留氧量，或者在未图示的稀控制时在同样的期间内被催化剂吸留的氧量。前者也称为残留放出氧量、后者也称为残留吸留氧量。此处的残留氧量OSCbx根据图13所示的预先存储的图进行计算。
浓峰值Pr的值越大，可认为残留氧量越少。因此，图13所示的图表示浓峰值Pr的值越大，则得到越小的残留氧量OSCbx。
此后，在步骤S113~S115中，基于在步骤S108中测量到的放出氧量OSCb和在步骤S112中计算出的残留氧量OSCbx，进行催化剂的正常异常判定。
首先，在步骤S113中，判断放出氧量OSCb和残留氧量OSCbx是否处于规定的正常区域。该判断按照图14所示的预先存储的图进行判断。
该图是将放出氧量OSCb（或吸留氧量OSCa）（横轴）和残留放出氧量OSCbx（或残留吸留氧量OSCax）（纵轴）作为参数的二维图。而且，图内的区域被分为正常区域和异常区域。正常区域和异常区域的边界β形成在放出氧量OSCb变小的位置，以利用残留氧量OSCbx越小则越增大的放出氧量OSCb进行异常判定的方式相对于纵轴倾斜。
在放出氧量OSCb和残留氧量OSCbx处于图上的正常区域的情况下，在步骤S114中，催化剂被判定为正常。另一方面，在放出氧量OSCb和残留氧量OSCbx未处于图上的正常区域的情况下（即处于异常区域的情况下），在步骤S115中，催化剂被判定为异常。
接着，在步骤S116中，诊断允许标记未被标记，流程结束。
另外，虽然在此基于一个个的放出氧量OSCb、浓峰值Pr及残留氧量OSCbx进行了正常异常判定，但也可以分别取得多个上述放出氧量OSCb、浓峰值Pr及残留氧量OSCbx，基于它们的各平均值进行正常异常判定。这一点在后述的诊断处理中也相同。
接下来，使用图15A、图15B说明第二诊断处理方法。该第二诊断处理方法是使用催化剂后传感器输出Vr的稀峰值Pl的值的方法。
该第二诊断处理方法大体上与第一诊断处理方法相比仅仅颠倒了浓及稀的关系，其内容大致相同。以下，以不同点为中心进行说明。
步骤S201~S202与上述步骤S101~S102相同。在步骤S203中，目标空燃比A/Ft被设定为稀，执行稀控制。
在步骤S204中，判断催化剂前空燃比A/Ff是否在化学计量空燃比以上。在判定为否时，成为待机状态，在判定为是时，在步骤S205测量吸留氧量OSCa。
接着，在步骤S206中，基于废气流量、具体而言基于作为其代替值的吸入空气量Ga，稀阈值VLX被设定。在此稀阈值VLX也未被固定在化学计量空燃比相当值Vst，而是根据吸入空气量Ga使上述稀阈值VLX变化。
稀阈值VLX按照图16所示的预先存储的图被设定。该图与图12所示的图处于相反的关系，吸入空气量Ga越多，则使稀阈值VLX越大（更靠浓侧）。由此，在更早的时机结束吸留氧量OSCa的测量。
在步骤S207中，催化剂后传感器输出Vr与稀阈值VLX进行比较。在催化剂后传感器输出Vr比稀阈值VLX大的情况下，回到步骤S205，继续进行吸留氧量OSCa的测量。另一方面，在催化剂后传感器输出Vr为稀阈值VLX以下的情况下，进入步骤S208并结束吸留氧量OSCa的测量。
在步骤S209中，目标空燃比A/Ft被设定为浓，执行浓控制。
在步骤S210中，判断催化剂后传感器输出Vr是否达到了稀侧的峰值。上述情况根据催化剂后传感器输出Vr的微分值是否从负值转变为正值来判断。
判定为否时，成为待机状态。判定为是时，在步骤S211中，峰值到达时刻的催化剂后传感器输出Vr的值作为稀峰值Pl被检测。
接着，在步骤S212中，根据稀峰值Pl的值计算残留氧量OSCax的值。残留氧量OSCax根据图17所示的预先存储的图进行计算。
该图17所示的图与图13所示的图相反，稀峰值Pl的值越小，可以得到越小的残留氧量OSCax。
此后，在步骤S213~S215中，基于在步骤S208中测量到的吸留氧量OSCa和在步骤S212中计算出的残留氧量OSCax，进行催化剂的正常异常判定。
在步骤S213中，判断吸留氧量OSCa和残留氧量OSCax是否处于规定的正常区域。该判断使用具有与图14所示的图同样的趋势的另一图进行判断。
在吸留氧量OSCa和残留氧量OSCax处于图上的正常区域的情况下，在步骤S214中，催化剂被判定为正常。另一方面，在吸留氧量OSCa和残留氧量OSCax未处于图上的正常区域的情况下（即处于异常区域的情况下），在步骤S215中，催化剂被判定为异常。
接着，在步骤S216中，诊断允许标记未被标记，流程结束。
另外，当然也可以将上述的第一诊断处理方法和第二诊断处理方法进行组合。在该情况下，首先，计算测量到的放出氧量OSCb和吸留氧量OSCa的平均值。接下来，计算浓峰值Pr及浓阈值VRX之差（Pr-VRX）的绝对值和稀峰值Pl及稀阈值VLX之差（Pl-VLX）的绝对值的平均值，根据该平均值按照规定的图计算残留氧量。接着，通过判定放出氧量OSCb和吸留氧量OSCa的平均值以及残留氧量是否处于规定的正常区域，进行催化剂的正常异常判定。
接下来，使用图18A、图18B说明第三诊断处理方法。该第三诊断处理方法是使用催化剂后传感器输出Vr的浓变化率Hr的方法。
该第三诊断处理方法大体上与第一诊断处理方法（图10A，图10B）相比，不同之处仅在于追加了步骤S311A且步骤S112被变更为步骤S312。以下，以不同点为中心进行说明。
步骤S301~S311与上述步骤S101~S111相同。在步骤S311A中，催化剂后传感器输出Vr自浓阈值VRX变化到浓峰值Pr时的催化剂后传感器输出Vr的浓变化率Hr用下式（2）计算。
[式2]
Hr=（Pr-VRX）/∑Ga    （2）
在此，ΣGa是自催化剂后传感器输出Vr达到了浓阈值VRX时的tVRX开始至催化剂后传感器输出Vr达到了浓峰值Pr时的tPr为止，对吸入空气量Ga进行累计而得到的值。而且，VRX＜Pr、tVRX＜tPr。催化剂的异常程度越高，则浓变化率Hr越大。另外，也可以代替ΣGa使用（tPr-tVRX）。
接下来，在步骤S312中，根据浓变化率Hr的值计算残留氧量OSCbx的值。残留氧量OSCbx根据图19所示的预先存储的图进行计算。该图与图13所示的图同样地，浓变化率Hr的值越大，可得到越小的残留氧量OSCbx。
此后的步骤S313~S316与上述步骤S113~S116相同。正常异常判定所使用的图也与图14所示的图相同。
接下来，使用图20A、图20B说明第四诊断处理方法。该第四诊断处理方法是使用催化剂后传感器输出Vr的稀变化率Hl的方法。
该第四诊断处理方法大体上与第二诊断处理方法（图15A、图15B）相比，不同之处仅在于追加了步骤S411A且步骤S212被变更为步骤S412。以下，以不同点为中心进行说明。
步骤S401~S411与上述步骤S201~S211相同。在步骤S411A中，催化剂后传感器输出Vr自稀阈值VLX变化到稀峰值Pl时的催化剂后传感器输出Vr的稀变化率Hl用下式（3）计算。
[式3]
Hl=（Pl-VLX）/∑Ga    （3）
此处的ΣGa也同样地，是自催化剂后传感器输出Vr达到了稀阈值VLX时的tVLX开始至催化剂后传感器输出Vr达到了稀峰值Pl时的tPl为止，对吸入空气量Ga进行累计而得到的值。在此，tVLX＜tPl，但Pl＜VLX。催化剂的异常程度越大，则稀变化率Hl越向负方向增大。另外，也可以代替ΣGa使用（tPl-tVLX）。
接着，在步骤S412中，根据稀变化率Hl的值计算残留氧量OSCax的值。残留氧量OSCax根据图21所示的预先存储的图进行计算。该图与图17所示的图同样地，稀变化率Hl的值越小，可得到越小的残留氧量OSCax。
此后的步骤S413~S416与上述步骤S213~S216相同。正常异常判定所使用的图也与图14所示的图相同。
另外，上述的第三诊断处理方法和第四诊断处理方法当然也可以进行组合。在该情况下，首先，计算测量到的放出氧量OSCb和吸留氧量OSCa的平均值。接下来，计算浓变化率Hr的绝对值和稀变化率Hl的绝对值的平均值，根据该平均值按照规定的图计算残留氧量。接着，判定放出氧量OSCb和吸留氧量OSCa的平均值以及残留氧量是否处于规定的正常区域，从而进行催化剂的正常异常判定。
这样，根据本实施方式，可以减小测量误差、提高诊断精度，从而可以抑制误诊断。
以上，对本发明的实施方式进行了详细论述，但本发明的实施方式可认为还有其他各种实施方式。例如，内燃机的用途、形式等是任意，既可以是汽车用之外的内燃机，也可以是直喷式内燃机等。在上述说明中，有些地方仅仅说明了稀侧和浓侧、或吸留侧和放出侧中的一方，但对于本领域技术人员来说，根据对一方的说明显然也能够理解另一方。
在本发明中，包括由权利要求保护的范围所限定的本发明的思想所包含的所有变形例、应用例、等同结构。因此，本发明不应该限定地被解释，也能够应用于归属于本发明的思想范围内的其他任意的技术。

Claims (9)

1.一种催化剂异常诊断装置，其是对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置，所述催化剂异常诊断装置的特征在于，具有：
催化剂后传感器，所述催化剂后传感器检测所述催化剂的下游侧的排气空燃比；
空燃比主动控制机构，所述空燃比主动控制机构将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制；
测量机构，所述测量机构测量在所述空燃比的稀控制中及浓控制中所述催化剂吸留和放出的氧量；以及
判定机构，所述判定机构判定所述催化剂是正常还是异常，
在所述催化剂后传感器输出达到规定的阈值的同时，所述空燃比主动控制机构对所述稀控制和所述浓控制进行切换，所述测量机构结束所述氧量的测量，
所述阈值由对自所述稀控制向所述浓控制切换的切换时机进行规定的稀阈值和对自所述浓控制向所述稀控制切换的切换时机进行规定的浓阈值构成，
所述稀阈值被设定为比基准的稀判定值更靠浓侧的值并且被设定为比所述催化剂后传感器输出的化学计量空燃比相当值更靠浓侧的值，所述基准的稀判定值被确定在比所述化学计量空燃比相当值更靠稀侧，
所述浓阈值被设定为比基准的浓判定值更靠稀侧的值并且被设定为比所述化学计量空燃比相当值更靠稀侧的值，所述基准的浓判定值被确定在比所述化学计量空燃比相当值更靠浓侧，
在所述催化剂后传感器的输出向浓侧的变化过程中达到所述浓阈值的同时，所述空燃比主动控制机构将所述空燃比控制自所述浓控制切换到所述稀控制，
在所述催化剂后传感器的输出向稀侧的变化过程中达到所述稀阈值的同时，所述空燃比主动控制机构将所述空燃比控制自所述稀控制切换到所述浓控制，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方后的所述催化剂后传感器输出的变动情况，判定所述催化剂是正常还是异常。
2.如权利要求1所述的催化剂异常诊断装置，其特征在于，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方后的所述催化剂后传感器输出的峰值，判定所述催化剂是正常还是异常。
3.如权利要求1所述的催化剂异常诊断装置，其特征在于，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方后的所述催化剂后传感器输出的变化率，判定所述催化剂是正常还是异常。
4.如权利要求3所述的催化剂异常诊断装置，其特征在于，
所述变化率是自所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方时开始直至所述催化剂后传感器输出达到峰值时为止的变化率。
5.如权利要求3所述的催化剂异常诊断装置，其特征在于，
所述变化率是自所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方时开始直至达到规定值时为止的、该催化剂后传感器输出的差，除以对废气流量进行累计而求出的、在自所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值及所述浓阈值中的一方时开始直至达到规定值时为止的期间内通过了所述催化剂的合计废气量而得到的值。
6.如权利要求1所述的催化剂异常诊断装置，其特征在于，
所述稀阈值和所述浓阈值根据废气流量被设定。
7.如权利要求1所述的催化剂异常诊断装置，其特征在于，
所述稀控制和所述浓控制中的振幅根据前次诊断时测量到的氧量被设定。
8.一种催化剂异常诊断装置，其是对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置，所述催化剂异常诊断装置的特征在于，具有：
催化剂后传感器，所述催化剂后传感器检测所述催化剂的下游侧的排气空燃比；
空燃比主动控制机构，所述空燃比主动控制机构将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制；
测量机构，所述测量机构测量在所述空燃比的浓控制中所述催化剂放出的氧量；以及
判定机构，所述判定机构判定所述催化剂是正常还是异常，
在所述催化剂后传感器输出向浓侧的变化过程中达到规定的浓阈值的同时，所述空燃比主动控制机构将所述空燃比控制自所述浓控制切换到稀控制，所述测量机构结束所述氧量的测量，
所述浓阈值被设定为比基准的浓判定值更靠稀侧的值并且被设定为比化学计量空燃比相当值更靠稀侧的值，所述基准的浓判定值被确定在比所述化学计量空燃比相当值更靠浓侧，
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述浓阈值为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述浓阈值后的所述催化剂后传感器输出的变动情况，判定所述催化剂是正常还是异常。
9.一种催化剂异常诊断装置，其是对配置于内燃机的排气通路中的催化剂的异常进行诊断的装置，所述催化剂异常诊断装置的特征在于，具有：
催化剂后传感器，所述催化剂后传感器检测所述催化剂的下游侧的排气空燃比；
空燃比主动控制机构，所述空燃比主动控制机构将催化剂上游侧的空燃比在稀及浓之间交替地进行控制；
测量机构，所述测量机构测量在所述空燃比的稀控制中所述催化 剂吸留的氧量；以及
判定机构，所述判定机构判定所述催化剂是正常还是异常，
在所述催化剂后传感器输出向稀侧的变化过程中达到规定的稀阈值的同时，所述空燃比主动控制机构将所述空燃比控制自所述稀控制切换到浓控制，所述测量机构结束所述氧量的测量，
所述稀阈值被设定为比基准的稀判定值更靠浓侧的值并且被设定为比所述催化剂后传感器输出的化学计量空燃比相当值更靠浓侧的值，所述基准的稀判定值被确定在比所述化学计量空燃比相当值更靠稀侧， 
所述判定机构基于到所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值为止测量到的氧量、和所述催化剂后传感器输出达到所述稀阈值后的所述催化剂后传感器输出的变动情况，判定所述催化剂是正常还是异常。
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