JP2008038801A - 内燃機関の触媒劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な劣化判定を行うことができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供する。
【解決手段】酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣ（ｎ）を劣化判定しきい値ＯＳＣｓと比較して触媒の劣化を判定する（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）。酸素吸蔵容量の今回算出値と前回算出値との偏差ΔＯＳＣを算出する手段と、触媒の溶損の有無を推定する手段（Ｓ１０２）とを設ける。高硫黄濃度燃料の使用に起因する誤判定を防止することを目的として劣化判定しきい値を変更する（Ｓ１０３）に当たり、触媒が溶損していないと推定された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）に限って劣化判定しきい値を変更する。触媒が溶損した場合と区別してより正確に触媒の劣化判定を行うことができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。

一般に、内燃機関では排気ガスを浄化するために排気通路に触媒が配置されている。このような触媒、例えば三元触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比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着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出するＯ_２ストレージ機能を有する。従って、内燃機関の通常運転時、理論空燃比を中心として運転条件により混合気がリッチ側又はリーン側に振れてしまっても、触媒表面は理論空燃比に保たれ、三元触媒のもつＯ_２ストレージ機能により、混合気がリーンになったときには過剰な酸素が触媒に吸着保持されるためにＮＯｘが還元され、混合気がリッチになったときには触媒に吸着保持された酸素が放出されるためにＨＣおよびＣＯが酸化され、これによりＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化できることになる。

そこで従来より触媒上流側の排気通路に排気空燃比を検出するための空燃比センサを配置し、排気空燃比がリーンになったときには燃料供給量を増量し、排気空燃比がリッチになったときには燃料供給量を減量させることにより、空燃比が理論空燃比を中心として制御されるためリッチ側又はリーン側に交互に振れてしまっても、それによってＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に低減されるようになっている。

ところで、三元触媒が劣化すると排気ガス浄化率が低下する。三元触媒の劣化度とＯ_２ストレージ機能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、Ｏ_２ストレージ機能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。

かかる原理に基づいて触媒劣化検出を行う装置としては例えば特許文献１に開示されたものがある。この装置においては、触媒上流における空燃比を理論空燃比に対してリーンからリッチに又はその逆に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御が実行され、このアクティブ空燃比制御の実行中に三元触媒が吸蔵可能な酸素量即ち酸素吸蔵容量が算出される。この算出された酸素吸蔵容量は所定のしきい値と比較され、酸素吸蔵容量がしきい値を超えていれば触媒正常、酸素吸蔵容量がしきい値以下のときには触媒劣化と判定される。

一方、硫黄濃度の高い燃料が用いられた場合、排ガス中の硫黄成分によって触媒が被毒（Ｓ被毒）されてしまい、触媒の酸素吸蔵容量が変化する。よって、高い硫黄濃度の燃料が給油された場合にも、低硫黄濃度の燃料を前提として設定された触媒劣化判定しきい値を用いて触媒劣化判定を行うと、誤判定を引き起こす可能性がある。かかる問題に対処するため、特許文献２には、燃料補充の前後に算出された酸素吸蔵容量の差が所定値以上の場合、燃料中の硫黄成分による影響とみなして劣化判定しきい値を変更し、触媒の劣化判定を行う技術が開示されている。

特開平５−１３３２６４号公報 特開２００３−１４８１３６号公報

しかしながら、この特許文献２に記載の技術によっても誤判定の防止には未だ不十分と言わざるを得ない。即ち、酸素吸蔵容量の差が所定値以上となった場合であっても、言い換えれば酸素吸蔵容量が大きく変化した場合であっても、その変化が必ずしも燃料の硫黄濃度変化に起因しない場合がある。従ってこのような場合をも考慮しないと正確な劣化判定を行うことができない。

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、正確な劣化判定を行うことができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記触媒の溶損の有無を推定する触媒溶損推定手段と、
前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定されたとき、前記劣化判定しきい値をより小さい値に変更するしきい値変更手段と
を備えたことを特徴とする。

本発明者は鋭意研究の末、燃料の硫黄濃度変化によらずに酸素吸蔵容量が大きく変化する場合を見出した。その場合とは、何等かの原因で触媒の溶損が生じた場合である。触媒の溶損が生じると、触媒中の酸素吸蔵成分が一部消失し、その分酸素吸蔵容量が減少する。この第１の発明によれば、触媒が溶損していないと推定された場合に限り、劣化判定しきい値がより小さい値に変更される。よって触媒が溶損した場合と区別して高硫黄濃度燃料に起因する誤判定を防止することができ、触媒の劣化判定をより正確なものとすることができる。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段をさらに備え、
前記しきい値変更手段は、前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定されたとき、前記劣化判定しきい値をより小さい値に変更する
ことを特徴とする。

また、第３の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記触媒の溶損の有無を推定する触媒溶損推定手段と、
前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定されたとき、前記下限温度をより高温側の値に変更する変更手段と
を備えたことを特徴とする。

高硫黄濃度の燃料が使用された場合、触媒への硫黄付着量は、触媒温度が低温域のときには多いものの、触媒温度が高温域になると硫黄分の脱離が生じ、これに伴って酸素吸蔵容量が増大する。この点に鑑み、第３の発明では、触媒の酸素吸蔵容量を算出する際の触媒温度条件を引き上げ、その下限温度をより高温側の値に変更する。これにより、低硫黄濃度燃料使用時と同じ劣化判定しきい値を用いて触媒の劣化判定を行うことができる。

また、第４の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記触媒の溶損の有無を推定する触媒溶損推定手段と
を備え、
前記劣化判定手段は、前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定され、且つ、前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が、前記下限温度より高い所定温度以上のとき、前記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする。

この第４の発明は、第３の発明と同様の考え方で、触媒温度が、燃料中の硫黄成分の影響が少なくなるような所定温度以上のときに、酸素吸蔵容量算出値が、低硫黄濃度燃料使用時と同じ劣化判定しきい値と比較され、触媒の劣化判定が実行される。

また、第５の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と
前記触媒の溶損の有無を推定する溶損推定手段と、
前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していると推定されたとき、前記触媒を異常と判定する触媒異常判定手段と
を備えたことを特徴とする。

この第５の発明によれば、触媒の劣化を検出する装置において、触媒が溶損していると推定されたときには触媒を異常と判定し、触媒の劣化を触媒の異常と区別して判定することができる。

また、第６の発明は、第１乃至第５いずれかの発明において、
前記内燃機関の失火を検出する失火検出手段をさらに備え、
前記触媒溶損推定手段は、前回の酸素吸蔵容量算出終了時から今回の酸素吸蔵容量算出終了時までの間に前記失火検出手段によって失火が検出されなかったとき、前記触媒が溶損していないと推定する
ことを特徴とする。

内燃機関の失火が生じると、混合気が燃焼室内で燃焼せずに高温状態の触媒で燃焼してしまって触媒を一部溶損する可能性がある。よって失火の発生を検出することで触媒の溶損を推定することができる。

また、第７の発明は、第１乃至第５いずれかの発明において、
スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段をさらに備え、
前記触媒溶損推定手段は、前回の酸素吸蔵容量算出時に前記スロットル開度検出手段によって検出されたスロットル開度と、今回の酸素吸蔵容量算出時に前記スロットル開度検出手段によって検出されたスロットル開度との偏差が所定値以内にあるときに、前記触媒が溶損していないと推定する
ことを特徴とする。

触媒が溶損した場合、触媒を通過するときの排気抵抗が減少するため、吸入空気量同一でもスロットル開度はより減少側の値に変化する。よって今回検出されたスロットル開度と前回検出されたスロットル開度との偏差を所定値とを比較することにより、触媒の溶損の有無を推定することができる。

また、第８の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であるとき、前記下限温度をより高温側の値に変更する変更手段と
を備えたことを特徴とする。

第３の発明における触媒温度条件の下限温度の変更は、それ自体、劣化判定しきい値の変更に代わって、高硫黄濃度の燃料が使用された場合の誤判定防止に有効な一方策と考えられる。この点に鑑み、第７の発明では、第３の発明から触媒溶損推定の部分が省略されているが、これによっても誤判定を防止し触媒の正確な劣化判定が可能である。

また、第９の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と
を備え、
前記劣化判定手段は、前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が、前記下限温度より高い所定温度以上のとき、前記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする。

先と同様に、第４の発明における触媒温度条件の限定は、それ自体、劣化判定しきい値の変更に代わって、高硫黄濃度の燃料が使用された場合の誤判定防止に有効な一方策と考えられる。この点に鑑み、第８の発明では、第４の発明から触媒溶損推定の部分が省略されているが、これによっても誤判定を防止し触媒の正確な劣化判定が可能である。

本発明によれば、正確な劣化判定を行うことができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。

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。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（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。

内燃機関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。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設され、燃焼室３内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン４はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部４ａが形成されている。そして内燃機関１では、燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ１２からピストン４の凹部４ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ７の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）され、安定した成層燃焼が実行される。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管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、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とが組み込まれている。なお吸気ポート、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。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、Ｏ_２ストレージ機能を有する三元触媒からなる触媒１１が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出するための触媒前センサ及び触媒後センサ１７，１８が設置されている。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電流信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ_２センサからなり、理論空燃比を境に出力電圧が急変する特性を持つ。

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、内燃機関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、スロットルバルブ１０の開度を検出するスロットル開度センサ１９、吸気圧を検出する吸気圧センサ１６、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、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２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。

特にＥＣＵ２０は、スロットル開度制御に際し、アクセル開度センサ１５によって検出されたアクセル開度ＡＣに基づいて目標スロットル開度ＴＨｔを定め、スロットル開度センサ１９によって検出されるスロットル開度ＴＨがその目標スロットル開度ＴＨｔに一致するようにスロットル開度を制御する。これによってスロットル開度はアクセル開度の増減（開閉）に応じて増減（開閉）されることとなる。

触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ）Ａ／Ｆｓ（例えば１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、触媒上流側の排気空燃比即ち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓになるように空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ２０は、理論空燃比Ａ／Ｆｓに等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定すると共に、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量を制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。

ここで、触媒１１についてより詳細に説明する。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保持され、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収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ＣｅＯ_２からなる。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓ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が還元浄化される。

このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを敢えて理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。

ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数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との接触確率の低下を引き起こし、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。

このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより触媒１１の劣化度を検出ないし判定することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、触媒１１が吸蔵し得る酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O_２ Strage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。

以下、本実施形態における触媒の劣化検出について説明する。

本実施形態では、触媒１１の劣化検出の際にＥＣＵ２０によるアクティブ空燃比制御が実行される。ここでアクティブ空燃比制御とは、触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを、所定のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの一方から他方に所定のタイミングで強制的に切り替える制御である。そしてこのアクティブ空燃比制御の実行中に触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出され、その算出値が所定の劣化判定しきい値と比較されて触媒の正常・劣化が判定される。

ここで触媒１１の劣化検出は、内燃機関１の定常運転時で且つ触媒１１が活性温度域にあるときに実行される。触媒１１の温度は、温度センサを用いて直接検出してもよいが、本実施形態の場合内燃機関の運転状態から推定することとしている。ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５によって検出される吸入空気量ＧＡ、クランク角センサ１４の出力に基づいて算出される機関回転速度ＮＥ、及びスロットル開度センサ１９の検出値に基づいて算出される機関負荷ＫＬの少なくとも一つに基づいて、予め実験等を通じて設定されたマップ又は関数を利用し、触媒１１の温度を推定する。こうして検出又は推定された触媒１１の温度が、触媒１１の活性温度域にあたる所定の下限温度Ｔｃ１以上且つ上限温度Ｔｃ２以下であるとき（図９参照）、触媒１１の劣化検出が実行される。触媒１１の劣化検出はエンジンの１運転毎に１回実行され、少なくとも続けて２回、触媒１１が劣化状態にあると判定されたときに警告装置が作動させられる。

図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力が実線で示されている。また、図３（Ａ）には、ＥＣＵ２０内部で発生される目標空燃比Ａ／Ｆｔが破線で示されている。触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力はそれぞれ触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒ及び触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒを表す。

図３（Ａ）に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、中心空燃比としての理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅（リッチ振幅Ａｒ、Ａｒ＞０）だけ離れた空燃比（リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ）と、そこからリーン側に所定の振幅（リーン振幅Ａｌ、Ａｌ＞０）だけ離れた空燃比（リーン空燃比Ａ／Ｆｌ）とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えないし振動に追従するようにして、実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも、目標空燃比Ａ／Ｆｔに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。よって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも目標空燃比Ａ／Ｆｔと同様にリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとに強制的に且つ交互に切り替えられる。このことから目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。

図示例においてリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとは等しい。例えば理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５である。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとの値は大きい。

ところで、目標空燃比Ａ／Ｆｔが切り替えられるタイミングは、触媒後センサ１８の出力がリッチからリーンに、又はリーンからリッチに切り替わるタイミングである。ここで図示されるように触媒後センサ１８の出力電圧は理論空燃比Ａ／Ｆｓを境に急変し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより小さいリッチ側の空燃比であるときその出力電圧がリッチ判定値ＶＲ以上となり、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより大きいリーン側の空燃比であるときその出力電圧がリーン判定値ＶＬ以下となる。ここでＶＲ＞ＶＬであり、例えばＶＲ＝０．５９（Ｖ）、ＶＬ＝０．２１（Ｖ）である。

図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ側の値からリーン側に変化してリーン判定値ＶＬに等しくなった時（時刻ｔ１）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。その後、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン側の値からリッチ側に変化してリッチ判定値ＶＲに等しくなった時（時刻ｔ２）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチ空燃比Ａ／Ｆｒからリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

このような空燃比変化を行うアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出され、触媒１１の劣化が判定される。

図３を参照して、時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌとされ、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、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。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに達した時点（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、或いは反転される。このように目標空燃比Ａ／Ｆｔは触媒後センサ１８の出力をトリガにして反転される。

そして今度は触媒１１にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒１１では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。よって触媒１１の下流側にはほぼ理論空燃比Ａ／Ｆｓの排気ガスが流出し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチにならないことから、触媒後センサ１８の出力は反転しない。触媒１１から酸素が放出され続けるとやがて触媒１１からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上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。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＲに達した時点（ｔ２）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

酸素吸蔵容量ＯＳＣが大きいほど、酸素を吸収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目標空燃比Ａ／Ｆｔ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目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期は短くなる。

そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが以下のようにして算出される。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／Ｆｆｒ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／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで積分される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ１即ち放出酸素量が算出される。

ここで、Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰分の空気量を算出できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。

基本的には、この１回で算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ１を用い、これを所定のしきい値（劣化判定しきい値）と比較し、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１がしきい値を超えていれば正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１がしきい値以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。しかしながら、本実施形態では精度を向上させるため、リーン側でも同様に酸素吸蔵容量（この場合酸素吸収量）を算出し、必要に応じてリッチ側とリーン側とで複数回算出を繰り返し、その平均値をしきい値と比較して最終的な劣化判定を行っている。

具体的には、図４に示すように、時刻ｔ２で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられた後、前式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ２１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ側に反転する時点ｔ３まで積分される。こうしてこの酸素吸収サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ２即ち吸収酸素量が算出される。前回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と今回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とはほぼ等しい値となるはずである。こうして複数の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２，・・・ＯＳＣｎ（例えばｎは５以上）が繰り返し算出され、その平均値ＯＣＳａｖが所定のしきい値ＯＳＣｓと比較される。そして、平均値ＯＣＳａｖがしきい値ＯＳＣｓを超えていれば触媒１１は正常、平均値ＯＣＳａｖがしきい値ＯＳＣｓ以下ならば触媒１１は劣化と判定される。

なお、車両の走行距離等、触媒劣化の進行に相関するパラメータに応じて酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出回数ｎを変化させてもよい。例えば走行距離が比較的少なく明らかに劣化が相当程度進んでいないと想定できる場合はｎを少ない値とし、走行距離が比較的多く劣化が相当程度進んでいる可能性のある場合はｎを多い値とする。

ここで、酸素吸蔵容量ＯＳＣと触媒温度との関係を図５に示す。見られるように、酸素吸蔵容量ＯＳＣは触媒温度が高くなるにつれ大きくなる傾向にある。酸素吸蔵容量ＯＳＣは新品の触媒で最大であり、触媒の劣化が進むにつれ減少してくる。そして、酸素吸蔵容量ＯＳＣがしきい値ＯＳＣｓ以下になった場合、触媒１１は劣化と判定される。

さて、基準となる触媒劣化判定しきい値ＯＳＣｓの値は、一般に広く普及されている低硫黄濃度の燃料（標準燃料と称す）を前提として設定されている。しかしながら、地域等によっては硫黄濃度がより高い燃料が給油される場合もあり得、こうなると排ガス中の硫黄成分によって触媒が被毒（Ｓ被毒）されてしまい、触媒の酸素吸蔵容量が、特により低い値へと、変化する。なお、図１１に示すように、燃料の硫黄濃度が高くなるほど酸素吸蔵容量ＯＳＣは低下する傾向にあり、また、このような酸素吸蔵容量の減少傾向は触媒温度が低温であるほど顕著である。よって、高硫黄濃度燃料が給油された場合にも同じしきい値ＯＳＣｓを用いて劣化判定を行うと、誤判定を引き起こす可能性がある。つまり、触媒のＳ被毒は触媒自体は正常であるがその表面に硫酸塩が生成されてしまうために起こる一時的な劣化である。低硫黄濃度の燃料が再給油されたり、触媒雰囲気温度が高温になれば、その硫酸塩は脱離されてしまって触媒は元の正常な状態に復帰する。それにも拘わらず、かかる一時的劣化を、触媒の交換を促すような恒久的な劣化と判定することは、誤判定となり、劣化検出精度の一層の向上が望まれる。

この対策として、酸素吸蔵容量の今回算出値と前回算出値との偏差が所定値以上となった場合、特に前回算出値よりも今回算出値が大きく減少した場合、高硫黄濃度の燃料が給油されたとみなして、劣化判定しきい値を変更、特により小さい値に変更することが考えられる。これによれば、たしかに劣化判定しきい値が引き下げられるので誤判定の防止には有効である。

しかしながら、酸素吸蔵容量の偏差が所定値以上になったからといって、その変化が必ずしも燃料の硫黄濃度変化に起因するとは限らない。この点に関して本発明者は、鋭意研究の末、燃料の硫黄濃度変化に起因せずに酸素吸蔵容量の偏差が所定値以上になる場合を見出した。その場合とは、何等かの原因で触媒の溶損が生じた場合である。触媒の溶損が生じると、触媒中の酸素吸蔵成分が一部消失し、その分酸素吸蔵容量が減少する。よって触媒の溶損の有無をも併せて認識することが誤判定を防止し、正確な劣化判定を行う上で極めて有効である。

そこで本実施形態では、以上の観点に鑑み、触媒の溶損の有無を推定する溶損推定手段が設けられ、この溶損推定手段によって触媒が溶損していないと推定されたときに限り、劣化判定しきい値をより小さい所定値に変更することとしている。

触媒の溶損の有無を推定する方法としては、一つに失火の有無を検出する方法がある。即ち、点火装置の故障等が原因で点火プラグ７による点火が適正に行われないと、混合気が燃焼室内で燃焼しないで排気通路に流れ出し、高温状態の触媒で燃焼して触媒を一部溶損する可能性がある。なおこのほかにも燃料供給系の故障等が原因で、例えば点火後のタイミングで燃料が噴射供給され、同様に未燃混合気が触媒に達して燃焼する場合も考えられる。よって、これら失火発生及び燃料供給系の故障を検出することで触媒の溶損を推定することができる。

以上の原理に基づく本実施形態の触媒劣化判定処理の第１の態様を図６に基づいて説明する。図示される処理はＥＣＵ２０によって触媒劣化検出実行毎に繰り返し行われる。また図示される処理は、内燃機関の運転履歴や内燃機関が搭載される車両の走行履歴を考慮して触媒が未だ十分劣化していないと推定される場合に実行される。なお、以下の説明において、酸素吸蔵容量の算出値とは、前に述べた複数サイクルの酸素吸蔵容量の平均値ＯＳＣａｖを意味する。ここでは簡単のため、酸素吸蔵容量の算出値を意味する符号として「ＯＳＣ」を用いる。

まずステップＳ１０１では、今回の触媒劣化検出実行時に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）と、前回の触媒劣化検出実行時に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ−１）との偏差ΔＯＳＣ＝ＯＳＣ（ｎ−１）−ＯＳＣ（ｎ）が算出され、その偏差ΔＯＳＣが所定の偏差しきい値αと比較される。そして、偏差ΔＯＳＣが偏差しきい値α以上であるか否かが判断される。

ここで、前回の酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣ（ｎ−１）としては、今回の酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）が算出されたときと、機関運転状態を表す所定のパラメータが同一のときの値が使用される。例えば、酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣは、吸入空気量ＧＡの大小に応じて変化する傾向がある。そこで本実施形態では、酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣを、その算出時の吸入空気量ＧＡの値に対応づけて更新記憶するようにしている。

図７に示すように、吸入空気量ＧＡの全領域はＧＡ（１）、ＧＡ（２）・・・ＧＡ（ｎ）といったようにｎ個の複数の領域に分割され、酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出されたときには、その算出時の吸入空気量ＧＡに対応する領域に、その算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が更新記憶される。そして、ステップＳ１０１においては、エアフローメータ１０によって検出された今回算出時の吸入空気量ＧＡの値が取得されると共に、今回の酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）が算出されたときと同一の吸入空気量領域（図示例では領域ＧＡ（２））における前回の酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣ（ｎ−１）が取得され、これら今回値と前回値とを用いて前記偏差ΔＯＳＣが算出される。そしてその偏差ΔＯＳＣが偏差しきい値α以上であるか否かが判断される。このように本処理においては、今回及び前回といったときには同一の吸入空気量領域における今回及び前回を意味する。

ステップＳ１０１で偏差ΔＯＳＣが偏差しきい値α未満であると判定されたときは、今回値が前回値に比べそれほど変化しておらず、低硫黄濃度の燃料給油や触媒溶損の可能性が極めて低いので、通常の処理が実行される。即ち、ステップＳ１０４において、今回算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）が基準値としての劣化判定しきい値ＯＳＣｓと比較され、酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）がしきい値ＯＳＣｓより大きければステップＳ１０５で触媒は正常と判定され、酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）がしきい値ＯＳＣｓ以下であればステップＳ１０６で触媒は劣化と判定される。

他方、ステップＳ１０１で偏差ΔＯＳＣが偏差しきい値α以上であると判定されたときは、今回値が前回値から大きく変化しているので、ステップＳ１０２に進んで触媒１１の溶損の有無が推定される。

この触媒１１の溶損の推定は次のように実行される。即ち、ＥＣＵ２０は、前回の酸素吸蔵容量算出終了時点から今回の酸素吸蔵容量算出終了時点までの間において、任意の気筒が爆発行程に移行する度に、同気筒の爆発行程中にてクランク軸が一定クランク角度回転するのに要する経過時間を検出し、その検出した複数の経過時間のうちの所定の２つの経過時間の偏差が所定値を超えていれば、失火が発生したと判定し、触媒が溶損したと推定する。逆に、失火が発生していないと判定したときは触媒も溶損していないと推定する。

或いは、触媒１１の溶損の推定は次のように実行してもよい。即ち、ＥＣＵ２０は、スロットル開度センサ１９によって検出された今回算出時のスロットル開度ＴＨ（ｎ）の値を取得すると共に、今回算出時と同一の吸入空気量領域における前回算出時のスロットル開度ＴＨ（ｎ−１）の値を取得する。そして、これら今回スロットル開度ＴＨ（ｎ）と前回スロットル開度ＴＨ（ｎ−１）との偏差ΔＴＨ＝ＴＨ（ｎ−１）−ＴＨ（ｎ）が算出される。そしてこの偏差ΔＴＨが偏差しきい値ΔＴＨｓ以上であるときは、触媒が溶損したと推定し、偏差ΔＴＨが偏差しきい値ΔＴＨｓ未満であるときは触媒が溶損していないと推定する。

触媒が溶損した場合、触媒に穴が開くため、触媒を通過するときの排気抵抗が減少し、排ガスが流れやすくなる。よって、吸入空気量同一でもスロットル開度はより減少側ないし閉側の値に変化する。よってこのことを利用し、今回スロットル開度ＴＨ（ｎ）が前回スロットル開度ＴＨ（ｎ−１）より比較的大きく減少したときは、触媒が溶損したと推定することとしている。

さて、ステップＳ１０２において触媒１１の溶損が推定されたときは、ステップＳ１０７に進んで触媒は異常と判定され、劣化自体が判定されることなく本処理が終了される。なお、次回又はそれ以降の本処理実行によって複数回連続して触媒が異常と判定されたときは警告装置が作動される。

他方、ステップＳ１０２において触媒１１の溶損が推定されなかったときは、高硫黄濃度の燃料が給油されたとみなし、ステップＳ１０３に進んで、劣化判定しきい値ＯＳＣｓが基準値からより小さい所定値ＯＳＣｓｌに変更される（図７参照）。そして、今回算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）が、しきい値ＯＳＣｓ（＝ＯＳＣｓｌ）より大きければステップＳ１０５で触媒は正常と判定され、しきい値ＯＳＣｓ（＝ＯＳＣｓｌ）以下であればステップＳ１０６で触媒は劣化と判定される。これにより、硫黄成分による触媒の一時的劣化を恒久的劣化とする誤判定を防止できる。

このように本実施形態によれば、酸素吸蔵容量の算出値が大きく減少した場合に、それが触媒の溶損によるものか、高硫黄濃度の燃料給油によるものかを明確に区別することができる。そして、触媒の溶損によるものでないと判断されたときに、高硫黄濃度の燃料給油によるものとして劣化判定しきい値を引き下げ、誤判定を防止できる。よって本実施形態によれば触媒の劣化判定をより正確なものとすることができる。

次に、本実施形態の触媒劣化判定処理の第２の態様を図８に基づいて説明する。この第２の態様は前記第１の態様と大略同様であり、以下相違点を中心に説明する。

この第２の態様のステップＳ２０１、Ｓ２０２，Ｓ２０４〜Ｓ２０７は前記第１の態様のステップＳ１０１、Ｓ１０２，Ｓ１０４〜Ｓ１０７と同様である。異なるのは、ステップＳ１０３の代わりにステップＳ２０３が実行される点にある。このステップＳ２０３では、触媒劣化検出処理を実行する触媒温度条件が変更される。即ち、図９を参照して、前述したように、触媒劣化検出処理が実行される条件は、推定された触媒温度Ｔｃが下限温度Ｔｃ１以上且つ上限温度Ｔｃ２以下であることであるが、ステップＳ２０３ではこの触媒温度条件が、下限温度Ｔｃ１より高く上限温度Ｔｃ２より低い所定温度Ｔｃｓ以上で、且つ上限温度Ｔｃ２以下であることと変更される。結果的に、下限温度は基準値Ｔｃ１からより高温側の所定値Ｔｃｓへと引き上げられ、触媒温度条件は高温側にシフトされる。

これを図９に基づき詳細に説明する。同図は、高硫黄濃度の燃料が使用された場合の、触媒温度Ｔｃに対する触媒への硫黄付着量（（Ａ）図）、酸素吸蔵容量ＯＳＣ（（Ｂ）図）及び硫黄による酸素吸蔵容量ＯＳＣの低下量（（Ｃ）図）の変化をそれぞれ示す。図示されるように、低温側の触媒温度領域では触媒への硫黄付着量が多く、これに伴って酸素吸蔵容量ＯＳＣは、低硫黄濃度の標準燃料が使用された場合（仮想線Ｚで示す）に比べて低下し、その低下量は大きい。しかしながら、触媒温度が高温化するにつれて、触媒に付着した硫酸塩が脱離していくことから、触媒への硫黄付着量が少なくなり、これに伴って酸素吸蔵容量ＯＳＣは増大し、その低下量も少なくなっていく。触媒温度Ｔｃが十分高温化したときにはもはや標準燃料の場合とそれほど変わらなくなってくる。

そこで、酸素吸蔵容量ＯＳＣに対する硫黄成分の影響が少なくなるような触媒温度を予め実験的に把握しておき、その温度以上の高温領域でのみ触媒劣化検出処理を実行すれば、算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣを、低硫黄濃度の標準燃料使用時と同じしきい値ＯＳＣｓを用いて触媒の劣化判定を行うことができる。かかる考え方に基づき、この第２の態様では、酸素吸蔵容量ＯＳＣに対する硫黄成分の影響が少なくなるような触媒温度として所定値Ｔｃｓを設定し、高硫黄濃度の燃料が給油されたとみなされる場合には、触媒劣化検出処理が実行される触媒温度条件の下限温度をより高温側の所定値Ｔｃｓに変更する。なおこの所定値Ｔｃｓは例えば６５０℃である。

図８に戻って、ステップＳ２０２において触媒１１の溶損が推定されなかった場合、高硫黄濃度の燃料が給油されたとみなしてステップＳ２０３に進み、触媒温度条件の下限温度がより高温側の所定値Ｔｃｓに変更され、今回の処理が終了される（ステップＳ２０４には進まない）。この場合、今回算出された酸素吸蔵容量の値ＯＳＣ（ｎ）は劣化判定に用いられない。一方、次回又はそれ以降の劣化検出処理は、触媒温度Ｔｃが変更後の下限温度Ｔｃｓ以上のときにのみ行われ、即ち触媒への硫黄付着量が少ない状況下で行われる。そして引き続き同じ劣化判定しきい値ＯＳＣｓを用いて触媒劣化判定が行われることとなる。逆に、触媒温度Ｔｃが変更後の下限温度Ｔｃｓ未満のときには劣化検出処理は実行されない。

ところで、このような触媒温度条件の下限温度の変更は、それ自体、劣化判定しきい値の変更に代わって、高硫黄濃度の燃料が使用された場合の誤判定防止に有効な一方策と考えられる。よって、触媒溶損の推定の有無に拘わらず、それ自体単独で有用な一つの特徴と理解される。

次に、本実施形態の触媒劣化判定処理の第３の態様を図１０に基づいて説明する。この第３の態様も前記第１の態様と大略同様であり、以下相違点を中心に説明する。

この第３の態様のステップＳ３０１、Ｓ３０２，Ｓ３０４〜Ｓ３０７は前記第１の態様のステップＳ１０１、Ｓ１０２，Ｓ１０４〜Ｓ１０７と同様である。異なるのは、ステップＳ１０３の代わりにステップＳ３０３が実行される点にある。このステップＳ３０３は、前記第２の態様と同様の考え方に基づき、触媒温度が高温域にあるときに算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣのみを触媒劣化判定に用いるためのステップである。

具体的には、ステップＳ３０３において、今回処理時に推定された触媒温度Ｔｃが、前記所定温度Ｔｃｓ以上で且つ上限温度Ｔｃ２以下である（Ｔｃｓ≦Ｔｃ≦Ｔｃ２）か否かが判断される。そして、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｓ以上且つ上限温度Ｔｃ２以下であるときには、ステップＳ３０４以降で、低硫黄濃度の標準燃料使用時と同じ劣化判定しきい値ＯＳＣｓを用いて、触媒劣化判定が行われる。他方、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｓ以上且つ上限温度Ｔｃ２以下でないときには、本処理が終了され、今回算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｎ）の値は破棄される。

第２の態様と同様、このような触媒温度条件の限定は、それ自体、劣化判定しきい値の変更に代わって、高硫黄濃度の燃料が使用された場合の誤判定防止に有効な一方策と考えられる。よって、触媒溶損の推定の有無に拘わらず、それ自体単独で有用な一つの特徴として理解される。

なお、上述の実施形態においては、ＥＣＵ２０が本発明にいう吸蔵容量算出手段、劣化判定手段、偏差算出手段、溶損推定手段、失火検出手段、しきい値変更手段、変更手段、触媒異常判定手段を構成する。また、スロットル開度センサ１９がスロットル開度検出手段を構成する。さらに、触媒前センサ１７が、触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段を構成し、触媒後センサ１８が、触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後空燃比検出手段を構成する。触媒後センサ１８として、触媒前センサ１７と同様の空燃比センサを用いることも可能である。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関は直噴式であったが、吸気ポート（吸気通路）噴射式或いは両噴射方式を兼ね備えるデュアル噴射式の内燃機関にも本発明は適用可能である。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、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、均等物が本発明に含まれる。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。

本実施形態の構成を示す概略図である。 触媒の構成を示す概略断面図である。 アクティブ空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。 図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の算出方法を説明するための図である。 酸素吸蔵容量と触媒温度との関係を示すグラフであり、触媒劣化判定方法を説明するための図である。 触媒劣化判定処理の第１の態様のフローチャートである。 図６のステップＳ１０１の処理内容を説明するための図である。 触媒劣化判定処理の第２の態様のフローチャートである。 高硫黄濃度の燃料が使用された場合の触媒温度に対する各値の変化を示すグラフである。 触媒劣化判定処理の第３の態様のフローチャートである。 燃料の硫黄濃度と触媒の酸素吸蔵容量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 燃焼室
５ エアフローメータ
６ 排気管
７ 点火プラグ
１０ スロットルバルブ
１１ 触媒
１２ インジェクタ
１４ クランク角センサ
１５ アクセル開度センサ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
１９ スロットル開度センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ＯＳＣ 触媒の酸素吸蔵容量
ＯＳＣｓ 酸素吸蔵容量の劣化判定しきい値
ΔＯＳＣ 酸素吸蔵容量の偏差
α 酸素吸蔵容量の偏差しきい値
Ｔｃ 触媒温度
Ｔｃ１ 下限温度
Ｔｃｓ 所定温度
Ｔｃ２ 上限温度

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記触媒の溶損の有無を推定する溶損推定手段と、
   前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定されたとき、前記劣化判定しきい値をより小さい値に変更するしきい値変更手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
2. 前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段をさらに備え、
   前記しきい値変更手段は、前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定されたとき、前記劣化判定しきい値をより小さい値に変更する
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
3. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
   前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
   前記触媒の溶損の有無を推定する溶損推定手段と、
   前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定されたとき、前記下限温度をより高温側の値に変更する変更手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
4. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
   前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
   前記触媒の溶損の有無を推定する溶損推定手段と
   を備え、
   前記劣化判定手段は、前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していないと推定され、且つ、前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が、前記下限温度より高い所定温度以上のとき、前記触媒の劣化を判定する
   ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
5. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と
   前記触媒の溶損の有無を推定する溶損推定手段と、
   前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記溶損推定手段によって前記触媒が溶損していると推定されたとき、前記触媒を異常と判定する触媒異常判定手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
6. 前記内燃機関の失火を検出する失火検出手段をさらに備え、
   前記溶損推定手段は、前回の酸素吸蔵容量算出終了時から今回の酸素吸蔵容量算出終了時までの間に前記失火検出手段によって失火が検出されなかったとき、前記触媒が溶損していないと推定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
7. スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段をさらに備え、
   前記溶損推定手段は、前回の酸素吸蔵容量算出時に前記スロットル開度検出手段によって検出されたスロットル開度と、今回の酸素吸蔵容量算出時に前記スロットル開度検出手段によって検出されたスロットル開度との偏差が所定値以内にあるときに、前記触媒が溶損していないと推定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
8. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
   前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と、
   前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であるとき、前記下限温度をより高温側の値に変更する変更手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
9. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   前記触媒の温度を検出又は推定する触媒温度検出手段と、
   前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が少なくとも所定の下限温度以上であるときに前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定しきい値と比較して前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記吸蔵容量算出手段によって算出された酸素吸蔵容量の今回値と前回値との偏差を算出する偏差算出手段と
   を備え、
   前記劣化判定手段は、前記偏差算出手段によって算出された偏差が所定の偏差しきい値以上であり、且つ、前記触媒温度検出手段によって検出又は推定された触媒温度が、前記下限温度より高い所定温度以上のとき、前記触媒の劣化を判定する
   ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
   

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