JP2009299557A - 触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサの出力の応答遅れによる影響を受けずに、触媒の劣化を精度良く判定できる触媒の劣化判定装置を提供する。
【解決手段】劣化判定装置１は、上流側および下流側の酸素濃度パラメータＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２を検出する上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサ１２，１３を有し、前者１２から触媒７に流入する排ガスの還元雰囲気への切換後において、上流側酸素濃度パラメータＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定時間が経過したときに検出された比較用の上流側酸素濃度パラメータｓｕｍｋａｃｔ１と、下流側酸素濃度パラメータＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定時間が経過したときに検出された比較用の下流側酸素濃度パラメータｓｕｍｋａｃｔ２との比較結果に基づき、触媒７の劣化を判定する（ステップ１２〜１７）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排ガスを浄化するための触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置に関する。

従来、この種の劣化判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この劣化判定装置では、触媒が劣化すると、その酸素貯蔵能力が低下するという特性を利用し、触媒の劣化が次のようにして判定される。すなわち、触媒の上流側および下流側における排ガス中の酸素濃度を、上流側酸素センサおよび下流側酸素センサでそれぞれ検出する。また、上流側酸素センサの検出値と下流側酸素センサの検出値との差の絶対値を積算するとともに、この積算値が所定の判定値よりも小さいときに、触媒が劣化していると判定する。さらに、排ガスが上流側酸素センサを通過してから下流側酸素センサに到達するまでに要する時間（以下「ディレイ時間」という）を、排ガスの流速を表す吸入空気量に基づいて算出するとともに、下流側酸素センサの検出値に対してディレイ時間前に得られた上流側酸素センサの検出値が、上述した積算値の算出に用いられる。これにより、この従来の劣化判定装置では、同じ排ガスに対する上流側および下流側の酸素センサの検出値を劣化判定に用いるようにしている。

しかし、上述した従来の劣化判定装置では、触媒の劣化判定に上記の排ガスのディレイ時間が加味されるにすぎず、上流側および下流側の酸素センサの個体差や、設置状況による排ガス当たりなどの違い、両センサの劣化に起因する応答遅れなどの出力特性のばらつきによる影響によって、触媒の劣化を精度良く判定できないおそれがある。特に、上流側および下流側の酸素センサの検出値の差の積算値を劣化判定に用いるので、両センサの出力特性のばらつきによる真値からの出力値のずれが比較的小さくても、その影響が算出された積算値に大きく現れやすく、その場合には、劣化判定の精度が大きく低下してしまう。

このような不具合を回避するため、例えば、上流側および下流側の酸素センサの出力特性のばらつきによる触媒の劣化判定への影響を補償することが考えられる。しかし、この場合、上流側および下流側の酸素センサの劣化度合がそれを明確に判定できるほど高いときには、その判定結果に応じた適切な補償を行えるものの、両センサの劣化度合が低いときには、真値からのずれも小さいので、それによる触媒の劣化判定への影響を適切に補償できず、やはり、触媒の劣化を精度良く判定することができない。このことは、上流側および下流側の酸素センサの個体差や設置状況の違いによる出力特性のばらつきによる触媒の劣化判定への影響についても同様に当てはまる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサの出力の応答遅れによる影響を受けることなく、触媒の劣化を精度良く判定することができる触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。

特開２００１−２７１６９６号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に設けられ、内燃機関３の排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出するとともに、排ガスを浄化する触媒７の劣化を判定する触媒７の劣化判定装置１であって、排気通路の触媒７よりも上流側における排ガス中の酸素濃度を表す上流側酸素濃度パラメータ（第１当量比ＫＡＣＴ１）を検出する上流側酸素濃度パラメータセンサ（上流側ＬＡＦセンサ１２）と、排気通路の触媒７よりも下流側における排ガス中の酸素濃度を表す下流側酸素濃度パラメータ（第２当量比ＫＡＣＴ２）を検出する下流側酸素濃度パラメータセンサ（下流側ＬＡＦセンサ１３）と、上流側酸素濃度パラメータセンサを通って触媒７に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気に制御可能な制御手段（ＥＣＵ２、インジェクタ６）と、制御手段により排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えられた後において、上流側酸素濃度パラメータが所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定時間が経過したときに検出された比較用の上流側酸素濃度パラメータ（第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１）と、下流側酸素濃度パラメータが所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定時間が経過したときに検出された比較用の下流側酸素濃度パラメータ（第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２）との比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１２〜１７、２６）と、を備えることを特徴とする。

この触媒の劣化判定装置によれば、排気通路の触媒よりも上流側および下流側における排ガス中の酸素濃度をそれぞれ表す上流側酸素濃度パラメータおよび下流側酸素濃度パラメータが、上流側酸素濃度パラメータセンサおよび下流側酸素濃度パラメータセンサによってそれぞれ検出される。また、上流側酸素濃度パラメータセンサを通って触媒に流入する排ガスが、制御手段によって酸化雰囲気と還元雰囲気に制御される。さらに、制御手段により排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えられた後において、上流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから所定時間が経過したときに検出された比較用の上流側酸素濃度パラメータと、下流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから前記所定時間が経過したときに検出された比較用の下流側酸素濃度パラメータとの比較結果に基づいて、触媒の劣化が劣化判定手段によって判定される。

触媒を流れる排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えられると、その後、触媒の上流側における排ガスは、酸化雰囲気からすぐに還元雰囲気になる。一方、触媒の下流側における排ガスは、触媒が劣化していなければ、排ガスが酸化雰囲気のときに貯蔵された酸素が触媒から放出されるとともに、この酸素により排ガス中の還元剤が酸化されるため、すぐには還元雰囲気にならず、上流側に対して遅れをもって還元雰囲気になる。また、排ガス中の酸素濃度は、排ガス中の還元剤の濃度と相関関係にある。以上から、上述したように還元雰囲気への排ガスの切換後に検出された上流側および下流側の酸素濃度パラメータとの比較結果に基づいて触媒の劣化を判定することにより、この劣化判定を適切に行うことができる。

また、この場合、劣化判定のための比較対象として、排ガスが還元雰囲気に切り換えられた直後に検出された上流側および下流側の酸素濃度パラメータではなく、共通の所定値を超えてから共通の所定時間が経過したときに検出された上流側および下流側の酸素濃度パラメータが用いられる。このように、上流側および下流側の酸素濃度パラメータが実際に共通の所定値を超えたタイミングを基準とし、そのタイミングから共通の所定時間が経過したときに得られた両パラメータ同士が比較される。これにより、上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサの個体差や、設置状況の違い、両センサの劣化などに起因する出力の応答遅れが生じている場合でも、その影響を受けることがないとともに、排ガスが上流側酸素濃度パラメータセンサから下流側酸素濃度パラメータセンサに到達するまでに要する時間の大小にかかわらず、ほぼ同じ排ガスに対する上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサの検出値を劣化判定に用いることができる。したがって、触媒の劣化を精度良く判定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の触媒７の劣化判定装置１において、下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したか否かを判定する定常状態判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）をさらに備え、比較用の上流側および下流側の酸素濃度パラメータは、排ガスの切換後、下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したと判定されるまでの期間内に検出されたものであることを特徴とする。

この構成によれば、排ガスの切換後、下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したか否かが、定常状態判定手段によって判定される。また、比較用の上流側および下流側の酸素濃度パラメータとして、下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達するまでに得られた、すなわち、還元雰囲気への排ガスの切換に応じて触媒から酸素が完全に放出されるまでに得られたものを用いるので、触媒の劣化判定のための比較用の上流側および下流側の酸素濃度パラメータの比較をより適切に行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の触媒７の劣化判定装置１において、比較用の上流側酸素濃度パラメータは、上流側酸素濃度パラメータが所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定周期で検出された複数の上流側酸素濃度パラメータであり、比較用の下流側酸素濃度パラメータは、下流側酸素濃度パラメータが所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定周期で検出された、複数の上流側酸素濃度パラメータと同じ数の複数の下流側酸素濃度パラメータであることを特徴とする。

この構成によれば、上流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから所定周期で検出された複数の上流側酸素濃度パラメータが、比較用の上流側酸素濃度パラメータとして用いられる。また、下流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから所定周期で検出された、上記の複数の上流側酸素濃度パラメータと同じ数の複数の下流側酸素濃度パラメータが、比較用の下流側酸素濃度パラメータとして用いられる。これらの比較用の上流側および下流側の酸素濃度パラメータの比較結果に基づいて、触媒の劣化が判定される。さらに、これらの上流側および下流側の酸素濃度パラメータを比較するに際し、共通の所定値を超えたタイミングを基準とする同じタイミングで検出された同じ数の上流側および下流側の酸素濃度パラメータを用いるので、触媒の劣化判定のための両者の比較をきめ細かくかつ適切に行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の触媒７の劣化判定装置１において、比較用の上流側酸素濃度パラメータとして、複数の上流側酸素濃度パラメータの積算値（第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１）を算出する上流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１２）と、比較用の下流側酸素濃度パラメータとして、複数の下流側酸素濃度パラメータの積算値（第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２）を算出する下流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１３、２６）と、をさらに備え、劣化判定手段は、劣化判定を、上流側酸素濃度パラメータの積算値と下流側酸素濃度パラメータの積算値との比較結果に基づいて行う（ステップ１４〜１７）ことを特徴とする。

この構成によれば、上流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから所定周期で検出された複数の上流側酸素濃度パラメータの積算値が、比較用の上流側酸素濃度パラメータとして上流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段により算出される。また、下流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから所定周期で検出された、上記の複数の上流側酸素濃度パラメータと同じ数の複数の下流側酸素濃度パラメータの積算値が、比較用の下流側酸素濃度パラメータとして、下流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段により算出される。さらに、上流側酸素濃度パラメータの積算値と下流側酸素濃度パラメータの積算値との比較結果に基づいて、触媒の劣化が判定される。以上により、外乱などにより上流側および下流側の酸素濃度パラメータが一時的に変動するような場合でも、それによる劣化判定への影響を抑えることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による触媒の劣化判定装置１、およびこれを適用した内燃機関３を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載されたディーゼルエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド３ａには、吸気管４および排気管５（排気通路）が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。

このインジェクタ６は、燃焼室３ｂの天壁中央部に配置されており、燃料タンクの燃料を燃焼室３ｂに噴射する。インジェクタ６からの燃料噴射量は、後述するＥＣＵ２によって設定され、ＥＣＵ２からの駆動信号により、設定した燃料噴射量が得られるように、インジェクタ６の開弁時間が制御される。

吸気管４には、エアフローセンサ１１が設けられており、このエアフローセンサ１１は、エンジン３に吸入される吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

排気管５には、例えば三元触媒で構成された触媒７が設けられている。この触媒７は、流入する排ガスが、その酸素濃度が高い酸化雰囲気のときには、排ガス中の酸素を貯蔵する。一方、排ガス中のＨＣやＣＯが多く、排ガスが、その酸素濃度が低い還元雰囲気のときには、触媒７は、貯蔵していた酸素を放出するとともに、放出した酸素により排ガス中のＨＣやＣＯを酸化させることによって、排ガスを浄化する。

また、排気管５には、触媒７の上流側および下流側に、上流側ＬＡＦセンサ１２および下流側ＬＡＦセンサ１３がそれぞれ設けられている。この上流側ＬＡＦセンサ１２は、ジルコニアなどで構成されており、エンジン３に供給される混合気の空燃比がリッチ領域からリーン領域までの広範囲な領域において、触媒７よりも上流側における排ガス中の酸素濃度（以下「上流側酸素濃度」という）をリニアに検出するとともに、この上流側酸素濃度に比例する出力をＥＣＵ２に送る。

ＥＣＵ２は、上流側ＬＡＦセンサ１２からの出力に基づいて、触媒７の上流側における排ガス中のＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度と酸素の濃度との比を表す第１当量比ＫＡＣＴ１を、所定周期（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに算出する。この場合、第１当量比ＫＡＣＴ１は、還元剤を燃料とみなして、いわゆる当量比（混合気の燃空比と理論燃空比との比）として算出される。これにより、第１当量比ＫＡＣＴ１は、上流側酸素濃度が理論燃空比に相当する値であるときには１．０になり、理論燃空比に相当する値よりも低いときには１．０よりも大きな値になり、理論燃空比に相当する値よりも高いときには値１．０よりも小さな値になる。

上記の下流側ＬＡＦセンサ１３は、上流側ＬＡＦセンサ１２と同様にジルコニアなどで構成されており、エンジン３に供給される混合気の空燃比がリッチ領域からリーン領域までの広範囲な領域において、触媒７よりも下流側における排ガス中の酸素濃度（以下「下流側酸素濃度」という）をリニアに検出するとともに、この下流側酸素濃度に比例する出力をＥＣＵ２に送る。

ＥＣＵ２は、下流側ＬＡＦセンサ１３からの出力に基づいて、触媒７の下流側における排ガス中の還元剤の濃度と酸素の濃度との比を表す第２当量比ＫＡＣＴ２を、上記の所定周期で算出する。この場合、第２当量比ＫＡＣＴ２は、第１当量比ＫＡＣＴ１と同様、還元剤を燃料とみなして、当量比として算出される。これにより、第２当量比ＫＡＣＴ２は、下流側酸素濃度と理論燃空比との関係に応じて、第１当量比ＫＡＣＴ１と同様の値になる。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述した各種のセンサ１１〜１３からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。また、ＥＣＵ２は、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、インジェクタ６による燃料噴射量の制御や、触媒７の劣化を判定する劣化判定処理を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、本発明における記憶手段、制御手段、劣化判定手段、定常状態判定手段、上流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段、および下流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段に相当する。また、インジェクタ６が、本発明における制御手段に相当する。さらに、上流側および下流側のＬＡＦセンサ１２，１３が、本発明における上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサにそれぞれ相当する。また、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２が、本発明における上流側および下流側の酸素濃度パラメータにそれぞれ相当する。

次に、図３を参照しながら、上記の劣化判定処理によって行われる触媒７の劣化判定の基本的な原理について説明する。図３の実線および一点鎖線は、触媒７が劣化していない場合において、排ガスを、第１当量比ＫＡＣＴ１が理論燃空比に相当する値１．０未満の酸化雰囲気から、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０よりも大きな所定の目標当量比になるように還元雰囲気に切り換えたときにおける第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２の推移の一例をそれぞれ示している。同図に示すように、排ガスが還元雰囲気に切り換えられる（時点ｔ１）と、その後、第１当量比ＫＡＣＴ１は上昇し、値１．０を超え、目標当量比に収束し、定常状態に達する。

また、第２当量比ＫＡＣＴ２は、値１．０を超えるまで（時点ｔ１〜ｔ２）は、第１当量比ＫＡＣＴ１に対し、排ガスが上流側ＬＡＦセンサ１２から下流側ＬＡＦセンサ１３に到達するまでに要する時間、遅れて上昇する。そして、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０を超えると（時点ｔ２）、触媒７の近傍の酸素濃度がその内部の酸素濃度よりも小さくなることによって、酸素濃度の平衡を保つように、触媒７に貯蔵されていた酸素が放出されるとともに、放出された酸素により排ガス中の還元剤が酸化される。その結果、第２当量比ＫＡＣＴ２は、値１．０を若干、超えた状態のまま、ほとんど上昇せずに推移する（時点ｔ２〜ｔ３）。その後、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に放出されると（時点ｔ３以降）、第２当量比ＫＡＣＴ２は、急上昇した後、第１当量比ＫＡＣＴ１と同様、目標当量比に収束し、定常状態に達する。

一方、触媒７が劣化している場合には、触媒７の酸素貯蔵能力が低下するため、排ガス中の還元剤は、触媒７においてあまり酸化されずに下流側に流れる。このため、第２当量比ＫＡＣＴ２は、図３に破線（ＫＡＣＴ２’）で示すように、触媒７の劣化度合に応じて、劣化している場合よりも早く定常状態に達する。

以上のような触媒７の特性に従い、本実施形態の劣化判定処理では、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２に基づいて、排ガスが還元雰囲気のときに触媒７から放出された酸素で酸化された還元剤の量を、触媒７の酸素貯蔵能力の大きさを表す酸素貯蔵能ＯＳＣとして算出するとともに、算出した酸素貯蔵能ＯＳＣに基づいて触媒７の劣化が判定される。

図２は、この劣化判定処理を示すフローチャートである。本処理は、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２の算出と同様、前述した所定周期で実行される。また、劣化判定処理を実行するに際し、次のような混合気の空燃比制御が行われる。すなわち、エンジン３では、通常、供給される混合気の空燃比が、ＥＣＵ２による燃料噴射量制御により、理論空燃比よりもリーン側に制御されており、それにより、排ガスは、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０よりも小さな酸化雰囲気に制御されている。この状態から、劣化判定処理の実行に際し、エンジン３の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することで、排ガスを、第１当量比ＫＡＣＴ１が上述した目標当量比になるように、還元雰囲気に切り換え、維持する。以下、このように排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換え、維持する制御を「排ガス還元制御」という。また、劣化判定処理は、エンジン３が安定した所定の運転状態にあり、かつ、ＥＣＵ２および各種のセンサ１１〜１３が正常であることを条件として実行される。

まず、図２のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、還元制御フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この還元制御フラグＦ＿ＪＵＤは、排ガス還元制御中に「１」にセットされるものである。このステップ１の答がＮＯで、Ｆ＿ＪＵＤ＝０のとき、すなわち、排ガス還元制御中でないときには、後述するバッファナンバｉを値０にリセットする（ステップ２）とともに、後述するカウンタのカウンタ値ｊ、第１還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚ、および第２還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚを、いずれも値０にリセットし（ステップ３）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１の答がＹＥＳで、排ガス還元制御中であるときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ４）。この所定値ＫＡＣＴＲＥＦは、理論燃空比に相当する値１．０よりも若干小さな値、すなわち若干リーン側（還元剤が少ない側）の値に設定されている。このステップ４の答がＮＯで、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦ以下のときには、上記ステップ２以降を実行し、触媒７の劣化を判定せずに、本処理を終了する。

一方、上記ステップ４の答がＹＥＳで、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦよりも大きいときには、第１当量比ＫＡＣＴ１を記憶するためのＥＣＵ２の第１リングバッファのバッファナンバｉをインクリメントする（ステップ５）。次いで、このステップ５でインクリメントされたバッファナンバｉで規定される第１リングバッファの記憶場所に、そのときに算出された最新の第１当量比ＫＡＣＴ１を記憶する（ステップ６）。

以上のステップ２、および４〜６の実行によって、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後、前述したように所定周期で算出された第１当量比ＫＡＣＴ１が、第１リングバッファのバッファナンバｉの記憶場所に所定周期で記憶される。この場合、第１リングバッファには、より大きなバッファナンバｉの記憶場所に、より新しい第１当量比ＫＡＣＴ１が記憶される。

上記ステップ６に続くステップ７では、第２当量比ＫＡＣＴ２が上記の所定値ＫＡＣＴＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。この答がＮＯのときには、前記ステップ３を実行し、触媒７の劣化を判定せずに、本処理を終了する。

一方、上記ステップ７の答がＹＥＳで、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦよりも大きいときには、前述したカウンタのカウンタ値ｊをインクリメントする（ステップ８）。次いで、上述した第１リングバッファに記憶された第１当量比ＫＡＣＴ１のうち、このステップ８でインクリメントされたカウンタ値ｊと同じ値のバッファナンバｉの記憶場所に記憶されている第１当量比ＫＡＣＴ１を、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１として設定する（ステップ９）。なお、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１は、本処理の開始に伴って値０にリセットされる。

以上のステップ３および７〜９の実行によって、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから順次、記憶された第１当量比ＫＡＣＴ１が、最も古いものから順次、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１として設定される。

上記ステップ９に続くステップ１０では、そのときの第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が所定のしきい値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのときの第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２を、それらの前回値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚおよびｓｕｍｋａｃｔ２Ｚとしてそれぞれシフトする（ステップ１１）。次いで、このステップ１１でシフトされた第１還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚと、前記ステップ９で設定された同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１を用いて、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出する（ステップ１２）。

この第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出は、次のようにして行われる。すなわち、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１が値１．０よりも大きく、排ガスが還元雰囲気のときには、前回値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚと同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１に加え、検出された吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（１）によって、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出する。一方、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１が値１．０以下で、排ガスが還元雰囲気でないときには、第１還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚをそのまま、今回の第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１として設定する。
ｓｕｍｋａｃｔ１＝ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚ＋（ｃｏｒＫＡＣＴ１−１．０）ＧＡＩＲ
……（１）

同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１は、その前述した設定手法から明らかなように、触媒７の上流側における排ガス中の還元剤の濃度と酸素の濃度との比を表す。このため、上記式（１）における（ｃｏｒＫＡＣＴ１−１．０）ＧＡＩＲは、理論燃空比を基準とした場合における、そのときどきの触媒７よりも上流側での排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰（リッチ）分（以下「上流側余剰還元剤量」という）を表す。このことと、ステップ２〜６、１１および式（１）から明らかなように、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に触媒７に供給された上流側余剰還元剤量の積算値を表す。

また、上記ステップ１２に続くステップ１３では、前記ステップ１１で設定された第２還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚ、そのときの第２当量比ＫＡＣＴ２、および吸入空気量ＧＡＩＲを用いて、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し、本処理を終了する。この第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出は、次のようにして行われる。すなわち、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０以下のときには、第２還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚをそのまま、今回の第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２として設定する。一方、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０よりも大きいときには、次式（２）によって、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出する。
ｓｕｍｋａｃｔ２＝ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚ＋（ＫＡＣＴ２−１．０）ＧＡＩＲ
……（２）

第２当量比ＫＡＣＴ２は、前述したように触媒７の下流側における排ガス中の還元剤の濃度と酸素の濃度との比を表す。このため、上記式（２）における（ＫＡＣＴ２−１．０）ＧＡＩＲは、理論燃空比を基準とした場合における、そのときどきの触媒７よりも下流側での排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰（リッチ）分（以下「下流側余剰還元剤量」という）を表す。このことと、ステップ３、７〜９、１１および式（２）から明らかなように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に、触媒７から下流側に流れた下流側余剰還元剤量の積算値を表す。

また、前記ステップ１０における所定のしきい値ｋｒｅｆは、第２当量比ＫＡＣＴ２が前述した目標当量比に収束し、定常状態に達したことを、すなわち、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に放出されたか否かを判別するためのものであり、次のようにして設定されている。すなわち、還元雰囲気への排ガスの切換時から第２当量比ＫＡＣＴ２が目標当量比に収束し、定常状態に達するまでの第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を実験により求め、求めた第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２に、上記のしきい値ｋｒｅｆは設定されている。

一方、前記ステップ１０の答がＹＥＳで、ｓｕｍｋａｃｔ２＞ｋｒｅｆになったとき、すなわち、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達し、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に放出されたときには、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１から第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を減算することによって、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを算出する（ステップ１４）。以上のように算出された触媒酸素貯蔵能ＯＳＣは、触媒７の酸素貯蔵能力の大きさを表す。以下、この点について説明する。

前述したように、触媒７では、排ガスが還元雰囲気に切り換えられるのに応じ、第２当量比ＫＡＣＴ２が理論燃空比に相当する値１．０を超えると、貯蔵していた酸素を放出するとともに、この酸素により排ガス中の還元剤を酸化させる。また、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に放出されると、第２当量比ＫＡＣＴ２は、目標当量比に収束し、定常状態に達する。

また、前記ステップ１３における第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出は、ステップ１０の実行により、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから目標当量比に収束するまで行われる。このため、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣの算出に用いられる第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから目標当量比に収束するまで、すなわち触媒７から酸素が完全に放出されるまでに所定周期で算出された、複数の下流側余剰還元剤量（理論燃空比を基準とした、触媒７から下流側に流れた排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰分）の積算値を表す。なお、本実施形態では、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が、本発明における比較用の下流側酸素濃度パラメータおよび複数の下流側酸素濃度パラメータの積算値に相当する。

さらに、前記ステップ１２における第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出は、ステップ１０の実行により、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから目標当量比に収束するまで行われる。このことと、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出するための同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１の前述した設定手法から明らかなように、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣの算出に用いられる第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定周期で算出された、上記の複数の下流側余剰還元剤量と同じ数の複数の上流側余剰還元剤量（理論燃空比を基準とした、触媒７に供給された排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰分）の積算値を表す。なお、本実施形態では、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１が、本発明における比較用の上流側酸素濃度パラメータおよび複数の上流側酸素濃度パラメータの積算値に相当する。

以上から、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の差として算出される触媒酸素貯蔵能ＯＳＣは、触媒７から放出した酸素で酸化された還元剤の量を表し、換言すれば、触媒７の酸素貯蔵能力の大きさを表す。

前記ステップ１４に続くステップ１５では、ステップ１４で算出された酸素貯蔵能ＯＳＣが、所定の判定値ＯＳＣＪＵＤよりも大きいか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、触媒７に貯蔵されていた酸素の量が十分に大きいため、触媒７が劣化していないと判定するとともに、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」にセットし（ステップ１６）、本処理を終了する。一方、上記ステップ１５の答がＮＯのときには、触媒７が劣化していると判定するとともに、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」にセットし（ステップ１７）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、還元雰囲気への排ガスの切換後であって、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に算出され、記憶された第１当量比ＫＡＣＴ１に基づいて、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１が算出される。また、第２当量比ＫＡＣＴ２が上記と同じ所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に算出された第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が算出される。このように、第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２は、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２が実際に共通の所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えたタイミングを基準とし、その後に得られた第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２に基づいて、それぞれ算出される。

より具体的には、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから目標当量比に収束し、定常状態に達するまで、所定周期で算出された複数の下流側余剰還元剤量を積算することによって、算出される。この下流側余剰還元剤量は、第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて算出され、理論燃空比を基準とした、触媒７から下流側に流れた排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰分を表す。以上から、図４に示すハッチングＡの面積は、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２に相当する。

また、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから順次、算出された、上記の複数の下流側余剰還元剤量と同じ数の上流側余剰還元剤量を積算することによって、算出される。この上流側余剰還元剤量は、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１に基づいて算出され、理論燃空比を基準とした、触媒７に供給された排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰分を表す。以上から、図４に示すハッチングＡとハッチングＢの面積の和は、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１に相当する。

さらに、前述したように触媒酸素貯蔵能ＯＳＣは、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１から第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を減算することによって算出されるので、図４に示すハッチングＢの面積は、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣに相当する。同図から明らかなように、本実施形態によれば、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１として設定された第１当量比ＫＡＣＴ１と第２当量比ＫＡＣＴ２が共通の所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えたタイミングを、時系列上の共通の基準点とするとともに、この基準点から所定周期で算出された同じ数の第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２に基づいて、第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２が算出される。

以上から、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから定常状態に達するまでに、所定周期で算出された複数の下流側余剰還元剤量と、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に所定周期で算出された、上記の複数の下流側余剰還元剤量と同じ数の複数の上流側余剰還元剤量とのうち、所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから同じ所定時間が経過したときに算出されたもの同士の差の積算値に、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣは相当する。したがって、上流側および下流側のＬＡＦセンサ１２，１３の個体差や、設置状況の違い、両センサ１２，１３の劣化などに起因する出力の応答遅れが生じている場合でも、その影響を受けることがないとともに、排ガスが上流側ＬＡＦセンサ１２から下流側ＬＡＦセンサ１３に到達するまでに要する時間の大小にかかわらず、ほぼ同じ排ガスに対する両センサ１２，１３の検出値を劣化判定に用いることができる。したがって、触媒７の劣化を精度良く判定することができる。

また、第２当量比ＫＡＣＴ２が目標当量比に収束し、定常状態に達するまでに、すなわち、還元雰囲気への排ガスの切換により触媒７から酸素が完全に放出されるまでに得られた第２当量比ＫＡＣＴ２を、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出に用いるので、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣをより適切に算出することができる。さらに、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを算出するに際し、共通の所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えたタイミングを基準とする同じタイミングで算出された同じ数の第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２を用いるので、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣをさらに適切に算出することができる。また、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２をそれぞれ積算した第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２を劣化判定に用いるので、外乱などにより第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２が一時的に変動するような場合でも、それによる劣化判定への影響を抑えることができる。

なお、前述した図２の劣化判定処理では、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから、触媒７からの酸素の放出が完了するまでに得られた複数の下流側余剰還元剤量の積算値として、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出するとともに、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に得られた、上記の複数の下流側余剰還元剤量と同じ数の複数の上流側余剰還元剤量の積算値として、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出している。換言すれば、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出用の上流側余剰還元剤量の数を、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出用の下流側余剰還元剤量の数に合わせているが、これとは逆に、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出用の下流側余剰還元剤量の数を、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出用の上流側余剰還元剤量の数に合わせてもよい。

具体的には、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから、触媒７からの酸素の放出が完了するまでに得られた複数の上流側余剰還元剤量の積算値として、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出するとともに、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に得られた、上記の複数の上流側余剰還元剤量と同じ数の複数の下流側余剰還元剤量の積算値として、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出してもよい。

図５および図６は、図２の劣化判定処理の変形例を示している。これらの図５および図６では、図２の劣化判定処理と同じ実行内容の部分には、同じステップ番号を付しており、以下、図２の劣化判定処理と異なる実行内容の部分を中心に説明する。

前記ステップ１の答がＮＯで、Ｆ＿ＪＵＤ＝０のときには、前記ステップ３（図６）を実行し、カウンタのカウンタ値ｊ、第１および第２の還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚ，ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚを、いずれも値０にリセットし、本処理を終了する。また、前記ステップ４の答がＹＥＳで、ＫＡＣＴ１＞ＫＡＣＴＲＥＦのときには、前述した実施形態と同様、前記ステップ５〜６を実行する一方、この答がＮＯのときには、ステップ２を実行し、バッファナンバｉを値０にリセットし、前記ステップ７を実行する。以上により、前述した図２の劣化判定処理と同様、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後、所定周期で算出された第１当量比ＫＡＣＴ１が、第１リングバッファのバッファナンバｉの記憶場所に所定周期で記憶される。この場合、第１リングバッファには、より大きなバッファナンバｉの記憶場所に、より新しい第１当量比ＫＡＣＴ１が記憶される。

ステップ７の答がＮＯで、ＫＡＣＴ２≦ＫＡＣＴＲＥＦのときには、ＥＣＵ２の第２リングバッファのバッファナンバｋを値０にリセットする（ステップ２１）一方、ＹＥＳのときには、バッファナンバｋをインクリメントする（ステップ２２）。次いで、このステップ２２でインクリメントされたバッファナンバｋで規定される第２リングバッファの記憶場所に、そのときに算出された最新の第２当量比ＫＡＣＴ２を記憶する（ステップ２３）。

以上のステップ７、および２１〜２３の実行によって、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後、所定周期で算出された第２当量比ＫＡＣＴ２が、第２リングバッファのバッファナンバｋの記憶場所に所定周期で記憶される。この場合、第２リングバッファには、より大きなバッファナンバｋの記憶場所に、より新しい第２当量比ＫＡＣＴ２が記憶される。

上記ステップ２１または２３に続く図６のステップ２４では、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２のより小さいものが、所定値ＫＡＣＴＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。この答がＮＯのときには、ステップ３を実行し、本処理を終了する一方、ＹＥＳのときには、図２の劣化判定処理と同様、カウンタのカウンタ値ｊをインクリメントする（前記ステップ８）とともに、ステップ８でインクリメントされたカウンタ値ｊと同じ値のバッファナンバｉの記憶場所に記憶されている第１当量比ＫＡＣＴ１を、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１として設定する（前記ステップ９）。

ステップ９に続くステップ２５では、ステップ８でインクリメントされたカウンタ値ｊと同じ値のバッファナンバｋの記憶場所に記憶されている第２当量比ＫＡＣＴ２を、同期後第２当量比ｃｏｒＫＡＣＴ２として設定した後、前記ステップ１０を実行する。

以上のステップ３、２４、８および９の実行によって、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２のより小さいのものが所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから順次、記憶された第１当量比ＫＡＣＴ１が、最も古いものから順次、同期後第１当量比ｃｏｒＫＡＣＴ１として設定される。また、ステップ３、２４、８および２５の実行によって、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２のより小さいのものが所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから順次、記憶された第２当量比ＫＡＣＴ２が、最も古いものから順次、同期後第２当量比ｃｏｒＫＡＣＴ２として設定される。

また、前記ステップ１０の答がＮＯ（ｓｕｍｋａｃｔ２＞ｋｒｅｆ）で、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達しておらず、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に放出されていないときには、図２の劣化判定処理と同様、前記ステップ１１および１２を実行する。ステップ１２に続くステップ２６では、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し、本処理を終了する。

この第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出は、図２の劣化判定処理と異なり、次のようにして行われる。すなわち、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０以下のときには、第２還元剤量積算値の前回値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚをそのまま、今回の第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２として設定する。一方、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０よりも大きいときには、次式（３）によって、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出する。
ｓｕｍｋａｃｔ２＝ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚ＋（ｃｏｒＫＡＣＴ２−１．０）ＧＡＩＲ
……（３）

一方、ステップ１０の答がＹＥＳで、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達し、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に放出されたときには、図２の劣化判定処理と同様、前記ステップ１４〜１７を実行する。この場合、以上の実行内容から明らかなように、ステップ１４の触媒酸素貯蔵能ＯＳＣの算出に用いられる第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２の双方が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから、触媒７からの酸素の放出が完了するまでに所定周期で算出された、複数の下流側余剰還元剤量（理論燃空比を基準とした、触媒７から下流側に流れた排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰分）の積算値を表す。

また、ステップ１４の触媒酸素貯蔵能ＯＳＣの算出に用いられる第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２の双方が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから、触媒７からの酸素の放出が完了するまでに所定周期で算出された、複数の上流側余剰還元剤量（理論燃空比を基準とした、触媒７に供給された排ガス中の還元剤の酸素に対する余剰分）の積算値を表す。以上から、本処理において算出される触媒酸素貯蔵能ＯＳＣも、図２の劣化判定処理で算出されるそれと同様、触媒７の酸素貯蔵能力の大きさを表す。

以上のように、この変形例によれば、第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２が、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２の双方が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから、触媒７からの酸素の放出が完了するまでに所定周期で算出された、複数の上流側および下流側の余剰還元剤量の積算値としてそれぞれ算出される。これにより、図７に示すように、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えるタイミングが、上流側ＬＡＦセンサ１２の劣化などによる出力の応答遅れによって第２当量比ＫＡＣＴ２のそれよりも遅い場合と、図３に示すように第２当量比ＫＡＣＴ２のそれよりも早い場合のいずれにおいても、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを適切に算出することができ、したがって、劣化判定を精度良く行うことができる。

なお、図２の劣化判定処理では、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えるタイミング（以下「第１所定値立ち上がりタイミング」という）が、第２当量比ＫＡＣＴ２のそれよりも早いことを前提として、所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後の第１当量比ＫＡＣＴ１を記憶するとともに、第１当量比立ち上がりタイミングを、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えたタイミングと時系列上の同じタイミングとして扱い、劣化判定を行っている。これに代えて、第１所定値立ち上がりタイミングが第２当量比ＫＡＣＴ２のそれよりも遅い（図７参照）ことが想定される場合には、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えたタイミングを、第１当量比立ち上がりタイミングと時系列上の同じタイミングとして扱うとともに、次のようにして劣化判定を行ってもよい。

すなわち、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えたときから、第２当量比ＫＡＣＴ２を順次、記憶する。また、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから、触媒７からの酸素の放出が完了するまでに所定周期で算出した複数の上流側余剰還元剤量の積算値を、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１として算出する。さらに、記憶された第２当量比ＫＡＣＴ２を用い、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから所定周期で算出した、上記の複数の上流側余剰還元剤量と同じ数の複数の下流側余剰還元剤量を、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２として算出する。そして、算出した第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２の差を触媒酸素貯蔵能ＯＳＣとして算出するとともに、算出した触媒酸素貯蔵能ＯＳＣに基づいて、劣化を判定してもよい。

なお、本発明は、説明した実施形態（変形例を含む）に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明における上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサとして、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出可能な上流側および下流側のＬＡＦセンサ１２，１３をそれぞれ用いているが、排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを検出できるセンサであれば、他の任意のタイプのセンサを用いてもよい。例えば、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに極大値および極小値の一方を出力し、理論空燃比よりもリーンであるときに極大値および極小値の他方を出力する、いわゆる２値型の酸素濃度センサを用いてもよい。

また、実施形態では、本発明における上流側および下流側の酸素濃度パラメータとして、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２をそれぞれ用いているが、排ガス中の酸素濃度を表すパラメータであれば、他の任意のパラメータを用いてもよい。例えば、排ガス中のＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度は、酸素濃度と相関関係にあるので、触媒７よりも上流側および下流側における排ガス中の還元剤の濃度を、上流側および下流側の酸素濃度パラメータとしてそれぞれ用いてもよい。さらに、実施形態では、酸化雰囲気と還元雰囲気への排ガスの制御を、燃焼室３ａへの燃料噴射量制御によって行っているが、還元剤としての燃料や尿素などを、排気管５の上流側ＬＡＦセンサ１２よりも上流側に直接、供給することによって行ってもよい。

また、実施形態では、第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２の比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定しているが、第１当量比ＫＡＣＴ１が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に得られた代表的な１つまたは２つ以上の第１当量比ＫＡＣＴ１と、第２当量比ＫＡＣＴ２が所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えた後に得られた代表的な１つまたは２つ以上の第２当量比ＫＡＣＴ２との比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定してもよい。この場合、所定値ＫＡＣＴＲＥＦを超えてから共通の所定時間が経過したときに得られた第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２が、劣化判定に用いられる。さらに、実施形態では、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを、上流側余剰還元剤量を積算した第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と、下流側余剰還元剤量を積算した第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２との差によって算出しているが、上流側余剰還元剤量と下流側余剰還元剤量の差を算出するとともに、算出した両者の差を積算することによって、算出してもよい。

また、実施形態では、第１および第２の還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２を、上流側および下流側の余剰還元剤量を積算することによって、算出しているが、第１および第２の当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２をそのまま積算することによって、算出してもよい。さらに、実施形態では、触媒７は三元触媒であるが、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵し、還元雰囲気のときに貯蔵した酸素を放出するとともに、排ガスを浄化するタイプの触媒であれば、他の任意の触媒でもよい。例えば、酸化触媒や、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、捕捉したＮＯｘを、排ガスが還元雰囲気のときに還元するＮＯｘ触媒を用いてもよい。また、実施形態では、本発明における内燃機関としてのエンジン３は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであるが、ガソリンエンジンや、液化石油ガスを燃料とするエンジン、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジン、その他、産業用の各種のエンジンでもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による触媒の劣化判定装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 劣化判定処理を示すフローチャートである。 触媒が劣化していない場合および劣化している場合における第１および第２の当量比の推移の一例を示す図である。 図２の劣化判定処理における第１および第２の還元剤量積算値と触媒酸素貯蔵能の算出手法を説明するための図である。 劣化判定処理の変形例を示すフローチャートである。 図５の続きを示すフローチャートである。 上流側ＬＡＦセンサの出力の応答遅れが大きい場合における第１および第２の当量比の推移の一例を示す図である。

符号の説明

１ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（記憶手段、制御手段、劣化判定手段、定常状態判定手段、上
流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段、下流側酸素濃度パ
ラメータ積算値算出手段）
３ エンジン
５ 排気管（排気通路）
７ 触媒
１２ 上流側ＬＡＦセンサ（上流側酸素濃度パラメータセンサ）
１３ 下流側ＬＡＦセンサ（下流側酸素濃度パラメータセンサ）
ＫＡＣＴ１ 第１当量比（上流側酸素濃度パラメータ）
ＫＡＣＴ２ 第２当量比（下流側酸素濃度パラメータ）
ＫＡＣＴＲＥＦ 所定値
ｓｕｍｋａｃｔ１ 第１還元剤量積算値（比較用の上流側酸素濃度パラメータ、複数の上
流側酸素濃度パラメータの積算値）
ｓｕｍｋａｃｔ２ 第２還元剤量積算値（比較用の下流側酸素濃度パラメータ、複数の下
流側酸素濃度パラメータの積算値）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、当該貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出するとともに、排ガスを浄化する触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置であって、
   前記排気通路の前記触媒よりも上流側における排ガス中の酸素濃度を表す上流側酸素濃度パラメータを検出する上流側酸素濃度パラメータセンサと、
   前記排気通路の前記触媒よりも下流側における排ガス中の酸素濃度を表す下流側酸素濃度パラメータを検出する下流側酸素濃度パラメータセンサと、
   前記上流側酸素濃度パラメータセンサを通って前記触媒に流入する排ガスを、酸化雰囲気と還元雰囲気に制御可能な制御手段と、
   当該制御手段により排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えられた後において、前記上流側酸素濃度パラメータが所定値を超えてから所定時間が経過したときに検出された比較用の前記上流側酸素濃度パラメータと、前記下流側酸素濃度パラメータが前記所定値を超えてから前記所定時間が経過したときに検出された比較用の前記下流側酸素濃度パラメータとの比較結果に基づいて、前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とする触媒の劣化判定装置。
2. 前記排ガスの切換後、前記下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したか否かを判定する定常状態判定手段をさらに備え、
   前記比較用の上流側および下流側の酸素濃度パラメータは、前記排ガスの切換後、前記下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したと判定されるまでの期間内に検出されたものであることを特徴とする、請求項１に記載の触媒の劣化判定装置。
3. 前記比較用の上流側酸素濃度パラメータは、前記上流側酸素濃度パラメータが前記所定値を超えてから所定周期で検出された複数の前記上流側酸素濃度パラメータであり、
   前記比較用の下流側酸素濃度パラメータは、前記下流側酸素濃度パラメータが前記所定値を超えてから前記所定周期で検出された、前記複数の上流側酸素濃度パラメータと同じ数の複数の前記下流側酸素濃度パラメータであることを特徴とする、請求項１または２に記載の触媒の劣化判定装置。
4. 前記比較用の上流側酸素濃度パラメータとして、前記複数の上流側酸素濃度パラメータの積算値を算出する上流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段と、
   前記比較用の下流側酸素濃度パラメータとして、前記複数の下流側酸素濃度パラメータの積算値を算出する下流側酸素濃度パラメータ積算値算出手段と、をさらに備え、
   前記劣化判定手段は、前記劣化判定を、前記上流側酸素濃度パラメータの積算値と前記下流側酸素濃度パラメータの積算値との比較結果に基づいて行うことを特徴とする、請求項３に記載の触媒の劣化判定装置。

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