JP2010001804A - 触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒の内部状態が安定し、排ガスの流量や排ガス中の酸素濃度の変動が抑制された状態で、触媒の劣化判定を行うことで、判定精度を向上させることができる触媒の劣化判定装置を提供する。
【解決手段】 本願発明の劣化判定装置によれば、触媒７の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第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２を検出する。劣化判定を実行するに際しては、混合気の空燃比（目標当量比ＫＣＭＤ）を、理論空燃比よりもリッチな第１空燃比（第１目標値ＫＰＲＥＦ１）、リーンな第２空燃比（第２目標値ＫＰＲＥＦ２）、およびリッチな第３空燃比（第３目標値ＫＰＲＥＦＰ３）に、順に切り換えて制御する。そして、空燃比が第３空燃比に制御されている状態で検出された第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、２の相互の比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の劣化判定装置に関する。

従来の触媒の劣化判定装置として、例えば、触媒が有する酸素貯蔵能力を検出することによって、触媒の劣化を判定するタイプのものが知られている。このタイプの劣化判定装置（以下「第１劣化判定装置」という）では、通常、触媒の上流側および下流側に、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素濃度センサがそれぞれ設けられている。劣化判定を行う際には、まず、混合気の空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンなリーン運転を行うことにより、排ガス中の酸素を触媒に貯蔵させる。次に、空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ運転に運転モードを切り換えることにより、排ガス中の未燃燃料を還元剤として三元触媒に供給し、三元触媒に貯蔵されていた酸素と反応させる。そして、リッチ運転に切り換えられた後に、それぞれの酸素濃度センサ検出された上流側の酸素濃度と下流側の酸素濃度を比較し、上流側酸素濃度に対する下流側酸素濃度の遅れが小さいときには、リーン運転中に触媒に貯蔵された酸素量が少なく、酸素貯蔵能力が低下しているとして、触媒が劣化していると判定する。

しかし、この第１劣化判定装置では、判定を行うに際し、運転モードが極くリーンなリーン運転からリッチ運転に切り換えられるため、この運転モードの切換前後において、排ガスの流量や排ガス中の酸素濃度が大きく急激に変動する。このため、リッチ運転への切換直後では、このような排ガスの流量や酸素濃度の変動に触媒が良好に追随できないことで、触媒での反応が起こりにくくなる。その結果、触媒の劣化以外の要因によって下流側酸素濃度が変化してしまい、それにより、酸素貯蔵能力を適正に把握できないため、劣化の判定精度が低下してしまう。また、内燃機関の始動直後において触媒が十分に活性化してしないような状況では、触媒が不安定な状態にあることで、反応が起こりにくいため、やはり劣化の判定精度が低下する。

また、他のタイプの触媒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。この第２劣化判定装置（以下「第２劣化判定装置」という）は、酸化雰囲気下で排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒の劣化を判定するものである。ＮＯｘ触媒の上流側および下流側には、理論空燃比に相当する酸素濃度付近で出力値が反転する出力反転タイプの酸素濃度センサが、それぞれ設けられている。劣化判定を行う際には、まず、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ運転を行うことにより、ＮＯｘ触媒に捕捉されていた酸素を放出させる。次に、上流側の酸素濃度センサの出力値に応じて、空燃比が理論空燃比になるようにフィードバック運転を行う。そして、このフィードバック運転中に得られた上流側の酸素濃度センサの出力平均値と下流側の酸素濃度センサの出力平均値との比を、所定の基準値と比較することによって、ＮＯｘ触媒の劣化を判定する。

以上のように、この第２劣化判定装置は、空燃比を理論空燃比になるように制御するフィードバック運転中に検出された触媒下流側の酸素濃度に基づいて、劣化を判定するものである。これに対し、前述した第１劣化判定装置は、運転モードをリーン運転からリッチ運転に切り換えた後に検出された触媒下流側の酸素濃度に基づき、触媒の酸素貯蔵能力を介して、触媒の劣化を判定するものである。このように劣化判定の基本的な手法が互いに異なるため、第２劣化判定装置を第１劣化判定装置に適用することはできない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、触媒の内部状態が安定し、排ガスの流量や排ガス中の酸素濃度の変動が抑制された状態で、触媒の劣化判定を行うことができ、それにより、判定精度を向上させ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。

特開平５−２７３３２９号公報

上記の目的を達成するため、本願の請求項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、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の劣化判定装置であって、触媒７の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検出手段（第１ＬＡＦセンサ１２）と、触媒７の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検出手段（第２ＬＡＦセンサ１３）と、触媒７の劣化の判定を実行するに際し、内燃機関３に供給される混合気の空燃比（目標当量比ＫＣＭＤ）を、理論空燃比よりもリッチな所定の第１空燃比（第１目標値ＫＰＲＥＦ１）、理論空燃比よりもリーンな所定の第２空燃比（第２目標値ＫＰＲＥＦ２）、および理論空燃比よりもリッチな所定の第３空燃比（第３目標値ＫＰＲＥＦＰ３）に、順に切り換えて制御する空燃比制御手段（燃料噴射弁６、スロットル弁８、ＥＣＵ２）と、空燃比が第３空燃比に制御されている状態で検出された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の相互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１１１、ステップ１１２）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の排気通路に排ガスを浄化するための触媒が設けられている。この触媒は、酸素貯蔵能力を有しており、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とともに、還元雰囲気のときに、貯蔵した酸素を排ガス中に放出する。本発明の劣化判定装置によれば、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を、それぞれ検出する。劣化判定を実行する際には、内燃機関に供給される混合気の空燃比を、最初に、理論空燃比よりもリッチな所定の第１空燃比に切り換え、次に、理論空燃比よりもリーンな所定の第２空燃比に切り換え、最後に、理論空燃比よりもリッチな所定の第３空燃比に切り換える。そして、空燃比が第３空燃比に制御されている状態で検出された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の相互の比較結果に基づいて、触媒の劣化を判定する。

上記のように混合気の空燃比をリーンな第２空燃比からリッチな第３空燃比に切り換えると、第２空燃比の制御中には、排ガス中の酸素が触媒に貯蔵され、そのときの酸素貯蔵量は、触媒の劣化度合に応じて変化する。これに引き続き、空燃比を第３空燃比に切り換えると、排ガス中の未燃成分が還元剤として、触媒に貯蔵されていた酸素と反応することによって、酸素が触媒から排ガス中に放出され、そのときの酸素放出量は、触媒の劣化度合に応じて変化する。このため、第３空燃比の制御中における下流側の酸素濃度の変化状況は、触媒の劣化度合を反映し、その劣化度合が高いほど、上流側の酸素濃度に対する下流側の酸素濃度の遅れは小さくなる。したがって、空燃比が第３空燃比に制御された状態で検出された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を相互に比較した結果に基づいて、触媒の劣化を判定できる。

また、本発明によれば、第３空燃比への切換に先立ち、空燃比を所定の第２空燃比に制御する。したがって、この第２空燃比を、例えば、理論空燃比との差が比較的小さな弱リーンの空燃比に設定することによって、第２空燃比から第３空燃比への切換前後における排ガスの流量の変動や排ガス中の酸素濃度の変動を抑制することが可能である。その結果、第３空燃比への切換直後においても、排ガスの流量や酸素濃度の変動に触媒が良好に追随でき、触媒での反応を良好に行わせることができる。さらに、第２空燃比への切換に先立ち、空燃比を所定のリッチな第１空燃比に制御する。このように、第３空燃比による本来のリッチ運転に先立ち、第１空燃比によるリッチ運転がならし運転として強制的に行われることで、触媒の内部状態を、還元雰囲気下で還元剤と酸素との反応を行うのに適した安定した状態に、あらかじめ調整することができる。その結果、第３空燃比の制御中に、触媒での反応を良好に行わせることができる。以上のように、第３空燃比の制御中、触媒の内部状態が安定し、しかも排ガスの流量や排ガス中の酸素濃度の変動が抑制された状態で、触媒での反応が良好に行われ、そのような良好な反応を経た排ガス中の下流側酸素濃度パラメータが検出されるので、それに基づく触媒の劣化判定をより適切に行うことができ、判定精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の触媒７の劣化判定装置において、空燃比が第１空燃比に制御されている状態で検出された下流側酸素濃度パラメータに基づいて、触媒７を通過した還元剤の量を触媒後還元剤量（触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒ）として算出する触媒後還元剤量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２６）をさらに備え、空燃比制御手段は、算出された触媒後還元剤量がしきい値ｋｐｒｅｆ３に達したときに（ステップ２３：ＹＥＳ）、空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り換える（ステップ２８）ことを特徴とする。

この構成によれば、第１空燃比の制御中、検出された下流側酸素濃度パラメータに基づいて、触媒を通過した還元剤の量を触媒後還元剤量として算出するとともに、算出した触媒後還元剤量がしきい値に達したときに、空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り換える。これにより、第１空燃比による、ならしリッチ運転が、触媒からの還元剤の実際の通過量に応じて、過不足なく行われることで、触媒の内部状態を、還元雰囲気下で還元剤と酸素との反応を行うのに適した安定した状態に確実に調整でき、劣化判定の精度を確保することができる。同じ理由から、第１空燃比でのリッチ運転が最小限に抑制されることで、燃費の向上を図ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の触媒７の劣化判定装置において、空燃比が第１空燃比に制御されている状態で検出された上流側酸素濃度パラメータに基づいて、触媒７に流入した還元剤の量を触媒前還元剤量（触媒前還元剤積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒ）として算出する触媒前還元剤量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２５）をさらに備え、空燃比制御手段は、算出された触媒前還元剤量がしきい値ｋｐｒｅｆ２に達したときに（ステップ２２：ＹＥＳ）、空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り換える（ステップ２８）ことを特徴とする。

この構成によれば、第１空燃比の制御中、検出された上流側酸素濃度パラメータに基づいて、触媒に流入した還元剤の量を触媒前還元剤量として算出するとともに、算出した触媒前還元剤量がしきい値に達したときに、空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り換える。これにより、第１空燃比による、ならしリッチ運転が、触媒への還元剤の実際の流入量に応じて、過不足なく行われることで、前述した請求項２の場合と同様、触媒の内部状態を、還元雰囲気下の還元剤と酸素との反応を行うのに適した安定した状態に確実に調整できるとともに、第１空燃比でのリッチ運転を最小限に抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の触媒７の劣化判定装置において、空燃比が第２空燃比に制御されている状態で検出された下流側酸素濃度パラメータに基づいて、触媒７から流出した酸素の量を触媒後酸素量（触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌ）として算出する触媒後酸素量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３０）をさらに備え、空燃比制御手段は、算出された触媒後酸素量がしきい値ｋｐｒｅｆ１に達したときに（ステップ２１：ＹＥＳ）、空燃比を第２空燃比から第３空燃比に切り換える（ステップ３１）ことを特徴とする。

この構成によれば、第２空燃比の制御中、検出された下流側酸素濃度パラメータに基づいて、触媒から流出した酸素の量を触媒後酸素量として算出するとともに、算出した触媒後酸素量がしきい値に達したときに、空燃比を第２空燃比から第３空燃比に切り換える。これにより、第２空燃比によるリーン運転が、触媒からの酸素の実際の流出量に応じて、過不足なく行われることで、触媒に十分な量の酸素を確実に貯蔵できるとともに、第３空燃比の制御への移行および劣化判定を早期に行うことができる。

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、第１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の天壁の中央に配置されており、燃料タンク（図示せず）の燃料を燃焼室３ｂに噴射する。インジェクタ６の燃料噴射量ＱＩＮＪ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、インジェクタ６の開弁時間が制御されることによって、制御される。

エンジン３には、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

吸気管４には、上流側から順に、エアフローセンサ１１およびスロットル弁８が設けられている。スロットル弁８は、吸気管４内に回動自在に設けられており、ＴＨアクチュエータ９に連結されている。スロットル弁８の開度は、ＥＣＵ２により、ＴＨアクチュエータ９を介して制御され、それにより、エンジン３に吸入される吸入空気量が制御される。エアフローセンサ１１は、この吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

排気管５には、ＮＯｘ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、酸化雰囲気の排ガスが流入したときに、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有している。また、触媒７は、酸化雰囲気の排ガスが流入したときに、捕捉したＮＯｘを還元させ、脱離させるとともに、貯蔵していた酸素を放出するものである。

また、排気管５には、触媒７の上流側および下流側に、第１ＬＡＦセンサ１２および第２ＬＡＦセンサ１３がそれぞれ設けられている。これらのＬＡＦセンサ１２、１３は、ジルコニアなどで構成されており、理論空燃比よりもリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出する。第１ＬＡＦセンサ１２は、触媒７の上流側における排ガス中の酸素濃度を検出し、第２ＬＡＦセンサ１３は、触媒７の下流側における排ガス中の酸素濃度を検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、第１ＬＡＦセンサ１２の検出信号に基づいて、触媒７の上流側における排ガス中の還元剤（未燃燃料）と酸素との質量比（燃空比）を換算した第１当量比ＫＡＣＴ１を算出する。この場合、第１当量比ＫＡＣＴ１は、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、触媒７の上流側における酸素濃度が理論燃空比に相当するときに値１．０になり、理論燃空比に相当する値よりも低い還元雰囲気のときに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酸化雰囲気のときに、１．０よりも小さな値になる。

同様に、ＥＣＵ２は、第２ＬＡＦセンサ１３の検出信号に基づいて、触媒７の下流側における排ガス中の還元剤と酸素との質量比を換算した第２当量比ＫＡＣＴ２を算出する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ１４から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどから成るマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されており、前述した各種のセンサ１０〜１４からの検出信号などに応じて、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、以下に述べる制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、空燃比制御手段、劣化判定手段、触媒後還元剤量算出手段、触媒前還元剤量算出手段および触媒後酸素量算出手段に相当する。

図２は、ＥＣＵ２で実行される制御処理のメインフローを示す。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン３の燃焼室３ｂに供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する。次いで、触媒７の劣化を判定する劣化判定処理を実行し（ステップ２）、本処理を終了する。

図３は、上記の空燃比制御処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤＰＲＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ１１）。この判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤＰＲＥは、エンジン３の運転状態に応じて、触媒７の劣化判定条件が成立しているときに「１」にセットされるものである。この劣化判定条件としては、例えば、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪがそれぞれの所定範囲内にあることや、触媒７が活性化していることなどが設定されている。なお、燃料噴射量ＱＩＮＪは、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって設定される。また、要求トルクＰＭＣＭＤは、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。

上記ステップ１１の判別結果がＮＯで、触媒７の劣化判定条件が成立していないときには、劣化判定を行わないものとし、通常運転用の空燃比制御処理を実行し（ステップ１２）、本処理を終了する。具体的には、目標空燃比を当量比に換算した値である目標当量比ＫＣＭＤを、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、１．０よりも小さな値に設定する。これにより、理論空燃比よりもかなりリーンな空燃比で、通常のリーン運転が実行される。また、このリーン運転では、スロットル弁８が全開状態に保持されるとともに、第１ＬＡＦセンサ１２で検出された第１当量比ＫＡＣＴ１が設定した目標当量比ＫＣＭＤになるように、フィードバック制御によって燃料噴射量ＱＩＮＪが制御される。

一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、触媒７の劣化判定条件が成立しているときには、劣化判定用の空燃比制御処理を実行し（ステップ１３）、本処理を終了する。

図４は、この劣化判定用の空燃比制御処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、後述するようにして算出される触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌ、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒおよび触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒが、それぞれの所定のしきい値ｋｐｒｅｆ１、ｋｐｒｅｆ２およびｋｐｒｅｆ３よりも大きいか否かを判別する（ステップ２１〜２３）。触媒７の劣化判定条件が成立した時点では、これらの積算値がいずれも値０にリセットされているので、ステップ２１〜２３の判別結果がいずれもＮＯになり、その場合には、ステップ２４に進む。

このステップ２４では、目標当量比ＫＣＭＤを所定の第１目標値ＫＰＲＥＦ１に設定する。この第１目標値ＫＰＲＥＦ１は、理論空燃比に比較的近い弱リッチな空燃比に相当する値（例えば１．０３）に設定されている。これにより、空燃比が劣化判定の準備用の第１空燃比に切り換えられ、第１空燃比制御が開始される。この第１空燃比制御では、スロットル弁８が全開に近い状態に制御されるとともに、第１当量比ＫＡＣＴ１が設定された目標当量比ＫＣＭＤになるように、フィードバック制御によって燃料噴射量ＱＩＮＪが制御されることにより、弱リッチ運転が行われる。

次に、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒおよび触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒを算出する（ステップ２５および２６）とともに、劣化判定の準備用の空燃比制御が完了したことを表す空燃比制御準備完了フラグＦ＿ＪＵＤを「０」にセットした（ステップ２７）後、本処理を終了する。上記の触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒは、第１空燃比制御中に触媒７に流入した還元剤の総量を表し、触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒは、第１空燃比制御中に触媒７を通過した還元剤の総量を表す。

図５は、この触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒの算出処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、検出された第１当量比ＫＡＣＴ１と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ１−１．０）を、第１偏差ＤＫ１Ｒとして算出する（ステップ４１）。次に、算出した第１偏差ＤＫ１Ｒが値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ４２）。この判別結果がＮＯのときには、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒをその前回値ｓｕｍｋａｃｔ１ＲＺに保持し（ステップ４３）、本処理を終了する。

一方、ステップ４２の判別結果がＹＥＳのときには、第１偏差ＤＫ１Ｒおよび吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（１）によって、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒを算出し（ステップ４４）、本処理を終了する。

以上のように、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒは、ＤＫ１Ｒ＞０すなわちＫＡＣＴ１＞１．０のときに、第１偏差ＤＫ１Ｒと吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、第１空燃比制御中に触媒７に流入した還元剤の総量に相当する。

図６は、触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒの算出処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、検出された第２当量比ＫＡＣＴ２と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ２−１．０）を、第２偏差ＤＫ２Ｒとして算出する（ステップ５１）。次に、算出した第２偏差ＤＫ２Ｒが値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ５２）。この判別結果がＮＯのときには、触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒをその前回値ｓｕｍｋａｃｔ２ＲＺに保持し（ステップ５３）、本処理を終了する。

一方、ステップ５２の判別結果がＹＥＳのときには、第２偏差ＤＫ２Ｒおよび吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（２）によって、触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒを算出し（ステップ５４）、本処理を終了する。

以上のように、触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒは、ＤＫ２Ｒ＞０すなわちＫＡＣＴ２＞１．０のときに、第２偏差ＤＫ２Ｒと吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、第１空燃比制御中に触媒７を通過した還元剤の総量に相当する。

図４に戻り、前記ステップ２２の判別結果がＹＥＳになり、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒがしきい値ｋｐｒｅｆ２を上回ったときには、触媒７に十分な量の還元剤が供給され、第１空燃比制御による、ならしリッチ運転が十分に行われたとして、第１空燃比制御を終了すべきものとし、ステップ２８に進む。

同様に、前記ステップ２３の判別結果がＹＥＳになり、触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒがしきい値ｋｐｒｅｆ２を上回ったときにも、触媒７を多量の還元剤がすでに通過したことで、第１空燃比制御によるならしリッチ運転が十分に行われたとして、第１空燃比制御を終了すべきものとし、ステップ２８に進む。

このステップ２８では、目標当量比ＫＣＭＤを所定の第２目標値ＫＰＲＥＦ２に設定する。この第２目標値ＫＰＲＥＦ２は、理論空燃比に比較的近い弱リーンな空燃比に相当する値（例えば０．９７）に設定されている。これにより、空燃比が劣化判定の準備用の第２空燃比に切り換えられ、第２空燃比制御が開始される。この第２空燃比制御では、スロットル弁８が全開に近い状態に制御されるとともに、第１当量比ＫＡＣＴ１が設定された目標当量比ＫＣＭＤになるように、フィードバック制御によって燃料噴射量ＱＩＮＪが制御されることにより、弱リーン運転が行われる。

上記ステップ２８に続くステップ２９では、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒおよび触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒを値０にリセットする。次に、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌを算出する（ステップ３０）とともに、前記ステップ２７に進み、空燃比制御準備完了フラグＦ＿ＪＵＤを「０」にセットした後、本処理を終了する。この触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌは、第２空燃比制御中に触媒７から流出した酸素の総量を表す。

図７は、この触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌの算出処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、値１．０と第２当量比ＫＡＣＴ２との偏差（＝１．０−ＫＡＣＴ２）を、第３偏差ＤＫ２Ｌとして算出する（ステップ６１）。次に、算出した第３偏差ＤＫ２Ｌが値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ６２）。この判別結果がＮＯのときには、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌをその前回値ｓｕｍｋａｃｔ２ＬＺに保持し（ステップ６３）、本処理を終了する。

一方、ステップ６２の判別結果がＹＥＳのときには、第３偏差ＤＫ２Ｌおよび吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（３）によって、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌを算出し（ステップ６４）、本処理を終了する。

以上のように、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌは、ＤＫ２Ｌ＞０すなわちＫＡＣＴ２＜１．０のときに、第３偏差ＤＫ２Ｌと吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、第２空燃比制御中に触媒７から流出した酸素の総量に相当する。

図４に戻り、前記ステップ２１の判別結果がＹＥＳになり、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌがしきい値ｋｐｒｅｆ１を上回ったときには、触媒７から多量の酸素がすでに流出していることで、触媒７に酸素が十分に貯蔵されたとして、第２空燃比制御を終了すべきものとし、ステップ３１に進む。

このステップ３１では、目標当量比ＫＣＭＤを所定の第３目標値ＫＰＲＥＦ３に設定する。この第３目標値ＫＰＲＥＦ３は、理論空燃比に比較的近い弱リッチな空燃比に相当する値（例えば１．０３）に設定されている。これにより、空燃比が劣化判定の実行用の第３空燃比に切り換えられ、第３空燃比制御が開始される。この第３空燃比制御では、スロットル弁８がほぼ全開状態に維持されるとともに、第１当量比ＫＡＣＴ１が設定された目標当量比ＫＣＭＤになるように、フィードバック制御によって燃料噴射量ＱＩＮＪが制御されることにより、弱リッチ運転が行われる。

上記ステップ３１に続くステップ３２では、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌを値０にリセットする。また、劣化判定の準備用の空燃比制御が完了したことを表すために、空燃比制御準備完了フラグＦ＿ＪＵＤを「１」にセットし（ステップ３３）、本処理を終了する。

図８は、前述した図２のステップ２で実行される劣化判定処理の算出サブルーチンを示す。本処理ではまず、上述した空燃比制御準備完了フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ７１）。この判別結果がＮＯのときには、空燃比制御の準備が完了していないため、劣化判定を行わないものとし、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ７１の判別結果がＹＥＳのときには、後述する第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が所定値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判別する（ステップ７２）。この判別結果がＮＯのときには、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し（ステップ７３および７４）、本処理を終了する。ここで、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、第３空燃比制御中に触媒７に流入した還元剤の総量を表し、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、第３空燃比制御中に触媒７を通過した還元剤の総量を表す。

図９は、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、第１当量比ＫＡＣＴ１と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ１−１．０）を、第１偏差ＤＫ１として算出する（ステップ９１）。次に、算出した第１偏差ＤＫ１が値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ９２）。この判別結果がＮＯのときには、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を値０にリセットし（ステップ９３）、本処理を終了する。

一方、ステップ９２の判別結果がＹＥＳのときには、第１偏差ＤＫ１および吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（４）によって、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出し（ステップ９４）、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚは第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の前回値である。

以上のように、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、ＤＫ１＞０すなわちＫＡＣＴ１＞１．０のときに、第１偏差ＤＫ１と吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、第３空燃比制御中に触媒７に流入した還元剤の総量に相当する。

図１０は、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、第２当量比ＫＡＣＴ２と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ２−１．０）を、第２偏差ＤＫ２として算出する（ステップ１０１）。次に、算出した第２偏差ＤＫ２が値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ１０２）。この判別結果がＮＯのときには、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を値０にリセットし（ステップ１０３）、本処理を終了する。

一方、ステップ１０２の判別結果がＹＥＳのときには、第２偏差ＤＫ２および吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（５）によって、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し（ステップ１０４）、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚは第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の前回値である。

以上のように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、ＤＫ２＞０すなわちＫＡＣＴ２＞１．０であるときに、第２偏差ＤＫ２と吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、第３空燃比制御中に触媒７を通過した還元剤の総量に相当する。

図８に戻り、前記ステップ７２の判別結果がＹＥＳで、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２＞所定値ｋｒｅｆのときには、触媒７を通過した還元剤量が多く、触媒７に貯蔵されていた酸素が、触媒７に流入した排ガス中の還元剤との反応によって完全に消費されたとして、第１当量比変化量ＤＫＡＣＴ１が所定値ＫＲＥＦ１よりも小さいか否かを判別する（ステップ７５）。この第１当量比変化量ＤＫＡＣＴ１は、第１当量比の今回値と前回値との差の絶対値（＝｜ＫＡＣＴ１−ＫＡＣＴ１Ｚ｜）として算出される。この判別結果がＮＯのときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が定常状態に達していないとして、後述するステップ７７に進む。

一方、ステップ７５の判別結果がＹＥＳのときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が定常状態に達したとして、第１当量比ＫＡＣＴ１の平均値（以下「第１当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ１を算出し（ステップ７６）、ステップ７７に進む。この第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出は、次のようにして行われる。

すなわち、ＤＫＡＣＴ１＜ＫＲＥＦ１が成立した後に得られた第１当量比ＫＡＣＴ１を、制御タイミングごとにサンプリングし、そのサンプリング数が所定値ｎ（例えば１００）に達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均することによって、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１を算出する。また、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出が終了したときには、そのことを表すために、第１平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１が「１」にセットされる。

前記ステップ７５または７６に続くステップ７では、第２当量比変化量ＤＫＡＣＴ２が所定値ＫＲＥＦ２よりも小さいか否かを判別する。この第２当量比変化量ＤＫＡＣＴ２は、第２当量比の今回値と前回値との差の絶対値（＝｜ＫＡＣＴ２−ＫＡＣＴ２Ｚ｜）として算出される。この判別結果がＮＯのときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達していないとして、後述するステップ７９に進む。

一方、ステップ７７の判別結果がＹＥＳのときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達したとして、第２当量比ＫＡＣＴ２の平均値（以下「第２当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ２を算出し（ステップ７８）、ステップ７９に進む。この第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出は、次のようにして行われる。

すなわち、ＤＫＡＣＴ２＜ＫＲＥＦ２が成立した後に得られた第２当量比ＫＡＣＴ２を、制御タイミングごとにサンプリングし、そのサンプリング数が前述した所定値ｎに達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均することによって、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。また、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出が終了したときには、そのことを表すために、第２平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ２が「１」にセットされる。

前記ステップ７７または７８に続くステップ７９では、第１および第２平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１、Ｆ＿ＡＶＥ２がいずれも「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１、ａｖｅｋａｃｔ２の少なくとも一方の算出が終了していないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ７９の判別結果がＹＥＳで、第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１、ａｖｅｋａｃｔ２の双方の算出が終了しているときには、第１および第２平均値演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１、Ｆ＿ＡＶＥ２をいずれも「０」にリセットした（ステップ８０）後、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行し（ステップ８１）、本処理を終了する。

図１１は、この触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を示すサブルーチンを示す。本処理ではまず、ステップ１１１において、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、２と第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１、２を用い、次式（６）によって、酸素貯蔵能ＯＳＣを算出する。

この酸素貯蔵能ＯＳＣは、触媒７の酸素貯蔵能力を表すものであり、その算出式として上記の式（６）を用いるのは、以下の理由による。図１２は、第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３のゲインが互いに一致している場合の、第２空燃比制御から第３空燃比制御に至る第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２の推移の例を示している。図中のｔ１は、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が所定値ｋｒｅｆを超えたタイミングを示す。

前述したように、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、第３空燃比制御中に触媒７に流入した還元剤の総量を表し、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、第３空燃比制御中に触媒７を通過した還元剤の総量を表す。このため、両者の差（＝ｓｕｍｋａｃｔ１−ｓｕｍｋａｃｔ２）は、還元雰囲気の排ガスが触媒７を通過した際、触媒７に貯蔵されていた酸素によって酸化された還元剤の総量を表し、すなわち、酸素貯蔵能ＯＳＣに相当する。

一方、第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３のゲインが互いにずれていて、例えば後者の方が高い場合には、図１３に示すように、第２当量比ＫＡＣＴ２の傾きが大きくなり、早く立ち上がるため、上記のように第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、２の差によって、酸素貯蔵能ＯＳＣを算出すると、その値が過小になる。この場合、第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１、ａｖｅｋａｃｔ２は、第１および第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達した後のそれぞれの平均値であるので、図１２に示すように、本来、互いに一致すべきものであり、図１３のように一致していない場合には、第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３のゲインの大きさに対応する。

したがって、前記式（６）の右辺の第１項の第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１との比、および第２項の第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２と第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２との比はそれぞれ、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を、第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３のゲインが互いに合致するようにゲイン補正した値に相当する。そして、式（６）によれば、そのようにゲイン補正された後の第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２との差として、酸素貯蔵能ＯＳＣを算出するので、両ＬＡＦセンサ１２、１３のゲインのずれを補償しながら、酸素貯蔵能ＯＳＣを適切に求めることができる。

前記ステップ１１１に続くステップ１１２では、算出した酸素貯蔵能ＯＳＣが所定の判定値ＯＳＣＪＵＤよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、触媒７が劣化していないとし、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」にセットした（ステップ１１３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ１１２の判別結果がＮＯのときには、触媒７が劣化しているとし、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」にセットした（ステップ１１４）後、本処理を終了する。

図１４は、これまでに説明した制御処理によって得られる動作例を示す。この例では、時点ｔ１以前においては、触媒７の劣化判定条件が成立していないため、目標当量比ＫＣＭＤを１．０よりもかなり小さな値に設定した通常のリーン運転が行われている。

この状態から劣化判定条件が成立すると（ｔ１）、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤＰＲＥが「１」にセットされることで（ステップ１１：ＹＥＳ）、劣化判定用の空燃比制御が開始される（ステップ１３）とともに、その最初に、目標当量比ＫＣＭＤを値１．０よりも若干大きな第１目標値ＫＰＲＥＦ１に設定する（ステップ２４）ことによって、第１空燃比制御が開始され、弱リッチな空燃比で、ならしリッチ運転が行われる。この第１空燃比制御中、第１当量比ＫＡＣＴ１に基づいて、触媒７に流入した還元剤の総量を表す触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒが算出されるととともに、第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて、触媒７を通過した還元剤の総量を表す触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒが算出される。

その後、触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒがしきい値ｋｐｒｅｆ２に達するか（ステップ２２：ＹＥＳ）、または触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒがしきい値ｋｐｒｅｆ３に達したとき（ステップ２３：ＹＥＳ）に、第１空燃比制御による、ならしリッチ運転が十分に行われたとして、目標当量比ＫＣＭＤを値１．０よりも若干小さな第２目標値ＫＰＲＥＦ２に設定する（ステップ２８）ことによって、第２空燃比制御が開始され、弱リーンな空燃比でリーン運転が行われる。なお、この例では、時点ｔ２において、ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒ＞ｋｐｒｅｆ２が成立している。この第２空燃比制御中、第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて、触媒７から流出した酸素の総量を表す触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌが算出される。

その後、触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌがしきい値ｋｐｒｅｆ１に達したとき（ステップ２１：ＹＥＳ）に（ｔ３）、第２空燃比制御によるリーン運転によって触媒７に酸素が十分に貯蔵され、劣化判定のための準備用の空燃比制御が完了したとして、空燃比制御準備完了フラグＦ＿ＪＵＤが「１」にセットされる（ステップ３３）。これに伴い、目標当量比ＫＣＭＤを値１．０よりも若干大きな第３目標値ＫＰＲＥＦ３に設定する（ステップ３１）ことによって、第３空燃比制御が開始され、弱リッチな空燃比でリッチ運転が行われる。そして、図８の劣化判定処理により、この第３空燃比制御中に検出された第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２に基づき、触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣを算出することによって、触媒７の劣化判定が行われる。

以上のように、本実施形態によれば、第２空燃比制御によるリーン運転によって、触媒７に酸素を貯蔵するとともに、それに引き続いて実行される第３空燃比制御によるリッチ運転中に検出された第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２にそれぞれ基づいて、触媒７に流入した還元剤の総量を表す第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と、触媒７を通過した還元剤の総量を表す第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出する。そして、算出された第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、ｓｕｍｋａｃｔ２の差に応じて算出した触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣに基づいて、触媒７の劣化が判定される。

また、上記の第２空燃比は弱リーンな空燃比（ＫＣＭＤ＝ＫＰＲＥＦ２）に設定され、第３空燃比は弱リッチな空燃比（ＫＣＭＤ＝ＫＰＲＥＦ３）に設定されるので、第２空燃比制御から第３空燃比制御への切換前後における排ガスの流量の変動や排ガス中の酸素濃度の変動を抑制できる。その結果、第３空燃比への切換直後においても、排ガスの流量や酸素濃度の変動に触媒７が良好に追随でき、触媒７での反応が良好に行われるので、第３空燃比制御中に検出された第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２に基づく触媒７の劣化判定を適切に行うことができ、その判定精度を向上させることができる。

また、第２空燃比制御中に検出された第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて、触媒７から流出した酸素の量を表す触媒後酸素量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌを算出するとともに、その値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌがしきい値ｋｐｒｅｆ１を上回ったときに、第２空燃比制御が終了し、第３空燃比制御が開始される。これにより、第２空燃比によるリーン運転が、触媒７からの酸素の実際の流出量に応じて、過不足なく行われることで、触媒７に十分な量の酸素を確実に貯蔵できるとともに、第３空燃比制御への移行および劣化判定を早期に行うことができる。

さらに、第２空燃比制御に先立ち、空燃比を弱リッチな空燃比（ＫＣＭＤ＝ＫＰＲＥＦ１）に設定した第１空燃比制御による、ならしリッチ運転を強制的に行うので、触媒７の内部状態を、還元雰囲気下での還元剤と酸素との反応を行うのに適した安定した状態に、あらかじめ調整できる。その結果、第３空燃比制御中において触媒７での反応が良好に行われるので、触媒７の劣化判定をより適切に行うことができ、判定精度をさらに向上させることができる。

また、第１空燃比制御中に検出された第１当量比ＫＡＣＴ１に基づいて、触媒７に流入した還元剤の量を表す触媒前還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒを算出し、第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて、触媒７を通過した還元剤の量を表す触媒後還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒを算出するとともに、それらの積算値ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒ、ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒのいずれかが、対応するしきい値ｋｐｒｅｆ２、ｋｐｒｅｆ３を上回ったときに、第１空燃比制御が終了し、第２空燃比制御が開始される。これにより、第１空燃比による、ならしリッチ運転が、触媒７への還元剤の実際の流入量、および触媒７からの還元剤の実際の通過量に応じて、過不足なく行われる。その結果、触媒７の内部状態を、還元雰囲気下で還元剤と酸素との反応を行うのに適した安定した状態に確実に調整でき、劣化判定の精度を確保することができる。同じ理由から、第１空燃比によるリッチ運転が最小限に抑制されることで、燃費の向上を図ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態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、酸素濃度パラメータとして、第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２を用いているが、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、酸素濃度と相関性を有するので、酸素濃度パラメータとして用いることが可能である。

また、実施形態では、第１〜第３空燃比制御間の切換前後における排ガスの量や酸素濃度の変動を抑制するために、第１〜第３空燃比をいずれも、理論空燃比に比較的近い弱リッチ（例えばＫＣＭＤ＝１．０３）または弱リーン（例えばＫＣＭＤ＝０．９７）に設定しているが、他の値に設定することも、また、第１および第３空燃比を互いに異なる値に設定することも、本発明の範囲内である。

あるいは、一連の第１〜第３空燃比制御を１回のみ行うのではなく、これを２回以上、繰り返し行いながら劣化判定を行ってもよい。例えば、第１〜第３空燃比制御を行い、そのときに算出された酸素貯蔵能ＯＳＣを記憶するとともに、このときの第３空燃比制御を第２回目の第１空燃比制御として用い、それに引き続いて第２および第３空燃比制御を同様に行いながら、第２回目の酸素貯蔵能ＯＳＣを算出し、これと記憶された第１回目の酸素貯蔵能ＯＳＣとの平均値に基づいて、劣化判定を行ってもよい。このように一連の第１〜第３空燃比制御を繰り返し行うことで、触媒７の内部状態がより安定し、触媒７がより活性化された状態で得られた、より信頼性の高い第１および第２当量比ＫＡＣＴ１、ＫＡＣＴ２に基づいて、劣化判定を行えるので、その判定精度をさらに向上させることができる。

さらに、実施形態は、触媒７が単一のＮＯｘ触媒の例であるが、触媒が酸素貯蔵能力を有するものであれば、そのタイプや、配置および数を任意に変更することが可能であり、例えば三元触媒でもよいことはもちろんである。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。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。

本発明の実施形態による触媒の劣化判定装置、およびこれを適用した内燃機関を概略的に示す図である。 実施形態において実行される制御処理のメインフローである。 空燃比処理を示すフローチャートである。 劣化判定用の空燃比制御処理を示すサブルーチンである。 触媒前還元剤量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 触媒後還元剤量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 触媒後酸素量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 劣化判定処理を示すフローチャートである。 第１還元剤量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 第２還元剤量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 触媒劣化フラグの設定処理を示すサブルーチンである。 第１および第２ＬＡＦセンサのゲインのずれがない場合に排ガス還元制御によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。 第１および第２ＬＡＦセンサのゲインのずれが生じている場合に排ガス還元制御によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。 実施形態による制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（空燃比制御手段、劣化判定手段、触媒後還元剤量算出手段、触媒前還元剤
量算出手段、触媒後酸素量算出手段）
３ 内燃機関
５ 排気管（排気通路）
６ 燃料噴射弁（空燃比制御手段）
７ 触媒
８ スロットル弁（空燃比制御手段）
１２ 第１ＬＡＦセンサ（上流側酸素濃度パラメータセンサ）
１３ 第２ＬＡＦ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）
ＫＣＭＤ 目標当量比（空燃比）
ＫＰＲＥＦ１ 第１目標値（第１空燃比）
ＫＰＲＥＦ２ 第２目標値（第２空燃比）
ＫＰＲＥＦ３ 第３目標値（第３空燃比）
ｓｕｍｋａｃｔ２Ｒ 触媒後還元剤量積算値（触媒後還元剤量）
ｓｕｍｋａｃｔ１Ｒ 触媒前還元剤量積算値（触媒前還元剤量）
ｓｕｍｋａｃｔ２Ｌ 触媒後酸素量積算値（触媒前酸素量）
ｋｐｒｅｆ１ しきい値
ｋｐｒｅｆ２ しきい値
ｋｐｒｅｆ３ しきい値

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、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判定装置であって、
   前記触媒の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検出手段と、
   前記触媒の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検出手段と、
   前記触媒の劣化の判定を実行するに際し、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチな所定の第１空燃比、理論空燃比よりもリーンな所定の第２空燃比、および理論空燃比よりもリッチな所定の第３空燃比に、順に切り換えて制御する空燃比制御手段と、
   前記空燃比が前記第３空燃比に制御されている状態で検出された前記上流側酸素濃度パラメータおよび前記下流側酸素濃度パラメータの相互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. 前記空燃比が前記第１空燃比に制御されている状態で検出された前記下流側酸素濃度パラメータに基づいて、前記触媒を通過した還元剤の量を触媒後還元剤量として算出する触媒後還元剤量算出手段をさらに備え、
   前記空燃比制御手段は、前記算出された触媒後還元剤量がしきい値に達したときに、前記空燃比を前記第１空燃比から前記第２空燃比に切り換え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. 前記空燃比が前記第１空燃比に制御されている状態で検出された前記上流側酸素濃度パラメータに基づいて、前記触媒に流入した還元剤の量を触媒前還元剤量として算出する触媒前還元剤量算出手段をさらに備え、
   前記空燃比制御手段は、前記算出された触媒前還元剤量がしきい値に達したときに、前記空燃比を前記第１空燃比から前記第２空燃比に切り換え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。
4. 前記空燃比が前記第２空燃比に制御されている状態で検出された前記下流側酸素濃度パラメータに基づいて、前記触媒から流出した酸素の量を触媒後酸素量として算出する触媒後酸素量算出手段をさらに備え、
   前記空燃比制御手段は、前記算出された触媒後酸素量がしきい値に達したときに、前記空燃比を前記第２空燃比から前記第３空燃比に切り換え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。

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