JP2018003606A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサを診断対象とする異常診断をより好適に実行することを目的とする。
【解決手段】三元触媒の温度を上昇させるために、一部の気筒における混合気の空燃比をリーン空燃比に制御し、且つ、他の一部の気筒における混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御する第１空燃比制御が実行される。また、故障診断のために、三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに、全ての気筒における混合気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切り換える第２空燃比制御が実行される。そして、第１空燃比制御の実行を中断して第２空燃比制御を実行する場合、第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない三元触媒の温度が診断温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
従来、排気通路に設けられた三元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、該三元触媒を昇温させるために気筒毎の空燃比を制御する技術が知られている。このような触媒昇温用の空燃比制御では、一部の気筒における混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御され、且つ、他の一部の気筒における混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御される。以下、このような触媒昇温用の空燃比制御を「第１空燃比制御」と称する。また、第１空燃比制御において混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒を「リーン気筒」と称する。また、第１空燃比制御において混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒を「リッチ気筒」と称する。
第１空燃比制御が実行されると、リーン気筒から排出された排気が三元触媒に主に流入する期間と、リッチ気筒から排出された排気が三元触媒に主に流入する期間とが交互に繰り返されることになる。つまり、リーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが交互に三元触媒に供給されることになる。このとき、リーン空燃比の排気が三元触媒に供給されたときには排気中の酸素が該三元触媒に吸蔵される。そして、リッチ空燃比の排気が三元触媒に供給されたときには排気中のＨＣ，ＣＯが、該三元触媒に吸蔵された酸素によって酸化される。このときのＨＣ，ＣＯの酸化熱によって三元触媒の昇温が促進されることになる。また、第１空燃比制御の実行中においても、三元触媒では、ＨＣ，ＣＯが酸化されるのみならず排気中のＮＯｘが還元される。つまり、第１空燃比制御によれば、三元触媒におけるＨＣ，ＣＯ酸化機能のみならず、ＮＯｘ還元機能をも発揮させつつ、該三元触媒の昇温を促進させることができる。
ここで、特許文献１には、上記の第１空燃比制御のような気筒毎の空燃比制御において、三元触媒よりも上流側の排気通路に設けられた空燃比センサの検出値に基づいて、リーン気筒における混合気の空燃比とリッチ気筒における混合気の空燃比とをフィードバック制御する技術が開示されている。
特開２００１−０５００８２号公報
上記の第１空燃比制御が実行される内燃機関の排気浄化システムにおいては、三元触媒よりも上流側の排気通路および三元触媒よりも下流側の排気通路のそれぞれに排気の空燃比と相関のある物理量を検出するセンサが設けられる。このとき、三元触媒よりも上流側の排気通路に設けられたセンサを「上流側センサ」と称し、三元触媒よりも下流側の排気通路に設けられたセンサを「下流側センサ」と称する。また、このような構成を有する排気浄化システムにおいては、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサを診断対象とする異常診断が行われる。
上記の異常診断が行われる際には、三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに、第１空燃比制御とは異なる空燃比の制御が実行される。つまり、内燃機関の複数の気筒の全てにおける混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比より
もリッチなリッチ空燃比との間で切り換える空燃比制御が実行される。以下、このような異常診断用の空燃比制御を「第２空燃比制御」と称する。そして、この第２空燃比制御が実行されたときの上流側センサまたは下流側センサの検出値の推移の仕方に基づいて、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサの異常診断が行われる。
ここで、第１空燃比制御の実行中に上記のような異常診断の要求があった場合には、該第１空燃比制御の実行を中断してから第２空燃比制御を実行する必要がある。本発明は、このような場合に、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサを診断対象とする異常診断をより好適に実行することを目的とする。
第１の発明では、第１空燃比制御の実行中に、該第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない三元触媒の温度が推定される。そして、その推定温度が、異常診断実行の閾値である所定の診断温度以上となってから第１空燃比制御の実行が中断され、異常診断のための第２空燃比制御が実行される。
より詳しくは、第１の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、前記三元触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する上流側センサと、前記三元触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する下流側センサと、前記三元触媒の温度を上昇させる所定の触媒昇温条件が成立したときに、前記複数の気筒のうちの一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記複数の気筒のうちの他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御する第１空燃比制御を実行する第１空燃比制御部と、 前記三元触媒、前記上流側センサ、または、前記下流側センサを診断対象とする異常診断を実行する異常診断部であって、該異常診断のために、前記三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに、前記複数の気筒の全てにおける混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で切り換える第２空燃比制御を実行する異常診断部と、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中に、該第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない前記三元触媒の温度である基準触媒温度を推定する推定部と、を備え、前記異常診断部が、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて前記異常診断を実行する場合、前記異常診断部は、前記推定部によって推定された前記三元触媒の前記基準触媒温度が前記診断温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断させ、前記第２空燃比制御を実行する。
本発明において、異常診断部は、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサを診断対象とする異常診断のために、三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行する。ここで、所定の診断温度は、正常な状態の三元触媒が十分に活性化する温度である。三元触媒の温度がこの診断温度以上のときに第２空燃比制御が実行されることで、該第２空燃比制御が実行されたときの上流側センサまたは下流側センサの検出値の推移の仕方に基づいて、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサの異常診断を行うことが可能となる。
ここで、内燃機関の運転状態が同一であれば、第１空燃比制御部によって第１空燃比制御が実行されているときは、第１空燃比制御が実行されていないときに比べて三元触媒の温度が高くなる。そのため、第１空燃比制御の実行中に、異常診断部によって異常診断のための第２空燃比制御を実行すべく、該第１空燃比制御の実行が中断されると、その中断後に三元触媒の温度が低下することになる。したがって、第１空燃比制御の実行中におい
て、三元触媒の実際の温度（すなわち、第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含んだ温度）が診断温度に達していたとしても、該第１空燃比制御の実行が中断されると、三元触媒の温度が診断温度よりも低下してしまう場合がある。この場合、異常診断部による異常診断を行うことができなくなる。
そこで、本発明では、第１空燃比制御部による第１空燃比制御の実行中に、推定部によって、該第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない三元触媒の温度（つまり、第１空燃比制御が実行されていないと仮定した場合の温度）である基準触媒温度が推定される。そして、異常診断部が、推定された基準触媒温度が診断温度以上となってから第１空燃比制御の実行を中断させ、第２空燃比制御を実行する。
これによれば、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒の温度が診断温度よりも低下してしまうことを抑制することができる。そのため、第１空燃比制御の実行中に異常診断部による異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することが可能となる。
また、第１の発明においては、異常診断部が、第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて異常診断を実行する場合、異常診断部は、推定部によって推定された三元触媒の基準触媒温度が診断温度以上である状態が第１所定期間以上継続してから該第１空燃比制御の実行を中断させ、第２空燃比制御を実行してもよい。ここで、第１所定期間は、三元触媒の基準触媒温度が安定して診断温度以上となっていると判断できる期間である。このように、三元触媒の基準触媒温度が診断温度以上である状態が第１所定期間以上継続してから第１空燃比制御の実行が中断されることで、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒の温度が診断温度よりも低下してしまうことをより高い確率で抑制することができる。
第２の発明では、第１空燃比制御の実行中における三元触媒の温度（実際の温度）が、異常診断実行の閾値である所定の診断温度よりも高い所定の中断可能温度以上となってから第１空燃比制御の実行が中断され、異常診断のための第２空燃比制御が実行される。ここで、所定の中断可能温度は、第１空燃比制御の実行が中断されたとしても三元触媒の温度が診断温度以上に維持される温度である。
より詳しくは、第１の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、前記三元触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する上流側センサと、前記三元触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する下流側センサと、前記三元触媒の温度を上昇させる所定の触媒昇温条件が成立したときに、前記複数の気筒のうちの一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記複数の気筒のうちの他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御する第１空燃比制御を実行する第１空燃比制御部と、前記三元触媒、前記上流側センサ、または、前記下流側センサを診断対象とする異常診断を実行する異常診断部であって、該異常診断のために、前記三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに、前記複数の気筒の全てにおける混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で切り換える第２空燃比制御を実行する異常診断部と、を備え、前記異常診断部が、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて前記異常診断を実行する場合、前記異常診断部は、該第１空燃比制御の実行中における前記三元触媒の温度が、前記診断温度よりも高い温度であって、該第１空燃比制御の実行を中断したとしても前記三元触媒の温度が前記診断温度以上に維持される温度である所
定の中断可能温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断させ、前記第２空燃比制御を実行する。
本発明によっても、上記第１の発明と同様、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒の温度が診断温度よりも低下してしまうことを抑制することができる。そのため、第１空燃比制御の実行中に異常診断部による異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することが可能となる。
また、第２の発明においては、異常診断部が、第１空燃比制御部による第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて異常診断を実行する場合、異常診断部は、該第１空燃比制御の実行中における三元触媒の温度が中断可能温度以上である状態が第２所定期間以上継続してから該第１空燃比制御の実行を中断させ、第２空燃比制御を実行してもよい。ここで、第２所定期間は、第１空燃比制御の実行中における三元触媒の温度が安定して中断可能温度以上となっていると判断できる期間である。このように、第１空燃比制御の実行中における三元触媒の温度が中断可能温度以上である状態が第２所定期間以上継続してから第１空燃比制御の実行が中断されることで、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒の温度が診断温度よりも低下してしまうことをより高い確率で抑制することができる。
本発明によれば、第１空燃比制御の実行中に、三元触媒、上流側センサ、または、下流側センサを診断対象とする異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することができる。
実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る、三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行した場合の、気筒における混合気の空燃比、上流側空燃比センサの検出値、および、下流側空燃比センサの検出値の推移を示すタイムチャートである。 実施例に係る、三元触媒の最大酸素吸蔵量の算出手法について説明するための図である。 実施例において、第１空燃比制御の実行中に三元触媒の異常診断の要求があった場合における、第１空燃比制御実行フラグ、リーン気筒における混合気の空燃比、リッチ気筒における混合気の空燃比、三元触媒の温度、異常診断要求フラグ、および、第２空燃比制御実行フラグの推移を示すタイムチャートである。 実施例１に係る第２空燃比制御を実行する際の制御フローを示すフローチャートである。 実施例２に係る第２空燃比制御を実行する際の制御フローを示すフローチャートである。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
＜実施例１＞
（概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。内燃機関１は４つの気筒２を有する直列４気筒エンジンである。内燃機関１の各気筒２には点火プラグ３が設けられている。
内燃機関１にはインテークマニホールド４およびエキゾーストマニホールド５が接続されている。そして、インテークマニホールド４の各吸気枝管４ａは各気筒２にそれぞれ接続されている。各吸気枝管４ａにはガソリンを噴射する燃料噴射弁８が設けられている。各燃料噴射弁８にはデリバリーパイプ９からガソリンが供給される。なお、燃料噴射弁８は、気筒２内に燃料を直接噴射するものであってもよい。吸気枝管４ａの集合部は吸気通路６に接続されている。吸気通路６には、エアフローメータ１３およびスロットル弁１４が設けられている。エアフローメータ１３は、内燃機関１に流入する空気量（吸入空気量）を検出する。スロットル弁１４は、吸気通路６における空気の流路断面積を変更することで内燃機関１の吸入空気量を調整する。
また、エキゾーストマニホールド５の各排気枝管５ａは各気筒２にそれぞれ接続されている。そして、排気枝管５ａの集合部が排気通路７に接続されている。排気通路７には三元触媒１０が設けられている。また、排気通路７における三元触媒１０よりも上流側には上流側空燃比センサ１１が設けられている。排気通路７における三元触媒１０よりも下流側には下流側空燃比センサ１２が設けられている。上流側空燃比センサ１１によって、三元触媒１０に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）の空燃比が検出される。下流側空燃比センサ１２によって、三元触媒１０から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）の空燃比が検出される。なお、上流側空燃比センサ１１に代えて、流入排気の酸素濃度を検出するＯ２センサを設けてもよい。また、下流側空燃比センサ１２に代えて、流出排気の酸素濃度を検出するＯ２センサを設けてもよい。
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１３、上流側空燃比センサ１１、および、下流側空燃比センサ１２が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、クランク角センサ２１およびアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランク角センサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。 また、ＥＣＵ２０には、スロットル弁１４、各点火プラグ３、および、各燃料噴射弁８が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらの装置が制御される。なお、内燃機関１は、燃料噴射弁８からの燃料噴射量が気筒２毎に変更可能な構成となっている。
なお、本実施例においては、上流側空燃比センサ１１が本発明に係る上流側センサに相当する。また、上流側空燃比センサ１１に代えてＯ２センサが設けられている場合は、該Ｏ２センサが本発明に係る上流側センサに相当する。また、本実施例においては、下流側空燃比センサ１２が本発明に係る下流側センサに相当する。また、下流側空燃比センサ１２に代えてＯ２センサが設けられている場合は、該Ｏ２センサが本発明に係る下流側センサに相当する。
（第１空燃比制御）
本実施例では、三元触媒１０の温度を上昇させるための所定の昇温条件が成立した場合、ＥＣＵ２０が、各気筒２における燃料噴射量（すなわち、各燃料噴射弁８からの噴射量）を調整することで第１空燃比制御を実行する。第１空燃比制御では、各気筒２における燃料噴射量を調整することで、４つの気筒２のうちの一部の気筒２における混合気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比に制御され、且つ、４つの気筒２のうちの他の一部の気筒２における混合気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比に制御される。ここで、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒を「リーン気筒」と称し、混合気の
空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒を「リッチ気筒」と称する。さらに、第１空燃比制御では、流入排気の空燃比の平均値（以下、「平均排気空燃比」と称する場合もある。）が、所定の目標排気空燃比となるように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が制御される。具体的には、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける燃料噴射弁８からの燃料噴射量が、上流側空燃比センサ１１および下流側空燃比センサ１２の検出値に基づいて制御される。
第１空燃比制御が実行されると、リーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが交互に三元触媒１０に供給されることになる。このとき、リーン空燃比の排気が三元触媒１０に供給されたときには排気中の酸素が該三元触媒１０に吸蔵される。そして、リッチ空燃比の排気が三元触媒１０に供給されたときには排気中のＨＣ，ＣＯが、該三元触媒１０に吸蔵された酸素によって酸化される。このときのＨＣ，ＣＯの酸化熱によって三元触媒１０の昇温が促進されることになる。また、第１空燃比制御の実行中においても、三元触媒１０では、ＨＣ，ＣＯが酸化されるのみならず排気中のＮＯｘが還元される。つまり、第１空燃比制御によれば、三元触媒１０におけるＨＣ，ＣＯ酸化機能のみならず、ＮＯｘ還元機能を発揮させつつ、該三元触媒１０の昇温を促進させることができる。
なお、第１空燃比制御では、必ずしも、リーン気筒における燃焼とリッチ気筒における燃焼とが一気筒毎に交互に繰り返される必要はない。つまり、内燃機関１における複数の気筒２のうち、一部の気筒をリーン気筒とし、他の一部の気筒をリッチ気筒としながら内燃機関１が運転されればよい。また、第１空燃比制御において、１番気筒から４番気筒のうち、どの気筒をリーン気筒とし、どの気筒をリッチ気筒とするかは、予め定められている。このとき、常に同一の気筒をリーン気筒とし、常に同一の気筒をリッチ気筒としてもよい。また、第１空燃比制御を実行する毎に、リーン気筒とする気筒およびリッチ気筒とする気筒を変更してもよい。また、第１空燃比制御の実行中に、リーン気筒とする気筒およびリッチ気筒とする気筒を変更してもよい。
本実施例においては、ＥＣＵ２０が、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける燃料噴射弁８からの燃料噴射量を調整し、それによって、リーン気筒の混合気の空燃比をリーン空燃比に制御し、リッチ気筒の混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御することで、本発明に係る第１空燃比制御部が実現される。
（三元触媒の異常診断）
また、本実施例では、ＥＣＵ２０によって三元触媒１０の異常診断が行われる。ＥＣＵ２０は、三元触媒１０の異常診断を行う場合、該三元触媒１０の温度が所定の診断温度以上のときに、全ての気筒２における混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で切り換える第２空燃比制御を実行する。ここで、所定の診断温度は、正常な状態の三元触媒１０が十分に活性化する温度である。このような診断温度は、実験等に基づいて予め定められている。
図２は、三元触媒１０の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行した場合の、気筒２における混合気の空燃比（全ての気筒２における混合気の空燃比）、上流側空燃比センサ１１の検出値、および、下流側空燃比センサ１２の検出値の推移を示すタイムチャートである。図２において、線Ｌ１は気筒２における混合気の空燃比の推移を示しており、線Ｌ２は上流側空燃比センサ１１の検出値の推移を示しており、線Ｌ３は下流側空燃比センサ１２の検出値の推移を示している。なお、図２は、三元触媒１０が正常な状態のときの各値の推移を示している。
第２空燃比制御では、全ての気筒２の燃料噴射弁８からの燃料噴射量を調整することで、図２に示すように全ての気筒２における混合気の空燃比が、所定の目標リーン空燃比と
所定の目標リッチ空燃比との間で切り換えられる。そして、このような気筒２における混合気の空燃比の変動に伴い流入排気の空燃比および流出排気の空燃比も変動する。そのため、上流側空燃比センサ１１の検出値および下流側空燃比センサ１２の検出値も変動する。
このとき、図２の線Ｌ２に示すように、気筒２おける混合気の空燃比が目標リーン空燃比および目標リッチ空燃比の一方から他方に切り換えられると、上流側空燃比センサ１１の検出値がリーン空燃比およびリッチ空燃比の一方から他方に変化する。一方、図２の線Ｌ３に示すように、上流側空燃比センサ１１の検出値がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化したときであっても、下流側空燃比センサ１２の検出値は直ちにリッチ空燃比には変化しない。つまり、下流側空燃比センサ１２の検出値は、リーン空燃比から一旦理論空燃比近傍の値に変化し、ある程度の期間、理論空燃比近傍の値に維持されてからリッチ空燃比に変化する。そして、第２空燃比制御では、下流側空燃比センサ１２の検出値がリッチ空燃比に変化したタイミングで、気筒２おける混合気の空燃比が目標リッチ空燃比から目標リーン空燃比に切り換えられる。
また、図２の線Ｌ３に示すように、上流側空燃比センサ１１の検出値がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化したときであっても、下流側空燃比センサ１２の検出値は直ちにリーン空燃比には変化しない。つまり、下流側空燃比センサ１２の検出値は、リッチ空燃比から一旦理論空燃比近傍の値に変化し、ある程度の期間理論空燃比近傍の値に維持されてからリーン空燃比に変化する。そして、第２空燃比制御では、下流側空燃比センサ１２の検出値がリーン空燃比に変化したタイミングで、気筒２おける混合気の空燃比が目標リーン空燃比から目標リッチ空燃比に切り換えられる。
上記のように、第２空燃比制御が実行された際に、下流側空燃比センサ１２の検出値がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する途中およびリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する途中で一旦理論空燃比近傍の値に維持される期間が生じるのは、流出排気の空燃比の推移は三元触媒１０の酸素吸蔵能力の影響を受けるためである。つまり、流入排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換わると、三元触媒１０に吸蔵されていた酸素が放出される。そのため、この酸素放出期間においては、流出排気の空燃比が理論空燃比近傍に維持される。その結果、下流側空燃比センサ１２の検出値が理論空燃比近傍の値に維持される期間が生じることになる。また、流入排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わると、三元触媒１０に排気中の酸素が吸蔵される。そのため、この酸素吸蔵期間においては、流出排気の空燃比が理論空燃比近傍に維持される。その結果、下流側空燃比センサ１２の検出値が理論空燃比近傍の値に維持される期間が生じることになる。
そして、流入排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換わってからの酸素放出期間における三元触媒１０からの放出酸素量、および、流入排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わってからの酸素吸蔵期間における三元触媒１０への吸蔵酸素量は、該三元触媒１０が有する酸素吸蔵能力である最大酸素吸蔵量と相関がある。そして、三元触媒１０の最大酸素吸蔵量は該三元触媒１０の劣化度合いと相関がある。つまり、三元触媒１０の劣化度合いが高いほど、該三元触媒１０の最大酸素吸蔵量が少なくなる。そこで、ＥＣＵ２０は、三元触媒１０の最大酸素吸蔵量に基づいて、該三元触媒１０の異常診断を行う。
ここで、三元触媒１０の最大酸素吸蔵量の算出手法について図３に基づいて説明する。図３は、三元触媒１０の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行したときの、気筒２における混合気の空燃比（全ての気筒２における混合気の空燃比）、および、上流側空燃比センサ１１の検出値の推移を示すタイムチャートである。図２と同様、図
３において、線Ｌ１は気筒２における混合気の空燃比の推移を示しており、線Ｌ２は上流側空燃比センサ１１の検出値の推移を示している。このとき、気筒２における混合気の空燃比が目標リーン空燃比である期間中における、上流側空燃比センサ１１の検出値と理論空燃比の差の積算値、すなわち、図３に示す領域Ａの面積が、該期間中における三元触媒１０への吸蔵酸素量に比例する。また、気筒２における混合気の空燃比が目標リッチ空燃比である期間中における、上流側空燃比センサ１１の検出値と理論空燃比の差の積算値、すなわち、図３に示す領域Ｂの面積が、該期間中における三元触媒１０からの放出酸素量に比例する。そこで、本実施例では、第２空燃比制御を実行したときに、図３に示す領域Ａに示す面積と、図３に示す領域Ｂに示す面積とを、所定回数繰り返し算出し、その算出値の平均値に基づいて三元触媒１０の最大酸素吸蔵量を算出する。そして、三元触媒１０の異常診断においては、三元触媒１０の最大酸素吸蔵量が所定の閾値よりも小さいときは、該三元触媒１０は異常な状態であると判定する。
なお、下流側空燃比センサ１２に代えてＯ２センサを設けた場合においても、三元触媒１０の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行したときのＯ２センサの検出値の推移は三元触媒１０の酸素吸蔵能力の影響を受けることになる。つまり、気筒２における混合気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられてから、三元触媒１０の下流側に設けられたＯ２センサの検出値がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換わるまでには、酸素放出期間と相関のあるタイムラグが生じる。また、気筒２における混合気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換えられてから、三元触媒１０の下流側に設けられたＯ２センサの検出値がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わるまでには、酸素吸蔵期間と相関のあるタイムラグが生じる。そのため、下流側空燃比センサ１２に代えてＯ２センサを設けた場合も、三元触媒１０の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行したときの、気筒２における混合気の空燃比とＯ２センサの検出値との差の積算値に基づいて、三元触媒１０の最大酸素吸蔵量を算出することができる。そして、算出された三元触媒１０の最大酸素吸蔵量に基づいて、該三元触媒１０の異常診断を行うことができる。
本実施例では、ＥＣＵ２０が、全ての気筒２における混合気の空燃比を所定の目標リーン空燃比と所定の目標リッチ空燃比との間で切り換えることで第２空燃比制御を実行し、さらに、第２空燃比制御を実行した際に算出される三元触媒１０の最大酸素吸蔵量に基づいて該三元触媒１０の異常診断を行うことで、本発明に係る異常診断部が実現される。
（第１空燃比制御の実行途中における異常診断）
上述したとおり、三元触媒１０の異常診断を行う場合、第１空燃比制御とは異なる空燃比制御である第２空燃比制御を実行する必要がある。そのため、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合、該第１空燃比制御の実行を中断して第２空燃比制御を実行する必要がある。ここで、三元触媒１０の異常診断のための第２空燃比制御は、三元触媒１０の温度が診断温度以上のときに実行される。そのため、第１空燃比制御の実行を中断して第２空燃比制御を実行する場合も、三元触媒１０の温度が診断温度以上である必要がある。ただし、内燃機関１の運転状態が同一であれば、第１空燃比制御が実行されているときは第１空燃比制御が実行されていないときに比べて三元触媒１０の温度が高くなる。したがって、第１空燃比制御の実行中において三元触媒１０の温度が診断温度に達していたとしても、第２空燃比制御を実行すべく該第１空燃比制御の実行を中断すると、三元触媒１０の温度が低下することになる。その結果、三元触媒１０の温度が診断温度を下回ると、該三元触媒１０の異常診断を行うことができなくなる。
そこで、本実施例では、第１空燃比制御の実行中において、該第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない該三元触媒１０の温度（つまり、第１空燃比制御が実行されていないと仮定した場合の温度）である基準触媒温度をＥＣＵ２０が推定する。
基準触媒温度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。また、三元触媒１０よりも上流側の排気通路７に流入排気の温度を検出する温度センサが設けられている場合は、該温度センサによって検出される流入排気の温度に基づいて基準触媒温度を推定してもよい。なお、ＥＣＵ２０は、第１空燃比制御の実行中のみならず、内燃機関１の運転中は基準触媒温度を常時推定している。なお、本実施例においては、ＥＣＵ２０が基準触媒温度を推定することで、本発明に係る推定部が実現される。また、ＥＣＵ２０は、第１空燃比制御の実行中においては、基準触媒温度に加え、第１空燃比制御が実行されることによる三元触媒１０の温度上昇分を推定し、この温度上昇分を基準触媒温度に加算することで、現在の三元触媒１０の実際の温度（すなわち、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の実際の温度）を推定する。また、三元触媒１０よりも下流側の排気通路７に流出排気の温度を検出する温度センサが設けられている場合は、該温度センサによって検出される流出排気の温度に基づいて三元触媒１０の実際の温度を推定してもよい。
そして、ＥＣＵ２０は、推定された基準触媒温度が診断温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行する。これによれば、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒１０の温度が診断温度よりも低下してしまうことを抑制することができる。そのため、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することが可能となる。
図４は、本実施例において、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合における、第１空燃比制御実行フラグ、リーン気筒における混合気の空燃比（リーン気筒Ａ／Ｆ）、リッチ気筒における混合気の空燃比（リッチ気筒Ａ／Ｆ）、三元触媒の温度、異常診断要求フラグ、および、第２空燃比制御実行フラグの推移を示すタイムチャートである。ここで、第１空燃比制御実行フラグは、ＥＣＵ２０に記憶されているフラグであり、第１空燃比制御を実行する際にＯＮとなるフラグである。異常診断要求フラグは、ＥＣＵ２０に記憶されているフラグであり、三元触媒１０の異常診断の要求があった場合にＯＮとなるフラグである。なお、「三元触媒１０の異常診断の要求があった場合」とは、換言すれば、三元触媒１０の異常診断の実行条件のうち該三元触媒１０の温度以外の条件が成立した場合のことである。第２空燃比制御実行フラグは、ＥＣＵ２０に記憶されているフラグであり、第２空燃比制御を実行する際にＯＮとなるフラグである。また、リーン気筒は第１空燃比制御の実行時においてリーン気筒となる気筒であり、リッチ気筒は第１空燃比制御の実行時においてリッチ気筒となる気筒である。したがって、第１空燃比制御の実行時以外は、リーン気筒およびリッチ気筒のいずれにおいても混合気の空燃比は同様に推移することになる。また、図４において、線Ｌ４は三元触媒１０の実際の温度の推移を示しており、線Ｌ５は三元触媒１０の基準触媒温度の推移を示している。
図４では、時間ｔ１において、所定の昇温条件が成立することで第１空燃比制御実行フラグがＯＮとなり、第１空燃比制御の実行が開始される。そのため、リーン気筒における混合気の空燃比がリーン空燃比に制御され、リッチ気筒における混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される。この第１空燃比制御の実行が開始されると、線Ｌ４に示すように、三元触媒１０の実際の温度が上昇する。
そして、図４においては、時間ｔ２において異常診断要求フラグがＯＮとなる。この時間ｔ２の時点では、三元触媒１０の実際の温度は診断温度Ｔｃｄ以上となっている。一方、時間ｔ２の時点では、三元触媒１０の基準触媒温度は診断温度Ｔｃｄには達していない。そのため、この時点では、第２空燃比制御は実行されず、第１空燃比制御の実行が継続される。
そして、内燃機関１の運転状態の変化に応じて該内燃機関１から排出される排気の温度が上昇すると、それに伴って三元触媒１０の基準触媒温度も上昇する。その結果、図４で
は、時間ｔ３において三元触媒１０の基準触媒温度が診断温度Ｔｃｄに達する。ただし、本実施例では、時間ｔ３の時点で直ちに第２空燃比制御は実行されず、第１空燃比制御の実行が継続される。そして、時間ｔ３の時点から、三元触媒１０の基準触媒温度が診断温度Ｔｃｄ以上の状態が第１所定期間ｄｔ１の間継続すると、時間ｔ４の時点で第１空燃比制御実行フラグがＯＦＦとなり第２空燃比制御実行フラグがＯＮとなる。つまり、時間ｔ４において、第１空燃比制御の実行が中断され、第２空燃比制御の実行が開始される。そのため、全ての気筒（リーン気筒およびリッチ気筒）における混合気の空燃比がリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切り換えられるように制御される。ここで、第１所定期間ｄｔ１は、三元触媒１０の基準触媒温度が安定して診断温度Ｔｃｄ以上となっていると判断できる期間である。このような第１所定期間ｄｔ１は実験等に基づいて予め定めることができる。なお、第１空燃比制御におけるリーン気筒の混合気の空燃比と、第２空燃比制御における目標リーン空燃比とは、必ずしも同一である必要はない。また、第１空燃比制御におけるリッチ気筒の混合気の空燃比と、第２空燃比制御における目標リッチ空燃比とは、必ずしも同一である必要はない。
そして、時間ｔ４以降において、第２空燃比制御の実行中に、ＥＣＵ２０によって、上述した手法を用いて三元触媒１０の最大酸素吸蔵量が算出される。また、ＥＣＵ２０によって、算出された三元触媒１０の最大酸素吸蔵量に基づく該三元触媒１０の異常診断が行われる。この異常診断が完了すると、時間ｔ５の時点で異常診断要求フラグおよび第２空燃比制御実行フラグがＯＦＦとなる。つまり、第２空燃比制御の実行が停止される。そして、時間ｔ５の時点で第１空燃比制御の実行条件がまだ成立した状態であれば（すなわち、三元触媒１０の昇温要求があれば）、図４に示すように、時間ｔ５において第１空燃比制御実行フラグがＯＮとなる。つまり、時間ｔ５から第１空燃比制御の実行が再開される。一方、時間ｔ５の時点で第１空燃比制御の実行条件が未成立となっていれば（すなわち、三元触媒１０の昇温要求がなくなっていれば）、時間ｔ５以降においても、第１空燃比制御実行フラグはＯＦＦのままに維持される。この場合、内燃機関１において混合気の空燃比を理論空燃比近傍に制御する通常時の空燃比制御が実行される。
（制御フロー）
以下、本実施例に係る第２空燃比制御を実行する際の制御フローについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。図５に示すフローは、ＥＣＵ２０に記憶されており、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。
本フローでは、先ずＳ１０１において、ＥＣＵ２０に記憶されている異常診断要求フラグがＯＮとなっているか否かが判別される。このＳ１０１において否定判定された場合、すなわち、三元触媒１０の異常診断が要求されていない場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次にＳ１０２の処理が実行される。
Ｓ１０２においては、第１空燃比制御の実行中であるか否かが判別される。具体的には、ＥＣＵ２０に記憶されている第１空燃比制御実行フラグがＯＮとなっているか否かが判別される。このＳ１０２において肯定判定された場合、次にＳ１０３の処理が実行される。Ｓ１０３においては、現時点の三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが読み込まれる。なお、上述したように、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅは、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ２０によって常時推定されている。
次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０３で読み込まれた三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが所定の診断温度Ｔｃｄ以上であるか否かが判別される。なお、上述したように診断温度Ｔｃｄは実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。このＳ１０４において否定判定された場合、すなわち、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂ
ａｓｅが診断温度Ｔｃｄに達していない場合、次にＳ１０７の処理が実行される。Ｓ１０７においては、現在実行中の第１空燃比制御が継続される。そして、本フローの実行が一旦終了される。
一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合、次にＳ１０５の処理が実行される。Ｓ１０５においては、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上の状態で第１所定期間ｄｔ１が経過したか否かが判別される。なお、上述したように第１所定期間ｄｔ１は実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。このＳ１０５において否定判定された場合、次にＳ１０７の処理が実行される。つまり、現在実行中の第１空燃比制御が継続される。
一方、Ｓ１０５において肯定判定された場合、次にＳ１０６の処理が実行される。Ｓ１０６においては、第１空燃比制御実行フラグがＯＦＦにされ、第１空燃比制御の実行が中断される。そして、次にＳ１０８の処理が実行される。Ｓ１０８においては、第２空燃比制御実行フラグがＯＮにされ、第２空燃比制御が実行される。第２空燃比制御が実行されると、その実行中に、上述した手法により三元触媒１０の最大酸素吸蔵量が算出される。そして、算出された最大酸素吸蔵量に基づいて三元触媒１０の異常診断が行われる。
また、Ｓ１０２において否定判定された場合、すなわち、異常診断要求フラグがＯＮとなっているときに第１空燃比制御が実行されていない場合、次にＳ１０９およびＳ１１０の処理が実行される。Ｓ１０９においては、現時点の三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが読み込まれる。そして、Ｓ１１０においては、Ｓ１０９で読み込まれた三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上であるか否かが判別される。このＳ１１０において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、Ｓ１１０において肯定判定された場合、次にＳ１０８の処理が実行される。つまり、第２空燃比制御実行フラグがＯＮにされ、第２空燃比制御が実行される。
上記フローによれば、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上となってから第１空燃比制御の実行が中断され第２空燃比制御が実行されることになる。
なお、図４のタイムチャートおよび図５のフローチャートに示すように、本実施例においては、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上の状態が第１所定期間ｄｔ１の間継続してから、第１空燃比制御の実行が中断され、第２空燃比制御が実行される。ただし、このような手順は必須ではない。つまり、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄに達した時点で、第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行してもよい。この場合でも、第１空燃比制御の実行中断後に三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上の状態が維持されていれば、三元触媒１０の異常診断を行うことができる。
また、本実施例においては、三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上の状態で第１所定期間ｄｔ１が経過すると直ちに第１空燃比制御の実行が中断され、第２空燃比制御の実行が開始される。つまり、図４における時間ｔ４の時点で、第１空燃比制御実行フラグがＯＦＦにされ、第２空燃比制御実行フラグがＯＮにされる。しかしながら、必ずしも、第１空燃比制御の実行中断と同時に第２空燃比制御の実行が開始される必要はない。
第１空燃比制御の実行が中断された時点（図４における時間ｔ４）では、三元触媒１０の実際の温度は診断温度Ｔｃｄよりも高くなっている。そして、第１空燃比制御の実行が中断されると、三元触媒１０の実際の温度が低下し始める。そこで、第１空燃比制御の実行を中断した時点から、三元触媒１０の実際の温度が診断温度Ｔｃｄ近傍の温度まで低下
するのを待ってから第２空燃比制御の実行を開始してもよい。この場合、三元触媒１０の異常診断のために第２空燃比制御を実行する際の該三元触媒１０の温度ばらつきを抑制することができる（つまり、第２空燃比制御の実行毎の三元触媒１０の温度が診断温度Ｔｃｄ近傍の範囲内に収まり易くなる。）。そのため、三元触媒１０の異常診断精度を向上させることができる。
（変形例）
次に、本実施例の変形例について説明する。本変形例では、上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断を行うために、三元触媒１０の温度が所定の診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行する。第２空燃比制御を実行した場合、上流側空燃比センサ１１が正常な状態であれば、流入排気の空燃比の変化に応じて該上流側空燃比センサ１１の検出値は図２の線Ｌ２に示すように推移する。一方で、上流側空燃比センサ１１が異常な状態であれば、該上流側空燃比センサ１１の検出値は図２の線Ｌ２とは異なる推移を示すことになる。また、第２空燃比制御を実行した場合、下流側空燃比センサ１２が正常な状態であれば、流出排気の空燃比の変化に応じて該下流側空燃比センサ１２の検出値は図２において線Ｌ３に示すように推移する。一方で、下流側空燃比センサ１２が異常な状態であれば、該下流側空燃比センサ１２の検出値は図２の線Ｌ３とは異なる推移を示すことになる。したがって、第２空燃比制御を実行したときの、それぞれの空燃比センサ１１，１２の検出値の推移の仕方に基づいて、それぞれの空燃比センサ１１，１２の異常診断を行うことができる。
ここで、第２空燃比制御の実行時は、通常時、すなわち、気筒２における混合気の空燃比が理論空燃比近傍に制御されている時よりも、内燃機関１から排出される排気の特性が悪化し易い。そのため、大気中に排出される排気の特性悪化を低減するために、上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断を行うべく第２空燃比制御を実行する場合も、三元触媒１０が十分に活性化している必要がある。また、流入排気の空燃比の推移が同一であっても、三元触媒１０が十分に活性化していない状態では、そもそも、流出排気の空燃比自体の推移が、該三元触媒１０が十分に活性化しているときとは異なるものとなる場合がある。そのため、第２空燃比制御の実行中における下流側空燃比センサ１２の検出値の推移の仕方に基づいて該下流側空燃比センサ１２の異常診断を高精度で行うためには、三元触媒１０が十分に活性化している状態で第２空燃比制御を実行する必要がある。したがって、上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断を行うときには、上述した三元触媒１０の異常診断を行うときと同様、三元触媒１０の温度が診断温度以上のときに第２空燃比制御を実行する。
そして、第１空燃比制御の実行中に上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２の異常診断の要求があった場合、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合と同様、該第１空燃比制御の実行を中断して第２空燃比制御を実行する必要がある。そこで、本変形例においては、ＥＣＵ２０が、第１空燃比制御の実行中に上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断の要求があった場合、三元触媒１０の基準触媒温度が診断温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行する。これによれば、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒１０の温度が診断温度よりも低下してしまうことを抑制することができる。そのため、第１空燃比制御の実行中に上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することが可能となる。
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は上記実施例１に係る構成と同様である。また、本実施例においても、上記実施例１と同様、三元触媒１０の温度を上昇させ
るための所定の昇温条件が成立した場合は第１空燃比制御が実行される。また、三元触媒１０の異常診断を行う場合は第２空燃比制御が実行される。
（第１空燃比制御の実行途中における異常診断）
上記実施例１においては、第１空燃比制御の実行中に、第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない該三元触媒１０の温度である基準触媒温度をＥＣＵ２０よって推定した。そして、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合、ＥＣＵ２０が、推定された基準触媒温度が診断温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行した。これに対し、本実施例においては、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合、ＥＣＵ２０が、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の温度（実際の温度）が所定の中断可能温度以上となってから第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行する。ここで、中断可能温度は診断温度よりも高い温度である。より詳しくは、中断可能温度は、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の温度が該中断可能温度以上であれば、該第１空燃比制御の実行を中断したとしても三元触媒１０の温度が診断温度以上に維持される温度である。
ここで、上述したように、第１空燃比制御の実行が中断されると三元触媒１０の温度は低下する。ただし、第１空燃比制御の実行中の三元触媒１０の温度が十分に高ければ、該第１空燃比制御の実行が中断されて該三元触媒１０の温度が低下した場合であっても、該第１空燃比制御の実行中断後の該三元触媒１０の温度が診断温度以上に維持され得る。つまり、第１空燃比制御の実行中の三元触媒１０の温度が十分に高ければ、該三元触媒１０の基準触媒温度は診断温度以上となっていると考えられる。このように、第１空燃比制御の実行中断後においても三元触媒１０の温度が診断温度以上に維持される、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の温度を、本実施例では中断可能温度として設定する。このような中断可能温度は、実験等に基づいて予め求めることができる。
（制御フロー）
以下、本実施例に係る第２空燃比制御を実行する際の制御フローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６に示すフローは、ＥＣＵ２０に記憶されており、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、本フローにおいて、図５に示すフローにおける処理と同様の処理が行われるステップについては、同様の参照番号を付し、その説明を省略する。
本フローでは、Ｓ１０２において肯定判定された場合、次にＳ２０３の処理が実行される。Ｓ２０３においては、現時点の三元触媒１０の温度Ｔｃが読み込まれる。なお、上述したように、第１空燃比制御実行中における三元触媒１０の実際の温度Ｔｃは、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ２０によって常時推定されている。
次に、Ｓ２０４において、Ｓ２０３で読み込まれた三元触媒１０の温度Ｔｃが所定の中断可能温度Ｔｃｓ以上であるか否かが判別される。なお、上述したように中断可能温度Ｔｃｓは実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。このＳ２０４において否定判定された場合、すなわち、三元触媒１０の温度Ｔｃが中断可能温度Ｔｃｓに達していない場合、次にＳ１０７の処理が実行される。
一方、Ｓ２０４において肯定判定された場合、次にＳ２０５の処理が実行される。Ｓ２０５においては、三元触媒１０の温度Ｔｃが中断可能温度Ｔｃｓ以上の状態で第２所定期間ｄｔ２が経過したか否かが判別される。なお、第２所定期間ｄｔ２は、第１空燃比制御実行中の三元触媒１０の温度が安定して診断温度Ｔｃｄ以上となっていると判断できる期間である。つまり、三元触媒１０の温度Ｔｃが中断可能温度Ｔｃｓ以上の状態が第２所定
期間ｄｔ２以上継続していれば、第１空燃比制御の実行中断後においても三元触媒１０の温度が安定して診断温度以上に維持され得ると判断できる。このような第２所定期間ｄｔ２は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。このＳ２０５において否定判定された場合、次にＳ１０７の処理が実行される。一方、Ｓ２０５において肯定判定された場合、次にＳ１０６の処理が実行される。つまり、第１空燃比制御実行フラグがＯＦＦにされ、第１空燃比制御の実行が中断される。
上記フローによれば、第１空燃比制御の実行中の三元触媒１０の温度Ｔｃが中断可能温度Ｔｃｓ以上となってから第１空燃比制御の実行が中断され第２空燃比制御が実行されることになる。これにより、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒１０の温度が診断温度よりも低下してしまうことを抑制することができる。そのため、第１空燃比制御の実行中に三元触媒１０の異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することが可能となる。
なお、図６に示すフローチャートに示すように、本実施例においては、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の温度Ｔｃが中断可能温度Ｔｃｓ以上の状態が第２所定期間ｄｔ２の間継続してから、該第１空燃比制御の実行が中断され、第２空燃比制御が実行される。ただし、このような手順は必須ではない。つまり、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の温度Ｔｃが中断可能温度Ｔｃｓに達した時点で、該第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行してもよい。この場合でも、第１空燃比制御の実行中断後に三元触媒１０の基準触媒温度Ｔｃｂａｓｅが診断温度Ｔｃｄ以上の状態が維持されていれば、三元触媒１０の異常診断を行うことができる。
（変形例）
また、上記実施例１の変形例のように、第１空燃比制御の実行中に上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断の要求があった場合、第１空燃比制御の実行中における三元触媒１０の温度が中断可能温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断し、第２空燃比制御を実行してもよい。これによれば、第１空燃比制御の実行が中断された後に三元触媒１０の温度が診断温度よりも低下してしまうことを抑制することができる。そのため、上記実施例１の変形例と同様、第１空燃比制御の実行中に上流側空燃比センサ１１または下流側空燃比センサ１２を対象とする異常診断の要求があった場合に、該異常診断をより好適に実行することが可能となる。
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・インテークマニホールド
４ａ・・吸気枝管
５・・・エキゾーストマニホールド
５ａ・・排気枝管
６・・・吸気通路
７・・・排気通路
８・・・燃料噴射弁
１０・・三元触媒
１１・・上流側空燃比センサ
１２・・下流側空燃比センサ
１３・・エアフローメータ
１４・・スロットル弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランク角センサ
２２・・アクセル開度センサ

Claims (4)

  1. 複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、
    各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、
    前記三元触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する上流側センサと、
    前記三元触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する下流側センサと、
    前記三元触媒の温度を上昇させる所定の触媒昇温条件が成立したときに、前記複数の気筒のうちの一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記複数の気筒のうちの他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御する第１空燃比制御を実行する第１空燃比制御部と、
    前記三元触媒、前記上流側センサ、または、前記下流側センサを診断対象とする異常診断を実行する異常診断部であって、該異常診断のために、前記三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに、前記複数の気筒の全てにおける混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で切り換える第２空燃比制御を実行する異常診断部と、
    前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中に、該第１空燃比制御が実行されることによる温度上昇分を含まない前記三元触媒の温度である基準触媒温度を推定する推定部と、を備え、
    前記異常診断部が、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて前記異常診断を実行する場合、前記異常診断部は、前記推定部によって推定された前記三元触媒の前記基準触媒温度が前記診断温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断させ、前記第２空燃比制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記異常診断部が、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて前記異常診断を実行する場合、前記異常診断部は、前記推定部によって推定された前記三元触媒の前記基準触媒温度が前記診断温度以上である状態が第１所定期間以上継続してから該第１空燃比制御の実行を中断させ、前記第２空燃比制御を実行する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、
    各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、
    前記三元触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する上流側センサと、
    前記三元触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比と相関のある物理量を検出する下流側センサと、
    前記三元触媒の温度を上昇させる所定の触媒昇温条件が成立したときに、前記複数の気筒のうちの一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記複数の気筒のうちの他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御する第１空燃比制御を実行する第１空燃比制御部と、
    前記三元触媒、前記上流側センサ、または、前記下流側センサを診断対象とする異常診断を実行する異常診断部であって、該異常診断のために、前記三元触媒の温度が所定の診断温度以上のときに、前記複数の気筒の全てにおける混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で切り換える第２空燃比制御を実行する異常診断部と、を備え、
    前記異常診断部が、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において
    該第１空燃比制御の実行を中断させて前記異常診断を実行する場合、前記異常診断部は、該第１空燃比制御の実行中における前記三元触媒の温度が、前記診断温度よりも高い温度であって、該第１空燃比制御の実行を中断したとしても前記三元触媒の温度が前記診断温度以上に維持される温度である所定の中断可能温度以上となってから該第１空燃比制御の実行を中断させ、前記第２空燃比制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
  4. 前記異常診断部が、前記第１空燃比制御部による前記第１空燃比制御の実行中において該第１空燃比制御の実行を中断させて前記異常診断を実行する場合、前記異常診断部は、該第１空燃比制御の実行中における前記三元触媒の温度が前記中断可能温度以上である状態が第２所定期間以上継続してから該第１空燃比制御の実行を中断させ、前記第２空燃比制御を実行する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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