JP4449818B2 - 触媒劣化判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置に関する。
内燃機関の排気通路に設けられた触媒の酸素吸蔵能（ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity）を算出し、算出した酸素吸蔵能に基づいて触媒の劣化判定を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、空燃比の制御目標値（以下「目標空燃比」という。）を燃料リッチ側（又は燃料リーン側）から燃料リーン側（又は燃料リッチ側）に変化させてから触媒下流の酸素センサの出力が反転するまでの時間に触媒に流入する排気ガスの酸素過剰量又は酸素不足量（以下「酸素過不足量」という。）を算出することで、触媒の酸素吸蔵能が算出される。
特開平６−１５９０４８号公報 特開平６−１２９２８５号公報 特開平５−３１２０２５号公報
しかしながら、触媒の劣化が進行すると、触媒の中央から後部において酸素吸放出反応が十分に進行する前に、酸素センサの出力が反転する事態が生じ得る。
図１４は、触媒の酸素吸蔵反応に伴う温度変化を示す図である。図１４（Ａ）は目標空燃比の設定状態を示す図であり、図１４（Ｂ）は酸素センサ出力の変化を示す図である。図１４（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、それぞれ触媒の前部，中央，後部の温度変化を示す図である。
図１４（Ａ）に示すように目標空燃比を燃料リッチ側の値13.8から燃料リーン側の値15.2に変化させると、触媒において酸素吸蔵反応が進行する。触媒における酸素吸蔵反応は発熱反応である。このため、触媒の前部から後部に酸素吸蔵反応が進行するにつれて、先ず、図１４（Ｃ）に示すように触媒前部で温度上昇ピーク（以下「ピーク」と略する。）P1が生じ、次に、図１４（Ｄ）に示すように触媒中央でピークP2が生じ、その後、図１４（Ｅ）に示すように触媒後部でピークP3が生じる。よって、これらのピークP1〜P3に基づいて、触媒のどの部分まで酸素吸蔵反応が進行しているかを把握することができる。
図１４（Ｅ）に示すように、酸素センサ出力の反転時刻trにおいて、触媒の後部でピークP3は生じていない。よって、触媒の後端まで酸素吸蔵反応が進行する前に、酸素センサ出力が反転していることが分かる。この場合、触媒全体の酸素吸蔵能を算出することができない。
よって、触媒の酸素吸蔵能に基づいて触媒の劣化判定を行う方法では、触媒の劣化判定を精度良く行うことができない。また、劣化度合が大きい触媒を精度良く検出することができない。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の酸素吸蔵能に基づかないで、触媒の劣化判定を高い精度で行うことを目的とする。
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、
前記目標空燃比の変動開始から所定時間が経過するまでに、前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側であると検出された場合に前記触媒が劣化していると判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、第２の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比の変動開始から所定時間を経過した後に、該目標空燃比の変動幅を徐々に小さく変更する空燃比制御手段と、
前記変動幅の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化したと検出されるまでの間に、前記内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
前記吸入空気量演算手段により演算された空気量に基づいて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、第３の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比の変動開始から所定時間を経過した後に、該目標空燃比の変動幅を徐々に大きく変更する空燃比制御手段と、
前記変動幅の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化したと検出されるまでの間に、内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
前記吸入空気量演算手段により演算された空気量に基づいて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、第４の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比の変動開始から所定時間を経過した後に、該目標空燃比の変動周期を徐々に小さく変更する空燃比制御手段と、
前記変動周期の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化したと検出されるまでの間に、前記内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
前記吸入空気量演算手段により演算された空気量に基づいて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、第５の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比の変動開始から所定時間を経過した後に、該目標空燃比の変動周期を徐々に大きく変更する空燃比制御手段と、
前記変動周期の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化したと検出されるまでの間に、前記内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
前記吸入空気量演算手段により演算された空気量に基づいて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、第６の発明は、第２又は第４の発明において、前記触媒劣化判定手段は、前記吸入空気量演算手段により演算された空気量が少ない場合に、該空気量が多い場合に比べて前記触媒の劣化度合が大きいと判定するものであることを特徴とする。
また、第７の発明は、第３又は第５の発明において、前記触媒劣化判定手段は、前記吸入空気量演算手段により演算された空気量が多い場合に、該空気量が少ない場合に比べて前記触媒の劣化度合が大きいと判定するものであることを特徴とする。
また、第８の発明は、第２、第４又は第６の発明において、前記触媒劣化判定手段は、前記変動幅又は変動周期の変更を開始してから所定時間経過後に、前記排気ガスセンサにより検出された空燃比が燃料リッチ側である場合には、前記触媒の劣化度合は小さいと判定するものであることを特徴とする。
また、第９の発明は、第３、第５又は第７の発明において、前記触媒劣化判定手段は、前記変動幅又は変動周期の変更を開始してから所定時間経過後に、前記排気ガスセンサにより検出された空燃比が燃料リーン側である場合には、前記触媒の劣化度合は大きいと判定するものであることを特徴とする。
また、第１０の発明は、第１から第９の何れかの発明において、前記空燃比制御手段は、理論空燃比よりも燃料リッチ側の値を中心として前記目標空燃比を変動させるものであることを特徴とする。
また、第１１の発明は、第１から第１０の何れかの発明において、前記空燃比制御手段は、前記内燃機関に吸入される空気量が所定値以下である場合に、前記目標空燃比を変動させるものであることを特徴とする。
第１の発明によれば、短周期で目標空燃比を変動させることにより、劣化触媒では酸素吸蔵反応のみが見かけ上進行するような環境が作り出される。よって、目標空燃比の変動開始から所定時間が経過するまでに、排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側であると検出されれば、触媒が劣化していると判定することができる。従って、触媒の酸素吸蔵能に基づかないで、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
第２の発明によれば、目標空燃比の変動幅を徐々に小さくすることにより、触媒における酸素放出反応が起こりにくい環境が作り出される。このような環境において触媒下流の空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化した時点を排気ガスセンサにより検出し、この時点までの吸入空気量を演算し、演算した吸入空気量に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかないで、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
第３の発明によれば、目標空燃比の変動幅を徐々に大きくすることにより、触媒における酸素放出反応が起こりやすい環境が作り出される。このような環境において触媒下流の空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化した時点を排気ガスセンサにより検出し、この時点までの吸入空気量を演算し、演算した吸入空気量に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかないで、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
第４の発明によれば、目標空燃比の変動周期を徐々に小さくすることにより、触媒における酸素放出反応が起こりにくい環境が作り出される。このような環境において触媒下流の空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化した時点を排気ガスセンサにより検出し、この時点までの吸入空気量を演算し、演算した吸入空気量に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかないで、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
第５の発明によれば、目標空燃比の変動周期を徐々に大きくすることにより、触媒における酸素放出反応が起こりやすい環境が作り出される。このような環境において触媒下流の空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化した時点を排気ガスセンサにより検出し、この時点までの吸入空気量を演算し、演算した吸入空気量に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかないで、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
第６及び第７の発明によれば、吸入空気量演算手段により演算された吸入空気量に基づいて触媒の劣化度合を精度良く判定することができる。
第８の発明によれば、変動幅又は変動周期の変更開始から所定時間経過しても、排気ガスセンサにより検出される空燃比が燃料リッチ側である場合には、触媒の劣化度合は小さいとみなすことができる。よって、空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化するまで待つことなく、触媒の劣化度合を判定することができる。
第９の発明によれば、変動幅又は変動周期の変更開始から所定時間経過しても、排気ガスセンサにより検出される空燃比が燃料リーン側である場合には、触媒の劣化度合は大きいとみなすことができる。よって、空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化するまで待つことなく、触媒の劣化度合を判定することができる。
第１０の発明によれば、理論空燃比よりも燃料リッチ側の値を中心として目標空燃比の変動が行われる。正常触媒でも、酸素吸蔵反応よりも酸素放出反応の反応速度が若干小さい傾向がある。このため、正常触媒の場合でも、目標空燃比の変動開始後に排気ガスセンサにより検出される空燃比が燃料リーン側になる可能性がある。目標空燃比の変動中心を燃料リッチ側とすることにより、正常触媒の場合には触媒下流の空燃比を確実に燃料リッチ側とすることができる。よって、触媒の劣化判定を更に精度良く行うことができる。
第１１の発明によれば、内燃機関の吸入空気量が所定値以下の場合に、目標空燃比の変動が行われる。内燃機関の吸入空気量が少ない場合には、触媒に流入する排気ガス量が少なくなるのに伴い、触媒に流入する還元ガスの量も少なくなる。これにより、触媒において酸素放出反応が起こりにくい環境にすることができ、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１による内燃機関システムの構成を示す概略図である。本実施の形態１で説明する内燃機関システムは複数の気筒を有しているが、図１にはそのうちの一気筒のみを示している。
図１に示すように、本実施の形態１のシステムは、内部にピストン２を有するシリンダブロック４を備えている。シリンダブロック４には水温センサ６が設けられている。水温センサ６は、冷却水温を検出するように構成されている。
シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド８が組み付けられている。ピストン２上面からシリンダヘッド８までの空間は燃焼室１０を形成している。また、シリンダヘッド８には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。
また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する吸気ポート１４を備えている。吸気ポート１４と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ１６が設けられている。吸気ポート１４には吸気通路２０が接続されている。吸気ポート１４近傍には、該近傍に燃料を噴射するインジェクタ１８が設けられている。吸気通路２０の上流端にはエアクリーナ２２が設けられている。吸気通路２０におけるエアクリーナ２２の下流には、エアフロメータ２４が設けられている。エアフロメータ２４は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ２４の下流にはスロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６の近傍には、スロットルセンサ２７が設けられている。スロットルセンサ２７は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。スロットルバルブ２６の下流にはサージタンク２８が設けられている。
また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する排気ポート３０を備えている。排気ポート３０と燃焼室１０との接続部には排気バルブ３２が設けられている。排気ポート３０には排気通路３４が接続されている。排気通路３４には、触媒３８が設けられている。触媒３８は、燃焼室１０から排出される排気ガスを浄化するように構成されている。排気通路３４における触媒３８の上流には、空燃比センサ３６が設けられている。空燃比センサ３６は、排気空燃比を検出するように構成されている。触媒３８の下流には、酸素センサ４０が設けられている。酸素センサ４０は、空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じて出力信号を反転するように構成されている。触媒３８には、該触媒３８の温度を検出する触媒温度センサ４２が設けられている。
また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、点火プラグ１２、インジェクタ１８、スロットルバルブ２６等が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、水温センサ６、エアフロメータ２４、スロットルセンサ２７、空燃比センサ３６、酸素センサ４０、触媒温度センサ４２のほか、クランク角センサ４４が接続されている。クランク角センサ４４は、クランク軸４６の回転角度を検出するように構成されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。
また、ＥＣＵ５０は、水温センサ６の出力に基づいて、内燃機関の暖機が完了しているか否かを判別する。また、ＥＣＵ５０は、触媒温度センサ４２の出力に基づいて、触媒３８の暖機が完了しているか否かを判別する。
また、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４４の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。
また、ＥＣＵ５０は、定常運転か否かを判定する。定常運転か否かは、例えば、吸入空気量Ga、機関回転数NE、スロットル開度TA、アクセル開度等のパラメータにより、判定することができる。
また、ＥＣＵ５０は、後述するように、目標空燃比を制御し、そのときの酸素センサ４０の出力（以下「酸素センサ出力」という。）に基づいて触媒３８の劣化判定を行う。
［実施の形態１の特徴］
図２は、触媒における酸素吸蔵反応及び酸素放出反応を示す概念図である。図２に示すように、触媒３８に燃料リーンな排気ガスが流入すると、この排気ガス中の過剰な酸素が触媒担体（例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｃｅのような貴金属により構成される）３８ａにより吸蔵される。一方、触媒３８に燃料リッチな排気ガス、つまり、還元ガス（例えば、ＣＯ，ＨＣ）が流入すると、この還元ガスは触媒担体３８ａから放出された酸素により酸化され、ＣＯ２又はＨ２Ｏとして排出される。
ところで、触媒における酸素放出反応の反応速度よりも酸素吸蔵反応の反応速度の方が大きいことが知られている。この傾向は、触媒の劣化度合が大きいほど顕著になる。すなわち、上記触媒担体３８ａがシンタリング等により劣化すると、触媒３８における酸素放出反応の反応速度が大幅に低下する。このため、劣化した触媒（以下「劣化触媒」という。）では、酸素吸蔵反応の反応速度に比べて酸素放出反応の反応速度が非常に小さくなる。よって、目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに短周期で変動させると、劣化触媒においては酸素吸蔵反応のみが進行しているように擬制できる。そうすると、該劣化触媒に吸蔵される酸素量はやがて飽和量に達し、劣化触媒から燃料リーンな排気ガスが吹き抜けるため、酸素センサ出力はリーン出力となる。
本発明者は、目標空燃比を変動させてから所定時間経過後の酸素センサ出力を調査した。この調査は、目標空燃比の変動周期を短周期から長周期まで変化させ、各変動周期について行った。また、この調査は、劣化度合が大，中，小の各触媒に対して行った。その調査結果を、図３に示す。図３は、目標空燃比の変動周期と、目標空燃比の変動開始から所定時間経過後の酸素センサ出力との関係を示す図である。ここで、目標空燃比の変動中心は弱燃料リッチ側の値14.55とし、変動幅は変動中心値の±５％とした。
図３に示すように、目標空燃比の変動周期を長周期に設定したときは、触媒の劣化が中程度である場合の酸素センサ出力と、触媒の劣化が大きい場合の酸素センサ出力との差が小さい。このため、劣化が大きい触媒を精度良く検出することは難しい。しかし、変動周期を短周期にすることにより、触媒の劣化が中程度である場合の酸素センサ出力と、触媒の劣化が大きい場合の酸素センサ出力との差が大きくなる。よって、劣化が大きい触媒を精度良く検出することが可能である。
図４は、本実施の形態１における触媒劣化判定方法を示す図である。具体的には、図４（ａ）は目標空燃比の変動を示す図であり、図４（ｂ）は目標空燃比の変動開始から所定時間経過後の酸素センサ出力の状態を示す図である。
図４（ａ）に示すように目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる。ここで、目標空燃比の変動周期eabyfrefciは、正常な触媒（以下「正常触媒」という。）の酸素吸蔵能（ＯＳＣ）が破綻する周期に比して十分に短い周期であり、例えば、0.5Hz以上の値である。また、変動中心eabyfrefcは、例えば、値14.55であり、変動幅eabyfrefdは、例えば、0.1以上0.5以下の値である。
このように目標空燃比を短周期で変動させると、それに伴い触媒に流入する排気ガスの空燃比が変動する。このため、触媒において酸素吸蔵反応と酸素放出反応が交互に起こる。上述したように、劣化触媒の場合には、酸素吸蔵反応に比べて酸素放出反応の反応速度が非常に低いため、見かけ上、酸素吸蔵反応のみが進行する。よって、劣化触媒の場合、正常触媒に比して早期に吸蔵酸素量が飽和量に達し、触媒を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側になる。従って、目標空燃比の変動開始から所定時間経過後の酸素センサ出力は、図４（ｂ）に示すように、劣化触媒の場合はリーン出力であるのに対し、正常触媒の場合はリッチ出力である。
従って、本実施の形態１によれば、目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに短周期で変動させて、その変動開始から所定時間経過後の酸素センサ出力に基づいて触媒の劣化を判定することができる。よって、触媒の酸素吸蔵能を算出する必要がないため、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、本実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。
図５に示すフローによれば、先ず、内燃機関及び触媒３８の暖機が完了しているか否かを判別する（ステップ１００）。ステップ１００で暖機が完了していると判別された場合には、触媒劣化判定制御を実行可能であるか否か、具体的には、目標空燃比を精度良く制御可能な定常運転であるか否かを判別する（ステップ１０２）。定常運転であるか否かは、吸入空気量Gaやアクセル開度等に基づいて判別することができる。ステップ１００で暖機が未完了であると判別された場合、及び、ステップ１０２で触媒劣化判定制御を実行可能ではないと判別された場合には、本制御を終了する。この場合、触媒３８の劣化判定制御を精度良く行うことができないと判断される。
ステップ１０２で触媒劣化判定制御を実行可能であると判別された場合には、目標空燃比の変動を開始する（ステップ１０４）。このステップ１０４において、目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に短周期で変動させるため、ＥＣＵ５０は、予め設定された変動中心eabyfrefc、変動幅eabyfrefd及び変動周期eabyfrefciの値を読み込む。
ここで、変動中心eabyfrefcは、理論空燃比よりも弱燃料リッチ側の値（例えば、値14.55）に設定することが好適である。正常触媒の場合でも、酸素吸蔵反応よりも酸素放出反応の反応速度の方が若干早いため、酸素センサ出力がリーン出力となる場合がある。本ルーチンでは、酸素センサ出力がリーン出力のときに、劣化触媒であると判定する（後述のステップ１０８）。このため、変動中心eabyfrefcを弱燃料リッチ側の値とすることにより、正常触媒の場合は酸素センサ出力をリッチ出力とすることができ、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。また、変動幅eabyfrefdは、例えば、0.1以上0.5以下の値が好適である。また、変動周期eabyfrefciは、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分短い周期であり、例えば、0.5Hz以上の値が好適である。
このように目標空燃比を短周期で変動させると、触媒に燃料リーンな排気ガスと燃料リッチな排気ガスとが短周期で交互に流入し、酸素吸蔵反応と酸素放出反応が短周期で交互に起こる。しかし、劣化触媒では酸素放出反応の反応速度が大幅に低下するため、見かけ上、酸素吸蔵反応のみが進行する。すなわち、劣化触媒では、目標空燃比の変動開始後から酸素が吸蔵され続ける。
次に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１０５）。このステップ１０５では、触媒３８の酸素吸蔵能がゼロに近い状態、すなわち、触媒３８の異常劣化が起こっているか否かを判別する。酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒３８が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１１０）、劣化判定制御を終了する（ステップ１１２）。
一方、ステップ１０５で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒３８が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動開始後に内燃機関に吸入された空気量（以下「積算吸入空気量」という。）egasamが設定値egasam0よりも大きいか否かを判別する。ここで、ＥＣＵ５０は、本ルーチンとは別のルーチンによって、目標空燃比の変動開始後、内燃機関に吸入された空気量を積算している。ＥＣＵ５０は、この積算された空気量を、上記積算吸入空気量egasamとして読み込んでいる。また、設定値egasam0は、触媒サイズ等を考慮して車輌毎に設定された値である。
このステップ１０６では、目標空燃比の変動の影響が触媒３８及び酸素センサ出力に反映されたと推定されるか否かが判別される。より具体的には、目標空燃比の変動を開始してから劣化触媒において酸素が吸蔵され続けた場合に、劣化触媒の吸蔵酸素量が飽和量に達するのに十分な排気ガスが内燃機関から排出されたと推定されるか否かが判別される。
上記ステップ１０６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0以下であると判別された場合、つまり、目標空燃比の変動の影響が触媒３８及び酸素センサ出力に反映されていないと推定される場合には、ステップ１０２の処理を再度実行する。
一方、ステップ１０６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいと判別される場合、つまり、目標空燃比の変動の影響が触媒に反映されたと推定される場合には、一定時間における平均の酸素センサ出力gaoxsavが、劣化判定基準値gaoxsav0よりも小さいか否かが判別される（ステップ１０８）。つまり、このステップ１０８では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるか否かが判別される。また、劣化判定基準値gaoxsav0は、車輌毎に設定された値である。
上記ステップ１０８で平均酸素センサ出力gaoxsavが劣化判定基準値gaoxsav0よりも小さいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、触媒に飽和量の酸素が吸蔵されていると判断される。すなわち、触媒が劣化しているため、触媒において酸素吸蔵反応のみが見かけ上進行し、酸素吸蔵量が飽和量に達したと判断される。この場合、目標空燃比の変動を中止すると共に、触媒の劣化を車輌運転者に知らせるために車内に設けられたチェックランプを点灯し（ステップ１１０）、触媒劣化判定制御を終了する（ステップ１１２）。
一方、ステップ１０８で平均酸素センサ出力gaoxsavが劣化判定基準値gaoxsav0以上であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側でないと判別された場合には、酸素吸蔵量が飽和量に達していないと判断される。すなわち、触媒が劣化していないため、触媒において酸素吸蔵反応のみが見かけ上進行せず、触媒の酸素吸蔵能が破綻していないと判断される。この場合、チェックランプを点灯することなく、目標空燃比の変動制御を中止して、触媒劣化判定制御を終了する（ステップ１１２）。
以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、目標空燃比を短周期で変動させ、その変動開始後の積算吸入空気量egasamが所定量egasam0に達した時点を検出し、その時点における酸素センサ出力gaoxsavが燃料リーン側である場合に触媒が劣化していると判定することができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかずに、触媒の劣化判定を精度良く実行することができる。すなわち、酸素吸蔵能を算出せずとも、劣化触媒を検出することができる。
さらに、本ルーチンによれば、目標空燃比の変動中心を理論空燃比よりも燃料リッチ側にすることにより、正常触媒の場合の酸素センサ出力をリッチ出力とすることができる。よって、酸素センサ出力がリーン出力である場合には、確実に触媒が劣化していると判定することができる。従って、誤判定を防止することができ、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。
ところで、本実施の形態１では、目標空燃比の変動開始に当たって、暖機が完了していることと（ステップ１００）、定常運転であること（ステップ１０２）を条件としているが、さらに、吸入空気量が所定値以下であることを条件に加えてもよい。吸入空気量が少ない場合（例えば、10g/sec以下の場合）には、触媒３８に流入する排気ガス量が少なくなり、触媒３８に流入する還元ガスの量も少なくなる。よって、触媒において酸素放出反応がより少ない条件で、触媒劣化判定制御を実行することができるため、触媒の劣化判定を更に精度良く行うことができる。（後述する他の実施の形態についても同様。）
また、本実施の形態１では、触媒下流の空燃比を酸素センサ４０により検出しているが、触媒下流の空燃比を空燃比センサにより検出するシステムを用いることができる。この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。（後述する他の実施の形態についても同様。）
また、本実施の形態１では、目標空燃比の変動幅eabyfrefdの具体的数値として0.1以上0.5以下の値を挙げているが、この数値に限られず、本発明の本質を逸脱しない範囲で変更してもよい。触媒サイズ等に応じて、車輌毎に適宜設定することができる。
また、本実施の形態１では、目標空燃比の変動周期eabyfrefciの具体的数値として0.5Hz以上の値を挙げているが、この数値に限られず、本発明の本質を逸脱しない範囲で変更してもよい。変動周期は、劣化触媒（劣化度が大きい触媒）において酸素吸蔵反応と酸素放出反応の反応速度差が所定値以上、つまり、劣化触媒において酸素吸蔵反応のみが進行していると擬制できる状態とすることができる数値であればよい。このような状態とすることにより、劣化度が中程度の触媒と、劣化度が大きい触媒を精度良く識別することができる。変動周期を少なくとも正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期とすることにより、上述のような状態とすることができる。
尚、本実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０４の処理を実行することにより第１の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第１の発明における「触媒劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。
実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
［実施の形態２の特徴］
図６は、本実施の形態２における触媒劣化判定方法を示す図である。具体的には、図６（ａ）は目標空燃比の変動を示す図であり、図６（ｂ）は目標空燃比の変動に伴う酸素センサ出力の変化を示す図である。
先ず、実施の形態１と同様に、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分に短い周期で目標空燃比を変動させる。本実施の形態２では、変動開始から一定時間経過後、図６（ａ）に示すように、目標空燃比の変動幅を徐々に小さくする。ここで、目標空燃比の変動幅が小さいほど、触媒３８に流入する還元ガスの濃度が低くなるため、触媒３８から酸素が放出されにくい環境となる。このような環境とすることで、劣化触媒だけでなく正常触媒も、やがては酸素吸蔵能が破綻し、触媒を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側になる。但し、上述したように、正常触媒よりも劣化触媒の方が酸素放出反応の反応速度の低下が大きい、すなわち、劣化触媒の方が酸素吸蔵反応と酸素放出反応の反応速度差が大きい。このため、正常触媒よりも劣化触媒の方が早期に酸素吸蔵能が破綻する。その結果、図６（ｂ）に示すように、劣化触媒の場合の酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力に反転した時刻ｔ１の方が、正常触媒の場合の反転時刻ｔ２よりも早くなる。また、酸素センサ出力の反転時刻は、触媒の劣化度合が小さい場合に比べて該劣化度合が大きい場合の方が早くなる。
従って、本実施の形態２によれば、目標空燃比の変動幅を徐々に小さくし、酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力に反転した時点を検出することにより、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、酸素センサ出力の反転時点に基づいて、触媒の劣化度合を精度良く検出することができる。
［実施の形態２における具体的処理］
図７は、本実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。
図７に示すフローによれば、先ず、実施の形態１と同様に、ステップ１００で暖機が完了していると判別され、ステップ１０２で触媒劣化判定制御を実行可能であると判別された場合には、目標空燃比の変動を開始する（ステップ１０４）。
次に、図５に示すフローのステップ１０５と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１１４）。このステップ１１４で酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒３８が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１３６）、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１１４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒３８が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいか否かを判別する（ステップ１１６）。ＥＣＵ５０は、実施の形態１と同様に、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１１６では、触媒の状態を安定させるため、一定量の排気ガスが触媒に流入したか否かが判別される。よって、この設定値egasam1は、図５に示すフローのステップ１０６で用いられる設定値egasam0よりも小さい値である。また、設定値egasam1は、触媒サイズ等を考慮して車輌毎に設定された値である。
ステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1以下であると判別された場合、つまり、一定量の排気ガスが触媒３８に流入していないと判別された場合には、ステップ１０２の処理を再度実行する。
上記ステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいと判別される場合、一定量の排気ガスが触媒に流入したと判別される場合には、ステップ１０２の処理と同様に、吸入空気量Gaやアクセル開度等に基づいて触媒劣化判定制御を継続可能であるか否かが判別される（ステップ１１８）。このステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能でないと判別された場合には、本制御を終了する。
ステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能であると判別された場合には、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいか否かが判別される（ステップ１２０）。このステップ１２０では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であるか否かが判別される。このステップ１２０で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以下であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、触媒の酸素吸蔵能が早期に破綻していると判断される。この場合も触媒の劣化が大きいと判断されるため、車内に設けられたチェックランプを点灯する（ステップ１３６）。
上記ステップ１２０で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であると判別された場合には、目標空燃比の変動幅eabyfrefdの減衰を開始する（ステップ１２２）。このステップ１２２において、ＥＣＵ５０は、予め設定された変動幅の減衰速度eabyfrefgdの値を読み込む。目標空燃比の変動幅を減衰させることにより、触媒３８に流入する還元ガスの濃度が低くなるため、触媒３８において酸素放出反応が起こりにくい環境が作り出される。
次に、上記ステップ１１４の処理と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４で酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯する（ステップ１３６）。
一方、ステップ１２４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していないと判別される場合には、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいか否かが判別される（ステップ１２６）。このステップ１２６では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるか否かが判別される。ステップ１２６で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以上であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側ではなく燃料リッチ側であると判別された場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２８）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１２８では、正常触媒であると判断できるまで目標空燃比の変動幅が十分小さくなっているか否かが判別される。また、設定値egasam0は、触媒サイズ等を考慮して車輌毎に設定された値である。
ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0以下であると判別された場合、つまり、目標空燃比の変動幅が十分小さくなっていないと判別された場合には、ステップ１１８の処理を再度実行する。一方、ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいと判別された場合には、目標空燃比の変動幅が十分小さくなっていると判断される。すなわち、目標空燃比の変動幅が十分小さいにも関わらず、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であるため、触媒の劣化度合が小さいと判断される。この場合、酸素センサ出力gaoxsが設定値gaoxs0よりも小さくなるまで待つことなく、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化するまで待つことなく、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
上記ステップ１２６で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、目標空燃比の変動幅の減衰を開始してから、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいと判別されるまでの積算吸入空気量egasum1を算出する（ステップ１３０）。ここで、ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasum1として読み込むことができる。
次に、ＥＣＵ５０内に予め記憶されたマップを参照して、算出した積算吸入空気量egasum1に応じた触媒の劣化度合を算出する（ステップ１３２）。該マップにおいて、積算吸入空気量egasum1が小さいほど、触媒劣化度合が大きくなるように設定されている。これにより、積算吸入空気量egasum1に基づいて触媒の劣化度合を精度良く求めることができる。
さらに、積算吸入空気量egasum1が触媒劣化判定基準値egasumnよりも小さいか否かを判別する（ステップ１３４）。触媒劣化判定基準値egasumnは、触媒サイズ等を考慮して車輌毎に設定された値である。このステップ１３４で積算吸入空気量egasum1が触媒劣化判定基準値egasumnよりも小さいと判別された場合には、触媒の劣化が大きいと判断される。この場合、車内に設けられたチェックランプを点灯し（ステップ１３６）、その後、触媒劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１３４で積算吸入空気量egasum1が触媒劣化判定基準値egasumn以上であると判別された場合には、触媒の劣化が許容範囲内であると判断される。この場合、チェックランプを点灯することなく、触媒劣化判定制御を中止する（ステップ１３８）。
以上説明したように、図７に示すルーチンによれば、目標空燃比の変動幅eabyfrefdを徐々に減衰させ、減衰開始から酸素センサ出力goxsが反転するまでの積算吸入空気量egasum1を算出し、この算出した積算吸入空気量egasum1に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかずに、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、劣化度合の大きい触媒を精度良く検出することができる。
尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０４，１２２の処理を実行することにより第２の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ１３０の処理を実行することにより第２の発明における「吸入空気量演算手段」が、ステップ１３４の処理を実行することにより第２の発明における「触媒劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、ステップ１３２の処理を実行することにより第６の発明における「触媒劣化判定手段」が実現されている。
実施の形態３．
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
［実施の形態３の特徴］
図８は、本実施の形態３における触媒劣化判定方法を示す図である。具体的には、図８（ａ）は目標空燃比の変動を示す図であり、図８（ｂ）は目標空燃比の変動に伴う酸素センサ出力の変化を示す図である。
上記実施の形態２では、目標空燃比の変動幅を徐々に小さくすることにより、徐々に触媒から酸素が放出されにくい環境とし、酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力に反転した時点を検出した。
本実施の形態３では、先ず、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分に短い周期で、かつ、実施の形態１における目標空燃比の変動幅よりも小さい変動幅で、目標空燃比を変動させる。上述したように、目標空燃比の変動幅が小さいほど、触媒に流入する還元ガスの濃度が低くなるため、触媒から酸素が放出されにくい環境となる。このため、劣化触媒だけでなく正常触媒の場合も、酸素吸蔵能が破綻して、酸素センサ出力がリーン出力となる。このように酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力となった後、つまり、目標空燃比の変動開始から一定時間経過後、図８（ａ）に示すように、目標空燃比の変動幅を徐々に大きくする。このように変動幅を徐々に大きくすることにより、徐々に触媒から酸素が放出されやすい環境が作り出される。よって、触媒における酸素放出反応の反応速度が徐々に高くなる。正常触媒よりも劣化触媒の方が酸素放出反応の反応速度が低い、すなわち、劣化触媒よりも正常触媒の方が酸素吸蔵反応と酸素放出反応の反応速度差が小さい。このため、劣化触媒よりも正常触媒の方が早期に酸素吸蔵能の破綻が解消する。その結果、図８（ｂ）に示すように、正常触媒の場合の酸素センサ出力がリーン出力からリッチ出力に反転した時刻ｔ３の方が、劣化触媒の場合の反転時刻ｔ４よりも早くなる。また、酸素センサ出力の反転時刻は、触媒の劣化度合が大きい場合に比べて該劣化度合が小さい場合の方が早くなる。
従って、本実施の形態３によれば、目標空燃比の変動幅を徐々に大きくし、酸素センサ出力がリーン出力からリッチ出力になった時点を検出することにより、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、酸素センサ出力の反転時点に基づいて、触媒の劣化度合を精度良く検出することができる。
［実施の形態３における具体的処理］
図９は、本実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。
図９に示すフローによれば、先ず、実施の形態１と同様に、ステップ１００で暖機が完了していると判別され、ステップ１０２で触媒劣化判定制御を実行可能であると判別された場合には、目標空燃比の変動を開始する（ステップ１０４）。ここで、ＥＣＵ５０により読み込まれる変動幅eabyfrefdは、図５のフローのステップ１０４で読み込まれる変動幅よりも小さい値である。これにより、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分に短い周期で、かつ、実施の形態１における変動幅よりも小さい変動幅で目標空燃比が制御される。
次に、実施の形態２と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１１４）。このステップ１１４で、酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１３６）、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１１４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいか否かを判別する（ステップ１１６）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1以下であると判別された場合、つまり、触媒の状態を安定させるために必要な一定量の排気ガスが触媒に流入していないと判別された場合には、ステップ１０２の処理を再度実行する。
上記ステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいと判別される場合、つまり、一定量の排気ガスが触媒に流入したと判別される場合には、触媒劣化判定制御を継続可能であるか否かが判別される（ステップ１１８）。このステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能でないと判別された場合には、本制御を終了する。
ステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能であると判別された場合には、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいか否かが判別される（ステップ１２１）。このステップ１２１では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるか否かが判別される。ここで、上記ステップ１０４において変動幅が小さく設定されているため、触媒において酸素放出反応が非常に起こりにくい環境が作り出されている。よって、通常は、劣化触媒だけでなく正常触媒である場合も、触媒における酸素放出反応の反応速度が大幅に低下するため、触媒を流通する排気ガスの空燃比は燃料リーン側となり、酸素センサ出力gaoxsは基準値gaoxs0よりも小さくなる。
このステップ１２１で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以上であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であると判別された場合には、該空燃比を燃料リッチ側から燃料リーン側に変化させるためにステップ１０２の処理を再度実行する。
上記ステップ１２１で酸素センサ出力gaoxsが劣化判定基準値gaoxs0よりも小さいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、目標空燃比の変動幅eabyfrefdの増幅を開始する（ステップ１４０）。このステップ１４０において、ＥＣＵ５０は、予め設定された変動幅の増幅速度eabyfrefguの値を読み込む。目標空燃比の変動幅を増幅することにより、触媒３８に流入する還元ガスの濃度が高くなるため、触媒３８において酸素放出反応が起こりやすい環境となる。
次に、上記ステップ１１４の処理と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４で酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯する（ステップ１３６）。
一方、ステップ１２４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していないと判別される場合には、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいか否かが判別される（ステップ１４２）。このステップ１４２では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であるか否かが判別される。ステップ１４２で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以下であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側ではなく燃料リーン側であると判別された場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２８）。このステップ１２８では、触媒が劣化していると判断できるまで目標空燃比の変動幅が十分大きくなっているか否かが判別される。
ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0以下であると判別された場合、つまり、目標空燃比の変動幅が十分大きくなっていないと判別された場合には、ステップ１１８の処理を再度実行する。
一方、ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいと判別された場合には、目標空燃比の変動幅が十分大きくなっていると判断される。すなわち、目標空燃比の変動幅が十分大きいにも関わらず、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるため、触媒の劣化度合が大きいと判断される。この場合、酸素センサ出力gaoxsが設定値gaoxs0よりも大きくなるまで待つことなく、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側に反転するまで待つことなく、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１３６）、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
上記ステップ１４２で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であると判別された場合には、目標空燃比の変動幅の増幅を開始してから、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいと判別されるまでの積算吸入空気量egasum2を算出する（ステップ１４４）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasum2として読み込むことができる。
次に、ＥＣＵ５０内に予め記憶されたマップを参照して、積算吸入空気量egasum2に応じた触媒の劣化度合を算出する（ステップ１４６）。該マップにおいて、積算吸入空気量egasum2が大きいほど、触媒劣化度合が大きくなるように設定されている。これにより、積算吸入空気量egasum2に基づいて触媒の劣化度合を精度良く求めることができる。
さらに、積算吸入空気量egasum2が触媒劣化判定基準値egasumnよりも大きいか否かを判別する（ステップ１４８）。このステップ１４８で積算吸入空気量egasum2が触媒劣化判定基準値egasumnよりも大きいと判別された場合には、触媒の劣化が大きいと判断される。この場合、車内に設けられたチェックランプを点灯し（ステップ１３６）、その後、触媒劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１４８で積算吸入空気量egasum2が触媒劣化判定基準値egasumn以下であると判別された場合には、触媒の劣化が許容範囲内であると判断される。この場合、チェックランプを点灯することなく、触媒劣化判定制御を中止する（ステップ１３８）。
以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、目標空燃比の変動幅eabyfrefdを徐々に増幅させ、増幅開始から酸素センサ出力が反転するまでの積算吸入空気量egasum2を算出し、この算出した積算吸入空気量に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかずに、触媒３８の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、劣化度合の大きい触媒を精度良く検出することができる。
尚、本実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０４，１４０の処理を実行することにより第３の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ１４４の処理を実行することにより第３の発明における「吸入空気量演算手段」が、ステップ１４８の処理を実行することにより第３の発明における「触媒劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、ステップ１３２の処理を実行することにより第７の発明における「触媒劣化判定手段」が実現されている。
実施の形態４．
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
［実施の形態４の特徴］
図１０は、本実施の形態４における触媒劣化判定方法を示す図である。具体的には、図１０（ａ）は目標空燃比の変動を示す図であり、図１０（ｂ）は目標空燃比の変動に伴う酸素センサ出力の変化を示す図である。
本実施の形態４では、先ず、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分に短く、かつ、実施の形態１における変動周期よりも長い周期で目標空燃比を変動させる。目標空燃比の変動周期が長いほど、触媒に流入する還元ガスの量が多くなるため、触媒から酸素が放出されやすい環境となる。そして、変動開始から一定時間経過後、図１０（ａ）に示すように、目標空燃比の変動周期を徐々に短くする。このように変動周期を徐々に短くすることにより、触媒に流入する還元ガスの量が少なくなるため、触媒から酸素がより放出されにくい環境が作り出される。このような環境とすることで、劣化触媒だけでなく正常触媒も、やがては酸素吸蔵能が破綻し、触媒を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側になる。但し、上述したように、正常触媒よりも劣化触媒の方が酸素放出反応の反応速度の低下が大きい、すなわち、正常触媒よりも劣化触媒の方が酸素吸蔵反応と酸素放出反応の反応速度差が大きい。このため、正常触媒よりも劣化触媒の方が早期に酸素吸蔵能が破綻する。その結果、図１０（ｂ）に示すように、劣化触媒の場合の酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力に反転した時刻ｔ５の方が、正常触媒の場合の反転時刻ｔ６よりも早くなる。また、酸素センサ出力の反転時刻は、触媒の劣化度合は小さい場合に比べて該劣化度合が大きい場合の方が早くなる。
従って、本実施の形態４によれば、目標空燃比の変動周期を徐々に短くし、酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力に反転した時点を検出することにより、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、酸素センサ出力の反転時点に基づいて、触媒の劣化度合を精度良く検出することができる。
［実施の形態４における具体的処理］
図１１は、本実施の形態４において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。
図１１に示すフローによれば、先ず、実施の形態１と同様に、ステップ１００で暖機が完了していると判別され、ステップ１０２で触媒劣化判定制御を実行可能であると判別された場合には、目標空燃比の変動を開始する（ステップ１０４）。ここで、ＥＣＵ５０により読み込まれる変動周期eabyfrefciは、図５のフローのステップ１０４で読み込まれる変動周期よりも長い値である。これにより、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分に短く、かつ、実施の形態１における変動周期よりも長い変動周期で目標空燃比が制御される。
次に、実施の形態２と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１１４）。このステップ１１４で、酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒３８が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１３６）、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１１４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒３８が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいか否かを判別する（ステップ１１６）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1以下であると判別された場合、つまり、触媒の状態を安定させるために必要な一定量の排気ガスが触媒に流入していないと判別された場合には、ステップ１０２の処理を再度実行する。
上記ステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいと判別される場合、つまり、一定量の排気ガスが触媒に流入したと判別される場合には、触媒劣化判定制御を継続可能であるか否かが判別される（ステップ１１８）。このステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能でないと判別された場合には、本制御を終了する。
ステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能であると判別された場合には、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいか否かが判別される（ステップ１２０）。このステップ１２０では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であるか否かが判別される。このステップ１２０で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以下であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、触媒の酸素吸蔵能が早期に破綻したと判断される。この場合も触媒の劣化が大きいと判断されるため、車内に設けられたチェックランプを点灯する（ステップ１３６）。
上記ステップ１２０で酸素センサ出力gaoxsが劣化判定基準値gaoxs0よりも大きいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であると判別された場合には、目標空燃比の変動周期eabyfrefciの減衰を開始する（ステップ１５０）。このステップ１５０において、ＥＣＵ５０は、予め設定された変動周期の減衰速度eabyfrefcdの値を読み込む。目標空燃比の変動周期を減衰させることにより、触媒３８に流入する還元ガスの量が少なくなるため、触媒３８において酸素放出反応が起こりにくい環境となる。
次に、上記ステップ１１４の処理と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４で酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯する（ステップ１３６）。
一方、ステップ１２４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動周期の減衰を開始した後における酸素センサ出力gaoxsが、基準値gaoxs0よりも小さいか否かが判別される（ステップ１５２）。このステップ１５２では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるか否かが判別される。ステップ１５２で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以上であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側ではなく燃料リッチ側であると判別された場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２８）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１２８では、正常触媒であると判断できるまで目標空燃比の変動周期が十分短くなっているか否かが判別される。
ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0以下であると判別された場合、つまり、目標空燃比の変動周期が十分短くなっていないと判別された場合には、ステップ１１８の処理を再度実行する。
一方、ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいと判別された場合には、目標空燃比の変動周期が十分短くなっていると判断される。すなわち、目標空燃比の変動周期が十分短いにも関わらず、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であるため、触媒の劣化度合が小さいと判断される。この場合、酸素センサ出力gaoxsが設定値gaoxs0よりも小さくなるまで待つことなく、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化するまで待つことなく、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
上記ステップ１５２で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、目標空燃比の変動周期の減衰を開始してから、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいと判別されるまでの積算吸入空気量egasum3を算出する（ステップ１５４）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasum3として読み込むことができる。
次に、ＥＣＵ５０内に予め記憶されたマップを参照して、積算吸入空気量egasum3に応じた触媒の劣化度合を算出する（ステップ１５６）。該マップにおいて、積算吸入空気量egasum3が小さいほど、触媒劣化度合が大きくなるように設定されている。これにより、積算吸入空気量egasum3に基づいて触媒の劣化度合を精度良く求めることができる。
さらに、積算吸入空気量egasum3が触媒劣化判定基準値egasumnよりも小さいか否かを判別する（ステップ１５８）。このステップ１５８で積算吸入空気量egasum3が触媒劣化判定基準値egasumnよりも小さいと判別された場合には、触媒が劣化していると判断される。この場合、車内に設けられたチェックランプを点灯し（ステップ１３６）、その後、触媒劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１５８で積算吸入空気量egasum3が触媒劣化判定基準値egasumn以上であると判別された場合には、触媒の劣化が許容範囲内であると判断される。この場合、チェックランプを点灯することなく、触媒劣化判定制御を中止する（ステップ１３８）。
以上説明したように、図１１に示すルーチンによれば、目標空燃比の変動周期eabyfrefciを徐々に減衰させ、減衰開始から酸素センサ出力gaoxsが反転するまでの積算吸入空気量egasum3を算出し、この算出した積算吸入空気量egasum3に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能に基づかずに、触媒３８の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、劣化度合の大きい触媒を精度良く検出することができる。
尚、本実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０４，１５０の処理を実行することにより第４の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ１５４の処理を実行することにより第４の発明における「吸入空気量演算手段」が、ステップ１５８の処理を実行することにより第４の発明における「触媒劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、ステップ１５６の処理を実行することにより第６の発明における「触媒劣化判定手段」が実現されている。
実施の形態５．
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
［実施の形態５の特徴］
図１２は、本実施の形態５における触媒劣化判定方法を示す図である。具体的には、図１２（ａ）は目標空燃比の変動を示す図であり、図１２（ｂ）は目標空燃比の変動に伴う酸素センサ出力の変化を示す図である。
上記実施の形態４では、目標空燃比の変動周期を徐々に短くすることにより、徐々に触媒から酸素が放出されにくい環境とし、酸素センサ出力がリッチ出力からリーン出力に反転した時点を検出した。
本実施の形態５では、先ず、正常触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも十分に短い周期で目標空燃比を変動させる。ここで、上記実施の形態１の変動周期よりも更に短い変動周期とすることが好適である。上述したように、目標空燃比の変動周期が短いほど、触媒に流入する還元ガスの量が少なくなるため、触媒から酸素が放出されにくい環境となる。このため、劣化触媒だけでなく正常触媒の場合も、酸素吸蔵能が破綻して、酸素センサ出力がリーン出力となる。このように酸素センサ出力がリーン出力となった後、つまり、目標空燃比の変動開始から一定時間経過後、図１２（ａ）に示すように、目標空燃比の変動周期を徐々に長くする。このように変動周期を徐々に長くすることにより、徐々に触媒から酸素が放出されやすい環境が作り出される。よって、触媒における酸素放出反応の反応速度が徐々に高くなる。但し、正常触媒よりも劣化触媒の方が酸素放出反応の反応速度が低い、すなわち、正常触媒よりも触媒の方が酸素吸蔵反応と酸素放出反応の反応速度差が大きい。このため、劣化触媒よりも正常触媒の方が早期に酸素吸蔵能の破綻が解消する。その結果、図１２（ｂ）に示すように、正常触媒の場合の酸素センサ出力がリーン出力からリッチ出力に反転した時刻ｔ７の方が、劣化触媒の場合の反転時刻ｔ８よりも早くなる。また、酸素センサ出力の反転時刻は、触媒の劣化度合が大きい場合に比べて該劣化度合が小さい場合の方が早くなる。
従って、本実施の形態５によれば、目標空燃比の変動周期を徐々に長くし、酸素センサ出力がリーン出力からリッチ出力になった時点を検出することにより、触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。さらに、酸素センサ出力の反転時点に基づいて、触媒の劣化度合を精度良く検出することができる。さらに、劣化度合の大きい触媒を精度良く検出することができる。
［実施の形態５における具体的処理］
図１３は、本実施の形態５において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。
図１３に示すフローによれば、先ず、実施の形態１と同様に、ステップ１００で暖機が完了していると判別され、ステップ１０２で触媒劣化判定制御を実行可能であると判別された場合には、目標空燃比の変動を開始する（ステップ１０４）。ここで、ＥＣＵ５０により読み込まれる変動周期eabyfrefciは、図５のフローのステップ１０４で読み込まれる変動周期よりも短い値である。これにより、実施の形態１における変動周期よりも短い変動周期で目標空燃比が制御される。
次に、実施の形態２と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１１４）。このステップ１１４で、酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１３６）、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。一方、ステップ１１４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいか否かを判別する（ステップ１１６）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1以下であると判別された場合、つまり、触媒の状態を安定させるために必要な一定量の排気ガスが触媒に流入していないと判別された場合には、ステップ１０２の処理を再度実行する。
上記ステップ１１６で積算吸入空気量egasamが設定値egasam1よりも大きいと判別される場合、つまり、一定量の排気ガスが触媒に流入したと判別される場合には、触媒劣化判定制御を継続可能であるか否かが判別される（ステップ１１８）。このステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能でないと判別された場合には、本制御を終了する。
ステップ１１８で触媒劣化判定制御を継続可能であると判別された場合には、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも小さいか否かが判別される（ステップ１２１）。このステップ１２１では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるか否かが判別される。ここで、上記ステップ１０４において短い変動周期に設定されているため、触媒において酸素放出反応が非常に起こりにくい環境が作り出されている。よって、通常は、劣化触媒だけでなく正常触媒である場合も、触媒における酸素放出反応の反応が大幅に低下するため、触媒を流通した排気ガスの空燃比は燃料リーン側となり、酸素センサ出力gaoxsは基準値gaoxs0よりも小さくなる。このステップ１２１で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以上であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であると判別された場合には、該空燃比を燃料リーン側に反転させるためにステップ１０２の処理を再度実行する。
上記ステップ１２１で酸素センサ出力gaoxsが劣化判定基準値gaoxs0よりも小さいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であると判別された場合には、目標空燃比の変動周期eabyfrefciの増幅を開始する（ステップ１６０）。このステップ１６０において、ＥＣＵ５０は、予め設定された変動周期の増幅速度eabyfrefcuの値を読み込む。目標空燃比の変動周期を増幅させることにより、触媒３８に流入する還元ガスの量が多くなるため、触媒３８において酸素放出反応が起こりやすい環境となる。
次に、上記ステップ１１４の処理と同様に、目標空燃比の変動に同期して、酸素センサ出力が変動しているか否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４で酸素センサ出力が変動していると判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していると判別される場合には、車内に設けられたチェックランプを点灯する（ステップ１３６）。
一方、ステップ１２４で酸素センサ出力が変動していないと判別される場合、つまり、触媒が異常劣化していないと判別される場合には、目標空燃比の変動周期の増幅を開始した後における酸素センサ出力gaoxsが、基準値gaoxs0よりも大きいか否かが判別される（ステップ１６２）。このステップ１６２では、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であるか否かが判別される。ステップ１５２で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0以下であると判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側ではなく燃料リーン側であると判別された場合には、目標空燃比の変動開始後の積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２８）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasamとして読み込む。このステップ１２８では、触媒が劣化していると判断できるまで目標空燃比の変動周期が十分長くなっているか否かが判別される。
ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0以下であると判別された場合、つまり、目標空燃比の変動周期が十分長くなっていないと判別された場合には、ステップ１１８の処理を再度実行する。
一方、ステップ１２８で積算吸入空気量egasamが設定値egasam0よりも大きいと判別された場合には、目標空燃比の変動周期が十分長くなっていると判断される。すなわち、目標空燃比の変動周期が十分長いにも関わらず、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側であるため、触媒の劣化度合が大きいと判断される。この場合、酸素センサ出力gaoxsが設定値gaoxs0よりも大きくなるまで待つことなく、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化するまで待つことなく、車内に設けられたチェックランプを点灯して（ステップ１３６）、劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
上記ステップ１６２で酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいと判別された場合、つまり、触媒３８を流通した排気ガスの空燃比が燃料リッチ側であると判別された場合には、目標空燃比の変動周期の増幅を開始してから、酸素センサ出力gaoxsが基準値gaoxs0よりも大きいと判別されるまでの積算吸入空気量egasum4を算出する（ステップ１６４）。ＥＣＵ５０は、別ルーチンで積算された空気量を積算吸入空気量egasum4として読み込むことができる。
次に、ＥＣＵ５０内に予め記憶されたマップを参照して、積算吸入空気量egasum4に応じた触媒の劣化度合を算出する（ステップ１６６）。該マップにおいて、積算吸入空気量egasum4が大きいほど、触媒劣化度合が大きくなるように設定されている。これにより、積算吸入空気量egasum4に基づいて触媒の劣化度合を精度良く求めることができる。
さらに、積算吸入空気量egasum4が触媒劣化判定基準値egasumnよりも大きいか否かを判別する（ステップ１６８）。このステップ１６８で積算吸入空気量egasum4が触媒劣化判定基準値egasumnよりも大きいと判別された場合には、触媒の劣化が大きいと判断される。この場合、車内に設けられたチェックランプを点灯し（ステップ１３６）、その後、触媒劣化判定制御を終了する（ステップ１３８）。
一方、ステップ１６８で積算吸入空気量egasum4が触媒劣化判定基準値egasumn以下であると判別された場合には、触媒の劣化が許容範囲内であると判断される。この場合、チェックランプを点灯することなく、触媒劣化判定制御を中止する（ステップ１３８）。
以上説明したように、図１３に示すルーチンによれば、目標空燃比の変動周期eabyfrefciを徐々に増幅させ、増幅開始から酸素センサ出力gaoxsが反転するまでの積算吸入空気量egasum4を算出し、この算出した積算吸入空気量egasum4に基づいて触媒３８の劣化判定を行うことができる。よって、触媒の酸素吸蔵能を算出する必要がないため、触媒３８の劣化判定を精度良く判定することができる。さらに、劣化度合の大きい触媒を精度良く検出することができる。
尚、本実施の形態５においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０４，１６０の処理を実行することにより第５の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ１６４の処理を実行することにより第５の発明における「吸入空気量演算手段」が、ステップ１６８の処理を実行することにより第５の発明における「触媒劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、ステップ１６６の処理を実行することにより第７の発明における「触媒劣化判定手段」が実現されている。
本発明の実施の形態１による内燃機関システムの構成を示す概略図である。 触媒における酸素吸蔵反応及び酸素放出反応を示す概念図である。 目標空燃比の変動周期と、目標空燃比の変動開始から所定時間経過後の酸素センサ出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における触媒劣化判定方法を示す図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における触媒劣化判定方法を示す図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における触媒劣化判定方法を示す図である。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４における触媒劣化判定方法を示す図である。 本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５における触媒劣化判定方法を示す図である。 本発明の実施の形態５において、ＥＣＵ５０が実行する触媒劣化判定制御を示すフローチャートである。 触媒の酸素吸蔵反応に伴う温度変化を示す図である。
符号の説明
２ ピストン
４ シリンダブロック
６ 水温センサ
８ シリンダヘッド
１０ 燃焼室
１２ 点火プラグ
１４ 吸気ポート
１６ 吸気バルブ
１８ インジェクタ
２０ 吸気通路
２２ エアクリーナ
２４ エアフロメータ
２６ スロットルバルブ
２７ スロットルセンサ
２８ サージタンク
３０ 排気ポート
３２ 排気バルブ
３４ 排気通路
３６ 空燃比センサ
３８ 触媒
４０ 酸素センサ
４２ 触媒温度センサ
４４ クランク角センサ
４６ クランク軸
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims (8)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
    前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
    正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチ側の値を中心として燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、
    前記目標空燃比の変動開始から所定時間が経過するまでに、前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側であると検出された場合に前記触媒が劣化していると判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
  2. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
    前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
    正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチ側の値を中心として燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比の変動を開始してから前記空燃比が燃料リッチ側であると検出された場合に、該目標空燃比の変動幅を徐々に小さく変更する空燃比制御手段と、
    前記目標空燃比の変動を開始してから前記変動幅の変更を開始するまでの間に所定時間が経過しても、前記空燃比が燃料リーン側であると検出された場合に、前記触媒が劣化していると判定する判定手段と、
    前記変動幅の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化したと検出されるまでの間に、前記内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
    前記吸入空気量演算手段により演算された空気量が少ないほど、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
  3. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
    前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
    正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチ側の値を中心として燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比を前記空燃比が燃料リーン側となる変動幅で変動させた後に、該目標空燃比の変動幅を徐々に大きく変更する空燃比制御手段と、
    前記変動幅の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化したと検出されるまでの間に、内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
    前記吸入空気量演算手段により演算された空気量が多いほど、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する触媒劣化判定手段とを備え、
    前記触媒劣化判定手段は、前記変動幅の変更を開始してから所定時間が経過しても、前記空燃比が燃料リーン側であると検出された場合に、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する構成としたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
  4. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
    前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
    正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチ側の値を中心として燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比の変動を開始してから前記空燃比が燃料リッチ側であると検出された場合に、該目標空燃比の変動周期を徐々に小さく変更する空燃比制御手段と、
    前記目標空燃比の変動を開始してから前記変動周期の変更を開始するまでの間に所定時間が経過しても、前記空燃比が燃料リーン側であると検出された場合に、前記触媒が劣化していると判定する判定手段と、
    前記変動周期の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リッチ側から燃料リーン側に変化したと検出されるまでの間に、前記内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
    前記吸入空気量演算手段により演算された空気量が少ないほど、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する触媒劣化判定手段とを備えたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
  5. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
    前記触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるか又は燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
    正常な触媒の酸素吸蔵能が破綻する周期よりも短い周期で、排気ガスの目標空燃比を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段であって、該目標空燃比を前記空燃比が燃料リーン側となる変動周期で変動させた後に、該目標空燃比の変動周期を徐々に大きく変更する空燃比制御手段と、
    前記変動周期の変更を開始してから前記排気ガスセンサにより空燃比が燃料リーン側から燃料リッチ側に変化したと検出されるまでの間に、前記内燃機関に吸入された空気量を演算する吸入空気量演算手段と、
    前記吸入空気量演算手段により演算された空気量が多いほど、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する触媒劣化判定手段とを備え、
    前記触媒劣化判定手段は、前記変動周期の変更を開始してから所定時間が経過しても、前記空燃比が燃料リーン側であると検出された場合に、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する構成としたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
  6. 請求項２に記載の触媒劣化判定装置において、
    前記触媒劣化判定手段は、前記変動幅の変更を開始してから所定時間経過後に、前記排気ガスセンサにより検出された空燃比が燃料リッチ側である場合には、前記触媒の劣化度合は小さいと判定するものであることを特徴とする触媒劣化判定装置。
  7. 請求項４に記載の触媒劣化判定装置において、
    前記触媒劣化判定手段は、前記変動周期の変更を開始してから所定時間経過後に、前記排気ガスセンサにより検出された空燃比が燃料リッチ側である場合には、前記触媒の劣化度合は小さいと判定するものであることを特徴とする触媒劣化判定装置。
  8. 請求項１から７の何れかに記載の触媒劣化判定装置において、
    前記空燃比制御手段は、前記内燃機関に吸入される空気量が所定値以下である場合に、前記目標空燃比を変動させるものであることを特徴とする触媒劣化判定装置。
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