JP4527792B2 - 排ガス浄化装置の劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に直列に設けられた、排ガス浄化用の２つの触媒を有する排ガス浄化装置において、下流側の触媒の劣化を判定する排ガス浄化装置の劣化判定装置に関する。

従来、排ガス浄化装置の劣化判定装置として、本出願人は特許文献１に記載されたものを既に提案している。この排ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路の所定部位に設けられ、排ガス中の未燃成分を浄化するための三元触媒と、その下流側に設けられ、排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒とを備えている。また、劣化判定装置は、ＮＯｘ浄化触媒の劣化を判定するものであり、排気通路の三元触媒よりも上流側に設けられたＬＡＦセンサと、排気通路の三元触媒とＮＯｘ浄化触媒の間に設けられた上流側Ｏ２センサと、排気通路のＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に設けられた下流側Ｏ２センサとを備えている。これらの３つのセンサはいずれも、排ガスの空燃比の状態を検出するものである。

この劣化判定装置では、特許文献１の図４，５に示すように、ＬＡＦセンサの出力値ＶＬＡＦ、上流側Ｏ２センサの出力値ＳＶＯ２および下流側Ｏ２センサの出力値ＴＶＯ２に基づいて、ＮＯｘ浄化触媒の劣化判定が実行される。すなわち、ステップ４３の判別結果がＹＥＳで、内燃機関がリッチ運転中のときに、ＶＬＡＦ＞ＶＬＡＦＲＥＦが成立した時点からＳＶＯ２＞ＳＶＯ２ＲＥＦが成立するまでの時間を、第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１として計数する（ステップ４６〜５１）。さらに、ＳＶＯ２＞ＳＶＯ２ＲＥＦが成立した時点からＴＶＯ２＞ＴＶＯ２ＲＥＦが成立するまでの時間を、第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２として計数し（ステップ５２〜５５）、次に、第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１に応じて、補正係数ＫＭＮＯ２を算出する（ステップ６６）。そして、補正係数ＫＭＮＯ２を第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２に乗算した値を、補正計数値ｔｍＭＯＮ２Ｃとして設定し（ステップ６７）、この補正計数値ｔｍＭＯＮ２Ｃが判定値ＴＮＯＸＲＥＦよりも小さいときに、ＮＯｘ浄化触媒が劣化したと判定され、それ以外のときに、ＮＯｘ浄化触媒が正常であると判定される（ステップ６８〜７０）。

以上のように、この劣化判定装置では、第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２を第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１に応じて補正した値ｔｍＭＯＮ２Ｃと、判定値ＴＮＯＸＲＥＦとの比較結果に基づいて、ＮＯｘ浄化触媒の劣化判定が実行される。このような手法を用いるのは、第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１が、排ガスの空燃比が三元触媒の上流側で理論空燃比よりもリッチ側に変化したタイミングと、三元触媒の下流側でリッチ側に変化したタイミングとの間のずれを表す値として算出されるので、三元触媒の劣化度合を表すことによる。

特開２０００−３２８９２９号公報

上記特許文献１の劣化判定装置によれば、排ガスの空燃比の状態を検出する３つのセンサの出力値をそのまま用いて、ＮＯｘ浄化触媒の劣化を判定しているので、以下に述べるように、判定精度が低下する可能性がある。例えば、内燃機関の運転状態が変化することによって、排ガスの空燃比および／または排ガス流量が変動した場合、それに起因して、２つの触媒の反応度合が変化することによって、判定精度が低下する可能性がある。すなわち、第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１がＬＡＦセンサの出力値ＶＬＡＦおよび上流側Ｏ２センサの出力値ＳＶＯ２に基づいて算出される関係上、三元触媒の反応度合が変化すると、それに起因して、第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１の算出精度すなわち補正係数ＫＭＮＯ２の算出精度が低下してしまう。これと同様に、第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２が上流側Ｏ２センサの出力値ＳＶＯ２および下流側Ｏ２センサの出力値ＴＶＯ２に基づいて算出される関係上、ＮＯｘ浄化触媒の反応度合が変化すると、第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２の算出精度が低下してしまう。以上のように、補正係数ＫＭＮＯ２および第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２の算出精度が低下した場合、それに伴って、劣化判定精度が低下してしまう。

また、上流側Ｏ２センサが三元触媒とＮＯｘ浄化触媒の間に、下流側Ｏ２センサがＮＯｘ浄化触媒の下流側にそれぞれ配置されている関係上、排ガスの空燃比をリーン側からリッチ側に変化させた際、ＳＶＯ２＞ＳＶＯ２ＲＥＦが成立するタイミングや、ＴＶＯ２＞ＴＶＯ２ＲＥＦが成立するタイミングは、三元触媒およびＮＯｘ浄化触媒の活性状態やサルファ被毒状態の影響によって変化してしまう。その結果、上記２つのタイマの計数値ｔｍＭＯＮ１，ｔｍＭＯＮ２の算出精度が低下するのに伴って、劣化判定精度が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、判定対象となる触媒の上流側に別個の触媒が配置されている場合において、判定対象となる触媒の劣化判定精度を向上させることができる排ガス浄化装置の劣化判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路７を流れる排ガスを浄化するとともに酸素貯蔵能を有する上流側触媒１１と、排気通路７の上流側触媒１１よりも下流側の排ガスを浄化するとともに酸素貯蔵能を有する下流側触媒１２とを備えた排ガス浄化装置１０において、下流側触媒１２の劣化を判定する排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１であって、上流側触媒１１の上流側の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを上流側酸素濃度パラメータ（第１当量比ＫＡＣＴ１）として検出する上流側酸素濃度パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、上流側ＬＡＦセンサ２２）と、上流側触媒１１と下流側触媒１２の間の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを中間酸素濃度パラメータ（第２当量比ＫＡＣＴ２）として検出する中間酸素濃度パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、中間ＬＡＦセンサ２３）と、下流側触媒１２の下流側の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを下流側酸素濃度パラメータ（第３当量比ＫＡＣＴ３）として検出する下流側酸素濃度パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、下流側ＬＡＦセンサ２４）と、上流側触媒１１に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気との間で切り換えて制御する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１〜３）と、制御手段による排ガスの、酸化雰囲気から還元雰囲気への切換以降に検出された上流側酸素濃度パラメータおよび中間酸素濃度パラメータを用いて、上流側触媒１１の酸素貯蔵能を表す上流側ＯＳＣパラメータ（上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆ）を算出する上流側ＯＳＣパラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ６０）と、制御手段による排ガスの、酸化雰囲気から還元雰囲気への切換以降に検出された中間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用いて、下流側触媒１２の酸素貯蔵能を表す下流側ＯＳＣパラメータ（下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅ）を算出する下流側ＯＳＣパラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ６２）と、算出された上流側ＯＳＣパラメータに応じて、算出された下流側ＯＳＣパラメータを補正することにより、補正後下流側ＯＳＣパラメータ（下流側酸素貯蔵能ＯＳＣ）を算出する補正後下流側ＯＳＣパラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ６１，６３）と、算出された補正後下流側ＯＳＣパラメータを用いて、下流側触媒１２の劣化判定を実行する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ６４〜６６）と、を備えることを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、制御手段による排ガスの、酸化雰囲気から還元雰囲気への切換以降に検出された上流側酸素濃度パラメータおよび中間酸素濃度パラメータを用いて、上流側触媒の酸素貯蔵能を表す上流側ＯＳＣパラメータが算出され、切換以降に検出された中間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用いて、下流側触媒の酸素貯蔵能を表す下流側ＯＳＣパラメータが算出され、算出された上流側ＯＳＣパラメータに応じて、算出された下流側ＯＳＣパラメータを補正することにより、補正後下流側ＯＳＣパラメータが算出され、このように算出された補正後下流側ＯＳＣパラメータを用いて、下流側触媒の劣化判定が実行される。

ここで、酸素貯蔵能を有する触媒の場合、その酸素貯蔵能が触媒の劣化度合を精度よく表すものであることが知られている。また、触媒の上流側および下流側の排ガス中の酸素濃度を表す２つの酸素濃度パラメータを用いて、触媒の酸素貯蔵能を表す酸素貯蔵能パラメータを算出する場合、２つの酸素濃度パラメータに基づいて、触媒の上流側および下流側の還元剤量を表す値をそれぞれ算出し、これらの還元剤量を表す値を積分した積分値を用いて、酸素貯蔵能パラメータを算出する手法が一般的である。そのため、この劣化判定装置よれば、排ガスの空燃比が変動するのに起因して、上流側触媒および下流側触媒の反応度合が一時的に変化した場合でも、それらの検出結果から算出した値の積分値を用いることによって、２つの触媒における反応度合の一時的な変化の影響を回避しながら、上流側ＯＳＣパラメータおよび下流側ＯＳＣパラメータをそれぞれ、上流側触媒および下流側触媒の劣化度合を精度よく表すように算出することができる。さらに、そのような上流側ＯＳＣパラメータに応じて、下流側ＯＳＣパラメータを補正することにより、補正後下流側ＯＳＣパラメータが算出されるので、この補正後下流側ＯＳＣパラメータを、上流側触媒の劣化の影響を排除しながら、下流側触媒の劣化度合を精度よく表すように算出することができる。その結果、特許文献１の劣化判定装置のように、排ガスの空燃比の状態を検出する３つのセンサの出力値をそのまま用いて触媒の劣化判定を行う手法と比べて、判定精度を向上させることができる。

また、排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に変化した場合、それに伴って中間酸素濃度パラメータ検出手段の検出結果が変化するときの勾配は、上流側触媒の活性状態や被毒状態の影響を受けて変動する可能性があり、下流側酸素濃度パラメータ検出手段の検出結果が変化するときの勾配も、下流側触媒の活性状態や被毒状態の影響を受けて変動する可能性がある。これに対して、この劣化判定装置によれば、３つの酸素濃度パラメータ検出手段の検出結果に基づいて算出した還元剤量を表す値の積分値を用いて、２つの酸素貯蔵能パラメータが算出されるので、２つの触媒の活性状態や被毒状態の影響に起因する、２つの酸素濃度パラメータ検出手段の検出結果の勾配変動の影響を抑制しながら、劣化判定を行うことができ、それにより、３つのセンサの出力値をそのまま用いる特許文献１の劣化判定装置と比べて、判定精度を向上させることができる（なお、本明細書における「上流側酸素濃度パラメータの検出」や、「中間酸素濃度パラメータの検出」、「下流側酸素濃度パラメータの検出」などの「検出」は、センサなどによりこれらの値を直接検出することに限らず、これらの値を他のパラメータに基づいて算出することも含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１において、上流側触媒１１に供給される排ガス量を表す排ガス量パラメータ（吸入空気量ＧＡＩＲ）を検出する排ガス量パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、エアフローセンサ２１）をさらに備え、上流側ＯＳＣパラメータ算出手段は、上流側酸素濃度パラメータ、中間酸素濃度パラメータおよび排ガス量パラメータを用いて、上流側触媒１１に供給された還元剤量を表す第１還元剤量パラメータ（第１偏差と吸入空気量の積ＤＫ１・ＧＡＩＲ）と上流側触媒１１を通過した還元剤量を表す第２還元剤量パラメータ（第２偏差と吸入空気量の積ＤＫ２・ＧＡＩＲ）とを算出するとともに、第１還元剤量パラメータおよび第２還元剤量パラメータをそれぞれ所定の演算周期（所定の制御周期ΔＴ）で積算した第１積算値（第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１）および第２積算値（第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２）を用いて、上流側ＯＳＣパラメータ（上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆ）を算出し、下流側ＯＳＣパラメータ算出手段は、中間酸素濃度パラメータ、下流側酸素濃度パラメータおよび排ガス量パラメータを用いて、下流側触媒１２に供給された還元剤量を表す第２還元剤量パラメータ（第２偏差と吸入空気量の積ＤＫ２・ＧＡＩＲ）と下流側触媒１２を通過した還元剤量を表す第３還元剤量パラメータ（第３偏差と吸入空気量の積ＤＫ３・ＧＡＩＲ）とを算出するとともに、第２還元剤量パラメータおよび第３還元剤量パラメータをそれぞれ所定の演算周期（所定の制御周期ΔＴ）で積算した第２積算値（第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２）および第３積算値（第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３）を用いて、下流側ＯＳＣパラメータ（下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅ）を算出することを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、上流側酸素濃度パラメータ、中間酸素濃度パラメータおよび排ガス量パラメータを用いて、上流側触媒に供給された還元剤量を表す第１還元剤量パラメータと上流側触媒を通過した還元剤量を表す第２還元剤量パラメータとが算出されるとともに、第１還元剤量パラメータおよび第２還元剤量パラメータをそれぞれ所定の演算周期で積算した第１積算値および第２積算値を用いて、上流側ＯＳＣパラメータが算出される。それにより、内燃機関の運転状態が変化し、排ガス流量が変動するのに起因して、上流側酸素濃度パラメータ検出手段および中間酸素濃度パラメータ検出手段の検出結果において一時的な誤差が発生した場合でも、その影響を回避しながら、上流側ＯＳＣパラメータを精度よく算出することができる。さらに、中間酸素濃度パラメータ、下流側酸素濃度パラメータおよび排ガス量パラメータを用いて、下流側触媒に供給された還元剤量を表す第２還元剤量パラメータと下流側触媒を通過した還元剤量を表す第３還元剤量パラメータとが算出されるとともに、第２還元剤量パラメータおよび第３還元剤量パラメータをそれぞれ所定の演算周期で積算した第２積算値および第３積算値を用いて、下流側ＯＳＣパラメータが算出される。それにより、内燃機関の運転状態が変化し、排ガス流量が変動するのに起因して、中間酸素濃度パラメータ検出手段および下流側酸素濃度パラメータ検出手段の検出結果において一時的な誤差が発生した場合でも、その影響を回避しながら、下流側ＯＳＣパラメータを精度よく算出することができる。以上により、劣化判定精度をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１において、補正後下流側ＯＳＣパラメータ算出手段は、補正後下流側ＯＳＣパラメータを、上流側ＯＳＣパラメータが表す上流側触媒１１の酸素貯蔵能が小さいほど、補正後下流側ＯＳＣパラメータが表す下流側触媒１２の酸素貯蔵能がより大きくなるように算出することを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置のように、中間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用いて、下流側触媒の酸素貯蔵能を表す下流側ＯＳＣパラメータを算出する場合、上流側触媒が劣化するほど、上流側触媒の酸素貯蔵能がより小さくなり、それに伴って、下流側触媒に流入する排ガスの活性度合が低下することによって、下流側触媒の酸素貯蔵能が低下していないにもかかわらず、下流側ＯＳＣパラメータが下流側触媒の酸素貯蔵能の低下を表すように算出される可能性がある。これに対して、この劣化判定装置によれば、上流側ＯＳＣパラメータが表す上流側触媒の酸素貯蔵能が小さいほど、補正後下流側ＯＳＣパラメータが表す下流側触媒の酸素貯蔵能がより大きくなるように、補正後下流側ＯＳＣパラメータが算出されるので、上流側触媒の劣化に伴う上流側触媒の酸素貯蔵能の低下の影響を排除しながら、補正後下流側ＯＳＣパラメータを、下流側触媒の実際の酸素貯蔵能を精度よく表すように算出することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の劣化判定装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の劣化判定装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の空燃比制御などの各種の制御処理を実行するとともに、後述するように、排ガス浄化装置１０の劣化判定処理を行う。

エンジン３は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジンタイプのものであり、複数組（１組のみ図示）の気筒３ａおよびピストン３ｂを備えている。エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁４が気筒３ａ毎に燃焼室に臨むように取り付けられている。

この燃料噴射弁４は、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に接続されている。高圧ポンプによって昇圧された燃料は、コモンレールを介して燃料噴射弁４に供給され、燃料噴射弁４から気筒３ａ内に噴射される。燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、空燃比制御が実行される。この空燃比制御によって、エンジン３は、通常時は理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させるリーン燃焼状態で運転され、後述するリッチスパイク制御時には、リッチな混合気を燃焼させるリッチ燃焼状態で運転される。

エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に１パルスが出力され、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。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

エンジン３の吸気通路５には、エアフローセンサ２１が設けられており、このエアフローセンサ２１は、気筒内に吸入される空気量（以下「吸入空気量」という）ＧＡＩＲを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、エアフローセンサ２１が排ガス量パラメータ検出手段に相当し、吸入空気量ＧＡＩＲが排ガス量パラメータに相当する。

一方、エンジン３の排気通路７には、排ガス浄化装置１０が設けられている。この排ガス浄化装置１０は、上流側から順に排気通路７に配置された上流側触媒１１および下流側触媒１２を備えており、この上流側触媒１１は、三元触媒で構成され、その温度が所定の活性温度以上である場合には、活性化して排気ガス中の有害な未燃成分を浄化する。

また、下流側触媒１２は、ＮＯｘ浄化触媒で構成されており、酸化雰囲気の排ガスが流入したときに、排ガス中のＮＯｘを捕捉する能力と、排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能とを有している。

さらに、排気通路７には、上流側ＬＡＦセンサ２２が上流側触媒１１の上流側に、中間ＬＡＦセンサ２３が上流側触媒１１と下流側触媒１２の間に、下流側ＬＡＦセンサ２４が下流側触媒１２の下流側にそれぞれ設けられている。

これらのＬＡＦセンサ２２〜２４の各々は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチな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、排気通路７内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ここで、排ガス中の酸素濃度が、排ガス中の還元剤（未燃燃料）と酸素との質量比（燃空比）に対して極めて高い相関性があることは周知であり、それに起因して、両者の一方から他方を精度よく推定（算出）できることも周知である。以上の原理により、ＥＣＵ２は、上流側ＬＡＦセンサ２２の検出信号の値に基づいて、上流側触媒１１よりも上流側の排ガス中の還元剤と酸素との質量比を当量比に換算した値である第１当量比ＫＡＣＴ１を算出し、中間ＬＡＦセンサ２３の検出信号の値に基づいて、上流側触媒１１と下流側触媒１２との間の排ガス中の還元剤と酸素との質量比を当量比に換算した値である第２当量比ＫＡＣＴ２を算出する。さらに、ＥＣＵ２は、下流側ＬＡＦセンサ２４の検出信号の値に基づいて、下流側触媒１２よりも下流側の排ガス中の還元剤と酸素との質量比を当量比に換算した値である第３当量比ＫＡＣＴ３を算出する。

なお、本実施形態では、上流側ＬＡＦセンサ２２が上流側酸素濃度パラメータ検出手段に相当し、第１当量比ＫＡＣＴ１が上流側酸素濃度パラメータに相当し、中間ＬＡＦセンサ２３が中間酸素濃度パラメータ検出手段に相当し、第２当量比ＫＡＣＴ２が中間酸素濃度パラメータに相当し、下流側ＬＡＦセンサ２４が下流側酸素濃度パラメータ検出手段に相当し、第３当量比ＫＡＣＴ３が下流側酸素濃度パラメータに相当する。

また、上流側触媒１１には、アクセル開度センサ２５が電気的に接続されている。このアクセル開度センサ２５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２５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、各種の制御処理などを実行する。具体的には、以下に述べるように、空燃比制御処理や、排ガス浄化装置１０における下流側触媒１２の劣化判定処理などを実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、上流側酸素濃度パラメータ検出手段、中間酸素濃度パラメータ検出手段、下流側酸素濃度パラメータ検出手段、制御手段、上流側ＯＳＣパラメータ算出手段、下流側ＯＳＣパラメータ算出手段、補正後下流側ＯＳＣパラメータ算出手段、劣化判定手段および排ガス量パラメータ検出手段に相当する。

以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される空燃比制御処理について説明する。この処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射タイミングφＩＮＪを算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期する制御周期で実行される。

この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨは、図示しない判定処理において、リッチスパイク制御の実行条件が成立したときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

ステップ１の判別結果がＮＯのときには、空燃比のリーン制御を実行すべきであると判定して、ステップ２に進み、リーン制御処理を実行する。このリーン制御処理では、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の要求トルクＰＭＣＭＤが算出され、このリーン制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される。さらに、このリーン制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の燃料噴射タイミングφＩＮＪが算出される。

以上のように、ステップ２のリーン制御処理を実行した後、本処理を終了する。これにより、エンジン３の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値になるように制御される。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、空燃比のリッチスパイク制御を実行すべきであると判定して、ステップ３に進み、リッチスパイク制御処理を実行する。このリッチスパイク制御処理では、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の要求トルクＰＭＣＭＤが算出され、このリッチスパイク制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される。さらに、このリッチスパイク制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の燃料噴射タイミングφＩＮＪが算出される。

以上のように、ステップ３のリッチスパイク制御処理を実行した後、本処理を終了する。これにより、エンジン３の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値になるように制御される。

次に、図３を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される劣化判定処理について説明する。この処理は、以下に述べるように、下流側触媒１２の劣化判定を行うものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。なお、本実施形態では、所定の制御周期ΔＴが所定の演算周期に相当する。

この処理では、まず、ステップ１０で、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤは、図示しない判定処理において、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨ＝１であることなどの、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

ステップ１０の判別結果がＮＯのときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているときには、ステップ１１に進み、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３が所定値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ステップ１２に進み、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出する。この第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出処理は、具体的には図４に示すように実行される。

まず、ステップ３０で、第１偏差ＤＫ１を、第１当量比ＫＡＣＴ１と値１．０との偏差（ＫＡＣＴ１−１．０）に設定する。次いで、ステップ３１に進み、第１偏差ＤＫ１が値０よりも大きいか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、ＤＫ１≦０のときには、ステップ３２に進み、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、ＤＫ１＞０のときには、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出すべきであると判定して、ステップ３３に進み、下式（１）により、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出した後、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であるときに、第１偏差ＤＫ１と吸入空気量ＧＡＩＲの積ＤＫ１・ＧＡＩＲを積算することによって算出されるので、この第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、上流側触媒１１に流入する排ガスが還元雰囲気になった時点からの、上流側触媒１１に流入した還元剤の総量を表す値として算出される。なお、本実施形態では、積ＤＫ１・ＧＡＩＲが第１還元剤量パラメータに相当し、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１が第１積算値に相当する。

図３に戻り、ステップ１２で以上のように第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出した後、ステップ１３に進み、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出する。この第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出処理は、具体的には図５に示すように実行される。

まず、ステップ４０で、第２偏差ＤＫ２を、第２当量比ＫＡＣＴ２と値１．０との偏差（ＫＡＣＴ２−１．０）に設定する。次いで、ステップ４１に進み、第２偏差ＤＫ２が値０よりも大きいか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、ＤＫ２≦０のときには、ステップ４２に進み、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ４１の判別結果がＹＥＳで、ＤＫ２＞０のときには、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出すべきであると判定して、ステップ４３に進み、下式（２）により、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出した後、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の積ＤＫ２・ＧＡＩＲを積算することによって算出されるので、この第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、下流側触媒１２に流入する排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２に流入した還元剤の総量を表す値として算出される。なお、本実施形態では、積ＤＫ２・ＧＡＩＲが第２還元剤量パラメータに相当し、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が第２積算値に相当する。

図３に戻り、ステップ１３で以上のように第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出した後、ステップ１４に進み、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出する。この第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３の算出処理は、具体的には図６に示すように実行される。

まず、ステップ５０で、第３偏差ＤＫ３を、第３当量比ＫＡＣＴ３と値１．０との偏差（ＫＡＣＴ３−１．０）に設定する。次いで、ステップ５１に進み、第３偏差ＤＫ３が値０よりも大きいか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、ＤＫ３≦０のときには、ステップ５２に進み、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ５１の判別結果がＹＥＳで、ＤＫ３＞０のときには、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出すべきであると判定して、ステップ５３に進み、下式（３）により、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出した後、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ３Ｚは第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３の前回値である。

以上のように、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、ＤＫ３＞０すなわちＫＡＣＴ３＞１．０であるときに、第３偏差ＤＫ３と吸入空気量ＧＡＩＲの積ＤＫ３・ＧＡＩＲを積算することによって算出されるので、この第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、下流側触媒１２を通過した排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２を通過した還元剤の総量を表す値として算出される。なお、本実施形態では、積ＤＫ３・ＧＡＩＲが第３還元剤量パラメータに相当し、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３が第３積算値に相当する。

図３に戻り、ステップ１４で以上のように第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、ｓｕｍｋａｃｔ３＞ｋｒｅｆのときには、下流側触媒１２に貯蔵されていた酸素が、下流側触媒１２を通過した還元雰囲気の排ガスとの酸化作用によってすべて消費されたと判定して、ステップ１５に進み、第１当量比偏差ＤＫＡＣＴ１が所定値ＫＲＥＦ１未満であるか否かを判別する。この第１当量比偏差ＤＫＡＣＴ１は、第１当量比の今回値と前回値との偏差の絶対値｜ＫＡＣＴ１−ＫＡＣＴ１Ｚ｜として算出される。

ステップ１５の判別結果がＮＯで、ＤＫＡＣＴ１≧ＫＲＥＦ１のときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が過渡状態にあると判定して、後述するステップ１７に進む。一方、ステップ１５の判別結果がＹＥＳで、ＤＫＡＣＴ１＜ＫＲＥＦ１のときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が定常状態にあると判定して、ステップ１６に進み、第１当量比ＫＡＣＴ１の平均値（以下「第１当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ１を算出する。この第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出処理は、具体的には以下に述べるように実行される。

すなわち、ＤＫＡＣＴ１＜ＫＲＥＦ１が成立した時点以降の第１当量比ＫＡＣＴ１を、制御タイミング毎にサンプリングし、第１当量比ＫＡＣＴ１のサンプリング数が所定値ｎ（例えば値１００）に達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均演算することによって、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１を算出する。これに加えて、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出が終了した時点で、それを表すために、第１平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１を「１」に設定する。

ステップ１５または１６に続くステップ１７で、第２当量比偏差ＤＫＡＣＴ２が所定値ＫＲＥＦ２未満であるか否かを判別する。この第２当量比偏差ＤＫＡＣＴ２は、第２当量比の今回値と前回値との偏差の絶対値｜ＫＡＣＴ２−ＫＡＣＴ２Ｚ｜として算出される。

ステップ１７の判別結果がＮＯで、ＤＫＡＣＴ２≧ＫＲＥＦ２のときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が過渡状態にあると判定して、後述するステップ１９に進む。一方、ステップ１７の判別結果がＹＥＳで、ＤＫＡＣＴ２＜ＫＲＥＦ２のときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態にあると判定して、ステップ１８に進み、第２当量比ＫＡＣＴ２の平均値（以下「第２当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。この第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出処理は、具体的には以下に述べるように実行される。

すなわち、ＤＫＡＣＴ２＜ＫＲＥＦ２が成立した時点以降の第２当量比ＫＡＣＴ２を、制御タイミング毎にサンプリングし、第２当量比ＫＡＣＴ２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演算することによって、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。これに加えて、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出が終了した時点で、それを表すために、第２平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ２を「１」に設定する。

ステップ１７または１８に続くステップ１９で、第３当量比偏差ＤＫＡＣＴ３が所定値ＫＲＥＦ３未満であるか否かを判別する。この第３当量比偏差ＤＫＡＣＴ３は、第３当量比の今回値と前回値との偏差の絶対値｜ＫＡＣＴ３−ＫＡＣＴ３Ｚ｜として算出される。

ステップ１９の判別結果がＮＯで、ＤＫＡＣＴ３≧ＫＲＥＦ３のときには、第３当量比ＫＡＣＴ３が過渡状態にあると判定して、後述するステップ２１に進む。一方、ステップ１９の判別結果がＹＥＳで、ＤＫＡＣＴ３＜ＫＲＥＦ３のときには、第３当量比ＫＡＣＴ３が定常状態にあると判定して、ステップ２０に進み、第３当量比ＫＡＣＴ３の平均値（以下「第３当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ３を算出する。この第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３の算出処理は、具体的には以下に述べるように実行される。

すなわち、ＤＫＡＣＴ３＜ＫＲＥＦ３が成立した時点以降の第３当量比ＫＡＣＴ３を、制御タイミング毎にサンプリングし、第３当量比ＫＡＣＴ３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演算することによって、第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３を算出する。これに加えて、第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３の算出が終了した時点で、それを表すために、第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ３を「１」に設定する。

ステップ１９または２０に続くステップ２１で、第１〜第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１，Ｆ＿ＡＶＥ２，Ｆ＿ＡＶＥ３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〜第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１，ａｖｅｋａｃｔ２，ａｖｅｋａｃｔ３の少なくとも一つが算出されていないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ２１の判別結果がＹＥＳで、第１〜第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１，ａｖｅｋａｃｔ２，ａｖｅｋａｃｔ３をいずれも算出済みであるときには、ステップ２２に進み、第１〜第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１，Ｆ＿ＡＶＥ２，Ｆ＿ＡＶＥ３をいずれも「０」に設定する。

次いで、ステップ２３に進み、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行する。この設定処理は、具体的には図７に示すように実行される。

まず、ステップ６０で、下式（４）により、上流側ＯＳＣパラメータとしての上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆを算出する。

この上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆは、上流側触媒１１の酸素貯蔵能を表すものであり、その算出式として上式（４）を用いるのは以下の理由による。すなわち、上式（４）を変形すると、下式（５）が得られる。

この式（５）を参照すると明らかなように、その右辺の括弧内の第２項は、２つの当量比平均値の比ａｖｅｋａｃｔ１／ａｖｅｋａｃｔ２を第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２に乗算した値であり、これは、上流側ＬＡＦセンサ２２の出力値と中間ＬＡＦセンサ２３の出力値とが互いに同じ感度になるように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２をゲイン補正した値に相当する。

ここで、前述したように、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、上流側ＬＡＦセンサ２２を通過して上流側触媒１１に流入する排ガスが還元雰囲気になった時点からの、上流側触媒１１に流入した還元剤の総量を表しており、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、下流側触媒１２に流入する排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２に流入した還元剤の総量を表している。そのため、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と、上記のようにゲイン補正した第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２との偏差（すなわち式（５）の右辺の括弧内の値）は、還元雰囲気の排ガスが上流側触媒１１を通過した際、上流側触媒１１に貯蔵されている酸素によって酸化された還元剤の総量を表すことになる。したがって、前述した式（５）すなわち式（４）の場合、そのような偏差を第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１で除算することによって、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが算出されるので、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆを上流側触媒１１の酸素貯蔵能を適切に表す値として算出できる。以上の理由により、本実施形態では、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが前述した式（４）によって算出される。

ステップ６０に続くステップ６１で、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆに応じて、図８に示すマップ（１次元マップ）を検索することにより、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆを算出する。同図において、ＯＳＣｆ１，２は、ＯＳＣｆ１＜ＯＳＣｆ２が成立するように設定される上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆの所定値である。

このマップの場合、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆは、ＯＳＣｆ≦ＯＳＣｆ１の範囲では、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが小さいほど、より大きな値に設定されている。これは、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆがＯＳＣｆ≦ＯＳＣｆ１の範囲にある場合、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが小さいほど、上流側触媒１１の劣化度合がより大きい状態になるので、それに対応するためである。また、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆは、ＯＳＣｆ１＜ＯＳＣｆ＜ＯＳＣｆ２の範囲では、一定値に設定されており、これは、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆがＯＳＣｆ１＜ＯＳＣｆ＜ＯＳＣｆ２の範囲にある場合、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合が変化しないためである。さらに、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆは、ＯＳＣｆ≧ＯＳＣｆ２の範囲では、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆがＯＳＣｆ≧ＯＳＣｆ２の範囲にある場合、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが大きいほど、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合がより高い状態になるので、それに対応するためである。

次に、ステップ６２で、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを下式（６）によって算出する。

この下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅは、下流側触媒１２の酸素貯蔵能を表すものであり、その算出式として上式（６）を用いる理由は、前述した式（４）を用いる理由と同じである。

次いで、ステップ６３に進み、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣを下式（７）によって算出する。

上式（７）に示すように、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣは、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆを下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅに乗算することによって算出されるので、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣを、上流側触媒１１の劣化の影響を排除しながら、下流側触媒１２の実際の酸素貯蔵能を精度よく表すように算出することができる。なお、本実施形態では、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅが下流側ＯＳＣパラメータに相当し、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣが補正後下流側ＯＳＣパラメータに相当する。

ステップ６３に続くステップ６４で、下流側酸素貯蔵能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で、ＯＳＣ＞ＯＳＣＪＵＤであるときには、下流側触媒１２が劣化していないと判定して、ステップ６５に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ６４の判別結果がＮＯで、ＯＳＣ≦ＯＳＣＪＵＤであるときには、下流側触媒１２が劣化したと判定して、ステップ６６に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

図３に戻り、ステップ２３で以上のように触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを設定した後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態の劣化判定装置１によれば、前述した式（４）により、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２と、第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１，ａｖｅｋａｃｔ２とに基づいて、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが算出される。ここで、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、ＫＡＣＴ１＞１．０の成立時点以降における、第１偏差ＤＫ１と吸入空気量ＧＡＩＲの積ＤＫ１・ＧＡＩＲを積算したものであり、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、ＫＡＣＴ２＞１．０の成立時点以降における、第２偏差ＤＫ２と吸入空気量ＧＡＩＲの積ＤＫ２・ＧＡＩＲを積算したものであるので、エンジン３の運転状態の変化に伴い、排ガスの空燃比および／または排ガス流量が変動するのに起因して、上流側ＬＡＦセンサ２２および中間ＬＡＦセンサ２３の検出結果（第１および第２当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２）において一時的な検出誤差が発生した場合でも、２つのセンサの出力値をそのまま用いて第１タイマの計数値ｔｍＭＯＮ１を算出する特許文献１の手法と異なり、一時的な検出誤差の影響を排除しながら、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆを、上流側触媒１１の劣化度合を精度よく表す値として算出することができる。

また、前述した式（６）により、第２および第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２，ｓｕｍｋａｃｔ３と、第２および第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２，ａｖｅｋａｃｔ３とに基づいて、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅが算出される。ここで、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、ＫＡＣＴ２＞１．０の成立時点以降における、第２偏差ＤＫ２と吸入空気量ＧＡＩＲの積ＤＫ２・ＧＡＩＲを積算したものであり、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、ＫＡＣＴ３＞１．０の成立時点以降における、第３偏差ＤＫ３と吸入空気量ＧＡＩＲの積ＤＫ３・ＧＡＩＲを積算したものであるので、排ガスの空燃比および／または排ガス流量が変動するのに起因して、中間ＬＡＦセンサ２３および下流側ＬＡＦセンサ２４の検出結果（第２および第３当量比ＫＡＣＴ２，ＫＡＣＴ３）において一時的な検出誤差が発生した場合でも、２つのセンサの出力値をそのまま用いて第２タイマの計数値ｔｍＭＯＮ２を算出する特許文献１の手法と異なり、一時的な検出誤差の影響を排除しながら、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを、下流側触媒１２の劣化度合を精度よく表す値として算出することができる。

さらに、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが、２つの積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，ｓｕｍｋａｃｔ２を用いて算出され、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅが、２つの積算値ｓｕｍｋａｃｔ２，ｓｕｍｋａｃｔ３を用いて算出されるので、上流側触媒１１および下流側触媒１２の活性状態や被毒状態の影響を抑制しながら、劣化判定を行うことができる。その理由を、図９を参照しながら説明する。同図（ａ），（ｂ）はいずれも、リッチスパイク制御を開始した以降の第２および第３当量比ＫＡＣＴ２，ＫＡＣＴ３の経時変化を表しており、特に、同図（ａ）は下流側触媒１２が活性状態にありかつサルファ被毒状態にないときのものを、同図（ｂ）は下流側触媒１２が活性状態にありかつサルファ被毒状態にあるときのものをそれぞれ表している。また、図中の時刻ｔ１，ｔ２はそれぞれ、第３当量比ＫＡＣＴ３が過渡状態から定常状態に移行したタイミングを表している。

ここで、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅは、前述した式（６）により算出されるので、吸入空気量ＧＡＩＲが一定であると仮定した場合、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅは、図中の網目模様で示す領域の面積に、吸入空気量ＧＡＩＲを乗算した値に相当する。同図（ａ）と同図（ｂ）を比較すると明らかなように、同図（ｂ）における第３当量比ＫＡＣＴ３の曲線の勾配は、下流側触媒１２がサルファ被毒状態にあることに起因して、同図（ａ）のものと比べて緩やかになっているものの、両図における網目模様の領域の面積差は小さいことが判る。すなわち、下流側触媒１２がサルファ被毒状態にあるか否かにかかわらず、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅをほぼ同様の値として算出できることによって、サルファ被毒状態の影響を抑制しながら、劣化判定を実行できることが判る。また、下流側触媒１２の活性・不活性状態によっても、図９（ａ）（ｂ）と同様の事象が発生し、それにより、下流側触媒１２が活性状態にあるか否かにかかわらず、下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅをほぼ同様の値として算出できる。以上の理由により、本実施形態の劣化判定装置１によれば、上流側触媒１１および下流側触媒１２の活性状態や被毒状態の影響を抑制しながら、劣化判定を行うことができ、それにより、３つのセンサの出力値をそのまま用いる従来の劣化判定装置と比べて、判定精度を向上させることができる

また、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆに応じて、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆが算出され、下流側酸素貯蔵能のＯＳＣｂａｓｅに上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆを乗算することによって、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣが算出されるので、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣを、上流側触媒１１の劣化の影響を排除しながら、下流側触媒１２の実際の酸素貯蔵能を精度よく表す値として算出することができる。したがって、そのような下流側酸素貯蔵能ＯＳＣに基づいて下流側触媒１２の劣化判定が実行されるので、その判定精度を特許文献１の手法よりも向上させることができる。

これに加えて、前述したように、ＯＳＣｆ≦ＯＳＣｆ１の範囲では、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆが、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが小さいほど、より大きな値に設定されているので、下流側酸素貯蔵能ＯＳＣは、上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆが小さいほど、より大きくなるように算出される。それにより、上流側触媒１１の劣化に起因して、下流側触媒１２が劣化していないにもかかわらず劣化したと誤判定されるのを回避することができる。

なお、実施形態は、上流側触媒として三元触媒タイプのものを用いた例であるが、本発明の上流側触媒はこれに限らず、排ガスを浄化できるとともに酸素貯蔵能を有するものであればよい。例えば、ＮＯｘ浄化触媒を上流側触媒として用いてもよい。また、実施形態は、下流側触媒としてＮＯｘ浄化触媒を用いた例であるが、本発明の下流側触媒はこれに限らず、排ガスを浄化できるとともに酸素貯蔵能を有するものであればよい。例えば、三元触媒を下流側触媒として用いてもよい。

また、実施形態は、上流側酸素濃度パラメータ検出手段として上流側ＬＡＦセンサ２２を用いた例であるが、本発明の上流側酸素濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、上流側触媒の上流側の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを検出可能なものであればよい。例えば、上流側酸素濃度パラメータ検出手段として、排ガス中のＮＯｘ濃度に加えて酸素濃度もリニアに検出するＮＯｘ濃度センサや、排ガスの空燃比が理論空燃比からリッチ側に変化したときに検出値が所定の勾配を示すような酸素濃度センサなどを用いてもよい。

さらに、実施形態は、中間酸素濃度パラメータ検出手段として中間ＬＡＦセンサ２３を用いた例であるが、本発明の中間酸素濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、上流側触媒と下流側触媒の間の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを検出可能なものであればよい。例えば、中間酸素濃度パラメータ検出手段として、上述したような、排ガス中のＮＯｘ濃度に加えて酸素濃度もリニアに検出するＮＯｘ濃度センサや、排ガスの空燃比が理論空燃比からリッチ側に変化したときに検出値が所定の勾配を示すような酸素濃度センサなどを用いてもよい。

一方、実施形態は、下流側酸素濃度パラメータ検出手段として下流側ＬＡＦセンサ２４を用いた例であるが、本発明の下流側酸素濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、下流側触媒の下流側の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを検出可能なものであればよい。例えば、下流側酸素濃度パラメータ検出手段として、上述したような、排ガス中のＮＯｘ濃度に加えて酸素濃度もリニアに検出するＮＯｘ濃度センサや、排ガスの空燃比が理論空燃比からリッチ側に変化したときに検出値が所定の勾配を示すような酸素濃度センサなどを用いてもよい。

また、実施形態は、上流側ＯＳＣパラメータとして上流側酸素貯蔵能ＯＳＣｆを算出した例であるが、本発明の上流側ＯＳＣパラメータはこれに限らず、上流側触媒の酸素貯蔵能を表すものであればよい。

さらに、実施形態は、下流側ＯＳＣパラメータとして下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを算出した例であるが、本発明の下流側ＯＳＣパラメータはこれに限らず、下流側触媒の酸素貯蔵能を表すものであればよい。

一方、実施形態は、補正後下流側ＯＳＣパラメータとしての下流側酸素貯蔵能ＯＳＣを、上流側ＯＳＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆを下流側酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅに乗算することによって算出した例であるが、本発明の補正後下流側ＯＳＣパラメータの算出手法はこれに限らず、上流側ＯＳＣパラメータに応じて、下流側ＯＳＣパラメータを補正する手法であればよい。例えば、上流側ＯＳＣパラメータおよび下流側ＯＳＣパラメータに応じて、マップを検索することにより、補正後下流側ＯＳＣパラメータを算出するように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る劣化判定装置およびこれを適用した排ガス浄化装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 空燃比制御処理を示すフローチャートである。 下流側触媒の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ｓｕｍｋａｃｔ１の算出処理を示すフローチャートである。 第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出処理を示すフローチャートである。 第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３の算出処理を示すフローチャートである。 触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を示すフローチャートである。 上流側ＳＯＣ補正係数ＣｏｒＯＳＣｆの算出に用いるマップの一例を示す図である。 リッチスパイク制御の開始以降における第２および第３当量比ＫＡＣＴ２，ＫＡＣＴ３の経時変化を示す図であって、（ａ）下流側触媒が活性状態にありかつサルファ被毒状態にないときのものと、（ｂ）下流側触媒が活性状態にありかつサルファ被毒状態にあるときのものである。

符号の説明

１ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（上流側酸素濃度パラメータ検出手段、中間酸素濃度パラメータ検出手段
、下流側酸素濃度パラメータ検出手段、制御手段、上流側ＯＳＣパラメータ算出
手段、下流側ＯＳＣパラメータ算出手段、補正後下流側ＯＳＣパラメータ算出手
段、劣化判定手段、排ガス量パラメータ検出手段）
３ 内燃機関
７ 排気通路
１０ 排ガス浄化装置
１１ 上流側触媒
１２ 下流側触媒
２１ エアフローセンサ（排ガス量パラメータ検出手段）
２２ 上流側ＬＡＦセンサ（上流側酸素濃度パラメータ検出手段）
２３ 中間ＬＡＦセンサ（中間酸素濃度パラメータ検出手段）
２４ 下流側ＬＡＦセンサ（下流側酸素濃度パラメータ検出手段）
ＫＡＣＴ１ 第１当量比（上流側酸素濃度パラメータ）
ＫＡＣＴ２ 第２当量比（中間酸素濃度パラメータ）
ＫＡＣＴ３ 第３当量比（下流側酸素濃度パラメータ）
ＯＳＣｆ 上流側酸素貯蔵能（上流側ＯＳＣパラメータ）
ＯＳＣｂａｓｅ 下流側酸素貯蔵能の基本値（下流側ＯＳＣパラメータ）
ＯＳＣ 下流側酸素貯蔵能（補正後下流側ＯＳＣパラメータ）
ＧＡＩＲ 吸入空気量（排ガス量パラメータ）
ＤＫ１・ＧＡＩＲ 第１偏差と吸入空気量の積（第１還元剤量パラメータ）
ＤＫ２・ＧＡＩＲ 第２偏差と吸入空気量の積（第２還元剤量パラメータ）
ＤＫ３・ＧＡＩＲ 第３偏差と吸入空気量の積（第３還元剤量パラメータ）
ｓｕｍｋａｃｔ１ 第１還元剤量積算値（第１積算値）
ｓｕｍｋａｃｔ２ 第２還元剤量積算値（第２積算値）
ｓｕｍｋａｃｔ３ 第３還元剤量積算値（第３積算値）
ΔＴ 所定の制御周期（所定の演算周期）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路を流れる排ガスを浄化するとともに酸素貯蔵能を有する上流側触媒と、当該排気通路の当該上流側触媒よりも下流側の排ガスを浄化するとともに酸素貯蔵能を有する下流側触媒とを備えた排ガス浄化装置において、当該下流側触媒の劣化を判定する排ガス浄化装置の劣化判定装置であって、
   前記上流側触媒の上流側の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを上流側酸素濃度パラメータとして検出する上流側酸素濃度パラメータ検出手段と、
   前記上流側触媒と前記下流側触媒の間の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを中間酸素濃度パラメータとして検出する中間酸素濃度パラメータ検出手段と、
   前記下流側触媒の下流側の排ガス中の酸素濃度を表す酸素濃度パラメータを下流側酸素濃度パラメータとして検出する下流側酸素濃度パラメータ検出手段と、
   前記上流側触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気との間で切り換えて制御する制御手段と、
   当該制御手段による排ガスの、酸化雰囲気から還元雰囲気への切換以降に検出された前記上流側酸素濃度パラメータおよび前記中間酸素濃度パラメータを用いて、前記上流側触媒の酸素貯蔵能を表す上流側ＯＳＣパラメータを算出する上流側ＯＳＣパラメータ算出手段と、
   前記制御手段による排ガスの、酸化雰囲気から還元雰囲気への前記切換以降に検出された前記中間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を用いて、前記下流側触媒の酸素貯蔵能を表す下流側ＯＳＣパラメータを算出する下流側ＯＳＣパラメータ算出手段と、
   前記算出された上流側ＯＳＣパラメータに応じて、前記算出された下流側ＯＳＣパラメータを補正することにより、補正後下流側ＯＳＣパラメータを算出する補正後下流側ＯＳＣパラメータ算出手段と、
   当該算出された補正後下流側ＯＳＣパラメータを用いて、前記下流側触媒の劣化判定を実行する劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とする排ガス浄化装置の劣化判定装置。
2. 前記上流側触媒に供給される排ガス量を表す排ガス量パラメータを検出する排ガス量パラメータ検出手段をさらに備え、
   前記上流側ＯＳＣパラメータ算出手段は、前記上流側酸素濃度パラメータ、前記中間酸素濃度パラメータおよび前記排ガス量パラメータを用いて、前記上流側触媒に供給された還元剤量を表す第１還元剤量パラメータと前記上流側触媒を通過した還元剤量を表す第２還元剤量パラメータとを算出するとともに、当該第１還元剤量パラメータおよび当該第２還元剤量パラメータをそれぞれ所定の演算周期で積算した第１積算値および第２積算値を用いて、前記上流側ＯＳＣパラメータを算出し、
   前記下流側ＯＳＣパラメータ算出手段は、前記中間酸素濃度パラメータ、前記下流側酸素濃度パラメータおよび前記排ガス量パラメータを用いて、前記下流側触媒に供給された還元剤量を表す前記第２還元剤量パラメータと前記下流側触媒を通過した還元剤量を表す第３還元剤量パラメータとを算出するとともに、前記第２還元剤量パラメータおよび当該第３還元剤量パラメータをそれぞれ所定の演算周期で積算した前記第２積算値および第３積算値を用いて、前記下流側ＯＳＣパラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。
3. 前記補正後下流側ＯＳＣパラメータ算出手段は、前記補正後下流側ＯＳＣパラメータを、前記上流側ＯＳＣパラメータが表す前記上流側触媒の酸素貯蔵能が小さいほど、前記補正後下流側ＯＳＣパラメータが表す前記下流側触媒の酸素貯蔵能がより大きくなるように算出することを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。

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