JP4637213B2 - 触媒の劣化判定装置 - Google Patents

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、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この劣化判定装置では、排気通路の三元触媒よりも上流側および下流側に、内燃機関で燃焼された混合気の空燃比を検出する上流側空燃比センサおよび下流側空燃比センサがそれぞれ設けられており、三元触媒の劣化判定が以下のようにして行われる。まず、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御することによって、排ガス中の酸素を三元触媒に十分に吸着させる。次に、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に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、三元触媒に吸着していた酸素と反応させる。その後、下流側空燃比センサで検出された上流側空燃比が上流側空燃比センサで検出された上流側空燃比とほぼ等しくなったときに、理論空燃比とそのときの上流側空燃比との差に、リッチ側への切換時からの経過時間（以下「第１時間」という）と、検出された吸入空気量を乗算することによって、三元触媒に吸着していた第１酸素量を算出する。

次に、混合気の空燃比を再びリーン側に切り換えることにより、排ガス中の酸素を三元触媒に吸着させる。その後、下流側空燃比が上流側空燃比とほぼ等しくなったときに、そのときの上流側空燃比と理論空燃比との差に、リーン側への切換時からの経過時間（以下「第２時間」という）と、吸入空気量を乗算することによって、三元触媒に吸着した第２酸素量を算出する。そして、算出した第１および第２酸素量の平均値が小さいほど、三元触媒の劣化が進行していると判定する。

以上のように、この従来の劣化判定装置では、空燃比をリーン側とリッチ側の間で切り換えた後、下流側空燃比が上流側空燃比と等しくなるまでの第１および第２時間に応じて算出した第１および第２酸素量に基づいて、三元触媒の劣化が判定される。しかし、上流側および下流側の空燃比センサの出力特性、特にゲインが互いにずれている場合には、下流側空燃比が上流側空燃比に実際に等しくなったタイミングを正確に把握できず、上記の第１および第２時間を正確に測定できないため、劣化判定を精度良く行えない。また、２つの空燃比センサが三元触媒を間にして配置されていて、下流側空燃比センサには三元触媒で反応が行われた後の排ガスが流入するため、両空燃比センサの間で排ガスの組成や活性度合が異なる。このため、両空燃比センサ自体のの出力特性がずれていない場合でも、それらの出力値が同じ空燃比に対して互いにずれることがあり、その場合にも、下流側空燃比が上流側空燃比に等しくなったタイミングを正確に把握できず、劣化の判定精度が低下してしまう。

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、センサ自体の出力特性のずれや排ガスの組成および活性度合の相違などによる、触媒の上流側および下流側の酸素濃度パラメータセンサの間の出力特性のずれを補償しながら、触媒の劣化判定を適切に行う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５−１３３２６４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、排ガスを浄化するとともに酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有する触媒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）を検出する第１酸素濃度パラメータセンサ（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）を検出する第２酸素濃度パラメータセンサ（第２ＬＡＦセンサ１３）と、触媒７に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気の間で切り換えて制御する制御手段（ＥＣＵ２）と、制御手段により排ガスが切り換えられた後に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、排ガスの切換時から所定期間が経過した以降に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が互いに合致するように補正する補正手段（ＥＣＵ２、ステップ４１、ステップ５１、ステップ６１）と、補正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４２、ステップ５２、ステップ６２）と、所定期間内に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それぞれの積算値（第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２）を算出する積算値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３、ステップ４）と、を備え、補正手段は、算出された上流側酸素濃度パラメータの積算値と所定期間以降に検出された上流側酸素濃度パラメータ（第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１）との比、および算出された下流側酸素濃度パラメータの積算値と所定期間以降に検出された下流側酸素濃度パラメータ（第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２）との比を算出することによって、上流側酸素濃度パラメータの積算値および下流側酸素濃度パラメータの積算値をそれぞれ補正し（ステップ４１）、劣化判定手段は、補正された上流側酸素濃度パラメータの積算値および下流側酸素濃度パラメータの積算値の相互の比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定する（ステップ４２）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、第１酸素濃度パラメータセンサによって検出するとともに、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、第２酸素濃度パラメータセンサによって検出する。劣化判定を行う際には、触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気および還元雰囲気の一方から他方に切り換えるとともに、その切換後に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。

触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気の間で切り換えると、酸化雰囲気への切換の場合には、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。一方、還元雰囲気への切換の場合には、排ガス中の還元剤との反応によって、触媒に貯蔵されていた酸素が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、排ガスの切換後における触媒の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、排ガスの切換後に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、触媒の劣化を適切に判定できる。

また、酸化雰囲気への切換の場合には触媒における酸素の貯蔵が終了したときに、還元雰囲気への切換の場合には触媒からの貯蔵した酸素の放出が終了したときに、触媒の下流側の排ガス中の酸素濃度は、上流側の排ガス中の酸素濃度に一致するようになる。このため、排ガスの切換時から所定期間が経過した以降においては、検出された上流側酸素濃度パラメータと下流側酸素濃度パラメータは、本来、互いに一致するはずである。そうでない場合には、第１および第２酸素濃度パラメータセンサの出力特性（ゲイン）が、センサ自体の出力特性のずれや排ガスの組成および活性度合の相違などに起因して、互いにずれていることを意味し、このときの両酸素濃度パラメータの値は、両センサ間のゲインの大きさに対応する。

本発明によれば、排ガスの切換後に検出された上流側および下流側酸素濃度パラメータを、その切換時から所定期間が経過した以降に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が互いに合致するように補正する。この補正により、第１および第２酸素濃度パラメータセンサの間で出力特性のずれが生じている場合、そのずれを適切に補償できる。そして、そのように補正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、触媒の劣化を判定するので、第１および第２酸素濃度パラメータセンサの出力特性のずれによる影響を受けることなく、劣化の判定を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。

また、排ガスの切換後の所定期間内に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について、それぞれの積算値を算出するとともに、各積算値と所定期間以降に検出された、対応する酸素濃度パラメータとの比を算出することによって、各積算値を補正する。そして、補正された両積算値の比較結果に基づいて、触媒の劣化を判定する。

以上のように、劣化判定のために比較される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として、それらの積算値を用いるので、第１および第２酸素濃度パラメータセンサの出力値の一時的な変動や誤差による影響を、適切に吸収できる。また、それぞれの積算値と、所定期間以降に検出された、対応する酸素濃度パラメータとの比を算出することによって、各積算値を補正するので、所定期間以降に検出された上流側および下流側酸素濃度パラメータが互いに合致するよう、第１および第２酸素濃度パラメータセンサのゲインのずれを適切に補償することができる。

例えば、酸素濃度パラメータセンサのゲインが大きい側にずれている場合には、所定期間内から所定期間以降の全体にわたり、大きめの酸素濃度パラメータが得られるので、所定期間内に検出された酸素濃度パラメータに基づく積算値を所定期間以降に検出された酸素濃度パラメータで除することによって、積算値を小さい側に適切かつ容易に補正できる。逆に、酸素濃度パラメータセンサのゲインが小さい側にずれている場合には、積算値を大きい側に補正できる。したがって、そのようにゲイン補正された積算値同士を比較することによって、劣化の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。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の触媒の劣化判定装置において、補正手段は、補正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各積算値に、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うち、所定期間以降に検出された一方の酸素濃度パラメータをそれぞれ乗算することにより、一方の酸素濃度パラメータを基準として、上流側酸素濃度パラメータの積算値および下流側酸素濃度パラメータの積算値をさらに補正する（ステップ５１、ステップ６１）ことを特徴とする。

この構成によれば、上述したように補正された上流側および下流側酸素濃度パラメータの各積算値に、所定期間以降に検出された一方の酸素濃度パラメータをそれぞれ乗算することによって、上記一方の酸素濃度パラメータを検出する酸素濃度パラメータセンサの出力値を基準として、各積算値がゲイン補正される。例えば、上流側の第１酸素濃度パラメータセンサの出力値を基準とした場合には、触媒での反応による排ガスの組成や活性度合の変化などによる影響を受けていない排ガスを対象とした第１酸素濃度パラメータセンサの検出結果に基づき、酸素濃度をより正確に反映した上流側および下流側酸素濃度パラメータの積算値を求めることができる。

一方、内燃機関の冷間始動後などの場合には、内燃機関から排出された排ガスの活性度合が低いため、上流側のセンサの出力が鈍くなる傾向がある。したがって、そのような場合には、下流側の第２酸素濃度パラメータセンサの出力値を基準とすることによって、触媒での反応により活性度合が高められた排ガスを対象とした第２酸素濃度パラメータセンサの検出結果に基づき、酸素濃度をより正確に反映した上流側および下流側酸素濃度パラメータの積算値を求めることができる。したがって、そのように補正された積算値同士を比較することによって、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に記載の触媒の劣化判定装置において、上流側酸素濃度パラメータおよび下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したか否かを判定する定常状態判定手段（ＥＣＵ２、ステップ５、ステップ７）をさらに備え、所定期間は、排ガスの切換後、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両方が定常状態に達したと判定されるまでの期間であることを特徴とする。

この構成によれば、所定期間は、排ガスの切換後、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両方が定常状態に達したと判定されるまでの期間として定められる。これにより、定常状態に達した後に検出された、互いに同じ値を示すべき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用いて、積算値などを適切に補正でき、判定精度を確実に向上させることができる。

また、上記の目的を達成するため、本願の請求項４に係る発明は、内燃機関３の排気通路（排気管５）に設けられ、排ガスを浄化し、酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有する上流側触媒（触媒７）の劣化を判定するとともに、排気通路の上流側触媒よりも下流側に設けられ、排ガスを浄化し、酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有する下流側触媒８の劣化を判定する触媒の劣化判定装置であって、上流側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（第１当量比ＫＡＣＴ１）を検出する第１酸素濃度パラメータセンサ（第１ＬＡＦセンサ１２）と、上流側触媒と下流側触媒８との中間における排ガス中の酸素濃度を表す中間酸素濃度パラメータ（第２当量比ＫＡＣＴ２）を検出する第２酸素濃度パラメータセンサ（第２ＬＡＦセンサ１３）と、下流側触媒８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３当量比ＫＡＣＴ３）を検出する第３酸素濃度パラメータセンサ（第３ＬＡＦセンサ１４）と、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の間で切り換えて制御する制御手段（ＥＣＵ２）と、制御手段により排ガスが切り換えられた後に検出された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下流側酸素濃度パラメータを、排ガスの切換時から所定期間が経過した以降に検出された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下流側酸素濃度パラメータが互いに合致するように補正する補正手段（ＥＣＵ２、ステップ８１、ステップ９１）と、補正された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、上流側触媒および下流側触媒８の劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ４２、ステップ９２）と、所定期間内に検出された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下流側酸素濃度パラメータのそれぞれの積算値（第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３）を算出する積算値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３、ステップ４、ステップ７１）と、を備え、補正手段は、算出された上流側酸素濃度パラメータの積算値と所定期間以降に検出された上流側酸素濃度パラメータ（第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１）との比、算出された中間酸素濃度パラメータの積算値と所定期間以降に検出された中間酸素濃度パラメータ（第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２）との比、および算出された下流側酸素濃度パラメータの積算値と所定期間以降に検出された下流側酸素濃度パラメータ（第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３）との比を算出することによって、上流側酸素濃度パラメータの積算値、中間酸素濃度パラメータの積算値、および下流側酸素濃度パラメータの積算値をそれぞれ補正し（ステップ４１、ステップ９１）、劣化判定手段は、補正された上流側酸素濃度パラメータの積算値、中間酸素濃度パラメータの積算値、および下流側酸素濃度パラメータの積算値の相互の比較結果に基づいて、上流側触媒および下流側触媒の劣化を判定する（ステップ４２、ステップ９２）ことを特徴とする。

この請求項４から後述する請求項６に係る発明は、前述した請求項１〜３の発明を、触媒が上流側および下流側の２つの触媒を有する場合に適用したものである。すなわち、この構成によれば、内燃機関の排気通路には、排ガスを浄化するための上流側触媒および下流側触媒が設けられており、これらの触媒はいずれも酸素貯蔵能力を有している。本発明の劣化判定装置によれば、上流側触媒の上流側、上流側触媒と下流側触媒との中間、および下流側触媒の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、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が、第１〜第３酸素濃度パラメータセンサによってそれぞれ検出される。劣化判定を行う際には、上流側触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気および還元雰囲気の一方から他方に切り換えるとともに、その切換後に検出された上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータを、当該切換時から所定期間が経過した以降に検出された上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータが互いに合致するように補正する。

この補正により、第１〜第３酸素濃度パラメータセンサの間で出力特性（ゲイン）のずれが生じている場合、そのずれを適切に補償することができる。そして、そのように補正された上流側、中間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、上流側触媒および下流側触媒の劣化を判定するので、第１〜第３酸素濃度パラメータセンサの出力特性のずれによる影響を受けることなく、両触媒の劣化の判定を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。

また、請求項１の発明と同様、劣化判定のために比較される上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータとして、それらの積算値を用いるので、第１〜第３酸素濃度パラメータセンサの出力値の一時的な変動や誤差による影響を、適切に吸収できる。また、それぞれの積算値と、所定期間以降に検出された、対応する酸素濃度パラメータとの比を算出することによって、各積算値を補正するので、所定期間以降に検出された上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータが互いに合致するよう、第１〜第３酸素濃度パラメータセンサのゲインのずれを適切に補償することができる。したがって、そのようにゲイン補正された積算値同士を比較することによって、劣化の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。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の触媒の劣化判定装置において、補正手段は、補正された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下流側酸素濃度パラメータの各積算値に、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下流側酸素濃度パラメータのうちの、所定期間以降に検出された１つの酸素濃度パラメータをそれぞれ乗算することにより、当該１つの酸素濃度パラメータを基準として、上流側酸素濃度パラメータの積算値、中間酸素濃度パラメータの積算値および下流側酸素濃度パラメータの積算値をさらに補正することを特徴とする。

この構成によれば、請求項２の発明と同様、上述したように補正された上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータの各積算値に、所定期間以降に検出された１つの酸素濃度パラメータをそれぞれ乗算することにより、１つの酸素濃度パラメータを検出する酸素濃度パラメータセンサの出力値を基準として、各積算値がゲイン補正される。したがって、補正された積算値同士を比較することによって、判定精度をさらに向上させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項４または５に記載の触媒の劣化判定装置において、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下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したか否かを判定する定常状態判定手段（ＥＣＵ２、ステップ５、ステップ７、ステップ７２）をさらに備え、所定期間は、排ガスの切換後、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下流側酸素濃度パラメータのいずれもが定常状態に達したと判定されるまでの期間であることを特徴とする。

この構成によれば、請求項３の発明と同様、所定期間は、排ガスの切換後、上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータの両方が定常状態に達したと判定されるまでの期間として定められる。これにより、定常状態に達した後に検出された、互いに同じ値を示すべき上流側、中間および下流側酸素濃度パラメータを用いて、積算値などを適切に補正でき、したがって、判定精度を確実に向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、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からの燃料噴射量は、後述するＥＣＵ２によって設定され、ＥＣＵ２からの駆動信号により、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、エアフローセンサ１１が設けられている。このエアフローセンサ１１は、エンジン３に吸入される吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

排気管５には、触媒７が設けられている。この触媒７は、三元触媒で構成されており、排ガス中のＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを、酸化還元反応によって浄化する。また、触媒７は、酸素貯蔵能力を有しており、排ガスが酸素濃度の高い酸化雰囲気のときに、排ガス中の酸素を貯蔵する一方、排ガスが酸素濃度の低い還元雰囲気のときに、貯蔵していた酸素を放出する。

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（以下「上流側酸素濃度」という）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（以下「下流側酸素濃度」という）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、上流側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。

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１０〜１３からの検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別し、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量制御などの各種の制御処理を実行するとともに、触媒７の劣化判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御手段、補正手段、劣化判定手段、積算値算出手段および定常状態判定手段に相当する。

図２は、この触媒７の劣化判定処理を示すフローチャートである。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。また、この劣化判定処理を実行するに際し、次のような混合気の空燃比制御が行われる。すなわち、このエンジン３はディーゼルエンジンであるため、通常、ＥＣＵ２による燃料噴射量制御により、空燃比が理論空燃比よりもリーン側のリーン運転が行われており、それにより、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０よりも小さな酸化雰囲気に制御されている。劣化判定処理を行う場合には、その状態から空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することで、排ガスを、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０よりも大きな還元雰囲気に制御する。以下、このように排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換え、維持する制御を「排ガス還元制御」という。なお、劣化判定処理は、エンジン３が安定した所定の運転状態にあり、かつＥＣＵ２および各種のセンサ１０〜１３が正常であることを条件として実行される。

まず、図２のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、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、排ガス還元制御中、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。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１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、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２）。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３および４）、本処理を終了する。ここで、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、排ガス還元制御中に触媒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、排ガス還元制御中に触媒７を通過した還元剤の総量を表す（図６参照）。

図３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している。本処理では、まず、ステップ２１において、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。次に、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２２）。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２３）、本処理を終了する。一方、ステップ２２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（１）に従って、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出し（ステップ２４）、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との積を積算することによって算出されるので、排ガス還元制御中に触媒７に流入した還元剤の総量に相当する。

図４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している。本処理では、まず、ステップ３１において、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。次に、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３２）。

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３３）、本処理を終了する。一方、ステップ３２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（２）に従って、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し（ステップ３４）、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、排ガス還元制御中に触媒７を通過した還元剤の総量に相当する。

図２に戻り、前記ステップ２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５）。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７に進む。

一方、ステップ５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、所定期間が経過したとして、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６）、ステップ７に進む。この第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出は、具体的には以下のように行われる。

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５または６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９に進む。

一方、ステップ７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、所定期間が経過したとして、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８）、ステップ９に進む。この第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出は、具体的には以下のように行われる。

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７または８に続くステップ９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９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１０）後、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行し（ステップ１１）、本処理を終了する。

図５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している。本処理では、まず、ステップ４１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（３）に従って、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式（３）を用いるのは、以下の理由による。図６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動作例を示している。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、排ガス還元制御中に触媒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、排ガス還元制御中に触媒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。したがって、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には、酸素貯蔵能ＯＳＣは、次式（４）によって表される。

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７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、酸素貯蔵能ＯＳＣは、式（４）によって算出すると、過小な値になる。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６に示すように、本来、互いに一致すべきものであり、図７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（３）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（３）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４１に続くステップ４２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４３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ４２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４４）後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えた排ガス還元制御中、触媒７に流入した還元剤の総量を第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１として算出し、触媒７を通過した還元剤の総量を第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２として算出する。また、定常状態に達した後の第１および第２当量比ＫＡＣＴ２をそれぞれ表す第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１、ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。

そして、式（３）により、算出した第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還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２と第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２との比を算出することによって、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔをゲイン補正するとともに、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。したがって、第１および第２ＬＡＦ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を適切に算出することができる。その結果、第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３のゲインのずれの影響を受けることなく、算出した酸素貯蔵能ＯＳＣに基づいて、触媒７の劣化判定を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。

また、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、ｓｕｍｋａｃｔ２の差として、酸素貯蔵能ＯＳＣを算出するので、第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３の出力値の一時的な変動や誤差による影響を適切に吸収でき、それにより、判定精度をさらに向上させることができる。

図８および図９は、図５の処理に代えて実行される、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理の２つの変形例をそれぞれ示している。これらの変形例は、触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣの算出方法が異なるものである。

図８の例では、酸素貯蔵能ＯＳＣを、次式（５）によって算出する（ステップ５１）。

この式（５）は、前記式（３）の右辺に第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１をさらに乗算したものであり、次式（６）のように書き換えられることから明らかなように、第１ＬＡＦセンサ１２の出力値を基準として、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２をゲイン補正し、酸素貯蔵能ＯＳＣを算出するものである。

次いで、算出した酸素貯蔵能ＯＳＣが所定の判定値ＯＳＣＪＵＤ２よりも大きいか否かを判別し（ステップ５２）、その判別結果に応じて、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」または「１」にセットし（ステップ４３、４４）、本処理を終了する。

以上のように上流側の第１ＬＡＦセンサ１２の出力値を基準とした場合には、触媒７での反応による排ガスの組成や活性度合の変化などによる影響を受けていない排ガスを対象とした第１ＬＡＦセンサ１２の検出結果に基づき、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、ｓｕｍｋａｃｔ２と酸素貯蔵能ＯＳＣを適切に算出することができる。

また、図９の変形例は、上記とは逆に、酸素貯蔵能ＯＳＣを、第２ＬＡＦセンサ１３の出力値を基準として求めるものであり、酸素貯蔵能ＯＳＣは、次式（７）によって算出される（ステップ６１）。

この式（７）は、前記式（３）の右辺に第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２をさらに乗算したものであり、次式（８）のように書き換えられることから、第２ＬＡＦセンサ１３の出力値を基準として、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１をゲイン補正し、酸素貯蔵能ＯＳＣを算出するものである。

このように下流側の第２ＬＡＦセンサ１３の出力値を基準とした場合には、内燃機関の冷間始動後などにおいて、排ガスの活性度合が低いために、上流側の第１ＬＡＦセンサ１２の出力が鈍くなるようなときに、触媒７での反応により活性度合が高められた排ガスを対象とした第２ＬＡＦセンサ１３の検出結果に基づき、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、ｓｕｍｋａｃｔ２と酸素貯蔵能ＯＳＣを適切に算出することができる。

次に、図１０〜図１３を参照しながら、第２実施形態による触媒の劣化判定装置２１について説明する。なお、本実施形態において、前述した第１実施形態と同じ構成要素および制御処理の実行内容については、同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

図１０に示すように、このエンジン３の排気管５には、第１実施形態と同様、三元触媒で構成された触媒７が、上流側触媒として設けられるとともに、その下流側には、下流側触媒８が設けられている。この下流側触媒８は、ＮＯｘ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力を有している。

また、第１実施形態と同様、排気管５の触媒７よりも上流側には第１ＬＡＦセンサ１２が設けられ、触媒７の下流側、すなわち触媒７と下流側触媒８との間には、第２ＬＡＦセンサ１３が設けられている。さらに、下流側触媒８の下流側には、第３ＬＡＦセンサ１４が設けられている。この第３ＬＡＦセンサ１４もまた、ジルコニアなどで構成されており、広範囲な空燃比の領域において、下流側触媒８の下流側における排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この第３ＬＡＦセンサ１４の検出信号に基づいて、下流側触媒８の下流側における排ガス中の還元剤と酸素との質量比（燃空比）を換算した第３当量比ＫＡＣＴ３を算出する。

本実施形態では、触媒７および下流側触媒８の双方について、劣化判定が行われる。図１１は、その劣化判定処理を示すフローチャートである。なお、この劣化判定処理を実行するに際し、排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換える排ガス還元制御を行うことは、第１実施形態と同様である。

本処理では、まず、第１実施形態における図２の処理と同様、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であり（ステップ１：ＹＥＳ）、かつ第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２≦所定値ｋｒｅｆのときに（ステップ２：ＮＯ）、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１、ｓｕｍｋａｃｔ２を算出する（ステップ３および４）。それらの算出は、図３および図４の算出処理により、第１実施形態と同様にして行われる。

次に、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出し（ステップ７１）、本処理を終了する。この第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、排ガス還元制御中に下流側触媒８を通過した還元剤の総量を表すものであり、図１２に示すサブルーチンにより、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１などの場合と同様にして算出される。

具体的には、第３当量比ＫＡＣＴ３と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ３−１．０）を、第３偏差ＤＫ３として算出し（ステップ８１）、この第３偏差ＤＫ３が値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ８２）。この判別結果がＮＯのときには、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を値０にリセットする（ステップ８３）。一方、この判別結果がＹＥＳのときには、第３偏差ＤＫ３および吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（９）に従って、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出し（ステップ８４）、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との積を積算することによって算出されるので、排ガス還元制御中に下流側触媒８を通過した還元剤の総量に相当する。

図１１に戻り、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２＞所定値ｋｒｅｆのときには（ステップ２：ＹＥＳ）、第１実施形態と同様、ステップ５〜８を実行することにより、定常状態に達した後の第１当量比ＫＡＣＴ１に基づいて、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１を算出するとともに、定常状態に達した後の第２当量比ＫＡＣＴ２に基づいて、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。

次に、第３当量比変化量ＤＫＡＣＴ３が所定値ＫＲＥＦ３よりも小さいか否かを判別する（ステップ７２）。この第３当量比変化量ＤＫＡＣＴ３は、第３当量比の今回値と前回値との差の絶対値（＝｜ＫＡＣＴ３−ＫＡＣＴ３Ｚ｜）として算出される。この判別結果がＹＥＳのときには、第３当量比ＫＡＣＴ３が定常状態に達したとして、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（ステップ７３）。この第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３の算出は、前述した第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１などの場合と同様、ＤＫＡＣＴ３＜ＫＲＥＦ３が成立した後に得られたｎ個の第３当量比ＫＡＣＴ３を相加平均することによって、算出される。また、その算出が終了したときに、第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ３が「１」にセットされる。

前記ステップ７３に続くステップ７４では、第１〜第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１〜３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のときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ７４の判別結果がＹＥＳで、第１〜第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１〜３のすべての算出が終了しているときには、第１〜第３平均値演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１〜３をいずれも「０」にリセットした（ステップ７５）後、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行し（ステップ７６）、本処理を終了する。

図１３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している。本処理では、まず、第１実施形態における図５の処理とまったく同様にして、ステップ４１〜４４において、前記式（３）により算出された触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣと判定値ＯＳＣＪＵＤとの比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定する。

次に、下流側触媒８の酸素貯蔵能ＯＳＣｒを、次式（１０）によって算出する（ステップ９１）。

この式（１０）では、式（３）と同じ理由から、下流側触媒８の酸素貯蔵能ＯＳＣｒは、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２と第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２との比と、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３と第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３との比との差として、算出される。

次に、算出した酸素貯蔵能ＯＳＣｒが、下流側触媒用の所定の判定値ＯＳＣＪＵＤｒ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ＹＥＳのときには、下流側触媒８が劣化していないとし、そのことを表すために、下流側触媒用の触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＲＮＧを「０」にセットした（ステップ９３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ９２の判別結果がＮＯのときには、下流側触媒８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＿ＣＡＴＲＮＧを「１」にセットした（ステップ９４）後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、排ガス還元制御中、触媒７の上流側および触媒７と下流側触媒８との中間にそれぞれ設けられた第１および第２ＬＡＦセンサ１２、１３の検出結果に基づき、第１実施形態と同様にして、触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣを算出するとともに、第２ＬＡＦセンサ１２および下流側触媒８の下流側に設けられた第３ＬＡＦセンサ１４の検出結果に基づき、触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣと同様にして、下流側触媒８の酸素貯蔵能ＯＳＣｒを算出する。したがって、第１〜第３ＬＡＦセンサ１２〜１４のゲインのずれを補償しながら、触媒７の酸素貯蔵能ＯＳＣおよび下流側触媒８の酸素貯蔵能ＯＳＣｒを適切に算出することができる。その結果、第１〜第３ＬＡＦセンサ１２〜１４のゲインのずれの影響を受けることなく、算出した酸素貯蔵能ＯＳＣおよび酸素貯蔵能ＯＳＣｒに基づいて、触媒７および下流側触媒８の劣化判定を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。

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〜第３当量比ＫＡＣＴ１〜ＫＡＣＴ３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、排ガスを還元雰囲気に切り換えた後に所定期間が経過したか否かを定めるための第１〜第３当量比ＫＡＣＴ１〜ＫＡＣＴ３の定常状態の判定を、それぞれの今回値と前回値との差の絶対値として求めた当量比変化量ＤＫＡＣＴ１〜ＫＡＣＴ３を所定値ＫＲＥＦ１〜ＫＲＥＦ３と比較することによって行っているが、他の適当な手法で行ってもよい。例えば、排ガスを還元雰囲気に切り換えた後の経過時間、あるいは第１〜第３当量比ＫＡＣＴ１〜ＫＡＣＴ３がそれぞれ値１．０を超えた後の経過時間をタイマで計測し、計測された経過時間が所定時間に達したときに、第１〜第３当量比ＫＡＣＴ１〜ＫＡＣＴ３が定常状態に達したと判定してもよい。

さらに、実施形態では、排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換える排ガス還元制御を、燃焼室３ａへの燃料噴射量を制御することによって行っているが、還元剤としての燃料や尿素などを、排気管５の第１ＬＡＦセンサ１２よりも上流側に直接、供給することによって行ってもよい。あるいは、排ガス還元制御に代えて、排ガスを還元雰囲気から酸化雰囲気に切り換えた状態で、劣化判定を行ってもよい。

また、第１実施形態は、触媒７が三元触媒の例であり、第２実施形態は、上流側の触媒７が三元触媒、下流側触媒８が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る。

さらに、第２実施形態では、下流側触媒８の酸素貯蔵能ＯＳＣｒの算出を、式（３）に相当する式（１０）を用いて行っているが、これに代えて、第１実施形態の変形例による式（５）や式（７）に相当する式を用いてもよい。

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。

第１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。 第１実施形態によ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。 変形例によ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。 別の変形例によ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２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。 第２実施形態による劣化判定処理を示すフローチャートである。 第３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。

符号の説明

１ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（制御手段、補正手段、劣化判定手段、積算値算出手段および定常状態判定
手段）
３ 内燃機関
５ 排気管（排気通路）
７ 触媒（上流側触媒）
８ 下流側触媒
１２ 第１ＬＡＦセンサ（第１酸素濃度パラメータセンサ）
１３ 第２ＬＡＦセンサ（第２酸素濃度パラメータセンサ）
１４ 第３ＬＡＦセンサ（第３酸素濃度パラメータセンサ）
２１ 劣化判定装置
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、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）
ｓｕｍｋａｃｔ１ 第１還元剤量積算値（上流側酸素濃度パラメータの積算値）
ｓｕｍｋａｃｔ２ 第２還元剤量積算値（下流側酸素濃度パラメータの積算値、中間酸素
濃度パラメータの積算値）
ｓｕｍｋａｃｔ３ 第３還元剤量積算値（下流側酸素濃度パラメータの積算値）
ａｖｅｋａｃｔ１ 第１当量比平均値（所定期間以降に検出された上流側酸素濃度パラメ
ータ）
ａｖｅｋａｃｔ２ 第２当量比平均値（所定期間以降に検出された下流側酸素濃度パラメ
ータ、中間酸素濃度パラメータ）
ａｖｅｋａｃｔ３ 第３当量比平均値（所定期間以降に検出された下流側酸素濃度パラメ
ータ）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排ガスを浄化するとともに酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有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第１酸素濃度パラメータセンサと、
   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第２酸素濃度パラメータセンサと、
   前記触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気の間で切り換えて制御する制御手段と、
   当該制御手段により排ガスが切り換えられた後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下流側酸素濃度パラメータを、当該排ガスの切換時から所定期間が経過した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下流側酸素濃度パラメータが互いに合致するように補正する補正手段と、
   当該補正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、前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記所定期間内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下流側酸素濃度パラメータのそれぞれの積算値を算出する積算値算出手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記算出された上流側酸素濃度パラメータの積算値と前記所定期間以降に検出された前記上流側酸素濃度パラメータとの比、および前記算出された下流側酸素濃度パラメータの積算値と前記所定期間以降に検出された前記下流側酸素濃度パラメータとの比を算出することによって、前記上流側酸素濃度パラメータの積算値および前記下流側酸素濃度パラメータの積算値をそれぞれ補正し、
   前記劣化判定手段は、前記補正された上流側酸素濃度パラメータの積算値および下流側酸素濃度パラメータの積算値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ことを特徴とする触媒の劣化判定装置。
2. 前記補正手段は、前記補正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各積算値に、当該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うち、前記所定期間以降に検出された一方の酸素濃度パラメータをそれぞれ乗算することにより、当該一方の酸素濃度パラメータを基準として、前記上流側酸素濃度パラメータの積算値および前記下流側酸素濃度パラメータの積算値をさらに補正す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が定常状態に達したか否かを判定する定常状態判定手段をさらに備え、
   前記所定期間は、前記排ガスの切換後、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両方が定常状態に達したと判定されるまでの期間であることを特徴とする、請求項１または２に記載の触媒の劣化判定装置。
4. 内燃機関の排気通路に設けられ、排ガスを浄化し、酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有する上流側触媒の劣化を判定するとともに、前記排気通路の前記上流側触媒よりも下流側に設けられ、排ガスを浄化し、酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有する下流側触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置であって、
   前記上流側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第１酸素濃度パラメータセンサと、
   前記上流側触媒と前記下流側触媒との中間における排ガス中の酸素濃度を表す中間酸素濃度パラメータを検出する第２酸素濃度パラメータセンサと、
   前記下流側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第３酸素濃度パラメータセンサと、
   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、
   当該制御手段により排ガスが切り換えられた後に検出された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下流側酸素濃度パラメータを、当該排ガスの切換時から所定期間が経過した以降に検出された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下流側酸素濃度パラメータが互いに合致するように補正する補正手段と、
   当該補正された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、前記上流側触媒および前記下流側触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記所定期間内に検出された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下流側酸素濃度パラメータのそれぞれの積算値を算出する積算値算出手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記算出された上流側酸素濃度パラメータの積算値と前記所定期間以降に検出された前記上流側酸素濃度パラメータとの比、前記算出された中間酸素濃度パラメータの積算値と前記所定期間以降に検出された前記中間酸素濃度パラメータとの比、および前記算出された下流側酸素濃度パラメータの積算値と前記所定期間以降に検出された前記下流側酸素濃度パラメータとの比を算出することによって、前記上流側酸素濃度パラメータの積算値、前記中間酸素濃度パラメータの積算値、および前記下流側酸素濃度パラメータの積算値をそれぞれ補正し、
   前記劣化判定手段は、前記補正された上流側酸素濃度パラメータの積算値、中間酸素濃度パラメータの積算値、および下流側酸素濃度パラメータの積算値の相互の比較結果に基づいて、前記上流側触媒および前記下流側触媒の劣化を判定することを特徴とする触媒の劣化判定装置。
5. 前記補正手段は、前記補正された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下流側酸素濃度パラメータの各積算値に、当該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下流側酸素濃度パラメータのうちの、前記所定期間以降に検出された１つの酸素濃度パラメータをそれぞれ乗算することにより、当該１つの酸素濃度パラメータを基準として、前記上流側酸素濃度パラメータの積算値、前記中間酸素濃度パラメータの積算値および前記下流側酸素濃度パラメータの積算値をさらに補正することを特徴とする、請求項４に記載の触媒の劣化判定装置。
6. 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下流側酸素濃度パラメータが定常状態に達したか否かを判定する定常状態判定手段をさらに備え、
   前記所定期間は、前記排ガスの切換後、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下流側酸素濃度パラメータのいずれもが定常状態に達したと判定されるまでの期間であることを特徴とする、請求項４または５に記載の触媒の劣化判定装置。

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