JP4737482B2 - 内燃機関の触媒劣化検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化検出装置に関する。より具体的には、内燃機関の排気系の上流側に設けられた直下型触媒と下流側に設けられた床下型触媒を備える触媒コンバータにおいて、各触媒の劣化度合いをそれぞれ検出する触媒劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの排気系に設けられる三元触媒は、エンジンが始動して排気ガスにより昇温されるまでは未活性な状態にあり、このため、エンジン始動直後では排気ガスの浄化が十分なされない。
【０００３】
この様なエンジン始動直後の排気ガスの浄化を速めるために、床下型触媒の他に、エンジンの比較的近くに直下型触媒を設ける触媒コンバータが先行技術として知られている。この２個の触媒を直列に設置した触媒コンバータでは、エンジン始動直後の排気ガスによって直下型触媒が床下型触媒に比べ速く昇温するので、床下型触媒単体の場合と比較して排気ガスの浄化を速く開始させることができる。
【０００４】
２個の触媒を直列に設置した触媒コンバータでは、下流側の床下型触媒に比べ、上流側の直下型触媒の方が速く劣化するのが一般的である。しかしながら、運転条件によって下流側の床下型触媒の熱負荷が高くなる場合があり、これに伴い下流側の床下型触媒の劣化が先に進行する場合がある。
【０００５】
２個の触媒を直列に設置した三元触媒の触媒コンバータにおいて各触媒の劣化をそれぞれ判定するための先行技術は、特許第３０７６４１７号公報に示されている。この公報に記載の触媒劣化判定では、直下型触媒の上流に設置された第１のＯ２センサ、直下型触媒と床下型触媒との間に設置された第２のＯ２センサ、および床下型触媒の下流に設置された第３のＯ２センサが設けられ、これら３個のＯ２センサの出力に基づいて各触媒の劣化判定が行われる。
【０００６】
また、単一の三元触媒の劣化判定手法としては、特開平２−１１７８９０号公報、特開平５−１０６４９４号公報、特開平１０−６１４２７号公報などに示される判定手法がある。以下に、これらの劣化判定手法を簡単に述べる。
【０００７】
特開平２−１１７８９０号公報では、燃料補正係数を一定周波数でスイッチングし、その際に生ずる上流側Ｏ２センサの出力と下流側Ｏ２センサの出力から演算した面積差に基づいて触媒の劣化判定を行う。
【０００８】
特開平５−１０６４９４号公報では、排気管に装着された触媒の下流側に設けたＯ２センサの出力に応じてエンジンに供給する混合気の空燃比をフィードバック制御し、その際のＯ２センサ出力の反転周期を用いて触媒の劣化判定を行う。
【０００９】
特開平１０−６１４２７号公報では、触媒下流側Ｏ２センサの出力に応じて空燃比フィードバック制御を行い、下流側Ｏ２センサの反転出力と流量積算値に基づいて触媒の酸素蓄積能力を推定し、その値から触媒の劣化判定を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特許第３０７６４１７号公報に示すように、２個以上の触媒を直列に設置した触媒コンバータにおいて触媒の劣化を判定しようとする場合、直列に設置された各触媒の間ごとにセンサを設ける必要がある。この構成は、センサの増加に伴ってコストが増加し、制御手法が複雑化するという欠点を含んでいる。
【００１１】
この欠点を解消するために複数の触媒の最上流側と最下流側だけにセンサを設置すると、複数の触媒全体に対する総合的な劣化の判定がなされるだけであった。
【００１２】
先に述べたように、２個以上の触媒構成における各触媒の劣化が運転条件に応じて別々に進行するので、各触媒の劣化度合いを別々に検出することが好ましい。
【００１３】
したがって、２個以上の触媒を直列に設置した触媒コンバータにおいて、最上流側と最下流側の２箇所に設置されたセンサだけで各触媒の劣化度合いをそれぞれ検出することができる触媒劣化検出装置が求められている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の内燃機関の触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気系の上流に設けられ排気ガスの浄化を行う直下型触媒、および排気系の下流に設けられ排気ガスの浄化を行う床下型触媒を備える内燃機関の触媒劣化検出装置において、前記床下型触媒の下流側に設けられる酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて前記直下型触媒の劣化度合いを検出する劣化検出手段とを備えるよう構成される。
【００１５】
この発明によれば、触媒劣化検出装置は、床下型触媒の下流側に設けられた酸素濃度検出手段だけを使用して、直下型触媒の劣化度合いを検出することができる。
【００１６】
この発明の１つの形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記劣化検出手段が、先に検出された直下型触媒の劣化度合いに基づいて前記床下型触媒の劣化度合いを検出するよう構成される。
【００１７】
この形態によれば、触媒劣化検出装置は、床下型触媒の下流側に設けられた酸素濃度検出手段だけを使用して、床下型触媒の劣化度合いを検出することができる。
【００１８】
この発明の１つの形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記直下型触媒および前記床下型触媒がそれぞれ活性化しているかどうかを検出する活性検出手段を備えるよう構成される。
【００１９】
この形態によれば、触媒劣化検出装置は、床下型触媒と直下型触媒とがそれぞれ活性化しているかどうかを検出することができる。
【００２０】
この発明の１つの形態では、前記触媒劣化検出装置の前記活性検出手段は、前記直下型触媒の温度と前記床下型触媒の温度に応じてそれぞれの触媒の活性化を判断するよう構成される。
【００２１】
この形態によれば、触媒劣化検出装置は、それぞれの触媒の温度に基づいて活性化しているか否かを検出するので、触媒の活性化を正確に判断することができる。
【００２２】
この発明のさらにもう１つの形態では、内燃機関の触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気系の上流に設けられ排気ガスの浄化を行う直下型触媒、および排気系の下流に設けられ排気ガスの浄化を行う床下型触媒を備える触媒コンバータにおいて、前記床下型触媒の下流側に設けられる酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段の出力に応じて前記機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記直下型触媒および前記床下型触媒がそれぞれ活性化しているかどうかを検出する活性検出手段と、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて前記直下型触媒および前記床下型触媒の総合的な劣化度合いを検出する劣化検出手段と、を備え、前記活性検出手段により前記直下型触媒が活性化しており前記床下型触媒が未活性の状態であることが検出されるとき、前記劣化検出手段が、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて該直下型触媒の劣化度合いを検出するよう構成される。
【００２３】
この形態によると、触媒劣化検出装置は、直下型触媒だけが触媒として作用している状態を判断することができ、床下型触媒の影響を避けて直下型触媒の劣化度合いを正確に検出することができる。
【００２４】
また、この他の形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記活性検出手段により前記直下型触媒および前記床下型触媒の両方が活性化していることが検出されたとき、前記劣化検出手段が、先に検出された直下型触媒の劣化度合いに基づいて前記床下型触媒の劣化度合いを検出するよう構成される。
【００２５】
この形態によると、触媒劣化検出装置は、直下型触媒と床下型触媒の両方が活性化している状態を判断することができ、検出された直下型触媒の劣化度合いを考慮することによって、床下型触媒の劣化度合いを検出することができる。
【００２６】
また、この他の形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記活性検出手段が前記直下型触媒の温度と前記床下型触媒の温度に応じてそれぞれの触媒の活性化を判断するよう構成される。
【００２７】
この形態によると、触媒の活性化が触媒の温度に依存するので、直下型触媒と床下型触媒の温度から各触媒の活性化をそれぞれ判断することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら、この発明の実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、この実施例におけるエンジン１とその制御装置の概略図を示す。エンジン１は、吸気管３、燃料噴射装置５、点火プラグ７、および排気管９を備えている。
【００３０】
吸気管３は、スロットル弁開度（θＴＨ）センサ１３に連結されたスロットル弁１１を備える。スロットル弁開度センサ１３は、スロットル弁３の開度に応じて電気信号を出力し、その出力を電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）１５に提供する。さらに、吸気管３は、吸気管内の圧力を検出する吸気管内圧力センサ１７も備える。
【００３１】
エンジン１は、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数（Ｎｅ）センサ２１を備える。このセンサは、エンジン１のクランク軸が１８０度回転する毎に出力パルスをＥＣＵに提供する。以下では、このパルス信号をＴＤＣ信号として参照する。
【００３２】
エンジン１は、エンジン回転数センサ２１の他に各種のセンサ類を備える。これら複数のセンサ類の出力は、ＥＣＵ１５でエンジンの運転状態を検出するためにそれぞれ使用される。例えば、その様なセンサとしては、エンジン水温（冷却水温）を検出するエンジン水温（ＴＷ）センサなどがある。この実施例では、その様な複数のセンサ類を総合的にセンサ１９として示している。
【００３３】
排気管９には、排気ガスを浄化する２つの三元触媒２３、２５が設けられている。この明細書では、排気管９の上流側に設けられた触媒２３を「直下型触媒」として参照し、排気管９の下流側に設けられた触媒２５を「床下型触媒」として参照する。
【００３４】
直下型触媒２３はエンジンの始動直後の排気ガスですぐに温められるようエンジンの比較的近くに設けられ、床下型触媒は直下型触媒２３から比較的離れた下流側に設けられる。この様に触媒をエンジンの排気系の前後２個所に分け設置することにより、低温時における排気浄化性能を向上させることができる。
【００３５】
排気管９におけるエンジン１と直下型触媒２３との間には、上流側空燃比センサ２７が設けられる。このセンサ２７はエンジン１から排出された排気ガスの空燃比を検出する。センサ２７は、エンジン１の型式に従って全域の空燃比を検出するリニア空燃比センサであってもよく、理論空燃比を境としてオン・オフ的にレベルを変化させるＯ２センサであっても良い。この検出信号はＥＣＵ１５に送られてエンジン１の空燃比を制御するのに使用される。
【００３６】
排気管９における床下型触媒２３の下流側には、Ｏ２センサ２９が設けられる。このセンサ２９は、直下型触媒２３と床下型触媒２５を通ってきた排気ガスの酸素濃度を検出する。この明細書では、この下流側Ｏ２センサ２９の酸素濃度検出信号を「ＳＶＯ２」として参照する。
【００３７】
ＥＣＵ１５は、コンピュータで構成されており、プログラムおよびデータを格納するＲＯＭ、実行時に必要なプログラムおよびデータを取りだして記憶して演算作業領域を提供するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ、並びに各種のセンサからの入力信号を処理する回路、およびエンジン各部に制御信号を送る出力回路を有する。
【００３８】
前述した各種センサからの全ての出力は、このＥＣＵ１５に入力され、ＥＣＵ１５に組み込まれたプログラムに従って処理される。図１では、この様なハードウェア構成をふまえてＥＣＵ１５を機能ブロックで示してある。
【００３９】
図１に示すＥＣＵ１５は、エンジン制御のために、燃料噴射制御部３１、点火時期制御部３３、運転状態検出部３５、空燃比設定部３７の機能ブロックを含む。運転状態検出部３５は、各センサの出力に基づいてエンジンの運転状態を判断する。点火時期制御部３３は、運転状態検出部３５で検出されたエンジンの運転状態に基づいて点火時期を制御する信号を送り、点火プラグ７の点火を制御する。空燃比設定部３７は、運転状態検出部３５から運転状態の情報を受け取り、目標空燃比を設定する。燃料噴射制御部３１は、運転状態検出部３５から送られてくるエンジン運転状態に応じて燃料噴射時間を求め、燃料噴射装置５を制御する。
【００４０】
ＥＣＵ１５は、前述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて種々のエンジンの運転状態を判別し、そのエンジンの運転状態に応じて空燃比をフィードバック制御する。
【００４１】
ＥＣＵ１５は、直下型触媒２３および床下型触媒２５の劣化を判定するために、触媒温度検出部３９、触媒活性検出部４１、蓄積能力測定部４３、触媒劣化検出部４５を含む。触媒温度検出部３９は、直下型触媒２３と床下型触媒２９それぞれの温度を検出する。触媒活性検出部４１は、触媒温度検出部２３で検出された各触媒の温度に基づいて各触媒が活性化しているかどうかを検出する。蓄積能力測定部４３は、触媒活性検出部４１で検出された各触媒の状態に応じて直下型触媒２３かまたは床下型触媒２５の酸素蓄積能力を測定する。
【００４２】
より詳細に述べると、触媒活性検出部４１により直下型触媒２３が活性化していて床下型触媒２５が未活性であることが示されるとき、蓄積能力測定部４３は、直下型触媒２３の酸素蓄積能力を測定する。触媒活性検出部４１により直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が活性化していることが示されるときは、蓄積能力測定部４３は、床下型触媒２５の酸素蓄積能力を測定する。触媒劣化検出部４５は、蓄積能力測定部４３で測定された各触媒の酸素蓄積能力に基づいて各触媒の劣化検出を行う。以下で、この発明の触媒劣化検出の詳細を説明する。
【００４３】
本発明の触媒劣化検出装置は、前後２個所に分け設置された三元触媒（直下型触媒２３および床下型触媒２５）の劣化度合いをそれぞれ別々に検出することができる。これは、各触媒が活性化しているかどうかを判断し、その判断に応じて各触媒の劣化度合いを測定することにより達せられる。
【００４４】
一般に、三元触媒は、触媒反応を開始する活性温度が外気温よりも高いので、エンジンが始動して排気ガスにより昇温されるまでは未活性な状態にある。
【００４５】
この様なエンジン始動直後の排気ガスの浄化を速めるために、図１の排気管９には直下型触媒２３がエンジンの比較的近くに設けられている。この触媒の構成では、床下型触媒２５を通過する排気ガスの温度は排気管９を通る過程で低下するのに対して、直下型触媒２３はエンジンの近くに設けられているので、比較的高温の排気ガスを流すことができる。従って、直下型触媒２３は、エンジン始動直後の排気ガスによって床下型触媒２５に比べ速く昇温し、排気ガスの浄化を速く開始することができる。
【００４６】
図２は、直下型触媒２３と床下型触媒２５のエンジン始動直後からの温度変化をそれぞれ示す。曲線５１が直下型触媒２３のエンジン始動直後からの温度変化を示し、曲線５３が床下型触媒２５のエンジン始動直後からの温度変化を示している。図中の破線５５は、触媒が反応を開始する触媒活性温度を示し、この触媒活性温度より上の温度で直下型触媒２３および床下型触媒２５のそれぞれが触媒として機能する。
【００４７】
図２から分かるように、エンジン始動時では直下型触媒２３と床下型触媒２５がほぼ同じ温度であるが、時間の経過とともに各触媒に温度差が生じる。これは、先に述べたように直下型触媒２３がエンジンからの排気ガスにより温められ、床下型触媒２５と比較して速く触媒活性温度に達するからである。
【００４８】
床下型触媒２３は、直下型触媒２５と比較してエンジン１から離れて設けられているので、直下型触媒２３が触媒活性温度に達した後で遅れて触媒活性温度に達することになる。この明細書では、直下型触媒２３が触媒活性温度に達してから床下型触媒２５が触媒活性温度に達するまでの期間を「活性遅延期間」と呼ぶ。
【００４９】
エンジン始動時から直下型触媒２３が触媒活性温度に達するまでは、エンジン１からの排気ガスは２つの触媒のどちらによっても十分には浄化されないが、直下型触媒２３が触媒活性温度に達した後の活性遅延期間中では、直下型触媒２３が活性化しているので、これにより排気ガスが浄化される。さらに、活性遅延期間を経て床下型触媒２５が触媒活性温度に達した後では、直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が排気ガスを浄化する。
【００５０】
本発明の触媒劣化検出装置は、直下型触媒２３と床下型触媒２５がそれぞれ活性化するまでの時間差（活性遅延期間）を利用して、直下型触媒２３と床下型触媒２５の劣化度合いを別々に検出する。
【００５１】
より具体的に説明すると、活性遅延期間中では、直下型触媒２３だけが触媒として作用しているので（すなわち床下型触媒２５が触媒として作用していないので）、図１に示す排気管９の中間部ｂにおける排気ガスの酸素濃度は、排気管９の下流部ｃにおける排気ガスの酸素濃度と同じである。このため、活性遅延期間中では、下流側Ｏ２センサ２９は、床下型触媒２５の影響を受けずに直下型触媒２３を通過した排気ガスの酸素濃度を検出する。このように、活性遅延期間中の下流側Ｏ２センサ２９の出力に基づいて直下型触媒２３だけの劣化度合いを検出することができる。
【００５２】
床下型触媒２５の劣化度合いは、直下型触媒２３の劣化度合いが求められた後で、かつ直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が活性化したときに行われる。このときに下流側Ｏ２センサ２９で検出される酸素濃度は、両方の触媒が活性化しているので、両方の触媒の影響を受けた総合の酸素濃度を反映している。したがって、この酸素濃度に基づいて両方の触媒の総合的な劣化度合いを検出することができる。前もって検出された直下型触媒２３の劣化度合いに基づいてこの総合的な酸素濃度を補正することにより、床下型触媒２５の劣化度合いを検出することができる。
【００５３】
この実施例では、三元触媒の劣化度合いを酸素蓄積能力に基づいて検出するが、三元触媒の他の特性を使用して触媒の劣化度合いを検出してもよい。
【００５４】
次に、触媒劣化判定の処理の実施例を詳細に説明する。この実施例では、触媒の劣化判定の基準として酸素蓄積能力を利用する。一般に、三元触媒の劣化が進行するのに伴い三元触媒の酸素蓄積能力も低下するので、測定された酸素蓄積能力の値が予め定めた基準値より低ければ、測定された三元触媒が劣化していると判定される。
【００５５】
この実施例では、図１に示す下流側Ｏ２センサ２９を用いて空燃比をフィードバック制御し、その際の下流側Ｏ２センサ２９の反転周期の値を酸素蓄積能力を表すパラメータとして使用する。もし触媒が正常であれば、排気ガス中の酸素が触媒に捕らえられ触媒を通過した排気ガスの酸素濃度が低下するので、下流側Ｏ２センサ２９の出力が反転する周期は、触媒が無いとき、または触媒が劣化しているときと比べて長くなる。一方、触媒が劣化していれば、触媒の酸素蓄積能力が低下し、排気ガス中の酸素が触媒に十分捕らえられないので、下流側Ｏ２センサ２９の出力が反転する周期は、触媒が機能しているときと比べて短くなる。すなわち、下流側Ｏ２センサ２９の反転周期は、触媒の酸素蓄積能力の変化に応じて変化する。本発明の触媒劣化検出装置は、この反転周期を触媒の酸素蓄積能力を表すパラメータとして使用することにより、触媒の劣化度合いを正確に検出することができる。
【００５６】
活性遅延期間中に測定された酸素蓄積能力は、直下型触媒の劣化度合いを検出するのに使用され、活性遅延期間後に測定された酸素蓄積能力は、床下型触媒の劣化度合いを検出するのに使用される。
【００５７】
図３は、触媒劣化判定の全体の処理を示すフローチャートであり、この図を参照して、触媒の劣化判定を詳細に説明する。この触媒劣化判定の処理は、ＥＣＵ１５で所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される。
【００５８】
ステップ１０１では、劣化判定処理を正確に実行するための前提条件（以下「前条件」という）が成立しているかどうかが判断される。
【００５９】
例えば、他のコンポーネントに対する処理が実行中の場合、劣化判定処理を実行すべきではないので、ステップ１０１で劣化判定処理の前提条件が成立していないと判断される。そのような他のコンポーネントに対する処理には、Ｏ２センサ劣化モニタ、蒸発燃料排出抑止系故障モニタ、フュエル系異常モニタなどが含まれる。
【００６０】
さらに、各センサからの出力に基づいてエンジンの運転状態が判断され、触媒の劣化判定に不適当な運転状態の場合、前提条件が成立していないと判断される。例えば、キャニスタから吸気管３への蒸発燃料のパージをカットすべき運転状態のとき、および空燃比補正係数ＫＯ２が予め定めた上限値又は下限値に一定時間以上貼り付いている（ＫＯ２リミット貼り付き状態の）ときは、前条件が不成立と判断される。各センサの出力から吸気温、エンジン水温、エンジン回転数、車速などの値が求められ、これらの値が触媒劣化判定のために予め定められた範囲内にない場合にも、前条件が不成立と判断される。一定時間における車速Ｖの変動量、吸気管内絶対圧ＰＢＡの変動量などもステップ１０１で判断される。
【００６１】
これらの前条件は、触媒の劣化判定を正確に行うために定められる前提条件であり、これらの条件が全て成立しないかぎり劣化判定の処理は次のステップに進行しない。ステップ１０１で全ての前提条件が成立していると判断された場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１０３に進む。
【００６２】
ステップ１０３では、直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１と床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２が検出される。触媒の温度検出は、各触媒に温度センサを取り付けてその出力から検出してもよいし、後で詳細に述べるようにエンジンの運転状態から各触媒温度を算出してもよい。
【００６３】
次にステップ１０５で、直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１が予め定めた範囲にあるかどうかが判断される。この範囲は触媒活性温度から例えば約８００℃の温度範囲であり、直下型触媒２３が活性化しているかどうかがこのステップ１０５で判断される。
【００６４】
ステップ１０５で直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１が予め定めた範囲になければ直下型触媒２３が活性化していないので（すなわち図２のＡの領域）、触媒劣化判定の処理は終了する。もしステップ１０５で直下型触媒２３の温度が予め定めた範囲にあれば直下型触媒２３が活性化しているので（すなわち図２のＢまたはＣの領域）、触媒劣化判定の処理は、次のステップに進む。
【００６５】
ステップ１０７では、床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２が予め定めた範囲にあるかどうかが判断される。この範囲もステップ１０５と同様に、触媒活性温度から例えば約８００℃の温度範囲であり、床下型触媒２５が活性化しているかどうかがこのステップ１０７で判断される。
【００６６】
ステップ１０５で既に直下型触媒２３が活性化していると判断されているので、ステップ１０７で床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２が予め定めた範囲になければ、床下型触媒２５が未活性であり、直下型触媒２３だけが活性化していることになる（すなわち図２のＢの領域）。もし、ステップ１０７で床下型触媒２５の温度が予め定めた範囲内にあれば、床下型触媒２５と直下型触媒２３の両方が活性化していることになる（すなわち図２のＣの領域）。
【００６７】
ステップ１０７の温度判定により床下型触媒２５が未活性で直下型触媒２３だけが活性化していると判断された場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１０９に進み、直下型触媒２３の劣化判定を処理する。ステップ１０７の温度判定により、床下型触媒２５と直下型触媒２３の両方が活性化していると判断された場合、ステップ１１１に進み、床下型触媒２５の劣化判定が処理される。
【００６８】
ここでは、ステップ１０７で直下型触媒２３だけが活性化していると判断され、触媒劣化判定の処理がステップ１０９に進む場合を最初に説明する。
【００６９】
この場合、ステップ１０９で、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤが０にセットされる。このＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤは、現在進行中の触媒劣化判定がどちらの触媒について処理されているかを示すフラグであり、Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝０のときには直下型触媒２３の劣化判定が処理されており、Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝１のときには床下型触媒２５の劣化判定が処理されていることを示す。
【００７０】
次にステップ１１５で、下流側Ｏ２センサ２９の反転周期が計測される。図４は、この周期計測処理のフローチャートを示す。触媒劣化判定では、下流側Ｏ２センサ２９の出力ＳＶＯ２に応じて空燃比補正係数ＫＯ２を算出し、空燃比フィードバック制御を実行するので、まず図５と図６を参照してＫＯ２算出処理を説明する。
【００７１】
図５はＫＯ２算出処理のフローチャートを示し、図６は空燃比のフィードバック制御を示す図である。図６のａはフィードバック制御時の空燃比補正係数ＫＯ２を示す。この空燃比補正係数ＫＯ２は、ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射装置５の燃料噴射時間ＴＯＵＴを求めるための係数である。図６のｂは、図６のａに対応する下流側Ｏ２センサ２９の出力ＳＶＯ２を示している。
【００７２】
図６のｂでは、出力ＳＶＯ２が基準電圧ＳＶＲＥＦより大きな電圧値の場合をリッチ側とし、空燃比がリーン側に向けてフィードバックされている時間を「ＴＬ」として参照する。出力ＳＶＯ２が基準電圧ＳＶＲＥＦより小さな電圧値の場合は、リーン側とされ、空燃比がリッチ側に向けてフィードバックされている時間を「ＴＲ」として参照する。
【００７３】
図５のＫＯ２算出処理におけるステップ３０１では、出力ＳＶＯ２が反転したかどうかが判断される。ステップ３０１で出力ＳＶＯ２が反転したと判断された場合、ステップ３０３で出力ＳＶＯ２と基準電圧ＳＶＲＥＦとの大小関係が比較され、出力ＳＶＯ２がどちら側に反転したのかが判定される。すなわち、出力ＳＶＯ２は、ＳＶＯ２＜ＳＶＲＥＦであればＴＲ側に反転し、ＳＶＯ２＞ＳＶＲＥＦであればＴＬ側に反転したことになる。
【００７４】
ステップ３０３で出力ＳＶＯ２がＴＲ側に反転したと判定された場合、ステップ３０５に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値にリッチ側スペシャルＰ項ＰＲＳＰを加算して補正係数ＫＯ２を大きな値にする。もし、ステップ３０３で出力ＳＶＯ２がＴＬ側に反転したと判定されたならば、ステップ３１１に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値からリーン側スペシャルＰ項ＰＬＳＰを減算して補正係数ＫＯ２を小さな値にする。
【００７５】
ステップ３０１で出力ＳＶＯ２が反転していないと判定された場合には、ステップ３０７に進み、出力ＳＶＯ２と基準電圧ＳＶＲＥＦとの大小関係が比較され、出力ＳＶＯ２がどちら側にあるのかが判定される。
【００７６】
ステップ３０７で出力ＳＶＯ２がＴＲ側に反転したと判定されたならば、ステップ３０９に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値にスペシャルＩ項ＩＲＳＰを加算して補正係数ＫＯ２を大きな値にする。もし、ステップ３０７で出力ＳＶＯ２がＴＬ側に反転したと判定されたならば、ステップ３１３に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値からスペシャルＩ項ＩＬＳＰを減算して補正係数ＫＯ２を小さな値にする。
【００７７】
この様に下流側Ｏ２センサの出力ＳＶＯ２に基づいて空燃比補正係数ＫＯ２をフィードバックすることにより、下流側Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２は、図６に示すように周期的に変化する。この明細書では、この出力ＳＶＯ２の周期的な変化を「ＳＶＯ２周期」または「反転周期」と呼び、具体的には図６にある時間ＴＬとＴＲの合計時間を１つの反転周期とする。
【００７８】
図６に示すように触媒の劣化判定を行う場合のフィードバック制御は下流側Ｏ２センサ２９の出力ＳＶＯ２のみに基づいて行われ、各触媒の劣化判定は、時間ＴＬとＴＲに基づいて行われる。以下では、図４を参照してＳＶＯ２周期計測について詳細に説明する。
【００７９】
ＳＶＯ２周期計測の処理では、測定精度を向上させるために、複数回の周期にわたる複数個のＴＲ時間とＴＬ時間を測定する。測定するＴＲとＴＬの個数は、ステップ１１７で使用される測定回数パラメータＮＴＬＭＴによって予め定められ、ＮＴＬＭＴ回分の反転周期が図４に示すＳＶＯ２周期計測のルーチンによって測定される。この明細書では、時間ＴＬの積算値を「ＴＬＳＵＭ」として参照し、時間ＴＬの積算値を「ＴＲＳＵＭ」として参照する。ＮＴＬＭＴの値は１でもよいが、必要な精度に応じて複数回（例えば４回）計測することが好ましい。
【００８０】
最初に、図４のステップ２０１で、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが１であるかどうかがチェックされる。この初期化フラグは、ＳＶＯ２周期計測のルーチンが最初の実行時であれば、Ｆ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０であり、それ以降の実行時にはＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝１にセットされている。したがって、ステップ２０１でＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０であれば、ステップ２０５に進み、各パラメータが初期化される。
【００８１】
ステップ２０５で初期化されるパラメータは、周期の計測回数をカウントするカウンタｎＴ、時間ＴＬの積算値ＴＬＳＵＭ、および時間ＴＲの積算値ＴＲＳＵＭである。これらのパラメータは、このステップ２０５で全て０の値にセットされる。
【００８２】
次にステップ２０９で、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが１にセットされ、初期化が完了されたことを示す。さらに、ステップ２０９では計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮが０にセットされる。この計測開始フラグは、ＳＶＯ２周期の計測が開始されたことを示すフラグであり、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮ＝１のときに計測が開始されており、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮ＝０のときには計測が開始されていないことを示す。
【００８３】
結果として、このＳＶＯ２周期計測の最初の実行時には、各パラメータとフラグの初期化だけが実行され触媒劣化判定の処理に戻ることになる。触媒劣化判定の処理に戻った後のステップは、図３のステップ１１７であり、このステップで周期計測カウンタｎＴが予め定めた測定回数（ＮＴＬＭＴ）以上かどうかが判断される。ＳＶＯ２周期計測の最初の実行直後では、ＳＶＯ２周期計測における初期化によってｎＴ＝０にセットされているので、ｎＴ＜ＮＴＬＭＴとなり、最初の触媒劣化判定の処理は終了する。
【００８４】
再び触媒劣化判定の処理が始まり、依然として直下型触媒２３だけが活性化しており、ステップ１０１からステップ１０９を経てステップ１１５が処理される場合を説明する。この回のステップ１１５のＳＶＯ２周期計測の処理では、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが既に前回のステップ２０９で１にセットされているのでステップ２０３に進む。
【００８５】
ステップ２０３では、出力ＳＶＯ２が反転したかどうかが判断される。もしステップ２０３で出力ＳＶＯ２が反転していなければ、この処理を終了して触媒劣化判定の処理に戻り、前述したのと同様の処理が繰り返される。もしこのステップ２０３で出力ＳＶＯ２が反転していればステップ２０７に進む。
【００８６】
ステップ２０７では、計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮの値からＳＶＯ２周期の計測が開始されているかどうかが判断される。先に述べたように、前回のステップ２０９の初期化でＦ＿ＣＡＴＭＯＮの値が０にセットされているので、ステップ２０７の最初の実行時には、ステップ２１３に進むことになる。すなわち、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮ＝０であれば、計測がまだ開始されていないのでステップ２１３に進み、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮが１にセットされ、ＳＶＯ２周期の計測が開始されたことが示される。
【００８７】
さらに、ステップ２１３では、計測管理フラグＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳが０にセットされる。このＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳは、ＴＲＳＵＭとＴＬＳＵＭの最終的な積算回数を同じにするためのフラグである。このフラグによって、ＳＶＯ２の計測処理は、ＴＬ側またはＴＲ側のどちら側からでも開始することができる。
【００８８】
ステップ２１３の後のステップ２２５で、タイマｔｍＳＴＲＧがクリアされ、ＳＶＯ２周期の計測処理が終了して触媒劣化判定の処理に戻り、前述したのと同様の処理が繰り返される。
【００８９】
もしステップ２０７で計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮの値からＳＶＯ２周期の計測が開始されていると判断された場合には、ステップ２１１に進む。ステップ２１１では、出力ＳＶＯ２と基準電圧ＳＶＲＥＦとの大小関係が比較され、現在の出力ＳＶＯ２がどちら側にあるのかが判定される。
【００９０】
ステップ２１１でＳＶＯ２＜ＳＶＲＥＦであると判定されれば、ステップ２１５に進み、前回のＴＲＳＵＭの値にタイマｔｍＳＴＲＧの値が加算される。一方、ステップ２１１でＳＶＯ２≧ＳＶＲＥＦであると判定されれば、ステップ２１７に進み、前回のＴＬＳＵＭの値にタイマｔｍＳＴＲＧの値が加算される。
【００９１】
ステップ２１５かステップ２１７におけるｔｍＳＴＲＧの加算後のステップ２１９で、計測管理フラグＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳの値がチェックされる。Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳ＝０であれば、ステップ２２３に進み、Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳが１にセットされる。もしＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳ＝１であれば、ステップ２２１に進み、現在の周期計測カウンタｎＴの値に１が加算され、Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳが０にセットされる。ステップ２２１かステップ２１７を処理した後で、ステップ２２５が処理され、タイマｔｍＳＴＲＧがクリアされる。
【００９２】
これらのステップ２０３からステップ２２５の処理をより具体的に説明すると、例えば、ステップ２０３が実行されてＳＶＯ２が反転したと最初に判断された場合、タイマｔｍＳＴＲＧがクリアされ、最初の回のＳＶＯ２の周期計測処理が終了する。それから次回のＳＶＯ２周期計測処理において再びステップ２０３に至り、そのときにＳＶＯ２が反転していないと判断された場合には、タイマｔｍＳＴＲＧはそのまま回り続ける。それ以降のＳＶＯ２周期の計測も同様に、ＳＶＯ２が反転しないかぎりタイマｔｍＳＴＲＧはそのまま回り続ける。
【００９３】
しかしながら、最初のステップ２０３の実行後のいずれかのＳＶＯ２周期計測処理において、一旦ＳＶＯ２が反転すれば、ステップ２１１に進んでステップ２１５またはステップ２１７が処理され、その時点のタイマｔｍＳＴＲＧの値がＴＲＳＵＭまたはＴＬＳＵＭに加算されることになる。ステップ２１５またはステップ２１７で加算された後のｔｍＳＴＲＧはステップ２２５で常にクリアされるので、ステップ２１５またはステップ２１７で加算されるｔｍＳＴＲＧの値は、常に図６に示されるＳＶＯ２が反転してから次に反転するまでの１回の時間（ＴＬまたはＴＲ）になる。
【００９４】
計測管理フラグＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳの値がステップ２１９からステップ２２５を通過するたびにその値を変えられる一方で、周期計測カウンタｎＴの値がＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳ＝１のときにだけ加算されるので、ｎＴは、出力ＳＶＯ２が１周期経過するたびにカウントされることになる。Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳの初期値が０から始まり、図３のステップ１１７で周期計測カウンタｎＴの値が計測回数パラメータＮＴＬＭＴと比較されるので、ＴＲＳＵＭとＴＬＳＵＭは、図３のステップ１１９では常に同じ回数加算された値である。
【００９５】
この様にＳＶＯ２周期計測の処理では、ｎＴ回の周期にわたるｎＴ個のＴＲ時間とＴＬ時間がそれぞれ測定され、結果としてｎＴ回分のＴＬとＴＲの積算値（ＴＬＳＵＭとＴＲＳＵＭ）がそれぞれ得られる。求められたＴＬＳＵＭとＴＲＳＵＭは、各触媒の酸素蓄積能力を表すパラメータを求めるために使用される。以下では、図３のステップ１１７で周期計測カウンタｎＴが予め定めた計測回数ＮＴＬＭＴに達し、ｎＴ回分のＴＬとＴＲの積算値がそれぞれ求められた場合を詳細に説明する。
【００９６】
ステップ１１７で周期計測カウンタｎＴが予め定めた計測回数ＮＴＬＭＴに達した場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１１９に進む。
【００９７】
ステップ１１９では、判定時間ＴＣＨＫが数１に基づいて計算される。この判定時間ＴＣＨＫは、ＮＴＬＭＴ回計測したＳＶＯ２周期の平均的な１周期の値であり、この平均化された値を使用することにより、触媒の酸素蓄積能力の測定精度が向上する。
【００９８】
【数１】
ＴＣＨＫ＝（ＴＬＳＵＭ＋ＴＲＳＵＭ）／ｎＴ
【００９９】
ステップ１２１では、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤの値がチェックされ、どちらの触媒の劣化判定が処理中であるかが判断される。Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝０の場合、直下型触媒２３の劣化判定の処理中であるのでステップ１２７に進み、Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝１の場合、床下型触媒２５の劣化判定の処理中であるのでステップ１２３に進む。以下では、直下型触媒２３の劣化判定の処理中であるとして、ステップ１２７に進んだ場合を説明する。
【０１００】
ステップ１２７では、数２に基づいて直下型触媒２３の酸素蓄積能力を表す第１の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ１が算出される。
【０１０１】
【数２】
ＯＳＣＩＮＤＥＸ１＝ＴＣＨＫ×ＧＡＩＲＳＵＭ
【０１０２】
ここで、ＧＡＩＲＳＵＭは、ｎＴ回のＳＶＯ２周期計測中の排気ガス流量の積算値を代表するパラメータであり、本明細書では「流量積算値」として参照する。この流量積算値を判定時間ＴＣＨＫに乗算することにより、排気ガスの流量変化を考慮した判定パラメータを求めることができる。
【０１０３】
図７は、流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭを求める処理を示す。この処理はクランク軸の回転に応じて出力されるＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行される。
【０１０４】
最初にステップ４０１で、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが１であるかどうかがチェックされる。この初期化フラグは、ＳＶＯ２周期計測のルーチンが最初の実行時であれば、Ｆ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０であり、それ以降の実行時にはＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝１を示す。したがって、ステップ４０２でＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０の場合、ステップ４０７に進み、ＳＶＯ２周期計測における初期化と同様に、ＧＡＩＲＳＵＭがクリアされ、この処理が終了する。
【０１０５】
流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭが既にクリアされ、Ｆ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝１にセットされていれば、ステップ４０３に進み、ＳＶＯ２周期の計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮがチェックされる。ＦＣＡＴＭＯＮ＝０であり、ＳＶＯ２周期計測が開始されていないときは、流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭがクリアされ、この処理を終了する。もしＦＣＡＴＭＯＮ＝１であれば、ステップ４０５に進み、数３に基づいて現在の流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭに基本燃料量ＴＩＭが加算される。
【０１０６】
【数３】
ＧＡＩＲＳＵＭ＝ＧＡＩＲＳＵＭ＋ＴＩＭ
【０１０７】
数３に示す基本燃料量ＴＩＭは、具体的にはエンジンに供給される混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるよう設定された基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数Ｎｅと吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定される。したがって、基本燃料量ＴＩＭは、吸入空気量に比例する値を有している。吸入空気量が排気ガス流量とほぼ等しいので、この実施例では、基本燃料量ＴＩＭを排気ガス流量を代表するパラメータとして用いる。これにより、吸入空気量センサまたは排気ガス流量センサを設けることなく、排気ガス流量の積算値に相当するパラメータを得ることができる。
【０１０８】
触媒劣化判定処理におけるステップ１２７では、この様にして求められたＳＶＯ２周期計測中の流量積算値が判定時間ＴＣＨＫに乗算され、直下型触媒２３の酸素蓄積能力を表す第１の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ１が算出される。このＯＳＣＩＮＤＥＸ１は、排気ガス流量の変化を考慮した直下型触媒２３の酸素蓄積能力を表している。
【０１０９】
次にステップ１２９で、第１の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ１が第１の判定基準値ＬＭＴＤＣ１以上かどうかが判定される。この第１の判定基準値ＬＭＴＤＣ１は、直下型触媒２３の酸素蓄積能力の予め定めた判定基準値であり、第１の判定パラメータがこの値より小さければ、ステップ１３３に進み、直下型触媒２３が劣化していると判定される。第１の判定パラメータが第１の判定基準値以上の場合には、触媒劣化判定の処理は、ステップ１３５に進み、直下型触媒２３が正常であると判定される。
【０１１０】
ステップ１３３かステップ１３５の直下型触媒２３の劣化判定の後で、触媒劣化判定の処理は、ステップ１４１に進み、直下型触媒２３の判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥが１にセットされ、直下型触媒２３の劣化判定が完了したことが示される。さらに、ステップ１４１では、床下型触媒２５の劣化判定のために初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが０にセットされ、直下型触媒２３の劣化判定処理が終了する。
【０１１１】
次に、床下型触媒２５の劣化判定処理について詳細に説明する。床下型触媒２５の劣化判定処理の場合、図２に示すＣの時間領域で測定が行われる。すなわち、直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１が触媒活性温度から８００℃の範囲にあり、かつ床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２も触媒活性温度から８００℃の範囲にある場合に、床下型触媒２５の劣化判定が行われる。したがって、ステップ１０７の後で触媒劣化判定の処理は、ステップ１１１に進む。
【０１１２】
ステップ１１１では、直下型触媒２３の判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥがチェックされる。直下型触媒２３の劣化判定が既に完了していれば、Ｆ＿ＤＯＮＥが１にセットされているので、この場合、ステップ１１３に進み、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤが１にセットされ、床下型触媒２５の劣化判定を処理していることが示される。もしＦ＿ＤＯＮＥが０であり直下型触媒２３の劣化判定が完了していなければ、触媒劣化判定の処理を終了する。
【０１１３】
次にステップ１１５で、下流側Ｏ２センサ２９のＳＶＯ２周期が計測される。この周期計測処理は、先に述べたのと同様にして実行される。しかしながら、ここで検出される下流側Ｏ２センサ２９の出力は、直下型触媒２３と床下型触媒２５が両方とも活性化しているので、直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方の影響を受けた総合の酸素濃度が検出される。すなわち、このＳＶＯ２周期計測の処理の結果得られる積算値ＴＬＳＵＭと積算値ＴＲＳＵＭは、両方の触媒（直下型触媒２３と床下型触媒２５）の総合の酸素蓄積能力を表している。
【０１１４】
ステップ１１７で周期計測カウンタｎＴが予め定めた計測回数ＮＴＬＭＴに達し、ｎＴ回分のＴＬＳＵＭとＴＲＳＵＭが計測された場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１１９に進み、判定時間ＴＣＨＫが数１に基づいて算出される。
【０１１５】
ステップ１２１では、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤの値がチェックされ、どちらの触媒の劣化判定が処理中であるかが判断される。この場合、直下型触媒２３の劣化判定が完了し、ステップ１１３でＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤが１にセットされているので、ステップ１２３に進む。
【０１１６】
ステップ１２３では、直下型触媒２３の第１の判定パラメータの値を補正する係数ＫＣＡＴ１が算出される。この補正係数ＫＣＡＴ１は、次のステップ１２５における演算の結果、床下型触媒２５単体の酸素蓄積能力を表す第２の判定パラメータが求められるよう定められる。例えば、補正係数ＫＣＡＴ１は、第１の判定パラメータの関数として定められる。
【０１１７】
ステップ１２５では、数４に基づいて床下型触媒２３の酸素蓄積能力を表す第２の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ２が算出される。
【０１１８】
【数４】
ＯＳＣＩＮＤＥＸ２＝ＴＣＨＫ×ＧＡＩＲＳＵＭ−ＯＳＣＩＮＤＥＸ１×ＫＣＡＴ１
【０１１９】
ここで、ＧＡＩＲＳＵＭは、両方の触媒が活性化している間のＳＶＯ２周期計測における流量積算値であり、先に述べたのと同様にして求められる。ＴＣＨＫは、先に示した数１に基づいて得られる値であり、両方の触媒が活性化しているときにＮＴＬＭＴ回計測したＳＶＯ２周期の平均的な１周期の値である。ＯＳＣＩＮＤＥＸ１は、活性遅延期間中に測定された直下型触媒２３の第１の判定パラメータである。
【０１２０】
したがって、ＯＳＣＩＮＤＥＸ２は、両方の触媒が活性化しているときに得られた両方の触媒の総合の酸素蓄積能力を表す値から、ＯＳＣＩＮＤＥＸ１とＫＣＡＴ１との乗算値を減算することにより得られる値である。この減算された値が床下型触媒２５単体の酸素蓄積能力を表すよう補正係数ＫＣＡＴ１が予め定められているので、ＯＳＣＩＮＤＥＸ２は、床下型触媒２５単体の酸素蓄積能力を表している。
【０１２１】
次にステップ１３１で、第２の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ２が第２の判定基準値ＬＭＴＤＣ２以上かどうかが判定される。この第２の判定基準値ＬＭＴＤＣ２は、予め定めた床下型触媒２５の酸素蓄積能力の判定基準値であり、床下型触媒２５の酸素蓄積能力がこの値より小さければ、床下型触媒２５が劣化していると判定される。もし、ステップ１３１でＯＳＣＩＮＤＥＸ２がＬＭＴＤＣ２より大きいと判定されれば、ステップ１３７に進み、床下型触媒２５が正常であると判定される。
【０１２２】
この様に本発明の触媒劣化検出装置は、直下型触媒２３だけが活性化している期間（活性遅延期間）に直下型触媒２３の劣化を判定し、直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が活性化している期間に床下型触媒２５の劣化を判定することによって、各触媒の劣化をそれぞれ判定することができる。
【０１２３】
前述したように、この発明の触媒劣化判定の処理では、ステップ１０３で直下型触媒２３と床下型触媒２５の温度を検出し、ステップ１０５およびステップ１０７で各触媒の温度に基づいて活性遅延期間を判断する。先に述べたように、各触媒の温度は、各触媒に個々に取り付けられた温度センサを使用して検出してもよいが、エンジンの運転状態から温度を検出してもよい。以下では、図８を参照してエンジンの運転状態から各触媒の温度を算出する処理を詳細に説明する。
【０１２４】
図８は、エンジンの運転状態から各触媒の温度を求めるフローチャートを示す。最初に、ステップ６０１において、数５に基づいて直下型触媒２３の平衡触媒温度Ｔｂ１と床下型触媒２３の平衡触媒温度Ｔｂ２が計算される。
【０１２５】
【数５】
【０１２６】
ここで、Ｎｅがエンジン回転数、ＴＯＵＴが燃料噴射時間、Ａ／Ｆが空燃比を表す。Ｋ，ａ，ｂ，ｃは、直下型触媒２３と床下型触媒２５とで異なる値をそれぞれ有する係数であり、実験的にそれぞれ決められる。
【０１２７】
ステップ６０１で、各触媒について求めた平衡触媒温度Ｔｂは、ステップ６０２で数６に基づきそれぞれ平均化され、直下型触媒２３の現在の触媒温度ＴＣＡＴ１ｎと床下型触媒２３の現在の触媒温度ＴＣＡＴ２ｎがそれぞれ算出される。
【０１２８】
【数６】
【０１２９】
数６のＣＲＥＦＴは、１〜２16のうちの適当な値に設定される値であり、前回算出した触媒温度の値ＴＣＡＴｎ -1と平衡触媒温度Ｔｂとの重み付けを定める。
【０１３０】
このように、エンジンの運転状態から直下型触媒２３の温度と床下型触媒２５の温度を算出することによって、温度センサなどの新たなコンポーネントを追加することなく前述した触媒劣化判定の処理を実行することが可能になる。
【０１３１】
以上この発明を特定の実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではなく、当業者が容易に行うことができる種々の変形もこの発明の範囲に含まれる。
【０１３２】
【発明の効果】
この発明によると、２個以上の触媒を直列に設置した触媒コンバータにおいて、各触媒の活性状態を判断することにより、最上流側と最下流側の２箇所に設置されたセンサだけで各触媒の劣化をそれぞれ判定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例におけるエンジンを示す図。
【図２】 直下型触媒と床下型触媒のエンジン始動直後からの温度変化を示す図。
【図３】 触媒劣化判定の全体の処理を示すフローチャート。
【図４】 周期計測処理のフローチャート。
【図５】 ＫＯ２算出処理のフローチャート。
【図６】 空燃比のフィードバック制御を示す図。
【図７】 流量積算値を求める処理のフローチャート。
【図８】 エンジンの運転状態から各触媒温度を求めるフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン
９ 排気管
１５ ＥＣＵ
２３ 直下型触媒
２５ 床下型触媒
２７ 上流側空燃比センサ
２９ 下流側Ｏ２センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化検出装置に関する。より具体的には、内燃機関の排気系の上流側に設けられた直下型触媒と下流側に設けられた床下型触媒を備える触媒コンバータにおいて、各触媒の劣化度合いをそれぞれ検出する触媒劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの排気系に設けられる三元触媒は、エンジンが始動して排気ガスにより昇温されるまでは未活性な状態にあり、このため、エンジン始動直後では排気ガスの浄化が十分なされない。
【０００３】
この様なエンジン始動直後の排気ガスの浄化を速めるために、床下型触媒の他に、エンジンの比較的近くに直下型触媒を設ける触媒コンバータが先行技術として知られている。この２個の触媒を直列に設置した触媒コンバータでは、エンジン始動直後の排気ガスによって直下型触媒が床下型触媒に比べ速く昇温するので、床下型触媒単体の場合と比較して排気ガスの浄化を速く開始させることができる。
【０００４】
２個の触媒を直列に設置した触媒コンバータでは、下流側の床下型触媒に比べ、上流側の直下型触媒の方が速く劣化するのが一般的である。しかしながら、運転条件によって下流側の床下型触媒の熱負荷が高くなる場合があり、これに伴い下流側の床下型触媒の劣化が先に進行する場合がある。
【０００５】
２個の触媒を直列に設置した三元触媒の触媒コンバータにおいて各触媒の劣化をそれぞれ判定するための先行技術は、特許第３０７６４１７号公報に示されている。この公報に記載の触媒劣化判定では、直下型触媒の上流に設置された第１のＯ２センサ、直下型触媒と床下型触媒との間に設置された第２のＯ２センサ、および床下型触媒の下流に設置された第３のＯ２センサが設けられ、これら３個のＯ２センサの出力に基づいて各触媒の劣化判定が行われる。
【０００６】
また、単一の三元触媒の劣化判定手法としては、特開平２−１１７８９０号公報、特開平５−１０６４９４号公報、特開平１０−６１４２７号公報などに示される判定手法がある。以下に、これらの劣化判定手法を簡単に述べる。
【０００７】
特開平２−１１７８９０号公報では、燃料補正係数を一定周波数でスイッチングし、その際に生ずる上流側Ｏ２センサの出力と下流側Ｏ２センサの出力から演算した面積差に基づいて触媒の劣化判定を行う。
【０００８】
特開平５−１０６４９４号公報では、排気管に装着された触媒の下流側に設けたＯ２センサの出力に応じてエンジンに供給する混合気の空燃比をフィードバック制御し、その際のＯ２センサ出力の反転周期を用いて触媒の劣化判定を行う。
【０００９】
特開平１０−６１４２７号公報では、触媒下流側Ｏ２センサの出力に応じて空燃比フィードバック制御を行い、下流側Ｏ２センサの反転出力と流量積算値に基づいて触媒の酸素蓄積能力を推定し、その値から触媒の劣化判定を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特許第３０７６４１７号公報に示すように、２個以上の触媒を直列に設置した触媒コンバータにおいて触媒の劣化を判定しようとする場合、直列に設置された各触媒の間ごとにセンサを設ける必要がある。この構成は、センサの増加に伴ってコストが増加し、制御手法が複雑化するという欠点を含んでいる。
【００１１】
この欠点を解消するために複数の触媒の最上流側と最下流側だけにセンサを設置すると、複数の触媒全体に対する総合的な劣化の判定がなされるだけであった。
【００１２】
先に述べたように、２個以上の触媒構成における各触媒の劣化が運転条件に応じて別々に進行するので、各触媒の劣化度合いを別々に検出することが好ましい。
【００１３】
したがって、２個以上の触媒を直列に設置した触媒コンバータにおいて、最上流側と最下流側の２箇所に設置されたセンサだけで各触媒の劣化度合いをそれぞれ検出することができる触媒劣化検出装置が求められている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の内燃機関の触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気系の上流に設けられ排気ガスの浄化を行う直下型触媒、および排気系の下流に設けられ排気ガスの浄化を行う床下型触媒を備える内燃機関の触媒劣化検出装置において、前記床下型触媒の下流側に設けられる酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて前記直下型触媒の劣化度合いを検出する劣化検出手段とを備えるよう構成される。
【００１５】
この発明によれば、触媒劣化検出装置は、床下型触媒の下流側に設けられた酸素濃度検出手段だけを使用して、直下型触媒の劣化度合いを検出することができる。
【００１６】
この発明の１つの形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記劣化検出手段が、先に検出された直下型触媒の劣化度合いに基づいて前記床下型触媒の劣化度合いを検出するよう構成される。
【００１７】
この形態によれば、触媒劣化検出装置は、床下型触媒の下流側に設けられた酸素濃度検出手段だけを使用して、床下型触媒の劣化度合いを検出することができる。
【００１８】
この発明の１つの形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記直下型触媒および前記床下型触媒がそれぞれ活性化しているかどうかを検出する活性検出手段を備えるよう構成される。
【００１９】
この形態によれば、触媒劣化検出装置は、床下型触媒と直下型触媒とがそれぞれ活性化しているかどうかを検出することができる。
【００２０】
この発明の１つの形態では、前記触媒劣化検出装置の前記活性検出手段は、前記直下型触媒の温度と前記床下型触媒の温度に応じてそれぞれの触媒の活性化を判断するよう構成される。
【００２１】
この形態によれば、触媒劣化検出装置は、それぞれの触媒の温度に基づいて活性化しているか否かを検出するので、触媒の活性化を正確に判断することができる。
【００２２】
この発明のさらにもう１つの形態では、内燃機関の触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気系の上流に設けられ排気ガスの浄化を行う直下型触媒、および排気系の下流に設けられ排気ガスの浄化を行う床下型触媒を備える触媒コンバータにおいて、前記床下型触媒の下流側に設けられる酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段の出力に応じて前記機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記直下型触媒および前記床下型触媒がそれぞれ活性化しているかどうかを検出する活性検出手段と、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて前記直下型触媒および前記床下型触媒の総合的な劣化度合いを検出する劣化検出手段と、を備え、前記活性検出手段により前記直下型触媒が活性化しており前記床下型触媒が未活性の状態であることが検出されるとき、前記劣化検出手段が、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて該直下型触媒の劣化度合いを検出するよう構成される。
【００２３】
この形態によると、触媒劣化検出装置は、直下型触媒だけが触媒として作用している状態を判断することができ、床下型触媒の影響を避けて直下型触媒の劣化度合いを正確に検出することができる。
【００２４】
また、この他の形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記活性検出手段により前記直下型触媒および前記床下型触媒の両方が活性化していることが検出されたとき、前記劣化検出手段が、先に検出された直下型触媒の劣化度合いに基づいて前記床下型触媒の劣化度合いを検出するよう構成される。
【００２５】
この形態によると、触媒劣化検出装置は、直下型触媒と床下型触媒の両方が活性化している状態を判断することができ、検出された直下型触媒の劣化度合いを考慮することによって、床下型触媒の劣化度合いを検出することができる。
【００２６】
また、この他の形態では、前記触媒劣化検出装置は、前記活性検出手段が前記直下型触媒の温度と前記床下型触媒の温度に応じてそれぞれの触媒の活性化を判断するよう構成される。
【００２７】
この形態によると、触媒の活性化が触媒の温度に依存するので、直下型触媒と床下型触媒の温度から各触媒の活性化をそれぞれ判断することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら、この発明の実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、この実施例におけるエンジン１とその制御装置の概略図を示す。エンジン１は、吸気管３、燃料噴射装置５、点火プラグ７、および排気管９を備えている。
【００３０】
吸気管３は、スロットル弁開度（θＴＨ）センサ１３に連結されたスロットル弁１１を備える。スロットル弁開度センサ１３は、スロットル弁３の開度に応じて電気信号を出力し、その出力を電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）１５に提供する。さらに、吸気管３は、吸気管内の圧力を検出する吸気管内圧力センサ１７も備える。
【００３１】
エンジン１は、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数（Ｎｅ）センサ２１を備える。このセンサは、エンジン１のクランク軸が１８０度回転する毎に出力パルスをＥＣＵに提供する。以下では、このパルス信号をＴＤＣ信号として参照する。
【００３２】
エンジン１は、エンジン回転数センサ２１の他に各種のセンサ類を備える。これら複数のセンサ類の出力は、ＥＣＵ１５でエンジンの運転状態を検出するためにそれぞれ使用される。例えば、その様なセンサとしては、エンジン水温（冷却水温）を検出するエンジン水温（ＴＷ）センサなどがある。この実施例では、その様な複数のセンサ類を総合的にセンサ１９として示している。
【００３３】
排気管９には、排気ガスを浄化する２つの三元触媒２３、２５が設けられている。この明細書では、排気管９の上流側に設けられた触媒２３を「直下型触媒」として参照し、排気管９の下流側に設けられた触媒２５を「床下型触媒」として参照する。
【００３４】
直下型触媒２３はエンジンの始動直後の排気ガスですぐに温められるようエンジンの比較的近くに設けられ、床下型触媒は直下型触媒２３から比較的離れた下流側に設けられる。この様に触媒をエンジンの排気系の前後２個所に分け設置することにより、低温時における排気浄化性能を向上させることができる。
【００３５】
排気管９におけるエンジン１と直下型触媒２３との間には、上流側空燃比センサ２７が設けられる。このセンサ２７はエンジン１から排出された排気ガスの空燃比を検出する。センサ２７は、エンジン１の型式に従って全域の空燃比を検出するリニア空燃比センサであってもよく、理論空燃比を境としてオン・オフ的にレベルを変化させるＯ２センサであっても良い。この検出信号はＥＣＵ１５に送られてエンジン１の空燃比を制御するのに使用される。
【００３６】
排気管９における床下型触媒２３の下流側には、Ｏ２センサ２９が設けられる。このセンサ２９は、直下型触媒２３と床下型触媒２５を通ってきた排気ガスの酸素濃度を検出する。この明細書では、この下流側Ｏ２センサ２９の酸素濃度検出信号を「ＳＶＯ２」として参照する。
【００３７】
ＥＣＵ１５は、コンピュータで構成されており、プログラムおよびデータを格納するＲＯＭ、実行時に必要なプログラムおよびデータを取りだして記憶して演算作業領域を提供するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ、並びに各種のセンサからの入力信号を処理する回路、およびエンジン各部に制御信号を送る出力回路を有する。
【００３８】
前述した各種センサからの全ての出力は、このＥＣＵ１５に入力され、ＥＣＵ１５に組み込まれたプログラムに従って処理される。図１では、この様なハードウェア構成をふまえてＥＣＵ１５を機能ブロックで示してある。
【００３９】
図１に示すＥＣＵ１５は、エンジン制御のために、燃料噴射制御部３１、点火時期制御部３３、運転状態検出部３５、空燃比設定部３７の機能ブロックを含む。運転状態検出部３５は、各センサの出力に基づいてエンジンの運転状態を判断する。点火時期制御部３３は、運転状態検出部３５で検出されたエンジンの運転状態に基づいて点火時期を制御する信号を送り、点火プラグ７の点火を制御する。空燃比設定部３７は、運転状態検出部３５から運転状態の情報を受け取り、目標空燃比を設定する。燃料噴射制御部３１は、運転状態検出部３５から送られてくるエンジン運転状態に応じて燃料噴射時間を求め、燃料噴射装置５を制御する。
【００４０】
ＥＣＵ１５は、前述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて種々のエンジンの運転状態を判別し、そのエンジンの運転状態に応じて空燃比をフィードバック制御する。
【００４１】
ＥＣＵ１５は、直下型触媒２３および床下型触媒２５の劣化を判定するために、触媒温度検出部３９、触媒活性検出部４１、蓄積能力測定部４３、触媒劣化検出部４５を含む。触媒温度検出部３９は、直下型触媒２３と床下型触媒２９それぞれの温度を検出する。触媒活性検出部４１は、触媒温度検出部２３で検出された各触媒の温度に基づいて各触媒が活性化しているかどうかを検出する。蓄積能力測定部４３は、触媒活性検出部４１で検出された各触媒の状態に応じて直下型触媒２３かまたは床下型触媒２５の酸素蓄積能力を測定する。
【００４２】
より詳細に述べると、触媒活性検出部４１により直下型触媒２３が活性化していて床下型触媒２５が未活性であることが示されるとき、蓄積能力測定部４３は、直下型触媒２３の酸素蓄積能力を測定する。触媒活性検出部４１により直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が活性化していることが示されるときは、蓄積能力測定部４３は、床下型触媒２５の酸素蓄積能力を測定する。触媒劣化検出部４５は、蓄積能力測定部４３で測定された各触媒の酸素蓄積能力に基づいて各触媒の劣化検出を行う。以下で、この発明の触媒劣化検出の詳細を説明する。
【００４３】
本発明の触媒劣化検出装置は、前後２個所に分け設置された三元触媒（直下型触媒２３および床下型触媒２５）の劣化度合いをそれぞれ別々に検出することができる。これは、各触媒が活性化しているかどうかを判断し、その判断に応じて各触媒の劣化度合いを測定することにより達せられる。
【００４４】
一般に、三元触媒は、触媒反応を開始する活性温度が外気温よりも高いので、エンジンが始動して排気ガスにより昇温されるまでは未活性な状態にある。
【００４５】
この様なエンジン始動直後の排気ガスの浄化を速めるために、図１の排気管９には直下型触媒２３がエンジンの比較的近くに設けられている。この触媒の構成では、床下型触媒２５を通過する排気ガスの温度は排気管９を通る過程で低下するのに対して、直下型触媒２３はエンジンの近くに設けられているので、比較的高温の排気ガスを流すことができる。従って、直下型触媒２３は、エンジン始動直後の排気ガスによって床下型触媒２５に比べ速く昇温し、排気ガスの浄化を速く開始することができる。
【００４６】
図２は、直下型触媒２３と床下型触媒２５のエンジン始動直後からの温度変化をそれぞれ示す。曲線５１が直下型触媒２３のエンジン始動直後からの温度変化を示し、曲線５３が床下型触媒２５のエンジン始動直後からの温度変化を示している。図中の破線５５は、触媒が反応を開始する触媒活性温度を示し、この触媒活性温度より上の温度で直下型触媒２３および床下型触媒２５のそれぞれが触媒として機能する。
【００４７】
図２から分かるように、エンジン始動時では直下型触媒２３と床下型触媒２５がほぼ同じ温度であるが、時間の経過とともに各触媒に温度差が生じる。これは、先に述べたように直下型触媒２３がエンジンからの排気ガスにより温められ、床下型触媒２５と比較して速く触媒活性温度に達するからである。
【００４８】
床下型触媒２３は、直下型触媒２５と比較してエンジン１から離れて設けられているので、直下型触媒２３が触媒活性温度に達した後で遅れて触媒活性温度に達することになる。この明細書では、直下型触媒２３が触媒活性温度に達してから床下型触媒２５が触媒活性温度に達するまでの期間を「活性遅延期間」と呼ぶ。
【００４９】
エンジン始動時から直下型触媒２３が触媒活性温度に達するまでは、エンジン１からの排気ガスは２つの触媒のどちらによっても十分には浄化されないが、直下型触媒２３が触媒活性温度に達した後の活性遅延期間中では、直下型触媒２３が活性化しているので、これにより排気ガスが浄化される。さらに、活性遅延期間を経て床下型触媒２５が触媒活性温度に達した後では、直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が排気ガスを浄化する。
【００５０】
本発明の触媒劣化検出装置は、直下型触媒２３と床下型触媒２５がそれぞれ活性化するまでの時間差（活性遅延期間）を利用して、直下型触媒２３と床下型触媒２５の劣化度合いを別々に検出する。
【００５１】
より具体的に説明すると、活性遅延期間中では、直下型触媒２３だけが触媒として作用しているので（すなわち床下型触媒２５が触媒として作用していないので）、図１に示す排気管９の中間部ｂにおける排気ガスの酸素濃度は、排気管９の下流部ｃにおける排気ガスの酸素濃度と同じである。このため、活性遅延期間中では、下流側Ｏ２センサ２９は、床下型触媒２５の影響を受けずに直下型触媒２３を通過した排気ガスの酸素濃度を検出する。このように、活性遅延期間中の下流側Ｏ２センサ２９の出力に基づいて直下型触媒２３だけの劣化度合いを検出することができる。
【００５２】
床下型触媒２５の劣化度合いは、直下型触媒２３の劣化度合いが求められた後で、かつ直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が活性化したときに行われる。このときに下流側Ｏ２センサ２９で検出される酸素濃度は、両方の触媒が活性化しているので、両方の触媒の影響を受けた総合の酸素濃度を反映している。したがって、この酸素濃度に基づいて両方の触媒の総合的な劣化度合いを検出することができる。前もって検出された直下型触媒２３の劣化度合いに基づいてこの総合的な酸素濃度を補正することにより、床下型触媒２５の劣化度合いを検出することができる。
【００５３】
この実施例では、三元触媒の劣化度合いを酸素蓄積能力に基づいて検出するが、三元触媒の他の特性を使用して触媒の劣化度合いを検出してもよい。
【００５４】
次に、触媒劣化判定の処理の実施例を詳細に説明する。この実施例では、触媒の劣化判定の基準として酸素蓄積能力を利用する。一般に、三元触媒の劣化が進行するのに伴い三元触媒の酸素蓄積能力も低下するので、測定された酸素蓄積能力の値が予め定めた基準値より低ければ、測定された三元触媒が劣化していると判定される。
【００５５】
この実施例では、図１に示す下流側Ｏ２センサ２９を用いて空燃比をフィードバック制御し、その際の下流側Ｏ２センサ２９の反転周期の値を酸素蓄積能力を表すパラメータとして使用する。もし触媒が正常であれば、排気ガス中の酸素が触媒に捕らえられ触媒を通過した排気ガスの酸素濃度が低下するので、下流側Ｏ２センサ２９の出力が反転する周期は、触媒が無いとき、または触媒が劣化しているときと比べて長くなる。一方、触媒が劣化していれば、触媒の酸素蓄積能力が低下し、排気ガス中の酸素が触媒に十分捕らえられないので、下流側Ｏ２センサ２９の出力が反転する周期は、触媒が機能しているときと比べて短くなる。すなわち、下流側Ｏ２センサ２９の反転周期は、触媒の酸素蓄積能力の変化に応じて変化する。本発明の触媒劣化検出装置は、この反転周期を触媒の酸素蓄積能力を表すパラメータとして使用することにより、触媒の劣化度合いを正確に検出することができる。
【００５６】
活性遅延期間中に測定された酸素蓄積能力は、直下型触媒の劣化度合いを検出するのに使用され、活性遅延期間後に測定された酸素蓄積能力は、床下型触媒の劣化度合いを検出するのに使用される。
【００５７】
図３は、触媒劣化判定の全体の処理を示すフローチャートであり、この図を参照して、触媒の劣化判定を詳細に説明する。この触媒劣化判定の処理は、ＥＣＵ１５で所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される。
【００５８】
ステップ１０１では、劣化判定処理を正確に実行するための前提条件（以下「前条件」という）が成立しているかどうかが判断される。
【００５９】
例えば、他のコンポーネントに対する処理が実行中の場合、劣化判定処理を実行すべきではないので、ステップ１０１で劣化判定処理の前提条件が成立していないと判断される。そのような他のコンポーネントに対する処理には、Ｏ２センサ劣化モニタ、蒸発燃料排出抑止系故障モニタ、フュエル系異常モニタなどが含まれる。
【００６０】
さらに、各センサからの出力に基づいてエンジンの運転状態が判断され、触媒の劣化判定に不適当な運転状態の場合、前提条件が成立していないと判断される。例えば、キャニスタから吸気管３への蒸発燃料のパージをカットすべき運転状態のとき、および空燃比補正係数ＫＯ２が予め定めた上限値又は下限値に一定時間以上貼り付いている（ＫＯ２リミット貼り付き状態の）ときは、前条件が不成立と判断される。各センサの出力から吸気温、エンジン水温、エンジン回転数、車速などの値が求められ、これらの値が触媒劣化判定のために予め定められた範囲内にない場合にも、前条件が不成立と判断される。一定時間における車速Ｖの変動量、吸気管内絶対圧ＰＢＡの変動量などもステップ１０１で判断される。
【００６１】
これらの前条件は、触媒の劣化判定を正確に行うために定められる前提条件であり、これらの条件が全て成立しないかぎり劣化判定の処理は次のステップに進行しない。ステップ１０１で全ての前提条件が成立していると判断された場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１０３に進む。
【００６２】
ステップ１０３では、直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１と床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２が検出される。触媒の温度検出は、各触媒に温度センサを取り付けてその出力から検出してもよいし、後で詳細に述べるようにエンジンの運転状態から各触媒温度を算出してもよい。
【００６３】
次にステップ１０５で、直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１が予め定めた範囲にあるかどうかが判断される。この範囲は触媒活性温度から例えば約８００℃の温度範囲であり、直下型触媒２３が活性化しているかどうかがこのステップ１０５で判断される。
【００６４】
ステップ１０５で直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１が予め定めた範囲になければ直下型触媒２３が活性化していないので（すなわち図２のＡの領域）、触媒劣化判定の処理は終了する。もしステップ１０５で直下型触媒２３の温度が予め定めた範囲にあれば直下型触媒２３が活性化しているので（すなわち図２のＢまたはＣの領域）、触媒劣化判定の処理は、次のステップに進む。
【００６５】
ステップ１０７では、床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２が予め定めた範囲にあるかどうかが判断される。この範囲もステップ１０５と同様に、触媒活性温度から例えば約８００℃の温度範囲であり、床下型触媒２５が活性化しているかどうかがこのステップ１０７で判断される。
【００６６】
ステップ１０５で既に直下型触媒２３が活性化していると判断されているので、ステップ１０７で床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２が予め定めた範囲になければ、床下型触媒２５が未活性であり、直下型触媒２３だけが活性化していることになる（すなわち図２のＢの領域）。もし、ステップ１０７で床下型触媒２５の温度が予め定めた範囲内にあれば、床下型触媒２５と直下型触媒２３の両方が活性化していることになる（すなわち図２のＣの領域）。
【００６７】
ステップ１０７の温度判定により床下型触媒２５が未活性で直下型触媒２３だけが活性化していると判断された場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１０９に進み、直下型触媒２３の劣化判定を処理する。ステップ１０７の温度判定により、床下型触媒２５と直下型触媒２３の両方が活性化していると判断された場合、ステップ１１１に進み、床下型触媒２５の劣化判定が処理される。
【００６８】
ここでは、ステップ１０７で直下型触媒２３だけが活性化していると判断され、触媒劣化判定の処理がステップ１０９に進む場合を最初に説明する。
【００６９】
この場合、ステップ１０９で、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤが０にセットされる。このＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤは、現在進行中の触媒劣化判定がどちらの触媒について処理されているかを示すフラグであり、Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝０のときには直下型触媒２３の劣化判定が処理されており、Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝１のときには床下型触媒２５の劣化判定が処理されていることを示す。
【００７０】
次にステップ１１５で、下流側Ｏ２センサ２９の反転周期が計測される。図４は、この周期計測処理のフローチャートを示す。触媒劣化判定では、下流側Ｏ２センサ２９の出力ＳＶＯ２に応じて空燃比補正係数ＫＯ２を算出し、空燃比フィードバック制御を実行するので、まず図５と図６を参照してＫＯ２算出処理を説明する。
【００７１】
図５はＫＯ２算出処理のフローチャートを示し、図６は空燃比のフィードバック制御を示す図である。図６のａはフィードバック制御時の空燃比補正係数ＫＯ２を示す。この空燃比補正係数ＫＯ２は、ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射装置５の燃料噴射時間ＴＯＵＴを求めるための係数である。図６のｂは、図６のａに対応する下流側Ｏ２センサ２９の出力ＳＶＯ２を示している。
【００７２】
図６のｂでは、出力ＳＶＯ２が基準電圧ＳＶＲＥＦより大きな電圧値の場合をリッチ側とし、空燃比がリーン側に向けてフィードバックされている時間を「ＴＬ」として参照する。出力ＳＶＯ２が基準電圧ＳＶＲＥＦより小さな電圧値の場合は、リーン側とされ、空燃比がリッチ側に向けてフィードバックされている時間を「ＴＲ」として参照する。
【００７３】
図５のＫＯ２算出処理におけるステップ３０１では、出力ＳＶＯ２が反転したかどうかが判断される。ステップ３０１で出力ＳＶＯ２が反転したと判断された場合、ステップ３０３で出力ＳＶＯ２と基準電圧ＳＶＲＥＦとの大小関係が比較され、出力ＳＶＯ２がどちら側に反転したのかが判定される。すなわち、出力ＳＶＯ２は、ＳＶＯ２＜ＳＶＲＥＦであればＴＲ側に反転し、ＳＶＯ２＞ＳＶＲＥＦであればＴＬ側に反転したことになる。
【００７４】
ステップ３０３で出力ＳＶＯ２がＴＲ側に反転したと判定された場合、ステップ３０５に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値にリッチ側スペシャルＰ項ＰＲＳＰを加算して補正係数ＫＯ２を大きな値にする。もし、ステップ３０３で出力ＳＶＯ２がＴＬ側に反転したと判定されたならば、ステップ３１１に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値からリーン側スペシャルＰ項ＰＬＳＰを減算して補正係数ＫＯ２を小さな値にする。
【００７５】
ステップ３０１で出力ＳＶＯ２が反転していないと判定された場合には、ステップ３０７に進み、出力ＳＶＯ２と基準電圧ＳＶＲＥＦとの大小関係が比較され、出力ＳＶＯ２がどちら側にあるのかが判定される。
【００７６】
ステップ３０７で出力ＳＶＯ２がＴＲ側に反転したと判定されたならば、ステップ３０９に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値にスペシャルＩ項ＩＲＳＰを加算して補正係数ＫＯ２を大きな値にする。もし、ステップ３０７で出力ＳＶＯ２がＴＬ側に反転したと判定されたならば、ステップ３１３に進み、現在の補正係数ＫＯ２の値からスペシャルＩ項ＩＬＳＰを減算して補正係数ＫＯ２を小さな値にする。
【００７７】
この様に下流側Ｏ２センサの出力ＳＶＯ２に基づいて空燃比補正係数ＫＯ２をフィードバックすることにより、下流側Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２は、図６に示すように周期的に変化する。この明細書では、この出力ＳＶＯ２の周期的な変化を「ＳＶＯ２周期」または「反転周期」と呼び、具体的には図６にある時間ＴＬとＴＲの合計時間を１つの反転周期とする。
【００７８】
図６に示すように触媒の劣化判定を行う場合のフィードバック制御は下流側Ｏ２センサ２９の出力ＳＶＯ２のみに基づいて行われ、各触媒の劣化判定は、時間ＴＬとＴＲに基づいて行われる。以下では、図４を参照してＳＶＯ２周期計測について詳細に説明する。
【００７９】
ＳＶＯ２周期計測の処理では、測定精度を向上させるために、複数回の周期にわたる複数個のＴＲ時間とＴＬ時間を測定する。測定するＴＲとＴＬの個数は、ステップ１１７で使用される測定回数パラメータＮＴＬＭＴによって予め定められ、ＮＴＬＭＴ回分の反転周期が図４に示すＳＶＯ２周期計測のルーチンによって測定される。この明細書では、時間ＴＬの積算値を「ＴＬＳＵＭ」として参照し、時間ＴＬの積算値を「ＴＲＳＵＭ」として参照する。ＮＴＬＭＴの値は１でもよいが、必要な精度に応じて複数回（例えば４回）計測することが好ましい。
【００８０】
最初に、図４のステップ２０１で、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが１であるかどうかがチェックされる。この初期化フラグは、ＳＶＯ２周期計測のルーチンが最初の実行時であれば、Ｆ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０であり、それ以降の実行時にはＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝１にセットされている。したがって、ステップ２０１でＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０であれば、ステップ２０５に進み、各パラメータが初期化される。
【００８１】
ステップ２０５で初期化されるパラメータは、周期の計測回数をカウントするカウンタｎＴ、時間ＴＬの積算値ＴＬＳＵＭ、および時間ＴＲの積算値ＴＲＳＵＭである。これらのパラメータは、このステップ２０５で全て０の値にセットされる。
【００８２】
次にステップ２０９で、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが１にセットされ、初期化が完了されたことを示す。さらに、ステップ２０９では計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮが０にセットされる。この計測開始フラグは、ＳＶＯ２周期の計測が開始されたことを示すフラグであり、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮ＝１のときに計測が開始されており、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮ＝０のときには計測が開始されていないことを示す。
【００８３】
結果として、このＳＶＯ２周期計測の最初の実行時には、各パラメータとフラグの初期化だけが実行され触媒劣化判定の処理に戻ることになる。触媒劣化判定の処理に戻った後のステップは、図３のステップ１１７であり、このステップで周期計測カウンタｎＴが予め定めた測定回数（ＮＴＬＭＴ）以上かどうかが判断される。ＳＶＯ２周期計測の最初の実行直後では、ＳＶＯ２周期計測における初期化によってｎＴ＝０にセットされているので、ｎＴ＜ＮＴＬＭＴとなり、最初の触媒劣化判定の処理は終了する。
【００８４】
再び触媒劣化判定の処理が始まり、依然として直下型触媒２３だけが活性化しており、ステップ１０１からステップ１０９を経てステップ１１５が処理される場合を説明する。この回のステップ１１５のＳＶＯ２周期計測の処理では、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが既に前回のステップ２０９で１にセットされているのでステップ２０３に進む。
【００８５】
ステップ２０３では、出力ＳＶＯ２が反転したかどうかが判断される。もしステップ２０３で出力ＳＶＯ２が反転していなければ、この処理を終了して触媒劣化判定の処理に戻り、前述したのと同様の処理が繰り返される。もしこのステップ２０３で出力ＳＶＯ２が反転していればステップ２０７に進む。
【００８６】
ステップ２０７では、計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮの値からＳＶＯ２周期の計測が開始されているかどうかが判断される。先に述べたように、前回のステップ２０９の初期化でＦ＿ＣＡＴＭＯＮの値が０にセットされているので、ステップ２０７の最初の実行時には、ステップ２１３に進むことになる。すなわち、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮ＝０であれば、計測がまだ開始されていないのでステップ２１３に進み、Ｆ＿ＣＡＴＭＯＮが１にセットされ、ＳＶＯ２周期の計測が開始されたことが示される。
【００８７】
さらに、ステップ２１３では、計測管理フラグＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳが０にセットされる。このＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳは、ＴＲＳＵＭとＴＬＳＵＭの最終的な積算回数を同じにするためのフラグである。このフラグによって、ＳＶＯ２の計測処理は、ＴＬ側またはＴＲ側のどちら側からでも開始することができる。
【００８８】
ステップ２１３の後のステップ２２５で、タイマｔｍＳＴＲＧがクリアされ、ＳＶＯ２周期の計測処理が終了して触媒劣化判定の処理に戻り、前述したのと同様の処理が繰り返される。
【００８９】
もしステップ２０７で計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮの値からＳＶＯ２周期の計測が開始されていると判断された場合には、ステップ２１１に進む。ステップ２１１では、出力ＳＶＯ２と基準電圧ＳＶＲＥＦとの大小関係が比較され、現在の出力ＳＶＯ２がどちら側にあるのかが判定される。
【００９０】
ステップ２１１でＳＶＯ２＜ＳＶＲＥＦであると判定されれば、ステップ２１５に進み、前回のＴＲＳＵＭの値にタイマｔｍＳＴＲＧの値が加算される。一方、ステップ２１１でＳＶＯ２≧ＳＶＲＥＦであると判定されれば、ステップ２１７に進み、前回のＴＬＳＵＭの値にタイマｔｍＳＴＲＧの値が加算される。
【００９１】
ステップ２１５かステップ２１７におけるｔｍＳＴＲＧの加算後のステップ２１９で、計測管理フラグＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳの値がチェックされる。Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳ＝０であれば、ステップ２２３に進み、Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳが１にセットされる。もしＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳ＝１であれば、ステップ２２１に進み、現在の周期計測カウンタｎＴの値に１が加算され、Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳが０にセットされる。ステップ２２１かステップ２１７を処理した後で、ステップ２２５が処理され、タイマｔｍＳＴＲＧがクリアされる。
【００９２】
これらのステップ２０３からステップ２２５の処理をより具体的に説明すると、例えば、ステップ２０３が実行されてＳＶＯ２が反転したと最初に判断された場合、タイマｔｍＳＴＲＧがクリアされ、最初の回のＳＶＯ２の周期計測処理が終了する。それから次回のＳＶＯ２周期計測処理において再びステップ２０３に至り、そのときにＳＶＯ２が反転していないと判断された場合には、タイマｔｍＳＴＲＧはそのまま回り続ける。それ以降のＳＶＯ２周期の計測も同様に、ＳＶＯ２が反転しないかぎりタイマｔｍＳＴＲＧはそのまま回り続ける。
【００９３】
しかしながら、最初のステップ２０３の実行後のいずれかのＳＶＯ２周期計測処理において、一旦ＳＶＯ２が反転すれば、ステップ２１１に進んでステップ２１５またはステップ２１７が処理され、その時点のタイマｔｍＳＴＲＧの値がＴＲＳＵＭまたはＴＬＳＵＭに加算されることになる。ステップ２１５またはステップ２１７で加算された後のｔｍＳＴＲＧはステップ２２５で常にクリアされるので、ステップ２１５またはステップ２１７で加算されるｔｍＳＴＲＧの値は、常に図６に示されるＳＶＯ２が反転してから次に反転するまでの１回の時間（ＴＬまたはＴＲ）になる。
【００９４】
計測管理フラグＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳの値がステップ２１９からステップ２２５を通過するたびにその値を変えられる一方で、周期計測カウンタｎＴの値がＦ＿ＣＡＴＭＥＡＳ＝１のときにだけ加算されるので、ｎＴは、出力ＳＶＯ２が１周期経過するたびにカウントされることになる。Ｆ＿ＣＡＴＭＥＡＳの初期値が０から始まり、図３のステップ１１７で周期計測カウンタｎＴの値が計測回数パラメータＮＴＬＭＴと比較されるので、ＴＲＳＵＭとＴＬＳＵＭは、図３のステップ１１９では常に同じ回数加算された値である。
【００９５】
この様にＳＶＯ２周期計測の処理では、ｎＴ回の周期にわたるｎＴ個のＴＲ時間とＴＬ時間がそれぞれ測定され、結果としてｎＴ回分のＴＬとＴＲの積算値（ＴＬＳＵＭとＴＲＳＵＭ）がそれぞれ得られる。求められたＴＬＳＵＭとＴＲＳＵＭは、各触媒の酸素蓄積能力を表すパラメータを求めるために使用される。以下では、図３のステップ１１７で周期計測カウンタｎＴが予め定めた計測回数ＮＴＬＭＴに達し、ｎＴ回分のＴＬとＴＲの積算値がそれぞれ求められた場合を詳細に説明する。
【００９６】
ステップ１１７で周期計測カウンタｎＴが予め定めた計測回数ＮＴＬＭＴに達した場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１１９に進む。
【００９７】
ステップ１１９では、判定時間ＴＣＨＫが数１に基づいて計算される。この判定時間ＴＣＨＫは、ＮＴＬＭＴ回計測したＳＶＯ２周期の平均的な１周期の値であり、この平均化された値を使用することにより、触媒の酸素蓄積能力の測定精度が向上する。
【００９８】
【数１】
ＴＣＨＫ＝（ＴＬＳＵＭ＋ＴＲＳＵＭ）／ｎＴ
【００９９】
ステップ１２１では、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤの値がチェックされ、どちらの触媒の劣化判定が処理中であるかが判断される。Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝０の場合、直下型触媒２３の劣化判定の処理中であるのでステップ１２７に進み、Ｆ＿ＣＡＴ２ＪＵＤ＝１の場合、床下型触媒２５の劣化判定の処理中であるのでステップ１２３に進む。以下では、直下型触媒２３の劣化判定の処理中であるとして、ステップ１２７に進んだ場合を説明する。
【０１００】
ステップ１２７では、数２に基づいて直下型触媒２３の酸素蓄積能力を表す第１の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ１が算出される。
【０１０１】
【数２】
ＯＳＣＩＮＤＥＸ１＝ＴＣＨＫ×ＧＡＩＲＳＵＭ
【０１０２】
ここで、ＧＡＩＲＳＵＭは、ｎＴ回のＳＶＯ２周期計測中の排気ガス流量の積算値を代表するパラメータであり、本明細書では「流量積算値」として参照する。この流量積算値を判定時間ＴＣＨＫに乗算することにより、排気ガスの流量変化を考慮した判定パラメータを求めることができる。
【０１０３】
図７は、流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭを求める処理を示す。この処理はクランク軸の回転に応じて出力されるＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行される。
【０１０４】
最初にステップ４０１で、初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが１であるかどうかがチェックされる。この初期化フラグは、ＳＶＯ２周期計測のルーチンが最初の実行時であれば、Ｆ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０であり、それ以降の実行時にはＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝１を示す。したがって、ステップ４０２でＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝０の場合、ステップ４０７に進み、ＳＶＯ２周期計測における初期化と同様に、ＧＡＩＲＳＵＭがクリアされ、この処理が終了する。
【０１０５】
流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭが既にクリアされ、Ｆ＿ＩＮＩＴＩＡＬ＝１にセットされていれば、ステップ４０３に進み、ＳＶＯ２周期の計測開始フラグＦ＿ＣＡＴＭＯＮがチェックされる。ＦＣＡＴＭＯＮ＝０であり、ＳＶＯ２周期計測が開始されていないときは、流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭがクリアされ、この処理を終了する。もしＦＣＡＴＭＯＮ＝１であれば、ステップ４０５に進み、数３に基づいて現在の流量積算値ＧＡＩＲＳＵＭに基本燃料量ＴＩＭが加算される。
【０１０６】
【数３】
ＧＡＩＲＳＵＭ＝ＧＡＩＲＳＵＭ＋ＴＩＭ
【０１０７】
数３に示す基本燃料量ＴＩＭは、具体的にはエンジンに供給される混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるよう設定された基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数Ｎｅと吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定される。したがって、基本燃料量ＴＩＭは、吸入空気量に比例する値を有している。吸入空気量が排気ガス流量とほぼ等しいので、この実施例では、基本燃料量ＴＩＭを排気ガス流量を代表するパラメータとして用いる。これにより、吸入空気量センサまたは排気ガス流量センサを設けることなく、排気ガス流量の積算値に相当するパラメータを得ることができる。
【０１０８】
触媒劣化判定処理におけるステップ１２７では、この様にして求められたＳＶＯ２周期計測中の流量積算値が判定時間ＴＣＨＫに乗算され、直下型触媒２３の酸素蓄積能力を表す第１の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ１が算出される。このＯＳＣＩＮＤＥＸ１は、排気ガス流量の変化を考慮した直下型触媒２３の酸素蓄積能力を表している。
【０１０９】
次にステップ１２９で、第１の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ１が第１の判定基準値ＬＭＴＤＣ１以上かどうかが判定される。この第１の判定基準値ＬＭＴＤＣ１は、直下型触媒２３の酸素蓄積能力の予め定めた判定基準値であり、第１の判定パラメータがこの値より小さければ、ステップ１３３に進み、直下型触媒２３が劣化していると判定される。第１の判定パラメータが第１の判定基準値以上の場合には、触媒劣化判定の処理は、ステップ１３５に進み、直下型触媒２３が正常であると判定される。
【０１１０】
ステップ１３３かステップ１３５の直下型触媒２３の劣化判定の後で、触媒劣化判定の処理は、ステップ１４１に進み、直下型触媒２３の判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥが１にセットされ、直下型触媒２３の劣化判定が完了したことが示される。さらに、ステップ１４１では、床下型触媒２５の劣化判定のために初期化フラグＦ＿ＩＮＩＴＩＡＬが０にセットされ、直下型触媒２３の劣化判定処理が終了する。
【０１１１】
次に、床下型触媒２５の劣化判定処理について詳細に説明する。床下型触媒２５の劣化判定処理の場合、図２に示すＣの時間領域で測定が行われる。すなわち、直下型触媒２３の温度ＴＣＡＴ１が触媒活性温度から８００℃の範囲にあり、かつ床下型触媒２５の温度ＴＣＡＴ２も触媒活性温度から８００℃の範囲にある場合に、床下型触媒２５の劣化判定が行われる。したがって、ステップ１０７の後で触媒劣化判定の処理は、ステップ１１１に進む。
【０１１２】
ステップ１１１では、直下型触媒２３の判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥがチェックされる。直下型触媒２３の劣化判定が既に完了していれば、Ｆ＿ＤＯＮＥが１にセットされているので、この場合、ステップ１１３に進み、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤが１にセットされ、床下型触媒２５の劣化判定を処理していることが示される。もしＦ＿ＤＯＮＥが０であり直下型触媒２３の劣化判定が完了していなければ、触媒劣化判定の処理を終了する。
【０１１３】
次にステップ１１５で、下流側Ｏ２センサ２９のＳＶＯ２周期が計測される。この周期計測処理は、先に述べたのと同様にして実行される。しかしながら、ここで検出される下流側Ｏ２センサ２９の出力は、直下型触媒２３と床下型触媒２５が両方とも活性化しているので、直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方の影響を受けた総合の酸素濃度が検出される。すなわち、このＳＶＯ２周期計測の処理の結果得られる積算値ＴＬＳＵＭと積算値ＴＲＳＵＭは、両方の触媒（直下型触媒２３と床下型触媒２５）の総合の酸素蓄積能力を表している。
【０１１４】
ステップ１１７で周期計測カウンタｎＴが予め定めた計測回数ＮＴＬＭＴに達し、ｎＴ回分のＴＬＳＵＭとＴＲＳＵＭが計測された場合、触媒劣化判定の処理は、ステップ１１９に進み、判定時間ＴＣＨＫが数１に基づいて算出される。
【０１１５】
ステップ１２１では、触媒識別フラグＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤの値がチェックされ、どちらの触媒の劣化判定が処理中であるかが判断される。この場合、直下型触媒２３の劣化判定が完了し、ステップ１１３でＦ＿ＣＡＴ２ＪＵＤが１にセットされているので、ステップ１２３に進む。
【０１１６】
ステップ１２３では、直下型触媒２３の第１の判定パラメータの値を補正する係数ＫＣＡＴ１が算出される。この補正係数ＫＣＡＴ１は、次のステップ１２５における演算の結果、床下型触媒２５単体の酸素蓄積能力を表す第２の判定パラメータが求められるよう定められる。例えば、補正係数ＫＣＡＴ１は、第１の判定パラメータの関数として定められる。
【０１１７】
ステップ１２５では、数４に基づいて床下型触媒２３の酸素蓄積能力を表す第２の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ２が算出される。
【０１１８】
【数４】
ＯＳＣＩＮＤＥＸ２＝ＴＣＨＫ×ＧＡＩＲＳＵＭ−ＯＳＣＩＮＤＥＸ１×ＫＣＡＴ１
【０１１９】
ここで、ＧＡＩＲＳＵＭは、両方の触媒が活性化している間のＳＶＯ２周期計測における流量積算値であり、先に述べたのと同様にして求められる。ＴＣＨＫは、先に示した数１に基づいて得られる値であり、両方の触媒が活性化しているときにＮＴＬＭＴ回計測したＳＶＯ２周期の平均的な１周期の値である。ＯＳＣＩＮＤＥＸ１は、活性遅延期間中に測定された直下型触媒２３の第１の判定パラメータである。
【０１２０】
したがって、ＯＳＣＩＮＤＥＸ２は、両方の触媒が活性化しているときに得られた両方の触媒の総合の酸素蓄積能力を表す値から、ＯＳＣＩＮＤＥＸ１とＫＣＡＴ１との乗算値を減算することにより得られる値である。この減算された値が床下型触媒２５単体の酸素蓄積能力を表すよう補正係数ＫＣＡＴ１が予め定められているので、ＯＳＣＩＮＤＥＸ２は、床下型触媒２５単体の酸素蓄積能力を表している。
【０１２１】
次にステップ１３１で、第２の判定パラメータＯＳＣＩＮＤＥＸ２が第２の判定基準値ＬＭＴＤＣ２以上かどうかが判定される。この第２の判定基準値ＬＭＴＤＣ２は、予め定めた床下型触媒２５の酸素蓄積能力の判定基準値であり、床下型触媒２５の酸素蓄積能力がこの値より小さければ、床下型触媒２５が劣化していると判定される。もし、ステップ１３１でＯＳＣＩＮＤＥＸ２がＬＭＴＤＣ２より大きいと判定されれば、ステップ１３７に進み、床下型触媒２５が正常であると判定される。
【０１２２】
この様に本発明の触媒劣化検出装置は、直下型触媒２３だけが活性化している期間（活性遅延期間）に直下型触媒２３の劣化を判定し、直下型触媒２３と床下型触媒２５の両方が活性化している期間に床下型触媒２５の劣化を判定することによって、各触媒の劣化をそれぞれ判定することができる。
【０１２３】
前述したように、この発明の触媒劣化判定の処理では、ステップ１０３で直下型触媒２３と床下型触媒２５の温度を検出し、ステップ１０５およびステップ１０７で各触媒の温度に基づいて活性遅延期間を判断する。先に述べたように、各触媒の温度は、各触媒に個々に取り付けられた温度センサを使用して検出してもよいが、エンジンの運転状態から温度を検出してもよい。以下では、図８を参照してエンジンの運転状態から各触媒の温度を算出する処理を詳細に説明する。
【０１２４】
図８は、エンジンの運転状態から各触媒の温度を求めるフローチャートを示す。最初に、ステップ６０１において、数５に基づいて直下型触媒２３の平衡触媒温度Ｔｂ１と床下型触媒２３の平衡触媒温度Ｔｂ２が計算される。
【０１２５】
【数５】
ここで、Ｎｅがエンジン回転数、ＴＯＵＴが燃料噴射時間、Ａ／Ｆが空燃比を表す。Ｋ，ａ，ｂ，ｃは、直下型触媒２３と床下型触媒２５とで異なる値をそれぞれ有する係数であり、実験的にそれぞれ決められる。
【０１２７】
ステップ６０１で、各触媒について求めた平衡触媒温度Ｔｂは、ステップ６０２で数６に基づきそれぞれ平均化され、直下型触媒２３の現在の触媒温度ＴＣＡＴ１ｎと床下型触媒２３の現在の触媒温度ＴＣＡＴ２ｎがそれぞれ算出される。
【０１２８】
【数６】
数６のＣＲＥＦＴは、１〜２16のうちの適当な値に設定される値であり、前回算出した触媒温度の値ＴＣＡＴｎ -1と平衡触媒温度Ｔｂとの重み付けを定める。
【０１３０】
このように、エンジンの運転状態から直下型触媒２３の温度と床下型触媒２５の温度を算出することによって、温度センサなどの新たなコンポーネントを追加することなく前述した触媒劣化判定の処理を実行することが可能になる。
【０１３１】
以上この発明を特定の実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではなく、当業者が容易に行うことができる種々の変形もこの発明の範囲に含まれる。
【０１３２】
【発明の効果】
この発明によると、２個以上の触媒を直列に設置した触媒コンバータにおいて、各触媒の活性状態を判断することにより、最上流側と最下流側の２箇所に設置されたセンサだけで各触媒の劣化をそれぞれ判定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例におけるエンジンを示す図。
【図２】 直下型触媒と床下型触媒のエンジン始動直後からの温度変化を示す図。
【図３】 触媒劣化判定の全体の処理を示すフローチャート。
【図４】 周期計測処理のフローチャート。
【図５】 ＫＯ２算出処理のフローチャート。
【図６】 空燃比のフィードバック制御を示す図。
【図７】 流量積算値を求める処理のフローチャート。
【図８】 エンジンの運転状態から各触媒温度を求めるフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン
９ 排気管
１５ ＥＣＵ
２３ 直下型触媒
２５ 床下型触媒
２７ 上流側空燃比センサ
２９ 下流側Ｏ２センサ
Claims (2)
- 内燃機関の排気系の上流に設けられ排気ガスの浄化を行う直下型触媒、および排気系の下流に設けられ排気ガスの浄化を行う床下型触媒を備える内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記床下型触媒の下流側に設けられる酸素濃度検出手段と、
前記直下型触媒および前記床下型触媒がそれぞれ活性化しているかどうかを検出する活性検出手段と、
前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて前記直下型触媒および前記床下型触媒の両方の影響を含む劣化度合いを検出する劣化検出手段と、を備え、
前記劣化検出手段は、
前記活性検出手段により前記直下型触媒が活性化しており前記床下型触媒が未活性の状態であることが検出されるとき、前記酸素濃度検出手段の出力に基づいて該直下型触媒の劣化度合いを検出し、さらに、
先に検出された前記直下型触媒の劣化度合いに基づいて前記両方の影響を含む劣化度合いを補正して前記床下型触媒の劣化度合いを検出する、触媒劣化検出装置。 - 前記活性検出手段は、前記直下型触媒の温度と前記床下型触媒の温度に応じてそれぞれの触媒の活性化を判断する請求項１に記載の触媒劣化検出装置。
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