JP7454068B2 - 内燃機関の制御装置及び触媒劣化診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置及び触媒劣化診断方法に関する。

特許文献１に開示される触媒劣化診断装置は、触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、排気ガスセンサの劣化度合いを判定するセンサ劣化判定手段とを備え、今回のトリップにおいて触媒劣化判定がセンサ劣化判定に先立って実行される場合には前回トリップのセンサ劣化度合いを用いて触媒劣化判定を実行し、その後センサ劣化判定が同一トリップ内で実行された場合には前回トリップのセンサ劣化度合いと今回トリップのセンサ劣化度合いとが所定値以上乖離しているか否かを判定し、所定値以上乖離している場合には今回トリップのセンサ劣化度合いを用いて触媒劣化判定を再度実行することを特徴とする。

特許第５５３３４７１号公報

ところで、排気浄化触媒の酸素ストレージ能力の計測期間が、酸素ストレージ能力が限界（飽和量又は最小量）に達してから触媒下流の排気センサの応答を待つ応答期間を含むと、排気センサの応答が遅い場合、前記応答期間が長くなって酸素ストレージ能力を実際よりも大きく計測することになり、排気浄化触媒の劣化診断の精度が低下する。
ここで、前記応答期間を計測した結果に基づき、酸素ストレージ能力の計測に対する前記応答期間の影響を補正すれば、排気センサの応答が遅い場合に酸素ストレージ能力の計測精度が低下することを抑制できる。
しかし、上記の補正を実施する場合、排気センサの応答期間の計測が必要となることで制御仕様が複雑化し、また、排気センサの応答期間の計測ばらつきの影響を受けることになり、更に、応答期間の計測結果に基づく補正処理を適合するための工数が必要となる。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気センサの応答期間の影響を抑止した酸素ストレージ能力の計測を容易に実施できる、内燃機関の制御装置及び触媒劣化診断方法を提供することにある。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、その１つの態様において、排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチとリーンとに交互に切り替わるように内燃機関に供給する燃料量を制御する空燃比制御部と、前記空燃比制御部による空燃比の反転周期内の計測期間において、前記排気浄化触媒の酸素ストレージ能力を計測する計測部と、前記酸素ストレージ能力の計測値に基づき前記排気浄化触媒の劣化を診断する診断部と、を備え、前記計測部は、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する酸素センサの出力が、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記計測期間の終期とするよう構成され、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記酸素センサの出力の変化速度が閾値を超えた時点として求めるとともに、前記空燃比制御部による空燃比の反転周期内において前記酸素センサの出力の変化速度の最大値を求め、前記最大値が小さくなるほど前記閾値を低く変更する。

また、本発明に係る触媒劣化診断方法は、その１つの態様において、排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチとリーンとに交互に切り替わるように内燃機関に供給する燃料量を制御する空燃比制御工程と、空燃比の反転周期内の計測期間において、前記排気浄化触媒の酸素ストレージ能力を計測する計測工程と、前記酸素ストレージ能力の計測値に基づき前記排気浄化触媒の劣化を診断する診断工程と、を含み、前記計測工程は、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する酸素センサの出力が、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記計測期間の終期とする終期検出工程を含み、前記終期検出工程は、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記酸素センサの出力の変化速度が閾値を超えた時点として求める工程と、前記空燃比制御工程による空燃比の反転周期内において前記酸素センサの出力の変化速度の最大値を求め、前記最大値が小さくなるほど前記閾値を低く変更する工程と、を含む。

上記発明によると、排気センサの応答期間の影響を抑止した酸素ストレージ能力の計測を容易に実施できる。

内燃機関の一態様を示すシステム構成図である。 制御装置の触媒劣化診断の機能を示すブロック図である。 触媒劣化診断を実施した際の状態変化を示すタイムチャートである。 酸素センサの応答が遅い場合に触媒劣化診断を実施した際の状態変化を示すタイムチャートである。 計測期間ＭＰの終期ＴＥの探索処理を示すタイムチャートである。 触媒劣化診断の手順を示すフローチャートである。 触媒劣化診断の手順を示すフローチャートである。 触媒劣化診断の手順を示すフローチャートである。 触媒劣化診断の手順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、車両用の内燃機関１１の一態様を示すシステム構成図である。
内燃機関１１において、吸気は、空気流量計１２、電制スロットル弁１３、コレクタ１４の順に通過し、その後、各気筒に備わる吸気管１５、吸気弁１６を介して燃焼室１７に吸引される。

燃料噴射弁２１は、各気筒の吸気管１５にそれぞれ設置され、吸気管１５内に燃料を噴射する。
なお、内燃機関１１は、燃料噴射弁２１が燃焼室１７内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式内燃機関であってもよい。

また、内燃機関１１は、点火コイル２２及び点火プラグ２３を有する点火装置２４を各気筒にそれぞれ備える。
そして、燃焼室１７内の混合気は、点火プラグ２３が発生する火花により着火燃焼し、燃焼により燃焼室１７内で生じた排気ガスは、排気弁２５を介して各気筒に備わる排気管２６に排出される。

内燃機関１１の排気システムは、第１排気浄化触媒３１及び第２排気浄化触媒３３を有する。
第１排気浄化触媒３１及び第２排気浄化触媒３３は、内燃機関１１の排気を、酸素ストレージ能力を有する触媒（例えば、３元触媒）の作用で浄化する排気浄化装置である。
そして、第１排気浄化触媒３１は、排気管２６の集合部の直下に配置され、第２排気浄化触媒３３は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気ダクト３２に配置される。

また、内燃機関１１は、内燃機関１１の排気の空燃比を検出する排気センサとして、空燃比センサ３４及び酸素センサ３５を備える。
空燃比センサ３４は、排気の空燃比に応じたリニアな出力信号ＲＡＢＦを得る全域空燃比センサであり、第１排気浄化触媒３１の上流に設けられる。

一方、酸素センサ３５は、排気の空燃比が理論空燃比（換言すれば、空気過剰率λ＝１）よりもリッチであるかリーンであるかを検出するリッチ・リーン・センサであり、第１排気浄化触媒３１の下流、詳細には、第１排気浄化触媒３１の下流で、かつ、第２排気浄化触媒３３の上流に設けられる。
酸素センサ３５は、排気中の酸素濃度に応じた起電力を発生し、理論空燃比を境に出力信号ＶＯ２Ｒ（出力電圧）が急変する。
例えば、酸素センサ３５は、排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに１Ｖ程度の電圧を出力し、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに０Ｖに近い電圧を出力する。

また、内燃機関１１は、排気還流装置４３を備える。
排気還流装置４３は、排気管２６とコレクタ１４とを連通させる排気還流管４１と、排気還流管４１の開口面積の調整を通じて排気還流量を制御する排気還流制御弁４２とを有する。

制御装置５１は、内燃機関１１の運転を制御するための電子制御装置であって、マイクロコンピュータ５１Ａを備える。
マイクロコンピュータ５１Ａは、マイクロプロセッサ５１Ａ１、不揮発性メモリ５１Ａ２、図示を省略した揮発性メモリなどを有する。

そして、制御装置５１は、各種センサからの検出信号を取得し、これらの検出信号に基づく演算処理によって、燃料噴射弁２１による燃料噴射、電制スロットル弁１３の開度、点火プラグ２３による点火、排気還流制御弁４２の開度などを制御するため操作信号を求めて出力することで、内燃機関１１の運転を制御する。
制御装置５１は、空燃比センサ３４の出力信号ＲＡＢＦ及び酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒを取得するとともに、空気流量計１２が出力する内燃機関１１の吸入空気流量に関する吸入空気流量信号ＱＡ、クランク角センサ５２が出力するクランクシャフト５３の回転角位置に関する回転信号ＰＯＳ、水温センサ５４が出力する内燃機関１１の冷却水温度に関する水温信号ＴＷ、アクセル開度センサ５５が出力するアクセルペダル５６の開度に関するアクセル開度信号ＡＣＣなどを取得する。

制御装置５１は、取得した各種信号に基づき検出した機関運転条件（詳細には、機関回転速度、機関負荷、機関温度など）に応じて目標点火時期及び目標排気還流量を算出し、目標点火時期に応じて点火コイル２２に点火制御信号を出力し、目標排気還流量に応じて排気還流制御弁４２に開度制御信号を出力する。
また、制御装置５１は、アクセル開度信号ＡＣＣなどから電制スロットル弁１３の目標開度ＴＡを算出し、目標開度ＴＡに応じて電制スロットル弁１３のスロットルモータを制御する。

また、制御装置５１は、１燃焼サイクルで燃料噴射弁２１から噴射させる燃料量に比例する燃料噴射パルス幅ＴＩ［ms］を、機関運転条件に基づき算出する。
そして、制御装置５１は、気筒別に、所定の噴射タイミングにおいて燃料噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を燃料噴射弁２１に出力し、内燃機関１１に供給する燃料量を制御することで内燃機関１１の空燃比を制御する。

ここで、制御装置５１は、空燃比フィードバック制御条件が成立する運転領域において、空燃比センサ３４の出力信号ＲＡＢＦ及び酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒ、つまり、第１排気浄化触媒３１の上流における排気の空燃比及び第１排気浄化触媒３１の下流における排気の空燃比に基づき燃料噴射パルス幅ＴＩを補正して、内燃機関１１の空燃比を自動調節する。
また、制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力（換言すれば、酸素ストレージ容量）を計測し、酸素ストレージ能力の計測値に基づき第１排気浄化触媒３１が劣化しているか否かを判定する、触媒劣化診断機能を備える。

図２は、制御装置５１における触媒劣化診断の機能ブロック図である。
制御装置５１は、触媒劣化診断のために、空燃比制御部５１１、計測部５１２、及び診断部５１３の各機能をソフトウェアとして備える。

空燃比制御部５１１は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチとリーンとに交互に切り替わるように燃料噴射量を調整する制御であるアクティブ空燃比制御を実施する。
空燃比制御部５１１は、例えば、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリッチからリーンに反転させる場合、燃料噴射量をＰＩ制御によって漸減させて空燃比をリーン化させ、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンに反転すると、燃料噴射量をＰＩ制御によって漸増させて空燃比をリッチ化させる。

計測部５１２は、空燃比制御部５１１による空燃比の反転周期内の計測期間ＭＰにおいて、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力を計測する。
詳細には、計測部５１２は、計測期間ＭＰにおける吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮ、換言すれば、計測期間ＭＰにおいて内燃機関１１が吸入した空気の総量を、酸素ストレージ能力の指標値として求める。
なお、計測部５１２が計測する吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮは、計測期間ＭＰにおいて第１排気浄化触媒３１に流入した排気の総量に相当する。

そして、診断部５１３は、酸素ストレージ能力の計測値（詳細には、積算値ＱＡＩＮ）に基づき、第１排気浄化触媒３１が劣化しているか否か、換言すれば、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力が劣化によって所定以上に低下しているか否かを診断する。
診断部５１３は、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力が所定以上に低下している劣化状態を判定すると、触媒劣化判定信号を出力する。

図３は、制御装置５１が触媒劣化診断を実施するときの状態変化、詳細には、燃料噴射量、空燃比センサ３４の出力信号ＲＡＢＦ、触媒後空燃比センサの出力信号ＲＡＢＦＲ、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒ、及び、変化速度ΔＶＯ２Ｒの変化を示すタイムチャートである。
なお、図３に示した触媒後空燃比センサの出力信号ＲＡＢＦＲは、第１排気浄化触媒３１の下流に空燃比センサを設けたと仮定した場合に、係る触媒後空燃比センサが出力する信号であって、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比と酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒとの相関を観察するために、理論的或いは実験的に定められた信号である。
また、変化速度ΔＶＯ２Ｒは、一定時間（例えば500ms）での出力信号ＶＯ２Ｒの変化量（時間微分値）の絶対値である。

以下では、図３を参照しつつ、制御装置５１による触媒劣化診断を概説する。
空燃比制御部５１１は、例えば、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンであると、燃料噴射量の制御における目標空燃比をリッチに切り替える。
そして、空燃比制御部５１１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリッチ判定用の閾値ＶＡよりも大きくなったとき、つまり、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンからリッチに反転したときに、目標標空燃比をリッチからリーンに切り替える（図３の時刻ｔ１）。

その後、空燃比制御部５１１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢ（ＶＢ＜ＶＡ）よりも小さくなったとき、つまり、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチからリーンに反転したときに、目標空燃比を再度リッチに切り替える（図３の時刻ｔ５）。
以後、空燃比制御部５１１は、同様にして、内燃機関１１の目標空燃比を酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒに応じてリッチとリーンに交互に切り替えることで、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に切り替える。

空燃比制御部５１１によるアクティブ空燃比制御は、第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量を最小量（換言すれば、吸着酸素が空の状態）から飽和量にまで増加させた後、次は、飽和量から最小量にまで減少させることを繰り返すことになる。
例えば、第１排気浄化触媒３１にリッチ排気を流入させて第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量を最小量にまで減らした状態から、空燃比制御部５１１が第１排気浄化触媒３１にリーン排気を流入させると、第１排気浄化触媒３１が排気中の過剰酸素を吸着し続けることで、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比は理論空燃比近傍を維持する。

そして、第１排気浄化触媒３１が吸着した酸素量が最小量から飽和量にまで増え、第１排気浄化触媒３１がそれ以上に酸素を吸着できなくなると、リーン排気が第１排気浄化触媒３１を通過するようになり、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比は理論空燃比近傍からリーンに変化する。
このように、第１排気浄化触媒３１が吸着した酸素量が飽和量に達し、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンに反転すると、空燃比制御部５１１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢよりも小さくなったことに基づき、目標空燃比をリッチに設定して第１排気浄化触媒３１にリッチ排気を流入させる。

すると、第１排気浄化触媒３１が、排気中の酸素量の不足分を補うように酸素を放出し続けることで、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比は理論空燃比近傍を維持する。
そして、第１排気浄化触媒３１が吸着していた酸素量が飽和量から最小量にまで減って、第１排気浄化触媒３１がそれ以上に酸素を放出できなくなると、リッチ排気が第１排気浄化触媒３１を通過するようになり、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比は理論空燃比近傍からリッチに変化する。

このように、第１排気浄化触媒３１が吸着した酸素量が最小量に達し、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチに反転すると、空燃比制御部５１１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリッチ判定用の閾値ＶＡよりも大きくなったことに基づき、目標空燃比をリーンに設定して第１排気浄化触媒３１にリーン排気を流入させる。
係る第１排気浄化触媒３１へのリーン排気の流入によって、今度は、第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量は、最小量から飽和量にまで増加することになる。

以上のように、空燃比制御部５１１によるアクティブ空燃比制御によって、第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量が最小量と飽和量との間で変化する。
ここで、空燃比の反転周期（図３の時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間）内で、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間Ｂ（図３の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間）が、第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量が実際に増減変化した期間となる。

そして、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間Ｂにおいて、第１排気浄化触媒３１に流入した排気の総量が多いほど、第１排気浄化触媒３１が、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比を理論空燃比近傍に維持するために吸着或いは放出した酸素の総量が多く、酸素ストレージ能力が高いことになる。
なお、計測部５１２は、第１排気浄化触媒３１に流入した排気の総量を直接的に検出する代わりに、排気の総量に相関する吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮを、酸素ストレージ能力の指標値として算出する。

しかし、図３に示したように、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒと閾値ＶＡ，ＶＢとの比較に基づき検出される空燃比の反転周期は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間Ｂ以外の期間Ａ及び期間Ｃを含む。
つまり、計測部５１２が、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒの反転周期の間（図３の時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間）で酸素ストレージ能力を計測すると、計測期間ＭＰが、酸素ストレージ能力を本来的に示す期間Ｂに加え、期間Ａ及び期間Ｃを含むことになる。

ここで、空燃比の反転から第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍に達するまでの期間Ａ（図３の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間）は、第１排気浄化触媒３１が酸化還元反応、換言すれば、酸素の吸着又は放出を開始するまでの遅れ期間である。
また、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間Ｂの終期ＴＥから空燃比の反転までの期間Ｃ（図３の時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間）は、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ量が限界（飽和量又は最小量）に達し、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ又はリーンに変化し始めてから、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒの応答を待つ期間である。
ここで、上記の期間Ｃの長さは、酸素センサ３５の応答が遅いほど、詳細には、空燃比の反転に対する出力信号ＶＯ２Ｒの変化速度ΔＶＯ２Ｒが遅いほど長くなる。

図４は、酸素センサ３５の応答が図３の場合よりも遅いときの期間Ｃの延びを示すタイムチャートである。
なお、酸素センサ３５の応答遅れは、酸素センサ３５の故障診断で正常と判定される範囲内での遅れであって、酸素センサ３５の製品ばらつきによって初期状態から応答が比較的遅い場合、及び、経時劣化によって初期状態よりも応答が遅くなった場合を含む。

酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰが期間Ｃを含むと、酸素センサ３５の応答が遅く期間Ｃが長くなる場合、計測期間ＭＰが、実際の酸素ストレージ能力とは無関係に延びることになる。
したがって、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰが期間Ｃを含むと、酸素センサ３５の応答が遅い場合、実際には第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力が低下しているのに、吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮが第１排気浄化触媒３１の正常時と同等の値になって、制御装置５１（診断部５１３）は、第１排気浄化触媒３１の正常を誤って診断する可能性がある。

これに対し、計測部５１２が、期間Ｃを含まない計測期間ＭＰで酸素ストレージ能力を計測すれば、酸素センサ３５の応答ばらつきの影響を抑止でき、第１排気浄化触媒３１の劣化診断の精度が向上する。
そこで、計測部５１２は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比からリッチ或いはリーンに変化し始めたこと、つまり、理論空燃比近傍を維持する期間Ｂの終期（図３又は図４の時刻ｔ３）を、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒに基づき検出する。
そして、計測部５１２は、期間Ｂの終期を、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰの終期ＴＥとすることで、期間Ｃを含まない計測期間ＭＰで酸素ストレージ能力を計測する。

図３及び図４に示したように、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒの変化速度ΔＶＯ２Ｒは、空燃比の反転周期内において、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めるときに増加して極大値になり、そのほかでは顕著な変化を示さない。
つまり、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒの変化速度ΔＶＯ２Ｒが増大変化を示した時点は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めた時点であり、計測部５１２は、係る時点を計測期間ＭＰの終期ＴＥとすることで、応答期間Ｃを含まない計測期間ＭＰで酸素ストレージ能力を計測できる。

そこで、計測部５１２は、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点を、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示す時点として検知し、計測期間ＭＰの終期ＴＥとする。
但し、図４に示したように、酸素センサ３５の応答が遅い場合、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化したときに発生する変化速度ΔＶＯ２Ｒの極大値は、応答が速い場合よりも小さくなる。
このため、酸素センサ３５の応答ばらつきによる変化速度ΔＶＯ２Ｒの極大値のばらつきがあっても、変化速度ΔＶＯ２Ｒと閾値ΔＶＴＨとの比較によって期間Ｂの終期を安定的に検出できるようにするための対策が必要となる。

上記の対策として、計測部５１２は、空燃比の反転周期内における変化速度ΔＶＯ２Ｒの最大値ΔＶＯ２Ｒmaxを求め、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxに応じて閾値ΔＶＴＨを変更する。
つまり、計測部５１２は、酸素センサ３５の応答ばらつきに因る最大値ΔＶＯ２Ｒmaxの変化に応じて閾値ΔＶＴＨを変更して、酸素センサ３５の応答が遅く最大値ΔＶＯ２Ｒmaxが比較的小さい場合であっても、変化速度ΔＶＯ２Ｒの増大変化を捉えることができるようにする。

更に、計測部５１２は、空燃比の反転周期の間に、変化速度ΔＶＯ２Ｒが複数回に亘って閾値ΔＶＴＨを超えたとき、変化速度ΔＶＯ２Ｒが最後に閾値ΔＶＴＨを超えた時点を、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示す時点（期間Ｂの終期）として検出する。
最大値ΔＶＯ２Ｒmaxに応じて閾値ΔＶＴＨを低くしたときに、例えば、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチ或いはリーンから理論空燃比近傍に変化するとき（図３又は図４の時刻ｔ２）の変化速度ΔＶＯ２Ｒの増大変化が閾値ΔＶＴＨを上回る可能性がある。

この場合、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチ或いはリーンから理論空燃比近傍に変化した時点（期間Ｂの始期）と、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めた時点（期間Ｂの終期）との２回に亘って変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えることになる。
しかし、計測部５１２は、変化速度ΔＶＯ２Ｒが最後に閾値ΔＶＴＨを超えた時点を期間Ｂの終期として検出するので、閾値ΔＶＴＨを低く変更したときでも、期間Ｂの終期を変化速度ΔＶＯ２Ｒに基づき精度良く検出できる。

また、計測部５１２は、計測期間ＭＰの始期ＴＢを、空燃比センサ３４が検出する第１排気浄化触媒３１の上流の排気の空燃比がリッチ若しくはリーンから理論空燃比近傍になった時点（図３及び図４の時刻ｔ２）として検出する。
つまり、空燃比センサ３４が検出する第１排気浄化触媒３１の上流の排気の空燃比がリッチ若しくはリーンから理論空燃比近傍になる時期と、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチ若しくはリーンから理論空燃比近傍になる時期とが略同期する。

そこで、計測部５１２は、空燃比の反転後に、空燃比センサ３４が検出する排気の空燃比が理論空燃比近傍になった時点を、計測期間ＭＰの始期ＴＢとする。
これにより、計測部５１２は、空燃比の反転から第１排気浄化触媒３１が酸化還元反応を開始するまでの期間Ａを計測期間ＭＰから除き、結果、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間Ｂを酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰとする。

図５は、触媒劣化診断を実施した際の状態変化を示すタイムチャートであって、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めた時点を変化速度ΔＶＯ２Ｒに基づき探索する処理を詳しく示す。
以下では、図５を参照しつつ、上記探索処理の一態様を説明する。

計測部５１２は、空燃比センサ３４が検出する第１排気浄化触媒３１の上流の排気の空燃比がリッチ若しくはリーンから理論空燃比近傍になった時点から、変化速度ΔＶＯ２Ｒ及び積算値ＱＡＩＮを周期的に算出し、算出した変化速度ΔＶＯ２Ｒ及び積算値ＱＡＩＮを時系列に保存する。
そして、計測部５１２は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒに基づき、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比の反転を検出すると（図５の時刻ｔ５）、それまでに（図５の時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間で）演算して保存した変化速度ΔＶＯ２Ｒのうちの最大値ΔＶＯ２Ｒmaxを求める。
次いで、計測部５１２は、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxの所定割合として閾値ΔＶＴＨを定める。

その後、計測部５１２は、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxを得た時点（図５の時刻ｔ４）を起点として時間を遡りつつ、その時点に対応して保存してある変化速度ΔＶＯ２Ｒと閾値ΔＶＴＨとを比較する処理を繰り返す。
そして、計測部５１２は、初めて変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以下となった時点（図５の時刻ｔ３）を計測期間ＭＰの終期ＴＥとし、係る終期ＴＥに対応して保存してある積算値ＱＡＩＮのデータを、酸素ストレージ能力の指標値として診断部５１３に出力する。

つまり、計測部５１２は、図５の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間での吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮ、換言すれば、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間での積算値ＱＡＩＮを、酸素ストレージ能力の指標値とする。
なお、計測部５１２は、時間を遡りながら変化速度ΔＶＯ２Ｒと閾値ΔＶＴＨとを比較するので、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以下となった時点は、通常の時間の流れにおいて、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点である。

係る計測部５１２の機能によると、酸素センサ３５の応答が遅い場合は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めるときの変化速度ΔＶＯ２Ｒも遅くなるが、制御装置５１は、遅い変化速度ΔＶＯ２Ｒに合わせて閾値ΔＶＴＨを低くする。
このため、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答性の違いがあっても、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めた時点を、変化速度ΔＶＯ２Ｒと閾値ΔＶＴＨとの比較に基づき精度良く検出できる。

また、空燃比の反転周期の間において複数回に亘って変化速度ΔＶＯ２Ｒが極大値（１番目の極大値）になったとしても、制御装置５１は、空燃比の反転周期の間での最大値ΔＶＯ２Ｒmax（２番目の極大値）に基づき閾値ΔＶＴＨを定め、かつ、変化速度ΔＶＯ２Ｒが最大値ΔＶＯ２Ｒmaxとなった時点の直前で変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを横切った時点（換言すれば、最後に変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを横切った時点）を計測期間ＭＰの終期ＴＥに定める。
したがって、例えば、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチ或いはリーンから理論空燃比近傍になるときに（図５の時刻ｔ２）、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒが変動して変化速度ΔＶＯ２Ｒが極大値になったとしても、このときの極大値（１番目の極大値）が最大値にならないことから、閾値ΔＶＴＨの設定及び計測期間ＭＰの終期ＴＥの探索に関与することが抑止される。

以下では、図６－図９のフローチャートを参照しつつ、制御装置５１が実施する第１排気浄化触媒３１の劣化診断の手順を詳細に説明する。
制御装置５１は、ステップＳ１０１で、酸素センサ３５が活性化して所期の出力信号ＶＯ２Ｒを発生する状態になっているか否かを判断する。

制御装置５１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒとリッチ判定用の閾値ＶＡとの比較や、第１排気浄化触媒３１の温度の検出値或いは推定値と判定温度との比較などに基づき、酸素センサ３５が活性化しているか否かを判断することができる。
そして、制御装置５１は、酸素センサ３５が活性化していることを判断すると、ステップＳ１０２に進み、第１排気浄化触媒３１の劣化診断の実施条件が成立しているか否かを判断する。

ここで、制御装置５１は、例えば、触媒診断を実施する運転領域内で内燃機関１１が運転されていること、第１排気浄化触媒３１の温度が設定温度域内であること、空燃比センサ３４や酸素センサ３５の故障を診断していないことなどを、触媒劣化診断の実施条件として判断する。
制御装置５１は、触媒劣化診断の実施条件の成立を判断すると、ステップＳ１０３に進み、触媒劣化診断の開始時点における第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンであるか否かを、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒに基づき判断する。

第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンであるとき、制御装置５１は、ステップＳ１０４に進み、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリーンからリッチに反転させるための燃料噴射量のアクティブ制御（換言すれば、アクティブ空燃比制御）を開始する。
次いで、制御装置５１は、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０４で開始したアクティブ制御の結果、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチに反転したか否かを、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒに基づき判断する。
なお、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンからリッチに反転したことは、第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量が底を突き、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出できなくなった状態であることを示す。

制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリーンからリッチに反転すると、ステップＳ１０８に進み、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリッチからリーンに反転させるための燃料噴射量のアクティブ制御を開始する。
つまり、制御装置５１は、ステップＳ１０４でのリッチ化制御によって第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量を空の状態にしてから、ステップＳ１０８でリーン化制御を実施することで、第１排気浄化触媒３１の吸着酸素量を空の状態から増加させる。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１０９に進み、空燃比センサ３４が検出する第１排気浄化触媒３１の上流の排気の空燃比が、リーンから理論空燃比近傍（詳細には、理論空燃比を含む所定空燃比域内）になったか否かを判断する。
そして、制御装置５１は、空燃比センサ３４による空燃比の検出値がリーンから理論空燃比近傍になるのを待って、ステップＳ１１０以降の酸素ストレージ能力の計測処理に進み、リーン排気の雰囲気下で第１排気浄化触媒３１が吸着する酸素量を計測する。

制御装置５１は、ステップＳ１１０で、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力の指標値である吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮを零にリセットし、また、酸素ストレージ能力の算出許可フラグをオンして、吸入空気流量ＱＡの積算（換言すれば、酸素ストレージ能力の計測）を開始する。
つまり、制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリッチからリーンに反転させるアクティブ空燃比制御を開始した時点（図５の時刻ｔ１）の後、空燃比センサ３４による空燃比の検出値が理論空燃比近傍になった時点（図５の時刻ｔ２）を、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰの始期ＴＢとし、酸素ストレージ能力の計測を開始する。

なお、制御装置５１は、ステップＳ１０８で、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリッチからリーンに反転させるための燃料噴射量のアクティブ制御を開始した時点（図５の時刻ｔ１）を、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰの始期ＴＢとして酸素ストレージ能力の計測（詳細には、吸入空気流量ＱＡの積算）を開始することができる。
つまり、制御装置５１は、ステップＳ１０９の処理を省略して酸素ストレージ能力の計測を実施することができる。
また、制御装置５１は、後述する酸素放出量の計測を行うときのステップＳ１２６も同様に省略し、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリーンからリッチに反転させるための燃料噴射量のアクティブ制御を開始した時点から酸素ストレージ能力の計測を開始することができる。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１１１で、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒの変化速度ΔＶＯ２Ｒの算出処理を開始する。
制御装置５１は、所定の演算周期毎に最近の一定時間での出力信号ＶＯ２Ｒの変化量を求め、変化量の絶対値を変化速度ΔＶＯ２Ｒとする。

そして、制御装置５１は、次のステップＳ１１２で、変化速度ΔＶＯ２Ｒの最新の演算値と、変化速度ΔＶＯ２Ｒを求めた時点での吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮとを対として、バッファに保存する。
次いで、制御装置５１は、ステップＳ１１３で、変化速度ΔＶＯ２Ｒのモニタカウンタをカウントアップし、モニタカウンタ、変化速度ΔＶＯ２Ｒ、及び積算値ＱＡＩＮを関連付ける。

次に、制御装置５１は、ステップＳ１１４で、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチからリーンに反転したか否かを、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢよりも小さくなっているか否かに基づき判断する。
そして、制御装置５１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢ以上であるときは、ステップＳ１１２に戻って、変化速度ΔＶＯ２Ｒのモニタ及び吸入空気流量ＱＡの積算を継続する。

一方、制御装置５１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢより小さくなると（図５の時刻ｔ５）、変化速度ΔＶＯ２Ｒの算出及び吸入空気流量ＱＡの積算を停止して、ステップＳ１１４からステップＳ１１５に進む。
制御装置５１は、ステップＳ１１５で、空燃比センサ３４による空燃比の検出値がリッチから理論空燃比近傍になった時点（図５の時刻ｔ２）から、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢよりも小さくなった時点（図５の時刻ｔ５）までの期間内で、変化速度ΔＶＯ２Ｒの最大値ΔＶＯ２Ｒmaxを得た時点（図５の時刻ｔ４）を特定する。

次に、制御装置５１は、ステップＳ１１６で、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰの終期ＴＥを判定するための変化速度ΔＶＯ２Ｒの閾値ΔＶＴＨを、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxに基づき定める。
ここで、制御装置５１は、例えば、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxの所定割合ＰＰ［％］（０％＜ＰＰ＜１００％）を閾値ΔＶＴＨ（ΔＶＴＨ＝ΔＶＯ２Ｒmax×ＰＰ）とする。

制御装置５１は、次のステップＳ１１７で、モニタカウンタに応じて、当該モニタカウンタを割り当てた時点での変化速度ΔＶＯ２Ｒをバッファから読み出し、読み出した変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以下であるか否かを判断する。
なお、制御装置５１が、ステップＳ１１７で変化速度ΔＶＯ２Ｒをバッファから読み出す処理におけるモニタカウンタの初期値は、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxを得たときのモニタカウンタである。

そして、制御装置５１は、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨよりも大きい場合、ステップＳ１１８に進んで、１カウントだけ前のモニタカウンタを設定し、当該モニタカウンタを割り当てた時点での変化速度ΔＶＯ２Ｒをバッファから読み出し、その後、再びステップＳ１１７に戻る。
一方、制御装置５１は、ステップＳ１１７で、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以下であると判断すると、ステップＳ１１９に進み、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以下であると判断したときのモニタカウンタに対応して保存してある吸入空気流量ＱＡの積算値ＯＡＩＮをバッファから読み出す。

そして、制御装置５１は、次のステップＳ１２０で、読み出した吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮを、触媒劣化診断のための酸素ストレージ能力を示す指標値としてバッファに格納する。
以上のようにして、制御装置５１は、変化速度ΔＶＯ２Ｒが最大値ΔＶＯ２Ｒmaxになった時点（図５の時刻ｔ４）から時間的に遡って、変化速度ΔＶＯ２Ｒが初めて閾値ΔＶＴＨ以下になる時点を探索することで、通常の時間の経過において変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点を求め、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点を、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰの終期ＴＥとする。

ここで、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点とは、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリーンに変化し始めた時点である。
つまり、制御装置５１は、空燃比センサ３４による空燃比の検出値がリッチから理論空燃比近傍になった時点（図５の時刻ｔ２）から変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点（図５の時刻ｔ３）までの第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍を維持する期間を計測期間ＭＰとし、係る計測期間ＭＰにおける吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮを酸素ストレージ能力の指標値とする。

制御装置５１は、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリーン判定用の閾値ＶＢよりも小さくなるまで吸入空気流量ＱＡの積算処理を継続するが、この場合、吸入空気流量ＱＡの積算期間が酸素センサ３５の応答期間Ｃを含むことになる。
そこで、制御装置５１は、変化速度ΔＶＯ２Ｒの履歴から、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比からリーンに変化し始めた時点、つまり、応答期間Ｃの始期を探索し、探索した時点での吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮの記憶値を、触媒劣化診断に用いる酸素ストレージ能力の指標値として抽出する。
これにより、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答期間Ｃを除いた計測期間ＭＰで計測した酸素ストレージ能力に基づき、触媒劣化診断を実施することになる。

制御装置５１は、ステップＳ１２１で、バッファに保存してある、変化速度ΔＶＯ２Ｒ、モニタカウンタ、及び吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮをクリアして、次の空燃比反転周期での酸素ストレージ能力の計測に備える。
次いで、制御装置５１は、ステップＳ１２２に進み、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときの酸素ストレージ能力を計測した回数をカウントアップする。

更に、制御装置５１は、ステップＳ１２３で、ステップＳ１１０においてオンした酸素ストレージ能力の算出許可フラグをオフし、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときの酸素ストレージ能力の計測処理を終了させる。
次いで、制御装置５１は、ステップＳ１２４に進み、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときの酸素ストレージ能力の計測回数と、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力の計測回数とが、それぞれ所定回数以上になっているか否かを判断する。

なお、制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力の計測を、後述するステップＳ１２５－１４０において実施する。
そして、制御装置５１は、ステップＳ１２４において両計測回数がそれぞれ所定回数以上になっていると判断すると、ステップＳ１２４からステップＳ１４２以降の触媒劣化診断の処理に進む。

制御装置５１は、ステップＳ１４２で、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときに計測した酸素ストレージ能力の指標値である吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮと、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときに計測した酸素ストレージ能力の指標値である吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮとの平均値を算出する。
次いで、制御装置５１は、ステップＳ１４３に進み、ステップＳ１４２で求めた積算値ＱＡＩＮの平均値が判定値以下であるか否か、つまり、第１排気浄化触媒３１における酸素ストレージ容量が、劣化状態での容量、換言すれば、酸素ストレージ容量の許容最小量を下回る容量にまで低下しているか否かを判断する。

ここで、制御装置５１は、積算値ＱＡＩＮの平均値が判定値以下である場合、ステップＳ１４４に進んで第１排気浄化触媒３１の劣化を判定し、触媒劣化時処理を実施する。
上記の触媒劣化時処理とは、例えば、触媒劣化の判定履歴を不揮発性メモリに保存する処理、第１排気浄化触媒３１（若しくは排気系）の故障発生を警告するための警告灯を点灯する処理、内燃機関１１の制御仕様を変更する処理などである。

一方、制御装置５１は、積算値ＱＡＩＮの平均値が所定値を超える場合、ステップＳ１４５に進み、第１排気浄化触媒３１の正常を判定する。
制御装置５１は、上記のようにして、第１排気浄化触媒３１が正常状態であるか劣化状態であるか判別した後、ステップＳ１４６に進む。

制御装置５１は、ステップＳ１４６で、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときの酸素ストレージ能力の計測回数、及び、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力の計測回数をそれぞれクリアし、第１排気浄化触媒３１の劣化診断処理を終了する。
また、制御装置５１は、ステップＳ１２４で、酸素ストレージ能力の計測回数が所定値に達していないと判断すると、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力を計測するためにステップＳ１２５以降に進む。

また、制御装置５１は、ステップＳ１０３で、触媒診断開始時点での第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチであると判断した場合、ステップＳ１０６に進む。
制御装置５１は、ステップＳ１０６で、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリッチからリーンに反転させるための燃料噴射量のアクティブ制御を開始する。

そして、制御装置５１は、次のステップＳ１０７で、ステップＳ１０６で開始したアクティブ制御の結果、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチからリーンに反転したか否かを、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒに基づき判断する。
制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比がリッチからリーンに反転したことを検出すると、換言すれば、酸素センサ３５が吸着している酸素量が飽和量に達していると推定すると、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力を計測するためにステップＳ１２５以降に進む。

制御装置５１は、ステップＳ１２５－ステップＳ１４０において、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力を計測する。
以下では、ステップＳ１２５－ステップＳ１４０における制御装置５１の処理内容を概説する。

制御装置５１は、まず、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比をリーンからリッチに反転させる燃料噴射量のアクティブ制御を開始する（ステップＳ１２５）。
次いで、制御装置５１は、空燃比センサ３４が検出する第１排気浄化触媒３１の上流の排気の空燃比がリーンから理論空燃比近傍になった時点を、酸素ストレージ能力の計測期間ＭＰの始期ＴＢとする（ステップＳ１２６）。

制御装置５１は、計測期間ＭＰの始期ＴＢから、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリッチ判定用の閾値ＶＡを超えるまでの間で、演算周期毎に吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮの更新及び変化速度ΔＶＯ２Ｒの算出を実施して、算出結果を時系列にバッファに保存する（ステップＳ１２７－ステップＳ１３１）。
そして、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒがリッチ判定用の閾値ＶＡ以上になると、制御装置５１は、それまでに保存した変化速度ΔＶＯ２Ｒのうちの最大値ΔＶＯ２Ｒmaxを求め、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxに基づき閾値ΔＶＴＨを設定する（ステップＳ１３１－ステップＳ１３３）。

次いで、制御装置５１は、変化速度ΔＶＯ２Ｒが最大値ΔＶＯ２Ｒmaxになった時点から時間を遡りながら、その時点での変化速度ΔＶＯ２Ｒと閾値ΔＶＴＨとの比較を繰り返し、初めて変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以下となった時点を計測期間ＭＰの終期ＴＥとする（ステップＳ１３４－ステップＳ１３５）。
そして、制御装置５１は、終期ＴＥでの吸入空気流量ＱＡの積算値ＱＡＩＮを、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力の指標値に定め、空燃比をリーンからリッチに反転させて第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力の計測処理を終了させる（ステップＳ１３６－ステップＳ１４０）。

第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力の計測処理を終えると、制御装置５１は、ステップＳ１４１に進む。
制御装置５１は、ステップＳ１４１で、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときの酸素ストレージ能力の計測回数と、第１排気浄化触媒３１が酸素を放出するときの酸素ストレージ能力の計測回数とが、それぞれ所定回数以上になっているか否かを判断する。

そして、両計測回数が所定回数以上になっている場合、制御装置５１は、ステップＳ１４２以降の触媒劣化診断の処理に進む。
一方、制御装置５１は、ステップＳ１４１で、酸素ストレージ能力の計測回数が不足していると判断すると、第１排気浄化触媒３１が酸素を吸着するときの酸素ストレージ能力を計測するために、前述したステップＳ１０８以降に進む。

図６－図９のフローチャートに示した第１排気浄化触媒３１の劣化診断処理において、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒの変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨを超えた時点は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点に相当する。
これにより、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答期間である期間Ｃを含まない計測期間ＭＰで、第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力を計測することになる。

このため、酸素センサ３５の応答が遅く期間Ｃが長い場合であっても（図４参照）、制御装置５１は、係る期間Ｃの延び（換言すれば、酸素センサ３５の応答遅れ）に影響されることなく第１排気浄化触媒３１の酸素ストレージ能力を計測することができ、計測した酸素ストレージ能力に基づき第１排気浄化触媒３１の劣化診断を高精度に行える。
また、制御装置５１は、変化速度ΔＶＯ２Ｒの最大値ΔＶＯ２Ｒに基づき閾値ΔＶＴＨを設定し、更に、変化速度ΔＶＯ２Ｒが最大値ΔＶＯ２Ｒmaxになった時点から、時間的に遡って変化速度ΔＶＯ２Ｒが初めて閾値ΔＶＴＨ以下になる時点を計測期間ＭＰの終期ＴＥとする。
これにより、制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１の下流の排気の空燃比が理論空燃比からリッチ或いはリーンに変化し始めた時点を、変化速度ΔＶＯ２Ｒのばらつきがあっても精度よく検出することができる。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

例えば、制御装置５１は、閾値ΔＶＴＨを固定値として備えることができる。
そして、制御装置５１は、固定値である閾値ΔＶＴＨと変化速度ΔＶＯ２Ｒとの比較を変化速度ΔＶＯ２Ｒの算出毎に行い、変化速度ΔＶＯ２Ｒが閾値ΔＶＴＨ以上になった時点での積算値ＱＡＩＮをその都度記憶しておき、酸素センサ３５の出力信号ＶＯ２Ｒが反転するまでの間で記憶した積算値ＱＡＩＮのうちの最後のデータを、酸素ストレージ量の指標値とすることができる。

また、内燃機関１１が、酸素センサ３５に代えて空燃比センサを第１排気浄化触媒３１の下流に備える場合、制御装置５１は、第１排気浄化触媒３１の下流の空燃比センサが検出する空燃比が、理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンになった時点を計測期間ＭＰの終期ＴＥとし、酸素ストレージ量を計測することができる。

また、制御装置５１は、ステップＳ１４２における平均値の算出において、複数の積算値ＱＡＩＮのうちの最大値及び／又は最小値を、平均値の算出のためのデータから除外する処理を実施することができる。
また、制御装置５１は、最大値ΔＶＯ２Ｒmaxが設定値を下回るときに、酸素センサ３５の故障判定を行ったり、触媒劣化診断をキャンセルしたりすることができる。

１１…内燃機関、３１…第１排気浄化触媒（排気浄化触媒）、３４…空燃比センサ、３５…酸素センサ（排気センサ）、５１…制御装置

Claims (5)

1. 酸素ストレージ能力を有した排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する酸素センサと、を有する内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
   前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチとリーンとに交互に切り替わるように前記内燃機関に供給する燃料量を制御する空燃比制御部と、
   前記空燃比制御部による空燃比の反転周期内の計測期間において、前記排気浄化触媒の酸素ストレージ能力を計測する計測部と、
   前記酸素ストレージ能力の計測値に基づき前記排気浄化触媒の劣化を診断する診断部と、
   を備え、
   前記計測部は、
   前記酸素センサの出力が、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記計測期間の終期とするよう構成され、
   前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記酸素センサの出力の変化速度が閾値を超えた時点として求めるとともに、
   前記空燃比制御部による空燃比の反転周期内において前記酸素センサの出力の変化速度の最大値を求め、前記最大値が小さくなるほど前記閾値を低く変更する、
   内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記計測部は、
   前記空燃比制御部による空燃比の反転周期の間に、前記酸素センサの出力の変化速度が複数回に亘って前記閾値を超えたとき、前記酸素センサの出力の変化速度が最後に前記閾値を超えた時点を、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示す時点とする、
   内燃機関の制御装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、前記排気浄化触媒の上流の排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサを更に備え、
   前記計測部は、
   前記空燃比センサが検出する排気の空燃比がリッチ或いはリーンから理論空燃比近傍になった時点を前記計測期間の始期とする、
   内燃機関の制御装置。
4. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記計測部は、
   前記空燃比制御部が、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が反転するように前記内燃機関に供給する燃料量の変更を開始した時点を前記計測期間の始期とする、
   内燃機関の制御装置。
5. 酸素ストレージ能力を有した排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する酸素センサと、を有する内燃機関を制御する制御装置が実行する、前記排気浄化触媒の劣化を診断するための触媒劣化診断方法であって、
   前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比がリッチとリーンとに交互に切り替わるように前記内燃機関に供給する燃料量を制御する空燃比制御工程と、
   空燃比の反転周期内の計測期間において、前記排気浄化触媒の酸素ストレージ能力を計測する計測工程と、
   前記酸素ストレージ能力の計測値に基づき前記排気浄化触媒の劣化を診断する診断工程と、
   を含み、
   前記計測工程は、
   前記酸素センサの出力が、前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記計測期間の終期とする終期検出工程を含み、
   前記終期検出工程は、
   前記排気浄化触媒の下流の排気の空燃比が理論空燃比近傍からリッチ或いはリーンに変化し始めたことを示した時点を、前記酸素センサの出力の変化速度が閾値を超えた時点として求める工程と、
   前記空燃比制御工程による空燃比の反転周期内において前記酸素センサの出力の変化速度の最大値を求め、前記最大値が小さくなるほど前記閾値を低く変更する工程と、
   を含む、
   触媒劣化診断方法。

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