(57)【要約】【課題】運転条件が変化しても検出精度低下を抑制することのできる内燃機関の触媒被毒推定装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の排気通路２０には、酸素吸蔵能を有する触媒３０が備えられている。触媒３０下流には、触媒３０の下流の排気空燃比に応じて出力値を変化させる空燃比センサ４２が備えられている。ＥＣＵ６０は、アクティブ制御を実行し、酸素吸蔵量Ｃｍａｘを算出し、Ｃｍａｘに基づいて、触媒３０の劣化を検出する。Ｔｃは、センサ出力波形においてリッチ側ピーク値からストイキに至るまでの時間である。Ｔｃ´は、センサ出力波形においてストイキからリッチ側ピーク値に至るまでの時間である。Ｔｃ´／Ｔｃの値を用いて、マップに従ってＳ被毒度合（触媒Ｓ蓄積量）の具体的な数値を推定的に算出する。【選択図】図１
2014015891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素吸蔵能を有する触媒が排気通路に設けられた内燃機関における触媒の被毒を検出する触媒被毒推定装置であって、
前記内燃機関の前記排気通路に配置された前記触媒の下流の位置に設けられた空燃比センサである触媒下流空燃比センサと、
前記内燃機関の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
理論空燃比に対してリッチであるリッチ空燃比とリーンであるリーン空燃比との間で前記触媒の上流側の排気ガスの空燃比を切り替えるように、リーン空燃比からリッチ空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリーンリッチ制御とリッチ空燃比からリーン空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリッチリーン制御とを行う空燃比制御を実行し、
前記リーンリッチ制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における理論空燃比からリッチ空燃比ピーク値へと収束する間の出力値に基づいて、前記リッチ空燃比ピーク値への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第１挙動特性値として算出し、
前記リッチリーン制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における前記リッチ空燃比ピーク値から理論空燃比へと収束する間の出力値に基づいて、前記理論空燃比への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第２挙動特性値として算出し、
前記第１挙動特性値と前記第２挙動特性値の比に基づいて、前記触媒の被毒についての推定を行うものであることを特徴とする内燃機関の触媒被毒推定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第１挙動特性値を、前記リッチ空燃比ピーク値への収束までの期間の長さが長期化するほど大きな値として算出し、
前記第２挙動特性値を、前記理論空燃比への収束までの期間の長さが長期化するほど大きな値として算出し、
前記第１挙動特性値を前記第２挙動特性値で除算した値が所定値を上回る場合に、所定度合い以上の被毒が前記触媒に生じているものと推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒被毒推定装置。
【請求項３】
酸素吸蔵能を有する触媒が排気通路に設けられた内燃機関における触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
前記内燃機関の前記排気通路に配置された前記触媒の下流の位置に設けられた空燃比センサである触媒下流空燃比センサと、
前記内燃機関の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
理論空燃比に対してリッチであるリッチ空燃比とリーンであるリーン空燃比との間で前記触媒の上流側の排気ガスの空燃比を切り替えるように、リーン空燃比からリッチ空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリーンリッチ制御とリッチ空燃比からリーン空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリッチリーン制御とを行う空燃比制御を実行し、
前記リーンリッチ制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における理論空燃比からリッチ空燃比ピーク値へと収束する間の出力値に基づいて、前記リッチ空燃比ピーク値への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第１挙動特性値として算出し、
前記リッチリーン制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における前記リッチ空燃比ピーク値から理論空燃比へと収束する間の出力値に基づいて、前記理論空燃比への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第２挙動特性値として算出し、
前記触媒上流の排気空燃比をリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御し、リーン側空燃比及びリッチ側空燃比毎に、前記触媒下流空燃比センサの出力値が変化するまでの時間に前記触媒に流入する酸素過不足量を算出し、前記酸素過不足量に基づいて前記触媒の酸素吸蔵量を算出し、
前記第１挙動特性値と前記第２挙動特性値の比に応じて、前記酸素吸蔵量を補正し、
前記補正した前記酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出するものであることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒被毒推定装置および内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００３−９７３３４号公報に開示されているように、触媒の上流と下流にそれぞれ排気ガスセンサを配置して、触媒の酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）を算出する構成を備えた内燃機関の触媒被毒推定装置が知られている。上記従来の触媒劣化検出装置においては、より具体的には、排気通路に上流側触媒と下流側触媒が配置され、両者の間に第１のＯ２センサが、後者の下流に第２のＯ２センサがそれぞれ配置されている。空燃比を強制的に振動させて上流側触媒の酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）を検出し、そのＯＳＣが所定値より大きいか否かに基づいて上流側触媒の劣化を検出する。このような強制的な振動を実施する空燃比制御は、アクティブ制御とも称される。
【０００３】
上記特開２００３−９７３３４号公報にかかる触媒劣化検出装置は、触媒の上流と下流とに排気ガスセンサを設ける構成を開示しているものの、触媒の下流に配置する構成として実際の開示があるのは、いわゆるＯ２センサのみであり、空燃比センサではない。空燃比センサが排気ガス中の酸素濃度に応じてほぼリニアな出力を発することができるのに対して、Ｏ２センサは排気ガス中の酸素濃度が所定値を越える前後で大きく出力を変化させるセンサである。この種のＯ２センサを触媒下流に配置する構成としては、上記公報にかかるアクティブ制御技術や、空燃比制御においてサブフィードバック制御を行う技術などを含め、種々の構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９７３３４号公報
【特許文献２】特開２０１２−３１７６１号公報
【特許文献３】特開２００２−３４９２５０号公報
【特許文献４】特開２００１−３０３９３７号公報
【特許文献５】特開２００４−２１８４５２号公報
【特許文献６】特開２００１−５００３７号公報
【特許文献７】特開２００３−４１９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、触媒の下流に空燃比センサを設け、この触媒下流の空燃比センサの出力特性を評価することにより触媒の被毒を推定するという新規な技術を見出した。すなわち、触媒は、適量の酸素を吸蔵しておく能力（酸素吸蔵能力）を有しており、排気ガス中にＨＣやＣＯなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を用いてそれらの成分を酸化する。このような反応過程において触媒の酸素の吸蔵と放出はそれぞれある特定の速度（それぞれ、酸素吸蔵速度、酸素放出速度）で進むものである。一方、触媒の被毒により酸素放出速度の低下が起きることが知られている。具体的には、燃料中の硫黄成分等に起因した触媒のＳ被毒（硫黄被毒）が起きると、これらの速度のうち酸素放出速度が低下する。このように酸素放出速度を低下させる被毒が触媒に生じた場合には、その酸素放出速度低下の影響は、触媒下流の空燃比センサにおける「リーンまたはリッチからストイキへと収束する過程での空燃比の波形」に表れてくる。
【０００６】
この空燃比波形を利用することで触媒被毒を推定するというアイディアが考えられるが、本願発明者がさらにこの新規な触媒被毒推定技術について鋭意研究を行ったところ、運転条件のばらつきに起因して検出精度の低下を招くという問題が見出された。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、運転条件が変化しても検出精度低下を抑制することのできる内燃機関の触媒被毒推定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、運転条件が変化しても検出精度低下を抑制することのできる内燃機関の触媒被毒推定装置を利用して、精度良く触媒劣化判定を行うことのできる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の触媒被毒推定装置において、
酸素吸蔵能を有する触媒が排気通路に設けられた内燃機関における触媒の被毒を検出する触媒被毒推定装置であって、
前記内燃機関の前記排気通路に配置された前記触媒の下流の位置に設けられた空燃比センサである触媒下流空燃比センサと、
前記内燃機関の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
理論空燃比に対してリッチであるリッチ空燃比とリーンであるリーン空燃比との間で前記触媒の上流側の排気ガスの空燃比を切り替えるように、リーン空燃比からリッチ空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリーンリッチ制御とリッチ空燃比からリーン空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリッチリーン制御とを行う空燃比制御を実行し、
前記リーンリッチ制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における理論空燃比からリッチ空燃比ピーク値へと収束する間の出力値に基づいて、前記リッチ空燃比ピーク値への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第１挙動特性値として算出し、
前記リッチリーン制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における前記リッチ空燃比ピーク値から理論空燃比へと収束する間の出力値に基づいて、前記理論空燃比への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第２挙動特性値として算出し、
前記第１挙動特性値と前記第２挙動特性値の比に基づいて、前記触媒の被毒についての推定を行うものであることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御部は、
前記第１挙動特性値を、前記リッチ空燃比ピーク値への収束までの期間の長さが長期化するほど大きな値として算出し、
前記第２挙動特性値を、前記理論空燃比への収束までの期間の長さが長期化するほど大きな値として算出し、
前記第１挙動特性値を前記第２挙動特性値で除算した値が所定値を上回る場合に、所定度合い以上の被毒が前記触媒に生じているものと推定することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の触媒劣化検出装置において、
酸素吸蔵能を有する触媒が排気通路に設けられた内燃機関における触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
前記内燃機関の前記排気通路に配置された前記触媒の下流の位置に設けられた空燃比センサである触媒下流空燃比センサと、
前記内燃機関の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
理論空燃比に対してリッチであるリッチ空燃比とリーンであるリーン空燃比との間で前記触媒の上流側の排気ガスの空燃比を切り替えるように、リーン空燃比からリッチ空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリーンリッチ制御とリッチ空燃比からリーン空燃比へと前記排気ガスの空燃比を変化させるリッチリーン制御とを行う空燃比制御を実行し、
前記リーンリッチ制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における理論空燃比からリッチ空燃比ピーク値へと収束する間の出力値に基づいて、前記リッチ空燃比ピーク値への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第１挙動特性値として算出し、
前記リッチリーン制御に応じた前記触媒下流空燃比センサの出力における前記リッチ空燃比ピーク値から理論空燃比へと収束する間の出力値に基づいて、前記理論空燃比への収束までの期間の長さ又は当該長さと相関を有する値を、第２挙動特性値として算出し、
前記触媒上流の排気空燃比をリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御し、リーン側空燃比及びリッチ側空燃比毎に、前記触媒下流空燃比センサの出力値が変化するまでの時間に前記触媒に流入する酸素過不足量を算出し、前記酸素過不足量に基づいて前記触媒の酸素吸蔵量を算出し、
前記第１挙動特性値と前記第２挙動特性値の比に応じて、前記酸素吸蔵量を補正し、
前記補正した前記酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、運転ばらつきの影響を抑制できるように２つの挙動特性の比を用いているので、運転条件が変化しても推定精度低下を抑制することのできる内燃機関の触媒被毒推定装置が提供される。
【００１３】
第２の発明によれば、所定値との比較結果に基づいて触媒の被毒の有無を判断することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、運転条件が変化した場合であっても触媒被毒推定が高精度に行われることで、運転ばらつき影響を抑制した高精度な触媒劣化検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置および触媒劣化検出装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成の一部とともに示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置および触媒劣化検出装置における、空燃比センサのセンサ素子部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置の動作について説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態．
［実施の形態の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置および触媒劣化検出装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成の一部とともに示す図である。本実施の形態の制御装置が適用される内燃機関は自動車用の内燃機関であり、より具体的には、予混合燃焼式の４ストローク１サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態の触媒劣化検出装置は、そのような内燃機関の運転を総合制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一つの機能として実現される。
【００１７】
（エンジンおよびシステムの構成）
以下、内燃機関１０（以下、単に「エンジン１０」と称す）の具体的構成について説明する。ただし各構成の図示は省略する。エンジン１０は、内部にピストンを有し、このピストンはクランク機構を介してクランクシャフトと接続されている。クランクシャフトの近傍には、クランク角センサが設けられている。クランク角センサは、クランクシャフトの回転角度（以下「クランク角」という。）ＣＡを検出するように構成されている。シリンダブロック上部にはシリンダヘッドが組み付けられており、ピストン上面からシリンダヘッドまでの空間は燃焼室を形成している。シリンダヘッドには、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグが設けられている。
【００１８】
エンジン１０のシリンダヘッドは、燃焼室と連通する吸気ポートを備え、この吸気ポートと燃焼室の接続部には吸気バルブが設けられている。吸気ポートには吸気通路が接続されており、吸気通路には吸気ポートの近傍に燃料を噴射するインジェクタが設けられている。なお、燃焼室内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタを備えるものであっても良い。
インジェクタの上流にはスロットルバルブが設けられている。スロットルバルブは、スロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブは、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブの近傍にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサが設けられている。スロットルバルブの上流には、熱線式のエアフロメータが設けられている。エアフロメータは吸入空気量Ｇａを検出するように構成されている。エアフロメータの上流にはエアクリーナが設けられている。
【００１９】
エンジン１０のシリンダヘッドは、燃焼室と連通する排気ポートを備えている。排気ポートと燃焼室との接続部には排気バルブが設けられている。排気ポートには排気通路２０が接続されている。排気通路２０には、排気ガスを浄化する三元触媒（Ｓ／Ｃ）３０（以下、単に「触媒３０」という）が設けられている。排気通路２０における触媒３０の上流位置には、限界電流式の空燃比センサ４０が設けられている。また、排気通路２０における触媒３０の下流位置にも、限界電流式の空燃比センサ４２が設けられている。排気通路における空燃比センサ４２の下流には、さらに、三元触媒３２（以下、単に「触媒３２」という）が設けられている。空燃比センサ４０、４２は、ともに、ＥＣＵ６０に接続している。
将来のエミッション規制の強化、ＯＢＤ規制の強化、触媒貴金属の低減に伴い、制御性、ロバスト性の高い空燃比制御システムが求められている。この要求に対しては、三元触媒（Ｓ／Ｃ）の前後に空燃比センサ（例えば限界電流式空燃比センサ）を配置したシステムが将来的に有望である。本実施形態は、このような触媒前後にそれぞれ空燃比センサを配置した空燃比制御システムにおいて、本発明に係る空燃比センサの出力処理技術を適用するものである。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態にかかるエンジン１０には、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０が備えられている。ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ、インジェクタ、スロットルモータ等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、エアフロメータ、空燃比センサ等が接続されている。ＥＣＵ６０は、クランク角センサの出力に基づいて、機関回転数ＮＥを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度ＡＡ等に基づいて、機関負荷KLを算出する。ＥＣＵ６０は、機関回転数NEや機関負荷ＫＬ等に基づいて、燃料噴射量を決定する。このように、ＥＣＵ６０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。
ＥＣＵ６０は、筒内に供給される混合気の目標空燃比を制御することで、触媒上流の排気空燃比を強制的に燃料リーン側（以下「リーン側」と略する。）と燃料リッチ側（以下「リッチ側」と略する。）との間で交互に切り換える制御（「アクティブ制御」とも称される）を実行することができる。
【００２１】
（空燃比センサのセンサ素子部の構成）
図２は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置における、空燃比センサ４０、４２のセンサ素子部５０を示す断面図である。センサ素子部５０は、検出素子５１としての固体電解質層を有している。固体電解質層５１は、部分安定化ジルコニアよりなり、酸素イオン導電性を有する。固体電解質層５１の一面には、計測電極５２が設けられている。また、固体電解質層５１の他面には、大気側電極（「基準ガス側電極」ともいう。）５３が設けられている。これらの計測電極５２及び大気側電極５３は、ともに白金等よりなり、リード５８ａ，５８ｂを介してＥＣＵ６０にそれぞれ接続されている。
【００２２】
また、固体電解質層５１の一面には、多孔質拡散抵抗層５４が形成されている。多孔質拡散抵抗層５４は、計測電極５２を覆い、かつ、該計測電極５２に排気ガスを導入するためのガス透過層５４ａと、排気ガスの透過を抑制するガス遮断層５４ｂとを有している。これらのガス透過層５４ａ及びガス遮断層５４ｂは、アルミナやジルコニア等のセラミックスよりなり、平均孔径や気孔率が互いに相違している。
【００２３】
固体電解質層５１の他面には、大気導入ダクト５５が形成されている。大気導入ダクト５５は、上部に大気室（「基準ガス室」ともいう。）５６を有している。この大気室５６内に上記大気側電極５３が配置されている。大気導入ダクト５５は、アルミナ等の高熱伝導性セラミックスよりなる。大気導入ダクト５５の下面には、ヒータ５７が設けられている。ヒータ５７は、通電により発熱する複数の発熱体５７ａと、該発熱体５７ａを覆う絶縁層５７ｂとを有している。発熱体５７ａは、リード５８ｃを介してＥＣＵ６０に接続されている。
【００２４】
このような構成を有するセンサ素子部５０は、酸素濃度を直線的特性にて検出することができ、酸素濃度に応じた臨界電流をＥＣＵ６０に出力し得る。この空燃比センサ出力（臨界電流）は、排気ガスの空燃比と相関を有している。具体的には、排気ガスの空燃比がリーン側になるほど臨界電流は増大し、排気ガスの空燃比がリッチ側になるほど臨界電流は減少する。
【００２５】
なお、一般に、空燃比センサ４０、４２から取り出されたセンサ出力信号は、所定の信号処理が施された上で、ＥＣＵ６０での制御処理に用いられる。この信号処理はいわゆるＬＰＦ、ＨＰＦなどのバンドパスフィルタによる周波数信号処理等を含み、そのような信号処理の機能はＥＣＵ６０上に搭載されたりあるいは他の演算処理装置にて実現される。
【００２６】
［実施の形態の動作］
図３〜８は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。以下の順に各項目についてそれぞれ説明を行う。
・アクティブ制御、および最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに基づく触媒劣化検出法
・触媒の被毒度合の推定技術
・Ｃｍａｘを用いた触媒劣化検出に対する、Ｓ被毒影響補正処理
【００２７】
（アクティブ制御、および最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに基づく触媒劣化検出法）
図１のシステムによれば、触媒上流の排気空燃比をリッチ側（又はリーン側）からリーン側（又はリッチ側）に強制的に変化させてから触媒下流の酸素センサ出力が変化（反転）するまでの時間に、触媒３０に流入する排気ガスの酸素過不足量を演算することで、触媒３０の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを算出することができる。すなわち、アクティブ制御を実行することにより、触媒３０の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを算出することができる。
【００２８】
図３を参照して、触媒の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの算出方法について説明する。詳細には、図３の上段の「触媒入りＡ／Ｆ」は、ＥＣＵ６０が、触媒３０の上流における排気ガスのＡ／Ｆに相当している。この「触媒入りＡ／Ｆ」が実現されるようにＥＣＵ６０での空燃比制御（エンジン１０の目標Ａ／Ｆの制御、燃料噴射量制御）がなされ、排気ガスは触媒３０に流れ込み、その排気ガスの酸素濃度に応じた出力信号を空燃比センサ４０が出力する。なお、本実施形態では、リーンＡ／Ｆの値を１４．１とし、リッチＡ／Ｆの値を１５．１とする。つまり、アクティブ制御における目標Ａ／Ｆの幅を、１４．１から１５．１とする。
図３の下段の「触媒出Ａ／Ｆ」は、触媒３０下流の空燃比センサ４２の出力波形を示している。ただし、図３の下段において、実線は「Ｓ被毒（すなわち硫黄被毒）が生じている状態」の信号波形を示しており、破線の信号波形は「Ｓ被毒が無い状態」の信号波形を示している。
【００２９】
図３の時刻ｔ０においては、触媒３０が有する酸素吸蔵能力を飽和させるべく、図３の「触媒入りＡ／Ｆ」に示すように、筒内（燃焼室内）に供給される混合気の目標Ａ／Ｆがリーン側目標値に設定されている。この状態では、筒内から酸素を含むリーンな排気ガスが排出される。また、触媒３０にはリーンな排気ガスが流入するため、この排気ガス中の過剰な酸素が触媒３０に吸蔵される。触媒３０の酸素吸蔵能力が飽和していない間は、触媒３０からリーンな排気ガスは吹き抜けてこない。
【００３０】
その後、触媒３０の酸素吸蔵能力が飽和すると、触媒３０からリーンな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、空燃比センサ４２の出力がリーンを示す。空燃比センサ４２の出力が所定のリーン判定値に達すると、図３の「触媒入りＡ／Ｆ」に示すように、目標Ａ／ＦがリーンＡ／ＦからリッチＡ／Ｆへと切り換えられる。図３においては、時刻ｔ１がその時期に相当している。これにより、筒内からリッチな排気ガスが排出され、空燃比センサ４０の出力がリッチを示す。このリッチな排気ガスが触媒３０に流入すると、排気ガス中の還元剤により、触媒３０に吸蔵された酸素が還元・放出される。この制御に応じて、空燃比センサ４２の出力が、図３の領域Ａのようにリーンからストイキへと収束するように変化する。
【００３１】
その後、触媒３０に吸蔵された酸素が消費されると、触媒３０からリッチな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、触媒３０下流の空燃比センサ４２の出力が、リッチを示すように徐々に低くなる。この様子が、図３における領域Ｂに示されており、リッチからストイキへと収束するように空燃比センサ４２の出力が変化している。
領域Ｂで記したセンサ出力のリッチ側変化の過程で、空燃比センサ４２の出力が、所定のリッチ判定値に達する。そうすると、触媒３０に酸素を吸蔵させるべく、図３の上段「触媒入りＡ／Ｆ」に示すように、アクティブ制御によって目標Ａ/ＦがリッチＡ／ＦからリーンＡ／Ｆへと切り換えられる。図３においては、時刻ｔ２がその時期に相当している。
【００３２】
この一連の処理の流れは、時刻ｔ１の時点において触媒３０が酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素を吸蔵しているところから、その後リッチ側に目標Ａ／Ｆが切り替えられて、触媒３０内の酸素が使い果たされることで時刻ｔ２を迎える。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間において空燃比センサ４０が示したリッチ側出力を積分した値は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に触媒３０から放出された酸素量に相当している。リッチに設定された排気ガス中の不足酸素量を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積算することで、触媒３０の放出酸素量を求めることができる。
【００３３】
時刻ｔ２において目標Ａ／Ｆがリーン側目標値に設定されると、筒内からリーンな排気ガスが排出されるようになる。その結果、触媒３０上流の空燃比センサ４０の出力がリーンを示す。リーンな排気ガスが触媒３０に流入すると、排気ガス中の過剰な酸素が触媒３０に吸蔵される。触媒３０に酸素が吸蔵されている間は、触媒３０からリーンな排気ガスは吹き抜けてこない。
その後、触媒３０に酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯の酸素が吸蔵されて、触媒３０の酸素吸蔵能力が飽和すると、触媒３０からリーンな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、空燃比センサ４２の出力がリーン側に変化する。空燃比センサ４２の出力が所定のリーン判定値に達すると、図３の上段「触媒入りＡ／Ｆ」に示すように、アクティブ制御により目標Ａ／Ｆがリッチ側目標値に切り換えられる。図３においては、時刻ｔ３がその時期に相当している。
【００３４】
この一連の処理の流れは、時刻ｔ２の時点において触媒３０が酸素を使い果たした状態から、その後リーン側に目標Ａ／Ｆが切り替えられて、触媒３０内に酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯の酸素が吸蔵されることで時刻ｔ３を迎える。つまり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において空燃比センサ４０が示したリーン側出力を積分した値は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に触媒３０に吸蔵された酸素量に相当している。リーンに設定された排気ガス中の過剰酸素量を時刻ｔ２から時刻ｔ３まで積算することで、触媒３０の吸蔵酸素量を求めることができる。
【００３５】
このような制御を所定回数繰り返して放出酸素量と吸蔵酸素量を所定数求めて平均することで、触媒３０の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを求めることができる。この最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが基準値よりも小さい場合に、触媒３０が劣化していると判断することができる。
【００３６】
（触媒の被毒度合の推定技術）
図３〜９、および図１２〜１６は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置において使用される、触媒の被毒度合の推定技術を説明するための図である。
【００３７】
先ず、本実施形態にかかる、触媒の被毒度合の推定技術の概要について説明する。
本実施形態にかかる被毒度合の推定技術は、「触媒の酸素放出速度を低下させる触媒被毒」が生じた場合に、その影響の度合を推定することができる。具体的には、触媒の下流に空燃比センサを設け、この触媒下流の空燃比センサの出力特性を評価することにより、「触媒の酸素放出速度を低下させる触媒被毒」としてのＳ被毒（すなわち硫黄被毒）を対象にして、被毒の度合を推定する。
すなわち、触媒３０は、適量の酸素を吸蔵しておく能力（酸素吸蔵能力）を有しており、排気ガス中にＨＣやＣＯなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を用いてそれらの成分を酸化する。このような反応過程において触媒３０の酸素の吸蔵と放出はそれぞれある特定の速度（それぞれ、酸素吸蔵速度、酸素放出速度）で進むものであるが、Ｓ被毒が起きるとこれらの速度のうち酸素放出速度が低下する。この酸素放出速度低下の影響は、触媒３０下流の空燃比センサ４２における「リーンまたはリッチからストイキへと収束する過程での空燃比の波形」に表れてくる。この様子が、図３の「触媒出Ａ／Ｆ」の実線と破線との比較により明らかにされている。図３に示すアクティブ制御中の空燃比センサ４２出力において、リッチからストイキへと収束する速度やリーンからストイキへと収束する速度などが、Ｓ被毒発生の前後において変化している。この変化は、Ｓ被毒発生時のほうが、ストイキへと向かう変化が急であり、ストイキへと収束する時期が早いというものである。触媒３０の下流に空燃比センサ４２を配置した構成によれば、そのような変化を十分な分解能により微小な変化も含めて検出することができる。そこで、触媒下流の空燃比センサ４２の出力特性を評価することにより、触媒３０のＳ被毒の度合を推定するのである。
【００３８】
以下、本実施形態にかかる、触媒の被毒度合の推定技術における具体的なメカニズムについて説明する。
（１）触媒のＳ被毒
燃料中のＳ（硫黄）が燃焼室を経て触媒に到達すると、触媒の貴金属に吸着し、排気ガス浄化能力を低下させる。このとき、リッチガスを酸化させる能力（酸素放出速度）が低下することが判明している。
【００３９】
（２）触媒劣化判定ＯＢＤ（On-Board Diagnostic）およびアクティブ制御
触媒の劣化を判定するにあたり、アクティブ制御により触媒の最大酸素吸蔵量と最大酸素放出量をモニタ（計算）している場合には、触媒のＳ被毒が上記の酸素放出速度低下の影響が触媒３０下流の空燃比センサ４２の出力信号の挙動に影響を及ぼす。
【００４０】
（２−ａ）触媒入りガスがリーン→リッチへ変化するとき
図４は、触媒入りガスがリーン→リッチへ変化するときのＳ被毒の有無の差を説明するための図である。「触媒入りガス」とは、触媒３０に流入する排気ガスを意味している。この（２−ａ）の説明は、図３の領域Ａにかかる部分についての、「実線で示すＳ被毒ありの場合の空燃比センサ４２出力信号」と「破線で示すＳ被毒なしの場合の空燃比センサ４２出力信号」との間の差異が生ずるメカニズムを述べるものである。
図４（ａ）は、正常触媒つまりＳ被毒が無い状態の触媒３０を模式的に示し、図４（ｂ）は、Ｓ被毒が生じている状態の触媒３０を模式的に示している。図４（ａ）（ｂ）で示しているのは、両方とも、酸素過多状態つまり酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素を吸蔵している状態の触媒３０である。図４（ａ）の正常状態の触媒３０によれば、紙面左方から流れ込んでくる未燃成分等（Ｈ２、ＨＣ、ＣＯ）が触媒３０内に流入するのに応じて、吸蔵している酸素によりそれらの成分を酸化することができる。これに対し、図４（ｂ）のＳ被毒状態の触媒３０によれば、紙面左方から流れ込んでくる未燃成分等が触媒３０内に流入してきたときに、酸素放出速度が遅いことが原因で、一部の成分についての酸化が間に合わずに吹き抜けが生じてしまう。このような吹き抜けの結果、正常時と比べて、触媒３０下流の雰囲気がリーンからリッチ側（ストイキ）へと速やかに変化し、かつ、リッチ側への小さなオーバーシュートも発生する。
本実施の形態にかかるＳ被毒度合の推定技術では、このような「触媒３０下流の雰囲気がリーンからリッチ側（ストイキ）へと速やかに変化するという特徴」に着目し、その変化に要する時間（期間）を測定して、Ｓ被毒度合を推定することにした。
【００４１】
（２−ｂ）触媒入りガスがリッチ→リーンへ変化するとき
図５および図６は、触媒入りガスがリッチ→リーンへ変化するときのＳ被毒の有無の差を説明するための図である。この（２−ｂ）の説明は、図３の領域Ｂにかかる部分についての、「実線で示すＳ被毒ありの場合の空燃比センサ４２出力信号」と「破線で示すＳ被毒なしの場合の空燃比センサ４２出力信号」との間の差異が生ずるメカニズムを述べるものである。
図５は、図３における領域Ｂ付近について説明するための模式的な拡大図である。
図６は、触媒３０内の酸素吸蔵放出のイメージ図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）（ｂ）の読み方についての上記説明を模式的にまとめた図である。図６の紙面上下方向は、酸素吸着量を意味し、図６の紙面左右方向は、触媒３０の軸方向の距離（位置）であり、排気ガスは紙面の左から右へと流れる。図６のそれぞれの四角において、斜線部の形状が変化する様子は、酸素の吸着が下流側に流れていく様子を表している。白色の割合が、酸素が吸蔵されていない部分（酸素が吸着していない貴金属量）の割合を、斜線部の割合が、酸素が吸蔵された部分の割合を、それぞれ示している。四角中の白色と斜線部の面積比は、触媒３０内の酸素吸蔵度合（割合）を表している。白色と斜線部の比率が同じであるときが、触媒３０の下流がストイキとなっているときである。
図６（ｃ）の場合には、触媒３０の入口部分は半分以上の割合で触媒に酸素が吸着しており、触媒の軸方向に沿って排気通路下流側へいくほど酸素吸着量（つまり酸素吸蔵量）が減少している。以下、このような図６の図示方法を前提にしたうえで、図６（ａ）および（ｂ）を詳細に説明する。
【００４２】
図６（ａ）の３つの四角はそれぞれ、正常な触媒３０の図５に示す時期Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のそれぞれの時期における触媒３０の状態（状態Ｘ１Ａ、状態Ｘ２Ａ、状態Ｘ３Ａ）を模式的に時系列的に示している。図６のＸ１Ａは、正常触媒において、酸素（斜線部）が無くなって空燃比センサ４２にリッチ出力が現れる状態を表している。図６のＸ２Ａは、正常触媒において、アクティブ制御で目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆに切り替わり酸素の吸蔵が進んでいる様子を表している。図６のＸ３Ａは、触媒３０内の酸素吸蔵割合がちょうど５０％となり、酸素を吸蔵した部分と酸素を吸蔵していない部分との割合が等しくなった状態である。Ｘ３Ａの時点において、図５のＸ３における破線の出力を見るとわかるように、ちょうど空燃比センサ４２の出力がストイキに一致する。
一方、図６（ｂ）の３つの四角はそれぞれ、Ｓ被毒状態の触媒３０の図５に示す時期Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のそれぞれの時期における触媒３０の状態（状態Ｘ１Ｂ、状態Ｘ２Ｂ、状態Ｘ３Ｂ）を模式的、時系列的に示している。図６のＸ１Ｂは、Ｓ被毒が生じた触媒において、酸素放出速度が遅いがために、図５のＸ１の時点でも酸素を吸蔵した部分（斜線部）が残っている様子を示している。前述したように、触媒３０にＳ被毒が生じている状態では、酸素放出速度が遅いため、触媒３０内の酸素を完全に使い切る前に触媒３０下流の空燃比がリッチへと変化してしまうからである。Ｘ１ＡとＸ１Ｂを比較すると、酸素放出速度の低下により酸素残存状態が引き起こされていることがわかる。
【００４３】
図４のＸ１の時期に、アクティブ制御によりリッチからリーンへの目標Ａ／Ｆの切替が行われる。その後は、触媒３０内の酸素吸蔵量に応じて、触媒３０下流の空燃比の値が変化することがわかっている。そのため、Ｓ被毒状態の触媒３０では切替後の出力変化が急峻になる。
この点を、図６（ｂ）と図６（ａ）との比較により、詳細に説明する。図６のＸ２Ｂ、Ｘ３Ｂは、Ｓ被毒が生じている触媒において、残存した酸素（斜線部）に加えてさらにリーン空燃比に制御された排気ガス中の酸素が触媒３０に流れ込むことにより、酸素の吸蔵部分（斜線部）が増大している様子を表している。前述したように、図６では、四角中の白色と斜線部の面積比は触媒３０内の酸素吸蔵度合（割合）を表しており、白色と斜線部の比率が同じときが、触媒３０の下流がストイキとなるときである。従って、図６（ｂ）に示すＳ被毒の触媒にあっては、Ｘ１Ｂの段階で残っていた酸素とあわせて、速やかに、四角中の白色と斜線部の面積比が等しくなるほどに触媒３０が酸素を吸蔵することになる。その結果、図６のＸ２Ｂの段階において速やかに触媒３０下流がストイキとなり、図５のＸ２の時期において実線の空燃比センサ４２出力がストイキに収束している。つまり、Ｓ被毒状態の触媒３０では、アクティブ制御によるリッチ→リーンへの切替後におけるリッチからストイキへの出力変化が急峻になっており、ストイキへの収束が相対的に迅速に完了するようになる。
そこで、図５に現れる空燃比センサ４２の出力波形（出力特性）の相違を検出することで、Ｓ被毒の有無や度合を推定することができる。具体的には、「アクティブ制御によるリッチ→リーンへの切替後におけるリッチからストイキへの出力変化速度」が、相対的に大きければ（つまり相対的に短時間でストイキに収束すれば）、酸素放出速度の低下が起きており、Ｓ被毒が生じていると判断できる。
【００４４】
続いて、本実施形態にかかる、触媒の被毒度合の推定技術における、具体的な計算方法について説明する。先ず、触媒３０のＳ被毒度合の推定にかかわるパラメータ（推定パラメータ）を説明し、続いて、これらの推定パラメータを用いたＳ被毒度合推定値の計算方法を説明する。
【００４５】
図７は、本発明の実施の形態において、触媒３０のＳ被毒度合の推定にかかわる複数のパラメータ（推定パラメータ）を説明するための図である。図７には、空燃比センサ４２が検出する「触媒出Ａ／Ｆ」の空燃比が示されている。本実施形態では、このような空燃比センサ４２の出力波形から、推定パラメータＴｃおよびＴｃ´を利用して、Ｓ被毒の推定をおこなう。Ｔｃは、図７のセンサ出力波形においてリッチ側ピーク値からストイキに至るまでの時間である。Ｔｃ´は、図７のセンサ出力波形においてストイキからリッチ側ピーク値に至るまでの時間である。本実施の形態では、推定パラメータとしてＴｃおよびＴｃ´の比の値に基づいてＳ被毒度合を推定的に計算する。なお、このようにＴｃおよびＴｃ´の比を用いる理由は、後ほど図１２〜１６を参照しつつ説明する。
【００４６】
なお、ＴｃおよびＴｃ´以外の図７における各符号の意義は、次のとおりである。
ＶＬは、図７のセンサ出力波形におけるリーン側のピーク値である。
Ｔａは、図７のセンサ出力波形においてリーン側ピーク値からストイキを横切るまでの時間である。
Ｖｏｓは、図７のセンサ出力波形において、時間Ｔａでストイキを横切った後一旦リーン側に振れてストイキに収束するまでの期間におけるリッチ側のピークの幅（振れ幅）の大きさである。
ＶＲは、図７のセンサ出力波形におけるリーン側のピーク値である。
面積ＤＲは、「リッチ出力波形の積分により求めた面積」であり、面積ＤＬは、「リーン出力波形の積分により求めた面積」である。
Ｔｓｌｒは、図７の触媒出Ａ／Ｆ波形においてリーンからリッチへの変化過程におけるストイキ保持時間である。ここでいうストイキ保持時間Ｔｓｌｒは、リーン側（ＶＬ側）からリッチ側（ＶＲ側）へとセンサ出力が変化する過程で、実質的にストイキを示し続けた期間の長さである。
Ｔｓｒｌは、図７の触媒出Ａ／Ｆ波形においてリッチからリーンへの変化過程におけるストイキ保持時間である。ここでいうストイキ保持時間Ｔｓｒｌは、リッチ側（ＶＲ側）からリーン側（ＶＬ側）へとセンサ出力が変化する過程で、実質的にストイキを示し続けた期間の長さである。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態において触媒３０のＳ被毒度合（触媒Ｓ蓄積量）を算出するためのマップを説明するための図である。図８には、推定パラメータであるＴｃ´／Ｔｃと、触媒Ｓ蓄積量との間の相関が記載されている。本実施形態においては、ＥＣＵ６０がこのマップを予め記憶させられている。
【００４８】
図１２〜１６は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒被毒推定装置の動作について説明するための図である。
図１２は、Ｓ被毒影響なしであり、かつ吸入空気量Ｇａ＝１０とした条件での測定結果を模式的に示すものである。図１３は、Ｓ被毒影響なしであり、かつ吸入空気量Ｇａ＝２５とした条件での測定結果を模式的に示すものである。これに対して、図１４は、Ｓ被毒影響が有り、かつ吸入空気量Ｇａ＝１０とした条件での測定結果を模式的に示すものである。図１５は、Ｓ被毒影響が有り、かつ吸入空気量Ｇａ＝２５とした条件での測定結果を模式的に示すものである。
図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）および図１５（ａ）は、アクティブ制御波形を示す。図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）はこのアクティブ制御に応じた触媒下流の空燃比センサ（実施の形態の空燃比センサ４２に相当）の出力波形を示す。図１２（ｃ）、図１３（ｃ）、図１４（ｃ）および図１５（ｃ）は、それぞれ、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）の出力波形の一部（四角枠部分）を拡大した部分拡大図である。
【００４９】
上記の図７の説明にあるように、触媒出Ａ／Ｆにはさまざまなセンサ出力挙動が現れてきて、そのセンサ出力挙動はＶＬ、ＶＲ、Ｖｏｓ、Ｔａ、Ｔｃその他の量で定義される推定パラメータを用いて定量的に評価することが可能である。そこで、そのような幾つかの推定パラメータを用いてＳ被毒度合いを推定することも一つの方法として考えられる。しかしながら、本願発明者は、運転ばらつきを考慮に入れると、推定パラメータとしてＴｃおよびＴｃ´の比の値に基づいてＳ被毒度合を計算することが効果的であることを見出した。
【００５０】
図１２および図１３はＳ被毒影響なしの条件で共通しているので、これらの図の波形を比較してみる。そうすると、Ｇａ＝１０である図１２と、Ｇａ＝２５である図１３とでは、Ｔｃが異なる値となっている。これはつまり、Ｓ被毒影響なしという点で条件が同じであっても、吸入空気量が異なるとＴｃが変化するということを意味している。
【００５１】
一方、Ｔｃ´について着目してみると、Ｔｃ´には、Ｇａの値によらずに変化が認められる。より詳細には、図１２〜１５にそれぞれ図示した特性カーブＣ１〜Ｃ４は、センサ出力特性のうちＴｃ´にかかる部分についての、センサ出力カーブの傾向を模式的に表したものである。特性カーブＣ１と特性カーブＣ２とを比較すると、それらのカーブの形状はほぼ一致している。また、特性カーブＣ３と特性カーブＣ４とを比較した場合も、それらのカーブの形状はほぼ一致している。これに対し、特性カーブＣ１、Ｃ２と、特性カーブＣ３，Ｃ４とを比較した場合、それらの間のカーブ形状は明確に異なる。Ｓ被毒影響の有無で特性カーブに明確な相違が表れている、Ｓ影響有りである特性カーブＣ３，Ｃ４のほうがカーブ形状が緩やかなものとなっている。このようなカーブ形状の変化傾向から、Ｔｃ´にはＧａによらない変化が認められることが判明した。
【００５２】
この原因の一つとしては、Ｓ被毒による触媒浄化能の低下により、正常な触媒では排出されないリッチ領域でのＮＯｘが排出されていることがあげられる。被毒メカニズムとしては、触媒担体に吸着したＳＯｘがＰＧＭを被覆し、貴金属活性が低下するというものである。リーン時の反応としては、担体に直接酸素を吸蔵し、Ｓ吸着により酸素吸蔵サイトが減少する。一方、リッチ時には、貴金属を介して担体内の酸素を放出し、Ｓが脱離して一部が貴金属活性を低下させる。なお、ここでの担体としては例えばＣｅ（ＳＯ４）２が考えられる。
【００５３】
本願発明者は、Ｓ被毒した触媒においては、ＨＣがリーン時にも漏れ出すことを確認している。Ｔｃ´がＳ被毒により長くなる理由としては、正常な触媒であれば浄化できるＨＣが漏れ出してしまい、通常よりも早いタイミングで少しずつリッチになるという点がある。図１６にはＳ蓄積前後での触媒出ガスのＴＨＣ挙動を示す模式図である、図１６（ａ）はアクティブ制御波形である。図１６（ｂ）は、触媒がＳ蓄積する前であるときのＴＨＣ（総ＨＣ量）挙動である。図１６（ｃ）は、触媒がＳ蓄積した後であるときのＴＨＣ挙動である。Ｓ蓄積前のときはＴＨＣは低い値で保たれているのに対し、Ｓ蓄積後では常にＨＣの漏れが観測され、その立ち上がりが早い。
【００５４】
Ｔｃは、吸入空気量Ｇａの影響を受けやすいセンサ出力特性から決まる値である。このＴｃによる除算を施すことで、運転ばらつきの影響を排除することができる。その理由としては、本願発明者が実験により見出した事実として、Ｔｃが運転条件（吸入空気量Ｇａなど）によって変化することが見出され、この変化はＳ被毒していないときであっても生じるということが確認された。これは、触媒の劣化状態や吸入空気量が大きいときのガス吹き抜けなどが原因であると考えられる。一方、Ｔｃ´は、Ｓ被毒のときに時間が長くなる傾向がある。そこで、このＴｃおよびＴｃ´という２つの推定パラメータを用いることで（具体的には、それらの比の値を用いることで）、運転ばらつきの影響を低減、排除した高精度のＳ被毒推定を行うことができる。
【００５５】
計算したＴｃ´／Ｔｃの値を用いて、前述した図８に示すマップに従ってＳ被毒度合（触媒Ｓ蓄積量）の具体的な数値を算出することができる。具体的な推定数値の算出のほか、例えば、Ｔｃ´／Ｔｃの値が所定値以上となったら所定度合い以上のＳ被毒が生じていると判定しても良い。その場合には、Ｔｃ´／Ｔｃの値がその所定値になった段階でどの程度のＳ被毒が生じているかを、実験的に調べておけばよい。なお、本実施の形態ではＴｃ´／Ｔｃの値を用いたが、この分母と分子を反対にしたＴｃ／Ｔｃ´の値を用いてＳ被毒度合の推定を行う場合には、その関係に応じた変化傾向のマップを作成して図８のマップの代わりに用いれば良い。このような変形を行っても、「Ｔｃ´とＴｃの比に基づいてＳ被毒度合いを推定している技術」を用いていることは本実施の形態と同様である。
【００５６】
なお、本実施の形態ではＴｃ´およびＴｃすなわち期間の長さそのものを推定パラメータとして用いるが、本発明はこれに限られず、これらの期間の長さと相関を有する値を用いても良い。例えば、Ｔｃ´区間内におけるセンサ出力波形の長さや、Ｔｃ区間内におけるセンサ出力波形の長さを用いても良い。
【００５７】
［実施の形態にかかる触媒被毒装置の具体的処理］
図９は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。このフローチャートにより、上記で説明した触媒の被毒度合の推定技術を実現するための制御処理をＥＣＵ６０上で実行することができる。
【００５８】
図９に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ６０が、触媒劣化検出を実施するうえでの前提条件が成立しているかどうかを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。この前提条件の判定は、実施の形態においては、次の条件がそれぞれ成立している場合に肯定（Ｙｅｓ）となるものとする。
（１）触媒３０の床温Ｔｃａｔが所定温度Ｔ０（例えば５００℃）を上回っているか否か。つまりＴｃａｔ＞Ｔ０か否か。
（２）吸入空気量Ｇａが所定範囲内（Ｇａ１〜Ｇａ２）かどうか。つまりＧａ１＜Ｇａ＜Ｇａ２か否か。実施の形態ではＧａ１＝５、Ｇａ２＝３０とする。
（３）空燃比センサ４０、４２が活性化しているか（センサが活性温度に達しているか等）。
ステップＳ１００の条件が成立していない場合には、触媒劣化検出が実施されることなく、今回のルーチンが終了する。
【００５９】
ステップＳ１００の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）である場合には、次いで、ＥＣＵ６０が、アクティブ制御処理を開始する（ステップＳ１０２）。このステップでは、ＥＣＵ６０が、上記の「アクティブ制御、および最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに基づく触媒劣化検出法」において説明したアクティブ制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ６０が、エンジン１０の目標Ａ／Ｆを図３の上段の「触媒入りＡ／Ｆ」に相当するステップ状に切り換えて、これに応じた燃料噴射制御を実施する。このとき、リーンＡ／Ｆの値は１４．１とし、リッチＡ／Ｆの値は１５．１とする。つまり、アクティブ制御における目標Ａ／Ｆの幅を、１４．１から１５．１とする。
【００６０】
次いで、ＥＣＵ６０は、触媒Ｓ状態推定のための処理を開始する（ステップＳ１０４）。本ステップの処理内容は、上記の「触媒の被毒度合の推定技術」において説明した内容を実現するようにプログラミングされている。ＥＣＵ６０は、アクティブ制御に応じた空燃比センサ４２の出力を取得する。この取得した出力信号は、図３の「触媒出Ａ／Ｆ」のごとき波形を示す。
ＥＣＵ６０は、取得した波形に対してＴｃ´およびＴｃを取得する処理を実行し、さらに、推定パラメータＴｃ´／Ｔｃを計算する処理を実行する。前述したように、Ｔｃ´は、図７のセンサ出力波形においてストイキからリッチ側ピーク値に至るまでの時間である。Ｔｃは、図７のセンサ出力波形においてリッチ側ピーク値からストイキに至るまでの時間である。空燃比センサ出力波形を取り込んだ上で、その出力波形からＴｃ´およびＴｃを取得するプログラムを予めＥＣＵ６０に記憶させておけばよい。その後、ＥＣＵ６０は、図８に示すマップに従って触媒Ｓ蓄積量の推定値を算出する。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６１】
以上の処理によれば、空燃比センサ４２の出力特性を評価することにより触媒３０のＳ被毒の度合を推定することができる。
【００６２】
［実施の形態にかかる触媒劣化検出装置］
触媒がＳ被毒することによって触媒能力（酸素放出速度）は低下するが、それは一時的な低下であり、触媒そのものが劣化・故障したわけではない。そこで、本技術では、触媒のＳ被毒量に応じて計算した最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの値を補正したり、あるいは、触媒Ｓ蓄積量に応じて、触媒劣化判定の異常スレッシュ（すなわち閾値）を変化させたりするものとした。これにより、Ｓ被毒の影響とは別の、触媒そのものの劣化・故障を、精度良く検出することができる。
【００６３】
図１０は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置の動作を説明するための図であり、触媒Ｓ蓄積量に応じた触媒劣化判定の異常スレッシュ値の設定情報（マップ）を示す図である。本技術では、まず、Ｓ被毒度合の推定値（推定硫黄蓄積量Ｓｅｓｔ）を取得する。次いで、ステップＳ２０２でのＳｅｓｔ＞αという判定が肯定（Ｙｅｓ）であった場合には、触媒異常スレッシュの値をＳｅｓｔの大きさに応じて低減することにした。
【００６４】
図１１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
図１１に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ６０が、触媒劣化検出を実施するうえでの前提条件が成立しているかどうかを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。この前提条件の判定は、実施の形態においては、前述した図９のルーチンと同じ条件とする。ステップＳ１００の条件が成立していない場合には、触媒劣化検出が実施されることなく、今回のルーチンが終了する。
【００６５】
ステップＳ１００の条件が成立（Ｙｅｓ）した場合には、次に、ＥＣＵ６０が、触媒劣化判定制御（アクティブ制御や最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの算出など）を開始する（ステップＳ３０２）。
【００６６】
次に、ＥＣＵ６０が、Ｓ蓄積推定制御を実行した上で、その推定の結果である推定硫黄蓄積量Ｓｅｓｔの値が所定値αを上回っているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ３０４）。このステップでは、先ず、前述した図９のルーチンに基づいて、触媒Ｓ状態推定処理（ステップＳ１０４）の結果としての、推定硫黄蓄積量の値Ｓｅｓｔを取得する。次に、このＳｅｓｔと所定値αとを比較し、Ｓｅｓｔ＞αの関係が成立しているか否かを判定する。このαの値は、「通常のアクティブ制御で最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの計算を行った場合に、その計算結果が触媒劣化検出結果に影響を及ぼすほどにＳｅｓｔが多いかどうか」を判定するための値として、予め定めた値である。
【００６７】
次いで、ＥＣＵ６０は、触媒Ｓ状態推定制御（ステップＳ３０４）において肯定（Ｙｅｓ）だった場合には、ＥＣＵ６０は、Ｓ影響補正の処理（ステップＳ３０６）により異常スレッシュ値の補正を実行した上で、触媒の劣化判定処理（Ｓ３０８）を実行する。このステップでは、図１０に示した曲線的傾向、すなわち、Ｓ蓄積量が多いほど触媒異常スレッシュ値を低めに設定するという傾向に従って、触媒異常スレッシュ値の補正処理が行われる。具体的には、ステップＳ３０８におけるＣｍａｘ＞βの判定式のうちの、判定値βの値を、図１０の傾向に則って相対的に小さい値に補正する。
【００６８】
一方、ステップＳ２０２の判定結果が否定（Ｎｏ）であった場合には、ＥＣＵ６０は、Ｓ影響補正処理（ステップＳ３０６）を行うことなくステップＳ３０８の処理を実行し、通常通りの劣化判定制御を行う。その後、ステップＳ３０８の結果に応じて、正常（ステップＳ３１０）または異常（ステップＳ３１２）のいずれかの判定結果が出力される。
【００６９】
これにより、触媒Ｓ蓄積量に応じて、触媒劣化判定の異常スレッシュ（閾値）あるいはＣｍａｘそのものを補正することができる。その結果、触媒のＳ被毒によって触媒劣化判定の精度が低下することを抑制することができる。
【００７０】
なお、判定値βではなく、Ｃｍａｘの値を図１０の傾向に則って触媒被毒影響を排除するように補正してもよい。つまり、補正後Ｃｍａｘ´を算出して利用してもよい。この場合には、図１０の傾向に基づいて、Ｓ被毒影響（Ｓ蓄積量）が多いほどＣｍａｘが小さめに算出されるという点を考慮して、Ｓ被毒影響分を低減或いは排除するように補正後Ｃｍａｘ´を算出すればよい。つまり、触媒がＳ被毒することによって触媒能力（酸素放出速度）は低下するが、それは一時的な低下であり触媒そのものが劣化・故障したわけではないのであるから、Ｓ被毒影響を排除して誤判定を回避するために、Ｓ蓄積量が多いほどＣｍａｘ´を多めに算出するようにＣｍａｘに係数を乗じても良い。これにより、比較判定に用いる異常スレッシュ値（つまり閾値）が一定であっても、Ｓ被毒影響を排除した補正後最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ´をもちいて精度良く触媒劣化判定を行うことができる。
【００７１】
なお、上記の実施の形態では、推定硫黄蓄積量の値Ｓｅｓｔが多いほど触媒異常スレッシュ値を低めに設定するというものであったが、本発明はこれに限られない。記述したように、推定硫黄蓄積量の値Ｓｅｓｔは、Ｔｃ´／Ｔｃの値を用いて、前述した図８に示すマップに従って具体的な数値として算出されるものである。推定硫黄蓄積量の値ＳｅｓｔとＴｃ´／Ｔｃの値との間の相関関係があるという前提からすれば、Ｔｃ´／Ｔｃの値から直接に触媒異常スレッシュ値や補正後Ｃｍａｘ´を算出するようにしてもよい。具体的には、Ｔｃ´／Ｔｃの値と触媒異常スレッシュ値又は補正後Ｃｍａｘ´との相関を規定したマップ等の情報をＥＣＵ６０に予め記憶しておき、この情報を用いて上記ステップＳ３０６の処理を実行すればよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０    エンジン
２０    排気通路
３０、３２    触媒（三元触媒）
４０、４２    空燃比センサ
５０    センサ素子部
５１    検出素子（固体電解質層）
５２    計測電極
５３    大気側電極
５４    多孔質拡散抵抗層
５４ａ    ガス透過層
５４ｂ    ガス遮断層
５５    大気導入ダクト
５６    大気室
５７    ヒータ
５７ａ    発熱体
５７ｂ    絶縁層
５８ａ，５８ｂ、５８ｃ    リード
Ｓｅｓｔ    推定硫黄蓄積量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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