(57)【要約】      （修正有）【課題】エミッションの悪化を生じさせることなく触媒の劣化検出を行う。【解決手段】触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気通路に配置される第１の触媒と、その下流側に配置される第２の触媒との間の酸素濃度を検出する第１の酸素濃度検出手段と、酸素濃度に基づいて、第１の触媒が、吸蔵する酸素を完全に放出している限界放出状態であるか、又は限界まで酸素を吸蔵している限界吸蔵状態であるか否かを推定する酸素吸蔵状態推定手段と、第２の触媒が吸蔵する酸素量が、第２の触媒の酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるように第１の空燃比制御する第１の空燃比制御手段と、第１の触媒が限界放出状態又は限界吸蔵状態であると推定され、且つ、第１の空燃比制御の実行後に、第１の触媒の劣化検出を行うための第２の空燃比制御を実行する第２の空燃比制御手段と、を備える。第２の空燃比制御によって、第２の触媒を所望の酸素吸蔵状態に設定することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置される第１の触媒と、
前記第１の触媒の下流側の前記排気通路に配置される第２の触媒と、
前記第１の触媒と前記第２の触媒との間の前記排気通路中に設けられ、当該排気通路中の酸素濃度を検出する第１の酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度に基づいて、前記第１の触媒が、吸蔵する酸素を完全に放出している限界放出状態であるか、或いは限界まで酸素を吸蔵している限界吸蔵状態であるか否かを推定する酸素吸蔵状態推定手段と、
前記第２の触媒が吸蔵する酸素量が、当該第２の触媒の酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるように第１の空燃比制御を実行する第１の空燃比制御手段と、
前記第１の触媒が前記限界放出状態又は前記限界吸蔵状態であると推定され、且つ、前記第１の空燃比制御の実行後に、前記第１の触媒の劣化検出を行うための第２の空燃比制御を実行する第２の空燃比制御手段と、を備えることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記第２の空燃比制御手段は、前記内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記第１の空燃比制御手段は、前記内燃機関の燃料カットが終了した直後に実行され、前記第２の触媒が吸蔵する酸素量が前記酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続けることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記第１の空燃比制御手段は、前記第１の触媒が前記限界放出状態となってから、前記内燃機関が吸入した積算空気量が所定量に達するまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続けることを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記酸素濃度に基づいて、前記第１の触媒の酸素吸蔵能力を算出する吸蔵能力算出手段と、
前記第１の触媒の酸素吸蔵能力に基づいて、前記第２の触媒の酸素吸蔵能力を予測する吸蔵能力予測手段と、を更に備え、
前記第１の空燃比制御手段は、前記予測された前記第２の触媒の酸素吸蔵能力に基づいて前記所定量を算出し、前記内燃機関が吸入した積算空気量が当該所定量に達するまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続けることを特徴とする請求項４に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項６】
前記第１の空燃比制御手段は、前記第１の触媒の酸素吸蔵能力が既に算出されている場合には、前記第１の触媒が吸蔵する酸素量が当該酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるまで、前記空燃比を弱リッチに設定することを特徴とする請求項５に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項７】
前記第２の触媒の下流側の前記排気通路中に設けられ、当該排気通路中の酸素濃度を検出する第２の酸素濃度検出手段を更に備え、
前記第２の空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲にある場合にのみ、前記第２の空燃比制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項８】
前記第１の空燃比制御手段は、前記第１の触媒が前記限界放出状態となってから、前記内燃機関が吸入した積算空気量が所定量に達するまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続け、
前記第２の空燃比制御手段は、前記積算空気量が前記所定量に達した後に、前記酸素濃度検出手段の出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲にある場合にのみ、前記第２の空燃比制御を実行することを特徴とする請求項７に記載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、触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関へ供給する空気と燃料のＡ／Ｆ（空燃比）をリッチ（濃空燃比燃焼状態）とリーン（希薄燃焼状態）との間で変化させる空燃比制御を実行することによって、排気通路上に設けられた触媒（排気浄化触媒）の劣化検出や酸素吸蔵能力（最大酸素吸蔵量）の評価などが行われている（以下、このような空燃比制御を「劣化検出制御」とも呼ぶ。）。一般的には、下流側の排気通路上に設けられた酸素センサ（Ｏ２センサ）の出力に基づいて、空燃比をリッチからリーン又はリーンからリッチへと切り替えることによって劣化検出制御を実行している。
【０００３】
ところで、劣化検出制御において、酸素センサの出力が反転するタイミングに対して空燃比を切り替えるタイミングがずれることによって、限界放出状態である触媒に更にリッチガス（酸素不足のガス）が流れてしまったり、限界吸蔵状態である触媒に更にリーンガス（酸素過多のガス）が流れてしまったりする場合がある。この場合、触媒は、供給されるガスを浄化できずに下流側に流してしまう。そのため、通常は、この触媒の下流側に別の触媒を設け、上流側の触媒が浄化できなかったガスを下流側の触媒に浄化させている。しかしながら、下流側の触媒も限界吸蔵状態又は限界放出状態である場合には、下流側の触媒は、上流側の触媒が浄化できなかったガスを浄化できずに、例えばＮＯｘやＨＣやＣＯなどのガスを外部に排出してしまう可能性がある。これにより、下流側に別の触媒を設けても、劣化検出制御の実行によって、エミッションが悪化してしまうという問題が発生する場合があった。
【０００４】
上記のような問題を解決する方法として、例えば特許文献１には、排気通路中に２個の触媒を備え、上流側の触媒に対して劣化検出を行う触媒劣化検出装置において、下流側の触媒が吸蔵する酸素量（以下、「酸素吸蔵量」とも呼ぶ。）が所定条件を満たすときに限って触媒の劣化検出を行う方法が記載されている。詳しくは、下流側の触媒の下流側に設けられた酸素センサの出力が、リーン出力（空燃比をリッチからリーンに切り替えるために用いる酸素センサの出力の判定値）又はリッチ出力（空燃比をリーンからリッチに切り替えるために用いる酸素センサの出力の判定値）に張り付いていないかを判定し、リーン出力又はリッチ出力に張り付いていない場合に、触媒の劣化検出を行っている。更に、酸素センサの出力がリーン出力に張り付いている場合には、下流側の触媒が限界まで酸素を吸蔵している状態（限界吸蔵状態）であるので空燃比をリッチに維持し、酸素センサの出力がリッチ出力に張り付いている場合には、下流側の触媒が吸蔵する酸素を完全に放出している状態（限界放出状態）であるので空燃比をリーンに維持する空燃比制御を実行している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９７３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術においては、下流側の触媒の酸素吸蔵状態（酸素吸蔵能力に対して実際の酸素吸蔵量が占めている割合の程度）に対して厳密に判定を行っておらず、更に、下流側の触媒を適切な酸素吸蔵状態にするための空燃比制御も厳密に行われていなかった。そのため、例えば、判定時には酸素センサの出力がリーン出力又はリッチ出力に張り付いていなくても、酸素センサの出力がリーン出力又はリッチ出力付近の値を出力しているために、劣化検出制御の実行開始時に下流側の触媒が限界吸蔵状態又は限界放出状態となってしまう可能性があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、下流側の触媒の酸素吸蔵状態を適切に判別すると共に、下流側の触媒が適切な酸素吸蔵状態になるように空燃比制御を実行することによって、エミッションの悪化を生じさせることなく触媒の劣化検出を行うことが可能な触媒劣化検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気通路に配置される第１の触媒と、前記第１の触媒の下流側の前記排気通路に配置される第２の触媒と、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間の前記排気通路中に設けられ、当該排気通路中の酸素濃度を検出する第１の酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度に基づいて、前記第１の触媒が、吸蔵する酸素を完全に放出している限界放出状態であるか、或いは限界まで酸素を吸蔵している限界吸蔵状態であるか否かを推定する酸素吸蔵状態推定手段と、前記第２の触媒が吸蔵する酸素量が、当該第２の触媒の酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるように第１の空燃比制御を実行する第１の空燃比制御手段と、前記第１の触媒が前記限界放出状態又は前記限界吸蔵状態であると推定され、且つ、前記第１の空燃比制御の実行後に、前記第１の触媒の劣化検出を行うための第２の空燃比制御を実行する第２の空燃比制御手段と、を備える。
【０００９】
上記の触媒劣化検出装置は、内燃機関へ供給する空気と燃料の空燃比をリッチとリーンとの間で変化させる空燃比制御を実行することによって、排気通路上に設けられた第１の触媒の劣化検出を行う装置である。第１の触媒の下流側には第２の触媒が設けられており、第１の触媒と第２の触媒との間の排気通路上には酸素濃度を検出する第１の酸素濃度検出手段（例えば、酸素センサ）が設けられている。酸素吸蔵状態推定手段は、第１の触媒が限界放出状態であるか、又は限界吸蔵状態であるかを推定する。第１の空燃比制御手段は、第２の触媒の酸素吸蔵量が、第２の触媒の酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるように第１の空燃比制御を実行する。そして、第２の空燃比制御手段は、第１の触媒が限界放出状態又は限界吸蔵状態であり、且つ、上記の第１の空燃比制御の実行後に、第１の触媒の劣化検出を行うための第２の空燃比制御を実行する。
【００１０】
このように第２の空燃比制御を実行する前に第１の空燃比制御を実行することにより、第１の酸素濃度検出手段の出力が反転してから空燃比を切り替えるまでの間にずれがあり、第１の触媒が下流側にリッチガス又はリーンガスを排出しても、第２の触媒は、酸素吸蔵能力の概ね半分の酸素を吸蔵する状態であるので、第１の触媒が浄化できずに放出したガスを高浄化率で浄化することが可能となる。したがって、触媒劣化検出装置は、劣化検出制御を実行することによって生じ得るエミッションの悪化を防止することができる。
【００１１】
好適には、前記第２の空燃比制御手段は、前記内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御を実行することができる。
【００１２】
上記の触媒劣化検出装置の一態様では、前記第１の空燃比制御手段は、前記内燃機関の燃料カットが終了した直後に実行され、前記第２の触媒が吸蔵する酸素量が前記酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続ける。
【００１３】
この態様では、触媒劣化検出装置は、燃料カット終了後に第１の空燃比制御を実行する。詳しくは、触媒劣化検出装置は、空燃比を弱リッチに設定する制御を実行する。こうするのは、空燃比を弱リッチに設定することにより、燃料カット後に、第１の触媒が排気ガスを効果的に浄化することができるからである。即ち、触媒劣化検出装置は、燃料カットの直後に一般的に実行される、空燃比を弱リッチに設定する制御を利用して、第２の空燃比制御のための適切な酸素吸蔵状態に第１の触媒及び第２の触媒を設定している。これにより、燃料カット後において第１の触媒の浄化率を低下させずに、第１の触媒からの高浄化率を長時間得つつ、劣化検出制御のための適切な酸素吸蔵状態に第１の触媒及び第２の触媒を設定することが可能となる。
【００１４】
上記の触媒劣化検出装置の他の一態様では、前記第１の空燃比制御手段は、前記第１の触媒が前記限界放出状態となってから、前記内燃機関が吸入した積算空気量が所定量に達するまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続ける。
【００１５】
この態様では、触媒劣化検出装置は、内燃機関が吸入した積算空気量が所定量に達するまで空燃比を弱リッチに設定し続けることによって、第２の触媒の酸素吸蔵量を酸素吸蔵能力の概ね半分の量とする。これにより、第２の触媒の酸素吸蔵状態を確実に所望の状態に設定することが可能となる。
【００１６】
上記の触媒劣化検出装置の他の一態様では、前記酸素濃度に基づいて、前記第１の触媒の酸素吸蔵能力を算出する吸蔵能力算出手段と、前記第１の触媒の酸素吸蔵能力に基づいて、前記第２の触媒の酸素吸蔵能力を予測する吸蔵能力予測手段と、を更に備え、前記第１の空燃比制御手段は、前記予測された前記第２の触媒の酸素吸蔵能力に基づいて前記所定量を算出し、前記内燃機関が吸入した積算空気量が当該所定量に達するまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続ける。
【００１７】
この態様では、吸蔵能力算出手段は、検出された酸素濃度に基づいて第１の触媒の酸素吸蔵能力を算出し、吸蔵能力予測手段は、第１の触媒の酸素吸蔵能力に基づいて第２の触媒の酸素吸蔵能力を予測する。そして、第１の空燃比制御手段は、予測された第２の触媒の酸素吸蔵能力に基づいて所定量を算出し、内燃機関が吸入した積算空気量が算出された所定量に達するまで空燃比を弱リッチ状態に設定する。この場合、算出された積算空気量の所定量は、第１の触媒及び第２の触媒の劣化度合いなどを反映したものとなっている。これにより、触媒劣化検出装置は、第２の触媒の劣化度合いなどの影響を受けることなく、第２の触媒を所望の酸素吸蔵状態に正確に設定すること可能となる。したがって、第２の空燃比制御の実行によって生じ得るエミッションの悪化を更に効果的に防止することができる。
【００１８】
好ましくは、前記第１の空燃比制御手段は、前記第１の触媒の酸素吸蔵能力が既に算出されている場合には、前記第１の触媒が吸蔵する酸素量が当該酸素吸蔵能力の概ね半分の量となるまで、前記空燃比を弱リッチに設定する。これにより、燃料カット終了後における、燃費の悪化を防止すると共に、排気ガスに対する第１の触媒の浄化率を向上させることができる。
【００１９】
上記の触媒劣化検出装置の他の一態様では、前記第２の触媒の下流側の前記排気通路中に設けられ、当該排気通路中の酸素濃度を検出する第２の酸素濃度検出手段を更に備え、前記第２の空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲にある場合にのみ、前記第２の空燃比制御を実行する。
【００２０】
この態様では、触媒劣化検出装置は、第２の触媒の下流側の排気通路中に第２の酸素濃度検出手段を備え、第２の空燃比制御手段は、酸素濃度検出手段の出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲にある場合にのみ、第２の空燃比制御を実行する。第２の酸素濃度検出手段から概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内の出力が得られた場合には、第２の触媒には酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素が吸蔵されている。したがって、第２の触媒の下流側に設けられた酸素濃度検出手段の出力に基づいて、第２の空燃比制御を実行するか否かを決定することができる。これによっても、触媒劣化検出装置は、劣化検出制御を実行することによって生じ得るエミッションの悪化を防止することができる。
【００２１】
上記の触媒劣化検出装置の他の一態様では、前記第１の空燃比制御手段は、前記第１の触媒が前記限界放出状態となってから、前記内燃機関が吸入した積算空気量が所定量に達するまで、前記空燃比を弱リッチに設定し続け、前記第２の空燃比制御手段は、前記積算空気量が前記所定量と達した後に、前記酸素濃度検出手段の出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲にある場合にのみ、前記第２の空燃比制御を実行する。
【００２２】
この態様では、触媒劣化検出装置は、内燃機関が吸入した積算空気量が所定量に達するまで空燃比を弱リッチに設定し続け、この後に酸素濃度検出手段の出力を判定し、酸素濃度検出手段の出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲にある場合にのみ第２の空燃比制御を実行する。これにより、第２の触媒の酸素吸蔵状態を、第２の空燃比制御を実行するための所望の状態に確実に設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２４】
［触媒劣化検出装置の構成］
まず、本発明の実施形態に係る触媒劣化検出装置について、図１を用いて説明する。図１は、触媒劣化検出装置１００を搭載した車両１０の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
車両１０は、内燃機関１と、触媒２ａ、２ｂと、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３と、吸気通路４と、排気通路５と、燃料噴射弁６と、Ａ／Ｆセンサ７と、酸素センサ８ａと、を備える。なお、本実施形態に係る触媒劣化検出装置１００は、主として触媒２ａ、２ｂ、ＥＣＵ３、燃料噴射弁６、及び酸素センサ８ａなどにより構成される。
【００２６】
内燃機関１は、燃焼室内の混合気を爆発させて動力を発生する装置である。内燃機関１は、吸気通路４より空気９ａと燃料を導入し、そして、燃料を燃焼した後の排気ガス９ｂを排気通路５へ排出する。内燃機関１は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンとすることができる。
【００２７】
触媒２ａ、２ｂは、排気通路５上に設けられており、内燃機関１から排出される排気ガス９ｂを浄化する。触媒２ａは、触媒２ｂよりも上流側の排気通路５上に設けられている。例えば、触媒２ａ、２ｂは、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などを浄化する三元触媒などを用いることができる。
【００２８】
燃料噴射弁６は、内燃機関１に供給する燃料の量（即ち、燃料噴射量）を調整することが可能な装置である。燃料噴射弁６は、後述するＥＣＵ３から供給される制御信号Ｓ３によって制御される。
【００２９】
Ａ／Ｆセンサ７は、触媒２ａの上流側の排気通路５上に設けられている。Ａ／Ｆセンサ７は、排気ガス９ｂの空燃比を検出し、検出した空燃比に相当する信号Ｓ１をＥＣＵ３に出力する。
【００３０】
一方、酸素センサ８ａは、触媒２ａと触媒２ｂとの間の排気通路５上に設けられている。酸素センサ８ａは、触媒２ａを通過した後の排気ガス９ｃ中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に相当する信号Ｓ２ａをＥＣＵ３に出力する。このように、酸素センサ８ａは第１の酸素濃度検出手段として機能する。
【００３１】
ＥＣＵ３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７及び酸素センサ８ａから出力される信号Ｓ１及びＳ２ａに基づいて燃料噴射弁６に対して制御信号Ｓ３を供給することにより、空燃比制御（即ち、空燃比のフィードバック制御）を実行する。具体的には、ＥＣＵ３は、触媒２ａ、２ｂを適切な酸素吸蔵状態にするための空燃比制御（第１の空燃比制御）と、触媒２ａの劣化を検出するための空燃比制御（第２の空燃比制御）、即ち劣化検出制御を実行する。
【００３２】
そして、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行中にＡ／Ｆセンサ７から出力される空燃比、及び酸素センサ８ａから出力される酸素濃度などに基づいて触媒２ａの劣化検出を行う。このように、ＥＣＵ３は、本発明において、酸素吸蔵状態推定手段、第１の空燃比制御手段、第２の空燃比制御手段、吸蔵能力算出手段、及び吸蔵能力予測手段として機能する。なお、ＥＣＵ３が行う具体的な処理については、詳細は後述する。
【００３３】
［劣化検出制御］
次に、触媒２ａの劣化検出を行うために行われる劣化検出制御、及び触媒２ａの劣化検出方法について図２を用いて説明する。
【００３４】
図２は、ＥＣＵ３が劣化検出制御を実行したときに得られるセンサ出力などを示した図であり、横軸は時間を示している。
【００３５】
図２（ａ）は、Ａ／Ｆセンサ７から出力される空燃比を示している。この場合、Ａ／Ｆセンサ７から出力される空燃比は、内燃機関１から排出される排気ガス９ｂ中の燃料と空気の割合を示している。Ａ／Ｆセンサ７は、空燃比がストイキ（理論空燃比）にあるときに所定値を出力し、空燃比がリッチであるときは出力がその所定値より小さくなり、空燃比がリーンであるときは出力がその所定値より大きくなる。
【００３６】
図２（ｂ）は、酸素センサ８ａから出力される酸素濃度を示している。この場合、酸素センサ８ａの出力は、触媒２ａの下流の排気ガス９ｃ中の酸素濃度を示している。図２（ｂ）に示すように、酸素センサ８ａは、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が大きい（即ち、空燃比がリーン）ときは出力が小さくなり、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が小さい（即ち、空燃比がリッチ）ときは出力が大きくなる。
【００３７】
次に、劣化検出制御について説明する。図２（ａ）と図２（ｂ）に示されるように、劣化検出制御により目標空燃比がリーン状態からリッチ状態に変更されたときには（時刻ｔ１）、触媒２ａがそれまで吸蔵していた酸素を放出するため、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が大きくなり、酸素センサ８ａの出力は小さくなる。但し、触媒２ａの酸素吸蔵能力には限界があるので、触媒２ａが吸蔵していた酸素を全て放出してしまうと排気ガス９ｃ中の酸素濃度は急激に低下し、酸素センサ８ａの出力は急激に増大する。即ち、酸素センサ８ａの出力は反転する。そして、酸素濃度の低下により酸素センサ８ａの出力値が所定の判定値１３ａまで増加すると、ＥＣＵ３は目標空燃比をリッチ状態からリーン状態へと移行させる（時刻ｔ２）。
【００３８】
リーン状態においては、排気ガス９ｃは酸素が過多の状態となっているが、触媒２ａがその酸素を吸蔵していくため、排気ガス９ｃ中の酸素濃度は当初は増加しない。しかし、触媒２ａが吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵すると、その後は排気ガス９ｃ中の酸素濃度が急激に増加する。即ち、酸素センサ８ａの出力は反転する。そして、酸素センサ８ａの出力値が所定の判定値１３ｂまで減少すると、ＥＣＵ３は目標空燃比をリーン状態からリッチ状態へと変更する（時刻ｔ３）。以後、同様の制御が繰り返される。
【００３９】
このように、触媒２ａが酸素を放出しきった際に目標空燃比をリーンに切り替えることによって、即座に触媒２ａに酸素を吸蔵させることができ、触媒２ａが酸素を吸蔵しきった際に目標空燃比をリッチに切り替えることによって即座に触媒２ａから酸素を放出させることができる。即ち、このような劣化検出制御を行うことにより、触媒２ａから効果的に酸素を放出させることができると共に、触媒２ａに効果的に酸素を吸蔵させることができる。
【００４０】
図２（ｃ）は、触媒２ａから放出される酸素の量（酸素放出量）と触媒２ａが吸蔵した酸素の量（酸素吸蔵量）を示している。酸素放出量及び酸素吸蔵量は、Ａ／Ｆセンサ７からの出力や燃料噴射弁６の開度量などに基づいてＥＣＵ３によって計算される量である。即ち、酸素放出量及び酸素吸蔵量は、排気ガス９ｂ中の空燃比（Ａ／Ｆ）と燃料噴射量などから算出される。
【００４１】
図２（ｃ）に示すように、空燃比がリッチである場合には触媒２ａは酸素を一定の割合で放出し、空燃比がリーンである場合には触媒２ａは酸素を一定の割合で吸蔵する。また、酸素センサ８ａの出力が判定値１３ａに達したとき、言い換えると目標空燃比がリッチからリーンに反転される際に、触媒２ａは酸素放出状態から酸素吸蔵状態に切り替わる。通常は、酸素センサ８ａの出力が判定値１３ａに達したときに、触媒２ａは吸蔵している酸素を完全に放出している。即ち、触媒２ａは、限界放出状態にある。更に、酸素センサ８ａの出力が判定値１３ｂに達したとき、言い換えると目標空燃比がリーンからリッチに反転される際に、触媒２ａは酸素放出状態から酸素吸蔵状態に切り替わる。通常は、酸素センサ８ａの出力が判定値１３ｂに達したときに、触媒２ａは限界まで酸素を吸蔵している。即ち、触媒２ａは、限界吸蔵状態にある。
【００４２】
酸素センサ８ａの出力が判定値１３ａに達したとき、即ち酸素センサ８ａの出力が反転したとき、酸素放出量は符号１１で示す量になっている。また、酸素センサ８ａの出力が判定値１３ｂに達したとき、即ち酸素センサ８ａの出力が反転したとき、酸素吸蔵量は符号１２で示す量になっている。この場合、酸素放出量１１は、触媒２ａが吸蔵している酸素を概ね完全に放出した際の酸素量であり、酸素吸蔵量１２は、触媒２ａが概ね限界まで酸素を吸蔵したときの酸素量である。
【００４３】
ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７及び酸素センサ８ａの出力に基づいて、上記の酸素放出量１１と酸素吸蔵量１２とを算出する。詳しくは、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ａの出力が反転するまでに要した時間に基づいて酸素放出量１１と酸素吸蔵量１２とを算出する。具体的には、ＥＣＵ３は、図２（ｂ）中の時間Ｔ１に基づいて酸素放出量１１を算出し、時間Ｔ２に基づいて酸素吸蔵量１２を算出する。そして、ＥＣＵ３は、これらの算出された酸素放出量１１と酸素吸蔵量１２とに基づいて、触媒２ａの酸素吸蔵能力を算出する。例えば、ＥＣＵ３は、酸素放出量１１と酸素吸蔵量１２との平均値を酸素吸蔵能力とする。
【００４４】
なお、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７の出力、又は内燃機関１が吸入した積算空気量に基づいて酸素放出量１１及び酸素吸蔵量１２を算出してもよい。
【００４５】
更に、ＥＣＵ３は、このようにして求められた酸素吸蔵能力に基づいて触媒２ａの劣化検出を行う。例えば、ＥＣＵ３は、求められた酸素吸蔵能力が所定値以上である場合に、触媒２ａが正常であると判定し、酸素吸蔵能力が所定値未満である場合には、触媒２ａが劣化していると判定する。
【００４６】
ここで、劣化検出制御において、酸素センサ８ａの出力が反転するタイミングに対して、空燃比を切り替えるタイミングがずれてしまう場合に生じる問題について、図３を用いて説明する。
【００４７】
図３は、酸素センサ８ａの出力が反転するタイミングに対して、空燃比を切り替えたタイミングがずれてしまった場合における、各センサの出力の具体例を示している。図３（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図３（ｂ）は酸素センサ８ａの出力を示しており、それぞれ横軸は時間を示している。
【００４８】
図３に示すように、酸素センサ８ａの出力がリッチからリーンに反転したタイミングに対して、空燃比をリッチからリーンに切り替えたタイミングが時間ｔａだけずれていることがわかる。同様に、酸素センサ８ａの出力がリーンからリッチに反転した時刻に対して、空燃比をリーンからリッチに切り替えたタイミングは時間ｔｂだけずれている。
【００４９】
このように、酸素センサ８ａの出力が反転するタイミングに対して空燃比を切り替えたタイミングがずれると、触媒２ａは、浄化しきれなかったガスを下流側に排出してしまう場合がある。具体的には、酸素センサ８ａの出力がリッチからリーンに反転したタイミングに対して、空燃比をリッチからリーンに切り替えるタイミングがずれてしまうことによって、限界放出状態にある触媒２ａに更にリッチガス（酸素不足のガス）が流れ込んでしまい、触媒２ａはこのリッチガスを浄化できずに下流側に排出してしまう。一方、酸素センサ８ａの出力がリーンからリッチに反転したタイミングに対して、空燃比をリーンからリッチに切り替えるタイミングがずれてしまうことによって、限界吸蔵状態にある触媒２ａに更にリーンガス（酸素過多のガス）が流れ込んでしまい、触媒２ａはこのリーンガスを浄化できずに下流側に排出してしまう。
【００５０】
基本的には、このような触媒２ａが浄化できずに排出したガスは、触媒２ａの下流側に位置する触媒２ｂによって浄化される。しかしながら、触媒２ｂも限界放出状態又は限界吸蔵状態である場合には、触媒２ｂも触媒２ａが浄化できなかったガスを浄化できずに外部に排出してしまう場合がある。具体的には、触媒２ａが下流側にリッチガスを排出してしまった際に、触媒２ｂも限界放出状態である場合には、触媒２ｂはこのリッチガスを浄化することができない。逆に、触媒２ａが下流側にリーンガスを排出してしまった際に、触媒２ｂも限界吸蔵状態である場合には、触媒２ｂはこのリーンガスを浄化することができない。このように、触媒２ａが浄化できなかったガスを触媒２ｂも浄化できなかった場合には、ＮＯｘやＨＣやＣＯなどが車両１０の外部に放出されてしまう。
【００５１】
以上のように、劣化検出制御においては、内燃機関１から排出された排気ガスを触媒２ａ及び触媒２ｂが共に浄化できず、エミッションが悪化してしまう可能性がある。したがって、本実施例に係る触媒劣化検出装置１００は、上記のような不具合を生じさせないために、触媒２ａに対する劣化検出制御の実行前に、後述する空燃比制御を実行する。
【００５２】
［劣化検出制御前に行われる空燃比制御］
次に、劣化検出制御の実行前に行われる、本発明に係る空燃比制御の実施例について説明する。この空燃比制御は、主に、劣化検出制御を実行するための適切な状態（酸素吸蔵状態）に触媒２ａ、２ｂを設定するために実行される。
【００５３】
なお、以下で説明する空燃比制御は、主に、燃料カット（フューエルカット）後に実行される。一般的には、燃料カットの終了後に、触媒２ａから高浄化率を得るために、空燃比を弱リッチに設定する制御が行われる。本発明に係る空燃比制御（以下、この空燃比制御を「燃料カット復帰後制御」と呼ぶ。）は、このような一般的に行われる空燃比制御を利用して、触媒２ａ、２ｂを所望の酸素吸蔵状態に設定する。
【００５４】
（第１実施例）
まず、本発明に係る燃料カット復帰後制御の第１実施例について、図４及び図５を用いて説明する。
【００５５】
第１実施例に係る燃料カット復帰後制御の基本概念を、図４を用いて説明する。図４は、主に、触媒２ａ、２ｂと、排気通路５と、Ａ／Ｆセンサ７と、酸素センサ８ａを示している。なお、第１実施例に係る燃料カット復帰後制御は、触媒劣化検出装置１００内のＥＣＵ３によって実行される。
【００５６】
なお、図４においては、触媒２ａ、２ｂの酸素吸蔵状態（酸素吸蔵能力に対して実際の酸素吸蔵量が占める割合の程度）を模式的に示しており、酸素吸蔵量をハッチングで示している。よって、全体がハッチングされている場合には、触媒２ａ、２ｂは限界吸蔵状態であるものとする。
【００５７】
図４（ａ）は、燃料カットの終了直後の触媒２ａ、２ｂの状態を示している。燃料カット時には内燃機関１にリーンガスが供給され続けるので、燃料カットの終了直後には触媒２ａ、２ｂは限界吸蔵状態になっている。
【００５８】
ＥＣＵ３は、このような燃料カット終了後に第１実施例に係る燃料カット復帰後制御を実行する。詳しくは、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する（例えば、空燃比を「１４．２」などの値に設定する）制御を実行する。こうするのは、空燃比を弱リッチに設定することにより、燃料カットの直後に、触媒２ａが効果的に排気ガスを浄化することができるからである。更に、ＥＣＵ３は、触媒２ａが限界放出状態となり、触媒２ｂが所望の酸素吸蔵状態になるまで、このような空燃比を弱リッチに設定する制御を継続する。具体的には、ＥＣＵ３は、触媒２ｂから酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素が放出されるまで、即ち触媒２ｂの酸素吸蔵量が酸素吸蔵能力の概ね半分となるまで、空燃比を弱リッチに設定する（図４（ｂ）参照）。そして、ＥＣＵ３は、触媒２ｂの酸素吸蔵状態がこのような状態になった時点で、触媒２ａに対する劣化検出制御を実行する。
【００５９】
ここで、ＥＣＵ３による燃料カット復帰後制御の実行による、触媒２ａ、２ｂの酸素吸蔵状態の変化について説明する。燃料カット終了直後は触媒２ａ、２ｂは限界吸蔵状態であるが、燃料カット終了後に空燃比を弱リッチに設定することにより、限界吸蔵状態であった触媒２ａは、徐々に酸素を放出することによって限界放出状態となる。そして、限界放出状態となった触媒２ａに更にリッチガスが供給されるため、触媒２ａは下流側にリッチガスを排出する。
【００６０】
更に、このように下流側に排出されたリッチガスによって、限界吸蔵状態であった触媒２ｂは、徐々に酸素を放出していく。そして、リッチガスが更に触媒２ｂに供給されることによって、触媒２ｂは、酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を放出する、即ち酸素吸蔵量が酸素吸蔵能力の概ね半分の量となる。触媒２ｂの酸素吸蔵状態が上記のような状態になった時点で、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する燃料カット復帰後制御を終了する。
【００６１】
以上の燃料カット復帰後制御を実行することにより、酸素センサ８ａの出力が反転してから空燃比を切り替えるまでの間にずれがあり、触媒２ａが下流側にリッチガス又はリーンガスを排出しても、触媒２ｂは限界放出状態でも限界吸蔵状態でもないため、供給されるリッチガス及びリーンガスの両方を浄化することができる。詳しくは、触媒２ｂは、酸素吸蔵能力の概ね半分の酸素を吸蔵している状態であるので、触媒２ａが浄化できずに放出したリッチガス及びリーンガスの両方に対して、高浄化率で浄化することが可能となる。したがって、第１実施例に係る燃料カット復帰後制御によれば、劣化検出制御を実行することによって生じ得るエミッションの悪化を防止することができる。
【００６２】
更に、本実施例に係る燃料カット復帰後制御は、燃料カットの直後に一般的に実行される、空燃比を弱リッチに設定する制御を利用したものとなっている。即ち、燃料カットの直後に一般的に実行される空燃比制御を利用して、劣化検出制御を実行するための適切な酸素吸蔵状態に触媒２ａ、２ｂを設定している。これにより、燃料カットの直後において、触媒２ａからの高浄化率を長時間得つつ、劣化検出制御を実行するための適切な酸素吸蔵状態に触媒２ａ、２ｂを設定することが可能となる。
【００６３】
次に、第１実施例に係る燃料カット復帰後制御において具体的に行われる処理（以下、この処理を「燃料カット復帰後処理」と呼ぶ。）について、図５のフローチャートを用いて説明する。燃料カット復帰後処理は、触媒２ａの劣化検出制御を行うのに適切な酸素吸蔵状態に触媒２ａ、２ｂを設定するために実行され、燃料カット復帰後制御中に実行される。なお、この燃料カット復帰後処理は、ＥＣＵ３によって、所定の周期で繰り返し実行される。
【００６４】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ａの出力が反転したか否かを判定している。詳しくは、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ａの出力がリーンからリッチに反転したか否かを判定している。即ち、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する燃料カット復帰後制御によって、触媒２ａが限界放出状態に達したか判定している。酸素センサ８ａの出力が反転していれば（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。一方、酸素センサ８ａの出力が反転していなければ（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０２に進む。この場合は、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を継続して実行し（ステップＳ１０２）、当該フローを抜ける。
【００６５】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達するまで実行する。この場合、触媒２ａは限界放出状態であるので、触媒２ａを通過する排気ガスは浄化されずに触媒２ｂに流れ込む。したがって、積算空気量が所定量に達するまで燃料カット復帰後制御を実行することによって、触媒２ｂから所望の量の酸素を放出させることができる。即ち、触媒２ｂから酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を放出させる、言い換えると酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を触媒２ｂ内に残留させることができる。なお、この積算空気量の所定量は、予め触媒２ｂの酸素吸蔵能力などに基づいて推定された値であり、ＥＣＵ３内の図示しないメモリなどに記憶されている。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０４に進む。
【００６６】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３は、積算空気量が所定量に達したか否かを判定している。積算空気量が所定量に達している場合には（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。一方、積算空気量が所定量に達していない場合には（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、燃料カット復帰後制御を継続して実行する。
【００６７】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可する。この場合、触媒２ａは限界放出状態にあり、触媒２ｂには酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素が吸蔵されている。したがって、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可し、燃料カット復帰後制御を終了する。そして、ＥＣＵ３は、劣化検出制御を実行する。
【００６８】
このように、酸素センサ８ａの出力が反転した後、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達するまで燃料カット復帰後制御を行うため、触媒２ｂの酸素吸蔵状態を確実に所望の酸素吸蔵状態に設定することが可能となる。
【００６９】
（第２実施例）
次に、第２実施例に係る燃料カット復帰後制御について、図６及び図７を用いて説明する。
【００７０】
まず、第２実施例に係る燃料カット復帰後制御の基本概念について説明する。第２実施例に係る燃料カット復帰後制御も、前述した第１実施例に係る燃料カット復帰後制御と同様に、劣化検出制御前に実行され、触媒２ｂの酸素吸蔵量が酸素吸蔵能力の概ね半分の量に設定するための制御を行う。しかしながら、第２実施例に係る燃料カット復帰後制御は、触媒２ｂの酸素吸蔵量を酸素吸蔵能力の概ね半分に設定するための具体的な制御方法が、第１実施例に係る燃料カット復帰後制御とは異なる。詳しくは、第２実施例に係る燃料カット復帰後制御では、触媒２ｂの酸素吸蔵能力を予測し、この予測された酸素吸蔵能力に基づいて、内燃機関１に吸入させる積算空気量の所定量を決定する。こうして決定された積算空気量の所定量は、現在の触媒２ｂの状態（例えば、触媒２ｂの劣化の程度）などを考慮に入れた量となっている。これにより、現在の触媒２ｂの状態に応じた積算空気量を内燃機関１に吸入させるため、触媒２ｂを所望の酸素吸蔵状態に正確に設定することができる。
【００７１】
触媒２ｂの酸素吸蔵能力の予測方法について、図６を用いて具体的に説明する。図６に示す図は、横軸に触媒２ａの酸素吸蔵能力を示し、縦軸に触媒２ｂの酸素吸蔵能力を示している。図示のように、触媒２ａの酸素吸蔵能力と触媒２ｂの酸素吸蔵能力は、概ね直線Ａで示すような関係を有している。このような触媒２ａと触媒２ｂの酸素吸蔵能力の関係は、劣化度合いを反映したものとなっている。即ち、直線Ａで示す触媒２ａと触媒２ｂの酸素吸蔵能力の関係は、触媒２ａが劣化している場合には、触媒２ｂも触媒２ａの劣化度合いに相当する程度劣化しているということを示している。例えば、触媒２ａの酸素吸蔵能力が小さくなると、触媒２ｂの酸素吸蔵能力も小さくなっている。なお、触媒２ａの酸素吸蔵能力と触媒２ｂの酸素吸蔵能力の関係を示すデータは、実験などにより予め求められており、ＥＣＵ３内の図示しないメモリなどに記憶されている。
【００７２】
ここで、第２実施例に係る燃料カット復帰後制御において具体的に行われる燃料カット復帰後処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は触媒劣化検出装置１００内のＥＣＵ３によって実行され、所定の周期で繰り返し実行される。
【００７３】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ａの出力が反転したか否かを判定している。即ち、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する燃料カット復帰後制御によって、触媒２ａが限界放出状態となったか否かを判定している。酸素センサ８ａの出力が反転していれば（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進む。一方、酸素センサ８ａの出力が反転していなければ（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０２に進む。この場合は、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を継続して実行し（ステップＳ２０２）、当該フローを抜ける。
【００７４】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ３は、触媒２ａの酸素吸蔵能力を算出する。具体的には、ＥＣＵ３は、燃料カットの終了後から、酸素センサ８ａの出力がリーンからリッチに反転するまでの時間に基づいて、触媒２ａの酸素吸蔵能力を算出する。そして、処理はステップＳ２０４に進む。
【００７５】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３は、触媒２ａの酸素吸蔵能力に基づいて触媒２ｂの酸素吸蔵能力を予測する。詳しくは、ＥＣＵ３は、記憶している、触媒２ａの酸素吸蔵能力と触媒２ｂの酸素吸蔵能力の関係（例えば、図６中の直線Ａ）に基づいて、触媒２ｂの酸素吸蔵能力を予測する。そして、ＥＣＵ３は、この予測した触媒２ｂの酸素吸蔵能力に基づいて、内燃機関１に吸入させる積算空気量の所定量を算出する。こうして算出される積算空気量の所定量は、触媒２ｂの劣化度合いを考慮に入れた量となっている。即ち、積算空気量の所定量は、現在の触媒２ｂの劣化度合いに応じた酸素吸蔵能力に基づいて決定される。これにより、現在の触媒２ｂの劣化度合いなどに応じた触媒２ｂの適切な酸素吸蔵状態に、触媒２ｂを設定することができる。よって、例えば、触媒２が現在の酸素吸蔵能力の半分以上の酸素を放出してしまうことはない。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２０５に進む。
【００７６】
ステップＳ２０５では、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量（ステップＳ２０４で予測された量）に達するまで実行する。このように、積算空気量が所定量に達するまで燃料カット復帰後制御を実行することによって、触媒２ｂから酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を放出させる、言い換えると酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を触媒２ｂ内に残留させることができる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２０６に進む。
【００７７】
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ３は、積算空気量が所定量に達したか否かを判定している。積算空気量が所定量に達している場合には（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０６に進み、積算空気量が所定量に達していない場合には（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。
【００７８】
ステップＳ２０７では、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可する。そして、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を終了し、劣化検出制御を実行する。
【００７９】
以上の第２実施例に係る燃料カット復帰後制御によれば、触媒２ａ、２ｂの劣化度合いなどを考慮に入れて、内燃機関１に吸入させる積算空気量の所定量を決定するため、触媒２ｂの劣化度合いなどの影響を受けることなく、触媒２ｂを所望の酸素吸蔵状態に正確に設定することできる。即ち、現在の触媒２ｂの劣化度合いに応じた酸素吸蔵能力に基づいて所定量を決定するため、触媒２ｂが現在の酸素吸蔵能力の半分以上の酸素を放出してしまうことはない。以上により、排気ガスに対する触媒２ａの高浄化率を得るための、空燃比を弱リッチに設定する制御を長時間実行することができる。更に、劣化検出制御によって生じ得るエミッションの悪化を更に効果的に防止することができる。
【００８０】
（第３実施例）
次に、第３実施例に係る燃料カット復帰後制御について、図８及び図９を用いて説明する。
【００８１】
第３実施例に係る燃料カット復帰後制御は、触媒２ａの酸素吸蔵能力の算出履歴がある場合に実行される。即ち、第３実施例に係る燃料カット復帰後制御は、第２実施例に係る燃料カット復帰後処理において、触媒２ａの酸素吸蔵能力を算出した後に実行される。
【００８２】
第３実施例に係る燃料カット復帰後制御も、上記の第１実施例及び第２実施例に係る燃料カット復帰後制御と同様に、燃料カット終了後に実行される。しかし、第３実施例に係る燃料カット復帰後制御は、劣化検出制御によるエミッション悪化を防止することを目的として実行されるのではなく、燃料カット終了後において、燃費の悪化を防止すること、及び排気ガスに対する触媒２ａの浄化率を向上させることを主目的として実行される。
【００８３】
図８を用いて、第３実施例に係る燃料カット復帰後制御の基本概念について説明する。図８も、触媒２ａ、２ｂの酸素吸蔵状態を模式的に示しており、酸素を吸蔵している量をハッチングで示している。
【００８４】
図８（ａ）は、燃料カットの終了直後の触媒２ａ、２ｂの状態を示している。燃料カット時には内燃機関１にリーンガスが供給され続けるため、燃料カットの終了直後には触媒２ａ、２ｂは限界吸蔵状態になっている。
【００８５】
ＥＣＵ３は、このような燃料カット終了後に、第３実施例に係る燃料カット復帰後制御を実行する。詳しくは、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する制御を実行する。この場合、ＥＣＵ３は、触媒２ａから酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素が放出されるまで、即ち触媒２ａの酸素吸蔵量が酸素吸蔵能力の概ね半分となるまで（図８（ｂ）参照）、空燃比を弱リッチに設定する。詳しくは、ＥＣＵ３は、過去に算出された触媒２ａの酸素吸蔵能力に基づいて、内燃機関１に吸入させる積算空気量の所定量を算出し、内燃機関１が吸入した積算空気量がこの所定量に達した時点で燃料カット復帰後制御を終了する。
【００８６】
ここで、第３実施例に係る燃料カット復帰後制御において具体的に行われる燃料カット復帰後処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理も触媒劣化検出装置１００内のＥＣＵ３が行う。
【００８７】
ステップＳ３０１では、ＥＣＵ３は、触媒２ａの酸素吸蔵能力の算出履歴があるか否かを判定する。詳しくは、ＥＣＵ３は、現在のトリップ中に、即ち内燃機関１を始動させてから現在に至るまでの間に、触媒２ａの酸素吸蔵能力の算出履歴があるか否かを判定する。酸素吸蔵能力の算出履歴がある場合には（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０２に進む。一方、酸素吸蔵能力の算出履歴がない場合には（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＥＣＵ３は、前述した第２実施例に係る燃料カット復帰後処理を実行することができる。
【００８８】
ステップＳ３０２では、ＥＣＵ３は、触媒２ａから酸素吸蔵能力の概ね半分の酸素が放出されるまで燃料カット復帰後制御を実行する。即ち、ＥＣＵ３は、触媒２ａの酸素吸蔵量が酸素吸蔵能力の概ね半分となるまで、空燃比を弱リッチに設定する。具体的には、ＥＣＵ３は、過去に算出された触媒２ａの酸素吸蔵能力に基づいて内燃機関１に吸入させる積算空気量の所定量を算出し、積算空気量がこの所定量に達するまで燃料カット復帰後制御を実行する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００８９】
以上の第３実施例に係る燃料カット復帰後制御によれば、燃料カット終了後における、燃費の悪化を防止すると共に、排気ガスに対する触媒２ａの浄化率を向上させることができる。
【００９０】
（第４実施例）
次に、第４実施例に係る燃料カット復帰後制御について説明する。
【００９１】
第４実施例に係る燃料カット復帰後制御は、図１０に示す触媒劣化検出装置１０１によって実行される。図１０は、触媒劣化検出装置１０１を搭載した車両１１に概略構成を示すブロック図である。
【００９２】
本実施例に係る触媒劣化検出装置１０１は、触媒２ｂの下流側の排気通路５上に酸素センサ８ｂが設けられている点で、前述した触媒劣化検出装置１００とは構成が異なる。この酸素センサ８ｂは、触媒２ｂを通過した後の排気ガス９ｄ中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に相当する信号Ｓ２ｂをＥＣＵ３に出力する。このように、酸素センサ８ｂは、第２の酸素濃度検出手段として機能する。なお、触媒劣化検出装置１０１においては、触媒劣化検出装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００９３】
本実施例に係る燃料カット復帰後制御は、酸素センサ８ｂの出力に基づいて実行される点で、前述した燃料カット復帰後制御と異なる。以下で、本実施例に係る燃料カット復帰後制御について詳細に説明する。
【００９４】
まず、酸素センサ８ｂの出力と触媒２ｂの浄化率との関係について説明する。
【００９５】
図１１は、実験的に得られた、上記の酸素センサ８ｂの出力と触媒２ｂの浄化率との関係の具体例を示す図である。図１１（ａ）は、横軸に酸素センサ８ｂの出力（Ｖ）を示し、縦軸にＮＯｘの浄化率（％）を示している。図１１（ｂ）は、横軸に酸素センサ８ｂの出力（Ｖ）を示し、縦軸にＨＣの浄化率（％）を示している。ここで、図１１に示す浄化率は、排気ガス（ＮＯｘ、ＨＣ）に対する、触媒２ｂの浄化率を示している。ＮＯｘはリーンガス中に主に含まれ、ＨＣはリッチガス中に主に含まれる。なお、図１１は、６０ｋｍ/ｈ、８０ｋｍ/ｈ、１００ｋｍ/ｈの速度で車両１１を運転させたときの結果を重ねて表示している。
【００９６】
図１１（ａ）に示すように、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．２〜０．６（Ｖ）の範囲にあるときに、ＮＯｘに対する触媒２ｂの浄化率が高いことがわかる。即ち、酸素センサ８ｂから概ね０．２〜０．６（Ｖ）の範囲の出力が得られるような触媒２ｂの酸素吸蔵状態において、触媒２ｂはＮＯｘを高浄化率で浄化している。更に、図１１（ｂ）に示すように、酸素センサ８ｂの出力が小さいとき（例えば、酸素センサ８ｂの出力が０．２（Ｖ）程度である場合）に、ＨＣに対する触媒２ｂの浄化率が最も高いことがわかる。即ち、酸素センサ８ｂから小さな出力が得られるような触媒２ｂの酸素吸蔵状態において、触媒２ｂはＨＣを高浄化率で浄化している。
【００９７】
以上から、酸素センサ８ｂから概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲の出力が得られるような状況において、触媒２ｂはＮＯｘ及びＨＣを共に高浄化率で浄化することができることがわかる。したがって、酸素センサ８ｂの出力から概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内の出力が得られた場合に、触媒２ａが浄化できずに放出したリッチガス及びリーンガスを、触媒２ｂは高浄化率で浄化することができる。なお、酸素センサ８ｂから概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内の出力が得られる状況とは、触媒２ｂは酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を吸蔵している状態にあるといえる。
【００９８】
したがって、第４実施例に係る燃料カット復帰後制御においては、ＥＣＵ３は、燃料カット終了後に空燃比を弱リッチに設定する制御を行うが、この制御を酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０、５（Ｖ）の範囲内に入るまで継続する。言い換えると、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する制御を、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０、５（Ｖ）の範囲内に入った時点で終了する。よって、本実施例に係る燃料カット復帰後制御によっても、触媒２ａを限界放出状態に設定し、且つ、触媒２ｂの酸素吸蔵量を酸素吸蔵能力の概ね半分の量に設定することが可能となる。そして、この後、ＥＣＵ３は劣化検出制御を実行する。即ち、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にある場合にのみ、劣化検出制御を実行する。
【００９９】
酸素センサ８ｂの出力の具体例を図１２に示す。図１２は、横軸に時間、縦軸に酸素センサ８ｂの出力を示している。この場合、酸素センサ８ｂは符号Ｂで示すような出力を発生している。具体的には、ＥＣＵ３が空燃比を弱リッチに設定する燃料カット復帰後制御を実行しているため、触媒２ａは徐々に酸素を放出しており、酸素センサ８ｂの出力は徐々に下降している。そして、時刻Ｃにおいて、酸素センサ８ｂの出力は０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内に入る。そのため、ＥＣＵ３は、時刻Ｃにおいて、燃料カット復帰後制御を終了し、劣化検出制御を実行する。
【０１００】
以上のような、第４実施例に係る燃料カット復帰後制御によっても、酸素センサ８ａの出力が反転してから空燃比を切り替えるまでの間にずれがあり、触媒２ａが下流側にリッチガス又はリーンガスを排出してしまっても、触媒２ｂは限界放出状態でも限界吸蔵状態でもないため、供給されるリッチガス及びリーンガスを浄化することができる。詳しくは、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０、５（Ｖ）の範囲にある場合には、触媒２ｂは酸素吸蔵能力の概ね半分の酸素を吸蔵する状態にあるので、触媒２ａが浄化できずに放出したリッチガスとリーンガスの両方を高浄化率で浄化することが可能となる。よって、第４実施例に係る燃料カット復帰後制御によれば、劣化検出制御を実行することによって生じ得る、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１０１】
ここで、第４実施例に係る燃料カット復帰後制御において具体的に行われる燃料カット復帰後処理について、図１３のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は触媒劣化検出装置１０１内のＥＣＵ３によって実行される。
【０１０２】
ステップＳ４０１では、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３は、燃料カットの終了から所定時間が経過し、且つ内燃機関１の回転数及び負荷が許容範囲内であるか否かを判定する。燃料カットの終了から所定時間が経過している場合には、触媒２ａ、２ｂは、劣化検出制御のための所望の酸素吸蔵状態に概ね設定されている。即ち、触媒２ａは限界放出状態にあり、且つ、触媒２ｂは酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を吸蔵している状態にある。劣化検出の実行条件が成立している場合（ステップＳ４０１；Ｙｅｓ）は、処理はステップＳ４０２に進み、劣化検出の実行条件が成立していない場合（ステップＳ４０１；Ｎｏ）は、処理は当該フローを抜ける。
【０１０３】
ステップＳ４０２では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にあるか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ｂの出力に基づいて、触媒２ｂの酸素吸蔵状態が劣化検出制御の実行を許可してよい状態であるか否かを判定している。具体的には、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にある場合には、触媒２ｂは酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を吸蔵している状態にあるため、触媒２ｂの酸素吸蔵状態は劣化検出制御を許可してもよい状態であるといえる。酸素センサ８ｂの出力が上記の範囲内にある場合（ステップＳ４０２；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ４０３に進み、酸素センサ８ｂの出力が上記の範囲内にない場合（ステップＳ４０２；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。
【０１０４】
ステップＳ４０３では、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可する。この場合、触媒２ａは限界放出状態にあり、触媒２ｂには酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素が吸蔵されている。したがって、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可し、燃料カット復帰後制御を終了する。そして、ＥＣＵ３は、劣化検出制御を実行する。
【０１０５】
なお、上記では、酸素センサ８ｂの出力に対する判定を燃料カット直後に行う実施例について示したが、この代わりに、燃料カットの直後以外のタイミングで酸素センサ８ｂの出力に対して判定を行ってもよい。例えば、燃料カット直後以外のタイミングで酸素センサ８ｂの出力に対して判定を行って、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にある場合には劣化検出制御を実行してもよい。この場合には、劣化検出制御を実行するための、その他の条件（内燃機関１の負荷など）が満たされている必要がある。
【０１０６】
（第５実施例）
次に、第５実施例に係る燃料カット復帰後制御について説明する。なお、第５実施例に係る燃料カット復帰後制御は、酸素センサ８ｂを有する触媒劣化検出装置１０１によって実行される。
【０１０７】
第５実施例においても、前述した第４実施例に係る燃料カット復帰後制御と同様に、燃料カット後に空燃比を弱リッチとする制御を、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内に入るまで実行する。しかし、第５実施例に係る燃料カット復帰後制御では、燃料カット後に空燃比を弱リッチとする制御を、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達するまで実行し、積算空気量が所定量に達した時点での酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にあるときに限って、劣化検出制御を実行する。
【０１０８】
第５実施例に係る燃料カット復帰後制御において具体的に行われる燃料カット復帰後処理について、図１４のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は触媒劣化検出装置１０１内のＥＣＵ３によって実行される。
【０１０９】
ステップＳ５０１では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ａの出力が反転したか否かを判定している。即ち、ＥＣＵ３は、空燃比を弱リッチに設定する燃料カット復帰後制御によって、触媒２ａが限界放出状態に達したか判定している。酸素センサ８ａの出力が反転していれば（ステップＳ５０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０３に進む。一方、酸素センサ８ａの出力が反転していなければ（ステップＳ５０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ５０２に進む。この場合には、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を継続して実行し（ステップＳ５０２）、当該フローを抜ける。
【０１１０】
ステップＳ５０３では、ＥＣＵ３は、燃料カット復帰後制御を、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達するまで実行する。この場合、触媒２ａは限界放出状態であるので、触媒２ａを通過する排気ガスは浄化されずに触媒２ｂに流れ込む。したがって、積算空気量が所定量に達するまで燃料カット復帰後制御を実行することによって、触媒２ｂから酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を放出させることができる、即ち酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素を触媒２ｂ内に残留させることができる。なお、この積算空気量の所定量は、予め触媒２ｂの酸素吸蔵能力などに基づいて算出されており、ＥＣＵ３内の図示しないメモリなどに記憶されている。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ５０４に進む。
【０１１１】
ステップＳ５０４では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にあるか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ３は、酸素センサ８ｂの出力に基づいて、触媒２ｂの酸素吸蔵状態が劣化検出制御の実行を許可してもよい状態であるか否かを判定している。この場合には、ステップＳ５０３において、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達しているので、酸素センサ８ｂの出力は概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にある可能性が高い。しかし、例えば触媒２ｂが劣化している場合には、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達した際に、触媒２ｂの酸素吸蔵量が酸素吸蔵能力の半分以下になっている可能性がある。このような場合には、酸素センサ８ｂの出力は、０．３（Ｖ）以下となっている。以上から、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達していても、ステップＳ５０４において酸素センサ８ｂの出力に対して更に判定を行うことによって、触媒２ｂの酸素吸蔵状態を慎重に判断している。
【０１１２】
酸素センサ８ｂの出力が概ね０．３〜０．５（Ｖ）の範囲内にある場合（ステップＳ５０４；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ５０５に進み、酸素センサ８ｂの出力が上記の範囲内にない場合（ステップＳ５０４；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。
【０１１３】
ステップＳ５０５では、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可する。この場合、触媒２ａは限界放出状態にあり、触媒２ｂには酸素吸蔵能力の概ね半分の量の酸素が吸蔵されている。したがって、ＥＣＵ３は、劣化検出制御の実行を許可し、燃料カット復帰後制御を終了する。そして、ＥＣＵ３は、劣化検出制御を実行する。
【０１１４】
このように、第５実施例に係る燃料カット復帰後制御では、酸素センサ８ａの出力が反転した後、内燃機関１が吸入した積算空気量が所定量に達するまで燃料カット復帰後制御を行うと共に、この制御の後に酸素センサ８ｂの出力に対して判定を行う。これにより、第５実施例に係る燃料カット復帰後制御によれば、触媒２ｂの酸素吸蔵状態を所望の状態に確実に設定することが可能となる。
【０１１５】
なお、本発明では、酸素センサ８ｂの出力の判定に用いる所定範囲を０．３〜０．５（Ｖ）に設定することに限定はされない。この所定範囲は、内燃機関１や酸素センサ８ｂや触媒２ａ、２ｂの種類などに応じて変動する値であるので、実験などによって決定することが好ましい。即ち、実験などによって触媒２ｂと酸素センサ８ｂの出力の関係を求め、求められた関係に基づいて、触媒２ｂから最適な浄化率が得られたときの酸素センサ８ｂの出力を所定範囲として決定することが好ましい。
【０１１６】
なお、本発明は、触媒２ａの劣化検出のための劣化検出制御を、燃料カットの終了後に実行することに限定されない。言い換えると、本発明は、燃料カットの終了直後に、劣化検出制御を行うための適切な酸素吸蔵状態に触媒２ａ、２ｂを設定する制御（燃料カット復帰後制御）を実行することに限定はされない。内燃機関１などの状態が劣化検出制御を実行可能な状態であれば、燃料カットの終了後以外のタイミングで、劣化検出制御を行うための適切な酸素吸蔵状態に触媒２ａ、２ｂを設定する制御を実行して、この制御の後に、劣化検出制御を実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係る触媒劣化検出装置が搭載された車両の概略構成を示すブロック図である。
【図２】触媒の劣化検出のために行われる劣化検出制御を説明するための図である。
【図３】酸素センサの出力に対して空燃比を反転させるタイミングがずれた場合について示した図である。
【図４】第１実施例に係る燃料カット復帰後制御の基本概念を説明するための図である。
【図５】第１実施例に係る燃料カット復帰後処理を示すフローチャートである。
【図６】上流側の触媒と下流側の触媒の酸素吸蔵能力の関係を示す図である。
【図７】第２実施例に係る燃料カット復帰後処理を示すフローチャートである。
【図８】第３実施例に係る燃料カット復帰後制御の基本概念を説明するための図である。
【図９】第３実施例に係る燃料カット復帰後処理を示すフローチャートである。
【図１０】第４実施例に係る触媒劣化検出装置が搭載された車両の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】下流側の酸素センサの出力と浄化率の関係を示す図である。
【図１２】下流側の酸素センサの出力の具体例を示す図である。
【図１３】第４実施例に係る燃料カット復帰後処理を示すフローチャートである。
【図１４】第５実施例に係る燃料カット復帰後処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１８】
１  内燃機関
２ａ、２ｂ  触媒
３  ＥＣＵ
５  排気通路
６  燃料噴射弁
７  Ａ／Ｆセンサ
８ａ、８ｂ  酸素センサ
１０、１１  車両
１００、１０１  触媒劣化検出装置
【図１】
2006250043.tif 000003
【図２】
2006250043.tif 000004
【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】
2006250043.tif 000009
【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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