(57)【要約】      （修正有）【課題】  酸素センサ出力の時間変化を評価して、触媒の酸素吸蔵能力の評価が正確に行われるように空燃比を制御する触媒酸素吸蔵能力評価装置を提供する。【解決手段】  触媒酸素吸蔵能力評価装置は、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ことによって、排気通路中に設けられた触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う。これにより、触媒が酸素を吸蔵可能な量を正確に求めることができるため、触媒の酸素吸蔵能力の評価や劣化検出を精度良く行うことが可能となる。【選択図】図１０
2006152853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことによって、排気通路中に設けられた触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う触媒酸素吸蔵能力評価装置であって、
前記触媒の下流側の前記排気通路中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度の時間変化率が所定変化率の範囲内であるか否かを判定する時間変化率判定手段と、
前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合と、前記所定変化率の範囲外である場合とで、異なる空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
前記酸素濃度に基づいて、前記触媒に吸蔵された酸素量又は前記触媒から放出された酸素量の少なくとも一方を算出し、算出された前記酸素量に基づいて前記触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う触媒酸素吸蔵能力評価手段と、を備えていることを特徴とする触媒酸素吸蔵能力評価装置。
【請求項２】
前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合に、目標空燃比のリッチ度合い又はリーン度合いを大きくすることを特徴とする請求項１に記載の触媒酸素吸蔵能力評価装置。
【請求項３】
前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合に、目標空燃比のリッチ度合い又はリーン度合いを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の触媒酸素吸蔵能力評価装置。
【請求項４】
前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合に、目標空燃比をリッチ又はリーンへと反転させるタイミングを延長することを特徴とする請求項１に記載の触媒酸素吸蔵能力評価装置。
【請求項５】
前記触媒酸素吸蔵能力評価手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合に、前記算出された酸素量を前記触媒の酸素吸蔵能力の評価に用いないことを特徴とする請求項１に記載の触媒酸素吸蔵能力評価装置。
【請求項６】
前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合であっても、前記算出された酸素量が所定量以上である場合は、目標空燃比をリッチ又はリーンへと反転させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の触媒酸素吸蔵能力評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒酸素吸蔵能力評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関へ供給する空気と燃料の空燃比（Ａ／Ｆ）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の評価などが行われている。例えば、触媒の下流側の排気通路上に酸素センサ（Ｏ２センサ）を設け、上記のような空燃比制御の実行によって得られた酸素センサの出力に基づいて触媒の酸素吸蔵能力の評価が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、空燃比をリッチ又はリーンに切り替える空燃比制御を実行したときの酸素センサの出力反転時間に基づいて触媒の劣化を判断する技術が記載されている。また、特許文献２には、ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化判断において、酸素センサの出力反転時間が所定時間よりも短い場合に、リッチ運転時のリッチ度合いを小さくするように空燃比制御を実行し、より正確な触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２８１２０２３号公報
【特許文献２】特開２０００−３４５８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空燃比をリッチ又はリーンに制御中に酸素センサの出力が徐々に上昇又は減少してしまい（以下、このような出力を「斜め出力」と呼ぶ。）、酸素センサの出力が略ステップ状に変化しない場合がある。このような場合には、特許文献１に記載された技術では、酸素センサの出力反転時間を正確に測定することができなかった。したがって、酸素センサが斜め出力を発生した場合には触媒の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことができない。また、特許文献２に記載された技術でも、酸素センサが斜め出力を示す場合が考慮に入れられておらず、触媒の酸素吸蔵能力の評価が正確に行われていなかった。
【０００６】
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、酸素センサの時間変化を評価して、触媒の酸素吸蔵能力の評価が正確に行われるように空燃比を制御する触媒酸素吸蔵能力評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、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ことによって、排気通路中に設けられた触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う触媒酸素吸蔵能力評価装置は、前記触媒の下流側の前記排気通路中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度の時間変化率が所定変化率の範囲内であるか否かを判定する時間変化判定手段と、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合と、前記所定変化率の範囲外である場合とで、異なる空燃比制御を行う空燃比制御手段と、前記酸素濃度に基づいて、前記触媒に吸蔵された酸素量又は前記触媒から放出された酸素量の少なくとも一方を算出し、算出された前記酸素量に基づいて前記触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う触媒酸素吸蔵能力評価手段と、を備えている。
【０００８】
上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置は、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に変化させることによって、排気通路中に設けられた触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う。具体的には、触媒酸素吸蔵能力評価装置は、触媒内に吸蔵された酸素を放出させるために目標空燃比をリッチに設定し、触媒内から完全に酸素が放出されたときに目標空燃比をリッチからリーンに反転させる。また、目標空燃比をリーンに設定した後、触媒内に完全に酸素が吸蔵されたときに目標空燃比をリーンからリッチに反転させる。この空燃比制御を繰り返し実行する。そして、触媒酸素吸蔵能力評価装置は、触媒が限界まで酸素を吸蔵してから完全に酸素を放出するまでに触媒から放出された酸素量と、触媒が完全に酸素を放出してから限界まで酸素を吸蔵したときに触媒に吸蔵された酸素量と、に基づいて触媒が吸蔵可能な酸素の量（以下、この量を「酸素吸蔵能力」と呼ぶ。）を調べることによって触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う。この場合、触媒酸素吸蔵能力評価装置は、触媒の下流側の排気通路中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度に基づいて触媒の酸素吸蔵能力の評価を行う。酸素濃度検出手段としては、例えば、検出した酸素濃度に対応する値を出力する酸素センサを用いることができる。
【０００９】
通常、リッチ制御中にあるときは、触媒は吸蔵している酸素を一定の割合で放出するため、触媒下流の排気通路内の酸素濃度はほぼ一定である。そして、触媒が吸蔵している酸素を放出しきったときに、触媒下流の排気通路内の酸素濃度は急激に減少する。一方、リーン制御中にあるときは、通常、触媒は供給されるガス中の酸素を一定の割合で吸蔵するため、触媒下流の排気通路内の酸素濃度はほぼ一定である。そして、触媒が酸素を限界まで吸蔵しきったときに、触媒下流の排気通路内の酸素濃度は急激に増加する。このように、触媒から酸素を放出させると共に、触媒に酸素を吸蔵させるために、空燃比をリッチ及びリーンに切り替える空燃比制御を実行した場合、通常、触媒下流の排気通路内の酸素濃度は、触媒による酸素の放出又は吸蔵が完了した時点で急激に、即ち大きな時間変化率で略ステップ状に変化する。
【００１０】
ここで、上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置は、酸素濃度の時間変化率が所定変化率の範囲内であるか否かを判定する時間変化率判定手段を備えている。詳しくは、「酸素濃度の時間変化率が所定変化率の範囲内である」とは、酸素濃度が時間的にほぼ一定ではなく、かつ、酸素濃度が急激に変化していない場合をいう。即ち、時間変化率判定手段は、酸素センサから「斜め出力」が発生しているか否かを判定する。時間変化率判定手段が斜め出力を発生していると判定した場合には、リッチ制御中に検出された酸素濃度及びリーン制御中に検出された酸素濃度は略ステップ状に時間変化していない。
【００１１】
上記のように、酸素濃度の時間変化率が所定変化率の範囲内である場合には、リッチ制御中においては、触媒は吸蔵している酸素を完全に放出しきれていない可能性があり、リーン制御中においては、触媒は限界まで酸素を吸蔵しきれていない可能性がある。そのため、このような酸素量に基づいて求められた酸素吸蔵能力を触媒の酸素吸蔵能力の評価に用いると、触媒の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことができない場合がある。したがって、空燃比制御手段は、時間変化率判定手段の判定結果に基づいて、正確に触媒の酸素吸蔵能力の評価が行われるように空燃比制御を実行する。即ち、空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合と、前記所定変化率の範囲外である場合とで、異なる空燃比制御を行う。つまり、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合、リッチ制御中である場合には触媒が吸蔵している酸素を完全に放出するように、またリーン制御中にある場合には触媒が酸素を限界まで吸蔵するように空燃比制御を実行する。触媒酸素吸蔵能力評価手段は、上記のように空燃比制御を実行した際に検出された酸素濃度に基づいて触媒に吸蔵された酸素量又は触媒から放出された酸素量の少なくとも一方を算出し、算出された酸素量に基づいて触媒が酸素を吸蔵することができる量（即ち、酸素吸蔵能力）を求める。上記の空燃比制御の実行により、リッチ制御中にある場合には触媒は吸蔵する酸素を完全に放出していると共に、リーン制御中にある場合には触媒は限界まで酸素を吸蔵しているため、これらの算出される酸素量は正確に酸素吸蔵能力を示すものとなるため、触媒酸素吸蔵能力評価装置は、この酸素吸蔵能力を用いて精度良く触媒の酸素吸蔵能力の評価を実行することが可能となる。例えば、評価された酸素吸蔵能力に基づいて、触媒の劣化検出を行うことができる。
【００１２】
上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置の一態様では、前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内であると判定した場合に、目標空燃比のリッチ度合い又はリーン度合いを大きくする。
【００１３】
この態様では、空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合、リッチ制御中においては、通常の空燃比制御で用いられる空燃比よりも小さい値に目標空燃比を変更し、リーン制御中においては、通常の空燃比制御で用いられる空燃比よりも大きい値に目標空燃比を変更する。このような空燃比制御を実行することにより、検出される酸素濃度は、急激に上昇／減少する。更に、触媒による酸素放出及び酸素吸蔵が短時間に行われる。以上により、リッチ制御中である場合には触媒は吸蔵している酸素を完全に放出することができると共に、リーン制御中である場合には触媒は酸素を限界まで吸蔵することができる。これにより、算出される酸素量は、酸素吸蔵能力を正確に示すものとなる。よって、触媒酸素吸蔵能力評価装置は、精度良く触媒の酸素吸蔵能力の評価を実行することが可能となる。
【００１４】
上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置の他の一態様では、前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内であると判定した場合に、目標空燃比のリッチ度合い又はリーン度合いを小さくする。
【００１５】
この態様では、空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合、リッチ制御中においては、通常の空燃比制御で用いられる空燃比よりも大きい値に目標空燃比を変更し、リーン制御中においては、通常の空燃比制御で用いられる空燃比よりも小さい値に目標空燃比を変更する。このような空燃比制御を実行することにより、酸素センサの斜め出力時の出力変化を抑制することができ、リッチ制御中である場合には触媒は吸蔵している酸素を完全に放出することができると共に、リーン制御中である場合には触媒は酸素を限界まで吸蔵することができる。これにより、求められる酸素吸蔵能力は正確な値となるため、精度良く触媒の酸素吸蔵能力の評価を実行することが可能となる。
【００１６】
上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置の他の一態様では、前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内であると判定した場合に、目標空燃比をリッチ又はリーンへと反転させるタイミングを延長する。
【００１７】
この態様では、空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合には、通常の空燃比制御において空燃比を反転させるタイミングを延長し、目標空燃比のリッチ状態又はリーン状態を維持する空燃比制御を実行する。即ち、上記のような場合には、通常の空燃比制御において目標空燃比を反転させる時点においては、触媒が完全に酸素を放出していないか又は限界まで酸素を吸蔵していないため、空燃比制御手段は、現在設定している目標空燃比による空燃比制御を継続して行う。例えば、空燃比制御手段は、触媒の酸素放出量又は酸素吸蔵量が所定値に達するまで、現在設定している目標空燃比による空燃比制御を継続して行う。これにより、次の空燃比制御中における酸素センサの出力変化に基づいて触媒の酸素吸蔵能力を評価することができる。
【００１８】
上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置の他の一態様では、前記触媒酸素吸蔵能力評価手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内であると判定した場合に、前記算出された酸素量を前記触媒の酸素吸蔵能力の評価に用いない。
【００１９】
この態様では、触媒酸素吸蔵能力評価手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内である場合には、算出された酸素量は正確に触媒酸吸蔵能力を示すものでない可能性があるため、この酸素量を触媒の酸素吸蔵能力の評価には用いない。この場合、それ以降のリッチ制御時又はリーン制御時において、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内でないときに得られた酸素量を触媒の酸素吸蔵能力の評価に用いるようにする。以上により、触媒の酸素吸蔵能力の評価において誤りが生じることがないため、結果的に触媒の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【００２０】
上記の触媒酸素吸蔵能力評価装置の他の一態様では、前記空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内であると判定した場合であっても、前記算出された酸素量が所定量以上である場合は、目標空燃比をリッチ又はリーンへと反転させる。
【００２１】
この態様では、空燃比制御手段は、前記時間変化率が前記所定変化率の範囲内であっても、算出された酸素量が所定量以上である場合には、通常の空燃比制御と同じタイミングで目標空燃比を反転させる。このような場合には、触媒は完全に酸素を放出しているか又は限界まで酸素を吸蔵しているため、通常の空燃比制御により正確に触媒の酸素吸蔵能力の評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［触媒酸素吸蔵能力評価装置の構成］
まず、本発明の実施形態に係る触媒酸素吸蔵能力評価装置について、図１を用いて説明する。図１は、車両に搭載された触媒酸素吸蔵能力評価装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００２４】
触媒酸素吸蔵能力評価装置１００が適用された車両は、内燃機関１と、触媒２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８と、を備える。なお、触媒酸素吸蔵能力評価装置１００は、主としてＥＣＵ３、燃料噴射弁６、酸素センサ８などにより構成される。
【００２５】
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としては、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。
【００２６】
触媒２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。例えば、触媒２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。
【００２７】
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。
【００２８】
Ａ／Ｆセンサ７は、触媒２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。一方、酸素センサ８は、触媒２の下流側の排気通路５上に設けられている。酸素センサ８は、触媒２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Ｓ２をＥＣＵ３に出力する。このように、酸素センサ８は、酸素濃度検出手段として機能する。
【００２９】
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８から出力される信号Ｓ１及びＳ２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。また、ＥＣＵ３は、この空燃比制御の実行中に酸素センサ８から出力される酸素濃度に基づいて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行う。このように、ＥＣＵ３は、本発明において、酸素濃度の時間変化率判定手段、空燃比制御手段、及び、触媒酸素吸蔵能力評価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。
【００３０】
次に、ＥＣＵ３が行う触媒２の酸素吸蔵能力評価方法について、図２を用いて説明する。
【００３１】
図２は、ＥＣＵ３が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。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。
【００３２】
図２（ｂ）は、酸素センサ８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８の出力は、触媒２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８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。
【００３３】
次に、空燃比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、空燃比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２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８の出力は小さくなる。但し、触媒２の酸素吸蔵能力には限界があるので、触媒２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８の出力は急激に増大する。そして、酸素濃度の低下により酸素センサ８の出力値が所定の判定値１３ａ（以下、「リッチ判定値」と呼ぶ。）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）。
【００３４】
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２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２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。そして、酸素センサ８の出力値が所定の判定値１３ｂ（以下、「リーン判定値」と呼ぶ。）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。
【００３５】
このように、触媒２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２に酸素を吸蔵させることができ、触媒２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２から酸素を放出させることができる。即ち、このような空燃比制御を行うことにより、触媒２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２に効果的に酸素を吸蔵させることができる。なお、リッチ判定値とリーン判定値は、ＥＣＵ３内の図示しないメモリ等に記憶されている。
【００３６】
図２（ｃ）は、触媒２から放出される酸素の量（以下、「酸素放出量」と呼ぶ。）と触媒２が吸蔵した酸素の量（以下、「酸素吸蔵量」と呼ぶ。）を示している。酸素放出量及び酸素吸蔵量は、燃料噴射弁６の開度量や酸素センサ８からの出力などに基づいてＥＣＵ３によって計算される量である。図２（ｃ）に示すように、空燃比がリッチである場合は触媒２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は触媒２は酸素を一定の割合で吸蔵する。また、酸素センサ８の出力がリッチ判定値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２は酸素放出状態から酸素吸蔵状態に切り替わる。この場合、酸素放出量は符号１１で示す量になっている。通常は、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａに達したときに、触媒２は吸蔵している酸素を完全に放出している。
【００３７】
更に、酸素センサ８の出力がリーン判定値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２は酸素放出状態から酸素吸蔵状態に切り替わる。この場合、酸素吸蔵量は符号１２で示す量になっている。通常は、酸素センサ８の出力がリーン判定値１３ｂに達したときに、触媒２は限界まで酸素を吸蔵している。
【００３８】
ＥＣＵ３は、図２（ｃ）に示すように、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａに達したときに計算される酸素放出量１１と、酸素センサ８も出力がリーン判定値１３ｂに達したときに計算される酸素吸蔵量１２とを総和して平均値を求める。求められた平均値は、触媒２が酸素を吸蔵することができる量、即ち「酸素吸蔵能力」に相当する。したがって、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力に基づいて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行う。
【００３９】
なお、本明細書では、「通常の空燃比制御」とは、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａ又はリーン判定値１３ｂに達したときに、目標空燃比をリッチ又はリーンに反転させる空燃比制御をいう。詳しくは、「通常の空燃比制御」においては、酸素センサ８の出力の状態や、上記の酸素放出量や酸素吸蔵量などが考慮されることはなく、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａ又はリーン判定値１３ｂに達していれば目標空燃比が反転される。
【００４０】
なお、本実施形態に係るＥＣＵ３は、上記した、計算された触媒２の酸素放出量及び酸素吸蔵量にも基づいて、目標空燃比をリッチ／リーンに反転させる。具体的には、ＥＣＵ３は、リッチ制御中にある場合には、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａに達したとき、又は計算された触媒２の酸素放出量が放出量判定値に達したときに目標空燃比をリッチからリーンへと反転させる。更に、ＥＣＵ３は、リーン制御中にある場合には、酸素センサ８の出力がリーン判定値１３ｂに達したとき、又は計算された触媒２の酸素吸蔵量が吸蔵量判定値に達したときに目標空燃比をリーンからリッチへと反転させる。
【００４１】
放出量判定値は、触媒２が異常であるか否かを判定するために用いられる値であり、触媒２が限界まで吸蔵した酸素を完全に放出したときの酸素放出量よりも小さい（絶対値が小さい）値である。また、吸蔵量判定値も、触媒２が異常であるか否かを判定するために用いられる値であり、触媒２が限界まで酸素を吸蔵したときの酸素吸蔵量よりも小さい値である。例えば、図２（ｃ）において、符号１１で示す酸素放出量が、触媒２が限界まで吸蔵した酸素を完全に放出したときの酸素放出量である場合には、符号１４ａで示す量が放出量判定値となる。また、図２（ｃ）において、符号１２で示す酸素吸蔵量が、触媒２が限界まで酸素を吸蔵したときの酸素吸蔵量である場合には、符号１４ｂで示す量が吸蔵量判定値となる。
【００４２】
次に、酸素センサ８が出力する斜め出力について、図３を用いて説明する。上記した図２においては、空燃比をリッチとリーンの間で切り換える空燃比制御を実行したときに酸素センサ８の出力が略ステップ状に時間変化する例を示したが、酸素センサ８の出力が略ステップ状に変化しない場合もある。詳しくは、空燃比をリッチ状態に制御中又はリーン状態に制御中に、酸素センサ８の出力が徐々に上昇又は減少して（即ち、酸素センサ８が「斜め出力」を発生している）、酸素センサ８の出力が略ステップ状に時間変化しない場合がある。
【００４３】
図３は、ＥＣＵ３が空燃比をリッチ状態に制御しているときのセンサ出力などを示す図であり、横軸は時間を示している。図３（ａ）はＡ／Ｆセンサ７から出力される空燃比を示してしており、図３（ｂ）は酸素センサ８から出力される酸素濃度を示しており、図３（ｃ）は触媒２の酸素放出量を示している。
【００４４】
図３（ａ）中の実線１５で示すように、ＥＣＵ３は空燃比をリッチ状態に制御している。この場合、図３（ｂ）中の実線１６で示すように、酸素センサ８から出力される酸素濃度は徐々に上昇（即ち、定常でない）し、かつ、急激な出力変化を生じていない。即ち、酸素センサ８は斜め出力を継続して発生しており、全体を見ると酸素センサ８の出力は略ステップ状に時間変化していない。この場合、酸素センサ８の出力は、徐々に変化してリッチ判定値１３ａに達している。詳しくは、排気ガス９ｂ中の空燃比がリッチであるため、触媒２は一定の割合で排気ガス９ｃ中に酸素を放出し続けているはずであるにもかかわらず、酸素センサ８の出力は、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が徐々に減少していることを示している。この現象は、内燃機関１を低負荷域で空燃比をリッチ状態に制御している時に、触媒２がＨＣやＣＯなどの還元ガスを十分に浄化しきれずに放出してしまうために生じていると考えられる。
【００４５】
酸素センサ８が斜め出力を示している場合、計算される触媒２の酸素放出量は図３（ｃ）中の実線１７で示すものとなる。即ち、酸素センサ８の出力はリッチ判定値１３ａに達するが、触媒２の酸素放出量は放出量判定値１４ａには達しない。この場合、触媒２の酸素放出量が放出量判定値１４ａに達しないのは、触媒２の劣化のみが原因で生じているのではなく、内燃機関１を低負荷域でリッチ制御中に、触媒２がＨＣやＣＯなどの還元ガスを十分に浄化しきれずに放出されているからと推測される。したがって、酸素センサ８がリッチ判定値１３ａに達していても、実際には触媒２は吸蔵した酸素を放出しきっていない場合がある。以上から、酸素センサ８が斜め出力を生じている際に計算された酸素放出量は、触媒２が吸蔵する酸素を完全に放出しきったときの値ではなく、正確に酸素吸蔵能力を示すものではない可能性が高い。よって、この値を用いて触媒２の劣化を判断すると精度が低下し、好ましくない。
【００４６】
本実施形態に係るＥＣＵ３は、酸素センサ８で発生している斜め出力を検出すると共に、検出された斜め出力に対応した空燃比制御を行う。具体的には、ＥＣＵ３は、酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に、後述する、空燃比のリッチ度合いを変更する空燃比制御、及び、目標空燃比をリッチからリーンに反転させるタイミングを延長する空燃比制御の少なくともいずれかの空燃比制御を実行する。これにより、触媒２内に吸蔵された酸素を完全に放出させることが可能となる。したがって、算出された酸素放出量は正確に酸素吸蔵能力を示すものとなるため、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。
【００４７】
なお、図３においては、内燃機関１の空燃比をリッチ制御時に酸素センサ８が斜め出力を示す例を示したが、リーン制御時にも酸素センサ８が斜め出力を示す場合がある。即ち、排気ガス９ｂ中の空燃比がリーンであるため触媒２は酸素を吸蔵し続けており、酸素センサ８側に酸素を放出していないはずであるにもかかわらず、酸素センサ８は排気ガス９ｃ中の酸素濃度が増加していることを示す場合がある。この場合も、酸素センサ８が斜め出力を生じている際に計算された酸素吸蔵量は、触媒２が限界まで酸素を吸蔵したときの値ではない可能性が高い。したがって、この酸素吸蔵量は、正確に酸素吸蔵能力を示すものではない可能性があるため、この値を用いて触媒２の劣化を判断するのは好ましくない。
【００４８】
上記のようにリーン制御中に酸素センサ８から斜め出力が検出された場合にも、本実施形態に係るＥＣＵ３は、後述する、空燃比のリーン度合いを変更する空燃比制御、及び、目標空燃比をリーンからリッチに反転させるタイミングを延長する空燃比制御の少なくともいずれかの空燃比制御を実行する。これにより、触媒２内に限界まで酸素を吸蔵させることが可能となる。したがって、算出された酸素吸蔵量は正確に酸素吸蔵能力を示すものとなるため、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。
【００４９】
［空燃比制御方法］
以下で、本実施形態に係る空燃比制御方法について説明する。本実施形態に係る空燃比制御は、酸素センサ８から斜め出力が発生した場合にＥＣＵ３によって行われる。詳細は後述するが、本実施形態に係る空燃比制御は、短時間のみ斜め出力が発生した場合、即ち斜め出力が突発的に発生した場合には行われず、継続して斜め出力が発生した場合に行われる。
【００５０】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る空燃比制御方法について、図４を用いて説明する。
【００５１】
図４は、空燃比のリッチ制御中におけるセンサ出力及び触媒の酸素放出量を示しており、それぞれ横軸は時間を示している。また、図４中の実線は通常の空燃比制御によって得られたものを示し、一点鎖線は第１実施形態に係る空燃比制御によって得られたものを示している。図４（ａ）は、Ａ／Ｆセンサ７の出力を示しており、図４（ｂ）は酸素センサ８の出力を示しており、図４（ｃ）は、触媒２の酸素放出量を示している。
【００５２】
図４（ｂ）中の実線２０で示す例では、空燃比をリッチに制御中に、酸素センサ８から継続的な斜め出力が生じている。つまり、酸素センサ８は、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が徐々に減少していることを示している。したがって、通常の空燃比制御をこのまま実行しても、触媒２は吸蔵する酸素を完全に放出できない可能性が高い。言い換えると、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａに達した際に、触媒２は吸蔵する酸素を完全に放出しきっていない可能性がある。このため、この際に計算される酸素放出量は、正確に酸素吸蔵能力を示すものでは可能性があるため、この酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うのは好ましくない。
【００５３】
本発明の第１実施形態に係る空燃比制御方法においては、上記のように酸素センサ８からの斜め出力が検出された場合、ＥＣＵ３は、目標空燃比のリッチ度合いを大きくする。即ち、ＥＣＵ３は、通常の空燃比制御においてリッチ制御の際に用いられる空燃比よりも小さい値、例えば「１３．５」などの値に目標空燃比を変更する。ＥＣＵ３がリッチ度合いを大きくすることにより、Ａ／Ｆセンサ７からの出力は、図４（ａ）中の矢印２１で表されるように空燃比が小さい値を示すようになり、一点鎖線２２で示すものに変更される。この場合、酸素センサ８からの出力は、図４（ｂ）中の一点鎖線２３で示すように、概ね垂直に立ち上がって、リッチ判定値１３ａに達する。即ち、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が急減に減少する。
【００５４】
また、図４（ｃ）中の一点鎖線２４で示すように、触媒２は即座に吸蔵する酸素を放出し、酸素放出量が放出量判定値１４ａに達する。つまり、触媒２は吸蔵した酸素を完全に放出する。このようになるのは、空燃比のリッチ度合いを大きくしたことにより排気ガス９ｂ中のＨＣやＣＯなどが増加するため、これに伴い触媒２はより迅速に多量の酸素を放出するからである。したがって、空燃比のリッチ度合いを大きくすることにより、触媒２は、吸蔵する酸素を完全に放出することができる。
【００５５】
以上のように、ＥＣＵ３は、酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に、空燃比のリッチ度合いが大きくなるように空燃比を変更する。これにより、触媒２の酸素放出が短時間で行われるため、酸素センサ８からの出力がリッチ判定値１３ａに達する前に酸素放出を完了することができる。よって、触媒２が吸蔵する酸素を完全に放出しきったときの酸素放出量を求めることができるため、この酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。
【００５６】
なお、上記では、リッチ制御中に酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に空燃比のリッチ度合いを大きくする空燃比制御を示したが、リーン制御中にあるときにも同様の空燃比制御が行われる。即ち、ＥＣＵ３は、リーン制御中に酸素センサ８から継続的な斜め出力が検出された場合は、空燃比のリーン度合いを大きくする（目標空燃比を大きい値に変更する）空燃比制御を実行する。これにより、触媒２は迅速に限界まで酸素を吸蔵することができるため、ＥＣＵ３は、触媒２が限界まで酸素を吸蔵したときの酸素吸蔵量を求めることができる。よって、この酸素吸蔵量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る空燃比制御方法について、図５を用いて説明する。
【００５８】
図５は、空燃比のリッチ制御中に得られたセンサ出力及び酸素放出量を示しており、それぞれ横軸は時間を示している。また、図５中の実線は通常の空燃比制御によって得られたものを示し、一点鎖線は第２実施形態に係る空燃比制御によって得られたものを示している。図５（ａ）は、Ａ／Ｆセンサ７の出力を示しており、図５（ｂ）は酸素センサ８の出力を示しており、図５（ｃ）は、触媒２の酸素放出量を示している。
【００５９】
この場合も、図５（ｂ）中の実線３０で示すように、空燃比をリッチに制御中に酸素センサ８から継続的な斜め出力が生じていることがわかる。つまり、酸素センサ８は、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が徐々に減少していることを示している。したがって、通常の空燃比制御をこのまま実行しても、触媒２は吸蔵する酸素を完全に放出できない可能性が高い。言い換えると、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａに達した際に、触媒２は吸蔵する酸素を完全に放出しきっていない可能性がある。このため、この際に計算される酸素放出量は、正確に酸素吸蔵能力を示すものではない可能性があるため、この酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うことは好ましくない。
【００６０】
本発明の第２実施形態に係る空燃比制御方法においては、上記のような酸素センサ８からの斜め出力が検出された場合、ＥＣＵ３は、空燃比のリッチ度合いを小さくする。即ち、ＥＣＵ３は、通常の空燃比制御においてリッチ制御の際に用いられる空燃比よりも大きい値、例えば「１４．２」や「１４．３」などの値に目標空燃比を変更する。ＥＣＵ３がリッチ度合いを小さくすることにより、Ａ／Ｆセンサ７からの出力は、図５（ａ）中の矢印３１で表されるように空燃比が大きい値を示すようになり、一点鎖線３２で示すものとなる。この場合、酸素センサ８からの出力は、図５（ｂ）中の一点鎖線３３で示すものになり、斜め出力が抑えられる。そして、しばらくして触媒２から酸素が完全に放出されてから、酸素センサ８の出力が急激に立ち上がり、リッチ判定値１３ａに達する。
【００６１】
また、図５（ｃ）中の一点鎖線３４で示すように、触媒２は酸素を徐々に放出し、しばらくして酸素放出量が限界酸素放出量１４ａに達する。つまり、触媒２は、完全に吸蔵する酸素を放出する。このようになるのは、空燃比のリッチ度合いを小さくすることにより、排気ガス９ｃ中の還元ガスの濃度が低下するために触媒２が単位時間毎に放出する酸素量が減るためである。したがって、空燃比のリッチ度合いを小さくすることによって、斜め出力の原因である還元ガスの量を抑えることができ、時間はかかるが、触媒２は吸蔵する酸素を完全に放出することができる。
【００６２】
以上のように、ＥＣＵ３は、酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に、空燃比のリッチ度合いが小さくなるように空燃比を変更する。これにより、触媒２は吸蔵する酸素を完全に放出するため、ＥＣＵ３は、触媒２が酸素を完全に放出したときの酸素放出量を求めることができる。よって、この酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。
【００６３】
なお、上記では、リッチ制御中に酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に空燃比のリッチ度合いを小さくする空燃比制御を示したが、リーン制御中にあるときにも同様の空燃比制御が行われる。即ち、ＥＣＵ３は、リーン制御中に酸素センサ８から継続的な斜め出力が検出された場合には、空燃比のリーン度合いを小さくする（即ち、空燃比を小さい値に変更する）空燃比制御を実行する。これにより、触媒２は限界まで酸素を吸蔵することができるため、ＥＣＵ３は、触媒２が限界まで酸素を吸蔵したときの酸素吸蔵量を求めることができる。よって、この酸素吸蔵量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。
【００６４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る空燃比制御方法について、図６を用いて説明する。
【００６５】
図６は、空燃比のリッチ制御中に得られたセンサ出力及び酸素放出量を示す図であり、それぞれ横軸は時間を示している。また、図６中の実線は通常の空燃比制御によって得られたものを示し、一点鎖線は第３実施形態に係る空燃比制御によって得られたものを示している。図６（ａ）は、Ａ／Ｆセンサ７の出力を示しており、図６（ｂ）は酸素センサ８の出力を示しており、図６（ｃ）は、計算される触媒２の酸素放出量を示している。
【００６６】
空燃比をリッチ制御中に、図６（ｂ）中の実線４０で示すように、酸素センサ８から継続的な斜め出力が生じる。つまり、酸素センサ８は、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が徐々に減少していることを示している。この場合、酸素センサ８の出力がリッチ判定値１３ａに達していても、図６（ｃ）中の実線４１で示すように触媒２の酸素放出量は放出量判定値１４ａに達していない。酸素センサ８が斜め出力を発生しているため、得られた酸素放出量は触媒２が限界まで酸素を放出しきったときの値ではないといえる。したがって、この酸素放出量は正確に酸素吸蔵能力を示すものではない可能性があるため、この酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うのは好ましくない。
【００６７】
本発明の第３実施形態に係る空燃比制御方法においては、上記のように酸素センサ８から斜め出力が検出された場合、ＥＣＵ３は、酸素センサ８がリッチ判定値１３ａに達していても触媒２の酸素放出量が放出量判定値１４ａに達していなければ、目標空燃比をリッチからリーンに反転させずに空燃比をリッチ状態に維持する（即ち、リッチ制御を延長する）。つまり、ＥＣＵ３は、通常の空燃比制御において目標空燃比をリッチからリーンに反転させるタイミングを延長し、空燃比のリッチ状態を維持する空燃比制御を実行する。
【００６８】
ＥＣＵ３が第３実施形態に係る空燃比制御を実行すると、Ａ／Ｆセンサ７からの出力は、図６（ａ）中の矢印４２で表されるように空燃比がリッチであることを継続して示すようになり、一点鎖線４３で示すものに変更される。また、酸素センサ８の出力は、図６（ｂ）中の一点鎖線４５で示すものとなる。
【００６９】
更に、計算される触媒２の酸素放出量は、図６（ｃ）中の一点鎖線４４で示すように、酸素放出量が放出量判定値１４ａに達していることがわかる。
【００７０】
以上のように、ＥＣＵ３は、リッチ制御中に酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に、空燃比のリッチ制御を延長する。これにより、触媒２の酸素放出量は放出量判定値１４ａに達するため、少なくとも、正常である触媒２が異常であると誤診されることはなくなる。
【００７１】
更に、ＥＣＵ３は、計算された触媒２の酸素放出量が放出量判定値１４ａに達したときに、リッチ制御の延長を終了し、空燃比をリッチからリーンに反転させる。そして、ＥＣＵ３は、空燃比のリッチ制御を延長する空燃比制御を実行した場合、次回のリーン制御で得られる酸素吸蔵量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を実行する。これにより、触媒２は上記の空燃比制御の実行により概ね全ての酸素を放出しているので、次回のリーン制御時では、放出されずに触媒２内に残存した酸素が酸素吸蔵量の計算に悪影響を及ぼすことがないため、正確に酸素吸蔵能力を評価することができる。
【００７２】
上記では、リッチ制御中に酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に当該リッチ制御を延長する空燃比制御を示したが、リーン制御時においても同様の空燃比制御が行われる。即ち、ＥＣＵ３は、リーン制御中に酸素センサ８から継続的な斜め出力が検出された場合は、酸素センサ８の出力がリーン判定値１３ｂに達していても、当該リーン制御を延長する空燃比制御を実行する。この場合、ＥＣＵ３は、計算された触媒２の酸素吸蔵量が吸蔵量判定値１４ｂに達したときに、リーン制御の延長を終了し、空燃比をリーンからリッチに反転させる。そして、ＥＣＵ３は、次回のリッチ制御で得られる酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を実行する。これにより、触媒２は上記の空燃比制御の実行により概ね限界まで酸素を吸蔵しているので、次回のリッチ制御時では、正確に酸素吸蔵能力を評価することができる。
【００７３】
（変形例）
上記では、酸素センサ８から斜め出力が検出された場合に空燃比制御を行う実施形態について示したが、ＥＣＵ３は、上記のような空燃比制御を行わずに、単に斜め出力が検出された場合に計算された触媒２の酸素放出量及び酸素吸蔵量をキャンセルしてもよい。即ち、ＥＣＵ３は、継続的な斜め出力が検出された際に計算された酸素放出量及び酸素吸蔵量を触媒２の酸素吸蔵能力の評価の判定に用いないようにする。そして、それ以降のリッチ制御時又はリーン制御時において酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生していない場合、ＥＣＵ３は、そのときに計算された酸素放出量又は酸素吸蔵量を、触媒２の酸素吸蔵能力の評価の判定に用いるようにする。これによっても、触媒２の酸素吸蔵能力の評価において誤りが生じることがないため、結果的に触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【００７４】
［斜め出力検出処理］
以下では、酸素センサ８から出力される斜め出力を検出する斜め出力検出処理について、図７及び図８を用いて説明する。
【００７５】
ここで、本発明の実施形態に係る斜め出力検出処理の基本概念について簡単に説明する。
【００７６】
上記した各実施形態による空燃比制御を実行すると、エミッションの低下やドライバビリティーの悪化などを招く可能性もある。よってＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力を適切に判定し、この判定に基づいて必要な場合にのみ各実施形態による空燃比制御を実行するようにする。具体的には、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力を所定時間ごとに取得し、取得した出力の時間変化をその都度評価する。更に、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチ又はリーンに反転させる直前において、現在の目標空燃比の設定中に得られた、酸素センサ８の出力を再度評価する。
【００７７】
詳しくは、ＥＣＵ３は、酸素濃度の時間変化率が継続して所定範囲内となった総計時間を求め、求められた総計時間が予め決めた所定時間より大きいか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生しているか否かを判定する。更に、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチ又はリーンに反転させる直前において、酸素濃度の時間変化率が所定範囲内となった総計時間を求め、現在の空燃比を継続した時間に対して総計時間が占める割合が所定値以上であるか否かと、上記の時間変化率が小さいか否かと、を判定する。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチ又はリーンに反転させる直前において、今回の空燃比制御を実行した際に酸素センサ８から得られた出力を全体的に評価し、通常の空燃比制御のタイミングで空燃比を反転させてよいかを判定する。
【００７８】
次に、本実施形態に係る斜め出力検出処理の詳細について、図７及び図８を用いて具体的に説明する。図７及び図８は、酸素センサ８の斜め出力検出処理を示すフローチャートである。図７はリッチ制御中における斜め出力検出処理を示し、図８はリーン制御中における斜め出力検出処理を示す。これらの斜め出力検出処理は、ＥＣＵ３が所定の周期で（所定時間ごとに）繰り返し実行する。なお、斜め出力検出処理は、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うための制御（以下、この制御を「触媒酸素吸蔵能力評価制御」と呼ぶ。）を実行している最中に行われる。
【００７９】
まず、図７に示すフローチャートから説明する。ステップＳ１１では、ＥＣＵ３は、触媒酸素吸蔵能力評価制御を実行中であるか否かを判定する。このような判定を実行するのは、斜め出力検出処理は触媒酸素吸蔵能力評価制御の実行中に行われるからである。触媒酸素吸蔵能力評価制御実行中であれば（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）処理はステップＳ１３に進み、触媒酸素吸蔵能力評価制御実行中でなければ（ステップＳ１１；Ｎｏ）処理はステップＳ１２に進む。
【００８０】
ステップＳ１２では、ＥＣＵ３は、触媒酸素吸蔵能力評価制御の実行中ではないため、メモリなどに記憶されている各種カウンタ及び各種フラグをリセットする。そして、処理は当該フローを抜ける。
【００８１】
ステップＳ１３では、ＥＣＵ３は、内燃機関１に設定している目標空燃比がリッチであるか否かを判定する。目標空燃比がリッチである場合は（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）処理はステップＳ１４に進む。一方、目標空燃比がリッチでない場合は（ステップＳ１３；Ｎｏ）、目標空燃比がリーンに設定されているため、図８に示す処理を行う。ステップＳ１４では、ＥＣＵ３は、目標空燃比がリッチに設定されているためリッチ継続時間カウンタをインクリメントする。そして、処理はステップＳ１５に進む。なお、リッチ継続時間カウンタは、リッチ制御の継続時間を示す。
【００８２】
ステップＳ１５では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α１以上であるか否かを判定する。この所定値α１は、内燃機関１の目標空燃比をリッチからリーンに反転すべき酸素濃度の値である。即ち、所定値α１は、前述したリッチ判定値に相当する。よって、ＥＣＵ３は、ステップＳ１５において酸素センサ８の出力を判定することにより、現在、目標空燃比をリッチからリーンに反転させるべき状況（空燃比をリッチからリーンに反転する直前の段階）にあるか否かを判定している。つまり、ＥＣＵ３は、目標空燃比を反転する直前の段階にあるか否かで、その後の処理を変えている。酸素センサ８の出力が所定値α１以上である場合は（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）処理はステップＳ２１に進み、所定値α１未満である場合は（ステップＳ１５；Ｎｏ）処理はステップＳ１６に進む。
【００８３】
ステップＳ１６では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧（即ち、所定時間前に計測された電圧）との差が所定範囲内にあるか否か、具体的には、所定値α２１以上で所定値α２２未満であるか否かを判定する。酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α２１未満である場合は、酸素センサ８の出力はほとんど時間変化していない（即ち、時間変化率が低い）ことを示している。逆に、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α２２以上である場合は、酸素センサ８の出力は急激に時間変化している（即ち、時間変化率が高い）ことを示している。以上から、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α２１以上で所定値α２２未満である場合は、酸素センサ８の出力は徐々に上昇していることを示している。よって、今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定範囲内にある場合は（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、酸素センサ８が斜め出力を発生していると判断し、処理はステップＳ１７に進む。一方、電圧の差が所定範囲内にない場合は（ステップＳ１６；Ｎｏ）、酸素センサ８が斜め出力を発生していないと判断し、処理はステップＳ２０に進む。
【００８４】
ステップＳ１７では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が斜め出力を発生しているため、斜めリッチ継続時間カウンタをインクリメントする。そして、処理はステップＳ１８に進む。なお、斜めリッチ継続時間カウンタは、リッチ制御中に斜め出力が継続している時間を示す。
【００８５】
ステップＳ１８では、ＥＣＵ３は、斜めリッチ継続時間カウンタが所定値ｔ１以上であるか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ３は、斜め出力を継続して発生した時間の総計が、所定値ｔ１以上であるか否かを判定している。このような判定を行うことにより、現在発生している酸素センサ８の斜め出力が、以前から継続しているものなのか、又は、以前から継続的に生じておらずノイズその他に起因する突発的なものなのか、を判定することができる。即ち、斜めリッチ継続時間カウンタが所定値ｔ１以上であれば当該斜め出力が継続的に発生していると判定し、所定値ｔ１未満であれば当該斜め出力は突発的に発生していると判定する。以上から、斜めリッチ継続時間カウンタが所定値ｔ１以上である場合は（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）処理はステップＳ１９に進み、所定値ｔ１未満である場合は（ステップＳ１８；Ｎｏ）処理はステップＳ２０に進む。
【００８６】
ステップＳ１９では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を示しているため、斜めリッチ継続フラグをセットする。なお、斜めリッチ継続フラグがセットされた状態は、リッチ制御中に斜め出力が発生していることを示す。これにより、ＥＣＵ３は、後述する空燃比制御処理を行う際に、酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生しているか否かを判別可能になる。したがって、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を示しているものに対して、適切な空燃比制御を実行することが可能となる。更に、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生していないもの、即ち酸素センサ８が突発的な斜め出力を示しているものに対しては、本実施形態に係る空燃比制御を実行しないようにすることができる。この場合は、酸素センサ８が斜め出力ではなくノイズ出力を発生している可能性があるため、ＥＣＵ３は、通常の空燃比制御をそのまま実行するようにする。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、今回計測された酸素センサ８の出力電圧を前回の電圧に置き換える。そして、処理は当該フローを抜ける。
【００８７】
一方、ステップＳ２１では、ＥＣＵ３は、「斜めリッチ継続時間／リッチ継続時間」が所定値β１以上であり、且つ、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α３未満であるか否かを判定する。言い換えると、ＥＣＵ３は、リッチ制御を継続している時間に対して酸素センサ８が斜め出力を継続的に発生した時間の占める割合が所定量より大きく、且つ、酸素センサ８の現在の出力の時間変化率が小さいか否かを判定している。即ち、ステップＳ２１では、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチからリーンに反転する直前の段階で、通常の空燃比制御のタイミングで目標空燃比をリーンへと反転させてよいかを判定している。ステップＳ２１で示す条件を満たす場合は（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）処理はステップＳ２２に進み、ステップＳ２１で示す条件を満たさない場合は（ステップＳ２１；Ｎｏ）処理はステップＳ２３に進む。
【００８８】
ステップＳ２２では、ＥＣＵ３は、斜めリッチ発生フラグをセットする。この場合は、今回のリッチ制御中において、酸素センサ８の出力が継続的に上昇した時間が長く、且つ、現在の酸素センサ８の出力の時間変化率も小さいため、酸素センサ８は斜め出力を発生しているといえる。そのため、このような出力が酸素センサ８から得られた場合は、このまま通常の空燃比制御を実行し、酸素濃度がリッチ判定値に達した際に計算される酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うのは好ましくない。したがって、ステップＳ２２では、上記のような出力が酸素センサ８から得られた場合を判別可能にするために、斜めリッチ発生フラグを設定している。つまり、斜めリッチ発生フラグがセットされているときは、今回のリッチ制御中に酸素濃度がリッチ判定値に達した際に計算される酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うべきではないことを示している。このように、空燃比をリーンへ反転させる直前に、酸素センサ８の出力全体に対して判定を行うことにより、ＥＣＵ３は、空燃比制御を効果的に実行することが可能となる。ステップＳ２３の処理が終了すると、処理はステップＳ２３に進む。
【００８９】
ステップＳ２３では、ＥＣＵ３は、リッチ継続時間カウンタ及び斜めリッチ継続時間カウンタをクリアする。こうするのは、酸素センサ８の出力が所定値α１以上であるため（ステップＳ１５参照）、その後に目標空燃比がリッチからリーンへと反転されるか、又は斜めリッチ発生フラグに応じた空燃比制御（具体的には、第３実施形態に係る空燃比制御）を実行した後にリーンへと反転されるためである。そして、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、今回の酸素センサ８の出力電圧を前回の電圧に置き換える。そして、処理は当該フローを抜ける。
【００９０】
次に、図８に示すフローチャートについて説明する。図８のフローチャートは、前述した図７に示すフローチャートのステップＳ１３で目標空燃比がリッチでないと判定された場合に実行される処理である。即ち、図８のフローチャートは、目標空燃比がリーンである場合に実行される。
【００９１】
まず、ステップＳ３１では、ＥＣＵ３は、目標空燃比がリーンであるため、リーン継続時間カウンタをインクリメントする。そして、処理はステップＳ３２に進む。なお、リーン継続カウンタは、リーン状態の継続時間を示す。
【００９２】
ステップＳ３２では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α４未満であるか否かを判定する。この所定値α４は、内燃機関１の目標空燃比をリーンからリッチに反転すべき酸素濃度の値である。即ち、所定値α４は、前述したリーン判定値に相当する。ステップＳ３１において酸素センサ８の出力を判定することにより、現在、目標空燃比をリーンからリッチに反転させるべき状況（空燃比をリーンからリッチに反転する直前の段階）にあるか否かを判定している。酸素センサ８の出力が所定値α４未満である場合は（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）処理はステップＳ３８に進み、所定値α４以上である場合は（ステップＳ３２；Ｎｏ）処理はステップＳ３３に進む。
【００９３】
ステップＳ３３では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧（即ち、所定時間前に計測された電圧）との差（負値）が所定範囲内にあるか否か、具体的には、所定値α５１以上で所定値α５２未満であるか否かを判定する。酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α５１以上である場合は、酸素センサ８の出力はほとんど時間変化していないことを示しており、逆に、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α５２未満である場合は、酸素センサ８の出力は急激に時間変化していることを示している。以上から、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α５１以上で所定値α５２未満である場合は、酸素センサ８の出力は徐々に減少していることを示している。今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定範囲内にある場合は（ステップＳ３３；Ｙｅｓ）、酸素センサ８は斜め出力を発生しているため、処理はステップＳ３４に進む。一方、電圧の差が所定範囲内にない場合は（ステップＳ３３；Ｎｏ）、酸素センサ８は斜め出力を発生していないため、処理はステップＳ３７に進む。
【００９４】
ステップＳ３４では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が斜め出力を発生しているため、斜めリーン継続時間カウンタをインクリメントする。そして、処理はステップＳ３５に進む。なお、斜めリーン継続時間カウンタは、リーン制御中における斜め出力の継続時間を示す。
【００９５】
ステップＳ３５では、ＥＣＵ３は、斜めリーン継続時間カウンタが所定値ｔ２以上であるか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ３は、斜め出力を継続して発生した時間の総計が、所定値ｔ２以上であるか否かを判定している。このような判定を行うことにより、現在発生している酸素センサ８の斜め出力が、以前から継続しているものなのか、又は、以前から継続的に生じておらずノイズなどに起因する突発的なものなのか、を判定することができる。即ち、斜めリーン継続時間カウンタが所定値ｔ２以上であれば当該斜め出力が継続的に発生していると判定し、所定値ｔ２未満であれば当該斜め出力は突発的に発生していると判定する。以上から、斜めリーン継続時間カウンタが所定値ｔ２以上である場合は（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）処理はステップＳ３６に進み、所定値ｔ２未満である場合は（ステップＳ３５；Ｎｏ）処理はステップＳ３７に進む。
【００９６】
ステップＳ３６では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を示しているため、斜めリーン継続フラグをセットする。斜めリーン継続フラグがセットされたときは、今回のリッチ制御中に酸素濃度がリーン判定値に達した際に計算される酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うべきではないことを示している。これにより、ＥＣＵ３は、後述する空燃比制御処理を行う際に、酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生しているか否かが判別可能になる。したがって、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を示しているものに対して、適切な空燃比制御を実行することが可能となる。更に、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生していないもの、即ち酸素センサ８が突発的な斜め出力を示しているものに対しては、本実施形態に係る空燃比制御を実行しないようにすることができる。この場合は、酸素センサ８が斜め出力ではなくノイズ出力を発生している可能性があるため、ＥＣＵ３は、通常の空燃比制御をそのまま実行するようにする。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、今回計測された酸素センサ８の出力電圧を前回の電圧に置き換える。そして、処理は当該フローを抜ける。
【００９７】
一方、ステップＳ３８では、ＥＣＵ３は、「斜めリーン継続時間／リーン継続時間」が所定値β２以上であり、且つ、酸素センサ８の今回計測された電圧と前回計測された電圧との差が所定値α６（負値）以上であるか否かを判定する。言い換えると、ＥＣＵ３は、リーン制御を継続している時間に対して酸素センサ８が斜め出力を継続的に発生した時間の占める割合が所定値より大きく、且つ、酸素センサ８の現在の出力の時間変化率（絶対値）が小さいか否かを判定している。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリーンからリッチに反転する直前の段階で、今回のリーン制御中に得られた酸素センサ８の出力全体に対して判定を行っている。つまり、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチに反転させる直前において、通常の空燃比制御のタイミングで目標空燃比をリッチへと反転させてよいかを判定している。ステップＳ３８で示す条件を満たす場合は（ステップＳ３８；Ｙｅｓ）処理はステップＳ３９に進み、ステップＳ３８で示す条件を満たさない場合は（ステップＳ３８；Ｎｏ）処理はステップＳ４０に進む。
【００９８】
ステップＳ３９では、ＥＣＵ３は、斜めリーン発生フラグをセットする。この場合は、今回のリーン制御中において、酸素センサ８の出力が継続的に減少した時間が長く、且つ、酸素センサ８の現在の出力の時間変化率も小さいため、酸素センサ８は斜め出力を発生しているといえる。そのため、このような出力が酸素センサ８から得られた場合は、このまま通常の空燃比制御を実行し、酸素濃度がリーン判定値に達した際に計算される酸素吸蔵量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うのは好ましくない。したがって、ステップＳ３９では、上記のような出力が酸素センサ８から発生した場合を判別可能にするために、斜めリーン発生フラグを設定している。なお、斜めリーン発生フラグがセットされた状態は、リーン制御中に斜め出力が発生していることを示す。このように、目標空燃比をリッチへ反転させる直前に、酸素センサ８の出力全体に対して判定を行うことにより、ＥＣＵ３は、空燃比制御を効果的に実行することが可能となる。ステップＳ３９の処理が終了すると、処理はステップＳ４０に進む。
【００９９】
ステップＳ４０では、ＥＣＵ３は、リーン継続時間カウンタ及び斜めリーン継続時間カウンタをクリアする。こうするのは、酸素センサ８の出力が所定値α４未満であるため（ステップＳ３２参照）、その後に目標空燃比がリーンからリッチへと反転されるか、又は斜めリーン発生フラグに応じた空燃比制御（具体的には、第３実施形態に係る空燃比制御）を実行した後にリッチへと反転されるためである。そして、処理はステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、今回の酸素センサ８の出力電圧を前回の電圧に置き換える。そして、処理は当該フローを抜ける。
【０１００】
以上のように、本実施形態に係る斜め出力検出処理では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力を所定時間ごとに観測して斜め出力をその都度評価すると共に、リッチ／リーンに反転される直前に酸素センサ８の出力を全体的に評価する。これにより、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が発生する斜め出力を精度良く検出することができると共に、この検出結果を用いることにより必要な空燃比制御のみを実行することが可能となる。したがって、ＥＣＵ３は、適切な空燃比制御を実行し、且つ、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【０１０１】
［空燃比制御処理］
以下では、本実施形態に係る空燃比制御について図９乃至図１１を用いて説明する。
【０１０２】
（初回酸素センサ出力反転処理）
まず、図９に示すフローチャートを用いて、初回酸素センサ出力反転処理について説明する。初回酸素センサ出力反転処理は、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を始める前に実行される。詳しくは、この処理は、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行う前に、触媒２に吸蔵された酸素を完全に放出させるか、又は触媒２内に限界まで酸素を吸蔵させるために行われる。即ち、ＥＣＵ３は、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行う前に酸素センサ８の出力を反転させるための空燃比制御を実行する。
【０１０３】
ステップＳ５０では、ＥＣＵ３は、触媒ダイアグ実行条件が成立しているか否かを判定する。ＥＣＵ３は、内燃機関１が搭載された車両の現在の運転状況など、例えば内燃機関１の回転数などを確認し、触媒２の酸素吸蔵能力の評価の実行が可能な状況であるか否かを判定する。触媒ダイアグ実行条件が成立していれば（ステップＳ５０；Ｙｅｓ）処理はステップＳ５１に進み、触媒ダイアグ実行条件が成立していなければ（ステップＳ５０；Ｎｏ）処理は当該フローを抜ける。
【０１０４】
ステップＳ５１では、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチに設定する。そして、処理はステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α７以上であるか否かを判定する。この所定値α７は、内燃機関１の目標空燃比をリッチからリーンに反転すべき酸素濃度値である。即ち、所定値α７は、前述したリッチ判定値に相当する。酸素センサ８の出力が所定値α７以上である場合は（ステップＳ５２；Ｙｅｓ）処理はステップＳ５３に進み、酸素センサ８の出力が所定値α７未満である場合は（ステップＳ５２；Ｎｏ）処理はステップＳ５４に進む。
【０１０５】
ステップＳ５３では、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリーンに設定する。この場合、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α７以上であるため、目標空燃比をリッチからリーンへと変化させる。そして、処理はステップＳ５６に進む。
【０１０６】
一方、ステップＳ５４では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α８未満であるか否かを判定する。この所定値α８は、内燃機関１の目標空燃比をリーンからリッチに反転すべき酸素濃度値である。即ち、所定値α８は、前述したリーン判定値に相当する。酸素センサ８の出力が所定値α８未満である場合は（ステップＳ５４；Ｙｅｓ）処理はステップＳ５５に進み、酸素センサ８の出力が所定値α８以上である場合は（ステップＳ５４；Ｎｏ）処理はステップＳ５６に進む。
【０１０７】
ステップＳ５５では、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチに設定する。この場合、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α８未満であるため、目標空燃比をリーンからリッチへと変化させる。そして、処理はステップＳ５６に進む。
【０１０８】
ステップＳ５６では、ＥＣＵ３は、目標空燃比が変化したか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチからリーン、又はリーンからリッチへ反転する処理が行われたか否かを判定している。目標空燃比が変化している場合は（ステップＳ５６；Ｙｅｓ）処理はステップＳ５７に進む、目標空燃比が変化していない場合は（ステップＳ５６；Ｎｏ）処理は当該フローを抜ける。
【０１０９】
ステップＳ５７では、ＥＣＵ３は、初回酸素センサ出力反転終了フラグをセットする。この場合、目標空燃比が変化しているので、酸素センサ８の出力の反転が生じている。よって、ＥＣＵ３は、初回酸素センサ出力反転終了フラグを設定する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【０１１０】
（空燃比制御処理）
次に、触媒２の劣化を正確に検出するために行われる本実施形態に係る空燃比制御処理について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０及び図１１は、本実施形態に係る空燃比制御処理を示すフローチャートであり、図１０はリッチ制御中における処理を示し、図１１はリーン制御中における処理を示す。本実施形態に係る空燃比制御処理は、前述した斜め出力検出処理の結果に基づいて行われる。具体的には、ＥＣＵ３は、斜めリッチ継続フラグ又は斜めリーン継続フラグがセットされている場合、及び斜めリッチ発生フラグ又は斜めリーン発生フラグがセットされている場合に、第１〜第３実施形態で示した空燃比制御の少なくともいずれかの空燃比制御を実行する。一方、斜めリッチ継続フラグ、斜めリーン継続フラグ、斜めリッチ発生フラグ、及び斜めリーン発生フラグのいずれもが設定されていない場合には、ＥＣＵ３は、通常の空燃比制御を実行する。なお、空燃比制御処理は、斜め出力検出処理と並行して実行され、所定の周期で繰り返し実行される。
【０１１１】
まず、図１０に示すフローチャートから説明する。ステップＳ６０では、ＥＣＵ３は、触媒ダイアグ実行条件が成立したか否かを判定する。ＥＣＵ３は、内燃機関１が搭載された車両の現在の運転状況など、例えば内燃機関１の回転数などを確認し、触媒２の酸素吸蔵能力の評価の実行が可能な状況であるか否かを判定する。触媒ダイアグ実行条件が成立していれば（ステップＳ６０；Ｙｅｓ）処理はステップＳ６１に進み、触媒ダイアグ実行条件が成立していなければ（ステップＳ６０；Ｎｏ）処理は当該フローを抜ける。
【０１１２】
ステップＳ６１では、ＥＣＵ３は、初回酸素センサ出力反転処理が終了しているか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ３は、前述した初回酸素センサ出力反転終了フラグがセットされているか否かを判定する。初回酸素センサ出力反転処理が終了している場合は（ステップＳ６１；Ｙｅｓ）処理はステップＳ６２に進み、初回酸素センサ出力反転処理が終了していない場合は（ステップＳ６１；Ｎｏ）処理は当該フローを抜ける。
【０１１３】
ステップＳ６２では、ＥＣＵ３は、目標空燃比がリッチであるか否かを判定する。目標空燃比がリッチである場合は（ステップＳ６２；Ｙｅｓ）処理はステップＳ６３に進む。一方、目標空燃比がリッチでない場合は（ステップＳ６２；Ｎｏ）、目標空燃比はリーンであるため、図１１に示す処理を行う。
【０１１４】
ステップＳ６３では、ＥＣＵ３は、斜めリッチ継続フラグがオンであるか否かを判定する。斜めリッチ継続フラグは、図７に示す斜め出力検出処理のステップＳ１９において設定され、リッチ制御中に斜め出力が継続していることを示すフラグである。よって、ステップＳ６３では、ＥＣＵ３は、継続的な斜め出力が酸素センサ８から発生しているか否かを判定している。斜めリッチ継続フラグがオンである場合は（ステップＳ６３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ６４に進む。
【０１１５】
ステップＳ６４では、ＥＣＵ３は、斜めリッチ継続フラグがオンであるため、目標空燃比のリッチ度合いを変更する。この場合、前述のように酸素センサ８から継続的な斜め出力が発生しているため、通常の空燃比制御の実行を継続するのは好ましくない。したがって、ＥＣＵ３は、本実施形態に係る空燃比制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ３は、第１実施形態で示した空燃比制御、又は第２実施形態で示した空燃比制御のいずれかを実行する。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比のリッチ度合いを大きくするか、又は目標空燃比のリッチ度合いを小さくする空燃比制御を実行する。目標空燃比のリッチ度合いを大きくした場合は、触媒２は短時間で完全に酸素を放出することができる。一方、目標空燃比のリッチ度合いを小さくした場合は、触媒２はゆっくり時間をかけて酸素を完全に放出することができる。これにより、触媒２が吸蔵する酸素を完全に放出しきったときの酸素放出量を求めることができる。したがって、この酸素放出量は正確に酸素吸蔵能力を示すものであるため、これを用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ６５に進む。なお、目標空燃比のリッチ度合いを大きくするか小さくするかの選択は、使用される触媒２やセンサの種類により決定することが好ましい。
【０１１６】
一方、斜めリッチ継続フラグがオンでない場合は（ステップＳ６３；Ｎｏ）、処理はステップＳ６５に進む。この場合は、酸素センサ８で継続的な斜め出力が生じていないため、目標空燃比のリッチ度合いを変更する空燃比制御を実行しない。即ち、ＥＣＵ３は、現在設定している目標空燃比を維持する。
【０１１７】
ステップＳ６５では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α７以上であるか否かを判定する。この所定値α７は、内燃機関１の目標空燃比をリッチからリーンに反転すべき酸素濃度値、即ち、前述したリッチ判定値に相当する。したがって、ステップＳ６５では、ＥＣＵ３は、現在、目標空燃比をリッチからリーンに反転させるべき状況にあるか否かを判定している。酸素センサ８の出力が所定値α７以上である場合は（ステップＳ６５；Ｙｅｓ）処理はステップＳ６６に進む。一方、酸素センサ８の出力が所定値α７未満である場合は（ステップＳ６５；Ｎｏ）処理は当該フローを抜ける。この場合は、酸素センサ８からの出力が小さいことから触媒２は十分に酸素を放出していないといえるため、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチに維持する。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリーンに変更しない。
【０１１８】
ステップＳ６６では、ＥＣＵ３は、斜めリッチ発生フラグがオンであるか否かを判定する。斜めリッチ発生フラグは、図７に示す斜め出力検出処理のステップＳ２２において設定されるフラグである。斜めリッチ発生フラグは、今回のリッチ制御中に酸素濃度がリッチ判定値に達した際に計算される酸素放出量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うべきではない場合に設定される。斜めリッチ発生フラグがオンである場合は（ステップＳ６６；Ｙｅｓ）処理はステップＳ６７に進み、斜めリッチ発生フラグがオンでない場合は（ステップＳ６６；Ｎｏ）処理はステップＳ６８に進む。斜めリッチ発生フラグがオンである場合には（ステップＳ６６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α７以上であるからといって即座に空燃比をリーンに反転させずに、以下の処理を行う。
【０１１９】
ステップＳ６７では、ＥＣＵ３は、計算された酸素放出量（負値）が所定値γ１（負値）未満であるか否かを判定する。この所定値γ１は、前述した放出量判定値である。よって、ステップＳ６７では、ＥＣＵ３は、触媒２の酸素放出量が放出量判定値に達したか否かを判定している。斜めリッチ発生フラグがオンであっても、酸素放出量が所定値γ１未満である場合は（ステップＳ６７；Ｙｅｓ）、概ね全ての酸素を放出しているといえるので、次回のリーン制御で得られる酸素吸蔵量を用いて、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することができる。よって、この場合には、処理はステップＳ６８に進む。
【０１２０】
ステップＳ６８では、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリーンに設定する。ステップＳ６８の処理は、斜めリッチ発生フラグがオンでない場合（ステップＳ６６；Ｎｏ）、又は、斜めリッチ発生フラグがオンであるが触媒２の酸素放出量が放出量判定値に達している場合（ステップＳ６７；Ｙｅｓ）のいずれかの場合に実行される。いずれの場合であっても触媒２は概ね全ての酸素を放出しているといえるため、ＥＣＵ３は、そのまま目標空燃比をリッチからリーンに変更する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【０１２１】
一方、酸素放出量が所定値γ１以上である場合は（ステップＳ６７；Ｎｏ）、目標空燃比をリーンに設定することなく、処理は当該フローを抜ける。この場合は、斜めリッチ発生フラグがオンであり、且つ、触媒２の酸素放出量が放出量判定値に達していない場合に該当する。したがって、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力は所定値α７以上であるが、このまま空燃比をリッチ状態に維持する。つまり、ＥＣＵ３は、前述した第３実施形態に係る空燃比制御を実行し、リッチ制御を延長する。これにより、触媒２内に吸蔵された酸素を、少なくとも放出量判定値まで放出させることができる。よって、次回のリーン制御で得られる酸素吸蔵量を用いて、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【０１２２】
なお、酸素放出量が所定値γ１以上である場合（ステップＳ６７；Ｎｏ）、図１０に示すフローを即座に抜けずに、ＥＣＵ３は、計算された酸素放出量をキャンセルして、ステップＳ６８の目標空燃比をリーンに設定する処理を行ってもよい。即ち、第３実施形態に係る空燃比制御を行う代わりに、上記の変形例で示した酸素放出量の計算値のキャンセルを実行してもよい。この場合、ＥＣＵ３は、斜め出力が検出された際に計算された酸素放出量を触媒２の酸素吸蔵能力の評価の判定に用いないようにする。そして、以降のリッチ制御時又はリーン制御時において酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生していない場合、ＥＣＵ３は、その際に計算される酸素放出量又は酸素吸蔵量を、触媒２の酸素吸蔵能力の評価の判定に用いるようにする。これにより、触媒２の酸素吸蔵能力の評価において誤りが生じることがないため、結果的に触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【０１２３】
次に、図１１に示すフローチャートについて説明する。図１１のフローチャートは、前述した図１０に示すフローチャートのステップＳ６２で目標空燃比がリッチでないと判定された場合に実行される処理である。即ち、図１１のフローチャートは、目標空燃比がリーンである場合に実行される。
【０１２４】
まず、ステップＳ７０では、ＥＣＵ３は、斜めリーン継続フラグがオンであるか否かを判定する。斜めリーン継続フラグは、図８に示す斜め出力検出処理のステップＳ３６において設定され、リーン制御中に斜め出力が継続していることを示すフラグである。よって、ステップＳ７０では、ＥＣＵ３は、継続的な斜め出力が酸素センサ８から発生しているか否かを判定している。斜めリーン継続フラグがオンである場合は（ステップＳ７０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ７１に進む。
【０１２５】
ステップＳ７１では、ＥＣＵ３は、斜めリーン継続フラグがオンであるため、目標空燃比のリーン度合いを変更する。この場合、酸素センサ８から継続的な斜め出力が発生しているため、通常の空燃比制御の実行を継続するのは好ましくない。したがって、斜めリーン継続フラグがオンである場合には、ＥＣＵ３は、第１実施形態で示した空燃比制御、又は第２実施形態で示した空燃比制御のいずれかを実行する。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比のリーン度合いを大きくするか、又は目標空燃比のリーン度合いを小さくする空燃比制御を実行する。このような空燃比制御を実行することにより、触媒２内に限界まで酸素を吸蔵させることができる。これにより、触媒２が限界まで酸素を吸蔵したときの酸素吸蔵量を求めることができる。したがって、この酸素吸蔵量は正確に酸素吸蔵能力を示すものであるため、これを用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に行うことが可能となる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ７２に進む。なお、目標空燃比のリーン度合いを大きくするか小さくするかの選択は、使用される触媒２やセンサの種類により決定することが好ましい。
【０１２６】
一方、斜めリーン継続フラグがオンでない場合は（ステップＳ７０；Ｎｏ）、処理はステップＳ７２に進む。この場合は、酸素センサ８から継続的な斜め出力が生じていないため、目標空燃比のリッチ度合いを変更する空燃比制御を実行しない。即ち、ＥＣＵ３は、現在設定している目標空燃比を維持する。
【０１２７】
ステップＳ７２では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α８未満であるか否かを判定する。この所定値α８は、内燃機関１の目標空燃比をリーンからリッチに反転すべき酸素濃度値、即ち、前述したリーン判定値に相当する。よって、ステップＳ７２では、ＥＣＵ３は、現在、目標空燃比をリーンからリッチに反転させるべき状況にあるか否かを判定している。酸素センサ８の出力が所定値α８未満である場合は（ステップＳ７２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ７３に進む。一方、酸素センサ８の出力が所定値α８以上である場合は（ステップＳ７２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合は、酸素センサ８からの出力が大きいことから触媒２は限界まで酸素を吸蔵していないといえるため、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリーン状態に維持する。即ち、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチに変更しない。
【０１２８】
ステップＳ７３では、ＥＣＵ３は、斜めリーン発生フラグがオンであるか否かを判定する。斜めリーン発生フラグは、図８に示す斜め出力検出処理のステップＳ３９において設定されるフラグであり、今回のリーン制御中に酸素濃度がリーン判定値に達した際に計算される酸素吸蔵量を用いて触媒２の酸素吸蔵能力の評価を行うべきではない場合に設定される。斜めリーン発生フラグがオンである場合は（ステップＳ７３；Ｙｅｓ）処理はステップＳ７４に進み、斜めリーン発生フラグがオンでない場合は（ステップＳ７３；Ｎｏ）処理はステップＳ７５に進む。斜めリーン発生フラグがオンである場合には（ステップＳ７３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が所定値α８未満であるからといって即座に空燃比をリッチに反転させずに、以下の処理を行う。
【０１２９】
ステップＳ７４では、ＥＣＵ３は、今回計算された酸素吸蔵量が所定値γ２以上であるか否かを判定する。この所定値γ２は、前述した吸蔵量判定値である。よって、ステップＳ７４では、ＥＣＵ３は、触媒２の酸素吸蔵量が吸蔵量判定値に達したか否かを判定している。したがって、酸素吸蔵量が所定値γ２以上である場合は（ステップＳ７４；Ｙｅｓ）、概ね限界まで酸素を吸蔵したといえるので、次回のリッチ制御で得られる酸素放出量を用いて、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することができる。よって、この場合には、処理はステップＳ７５に進む。
【０１３０】
ステップＳ７５では、ＥＣＵ３は、目標空燃比をリッチに設定する。ステップＳ７５の処理は、斜めリーン発生フラグがオンでない場合（ステップＳ７３；Ｎｏ）、又は、斜めリーン発生フラグがオンであるが触媒２の酸素吸蔵量が吸蔵量判定値に達している場合（ステップＳ７４；Ｙｅｓ）のいずれかの場合に実行される。いずれの場合であっても触媒２は概ね限界まで酸素を吸蔵しているといえるため、ＥＣＵ３は、そのまま目標空燃比をリーンからリッチに変更する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【０１３１】
一方、酸素吸蔵量が所定値γ２未満である場合は（ステップＳ７４；Ｎｏ）、目標空燃比をリッチに設定することなく、処理は当該フローを抜ける。この場合は、斜めリーン発生フラグがオンであり、且つ、触媒２の酸素吸蔵量が吸蔵量判定値に達していない場合である。したがって、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力は所定値α８未満であるが、このまま目標空燃比をリーン状態に維持する。つまり、ＥＣＵ３は、前述した第３実施形態に係る空燃比制御を実行し、リーン制御を延長する。これにより、少なくとも吸蔵量判定値まで触媒２に酸素を吸蔵させることができる。よって、次回のリッチ制御で得られる酸素放出量を用いて、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【０１３２】
なお、酸素吸蔵量が所定値γ２未満である場合（ステップＳ７４；Ｎｏ）、図１１に示すフローを即座に抜けずに、ＥＣＵ３は、計算された酸素吸蔵量をキャンセルして、ステップＳ７５の目標空燃比をリッチに変更する処理を行ってもよい。即ち、第３実施形態に係る空燃比制御を行う代わりに、上記の変形例で示した酸素吸蔵量の計算値のキャンセルを実行してもよい。この場合、ＥＣＵ３は、斜め出力が検出された際に計算された酸素吸蔵量を触媒２の酸素吸蔵能力の評価の判定に用いないようにする。そして、以降のリッチ制御時又はリーン制御時において酸素センサ８が継続的な斜め出力を発生していない場合に、ＥＣＵ３は、この際に計算される酸素放出量又は酸素吸蔵量を、触媒２の酸素吸蔵能力の評価の判定に用いるようにする。これにより、触媒２の酸素吸蔵能力の評価において誤りが生じることがないため、結果的に触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。
【０１３３】
以上のように、本実施形態に係る空燃比制御処理では、ＥＣＵ３は、酸素センサ８が発生する斜め出力に基づいて空燃比制御を実行する。これにより、真の触媒２の酸素吸蔵能力からかけ離れた酸素放出量や酸素吸蔵量を触媒２の酸素吸蔵量の評価に用いることがなくなり、概ね完全に酸素を放出したときの触媒２の酸素放出量、及び概ね限界まで酸素を吸蔵したときの触媒２の酸素吸蔵量を触媒２の酸素吸蔵量の評価に用いることができるため、触媒２の酸素吸蔵能力の評価を正確に実行することが可能となる。また、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の斜め出力の具合に基づいて適切に空燃比制御を実行するため、エミッションの低下や、トルク変動によるドライバビリティーの悪化などが発生する可能性を抑制することができる。
【０１３４】
なお、図１０及び図１１に示したフローチャートにおいては、第１及び第２実施形態による目標空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いの変更（ステップＳ６４の処理、及びステップＳ７１の処理）と、第３実施形態による目標空燃比の維持（ステップＳ６７；Ｎｏである場合の処理、及びステップＳ７４；Ｎｏである場合の処理）との両方を行う例を示したが、これらの一方のみを行うこととしてもよい。即ち、リッチ制御時において、第１及び第２実施形態に対応するステップＳ６３〜Ｓ６４までの処理と、第３実施形態に対応するステップＳ６５〜Ｓ６８までの処理のいずれか一方のみを行うこととしてもよい。同様に、リーン制御時において、第１及び第２実施形態に対応するステップＳ７０〜Ｓ７１までの処理と、第３実施形態に対応するステップＳ７２〜Ｓ７５までの処理のいずれか一方のみを行うこととしてもよい。
【０１３５】
なお、上記の実施形態では、放出量判定値及び吸蔵量判定値を、触媒２が異常であるか否かを判定可能な値に設定するものを示したが、この代わりに、触媒２が正常であるか否かを判定可能な値に設定してもよい。更に他の実施形態では、放出量判定値及び吸蔵量判定値は、触媒２が異常又は正常であるか否かを判定可能な値に設定しないで、空燃比制御において触媒２の酸素吸蔵能力の推定が必要となる場合に、この推定に必要な値として設定してもよい。例えば、触媒２の酸素吸蔵能力が５００ｍｇ以上であるときには正確な酸素吸蔵能力を知る必要はないが、酸素吸蔵能力が５００ｍｇ以下に低下したときには、その酸素吸蔵能力のレベルに応じて空燃比制御の変更が必要になる場合には、放出量判定値を「５００ｍｇ」に設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明に係る触媒酸素吸蔵能力評価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】触媒の酸素吸蔵能力の評価方法の一例を説明するための図である。
【図３】酸素センサの出力が徐々に時間変化する場合を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る空燃比制御方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る空燃比制御方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る空燃比制御方法を説明するための図である。
【図７】目標空燃比がリッチである場合に実行される斜め出力検出処理を示すフローチャートである。
【図８】目標空燃比がリーンである場合に実行される斜め出力検出処理を示すフローチャートである。
【図９】初回酸素センサ出力反転処理を示すフローチャートである。
【図１０】目標空燃比がリッチである場合に実行される空燃比制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】目標空燃比がリーンである場合に実行される空燃比制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３７】
１  内燃機関
２  触媒
３  ＥＣＵ
５  排気通路
６  燃料噴射弁
７  Ａ／Ｆセンサ
８  酸素センサ
１００  触媒酸素吸蔵能力評価装置
【図１】
2006152853.tif 000003
【図２】
2006152853.tif 000004
【図３】
2006152853.tif 000005
【図４】
2006152853.tif 000006
【図５】
2006152853.tif 000007
【図６】
2006152853.tif 000008
【図７】
2006152853.tif 000009
【図８】
2006152853.tif 000010
【図９】
2006152853.tif 000011
【図１０】
2006152853.tif 000012
【図１１】
2006152853.tif 000013