(57)【要約】【課題】触媒に流入する排気ガスの流速増大に起因する酸素吸蔵容量計測値の低下及びこれに伴う誤劣化判定を防止する。【解決手段】本発明にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の酸素吸蔵容量を計測する手段（Ｓ１０２）と、この酸素吸蔵容量計測中（Ｓ１０３：ＮＯ）に触媒に流入する排気ガスの流速を抑制するためのガス流速抑制制御（例えば排気弁開タイミング遅角制御）を実行する手段（Ｓ１０６）とを備える。触媒の酸素吸蔵容量計測中に触媒に流入する排気ガスの流速が抑制されるので、触媒での十分な反応時間を確保すると共に触媒を素通りする排気ガス量を低減し、酸素吸蔵容量計測値の低下及びこれに伴う誤劣化判定を防止することができる。【選択図】図８
2008121464.tif 000002
【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た触媒の酸素吸蔵容量を計測する酸素吸蔵容量計測手段と、
該酸素吸蔵容量計測手段による前記酸素吸蔵容量の計測中に、前記触媒に流入する排気ガスの流速を抑制するためのガス流速抑制制御を実行するガス流速抑制制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記内燃機関の排気弁のタイミング及びリフトの少なくとも一方を可変にするための可変動弁機構を備え、
前記ガス流速抑制制御が、前記排気弁の開タイミングが遅角されるように前記可変動弁機構を制御するタイミング遅角制御、及び前記排気弁の最大リフトが減少されるように前記可変動弁機構を制御するリフト減少制御の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段をさらに備え、
前記ガス流速抑制制御が、前記負荷率検出手段により検出された前記負荷率が高いほどタイミング遅角量及びリフト減少量の少なくとも一方を大きくすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記ガス流速抑制制御手段が、前記負荷率検出手段により検出された前記負荷率が高負荷側の所定値以下のとき前記タイミング遅角制御及び前記リフト減少制御の少なくとも一方を実行し、他方、前記負荷率検出手段により検出された前記負荷率が前記所定値を超えているとき前記タイミング遅角制御及び前記リフト減少制御の少なくとも一方を禁止することを特徴とする請求項３記載の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、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関では排気ガスを浄化するために排気通路に触媒が配置されている。このような触媒、例えば三元触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出するＯ２ストレージ機能を有する。従って、内燃機関の通常運転時、理論空燃比を中心として混合気をリッチ側又はリーン側に交互に振らせると、三元触媒のもつＯ２ストレージ機能により、混合気がリーンになったときには過剰な酸素が触媒に吸着保持されるためにＮＯｘが還元され、混合気がリッチになったときには触媒に吸着保持された酸素が放出されるためにＨＣおよびＣＯが酸化され、これによりＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化できることになる。
【０００３】
そこで従来より触媒上流側の排気通路に排気空燃比を検出するための空燃比センサを配置し、排気空燃比がリーンになったときには燃料供給量を増量し、排気空燃比がリッチになったときには燃料供給量を減量させることにより、空燃比を理論空燃比を中心としてリッチ側又はリーン側に交互に振らせ、それによってＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に低減するようにしている。
【０００４】
ところで、三元触媒が劣化すると排気ガス浄化率が低下する。三元触媒の劣化度とＯ２ストレージ機能の低下度との間には相関関係がある。よって、Ｏ２ストレージ機能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。
【０００５】
かかる原理に基づいて触媒劣化検出を行う装置としては例えば特許文献１に開示されたものがある。この装置においては、三元触媒上流の排気通路内に第１空燃比センサが配置され、三元触媒下流の排気通路内に第２空燃比センサが配置される。また、触媒上流における空燃比を理論空燃比に対してリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に、又はその逆に切換える空燃比切換手段が設けられる。機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられると、第２空燃比センサにより検出される空燃比が一定時間経過後リッチ空燃比に切り替えられる。理論空燃比に対するリッチ空燃比の偏差と、混合気の空燃比切替時から第２空燃比センサにより検出される空燃比の切替時までの時間と、吸入空気量との積から、三元触媒に吸収される酸素の絶対量が求められ、この絶対量から三元触媒の劣化度が検出される。
【０００６】
なお、吸排気弁のタイミング及びリフトの少なくとも一方を可変にするための可変動弁機構を備えた内燃機関において、触媒の劣化検出を行う場合がある。例えば、特許文献２には、吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方を可変制御することにより低負荷運転時の燃費向上を図り、その上で触媒の劣化判定完了頻度の増大を狙った装置が開示されている。これにおいて、触媒の劣化判定時には、吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が増大させられる。
【０００７】
特許文献３には、触媒の劣化判定中にバルブタイミングの変更を制限することが開示されている。これは、バルブタイミング制御と劣化判定が並行して行われると、劣化判定中に吸入空気量の変動に伴って、空燃比が変動するため、劣化判定の精度が低下するという問題の解決を狙ったものである。特許文献４には、触媒を劣化と判定したときの空燃比変動を小さくするため、可変バルブタイミング機構の進角、遅角位置の変化量を通常値よりも小さくしたり、可変バルブタイミング機構のバルブリフト量の変化量を通常値よりも小さくすることが開示されている。特許文献５には、ＮＯｘ触媒と三元触媒とを備えた内燃機関において、ＮＯｘ触媒が劣化した場合には内燃機関から排出される窒素酸化物の量が減少するように可変動弁機構を制御し、三元触媒が劣化した場合には内燃機関から排出される炭化水素及び一酸化炭素の量が減少するように可変動弁機構を制御することが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１３３２６４号公報
【特許文献２】特開２００６−３７８４１号公報
【特許文献３】特開２００３−５６３８７平号公報
【特許文献４】特開２００４−３６０６０５号公報
【特許文献５】特開２００１−２６３１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に開示されたような、触媒が吸収し得る酸素量としての酸素吸蔵容量の計測値に基づき触媒の劣化を検出する手法、所謂Ｃｍａｘ法では、触媒の酸素吸蔵容量が触媒温度に応じて変化することに鑑み、計測された酸素吸蔵容量を所定の基準温度相当の値に補正してから所定の劣化判定値と比較し、触媒の正常又は劣化を判定することがある。
【００１０】
ところが、本発明者による試験研究の結果によれば、このような温度補正を行うのみでは不十分であり、酸素吸蔵容量を正確に計測することができないことが判明した。即ち、触媒温度が同等であっても、実際には酸素吸蔵容量の計測値がエンジン運転状態に応じて変化する。より具体的には、エンジンが高負荷運転のときに酸素吸蔵容量の計測値が小さくなる傾向がある。その理由は、エンジンが高負荷運転状態のときに吸入空気流量が増大し、これに伴って触媒に流入する排気ガスの流速が増大することから、触媒の反応速度が排気ガスの流入速度に追いつかず、未反応のまま触媒を素通りする排気ガス量が増加するためである。この結果、酸素吸蔵容量の値が真の値よりも少なく計測されると共に、この少なく計測された酸素吸蔵容量の値が一定の劣化判定値と比較される結果、触媒劣化と誤って判定（誤劣化判定）される可能性もある。
【００１１】
そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、触媒に流入する排気ガスの流速増大に起因する酸素吸蔵容量計測値の低下及びこれに伴う誤劣化判定を防止し得る内燃機関の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】
【００１２】
上記目的を達成するため、第１の発明にかかる内燃機関の触媒劣化検出装置は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の酸素吸蔵容量を計測する酸素吸蔵容量計測手段と、
該酸素吸蔵容量計測手段による前記酸素吸蔵容量の計測中に、前記触媒に流入する排気ガスの流速を抑制するためのガス流速抑制制御を実行するガス流速抑制制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、触媒の酸素吸蔵容量の計測中に触媒に流入する排気ガスの流速が抑制されるので、触媒での十分な反応時間を確保すると共に、触媒を素通りする排気ガス量を低減し、酸素吸蔵容量計測値の低下及びこれに伴う誤劣化判定を防止することができる。
【００１４】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の排気弁のタイミング及びリフトの少なくとも一方を可変にするための可変動弁機構を備え、
前記ガス流速抑制制御が、前記排気弁の開タイミングが遅角されるように前記可変動弁機構を制御するタイミング遅角制御、及び前記排気弁の最大リフトが減少されるように前記可変動弁機構を制御するリフト減少制御の少なくとも一方であることを特徴とする。
【００１５】
これらタイミング遅角制御及びリフト減少制御の少なくとも一方によれば、排気弁開弁直後に筒内燃焼室から排気ポートに噴出する既燃ガスの流速及び流量（所謂ブローダウンガス量）を低下し、触媒流入排気ガスの流速増大を抑制することができる。
【００１６】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段をさらに備え、
前記ガス流速抑制制御が、前記負荷率検出手段により検出された前記負荷率が高いほどタイミング遅角量及びリフト減少量の少なくとも一方を大きくすることを特徴とする。
【００１７】
一般に、エンジン負荷率が高いほど吸入空気量が多くなって排気弁開弁直前の燃焼室内の圧力エネルギが増大し、排気弁開弁直後のガス流量の最大値が増大する。よって第３の発明のように、負荷率が高いほどタイミング遅角量及びリフト減少量の少なくとも一方を大きくすることで、排気弁開弁直後のガス流量の最大値を抑制し、触媒流入排気ガスの流速を抑制することができる。
【００１８】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記ガス流速抑制制御手段が、前記負荷率検出手段により検出された前記負荷率が高負荷側の所定値以下のとき前記タイミング遅角制御及び前記リフト減少制御の少なくとも一方を実行し、他方、前記負荷率検出手段により検出された前記負荷率が前記所定値を超えているとき前記タイミング遅角制御及び前記リフト減少制御の少なくとも一方を禁止することを特徴とする。
【００１９】
例えば、アクセルが大きく踏みこまれ、エンジンに対して加速が要求されているときに、排気弁タイミングが遅角されたり排気弁リフトが減少されてしまうと、燃焼室からの排気の抜けが悪化し、十分な加速が得られないことがある。この第４の発明によれば、特に、負荷率が高負荷側の所定値を超えているときタイミング遅角制御及びリフト減少制御の少なくとも一方が禁止されるので、このような排気抜けの悪化や加速悪化を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、触媒に流入する排気ガスの流速増大に起因する酸素吸蔵容量計測値の低下及びこれに伴う誤劣化判定を防止することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。 
図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２２】
内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。ここで可変動弁機構として、排気弁Ｖｅには、そのバルブタイミングを可変にするための可変バルブタイミング機構（以下、「ＶＶＴｅ」と称す）１９が付設されている。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設され、燃焼室３内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン４はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部４ａが形成されている。そして内燃機関１では、燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ１２からピストン４の凹部４ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ７の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）され、安定した成層燃焼が実行される。
【００２３】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２４】
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、Ｏ２ストレージ機能を有する三元触媒からなる触媒１１が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出するための触媒前センサ及び触媒後センサ１７，１８が設置されている。触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した電流信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ２センサからなり、理論空燃比を境に出力電圧が急変する特性を持つ。
【００２５】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２及びＶＶＴｅ１９等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、ＶＶＴｅ１９等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、排気弁Ｖｅの開閉タイミング等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。
【００２６】
ＶＶＴｅ１９は、クランク角に対する排気カムシャフトの角度（カム角）を相対的に進角又は遅角させ、これにより、全気筒の吸気弁Ｖｉの作用角を一定に保ったまま、開閉時期を一斉に且つ同量ずつ進角又は遅角させるものである。排気弁Ｖｅの１リフト当たりの最大リフト量は変化しない。ＶＶＴｅ１９の詳細な構成は、例えば特開平８−２１８８２３号公報に開示されたものと同様である。ＶＶＴｅ１９にはカム角を検出するカム角センサが設けられ、カム角センサの出力はＥＣＵ２０に送られる。ＥＣＵ２０は、エンジン運転状態（主に回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬ）に基づいてカム角の基本目標値を算出設定し、カム角センサにより検出される実際のカム角が基本目標値に一致するようにＶＶＴｅ１９を制御する。ＥＣＵ２０は、各カム角に対応する排気弁Ｖｅの開閉タイミングを算出可能である。排気弁Ｖｅの開閉タイミングは、最も進角側の基準位置から最も遅角側の最大遅角位置まで変更可能である。
【００２７】
触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ）Ａ／Ｆｓ（例えば１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、触媒に流入される排気ガスの空燃比即ち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓになるように空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ２０は、理論空燃比Ａ／Ｆｓに等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定すると共に、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量を制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。
【００２８】
ここで、触媒１１についてより詳細に説明する。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で保持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ２からなる。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元浄化される。
【００２９】
このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆｓに対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆを敢えて理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。
【００３０】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００３１】
このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより触媒１１の劣化度を検出ないし判定することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O２ Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。
【００３２】
以下、本実施形態における触媒の劣化検出について説明する。 
本実施形態では、触媒１１の劣化検出の際にＥＣＵ２０によるアクティブ空燃比制御が実行される。ここでアクティブ空燃比制御とは、触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを、所定のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの一方から他方に所定のタイミングで強制的に切り替える制御である。
【００３３】
ここで触媒１１の劣化検出は、内燃機関１の定常運転時で且つ触媒１１が所定の活性温度域にあるときに実行される。触媒１１の温度は、直接検出してもよいが、本実施形態の場合それをエンジン運転状態に基づき所定のマップ又は関数を用いて推定するようにしている。触媒１１の劣化検出はエンジンの１運転毎に１回実行され、少なくとも続けて２回、触媒１１が劣化状態にあると判定されたときに警告装置が作動させられる。
【００３４】
図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力が実線で示されている。また、図３（Ａ）には、ＥＣＵ２０内部で発生される目標空燃比Ａ／Ｆｔが破線で示されている。触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力はそれぞれ触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒ及び触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒを表す。
【００３５】
図３（Ａ）に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、中心空燃比としての理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅（リッチ振幅Ａｒ、Ａｒ＞０）だけ離れた空燃比（リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ）と、そこからリーン側に所定の振幅（リーン振幅Ａｌ、Ａｌ＞０）だけ離れた空燃比（リーン空燃比Ａ／Ｆｌ）とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えないし振動に追従するようにして、実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも、目標空燃比Ａ／Ｆｔに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。よって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも目標空燃比Ａ／Ｆｔと同様にリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとに強制的に且つ交互に切り替えられる。このことから目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。
【００３６】
図示例においてリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとは等しい。例えば理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５である。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとの値は大きい。
【００３７】
ところで、目標空燃比Ａ／Ｆｔが切り替えられるタイミングは、触媒後センサ１８の出力がリッチからリーンに、又はリーンからリッチに切り替わるタイミングである。ここで図示されるように触媒後センサ１８の出力電圧は理論空燃比Ａ／Ｆｓを境に急変し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより小さいリッチ側の空燃比であるときその出力電圧がリッチ判定値ＶＲ以上となり、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより大きいリーン側の空燃比であるときその出力電圧がリーン判定値ＶＬ以下となる。ここでＶＲ＞ＶＬであり、例えばＶＲ＝０．５９（Ｖ）、ＶＬ＝０．２１（Ｖ）である。
【００３８】
図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ側の値からリーン側に変化してリーン判定値ＶＬに等しくなった時（時刻ｔ１）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。その後、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン側の値からリッチ側に変化してリッチ判定値ＶＲに等しくなった時（時刻ｔ２）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチ空燃比Ａ／Ｆｒからリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。
【００３９】
このような空燃比変化を行うアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測ないし算出され、触媒１１の劣化が検出ないし診断される。
【００４０】
図３を参照して、時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌとされ、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに達した時点（ｔ１）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、或いは反転される。このように目標空燃比Ａ／Ｆｔは触媒後センサ１８の出力をトリガにして反転される。
【００４１】
そして今度は触媒１１にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒１１では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。よって触媒１１の下流側にはほぼ理論空燃比Ａ／Ｆｓの排気ガスが流出し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチにならないことから、触媒後センサ１８の出力は反転しない。触媒１１から酸素が放出され続けるとやがて触媒１１からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＲに達した時点（ｔ２）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。
【００４２】
酸素吸蔵容量ＯＳＣが大きいほど、酸素を吸収或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほど目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期は短くなる。
【００４３】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが以下のようにして算出される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで積分される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ１即ち放出酸素量が算出される。
【００４４】
【数１】
2008121464.tif 000003
【００４５】
ここで、Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰分の空気量を算出できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。
【００４６】
基本的には、この１回で算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ１を用い、これを所定の劣化判定値と比較し、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１が劣化判定値を超えていれば正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１が劣化判定値以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。しかしながら、本実施形態では精度を向上させるため、リーン側でも同様に酸素吸蔵容量（この場合酸素吸収量）を算出し、必要に応じてリッチ側とリーン側とで複数回算出を繰り返し、その平均値を劣化判定値と比較して最終的な劣化判定を行っている。
【００４７】
具体的には、図４に示すように、時刻ｔ２で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられた後、前式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ２１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ側に反転する時点ｔ３まで積分される。こうしてこの酸素吸収サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ２即ち吸収酸素量が算出される。前回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と今回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とはほぼ等しい値となるはずである。こうして複数の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２，・・・ＯＳＣｎ（例えばｎは５以上）が繰り返し算出され、その平均値ＯＳＣａｖが所定の劣化判定値ＯＳＣｓと比較される。そして、平均値ＯＳＣａｖが劣化判定値ＯＳＣｓを超えていれば触媒１１は正常、平均値ＯＳＣａｖが劣化判定値ＯＳＣｓ以下ならば触媒１１は劣化と判定される。
【００４８】
なお、車両の走行距離等、触媒劣化の進行に相関するパラメータに応じて酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出回数ｎを変化させてもよい。例えば走行距離が比較的少なく明らかに劣化が相当程度進んでいないと想定できる場合はｎを少ない値とし、走行距離が比較的多く劣化が相当程度進んでいる可能性のある場合はｎを多い値とする。
【００４９】
酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖを劣化判定値ＯＳＣｓと比較する際、触媒の温度に応じて温度補正を実行するのが好ましい。具体的には、算出された酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖを触媒の所定の基準温度相当の値に補正し、この補正後の値を劣化判定値ＯＳＣｓと比較する。この場合、触媒温度が高温であるほど算出される酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が大きくなる傾向にあるので、触媒温度が基準温度より高ければ酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖはより小さい値に補正され、触媒温度が基準温度より低ければ酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖはより大きい値に補正される。
【００５０】
さて、前述したように、酸素吸蔵容量の算出値ないし計測値はエンジン運転状態に応じて変化する。より具体的には、エンジンが高負荷運転しているときほど酸素吸蔵容量の計測値が小さくなる傾向がある。この点を以下に説明する。
【００５１】
図５には、エンジン運転状態が変化したときの計測値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣの推移を調べた試験結果を示す。黒丸は、エンジン回転速度ＮＥと酸素吸蔵容量ＯＳＣとの関係を示し、黒三角はエンジン回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとの関係を示す。ここでＩ〜ＩＩＩの場合における黒丸と黒三角とは対になっており、例えばＩの場合、黒三角で示される回転速度ＮＥＩ及び負荷率ＫＬＩのときの酸素吸蔵容量ＯＳＣＩが黒丸で示される値となる。酸素吸蔵容量ＯＳＣの単位はｇ／ｓ、負荷率の単位は％である。負荷率ＫＬは、例えば、実際に筒内燃焼室に入った吸入空気量を行程容積で除して得られる値であり、制御上は、エアフローメータ５により検出した吸入空気量をＥＣＵ２０に予め記憶してある行程容積で除して算出される。試験の前提条件として、触媒温度と、単位時間当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）とは一定である。図示される試験結果から分かるように、状態ＩＩＩから状態Ｉへとエンジン運転状態が低負荷・高回転側から高負荷・低回転側に変化するにつれ、酸素吸蔵容量ＯＳＣは減少する傾向にある。
【００５２】
図６には、図５の試験結果をまとめたグラフを示す。横軸はエンジン１回転当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｒｅｖ）を示し、縦軸は計測値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ（ｇ）を示す。このグラフの前提条件も、図５と同様、触媒温度と、単位時間当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）とが一定である。図中の各黒丸は図５のＩ〜ＩＩＩの各場合に対応する。ここでエンジン１回転当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｒｅｖ）と単位時間当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）との関係について述べると、単位時間当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）が一定の場合、エンジン回転速度ＮＥが低回転であるほど、エンジン１回転当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｒｅｖ）は多くなる関係にある。よって図６においてＩＩＩからＩに向かうにつれエンジン回転速度ＮＥは低回転となる。図６から、エンジン１回転当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｒｅｖ）が多くなるほど、つまり１吸気行程当たりの吸入空気量が多くエンジン運転状態が高負荷であるほど、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値は低くなることが分かる。
【００５３】
このように、高負荷運転状態のとき酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が低くなる理由は、高負荷運転によりエンジン１回転当たりの吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｒｅｖ）が増大し、これに伴って触媒に流入する排気ガスの流速が増大し、触媒での排気ガス滞留時間が短くなると共に、触媒での反応速度が排気ガスの流入速度に追いつかず、未反応のまま触媒を素通りする排気ガス量が多くなるためである。この結果、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が真の値より少なく計測されるという誤計測が起こる。そしてまた、少なく計測された酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が一定の劣化判定値と比較される結果、触媒は劣化と誤って判定（誤劣化判定）される可能性もある。なお、この対策として高負荷運転状態のときに一律に劣化検出を禁止する方法もあるが、これだと劣化検出の頻度が低下し、得策ではない。
【００５４】
そこで、一定以上の劣化検出頻度を確保しつつ、上述したような誤計測や誤判定を防止するため、本発明に係る触媒劣化検出装置では、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中に、触媒に流入する排気ガスの流速を抑制するためのガス流速抑制制御を実行するようにしている。
【００５５】
ガス流速抑制制御の第１の形態は、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中に排気弁Ｖｅの開タイミングが遅角されるようにＶＶＴｅ１９を制御するタイミング遅角制御からなる（図７（Ａ）参照）。一般に、膨張行程で筒内燃焼室３にある高圧、高温の既燃ガスは、排気弁が開放されたと同時に排気弁の周囲を通り抜けて排気ポート内に噴出する（図７（Ｂ）参照）。この噴出時、排気通路内の排気ガスの流速は瞬間的に一気に高まり、触媒に流入する排気ガスの流速を増大する原因となる。しかしながら、排気弁の開タイミングを遅角すると、このようなガス流速の増大が抑制される。即ち、排気弁の開タイミングが遅れる分、筒内燃焼室３に長く既燃ガスが残存するようになる。よってその分、既燃ガスの熱を燃焼室３の内壁に長く伝達させ、既燃ガスの持つ熱エネルギを低下させることができる。また、遅角の結果、排気弁が膨張下死点を超えて開弁されるようになる場合、燃焼室３の既燃ガスが圧縮されてピストンを押し下げる力、つまりエンジンのマイナストルクとして働き、その分、既燃ガスの持つエネルギを下げることができる。結果的に、排気弁の開タイミングを遅角すると燃焼室３の既燃ガスの持つエネルギが低下させられ、これにより排気弁開弁直後の既燃ガスの流速及び流量（所謂ブローダウンガス量）を低下し、触媒流入排気ガスの流速をも抑制することができる。
【００５６】
図７は、排気弁Ｖｅの開閉タイミングの遅角とこれに伴う既燃ガスの流速低下の様子とを示す試験結果に関するグラフである。（Ａ）は排気弁Ｖｅ及び吸気弁Ｖｉのクランク角に対するリフトの変化を示す。（Ｂ）は排気弁Ｖｅ及び吸気弁Ｖｉをそれぞれ既燃ガス及び吸入空気が通過するときの弁通過流速のクランク角に対する変化を示す。（Ａ）に示されるように、吸気弁ＶｉのリフトカーブＩＮは変化されないが、排気弁Ｖｅのリフトカーブは、その開閉タイミングの遅角により、ＥＸｂからＥＸｄへと遅角側に変化される。そしてこれら排気弁リフトカーブＥＸｂ及びＥＸｄに対応した排気弁通過流速の変化が（Ｂ）においてＥＸｂ及びＥＸｄで示される。
【００５７】
（Ｂ）に示されるように、排気弁ＶｅのリフトカーブがＥＸｂからＥＸｄへと遅角されたとき、既燃ガスの弁通過流速はＥＸｂからＥＸｄへと変化する。特に、排気弁Ｖｅの開弁直後は弁通過流速が一気に増大するが、このときの最大流速は遅角前より遅角後の方が低い。この結果から、排気弁開タイミングの遅角により触媒流入排気ガスの流速を抑制できることが理解されよう。
【００５８】
なお、（Ｂ）においてＩＮｂ及びＩＮｄは、それぞれ排気弁ＶｅのリフトカーブをＥＸｂ及びＥＸｄとしたときの吸入空気の吸気弁通過流速を示す。排気弁リフトカーブをＥＸｂからＥＸｄへ遅角させると吸排気弁のオーバーラップが生じるので、そのオーバーラップ期間で吸排気の逆流（マイナスの流速）が生じているのが分かる。
【００５９】
さて、次に、排気弁タイミング遅角制御の具体的内容を図８に基づいて説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ２２により所定の微小時間（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００６０】
まず、最初のステップＳ１０１では、前述のアクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判断される。例えば、内燃機関が定常運転状態にあり、触媒が所定の活性温度域にあるときに、実行条件成立となる。
【００６１】
実行条件が成立していない場合、ステップＳ１０７に進んで、排気弁の開閉タイミングが、エンジン運転状態に基づいて定まる基本目標値と等しくなるように制御される。具体的には、カム角センサにより検出される実際のカム角が、検出された回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて定まる基本目標値θｂと等しくなるように、ＶＶＴｅ１９が制御される。こうして本ルーチンが終了される。
【００６２】
実行条件が成立している場合、ステップＳ１０２に進んで、前述のアクティブ空燃比制御が実行される。そしてこれに伴って酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が実行される。
【００６３】
次にステップＳ１０３に進み、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が終了したか否かが判定される。計測が終了していればステップＳ１０７に進み、計測が終了してなければステップＳ１０４に進む。
【００６４】
ステップＳ１０４では、排気弁タイミングの遅角禁止要求の有無が判断される。例えば、アクセルが大きく踏まれて加速が要求されているときに排気弁タイミングが遅角されてしまうと燃焼室３からの排気の抜けが悪化し、十分な加速が得られないことがある。従ってこのような場合には排気弁タイミングの遅角が禁止される。本形態では、少なくとも、エアフローメータ５の出力値に基づき検出された負荷率ＫＬが、高負荷側或いは最大負荷付近の所定値ＫＬｓ（例えば７０〜８０％程度）を超えているとき、遅角禁止要求有りとして、排気弁タイミングの遅角が禁止される。この場合、ステップＳ１０７に進んで、排気弁タイミングは基本目標値に制御される。
【００６５】
他方、遅角禁止要求無しと判断された場合、ステップＳ１０５に進んで、排気弁タイミングの遅角後の目標値（遅角目標値）が算出される。この算出には図９に示されるような所定の遅角量マップが使用される。ＥＣＵ２０は、検出された回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいてカム角の基本目標値θｂを算出すると共に、検出された負荷率ＫＬに対応する遅角量Δθをマップから取得する。そして、基本目標値θｂに遅角量Δθを加算し、遅角後の目標値θｄを算出する。
【００６６】
次に、ステップＳ１０６において、排気弁タイミングが遅角後の目標値と等しくなるように制御される。具体的には、検出される実際のカム角が、遅角目標値θｄと等しくなるようにＶＶＴｅ１９が制御される。こうして本ルーチンが終了される。
【００６７】
こうして、排気弁タイミングは負荷率に応じた遅角量だけ基本目標値から遅角される。ここで図９のマップから分かるように、負荷率が高いほど遅角量は大きくされる。これは負荷率が高いほど吸入空気量が多くなって排気弁開弁直前の燃焼室内の圧力エネルギが増大し、排気弁開弁直後の最大ガス流速が増大するからである。図示するマップによれば、低負荷側から高負荷側にかけて遅角量がリニアに増大される。よって低負荷側でも少ないながら遅角が行われるが、このような例に限らず、例えば低負荷側で遅角を行わず、且つ高負荷側でのみ遅角を行うようにしてもよい。少なくとも高負荷側で遅角を行うのが好ましい。図示するマップでは、上記禁止要求に対応して、その判別しきい値である所定値ＫＬｓを超えた領域で遅角量はゼロとされる。
【００６８】
このようにして、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中は、排気弁Ｖｅの特に開タイミングが、その計測中でない場合に比して遅角される。これにより、排気弁開弁直後の既燃ガスの流速及び流量を低下し、触媒流入排気ガスの流速増大を抑制することができる。そして、図６に仮想線Ｚで示されるように、高負荷側でも真の値に近い高い酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値を確保できるようになり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの誤計測、および触媒劣化検出における誤劣化判定を防止することができる。
【００６９】
次に、ガス流速抑制制御の第２の形態を説明する。この第２の形態は、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中に排気弁Ｖｅの最大リフトが減少されるように可変動弁機構を制御するリフト減少制御からなる（図１０参照）。そしてこれに伴い、可変動弁機構として、前述の可変バルブタイミング機構１９に代わり、排気弁Ｖｅのリフトを可変にするための可変バルブリフト機構が用いられる。図１０には開閉タイミング及び作用角が同一のままリフトのみが減少される例を示すが、これに限らず、リフト減少と同時に開閉タイミング及び作用角が変化するもの、例えば作用角が減少し、開タイミングが遅れ閉タイミングが早まるものも使用可能である。ここでは排気弁Ｖｅのリフトを連続的に可変とする機構が採用されている。しかしながら、排気弁のリフトを段階的に可変とする機構、例えば２段階に可変とする機構を採用することも可能である。
【００７０】
排気弁リフトを減少させると、排気弁開弁時に排気弁がゆっくりと開くようになり、開弁開始時から同一時間経過した時点での排気弁周りの通路面積が、減少させない場合に比べ少なくなる。よって、通路面積が少ない分、既燃ガス流速は増大するかもしれないが、流量自体は低下され、よって触媒の位置においても排気ガス流量が低下され、ひいては流速が低下される。これにより、特に問題となる排気弁開弁直後の触媒流入排気ガスの最大流速を低下させることができる。
【００７１】
なお、排気弁開弁直後に既燃ガスが噴出するとき、既燃ガス流速が音速に達するとそれ以上流速が上昇しなくなり、他方、排気弁周りの通路面積は小さいので、全体としてガス流量は抑制されるものと思われる。排気弁開弁直後のガス流量が少なくなった分、その後の期間でのガス流量が増加されるが、それでも、図７（Ｂ）から明らかなように、排気弁開弁直後の時ほどの最大ガス流量には到達しないので問題とならない。
【００７２】
図１１は、排気弁リフト減少制御のルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ２２により所定の微小時間（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７３】
この排気弁リフト減少制御は、前記排気弁タイミング遅角制御の「タイミング遅角」が「リフト減少」に置き換わったこと以外、排気弁タイミング遅角制御と同様である。ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。ステップＳ２０４において、前記ステップＳ１０４と同様、排気弁リフトの減少禁止要求の有無が判断される。その理由は、加速が要求されているときに排気弁リフトが減少されてしまうと燃焼室３からの排気の抜けが悪化し、十分な加速が得られなくなるからである。ここでも検出された負荷率ＫＬが所定値ＫＬｓを超えているとき、減少禁止要求有りとして、排気弁リフトの減少が禁止される。この場合、ステップＳ２０７に進んで、排気弁リフトがエンジン運転状態に基づいて定まる基本目標値に制御される。
【００７４】
減少禁止要求無しと判断された場合、ステップＳ２０５に進んで、排気弁リフトの減少後の目標値（減少目標値）、より正確には排気弁最大リフトの目標値が算出される。この算出には図９に示したマップと同様な、図１２に示されるような所定の減少量マップが使用される。ＥＣＵ２０は、検出された回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて排気弁最大リフトの基本目標値Ｌｂを算出すると共に、検出された負荷率ＫＬに対応する減少量ΔＬをマップから取得する。そして、基本目標値Ｌｂから減少量ΔＬを減算し、減少後の排気弁最大リフトの目標値Ｌｄを算出する。
【００７５】
次に、ステップＳ２０６において、排気弁最大リフトが減少目標値Ｌｄと等しくなるように制御される。こうして本ルーチンが終了される。
【００７６】
排気弁タイミングのときと同様、排気弁最大リフトも負荷率に応じた減少量だけ基本目標値から減少される。ここで図１２のマップから分かるように、負荷率が高いほど減少量は大きくされる。これは負荷率が高いほど吸入空気量が多くなって排気弁開弁直前の燃焼室内の圧力エネルギが増大し、排気弁開弁直後の最大ガス流量が増大するからである。図示するマップによれば、低負荷側から高負荷側にかけて減少量がリニアに増大される。よって低負荷側でも少ないながらリフト減少が行われるが、このような例に限らず、例えば低負荷側でリフト減少を行わず、且つ高負荷側でのみリフト減少を行うようにしてもよい。少なくとも高負荷側でリフト減少を行うのが好ましい。図示するマップでは、上記禁止要求に対応して、その判別しきい値である所定値ＫＬｓを超えた領域で減少量はゼロとされる。
【００７７】
このようにして、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中は、排気弁Ｖｅの特に最大リフトが、その計測中でない場合に比して減少される。これにより、排気弁開弁直後の既燃ガスの流量を低下し、触媒流入排気ガスの流速を抑制することができる。そして、図６に仮想線Ｚで示されるように、高負荷側でも真の値に近い高い酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値を確保できるようになり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの誤計測、および触媒劣化検出における誤判定を防止することができる。
【００７８】
次に、ガス流速抑制制御の第３の形態を説明する。この第３の形態は、前記第１の形態と前記第２の形態とを組み合わせたものであり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測中に、排気弁Ｖｅの開タイミングの遅角と、排気弁Ｖｅの最大リフトの減少とが両方実行され得る（図１３参照）。そしてこれに伴い、可変動弁機構として、排気弁Ｖｅのタイミング及びリフトを可変にするための可変バルブタイミングリフト機構が用いられる。図１３には作用角同一のまま、タイミング遅角及びリフト減少が行われる例を示すが、これに限らず、タイミング遅角及びリフト減少に伴って作用角が変化するものであってもよい。ここでは排気弁Ｖｅのタイミング及びリフトを連続的に可変とする機構が採用されるが、それらを段階的に可変とする機構を採用することもできる。
【００７９】
図１４は、排気弁タイミング遅角制御と排気弁リフト減少制御とを双方実行可能なルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ２２により所定の微小時間（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００８０】
ステップＳ３０１〜Ｓ３０３は前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。ステップＳ３０１でアクティブ空燃比制御実行条件非成立と判断された場合、及び、ステップＳ３０３で酸素吸蔵容量計測終了と判断された場合、ステップＳ３１１において、排気弁タイミング及びリフトが基本目標値に制御される。
【００８１】
ステップＳ３０４では、前記ステップＳ１０４と同様、排気弁タイミングの遅角禁止要求の有無が判断される。遅角禁止要求有りと判断された場合、ステップＳ３０６にて、排気弁タイミングの目標値が基本目標値に設定される。他方、遅角禁止要求無しと判断された場合、ステップＳ３０５にて、排気弁タイミングの目標値が遅角目標値θｄに設定される。
【００８２】
次に、ステップＳ３０７において、前記ステップＳ２０４と同様、排気弁リフトの減少禁止要求の有無が判断される。減少禁止要求有りと判断された場合、ステップＳ３０９にて、排気弁最大リフトの目標値が基本目標値Ｌｂに設定される。他方、減少禁止要求無しと判断された場合、ステップＳ３０８にて、排気弁最大リフトの目標値が減少目標値Ｌｄに設定される。
【００８３】
なお、これらタイミング遅角禁止要求とリフト減少禁止要求との有無が、同一のパラメータ（負荷率ＫＬ）及び同一の判定しきい値（ＫＬｓ）を用いて判断される場合、ステップＳ３０４とステップＳ３０７との判定結果は同じとなる。他方、これらが異なるパラメータ及び判定しきい値を用いて判断される場合、ステップＳ３０４とステップＳ３０７との判定結果は異なることもあり得る。
【００８４】
次に、ステップＳ３１０において、前記ステップＳ３０５又はＳ３０６、及び前記ステップＳ３０８又はＳ３０９でそれぞれ設定された目標値に、排気弁タイミング及びリフトが制御される。これにより本ルーチンが終了される。この第３の形態によっても、前記第１及び第２の形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００８５】
なお、上述の実施形態においては、少なくともＥＣＵ２０により、酸素吸蔵容量計測手段、ガス流速抑制制御手段が構成され、また、少なくともＥＣＵ２０及びエアフローメータ５により負荷率検出手段が構成される。
【００８６】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関は直噴式であったが、吸気ポート（吸気通路）噴射式或いは両噴射方式を兼ね備えるデュアル噴射式の内燃機関にも本発明は適用可能である。
【００８７】
前記実施形態では吸気弁用の可変動弁機構が省略されたが、これが設けられてもよい。また、ガス流速抑制制御手段としては、例えば触媒前の排気通路に排気絞り弁を設け、酸素吸蔵容量計測中にこの排気絞り弁を絞るように制御するものも採用可能である。
【００８８】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】アクティブ空燃比制御の基本を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の算出方法を説明するための図である。
【図５】エンジン運転状態が変化したときの酸素吸蔵容量計測値の推移を調べた試験結果を示すグラフである。
【図６】図５の試験結果をまとめたグラフであり、エンジン１回転当たりの吸入空気量と酸素吸蔵容量計測値との関係を示す。
【図７】排気弁の開閉タイミングの遅角とこれに伴う既燃ガスの流速低下の様子とを示す試験結果に関するグラフである。
【図８】ガス流速抑制制御の第１の形態にかかる排気弁タイミング遅角制御のフローチャートである。
【図９】排気弁タイミング遅角制御に用いられる遅角量マップである。
【図１０】排気弁リフトが減少される様子を示すグラフである。
【図１１】ガス流速抑制制御の第２の形態にかかる排気弁リフト減少制御のフローチャートである。
【図１２】排気弁リフト減少制御に用いられる減少量マップである。
【図１３】排気弁のタイミング遅角及びリフト減少が同時に実行される様子を示すグラフである。
【図１４】ガス流速抑制制御の第３の形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１  内燃機関
６  排気管
１１  触媒
１２  インジェクタ
１５  アクセル開度センサ
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
１９  可変バルブタイミング機構（ＶＶＴｅ）
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ＯＳＣ  触媒の酸素吸蔵容量
ＯＳＣｓ  劣化判定値
ＫＬ  負荷率
Δθ  遅角量
ΔＬ  減少量
【図１】
2008121464.tif 000004
【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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