(57)【要約】【課題】  内燃機関の運転状態にかかわらず触媒が劣化したか否かを精度良く判定することが可能な触媒劣化判定装置を提供すること。【解決手段】  この装置は、触媒５３が新品であるとの仮定のもと内部反応による推定発熱量Qreacestを触媒流入ガスの実際の温度Tinact及び組成（空燃比）に基づいて機関の運転状態にかかわらず推定し、同反応によるガス温度増加量ΔTupを算出する。また、触媒５３内部のガスから外壁５３ａへの熱伝達による損失熱量Qlossを推定し、同熱伝達によるガス温度減少量ΔTdownを算出する。加えて、「Toutest＝Tinact＋ΔTup−ΔTdown」なる式にて触媒５３が新品であるとの仮定のもと推定流出ガス温度Toutestを算出する。そして、触媒５３の劣化の進行につれてToutestと実流出ガス温度Toutactの差が増大することに着目し、両者間の比較結果から触媒５３が劣化触媒であるか否かを判定する。【選択図】  図５
2005351153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒に流入するガスの実際の温度を取得する実流入ガス温度取得手段と、
前記触媒から流出するガスの実際の温度を取得する実流出ガス温度取得手段と、
を備えた排気浄化装置に適用される触媒劣化判定装置であって、
前記触媒が劣化触媒であると判定されるべき程度にまで劣化していない所定の状態にある正常触媒であると仮定した場合において同触媒の内部の反応により同触媒内部にて発生する熱量である発熱量を前記内燃機関の運転状態に基づいて推定する発熱量推定手段と、
少なくとも前記取得された実流入ガス温度と、前記推定された発熱量とに基づいて前記触媒から流出するガスの温度を推定する流出ガス温度推定手段と、
前記推定された流出ガス温度と前記取得された実流出ガス温度との比較結果に基づいて前記触媒が前記劣化触媒であるか否かを判定する劣化判定手段と、
を備えた触媒劣化判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒劣化判定装置において、
前記発熱量推定手段は、
前記触媒に流入するガスの組成を表す値を取得するとともに、少なくとも前記取得された実流入ガス温度と前記取得されたガス組成を表す値とに基づいて前記発熱量を推定するように構成された触媒劣化判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の触媒劣化判定装置において、
前記流出ガス温度推定手段は、
前記触媒内部のガスから同触媒の外壁へ伝達される熱量である損失熱量を推定する損失熱量推定手段を備えるとともに、
更に前記推定された損失熱量にも基づいて前記流出ガス温度を推定するように構成された触媒劣化判定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の触媒劣化判定装置において、
前記損失熱量推定手段は、
前記取得された実流入ガス温度に少なくとも基づいて前記触媒内部のガス温度を推定するとともに前記触媒の外壁の温度を取得し、少なくとも前記推定された触媒内部のガス温度と前記取得された触媒の外壁の温度とに基づいて前記損失熱量を推定するように構成された触媒劣化判定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の触媒劣化判定装置において、
前記劣化判定手段は、
前記推定された流出ガス温度と前記取得された実流出ガス温度の差が所定値を超えたとき前記触媒が前記劣化触媒であると判定するように構成された触媒劣化判定装置。
【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設された触媒（触媒コンバータ）が劣化したか否かを判定する触媒劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排ガスを浄化するための触媒（触媒コンバータ）が同機関の排気通路に配設されている。この触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは同触媒に加わる熱により劣化する。触媒の劣化が進行すると同触媒による排ガスの浄化能力が低下し、この結果、有害物質の外部への排出量が増加する。従って、触媒が劣化したか否かを判定するとともに触媒が劣化したと判定された場合、例えば、触媒の交換を促すために警報ランプを点灯するなどの処置を行う必要がある。
【０００３】
ところで、一般に、触媒の劣化が進行するほど、触媒の内部での反応速度、反応量等が減少していくことに起因して同触媒内部の反応により発生する発熱量が減少していく傾向がある。係る観点に着目して、例えば、特許文献１に記載の触媒劣化判定装置は、触媒の上下流の排気温度と、その他のエンジン情報（例えば、エンジン回転速度、アクセル開度、排ガスの空燃比等）とに基づいて触媒内部での可燃物（ＨＣ）の反応により発生する可燃物の発熱量を推定し、同推定された可燃物の発熱量が所定の判定値よりも小さいとき触媒が劣化したと判定するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１０６１４０号公報
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載の装置を利用して触媒が劣化したか否かを精度良く判定するためには、比較的多くの可燃物（ＨＣ）が触媒に流入している運転状態で同判定が実行される必要がある。換言すれば、例えば、理論空燃比よりもリーン空燃比のガスが触媒に流入している運転状態では触媒に流入するガス中の可燃物の量（濃度）が微量となっているため触媒が劣化したか否かを精度良く判定することができない。従って、機関の運転状態によっては触媒が劣化したか否かを精度良く判定することができないという問題がある。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記課題に対処するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の運転状態にかかわらず触媒が劣化したか否かを精度良く判定することが可能な触媒劣化判定装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の触媒劣化装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記触媒に流入するガスの実際の温度を取得する実流入ガス温度取得手段と、前記触媒から流出するガスの実際の温度を取得する実流出ガス温度取得手段とを備えた排気浄化装置に適用される。
【０００７】
ここで、前記実流入ガス温度取得手段、及び前記実流出ガス温度取得手段は、温度センサ等により物理的にガス温度を検出する手段であっても、機関の運転状態（例えば、エンジン回転速度、アクセル開度等）の履歴と所定の計算式とに基づいてガス温度を推定する手段であってもよい。
【０００８】
本発明の触媒劣化判定装置は、発熱量推定手段と、流出ガス温度推定手段と、劣化判定手段とを備える。以下、順に説明する。
【０００９】
発熱量推定手段は、前記触媒が劣化触媒であると判定されるべき程度にまで劣化していない所定の状態にある正常触媒であると仮定した場合において同触媒の内部の反応により同触媒内部にて発生する熱量である発熱量を前記機関の運転状態に基づいて推定する手段である。ここで、「所定の状態」とは、例えば、新品の状態（製造完成後において全く使用されていない状態）であることが好ましい。
【００１０】
これによると、機関の排気通路に配設された触媒の劣化の進行の程度にかかわらず、同触媒が上記所定の状態（例えば、新品の状態）にある正常触媒であるものとして同触媒内部の反応（例えば、酸化反応、還元反応等）による発熱量が機関の運転状態にかかわらず推定される。
【００１１】
この場合、前記発熱量推定手段は、前記触媒に流入するガスの組成を表す値を取得するとともに、少なくとも前記取得された実流入ガス温度と前記取得されたガス組成を表す値とに基づいて前記発熱量を推定するように構成されることが好適である。触媒内部の反応による発熱量は、触媒に流入するガスの温度、及び同流入するガスの組成に大きく依存する。従って、上記構成によれば、触媒が上記正常触媒であると仮定した場合における上記触媒内部の反応による発熱量が機関の運転状態にかかわらず精度良く推定され得る。
【００１２】
前記「触媒に流入するガスの組成を表す値」は、例えば、触媒に流入するガスの酸素濃度、或いは空燃比である。排ガスの組成（例えば、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度等）は、同排ガスの酸素濃度、或いは空燃比に大きく依存する。従って、排ガスの酸素濃度、或いは空燃比を取得できれば、同排ガスの組成を精度良く推定できる。なお、触媒に流入する排ガスの酸素濃度、或いは空燃比は、例えば、触媒上流の排気通路に配設された空燃比センサ（酸素濃度センサ）により検出され得る。
【００１３】
流出ガス温度推定手段は、少なくとも前記取得された実流入ガス温度と、前記推定された発熱量とに基づいて前記触媒から流出するガスの温度を推定する手段である。上述した触媒内部の反応による発熱量が推定できれば、触媒が上記正常触媒であると仮定した場合における同反応による触媒内部でのガス温度の増加量を計算することができる。
【００１４】
従って、上記構成によると、例えば、触媒に流入するガス温度である上記実流入ガス温度に上記ガス温度増加量を加えることにより、触媒が上記正常触媒であると仮定した場合における同触媒から流出するガスの温度を推定することができる。
【００１５】
劣化判定手段は、前記推定された流出ガス温度と前記取得された実流出ガス温度との比較結果に基づいて前記触媒が前記劣化触媒であるか否かを判定する手段である。先に述べたように、一般に、触媒の劣化が進行するほど触媒内部の反応による発熱量が減少していく。また、触媒内部の反応による発熱量が減少するほど上記触媒内部でのガス温度増加量が減少していき、この結果、触媒から流出するガス温度が減少していく傾向がある。
【００１６】
従って、機関の排気通路に配設された触媒が上記正常触媒（例えば、新品の触媒）である場合、上述のように推定された流出ガス温度が、上記実流出ガス温度と精度良く一致し得る。一方、機関の排気通路に配設された触媒の劣化が進行するほど上記推定された流出ガス温度と上記実流出ガス温度との差が大きくなる（即ち、推定された流出ガス温度の推定誤差が大きくなる）。
【００１７】
以上の観点に基づき、前記劣化判定手段は、上記推定された流出ガス温度と上記実流出ガス温度との比較結果に基づいて触媒が劣化触媒であるか否かを精度良く判定することができる。これによれば、機関の運転状態にかかわらず触媒が劣化したか否かを精度良く判定することが可能となる。
【００１８】
この場合、具体的には、前記劣化判定手段は、前記推定された流出ガス温度と前記取得された実流出ガス温度の差が所定値を超えたとき前記触媒が前記劣化触媒であると判定するように構成されると好ましい。これにより、簡易な比較演算により触媒が劣化したか否かが判定され得る。
【００１９】
上記何れかの本発明に係る触媒劣化判定装置においては、前記流出ガス温度推定手段は、前記触媒内部のガスから同触媒の外壁へ伝達される熱量である損失熱量を推定する損失熱量推定手段を備えるとともに、更に前記推定された損失熱量にも基づいて前記流出ガス温度を推定するように構成されることが好適である。
【００２０】
一般に、触媒内部の温度は同触媒の外壁（同触媒の床）の温度よりも高い。従って、触媒内部を排ガスが通過する場合、実際には、触媒内部から触媒の外壁への熱伝達（熱損失）が発生する。係る熱損失が発生すると、その熱損失量に応じて触媒内部のガス温度が低下する。
【００２１】
従って、上記構成のように、上記実流入ガス温度と上記推定された触媒内部の反応による発熱量とに加えて前記推定された損失熱量にも基づいて触媒から流出するガス温度を推定すると、触媒が上記正常触媒であると仮定した場合における同触媒から流出するガス温度をより一層精度良く推定することができる。この結果、触媒が劣化したか否かがより一層精度良く判定され得る。
【００２２】
この場合、前記損失熱量推定手段は、前記取得された実流入ガス温度に少なくとも基づいて前記触媒内部のガス温度を推定するとともに前記触媒の外壁の温度を取得し、少なくとも前記推定された触媒内部のガス温度と前記取得された触媒の外壁の温度とに基づいて前記損失熱量を推定するように構成されると好ましい。
【００２３】
触媒内部のガスから触媒の外壁へ伝達される熱量（即ち、損失熱量）は、触媒内部のガス温度と触媒の外壁の温度の差に応じて精度良く計算され得る。従って、上記構成によれば、上記損失熱量が精度良く計算され得、この結果、触媒が劣化したか否かが更に一層精度良く判定され得る。
【００２４】
触媒内部のガス温度は、例えば、上記実流入ガス温度に、上記推定された触媒内部の反応による発熱量から計算される同反応によるガス温度の増加量を加えることで推定することができる。また、触媒の外壁の温度は、例えば、触媒の外壁の温度を検出する触媒床温センサにより物理的に検出してもよいし、機関の運転状態（例えば、エンジン回転速度、アクセル開度等）の履歴と、所定の計算式とに基づいて推定してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による触媒劣化判定装置を含んだ内燃機関の空燃比制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。この空燃比制御装置は、機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置でもある。
【００２６】
図１は、実施形態に係る触媒劣化判定装置を含む空燃比制御装置を４サイクル火花点火式多気筒内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００２７】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００２８】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００２９】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及びリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００３０】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３を備えている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。
【００３１】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された三元触媒である上流側触媒５３、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された三元触媒である下流側触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００３２】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、スロットルポジションセンサ６３、カムポジションセンサ６４、クランクポジションセンサ６５、水温センサ６６、空燃比センサ６７、酸素濃度センサ６８、上流側温度センサ６９、下流側温度センサ７０、アクセル開度センサ７１、及び警報ランプ７３を備えている。
【００３３】
エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量Gaに応じた信号を出力するようになっている。吸気温センサ６２は、吸入空気の温度を検出し、吸気温度THAを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６３は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。
【００３４】
カムポジションセンサ６４は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６５は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ６６は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００３５】
空燃比センサ６７は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、上流側触媒５３に流入するガス（以下、単に「触媒流入ガス」と云うこともある。）の空燃比を検出し、図２に示したように、検出した空燃比abyfに応じた信号vabyfsを出力するようになっている。
【００３６】
酸素濃度センサ６８は、所謂「固体電解質型センサ」（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素センサ）であって、その出力Voxsは、図３に示した特性を有する。即ち、酸素濃度センサ６８は、上流側触媒５３から流出するガス（以下、単に「触媒流出ガス」と云うこともある。）の空燃比が理論空燃比よりもリッチ及びリーンのとき最大出力値max及び最小出力値minをそれぞれ出力し、同流出するガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の値(目標値Voxsref)を出力するようになっている。
【００３７】
上流側温度センサ６９は、触媒流入ガスの温度を検出し、実流入ガス温度Tinactを示す信号を出力するようになっている。下流側温度センサ７０は、触媒流出ガスの温度を検出し、実流出ガス温度Toutactを示す信号を出力するようになっている。
【００３８】
アクセル開度センサ７１は、運転者によって操作されるアクセルペダル７２の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。警報ランプ７３は、後述するように上流側触媒５３が劣化触媒であると判定されたときに後述する電気制御装置８０からの点灯指示を受けて点灯するようになっている。
【００３９】
電気制御装置８０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。
【００４０】
インターフェース８５は、前記センサ６１〜７１と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜７１からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ８１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットルバルブアクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するとともに警報ランプ７３に点灯指示を送出するようになっている。
【００４１】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された触媒劣化判定装置を含む空燃比制御装置（以下、「本装置」と称呼する。）による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。三元触媒である上流側触媒５３（下流側触媒５４も同様である。）は、機関に供給する混合気の空燃比（以下、「機関の空燃比」とも称呼する。）、即ち、触媒流入ガスの空燃比がほぼ理論空燃比のときに未燃成分（ＨＣ,ＣＯ）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。
【００４２】
更に、上流側触媒５３は、酸素を貯蔵する機能（所謂酸素貯蔵機能、Ｏ2ストレージ機能）を有し、この酸素貯蔵機能により、触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比から偏移したとしても、ＨＣ,ＣＯ、及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって触媒流入ガスにＮＯｘが多量に含まれると、上流側触媒５３はＮＯｘから酸素分子を奪ってＮＯｘを還元し、これによりＮＯｘを浄化する。また、機関の空燃比がリッチになって触媒流入ガスにＨＣ,ＣＯが多量に含まれると、上流側触媒５３はこれらに酸素分子を与えて酸化し、これによりＨＣ,ＣＯを浄化する。
【００４３】
従って、上流側触媒５３が連続的に流入する多量のＨＣ,ＣＯを効率的に浄化するためには、上流側触媒５３が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化するためには、上流側触媒５３が酸素を十分に貯蔵し得なければならないことになる。以上のことから明らかなように、上流側触媒５３の浄化能力は、同上流側触媒５３が貯蔵し得る最大の酸素量（最大酸素吸蔵量）に依存する。
【００４４】
一方、上流側触媒５３は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは上流側触媒５３に加わる熱により劣化するから、次第にその最大酸素吸蔵量が低下してくる。このように最大酸素吸蔵量が低下した場合であっても、エミッションを良好に維持するには、上流側触媒５３から流出するガス（触媒流出ガス）の空燃比が理論空燃比に極めて近い状態となるように制御する必要がある。
【００４５】
そこで、本装置は、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比に相当する上記目標値Voxsrefとなるように機関の空燃比をフィードバック制御する（本実施形態では、空燃比センサ６７の出力vabyfsにも応じて空燃比をフィードバック制御する。）。即ち、酸素濃度センサ６８の出力が理論空燃比よりリーンの空燃比を表す値となると機関の空燃比をリッチ側に制御し、酸素濃度センサ６８の出力が理論空燃比よりリッチの空燃比を表す値となると機関の空燃比をリーン側に制御する。以上が、本装置による空燃比フィードバック制御の概要である。
【００４６】
（触媒劣化判定の原理）
次に、本装置が実行する上流側触媒５３についての触媒劣化判定の原理について説明する。上流側触媒５３内部で発生する上述した酸化反応、還元反応等の反応速度（従って、反応量）は同一の条件において、上流側触媒５３の劣化が進行するほど減少していく。この結果、図４に示したように、係る反応により上流側触媒５３内部で発生する反応熱の量（実発熱量Qreacact）は、上流側触媒５３の新品状態からの劣化度が大きくなるほど減少していく。
【００４７】
よって、上流側触媒５３の劣化度が大きくなるほど上流側触媒５３内部での上記反応によるガス温度の増加量が減少していき、この結果、上流側触媒５３から流出するガス（触媒流出ガス）の温度は減少していく。換言すれば、上流側触媒５３の劣化度が大きくなるほど、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における触媒流出ガスの温度と実際の触媒流出ガスの温度（上記実流出ガス温度Toutact）の差が大きくなる。
【００４８】
従って、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における触媒流出ガスの温度（推定流出ガス温度Toutest）を精度良く推定できれば、同推定流出ガス温度Toutestと実流出ガス温度Toutactとの比較結果に基づいて上流側触媒５３の劣化度を推定することができる。
【００４９】
係る原理に基づいて、本装置は上流側触媒５３が劣化触媒であるか否かを判定する触媒劣化判定を行う。このため、本装置は、図５に示した上流側触媒５３についてのガス温度モデルを使用して上流側触媒５３が新品である（前記正常触媒である）と仮定した場合における上記推定流出ガス温度Toutestを算出する。
【００５０】
このガス温度モデルは、図５に示したように、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における上記反応による発熱量（後述する推定発熱量Qreacest）を推定して同反応による上流側触媒５３内部でのガス温度増加量ΔTupを算出する。また、このガス温度モデルは、上流側触媒５３内部のガスから上流側触媒５３の外壁（床、触媒ケース）５３ａへの熱伝達による後述する損失熱量Qlossを推定して同熱伝達（熱損失）による上流側触媒５３内部でのガス温度減少量ΔTdownを算出する。そして、ガス温度モデルは、上記実流入ガス温度Tinact、上記ガス温度増加量ΔTup、及び上記ガス温度減少量ΔTdownを用いた下記(1)式に従って上記推定流出ガス温度Toutestを算出する。
【００５１】
Toutest＝Tinact＋ΔTup−ΔTdown  ・・・(1)
【００５２】
<推定発熱量Qreacest、及びガス温度増加量ΔTupの算出>
以下、先ず、上記ガス温度モデルによる推定発熱量Qreacest、及びガス温度増加量ΔTupの算出方法について説明する。一般に、或るガスαについての或る反応における、温度Tのガスαの１molあたりの反応熱（発熱量）は、温度TのガスαのモルエンタルピHに等しい。温度TのガスαのモルエンタルピHは、下記(2)式にて表すことができる。
【００５３】
【数１】
2005351153.tif 000003
【００５４】
上記(2)式において、T0は標準温度であり、Cpはガスαの標準圧力での１molあたりの定圧比熱（モル定圧比熱）である。また、H0はガスαの標準温度T0における標準生成熱である。ここで、上記(2)において、ガスαを触媒流入ガスとし、Cp、及びH0をそれぞれ、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における触媒流入ガスの標準圧力での（等価）モル定圧比熱、及び標準温度T0における（等価）標準生成熱とする。
【００５５】
そうすると、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における上記実流入ガス温度Tinactの触媒流入ガス１molあたりの上記酸化反応等による発熱量（従って、推定発熱量Qreacest）は下記(3)式にて表すことができる。なお、上記(3)式の導出過程では、触媒流入ガスの標準圧力でのモル定圧比熱Cpは同触媒流入ガスの温度にかかわらず一定であると仮定した。なお、この推定発熱量Qreacestは、図４における点Ａに対応する値である。
【００５６】
Qreacest ＝ Cp・(Tinact−T0)＋H0  ・・・(3)
【００５７】
上記(3)式における上記触媒流入ガスのモル定圧比熱Cp、及び標準生成熱H0は、触媒流入ガスの組成（例えば、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度等）に大きく依存する値である。また、触媒流入ガスの組成は、同触媒流入ガスの空燃比（即ち、空燃比センサ６７により検出される空燃比abyf、ガス組成を表す値）により略一義的に決定され得る。従って、上記(3)式における触媒流入ガスのモル定圧比熱Cp、及び標準生成熱H0は、触媒流入ガスの空燃比abyfを引数とする関数funcCp，funcH0を利用することで下記(4)式、(5)式に従ってそれぞれ求めることができる。
【００５８】
Cp＝funcCp(abyf)  ・・・(4)
H0＝funcH0(abyf)  ・・・(5)
【００５９】
以上、上記(3)〜(5)式を利用することで、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における実流入ガス温度Tinactの触媒流入ガス１molあたりの推定発熱量Qreacestを求めることができる。このように、推定発熱量Qreacestは、触媒流入ガスの温度（実流入ガス温度Tinact）と同触媒流入ガスの空燃比abyfとに基づいて求められる。
【００６０】
上記推定発熱量Qreacestが求まれば、同推定発熱量Qreacestを触媒流入ガスの１molあたりの定圧比熱である上記モル定圧比熱Cp（上記(4)式を参照）で除する下記(6)式に従って、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における上記酸化反応等による上流側触媒５３内部でのガス温度増加量ΔTupを求めることができる。
【００６１】
ΔTup＝Qreacest / Cp  ・・・(6)
【００６２】
<損失熱量Qloss、及びガス温度減少量ΔTdownの算出>
次に、上記ガス温度モデルによる損失熱量Qloss、及びガス温度減少量ΔTdownの算出方法について説明する。上流側触媒５３内部のガスから上流側触媒５３の外壁５３ａへの熱伝達による上流側触媒５３内部のガス１molあたり、且つ単位時間あたりの損失熱量qlossは、下記(7)式に従って表すことができる。
【００６３】
qloss＝h・S・(T1−T2)  ・・・(7)
【００６４】
上記(7)式において、hは上流側触媒５３の外壁５３ａの材質により決定される上流側触媒５３内部のガス１molあたりの熱伝達係数、Sは上流側触媒５３内部のガスから上流側触媒５３の外壁５３ａへの熱伝達が発生し得る表面積の合計である。また、T1は上流側触媒５３内部のガス温度であり、T2は上流側触媒５３の外壁５３ａの温度（触媒床温）である。
【００６５】
また、上流側触媒５３に流入したガスが上記上流側触媒５３の外壁５３ａへの熱伝達に係わる時間は、同上流側触媒５３に流入したガスが同上流側触媒５３から流出するまでに要する時間と等しい。他方、上流側触媒５３に流入したガスが同上流側触媒５３から流出するまでに要する時間は、エアフローメータ６１により計測される吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Gaに大きく依存する。
【００６６】
従って、上流側触媒５３に流入したガスが同上流側触媒５３から流出するまでに要する時間は、上記吸入空気流量Gaを引数とする関数Timeを利用して「Time(Ga)」と表すことができる。以上より、上流側触媒５３内部のガスから上流側触媒５３の外壁５３ａへの熱伝達による上流側触媒５３内部のガス１molあたりの損失熱量Qlossは、下記(8)式に従って表すことができる。
【００６７】
Qloss＝qloss・Time(Ga)＝h・S・(T1−T2)・Time(Ga)  ・・・(8)
【００６８】
ここで、上記(8)式における上流側触媒５３内部のガス温度T1は、上記実流入ガス温度Tinactに上記(6)式にて算出されるガス温度増加量ΔTupを加えることで下記(9)式に従って求めることができる。
【００６９】
T1＝Tinact＋ΔTup  ・・・(9)
【００７０】
また、上記(8)式における上流側触媒５３の外壁温度T2は、機関１０のエンジン回転速度NEとアクセルペダル操作量Accpの履歴に大きく依存する。従って、上流側触媒５３の外壁温度T2は、エンジン回転速度NEとアクセルペダル操作量Accpとを引数とする関数funcT2を利用することで下記(10)式に従って求めることができる。
【００７１】
T2＝funcT2(NE,Accp)  ・・・(10)
【００７２】
以上、上記(8)〜(10)式を利用することで、上流側触媒５３内部のガスから上流側触媒５３の外壁５３ａへの熱伝達による上流側触媒５３内部のガス１molあたりの損失熱量Qlossを求めることができる。このように、損失熱量Qlossは、上流側触媒５３内部のガス温度T1と上流側触媒５３の外壁温度T2とに基づいて求められる。
【００７３】
上記損失熱量Qlossが求まれば、同損失熱量Qlossを触媒流入ガスの１molあたりの定圧比熱である上記モル定圧比熱Cp（上記(4)式を参照）で除する下記(11)式に従って、上記熱伝達（熱損失）による上流側触媒５３内部でのガス温度減少量ΔTdownを求めることができる。
【００７４】
ΔTdown＝Qloss / Cp  ・・・(11)
【００７５】
<触媒劣化判定の具体的方法>
以上のようにして、本装置は、上記ガス温度モデルを利用して上記ガス温度増加量ΔTup、及び上記ガス温度減少量ΔTdownをそれぞれ求め、これらの値を上記(1)式に用いることで上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における推定流出ガス温度Toutestを推定する。
【００７６】
そして、本装置は、係る推定流出ガス温度Toutestから下流側温度センサ７０により得られる実流出ガス温度Toutactを減じた値が所定の劣化判定基準値Tthを超えているとき、上流側触媒５３が劣化触媒であると判定する。なお、この劣化判定基準値Tthは、例えば、図４における点Ｂに対応する値である。以上が、触媒劣化判定の原理である。
【００７７】
（実際の作動）
次に、上記のように構成された触媒劣化判定装置を含んだ空燃比制御装置の実際の作動について、電気制御装置８０のＣＰＵ８１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図６〜図１０を参照しながら説明する。なお、図９、及び図１０に示した一連のフローチャートは、上記推定発熱量Qreacestを推定する発熱量推定手段、上記損失熱量Qlossを推定する損失熱量推定手段、上記推定流出ガス温度Toutestを推定する流出ガス温度推定手段、上流側触媒５３が劣化触媒であるか否かを判定する劣化判定手段に対応している。
【００７８】
ＣＰＵ８１は、図６に示した最終燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ８１はステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、エアフローメータ６１により計測された吸入空気流量Gaとエンジン回転速度NEとに基づいて、機関の空燃比を理論空燃比とするための基本燃料噴射量Ｆbaseをマップから求める。
【００７９】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ６１０に進み、基本燃料噴射量Ｆbaseに後述する空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを加えた値を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定する。次いで、ＣＰＵ８１はステップ６１５に進んで最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射するための指示を前記所定の気筒に対応するインジェクタ３９に対して行い、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、フィードバック補正された最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。なお、このルーチンは、他の気筒に対しても上記と同様に実行される。
【００８０】
次に、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの算出について説明する。ＣＰＵ８１は図７に示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んでフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。空燃比フィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であり、且つ、空燃比センサ６７が正常であるとき成立する。
【００８１】
いま、空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、現時点の空燃比センサ６７の出力vabyfsと後述するサブフィードバック制御量vafsfbとの和（vabyfs＋vafsfb）及び図２に示したマップに基づいて現時点における上流側触媒５３の上流の空燃比を求める。この空燃比は、上流側触媒５３の上流におけるガスのみかけの空燃比であり、以下、「上流側制御用空燃比abyfs」と称呼される。
【００８２】
次に、ＣＰＵ８１はステップ７１５に進み、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を前記求めた上流側制御用空燃比abyfsで除することにより、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。値Ｎは、内燃機関の排気量及び燃焼室２５から空燃比センサ６７までの距離等により異なる値である。
【００８３】
このように、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を上流側制御用空燃比abyfsで除するのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が空燃比センサ６７に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間を要しているからである。なお、筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ６１の出力Gaとエンジン回転速度NEとに基づいて求められ（例えば、エアフローメータ６１の出力Gaに一次遅れ処理を施した値をエンジン回転速度NEで除することにより求められ）、各吸気行程に対応してＲＡＭ８３内に記憶されている。
【００８４】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ７２０に進み、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点からＮストローク前の時点における目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）（この例では、理論空燃比）で除することにより、現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
【００８５】
そして、ＣＰＵ８１はステップ７２５に進んで目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じた値を筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、ＣＰＵ８１はステップ７３０に進み、(12)式に基づいて空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを求める。
ＤＦｉ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ  …(12）
【００８６】
上記(12)式において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。なお、(12)式の係数ＫＦＢはエンジン回転速度NE及び筒内吸入空気量Ｍｃ等により可変とすることが好適であるが、ここでは「１」としている。また、値ＳＤＦｃは筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値であり、次のステップ７３５にて更新される。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ７３５にてその時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ７２５にて求めた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを求め、ステップ７９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【００８７】
以上により、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが前述した図６のステップ６１０及びステップ６１５により最終燃料噴射量Ｆｉに反映される。この結果、現時点からＮストローク前の燃料供給量の過不足が補償されるので、機関の空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比）の平均値が目標空燃比abyfrと略一致せしめられる。
【００８８】
一方、ステップ７０５の判定時において、空燃比フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１は同ステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの値を「０」に設定し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、空燃比フィードバック制御条件が不成立であるときは、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを「０」として空燃比（基本燃料噴射量Ｆbase）の補正を行わない。
【００８９】
次に、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づく空燃比フィードバック制御について説明する。なお、かかる制御はサブフィードバック制御とも呼ばれる。このサブフィードバック制御により、上述したサブフィードバック制御量vafsfbが算出される。
【００９０】
ＣＰＵ８１は、サブフィードバック制御量vafsfbを求めるために、図８に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ７０５での空燃比フィードバック制御条件が成立し、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上であり、且つ、酸素濃度センサ６８が正常であるときに成立する。
【００９１】
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、酸素濃度センサ６８の出力Voxsの上記目標値Voxsrefから現時点の出力Voxsを減じることにより、出力偏差量ＤＶoxsを求める。次に、ＣＰＵ８１はステップ８１５に進み、下記(13)式に基づいいてサブフィードバック制御量vafsfbを求める。
vafsfb＝Ｋｐ・ＤＶoxs＋Ｋｉ・ＳＤＶoxs  …(13)
【００９２】
上記(13)式において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン、Ｋｉは予め設定された積分ゲインである。また、ＳＤＶoxsは、出力偏差量ＤＶoxsの積分値であって、次のステップ８２０にて更新される値である。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０に進むと、その時点における出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsに上記ステップ８１０にて求めた出力偏差量ＤＶoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsを求め、その後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９３】
このようにして、サブフィードバック制御量vafsfbが求められ、この値は前述した図７のステップ７１０にて空燃比センサ６７の実際の出力に加えられ、その和（vabyfs
+ vafsfb）が図２に示したマップに基づいて前記上流側制御用空燃比abyfsに変換される。換言すると、上流側制御用空燃比abyfsは、空燃比センサ６７が実際に検出している空燃比に対して、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づいて求められるサブフィードバック制御量vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比として求められる。
【００９４】
この結果、前述した図７のステップ７１５にて計算される筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）が酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じて変化するので、ステップ７２５，７３０によって空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが同酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じて変更せしめられる。これにより、上流側触媒５３の下流側の空燃比が理論空燃比に一致するように、機関の空燃比が制御せしめられる。
【００９５】
例えば、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を示すと、ステップ８１０にて求められる出力偏差量ＤＶoxsが正の値となるので、ステップ８１５にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは正の値となる。従って、ステップ７１０にて求められるabyfsは空燃比センサ６７が実際に検出している空燃比よりもリーンな値（より大きな値）として求められる。
【００９６】
このため、ステップ７１５にて求められる筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は小さい値となり、ステップ７２５にて求められる筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは大きい値となる。従って、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが大きい正の値となる。この結果、図６のステップ６１０にて求められる最終燃料噴射量Ｆｉは、基本燃料噴射量Ｆbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチ側の値となるように制御される。
【００９７】
反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比よりもリッチ空燃比に対応した値を示すと、出力偏差量ＤＶoxsが負の値となるので、サブフィードバック制御量vafsfbは負の値となる。従って、ステップ７１０にて求められるabyfsは空燃比センサ６７が実際に検出している空燃比よりもリッチな値（より小さな値）として求められる。
【００９８】
従って、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は大きい値となるので、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは負の値として求められる。その結果、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが負の値となる。これにより、最終燃料噴射量Ｆｉは、基本燃料噴射量Ｆbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーン側の値となるように制御される。
【００９９】
一方、ステップ８０５の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１は同ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８２５に進み、サブフィードバック制御量vafsfbの値を「０」に設定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるときは、サブフィードバック制御量vafsfbを「０」として空燃比センサ６７の出力vabyfsの補正（従って、空燃比センサ６７の検出空燃比の補正）を行わない。
【０１００】
次に、触媒劣化判定を行う際の作動について、図９、及び図１０に示した一連のルーチンを参照しながら説明する。ＣＰＵ８１は、図９、及び図１０に示した一連のルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んで触媒劣化判定条件が成立しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０１】
ここで、触媒劣化判定条件は、例えば、前述したステップ８０５でのサブフィードバック制御条件が成立し、図示しない車速センサにより得られる車速が所定の高車速以上であり、スロットルバルブ開度TAの単位時間あたりの変化量が所定量以下である、機関が定常運転されている場合に成立する。
【０１０２】
いま、触媒劣化判定条件が成立しているものとすると、ＣＰＵ８１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、上流側温度センサ６９、及び下流側温度センサ７０の出力に基づいて現時点での実流入ガス温度Tinact、及び実流出ガス温度Toutactをそれぞれ取得する。
【０１０３】
次に、ＣＰＵ８１はステップ９１５に進んで、空燃比センサ６７の出力vabyfs、及び図２に示したマップに基づいて現時点における上流側触媒５３の上流の空燃比（従って、触媒流入ガスの空燃比）abyfを求める。続いて、ＣＰＵ８１はステップ９２０に進み、上記求めた触媒流入ガスの空燃比abyfと、上記(4)式とに基づいて触媒流入ガスのモル定圧比熱Cpを求め、続くステップ９２５にて同空燃比abyfと、上記(5)式とに基づいて触媒流入ガスの標準生成熱H0を求める。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ９３０に進んで、先のステップ９１０にて取得した実流入ガス温度Tinactと、先のステップ９２０にて取得した触媒流入ガスのモル定圧比熱Cpと、先のステップ９２５にて取得した触媒流入ガスの標準生成熱H0と、上記(3)式とに基づいて推定発熱量Qreacestを求める。
【０１０５】
次に、ＣＰＵ８１はステップ９３５に進み、上記取得した触媒流入ガスのモル定圧比熱Cpと、上記求めた推定発熱量Qreacestと、上記(6)式とに基づいてガス温度増加量ΔTupを求める。
【０１０６】
続いて、ＣＰＵ８１はステップ９４０に進んで、上記取得した実流入ガス温度Tinactと、上記ガス温度増加量ΔTupと、上記(9)式とに基づいて上流側触媒５３内部のガス温度T1を求め、続くステップ９４５にてエンジン回転速度NEとアクセルペダル操作量Accpの各履歴と、上記(10)式とに基づいて上流側触媒５３の外壁温度T2を求める。
【０１０７】
次に、ＣＰＵ８１はステップ９５０に進み、上記求めた上流側触媒５３内部のガス温度T1と、上流側触媒５３の外壁温度T2と、現時点での吸入空気流量Gaと、上記(8)式とに基づいて損失熱量Qlossを求める。次いで、ＣＰＵ８１は図１０のステップ９５５に進んで、上記取得した触媒流入ガスのモル定圧比熱Cpと、上記求めた損失熱量Qlossと、上記(11)式とに基づいてガス温度減少量ΔTdownを求める。
【０１０８】
続いて、ＣＰＵ８１はステップ９６０に進み、上記取得した実流入ガス温度Tinactと、上記求めたガス温度増加量ΔTupと、上記求めたガス温度減少量ΔTdownと、上記(1)式とに基づいて推定流出ガス温度Toutestを求める。
【０１０９】
そして、ＣＰＵ８１はステップ９６５に進んで、上記求めた推定流出ガス温度Toutestから先のステップ９１０にて取得した実流出ガス温度Toutactを減じた値が上記劣化判定基準値Tthを超えているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。これは、上流側触媒５３が劣化触媒ではないと判定される場合に対応している。
【０１１０】
一方、ステップ９６５の判定において、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ＣＰＵ８１はステップ９７０に進んで、警報ランプ７３に点灯指示を行った後、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、警報ランプ７３が点灯せしめられる。これは、上流側触媒５３が劣化触媒であると判定される場合に対応している。
【０１１１】
以降も、ＣＰＵ８１はステップ９０５の触媒劣化判定条件が成立する毎に、図６〜図８に示したルーチンによる上述した空燃比フィードバック制御を実行しながら（中断することなく）、上流側触媒５３についてのこのような劣化判定を繰り返し行う。
【０１１２】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る触媒劣化判定装置によれば、所定の触媒劣化判定条件が成立する毎に、上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における同触媒内部の反応による発熱量（推定発熱量Qreacest）を触媒流入ガスの実際の温度（実流入ガス温度Tinact）及び同触媒流入ガスの組成（従って、空燃比abyf）に基づいて機関の運転状態にかかわらず推定して同反応による同触媒内部でのガス温度増加量ΔTupを算出する。また、上流側触媒５３内部のガスから同触媒の外壁５３ａへの熱伝達による損失熱量Qlossを推定して同熱伝達による同触媒内部でのガス温度減少量ΔTdownを算出する。
【０１１３】
加えて、上記(1)式（Toutest＝Tinact＋ΔTup−ΔTdown）に基づいて上流側触媒５３が新品であると仮定した場合における触媒流出ガスの温度（推定流出ガス温度Toutest）を推定する。そして、上流側触媒５３の劣化度が大きくなるほど推定流出ガス温度Toutestと触媒流出ガスの実際の温度（実流出ガス温度Toutact）の差が大きくなることに着目して、推定流出ガス温度Toutestと実流出ガス温度Toutactとの比較結果に基づいて上流側触媒５３が劣化触媒であるか否かを判定する。
【０１１４】
従って、所定の触媒劣化判定条件が成立する毎に、機関の運転状態にかかわらず触媒が劣化したか否かを精度良く判定することができる。また、触媒流出ガスの空燃比を理論空燃比に極めて近い状態に維持するための上述した空燃比フィードバック制御を実行しながら触媒劣化判定を行うことができるから、エミッションを増大させることなく触媒劣化判定を行うことができる。
【０１１５】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、推定発熱量Qreacestの算出において上記(2)式の積分計算を回避するために触媒流入ガスのモル定圧比熱Cpは触媒流入ガスの温度にかかわらず一定であると仮定したが（上記(3)式を参照）、触媒流入ガスのモル定圧比熱Cpを触媒流入ガスの温度Tinactの関数として表し、積分計算を含む上記(2)式にそのまま従って推定発熱量Qreacestを算出するように構成してもよい。
【０１１６】
また、上記実施形態においては、損失熱量Qlossの算出に使用される上流側触媒５３の外壁温度T2はエンジン回転速度NEとアクセルペダル操作量Accpとに基づいて上記(10)式に従って求めるようになっているが、上流側触媒５３の外壁温度T2を直接検出可能な温度センサの出力に基づいて上流側触媒５３の外壁温度T2を取得するように構成してもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態においては、上流側触媒５３内部のガス温度T1と上流側触媒５３の外壁温度T2の差に基づく上記(8)式に従って損失熱量Qlossを求めるようになっているが、公知の熱流束センサを使用して上流側触媒５３の外壁から放出される熱流束を検出し、同熱流束に基づいて損失熱量Qlossを求めるように構成してもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態における触媒劣化判定条件（図９のステップ９０５を参照）として、前回の触媒劣化判定から所定時間以上が経過したこと、前回の触媒劣化判定から車両が所定距離以上走行されたこと、前回の触媒劣化判定から機関が所定時間以上運転されたことの任意の一つ、或いは一つ以上を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】内燃機関に適用した本発明の実施形態に係る触媒劣化判定装置を含んだ空燃比制御装置（燃料噴射量制御装置）の概略を示した図である。
【図２】図１に示した上流側触媒の上流に配設された空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した上流側触媒の下流に配設された酸素濃度センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図４】上流側触媒内部の反応による反応熱の量（実発熱量）と、上流側触媒の劣化度との関係を示したグラフである。
【図５】図１に示した触媒劣化判定装置が触媒流出ガスの温度を推定するために使用する上流側触媒についてのガス温度モデルを示した模式図である。
【図６】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図７】図１に示したＣＰＵが空燃比フィードバック補正量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図１に示したＣＰＵがサブフィードバック量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図１に示したＣＰＵが触媒劣化判定を行うために実行するルーチンの前半部を示したフローチャートである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが触媒劣化判定を行うために実行するルーチンの後半部を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２０】
５３…上流側触媒、６５…クランクポジションセンサ、６７…空燃比センサ、６８…酸素濃度センサ、６９…上流側温度センサ、７０…下流側温度センサ、７１…アクセル開度センサ、７３…警報ランプ、８０…電気制御装置、８１…ＣＰＵ
【図１】
2005351153.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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