(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるかまたは燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
前記触媒上流における目標空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側であるリッチベース目標空燃比と理論空燃比よりもリーン側であるリーンベース目標空燃比との間で交互に変動させるベース空燃比制御手段と、
前記目標空燃比が前記ベース空燃比制御手段によってリッチ側またはリーン側に切り換えられてからリーン側またはリッチ側に切り換えられるまでの過程で、前記触媒が放出する酸素量または吸蔵する酸素量を、前記触媒の酸素吸蔵能として取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記酸素吸蔵能に基づいて前記触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段と、を備える内燃機関の触媒劣化検出装置であって、
前記目標空燃比を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に沿って、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に比して短周期かつ小振幅で変動させる第２空燃比制御手段を備える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】
前記短周期およびまたは前記小振幅は、前回の触媒劣化検出時に取得された酸素吸蔵能に基づいて決定され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】
前記短周期およびまたは前記小振幅は、吸入空気量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記短周期を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に対する過剰酸素量および不足酸素量に基づいて制御する短周期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記短周期制御手段は、前記第２空燃比制御手段による短周期変動の１サイクルにおける前記過剰酸素量と前記不足酸素量とを一致するように設定していることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項６】
前記第２空燃比制御手段は、前記ベース空燃比制御手段が前記リッチベース目標空燃比と前記リーンベース目標空燃比との間で前記目標空燃比を切り換える際に、前記リッチベース目標空燃比または前記リーンベース目標空燃比に対して理論空燃比に近い側から前記目標空燃比を変動させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に係り、特に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の劣化を検出するための触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の酸素吸蔵能（OSC(Oxygen Storage Capacity)能）を算出し、算出されたOSC能に基づいて触媒の劣化検出を行う触媒劣化検出装置が開示されている。より具体的には、この装置では、上流側触媒の上流における空燃比（以下、「目標空燃比」と称する）をリッチ側（またはリーン側）からリーン側（またはリッチ側）に変化させてから触媒下流の酸素センサの出力が反転するまでの時間に、上流側触媒が酸素を吸蔵する量（または酸素を放出する量）を計算することで、当該触媒のOSC能を算出している。そして、そのOSC能の値に基づいて触媒劣化を検出している（以下、「触媒劣化検出制御」と称する）。
【０００３】
図６は、上記の触媒劣化検出制御実行時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６中において、実線で示す波形は、触媒下流の酸素センサ（サブO2センサ）の出力が正常な場合を示し、破線で示す波形は、当該酸素センサの出力が異常な場合を示している。上述した触媒劣化検出制御の実行時には、図６（Ａ）に示すように、目標空燃比がリーンとリッチの間で交互に変更される。目標空燃比がリーンに制御されている場合は、図６（Ｂ）に示すように、上流側触媒に吸蔵される酸素量を計数する吸蔵酸素カウンタosariseの値が増加していく。そして、酸素センサの出力oxsが反転した時点で、目標空燃比がリッチに変更される。目標空燃比がリッチに変更されると、吸蔵酸素カウンタosariseの値がリセットされ、その代わりに、上流側触媒から放出される酸素量を計数する放出酸素カウンタosafallの値が増加していく。そして、酸素センサの出力oxsが反転した時点で、目標空燃比が再びリーンに変更される。触媒劣化検出制御の実行中は、このような処理が繰り返される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９７３３４号公報
【特許文献２】特公平７−３３７８８号公報
【特許文献３】特開平１１−２００８５３号公報
【特許文献４】特開２００１−１５２９１３号公報
【特許文献５】特開平８−１２１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した触媒劣化検出制御の実行中において、触媒後方の酸素センサの出力oxsが反転する直前のタイミング、すなわち、触媒の酸素吸蔵量が飽和または無くなるタイミングでは、触媒の浄化能が低下し始める。特に、目標空燃比がリッチとされている場合には、触媒に吸蔵された酸素が無くなる前に、HCの浄化能低下に伴い、触媒で浄化されにくいメタンの排出量が多くなる。酸素センサは、メタンに対して感受性が高い。このため、メタン濃度の高いガスが流通すると、酸素センサは実際の空燃比よりも高い（リッチ）出力を発する場合がある。図６（Ｄ）中に破線で示す波形は、酸素センサがそのような出力を発した場合の波形を示している。酸素センサがそのような異常な出力を発すると、同図中に実線で示す正常な波形に比して早いタイミングで酸素センサの出力が反転してしまう。
【０００６】
その結果、実際はまだ酸素吸蔵量に余裕があるのに、触媒が劣化しているものと誤って判定してしまう可能性がある。また、酸素センサが上記の異常な出力を発すると、触媒から酸素が放出されている途中で、放出から吸蔵に切り換えられてしまうこととなり、更に、図６（Ｂ）に示すように、次回の酸素吸蔵時における吸蔵可能量も低下してしまう。以上のように、酸素センサが上記のように異常な出力を示すと、触媒劣化検出制御時に、酸素センサの出力反転の挙動が安定しなくなってしまい、検出されるOSC能にばらつきが生じてしまう可能性がある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の後方に配置される排気ガスセンサの出力変動時の挙動を安定させ、これにより、触媒の劣化検出精度を向上させることのできる触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるかまたは燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
前記触媒上流における目標空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側であるリッチベース目標空燃比と理論空燃比よりもリーン側であるリーンベース目標空燃比との間で交互に変動させるベース空燃比制御手段と、
前記目標空燃比が前記ベース空燃比制御手段によってリッチ側またはリーン側に切り換えられてからリーン側またはリッチ側に切り換えられるまでの過程で、前記触媒が放出する酸素量または吸蔵する酸素量を、前記触媒の酸素吸蔵能として取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記酸素吸蔵能に基づいて前記触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段と、を備える内燃機関の触媒劣化検出装置であって、
前記目標空燃比を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に沿って、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に比して短周期かつ小振幅で変動させる第２空燃比制御手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記短周期およびまたは前記小振幅は、前回の触媒劣化検出時に取得された酸素吸蔵能に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記短周期およびまたは前記小振幅は、吸入空気量に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記短周期を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に対する過剰酸素量および不足酸素量に基づいて制御する短周期制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、前記短周期制御手段は、前記第２空燃比制御手段による短周期変動の１サイクルにおける前記過剰酸素量と前記不足酸素量とを一致するように設定していることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記第２空燃比制御手段は、前記ベース空燃比制御手段が前記リッチベース目標空燃比と前記リーンベース目標空燃比との間で前記目標空燃比を切り換える際に、前記リッチベース目標空燃比または前記リーンベース目標空燃比に対して理論空燃比に近い側から前記目標空燃比を変動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、リッチベース目標空燃比およびまたはリーンベース目標空燃比に沿って、当該リッチベース目標空燃比およびまたはリーンベース目標空燃比に比して短周期かつ小振幅で触媒上流における目標空燃比を変動させることにより、触媒の浄化能を向上させることができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの出力変動時の挙動を安定させ、これにより、触媒の劣化検出精度を向上させることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、目標空燃比に短周期変動を与える際に、現在の酸素吸蔵能に対して過大な目標空燃比変動が与えられることを回避することができ、そのような過大な目標空燃比変動が与えられることに起因して、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを防止することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、目標空燃比に短周期変動を与える際に、吸入空気量の多寡によって酸素吸蔵能が破綻してしまうのを回避することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、リッチベース目標空燃比およびまたはリーンベース目標空燃比に対する過剰酸素量および不足酸素量という重量を基準とするパラメータによって、短周期が制御されるため、空燃比変動を再現よく制御することができる。
【００１８】
第５の発明によれば、短周期変動後の目標空燃比を平均値でみた場合に、目標空燃比が、短周期変動が与えられる前のリッチベース目標空燃比またはリーンベース目標空燃比を維持するように制御することができる。このため、本発明によれば、短周期変動が与えられることに起因して、リッチ側或いはリーン側に意図しない目標空燃比のずれが生ずるのを防止することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、目標空燃比がリッチベース目標空燃比とリーンベース目標空燃比との間で交互に変動する際に、目標空燃比の変化を最小とすることができ、これにより、内燃機関のトルク変動を抑え、排気ガスのエミッション特性の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関の触媒劣化検出装置の構成を説明するための図である。図１に示す通り、本実施形態の装置は、内燃機関の排気通路１０に配置された上流触媒（S/C）１２および下流触媒（U/F）１４を備えている。上流触媒１２および下流触媒１４は、何れも、CO、HCおよびNOxを同時に浄化することのできる三元触媒である。
【００２１】
上流触媒１２の上流および下流には、それぞれメイン空燃比センサ１６、およびサブO2センサ（酸素センサ）１８が配置されている。メイン空燃比センサ１６は、上流触媒１２に流入する排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブO2センサ１８は、上流触媒１２から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力（例えば０．８V）を発生し、また、その排気ガスがリーンである場合にリーン出力（例えば０．２V）を発生するセンサである。
【００２２】
メイン空燃比センサ１６の出力、およびサブO2センサ１８の出力は、それぞれECU(Electronic Control Unit)２０に供給されている。ECU２０には、更に、エアフロメータ２２、回転数センサ２４、および燃料噴射弁２６などが接続されている。エアフロメータ２２は、内燃機関の吸入空気量Gaを検出するセンサである。回転数センサ２４は機関回転数Neに応じた出力を発するセンサである。また、燃料噴射弁２６は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するための電磁弁である。
【００２３】
［実施の形態１の特徴］
図２は、本実施形態の触媒劣化検出制御の特徴を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図２（Ａ）は、排気通路１０における上流触媒１２の上流の目標空燃比がリーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとを交互にベースとして矩形的に変化している際の波形を示している。また、図２（Ｂ）は、目標空燃比がリーンに制御されている際に、上流触媒１２に吸蔵される酸素量を計数する吸蔵酸素カウンタosariseの変化を表す波形を示している。また、図２（Ｃ）は、リーン目標空燃比afreflを基準とした場合において、上流触媒１２に過剰に供給される過剰酸素量を計数する過剰酸素量カウンタlosariseの変化を表す波形を、図２（Ｄ）は、リーン目標空燃比afreflを基準とした場合において、上流触媒１２に供給される酸素の不足量を計数する不足酸素量カウンタlosafallの変化を表す波形を、それぞれ示している。また、図２（Ｅ）は、目標空燃比がリッチに制御されている際に、上流触媒１２から放出される酸素量を計数する放出酸素カウンタosafallの変化を表す波形を、図２（Ｆ）および図２（Ｇ）は、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量カウンタrosariseおよび不足酸素量カウンタrosafallの変化を表す波形を、それそれ示している。更に、図２（Ｈ）は、上流触媒１２の下流のサブO2センサ１８の出力oxsの変化を表す波形を示している。
【００２４】
本実施形態における触媒劣化検出制御においても、吸蔵酸素カウンタosariseおよび放出酸素カウンタosafallのそれぞれのカウンタ値に基づいてOSC能を計算し、計算されたOSC能が所定の判定基準値よりも小さいときに、触媒に劣化が生じていると判断することとしている。そして、そのために、図２（Ａ）に示すように、リーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとの間で、目標空燃比を交互に矩形的に変化させることとしている。ここでは、このように、リーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとの間で、目標空燃比を交互に矩形的に変化させている波形を、「目標空燃比のベース波形」または単に「ベース波形」と称する。本実施形態では、サブO2センサ出力oxsの反転時の挙動を安定させるべく、ベース波形に沿うようにして、特にこの図２の場合にはベース波形を変動中心として、目標空燃比にそのベース波形の変動に比して短い周期および振幅で短周期A/F変動を与えていることを特徴としている。
【００２５】
具体的には、以下の手法で目標空燃比に短周期A/F変動を与えることとしている。尚、ここでは、目標空燃比がリッチ目標空燃比afrefrに制御されている場合を例にとって説明を進めることとする。
図２（Ａ）に示すように、短周期A/F変動における振幅であるリッチ側振幅afamprefrは、目標空燃比のベース波形を変動中心として与えられる。本実施形態では、リッチ側振幅afamprefrを、前回の触媒劣化検出制御時に算出したOSC能（最大酸素吸蔵量Cmax値）と吸入空気量Gaとに基づいて決定することとしている。
【００２６】
また、本実施形態では、短周期A/F変動におけるリッチ側周期afsycrefrを定めるべく、過剰酸素量カウンタrosariseと不足酸素量カウンタrosafallとを設定している。これらのカウンタは、上述したように、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量または不足酸素量を時間経過とともに計数するカウンタであり、これらのカウンタ値がそれぞれの目標値rosarisetg、rosafalltgに達した時点で、短周期A/F変動において、目標空燃比がリッチ目標空燃比を基準としてリッチ側振幅afamprefrの1/2の値分だけ反転するように設定されている。換言すると、リッチ側周期afsycrefrは、それらの目標値rosarisetg、rosafalltgを変えることで変更可能である。
【００２７】
リッチ側周期afsycrefrは、リッチ側振幅afamprefrと同様に、前回計算したOSC能と吸入空気量Gaとに基づいて決定されている。より具体的には、上記の目標値rosarisetg、rosafalltgが前回計算したOSC能と吸入空気量Gaとに基づいて決定されており、これらの過剰酸素量の目標値rosarisetgおよび不足酸素量の目標値rosafalltgの値を調整することで、リッチ側周期afsycrefrが理想の周期（例えば0.5〜3Hz）となるように制御される。また、本実施形態では、短周期A/F変動を与えたことによって、平均値としてみた場合における目標空燃比がベース波形からずれないようにすべく、短周期A/F変動の１サイクルにおける過剰酸素量と不足酸素量とが一致するように制御されている。
【００２８】
また、本実施形態では、触媒劣化検出制御の実行中に空燃比変動に伴うトルク変動や排気ガスのエミッション特性の悪化を抑制すべく、ベース波形における目標空燃比がリーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとの間で切り換えられる際に、図２（Ａ）に示すように、ストイキに近い側から目標空燃比が短周期A/F変動を開始するように設定している。
【００２９】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図３および図４を参照して、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU２０が実行する具体的な処理を説明する。尚、図３および図４は、それらが合わさって一連の完成された処理、すなわち、本実施形態の触媒劣化検出制御のルーチンを示すものである。
【００３０】
本ルーチンでは、先ず、図３において、内燃機関および上流触媒１２の暖機が完了しているか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、暖機が完了していると判定された場合には、触媒劣化検出制御を実行可能であるか否か、具体的には、内燃機関が安定した運転状態にあるか否かが判別される（ステップ１０２）。上記ステップ１００において暖機が完了していないと判定された場合、および、上記ステップ１０２において触媒劣化検出制御を実行可能でないと判定された場合には、本ルーチンの処理が終了される。この場合は、上流触媒１２の劣化判定制御を精度良く行うことができないと判断される。
【００３１】
上記ステップ１０２において、触媒劣化検出制御を実行可能であると判定された場合には、触媒劣化検出制御が開始される（ステップ１０４）。具体的には、先ず、リッチ側振幅afamprefrと、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量カウンタrosariseの過剰酸素目標値rosarisetgと、リッチ目標空燃比afrefrに対する不足酸素量カウンタrosafallの不足酸素目標値rosafalltgとが算出される（ステップ１０６）。
【００３２】
上記ステップ１０６の処理をより詳細に説明する。上記ステップ１０６では、先ず、前回の触媒劣化検出制御時に算出された上流触媒１２のOSC能と現時点の吸入空気量Gaが取得される。リッチ側振幅afamprefrは、それらの前回のOSC能と吸入空気量Gaに基づいて決定される。より具体的には、リッチ側振幅afamprefrは、前回のOSC能が大きいほど大きくなるように設定され、また、吸入空気量Gaが多くなるほど小さくなるように設定される。更に、触媒のOSC能は、触媒温度が高いほど大きくなるという性質を有している。従って、リッチ側振幅afamprefrは、上流触媒１２の現時点の温度が高いほど大きくなるように設定してもよい。
【００３３】
リッチ側周期afsycrefrは、上述したように、例えば0.5〜3Hz程度の値とされるのが望ましい。そこで、上記ステップ１０６においては、過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgは、前回のOSC能および吸入空気量Gaを考慮しつつ、リッチ側周期afsycrefrが上記の狙い値となるように設定される。具体的には、前回のOSC能が大きいほど、リッチ側周期afsycrefrが長くなるように過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgが設定される。また、吸入空気量Gaが大きいほど、リッチ側周期afsycrefrが短くなるように過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgが設定される。更に、過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgは、短周期A/F変動の１サイクルにおける過剰酸素量と不足酸素量とが一致するような値に設定される。
【００３４】
図３においては、次に、目標空燃比が、リッチ目標空燃比afrefrとリッチ側振幅afamprefrの1/2の値とを加算した値に設定される（ステップ１０８）。次いで、酸素センサ１８の出力oxsがリッチ反転基準値oxsRより大きいか否かが判別される（ステップ１１０）。その結果、oxs＞oxsRの判定が成立する場合には、図４中に示す＊１に移り、一方、oxs＞oxsRの判定が不成立である場合には、触媒劣化検出制御が継続可能であるか否かが判別される（ステップ１１２）。
【００３５】
上記ステップ１１２において、触媒劣化検出制御が継続可能、つまり、内燃機関が継続して安定した運転状態にあると判断できる場合には、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量カウンタrosariseの値が、過剰酸素目標値rosarisetgよりも大きいか否かが判別される（ステップ１１４）。その結果、過剰酸素量カウンタrosariseの値が過剰酸素目標値rosarisetgに達しない間は、現在の目標空燃比が継続して使用される。尚、ここでは、現在の目標空燃比を継続使用することとしているが、これに限らず、吸入空気量Gaの値を随時更新することとし、吸入空気量Gaの更新値に基づいてリッチ側振幅afamprefrを更新することにより目標空燃比を更新するようにしてもよい。
【００３６】
一方、上記ステップ１１４において、過剰酸素量カウンタrosariseの値が過剰酸素目標値rosarisetgに達したと判定された場合には、目標空燃比が、リッチ目標空燃比afrefrからリッチ側振幅afamprefrの1/2の値を減算した値に設定される（ステップ１１６）。上記ステップ１１６において設定された目標空燃比は、リッチ目標空燃比afrefrに対する不足酸素量カウンタrosafallの値が不足酸素目標値rosafalltgよりも大きいと判定されるまでの間（ステップ１２２）、酸素センサ１８の出力oxsが反転したり、触媒劣化検出制御の継続が不可とならない限り（ステップ１１８、１２０）、継続使用される。
【００３７】
その一方で、目標空燃比が上記ステップ１０８の値と上記ステップ１１６の値との間で交互に変動している間に、酸素センサ出力oxsがリッチ反転基準値oxsRを上回った場合には、次いで、図４に示す＊１以降の一連の処理が実行される。具体的には、先ず、現在の放出酸素カウンタosafallの値がECU２０のメモリに格納された後にクリアされる（ステップ２００）。次いで、触媒劣化検出制御が継続可能である場合には（ステップ２０２）、リーン側振幅afampreflと、リーン目標空燃比afreflに対する過剰酸素量カウンタlosariseの過剰酸素目標値losarisetgと、リーン目標空燃比afreflに対する不足酸素量カウンタlosafallの不足酸素目標値losafalltgとが算出される（ステップ２０４）。これらの値は、上記ステップ１０６におけるリッチ側の設定と同様に設定されるものであるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３８】
次に、目標空燃比が、リーン目標空燃比afreflとリーン側振幅afampreflの1/2の値とを加算した値に設定される（ステップ２０６）。上記ステップ２０６において設定された目標空燃比は、リーン目標空燃比afreflに対する過剰酸素量カウンタlosariseの値が過剰酸素目標値losarisetgよりも大きいと判定されるまでの間（ステップ２１４）、酸素センサ１８の出力oxsが反転したり、触媒劣化検出制御の継続が不可とならない限り（ステップ２１０、２１２）、継続使用される。
【００３９】
一方、上記ステップ２１４において、過剰酸素量カウンタlosariseの値が過剰酸素目標値losarisetgに達したと判定された場合には、目標空燃比が、リーン目標空燃比afreflからリーン側振幅afampreflの1/2の値を減算した値に設定される（ステップ２１６）。上記ステップ２１６において設定された目標空燃比は、リーン目標空燃比afreflに対する不足酸素量カウンタlosafallの値が不足酸素目標値losafalltgよりも大きいと判定されるまでの間（ステップ２２２）、酸素センサ１８の出力oxsが反転したり、触媒劣化検出制御の継続が不可とならない限り（ステップ２１８、２２０）、継続使用される。
【００４０】
上記ステップ２０６〜２２２の処理が実行されている間に、上記ステップ２１０または２１８において、酸素センサ出力oxsがリーン反転基準値oxsLより小さいと判定された場合には、次いで、吸蔵酸素カウンタosariseの値がECU２０のメモリに格納された後にクリアされる（ステップ２２４）。
【００４１】
次に、今回の触媒劣化検出制御における一連の検出処理が完了したか否かが判別される（ステップ２２６）。具体的には、吸蔵酸素カウンタosariseおよび放出酸素カウンタosafallの値をそれぞれ２回以上格納することができたか否か、かつ、それらの格納されたデータが安定したデータであるか否かが判別される。その結果、そのようなデータを未だ格納できていないと判断した場合には、触媒劣化検出制御を継続可能か否かを判定し（ステップ２２８）、継続可能であれば、図３中に示す＊２以降の一連の処理が実行される。
【００４２】
一方、上記ステップ２２６において、触媒劣化検出制御における一連の検出処理が完了したと判定された場合には、次いで、触媒１２のOSC能（最大酸素吸蔵量Cmax値）が、Cmax＝(osarise＋osafall）／2という関係に従って算出される（ステップ２３０）。次いで、上記ステップ２３０において算出された最大酸素吸蔵量Cmaxが触媒１２の劣化の有無を判定する判定基準値Cmaxsより小さいか否かが判別される（ステップ２３２）。その結果、Cmax＜Cmaxsの関係が不成立であると判定された場合には、触媒１２が劣化していないと判定され、今回の触媒劣化検出制御が終了される。一方、Cmax＜Cmaxsの関係が成立すると判定された場合には、上流触媒１２が劣化していると判定され、触媒１２の異常を運転者に警告するための異常ランプが点灯される（ステップ２３４）。
【００４３】
図５は、上記の図３および図４に示すルーチンの処理により得られる効果を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図５は、上述した本実施形態の短周期A/F変動を目標空燃比に与えた場合と与えていない場合とを比較して示す図である。図５（Ｃ）および図５（Ｄ）は、上流触媒１２の下流におけるCOおよびTHCの排出量を示している。図５（Ｃ）および図５（Ｄ）によれば、本実施形態のように目標空燃比に短周期A/F変動を与えると、そのような短周期A/F変動を与えていない場合に比して、時間経過に伴うCOおよびTHCの増大が抑制されているのが判る。つまり、目標空燃比に短周期A/F変動を与えると、酸素センサ１８の出力反転時における触媒１２の浄化能が向上しているのが判る。
【００４４】
このため、目標空燃比がリッチ側に制御されている場合に、触媒１２に吸蔵された酸素が無くなる直前におけるHCの排出が抑制され、酸素センサ１８の出力に悪影響を与えるメタンの排出量が減少する。その結果、図５（Ｂ）に示すように、目標空燃比に短周期A/F変動を与えた場合には、それを与えていない場合に比してサブO2センサ１２の出力変化量が大きくなる。つまり、より正常な出力変化特性を示すようになる。以上のように、本実施形態の制御によれば、酸素センサ１８の出力反転時の挙動を安定させ、これにより、触媒１２の劣化検出の精度を向上させることができる。
【００４５】
仮に劣化が進行し始めることでOSC能が低下しつつある触媒に対して、現在のOSC能に対して過大な目標空燃比の変動を与えると、触媒がそのような空燃比変化を吸収できず、触媒劣化検出制御中の排気ガスのエミッション特性の悪化を招く。上記ルーチンでは、短周期A/F変動における振幅afamprefr、afampreflを、前回のOSCに基づいて設定、より具体的には、前回のOSC能が大きいほど大きくなるように設定しているため、そのような排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４６】
また、仮に同じ量だけ目標空燃比に変動が与えられていても、吸入空気量Gaが異なれば、リーンまたはリッチ制御中に放出または吸蔵される酸素量も異なるものとなる。上記ルーチンでは、短周期A/F変動における振幅afamprefr、afampreflを、吸入空気量Gaに基づいて設定、より具体的には、吸入空気量Gaが多くなるほど小さくなるように設定しているため、短周期A/F変動を行う際に、酸素吸蔵能が即座に破綻してしまうのを回避することができる。
【００４７】
また、上記のルーチンでは、短周期A/F変動における周期afsycrefr、afsycreflを、リッチ目標空燃比afrefrおよびリーン目標空燃比afreflに対する酸素過不足量（過剰酸素量カウンタrosariseなど）に基づいて調整することとしている。このような手法によれば、空燃比のような比をベースにして調整する手法ではなく、酸素量（吸入空気量Gaから取得）という重量をベースとするパラメータで、短周期A/F変動における周期afsycrefr、afsycreflを調整することができるため、空燃比変動を再現よく制御することが可能となる。
【００４８】
また、上記のルーチンでは、過剰酸素量カウンタrosariseなどを用いて、短周期A/F変動の１サイクルにおける過剰酸素量と不足酸素量とが一致するように設定している。このような設定によれば、目標空燃比に短周期A/F変動を与えた場合であっても、短周期A/F変動後の目標空燃比を平均値でみた場合に、目標空燃比が、短周期A/F変動を与える前の基準となるリッチ目標空燃比afrefrおよびリーン目標空燃比afreflを維持するように制御することができる。このため、短周期A/F変動が与えられることに起因して、リッチ側或いはリーン側に意図しない目標空燃比のずれが生ずるのを防止することができる。
【００４９】
また、上記のルーチンでは、目標空燃比をリッチ側で短周期A/F変動させる場合には、上記ステップ１１６ではなく上記ステップ１０８を最初に実行させることとしている。これは、目標空燃比をリーン側で短周期A/F変動させる場合も同様で、ステップ２１６ではなく上記ステップ２０６を最初に実行させることとしている。つまり、これらの処理では、触媒劣化検出制御の実行時に、目標空燃比がリッチ目標空燃比afrefrとリーン目標空燃比afreflとの間で交互に矩形変化をする際に、常に、ストイキに近い空燃比側から短周期A/F変動を開始させている。これらの処理によれば、酸素センサ１８の出力反転に伴う目標空燃比の変更時における目標空燃比の変化を最小とすることができ、内燃機関のトルク変動を抑え、排気ガスのエミッション特性の悪化を抑制することができる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態１においては、上流触媒１２の下流における空燃比を酸素センサ１８によって検出することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上流触媒１２の下流における空燃比を空燃比センサによって検出するようにしてもよい。
【００５１】
尚、上述した実施の形態１においては、サブO2センサ（酸素センサ）１８が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、リッチ目標空燃比afrefrが前記第１の発明における「リッチベース目標空燃比」に、リーン目標空燃比afreflが前記第１の発明における「リーンベース目標空燃比」に、それぞれ相当している。
また、ECU２０が、上記ステップ１０８および１１０、１１６および１１８、２０６および２０８、並びに、２１４および２１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「ベース空燃比制御手段」が、上記ステップ２００、２２２、２２８の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸素吸蔵能取得手段」が、上記ステップ２３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「触媒劣化検出手段」が、上記ステップ１０４〜１２２、２０４〜２２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU２０が上記ステップ１０６、１１４、１２２、２０４、２１２、２２０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「短周期制御手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関の触媒劣化検出装置の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１の触媒劣化検出制御の特徴を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】図３および図４に示すルーチンの処理により得られる効果を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】従来の触媒劣化検出制御実行時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  排気通路
１２  上流触媒
１６  メイン空燃比センサ
１８  サブO2センサ（酸素センサ）
２０  ECU(Electronic Control Unit)
afamprefl  リーン側振幅
afamprefr  リッチ側振幅
afrefl  リーン目標空燃比
afrefr  リッチ目標空燃比
afsycrefr  リッチ側周期
losafall  不足酸素量カウンタ
losafalltg  不足酸素目標値
losarise  過剰酸素量カウンタ
losarisetg  過剰酸素目標値
osafall  放出酸素カウンタ
osarise  吸蔵酸素カウンタ
oxs  酸素センサ出力
rosafall  不足酸素量カウンタ
rosafalltg  不足酸素目標値
rosaries  過剰酸素量カウンタ
rosarisetg  過剰酸素目標値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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