(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
触媒下流に設けられ、該触媒下流の排気空燃比に応じて出力値を変化させる排気ガスセンサと、
１つの空燃比を中心として前記触媒上流の排気空燃比をリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、前記１つの空燃比とは異なる他の空燃比を中心として前記触媒上流の排気空燃比をリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とを実行する空燃比制御手段と、
前記空燃比制御手段が実行した前記制御ごとに、前記排気ガスセンサの出力値が変化するまでの時間に前記触媒に流入する酸素過不足量をそれぞれ算出し、該酸素過不足量に基づいて前記空燃比制御手段が実行した前記制御ごとの前記触媒の酸素吸蔵量をそれぞれ算出する酸素吸蔵量算出手段と、
前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備えたことを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒劣化検出装置において、
前記劣化検出手段は、前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量の全てが基準値以下である場合に、前記触媒の劣化を検出することを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の触媒劣化検出装置において、
前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とのうち、少なくとも２つの制御を実行することを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の触媒劣化検出装置において、
前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御するものであって、理論空燃比からの乖離度がそれぞれ異なる複数のリーン側空燃比とリッチ側空燃比とに制御することを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の触媒劣化検出装置において、
前記空燃比制御手段は、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えを所定の運転状態において連続して実行することを特徴とする触媒劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素吸蔵量に基づいて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】
触媒上流の空燃比を強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに切り換える制御（以下「アクティブ制御」という。）を行うことにより、触媒の酸素吸蔵量を測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、測定された酸素吸蔵量に基づき、触媒の劣化が検出される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７６６１１号公報
【特許文献２】特許第２８１２０２３号公報
【特許文献３】特許第３２６４２３４号公報
【特許文献４】特許第２８０６２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記アクティブ制御によれば、触媒下流のセンサ出力が変化（反転）した際に、触媒上流の空燃比が切り換えられている。
しかしながら、触媒床温、排気ガス量または触媒上流での空燃比バラツキ等により、触媒出口における未燃ＨＣの組成や濃度、ＮＯｘガスの組成、ＣＯガスの濃度等が変化してしまう場合がある。この触媒出口におけるガスの状態変化により、触媒下流のセンサ出力の変化時期（反転時期）が不安定になってしまう。例えば、触媒下流のセンサ出力が本来の変化時期（反転時期）よりも早く変化（反転）してしまうと、酸素吸蔵量を本来の酸素吸蔵量よりも小さく測定してしまい、正常である触媒を劣化していると誤検出してしまう。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することで、触媒劣化の誤検出を防止することが可能な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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
触媒下流に設けられ、該触媒下流の排気空燃比に応じて出力値を変化させる排気ガスセンサと、
１つの空燃比を中心として前記触媒上流の排気空燃比をリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、前記１つの空燃比とは異なる他の空燃比を中心として前記触媒上流の排気空燃比をリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とを実行する空燃比制御手段と、
前記空燃比制御手段が実行した前記制御ごとに、前記排気ガスセンサの出力値が変化するまでの時間に前記触媒に流入する酸素過不足量をそれぞれ算出し、該酸素過不足量に基づいて前記空燃比制御手段が実行した前記制御ごとの前記触媒の酸素吸蔵量をそれぞれ算出する酸素吸蔵量算出手段と、
前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記劣化検出手段は、前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量の全てが基準値以下である場合に、前記触媒の劣化を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とのうち、少なくとも２つの制御を実行することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御するものであって、理論空燃比からの乖離度がそれぞれ異なる複数のリーン側空燃比とリッチ側空燃比とに制御することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記空燃比制御手段は、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えを所定の運転状態において連続して実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、触媒上流の排気空燃比を複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量がそれぞれ算出される。算出された複数の酸素吸蔵量のうちの少なくとも１つの酸素吸蔵量は、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除されている。よって、触媒出口におけるガスの状態変化の影響による触媒劣化の誤検出を防止することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、算出された複数の酸素吸蔵量のうち全てが基準値以下である場合には、触媒出口におけるガスの状態変化の影響とは無関係に触媒劣化を検出する。
【００１３】
第３の発明によれば、理論空燃比を中心としてリーン側及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側及びリッチ側空燃比に切り換える制御のうち、少なくとも２つの制御を実行することで、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、理論空燃比からの乖離度がそれぞれ異なる複数のリーン側空燃比とリッチ側空燃比とに制御することで、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、空燃比制御手段による複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えは、所定の運転状態において連続して実行される。ここで、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えを異なる運転状態で実行する場合には、運転状態の相違によって触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除される可能性がある。この第５の発明のように、所定の運転状態において連続して実行することで、運転状態の相違によって触媒出口でのガスの状態変化の影響が排除されることを防止することができる。従って、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御することによってのみ触媒出口でのガスの状態変化の影響が排除されることとなる。よって、触媒の劣化を更に精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１７】
［システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関１を備えている。内燃機関１は複数の気筒２を有しているが、図１には、そのうちの１気筒のみを示している。
【００１８】
内燃機関１は、内部にピストン４を有するシリンダブロック６を備えている。シリンダブロック６の上部にはシリンダヘッド８が組み付けられている。ピストン４上面からシリンダヘッド８までの空間は燃焼室１０を形成している。シリンダヘッド８には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。
【００１９】
シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する吸気ポート１４を備えている。吸気ポート１４と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ１６が設けられている。吸気ポート１４には、吸気通路１８が接続されている。吸気通路１８には、吸気ポート１４近傍に燃料を噴射するインジェクタ２０が設けられている。
【００２０】
吸気通路１８の途中にはサージタンク２２が設けられている。サージタンク２２の上流にはスロットルバルブ２４が設けられている。スロットルバルブ２４は、スロットルモータ２６により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２４は、アクセル開度センサ３０により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２４の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ２８が設けられている。スロットルバルブ２４の上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ３２が設けられている。エアフロメータ３２の上流にはエアクリーナ３４が設けられている。
【００２１】
また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０と連通する排気ポート４０を備えている。排気ポート４０と燃焼室１０との接続部には排気バルブ４２が設けられている。排気ポート４０には排気通路４４が接続されている。排気通路４４には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒（以下「触媒」という。）４６が設けられている。触媒４６には、触媒床温を検出する触媒床温センサ４８が設けられている。排気通路４４における触媒４６の上流には第１の酸素センサ５０が、触媒４６の下流には第２の酸素センサ５２が、それぞれ設けられている。第１及び第２の酸素センサ５９，５２は、排気ガス中の酸素濃度を検出するように構成されている。
【００２２】
また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ１２、インジェクタ２０、スロットルモータ２６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、スロットル開度センサ２８、アクセル開度センサ３０、エアフロメータ３２、触媒床温センサ４８、酸素センサ５０，５２等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、筒内に供給される混合気の目標空燃比を制御することで、触媒上流の排気空燃比を強制的に燃料リーン側（以下「リーン側」と略する。）と燃料リッチ側（以下「リッチ側」と略する。）とに交互に切り換えるアクティブ制御を実行することができる。
【００２３】
［実施の形態の特徴］
上記システムによれば、触媒上流の排気空燃比をリッチ側（又はリーン側）からリーン側（又はリッチ側）に強制的に変化させてから触媒下流の酸素センサ出力が変化（反転）するまでの時間に、触媒４６に流入する排気ガスの酸素過不足量を演算することで、触媒４６の最大酸素吸蔵量Cmaxを算出することができる。すなわち、アクティブ制御を実行することにより、触媒４６の最大酸素吸蔵量Cmaxを算出することができる。
【００２４】
図２を参照して、触媒の最大酸素吸蔵量Cmaxの算出方法について説明する。図２は、触媒の最大酸素吸蔵量Cmaxの算出方法の一例を説明するための図である。詳細には、図２（Ａ）は、筒内に供給される混合気の目標空燃比（目標A/F）の設定状態を示す図であり、図２（Ｂ）は、触媒上流の第１酸素センサ出力oxs1の変化を示す図であり、図２（Ｃ）は、触媒下流の第２酸素センサ出力oxs2の変化を示す図である。
【００２５】
時刻ｔ０において、触媒４６が有する酸素吸蔵能力を飽和させるべく、図２（Ａ）に示すように、筒内（燃焼室１０内）に供給される混合気の目標A/Fがリーン側目標値afLに設定されている。この状態では、筒内から酸素を含むリーンな排気ガスが排出されるため、第１酸素センサ出力oxs1が高い。また、触媒４６にはリーンな排気ガスが流入するため、この排気ガス中の過剰な酸素が触媒４６に吸蔵される。触媒４６の酸素吸蔵能力が飽和していない間は、触媒４６からリーンな排気ガスは吹き抜けてこないため、第２酸素センサ出力oxs2は低い。
【００２６】
その後、触媒４６の酸素吸蔵能力が飽和すると、触媒４６からリーンな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、第２酸素センサ出力oxs2が徐々に高くなる。
【００２７】
そして、時刻ｔ１において、第２酸素センサ出力oxs2がリーン判定値oxsLに達すると、図２（Ａ）に示すように、目標A/Fがリッチ側目標値afRに切り換えられる。これにより、筒内からリッチな排気ガスが排出され、第１酸素センサ出力oxs1が低くなる。このリッチな排気ガスが触媒４６に流入すると、排気ガス中の還元剤により、触媒４６に吸蔵された酸素が還元・放出される。これにより、第２酸素出力oxs2は高くなる。
【００２８】
その後、触媒４６に吸蔵された酸素が消費されると、触媒４６からリッチな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、第２酸素センサ出力oxs2が徐々に低くなる。
【００２９】
そして、時刻ｔ２において第２酸素センサ出力oxs2がリッチ判定値oxsRに達すると、触媒４６に酸素を吸蔵させるべく、図２（Ａ）に示すように、目標A/Fがリーン側目標値afLに切り換えられる。図２（Ｂ）において右上に伸びる斜線のハッチングで示された部分P1が、第２酸素センサ出力oxs2が変化（反転）する時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に触媒４６から放出された酸素量に相当する。すなわち、リッチに設定された排気ガス中の不足酸素量を、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積算することで、触媒４６の放出酸素量を求めることができる。
【００３０】
目標A/Fがリーン側目標値afLに設定されると、筒内からリーンな排気ガスが排出されるため、第１酸素センサ出力oxs1が高くなる。このリーンな排気ガスが触媒４６に流入すると、排気ガス中の過剰な酸素が触媒４６に吸蔵される。触媒４６に酸素が吸蔵されている間は、触媒４６からリーンな排気ガスは吹き抜けてこない。このため、第２酸素センサ出力oxs2は低くなる。
【００３１】
その後、触媒４６の酸素吸蔵能力が飽和すると、触媒４６からリーンな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、第２酸素センサ出力oxs2が徐々に高くなる。
【００３２】
そして、時刻ｔ３において、第２酸素センサ出力oxs2がリーン判定値oxsLに達すると、図２（Ａ）に示すように、目標A/Fがリッチ側目標値afRに切り換えられる。図２（Ｂ）において右下に伸びる斜線のハッチングで示された部分P2が、第２酸素センサ出力oxs2が変化（反転）する時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に触媒４６に吸蔵された酸素量に相当する。すなわち、リーンに設定された排気ガス中の過剰酸素量を、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで積算することで、触媒４６の吸蔵酸素量を求めることができる。
【００３３】
このように求められた放出酸素量と吸蔵酸素量を平均することで、触媒４６の最大吸蔵酸素量Cmaxが求められる。この最大吸蔵酸素量Cmaxが基準値よりも小さい場合に、触媒４６が劣化していると判別することができる。
【００３４】
ところで、触媒床温、定常運転中での触媒上流の空燃比変動、触媒に流入する排気ガス量等により、触媒の出口におけるＨＣガスの成分・濃度、ＮＯｘガスの成分・濃度やＣＯガスの濃度等が変化してしまう場合がある。このように触媒出口におけるガスの状態変化が起こった場合、触媒下流の第２酸素センサ出力が影響を受け、その出力変化時期（出力反転時期）が不安定になってしまう可能性がある。ここで、上述のように、触媒下流の酸素センサ出力変化（つまり、酸素濃度変化）に基づいて目標A/Fをリッチ側とリーン側とに切り換えることで、最大酸素吸蔵量Cmaxが求められている。従って、最大酸素吸蔵量Cmaxを精度良く求めることができず、触媒劣化を誤検出してしまう可能性があった。
【００３５】
図３は、触媒出口におけるガスの状態変化により第２酸素センサ出力の変化時期（反転時期）が不安定になってしまう場合を説明するための図である。図３において、時刻ｔ２は、第２酸素センサによる本来のリッチ判定時期である。しかし、触媒出口におけるガス成分等の変化により、時刻ｔ１０のようにリッチ判定時期が本来の時刻ｔ２よりも早くなってしまう場合や、時刻ｔ１１のようにリッチ判定時期が本来の時刻ｔ２よりも遅くなってしまう場合がある。時刻ｔ１１のようにリッチ判定時期が本来の時刻ｔ２よりも遅くなる場合には、最大酸素吸蔵量Cmaxが本来よりも多く算出され、触媒４６は正常であると判定されるので、正常な触媒の判定結果としては、特に問題はない。しかし、時刻ｔ１０のようにリッチ判定時期が本来の時刻ｔ２よりも早くなる場合には、最大酸素吸蔵量Cmaxが本来よりも少なく算出され、触媒４６が劣化していると誤検出されてしまう。
同様に、リーン判定時期が本来の時刻（図３において時刻ｔ３）よりも早くなる場合には、触媒４６が劣化していると誤検出されてしまう。
【００３６】
この触媒劣化の誤検出を防止するため、アクティブ制御におけるリッチ／リーンの切り換え回数を多くして、放出酸素量と吸蔵酸素量とを多数回求め、それら多数の放出酸素量及び吸蔵酸素量を平均化することが考えられる。しかし、このように切り換え回数を多くしても、リッチ判定時期又はリーン判定時期はさほど変化しないため、触媒劣化の誤検出を防止することは難しい。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、かかる触媒出口におけるガスの状態変化に起因する誤検出を防止すべく、目標A/Fを以下に説明するように切り換える。図４は、本実施の形態において、目標A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。
【００３８】
図４に示すように、本実施の形態では、目標A/Fを、理論A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値afL1(=15.1)とリッチ側目標値afR1(=14.1)とで切り換える制御(14.6±0.5)と、理論A/Fよりもリーン側の空燃比(=14.7)を中心としてリーン側目標値afL2(=15.2)とリッチ側目標値afR2(=14.2)とで切り換える制御(14.7±0.5)と、理論A/Fよりもリッチ側の空燃比(=14.5)を中心としてリーン側目標値afL3(=15.0)とリッチ側目標値afR3(=14.0)とで切り換える制御(14.5±0.5)とを行う。そして、それぞれの制御について求めた放出酸素量と吸蔵酸素量とを平均することで、それぞれの制御について最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3を算出する。
【００３９】
本発明者による検討によれば、これらの複数の最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の少なくとも１つは、触媒出口におけるガスの状態変化による影響が排除されている。従って、これらの複数の最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の全てが基準値Cmaxth以下である場合には、触媒出口におけるガスの状態変化とは関係なく、触媒４６が劣化していると判別する。一方、複数の最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3のうちの何れか１つが基準値Cmaxthよりも大きければ、基準値Cmaxth以下の最大酸素貯蔵量が存在していたとしても、触媒４６は正常であると判別する。
よって、本実施の形態によれば、触媒出口におけるガスの状態変化に起因する触媒劣化の誤検出を防止することができる。
【００４０】
［実施の形態における具体的処理］
図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図５に示すルーチンによれば、先ず、触媒及び内燃機関の暖機が完了しているか否かを判別する（ステップ１００）。次に、内燃機関１が定常運転中であるか否かを判別する（ステップ１０２）。これらのステップ１００，１０２では、アクティブ制御を実施するに当たっての前提条件を具備しているか否かが判別される。
【００４１】
ステップ１００で暖機が完了していないと判別された場合、またはステップ１０２で定常運転中ではないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、ステップ１０２で定常運転中であると判別された場合、つまり、アクティブ制御を実施するに当たっての前提条件を具備している場合には、アクティブ制御を開始する（ステップ１０４）。
【００４２】
先ず、目標A/Fのリーン側目標値をafL1に、リッチ側目標値をafR1にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量Cmax1を算出する（ステップ１０６）。このステップ１０６では、目標A/Fを理論A/Fを中心としてリーン側目標値afL1とリッチ側目標値afR1とで切り換え制御され、最大酸素吸蔵量Cmax1が算出される。
【００４３】
次に、目標A/Fのリーン側目標値をafL2に、リッチ側目標値をafR2にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量Cmax2を算出する（ステップ１０８）。このステップ１０８では、目標A/Fを理論A/Fよりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側目標値afL2とリッチ側目標値afR2とで切り換え制御され、最大酸素吸蔵量Cmax2が算出される。
【００４４】
さらに、目標A/Fのリーン側目標値をafL3に、リッチ側目標値をafR3にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量Cmax3を算出する（ステップ１１０）。このステップ１１０では、目標A/Fを理論A/Fよりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側目標値afL3とリッチ側目標値afR3とで切り換え制御され、最大酸素吸蔵量Cmax3が算出される。
【００４５】
ここで、上記ステップ１０６，１０８，１１０は、上記ステップ１０２で判定される運転状態が継続されている状態において、順次連続して実施される。すなわち、所定の運転状態において、目標A/Fが異なる複数のリーン側目標値afL1,afL2,afL3及びリッチ側目標値afR1,afR2,afR3に連続して切り換えられる。
【００４６】
その後、上記ステップ１０６，１０８，１１０で算出された最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の何れかが、基準値Cmaxthよりも大きいか否かを判別する（ステップ１１２）。ここで、上記算出された最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の何れか１つは、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除されている。よって、このステップ１１２では、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除された何れかの最大酸素吸蔵量が、基準値Cmaxthよりも大きいか否かが判別されている。
【００４７】
上記ステップ１１２で最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の何れか１つが基準値Cmaxthよりも大きいと判別された場合には、触媒は正常であると判定される（ステップ１１４）。一方、上記ステップ１１２で最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の何れか１つが基準値Cmaxth以下であると判別された場合、つまり、全ての最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3が基準値Cmaxth以下であると判別された場合には、触媒出口におけるガスの状態変化の影響とは関係なく触媒は劣化していると判定される（ステップ１１６）。
その後、アクティブ制御を終了する（ステップ１１８）。
【００４８】
以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、異なる目標A/Fに対して最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3をそれぞれ算出した後、これらの全てが基準値Cmaxth以下になった場合に、触媒劣化が検出される。これらの最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の少なくとも何れか１つは、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除されている。よって、触媒出口のガスの状態変化の影響による触媒劣化の誤検出を防止することができる。
また、図５に示すルーチンによれば、所定の運転状態で、目標A/Fを複数の異なるリーン側目標値afL1,afL2,afL3及びリッチ側目標値afR1,afR2,afR3に連続して切り換えられる。ここで、定常運転であっても、運転状態が異なる場合には、触媒出口のガスの状態変化の影響が排除される可能性がある。よって、目標A/Fの複数の異なるリーン側目標値afL1,afL2,afL3及びリッチ側目標値afR1,afR2,afR3への切り換えを、異なる運転状態で実行する場合には、運転状態の相違によって触媒出口のガスの状態変化の影響が排除される可能性がある。これに対して、複数の異なる空燃比への切り換えを所定の運転状態で連続して実行することで、運転状態の相違によって触媒出口のガスの状態変化の影響が排除されることを防止することができる。従って、複数の異なる空燃比への切り換えによってのみ触媒出口のガスの状態変化の影響が排除されることとなる。よって、触媒の劣化を精度良く検出することができる。
【００４９】
ところで、上述した本実施の形態では、理論A/F(14.6)とリーン側A/F(14.7)とリッチ側A/F(14.5)の何れかを中心A/Fとし、中心A/Fから同じ乖離度(±0.5)でリッチ／リーンに変化させている。しかし、本発明は、このようにリッチ／リーンを変化させる場合に限らず、図６に示すように変化させる場合にも適用することができる。図６は、本実施の形態の変形例において、目標A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。
本変形例では、図６に示すように、目標A/Fを、理論A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値afL1(=15.1)とリッチ側目標値afR1(=14.1)とで切り換える制御(=14.6±0.5)と、理論A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値afL2(=15.2)とリッチ側目標値afR2(=14.0)とで切り換える制御(=14.6±0.6)と、理論A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値afL3(=15.0)とリッチ側目標値afR3(=14.2)とで切り換える制御(=14.6±0.4)とを行う。すなわち、理論A/Fからリーン側又はリッチ側目標値の乖離度が異なるようにする。
そして、上記実施の形態と同様に、それぞれの制御について最大酸素吸蔵量を算出し、全ての最大酸素吸蔵量が基準値よりも小さい場合に、触媒４６の劣化を検出する。ここで、理論A/Fからの乖離度が大きいほど、触媒における反応速度が速くなるため、最大酸素吸蔵量が大きく算出される。よって、図５のステップ１１２において、複数の最大酸素吸蔵量の判別に異なる基準値を用いてもよい。詳細には、理論A/Fからの乖離度が小さいほど、小さな基準値を用いてもよい。
本発明者による検討によれば、これらの複数の最大酸素吸蔵量の少なくとも１つは、触媒出口におけるガスの状態変化による影響が排除されている。よって、本変形例によれば、触媒出口におけるガスの状態変化に起因する触媒劣化の誤検出を防止することができる。
【００５０】
また、図５に示すフローの各ステップ１０６，１０８，１１０において、目標A/Fを複数回（例えば、２〜３回）同じリーン側／リッチ側目標値に切り換えて、それぞれ算出された複数回の最大酸素吸蔵量を平均化することで、各ステップの最大酸素吸蔵量を求めるようにしてもよい。
ここで、目標A/Fを１回だけリーン側／リッチ側目標値に切り換えて最大酸素吸蔵量を求める場合に、その直前に設定された目標A/Fの影響を受ける可能性がある。この場合、その直前に設定された目標A/Fの影響を受けた最大酸素吸蔵量が求められるため、最大酸素吸蔵量を精度良く算出することができなくなる可能性がある。
これに対して、目標A/Fを複数回同じリーン側／リッチ側目標値に切り換えて、その複数回の最大酸素吸蔵量を平均化することで、その直前に設定された目標A/Fの最大酸素吸蔵量への影響を小さくすることができる。よって、最大酸素吸蔵量を精度良く求めることができ、触媒の劣化を精度良く検出することができる。
【００５１】
また、上記実施の形態及び変形例では、それぞれ３つのリーン側目標値afL1,afL2,afL3及びリッチ側目標値afR1,afR2,afR3に切り換える場合について説明したが、少なくともそれぞれ２つの目標値に切り換えることで、何れか一方についての最大酸素吸蔵量に対する触媒出口におけるガスの状態変化の影響を排除することができる。
【００５２】
また、酸素センサ５０，５２に代えて、空燃比センサを用いることができる。この場合にも、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
尚、本実施の形態においては、第２酸素センサ５２が第１の発明における「排気ガスセンサ」に相当する。また、本実施の形態及びその変形例においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０６，１０８，１１０の処理を実行することにより第１，第３，第４，第５の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ１０６，１０８，１１０の処理を実行することにより第１の発明における「酸素吸蔵量算出手段」が、ステップ１１２，１１４，１１６の処理を実行することにより第１の発明における「劣化検出手段」が、ステップ１１２，１１６の処理を実行することにより第２の発明における「劣化検出手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。
【図２】触媒の最大酸素吸蔵量Cmaxの算出方法の一例を説明するための図である。
【図３】触媒出口におけるガスの状態変化により第２酸素センサ出力の変化時期が不安定になってしまう場合を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態において、目標A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の変形例において、目標A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    内燃機関
１０  燃焼室
４４  排気通路
４６  触媒
４８  触媒床温センサ
５０  第１酸素センサ
５２  第２酸素センサ
６０  ＥＣＵ
【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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