(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の劣化を検出する機会を確保しつつ、ドライバビリティの悪化を抑制することのできる車載内燃機関の触媒劣化検出装置を提供する。【解決手段】電子制御装置は、内燃機関への吸入空気量ＧＡについて、機関出力軸のトルクの許容できる最大変動量に対応する空燃比の変更量を許容変更量Ａとして用いる。そして、酸素センサの出力の反転（タイミングｔ３）に伴う目標空燃比の変更量が許容変更量Ａを越えないように目標空燃比の変更を制限する。その一態様として、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ない状況下で酸素センサの出力が反転する（タイミングｔ３）と、その反転直前の目標空燃比（リッチ空燃比）を維持する。そして、吸入空気量ＧＡが判定値β以上になる（タイミングｔ３ａ）と、維持していた目標空燃比をリーン空燃比に変更する。【選択図】図９
2007247499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気及び燃料の混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料が噴射され、同混合気の燃焼に伴い生じた排気が、酸素を吸蔵又は放出する排気浄化触媒により浄化される内燃機関と、同内燃機関の出力軸のトルクにより駆動される被駆動体とが搭載され、同内燃機関及び同被駆動体間には、前記出力軸とともに回転し、被駆動体側の被係合部に接触してトルクを伝達する係合部が設けられた車両に適用されるものであって、
前記排気浄化触媒の排気下流に設けられ、前記混合気の空燃比と相関のある排気中の酸素の濃度を検出し、混合気の空燃比が理論空燃比に対しリーンであるときとリッチであるときとで異なる信号を出力する酸素センサと、
前記酸素センサの出力がリッチからリーンに対応した値に反転することを条件に前記目標空燃比を、理論空燃比に対しリーンであるリーン空燃比から、理論空燃比に対しリッチであるリッチ空燃比に強制的に変更する一方、前記出力がリーンからリッチに対応する値に反転することを条件に前記目標空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比に強制的に変更するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行中、前記酸素センサの出力が反転してから次に反転するまで、前記排気浄化触媒に吸蔵又は放出される酸素の量を積算して酸素吸蔵容量を算出し、その酸素吸蔵容量を用いて前記排気浄化触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と
を備える車載内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記吸入空気の量について、前記出力軸のトルクの許容できる最大変動量に対応する空燃比の変更量を許容変更量として用い、前記酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が前記許容変更量を越えないように目標空燃比の変更を制限する制限手段を設けることを特徴とする車載内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記制限手段は、吸入空気量が少ないときには多いときよりも小さな値を許容変更量として用いる請求項１に記載の車載内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記制限手段は、前記目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はリッチ空燃比からリーン空燃比に変更された場合のその目標空燃比の変更量を基準変更量とし、この基準変更量と同一の許容変更量に対応する吸入空気の量を判定値として用い、実際の吸入空気の量が前記判定値よりも少ないときに前記酸素センサの出力が反転すると、前記目標空燃比の変更の制限を開始する請求項２に記載の車載内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記制限手段は、前記制限の開始後、前記酸素センサの出力の反転直前の目標空燃比を維持し、吸入空気の量が前記判定値以上になると、維持していた目標空燃比を前記基準変更量分変更する請求項３に記載の車載内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記制限手段は、目標空燃比の変更の制限に際し、吸入空気の量についての許容変更量よりも少ない変更量ずつ前記目標空燃比を段階的に変更する請求項２又は３に記載の車載内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項６】
吸入空気及び燃料の混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料が噴射され、同混合気の燃焼に伴い生じた排気が、酸素を吸蔵又は放出する排気浄化触媒により浄化される内燃機関と、同内燃機関の出力軸のトルクにより駆動される被駆動体とが搭載され、同内燃機関及び同被駆動体間には、前記出力軸とともに回転し、被駆動体側の被係合部に接触してトルクを伝達する係合部が設けられた車両に適用されるものであって、
前記排気浄化触媒の排気下流に設けられ、前記混合気の空燃比と相関のある排気中の酸素の濃度を検出し、混合気の空燃比が理論空燃比に対しリーンであるときとリッチであるときとで異なる信号を出力する酸素センサと、
前記酸素センサの出力がリッチからリーンに対応した値に反転することを条件に前記目標空燃比を、理論空燃比に対しリーンであるリーン空燃比から、理論空燃比に対しリッチであるリッチ空燃比に強制的に変更する一方、前記出力がリーンからリッチに対応する値に反転することを条件に前記目標空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比に強制的に変更するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行中、前記酸素センサの出力が反転してから次に反転するまで、前記排気浄化触媒に吸蔵又は放出される酸素の量を積算して酸素吸蔵容量を算出し、その酸素吸蔵容量を用いて前記排気浄化触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と
を備える車載内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記吸入空気の量について、前記出力軸のトルクについて許容できる最大変動量に対応する燃料噴射量の変更量を許容変更量として求め、前記酸素センサの出力が反転したとき燃料噴射量の変更量が前記許容変更量を越えないように燃料噴射量の変更を制限する制限手段を設けることを特徴とする車載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、車載内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒の劣化状態を検出する車載内燃機関の触媒劣化検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関では、通常、排気通路に配置された排気浄化触媒によって排気成分の浄化が行われる。排気浄化触媒は酸素吸蔵容量ＯＳＣを有しており、その酸素吸蔵容量ＯＳＣの範囲で酸素を吸蔵することが可能である。この排気浄化触媒は、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分が含まれている場合には、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化する。また、排気浄化触媒は、排気中に酸素や窒素酸化物（ＮＯｘ）等が多く含まれている場合には、余剰の酸素を吸蔵する。
【０００３】
こうした排気浄化触媒による排気成分の浄化は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比が所定の範囲内にある場合に効率よく行われる。そこで、排気浄化触媒の上流側に、排気中の酸素の濃度に応じた信号を出力するセンサを設け、その出力信号に基づいて混合気の空燃比を検出し、この検出された空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を増減補正する空燃比制御が行われる。
【０００４】
さらに、上記排気浄化触媒による排気成分の浄化状態を把握するために、同排気浄化触媒の下流側にも排気中の酸素の濃度に応じた信号を出力するセンサを設け、その出力信号に基づいて燃料噴射量を増減補正する空燃比制御を行うものも知られている。
【０００５】
上記排気浄化触媒にあっては、劣化が進むにつれて酸素吸蔵容量ＯＳＣが少なくなって排気浄化能が低下する。排気浄化触媒が良好な排気浄化能を発揮するためには、適正な酸素吸蔵容量ＯＳＣを有することが重要である。従って、酸素吸蔵容量ＯＳＣを把握して排気浄化触媒の劣化状態を検出することが望ましい。
【０００６】
そこで、酸素吸蔵容量ＯＳＣを算出し、これに基づいて排気浄化触媒の劣化状態を検出する技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載された触媒劣化検出装置では、排気浄化触媒の下流側のセンサとして、排気中の酸素の濃度が、混合気の空燃比が理論空燃比に対しリッチであるときの値になった場合と、リーンであるときの値になった場合とで大きく異なる信号を出力するもの（酸素センサ）が用いられている。
【０００７】
また、上記触媒劣化検出装置では、酸素センサの出力がリーンに対応した値からリッチに対応した値に変化又はその逆に変化（以下、これらの変化を反転という）する毎に、混合気の目標空燃比を強制的に大きく変更する制御（アクティブ空燃比制御）が行われる。変更の対象となる目標空燃比は、理論空燃比に対し所定の値だけリーン側の値（リーン空燃比）と、所定の値だけリッチ側の値（リッチ空燃比）である。同制御では、酸素センサの出力がリッチに対応する値からリーンに対応する値に変化した場合に、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変更される。また、酸素センサの出力がリーンに対応する値からリッチに対応する値に変化した場合に、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変更される。
【０００８】
さらに、上記酸素センサの出力は、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が全て消費されると、リーンに対応した値からリッチに対応した値に反転する一方、同排気浄化触媒に酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素が吸蔵されると、リッチに対応した値からリーンに対応した値に反転する。このことから、酸素センサの出力が、リッチに対応した値に反転してからリーンに対応した値に反転するまでの期間に排気浄化触媒に吸蔵された酸素の量を積算することで、又はリーンに対応した値に反転してからリッチに対応した値に反転するまでの期間に排気浄化触媒から放出された酸素の量を積算することで、酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出される。このように、アクティブ空燃比制御の実行に伴って酸素センサの出力が反転する時点を始点及び終点として酸素量を積算することにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出される。そして、上記酸素吸蔵容量ＯＳＣと所定の判定値とが比較され、酸素吸蔵容量ＯＳＣが判定値よりも少ない場合には、その現象が排気浄化触媒の劣化によるものであるとして、異常である旨の判定がなされる。
【特許文献１】特開２００４−１７６６１５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、車両には、内燃機関のほかにも、内燃機関の出力軸のトルクによって駆動される被駆動体が搭載されている。例えば、変速機がこれに該当する。さらに、内燃機関及び被駆動体間には、上記出力軸とともに回転し、被駆動体側の被係合部に接触してトルクを伝達する係合部が設けられている。こうした係合部及び被係合部は、出力軸の回転を被駆動体に伝達するうえで必須である。そして、係合部及び被係合部間には、係合部の回転方向に隙間がないようにすることが望ましい。しかし、機械加工により係合部及び被係合部を製作することから隙間をなくすことは難しい。
【００１０】
そのため、上記触媒劣化検出装置により上記アクティブ空燃比制御が行われると、酸素センサの出力の反転に伴い目標空燃比が反転したときに係合部及び被係合部で次の不具合が発生する懸念がある。すなわち、上記反転に際し目標空燃比が急激に変化し、それに伴い燃料噴射量が一度に大きく変化して内燃機関の出力軸の回転速度が増加（加速）又は減少（減速）し、同出力軸から被駆動体（変速機）に伝達されるトルクが変動する。このときのトルク変動が、許容できる最大変動量を越えると、上記出力軸の回転の加速度合いや減速度合いが大きくなる。係合部が被係合部に対し相対回転し、その被係合部から離れたり接触したりする。これらの接触及び離間に伴い異音や振動が発生し、車両のドライバビリティの悪化を招くおそれがある。
【００１１】
これについてはアクティブ空燃比制御を禁止する対策が考えられる。しかし、この場合には、アクティブ空燃比制御の禁止に伴い酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出、及びそれを用いた排気浄化触媒の劣化検出の機会が減少するといった新たな問題が起こる。
【００１２】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気浄化触媒の劣化を検出する機会を確保しつつ、ドライバビリティの悪化を抑制することのできる車載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】
【００１３】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、吸入空気及び燃料の混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料が噴射され、同混合気の燃焼に伴い生じた排気が、酸素を吸蔵又は放出する排気浄化触媒により浄化される内燃機関と、同内燃機関の出力軸のトルクにより駆動される被駆動体とが搭載され、同内燃機関及び同被駆動体間には、前記出力軸とともに回転し、被駆動体側の被係合部に接触してトルクを伝達する係合部が設けられた車両に適用されるものであって、前記排気浄化触媒の排気下流に設けられ、前記混合気の空燃比と相関のある排気中の酸素の濃度を検出し、混合気の空燃比が理論空燃比に対しリーンであるときとリッチであるときとで異なる信号を出力する酸素センサと、前記酸素センサの出力がリッチからリーンに対応した値に反転することを条件に前記目標空燃比を、理論空燃比に対しリーンであるリーン空燃比から、理論空燃比に対しリッチであるリッチ空燃比に強制的に変更する一方、前記出力がリーンからリッチに対応する値に反転することを条件に前記目標空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比に強制的に変更するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、前記アクティブ空燃比制御の実行中、前記酸素センサの出力が反転してから次に反転するまで、前記排気浄化触媒に吸蔵又は放出される酸素の量を積算して酸素吸蔵容量を算出し、その酸素吸蔵容量を用いて前記排気浄化触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段とを備える車載内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記吸入空気の量について、前記出力軸のトルクの許容できる最大変動量に対応する空燃比の変更量を許容変更量として用い、前記酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が前記許容変更量を越えないように目標空燃比の変更を制限する制限手段を設けている。
【００１４】
上記の構成によれば、アクティブ空燃比制御中、例えば、排気中の未燃成分浄化のために排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が全て消費されると、排気浄化触媒の下流に未燃成分を含むリッチな排気が流れ、酸素センサの出力がリーンに対応した値からリッチに対応した値に変化（反転）する。基本的には、この反転を条件に目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に強制的に変更される。この変更に伴い、排気浄化触媒上流における排気中の酸素濃度が高くなり、余剰の酸素が排気浄化触媒に吸蔵される。酸素吸蔵能力一杯の酸素が吸蔵されると、酸素を含み、かつ空燃比がリーンである混合気に対応する排気が排気浄化触媒の下流に流れ、酸素センサの出力がリッチに対応した値からリーンに対応した値に変化（反転）する。この反転を条件に基本的には目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に強制的に変更される。この変更に伴い、排気浄化触媒上流における排気中の未燃成分が多くなり、その酸化のために排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が消費される。そして、吸蔵酸素が全て消費されると、再び酸素センサの出力がリーンに対応した値からリッチに対応した値に変化（反転）し、基本的には目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に強制的に変更される。以後、アクティブ空燃比制御が継続される限り、酸素センサの出力が反転する毎に目標空燃比を強制的に変更する処理が繰り返される。
【００１５】
上記アクティブ空燃比制御の実行中には、酸素センサの出力が反転してから次に反転するまでの期間にわたり、排気浄化触媒に吸蔵又は放出される酸素の量を積算することで同排気浄化触媒の酸素吸蔵容量が算出される。そして、算出された酸素吸蔵容量が用いられて排気浄化触媒の劣化状態が判定される。
【００１６】
ここで、上記劣化状態の判定が行われるなか、酸素センサの出力の反転に伴い目標空燃比が変更されると、実際の空燃比がその目標空燃比に一致するように燃料が噴射される。これに伴い出力軸の回転が加速又は減速し、係合部に伝達される出力軸のトルクが変動する。この際のトルクの変動量が、ドライバビリティ確保の観点から許容できる最大変動量を越えると、内燃機関側の係合部が被駆動体側の被係合部に対し相対回転し、同被係合部から離れたり接触したりして、異音や振動を発生し、車両のドライバビリティの悪化を招くおそれがある。
【００１７】
この点、本発明者らは、上記出力軸のトルクの許容できる最大変動量について、対応する空燃比の変更量（許容変更量）があり、しかもこの許容変更量が吸入空気量によって異なることに着目し、目標空燃比の変更を制限するようにしている。すなわち、吸入空気量について出力軸のトルクの許容できる最大変動量に対応する空燃比の変更量（許容変更量）を用い、酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が上記許容変更量を越えないように目標空燃比の変更を制限している。この制限により、目標空燃比の変更量が許容変更量を越えることがなく、出力軸のトルクの変動量が許容できる最大変動量を越えることがなくなり、上記異音や振動の発生によるドライバビリティの悪化が抑制される。
【００１８】
また、こうした制限はアクティブ空燃比制御中に行われるため、同制御を禁止する場合とは異なり、酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の強制的な変更、同反転から次の反転までの期間における酸素吸蔵容量の算出、同酸素吸蔵容量に基づく排気浄化触媒の劣化検出の各機会が少なくなることもない。
【００１９】
このように、請求項１に記載の発明によれば、排気浄化触媒の劣化を検出する機会を確保しつつ、車両のドライバビリティの悪化を抑制することができる。
なお、吸入空気量についての空燃比の許容変更量としては、請求項２に記載の発明によるように、吸入空気量が少ないときには多いときよりも小さな値を用いることが望ましい。これは、吸入空気量が少ないときには出力軸のトルクがもともと小さく、少ないトルク変動量であっても、係合部が被係合部に対し相対回転しやすいからである。これとは逆に、吸入空気量が多いときには出力軸のトルクがもともと大きく、吸入空気量の少ないときよりも大きなトルク変動量でなければ、係合部が被係合部に対し相対回転しないからである。
【００２０】
そして、上記傾向を有する許容変更量が用いられると、吸入空気量が少ないときには、空燃比の許容変更量が小さくされることから、目標空燃比を一度に多く変更することができなくなる。これとは逆に、吸入空気量が多いときには、空燃比の許容変更量が大きくされることから、目標空燃比を一度に多く変更することが可能となる。
【００２１】
また、請求項１に記載の発明と同様の効果は、請求項６に記載の発明によっても得られる。請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明と同様に、酸素センサ、アクティブ空燃比制御手段及び劣化判定手段を備える車載内燃機関の触媒劣化検出装置において、吸入空気の量について、出力軸のトルクについて許容できる最大変動量に対応する燃料噴射量の変化量を許容変更量として求め、酸素センサの出力が反転したとき燃料噴射量の変更量が前記許容変更量を越えないように燃料噴射量の変更を制限する制限手段を設けている。
【００２２】
この場合には、許容変更量として、吸入空気量について出力軸のトルクの許容できる最大変動量に対応する燃料噴射量の変更量が用いられる。そして、酸素センサの出力の反転に伴う燃料噴射量の変更量が上記許容変更量を越えないように燃料噴射量の変更が制限される。この制限により、燃料噴射量の変更量が許容変更量を越えることがなく、出力軸のトルクの変動量が許容できる最大変動量を越えることがなくなり、異音や振動の発生によるドライバビリティの悪化が抑制される。
【００２３】
また、こうした制限はアクティブ空燃比制御中に行われるため、同制御を禁止する場合とは異なり、酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の強制的な変更、同反転から次の反転までの期間における酸素吸蔵容量の算出、同酸素吸蔵容量に基づく排気浄化触媒の劣化検出の各機会が少なくなることもない。
【００２４】
このように、請求項６に記載の発明によっても、請求項１に記載の発明と同様に、排気浄化触媒の劣化を検出する機会を確保しつつ、車両のドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記制限手段は、前記目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はリッチ空燃比からリーン空燃比に変更された場合のその目標空燃比の変更量を基準変更量とし、この基準変更量と同一の許容変更量に対応する吸入空気の量を判定値として用い、実際の吸入空気の量が前記判定値よりも少ないときに前記酸素センサの出力が反転すると、前記目標空燃比の変更の制限を開始するものであるとする。
【００２６】
上記の構成によれば、吸入空気量の判定値は、基準変更量と同一の許容変更量に対応している。これは、吸入空気量が判定値以上であれば、その吸入空気量に対応する空燃比の許容変更量が、基準変更量と同一の許容変更量以上であることを意味する。従って、この状況下で、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はその逆に基準変更量分変更されても、その変更量（基準変更量）がそのときの吸入空気量に対応する許容変更量を越えることはない。
【００２７】
上記とは逆に、吸入空気量が判定値よりも少なければ、その吸入空気量に対応する空燃比の許容変更量が、基準変更量と同一の許容変更量よりも少ないことを意味する。従って、この状況下で、目標空燃比が上記基準変更量分変更されると、その変更量（基準変更量）がそのときの吸入空気量に対応する許容変更量を越える。
【００２８】
この点、請求項３に記載の発明では、実際の吸入空気量と上記判定値とが比較される。そして、吸入空気量が判定値よりも少ない場合には、この状況下で目標空燃比が基準変更量分変更されると許容変更量を越えるとして目標空燃比の変更の制限が開始される。このように、吸入空気量と判定値との比較により、目標空燃比の変更の制限を開始すべき時期を的確に把握することができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記制限手段は、前記制限の開始後、前記酸素センサの出力の反転直前の目標空燃比を維持し、吸入空気の量が前記判定値以上になると、維持していた目標空燃比を前記基準変更量分変更するものであるとする。
【００３０】
上記の構成によれば、目標空燃比の変更の制限が開始されると、酸素センサの出力の反転直前の目標空燃比が維持される。目標空燃比が変更されないことから、目標空燃比の変更に伴う出力軸のトルク変動が発生しないか、又は発生したとしてもわずかである。このときのトルク変動量は吸入空気量に対応する許容変更量よりも小さく、出力軸のトルク変動量は許容できる最大変動量を越えることがない。
【００３１】
そして、吸入空気量が判定値以上になると、上記のように維持されていた目標空燃比が基準変更量分変更される。すなわち、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はリッチ空燃比からリーン空燃比に一度に変更される。このときの目標空燃比の変更量は基準変更量であって多い。しかし、吸入空気量に対応する空燃比の許容変更量が、基準変更量と同一の許容変更量以上となっている。そのため、この状況下で、上記のように目標空燃比が基準変更量分変更されても、そのときの吸入空気量に対応する許容変更量を越えず、出力軸のトルクが最大変動量を越えて変動することがない。
【００３２】
このように、請求項４に記載の発明によれば、酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が許容変更量を越えないように目標空燃比の変更を制限することができる。
請求項５に記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、前記制限手段は、目標空燃比の変更の制限に際し、吸入空気の量についての許容変更量よりも少ない変更量ずつ前記目標空燃比を段階的に変更するものであるとする。
【００３３】
上記の構成によれば、目標空燃比の変更の制限に際し、目標空燃比が段階的に変更される。１回当たりの変更量としては、吸入空気量についての許容変更量よりも少ない値が用いられる。そのため、目標空燃比の１回当たりの変更に伴い発生するトルクの変動量が、許容できる最大変動量を越えることがない。そして、こうした段階的な変更により、目標空燃比が基準変更量分変更されると、同目標空燃比はリーン空燃比又はリッチ空燃比となる。
【００３４】
このように、請求項５に記載の発明によれば、酸素センサの出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が許容変更量を越えないように目標空燃比の変更を制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について図１〜図９を参照して説明する。
図２に示すように、車両１０には、その動力源として、ガソリンエンジンからなる内燃機関１１が搭載されている。図１に示すように、内燃機関１１は、複数の気筒（シリンダ）１２を有するシリンダブロック１３と、その上に取付けられたシリンダヘッド１４とを備えている。各気筒１２に往復動可能に収容されたピストン１５は、コネクティングロッド１６を介し、内燃機関１１の出力軸であるクランクシャフト１７に連結されている。
【００３６】
気筒１２毎の燃焼室１８には、内燃機関１１の外部の空気を同燃焼室１８に導くための吸気通路１９が接続されている。吸気通路１９には、スロットルバルブ２１が回動可能に設けられている。スロットルバルブ２１に駆動連結されたアクチュエータ２２は、運転者によるアクセルペダル２３の踏込み操作等に応じて作動し、スロットルバルブ２１を回動させる。吸気通路１９を流れる空気の量（吸入空気量ＧＡ）は、スロットルバルブ２１の回動角度（スロットル開度）に応じて変化する。また、気筒１２毎の燃焼室１８には、同燃焼室１８で生じた燃焼ガスを内燃機関１１の外部へ排出するための排気通路２４が接続されている。
【００３７】
シリンダヘッド１４には、それぞれバルブスプリング２５により付勢された吸気バルブ２６及び排気バルブ２７が気筒１２毎に設けられている。吸気バルブ２６は、クランクシャフト１７にて回転駆動される吸気カムシャフト２８により押し下げられ、吸気通路１９の各気筒１２における開口部を開閉する。また、排気バルブ２７は、クランクシャフト１７にて回転駆動される排気カムシャフト２９により押し下げられ、排気通路２４の各気筒１２における開口部を開閉する。
【００３８】
吸気通路１９には、燃料噴射弁３１が各気筒１２に対応して取り付けられている。この燃料噴射弁３１から噴射された燃料は、吸気通路１９を通る吸入空気と混ざり合って混合気となる。なお、燃料噴射弁３１から気筒１２毎の燃焼室１８内へ直接燃料が噴射される構成であってもよい。
【００３９】
シリンダヘッド１４に取り付けられた気筒１２毎の点火プラグ３２は、点火コイル３４を介してイグナイタ３３に接続されている。各点火プラグ３２には、イグナイタ３３からの点火信号に基づき点火コイル３４から出力される高電圧が印加される。そして、前記混合気はこの点火プラグ３２の火花放電によって着火され、燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１５が往復動される。ピストン１５の往復運動は、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１７に伝達され、同クランクシャフト１７が回転させられて内燃機関１１の駆動力（トルク）が得られる。
【００４０】
上記排気通路２４には、内燃機関１１の始動後、所定の活性温度に達することを条件に排気の浄化機能を発揮する複数の触媒が直列に配置されている。本実施形態では、これらの触媒として、内燃機関１１の下流に配置され、かつ内燃機関１１の始動直後及び暖機過程での排気エミッションの向上を主たる目的とする触媒（以下、上流触媒という）３５と、それよりも下流側に配置され、かつ通常運転時における排気エミッションの向上を主たる目的とする触媒（以下、下流触媒）３６とが用いられている。
【００４１】
上流触媒３５及び下流触媒３６は、それぞれ酸素吸蔵容量ＯＳＣを有しており、その容量の範囲で酸素を吸蔵する。これらの触媒３５，３６は、排気中に炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化する。また、触媒３５，３６は、排気中に酸素、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が多く含まれている場合は、余剰な酸素を吸蔵することで上記成分を還元し、触媒３５，３６の内部の雰囲気を理論空燃比に保つ。両触媒３５，３６は、それぞれ上記の原理により排気を浄化する。
【００４２】
図２に示すように、上記内燃機関１１と駆動輪３７との間には、変速機３８、プロペラシャフト３９、ディファレンシャル４１、一対のアクスルシャフト４２等が設けられている。変速機３８は、例えば歯数の異なるギヤの組み合わせ（変速段）を変えることによりクランクシャフト１７の回転速度、トルク等を変換する。この変換により、変速機３８の入力軸と出力軸（いずれも図示略）との回転速度比である変速比がギヤの組み合わせに応じたものとなる。プロペラシャフト３９は、変速機３８の出力軸の回転をディファレンシャル４１に伝える軸である。ディファレンシャル４１は、プロペラシャフト３９からの動力を両アクスルシャフト４２に分けて伝える差動装置である。各アクスルシャフト４２は、ディファレンシャル４１によって分けられた動力を駆動輪３７に伝達する軸である。
【００４３】
内燃機関１１と駆動輪３７との間の上記変速機３８、プロペラシャフト３９、ディファレンシャル４１、アクスルシャフト４２等は、クランクシャフト１７のトルクが伝達されて作動する被駆動体に相当する。クランクシャフト１７と所定の被駆動体、例えば変速機３８との間のトルク伝達経路には、図３（Ａ），（Ｂ）に示す係合部４３及び被係合部４４が設けられている。図３（Ａ），（Ｂ）中の矢印は係合部４３の回転方向を示している。係合部４３はクランクシャフト１７に一体回転可能に設けられ、被係合部４４は変速機３８の入力軸に一体回転可能に設けられている。係合部４３の内周面及び被係合部４４の外周面には、それぞれ軸方向（紙面と直交する方向）に延びる複数の歯４５，４６が形成されている。係合部４３の各歯４５が、被係合部４４の隣り合う歯４６間に位置するように、係合部４３が被係合部４４の外側に被せられている。そして、係合部４３の回転が歯４５，４６の噛み合い部分を通じて被係合部４４に伝達され、同被係合部４４が回転駆動される構成となっている。なお、係合部４３が被係合部４４の内側に配置されて、歯４５，４６が噛み合わされる構成であってもよい。
【００４４】
図１に示すように、車両１０には、内燃機関１１の運転状態を含む同車両１０の各部の状態を検出するために、各種センサが設けられている。これらのセンサとして、本実施形態ではクランク角センサ５１、水温センサ５２、エアフロメータ５３、スロットルセンサ５４、アクセルセンサ５５、空燃比センサ５６、酸素センサ５７等が用いられている。
【００４５】
クランク角センサ５１は、クランクシャフト１７が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生する。この信号は、クランクシャフト１７の回転角度であるクランク角や、単位時間当りのクランクシャフト１７の回転数である機関回転速度の算出に用いられる。水温センサ５２は、内燃機関１１の内部を流れる冷却水の温度を検出し、エアフロメータ５３は、吸気通路１９を流れる空気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出する。スロットルセンサ５４は、スロットルバルブ２１のスロットル開度を検出し、アクセルセンサ５５は運転者によるアクセルペダル２３の踏込み量を検出する。
【００４６】
空燃比センサ５６は上流触媒３５の排気上流に配置されており、混合気の空燃比Ａ／Ｆと密接な関係にある排気中の酸素の濃度に応じた信号を出力する。空燃比センサ５６の出力電流は、例えば混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比である場合に「０」となる。また、同出力電流は、混合気の空燃比Ａ／Ｆがリッチになるにつれて負の方向に大きくなる一方、同空燃比Ａ／Ｆがリーンになるにつれて正の方向に大きくなる。従って、空燃比センサ５６の出力信号に基づき、混合気の空燃比Ａ／Ｆについてそのリーン度合いやリッチ度合いを検出することが可能である。
【００４７】
酸素センサ５７は、排気通路２４において上流触媒３５と下流触媒３６との間に配置されており、上流触媒３５の排気下流における排気中の酸素の濃度に応じた信号を出力する。この酸素センサ５７からは、排気中の酸素の濃度が、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリッチであるときの濃度である場合には１ボルト程度の出力電圧が得られ、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンであるときの濃度である場合には０ボルト程度の出力電圧が得られる。また酸素センサ５７の出力電圧は排気中の酸素の濃度が、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比近傍であるときの濃度であるときに大きく変化する。このように、酸素センサ５７は混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比に対しリーンであるときとリッチであるときとで大きく異なる信号を出力する。従って、こうした酸素センサ５７の出力信号に基づき、上流触媒３５の排気下流の排気がリーンに対応した状態であるか、又はリッチに対応した状態であるかを検出することが可能である。
【００４８】
車両１０には、前記センサ５１〜５７等の各種信号に基づいて、内燃機関１１等の各部を制御する電子制御装置６１が設けられている。電子制御装置６１はマイクロコンピュータを中心として構成されており、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラム、初期データ、制御マップ等に従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて、内燃機関１１の運転や車両１０の走行にかかる各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００４９】
電子制御装置６１が行う制御としては、例えばアクチュエータ２２の駆動制御（スロットル制御）、燃料噴射弁３１の駆動制御（燃料噴射制御）、点火プラグ３２の駆動制御（点火時期制御）等が挙げられる。電子制御装置６１は、例えばスロットル制御に際し、アクセルセンサ５５によるアクセルペダル２３の踏み込み量やクランク角センサ５１による機関回転速度に基づいてスロットル開度の制御目標値（目標スロットル開度）を算出する。そして、電子制御装置６１は、スロットルセンサ５４による実際のスロットル開度が上記目標スロットル開度に一致するようにアクチュエータ２２の駆動を制御する。
【００５０】
また、燃料噴射制御では、そうしたスロットル制御を通じて調量される吸入空気量ＧＡに基づいて、混合気の空燃比Ａ／Ｆを制御目標値（目標空燃比）に一致させるための目標噴射量を算出する。この目標噴射量を各センサからの信号に基づき補正する。例えば、空燃比センサ５６によって検出された混合気の実際の空燃比Ａ／Ｆが上記目標空燃比に一致するように目標噴射量を増減補正する。さらに、酸素センサ５７の出力信号に基づき、すなわち上流触媒３５の酸素吸蔵状態及び酸素放出状態に基づき目標噴射量を増減補正する。そして、補正後の目標噴射量に対応する時間、燃料噴射弁３１に通電する。この通電により燃料噴射弁３１が開弁して上記補正後の目標噴射量に相当する量の燃料が噴射される。
【００５１】
さらに、点火時期制御では、上記スロットルセンサ５４によるスロットル開度やクランク角センサ５１による機関回転速度に基づいて点火時期の制御目標値（目標点火時期）を算出し、イグナイタ３３を制御することによりその目標点火時期において点火プラグ３２に点火動作をさせる。上記混合気は、点火プラグ３２の点火に伴う火花放電によって着火されて燃焼する。
【００５２】
ここで、内燃機関１１から排出された排気は、上流触媒３５及び下流触媒３６を通過した後、大気中に放出される。このため、所望のエミッション特性を維持するためには、両触媒３５，３６が適正な酸素吸蔵容量ＯＳＣを有することが必要である。一方、各触媒３５，３６の酸素吸蔵容量ＯＳＣと劣化状態との間には対応関係が見られ、一般には各触媒３５，３６の劣化が進行するに従って酸素吸蔵容量ＯＳＣが減少する傾向にある。
【００５３】
そこで、電子制御装置６１は、上述したスロットル制御、燃料噴射制御、点火時期制御等のほかにも、各触媒３５，３６の酸素吸蔵容量ＯＳＣを求め、これに基づき各触媒３５，３６の異常（劣化）を検出するようにしている。すなわち、上流触媒３５が適正な酸素吸蔵容量ＯＳＣを有しているかどうかを判定することにより劣化状態を検出するようにしている。なお、ここでは、上流触媒３５を対象とし、その酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出、及び劣化検出について説明する。酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出はアクティブ空燃比制御を前提として行われる。
【００５４】
図４のフローチャートは、アクティブ空燃比制御について、基本的な処理のみを示している。これらの処理は、上述した特許文献１の触媒劣化検出装置がアクティブ空燃比制御において実行する処理と同様である。このアクティブ空燃比制御ルーチンは、電子制御装置６１により所定時間毎に繰り返し実行される。
【００５５】
ステップ１００では、電子制御装置６１は、アクティブ空燃比制御を実行するための条件（実行条件）が成立しているかどうかを判定する。ここで、実行条件としては、例えば、上流触媒３５の温度が活性温度に達していること等が挙げられる。この判定条件が満たされていない（実行条件：不成立）と、アクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。
【００５６】
これに対し、ステップ１００の判定条件が満たされている（実行条件：成立）と、ステップ１２０において、前回の制御周期から今回の制御周期までの期間に、酸素センサ５７の出力がリッチに対応した値からリーンに対応した値へ、又はリーンに対応した値からリッチに対応した値へ反転したかどうかを判定する。この判定には、図６に示す２つの判定値（リーン判定値ＶＬ及びリッチ判定値ＶＲ）を用いる。酸素センサ５７の出力がリッチ判定値ＶＲを超えると、換言すると、リーンに対応した値からリッチに対応した値に変化（反転）すると、上流触媒３５の下流側の排気が、空燃比Ａ／Ｆがリッチである混合気に対応した性状に変化したと判定する。一方、酸素センサ５７の出力がリーン判定値ＶＬを下回ると、換言すると、リッチに対応した値からリーンに対応した値に変化（反転）すると、上流触媒３５の下流側の排気が、空燃比Ａ／Ｆがリーンである混合気に対応した性状に変化したと判定する。
【００５７】
上記図４のステップ１２０の判定条件が満たされていない（反転なし）と、ステップ１８０において、上記ステップ１００の実行条件が不成立から成立に切替った後に、目標空燃比の初期値が未だ設定されていないかどうかを判定する。この判定条件が満たされている（初期値未設定）と、ステップ２００において、そのときの酸素センサ５７の出力に基づき目標空燃比の初期値を設定する。ここでは、初期値として２つの値（リッチ空燃比及びリーン空燃比）が予め用意されており、酸素センサ５７の出力とは反対の傾向の値を選択する。具体的には、酸素センサ５７の出力がリッチに対応した値であればリーン空燃比を選択し、同酸素センサ５７の出力がリーンに対応した値であればリッチ空燃比を選択する。そして、選択した値を目標空燃比の初期値として設定する。こうしたステップ２００の処理を行う場面としては、ステップ１００の実行条件が満たされていない状況から満たされた状況に切替った直後が挙げられる。この場合には、目標空燃比が未だ設定されておらず、上記ステップ２００の処理により初めて目標空燃比が設定されることになる。ステップ２００の処理を経た後、アクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。
【００５８】
これに対し、上記ステップ１８０の判定条件が満たされていない（初期値設定済）と、上記ステップ２００の処理を行うことなくアクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。この場合には、目標空燃比として前回の制御周期で設定された値（リッチ空燃比又はリーン空燃比）が維持されることとなる。
【００５９】
一方、上記ステップ１２０の判定条件が満たされている（反転有り）と、ステップ１６０へ移行し、上記リッチ空燃比及びリーン空燃比間で目標空燃比を大きく変更（スキップともいう）する処理を行う。例えば、目標空燃比の前回値がリッチ空燃比であればリーン空燃比に変更し、その逆に前回値がリーン空燃比であればリッチ空燃比に変更する。そして、ステップ１６０の処理を経た後にアクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。このようにアクティブ空燃比制御ルーチンでは、実行条件が成立している状況のもと、酸素センサ５７の出力が反転する毎に目標空燃比が変更される。
【００６０】
なお、上記のように目標空燃比が算出・設定されると、別途のルーチンにおいて、実際の空燃比Ａ／Ｆがこの変更後の目標空燃比に一致するように目標噴射量が増減補正される。そして、補正後の目標噴射量に基づき燃料噴射弁３１に対する通電が制御されて、対応する量の燃料が燃料噴射弁３１から噴射される。
【００６１】
上述した図４のアクティブ空燃比制御ルーチンにおいて、電子制御装置６１によって行われるステップ１００，１２０，１６０〜２００の処理がアクティブ空燃比制御手段に相当する。
【００６２】
上記アクティブ空燃比制御ルーチンによると、酸素センサ５７の出力の変化に応じて、目標空燃比と、上流触媒３５の酸素吸蔵状態とが、例えば図６に示すように変化する。この例は、タイミングｔ１でアクティブ空燃比制御の実行条件が成立し、タイミングｔ２，ｔ４で酸素センサ５７の出力が、リッチに対応した値からリーンに対応した値に反転し、タイミングｔ３で酸素センサ５７の出力が、リーンに対応した値からリッチに対応した値に反転した場合を示している。
【００６３】
タイミングｔ１で実行条件が成立する（ステップ１００：ＹＥＳ）と、このときの酸素センサ５７がリッチに対応した値を出力していて、反転されていないことから、図４のアクティブ空燃比制御ルーチンでは、ステップ１００→１２０→１８０→２００→リターンの順に処理が行われて、リーン空燃比が目標空燃比の初期値として設定される。実際の空燃比Ａ／Ｆがこのリーン空燃比に一致するように目標噴射量が補正されることで、酸素を含み、かつ空燃比がリーンである混合気に対応した排気が上流触媒３５に流入する。このため、上流触媒３５は、排気中の余剰な酸素を吸蔵する。
【００６４】
タイミングｔ１以降であって、酸素センサ５７がリッチに対応した値を出力している期間には、ステップ１２０，１８０の判定条件がともに満たされないことから、ステップ１００→１２０→１８０→リターンの順に処理が行われて、目標空燃比として前回値であるリーン空燃比が維持される。上流触媒３５は、その酸素吸蔵能力の範囲内で排気中の酸素を吸蔵し続ける。そのため、上流触媒３５における酸素吸蔵量は増加してゆく。上流触媒３５に酸素吸蔵能力一杯の酸素が吸蔵されて飽和状態になると、上流触媒３５の下流には、酸素を含み、かつ空燃比がリーンである混合気に対応した排気が流出し始める。これに伴い酸素センサ５７の出力がリーン側へ変化する。酸素センサ５７の出力がタイミングｔ２でリーン判定値ＶＬを下回り、リッチに対応した値からリーンに対応した値に変化（反転）すると、ステップ１２０の判定条件が満たされて、ステップ１００→１２０→１６０→リターンの順に処理が行われる。この際のステップ１６０の処理により、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変更される。このリッチ空燃比はタイミングｔ２以降、酸素センサ５７の出力がリーンに対応した値である期間中維持される。上流触媒３５は、吸蔵酸素を放出して排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する。そのため、上流触媒３５における酸素の吸蔵量は減少してゆく。
【００６５】
目標空燃比がリッチ空燃比に維持されることにより、上流触媒３５中の吸蔵酸素が全て消費されて空の状態になると、その後、上流触媒３５の下流には、未燃成分を含み、かつ空燃比がリッチである混合気に対応した排気が流出し始め、酸素センサ５７の出力がリッチ側へ変化する。酸素センサ５７の出力が、タイミングｔ３でリッチ判定値ＶＲを上回り、リーンに対応した値からリッチに対応した値に変化（反転）すると、ステップ１６０の処理により、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変更される。このとき、上流触媒３５は、全ての吸蔵酸素を放出した空の状態となっている。この状態で、上記目標空燃比の変更に伴い上流触媒３５に、酸素を含み、かつ空燃比がリーンである混合気に対応した排気が流入すると、上流触媒３５は、排気中の余剰な酸素を吸蔵する。
【００６６】
目標空燃比は、酸素センサ５７の出力がリッチに対応した値からリーンに対応した値に反転するまでの期間中リーン空燃比に維持される。この維持中、上流触媒３５は、酸素吸蔵能力の範囲内で排気中の酸素を吸蔵し続ける。そのため、上流触媒３５における酸素の吸蔵量は増加してゆく。そして、上流触媒３５に酸素吸蔵能力一杯の酸素が吸蔵されて飽和状態になると、上流触媒３５の下流には、酸素を含み、かつ空燃比がリーンである混合気に対応した排気が流出し始める。タイミングｔ４で酸素センサ５７の出力がリーン判定値ＶＬを下回り、リッチに対応した値からリーンに対応した値に変化（反転）する。この反転により上記ステップ１２０の判定条件が満たされると、目標空燃比がリーン空燃比から再びリッチ空燃比に変更される。
【００６７】
以後、実行条件が成立（ステップ１００：ＹＥＳ）している期間は、酸素センサ５７の出力反転に応じて目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に、又はその逆に強制的に変更する処理が繰り返し実行される。
【００６８】
次に、上記アクティブ空燃比制御の実行を前提とし、上流触媒３５の劣化状態を検出する触媒劣化検出ルーチンについて、図７のフローチャートを参照して説明する。この触媒劣化検出ルーチンは、電子制御装置６１により所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６９】
ここで、アクティブ空燃比制御中、酸素センサ５７の出力は、上述したように、上流触媒３５内の吸蔵酸素が全て消費されて空の状態になった時点（図６のタイミングｔ３参照）で、リーンに対応した値からリッチに対応した値に反転する。また、同出力は、上流触媒３５が酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素を吸蔵して飽和状態になった時点（図６のタイミングｔ２，ｔ４参照）で、リッチに対応した値からリーンに対応した値に反転する。従って、酸素センサ５７の出力がリーンに対応した値からリッチに対応した値に反転した時点から、再びリーンに対応した値に反転する時点までの期間（図６のタイミングｔ３〜ｔ４の期間参照）、上流触媒３５に流入した排気中の過剰な酸素の量を積算することで、上流触媒３５の酸素吸蔵容量ＯＳＣを求めることが可能である。同様に、酸素センサ５７の出力がリッチに対応した値からリーンに対応した値に反転した時点から、再びリッチに対応した値に反転する時点までの期間（図６のタイミングｔ２〜ｔ３の期間参照）、上流触媒３５から放出された酸素の量を積算することで、上流触媒３５の酸素吸蔵容量ＯＳＣを求めることが可能である。
【００７０】
上流触媒３５は、排気中の酸素濃度に対応する混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆstoichi よりもリッチである場合、すなわち、（Ａ／Ｆ）＜（Ａ／Ｆstoichi ）である場合に、酸素の不足分を補うように酸素を放出する。この場合、内燃機関１１への燃料供給量をＦとすると、不足する酸素量ＱＯ2 は、空燃比Ａ／Ｆと理論空燃比Ａ／Ｆstoichi を用いて次式（１）のように表すことができる。ただし、式（１）中、「ｋ」は吸入空気に含まれる酸素の割合を示す係数ｋ（約０．２３）である。
【００７１】
ＱＯ2 ＝ｋ・｜（Ａ／Ｆstoichi ）−（Ａ／Ｆ）｜・Ｆ
＝ｋ・ΔＡ／Ｆ・Ｆ                                  …（１）
また、上流触媒３５は、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆstoichi よりもリーンである場合、つまり、（Ａ／Ｆ）＞（Ａ／Ｆstoichi ）である場合に、酸素の過剰分を吸蔵する。この場合、内燃機関１１への燃料供給量をＦとすると、過剰な酸素量ＱＯ2 は、やはり上記（１）式により表すことができる。
【００７２】
ここで、空燃比Ａ／Ｆについては空燃比センサ５６により検出することが可能である。また、電子制御装置６１は、燃料噴射量自体を制御しているため、単位時間当たりの燃料供給量Ｆを検知することも可能である。このため、電子制御装置６１は、それらの空燃比Ａ／Ｆ及び燃料供給量Ｆを上記（１）式に代入することにより、単位時間当たりの不足又は過剰な酸素量ＱＯ2 を算出することが可能である。そして、電子制御装置６１は、アクティブ空燃比制御の実行に伴って酸素センサ５７の出力が反転する環境下で、その反転を起点及び終点として酸素量ＱＯ2 を積分することにより、上流触媒３５の酸素吸蔵容量ＯＳＣを算出することが可能である。
【００７３】
こうした点を踏まえ、電子制御装置６１は図７の触媒劣化検出ルーチンの実行に際し、まずステップ５００において、アクティブ空燃比制御の実行中であるかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（アクティブ空燃比制御：非実行）と、ステップ５２０において、酸素吸蔵容量ＯＳＣを「０」にリセットするとともに、酸素量ＱＯ2 の積算値である酸素吸蔵量ＯＳＡを「０」にリセットする。このステップ５２０の処理を経た後に、触媒劣化検出ルーチンを一旦終了する。
【００７４】
これに対し、ステップ５００の判定条件が満たされている（アクティブ空燃比制御：実行中）と、ステップ５４０において、前回の制御周期から今回の制御周期までの期間に酸素センサ５７の出力が反転したか否かを判定する。この判定条件が満たされていない（出力反転無し）と、酸素吸蔵容量ＯＳＣを算出するための処理（ステップ６００，６２０）を実行する。まず、ステップ６００において、上記式（１）に基づき単位時間当たりの不足又は過剰な酸素量ＱＯ2 を算出する。次に、ステップ６２０において、前回の制御周期までに積算して求めた酸素吸蔵量ＯＳＡに上記ステップ６００で求めた酸素量ＱＯ2 を加算し、その加算結果を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡとして設定し、メモリ（ＲＡＭ）に記憶する。
【００７５】
上記ステップ５４０の判定条件が満たされている（出力反転有り）と、ステップ５６０において、その時点で算出されている酸素吸蔵量ＯＳＡを上流触媒３５の酸素吸蔵容量ＯＳＣとして設定し、メモリ（ＲＡＭ）に記憶する。そして、ステップ５８０において、上記酸素吸蔵量ＯＳＡを「０」に戻す（クリヤする）。ステップ５８０の処理の後、上述したステップ６００へ移行する。
【００７６】
従って、上記ステップ５４０〜６２０の処理によれば、酸素センサ５７の出力が反転する毎に、その時点で算出されていた酸素吸蔵量ＯＳＡが上流触媒３５の酸素吸蔵容量ＯＳＣとして設定・記憶され、かつ、新たに酸素吸蔵量ＯＳＡの算出が開始されることとなる。
【００７７】
次に、上記ステップ６２０から移行したステップ６４０において、アクティブ空燃比制御の開始後、２回以上酸素吸蔵容量ＯＳＣを設定・記憶したかどうかを判定する。この判定条件が満たされていないと、触媒劣化検出ルーチンを一旦終了する。ステップ６４０の判定条件が満たされない場面としては、アクティブ空燃比制御の開始後、酸素センサ５７の出力が未だ反転しておらず、酸素吸蔵容量ＯＳＣを一度も設定・記憶していない場合と、酸素センサ５７の出力の初回の反転に応じて酸素吸蔵容量ＯＳＣを算出した場合とが挙げられる。後者の場面は、酸素吸蔵容量ＯＳＣを算出したものの、酸素センサ５７の出力が反転した時点、すなわち上流触媒３５内の吸蔵酸素が全て消費された時点、又は上流触媒３５が酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素を吸蔵した時点から算出したものではない。この酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づいて上流触媒３５の劣化判定を行うと誤判定するおそれがある。そのため、この場合には、劣化判定を行うことなく触媒劣化検出ルーチンを終了することとしている。
【００７８】
これに対し、ステップ６４０の判定条件が満たされていると、その時点でメモリ（ＲＡＭ）に記憶されている酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づき、ステップ６６０〜７００において上流触媒３５の劣化状態を判定する。ステップ６４０の判定条件を満たす酸素吸蔵容量ＯＳＣは、アクティブ空燃比制御の開始後２回以上算出されたものであり、酸素センサ５７の出力が反転してから次に反転するまでの期間にわたって算出されたものである。
【００７９】
電子制御装置６１は、ステップ６６０において、その時点でメモリ（ＲＡＭ）に記憶されている酸素吸蔵容量ＯＳＣが、予め設定された判定値αよりも大きいかどうかを判定する。ここで、判定値αは、酸素吸蔵容量ＯＳＣについて、排気成分を浄化するうえで必要な範囲の上限値又はそれに近い値が設定されている。ステップ６６０の判定条件が満たされている（ＯＳＣ＞α）と、上流触媒３５が排気を浄化するうえで十分な酸素吸蔵容量ＯＳＣを有しているとして、ステップ６８０において「正常」である旨の判定をする。これに対し、ステップ６６０の判定条件が満たされていない（ＯＳＣ≦α）と、上流触媒３５の劣化が相当程度進行しており、排気を確実に浄化するには酸素吸蔵容量ＯＳＣが不十分であるとして、ステップ７００において「異常」である旨の判定をする。そして、上記ステップ６８０又は７００の処理を経た後に、触媒劣化検出ルーチンを終了する。
【００８０】
上述した図７の触媒劣化検出ルーチンにおいて、電子制御装置６１によって実行されるステップ５００〜７００の処理が劣化判定手段に相当する。
上記触媒劣化検出ルーチンによると、酸素センサ５７の出力の変化に応じ、上流触媒３５での酸素吸蔵量ＯＳＡが例えば図６に示すように変化する。
【００８１】
アクティブ空燃比制御の実行条件が成立するタイミングｔ１よりも前の期間には、アクティブ空燃比制御が行われないことから、ステップ５００→５２０→リターンの順に処理が行われ、酸素吸蔵容量ＯＳＣ及び酸素吸蔵量ＯＳＡがともに「０」に設定される。
【００８２】
タイミングｔ１で実行条件が成立してアクティブ空燃比制御が開始されると、このときの酸素センサ５７からリッチに対応した値が出力されていて反転されていないこと、及び酸素吸蔵容量ＯＳＣを一度も算出したことがないことから、ステップ５００→５４０→６００→６２０→６４０→リターンの順に処理が行われる。酸素量ＱＯ2 の算出（ステップ６００）及び酸素吸蔵量ＯＳＡの算出・記憶（ステップ６２０）がそれぞれ行われる。
【００８３】
タイミングｔ１以降であって、酸素センサ５７の出力が次に反転するタイミングｔ２までの期間は、ステップ６２０の処理により酸素量ＱＯ2 が積算されて酸素吸蔵量ＯＳＡが増大してゆく。タイミングｔ２で酸素センサ５７の出力が反転すると、ステップ５４０の判定条件が満たされる。また、酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出されるが、それがアクティブ空燃比制御の開始後１回目のものであり、ステップ６４０の判定条件が満たされない。そのため、ステップ５００→５４０→５６０→５８０→６００→６２０→６４０→リターンの順に処理が行われる。ステップ５８０の処理により酸素吸蔵量ＯＳＡが「０」にリセットされる。酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づく上流触媒３５の劣化状態の判定（ステップ６６０〜７００）は行われない。
【００８４】
タイミングｔ２以降であって、酸素センサ５７の出力が次に反転するタイミングｔ３までの期間は、ステップ６２０の処理により酸素量ＱＯ2 が積算されて酸素吸蔵量ＯＳＡが増大してゆく。タイミングｔ３で酸素センサ５７の出力が反転すると、ステップ５４０の判定条件が満たされる。また、酸素吸蔵容量ＯＳＣが設定・記憶されるが、それがアクティブ空燃比制御の開始後２回目以降のものであり、ステップ６４０の判定条件が満たされる。そのため、ステップ５００→５４０→５６０→５８０→６００→６２０→６４０→６６０→６８０（又は７００）→リターンの順に処理が行われる。ステップ５８０の処理により酸素吸蔵量ＯＳＡが「０」にリセットされる。酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づく上流触媒３５の劣化状態の判定が行われる。
【００８５】
タイミングｔ３以降であって、酸素センサ５７の出力が次に反転するタイミングｔ４までの期間についても、酸素吸蔵量ＯＳＡ等は、上記タイミングｔ２〜ｔ３と同様に変化する。タイミングｔ４以降についても同様である。
【００８６】
ところで、係合部４３及び被係合部４４を介して変速機３８が駆動連結された内燃機関１１において、上記アクティブ空燃比制御ルーチンの実行中、酸素センサ５７の出力の反転に伴い目標空燃比が変更（スキップ）されると、実際の空燃比Ａ／Ｆがその目標空燃比に一致するように目標噴射量が増減補正される。これに伴いクランクシャフト１７の回転が加速又は減速し、クランクシャフト１７のトルクが変動する。この際のトルク変動量が、ドライバビリティ確保の観点から許容できる最大変動量を越えると、内燃機関１１側の係合部４３が変速機３８側の被係合部４４に対し相対回転し、図３（Ａ）に示すように歯４５が歯４６に対し離れたり図３（Ｂ）に示すように接触したりして、異音や振動を発生し、車両１０のドライバビリティの悪化を招くおそれがある。
【００８７】
そこで、本実施形態では、上記クランクシャフト１７のトルクの許容できる最大変動量（許容最大変動量）について、対応する空燃比Ａ／Ｆの変更量（許容変更量Ａ）があり、しかもこの許容変更量Ａが吸入空気量ＧＡによって異なることに着目し、目標空燃比の変更を制限するようにしている。具体的には、図５に示すように、空燃比Ａ／Ｆの許容変更量Ａは吸入空気量ＧＡの少ないときには少なく、吸入空気量ＧＡが多くなるに従い多くなる傾向にある。
【００８８】
これは、吸入空気量ＧＡが少ないときにはクランクシャフト１７のトルクがもともと小さく、吸入空気量ＧＡの多いときよりも少ない量のトルク変動であっても、係合部４３が被係合部４４に対し相対回転しやすいからである。これとは逆に、吸入空気量ＧＡが多いときにはクランクシャフト１７のトルクがもともと大きく、吸入空気量ＧＡの少ないときよりも大きなトルク変動量でなければ、係合部４３が被係合部４４に対し相対回転しないからである。
【００８９】
本実施形態では、上記の傾向を踏まえ、酸素センサ５７の出力が反転した場合、その反転時における吸入空気量ＧＡに対応する空燃比Ａ／Ｆの許容変更量Ａを用いる。そして、酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆが、上記許容変更量Ａを越えないように目標空燃比の変更（スキップ）を制限するようにしている。
【００９０】
この制限に際しては、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はリッチ空燃比からリーン空燃比に変更される場合のその目標空燃比の変更量を基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)とする（図６参照）。この基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一の許容変更量Ａ(st)に対応する吸入空気量ＧＡを判定値βとして用いる。そして、実際の吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ない状況下で酸素センサ５７の出力が反転することを、目標空燃比の変更の制限を開始する条件（制限開始条件）とする。さらに、この制限開始条件の成立後、酸素センサ５７の出力の反転直前の目標空燃比を維持し、吸入空気量ＧＡが前記判定値β以上になると、維持していた目標空燃比を前記基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)分変更するようにしている。表現を変えると、吸入空気量ＧＡが判定値β以上になることを、目標空燃比の変更の制限を終了する条件（制限終了条件）としている。
【００９１】
具体的には、上述した図４のアクティブ空燃比制御ルーチンの各処理をベースとし、これに、目標空燃比の変更を制限する処理を加えている。図８のフローチャートは、この制限処理を加味したアクティブ空燃比制御ルーチンを示しており、電子制御装置６１により所定時間毎に繰り返し実行される。追加された処理は、図８中、二点鎖線で囲まれたステップ１４０，２２０〜３２０の処理である。
【００９２】
アクティブ空燃比制御ルーチンの実行に際してはフラグＦ１が用いられる。フラグＦ１は、目標空燃比の変更を制限する条件が成立しているかどうか、具体的には上記制限開始条件が成立した後、上記制限終了条件が成立するまでの期間であるかどうかを判定するためのものである。フラグＦ１の初期値は「０」であり、上記制限開始条件の成立に伴い「１」に切り替えられ、上記制限終了条件の成立に伴い「０」に戻される。なお、図８において、図４と同様の処理については同一のステップ数を付し、詳しい説明を省略する。
【００９３】
電子制御装置６１は、ステップ１００において、アクティブ空燃比制御を実行するための条件（実行条件）が成立しているかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（実行条件：不成立）と、アクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。
【００９４】
これに対し、ステップ１００の判定条件が満たされている（実行条件：成立）と、ステップ１２０において、前回の制御周期から今回の制御周期までの期間に酸素センサ５７の出力が反転したかどうかを判定する。この判定条件が満たされていると、ステップ１４０へ移行し、エアフロメータ５３によるその時点の吸入空気量ＧＡが上記判定値β以上であるかどうかを判定する。
【００９５】
ここで、吸入空気量ＧＡの判定値βは、上述したように、基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一の許容変更量Ａ(st)に対応している（図５参照）。このことは、吸入空気量ＧＡが判定値β以上であれば、その吸入空気量ＧＡに対応する空燃比Ａ／Ｆの許容変更量Ａが、基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一の許容変更量Ａ(st)以上であることを意味する。従って、この状況下で、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はその逆に基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)だけ変更されても、その変更量（基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)）がそのときの吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａを越えないこととなる。
【００９６】
上記とは逆に、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少なければ、その吸入空気量ＧＡに対応する空燃比Ａ／Ｆの許容変更量Ａが、基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一の許容変更量Ａ(st)よりも少ないことを意味する。従って、この状況下で、目標空燃比が上記基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)だけ変更されると、その変更量（基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)）がそのときの吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａを越えることとなる。
【００９７】
こうした観点から、上記図８のステップ１４０の判定条件が満たされている（ＧＡ≧β）と、ステップ１６０へ移行し、目標空燃比を基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)分変更することで、リーン空燃比からリッチ空燃比に、又はその逆に目標空燃比を変更する。そして、ステップ１６０の処理を経た後にアクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。従って、吸入空気量ＧＡが判定値β以上であることを条件に、酸素センサ５７の出力が反転する毎に目標空燃比が大きく変更される。
【００９８】
この際の目標空燃比の変更量（基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)）は、そのときの吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａを越えない。そのため、空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比に一致するように目標噴射量が増減補正され、係合部４３に伝達されるクランクシャフト１７のトルクが変動するが、その変動量は上記許容最大変動量を越えない。係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、歯４５が歯４６に対し離れたり接触したりして、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。
【００９９】
前記ステップ１４０の判定条件が満たされていない（ＧＡ＜β）と、制限開始条件が成立しているとして、ステップ２６０において、目標空燃比として、酸素センサ５７の出力反転直前の値、すなわちリッチ空燃比又はリーン空燃比を維持する。次に、ステップ２８０において、フラグＦ１を「０」から「１」に切り替え、その後に、アクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。
【０１００】
この場合には、目標空燃比が変更されないことから、目標空燃比の変更に伴うクランクシャフト１７のトルク変動が発生しないか、又は発生したとしてもわずかである。このときの目標空燃比の変更量（≒０）は、吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａよりも小さく、クランクシャフト１７のトルクの変動量は上記許容最大変動量を越えることがない。従って、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ないものの、上記ＧＡ≧βの場合と同様、係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。
【０１０１】
一方、上記ステップ１２０の判定条件が満たされていない（反転なし）と、上述したステップ１８０，２００の処理について、両方を経た後、又はステップ１８０のみを経た後、ステップ２２０へ移行する。ステップ２２０では、フラグＦ１が「１」であるかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（Ｆ＝０）と、アクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。こうした状況（Ｆ＝０）が起こる場面としては、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立した直後であって未だ酸素センサ５７の出力が反転していないときが挙げられる。
【０１０２】
これに対し、ステップ２２０の判定条件が満たされている（Ｆ＝１）と、少なくとも前回の制御周期では目標空燃比が維持されていることになる。この場合には、ステップ２４０において、エアフロメータ５３によるその時点の吸入空気量ＧＡが上記判定値βよりも少ないかどうか、すなわち制限終了条件が満たされているかどうかを判定する。この判定条件が満たされている（ＧＡ＜β）と、上述したステップ２６０→２８０→リターンの順に処理を行う。従って、ステップ２４０の判定条件が満たされている（ＧＡ＜β）期間は、目標空燃比が酸素センサ５７の出力の反転直前の値（リッチ空燃比又はリーン空燃比）に維持されることとなる。
【０１０３】
そして、上記ステップ２４０の判定条件が満たされなくなる（ＧＡ≧β）と、制限終了条件が満たされているとして、ステップ３００において目標空燃比を基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)分変更することで、上記リッチ空燃比又はリーン空燃比にする。次に、ステップ３２０においてフラグＦ１を「１」から「０」に切り替え、その後にアクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。
【０１０４】
この場合の目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆは基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一であり、上記ステップ１６０と同様、そのときの吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａを越えない。そのため、クランクシャフト１７の回転が加速又は減速して係合部４３に伝達されるクランクシャフト１７のトルクが変動しても、その変動量は上記許容最大変動量を越えない。係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。
【０１０５】
上述した図８のアクティブ空燃比制御ルーチンにおいて、電子制御装置６１によって実行されるステップ１４０，２２０〜３２０の処理（二点鎖線で囲まれた箇所の処理）が制限手段に相当する。
【０１０６】
上記図８のアクティブ空燃比制御ルーチン及び図７の触媒劣化検出ルーチンによると、酸素センサ５７の出力の変化、及び吸入空気量ＧＡの変化に応じ、目標空燃比、許容変更量Ａ、酸素吸蔵状態及び酸素吸蔵量ＯＳＡが例えば図９に示すように変化する。この例は、上述した図６のタイミングチャートをベースとしている。図６とは、次の２点で相違している。（ｉ）タイミングｔ３で酸素センサ５７の出力が、リーンに対応した値からリッチに対応した値に反転したときに、吸入空気量ＧＡが判定値βを下回っている点、及び、（ii）タイミングｔ３ａで吸入空気量ＧＡが判定値β以上になっている点である。
【０１０７】
タイミングｔ２〜ｔ３の期間に目標空燃比がリッチ空燃比に維持されることにより、上流触媒３５中の吸蔵酸素が全て消費されて空の状態になると、上流触媒３５の下流には、未燃成分を含むリッチな排気が流出し始め、酸素センサ５７の出力がリッチ側へ変化する。酸素センサ５７の出力は、タイミングｔ３でリッチ判定値ＶＲを上回り、リーンに対応した値からリッチに対応した値に変化（反転）する。このときの吸入空気量ＧＡは、上述したように判定値βよりも少なくなっている。そのため、図８のアクティブ空燃比制御ルーチンでは、ステップ１００→１２０→１４０→２６０→２８０→リターンの順に処理が行われ、目標空燃比は酸素センサ５７の出力が反転する直前の値（リッチ空燃比）に維持される。また、フラグＦ１が「０」から「１」に切り替えられる。一方、図７の触媒劣化検出ルーチンでは、ステップ５４０の判定条件が満たされることから、ステップ５６０，５８０の処理が行われ、その時点（タイミングｔ３）での酸素吸蔵量ＯＳＡが酸素吸蔵容量ＯＳＣとして設定・記憶された後、その酸素吸蔵量ＯＳＡが「０」にリセットされる。酸素吸蔵容量ＯＳＣと判定値αとの比較による上流触媒３５の劣化状態の判定（ステップ６６０〜７００）も行われる。因みに、図９では、酸素吸蔵容量ＯＳＣが判定値αよりも大きいことから、正常である旨の判定（ステップ６８０）が行われる。
【０１０８】
この場合には、目標空燃比が変更されないことから、目標空燃比の変更に伴うクランクシャフト１７のトルク変動が発生しないか、又は発生したとしてもわずかである。このときの目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆ（≒０）は吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａ(t3)よりも小さく、それに伴うトルク変動量は、クランクシャフト１７のトルクの許容最大変動量を越えることがない。従って、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ないものの、係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、歯４５が歯４６に対し離れたり接触したりして、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。
【０１０９】
タイミングｔ３〜ｔ３ａまでの期間は吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ない。そのため、図８のアクティブ空燃比制御ルーチンでは、ステップ１００→１２０→１８０→２２０→２４０→２６０→２８０→リターンの順に処理が行われる。これらの処理により目標空燃比がリッチ空燃比に維持される。このタイミングｔ３〜ｔ３ａの期間には、上流触媒３５では、吸蔵酸素が全て消費された空の状態が続く。
【０１１０】
タイミングｔ３ａで、吸入空気量ＧＡが判定値β以上になると、アクティブ空燃比制御ルーチンではステップ２４０の判定条件が満たされなくなることから、ステップ１００→１２０→１８０→２２０→２４０→３００→３２０→リターンの順に処理が行われる。目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変更されるとともに、フラグＦ１が「１」から「０」に切り替えられる。
【０１１１】
図９に示すように、この場合の目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆは、基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一であり、その時点での吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａ（ｔ３ａ）よりも少ない。そのため、クランクシャフト１７の回転が加速又は減速して係合部４３に伝達されるクランクシャフト１７のトルクが変動しても、その変動量は上記許容最大変動量を越えない。係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、歯４５が歯４６に対し離れたり接触したりして、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。
【０１１２】
上記目標空燃比のリーン空燃比への変更に伴い、酸素を含み、かつ空燃比がリーンである混合気に対応した排気が上流触媒３５に流入する。上流触媒３５は排気中の余剰な酸素を吸蔵するため、タイミングｔ３ａ以降、上流触媒３５の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大する。
【０１１３】
以上詳述した第１実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）吸入空気量ＧＡについて、クランクシャフト１７のトルクの許容最大変動量に対応する空燃比Ａ／Ｆの変更量を許容変更量Ａとして用い、酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が許容変更量Ａを越えないように目標空燃比の変更を制限するようにしている。この制限により、クランクシャフト１７のトルクの変動量が許容最大変動量を越えることがなくなる。その結果、係合部４３が被駆動体（変速機３８）側の被係合部４４に対し相対回転し、その被係合部４４から離れたり接触したりして、異音や振動を発生し、車両１０のドライバビリティが悪化するのを抑制できる。
【０１１４】
また、上記の制限をアクティブ空燃比制御中に行うため、同制御を禁止する場合とは異なり、酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の強制的な変更、同反転から次の反転までの期間における酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出、同酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づく上流触媒３５の劣化検出の各機会が少なくなることがない。
【０１１５】
このように、第１実施形態によれば、上流触媒３５の劣化を検出する機会を確保しつつ、車両１０のドライバビリティの悪化を抑制することができる。
（２）目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はリッチ空燃比からリーン空燃比に変更された場合のその目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆを基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)とする。この基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一の許容変更量Ａ(st)に対応する吸入空気量ＧＡを判定値βとして用いる。エアフロメータ５３による実際の吸入空気量ＧＡと判定値βとを比較する。そして、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ないと、この状況下で目標空燃比が基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)分変更された場合には許容変更量Ａ(st)を越えるとして目標空燃比の変更の制限を開始するようにしている。このように、吸入空気量ＧＡと判定値βとの比較により、目標空燃比の変更の制限を開始すべき時期を的確に把握することができる。
【０１１６】
（３）目標空燃比の変更の制限が開始されると、酸素センサ５７の出力の反転直前の目標空燃比（リッチ空燃比又はリーン空燃比）を維持するようにしている。このため、目標空燃比の変更に伴うクランクシャフト１７のトルク変動が発生しないか、又は発生したとしてもわずかであり、クランクシャフト１７のトルクの変動量が許容最大変動量を越えることがない。
【０１１７】
また、吸入空気量ＧＡが判定値β以上になると、上記のように維持していた目標空燃比を基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)分変更し、目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に、又はリッチ空燃比からリーン空燃比に一度に大きく変化させる。このときの目標空燃比の変更量は基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)であって多い。しかし、吸入空気量ＧＡに対応する空燃比Ａ／Ｆの許容変更量Ａが、基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)と同一の許容変更量Ａ(st)以上となっている。この状況下で、目標空燃比を大きく変更しても、その変更量が吸入空気量ＧＡに対応する許容変更量Ａを越えず、クランクシャフト１７のトルクの変動量が許容最大変動量を越えることがない。
【０１１８】
このようにして、酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が許容変更量Ａを越えないように目標空燃比の変更を制限することができ、上記（１）の効果を確実なものとすることができる。
【０１１９】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。
【０１２０】
第２実施形態は、アクティブ空燃比制御中、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ない状況下で酸素センサ５７の出力が反転した場合に行われる目標空燃比の変更の制限態様が、第１実施形態と異なっている。
【０１２１】
より具体的には、図１０のアクティブ空燃比制御ルーチンにおいて、二点鎖線によって囲まれた箇所に示すように、目標空燃比の変更の制限に際し、吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａよりも少ない変更量ずつ目標空燃比を段階的に変更することとしている。
【０１２２】
なお、図１０において、前述した図８と同様の処理については同一の符号が付されている。図１０は、図８とは次の３点で相違している。（ａ）ステップ２４０に代えてステップ３４０の処理が行われる点、（ｂ）ステップ２６０の処理に代えてステップ３６０の処理が行われる点、及び、（ｃ）ステップ３００の処理が割愛されている点、である。
【０１２３】
電子制御装置６１は、ステップ３６０では、上述したように、吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａよりも少ない変更量だけ目標空燃比を変更する。このときの変更量としては、予め設定した値を用いてもよいし、そのときどきの許容変更量Ａに基づき求めた値を用いてもよい。
【０１２４】
ステップ３４０では、目標空燃比が、リッチ空燃比及びリーン空燃比のうち目標とする値、すなわち、酸素センサ５７の出力が反転する直前の値とは異なる値に到達していないかどうかを判定する。従って、このステップ３４０の判定条件が満たされなくなるまで、ステップ３６０の処理が繰り返されることとなる。
【０１２５】
そして、上記ステップ３６０の処理の繰り返しにより、目標空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比に到達してステップ３４０の判定条件が満たされなくなると、ステップ３２０へ移行する。ステップ３２０でフラグＦ１を「１」から「０」に切り替え、その後にアクティブ空燃比制御ルーチンを一旦終了する。
【０１２６】
上述した図１０のアクティブ空燃比制御ルーチンにおいて、電子制御装置６１によって実行されるステップ１４０，２２０，３４０，３６０，２８０，３２０の処理（二点鎖線で囲まれた箇所の処理）が制限手段に相当する。
【０１２７】
上記図１０のアクティブ空燃比制御ルーチン及び図７の触媒劣化検出ルーチンによると、酸素センサ５７の出力の変化、及び吸入空気量ＧＡの変化に応じ、目標空燃比、許容変更量Ａ、酸素吸蔵状態及び酸素吸蔵量ＯＳＡが例えば図１１に示すように変化する。この図１１は上述した図９と対応している。この例は、図９と同様、タイミングｔ３で酸素センサ５７の出力が、リーンに対応した値からリッチに対応した値に反転したときに、吸入空気量ＧＡが判定値βを下回っている。
【０１２８】
タイミングｔ２〜ｔ３の期間に目標空燃比がリッチ空燃比に維持されることにより、上流触媒３５中の吸蔵酸素が全て消費されると、上流触媒３５の下流には、未燃成分を含むリッチな排気が流出し始め、酸素センサ５７の出力がリッチに対応する側へ変化する。酸素センサ５７の出力は、タイミングｔ３でリッチ判定値ＶＲを上回り、リーンに対応した値からリッチに対応した値に変化（反転）する。このときの吸入空気量ＧＡは、上述したように判定値βよりも少なくなっていてステップ１４０の判定条件が満たされない。そのため、図１０のアクティブ空燃比制御ルーチンでは、ステップ１００→１２０→１４０→３６０→２８０→リターンの順に処理が行われ、目標空燃比が、リッチ空燃比から吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａ(t3)よりも少ない変更量ΔＡ／Ｆ(t3)だけ変更される。そのため、クランクシャフト１７の回転が加速又は減速して係合部４３に伝達されるクランクシャフト１７のトルクが変動しても、その変動量は許容最大変動量を越えない。係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、歯４５が歯４６に対し離れたり接触したりして、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。歯４５は歯４６に接触し続ける。
【０１２９】
タイミングｔ３での目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆは基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)よりも少なく、目標とするリーン空燃比に到達していない。そのため、次回の制御周期（タイミングｔ３ｂ）では、ステップ３４０の判定条件が満たされ、ステップ１００→１２０→１８０→２２０→３４０→３６０→２８０→リターンの順に処理が行われ、目標空燃比が、吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａ(t3b )よりも少ない変更量ΔＡ／Ｆ(t3b )だけ変更される。この変更により、目標空燃比が目標とするリーン空燃比に到達する。そのため、この場合にもクランクシャフト１７のトルクの変動量は許容最大変動量を越えない。係合部４３の被係合部４４に対する相対回転が抑制され、歯４５が歯４６に対し離れたり接触したりして、異音や振動を発生する現象が起こりにくい。なお、上記の変更により目標空燃比がリーン空燃比を越えてそれよりもリーン側の値になる場合には、リーン空燃比を変更後の目標空燃比としてもよい。
【０１３０】
タイミングｔ３ｂの次回の制御周期では、目標空燃比がリーン空燃比に到達していてステップ３４０の判定条件が満たされなくなることから、ステップ１００→１２０→１８０→２２０→３４０→３２０→リターンの順に処理が行われ、目標空燃比の変更が停止される。
【０１３１】
次回以降の制御周期では、ステップ２２０の判定条件が満たされないことから、ステップ１００→１２０→１８０→２２０→リターンの順に処理が行われ、目標空燃比が維持される。
【０１３２】
従って、第２実施形態によると、上述した（１）に加え、次の効果も得られる。
（４）目標空燃比の変更の制限に際し、吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａよりも少ない変更量ずつ目標空燃比を段階的に変更するようにしている。そのため、目標空燃比の１回当たりの変更に伴い変動するトルクの変動量が許容最大変動量を越えることがない。そして、こうした段階的な変更により、目標空燃比が基準変更量ΔＡ／Ｆ(st)分変更されると、同目標空燃比はリーン空燃比又はリッチ空燃比となる。
【０１３３】
このようにして、酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の変更量が許容変更量Ａを越えないように目標空燃比の変更を制限することができ、上記（１）の効果を確実なものとすることができる。
【０１３４】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・本発明は、酸素センサ５７の出力がリーンに対応した値からリッチに対応した値に反転する場合だけでなく、その逆にリッチに対応した値からリーンに対応した値に反転する場合にも適用である。すなわち、吸入空気量ＧＡが判定値βよりも少ない状況下で酸素センサ５７の出力がリッチに対応した値からリーンに対応した値に反転した場合に、目標空燃比の変更を制限するようにしてもよい。制限の態様としては、第１実施形態と同様に、目標空燃比を維持するものであってもよいし、第２実施形態と同様に、目標空燃比を段階的に変更するものであってもよい。
【０１３５】
・本発明は、変速機３８以外の被駆動体と内燃機関１１との間に、クランクシャフト１７とともに回転し、被駆動体側の被係合部４４に接触してトルクを伝達する係合部４３が設けられた車両であれば、広く適用可能である。また、被駆動体は、クランクシャフト１７のトルクが伝達されて駆動されるものであればよく、例えば補機も被駆動体の対象となり得る。
【０１３６】
・燃料噴射量とクランクシャフト１７のトルクとの間には相関関係がある。そこで、前記各実施形態における目標空燃比に代えて、燃料噴射量の変更を制限するようにしてもよい。すなわち、吸入空気量ＧＡについて、クランクシャフト１７のトルクについて許容できる最大変動量に対応する燃料噴射量の変更量を許容変更量Ａとして求め、酸素センサ５７の出力が反転したとき燃料噴射量の変更量が許容変更量Ａを越えないように燃料噴射量の変更を制限する。
【０１３７】
この場合、燃料噴射量の変更の制限に際し、吸入空気量ＧＡについてクランクシャフト１７のトルクの許容できる最大変動量に対応する燃料噴射量の変更量（許容変更量）を用いる。そして、酸素センサの出力の反転に伴う燃料噴射量の変更量が許容変更量を越えないように燃料噴射量の変更を制限する。この制限により、燃料噴射量が許容変更量Ａを越えることがなく、クランクシャフト１７のトルクが許容できる最大変動量を越えることがなくなる。その結果、係合部４３が被係合部４４に対し相対回転し、その被係合部４４から離れたり接触したりして、異音や振動が発生し、車両１０のドライバビリティが悪化するのを抑制できる。
【０１３８】
また、こうした制限はアクティブ空燃比制御中に行われるため、同制御を禁止する場合とは異なり、酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の強制的な変更、同反転から次の反転までの期間における酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出、その酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づく上流触媒３５の劣化検出の各機会が少なくなるのを抑制できる。
【０１３９】
このように、上流触媒３５の劣化を検出する機会を確保しつつ、車両１０のドライバビリティの悪化を抑制することができる。
・図７の触媒劣化検出ルーチンにおいて、上流触媒３５の劣化判定（ステップ６６０〜７００）に用いる酸素吸蔵容量ＯＳＣとして、ステップ５６０で設定・記憶される酸素吸蔵容量ＯＳＣの平均値を用いてもよい。
【０１４０】
・目標空燃比の変更の制限を開始する条件（制限開始条件）として、前記各実施形態に記載したものに代え、「酸素センサ５７の出力の反転に伴う目標空燃比の変更量ΔＡ／Ｆがそのときの吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａよりも大きいこと」としてもよい。
【０１４１】
・第２実施形態において、目標空燃比の変更の制限を終了する条件（制限終了条件）を次の２つの条件Ｉ，IIのいずれか一方が早く成立することとしてもよい。
条件Ｉ：吸入空気量ＧＡが判定値β以上になること。
【０１４２】
条件II：変更後の目標空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比に到達すること。
・第２実施形態において、目標空燃比の制限に際し、同目標空燃比んを３回以上にわたり段階的に変更してもよい。この場合には、各回の目標空燃比の変更量を、吸入空気量ＧＡについての許容変更量Ａよりも少なくする。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の車載内燃機関の触媒劣化検出装置を具体化した第１実施形態についてその構成を示す略図。
【図２】車両における内燃機関及び被駆動体の配置状態を示す概略平面図。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は係合部及び被係合部の噛み合い部分を示す部分断面図。
【図４】アクティブ空燃比制御ルーチンの基本的な処理を示すフローチャート。
【図５】吸入空気量ＧＡと空燃比の許容変更量Ａとの対応関係を示す特性図。
【図６】図４のアクティブ空燃比制御ルーチンが行われた場合について、酸素センサの出力の変化に応じた目標空燃比、酸素吸蔵状態及び酸素吸蔵量ＯＳＡの各変化態様を示すタイミングチャート。
【図７】触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャート。
【図８】アクティブ空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】図８のアクティブ空燃比制御ルーチン及び図７の触媒劣化検出ルーチンが行われた場合について、酸素センサの出力の変化に応じた目標空燃比、吸入空気量ＧＡ、許容変更量Ａ、酸素吸蔵状態及び酸素吸蔵量ＯＳＡの各変化態様を示すタイミングチャート。
【図１０】本発明の第２実施形態におけるアクティブ空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】図１０のアクティブ空燃比制御ルーチン及び図７の触媒劣化検出ルーチンが行われた場合について、酸素センサの出力の変化に応じた目標空燃比、吸入空気量ＧＡ、許容変更量Ａ、酸素吸蔵状態及び酸素吸蔵量ＯＳＡの各変化態様を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…車両、１１…内燃機関、１７…クランクシャフト（出力軸）、３５…上流触媒（排気浄化触媒）、３８…変速機（被駆動体）、４３…係合部、４４…被係合部、５７…酸素センサ、６１…電子制御装置（アクティブ空燃比制御手段、劣化判定手段、制限手段）、Ａ…許容変更量、Ａ／Ｆ…空燃比、ΔＡ／Ｆ…変更量、ΔＡ／Ｆ(st)…基準変更量、Ａ／Ｆstoichi …理論空燃比、ＧＡ…吸入空気量、ＯＳＣ…酸素吸蔵容量、β…判定値。
【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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【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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