(57)【要約】【課題】この発明は、触媒劣化検出装置に関し、貴金属触媒の活性状態を高精度に検出可能な触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】吸蔵サイクル中における排気浄化反応の反応速度（反応速度ＶＯＳＡ）をＡ／Ｆセンサ１８で検出される排気空燃比（下流側Ａ／Ｆ）がリーン域に移行する直前までにおけるＡ／Ｆセンサ１６，１８の出力値に基づいて求め、貴金属触媒の活性状態に関する劣化を検出する。吸蔵サイクルにおいては、Ｓ／Ｃ１４に流入する排気空燃比がリッチからリーンに変化するように目標空燃比が設定される。そのため、下流側Ａ／Ｆは、ストイキ到達後の時刻ｔ１において、ストイキからリーン域に移行する。貴金属触媒の活性状態が低下すると、下流側Ａ／Ｆは、時刻ｔ４においてリーン域に移行する。そのため、算出される反応速度ＶＯＳＡは、正常時のそれに比して極めて小さくなる。【選択図】図４
2013092069.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、貴金属触媒の作用により排気を浄化する三元触媒と、
前記三元触媒よりも上流側の目標空燃比をストイキよりもリッチ側およびリーン側に強制的かつ周期的に切り替える空燃比アクティブ制御を実行する空燃比アクティブ制御手段と、
前記三元触媒よりも上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記三元触媒よりも下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記空燃比アクティブ制御の実行中に前記下流側空燃比センサで検出した排気空燃比を用いて前記貴金属触媒の活性状態を判定する触媒活性状態判定手段と、
を備え、
前記触媒活性状態判定手段は、前記目標空燃比をリッチからリーンに切り替えた際に、リッチ域の所定開始点からストイキ到達後かつリーン域移行前の所定終了点までの吸蔵期間において前記下流側空燃比センサで検出した排気空燃比を用いて算出した酸素吸蔵変化速度、または、前記目標空燃比をリーンからリッチに切り替えた際に、リーン域の所定開始点からストイキ到達後かつリッチ域移行前の所定終了点までの放出期間において前記下流側空燃比センサで検出した排気空燃比を用いて算出した酸素放出変化速度を用いて、前記貴金属触媒の活性状態を判定することを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記触媒活性状態判定手段は、前記酸素吸蔵変化速度を用いて、前記貴金属触媒の活性状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記空燃比アクティブ制御手段は、前記吸蔵期間の経過直後に、前記目標空燃比をリーンからリッチに切り替えることにより前記目標空燃比をストイキよりもリッチ側およびリーン側に強制的かつ周期的に切り替えるリッチ限定空燃比アクティブ制御を実行することを特徴とする請求項１または２に記載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、触媒劣化検出装置に関し、より詳細には、排気浄化機能を有する三元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】
従来、三元触媒よりも上流側の排気空燃比をストイキよりもリッチ側およびリーン側に強制的かつ周期的に切り替える制御（以下、「空燃比アクティブ制御」と称す。）を実行し、三元触媒の劣化を検出する装置が知られている。例えば、特許文献１には、空燃比アクティブ制御の実行中に、三元触媒よりも下流側の空燃比センサで検出した排気空燃比のストイキ保持期間を用いて、三元触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置が開示されている。
【０００３】
三元触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着貯蔵し、排気空燃比がリッチのときに吸着貯蔵した酸素を放出する能力を有するものである。そのため、空燃比アクティブ制御の実行中、上記空燃比センサによって、三元触媒よりも下流側の排気空燃比が一時的にストイキに留まるストイキ保持期間を検出できる。ストイキ保持期間は、この期間に三元触媒に吸蔵または放出された酸素量と相関があり、三元触媒の酸素吸蔵能力の低下に起因して短くなる。従って、ストイキ保持期間を用いれば、三元触媒のＯＳＣに関する劣化を検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開平１１−０９３７４４号公報
【特許文献２】日本特開２００３−０９７３３４号公報
【特許文献３】日本特開２００６−１２５２２６号公報
【発明の概要】
【０００５】
上記特許文献１の劣化判定手法は、三元触媒の酸素吸蔵能力に着目したものである。しかし、この酸化吸蔵能力は、専ら三元触媒に添加した添加剤の作用によるものであり、三元触媒を主構成し、排気浄化を直接的に行う貴金属触媒の状態を十分に考慮したものではない。そのため、上記特許文献１において、ストイキ保持期間が長いと判定された場合には、貴金属触媒が劣化しているにも関わらず、三元触媒が正常であると判定する可能性がある。従って、貴金属触媒の劣化状態を検出するための新たな検出技術を確立する必要があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、貴金属触媒の活性状態を高精度に検出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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、触媒劣化検出装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、貴金属触媒の作用により排気を浄化する三元触媒と、
前記三元触媒よりも上流側の目標空燃比をストイキよりもリッチ側およびリーン側に強制的かつ周期的に切り替える空燃比アクティブ制御を実行する空燃比アクティブ制御手段と、
前記三元触媒よりも上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記三元触媒よりも下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記空燃比アクティブ制御の実行中に前記下流側空燃比センサで検出した排気空燃比を用いて前記貴金属触媒の活性状態を判定する触媒活性状態判定手段と、
を備え、
前記触媒活性状態判定手段は、前記目標空燃比をリッチからリーンに切り替えた際に、リッチ域の所定開始点からストイキ到達後かつリーン域移行前の所定終了点までの吸蔵期間において前記下流側空燃比センサで検出した排気空燃比を用いて算出した酸素吸蔵変化速度、または、前記目標空燃比をリーンからリッチに切り替えた際に、リーン域の所定開始点からストイキ到達後かつリッチ域移行前の所定終了点までの放出期間において前記下流側空燃比センサで検出した排気空燃比を用いて算出した酸素放出変化速度を用いて、前記貴金属触媒の活性状態を判定することを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記触媒活性状態判定手段は、前記酸素吸蔵変化速度を用いて、前記貴金属触媒の活性状態を判定することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記空燃比アクティブ制御手段は、前記吸蔵期間の経過直後に、前記目標空燃比をリーンからリッチに切り替えることにより前記目標空燃比をストイキよりもリッチ側およびリーン側に強制的かつ周期的に切り替えるリッチ限定空燃比アクティブ制御を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
酸素吸蔵変化速度は、目標空燃比をリッチからリーンに切り替えた際に、リッチ域の所定開始点からストイキ到達後かつリーン域移行前の所定終了点までの吸蔵期間における貴金属触媒の活性状態と相関があり、酸素放出変化速度は、目標空燃比をリーンからリッチに切り替えた際に、リーン域の所定開始点からストイキ到達後かつリッチ域移行前の所定終了点までの放出期間における貴金属触媒の活性状態と相関がある。この点、第１の発明においては、排気浄化能力判定手段によって、酸素吸蔵変化速度または酸素放出変化速度を算出するので、算出した酸素吸蔵変化速度または酸素放出変化速度によって、貴金属触媒の活性状態に関する劣化を高精度に検出できる。
【００１１】
一般に、三元触媒に酸素が吸着貯蔵される酸素吸蔵反応の方が、三元触媒から酸素が放出される酸素放出反応よりも進行し易い。そのため、酸素吸蔵変化速度を用いた場合、酸素放出変化速度を用いた場合に比して劣化検出性を向上できる。この点、第２の発明においては、酸素吸蔵変化速度を用いるので、貴金属触媒の活性状態をより高精度に判定することが可能となる。
【００１２】
空燃比アクティブ制御の実行中は、目標空燃比を短期間で切り替えるのでエミッションが悪化し易く、特にリーン側では三元触媒の下流側に未浄化ＮＯｘが排出されるという問題がある。この点、第３の発明においては、リッチ限定空燃比アクティブ制御を実行し、吸蔵期間の経過直後に、目標空燃比をリーンからリッチに切り替えるので、リーン側でのＮＯｘ排出を抑制できる。従って、排気エミッションの悪化を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１の触媒劣化検出装置のシステム構成を示す図である。
【図２】空燃比アクティブ制御中の空燃比挙動について説明するための図である。
【図３】空燃比アクティブ制御中のＳ／Ｃ１４における排気浄化のイメージ図である。
【図４】吸蔵サイクル中における空燃比挙動を示した図である。
【図５】放出サイクル中における空燃比挙動を示した図である。
【図６】実施の形態１において、ＥＣＵ２０により実行される触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６のステップ１２０の処理を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図８】タンデム触媒の構成を示す図である。
【図９】リッチ限定空燃比アクティブ制御中の空燃比挙動を示した図である。
【図１０】実施の形態２において、ＥＣＵ２０により実行されるリッチ限定空燃比アクティブ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
［触媒劣化検出装置の構成］
先ず、図１乃至図８を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施形態の触媒劣化検出装置のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両動力装置としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の排気通路１２は、Ｓ／Ｃ１４が配置されている。Ｓ／Ｃ１４は、これに流入する排気空燃比がストイキ付近の狭い範囲にある場合に排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する三元触媒である。
【００１５】
三元触媒は、ハニカム状に成形したコージュライト担体に多孔質アルミナを塗布し、このアルミナに白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）やロジウム（Ｒｈ）といった貴金属触媒を担持させたものである。また、三元触媒には、添加剤としての金属セリウム（Ｃｅ）が更に担持されている。金属セリウムは、Ｓ／Ｃ１４に流入する排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素と化合してセリア（ＣｅＯ２）を形成し、リッチのときに酸素を放出することで金属セリウムに戻る性質を有している。そのため、三元触媒は、この金属セリウムの作用により、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着貯蔵し、リッチとなったときに吸着貯蔵した酸素を放出する能力を有している。
【００１６】
また、図１に示すように、Ｓ／Ｃ１４の上流側および下流側には、Ａ／Ｆセンサ１６，１８がそれぞれ配置されている。Ａ／Ｆセンサ１６，１８は、例えば限界電流式の空燃比センサであり、Ｓ／Ｃ１４に流入する排気空燃比およびＳ／Ｃ１４を通過した排気空燃比に応じた信号を出力する。
【００１７】
また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０の入力側には、上述したＡ／Ｆセンサ１６，１８や、その他車両やエンジン１０の制御に必要な各種のセンサが接続されている。一方、ＥＣＵ２０の出力側にはエンジン１０に燃料を噴射するインジェクタ（図示しない）などの各種アクチュエータが接続されている。
【００１８】
［空燃比アクティブ制御中の空燃比挙動］
次に、図２を参照しながら、空燃比アクティブ制御中の空燃比挙動について説明する。空燃比アクティブ制御中、ＥＣＵ２０は、空燃比が目標値（例えばストイキ）となるベース燃料噴射量を基準としてリッチ側またはリーン側に強制的かつ周期的に燃料噴射量を増減させる。そのため、Ａ／Ｆセンサ１６は、この燃料噴射量の増減に応答した信号を出力する（図２（ａ））。一方、Ａ／Ｆセンサ１８においては、リッチ（またはリーン）からリーン（またはリッチ）へ変化するまでに一定の時間を要する（図２（ｂ））。これは、上述した貴金属触媒の活性状態が影響を及ぼしているためである。
【００１９】
図３は、空燃比アクティブ制御中のＳ／Ｃ１４における排気浄化のイメージ図である。図３（ａ）は正常触媒時における排気浄化イメージである。正常触媒時は、貴金属触媒の活性状態が高い。そのため、排気浄化反応がＳ／Ｃ１４前段から速やかに進行する。よって、図３（ａ）に示すように、Ｓ／Ｃ１４下流のガス雰囲気は、緩やかに入りガス雰囲気に変わっていく。つまり、Ｓ／Ｃ１４に流入する排気空燃比（以下、「上流側Ａ／Ｆ」と称す。）をリッチからリーンへ変化させた場合、Ａ／Ｆセンサ１８で検出される排気空燃比（以下、「下流側Ａ／Ｆ」と称す。）は、リッチからリーンへと緩やかに変化する。上流側Ａ／Ｆをリーンからリッチへ変化させた場合も同様で、下流側Ａ／Ｆは、リーンからリッチへと緩やかに変化する。
【００２０】
一方、図３（ｂ）は異常触媒時における排気浄化イメージである。異常触媒時は、貴金属触媒の活性状態も低い。そのため、入りガスは、ほぼ未浄化状態でＳ／Ｃ１４を通過してしまう。よって、図３（ｂ）に示すように、Ｓ／Ｃ１４下流のガス雰囲気は、入りガス雰囲気の変化に追従することになる。つまり、上流側Ａ／Ｆをリッチからリーンへ変化させた場合、下流側Ａ／Ｆは、リッチからリーンへと短時間で変化する。上流側Ａ／Ｆをリーンからリッチへ変化させた場合も同様で、下流側Ａ／Ｆは、リーンからリッチへと短時間で変化する。
【００２１】
［実施の形態１における触媒劣化検出手法］
本実施形態においては、上述した下流側Ａ／Ｆの変化の速度を利用し、貴金属触媒の活性状態に関する劣化を検出する。具体的に、本実施形態においては、吸蔵サイクルにおいては下流側Ａ／Ｆがリーン域に移行する直前まで、放出サイクルにおいては下流側Ａ／Ｆがリッチ域に移行する直前までにおけるＡ／Ｆセンサ１６，１８の出力値に基づいて、排気浄化反応の反応速度（以下、「反応速度ＶＯＳＡ」と称す。）を求め、貴金属触媒の活性状態に関する劣化を検出する。
【００２２】
反応速度ＶＯＳＡの算出手法について、図４乃至図５を参照しながら説明する。図４は、吸蔵サイクル中における空燃比挙動を示した図である。また、図５は、放出サイクル中における空燃比挙動を示した図である。排気浄化反応の反応速度は、図４の時刻ｔ０〜ｔ１または図５の時刻ｔ２〜ｔ３におけるＡ／Ｆセンサ１６，１８の出力値に基づいて算出される。
【００２３】
上流側Ａ／Ｆをリッチからリーンへ変化させると、金属セリウムはそのＯＳＣの限界を迎えるまで排気中の酸素を吸蔵し続ける。つまり、図４の時刻ｔ０〜ｔ１において、金属セリウムは排気中の酸素を吸蔵し続けるので、三元触媒の下流側に酸素が排出されることはない。ところで、この間、貴金属触媒は、金属セリウムの傍らで排気中の酸素を用いて排気浄化を行っている。このことから、図４の時刻ｔ０〜ｔ１において、金属セリウムに吸蔵される酸素は、三元触媒に流入した酸素のうち、排気浄化反応に供されなかった酸素であると言える。従って、図４の時刻ｔ０〜ｔ１において、三元触媒に流入した酸素量（酸素流入量ＯＳＡｆ１）と、金属セリウムに吸蔵された酸素量（酸素吸蔵量ＯＳＡｒ１）との比は、反応速度ＶＯＳＡと相関があると言える。
【００２４】
また、上流側Ａ／Ｆをリーンからリッチへ変化させると、セリアは吸蔵サイクル中に吸収貯蔵した酸素を排出し尽くすまで排気中に放出し続ける。つまり、図５の時刻ｔ２〜ｔ３において、セリアは排気中に酸素を放出し続ける。この間、貴金属触媒は、セリアの傍らで、放出された酸素や排気中の酸素を利用した排気浄化を行っている。このことから、図５の時刻ｔ２〜ｔ３においては、金属セリウムから放出された酸素と、三元触媒に流入した酸素とが、排気浄化反応に供されていると言える。従って、図５の時刻ｔ２〜ｔ３において、三元触媒に流入した酸素量（酸素流入量ＯＳＡｆ２）と、金属セリウムから放出された酸素量（酸素吸蔵量ＯＳＡｒ２）との比は、反応速度ＶＯＳＡと相関があると言える。
【００２５】
本実施形態において、反応速度ＶＯＳＡは、下記式（１）により算出される。
反応速度ＶＯＳＡ＝Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に基づいて算出した酸素流入量ＯＳＡｆｍ／Ａ／Ｆセンサ１８の出力値に基づいて算出した酸素吸蔵量ＯＳＡｒｍ  ・・・（１）
上記式（１）において、ｍは１または２であり、酸素流入量ＯＳＡｆｍ、酸素吸蔵量ＯＳＡｒｍは、それぞれ下記式（２），（３）に基づいて算出される。
酸素流入量ＯＳＡｆｍ＝Σ（酸素質量割合Ｋ×ΔＡ／Ｆｆｍ×噴射燃料量Ｑ）
・・・（２）
酸素吸蔵量ＯＳＡｒｍ＝Σ（酸素質量割合Ｋ×ΔＡ／Ｆｒｍ×噴射燃料量Ｑ）
・・・（３）
上記式（２），（３）において、ｍは上記式（１）と同一の値であり、酸素質量割合Ｋは０．２３であり、ΔＡ／Ｆｆｍは｜Ａ／Ｆセンサ１６の出力値−ストイキＡ／Ｆ｜であり、ΔＡ／Ｆｒｍは｜Ａ／Ｆセンサ１８の出力値−ストイキＡ／Ｆ｜である。
【００２６】
貴金属触媒の活性状態に関する劣化は、反応速度ＶＯＳＡと閾値との比較により行われる。貴金属触媒の活性状態が低下すると、図４や図５に示すように、下流側Ａ／Ｆは、時刻ｔ４においてリーン域に移行し、時刻ｔ５においてリッチ域に移行する。そのため、算出される反応速度ＶＯＳＡは、正常時の酸素吸蔵量ＯＳＡ（具体的には、三元触媒の初期状態における反応速度ＶＯＳＡ。以下同じ。）に比して極めて小さくなる。本実施形態においては、このような閾値を予め設定した上で、ＥＣＵ２０内部に記憶させているものとする。
【００２７】
また、本実施形態では、算出した反応速度ＶＯＳＡに対して温度補正を行う。何故なら、貴金属触媒の活性状態は温度特性があり、貴金属触媒の床温の違いによって、算出した反応速度ＶＯＳＡにばらつきが生じるためである。この温度補正は、反応速度ＶＯＳＡを算出した後に、規格化温度（例えば７５０℃）相当値に補正することにより行われる。具体的に、反応速度ＶＯＳＡの温度補正値は、下記式（４）により算出される。
反応速度ＶＯＳＡ（補正値）＝反応速度ＶＯＳＡ（算出値）＋傾きＫ×（規格化温度（℃）−算出時Ｓ／Ｃ推定温度（℃））      ・・・（４）
上記式（４）において、傾きＫはＳ／Ｃ推定温度と反応速度ＶＯＳＡとの関係を規定したグラフから求めることができる。なお、このグラフは別途実験等により作成できる。
【００２８】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図６を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図６は、本実施形態において、ＥＣＵ２０により実行される触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。なお、図６に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
【００２９】
図６に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ２０は、空燃比アクティブ制御条件の成否を判定する（ステップ１００）。本ステップにおいて、ＥＣＵ２０は、反応速度ＶＯＳＡを安定的に算出できる条件下にあるか否かを判定する。具体的には、エンジン暖機後であるか、Ａ／Ｆセンサ１６，１８が正常かつ活性であるか、定常運転状態であるか、フューエルカット運転（Ｆ／Ｃ運転）後所定時間経過しているか、等を判定する。そして、上記算出条件下にあると判定された場合には、ＥＣＵ２０は、ステップ１１０に進み、空燃比アクティブ制御を実行する。一方、上記算出条件下にないと判定された場合には、ＥＣＵ２０は、本ルーチンを終了する。
【００３０】
ステップ１１０に続いて、ＥＣＵ２０は、反応速度ＶＯＳＡを算出する（ステップ１２０）。図７は、このステップ１２０の処理を示すサブルーチンのフローチャートである。本ルーチンにおいて、ＥＣＵ２０は、先ず、上流側Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化するように目標空燃比が設定されているか否かを判定する（ステップ１２２）。ステップ１２２において、リッチからリーンへの目標空燃比の設定がされていると判定された場合、ＥＣＵ２０は、下流Ａ／Ｆがリーン（例えば１４．６２）に到達したか否かを判定する（ステップ１２４）。一方、ステップ１２２において、目標空燃比の設定が上記の逆方向であると判定された場合、ＥＣＵ２０は、本ルーチンを終了する。
【００３１】
ステップ１２４において、下流Ａ／Ｆがリーン到達前であると判定された場合、ＥＣＵ２０は、反応速度ＶＯＳＡを算出し、ＶＯＳＡカウンタの実行回数を更新する（ステップ１２６）。反応速度ＶＯＳＡの算出手法については既述のとおりである。また、ＶＯＳＡカウンタの実行回数は、反応速度ＶＯＳＡの算出毎に１カウントされるものとする。一方、ステップ１２４において、下流Ａ／Ｆがリーンに到達したと判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンを終了し、図６のステップ１３０に進む。
【００３２】
ステップ１３０において、ＥＣＵ２０は、ＶＯＳＡカウンタがｎ以上であるか否かを判定する。本ステップにおいて、ＶＯＳＡカウンタがｎ以上と判定された場合、ＥＣＵ２０は、ステップ１４０に進む。一方、ステップ１３０において、ＶＯＳＡカウンタがｎよりも少ないと判定された場合、反応速度ＶＯＳＡの算出数が少ないと判断できる。そのため、ＥＣＵ２０は、反応速度ＶＯＳＡを再度算出すべく、本ルーチンを終了する。なお、ステップ１３０のカウンタ値は、予め設定され、ＥＣＵ２０に記憶させた値が用いられる。
【００３３】
ステップ１４０において、ＥＣＵ２０は、反応速度ＶＯＳＡの平均値ＶＯＳＡｊを算出する。具体的に、ＥＣＵ２０は、先ず、ステップ１２６で算出した反応速度ＶＯＳＡに対して温度補正を行い、次いで、温度補正後の反応速度ＶＯＳＡを積算し、最後にＶＯＳＡカウンタ値で除算することで平均値ＶＯＳＡｊを求める。なお、反応速度ＶＯＳＡに対する温度補正手法については既述のとおりである。
【００３４】
ステップ１４０に続いて、ＥＣＵ２０は、反応速度ＶＯＳＡの平均値ＶＯＳＡｊが閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップ１５０）。そして、平均値ＶＯＳＡｊが閾値よりも大きいと判定された場合、ＥＣＵ２０は、ステップ１６０に進み、貴金属触媒の活性状態が正常であると判定する。一方、平均値ＶＯＳＡｊが閾値以下であると判定された場合、ＥＣＵ２０は、ステップ１７０に進み、貴金属触媒の活性状態が異常であると判定する。なお、ステップ１５０の閾値は、ＥＣＵ２０に記憶させた値が用いられる。
【００３５】
以上、図６に示したルーチンによれば、反応速度ＶＯＳＡの平均値ＶＯＳＡｊが閾値よりも大きいと判定された場合に、貴金属触媒の活性状態が正常であると判定し、反応速度ＶＯＳＡの平均値ＶＯＳＡｊが閾値以下であると判定された場合に、貴金属触媒の活性状態が異常であると判定できる。従って、貴金属触媒の活性状態に関する劣化を高精度に検出可能となる。
【００３６】
ところで、上記実施の形態１においては、Ａ／Ｆセンサ１８はＳ／Ｃ１４の下流側の排気通路１２に配置したが、Ｓ／Ｃ１４がディーゼルエンジンなどの排気通路に配置されるタンデム触媒の場合には、その配置箇所を変更してもよい。図８は、タンデム触媒の構成を示す図である。図８に示すように、タンデム触媒は、三元触媒２２と、排ガス中のＰＭを捕集するＰＭフィルタ触媒（ＤＰＦ）２４とから構成される。そのため、三元触媒２２とＰＭフィルタ触媒２４との間にＡ／Ｆ１８を配置すれば、本実施形態同様、下流側Ａ／Ｆを検出できる。このように、Ａ／Ｆ１８の配置箇所は本実施形態の例に限られず、三元触媒２２よりも下流側の排気空燃比を検出できる限りにおいて、各種変形が可能である。
【００３７】
また、本実施形態においては、図７のサブルーチンにおいて、目標空燃比の変化方向がリッチからリーンである場合に反応速度ＶＯＳＡを算出した。何故なら、一般に、金属セリウムへの酸素吸蔵反応の方が、セリアからの酸素放出反応よりも進行し易いため、吸蔵サイクルでの反応速度ＶＯＳＡを用いれば、劣化検出性を向上できるためである。但しこれは、放出サイクルでの反応速度ＶＯＳＡの算出を排除するものではない。即ち、目標空燃比の変化方向がリーンからリッチである場合に反応速度ＶＯＳＡを算出してもよい。この場合、ステップ１２２の処理は、目標空燃比の変化方向がリーンからリッチであるか否かを判定すると読み換えて実行し、それ以外の処理は上記同様に実行すればよい。このような一連の処理によっても、貴金属触媒の活性状態に関する劣化を高精度に検出可能となる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１においては、Ｓ／Ｃ１４が上記第１の発明における「三元触媒」に、Ａ／Ｆセンサ１６が上記第１の発明における「上流側空燃比センサ」に、Ａ／Ｆセンサ１８が上記第１の発明における「下流側空燃比センサ」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ２０が図６のステップ１１０の処理を実行することにより上記第１の発明における「空燃比アクティブ制御手段」が、同図のステップ１２０〜１７０の処理を実行することにより上記第１の発明における「触媒活性状態判定手段」が、それぞれ実現されている。
【００３９】
実施の形態２．
次に、図９乃至図１０を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態においては、図１の装置構成において、図１０に示すリッチ限定空燃比アクティブ制御ルーチンを実行することをその特徴とする。そのため、装置構成の説明については省略する。
【００４０】
上記実施の形態１においては、反応速度ＶＯＳＡの算出に際し、空燃比アクティブ制御を実行した。しかしながら、空燃比アクティブ制御の実行中は、目標空燃比を短期間で切り替えるのでエミッションが悪化し易く、特にリーン側ではＳ／Ｃ１４の下流側に未浄化ＮＯｘが排出されてしまう。そこで、本実施形態では、下流側Ａ／Ｆがストイキからリーンに変化した時点で上流側Ａ／Ｆをリッチに切り替える制御（以下、「リッチ限定空燃比アクティブ制御」と称す。）を実行する。
【００４１】
［リッチ限定空燃比アクティブ制御中の空燃比挙動］
図９は、リッチ限定空燃比アクティブ制御中の空燃比挙動を示した図である。リッチ限定空燃比アクティブ制御中においては、先ず、上流側Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化するように目標空燃比が設定される。そのため、時刻ｔ６〜ｔ７において、上流側Ａ／Ｆはリッチ側の所定値からリーン側の所定値に向かって変化する（図９（ａ））。一方、下流側Ａ／Ｆは、同期間において、リッチ側の所定値からストイキに向かって変化する（図９（ｂ））。
【００４２】
リッチ限定空燃比アクティブ制御では、下流側Ａ／Ｆがストイキからリーンに変化した時点で目標空燃比の変化方向が切り替えられる。そのため、時刻ｔ７において、目標空燃比がリーンからリッチに切り替えられる。そうすると、時刻ｔ７〜ｔ８において、上流側Ａ／Ｆはリーン側の所定値からリッチ側の所定値に向かって変化する。一方、下流側Ａ／Ｆは、同期間において、ストイキからリッチ側の所定値に向かって変化する。そして、時刻ｔ８において、下流側Ａ／Ｆがリッチ側の所定値に到達すると、目標空燃比がリッチからリーンに切り替えられる。時刻ｔ８以降の空燃比挙動は上記の繰り返しである。即ち、下流側Ａ／Ｆは、時刻ｔ８〜ｔ９においてリッチ側の所定値からストイキに向かって変化し、時刻ｔ９において目標空燃比がリーンからリッチに切り替えられると、時刻ｔ９〜ｔ１０においてストイキからリッチ側の所定値に向かって変化する。
【００４３】
リッチ限定空燃比アクティブ制御を実行すれば、リーン側でのＮＯｘ排出を抑制できる。従って、排気エミッションの悪化を未然に防止できる。また、吸蔵サイクル側を最低限の酸素量で停止して放出サイクル側に切り替え、酸素を十分に放出させた後に再度吸蔵サイクル側に切り替えるので、反応速度ＶＯＳＡの安定的な計測が可能となる。また、放出サイクルを入れることでＳ被毒の影響を低減することも可能となる。更に、リッチ限定空燃比アクティブ制御では、リーン域での空燃比変化が無い分、空燃比アクティブ制御に比して制御実行時間を短縮化できるので、目標空燃比の切り替えに伴うエミッションの悪化を最小限に留めることも可能となる。
【００４４】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図１０を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図１０は、本実施形態において、ＥＣＵ２０により実行されるリッチ限定空燃比アクティブ制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１０に示すルーチンは、空燃比アクティブ制御を実行する代わりに実行されるものとする（例えば図６のステップ１１０）。また、図１０に示すルーチンは、所定期間に亘って繰り返し実行されるものとする。
【００４５】
図１０に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ２０は、上流側Ａ／Ｆがリッチ（１４．０）となるように目標空燃比を設定し、Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に基づいてフィードバック制御する（ステップ２００）。続いて、ＥＣＵ２０は、下流側Ａ／Ｆがリッチ（１４．０）に到達したか否かを判定する（ステップ２１０）。本ステップの処理は、下流側Ａ／Ｆがリッチに到達するまで繰り返し実行される。
【００４６】
ステップ２１０において、下流側Ａ／Ｆがリッチに到達したと判定された場合、ＥＣＵ２０は、上流側Ａ／Ｆがリーン（１５．０）となるように目標空燃比を設定し、Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に基づいてフィードバック制御する（ステップ２２０）。続いて、ＥＣＵ２０は、下流側Ａ／Ｆがリーン（１４．６２）に到達したか否かを判定する（ステップ２３０）。本ステップの処理は、下流側Ａ／Ｆがリーンに到達するまで繰り返し実行される。ステップ２３０において、下流側Ａ／Ｆがリーンに到達したと判定された場合、ＥＣＵ２０は、本ルーチンを終了する。
【００４７】
以上、図１０に示したルーチンによれば、下流側Ａ／Ｆがリーンに到達したと判定された場合には目標空燃比がリッチに設定されるので、下流側Ａ／Ｆがリーン域となる時間を短縮でき、リーン側でのＮＯｘ排出を抑制しつつ、目標空燃比の切り替えに伴うエミッションの悪化を最小限に留めることも可能となる。また、下流側Ａ／Ｆがリッチに到達したと判定された場合には目標空燃比がリーンに設定されるので、放出サイクルを行って三元触媒から酸素を十分に放出させた後に吸蔵サイクル側に切り替えることができる。従って、反応速度ＶＯＳＡの安定的な計測が可能となる。また、放出サイクルを経由させることでＳ被毒の影響を低減できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  エンジン
１２  排気通路
１４  Ｓ／Ｃ
１６，１８  Ａ／Ｆセンサ
２０  ＥＣＵ
２２  三元触媒
２４  ＤＰＦ
【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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