(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化用触媒の上流、下流に設置されるセンサを用いて触媒の劣化を判定する装置において、劣化判定の実施機会を確保し、更にその判定の精度を高めることを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ２８は、触媒２５の上流と下流に設置される排気中の酸素を検出する上流側センサ２６及び下流側センサ２７による検出結果を用いて、触媒２５の劣化指標値を算出する。また、劣化指標値と所定の劣化判定値との比較に基づいて前記触媒２５の劣化を判定する。更に、触媒２５の劣化判定に際し、吸気バルブ１８と排気バルブ１９の開閉タイミングに基づいて、劣化指標値、劣化判定値の少なくともいずれかを補正する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ（１８）と排気バルブ（１９）との少なくとも一方の開閉タイミングを調整する可変バルブ装置（２２，２３）と、排気通路（２４）に設けられ排気を浄化する触媒（２５）と、前記触媒の上流に設置され排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する第１検出手段（２６）と、前記触媒の下流に設置され排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する第２検出手段（２７）と、を備える内燃機関（１０）に適用され、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、
前記第１検出手段の検出信号と前記第２検出手段の検出信号とに基づいて劣化指標値を算出する指標算出手段と、
前記劣化指標値と所定の劣化判定値との比較に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記可変バルブ装置により調整される前記開閉タイミングを判定するタイミング判定手段と、
前記劣化判定手段による前記触媒の劣化判定に際し、前記タイミング判定手段により判定された前記開閉タイミングに基づいて、前記劣化指標値、前記劣化判定値の少なくともいずれかを補正する補正手段と、を備えることを特徴とする触媒劣化判定装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記吸気バルブの開タイミングが進角になるほど、又は前記排気バルブの閉タイミングが遅角になるほど、前記劣化判定手段による前記触媒の劣化の判定について前記触媒が劣化していると判定されにくくする側に補正することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項３】
前記タイミング判定手段は、前記吸気バルブの開タイミングについて最遅角位置からの進角値又は前記排気バルブの閉タイミングについて最進角位置からの遅角値の少なくとも一方を判定し、
判定された前記吸気バルブの開タイミングの進角値又は前記排気バルブの閉タイミングの遅角値の少なくとも一方が所定の値以上である場合、前記劣化判定手段による前記触媒の劣化判定を禁止する判定禁止手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項４】
前記指標算出手段は、前記第１検出手段の検出信号に応じた検出値の所定時間あたりの変動量の積算値と前記第２検出手段の検出信号に応じた検出値の所定時間あたりの変動量の積算値との比から前記劣化指標値を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の触媒劣化判定装置。
【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設けられた排気浄化触媒の劣化を判定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気用触媒の上流側、下流側のＯ２センサのそれぞれの検出結果を比較して触媒の劣化を判定する装置が知られている。
【０００３】
例えば、排気用触媒の上流側、下流側のＯ２センサのそれぞれの出力電圧の軌跡の比を算出した上で所定値と比較し、軌跡の比が所定値より小さい場合、触媒が劣化したと判定する装置が知られている（特許文献１）。ここで出力電圧の軌跡とは、所定時間毎に検出するＯ２センサの出力電圧の変化量を積算した値のことである。
【０００４】
触媒が正常であれば、下流側のＯ２センサの出力電圧の軌跡は上流側のＯ２センサの出力電圧の軌跡より小さくなる。また、触媒が劣化していれば、触媒の上流側と下流側で排気の成分がほぼ等しくなるため、下流側のＯ２センサの出力電圧の軌跡と上流側の出力電圧の軌跡がほぼ等しくなる。このような性質を用いて触媒劣化の判定を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４６８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、可変バルブタイミング（以下、ＶＶＴ）制御を行う内燃機関制御装置について、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングの変化により触媒の下流側の排気ガス中の水素濃度が増えることが知られている。そのため、ＶＶＴ制御を行うことで、水素濃度の増加に起因して触媒の劣化判定に係る精度が低下する。
【０００７】
即ち、水素は酸素より拡散速度が速いため、排気中の水素濃度が高くなることにより、Ｏ２センサによる酸素の検出を阻害する。このため、水素が発生する触媒の下流側に設けられたＯ２センサの検出する酸素濃度が実際の酸素濃度より低くなる。
【０００８】
このため、触媒劣化診断中の吸気バルブの開閉タイミングの進角及び排気バルブの開閉タイミングの遅角の少なくとも一方が実施されることで、下流側のＯ２センサが酸素濃度を誤検出してしまう恐れがある。この場合、触媒劣化の誤判定を抑制すべく、劣化判定を実施しないようにすることが考えられるが、そうすると劣化判定の実施機会が減ってしまい望ましくない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化用触媒の上流、下流に設置されるセンサを用いて触媒の劣化を判定する装置において、劣化判定の実施機会を確保し、更にその判定の精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、吸気バルブ（１８）と排気バルブ（１９）との少なくとも一方の開閉タイミングを調整する可変バルブ装置（２２，２３）と、排気通路（２４）に設けられ排気を浄化する触媒（２５）と、前記触媒の上流に設置され排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する第１検出手段（２６）と、前記触媒の下流に設置され排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する第２検出手段（２７）と、を備える内燃機関（１０）に適用され、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置であって、前記第１検出手段の検出信号と前記第２検出手段の検出信号とに基づいて劣化指標値を算出する指標算出手段と、前記劣化指標値と所定の劣化判定値との比較に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、前記可変バルブ装置により調整される前記開閉タイミングを判定するタイミング判定手段と、前記劣化判定手段による前記触媒の劣化判定に際し、前記タイミング判定手段により判定された前記開閉タイミングに基づいて、前記劣化指標値、前記劣化判定値の少なくともいずれかを補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
吸気バルブの開閉タイミング及び排気バルブの開閉タイミングを調整する可変バルブ装置の動作時には、その開閉タイミングに応じて、触媒下流側の排気に含まれる水素濃度が増加する。水素濃度が増加した場合、第２検出手段において、酸素濃度が誤検出されるおそれがある。その結果、劣化指標値に検出誤差が生じ、触媒の劣化を誤判定するおそれが生じる。この点、吸気バルブと排気バルブとのいずれかの開閉タイミングに基づいて、劣化指標値、劣化判定値の少なくともいずれか一方を補正する。これにより、触媒劣化についての誤判定を抑制し、好適に触媒の劣化判定を実施できる。また、可変バルブ装置の動作時においても、触媒劣化判定を実施できるため、劣化判定の実施機会が過度に減少してしまうという不都合も抑制できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補正手段は、前記吸気バルブの開タイミングが進角になるほど、又は前記排気バルブの閉タイミングが遅角になるほど、前記劣化判定手段による前記触媒の劣化の判定について前記触媒が劣化していると判定されにくくする側に補正することを特徴とする。
【００１４】
触媒での水素の発生量は、吸気バルブの開タイミングが進角になるほど、又は排気バルブの閉タイミングが遅角になるほど増加する。このため、吸気バルブの開閉タイミングが進角になるほど、又は排気バルブの開閉タイミングが遅角になるほど、第２検出手段の検出する酸素濃度と実際の酸素濃度との誤差が大きくなる。その結果、触媒が正常な場合であっても、触媒が劣化していると誤判定されるおそれが生じる。そこで、吸気バルブの開タイミングが進角になるほど、又は排気バルブの閉タイミングが遅角になるほど、触媒の劣化の判定について、触媒が劣化していると判定されにくくするように補正する。この補正により、触媒の劣化の誤判定を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】排気浄化触媒の劣化判定装置を含むエンジン制御システムの概略図である。
【図２】上流側センサと下流側センサの出力結果を示す図である。
【図３】触媒劣化判定処理のフロー図である。
【図４】実行条件判定処理のフロー図である。
【図５】劣化判定値算出処理のフロー図である。
【図６】補正値Ｋ１とＩｎＶＶＴ進角値との対応関係を示す図である。
【図７】補正値Ｋ２とＥｘＶＶＴ遅角値との対応関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒４サイクルガソリンエンジンを対象にエンジン制御システム構築するものとしている。当該制御システムにおいては、ＥＣＵを中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実現する。このエンジン制御システムの全体概略構造図を図１に示す。
【００１７】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。また、エアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータなどのスロットルアクチュエータ１４によって開度調節されるスロットルバルブ１３が設けられている。スロットルバルブ１３を通じて吸入される空気は、吸気マニホールド１５に流入する。また、吸気マニホールド１５は、更に各気筒の吸気ポートに接続される。各気筒の吸気ポートには燃焼室２０内に燃料を供給する燃料噴射弁１６が取り付けられている。
【００１８】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ１８及び排気バルブ１９が設けられている。この吸気バルブ１８の開動作により新気が燃焼室２０内に導入され、排気バルブ１９の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のクランクシャフトの回転に基づいて、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトがそれぞれ回転させられる。そして、吸気カムシャフトに設けられたカム及び排気カムシャフトに設けられたカムにより、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９がそれぞれ往復駆動される。
【００１９】
吸気バルブ１８及び排気バルブ１９には、それら各バルブの開閉タイミングを可変とする吸気可変バルブタイミング調整装置（以下、ＩｎＶＶＴ装置）２２及び排気可変バルブタイミング調整装置（以下、ＥｘＶＶＴ装置）２３が設けられている。図中においては、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３はそれぞれ、エンジン１０のクランクシャフトと吸気カムシャフトとの相対回転位相、及びエンジン１０のクランクシャフトと排気カムシャフトとの相対回転位相を変更する。ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３は、例えば油圧駆動式のＶＶＴ機構により実現される。
【００２０】
吸気バルブ１８の開閉タイミングは、所定の最遅角位置を基準に進角側に調整されるものであり、その進角側への調整量をＩｎＶＶＴ進角値として定義する。つまり、ＩｎＶＶＴ進角値は、ＩｎＶＶＴ装置２２が動作していない初期状態（最遅角状態）において０°ＣＡに設定されており、ＩｎＶＶＴ装置２２の動作により進角側に調整される。ＩｎＶＶＴ進角値の動作範囲は、例えば、最遅角である０°ＣＡから４０°ＣＡの範囲としている。また、排気バルブ１９の開閉タイミングは、所定の最進角位置を基準に遅角側に調整されるものであり、その遅角側への調整量をＥｘＶＶＴ遅角値として定義する。つまり、ＥｘＶＶＴ遅角値は、ＥｘＶＶＴ装置２３が動作していない初期状態（最進角状態）において０°ＣＡに設定されており、ＥｘＶＶＴ装置２３の動作により遅角側に調整される。ＥｘＶＶＴ遅角値の動作範囲は、例えば、最進角である０°ＣＡから４０°ＣＡの範囲としている。
【００２１】
エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒に点火プラグ１７が取り付けられており、点火プラグ１７には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ１７の対向電極間に火花放電が発生し、エンジン１０の燃焼室２０内において燃料と空気との混合気に点火されて燃焼に供される。
【００２２】
排気管２４には、排気を浄化するための触媒２５が設けられている。触媒２５は、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを浄化する三元触媒である。また、排気管２４において触媒２５の上流側及び下流側に空燃比センサが設けられている。上流側の空燃比センサを上流側センサ２６と呼び、下流側の空燃比センサを下流側センサ２７と呼ぶ。
【００２３】
上流側センサ２６、下流側センサ２７は、いずれも排気を検出対象として酸素濃度に応じた検出信号を出力するものであり、混合気の空燃比を検出するために用いられる。例えば、上流側センサ２６としては、空燃比を広域に検出することが可能なＡ／Ｆセンサが用いられる。下流側センサ２７としては、リッチ／リーンに応じて起電力信号を出力するＯ２センサが用いられる。ただし、上流側センサ２６及び下流側センサ２７に用いられるＡ／Ｆセンサ、Ｏ２センサの組み合わせは任意である。Ａ／Ｆセンサは、理論空燃比を基準にしてリッチ環境で低い電流値の電流を検出信号として出力し、リーン環境で高い電流値の電流を検出信号として出力する。Ｏ２センサは、理論空燃比を基準にしてリッチ環境で高い電圧値の電圧を検出信号として出力し、リーン環境で低い電圧値の電圧を検出信号として出力する。
【００２４】
上述したセンサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ２８に入力される。ＥＣＵ２８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン１０の運転状態に応じて燃料噴射弁１６の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ１７の点火時期等を制御する。また、ＥＣＵ２８は、ＩｎＶＶＴ装置２２、ＥｘＶＶＴ装置２３を駆動させて、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９の開閉タイミング、ひいては吸気バルブ１８及び排気バルブ１９の開弁期間のオーバーラップ量を制御する。
【００２５】
ＥＣＵ２８は、エアフロメータ１２から検出される吸入空気量と、エンジン回転速度センサ２１から検出されるエンジン回転速度により、燃料噴射弁１６の基本燃料噴射量を決定する。更に、ＥＣＵ２８は、上流側センサ２６の出力に基づいて、空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）となるように、当該基本燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行う。更に、ＥＣＵ２８は、下流側センサ２７の出力に基づいて上流側センサ２６のフィードバック制御の係数を補正して、上流側センサ２６の初期特性、及び、特性の劣化に伴うばらつきの補償を行う。
【００２６】
ＥＣＵ２８は、以下に示す処理により、上流側センサ２６及び下流側センサ２７の出力に基づいて触媒２５の劣化を検出する。そして、ＥＣＵ２８は、検出結果を表示部２９に表示し、触媒２５の劣化を車両の運転者に通知する。ここで、表示部２９は、例えば車両のインストゥルメントパネルに表示される警告灯等である。
【００２７】
ここで、図２（ａ）〜（ｄ）に諸条件下における上流側センサ２６の出力信号と下流側センサ２７の出力信号とを対比して図示し、触媒２５の劣化を検出する方法について説明する。図２に示す、上流側センサ２６はＡ／Ｆセンサであり、下流側センサ２７はＯ２センサである。Ａ／Ｆセンサ及びＯ２センサの出力する値は、それぞれ図中に破線で示す理論空燃比を基準にリッチ（Ｒ）側及びリーン（Ｌ）側に交互に変動する。つまり、センサによる検出信号を基にしたフィードバック制御により、両センサともに、理論空燃比における出力値に比べて高い値と低い値を所定の周期で繰り返し出力する。
【００２８】
触媒２５が正常な場合と触媒２５が劣化した場合とにおけるセンサの出力を比較して触媒２５の劣化を検出する方法について述べる。図２（ａ）及び（ｂ）に、ＩｎＶＶＴ装置２２とＥｘＶＶＴ装置２３が共に動作していない場合、即ちＩｎＶＶＴ進角値が０°ＣＡであり、ＥｘＶＶＴ遅角値が０°ＣＡである場合における上流側センサ２６と下流側センサ２７の出力結果を示している。そのうち、図２（ａ）には、触媒２５が正常な場合の出力結果を、図２（ｂ）には、触媒２５が劣化した場合における出力結果を示す。なお、図２（ａ）には、上流側センサ２６及び下流側センサ２７のセンサ検出タイミングを破線で示している。
【００２９】
触媒２５が正常な図２（ａ）の場合、触媒２５の排気の浄化能力が高いため、上流側センサ２６の出力値及び変動周期に対して、下流側センサ２７の出力値のリッチ・リーン間での変動周期は長くなる。触媒２５が劣化した図２（ｂ）の場合、触媒２５の排気浄化能力が低下するため、触媒２５の上流側での排気成分と下流側での排気成分とが同等となる。よって、上流側センサ２６の検知する位置での排気中の酸素濃度と、下流側センサ２７の検知する位置での排気中の酸素濃度とは、ほぼ等しくなる。このため、上流側センサ２６と下流側センサ２７の変動周期は、ほぼ等しくなる。以上の上流側センサ２６と下流側センサ２７との各出力値の変動態様を用いて、触媒２５の劣化を検出する。
【００３０】
ここで、触媒２５の劣化判定手法について詳しく述べる。まず、所定時間毎に上流側センサ２６の出力値の変動量を取得する。ここで、ｉ回目に取得する出力変動量ΔＦｒｏｎｔ（ｉ）は、現在の出力値であるＡ（ｉ）と、前回の出力値Ａ（ｉ−１）との差分の絶対値とする。即ち、ΔＦｒｏｎｔ（ｉ）＝｜Ａ（ｉ）−Ａ（ｉ−１）｜とする。同様に下流側センサ２７の出力変動量ΔＲｅａｒ（ｉ）を現在の出力値であるＢ（ｉ）と、前回の出力値Ｂ（ｉ−１）の差分の絶対値とする。即ち、ΔＲｅａｒ（ｉ）＝｜Ｂ（ｉ）−Ｂ（ｉ−１）｜とする。
【００３１】
次に、上流側センサ２６の出力変動量ΔＦｒｏｎｔ（ｉ）を積算し、出力変動量積算値ΣΔＦｒｏｎｔを算出する。また、下流側センサ２７の出力変動量ΔＲｅａｒ（ｉ）を積算し、出力変動量積算値ΣΔＲｅａｒを算出する。
【００３２】
触媒２５の正常時には、下流側センサ２７の付近における酸素濃度の変化が少ないため、下流側センサ２７の出力変動量積算値は、小さくなる。このため、ΣΔＲｅａｒ／ΣΔＦｒｏｎｔの値は０に近い値をとる。そして、触媒２５の劣化時は、下流側センサ２７の付近における酸素濃度が大きく変化する。このため、触媒２５の正常時と比較して、ΣΔＲｅａｒ／ΣΔＦｒｏｎｔの値は大きい値となる。よって、このΣΔＲｅａｒ／ΣΔＦｒｏｎｔと所定の劣化判定値とを比較することで触媒２５の劣化を判定することが可能となる。
【００３３】
次に、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３の動作時の上流側センサ２６と下流側センサ２７の出力挙動について説明する。図２（ｃ）及び（ｄ）に、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３が動作している場合、例えば、ＩｎＶＶＴ進角値が２０°ＣＡにシフトされており、ＥｘＶＶＴ遅角値が２０°ＣＡにシフトされている場合における上流側センサ２６と下流側センサ２７の出力結果を示している。そのうち、図２（ｃ）には、触媒２５が正常な場合における出力結果を、図２（ｄ）には、触媒２５が劣化している場合における出力結果を示している。図２（ａ）、（ｂ）と比較すると、図２（ｃ）、（ｄ）ともに、リーン環境下において、下流側センサ２７の出力値が振動している。
【００３４】
ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３のいずれか一方が動作している場合、即ち、吸気バルブ１８の開閉タイミングの進角、及び、排気バルブ１９の開閉タイミングの遅角の少なくとも一方が実施されると、触媒２５の下流側における排気中の水素濃度が上昇する。水素は酸素より拡散速度が速い。このため、触媒２５により浄化された排気中の水素濃度が高くなることによって、酸素の下流側センサ２７への到達が阻害される。
【００３５】
排気の雰囲気中がリーンである場合に、水素による阻害のため下流側センサ２７が検出する酸素濃度が実際の酸素濃度に比べて低くなり、酸素検出の誤差が生じる。つまり、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、リーン環境下であっても、下流側センサ２７の出力がリッチ側に変化する。この変化により、下流側センサ２７の出力電圧に振動が生じる。そこで、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３の少なくともいずれか一方を動作させた場合に、上流側センサ２６と下流側センサ２７を用いて触媒２５の劣化を判定する際、劣化の判定について補正を行う必要が生じる。
【００３６】
以下、触媒２５の劣化を判定する処理について図３を用いて具体的に説明する。当該処理は、ＥＣＵ２８で動作する触媒劣化判定プログラムにより実行される。また、当該処理は所定の時間間隔で起動される。
【００３７】
ステップＳ１０１において、上流側センサ２６の出力変動量ΔＦｒｏｎｔ（ｉ）を算出する。ステップＳ１０２において、下流側センサ２７の出力変動量ΔＲｅａｒ（ｉ）を算出する。
【００３８】
ステップＳ１０１、Ｓ１０２の後、触媒２５の劣化判定の実行の可否を判定する実行条件判定処理を行う（Ｓ１０３）。ここで、実行条件判定処理の詳細について図４を用いて説明する。
【００３９】
ステップＳ２０１において、エンジン１０が定常運転モードであるか否かを判断する。ここで、定常運転モードとは、過渡運転や燃料カットモードを除く運転状態のことを言う。定常運転モードであるか否かは、例えば、エンジン回転速度センサ２１等から出力される信号を基に、エンジン回転速度、車両速度、エンジン１０の負荷、冷却水温などが、それぞれ所定範囲内にあるか否かにより判断される。定常運転モードである場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２に移行する。
【００４０】
ステップＳ２０２において、上流側センサ２６及び下流側センサ２７が両方とも正常であるか否かを判断する。両センサが正常である場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ステップＳ２０３に移行する。
【００４１】
ステップＳ２０３において、上流側センサ２６及び下流側センサ２７が両方とも活性状態であるか否かを判断する。例えば、各センサに内蔵されるヒータの駆動量又は各センサから出力される出力信号の有無等に基づいて、各センサの活性状態であるか否かを判断することが可能である。両センサが活性状態にある場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、ステップＳ２０４に移行する。
【００４２】
ステップＳ２０４において、触媒２５が活性状態にあるか否かを判断する。例えば、吸入空気量の積算値や、冷却水温、エンジン始動からの経過時間等に基づいて、触媒２５が活性状態であるか否かを判断することが可能である。また、触媒２５の付近に温度センサを設置し、触媒２５の温度を直接的に検出することによっても、触媒２５が活性状態にあるか否かを判断することが可能である。触媒２５が活性状態にある場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、ステップＳ２０５に移行する。
【００４３】
ステップＳ２０５において、ＩｎＶＶＴ装置２２の動作状態を判断する。ＩｎＶＶＴ遅角値が所定値未満、例えば、３０°ＣＡ未満である場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２０６に移行する。
【００４４】
ステップＳ２０６において、ＥｘＶＶＴ装置２３の動作状態を判断する。ＥｘＶＶＴ進角値が所定値未満、例えば、３０°ＣＡ未満である場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、ステップＳ２０７に移行する。ステップＳ２０７において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理により、触媒２５の劣化判定を行うための実行条件が成立している旨の判断を行い、図３のステップＳ１０３後の処理に戻る。
【００４５】
定常運転モードでない場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、排気の組成が一定で無いため触媒２５の劣化判定が行えない。また、上流側センサ２６及び下流側センサ２７のうち一方でも異常である場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、センサにより得られる酸素濃度の値が実際の酸素濃度と異なるため触媒２５の劣化判定が行えない。また、上流側センサ２６及び下流側センサ２７のうち一方でも活性状態にない場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、センサにより酸素濃度が得られないため触媒２５の劣化判定が行えない。また、触媒２５が非活性状態にある場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、触媒２５が正常であっても、触媒下流側の排気が触媒２５により浄化されず、下流側センサ２７により得られる検出結果を用いて触媒２５の劣化判定が行えない。
【００４６】
また、ＩｎＶＶＴ遅角値が所定値以上、例えば、３０°ＣＡ以上である場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、ＩｎＶＶＴ装置２２の動作による排気への影響が大きく、触媒２５の劣化判定には不適である。また、ＥｘＶＶＴ進角値が所定値以上、例えば３０°ＣＡ以上である場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、ＥｘＶＶＴ装置２３の動作による排気への影響が大きく、触媒２５の劣化判定には不適である。ステップＳ２０５及びＳ２０６の処理により、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３の動作によって発生した水素の影響量が大きいため補正によって下流側センサ２７の出力信号から実際の酸素濃度を推定することが困難な場合に、触媒劣化判定を停止することが可能になる。これにより、より正確に触媒２５の劣化を判定することが可能となる。
【００４７】
これらステップＳ２０１〜Ｓ２０６において条件を満たさない場合、実行条件が不成立である旨の判定を行う（Ｓ２０８）。そして、ステップＳ２０８の後は、図３のステップＳ１０３後の処理に戻る。
【００４８】
図３のステップＳ１０３における実行条件判定処理の後、触媒２５の劣化判定を行うための実行条件が成立しているか否かの判断を行う（Ｓ１０４）。実行条件が成立していない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、再度ステップＳ１０１の処理を行う。実行条件が成立している場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２８が備える判定時間カウンタを加算する（Ｓ１０５）。判定時間カウンタは、初期値は０であり、ステップＳ２０８において実行条件が不成立であると判断された時点、後述するステップＳ１１３又はＳ１１４において触媒２５の劣化判定を行った時点で初期化される。
【００４９】
ステップＳ１０５の後、判定時間カウンタのカウント値が所定の積算時間、例えば５秒、に達しているか否かの判断を行う（Ｓ１０６）。判定時間カウンタのカウント値が所定の積算時間に達したと言うことは、空燃比制御系やＶＶＴ制御系、排気管の状態がそれぞれ安定したということを意味する。よって、判定時間カウンタのカウント値が所定の積算時間を超えている場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７以降の触媒劣化判定処理を行う。判定時間カウンタのカウント値が所定の積算時間以下の場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、再度ステップＳ１０１の処理を行う。
【００５０】
次に、上流側センサ２６の出力変動量ΔＦｒｏｎｔ（ｉ）を積算し、出力変動量積算値ΣΔＦｒｏｎｔを更新する（Ｓ１０７）。即ち、ΣΔＦｒｏｎｔ＝ΣΔＦｒｏｎｔ＋ΔＦｒｏｎｔ（ｉ）とする。
【００５１】
次に、下流側センサ２７の出力変動量ΔＲｅａｒ（ｉ）を積算し、出力変動量積算値ΣΔＲｅａｒを更新する（Ｓ１０８）。即ち、ΣΔＲｅａｒ＝ΣΔＲｅａｒ＋ΔＲｅａｒ（ｉ）とする。
【００５２】
次に、ステップＳ１０９において、判定時間カウンタのカウント値が所定の積算終了時間に達しているか否かを判断する。判定時間カウンタのカウント値が所定の積算終了時間以下の場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、再度ステップＳ１０１以降の処理を行う。
【００５３】
判定時間カウンタのカウント値が所定の積算終了時間、例えば３０秒を経過している場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０の処理を行う。ステップＳ１１０では、劣化判定値の算出処理を行う。この劣化判定値は、ＩｎＶＶＴ装置２２、ＥｘＶＶＴ装置２３の動作時において、下流側センサ２７による酸素濃度の検出誤差に起因する劣化指標値に係る誤差をなくすべく補正されるものであり、その算出処理の詳細について、図５〜図７を用いて説明する。
【００５４】
図５のステップＳ３０１で、ＩｎＶＶＴ進角値に応じて、劣化判定値の補正値Ｋ１を算出する。補正値Ｋ１の算出には、補正値Ｋ１マップを用いる。補正値Ｋ１マップは実験やシミュレーションにより求める。図６に補正値Ｋ１マップの一例を示す。補正値Ｋ１マップは、ＩｎＶＶＴ進角値が所定の閾値を超えるまで、補正値が最低の値である１．０を取る。ＩｎＶＶＴ進角値が０〜１０°ＣＡの間では補正値Ｋ１が１．０である。そして、ＩｎＶＶＴ進角値が１０〜３０°ＣＡの間では補正値Ｋ１が線形的に増加する。０°ＣＡから所定のＩｎＶＶＴ進角値以上の値になるまで、補正値Ｋ１が変化しない補正値Ｋ１マップは、ＩｎＶＶＴ進角値が一定値以上となるまで、酸素濃度の検出へ水素が影響を及ぼさないような場合に有効である。
【００５５】
また、ＩｎＶＶＴ進角値が３０〜４０°ＣＡで補正値Ｋ１が最大値である１．２となる。ＩｎＶＶＴ進角値が３０〜４０°ＣＡの場合には、ステップＳ２０５において、触媒劣化判定処理を禁止する。
【００５６】
ステップＳ３０２で、ＥｘＶＶＴ遅角値に応じて、劣化判定値の補正値Ｋ２を算出する。補正値Ｋ２の算出には、補正値Ｋ２マップを用いる。補正値Ｋ２マップは、補正値Ｋ１マップと同じくシミュレーションにより求める。図７に補正値Ｋ２マップの一例を示す。補正値Ｋ１マップと同様に、ＥｘＶＶＴ遅角値が０〜１０°ＣＡの場合、補正値Ｋ２は１．０である。また、ＥｘＶＶＴ進角値が１０〜３０°ＣＡの間では補正値Ｋ２が線形的に増加する。また、ＥｘＶＶＴ進角値が３０〜４０°ＣＡで補正値Ｋ２が最大値である１．２となる。
【００５７】
ステップＳ３０３で、劣化判定値の算出を行う。ここで、ＩｎＶＶＴ進角値を最遅角（０°ＣＡ）とし、ＥｘＶＶＴ遅角値を最進角（０°ＣＡ）した場合における劣化判定値を予め実験や物理シミュレーションにより算出し、算出した値をベース値とする。ステップＳ３０３では、このベース値に対して、補正値Ｋ１と補正値Ｋ２を乗算する。乗算結果を劣化判定値とし、劣化判定値を用いて触媒２５の劣化判定を行うことで、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３の動作に応じた触媒２５の劣化判定が可能となる。劣化判定値を算出した後、図３のステップＳ１１０の後の処理に戻る。
【００５８】
ステップＳ１１１において、上流側センサ２６の出力変動量積算値ΣΔＦｒｏｎｔと下流側センサ２７の出力変動量積算値ΣΔＲｅａｒの比ΣΔＲｅａｒ／ΣΔＦｒｏｎｔを算出する。当該算出された比ΣΔＲｅａｒ／ΣΔＦｒｏｎｔを、触媒２５の劣化を示す劣化指標値ＭｏｎＰａｒａとして定義する。
【００５９】
ステップＳ１１２において劣化指標値ＭｏｎＰａｒａをステップＳ１１０で算出した劣化判定値と比較する。ここで、劣化指標値ＭｏｎＰａｒａが劣化判定値より大きい場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、触媒２５が劣化していると判定する（Ｓ１１３）。また、劣化指標値ＭｏｎＰａｒａが劣化判定値以下の場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、触媒２５が正常であると判定する（Ｓ１１４）。ステップＳ１１３及びＳ１１４での判定結果を表示部２９に表示し（Ｓ１１５）、処理を終了する。
【００６０】
以下、本実施形態の奏する作用効果を述べる。
【００６１】
ＩｎＶＶＴ装置２２又はＥｘＶＶＴ装置２３の動作時には、触媒２５の下流側の排気に含まれる水素濃度が増加する。水素濃度が増加した場合、下流側センサ２７において、酸素濃度が誤検出されるおそれがある。その結果、触媒の劣化を誤判定するおそれが生じる。本実施形態では、その点を考慮して好適に触媒の劣化判定を実施できる。また、ＩｎＶＶＴ装置２２又はＥｘＶＶＴ装置２３の動作時においても、触媒劣化判定を実施できるため、劣化判定の実施機会が過度に減少してしまうという不都合も抑制できる。
【００６２】
触媒下流側での水素の発生量は、ＩｎＶＶＴ進角値が大きくなるほど、又はＥｘＶＶＴ遅角値が大きくなるほど増加する。このため、ＩｎＶＶＴ進角値が大きくなるほど、又は、ＩｎＶＶＴ進角値が大きくなるほど、劣化判定値の基準となるベース値に対して乗算する補正値Ｋ１又はＫ２を大きい値とすることで、触媒２５が劣化していると判定し難くする。これにより、実際の触媒２５の劣化状態を反映した劣化判定を行うことが可能となる。これにより、より正確に触媒２５の劣化を判定することが可能となる。
【００６３】
本実施形態では、ＩｎＶＶＴ進角値又はＥｘＶＶＴ遅角値の少なくとも一方について所定の値（３０°ＣＡ）以上となった場合、触媒劣化判定を禁止する。ＩｎＶＶＴ進角値又はＥｘＶＶＴ遅角値が一定の値以上となると、排気中の水素濃度が増大する。その結果、下流側センサ２７の出力結果により検出される酸素濃度が実際の酸素濃度と大きく乖離する。この様な場合に、触媒の劣化判定を禁止することで、触媒２５の劣化に係る誤判定を抑止することが可能となる。
【００６４】
本実施形態では、上流側センサ２６及び下流側センサ２７の出力変動量積算値ΣΔＦｒｏｎｔ及びΣΔＲｅａｒを用いて劣化指標値ＭｏｎＰａｒａを算出する。例えば、出力信号の積算値を用いて劣化指標値を算出する方法を用いた場合でも触媒２５の劣化判定は可能である。ここで、出力信号の積算値を用いて劣化指標値を算出する方法では出力信号の振動成分を評価することが不可能であるが、本実施形態に開示の劣化指標値ＭｏｎＰａｒａの算出方法を用いる場合は、出力信号の振動成分を評価することが可能である。
【００６５】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００６６】
・上記実施の形態において、ＩｎＶＶＴ進角値とＥｘＶＶＴ遅角値に基づいて劣化判定値を補正しているが、当然、ＩｎＶＶＴ進角値とＥｘＶＶＴ遅角値に基づいて劣化指標値を補正してもよい。この場合、ＩｎＶＶＴ進角値又はＥｘＶＶＴ遅角値が大きくなるほど、劣化指標値が小さく算出されるように補正する。また、劣化判定値と劣化指標値とを共に補正してもよい。
【００６７】
・劣化指標値を上流側センサ２６の出力変動量積算値ΣΔＦｒｏｎｔ及び下流側センサ２７の出力変動量積算値ΣΔＲｅａｒに基づいて算出しているが、当然他の算出方法でもよい。例えば、出力信号の電圧値や電流値をそのまま積算したものでもよい。
【００６８】
・ステップＳ３０３で、ＩｎＶＶＴ進角値の最遅角（０°ＣＡ）とし、ＥｘＶＶＴ遅角値の最進角（０°ＣＡ）とした場合の劣化判定値をベース値としている。ここで、ベース値は、ＩｎＶＶＴ進角値の最遅角（０°ＣＡ）、ＥｘＶＶＴ遅角値の最進角（０°ＣＡ）に対応したものでなくてもよく、他のＩｎＶＶＴ進角値、ＥｘＶＶＴ遅角値に対応するものであってもよい。この場合、ベース値に対応するＩｎＶＶＴ進角値、ＥｘＶＶＴ遅角値を基準に、補正値Ｋ１、Ｋ２が設定されるとよい。
【００６９】
・補正値Ｋ１マップは、ＩｎＶＶＴ進角値と補正値の対応関係が離散的なものでもよい。即ち、進角値が０°ＣＡの場合、補正値Ｋ１が１．０であり、進角値が１０°ＣＡの場合、補正値Ｋ１が１．０５であり、進角値が２０°ＣＡの場合、補正値Ｋ１が１．１であり、進角値が３０°ＣＡの場合、補正値Ｋ１が１．１５であり、進角値が４０°ＣＡの場合、補正値Ｋ１が１．２であるようなマップでもよい。この場合において、ＩｎＶＶＴ３３の進角値が５°ＣＡの様な値をとる場合には、線形補間により補正値Ｋ１を算出する。補正値Ｋ２マップも同様である。
【００７０】
・補正値Ｋ１マップについて、図６に示す例の他に、ＩｎＶＶＴ進角値が特定の閾値の前後で補正値Ｋ１がステップ的に変化するようなものでもよい。例えば、ＩｎＶＶＴ進角値が０〜２０°ＣＡの間では補正値Ｋ１が１．０であり、進角値が２０〜４０°ＣＡの間では補正値が１．２の様なものである。この様な補正値Ｋ１マップは、ＩｎＶＶＴ進角値が一定値以上となった場合に、酸素濃度の検出に水素が大きく影響を及ぼすモデルを再現するために用いられる。補正値Ｋ２マップも同様である。
【００７１】
・吸気バルブ１８及び排気バルブ１９の開弁オーバーラップ量に基づいて劣化指標値及び劣化判定値の少なくともいずれかを補正する構成としてもよい。この場合、開弁オーバーラップ量が大きいほど、触媒２５の劣化の判定について触媒２５が劣化していると判定されにくくする側に補正するとよい。
【００７２】
・本実施形態において、ＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３は、それぞれエンジン１０のクランクシャフトと吸気カムシャフトとの相対回転位相、及びエンジン１０のクランクシャフトと排気カムシャフトとの相対回転位相を変更することで、バルブの開閉タイミングの調整を行っている。当然、これらのＩｎＶＶＴ装置２２及びＥｘＶＶＴ装置２３は、相対回転位相の変更に替えて、カムを切り替えるようなものでもよい。
【００７３】
・ステップＳ２０５又はステップＳ２０６に係る処理は行わなくてもよい。これらの処理を行わないことで、触媒劣化判定処理を実行する機会を多く確保することが可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１８…吸気バルブ、１９…排気バルブ、２２…ＩｎＶＶＴ装置（可変バルブ装置）、２３…ＥｘＶＶＴ装置（可変バルブ装置）、２５…触媒、２６…上流側センサ（第１検出手段）、２７…下流側センサ（第２検出手段）、２８…ＥＣＵ（触媒劣化判定装置、指標算出手段、劣化判定手段、タイミング判定手段、補正手段）。
【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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