(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス中の酸素を吸蔵する能力を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関に適用され、触媒の劣化を正確に判定することができる触媒劣化判定装置を提供する。【解決手段】内燃機関は、同機関に対する要求出力が機関出力閾値以下になったときに機関運転を一旦停止し、要求出力が機関出力閾値よりも大きくなったときに機関運転を再開させる機関運転制御装置を備える。触媒劣化判定装置は、最大酸素吸蔵量が許容最小量まで低下した場合、触媒が劣化していると判定する。また、最大酸素吸蔵量が許容最小量よりも大きい仮判定量まで低下したときにＳ被毒指標値が閾値以上である場合、触媒の被毒の程度を低下させる処理を行う。触媒の被毒の程度を低下させた後の最大酸素吸蔵量が許容最小量より大きく且つ仮判定量よりも小さい本判定量以下である場合にも、触媒が劣化していると判定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の酸素を吸蔵する能力を有する排気浄化触媒を排気通路に備えた内燃機関であって、前記機関に対する要求出力が機関出力閾値以下になったときに前記機関の運転を一旦停止し、前記要求出力が前記機関出力閾値よりも大きくなったときに前記機関の運転を再開させる機関運転制御装置を備えた内燃機関に適用され、
前記触媒に吸蔵可能な酸素の量の最大値である最大酸素吸蔵量が許容最小量まで低下した場合、前記触媒が劣化していると判定する判定部を具備する、
内燃機関の触媒劣化判定装置において、
前記最大酸素吸蔵量が前記許容最小量よりも大きい仮判定量まで低下したときに前記排ガス中の硫黄成分による前記触媒の被毒の程度を表す被毒指標値が被毒指標値閾値以上である場合、前記触媒の被毒の程度を低下させるために前記機関出力閾値の減少及び増大の何れか一方を実行する機関出力閾値変更処理を行う機関出力閾値変更部を更に具備し、
前記判定部は、前記機関出力閾値変更処理により前記触媒の被毒の程度を低下させた後の前記最大酸素吸蔵量が前記許容最小量よりも大きく且つ前記仮判定量よりも小さい本判定量以下である場合にも、前記触媒が劣化していると判定する、
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、排気通路に配設された排気浄化触媒の劣化を判定する内燃機関の触媒劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス中の酸素を吸蔵する能力を有する三元触媒を備えた内燃機関に適用され、前記触媒の劣化を判定する装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。従来装置は、三元触媒が吸蔵可能な酸素の量の最大値（以下、「最大酸素吸蔵量」と称呼する。）が劣化判定値よりも大きいときには、三元触媒が正常であると判定する。一方、従来装置は、前記最大酸素吸蔵量が前記劣化判定値以下のときには、三元触媒が劣化していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２４６５４号公報
【発明の概要】
【０００４】
機関の運転中、三元触媒には高温の排ガスが流入する。従って、三元触媒の触媒金属のシンタリングにより前記最大酸素吸蔵量が低下することがある。しかしながら、内燃機関から排出される排ガス中には、硫黄成分（以下、「Ｓ成分」と称呼する。）が含まれていることがあり、このＳ成分の三元触媒への付着によっても、最大酸素吸蔵量は低下してしまう。従って、三元触媒へのＳ成分の付着に起因して最大酸素吸蔵量が低下しているときに、その最大酸素吸蔵量に基づいて三元触媒が劣化していると判定した場合、必ずしも、三元触媒の劣化を正確に判定したことにはならない。
【０００５】
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、排ガス中の酸素を吸蔵する能力を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関に適用され、前記触媒の劣化を正確に判定することができる「内燃機関の触媒劣化判定装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）を提供することにある。
【０００６】
本発明装置が適用される内燃機関は、同機関に対する要求出力が機関出力閾値以下になったときに同機関の運転を一旦停止し、前記要求出力が前記機関出力閾値よりも大きくなったときに同機関の運転を再開させる機関運転制御装置を備える。
【０００７】
本発明装置は、前記最大酸素吸蔵量が前記許容最小量よりも大きい仮判定量まで低下したときに「前記排ガス中の硫黄成分による前記触媒の被毒の程度を表す被毒指標値」が被毒指標値閾値以上である場合、前記触媒の被毒の程度を低下させるために前記機関出力閾値の「減少及び増大」の何れか一方を実行する機関出力閾値変更処理を行う機関出力閾値変更部を更に具備する。
【０００８】
前記判定部は、前記機関出力閾値変更処理により前記触媒の被毒の程度を低下させた後の前記最大酸素吸蔵量が「前記許容最小量よりも大きく且つ前記仮判定量よりも小さい」本判定量以下である場合にも、前記触媒が劣化していると判定する。
【０００９】
前述したように、触媒へのＳ成分（硫黄成分）の付着に起因して最大酸素吸蔵量が低下しているときに、その最大酸素吸蔵量に基づいて触媒が劣化していると判定した場合、必ずしも、触媒の劣化を正確に判定したことにはならない。
【００１０】
本発明装置は、最大酸素吸蔵量が許容最小量よりも大きい仮判定量まで低下したときに、「排ガス中のＳ成分による触媒の被毒の程度を表す被毒指標値」が被毒指標値閾値以上である場合、触媒の被毒の程度を低下させるために機関出力閾値の「減少及び増大」の何れか一方を実行する機関出力閾値変更処理を行う。
【００１１】
尚、前記被毒指標値は、例えば、「その時点において前記触媒に付着している硫黄成分の量」、又は、「その時点から所定時間前の時点からその時点までの前記触媒の温度の平均値」、又は、「同触媒の温度の平均値とその時点から所定時間前の時点からその時点までの前記触媒に流入する排ガスの空燃比の平均値とから求まる値」を含む。
【００１２】
更に、前記被毒指標値が前記触媒の温度の平均値と前記空燃比の平均値とから求まる値である場合、その値は、前記触媒の温度の平均値が後の述べるＳ被毒回復温度以上であり且つ前記空燃比の平均値が理論空燃比よりもリッチである（小さい）場合、前記被毒指標値閾値以上となる。
【００１３】
上述したように機関出力閾値が減少された場合、機関の運転が停止される頻度が少なくなる。従って、一定期間において触媒に排ガスが流入する時間が長くなる。このため、触媒の温度が高温に維持され、触媒からＳ成分が脱離しやすくなる。
【００１４】
そして、本発明装置は、前記機関出力閾値変更処理により触媒の被毒の程度を低下させた後の最大酸素吸蔵量が「前記許容最小量よりも大きく且つ前記仮判定量よりも小さい」本判定量以下である場合にも、触媒が劣化していると判定する。この判定に用いられる最大酸素吸蔵量は、触媒に付着しているＳ成分の量が少ない状態における最大酸素吸蔵量である。
【００１５】
つまり、この場合、最大酸素吸蔵量が仮判定量まで低下したときに機関出力閾値の減少によりＳ成分が触媒から脱離しやすい状態を形成し、これにより、触媒の劣化判定時に触媒に付着しているＳ成分の量が少ない状態を確保しやすくして、触媒の劣化判定を行う。このため、触媒の劣化を正確に判定することができる。
【００１６】
一方、機関出力閾値が増大された場合、機関の運転が停止される頻度が多くなる。このため、一定期間において触媒に流入する排ガスの量が少なくなる。従って、一定期間において触媒に新たに付着するＳ成分の量が少なくなる。更に、機関の運転が再開された場合、要求出力が比較的高いので、触媒には温度の比較的高い排ガスが流入する。このため、触媒の温度がＳ被毒回復温度以上になりやすくなる。
【００１７】
そして、本発明装置は、前記機関出力閾値変更処理により触媒の被毒の程度を低下させた後の最大酸素吸蔵量が本判定量以下である場合、触媒が劣化していると判定する。この判定に用いられる最大酸素吸蔵量も、触媒に付着しているＳ成分の量が少ない状態における最大酸素吸蔵量である。
【００１８】
つまり、この場合、最大酸素吸蔵量が仮判定量まで低下したときに機関出力閾値の増大によりＳ成分が触媒に付着しづらい状態を形成するとともに、機関の運転が再開されたときにＳ成分が触媒から脱離しやすい状態を形成し、これにより、触媒の劣化判定時に触媒に付着しているＳ成分の量が少ない状態を確保しやすくして、触媒の劣化判定を行う。このため、触媒の劣化を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る触媒劣化判定装置が適用される内燃機関を含むハイブリッドシステムを示した図である。
【図２】図２は、図１に示した電子制御ユニットのＣＰＵが実行する機関運転制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図３は、図１に示した三元触媒の最大酸素吸蔵量、要求機関出力、内燃機関の運転状態及び平均触媒温度を示したタイムチャートである。
【図４】図４は、図１に示した三元触媒の最大酸素吸蔵量、要求機関出力、内燃機関の運転状態及び平均触媒温度を示したタイムチャートである。
【図５】図５は、図１に示した電子制御ユニットのＣＰＵが実行する第１実施形態に係る触媒劣化判定ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】図６は、図１に示した排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量、要求機関出力、内燃機関の運転状態及び平均触媒温度を示したタイムチャートである。
【図７】図７は、図１に示した三元触媒の最大酸素吸蔵量、要求機関出力、内燃機関の運転状態及び平均触媒温度を示したタイムチャートである。
【図８】図８は、図１に示した電子制御ユニットのＣＰＵが実行する第２実施形態に係る触媒劣化判定ルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の各実施形態に係る「内燃機関の触媒劣化判定装置」について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
本発明の第１実施形態に係る触媒劣化判定装置（以下、単に「第１判定装置」と称呼する。）は、図１に示した内燃機関（以下、「機関」と称呼する。）１０に適用される。機関１０は、ピストン往復動型・ポート噴射・火花点火式・多気筒（本例では４気筒）・ガソリン機関である。更に、機関１０は、「同機関１０並びに電動モータジェネレータ５１及び５２」を駆動源として備えたハイブリッドシステムに適用される。
【００２２】
機関１０は、４つの燃焼室♯１乃至♯４を備えている。機関１０の図示しないシリンダヘッドには、各燃焼室♯１乃至♯４に対応して燃料噴射弁２０が配設されている。各燃料噴射弁２０は、各燃焼室♯１乃至♯４に対応してシリンダヘッドに設けられた図示しない吸気ポートに燃料を噴射するようになっている。更に、シリンダヘッドには、各燃焼室♯１乃至♯４に対応して点火プラグ２１が配設されている。各点火プラグ２１は、その電極部（火花発生部）が対応する燃焼室♯１乃至♯４の内部空間に露出するように配設されている。
【００２３】
更に、機関１０は、吸気システム３０及び排気システム４０を含んでいる。
【００２４】
吸気システム３０は、インテークマニホールド３１及び吸気管３２を含んでいる。インテークマニホールド３１は、各吸気ポートに接続された枝部と、これら枝部が集合した集合部と、を含む。吸気管３２は、インテークマニホールド３１の集合部に接続されている。インテークマニホールド３１及び吸気管３２は、吸気通路を構成している。
【００２５】
排気システム４０は、エキゾーストマニホールド４１、排気管４２及び排気浄化装置４３を含んでいる。エキゾーストマニホールド４１は、各燃焼室♯１乃至♯４に対応してシリンダヘッドに設けられた図示しない各排気ポートに接続された枝部と、これら枝部が集合した集合部と、を含む。排気管４２は、エキゾーストマニホールド４１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２は、排気通路を構成している。
【００２６】
排気浄化装置４３は、三元触媒４４を含んでいる。三元触媒４４は、同触媒４４に流入する排ガスの空燃比が「理論空燃比又はその近傍の空燃比」であるときに、同排ガス中の「一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）」を高い浄化率で同時に浄化する。三元触媒４４は、その温度Ｔcが所定温度（活性開始温度）以上であるときに「ＣＯ、未燃ＨＣ及びＮＯｘ」を浄化する。
【００２７】
更に、三元触媒４４は、同触媒４４に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに同排ガス中の酸素を吸蔵し、同触媒４４に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに「同触媒４４に吸蔵されている酸素」を放出する「酸素吸放出能力」を有する。
【００２８】
ハイブリッドシステムは、電動モータジェネレータ５１及び５２、並びに、遊星歯車装置５３を含んでいる。遊星歯車装置５３の図示しないプラネタリギアは、機関１０のクランクシャフト１１に連結されている。遊星歯車装置５３の図示しないサンギアは、電動モータジェネレータ５１（以下、「第１モータ５１」と称呼する。）に連結されている。遊星歯車装置５３の図示しないリングギアは、電動モータジェネレータ５２（以下、「第２モータ５２」と称呼する。）に連結されている。
【００２９】
第１モータ５１は、インバータ５４を介してバッテリ５６にも接続されている。第２モータ５２は、インバータ５５を介してバッテリ５６にも接続されている。
【００３０】
遊星歯車装置５３は、「機関１０、第１モータ５１及び第２モータ５２」からの出力をギア列５７を介して図示しない車両のドライブシャフトに出力する。
【００３１】
図１に示したＥＣＵ（電子制御ユニット）７０は、周知の「ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース等を有するマイクロコンピュータ」を含む電子回路装置である。ＥＣＵ７０は、次に述べる複数のセンサからの検出信号を受信するようになっている。
・機関１０の吸入空気量（空気の質量流量）Ｇaを検出するエアフローメータ６１。
・クランクシャフト１１が所定角度回転する毎にパルスを発生するクランク角度センサ６２。
・図示しないアクセルペダルの操作量Ａccpを検出するアクセルペダル操作量センサ６３。
・図１に示したハイブリッドシステムが搭載された図示しない車両の速度（車速）ＳＰＤを検出する車速センサ６４。
・触媒４４の温度Ｔcを検出する温度センサ６５。
・触媒４４に流入する排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ６６。
・触媒４４から流出する排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ６７。
【００３２】
酸素センサ６６は、触媒４４よりも上流側の位置の排気通路に配設されている。同センサ（以下、「上流側センサ」と称呼する。）６６は、排ガス中の酸素濃度に応じた出力値（電流）Ｉsを出力する「いわゆる限界電流式酸素濃度センサ」である。従って、同センサ６６は、排ガスの空燃比がリーンであるほど大きい出力値Ｉsを出力する。
【００３３】
一方、酸素センサ６７は、触媒４４よりも下流側の位置の排気通路に配設されている。同センサ（以下、「下流側センサ」と称呼する。）６７は、いわゆる起電力式酸素センサである。従って、同センサ６７は、排ガス中の酸素濃度が「理論空燃比に対応する酸素濃度」よりも大きいとき（つまり、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき）に比較的大きい出力値（電圧）Ｖhighを出力する。一方、排ガス中の酸素濃度が「理論空燃比に対応する酸素濃度」よりも小さいとき（つまり、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき）に比較的小さい出力値（電圧）Ｖlowを出力する。
【００３４】
更に、ＥＣＵ７０は、「燃料噴射弁２０及び点火プラグ２１」に駆動信号を送信するようになっている。加えて、ＥＣＵ７０は、インバータ５４及び５５に制御信号を送信するようになっている。
【００３５】
ＥＣＵ７０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と表記する。）は、以下の機関運転制御を行う。ＣＰＵは、アクセルペダル操作量Ａccpと車速ＳＰＤとに基づいてユーザ要求出力Ｐbを決定する。このユーザ要求出力Ｐbは、ハイブリッドシステムが搭載された図示しない車両のユーザから要求される出力である。
【００３６】
更に、ＣＰＵは、バッテリ５６を充電するために同バッテリ５６に供給すべき電力に応じたバッテリ充電要求出力を取得する。加えて、ＣＰＵは、「前記ユーザ要求出力と前記バッテリ充電要求出力との和」に損失を加えた値を取得する。この値が前記要求機関出力Ｐreqである。
【００３７】
ＣＰＵは、要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_th以上であるか否かを判定する。この機関出力閾値Ｐreq_thは、後述するように設定される値であるが、通常、機関１０の出力が同機関出力閾値Ｐreq_th以下の状態にて機関１０が運転されると、機関１０の運転効率（即ち、燃費）が許容限度以下になるような値（基準出力値Ｐreq_b）に設定されている。
【００３８】
要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_thよりも大きい場合、前記要求機関出力Ｐreqに相当する出力が機関１０から出力されるように機関１０の運転が制御される。
【００３９】
一方、要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_th以下である場合、機関１０の運転が停止される。この場合、前記ユーザ要求出力が第２モータ５２から出力されるように同モータ５２が駆動される。その後、要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_thよりも大きくなった場合には、同要求機関出力Ｐreqに相当する出力が機関１０から出力されるように機関１０の運転が再開される。
【００４０】
より具体的に述べると、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図２にフローチャートにより示した「機関運転制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、適当なタイミングになると、ＣＰＵは、図２のステップ２００から処理を開始してステップ２０５に進み、要求機関出力Ｐreqを取得する。
【００４１】
次いで、ＣＰＵは、ステップ２１０に進み、要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_th以下であるか否かを判定する。要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_th以下である場合、ＣＰＵは、ステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２１５に進み、機関１０が運転中であるか否かを判定する。機関１０が運転中である場合、ＣＰＵは、ステップ２１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２０に進み、機関１０の運転を停止する。次いで、ＣＰＵは、ステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００４２】
これに対し、ＣＰＵがステップ２１５の処理を実行する時点において機関１０の運転が停止中である場合、ＣＰＵは、そのステップ２１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００４３】
一方、ＣＰＵがステップ２１０の処理を実行する時点において要求機関出力Ｐreqが機関出力閾値Ｐreq_thよりも大きい場合、ＣＰＵは、そのステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２２５に進み、機関１０の運転が停止中であるか否かを判定する。機関１０が停止中である場合、ＣＰＵは、ステップ２２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３０に進み、機関１０の運転を再開する。次いで、ＣＰＵは、ステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００４４】
これに対し、ＣＰＵがステップ２２５の処理を実行する時点において機関１０が運転中である場合、ＣＰＵは、そのステップ２２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
以上が第１実施形態に係る機関運転制御である。
【００４６】
（第１判定装置の作動の概要）
次に、第１判定装置の作動の概要について説明する。第１判定装置は、図３及び図４に示したように、三元触媒４４の劣化判定に用いる閾値として、「仮判定量Ｃmax_th3、本判定量Ｃmax_th2及び許容最小量Ｃmax_th1」を有する。仮判定量Ｃmax_th3は本判定量Ｃmax_th2よりも大きく、本判定量Ｃmax_th2は許容最小量Ｃmax_th1よりも大きい（Ｃmax_th3＞Ｃmax_th2＞Ｃmax_th1）。
【００４７】
更に、第１判定装置は、後述するように、触媒劣化判定条件が成立したときに最大酸素吸蔵量Ｃmaxを推定する。尚、前記機関出力閾値Ｐreq_thは、前述したように、通常、前記基準出力値Ｐreq_bに設定されている。
【００４８】
第１判定装置は、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが仮判定量Ｃmax_th3まで低下したとき（図３の時刻ｔ３０及び図４の時刻ｔ４０）に、触媒温度Ｔcの「なまし平均値（以下、「平均触媒温度」と称呼する。）」Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低い場合、前記機関出力閾値Ｐreq_thを基準出力値Ｐreq_bから所定値ΔＰだけ減少させる（Ｐreq_th＝Ｐreq_b−ΔＰ）。これにより、機関１０の運転が停止される頻度が少なくなる。従って、一定期間において機関１０が運転されている時間が長くなる。このため、平均触媒温度Ｔc_ave（触媒温度Ｔc）がＳ被毒回復温度Ｔc_s以上になりやすくなる。
【００４９】
尚、Ｓ被毒回復温度Ｔc_sは、触媒４４の前記活性開始温度よりも高い温度であって、触媒４４からＳ成分を脱離させることができる温度である。
【００５０】
更に、触媒温度Ｔcの「なまし平均値（平均触媒温度Ｔc_ave）」は、下記の（１）式により取得される。
Ｔc_ave＝Ｋ・（Ｔc_aveの前回値）＋（１−Ｋ）・（Ｔcの今回値）  …（１）
但し、（１）式の「Ｋ」は、「１」よりも小さい値である。
【００５１】
従って、平均触媒温度Ｔc_aveは、同温度Ｔc_aveが取得された時点直前の一定期間における平均的な触媒温度Ｔcに相当する。従って、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低い場合、その時点直前の一定期間における平均的な触媒温度ＴcがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低かったことを意味する。逆に、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上である場合、その時点直前の一定期間における平均的な触媒温度ＴcがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上であったことを意味する。
【００５２】
尚、本例において、平均触媒温度Ｔc_aveは、「Ｓ成分により触媒４４が被毒されている程度を表す指標値（被毒指標値）」であり、Ｓ被毒回復温度Ｔc_sは、この指標値の閾値である。
【００５３】
第１判定装置は、前記機関出力閾値Ｐreq_thを減少させた後、Ｓ成分による触媒４４の被毒が解消された程度を表す指標値（以下「Ｓ被毒解消指標値」と称呼する。）が所定指標値閾値以上となったとき（図３の時刻ｔ３２及び図４の時刻ｔ４２）に、最大酸素吸蔵量Ｃmaxを新たに推定する。
【００５４】
本例においては、前記Ｓ被毒解消指標値は、「平均触媒温度Ｔc_aveが前記Ｓ被毒回復温度Ｔc_s以上である状態（図３に示した例において、時刻ｔ３１以降の状態、及び、図４に示した例において、時刻ｔ４１以降の状態）において燃焼室♯１乃至♯４に吸入された空気の量の積算値（以下、「吸入空気量積算値」と称呼する。）ΣＧa」である。
【００５５】
従って、第１判定装置は、前記吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上になったとき（図３の時刻ｔ３２及び図４の時刻ｔ４２）に、最大酸素吸蔵量Ｃmaxを新たに推定する。
【００５６】
つまり、第１判定装置は、要求機関出力Ｐreqを減少させた後、触媒４４に付着しているＳ成分の量が少なくなったときに最大酸素吸蔵量Ｃmaxを新たに推定する。
【００５７】
第１判定装置は、前記新たに推定した最大酸素吸蔵量Ｃmaxが前記本判定量Ｃmax_th2以下である場合（図３に示した例を参照。）、触媒４４が劣化していると判定する。
【００５８】
一方、第１判定装置は、前記新たに推定した最大酸素吸蔵量Ｃmaxが前記本判定量Ｃmax_th2よりも大きい場合（図４に示した例を参照。）、触媒４４が劣化していない（正常である）と判定する。尚、この場合においても、その後、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが許容最小量Ｃmax_th1まで低下したとき（図４の時刻ｔ４３）には、第１判定装置は、触媒４４が劣化していると判定する。
【００５９】
尚、本例においては、第１判定装置は、前記吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上になったとき（図３の時刻ｔ３２及び図４の時刻ｔ４２）に、前記機関出力閾値Ｐreq_thを元の値（基準出力値）Ｐreq_bに戻す。
【００６０】
以上が第１判定装置による触媒劣化判定の概要である。
【００６１】
次に、前記最大酸素吸蔵量Ｃmaxの推定について説明する。最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、三元触媒４４が吸蔵し得る酸素の量の最大値であり、いわゆる「アクティブ空燃比制御」により推定される。最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、触媒４４の劣化が進むほど小さくなる。
【００６２】
アクティブ空燃比制御は、例えば、特開平５−１３３２６４号公報及び特開２０１２−９７６７１号公報等に記載された周知の制御である。例えば、最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、アクティブ空燃比制御により、理論空燃比stoichよりもリッチな空燃比の排ガスを触媒４４に流入し続けて触媒４４の酸素吸蔵量Ｃを「０」にし、その時点から理論空燃比stoichよりもリーンな空燃比の排ガスを触媒４４に流入し続け、その際に上流側センサ６６により検出される空燃比abyfsに基づいて酸素吸蔵量Ｃ（＝（燃料噴射弁２０から単位時間あたりに噴射される燃料の量）・０．２３・（abyfs−stoich））を下流側センサ６７の出力値が理論空燃比に相当する値よりも大きい値となるまで積算することにより求められる。
【００６３】
（第１判定装置の実際の作動）
次に、ＣＰＵが実行する第１実施形態に係る触媒劣化判定について、図５を参照しながら説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図５にフローチャートにより示した「触媒劣化判定ルーチン」を実行するようになっている。従って、適当なタイミングになると、ＣＰＵは、図５のステップ５００から処理を開始してステップ５０２に進み、触媒劣化判定条件が成立しているか否かを判定する。この触媒劣化判定条件は、
（１）各酸素センサ６６及び６７が活性化状態にあり、且つ、
（２）触媒温度Ｔcが所定範囲内の温度であり、且つ、
（３）吸入空気量Ｇa及び機関１０の負荷ＫＬがそれぞれ所定範囲内の量及び負荷であること、
である。
【００６４】
ＣＰＵがステップ５０２の処理を実行する時点において前記触媒劣化判定条件が成立していない場合、ＣＰＵはそのステップ５０２にて「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。これに対し、前記触媒劣化判定条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ５０２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５０４に進み、最大酸素吸蔵量Ｃmaxを推定する。
【００６５】
次いで、ＣＰＵは、ステップ５０６に進み、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが許容最小量Ｃmax_th1以下であるか否かを判定する。最大酸素吸蔵量Ｃmaxが許容最小量Ｃmax_th1以下である場合、ＣＰＵはステップ５０６にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２６に進み、触媒４４が劣化していると判定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５２４に進み、フラグＦjudgeに「０」を入力する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００６６】
尚、前記フラグＦjudgeは、ステップ５２０の処理を行うか否かを制御するためのフラグである。
【００６７】
ＣＰＵがステップ５０６の処理を実行する時点において最大酸素吸蔵量Ｃmaxが許容最小量Ｃmax_th1よりも大きい場合、ＣＰＵはそのステップ５０６にて「Ｎｏ」と判定してステップ５０８に進み、フラグＦjudgeの値が「１」であるか否かを判別する。フラグＦjudgeの値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ５０８にて「Ｎｏ」と判定してステップ５１０に進み、フラグＦdownの値が「１」であるか否かを判定する。
【００６８】
前記フラグＦdownは、機関出力閾値Ｐreq_thが基準出力値Ｐreq_bから減少されているか否かを示すフラグであり、機関出力閾値Ｐreq_thが減少されたときに「１」が入力され、機関出力閾値Ｐreq_thが元の値（基準出力値）Ｐreq_bに戻されたときに「０」が入力される。
【００６９】
ＣＰＵがステップ５１０の処理を実行する時点においてフラグＦdownが「０」である場合、ＣＰＵはそのステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５１２に進み、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが仮判定量Ｃmax_th3以下であるか否かを判定する。最大酸素吸蔵量Ｃmaxが仮判定量Ｃmax_th3よりも大きい場合、ＣＰＵはステップ５１２にて「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７０】
これに対し、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが仮判定量Ｃmax_th3以下である場合、ＣＰＵはステップ５１２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１４に進み、別途実行されたルーチンにより算出されている最新の平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低いか否かを判定する。平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上である場合、ＣＰＵはステップ５１４にて「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
これに対し、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低い場合、ＣＰＵはステップ５１４にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１６に進み、機関出力閾値Ｐreq_thを所定値ΔＰだけ減少させる（Ｐreq_th＝Ｐreq_b−ΔＰ）。次いで、ＣＰＵはステップ５１８に進み、フラグＦdownに「１」を入力する。次いで、ＣＰＵはステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７２】
一方、ＣＰＵがステップ５１０の処理を実行する時点においてフラグＦdownの値が「１」である場合、ＣＰＵはそのステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２８に進み、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上であるか否かを判定する。平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低い場合、ＣＰＵはステップ５２８にて「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。これに対し、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上である場合、ＣＰＵはステップ５２８にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３０に進み、吸入空気量積算値ΣＧaを更新する。
【００７３】
次いで、ＣＰＵは、ステップ５３２に進み、吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上であるか否かを判定する。積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_thよりも小さい場合、ＣＰＵはステップ５３２にて「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。これに対し、積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上である場合、ＣＰＵはステップ５３２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３４に進み、機関出力閾値Ｐreq_thを元の値（基準出力値）Ｐreq_bに戻す。
【００７４】
次いで、ＣＰＵは、ステップ５３６に進み、フラグＦdownに「０」を入力する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５３８に進み、フラグＦjudgeに「１」を入力する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５４０に進み、吸入空気量積算値ΣＧaをクリアする。次いで、ＣＰＵは、ステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７５】
一方、ＣＰＵがステップ５０８の処理を実行する時点においてフラグＦjudgeの値が「１」である場合、ＣＰＵはそのステップ５０８にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが本判定量Ｃmax_th2以下であるか否かを判定する。最大酸素吸蔵量Ｃmaxが本判定量Ｃmax_th2以下である場合、ＣＰＵはステップ５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２２に進み、触媒４４が劣化していると判定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５２４に進み、フラグＦjudgeに「０」を入力する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７６】
これに対し、ＣＰＵがステップ５２０の処理を実行する時点において最大酸素吸蔵量Ｃmaxが本判定量Ｃmax_th2よりも大きい場合、ＣＰＵはそのステップ５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５２４に進み、フラグＦjudgeに「０」を入力する。この場合、ＣＰＵは、触媒４４が劣化しているとは判定しない。次いで、ＣＰＵは、ステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７７】
以上が第１判定装置による触媒劣化判定である。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る触媒劣化判定装置（以下、「第２判定装置」と称呼する。）について説明する。第２判定装置は、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが仮判定量Ｃmax_th2まで低下したとき（図６の時刻ｔ６０及び図７の時刻ｔ７０）に、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_sよりも低い場合、機関出力閾値Ｐreq_thを基準出力値Ｐreq_bから所定値ΔＰだけ増大させる（Ｐreq_th＝Ｐreq_b＋ΔＰ）。これにより、機関１０の運転が停止される頻度が多くなる。従って、一定期間において触媒４４に流入するＳ成分の量が少なくなる。このため、触媒４４に新たに付着するＳ成分の量が少なくなる。
【００７９】
更に、第２判定装置は、前記機関出力閾値Ｐreq_thを増大させた後、「平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上である状態（図６に示した例において、時刻ｔ６２以降の状態、及び、図７に示した例において、時刻ｔ７２以降の状態）において燃焼室♯１乃至♯４に吸入された空気の量の積算値（吸入空気量積算値）」ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上になったとき（図６の時刻ｔ６３及び図７の時刻ｔ７３）に、最大酸素吸蔵量Ｃmaxを新たに推定する。
【００８０】
つまり、第２判定装置は、要求機関出力Ｐreqを増大させた後、触媒４４に付着しているＳ成分の量が少なくなったときに最大酸素吸蔵量Ｃmaxを新たに推定する。
【００８１】
第２判定装置は、前記新たに推定した最大酸素吸蔵量Ｃmaxが前記本判定量Ｃmax_th2以下である場合（図６に示した例を参照。）、触媒４４が劣化していると判定する。
【００８２】
一方、第２判定装置は、前記新たに推定した最大酸素吸蔵量Ｃmaxが前記本判定量Ｃmax_th2よりも大きい場合（図７に示した例を参照。）、触媒４４が劣化していない（正常である）と判定する。尚、この場合においても、その後、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが許容最小量Ｃmax_th1まで低下したとき（図７の時刻ｔ７４）には、第２判定装置は、触媒４４が劣化していると判定する。
【００８３】
尚、本例においては、第２判定装置は、前記吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上になったとき（図６の時刻ｔ６３及び図７の時刻ｔ７３）に、前記機関出力閾値Ｐreq_thを元の値（基準出力値）Ｐreq_bに戻す。
【００８４】
以上が第２判定装置による触媒劣化判定の概要である。
【００８５】
（第２判定装置の実際の作動）
尚、第２実施形態において、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図８にフローチャートにより示した「触媒劣化判定ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、「図５の触媒劣化判定ルーチンのステップ５１６の処理に代えて、ステップ８１６においてＣＰＵが機関出力閾値Ｐreq_thを基準出力値Ｐreq_bから所定値ΔＰだけ増大させる点」を除いて、図５のルーチンと同様である。
【００８６】
尚、上述した第１判定装置及び第２判定装置は、「平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上である状態」における吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上となった後に、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが本判定量Ｃmax_th2以下であるか否かの判定を行う。
【００８７】
しかしながら、第１判定装置及び第２判定装置は、「触媒４４に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比である状態」における吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上となった後に、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが本判定量Ｃmax_th2以下であるか否かの判定を行うように構成されてもよい。
【００８８】
更には、第１判定装置及び第２判定装置は、「平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上であり且つ触媒４４に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比である状態」における吸入空気量積算値ΣＧaが所定積算値ΣＧa_th以上となった後に、最大酸素吸蔵量Ｃmaxが本判定量Ｃmax_th2以下であるか否かの判定を行うように構成されてもよい。
【００８９】
更に、第１判定装置及び第２判定装置は、Ｓ被毒解消指標値として、平均触媒温度Ｔc_aveがＳ被毒回復温度Ｔc_s以上の状態にある時間の積算値を用いてもよい。この場合、第１判定装置及び第２判定装置は、この時間の積算値が所定時間積算値以上になったときに最大酸素吸蔵量Ｃmaxを新たに推定する。尚、この場合の前記所定時間積算値は、触媒４４からＳ成分を脱離させるのに十分な時間に設定される。
【００９０】
加えて、上述した第１判定装置及び第２判定装置は、「機関１０の運転状態がアイドリング状態になったときに機関１０の運転を一旦停止し、機関１０からの出力が要求されたときに機関１０の運転を再開する」いわゆるアイドリングストップを行う内燃機関にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…内燃機関、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、４４…三元触媒、６５…温度センサ、６６…上流側酸素センサ、６７…下流側酸素センサ、７０…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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【図７】
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【図８】
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