(57)【要約】【課題】触媒の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる酸素吸蔵能力推定装置および酸素吸蔵能力推定方法を提供する。【解決手段】実施形態の一態様に係る酸素吸蔵能力推定装置は、検出手段と、推定手段と、補正手段とを備える。検出手段は、触媒が配設される内燃機関の排気通路であって、触媒の上流側の空燃比をリッチ側あるいはリーン側に変動させた後の触媒の下流側の空燃比を、空燃比センサの値に基づいて検出する。推定手段は、検出手段が検出した下流側の空燃比に応じて触媒の酸素吸蔵能力を推定する。補正手段は、空燃比センサの素子温度に応じて、推定手段による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータおよび酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理のパラメータのうち少なくとも一方のパラメータを補正する。【選択図】図１
2017048769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が配設される内燃機関の排気通路であって、前記触媒の上流側の空燃比をリッチ側あるいはリーン側に変動させた後の前記触媒の下流側の空燃比を、空燃比センサの値に基づいて検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記下流側の前記空燃比に応じて前記触媒の酸素吸蔵能力を推定する推定手段と、
前記空燃比センサの素子温度に応じて、前記推定手段による前記酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータおよび前記酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理のパラメータのうち少なくとも一方のパラメータを補正する補正手段と
を備えることを特徴とする酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項２】
前記推定手段は、
前記検出手段が検出した前記下流側の前記空燃比と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に応じて前記酸素吸蔵能力を推定する吸蔵能力推定手段と
を備え、
前記補正手段は、
前記空燃比センサの前記素子温度に応じて、前記閾値を設定する設定手段と
を備えること
を特徴とする請求項１に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項３】
前記補正手段は、
前記空燃比センサの前記素子温度および前記排気通路を流れるガス流量に応じて、前記推定手段による前記酸素吸蔵能力の推定に用いる前記パラメータを補正すること
を特徴とする請求項１に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、
前記検出手段が検出した前記下流側の前記空燃比が閾値をまたぐタイミングを検出するタイミング検出手段を備え、
前記補正手段は、
前記空燃比センサの前記素子温度および前記排気通路を流れる前記ガス流量に応じて、前記タイミング検出手段が検出した前記タイミングを補正するタイミング補正手段を備え、
前記推定手段は、
前記タイミング補正手段が補正した前記タイミングに応じて前記酸素吸蔵能力を推定する吸蔵能力推定手段をさらに備えること
を特徴とする請求項３に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項５】
前記補正手段は、
前記空燃比センサの前記素子温度および前記排気通路を流れる前記ガス流量に応じて、前記推定手段が推定した前記酸素吸蔵能力を補正する吸蔵能力補正手段を備え、
前記補正手段は、
前記吸蔵能力補正手段が補正した前記酸素吸蔵能力に基づいて前記触媒の劣化を判定すること
を特徴とする請求項３に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記酸素吸蔵能力の前記推定値を用いて前記触媒の劣化を判定する処理のパラメータを補正すること
を特徴とする請求項１に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項７】
前記補正手段は、
前記触媒の劣化を判定する処理において前記酸素吸蔵能力の前記推定値と閾値との比較に用いる前記閾値を、前記空燃比センサの前記素子温度に応じて設定する設定手段を備えること
を特徴とする請求項６に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項８】
前記空燃比センサのインピーダンス値を検出するインピーダンス検出手段をさらに備え、
前記補正手段は、
前記空燃比センサの前記素子温度に応じた補正として、前記インピーダンス検出手段が検出したインピーダンス値に基づいて前記パラメータを補正すること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項９】
前記空燃比センサは、Ｏ２センサであること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の酸素吸蔵能力推定装置。
【請求項１０】
触媒が配設される内燃機関の排気通路であって、前記触媒の上流側の空燃比をリッチ側あるいはリーン側に変動させた後の前記触媒の下流側の空燃比を、空燃比センサの値に基づいて検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した前記下流側の前記空燃比に応じて前記触媒の酸素吸蔵能力を推定する推定工程と、
前記空燃比センサの素子温度に応じて、前記推定工程による前記酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを補正する補正工程と
を含むことを特徴とする酸素吸蔵能力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素吸蔵能力推定装置および酸素吸蔵能力推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される内燃機関の排気通路に配設された触媒の劣化を検出する装置が知られている。かかる装置では、触媒が酸素を吸蔵／放出する能力、すなわち酸素吸蔵能力に基づいて触媒の劣化を検出している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置では、例えば車両が高速運転している場合など、車両の状態によっては触媒の酸素吸蔵能力の推定精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、触媒の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる酸素吸蔵能力推定装置および酸素吸蔵能力推定方法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】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の酸素吸蔵能力推定装置は、検出手段と、推定手段と、補正手段とを備える。検出手段は、触媒が配設される内燃機関の排気通路であって、前記触媒の上流側の空燃比をリッチ側あるいはリーン側に変動させた後の前記触媒の下流側の空燃比を、空燃比センサの値に基づいて検出する。推定手段は、前記検出手段が検出した前記下流側の前記空燃比に応じて前記触媒の酸素吸蔵能力を推定する。補正手段は、前記空燃比センサの素子温度に応じて、前記推定手段による前記酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータおよび前記酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理のパラメータのうち少なくとも一方のパラメータを補正する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、触媒の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる酸素吸蔵能力推定装置および酸素吸蔵能力推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る酸素吸蔵能力推定方法を示す説明図である。
【図２】図２は、実施形態に係る内燃機関の概要を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る触媒劣化判定装置のブロック図である。
【図４】図４は、実施形態に係る比較閾値設定部が設定する比較閾値を説明する図である。
【図５】図５は、実施形態に係る酸素吸蔵能力推定装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態の変形例１に係る酸素吸蔵能力推定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例１に係るタイミング補正部が補正する終了タイミングを説明する図である。
【図８】図８は、実施形態の変形例１に係る酸素吸蔵能力推定装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施形態の変形例２に係る酸素吸蔵能力推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施形態の変形例２に係る吸蔵能力補正部が補正する酸素吸蔵能力を説明する図である。
【図１１】図１１は、実施形態の変形例２に係る酸素吸蔵能力推定装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、実施形態の変形例３に係る酸素吸蔵能力推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、実施形態の変形例３に係る判定閾値設定部が設定する判定閾値を説明する図である。
【図１４】図１４は、実施形態の変形例３に係る触媒劣化判定装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、実施形態に係る触媒劣化判定装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する酸素吸蔵能力推定装置および酸素吸蔵能力推定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
＜１．酸素吸蔵能力推定方法＞
図１を用いて、本発明の実施形態に係る酸素吸蔵能力推定方法を説明する。なお、本実施形態では、例えば自動車などの車両の内燃機関に搭載される触媒の酸素吸蔵能力推定方法について説明するが、かかる酸素吸蔵能力推定方法は、必ずしもこれに限られるものではなく、種々の異なる内燃機関に搭載される触媒の酸素吸蔵能力推定方法に適用することができる。
【００１１】
車両の内燃機関には、排気ガスを浄化するための触媒８２が排気通路８１に配設される。触媒８２は、酸素を吸蔵する能力を有しており、例えば排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）等の酸化物を還元し、かかる還元によって生じた酸素を吸蔵する。また、触媒８２は、例えば排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を、吸蔵した酸素を放出して酸化する。このように、触媒８２は、酸素を吸蔵／放出して、排気ガスに含まれる成分を還元／酸化することで、排気ガスを浄化する。
【００１２】
従って、触媒８２の酸素を吸蔵／放出する能力、すなわち酸素吸蔵能力に応じて触媒８２の浄化能力が変化する。そこで、本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定方法を用いて、触媒８２の最大酸素吸蔵能力を精度よく推定することで、触媒８２の浄化能力の劣化、すなわち触媒８２の劣化を高精度に判定することができる。
【００１３】
本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定方法では、空燃比センサを用いて、触媒８２の上流側の空燃比をリッチまたはリーンに強制的に変動させた後の触媒８２の下流側の空燃比を検出することで触媒８２の最大酸素吸蔵能力を推定する。例えば図１に示す例では、触媒８２の上流側に例えばＡ／Ｆセンサ８３が上流側空燃比センサとして、触媒８２の下流側に例えばＯ２センサ８４が下流側空燃比センサとして配設される。
【００１４】
具体的に、本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定方法では、まず触媒８２の上流側の空燃比をリッチまたはリーンに強制的に変動させる（ステップＳ１）。ここでは、上流側の空燃比をリッチとリーンを交互に繰り返すように強制的に変動させる。そのため、上流側空燃比センサ８３は、図１に示すように、リッチおよびリーンを交互に繰り返す検出結果Ｓ８３を出力する。
【００１５】
次に、下流側空燃比センサ８４を用いて、触媒８２の下流側の空燃比を検出する（ステップＳ２）。下流側の空燃比は、触媒８２の酸素吸蔵／放出する能力および上流側の空燃比に応じて変化する。
【００１６】
例えば、上流側の空燃比がリーンであって触媒８２に酸素吸蔵能力がある場合、触媒８２による酸素の吸蔵によって下流側の空燃比はリッチとなる。しかしながら、触媒８２が酸素を十分に吸蔵し、酸素吸蔵能力がなくなった場合、下流側の空燃比は、上流側の空燃比と同様にリーンとなる。
【００１７】
また、例えば上流側の空燃比がリッチであって触媒８２に酸素放出能力がある場合、触媒８２による酸素の放出によって下流側の空燃比はリーンとなる。しかしながら、触媒８２が酸素を十分に放出し、酸素放出能力がなくなった場合、下流側の空燃比は、上流側の空燃比と同様にリッチとなる。
【００１８】
従って、下流側空燃比センサ８４は、図１に示すようにリーンおよびリッチを交互に繰り返す検出結果Ｓ８４を出力する。
【００１９】
次に、下流側空燃比センサ８４の検出結果Ｓ８４に応じて、触媒８２の最大酸素吸蔵能力を推定する（ステップＳ３）。具体的には、空燃比センサ８３、８４の検出結果Ｓ８３、Ｓ８４および吸入空気量に応じて、触媒８２の最大酸素吸蔵能力を推定し、推定値を算出する。
【００２０】
まず上流側空燃比センサ８３の検出結果Ｓ８３に基づき、上流側の空燃比が例えばリーンからリッチに変動したタイミングＴ１を検出する。次に、下流側空燃比センサ８４の検出結果Ｓ８４に基づき、下流側の空燃比がリーンからリッチに変動したタイミングＴ２を検出する。そして、タイミングＴ１からタイミングＴ２の間に触媒８２に流入した酸素量を吸入空気量に基づいて算出することで触媒８２の最大酸素吸蔵量を算出する。例えば、算出した最大酸素吸蔵量および最大酸素放出量の平均値を算出することで最大酸素吸蔵能力を推定する。
【００２１】
ここで、例えば下流側空燃比センサ８４として用いられるＯ２センサは、素子温度によって感度が異なり、検出結果が変動することが知られている。そのため、Ｏ２センサには例えばヒータが取り付けられており、かかるヒータによってＯ２センサの素子温度を所定温度に保つようにしている。
【００２２】
しかしながら、例えば車両が高速走行を行う場合など、排気ガスの温度が高くなると、Ｏ２センサの素子温度が所定温度より高くなることがある。この場合、ヒータの出力を停止してもＯ２センサの素子温度が所定温度より高くなってしまう。
【００２３】
このように、車両の状態によっては下流側空燃比センサ８４の素子温度を所定温度に保てず、検出結果Ｓ８４が変動してしまう場合がある。そのため、かかる下流側空燃比センサ８４の検出結果Ｓ８４に応じた最大酸素吸蔵能力の推定精度が低下してしまう恐れがあった。
【００２４】
そこで、本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定方法では、下流側空燃比センサ８４の素子温度に応じて、酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータおよび酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理のパラメータのうち少なくとも一方のパラメータを補正する（ステップＳ４）。かかるパラメータとしては、例えば下流側空燃比センサ８４の検出結果Ｓ８４に基づいて検出したタイミングＴ２や、かかるタイミングＴ２を検出するために用いる閾値ＴＨ１２などが挙げられる。
【００２５】
以上のように、酸素吸蔵能力推定方法では、触媒８２が配設される内燃機関の排気通路８１であって、触媒８２の上流側の空燃比をリッチ側あるいはリーン側に変動させた後の触媒８２の下流側の空燃比を、下流側空燃比センサ８４の値に基づいて検出する。さらに、検出した下流側の空燃比に応じて触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。また、空燃比センサの素子温度に応じて、酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータおよび酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理のパラメータのうち少なくとも一方のパラメータを補正する。
【００２６】
これにより、例えば車両が高速走行しているなど、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度より高温であっても、触媒８２の酸素吸蔵能力を高精度に推定することができる。すなわち、車両の状態によらず、触媒８２の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる。以下、かかる酸素吸蔵能力推定方法を実行する酸素吸蔵能力推定装置を含む触媒劣化判定装置および内燃機関についてさらに説明する。
【００２７】
＜２．内燃機関の概要＞
図２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概要を示す図である。図２に示す内燃機関は、例えばガソリンを燃料とする自動車のエンジンである。内燃機関は、電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御が行われるものである。つまり、本実施形態の酸素吸蔵能力推定装置を含む触媒劣化判定装置は、かかる電子制御装置１によって構成される。
【００２８】
図２を用いて内燃機関の構成を説明する。なお、図２では１気筒の内燃機関を示しているが、これに限られず多気筒の内燃機関であってもよい。以下では図２右上に示す座標軸を適宜用いて説明を行う。
【００２９】
図２の内燃機関に備えるシリンダ５０には、吸気通路２１と排気通路８１とが、吸気弁１６と排気弁１７とを介して連結されている。さらに、吸気通路２１には、スロットル弁９２や燃料を吸気通路２１内に噴射するインジェクタ９３を備える。また、吸気通路２１におけるサージタンク内に外部からの吸気量Ｇａを検出する空気流量検出センサ２３を設けている。空気流量検出センサ２３は例えばエアフロメータ等がある。なお、吸気量Ｇａを検出するセンサとしては、エアフロメータのように吸気量Ｇａを直接検出するセンサに限られず、吸気通路２１内の圧力（すなわち、吸気圧）を検出する吸気管圧センサなどであってもよい。例えば、吸気管圧センサを用いる場合、吸気量Ｇａは、吸気管圧センサによって検出した吸気圧および機関回転数から間接的に求めることができる。
【００３０】
エアクリーナが設けられた吸気口１０７から吸気通路２１を介して吸気された空気は、吸気通路２１へ流れ込む。また、排気ガスは排気通路８１から排出される。
【００３１】
なお、吸気弁１６および排気弁１７は、エンジンの回転軸に連結され、エンジンの回転状態に応じて機械的に開閉が行われる構成のものや、エンジンの回転軸とは機械的に連結されておらず、モータの駆動力によって開閉が行われる構成のものがある。
【００３２】
排気通路８１には、例えば三元触媒８２が配設されており、排気ガス中の有害成分は、かかる触媒８２によって浄化される。また、この排気通路８１には、触媒８２の上流側と下流側に、それぞれ空燃比センサ（以下、「上流側空燃比センサ」という。）８３と空燃比センサ（以下、「下流側空燃比センサ」という。）８４が配設される。なお、下流側空燃比センサはＯ２センサで構成される。電子制御装置１（触媒劣化判定装置）は、各検出結果を用いて触媒劣化判定を実行する。
【００３３】
なお、Ｏ２センサは空燃比センサに比べて温度により特性が変化しやすい。このため、リッチ及びリーン間の切り替わりタイミングが温度により変化する。したがって、Ｏ２センサを下流側空燃比センサとして使うために、Ｏ２センサの素子温度に応じ、処理のパラメータを補正することが好ましい。すなわち、Ｏ２センサの素子温度に応じ、酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータおよび酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理のパラメータのうち少なくとも一方のパラメータを補正することで、例えば車両が高速走行しているなど、Ｏ２センサの素子温度が所定温度より高温であっても、触媒の酸素吸蔵能力を高精度に推定できる。
【００３４】
＜３．触媒劣化判定装置１＞
図３を用いて触媒劣化判定装置１を説明する。図３は、本実施形態に係る触媒劣化判定装置１のブロック図である。触媒劣化判定装置１は、酸素吸蔵能力推定装置１００と判定部１６０とを備える。
【００３５】
酸素吸蔵能力推定装置１００は、空気流量検出センサ２３、上流側空燃比センサ８３および下流側空燃比センサ８４の検出結果に応じて触媒８２の最大酸素吸蔵能力を推定する。ここで、触媒８２の最大酸素吸蔵能力とは、触媒８２が吸蔵／放出することができる酸素の量を指し、例えば最大酸素吸蔵量および最大酸素放出量の平均値とする。なお、かかる最大酸素吸蔵能力は、これに限らず、例えば最大酸素吸蔵量（あるいは最大酸素放出量）としてもよい。
【００３６】
判定部１６０は、酸素吸蔵能力推定装置１００が推定した酸素吸蔵能力に基づいて触媒８２の劣化を判定する。上述したように、酸素吸蔵能力に応じて触媒８２の浄化能力が変化する。従って、判定部１６０は、例えば酸素吸蔵能力と判定閾値ＴＨ２とを比較し、比較結果に基づいて触媒８２の劣化を判定する。
【００３７】
＜４．酸素吸蔵能力推定装置１００＞
図３を用いて酸素吸蔵能力推定装置１００の詳細を説明する。本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定装置１００は、検出部１１０と、吸気量算出部１２０と、上流側空燃比算出部１３０と、下流側空燃比算出部１４０と、推定部１５０と、インピーダンス検出部１７０と、補正部１８０と、記憶部１９０とを備える。
【００３８】
＜４．１．検出部１１０＞
検出部１１０は、空気流量検出センサ２３、上流側空燃比センサ８３および下流側空燃比センサ８４から出力されるセンサ値に基づいて、各センサ２３、８３、８４の検出信号を生成する。検出部１１０は、空気流量検出センサ２３の検出結果を吸気量算出部１２０に出力する。検出部１１０は、上流側空燃比センサ８３の検出結果Ｓ８３を上流側空燃比算出部１３０に出力する。検出部１１０は、下流側空燃比センサ８４の検出結果Ｓ８４を下流側空燃比算出部１４０に出力する。
【００３９】
＜４．２．吸気量算出部１２０＞
吸気量算出部１２０は、検出部１１０から入力された空気流量検出センサ２３の検出結果に基づいて吸気量Ｇａを算出する。空気流量検出センサ２３が例えばエアフロメータのように吸気量Ｇａを直接検出するセンサの場合、吸気量算出部１２０は、空気流量検出センサ２３の検出結果を吸気量Ｇａとする。また、吸気通路２１内の圧力を検出する吸気管圧センサの場合、吸気量算出部１２０は、吸気管圧センサの検出結果および機関回転数に基づいて吸気量Ｇａを算出する。吸気量算出部１２０は算出した吸気量Ｇａを推定部１５０に出力する。
【００４０】
＜４．３．上流側空燃比算出部１３０＞
上流側空燃比算出部１３０は、検出部１１０から入力された上流側空燃比センサ８３の検出結果Ｓ８３に基づいて上流側空燃比を算出し、上流側空燃比信号を生成する。触媒８２の劣化を判定する場合、上流側の空燃比をリッチ側またはリーン側に強制的に交互に変動させる。従って、上流側空燃比信号は、リッチを示す信号とリーンを示す信号が交互に繰り返される信号となる。上流側空燃比算出部１３０は、生成した上流側空燃比信号を推定部１５０に出力する。
【００４１】
＜４．４．下流側空燃比算出部１４０＞
下流側空燃比算出部１４０は、検出部１１０から入力された下流側空燃比センサ８４の検出結果Ｓ８４に基づいて下流側空燃比を算出し、下流側空燃比信号Ｓ１４０を生成する。触媒８２の劣化を判定する場合、上流側の空燃比をリッチ側またはリーン側に強制的に交互に変動させる。従って、下流側空燃比信号Ｓ１４０は、リッチを示す信号とリーンを示す信号が交互に繰り返される信号となる。下流側空燃比算出部１４０は、生成した下流側空燃比信号Ｓ１４０を推定部１５０に出力する。
【００４２】
＜４．５．インピーダンス検出部１７０＞
インピーダンス検出部１７０は、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値を検出する。例えば下流側空燃比センサ８４がＯ２センサの場合、センサの素子温度は、センサのインピーダンス値に比例する。このように、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値と素子温度とは比例関係にあるため、インピーダンス検出部１７０は、下流側空燃比センサ８４の素子温度として、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値を検出する。インピーダンス検出部１７０は、検出したインピーダンス値を補正部１８０に出力する。
【００４３】
＜４．６．補正部１８０＞
補正部１８０は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値に応じて推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを補正する。補正部１８０は、比較閾値設定部１８１を備える。比較閾値設定部１８１は、推定部１５０で用いる比較閾値ＴＨ１２を設定する。
【００４４】
図４を用いて、比較閾値設定部１８１が設定する比較閾値ＴＨ１２について説明する。図４は、比較閾値設定部１８１が設定する比較閾値ＴＨ１２を説明する説明図である。ここでは、下流側空燃比がリッチからリーンに変動した場合について説明するが、リーンからリッチに変動した場合についても同様である。
【００４５】
上流側の空燃比がリーンであって触媒８２に酸素吸蔵能力がある場合、触媒８２による酸素の吸蔵によって下流側の空燃比はリッチとなる。しかしながら、触媒８２が酸素を十分に吸蔵し、酸素吸蔵能力がなくなった場合、下流側の空燃比は、上流側の空燃比と同様にリーンとなる。この場合、下流側空燃比算出部１４０は、図４に示すようにリッチからリーンに変動する下流側空燃比信号Ｓ１４０を生成する。推定部１５０は、下流側空燃比信号Ｓ１４０と比較閾値ＴＨ１２とを比較して、酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２を決定する。
【００４６】
しかしながら、上述したように、例えば自動車が高速走行を行う場合など、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度より高くなると、下流側空燃比センサ８４の感度が変動する。したがって、この場合、下流側空燃比算出部１４０は、所定温度時に生成した下流側空燃比信号Ｓ１４０とは異なる下流側空燃比信号Ｓ１４１を生成する。図４に示す例では、高温時の下流側空燃比信号Ｓ１４１は、所定温度時の下流側空燃比信号Ｓ１４０より早くリッチからリーンへと変動する。
【００４７】
この場合、下流側空燃比信号Ｓ１４１と比較閾値ＴＨ１２とを比較してしまうと、実際の酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２より早いタイミングＴｄ２を終了タイミングとしてしまい、酸素吸蔵能力の推定に誤差が含まれてしまうことになる。
【００４８】
そこで、本実施形態に係る比較閾値設定部１８１は、下流側空燃比センサ８４の素子温度、すなわちインピーダンス値に応じて比較閾値を設定する。図４に示す例では、比較閾値設定部１８１は、下流側空燃比センサ８４の素子温度が高温である場合、比較閾値として閾値ＴＨ１３を設定する。このように、比較閾値設定部１８１が下流側空燃比センサ８４の素子温度に応じて比較閾値ＴＨ１２、ＴＨ１３を設定することで酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２を適切に決定することができる。なお、比較閾値設定部１８１が設定する比較閾値ＴＨ１２、１３を、比較閾値ＴＨ１と記載する。
【００４９】
なお、比較閾値設定部１８１が設定する比較閾値ＴＨ１は予め実験等によって求めた値とする。かかる比較閾値ＴＨ１は記憶部１９０に、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値と対応付けられて記憶されているものとする。比較閾値設定部１８１は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および記憶部１９０に記憶された比較閾値ＴＨ１に基づいて、比較閾値ＴＨ１を設定する。比較閾値設定部１８１は、設定した比較閾値ＴＨ１を推定部１５０に出力する。
【００５０】
＜４．７．推定部１５０＞
推定部１５０は、吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａ、上流側空燃比算出部１３０が算出した上流側空燃比信号および下流側空燃比算出部１４０が算出した下流側空燃比信号Ｓ１４０に基づいて酸素吸蔵能力を推定する。推定部１５０は、比較部１５１と吸蔵能力推定部１５２とを有する。
【００５１】
＜４．７．１．比較部１５１＞
比較部１５１は、上流側空燃比信号と所定閾値ＴＨとを比較し、上流側空燃比信号が所定閾値ＴＨをまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の開始タイミングＴ１に決定する。また、比較部１５１は、下流側空燃比信号Ｓ１４０と比較閾値ＴＨ１とを比較し、下流側空燃比信号Ｓ１４０が比較閾値ＴＨ１をまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２に決定する。比較部１５１は、決定した開始タイミングＴ１および終了タイミングＴ２を吸蔵能力推定部１５２に出力する。
【００５２】
＜４．７．２．吸蔵能力推定部１５２＞
吸蔵能力推定部１５２は、比較部１５１から入力される各タイミングＴ１、Ｔ２および吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａに基づいて、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。例えば、吸蔵能力推定部１５２は、開始タイミングＴ１から終了タイミングＴ２までの間の吸気量Ｇａに含まれる酸素量を触媒８２の酸素吸蔵能力として推定する。吸蔵能力推定部１５２は推定した酸素吸蔵能力を判定部１６０に出力する。
【００５３】
＜４．８．記憶部１９０＞
記憶部１９０は、例えば比較閾値設定部１８１が設定する比較閾値ＴＨ１を、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値と対応付けて記憶する。また、記憶部１９０は、比較部１５１による上流側空燃比信号の比較に用いられる閾値ＴＨを記憶する。このように、記憶部１９０は、酸素吸蔵能力推定装置１００の各部が行う処理に必要な情報を記憶する。また、記憶部１９０は、酸素吸蔵能力推定装置１００の各部が行った処理の結果を記憶する。
【００５４】
記憶部１９０は、例えばＲＡＭ（Random  Access  Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置である。
【００５５】
＜５．酸素吸蔵能力推定処理＞
次に、本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定装置１００が実行する処理手順について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定装置１００が実行する処理手順を示すフローチャートである。本実施形態の酸素吸蔵能力推定装置１００は、開始タイミングＴ１を決定すると、図５に示す処理手順を所定の周期で繰り返すことで、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。
【００５６】
図５に示すように、酸素吸蔵能力推定装置１００は、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値と閾値ＴＨ３とを比較する（ステップＳ１０１）。比較結果、インピーダンス値が閾値ＴＨ３以下である場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、酸素吸蔵能力推定装置１００は、インピーダンス値に応じた比較閾値ＴＨ１を設定する（ステップＳ１０２）。一方、インピーダンス値が閾値ＴＨ３より大きい場合（ステップＳ１０１のＮｏ）、ステップＳ１０３に進む。
【００５７】
酸素吸蔵能力推定装置１００は、吸入量Ｇａに応じて酸素吸蔵／放出量を更新する（ステップＳ１０３）。酸素吸蔵能力推定装置１００は、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１をまたいだか否かを判定する（ステップＳ１０４）。下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１をまたいでいないと判定した場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、酸素吸蔵能力推定装置１００は処理を終了する。一方、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１をまたいだと判定した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、酸素吸蔵能力推定装置１００は、更新した酸素吸蔵／放出量に基づいて酸素吸蔵能力を推定し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
【００５８】
このように、酸素吸蔵能力推定装置１００がステップＳ１０５で酸素吸蔵能力を推定するまで図５の処理を所定の周期で繰り返すことで、酸素吸蔵能力推定装置１００は、開始タイミングＴ１から終了タイミングＴ２の間の酸素吸蔵能力を推定する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る酸素吸蔵能力推定装置１００は、下流側空燃比センサ８４の素子温度に応じて、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータである比較閾値ＴＨ１を補正する。これにより、触媒８２の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる。
【００６０】
また、触媒劣化判定装置１は、酸素吸蔵能力推定装置１００が推定した酸素吸蔵能力に基づいて触媒８２の劣化を判定することで、触媒８２の劣化判定精度を向上させることができる。
【００６１】
なお、下流側空燃比センサ８４として用いられるＯ２センサは、リーンからリッチに変動する場合に比べて、リッチからリーンに変動する場合の感度が高い。そのため、リーンからリッチに変動する場合に比べてリッチからリーンに変動する場合の方が、下流側空燃比信号Ｓ１４０が急峻に変化する。従って、リーンからリッチに変動する場合に比べてリッチからリーンに変動する場合の方が下流側空燃比センサ８４の素子温度の影響を受けやすい。
【００６２】
そこで、少なくとも下流側空燃比がリッチからリーンに変化する場合の終了タイミングＴ２を決定する場合の比較閾値ＴＨ１を補正することで、下流側空燃比センサ８４の素子温度の影響を受けにくくすることができる。従って、酸素吸蔵能力推定装置１００は精度よく酸素吸蔵能力を推定することができる。
【００６３】
＜６．変形例＞
上述した実施形態では、補正部１８０が推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータとして比較閾値ＴＨ１を補正する場合について説明したが、酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータはこれに限らない。以下、図面を用いて酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータの他の例について説明する。
【００６４】
＜６．１．変形例１＞
本変形例に係る酸素吸蔵能力推定装置１０１は、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータとして終了タイミングＴ２を補正する。
【００６５】
＜６．１．１．酸素吸蔵能力推定装置１０１＞
図６は、本変形例に係る酸素吸蔵能力推定装置１０１の構成を示すブロック図である。図６に示す酸素吸蔵能力推定装置１０１の構成要素のうち、図３に示す酸素吸蔵能力推定装置１００と同じ構成要素には、同一符号を付し説明を省略する。
【００６６】
補正部１８０は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量に応じて、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを補正する。具体的には、補正部１８０は、タイミング補正部１８２を備え、検出部１１０が検出した空気流量検出センサ２３の検出結果に応じて、推定部１５０で用いる終了タイミングＴ２を補正することで、終了タイミングＴ２を遅延させる。
【００６７】
図７を用いて、タイミング補正部１８２が補正する終了タイミングＴ２について説明する。ここでは、下流側空燃比がリッチからリーンに変動した場合について説明するが、リーンからリッチに変動した場合についても同様である。また、下流側空燃比算出部１４０が算出する下流側空燃比信号Ｓ１４０、Ｓ１４１は図４と同じであるため説明を省略する。
【００６８】
上述したように、高温時の下流側空燃比信号Ｓ１４１は、所定温度時の下流側空燃比信号Ｓ１４０より早くリッチからリーンへと変動する。従って、下流側空燃比信号Ｓ１４１と比較閾値ＴＨ１２とを比較してしまうと、実際の酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２より早いタイミングＴｄ２を終了タイミングとしてしまう。
【００６９】
そこで、本変形例に係るタイミング補正部１８２は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量に応じて、終了タイミングの補正量Ｔを決定する。ここで、排気通路８１を流れるガス流量は、検出部１１０が検出した空気流量検出センサ２３の検出結果に応じて決定されるものとする。例えば空気流量検出センサ２３が検出した吸気量Ｇａを、排気通路８１を流れるガス流量とする。
【００７０】
なお、ここでは、検出部１１０が検出した空気流量検出センサ２３の検出結果に応じて排気通路８１を流れるガス流量を決定したが、これに限らない。例えば吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａに応じてガス流量を決定してもよい。あるいは、排気通路８１を流れるガス流量を検出するセンサを設け、かかるセンサの検出結果に応じてガス流量を決定してもよい。
【００７１】
このように、タイミング補正部１８２が、下流側空燃比センサ８４の素子温度および排気通路８１を流れるガス流量に応じて終了タイミングＴｄ２を補正することで、酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２を適切に決定することができるようになる。
【００７２】
なお、タイミング補正部１８２が決定する補正量Ｔは予め実験等によって求めた値とする。かかる補正量Ｔは、例えば記憶部１９０に、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量と対応付けられて記憶されているものとする。タイミング補正部１８２は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および空気流量検出センサ２３の検出結果に基づいて、補正量Ｔを決定する。タイミング補正部１８２は、決定した補正量Ｔを推定部１５０に出力する。
【００７３】
推定部１５０は、比較部１５１と、吸蔵能力推定部１５２と、タイミング決定部１５３とを備える。比較部１５１は、上流側空燃比信号と所定の閾値ＴＨとを比較し、上流側空燃比信号が所定の閾値ＴＨをまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の開始タイミングＴ１に決定する。比較部１５１は、決定した開始タイミングＴ１を吸蔵能力推定部１５２に出力する。
【００７４】
また、比較部１５１は、下流側空燃比信号Ｓ１４０と比較閾値ＴＨ１２とを比較し、下流側空燃比信号Ｓ１４０が比較閾値ＴＨ１２をまたぐタイミングＴｄ２を検出する。比較部１５１は、検出したタイミングＴｄ２をタイミング決定部１５３に出力する。このように本変形例に係る比較部１５１は、検出部１１０が検出した下流側の空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたぐタイミングＴｄ２を検出するタイミング検出手段としても動作する。
【００７５】
なお、ここで比較部１５１が比較する比較閾値ＴＨ１２は、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度であると想定した場合の比較閾値ＴＨ１２である。従って、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度以上である場合、比較部１５１が検出したタイミングＴｄ２は誤差を含んだタイミングとなる。
【００７６】
そこで、タイミング決定部１５３は、比較部１５１が検出したタイミングＴｄ２に、タイミング補正部１８２が決定した補正量Ｔを加えることで終了タイミングＴ２を決定する。このように、タイミング補正部１８２が決定した補正量Ｔによって比較部１５１が検出したタイミングＴｄ２を遅延させて補正することで、酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２の検出精度を向上させることができる。タイミング決定部１５３は、決定した終了タイミングＴ２を吸蔵能力推定部１５２に出力する。
【００７７】
吸蔵能力推定部１５２は、比較部１５１が決定した開始タイミングＴ１、タイミング決定部１５３が決定した終了タイミングＴ２および吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａに基づいて、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。このように、吸蔵能力推定部１５２は、タイミング補正部１８２が決定した補正量Ｔに基づいて補正した終了タイミングＴ２に応じて酸素吸蔵能力を推定する。これにより、吸蔵能力推定部１５２は、酸素吸蔵能力を高精度に推定することができる。
【００７８】
＜６．１．２．酸素吸蔵能力推定処理の変形例１＞
次に、変形例１に係る酸素吸蔵能力推定装置１０１が実行する処理手順について図８を用いて説明する。図８は、本変形例に係る酸素吸蔵能力推定装置１０１が実行する処理手順を示すフローチャートである。本変形例の酸素吸蔵能力推定装置１０１は、開始タイミングＴ１を決定すると、図８に示す処理手順を所定の周期で繰り返すことで、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。
【００７９】
図８に示すように、酸素吸蔵能力推定装置１０１は、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値と閾値ＴＨ３とを比較する（ステップＳ２０１）。比較結果、インピーダンス値が閾値ＴＨ３以下である場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ）、酸素吸蔵能力推定装置１０１は、インピーダンス値および排気通路８１に流れるガス流量に応じた補正量Ｔを決定する（ステップＳ２０２）。一方、インピーダンス値が閾値ＴＨ３より大きい場合（ステップＳ２０１のＮｏ）、ステップＳ２０３に進む。
【００８０】
酸素吸蔵能力推定装置１０１は、吸入量Ｇａに応じて酸素吸蔵／放出量を更新する（ステップＳ２０３）。酸素吸蔵能力推定装置１０１は、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだか否かを判定する（ステップＳ２０４）。下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいでいないと判定した場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、酸素吸蔵能力推定装置１０１は処理を終了する。一方、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだと判定した場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、吸入量Ｇａに応じて酸素吸蔵／放出量を更新する（ステップＳ２０５）。
【００８１】
酸素吸蔵能力推定装置１０１は、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいでからの経過時間が補正量Ｔを超えたかを否か判定する（ステップＳ２０６）。経過時間が補正量Ｔを超えていない場合（ステップＳ２０６のＮｏ）、ステップＳ２０５に戻る。一方、経過時間が補正量Ｔを超えている場合（ステップＳ２０６のＹｅｓ）、酸素吸蔵能力推定装置１０１は、更新した酸素吸蔵／放出量に基づいて酸素吸蔵能力を推定し（ステップＳ２０７）、処理を終了する。
【００８２】
このように、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいでからの経過時間が補正量Ｔを超えるまで、酸素吸蔵能力推定装置１０１はステップＳ２０５で酸素吸蔵／放出量を更新する。これにより、酸素吸蔵能力推定の終了タイミングを下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだタイミングから補正量Ｔだけ補正したタイミングまで延長することができる。すなわち、酸素吸蔵能力推定装置１０１は、補正した終了タイミングＴ２に応じて酸素吸蔵能力を推定することができ、酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる。
【００８３】
＜６．２．変形例２＞
変形例１では、下流側空燃比センサ８４の素子温度および排気通路８１に流れるガス流量に応じて、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータとして終了タイミングを補正する場合について説明した。しかしながら、下流側空燃比センサ８４の素子温度および排気通路８１に流れるガス流量に応じて補正するパラメータはこれに限らない。例えば、変形例２に係る酸素吸蔵能力推定装置１０２は、酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータとして推定部１５０が推定した酸素吸蔵能力を補正する。
【００８４】
＜６．２．１．酸素吸蔵能力推定装置１０２＞
図９は、本変形例に係る酸素吸蔵能力推定装置１０２の構成を示すブロック図である。図９に示す酸素吸蔵能力推定装置１０２の構成要素のうち、図３に示す酸素吸蔵能力推定装置１００と同じ構成要素には、同一符号を付し説明を省略する。
【００８５】
補正部１８０は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量に応じて、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを補正する。具体的には、補正部１８０は、吸蔵能力補正部１８３を備え、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値および検出部１１０が検出した空気流量検出センサ２３の検出結果に応じて、推定部１５０で推定した酸素吸蔵能力を補正する。
【００８６】
図１０を用いて、吸蔵能力補正部１８３が補正する酸素吸蔵能力について説明する。ここでは、下流側空燃比がリッチからリーンに変動した場合について説明するが、リーンからリッチに変動した場合についても同様である。また、下流側空燃比算出部１４０が算出する下流側空燃比信号Ｓ１４０、Ｓ１４１は図４と同じであるため説明を省略する。
【００８７】
上述したように、高温時の下流側空燃比信号Ｓ１４１は、所定温度時の下流側空燃比信号Ｓ１４０より早くリッチからリーンへと変動する。従って、下流側空燃比信号Ｓ１４１と比較閾値ＴＨ１２とを比較してしまうと、実際の酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２より早いタイミングＴｄ２を終了タイミングとしてしまう。
【００８８】
そこで、本変形例に係る吸蔵能力補正部１８３は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量に応じて、酸素吸蔵能力の補正量Ｒを決定する。ここで、排気通路８１を流れるガス流量は、検出部１１０が検出した空気流量検出センサ２３の検出結果に応じて決定されるものとする。例えば空気流量検出センサ２３が検出した吸気量Ｇａを、排気通路８１を流れるガス流量とする。
【００８９】
吸蔵能力補正部１８３は、例えばインピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量に応じて、終了タイミングＴ２の補正量Ｔを決定し、かかる補正量Ｔが経過する間の吸蔵能力を、補正量Ｔおよび排気通路８１を流れるガス流量に応じて決定する。吸蔵能力補正部１８３は、決定した吸蔵能力を酸素吸蔵能力の補正量Ｒとして推定部１５０へ出力する。
【００９０】
なお、ここでは、検出部１１０が検出した空気流量検出センサ２３の検出結果に応じて排気通路８１を流れるガス流量を決定したが、これに限らない。例えば吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａに応じてガス流量を決定してもよい。あるいは、排気通路８１を流れるガス流量を検出するセンサを設け、かかるセンサの検出結果に応じてガス流量を決定してもよい。
【００９１】
なお、吸蔵能力補正部１８３が決定する補正量Ｔ、Ｒは予め実験等によって求めた値とする。かかる補正量Ｔ、Ｒは、例えば記憶部１９０に、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値および排気通路８１を流れるガス流量と対応付けられてそれぞれ記憶されているものとする。吸蔵能力補正部１８３は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値および空気流量検出センサ２３の検出結果に基づいて、補正量Ｔ、Ｒを決定する。
【００９２】
推定部１５０は、比較部１５１と、吸蔵能力推定部１５２とを備える。比較部１５１は、上流側空燃比と所定の閾値ＴＨとを比較し、上流側空燃比が所定の閾値ＴＨをまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の開始タイミングＴ１に決定する。
【００９３】
また、比較部１５１は、下流側空燃比信号Ｓ１４０と比較閾値ＴＨ１２とを比較し、下流側空燃比信号Ｓ１４０が比較閾値ＴＨ１２をまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２に決定する。比較部１５１は、決定したタイミングＴ１、Ｔ２を吸蔵能力推定部１５２に出力する。
【００９４】
なお、ここで比較部１５１が比較する比較閾値ＴＨ１２は、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度であると想定した場合の比較閾値ＴＨ１２である。従って、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度以上である場合、比較部１５１が決定した終了タイミングＴ２は誤差を含んだタイミングとなる。
【００９５】
吸蔵能力推定部１５２は、比較部１５１が決定した開始タイミングＴ１、タイミング決定部１５３が決定した終了タイミングＴ２および吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａに基づいて、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。このとき、吸蔵能力推定部１５２は、吸蔵能力補正部１８３が決定した補正量Ｒに基づいて推定した酸素吸蔵能力を補正する。吸蔵能力推定部１５２は、推定した酸素吸蔵能力に補正量Ｒを加えた酸素吸蔵能力を補正後の酸素吸蔵能力として出力する。このように、吸蔵能力補正部１８３が決定した補正量Ｒに基づいて吸蔵能力推定部１５２が推定した酸素吸蔵能力を補正することにより、吸蔵能力推定部１５２は、酸素吸蔵能力を高精度に推定することができる。
【００９６】
＜６．２．２．酸素吸蔵能力推定処理の変形例２＞
次に、変形例２に係る酸素吸蔵能力推定装置１０２が実行する処理手順について図１１を用いて説明する。図１１は、本変形例に係る酸素吸蔵能力推定装置１０２が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【００９７】
本変形例の酸素吸蔵能力推定装置１０２は、開始タイミングＴ１を決定すると、図１１に示す処理手順を所定の周期で繰り返すことで、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。なお、図１１に示すフローチャートのステップＳ２０１からステップＳ２０４までの処理手順は図８に示す処理手順と同じであるため説明を省略する。
【００９８】
図１１のステップＳ２０４にて下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいでいないと判定した場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、酸素吸蔵能力推定装置１０２は処理を終了する。一方、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだと判定した場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、酸素吸蔵能力推定装置１０２は、吸入量Ｇａおよび補正量Ｔに応じて酸素吸蔵／放出量の補正量（吸蔵補正量）Ｒを決定する（ステップＳ３０５）。
【００９９】
続いて、酸素吸蔵能力推定装置１０２は、ステップＳ３０５で決定した吸蔵補正量Ｒに応じて酸素吸蔵量／放出量を補正する（ステップＳ３０６）。酸素吸蔵能力推定装置１０２は、補正した酸素吸蔵量／放出量に基づいて酸素吸蔵能力を推定し（ステップＳ３０７）、処理を終了する。
【０１００】
このように、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだ場合に、酸素吸蔵能力推定装置１０２が吸蔵補正量Ｒを決定し、酸素吸蔵能力を補正することで、酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる。
【０１０１】
＜６．３．変形例３＞
上述した実施形態および変形例では、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを直接補正する場合について説明したが、パラメータを補正する方法はこれに限らない。例えば判定部１６０による触媒劣化の判定など、酸素吸蔵能力の推定値を用いる処理に用いるパラメータを補正することで酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを間接的に補正するようにしてもよい。すなわち、例えば判定部１６０による触媒劣化の判定に用いるパラメータを補正することで、酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータが相対的に補正されることとなる。
【０１０２】
＜６．３．１．酸素吸蔵能力推定装置１０３＞
図１２は、変形例３に係る酸素吸蔵能力推定装置１０３の構成を示すブロック図である。図１２に示す酸素吸蔵能力推定装置１０３の構成要素のうち、図３に示す酸素吸蔵能力推定装置１００の構成及び動作と同じ構成要素には、同一符号を付し説明を省略する。
【０１０３】
補正部１８０は、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値に応じて、触媒劣化判定装置１の判定部１６０による触媒劣化の判定に用いるパラメータを補正することで、相対的に推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを補正する。具体的には、補正部１８０は、判定閾値設定部１８４を備え、インピーダンス検出部１７０が検出したインピーダンス値に応じて、判定部１６０による触媒劣化の判定に用いる判定閾値ＴＨ２を設定する。
【０１０４】
図１３を用いて、判定閾値設定部１８４が設定する判定閾値ＴＨ２について説明する。上述したように、酸素吸蔵能力に応じて触媒８２の浄化能力が変化する。従って、例えば図１３に示すように酸素吸蔵能力と触媒８２の劣化度とは比例関係にあり、判定部１６０は酸素吸蔵能力と判定閾値ＴＨ２とを比較することで触媒８２の劣化を判定する。
【０１０５】
例えば、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度であった場合、酸素吸蔵能力と触媒８２の劣化度とは図１３のＳ１６０に示すような比例関係にあったとする。この場合、判定部１６０は判定閾値ＴＨ２１と酸素吸蔵能力とを比較する。比較結果、酸素吸蔵能力が判定閾値ＴＨ２１以下の場合、判定部１６０は、触媒８２の劣化度はＤ１以下であり触媒８２は劣化していないと判定する。一方、酸素吸蔵能力が判定閾値ＴＨ２１より大きい場合、判定部１６０は、触媒８２の劣化度はＤ１より大きく触媒８２は劣化していると判定する。
【０１０６】
上述したように、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度より高温であった場合、酸素吸蔵能力推定装置１０３が推定する酸素吸蔵能力は誤差を含んだ値となる。具体的には、例えば図１０に示すように酸素吸蔵能力推定装置１０３が推定する酸素吸蔵能力は、実際の触媒８２の酸素吸蔵能力より小さい値となってしまう。
【０１０７】
そのため、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度より高温であった場合、酸素吸蔵能力と触媒８２の劣化度とは図１３のＳ１６１に示すような比例関係となる。この場合に、判定部１６０が判定閾値ＴＨ２１と酸素吸蔵能力とを比較すると、触媒８２の劣化度がＤ２（Ｄ２＜Ｄ１）より大きい場合に触媒８２が劣化したと判定する。このように、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度より高温であった場合、判定部１６０が判定閾値ＴＨ２１に基づいて触媒８２の劣化を判定すると、劣化度がＤ１以下であるにもかかわらず、触媒８２が劣化したと誤判定してしまう恐れがある。
【０１０８】
そこで、本変形例に係る判定閾値設定部１８４は、下流側空燃比センサ８４の素子温度、すなわちインピーダンス値に応じて判定閾値ＴＨ２２を設定する。図１３に示す例では、判定閾値設定部１８４は、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度より高温である場合、判定閾値として閾値ＴＨ２２を設定する。このように、判定閾値設定部１８４が下流側空燃比センサ８４の素子温度に応じて判定閾値ＴＨ２１、ＴＨ２２（以下、判定閾値ＴＨ２と記載する）を設定することで、判定閾値ＴＨ２と酸素吸蔵能力との相対関係を適切に設定することができ、判定部１６０の触媒８２の劣化判定の精度を向上させることができる。
【０１０９】
このように、判定閾値設定部１８４が判定部１６０による触媒８２の劣化判定に用いるパラメータである判定閾値ＴＨ２を設定することで、判定閾値ＴＨ２と酸素吸蔵能力との相対関係を適切に設定するため、推定部１５０による酸素吸蔵能力の推定に用いるパラメータを間接的に補正しているといえる。
【０１１０】
推定部１５０は、比較部１５１と、吸蔵能力推定部１５２とを備える。比較部１５１は、上流側空燃比信号と所定の閾値ＴＨとを比較し、上流側空燃比信号が所定の閾値ＴＨをまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の開始タイミングＴ１に決定する。
【０１１１】
また、比較部１５１は、下流側空燃比信号Ｓ１４０と比較閾値ＴＨ１２とを比較し、下流側空燃比信号Ｓ１４０が比較閾値ＴＨ１２をまたぐタイミングを酸素吸蔵能力推定の終了タイミングＴ２に決定する。比較部１５１は、決定したタイミングＴ１、Ｔ２を吸蔵能力推定部１５２に出力する。
【０１１２】
なお、ここで比較部１５１が比較する比較閾値ＴＨ１２は、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度であると想定した場合の比較閾値ＴＨ１２である。従って、下流側空燃比センサ８４の素子温度が所定温度以上である場合、比較部１５１が決定した終了タイミングＴ２は誤差を含んだタイミングとなる。
【０１１３】
吸蔵能力推定部１５２は、比較部１５１が決定した開始タイミングＴ１、タイミング決定部１５３が決定した終了タイミングＴ２および吸気量算出部１２０が算出した吸気量Ｇａに基づいて、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定する。吸蔵能力推定部１５２は、推定結果を判定部１６０に出力する。
【０１１４】
判定部１６０は、吸蔵能力推定部１５２が推定した酸素吸蔵能力と判定閾値ＴＨ２とを比較し、触媒８２が劣化しているか否かを判定する。このとき、判定部１６０が補正部１８０の判定閾値設定部１８４が設定した判定閾値ＴＨ２を用いることで、触媒劣化判定装置１は触媒８２の劣化を高精度に判定することができ、したがって、酸素吸蔵能力推定装置１０３の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができるといえる。
【０１１５】
＜６．３．２．触媒劣化判定処理＞
次に、変形例３に係る触媒劣化判定装置１が実行する処理手順について図１４を用いて説明する。図１４は、本変形例に係る触媒劣化判定装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。本変形例の触媒劣化判定装置１は、開始タイミングＴ１を決定すると、図８に示す処理手順を所定の周期で繰り返すことで、触媒８２の酸素吸蔵能力を推定し、触媒８２の劣化を判定する。
【０１１６】
図１４に示すように、触媒劣化判定装置１の酸素吸蔵能力推定装置１０３は、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値と閾値ＴＨ３とを比較する（ステップＳ４０１）。比較結果、インピーダンス値が閾値ＴＨ３以下である場合（ステップＳ４０１のＹｅｓ）、酸素吸蔵能力推定装置１０３は、インピーダンス値に応じた判定閾値ＴＨ２を設定する（ステップＳ４０２）。一方、インピーダンス値が閾値ＴＨ３より大きい場合（ステップＳ４０１のＮｏ）、ステップＳ４０３に進む。
【０１１７】
酸素吸蔵能力推定装置１０３は、吸入量Ｇａに応じて酸素吸蔵／放出量を更新する（ステップＳ４０３）。酸素吸蔵能力推定装置１０３は、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだか否かを判定する（ステップＳ４０４）。下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいでいないと判定した場合（ステップＳ４０４のＮｏ）、触媒劣化判定装置１は処理を終了する。一方、下流側空燃比が比較閾値ＴＨ１２をまたいだと判定した場合（ステップＳ４０４のＹｅｓ）、触媒劣化判定装置１は、酸素吸蔵能力推定装置１０３が推定した酸素吸蔵能力に基づいて触媒８２の劣化を判定し（ステップＳ４０５）、処理を終了する。
【０１１８】
このように、下流側空燃比センサ８４の素子温度、すなわちインピーダンス値に応じて判定部１６０で用いる判定閾値ＴＨ２を設定することで、判定部１６０による触媒８２の劣化判定精度を向上させることができ、その結果、相対的に酸素吸蔵能力推定装置１０３の酸素吸蔵能力の推定精度を向上させることができる。
【０１１９】
なお、上述した実施形態および変形例では、下流側空燃比センサ８４の素子温度として、下流側空燃比センサ８４のインピーダンス値を検出する場合について説明したが、これに限らない。例えば内燃機関の機関回転数および吸気量Ｇａに基づいて下流側空燃比センサ８４の素子温度を検出するようにしてもよい。すなわち、補正部１８０が、下流側空燃比センサ８４の素子温度に応じた補正として、内燃機関の機関回転数および吸入空気量に基づいて推定部１５０による酸素吸蔵能力推定に用いるパラメータを補正するようにしてもよい。
【０１２０】
この場合、吸気量Ｇａは、検出部１１０が検出する空気流量検出センサ２３の検出結果に基づいて算出される。また、例えば検出部１１０が、例えばクランクシャフトの回転角度を検出することで内燃機関の機関回転数を検出するようにする。
【０１２１】
＜７．ハードウェア構成＞
本実施形態および変形例に係る触媒劣化判定装置１は、図１５に一例として示す構成のコンピュータ６０で実現することができる。図１５は、触媒劣化判定装置１の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。
【０１２２】
コンピュータ６０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）６１と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）６２と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）６３と、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）６４とを備える。また、コンピュータ６０は、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）６６を備える。
【０１２３】
なお、コンピュータ６０は、ＳＳＤ（Solid  State  Drive）を備え、かかるＳＳＤがＨＤＤ６４の一部または全ての機能を実行するようにしてもよい。また、ＨＤＤ６４に代えてＳＳＤを設けることとしてもよい。
【０１２４】
ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２およびＨＤＤ６４の少なくとも一方に格納されるプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ６２は、コンピュータ６０の起動時にＣＰＵ６１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ６０のハードウェアに依存するプログラムなどを格納する。ＨＤＤ６４は、ＣＰＵ６１によって実行されるプログラムおよびかかるプログラムによって使用されるデータ等を格納する。
【０１２５】
通信Ｉ／Ｆ６６は、ネットワーク６９を介して他の機器からデータを受信してＣＰＵ６１に送り、ＣＰＵ６１が生成したデータを、ネットワーク６９を介して他の機器へ送信する。あるいは、通信Ｉ／Ｆ６６は、ネットワーク６９を介して他の機器からプログラムを受信してＣＰＵ６１に送り、ＣＰＵ６１がかかるプログラムを実行する。
【０１２６】
例えば、コンピュータ６０が触媒劣化判定装置１として機能する場合、コンピュータ６０のＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２上に格納されたプログラムを実行することにより、酸素吸蔵能力推定装置１００〜１０３の検出部１１０、吸気量算出部１２０、上流側空燃比算出部１３０、下流側空燃比算出部１４０、推定部１５０、インピーダンス検出部１７０、補正部１８０および触媒劣化判定装置１の判定部１６０の各機能を実現する。また、ＨＤＤ６４は、記憶部１９０が記憶する情報を記憶することができる。
【０１２７】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１  触媒劣化判定装置
８１  排気通路
８２  触媒
８３、８４  空燃比センサ
１００〜１０３  酸素吸蔵能力推定装置
１１０  検出部
１２０  吸気量算出部
１３０  上流側空燃比算出部
１４０  下流側空燃比算出部
１５０  推定部
１５１  比較部
１５２  吸蔵能力推定部
１５３  タイミング決定部
１６０  判定部
１７０  インピーダンス検出部
１８０  補正部
１８１  比較閾値設定部
１８２  タイミング補正部
１８３  吸蔵能力補正部
１８４  判定閾値設定部
１９０  記憶部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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