(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の複数の気筒群毎に設けられた複数の上流側排気通路と、
前記複数の上流側排気通路を集合して延びる下流側排気通路と、
前記複数の上流側排気通路にそれぞれ配設された複数の上流側三元触媒コンバータと、
前記下流側排気通路に配設された下流側三元触媒コンバータと、
前記上流側排気通路に前記上流側三元触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する上流側排気センサと、
前記複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換える排気空燃比変更手段と、
前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記上流側三元触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段と、
を備え、
前記上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間は、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定されるとともに、
前記下流側三元触媒コンバータに流入する排気空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とで切り換わる周期は前記所定周期より短く設定されることを特徴とする多気筒内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記上流側排気センサは複数にして前記複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けられており、前記劣化判定手段は、前記複数の上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記複数の上流側三元触媒コンバータ毎に劣化を判定することを特徴とする、請求項１記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の振幅の経時変化であることを特徴とする、請求項１または２記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の応答遅れ時間の経時変化であることを特徴とする、請求項１または２記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
さらに、前記下流側排気通路に前記下流側三元触媒コンバータの下流に位置して排気空燃比を検出する下流側排気センサを備え、
前記劣化判定手段は、前記下流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記下流側三元触媒コンバータの劣化をも併せて判定することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、触媒コンバータの劣化判定技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
排気浄化用の触媒コンバータにおいては、触媒に付加された酸素ストレージ能力が触媒性能（主としてＨＣ浄化性能）と相関性が高いことから、特にセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を多く含むような触媒コンバータにおいて、触媒劣化検出方法として、当該酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定する手法が採用されている。
【０００３】
この触媒劣化検出方法は、触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において所定周期、振幅で変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の応答が遅く或いは振幅が小さく、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の応答が速く或いは振幅が大きくなるという特性を利用しており、例えば、触媒下流に設けた酸素センサ（Ｏ2センサ）或いは空燃比センサ（ＬＡＦＳ）からの酸素濃度出力値の変動周期や振幅等を検出し、当該検出値が所定の基準値以上であると、酸素ストレージ能力が低下、即ち触媒コンバータが劣化したと判定するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では環境保全の観点から排気浄化性能のさらなる向上が求められており、触媒コンバータの僅かな劣化をも検出することが要求されている。
しかしながら、上記従来の触媒劣化検出方法では、内燃機関の運転性能との関係から変調周期が比較的短く設定されており、このような変調周期では、実際の吸蔵酸素量が少ないため、この少ない吸蔵酸素量まで酸素ストレージ能力が低下しないと触媒劣化を検出することができない。即ち、ある程度以上の劣化は検出可能であるが、ある程度以下の僅かな触媒劣化を検出することが困難となっている。
【０００５】
そこで、変調周期を増大させることが考えられるが、このように変調周期を増大させると、酸素が酸素ストレージ能力を超えるほど十分に吸蔵されるために酸素濃度出力値の変動周期や振幅等の経時変化を確実に検出でき、僅かな触媒劣化をも検出することが可能となる一方、ＮＯx浄化性能が悪化するという問題がある。
【０００６】
つまり、図５を参照すると、排気空燃比を変調させたときの中心空燃比を変化させた場合の排出ＮＯxと変調周波数との関係が示されており、同図中○印が最も周期が短い（周波数が高い）場合を示し、□印、△印、▲印の順に周期が増大し、■印が最も周期が長い（周波数が低い）場合を示しているが、このように、周期が増大（周波数が低下）すると中心空燃比がリーン空燃比側ではＮＯxの排出量が低減される一方、リッチ空燃比側では逆にＮＯxの排出が増加してしまうという問題がある。
【０００７】
さらに、周期を増大（周波数を低下）させると、図５には示していないが、中心空燃比によらずＮＯxの排出が増加してしまうという問題が生じる場合がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気浄化性能を確保しながら触媒コンバータの僅かな劣化をも確実に判定可能な多気筒内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、多気筒内燃機関の複数の気筒群毎に設けられた複数の上流側排気通路と、前記複数の上流側排気通路を集合して延びる下流側排気通路と、前記複数の上流側排気通路にそれぞれ配設された複数の上流側三元触媒コンバータと、前記下流側排気通路に配設された下流側三元触媒コンバータと、前記上流側排気通路に前記上流側三元触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する上流側排気センサと、前記複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換える排気空燃比変更手段と、前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記上流側三元触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間を、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定するとともに、下流側三元触媒コンバータに流入する排気空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とで切り換わる周期を前記所定周期より短く設定することを特徴としている。
【０００９】
従って、排気空燃比変更手段により、例えば複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、他の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換え、上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間は、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定されるので、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力の経時変化を確実に検出でき、僅かな上流側三元触媒コンバータの劣化をも検出することが可能とされる。
【００１０】
一方、変調周期が長くなると上述したようにＮＯxが十分に浄化されなくなる場合があるが、下流側排気通路の下流側三元触媒コンバータについて見れば、一の上流側排気通路側の気筒群からの排ガスと他の上流側排気通路側の気筒群からの排ガスとが交互に流入してリッチ空燃比とリーン空燃比との変調周期が短くなるため、上流側三元触媒コンバータで浄化できなかったＮＯxが下流側三元触媒コンバータによって確実に浄化される。
【００１１】
これにより、排気浄化性能を確保しながら三元触媒コンバータの僅かな劣化をも確実に判定可能とされる。
また、請求項２の発明では、前記上流側排気センサは複数にして前記複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けられており、前記劣化判定手段は、前記複数の上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記複数の上流側三元触媒コンバータ毎に劣化を判定することを特徴としている。
【００１２】
従って、上流側排気センサを複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けることで、上流側三元触媒コンバータの全てについて上流側三元触媒コンバータ毎に確実に劣化を判定することが可能とされる。
また、請求項３の発明では、前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の振幅の経時変化であることを特徴としている。
【００１３】
即ち、上述したように、三元触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の振幅が小さく、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は三元触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の振幅が大きくなることから、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の振幅の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定可能とされる。
【００１４】
また、請求項４の発明では、前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の応答遅れ時間の経時変化であることを特徴としている。
即ち、上述したように、三元触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の応答が遅く、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は三元触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の応答が早くなることから、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定可能とされる。
【００１５】
また、請求項５の発明では、さらに、前記下流側排気通路に前記下流側三元触媒コンバータの下流に位置して排気空燃比を検出する下流側排気センサを備え、前記劣化判定手段は、前記下流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記下流側三元触媒コンバータの劣化をも併せて判定することを特徴としている。
【００１６】
従って、下流側三元触媒コンバータは高温高圧の排ガスに曝される上流側三元触媒コンバータに比べて劣化し難いのであるが、下流側三元触媒コンバータについても従来通り劣化判定可能とされ、排気浄化装置の信頼性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る多気筒内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、多気筒内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、理論空燃比（ストイキオ）での運転の他、リッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）やリーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１８】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００１９】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド２０の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド２０としては、ここでは、図２に示すようなデュアル型エキゾーストマニホールドシステムが採用される。
【００２０】
このデュアル型エキゾーストマニホールドシステムからなる排気マニホールド２０では、＃１気筒からの排気通路２０ａと＃４気筒からの排気通路２０ｄ及び＃２気筒からの排気通路２０ｂと＃３気筒からの排気通路２０ｃがそれぞれ合流するように構成されている（燃焼順序が＃１→＃３→＃４→＃２の場合）。つまり、燃焼が連続しない＃１気筒と＃４気筒を一の気筒群（＃１、＃４気筒群）としてまとめ、やはり燃焼が連続しない＃２気筒と＃３気筒を他の気筒群（＃２、＃３気筒群）としてまとめるようにしている。これにより、排気マニホールド２０において排気干渉が少なくなり、排気慣性或いは排気脈動の大きな効果が得られる。
【００２１】
排気マニホールド２０の他端には、集合管（上流側排気通路）２２を介して排気管（下流側排気通路）２８が接続されており、集合管２２は、排気通路２０ａ及び排気通路２０ｄからの排ガスが流通する集合管（一の上流側排気通路）２２ａと排気通路２０ｂ及び排気通路２０ｃからの排ガスが流通する集合管（他の上流側排気通路）２２ｂの２本の管路（デュアル管路）から構成されている。つまり、集合管２２は、＃１気筒と＃４気筒からなる一の気筒群からの排ガスが集合管２２ａを流れ、＃２気筒と＃３気筒からなる他の気筒群からの排ガスが集合管２２ｂを流れるように構成されている。
【００２２】
そして、集合管２２ａには、＃１、＃４気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒（上流側触媒コンバータであって、マニホールドキャタライザコンバータ、以下＃１、＃４ＭＣＣまたは単にＭＣＣと略す）２４が介装され、同様に、集合管２２ｂには、＃２、＃３気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてやはりセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒（上流側触媒コンバータであって、以下＃２、＃３ＭＣＣまたは単にＭＣＣと略す）２６が介装されている。このようにＭＣＣ２４、２６が集合管２２ａ及び集合管２２ｂに介装されていると、エンジン１に近い位置であることから、エンジン１が冷態状態であってもＭＣＣ２４、２６の早期活性化が図られ、運転状態に拘わらず排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）を良好に浄化可能である。
【００２３】
＃１、＃４ＭＣＣ２４の上流部分、即ち排気マニホールド２０の排気通路２０ａと排気通路２０ｄの合流部分及び＃２、＃３ＭＣＣ２６の上流部分、即ち排気マニホールド２０の排気通路２０ｂと排気通路２０ｃの合流部分には、排気センサとして排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ（ＬＡＦＳ、Ｏ2センサ等であって、以下、フロントＡ／Ｆセンサという）２１ａ、２１ｂがそれぞれ設けられている。
【００２４】
さらに、集合管２２ａの＃１、＃４ＭＣＣ２４よりも下流部分及び集合管２２ｂの＃２、＃３ＭＣＣ２６の下流部分にも同様の空燃比センサ（上流側排気センサであって、以下、ミドルＡ／Ｆセンサという）２５、２７がそれぞれ設けられている。
排気管２８には、さらに、下流側触媒コンバータとして三元触媒（下流側触媒コンバータであって、アンダーフロアキャタライザコンバータ、以下ＵＣＣと略す）３０が介装されている。なお、当該ＵＣＣ３０もセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含んでいる。
【００２５】
そして、排気管２８のＵＣＣ３０の上流部分には排気センサとして上記同様の空燃比センサ（以下、上流リヤＡ／Ｆセンサという）２９が、ＵＣＣ３０の下流部分にも同様の空燃比センサ（下流側排気センサであって、以下、下流リヤＡ／Ｆセンサという）３１が設けられている。
電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【００２６】
ＥＣＵ６０の入力側には、上述したフロントＡ／Ｆセンサ２１ａ、２１ｂ、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７、上流リヤＡ／Ｆセンサ２９、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の他、クランク角センサ６２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ６２によってクランク角が検出されると、当該クランク角に基づいて、現在の燃焼気筒が判別され、エンジン回転速度Ｎeが求められる。
【００２７】
一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、例えば、各Ａ／Ｆセンサからの検出情報に基づき燃焼順（＃１→＃３→＃４→＃２）に燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定されると、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃焼順に燃料噴射弁６に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁１４に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル８に出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁１４が適正な開度とされ、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２８】
以下、このように構成された本発明に係る多気筒内燃機関の排気浄化装置の作用、即ち本発明に係る触媒劣化判定の判定手法について説明する。
本発明に係る触媒劣化判定は、基本的には、従来と同様に触媒コンバータに流入する排気Ａ／Ｆをリーン空燃比とリッチ空燃比間において変調させ、このときの触媒コンバータの酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定するものである。しかしながら、本発明では、従来と異なり、＃１、＃４気筒群側の燃焼Ａ／Ｆと＃２、＃３気筒群側の燃焼Ａ／Ｆとを一定期間毎にリーン空燃比側或いはリッチ空燃比側に切り換えるようにし、＃１、＃４気筒群側の排気Ａ／Ｆと＃２、＃３気筒群側の排気Ａ／Ｆをリーン空燃比とリッチ空燃比とに変調させるようにしている。
【００２９】
つまり、＃１気筒及び＃４気筒が同一の燃焼Ａ／Ｆとなり、＃２気筒及び＃３気筒が同一の燃焼Ａ／Ｆとなるようにしてそれぞれ燃料を供給し、これら＃１、＃４気筒への燃料供給量と＃２、＃３気筒への燃料供給量とが一定期間毎に例えば一定の周期で増減するようにしている。
図３を参照すると、本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い本発明に係る触媒劣化判定の判定手順について詳細に説明する。
【００３０】
触媒劣化判定が開始されると、先ずステップＳ１０において、＃１、＃４気筒群側の燃焼Ａ／Ｆひいては排気Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしている期間が所定期間Ｔ1継続しているか否かを判定する。所定期間Ｔ1は、予め運転条件（エンジン回転速度Ｎe、体積効率、触媒温度等）に応じて求められたマップ値（例えば、２〜６sec程度）とするが、固定値としてもよく、また、１サイクルより長ければよく、好ましくは排気Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしたときに＃１、＃４ＭＣＣ２４に吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超えるまでの期間、即ち排気Ａ／Ｆの変調がミドルＡ／Ｆセンサ２５で検出されるまでの期間よりも長くなるよう＃１、＃４ＭＣＣ２４の酸素ストレージ能力に応じて適宜設定されるのがよい。この場合、＃１、＃４ＭＣＣ２４の排気浄化性能が最適となるように或いは劣化を検出し易くなるようにエンジン１の運転条件（エンジン回転速度Ｎe、体積効率、触媒温度、排気温度、図示平均有効圧、正味平均有効圧、吸気マニホールド圧、冷却水温、始動時所定期間内か否か、触媒劣化度合い（走行距離等））に応じて所定期間Ｔ1を補正するのがよい。
【００３１】
また、ここでは所定期間Ｔ1を時間で規定したが、エンジン１のサイクル数で規定するようにし、例えば１５０サイクルとするようにしてもよい。
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、＃１、＃４気筒群側の燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしている期間が所定時間Ｔ1に達していない場合には、ステップＳ１２に進み、＃１、＃４気筒群側については燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆ側に変調させるとともに＃２、＃３気筒群側については燃焼Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側に変調させる。
【００３２】
一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、＃１、＃４気筒群側の燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしている期間が所定時間Ｔ1を超えたと判定された場合には、ステップＳ１４に進み、今度は、＃２、＃３気筒群側の燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしている期間が所定期間Ｔ2継続しているか否かを判定する。所定期間Ｔ2は、ここでは上記所定期間Ｔ1と同様に、予め運転条件（エンジン回転速度Ｎe、体積効率、触媒温度等）に応じて求められたマップ値（例えば、２〜６sec程度）とするが、固定値としてもよく、また、１サイクルより長ければよく、好ましくは、上記同様、排気Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしたときに＃２、＃３ＭＣＣ２６に吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超えるまでの期間、即ち排気Ａ／Ｆの変調がミドルＡ／Ｆセンサ２７で検出されるまでの期間よりも長くなるよう＃２、＃３ＭＣＣ２６の酸素ストレージ能力に応じて適宜設定されるのがよい。この場合、やはり＃２、＃３ＭＣＣ２６の排気浄化性能が最適となるように或いは劣化を検出し易くなるようにエンジン１の運転条件（エンジン回転速度Ｎe、体積効率、図示平均有効圧、正味平均有効圧、吸気マニホールド圧、冷却水温、始動時所定期間内か否か、触媒劣化度合い（走行距離等））に応じて所定期間Ｔ2を補正するのがよい。
【００３３】
また、ここでは所定期間Ｔ2を所定期間Ｔ1と同じに設定したが、所定期間Ｔ2と所定期間Ｔ1とは異なる期間であってもよく、上記同様に所定期間Ｔ2をエンジン１のサイクル数で規定するようにし、例えば１５０サイクルとするようにしてもよい。
ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、＃２、＃３気筒群側の燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしている期間が所定時間Ｔ2に達していない場合には、ステップＳ１６に進み、＃１、＃４気筒群側については燃焼Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側に変調させるとともに＃２、＃３気筒群側については燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆ側に変調させる。一方、ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、再びステップＳ１０に戻り、上記の判別を繰り返す。
【００３４】
即ち、図４を参照すると、当該制御ルーチンを実行した場合の各気筒毎の排気Ａ／Ｆ及び気筒群毎の排気Ａ／Ｆ（Ｒ及び実線がリッチ空燃比側を示し、Ｌ及び破線がリーン空燃比側を示す）の時間変化がタイムチャートで示されているが、ここでは、同図に示すように、所定期間Ｔ1（ここでは説明の便宜上、例えば４サイクル）に亘って＃１、＃４気筒群側をリーンＡ／Ｆ側に＃２、＃３気筒群側をリッチＡ／Ｆ側に変調したら、次に所定期間Ｔ2（例えば４サイクル）に亘って＃１、＃４気筒群側をリッチＡ／Ｆ側に＃２、＃３気筒群側をリーンＡ／Ｆ側に変調するようにし、＃１、＃４ＭＣＣ２４に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆと＃２、＃３ＭＣＣ２６に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆとを比較的長い所定周期（Ｔ1＋Ｔ2、ここでは８サイクル）で交互に切り換えて変調させるようにする（排気空燃比変更手段）。
【００３５】
このように＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆが比較的長い所定周期で変調されると、触媒劣化を検出すべきほどに触媒が劣化した場合、リーン空燃比時において＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６に吸蔵される酸素の量は酸素ストレージ能力を超えることになり、排気Ａ／Ｆの変調をミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７によって常に確実に検出可能となる。そして、排気Ａ／Ｆの変調を常に確実に検出可能になると、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６の酸素ストレージ能力の低下はこれらミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力変化から容易に検出できるので、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力変化を監視することで、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６の酸素ストレージ能力の僅かな低下、即ち＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６の僅かな劣化をも確実に検出することが可能となる。
【００３６】
ステップＳ１２やステップＳ１６を実行したら、ステップＳ１８において、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力に変化が生じているか否かを検出する。具体的には、酸素ストレージ能力が低下すると、吸蔵されずに排出される酸素量が増加したり、或いは酸素が早期に飽和量に達して流出し始めるため、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力振動の振幅の経時変化、或いはミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を検出するようにする。
【００３７】
そして、ステップＳ２０において、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じているか否かを判別する。即ち、排出酸素量が増加して振幅が所定値以上に増大していないかどうか、或いは応答遅れ時間が所定時間以下となって酸素が早期に流出するようになっていないかどうかを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には、ステップＳ２２に進み、＃１、＃４ＭＣＣ２４或いは＃２、＃３ＭＣＣ２６が劣化していると判定する（劣化判定手段）。詳しくは、ミドルＡ／Ｆセンサ２５の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には＃１、＃４ＭＣＣ２４が劣化していると判定し、ミドルＡ／Ｆセンサ２７の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には＃２、＃３ＭＣＣ２６が劣化していると判定する。
【００３８】
なお、応答遅れ時間で判別を行う場合には、排ガスがミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７に到達するまでの時間を差し引いて補正するのがよい。
一方、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていないと判定された場合には、ステップＳ２４に進み、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６は劣化なく正常に機能していると判定する。
【００３９】
ところで、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆが比較的長い所定周期で変調されると、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６ではＮＯxが十分に浄化されなくなる。しかしながら、上記図４を参照すると、併せてＵＣＣ３０上流の排気Ａ／Ｆの時間変化が示されているが、同図に示すように、集合管２２ａと集合管２２ｂからの排ガスが合流して流れるＵＣＣ３０上流部分では、排気Ａ／Ｆは各気筒から気筒毎に排出される排ガスの排気Ａ／Ｆであり、ＵＣＣ３０に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆの変調周期は短くなっており、従って、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６で浄化できなかったＮＯxは、当該ＵＣＣ３０によって確実に浄化される。
【００４０】
つまり、本発明に係る触媒劣化判定の判定手法によれば、ＨＣやＣＯのみならずＮＯxの浄化性能を確保しながら、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６の僅かな劣化をも確実に判定することが可能となる。
また、ステップＳ２６では、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の出力に変化が生じているか否かを上記ステップＳ１８の場合と同様に検出する。つまり、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の出力振動の振幅の経時変化、或いは下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を検出するようにする。
【００４１】
そして、ステップＳ２８において、上記ステップＳ２０の場合と同様に、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には、ステップＳ３０に進み、ＵＣＣ３０が劣化していると判定する（劣化判定手段）。一方、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の出力振動の振幅や応答遅れ時間に経時変化が生じていないと判定された場合には、ステップＳ３２に進み、ＵＣＣ３０は劣化なく正常に機能していると判定する。
【００４２】
なお、ＵＣＣ３０に関していえば、上述したようにＵＣＣ３０に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆの変調周期は短くなるため、従来の問題点を含んでおり、劣化判定精度は上記＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６ほど高いものではない。しかしながら、ＵＣＣ３０においても少なくとも従来と同等の劣化判定精度は確保されることになるため、ＵＣＣ３０の劣化判定を上記＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６の劣化判定と併せて行うことにより、排気浄化装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【００４３】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、触媒劣化判定を行う場合、好ましくはフロントＡ／Ｆセンサ２１ａ、２１ｂからの情報に基づき＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６にそれぞれ流入する排気Ａ／Ｆをフィードバック制御するのがよく、また上流リヤＡ／Ｆセンサ２９からの情報に基づいてＵＣＣ３０に流入する排気Ａ／Ｆをフィードバック制御するのがよい。さらに、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１からの情報に基づいてＵＣＣ３０へ流入する排気Ａ／Ｆをフィードバック制御するのがよく、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７からの情報に基づいて、＃１、＃４ＭＣＣ２４や＃２、＃３ＭＣＣ２６へ流入する排気Ａ／Ｆをフィードバック制御するのがよい。これにより、排気浄化性能をより一層高め、触媒の劣化判定精度を向上させることができる。
【００４４】
また、好ましくは触媒劣化判定をＵＣＣ３０が活性状態にあるときに限定して実施するのがよく、これによりＵＣＣ３０で確実にＮＯｘを浄化することができる。この場合、ＵＣＣ３０が活性状態にあるか否かは、例えば、ＵＣＣ３０が所定温度（例えば、３００℃）以上であるか否か、或いはエンジン１の冷却水温が所定温度（例えば、４０℃）以上であるか否か、或いはエンジン１の始動後所定時間（例えば、３min）経過したか否かで判定すればよく、その他の条件で判定するようにしてもよい。
【００４５】
また、ミドルＡ／Ｆセンサの出力変化は、振幅或いは応答遅れ時間を含むものであればいかなる形式のものであってもよい。
また、触媒劣化判定を例えばエンジン１の定常運転時にのみ実施するようにしてもよい。これにより、エンジン１の出力性能に影響を与えることなく触媒劣化判定を確実に行うことができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンを用いるようにしたが、エンジン１は多気筒であれば吸気管噴射型ガソリンエンジン、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等如何なるエンジンであってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、例えば複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、他の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換え、上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間は、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定されるので、上流側三元触媒コンバータの僅かな触媒劣化を確実に検出することができ、一方、下流側排気通路の下流側三元触媒コンバータについて見ればリッチ空燃比とリーン空燃比との変調周期を短くして上流側三元触媒コンバータで浄化できなかったＮＯxを下流側三元触媒コンバータで確実に浄化することができる。
【００４８】
これにより、排気浄化性能を確保しながら三元触媒コンバータの僅かな劣化をも確実に判定することができる。
また、請求項２の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側排気センサを複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けることで、上流側三元触媒コンバータの全てについて上流側三元触媒コンバータ毎に確実に劣化を判定することができる。
【００４９】
また、請求項３の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の振幅の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定することができる。
また、請求項４の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定することができる。
【００５０】
また、請求項５の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、下流側三元触媒コンバータについても従来通り劣化判定することができ、排気浄化装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多気筒内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】デュアル型エキゾーストマニホールドシステムを示す図である。
【図３】本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】触媒劣化判定の制御ルーチンを実行した場合の各気筒毎の排気Ａ／Ｆ、気筒群毎の排気Ａ／Ｆ及びＵＣＣ上流の排気Ａ／Ｆの時間変化をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図５】排気空燃比を変調させたときの中心空燃比を変化させた場合の排出ＮＯxと変調周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
６  燃料噴射弁
２０  排気マニホールド
２２ａ  集合管（一の上流側排気通路）
２２ｂ  集合管（他の上流側排気通路）
２４  三元触媒（ＭＣＣ、上流側触媒コンバータ）
２５  ミドルＡ／Ｆセンサ（上流側排気センサ）
２６  三元触媒（ＭＣＣ、上流側触媒コンバータ）
２７  ミドルＡ／Ｆセンサ（上流側排気センサ）
２８  排気管（下流側排気通路）
３０  三元触媒（ＵＣＣ、下流側触媒コンバータ）
３１  下流リヤＡ／Ｆセンサ（下流側排気センサ）
６０  電子コントロールユニット（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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