(57)【要約】【課題】燃料中の硫黄濃度に拘わらず、高精度で信頼性の高い診断を行う。【解決手段】触媒流入ガスの空燃比を所定タイミングでリーン／リッチに切り替え、リーン空燃比のとき吸蔵酸素量ＯＳＡｂを計測し、リッチ空燃比のとき放出酸素量ＯＳＡａを計測し、これらに基づき触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣを計測する。計測ＯＳＣを所定の劣化判定値と比較して触媒の劣化を判定する。所定条件が成立した場合、空燃比をリッチからリーンに切り替えるタイミングを遅らせて（Δｔｄ）再度吸蔵酸素量を計測し、前回と今回の吸蔵酸素量の差に基づき前回のＯＳＣ計測値を補正する。ＯＳＣ計測値を低硫黄燃料使用時相当の値に補正した上で劣化診断するので、硫黄影響による一時的劣化と区別して恒久的劣化を診断できる。【選択図】図４
2009036172.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た触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を所定のタイミングでリーン側及びリッチ側に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段であって、前記空燃比がリーン側となっているときに前記触媒に吸蔵される酸素量を計測すると共に、前記空燃比がリッチ側となっているときに前記触媒から放出される酸素量を計測し、これら吸蔵酸素量及び放出酸素量の計測値に基づき、前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する計測手段と、
前記計測手段により計測された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定値と比較して前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
を備え、
所定条件が成立した場合、前記アクティブ空燃比制御における少なくとも空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記所定のタイミングより遅らせて、再度、前記アクティブ空燃比制御と、少なくとも前記吸蔵酸素量の計測とを実行し、前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差に基づいて前回の酸素吸蔵容量計測値を補正し、この補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値に基づいて前記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差が大きいほど、前回の酸素吸蔵容量計測値を補正するための補正量が大きくされる
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記所定条件が成立した場合とは、前記前回の酸素吸蔵容量計測値が前記劣化判定値以下の場合である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記触媒の上流側にて排気ガスの空燃比を検出する触媒前センサと、前記触媒の下流側にて排気ガスの空燃比を検出する触媒後センサとが備えられ、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前センサにより検出された触媒前空燃比が所定の目標空燃比に一致するように空燃比制御を行うと共に、前記触媒後センサの出力がリッチ側からリーン側に又はその逆に反転するタイミングで、前記目標空燃比をリーン側からリッチ側に又はその逆に切り替え、
前記空燃比の切替タイミングを遅らせる際、前記目標空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記触媒後センサの出力がリーン側からリッチ側に反転するタイミングより所定のディレー時間だけ遅らせる
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
前記ディレー時間が経過して前記目標空燃比がリーン側に切り替わった時点から、前記触媒後センサの出力がリーン側に反転した時点までの間で、前記今回の吸蔵酸素量が計測される
ことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【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配置された触媒の劣化を診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両用の内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有するものがあり、これは、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少振れてしまっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用により、そのような空燃比ずれを吸収することができる。
【０００３】
ところで、触媒が劣化すると触媒の浄化効率が低下する。一方、触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、酸素吸蔵能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。一般的には、触媒に流入する排気ガスの空燃比を強制的にリッチ及びリーンに切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９１７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような燃料が給油された場合、硫黄成分が触媒に蓄積して触媒の性能が低下する被毒（Ｓ被毒）が発生する。Ｓ被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出反応が妨げられて触媒の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再給油されると被毒状態はやがて解消される。Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的なものである。よって触媒の劣化診断においては、かかるＳ被毒による一時的劣化を、本来診断すべき恒久的劣化であると誤って診断しないようにする必要がある。とりわけ、正常と劣化との境目（クライテリア）付近にありながらなお正常である触媒について、誤って劣化と誤診断してしまわないようにする必要がある。
【０００６】
前記Ｃｍａｘ法では、通常、触媒下流の空燃比センサが反転する度に空燃比がリッチ又はリーンに切り替えられる。そして空燃比がリーンのときに触媒に吸蔵される酸素量が計測され、空燃比がリッチのときに触媒から放出される酸素量が計測される。これら吸蔵酸素量と放出酸素量との平均値が触媒の酸素吸蔵容量の値として算出され、この酸素吸蔵容量の値を所定の劣化判定値と比較して触媒の劣化が判定される。
【０００７】
ところで、高硫黄濃度燃料が使用されると、特に空燃比リッチ時の放出酸素量の値が低下し、このために酸素吸蔵容量の値が低下する。その理由は次の通りである。触媒からの酸素放出は触媒の貴金属を介して行われ、この放出された酸素は、やはり触媒の貴金属を介して、排気ガス中のリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ）と反応し、そのリッチ成分を浄化する。しかし、貴金属の活性が硫黄によって低下され、放出酸素とリッチ成分との反応速度が低下する。結果的に、触媒通過ガス量が反応速度を上回り、触媒中に未だ酸素が残存しているにも拘わらず、リッチ成分が未浄化の状態で触媒下流に流出し、触媒下流の空燃比センサが反転し、放出酸素量の計測値が低下する。
【０００８】
他方、空燃比リーン時の吸蔵酸素量の値は、燃料中の硫黄影響を受けづらく、低下しづらいことが判明している。そこでこのことを利用して、触媒への入ガスをリッチ側にしたときの酸素放出能は劣化検出に用いず、触媒への入ガスをリーン側にしたときの酸素吸蔵能のみによって劣化検出をすることがある（特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、この技術のように、空燃比リッチ時の放出酸素量の値を全く用いず空燃比リーン時の吸蔵酸素量の値のみを用いる方法は、入手可能な２値のうち最初から１値を放棄して残りの１値のみで診断するものであり、信頼性や精度の観点から理想的とは言えない。例えば空燃比センサのストイキ相当値がリッチ側又はリーン側にずれた場合、１値のみでは正確な診断が行えない。それら２値を使用する方が信頼性及び精度の点で好ましい。いずれにせよ、高精度で信頼性の高い劣化診断を行える装置が望まれる。
【００１０】
そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料中の硫黄濃度に拘わらず、高精度で信頼性の高い診断が可能な内燃機関の触媒劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を所定のタイミングでリーン側及びリッチ側に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段であって、前記空燃比がリーン側となっているときに前記触媒に吸蔵される酸素量を計測すると共に、前記空燃比がリッチ側となっているときに前記触媒から放出される酸素量を計測し、これら吸蔵酸素量及び放出酸素量の計測値に基づき、前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する計測手段と、
前記計測手段により計測された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定値と比較して前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
を備え、
所定条件が成立した場合、前記アクティブ空燃比制御における少なくとも空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記所定のタイミングより遅らせて、再度、前記アクティブ空燃比制御と、少なくとも前記吸蔵酸素量の計測とを実行し、前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差に基づいて前回の酸素吸蔵容量計測値を補正し、この補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値に基づいて前記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置が提供される。
【００１２】
これによれば、所定条件が成立した場合、アクティブ空燃比制御における空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングが強制的に遅らせられ、即ちリッチディレーが実行される。そしてその上で再度、アクティブ空燃比制御と吸蔵酸素量の計測とが実行される。硫黄影響がある場合、リッチディレーの実行により触媒からはより多くの酸素が放出され、その分、リッチディレー直後のリーン制御中に計測される今回の吸蔵酸素量はより多くなる。この今回の吸蔵酸素量計測値と前回の吸蔵酸素量計測値との差が、燃料中の硫黄の影響を反映している。そこでこの差に基づき、前回の吸蔵酸素量計測値を、低硫黄濃度燃料使用時相当の値に補正する。そしてこの硫黄影響を取り除いた補正後の値に基づき、劣化判定を行う。通常のＣｍａｘ法と同様、放出酸素量と吸蔵酸素量の２値を用いて酸素吸蔵容量を計測することを基本とする。また、一旦計測した酸素吸蔵容量の値を、低硫黄濃度燃料使用時相当の値に補正した上で劣化診断するので、硫黄影響を取り除き、一時的劣化と区別して恒久的劣化を診断できる。結果として、高精度で信頼性の高い診断が実行可能である。
【００１３】
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、
前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差が大きいほど、前回の酸素吸蔵容量計測値を補正するための補正量が大きくされる
ことを特徴とする。
【００１４】
空燃比の切替タイミングを遅らせる時間、即ちディレー時間が同一であっても、燃料中の硫黄濃度が高いほど、前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差は大きくなる。また、燃料中の硫黄濃度が高いほど酸素吸蔵容量計測値の低下量は大きくなる。よって前回の酸素吸蔵容量計測値を低硫黄濃度燃料使用時相当のレベルに戻すには、この第２の形態のように、前回と今回の吸蔵酸素量計測値の差が大きいほど補正量を大きくするのが好ましい。
【００１５】
本発明の第３の形態は、前記第１又は第２の形態において、
前記所定条件が成立した場合とは、前記前回の酸素吸蔵容量計測値が前記劣化判定値以下の場合である
ことを特徴とする。
【００１６】
劣化診断に際して重要なのは、クライテリア付近にある正常触媒について誤って劣化と診断しないことである。よってこの第３の形態のように、前回の酸素吸蔵容量計測値が劣化判定値以下である、即ち触媒が見掛け上劣化している場合にのみ、再度の計測を行うこととすれば、必要且つ十分な最小限の頻度で再度の計測を行うことが可能である。
【００１７】
本発明の第４の形態は、前記第１乃至第３のいずれかの形態において、
前記触媒の上流側にて排気ガスの空燃比を検出する触媒前センサと、前記触媒の下流側にて排気ガスの空燃比を検出する触媒後センサとが備えられ、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前センサにより検出された触媒前空燃比が所定の目標空燃比に一致するように空燃比制御を行うと共に、前記触媒後センサの出力がリッチ側からリーン側に又はその逆に反転するタイミングで、前記目標空燃比をリーン側からリッチ側に又はその逆に切り替え、
前記空燃比の切替タイミングを遅らせる際、前記目標空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記触媒後センサの出力がリーン側からリッチ側に反転するタイミングより所定のディレー時間だけ遅らせる
ことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第５の形態は、前記第４の形態において、
前記ディレー時間が経過して前記目標空燃比がリーン側に切り替わった時点から、前記触媒後センサの出力がリーン側に反転した時点までの間で、前記今回の吸蔵酸素量が計測される
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料中の硫黄濃度に拘わらず、高精度で信頼性の高い診断が可能になるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２２】
内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２３】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２４】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２５】
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒１１，１９が直列に取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。上流触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設置されている。触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性を持つ。なお触媒後センサ１８は上流触媒１１と下流触媒１９の間に設置されている。
【００２６】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００２７】
触媒１１，１９は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆｓ＝１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、特に上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比即ち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比に一致するように、空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ２０は、理論空燃比に等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定すると共に、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。
【００２８】
ここで、劣化診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお以下の説明は下流触媒１９にも同様に当てはまる。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で保持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ2やジルコニアからなる。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元浄化される。
【００２９】
このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比に対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを敢えて理論空燃比を中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。
【００３０】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００３１】
このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより触媒１１の劣化度を検出することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Strage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。
【００３２】
以下、本実施形態における触媒劣化診断について説明する。
【００３３】
本実施形態では、前述のＣｍａｘ法を基本として触媒劣化診断がなされる。そして高硫黄濃度の燃料が使用され、その硫黄の影響により酸素吸蔵容量が劣化触媒相当の低い値として計測されたとき、空燃比切替タイミングを遅らせて再度、吸蔵酸素量を計測し、前回（１回目）と今回（２回目）の吸蔵酸素量計測値の差に基づき、前回の酸素吸蔵容量計測値を補正する。この補正により硫黄影響が取り除かれ、前回の酸素吸蔵容量計測値は、基準燃料としての低硫黄濃度燃料使用時相当の値に補正される。そしてこの補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値に基づき、触媒の劣化を判定する。
【００３４】
まず、以下において基本となるＣｍａｘ法による触媒劣化診断を図３を参照しつつ説明する。
【００３５】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（出力電圧Ｖ）を示す。触媒後センサ１８の出力は理論空燃比を境に急変する。ここでは理論空燃比相当の出力値をリッチ・リーン判定しきい値Ｖｒｅｆとして予め定め、センサ出力値Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより低いときには空燃比をリーン、センサ出力値Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いときには空燃比をリッチと判定している。図３（Ｃ）において、実線は触媒から放出された酸素量、即ち放出酸素量ＯＳＡａの積算値を示す。図３（Ｄ）において、実線は触媒に吸蔵された酸素量、即ち吸蔵酸素量ＯＳＡｂの積算値を示す。
【００３６】
図示するように、診断時には、触媒に流入する排気ガスの空燃比を所定のタイミングでリーン側及びリッチ側に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が実行される。このアクティブ空燃比制御においては、先のストイキフィードバック空燃比制御と同様、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、フィードバック空燃比制御が行われる。なお、輸送遅れやセンサ応答遅れがあることから、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒの検出値は目標空燃比Ａ／Ｆｔの変化に対し僅かに遅れる。
【００３７】
例えば時刻ｔ１より前では、目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキよりリーンの所定空燃比（リーン空燃比、例えば１５．１）に設定され、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続け、排気中のリーン成分（ＮＯｘ）を還元浄化している。しかし、触媒が飽和状態即ち満杯まで酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーン成分ないしリーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、やがてしきい値Ｖｒｅｆに達する（時刻ｔ１）。この時点で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキよりリッチの所定空燃比（リッチ空燃比、例えば１４．１）に切り替えられる。
【００３８】
そして今度は触媒１１にリッチガスが流入される。このとき触媒１１では、それまで吸蔵していた酸素を放出し続け、排気中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化して浄化するが、やがて触媒１１から全ての吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で酸素を放出できなくなり、リッチ成分ないしリッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、やがてしきい値Ｖｒｅｆに達する（時刻ｔ２）。この時点で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比に切り替えられる。
【００３９】
再び、触媒１１にリーンガスが流入され、触媒１１が満杯まで酸素を吸収し、触媒後センサ１８の出力がしきい値Ｖｒｅｆに達した時点（時刻ｔ３）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比に切り替えられる。
【００４０】
このようにして、触媒後センサ１８の出力がリッチ側からリーン側に又はその逆に反転するタイミングで、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン側からリッチ側に又はその逆に切り替えられる。
【００４１】
このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００４２】
図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の放出サイクルでは、短い所定周期毎に放出酸素量ＯＳＡａが順次積算されていく。より詳しくは、触媒前センサ１７の出力がリッチ側に移動中にストイキ相当に達した時点ｔ１１から、触媒後センサ１８の出力がリッチ側に反転した（しきい値Ｖｒｅｆに達した）時点ｔ２まで、１周期当たりの放出酸素量ｄＯＳＡ（ｄＯＳＡａ）が次式（１）により計算され、この１周期当たりの放出酸素量ｄＯＳＡが周期毎に積算されていく。こうして得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量を表す一指標値としての放出酸素量ＯＳＡａとなる。
【００４３】
【数１】
2009036172.tif 000003
【００４４】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰又は不足分の空気量を計算できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。
【００４５】
時刻ｔ２〜ｔ３の吸蔵サイクルでも同様に、図３（Ｄ）に示すように、触媒前センサ１７の出力がストイキ相当に達した時点ｔ２１から、触媒後センサ１８の出力がリーン側に反転した（しきい値Ｖｒｅｆに達した）時点ｔ３まで、１周期当たりの放出酸素量ｄＯＳＡ（ｄＯＳＡｂ）が前記式（１）により計算され、この１周期当たりの放出酸素量ｄＯＳＡが周期毎に積算されていく。こうして得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量を表す他の一指標値としての吸蔵酸素量ＯＳＡｂとなる。
【００４６】
原則的には、触媒における吸蔵可能な酸素量と放出可能な酸素量とは等しく、よって上記の放出酸素量ＯＳＡａと吸蔵酸素量ＯＳＡｂとは等しいはずである。いずれか一方のみの値を触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値として取り扱って、劣化診断を行うことが可能である。しかしながら、ここでは信頼性及び精度向上の観点から、両者の値の平均値を触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値として取り扱う。即ち、相隣接する放出サイクルと吸蔵サイクルとを１組とし、これらサイクルでそれぞれ計測された放出酸素量ＯＳＡａと吸蔵酸素量ＯＳＡｂとの値を用いて、次式（２）により、触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣを算出する。
ＯＳＣ＝（ＯＳＡａ＋ＯＳＡｂ）／２    ・・・（２）
【００４７】
この酸素吸蔵容量計測値は１組の吸放出サイクルで得られる値である。基本的にはこれのみを用いて劣化診断が可能であるが、本実施形態では信頼性及び精度をより高めるため、複数組の吸放出サイクルにおける複数の酸素吸蔵容量を計測し、これら計測値の平均値を最終的な酸素吸蔵容量計測値としている。
【００４８】
次に、この酸素吸蔵容量計測値を用いて触媒の劣化判定がなされる。即ち、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が所定の劣化判定値ＯＳＣｓと比較され、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が劣化判定値ＯＳＣｓより大きければ触媒は正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が劣化判定値ＯＳＣｓ以下ならば触媒は劣化と判定される。なお、触媒が劣化と判定された場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。以上で基本的な触媒の劣化診断が終了する。
【００４９】
次に、燃料中の硫黄がもたらす酸素吸蔵容量計測値への影響について説明する。
【００５０】
図４は簡単化のため１組の吸放出サイクルを抽出したときの酸素吸放出の様子を示す。左側の（ａ）図は、基準燃料としての低硫黄濃度燃料を用いた場合を示し、中央の（ｂ）図は、高硫黄濃度燃料を用いた場合を示す。右側の（ｃ）図は、高硫黄濃度燃料を用いた場合で且つ本実施形態に特有のリッチディレー（詳しくは後述）を行った場合を示す。
【００５１】
また、上段の（Ａ）図では、破線が目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線が触媒前センサ１７の出力（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒへの換算値）を示す。中段の（Ｂ）図では、実線が触媒後センサ１８の出力（出力電圧Ｖ）を示す。下段の（Ｃ）では、実線が酸素吸蔵率（％）を示す。酸素吸蔵率とは、現状の触媒が吸蔵可能な酸素量Ｍ（これが酸素吸蔵容量ＯＳＣである）に対する、触媒が現に吸蔵している酸素量ｍの割合（ｍ／Ｍ）をいう。
【００５２】
（ａ）図及び（ｂ）図を見比べると分かるように、高硫黄濃度燃料使用時には、低硫黄濃度燃料使用時に比べ、触媒後センサ１８の出力が早いタイミングで反転するようになり、その分、放出酸素量ＯＳＡａ及び吸蔵酸素量ＯＳＡｂが少なくなる。その理由は前述したように、排気中の硫黄成分により触媒の酸素吸放出反応が妨げられるからである。
【００５３】
ここで本発明者らの試験によれば、燃料ないし排気中の硫黄は、酸素吸蔵よりもむしろ酸素放出を大きく妨げることが判明している。即ち、吸蔵サイクルでは高硫黄濃度燃料使用時でもほぼ１００％の酸素吸蔵率まで酸素吸蔵が可能であるが、放出サイクルでは高硫黄濃度燃料使用時に酸素放出量が低下する。その理由は次の通りである。触媒からの酸素放出は触媒の貴金属を介して行われ、この放出された酸素は、やはり触媒の貴金属を介して、排気ガス中のリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ）と反応し、そのリッチ成分を浄化する。しかし、貴金属の活性が硫黄によって低下すると、放出酸素とリッチ成分との反応速度が低下する。結果的に、触媒通過ガス量が反応速度を上回り、触媒中に未だ酸素が残存しているにも拘わらず、リッチ成分が未浄化の状態で触媒下流に流出し、触媒後センサが反転し、放出酸素量の計測値が低下するのである。
【００５４】
そこで本実施形態では、（ｃ）図に示すように、酸素放出を意図的により長く行わせるため、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを強制的に遅らせるリッチディレーを行う。即ち、触媒後センサ出力がリーン側からリッチ側に反転しても（ｔ２）、その時点で目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側からリーン側に切り替えず、その反転タイミングｔ２から所定のディレー時間Δｔｄだけ遅れたタイミングｔｄで、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側からリーン側に切り替える。
【００５５】
こうすると、反転タイミングｔ２以降のディレー時間Δｔｄの間も酸素放出が継続的に実行されるので、放出酸素量が多くなる。また、その後の吸蔵サイクルでは、触媒に残存している酸素がより少ない状態から酸素吸蔵が行われるので、結果的に吸蔵酸素量もより多くなる。なお、ディレー時間中の酸素放出速度はそれ以前の酸素放出速度より遅くなり、図示されるように、ディレー時間中はそれ以前より酸素吸蔵割合の傾きが小さく、しかも二次曲線的に変化するようになる。
【００５６】
この吸放出酸素の増加量ΔＯＳＡが燃料中の硫黄濃度を反映している。即ち、同一のディレー時間であっても、硫黄濃度が高いほど、吸放出酸素増加量ΔＯＳＡは増加する。よってこのことを利用し、吸放出酸素増加量ΔＯＳＡの計測値に基づいて燃料の硫黄濃度を推定することも可能である。
【００５７】
なお、上記と逆に、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーン側からリッチ側に切り替えるタイミングを遅らせるリーンディレーのみを行っても、吸蔵酸素量はそれほど変わらないことが判明している。なぜなら、リーンディレーのみを行っても（即ちリッチディレーを行わないと）触媒における吸蔵開始時の残存酸素量は変わらないし、また、触媒後センサ出力がリーン側に反転した時点でほぼ１００％の酸素が触媒に吸蔵されており、ディレー時間中に酸素が吸蔵されないからである。但し、リーンディレーを行うのは任意であり、リッチディレーとリーンディレーの両方を行うようにしてもよい。
【００５８】
図５には、燃料中の硫黄濃度と酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値との関係を調べた試験結果を示す。図示されるように、燃料中の硫黄濃度が増加するほど酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣは低下する。なお黒丸、白三角及び黒三角は、それぞれ触媒温度が７５０℃、７００℃及び６００℃のときのデータを示す。本実施形態は、高硫黄濃度燃料使用時に計測された酸素吸蔵容量を、リッチディレーを行ったときの吸蔵酸素増加量に基づいて、図中最も左側の点で示される低硫黄濃度燃料使用時相当のレベルにまで補正するものである。
【００５９】
即ち、まず図４（ｂ）の如く、通常の方法で（リッチディレーを行わないで）放出酸素量ＯＳＡａ及び吸蔵酸素量ＯＳＡｂを計測し、これらに基づき酸素吸蔵容量ＯＳＣを計測する。そして所定条件が成立した場合、再度、図４（ｃ）の如くリッチディレーを行って、少なくとも吸蔵酸素量ＯＳＡｂを計測する（２回計測）。そしてリッチディレーを行わなかったときの前回（１回目）の吸蔵酸素量計測値ＯＳＡｂと、リッチディレーを行ったときの今回（２回目）の吸蔵酸素量計測値ＯＳＡｂｄとの差を求め、この差に基づき前回の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣを補正する。この補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ’を劣化判定値ＯＳＣｓと比較して、触媒の劣化を判定する。
【００６０】
前記所定条件が成立した場合とは、好ましくは、前回の酸素吸蔵容量計測値が劣化判定値以下の場合である。劣化診断に際して重要なのは、クライテリア付近にある正常触媒について誤って劣化と診断しないことである。よって、前回の酸素吸蔵容量計測値が劣化判定値以下である、即ち触媒が見掛け上劣化している場合にのみ、再度の計測を行うこととすれば、必要且つ十分な最小限の頻度で再度の計測を行うことが可能である。
【００６１】
ここで図６を用い、リッチディレーを伴う２回目の計測について説明する。
【００６２】
この２回目の計測は基本的には１回目の計測と同様である。即ち、１回目同様にアクティブ空燃比制御を行い、空燃比をリーンに制御中に触媒後センサ１８の出力がリーン側に反転したら（時刻ｔ１）、同時に目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチに切り替え、放出酸素量ＯＳＡａを積算する。
【００６３】
この後、触媒後センサ１８の出力がリッチ側に反転したら（時刻ｔ２）、この時点で放出酸素量ＯＳＡａの積算及び計測を終了するが、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチに維持する。そして反転時期ｔ２から所定のディレー時間Δｔｄが経過したら、同時に目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーンに切り替え、吸蔵酸素量ＯＳＡｂを積算する。この積算は、次に触媒後センサ１８の出力がリーン側に反転する時ｔ３まで行われる。
【００６４】
吸蔵サイクル直前でリッチディレーを行ったことにより、吸蔵サイクル開始時点において触媒に残存している酸素量は、リッチディレーを行わなかったときよりも少ない。よってその分、吸蔵サイクルで積算される吸蔵酸素量ＯＳＡｂの最終値が大きくなる。こうして、リッチディレーにより増大された吸蔵酸素量ＯＳＡｂの値を計測することが可能である。なお、かかる吸放出サイクルを繰り返して複数の吸蔵酸素量ＯＳＡｂを計測し、これらの平均値を最終的な吸蔵酸素量とするのも好ましい。この２回目の計測で計測された放出酸素量ＯＳＡａの値は本実施形態では用いられないが、何等かの処理のために用いることも可能である。
【００６５】
次に、図７及び図８を参照しつつ、本実施形態における具体的な劣化診断処理の内容を説明する。図７は劣化診断のメインルーチンを示し、図８はリッチディレーありの場合の吸放出酸素量計測ルーチンを示す。両ルーチンはＥＣＵ２０により所定周期で繰り返し実行される。なお図８には簡単化のため、１組の吸放出サイクルに係るルーチンを示す。しかしながら、当業者であれば、この１組の吸放出サイクルに係るルーチンを利用して、容易に複数組の吸放出サイクルに係るルーチンを想定できるであろう。
【００６６】
はじめに、図７のメインルーチンについて説明する。まずステップＳ１０１において、診断許可フラグがオンであるか否かが判断される。診断許可フラグは例えば以下の条件が全て満たされたときにオンとなる。
１）触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が活性温度にある。
２）触媒１１が活性温度にある。
【００６７】
例えば、１）の条件は、両センサについて素子温度に相関する素子インピーダンスをＥＣＵ２０により検出することで判断される。２）の条件は触媒１１の温度を推定又は検出することで判断される。触媒温度を推定する場合、ＥＣＵ２０が、エンジン運転状態（例えば回転速度及び負荷）に基づき触媒温度を推定するか、或いは触媒上流に設けられた排気温センサ（図示せず）があれば、その検出値に基づき触媒温度を推定する。触媒温度を検出する場合、触媒に温度センサ（図示せず）が設置され、これにより触媒温度を直接検出する。
【００６８】
かかるフラグ条件が不成立のときはルーチンが即座に終了となる。他方、フラグ条件が成立のときは、ステップＳ１０２に進んで、触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が図示しない別ルーチンにより既に計測済みであるか否かが判断される。計測済みでない場合ルーチンが終了される。
【００６９】
他方、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が計測済みである場合、ステップＳ１０３に進み、この酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓと比較される。酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓより大きい場合には直ちにステップＳ１１０において触媒は正常と判定され、ステップＳ１１１に進んで診断許可フラグがオフ（即ち、診断終了）、リッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグ（ＯＳＡｂｄ計測フラグ、詳しくは後述）がオフされ、ルーチンが終了される。
【００７０】
他方、酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓ以下の場合、触媒が恒久劣化に至っている可能性があるか、または硫黄影響で一時的に劣化している可能性がある。よってこれらを判別すべく、以下のステップが実行される。
【００７１】
ステップＳ１０４において、リッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄが計測済みであるか否かが判断される。計測済みでない場合、ステップＳ１０５にて、リッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオンされ、ルーチンが終了される。このようにリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグは、リッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄの計測を開始するためにオンされるフラグであり、これがオンされると図８のルーチンが実行され、リッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄと、放出酸素量ＯＳＡａとがそれぞれ計測される。
【００７２】
他方、ステップＳ１０４でリッチディレーあり吸蔵酸素量計測済みである場合、ステップＳ１０６にて、リッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄと、リッチディレーなし吸蔵酸素量ＯＳＡｂとの差ΔＯＳＡｂが計算され、この差ΔＯＳＡｂが所定のしきい値ΔＯＳＡｂｓと比較される。
【００７３】
吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂがしきい値ΔＯＳＡｂｓ以上の場合、ステップＳ１０７において、高硫黄濃度の燃料が使用されていると判定され、同時に硫黄影響を取り除くための補正量である補正係数Ｋが算出される。補正係数Ｋは吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂに基づいて図９に示すような予め記憶された所定のマップ（関数でもよい）から算出される。これによれば、補正係数Ｋは、吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂがしきい値ΔＯＳＡｂｓより小さいとき１であり（即ち補正なし）、吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂがしきい値ΔＯＳＡｂｓから大きくなるにつれ徐々に（比例的に）１から増大する。ここではΔＯＳＡｂ≧ΔＯＳＡｂｓなので常に１以上の補正係数Ｋが算出される。
【００７４】
同一ないし一定のディレー時間Δｔｄであっても、燃料中の硫黄濃度が高いほど吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂは大きくなる。また図５に示すように、燃料中の硫黄濃度が高いほど酸素吸蔵容量計測値は低くなる。よって酸素吸蔵容量計測値を低硫黄濃度燃料使用時相当のレベルに戻すには、吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂが大きくなるほど補正量を大きくするのが好ましい。この観点からマップでは、吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂが大きいほど大きな補正量を得られるようにしている。
【００７５】
こうして補正係数Ｋが算出されたら、先のステップＳ１０２で既に把握されている１回目ないし前回の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが補正係数Ｋにより補正される。補正後の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ’は式：ＯＳＣ’＝Ｋ×ＯＳＣにより得られる。こうして硫黄影響は取り除かれ、前回の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣは低硫黄濃度燃料使用時相当の値に増大補正されることとなる。
【００７６】
次に、ステップＳ１０８において、補正後の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ’が劣化判定値ＯＳＣｓと比較される。補正後の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ’が劣化判定値ＯＳＣｓより大きいときにはステップＳ１１０に進んで正常判定がなされる。他方、補正後の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ’が劣化判定値ＯＳＣｓ以下のときには、ステップＳ１０９に進んで、触媒は劣化（恒久劣化）であると最終判定される。そしてステップＳ１１１において前述のフラグ処理がなされ、ルーチンが終了される。
【００７７】
一方、ステップＳ１０６で吸蔵酸素量差ΔＯＳＡｂがしきい値ΔＯＳＡｂｓより小さい場合、低硫黄濃度の燃料が使用されており硫黄影響はないとみなされ、ステップＳ１０９に進んで劣化判定がなされる。
【００７８】
次に、図８に示すような、リッチディレーありの場合の吸放出酸素量計測ルーチンを説明する。まずステップＳ２０１において、リッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオンであるか否かが判断される。このフラグがオフのときにはルーチンが直ちに終了される。他方、フラグがオンのときには、ステップＳ２０２に進んで、アクティブ空燃比制御が実行されると共に、このアクティブ空燃比制御における現時点での目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が所定のリッチ空燃比か否かが判断される。
【００７９】
目標空燃比がリッチ空燃比である場合、ステップＳ２０３に進んで放出酸素量ＯＳＡａの積算がなされる。そしてステップＳ２０４において、触媒後センサ出力Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより大きいか否か、即ち触媒後センサ出力Ｖがリッチ側に反転したか否かが判断される。
【００８０】
触媒後センサ出力Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより大きい場合（反転有り）、ステップＳ２０５にてディレーフラグがオンされると共に、ＥＣＵ２０に装備されたディレータイマーの積算が実行される。これにより触媒後センサ出力Ｖのリッチ反転後のディレー時間Δｔｄが計測される。次にステップＳ２０６において、ディレータイマーの積算値が所定の目標値以上に達したか否かが判断される。判断がイエスの場合、ステップＳ２０７にて目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）がリーン側の所定値に切り替えられ、ディレータイマーの積算値がゼロにリセットされる。そしてルーチンが終了される。
【００８１】
他方、ステップＳ２０４において触媒後センサ出力Ｖがしきい値Ｖｒｅｆ以下の場合（反転無し）、およびステップＳ２０６においてディレータイマーの積算値が目標値未満の場合、ルーチンが終了される。
【００８２】
ところで、前記ステップＳ２０２において目標空燃比がリッチ空燃比でない場合、即ちリーン空燃比である場合、ステップＳ２０８に進んでリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフか否かが判断される。オフの場合ルーチンが終了され、オンの場合、ステップＳ２０９にてディレーフラグがオンか否かが判断される。前述したように、ディレーフラグはリッチディレーが行われたときにオンとなる。
【００８３】
ディレーフラグオンの場合、ステップＳ２１０でリッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄが積算される。他方、ディレーフラグがオンでない場合（オフの場合）、ステップＳ２１０がスキップされる。
【００８４】
次に、ステップＳ２１１で、触媒後センサ出力Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより小さいか否か、即ち触媒後センサ出力Ｖがリーン側に反転したか否かが判断される。触媒後センサ出力Ｖがしきい値Ｖｒｅｆ以上の場合（反転無し）、ルーチンが終了される。
【００８５】
他方、触媒後センサ出力Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより小さい場合（反転有り）、ステップＳ２１２にてディレーフラグがオンか否かが判断される。ディレーフラグオフの場合、ステップＳ２１４に進んで、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられ、ルーチンが終了される。他方、ディレーフラグオンの場合、ステップＳ２１３にてリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフされ、ルーチンが終了される。
【００８６】
この図８のルーチンでは、アクティブ空燃比制御開始時の最初の目標空燃比がリッチかリーンかによって流れが異なる。最初の目標空燃比がリッチの場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ステップＳ２０３〜Ｓ２０６が実行され、触媒後センサ出力Ｖがリッチに反転するまで放出酸素量ＯＳＡａが積算され、触媒後センサ出力Ｖがリッチに反転したら放出酸素量ＯＳＡａの積算が終了すると同時に、ディレー時間がディレータイマーにより積算される。そしてディレータイマー積算時間が目標値に達したら、ステップＳ２０７で目標空燃比がリーンに切り替えられる。
【００８７】
この後、ステップＳ２０８〜Ｓ２１１が実行される。このときディレーフラグがステップＳ２０５で既にオンとされているので、触媒後センサ出力Ｖがリーンに反転するまで、吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄが積算される。そして触媒後センサ出力Ｖがリーンに反転したら吸蔵酸素量ＯＳＡｂの積算が終了すると同時に、ステップＳ２１３でリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフされる。これにより放出酸素量ＯＳＡａと、リッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄとが各一つ計測されることとなる。
【００８８】
他方、最初の目標空燃比がリーンの場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、先にステップＳ２０８〜Ｓ２１１が実行される。このときディレーフラグは未だオフなので、吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄの積算は行われない。やがて触媒後センサ出力Ｖがリーンに反転すると、ステップＳ２１４で単に目標空燃比がリッチに切り替えられる。このように最初の目標空燃比がリーンの場合にはそのリーン制御中に酸素量の計測が何等行われない。なぜならこのときにはまだリッチディレーが行われていないからである。
【００８９】
次に、目標空燃比がリッチに切り替えられると（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ステップＳ２０３〜Ｓ２０６が実行され、前記同様に放出酸素量ＯＳＡａの計測がなされると同時にリッチディレーが実行され、その後ステップＳ２０７で目標空燃比がリーンに切り替えられる。そして、ステップＳ２０８〜Ｓ２１１が実行され、前記同様にリッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄが計測される。こうして放出酸素量ＯＳＡａとリッチディレーあり吸蔵酸素量ＯＳＡｂｄとが各一つ計測されることとなる。最後に、ステップＳ２１３でリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフされる。
【００９０】
ところで、かかるリッチディレー制御は、触媒後センサ出力がリッチに反転し触媒１１の下流にリッチ成分が流出しているにも拘わらず、強制的にリッチガスを触媒１１に供給するものである。よってこの流出するリッチ成分ないしリッチガスを減少するか、或いは最終的に大気に放出しないよう、留意するのが望ましい。この対策として、例えば下流触媒１９により、上流触媒１１から流出したリッチ成分を浄化するのが好ましい。例えば、下流触媒１９が酸素放出可能な状態となっているときのみリッチディレーを行うこととしてもよい。こうすれば流出リッチ成分を、下流触媒１９からの放出酸素で浄化できるからである。このとき触媒後センサ１８により、下流触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチかリーンかを判別し、リーンのときにはリーンカウンタを加算、リッチのときにはリーンカウンタを減算するようにして、リーンカウンタ値が所定値以上のときのみリッチディレー実行可能としてもよい。
【００９１】
或いは、新品の上流触媒１１の酸素吸蔵容量レベルまでしかリッチ制御が継続されないよう、リッチディレー時間を設定してもよい。こうするとリッチ成分の流出量を、新品時から劣化時までの酸素吸蔵容量低下分に制限できる。
【００９２】
或いは、図１０に示すように、上流触媒１１と下流触媒１９の間の排気通路に空気を噴射するエアインジェクタ２４を設置し、リッチディレー中にエアインジェクタ２４から空気を噴射してもよい。こうすることにより、下流触媒１９において、リッチディレー中の流出リッチ成分を噴射空気と反応させて浄化することができ、併せて下流触媒１９から吸蔵酸素が放出されるのも抑制できる。
【００９３】
或いは、触媒後センサ１８に触媒前センサ１７と同様な広域空燃比センサを用い、触媒前センサ１７と触媒後センサ１８との検出空燃比が同等となるまでリッチディレーを実行可能としてもよい。これら検出空燃比が同等となったときには上流触媒１１の吸蔵酸素量はほぼゼロと考えられ、流入ガスのリッチ成分を浄化することができない。よってこのときにはリッチディレーを終了するのが好ましい。
【００９４】
或いは、図１０に示すように、下流触媒１９の下流の排気通路に空燃比センサ（広域空燃比センサ又はＯ2センサ）２２を設置し、この空燃比センサ２２の出力がリッチでないときのみリッチディレーを実行可能としてもよい。例えば、空燃比センサ２２の出力がリッチに反転したらリッチディレーを終了する。空燃比センサ２２の出力がリッチであるということは、下流触媒１９が流入ガスのリッチ成分を浄化しきれていないということなので、この場合にはリッチディレーを中止或いは終了するのが好ましい。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、内燃機関の用途や形式は任意であり、例えば車両用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。触媒後センサに触媒前センサと同様の広域空燃比センサを用いてもよいし、触媒前センサに触媒後センサと同様のＯ2センサを用いてもよい。これら広域空燃比センサやＯ2センサを含め、広く、排気空燃比を検出するセンサを空燃比センサということとする。本発明は、酸素吸蔵能を有するあらゆる触媒に適用可能である。
【００９６】
図５の結果によれば、低硫黄濃度燃料使用時の酸素吸蔵容量と高硫黄濃度燃料使用時の酸素吸蔵容量との差は、触媒温度に応じて異なり、同一の高硫黄濃度で比較した場合、その差は低温時ほど大きくなる。よってこの結果に基づき、前記補正量（補正係数Ｋ）を触媒温度に応じて変更若しくは補正するのが好ましく、具体的には触媒温度が低いほど補正量を大きな値に設定するのが好ましい。
【００９７】
リッチディレー中のリッチ空燃比を、通常のリッチ空燃比の値と異ならせることも可能である。
【００９８】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】Ｃｍａｘ法による触媒劣化診断を説明するためのタイムチャートである。
【図４】酸素吸放出の様子を示すタイムチャートであり、（ａ）は低硫黄濃度燃料使用時、（ｂ）は高硫黄濃度燃料使用時、（ｃ）は高硫黄濃度燃料使用時で且つリッチディレーありの場合を示す。
【図５】燃料中の硫黄濃度と酸素吸蔵容量計測値との関係を調べた試験結果を示す。
【図６】リッチディレーを伴う２回目の計測を説明するためのタイムチャートである。
【図７】劣化診断のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図８】リッチディレーありの場合の吸放出酸素量計測ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】補正係数算出マップを示す。
【図１０】変形例の構成を示す部分概略図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  内燃機関
６  排気管
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
１９  下流触媒
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ＯＳＣ  酸素吸蔵容量
ＯＳＣｓ  劣化判定値
ＯＳＡａ  放出酸素量
ＯＳＡｂ  吸蔵酸素量
ＯＳＡｂｄ  リッチディレーあり吸蔵酸素量
ΔＯＳＡｂ  吸蔵酸素量差
Ａ／Ｆｔ  目標空燃比
Δｔｄ  ディレー時間
Ｋ  補正係数
【図１】
2009036172.tif 000004
【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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