JP2010031762A - 排ガス浄化装置の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】判定対象となる触媒の上流側に別個の触媒が配置されている場合において、判定対象となる触媒の劣化判定精度を向上させることができる排ガス浄化装置の劣化判定装置を提供すること。
【解決手段】上流側触媒11と下流側触媒12を備えた排ガス浄化装置10において、下流側触媒12の劣化を判定する劣化判定装置1はECU2を備える。ECU2は、上流側触媒11に流入する排ガスを、酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えるように制御し(ステップ1,3)、上流側触媒11が活性状態にあるときには、この切換以降の第2当量比KACT2および第3当量比KACT3を用いて、触媒酸素貯蔵能の基本値OSCbaseを算出し(ステップ60)、この基本値OSCbaseを触媒温TCATおよび排ガス流量QGASに応じて補正することで、触媒酸素貯蔵能OSCを算出し(ステップ63)、この触媒酸素貯蔵能OSCを用いて、下流側触媒12の劣化を判定する(ステップ64〜66)。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に直列に設けられた、排ガス浄化用の２つの触媒を有する排ガス浄化装置において、下流側の触媒の劣化を判定する排ガス浄化装置の劣化判定装置に関する。

従来、排ガス浄化装置の劣化判定装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この排ガス浄化装置は、排ガス浄化用の触媒を備えており、この触媒は、内燃機関の排気通路に設けられている。また、劣化判定装置は、触媒の劣化を判定するものであり、触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサとを備えている。

この劣化判定装置では、触媒が劣化した場合、その酸素貯蔵能（Oxygen Storage Capacity）が低下することで、下流側酸素濃度センサの出力ＲＶＯ２の波形が、上流側酸素濃度センサの出力ＦＶＯ２の波形に近似した状態になるという事象に基づいて、触媒の劣化判定が実行される。具体的には、特許文献１の図１，２に示すように、劣化判定の実行条件が成立しているとき（ステップ２がＹＥＳのとき）に、上流側酸素濃度センサを通過した排ガスが下流側酸素濃度センサに到達するまでの遅延時間ＴＦＲＣＡＴを加味して、上流側酸素濃度センサの出力ＦＶＯ２（ｎ−Ｘ）と下流側酸素濃度センサの出力ＲＶＯ２（ｎ）との偏差の絶対値の積算値ＳＵＭＤＦＲを算出する（図１のステップ２〜７）。そして、この積算値ＳＵＭＤＦＲがしきい値ＣＡＴＮＧよりも小さいとき、すなわち触媒の酸素貯蔵能が低下したときには、触媒が劣化していると判定され、それ以外のときには正常であると判定される（図２のステップ１２〜１４）。

特開２００１−２７１６９６号公報

上記従来の劣化判定装置によれば、２つの酸素濃度センサの出力を用い、触媒の酸素貯蔵能が低下しているか否かに基づいて、触媒の劣化判定を実行しているので、判定対象の触媒の上流側に、これとは別個の排ガス浄化用の触媒が設けられていた場合、以下に述べるような不具合を生じるおそれがある。すなわち、上流側の触媒が活性状態にない場合、判定対象となる下流側の触媒に流れ込む排ガスの活性度合が低くなることで、下流側の触媒の酸素貯蔵能が低下していないにもかかわらず、２つの酸素濃度センサの出力が酸素貯蔵能の低下を示す状態になることがあり、その場合には、下流側の触媒が劣化していないにもかかわらず、これが劣化したと誤判定されるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、判定対象となる触媒の上流側に別個の触媒が配置されている場合において、判定対象となる触媒の劣化判定精度を向上させることができる排ガス浄化装置の劣化判定装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路７を流れる排ガスを浄化する上流側触媒１１と、排気通路７の上流側触媒１１よりも下流側の排ガスを浄化するとともに排ガス中の所定成分（酸素、ＮＯｘ）を貯蔵する能力を有する下流側触媒１２とを備えた排ガス浄化装置１０において、下流側触媒１２の劣化を判定する排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１，１Ａであって、上流側触媒１１と下流側触媒１２の間における排ガス中の所定成分の濃度を表すパラメータを中間濃度パラメータ（第２当量比ＫＡＣＴ２、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅ）として検出する中間濃度パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、中間ＬＡＦセンサ２３、中間ＮＯｘセンサ３０）と、下流側触媒１２の下流側における排ガス中の所定成分の濃度を表すパラメータを下流側濃度パラメータ（第３当量比ＫＡＣＴ３、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔ）として検出する下流側濃度パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、下流側ＬＡＦセンサ２４、下流側ＮＯｘセンサ３１）と、検出された中間濃度パラメータおよび検出された下流側濃度パラメータを用いて、下流側触媒１２の劣化度合を表す劣化度合パラメータ（触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅ、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ）を算出する劣化度合パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ６０，１０４，１４４）と、上流側触媒１１の活性度合を表す活性度合パラメータ（上流側触媒の温度ＴＣＡＴ）を検出する活性度合パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、触媒温センサ２５）と、検出された活性度合パラメータを用いて、算出された劣化度合パラメータを補正する補正手段（ＥＣＵ２、ステップ６１，６３，１１１，１１２，１５２，１５３）と、補正された劣化度合パラメータ（触媒酸素貯蔵能ＯＳＣ、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ）を用いて、下流側触媒１２の劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ６４〜６６，１１３〜１１５，１５４〜１５６）と、を備えることを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、中間濃度パラメータおよび下流側濃度パラメータを用いて、下流側触媒の劣化度合を表す劣化度合パラメータが算出され、上流側触媒の活性度合を表す活性度合パラメータを用いて、劣化度合パラメータが補正され、補正された劣化度合パラメータを用いて、下流側触媒の劣化判定が実行される。この場合、下流側触媒は、排ガス中の所定成分を貯蔵する能力を有しているので、排ガス中の所定成分濃度は、下流側触媒における所定成分の貯蔵量がその貯蔵能力を超えていないときには、下流側触媒よりも下流側の方が上流側よりも低くなる一方、下流側触媒における所定成分の貯蔵量がその貯蔵能力の限界を超えているときには、下流側触媒の上流側と下流側で同じ状態になる。その結果、下流側触媒の下流側および上流側における排ガス中の所定成分濃度の状態は、下流側触媒の所定成分の貯蔵能力の高低すなわち下流側触媒の劣化の有無を表すことになるので、中間濃度パラメータと下流側濃度パラメータを用いて、劣化度合パラメータを、下流側触媒の劣化度合を適切に表すように算出することができる。

また、劣化度合パラメータは、中間濃度パラメータおよび下流側濃度パラメータを用いて算出される関係上、上流側触媒の活性度合が変化すると、その影響によって算出結果が変化してしまう。これに対して、この劣化判定装置によれば、上流側触媒の活性度合を表す活性度合パラメータを用いて劣化度合パラメータが補正されるので、上流側触媒の活性度合を反映させながら、劣化度合パラメータを適切に補正することができる。したがって、そのように補正された劣化度合パラメータを用いて、下流側触媒の劣化判定を実行することによって、上流側触媒の活性度合を反映させながら、下流側触媒の劣化判定を実行することができ、その結果、劣化判定精度を向上させることができる（なお、本明細書における「中間濃度パラメータの検出」や「下流側濃度パラメータの検出」などの「検出」は、センサなどによりこれらの濃度パラメータを直接検出することに限らず、これらの値を他のパラメータに基づいて算出することも含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１において、所定成分は酸素であり、下流側触媒１２は、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能を有するとともに、排ガスが還元雰囲気のときに貯蔵した酸素を排ガス中の還元剤と反応させる特性を有し、劣化判定手段による下流側触媒１２の劣化判定の際、上流側触媒１１に流入する排ガスを酸化雰囲気に制御する酸化雰囲気制御から、上流側触媒１１に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元雰囲気制御への切り換えを実行する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１〜３）をさらに備え、劣化度合パラメータ算出手段は、劣化度合パラメータとして、制御手段による酸化雰囲気制御から還元雰囲気制御への切換後に検出された中間濃度パラメータおよび下流側濃度パラメータを用いて、下流側触媒１２の酸素貯蔵能を表す酸素貯蔵能パラメータ（触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅ）を算出する（ステップ１０〜１８，６０）ことを特徴とする。

この劣化判定装置によれば、劣化判定手段による下流側触媒の劣化判定の際、上流側触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気に制御する酸化雰囲気制御から、上流側触媒に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元雰囲気制御への切り換えが実行される。この場合、下流側触媒が、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能を有するとともに、排ガスが還元雰囲気のときに貯蔵した酸素を排ガス中の還元剤と反応させる特性を有しているので、酸化雰囲気制御の実行時間が十分な場合、酸素が下流側触媒の貯蔵能力の限界までこれに貯蔵された状態になる。そのため、酸化雰囲気制御から還元雰囲気制御への切換タイミング時点において、酸化雰囲気制御の実行時間が十分な場合、下流側触媒の上流側では、排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に直ちに変化する一方、下流側触媒の下流側では、還元剤が下流側触媒に貯蔵された酸素と反応することによって、下流側触媒に貯蔵された酸素が無くなるまでの間、排ガスが酸化雰囲気に保持されるとともに、下流側触媒に貯蔵された酸素が無くなった時点で、排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に変化することになる。

すなわち、このような、下流側触媒の上流側と下流側との間における、排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に変化するタイミングのずれ、言い換えれば酸素濃度が変化するタイミングのずれは、下流側触媒の酸素貯蔵能の高低すなわち下流側触媒の劣化度合を表すことになる。したがって、この劣化判定装置によれば、酸化雰囲気制御から還元雰囲気制御への切換後に検出された中間濃度パラメータおよび下流側濃度パラメータを用いて、劣化度合パラメータとしての酸素貯蔵能パラメータが算出されるので、この酸素貯蔵能パラメータを下流側触媒の劣化度合を適切に表すように算出することができる。それにより、下流側触媒の劣化を精度よく判定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１において、劣化度合パラメータ算出手段は、下流側触媒１２の酸素貯蔵能が高いほど、酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるように算出し（ステップ６０）、活性度合パラメータ検出手段は、活性度合パラメータとして、上流側触媒１１の温度を表す温度パラメータ（上流側触媒の温度ＴＣＡＴ）を検出し、補正手段は、温度パラメータが表す上流側触媒１１の温度（上流側触媒の温度ＴＣＡＴ）が低いほど、酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるように補正し（ステップ６１，６３、図８）、劣化判定手段は、補正された酸素貯蔵能パラメータ（触媒酸素貯蔵能ＯＳＣ）が所定値（所定の判定値ＯＳＣＪＵＤ）以下のときに、下流側触媒１２が劣化したと判定する（ステップ６４，６６）ことを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、下流側触媒の酸素貯蔵能が高いほど、酸素貯蔵能パラメータがより大きくなるように算出され、上流側触媒の温度が低いほど、酸素貯蔵能パラメータがより大きくなるように補正されるとともに、補正された酸素貯蔵能パラメータが所定値以下のときに、下流側触媒が劣化したと判定される。したがって、上流側触媒の温度が低いことに起因して、上流側触媒を通過する排ガスの活性度合が低い場合でも、それを反映させながら、下流側触媒の劣化を判定することができ、それにより、劣化判定精度をさらに向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１において、劣化度合パラメータ算出手段は、下流側触媒１２の酸素貯蔵能が高いほど、酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるように算出し（ステップ６０）、内燃機関３の排気通路７を流れる排ガス流量を表す排ガス流量パラメータ（排ガス流量ＱＧＡＳ）を検出する排ガス流量パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、エアフローセンサ２１）をさらに備え、補正手段は、検出された排ガス流量パラメータが表す排ガス流量が大きいほど、酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるようにさらに補正し（ステップ６２，６３、図９）、劣化判定手段は、補正された酸素貯蔵能パラメータ（触媒酸素貯蔵能ＯＳＣ）が所定値（所定の判定値ＯＳＣＪＵＤ）以下のときに、下流側触媒１２が劣化したと判定する（ステップ６４，６６）ことを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、下流側触媒の酸素貯蔵能が高いほど、酸素貯蔵能パラメータがより大きくなるように算出され、内燃機関の排気通路を流れる排ガス流量が大きいほど、酸素貯蔵能パラメータがより大きくなるようにさらに補正されるとともに、補正された酸素貯蔵能パラメータが所定値以下のときに、下流側触媒が劣化したと判定される。一般に、排ガス流量が変化すると、上流側触媒を通過した排ガスの活性度合が変化してしまう。例えば、排ガス流量が大きいと、排ガスが上流側触媒を通過する際に上流側触媒と反応しにくくなり、上流側触媒を通過した排ガスの活性度合が低くなってしまう。これに対して、この劣化判定装置によれば、排ガス流量が大きいほど、酸素貯蔵能パラメータがより大きくなるように補正されるので、排ガス流量の大小に起因する、上流側触媒を通過した排ガスの活性度合の変化を反映させながら、下流側触媒の劣化を判定することができ、それにより、劣化判定精度をさらに向上させることができる（なお、本明細書における「排ガス流量パラメータの検出」の「検出」は、センサなどにより排ガス流量パラメータを直接検出することに限らず、これを他のパラメータに基づいて算出することも含む）。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１Ａにおいて、所定成分はＮＯｘであり、下流側触媒１２は、排ガス中のＮＯｘを貯蔵する能力であるＮＯｘ貯蔵能を有し、劣化度合パラメータ算出手段は、劣化度合パラメータとして、中間濃度パラメータおよび下流側濃度パラメータを用いて、下流側触媒１２を通り抜けたＮＯｘ量を表すＮＯｘスリップ量パラメータ（ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ）を算出する（ステップ１０４，１４４）ことを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置よれば、下流側触媒が排ガス中のＮＯｘを貯蔵する能力であるＮＯｘ貯蔵能を有しているので、排ガスが下流側触媒に流入すると、排ガス中のＮＯｘが下流側触媒に貯蔵されることで、下流側触媒の下流側の排ガス中のＮＯｘ濃度は、下流側触媒の上流側よりも低くなるとともに、時間の経過に伴い、下流側触媒におけるＮＯｘ貯蔵量が下流側触媒の貯蔵能力の限界に達した時点で、下流側触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度が上昇し始め、上流側のＮＯｘ濃度と同じになる。すなわち、このような、下流側触媒の下流側のＮＯｘ濃度と上流側のＮＯｘ濃度との関係は、下流側触媒のＮＯｘ貯蔵能の高低すなわち下流側触媒の劣化度合を表すことになる。したがって、この劣化判定装置によれば、上流側触媒と下流側触媒の間における排ガス中の所定成分の濃度を表す中間濃度パラメータと、下流側触媒の下流側における排ガス中の所定成分の濃度を表す下流側濃度パラメータとを用いて、劣化度合パラメータとしての、下流側触媒を通り抜けたＮＯｘ量を表すＮＯｘスリップ量パラメータが算出されるので、このＮＯｘスリップ量パラメータを、下流側触媒の劣化度合を適切に表すように算出することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１Ａにおいて、劣化度合パラメータ算出手段は、下流側触媒１２のＮＯｘ貯蔵能が高いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータ（ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ）をより小さくなるように算出し（ステップ１０４，１４４）、活性度合パラメータ検出手段は、活性度合パラメータとして、上流側触媒１１の温度を表す温度パラメータ（上流側触媒の温度ＴＣＡＴ）を検出し、補正手段は、温度パラメータが表す上流側触媒１１の温度が低いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータをより小さくなるように補正し（ステップ１１１，１１２，１５２，１５３、図１９）、劣化判定手段は、補正されたＮＯｘスリップ量パラメータ（補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ）が所定値（所定の判定値ＮＯｘＪＵＤ、判定値ＮＯｘＪＵＤ２）を超えたときに、下流側触媒１２が劣化したと判定する（ステップ１１３，１１５，１５４，１５６）ことを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、下流側触媒のＮＯｘ貯蔵能が高いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータがより小さくなるように算出され、上流側触媒の温度が低いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータがより小さくなるように補正されるとともに、補正されたＮＯｘスリップ量パラメータが所定値を超えたときに、下流側触媒が劣化したと判定される。したがって、上流側触媒の温度が低いことに起因して、上流側触媒を通過する排ガスの活性度合が低い場合でも、それを反映させながら、下流側触媒の劣化を判定することができ、それにより、劣化判定精度をさらに向上させることができる。

請求項７に係る発明は、請求項５に記載の排ガス浄化装置１０の劣化判定装置１Ａにおいて、上流側触媒１１は酸素貯蔵能を有し、上流側触媒１１の酸素貯蔵能を表す上流側酸素貯蔵能パラメータ（上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣ）を算出する上流側酸素貯蔵能パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１１９）をさらに備え、劣化度合パラメータ算出手段は、下流側触媒１２のＮＯｘ貯蔵能が高いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータ（ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ）をより小さくなるように算出し（ステップ１０４，１４４）、補正手段は、算出された上流側酸素貯蔵能パラメータが表す上流側触媒１１の酸素貯蔵能が低いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータをより小さくなるようにさらに補正し（ステップ１１０、図１８）、劣化判定手段は、補正されたＮＯｘスリップ量パラメータ（補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ）が所定値（所定の判定値ＮＯｘＪＵＤ、判定値ＮＯｘＪＵＤ２）を超えたときに、下流側触媒１２が劣化したと判定する（ステップ１１３，１１５，１５４，１５６）ことを特徴とする。

この排ガス浄化装置の劣化判定装置によれば、下流側触媒のＮＯｘ貯蔵能が高いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータがより小さくなるように算出され、上流側触媒の酸素貯蔵能が低いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータがより小さくなるようにさらに補正されるとともに、補正されたＮＯｘスリップ量パラメータが所定値を超えたときに、下流側触媒が劣化したと判定される。一般に、上流側触媒の酸素貯蔵能すなわち劣化度合が変化すると、上流側触媒を通過した排ガスの活性度合が変化してしまう。これに対して、この劣化判定装置によれば、上流側触媒の酸素貯蔵能が低いほど、ＮＯｘスリップ量パラメータがより小さくなるようにさらに補正されるので、上流側触媒の劣化度合の変化に起因する、上流側触媒を通過した排ガスの活性度合の変化を反映させながら、下流側触媒の劣化を判定することができ、それにより、劣化判定精度をさらに向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置の劣化判定装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の劣化判定装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の空燃比制御などの各種の制御処理を実行するとともに、後述するように、排ガス浄化装置１０の劣化判定処理を実行する。

エンジン３は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジンタイプのものであり、複数組（１組のみ図示）の気筒３ａおよびピストン３ｂを備えている。エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁４が気筒３ａ毎に燃焼室に臨むように取り付けられている。

この燃料噴射弁４は、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に接続されている。高圧ポンプによって昇圧された燃料は、コモンレールを介して燃料噴射弁４に供給され、燃料噴射弁４から気筒３ａ内に噴射される。燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。

エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

エンジン３の吸気通路５には、エアフローセンサ２１が設けられており、このエアフローセンサ２１は、気筒内に吸入される空気量（以下「吸入空気量」という）ＧＡＩＲを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、クランク角センサ２０およびエアフローセンサ２１が排ガス流量パラメータ検出手段に相当する。

一方、エンジン３の排気通路７には、排ガス浄化装置１０が設けられており、この排ガス浄化装置１０は、上流側から順に排気通路７に配置された上流側触媒１１および下流側触媒１２を備えている。この上流側触媒１１は、酸素貯蔵能を有する三元触媒で構成され、その温度が後述する第１所定温度ＴＲＥＦ１以上である場合には、活性化して排気ガス中の有害な未燃成分を浄化する。

また、下流側触媒１２は、ＮＯｘ浄化触媒で構成されており、酸化雰囲気の排ガスが流入したときに、排ガス中のＮＯｘを捕捉（貯蔵）する能力と、排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能とを有している。この下流側触媒１２に捕捉されたＮＯｘおよび酸素は、還元雰囲気の排ガスが下流側触媒１２に流入したときに、還元剤と反応することによって還元される。

さらに、排気通路７には、上流側ＬＡＦセンサ２２が上流側触媒１１の上流側に、中間ＬＡＦセンサ２３が上流側触媒１１と下流側触媒１２の間に、下流側ＬＡＦセンサ２４が下流側触媒１２の下流側にそれぞれ設けられている。

これらのＬＡＦセンサ２２〜２４の各々は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路７内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ここで、排ガス中の酸素濃度が、排ガス中の還元剤（未燃燃料）と酸素との質量比（燃空比）に対して極めて高い相関性があることは周知であり、それに起因して、両者の一方から他方を精度よく推定（算出）できることも周知である。以上の原理により、ＥＣＵ２は、上流側ＬＡＦセンサ２２の検出信号の値に基づいて、上流側触媒１１よりも上流側の排ガス中の還元剤と酸素との質量比を当量比に換算した値である第１当量比ＫＡＣＴ１を算出し、中間ＬＡＦセンサ２３の検出信号の値に基づいて、上流側触媒１１と下流側触媒１２との間の排ガス中の還元剤と酸素との質量比を当量比に換算した値である第２当量比ＫＡＣＴ２を算出する。さらに、ＥＣＵ２は、下流側ＬＡＦセンサ２４の検出信号の値に基づいて、下流側触媒１２よりも下流側の排ガス中の還元剤と酸素との質量比を当量比に換算した値である第３当量比ＫＡＣＴ３を算出する。

なお、本実施形態では、中間ＬＡＦセンサ２３が中間濃度パラメータ検出手段に相当し、第２当量比ＫＡＣＴ２が中間濃度パラメータに相当し、下流側ＬＡＦセンサ２４が下流側濃度パラメータ検出手段に相当し、第３当量比ＫＡＣＴ３が下流側濃度パラメータに相当する。

また、上流側触媒１１には、触媒温センサ２５が取り付けられており、この触媒温センサ２５は、上流側触媒１１の温度（以下「触媒温」という）ＴＣＡＴを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、触媒温センサ２５が活性度合パラメータ検出手段に相当し、触媒温ＴＣＡＴが活性度合パラメータおよび温度パラメータに相当する。

さらに、エンジン３には、排気還流機構８が設けられている。この排気還流機構８は、排気通路７内の排ガスの一部を吸気通路５側に還流するものであり、吸気通路５および排気通路７の間に接続されたＥＧＲ通路８ａと、このＥＧＲ通路８ａを開閉するＥＧＲ制御弁８ｂなどで構成されている。ＥＧＲ通路８ａの一端は、排気通路７の上流側触媒１１よりも上流側の部位に開口し、他端は、吸気通路５のエアフローセンサ２１よりも下流側の部位に開口している。

ＥＧＲ制御弁８ｂは、そのリフトが最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁８ｂを介して、ＥＧＲ通路８ａの開度を変化させることにより、排ガスの還流量すなわちＥＧＲ量を制御する。このＥＧＲ量の制御と、前述した燃料噴射制御とによって、後述するように、空燃比が制御される。その結果、エンジン３は、通常時は理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させるリーン燃焼状態で運転され、後述するリッチスパイク制御時には、リッチな混合気を燃焼させるリッチ燃焼状態で運転される。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２６が電気的に接続されている。このアクセル開度センサ２６は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２６の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、各種の制御処理などを実行する。具体的には、以下に述べるように、空燃比制御処理などを実行するとともに、排ガス浄化装置１０における下流側触媒１２の劣化判定処理を行う。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、中間濃度パラメータ検出手段、下流側濃度パラメータ検出手段、劣化度合パラメータ算出手段、活性度合パラメータ検出手段、補正手段、劣化判定手段、制御手段および排ガス流量パラメータ検出手段に相当する。

以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される空燃比制御処理について説明する。この処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射タイミングφＩＮＪを算出するとともに、ＥＧＲ制御弁８ｂを介してＥＧＲ量を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期する制御周期で実行される。

この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨは、図示しない判定処理において、リッチスパイク制御の実行条件が成立したときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

ステップ１の判別結果がＮＯのときには、空燃比のリーン制御を実行すべきであると判定して、ステップ２に進み、リーン制御処理を実行する。このリーン制御処理では、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の要求トルクＰＭＣＭＤが算出され、このリーン制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される。さらに、このリーン制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の燃料噴射タイミングφＩＮＪが算出される。

これに加えて、リーン制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン制御用の目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤが算出され、吸入空気量ＧＡＩＲがこの目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに収束するように、ＥＧＲ制御弁８ｂがフィードバック制御される。

ステップ２のリーン制御処理を以上のように実行した後、本処理を終了する。これにより、エンジン３の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値になるように制御される。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、空燃比のリッチスパイク制御を実行すべきであると判定して、ステップ３に進み、リッチスパイク制御処理を実行する。このリッチスパイク制御処理では、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の要求トルクＰＭＣＭＤが算出され、このリッチスパイク制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される。さらに、このリッチスパイク制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の燃料噴射タイミングφＩＮＪが算出される。

これに加えて、リッチスパイク制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク制御用の目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤが算出され、吸入空気量ＧＡＩＲがこの目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに収束するように、ＥＧＲ制御弁８ｂがフィードバック制御される。

ステップ３のリッチスパイク制御処理を以上のように実行した後、本処理を終了する。これにより、エンジン３の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値になるように制御される。

次に、図３を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される劣化判定処理について説明する。この処理は、下流側触媒１２の酸素貯蔵能に基づいて、その劣化判定を行うものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

この処理では、まず、ステップ１０で、触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴが「１」であるか否かを判別する。この触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴは、上流側触媒１１が適切な活性状態にあるか否を表すものであり、その値は、具体的には図４に示す活性判定処理において設定される。

この活性判定処理では、まず、ステップ３０で、ＴＲＥＦ１≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦ２が成立しているか否かを判別する。ここで、２つの値ＴＲＥＦ１，ＴＲＥＦ２は、触媒温ＴＣＡＴの第１所定値および第２所定値であり、ＴＲＥＦ１＜ＴＲＥＦ２が成立するように設定される。また、第１所定値ＴＲＥＦ１は、上流側触媒１１が活性状態にあると推定される触媒温ＴＣＡＴの下限値（例えば４００℃）に設定され、第２所定値ＴＲＥＦ２は、触媒温ＴＣＡＴがこの値よりも高い場合、上流側触媒１１の活性度合が高すぎることで、これを通過した排ガスの活性度合が高すぎる状態となるような温度（例えば６００℃）に設定されている。

ステップ３０の判別結果がＹＥＳのときには、上流側触媒１１が適切な活性状態にあると判定して、ステップ３１に進み、それを表すために、触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ３０の判別結果がＮＯのときには、上流側触媒１１が活性状態にないか、または上流側触媒１１の活性度合が高すぎることで、上流側触媒１１が適切な活性状態にないと判定して、ステップ３２に進み、それを表すために、触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

図３に戻り、ステップ１０の判別結果がＮＯのときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、上流側触媒１１が適切な活性状態にあるときには、ステップ１１に進み、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤは、図示しない判定処理において、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨ＝１であることなどの、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

ステップ１１の判別結果がＮＯのときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているときには、ステップ１２に進み、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３が所定値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ステップ１３に進み、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出する。この第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出処理は、具体的には図５に示すように実行される。

まず、ステップ４０で、第２偏差ＤＫ２を、第２当量比ＫＡＣＴ２と値１．０との偏差（ＫＡＣＴ２−１．０）に設定する。次いで、ステップ４１に進み、第２偏差ＤＫ２が値０よりも大きいか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、ＤＫ２≦０のときには、ステップ４２に進み、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ４１の判別結果がＹＥＳで、ＤＫ２＞０のときには、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出すべきであると判定して、ステップ４３に進み、下式（１）により、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出した後、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚは第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の前回値である。

以上のように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、ＤＫ２＞０すなわちＫＡＣＴ２＞１．０であるときに、第２偏差ＤＫ２と吸入空気量ＧＡＩＲの積を積算することによって算出されるので、この第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、下流側触媒１２に流入する排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２に流入した還元剤の総量を表す値として算出される。

図３に戻り、ステップ１３で以上のように第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出した後、ステップ１４に進み、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出する。この第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３の算出処理は、具体的には図６に示すように実行される。

まず、ステップ５０で、第３偏差ＤＫ３を、第３当量比ＫＡＣＴ３と値１．０との偏差（ＫＡＣＴ３−１．０）に設定する。次いで、ステップ５１に進み、第３偏差ＤＫ３が値０よりも大きいか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、ＤＫ３≦０のときには、ステップ５２に進み、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ５１の判別結果がＹＥＳで、ＤＫ３＞０のときには、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出すべきであると判定して、ステップ５３に進み、下式（２）により、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出した後、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ３Ｚは第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３の前回値である。

以上のように、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、ＤＫ３＞０すなわちＫＡＣＴ３＞１．０であるときに、第３偏差ＤＫ３と吸入空気量ＧＡＩＲの積を積算することによって算出されるので、この第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、下流側触媒１２を通過した排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２を通過した還元剤の総量を表す値として算出される。

図３に戻り、ステップ１４で以上のように第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３を算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１２の判別結果がＹＥＳで、ｓｕｍｋａｃｔ３＞ｋｒｅｆのときには、下流側触媒１２に貯蔵されていた酸素が、下流側触媒１２を通過した還元雰囲気の排ガスとの酸化作用によってすべて消費されたと判定して、ステップ１５に進み、第２当量比偏差ＤＫＡＣＴ２が所定値ＫＲＥＦ２未満であるか否かを判別する。この第２当量比偏差ＤＫＡＣＴ２は、第２当量比の今回値と前回値との偏差の絶対値｜ＫＡＣＴ２−ＫＡＣＴ２Ｚ｜として算出される。

ステップ１５の判別結果がＮＯで、ＤＫＡＣＴ２≧ＫＲＥＦ２のときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が過渡状態にあると判定して、後述するステップ１７に進む。一方、ステップ１５の判別結果がＹＥＳで、ＤＫＡＣＴ２＜ＫＲＥＦ２のときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態にあると判定して、ステップ１６に進み、第２当量比ＫＡＣＴ２の平均値（以下「第２当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。この第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出処理は、具体的には以下に述べるように実行される。

すなわち、ＤＫＡＣＴ２＜ＫＲＥＦ２が成立した時点以降の第２当量比ＫＡＣＴ２を、制御タイミング毎にサンプリングし、第２当量比ＫＡＣＴ２のサンプリング数が所定値ｎ（例えば値１００）に達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均演算することによって、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。これに加えて、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出が終了した時点で、それを表すために、第２平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ２を「１」に設定する。

ステップ１５または１６に続くステップ１７で、第３当量比偏差ＤＫＡＣＴ３が所定値ＫＲＥＦ３未満であるか否かを判別する。この第３当量比偏差ＤＫＡＣＴ３は、第３当量比の今回値と前回値との偏差の絶対値｜ＫＡＣＴ３−ＫＡＣＴ３Ｚ｜として算出される。

ステップ１７の判別結果がＮＯで、ＤＫＡＣＴ３≧ＫＲＥＦ３のときには、第３当量比ＫＡＣＴ３が過渡状態にあると判定して、後述するステップ１９に進む。一方、ステップ１７の判別結果がＹＥＳで、ＤＫＡＣＴ３＜ＫＲＥＦ３のときには、第３当量比ＫＡＣＴ３が定常状態にあると判定して、ステップ１８に進み、第３当量比ＫＡＣＴ３の平均値（以下「第３当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ３を算出する。この第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３の算出処理は、具体的には以下に述べるように実行される。

すなわち、ＤＫＡＣＴ３＜ＫＲＥＦ３が成立した時点以降の第３当量比ＫＡＣＴ３を、制御タイミング毎にサンプリングし、第３当量比ＫＡＣＴ３のサンプリング数が前述した所定値ｎに達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均演算することによって、第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３を算出する。これに加えて、第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ３の算出が終了した時点で、それを表すために、第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ３を「１」に設定する。

ステップ１７または１８に続くステップ１９で、第２および第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ２，Ｆ＿ＡＶＥ３がいずれも「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第２および第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２，ａｖｅｋａｃｔ３の少なくとも一方が算出されていないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１９の判別結果がＹＥＳで、第２および第３当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２，ａｖｅｋａｃｔ３の双方を算出済みであるときには、ステップ２０に進み、第２および第３平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ２，Ｆ＿ＡＶＥ３を双方とも「０」に設定する。

次いで、ステップ２１に進み、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行する。この設定処理は、具体的には図７に示すように実行される。

まず、ステップ６０で、下式（３）により、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを算出する。

この触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅは、下流側触媒１２の酸素貯蔵能を表すものであり、その算出式として上式（３）を用いるのは以下の理由による。すなわち、上式（３）を変形すると、下式（４）が得られる。

この式（４）を参照すると明らかなように、その右辺の括弧内の第２項は、２つの当量比平均値の比ａｖｅｋａｃｔ２／ａｖｅｋａｃｔ３を第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３に乗算した値であり、これは、中間ＬＡＦセンサ２３の出力と下流側ＬＡＦセンサ２４の出力とが互いに同じ感度になるように、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３をゲイン補正した値に相当する。

ここで、前述したように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、下流側触媒１２に流入する排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２に流入した還元剤の総量を表しており、第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３は、下流側触媒１２を通過した排ガスが還元雰囲気になった時点からの、下流側触媒１２を通過した還元剤の総量を表している。そのため、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２と、上記のようにゲイン補正した第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３との偏差（すなわち式（４）の右辺の括弧内の値）は、還元雰囲気の排ガスが下流側触媒１２を通過した際、下流側触媒１２に貯蔵されている酸素によって酸化された還元剤の総量を表すことになる。したがって、前述した式（４）すなわち式（３）の場合、そのような偏差を第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２で除算することによって、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅが算出されるので、この触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを下流側触媒１２の酸素貯蔵能を適切に表す値として算出できる。

以上の理由により、本実施形態では、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅが、前述した式（３）によって算出される。また、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅは、下流側触媒１２の酸素貯蔵能が高いほど、より大きくなるように算出される。なお、本実施形態では、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅが劣化度合パラメータおよび酸素貯蔵能パラメータに相当する。

ステップ６０に続くステップ６１で、触媒温ＴＣＡＴに応じて、図８に示すマップ（１次元マップ）を検索することにより、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴを算出する。同図において、ＴＲＥＦｍは、ＴＲＥＦ１＜ＴＲＥＦｍ＜ＴＲＥＦ２が成立するように設定される触媒温ＴＣＡＴの所定値である。

このマップでは、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴは、ＴＲＥＦ１≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦｍの範囲において、触媒温ＴＣＡＴが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、触媒温ＴＣＡＴがＴＲＥＦ１≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦｍの範囲にある場合、触媒温ＴＣＡＴが低いほど、上流側触媒１１の活性度合がより低い状態になるので、それに対応するためである。また、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴは、ＴＲＥＦｍ＜ＴＣＡＴの範囲では一定値に設定されており、これは、上流側触媒１１の活性度合がＴＲＥＦｍ＜ＴＣＡＴの範囲において変化しないためである。

ステップ６１に続くステップ６２で、排ガス流量ＱＧＡＳに応じて、図９に示すマップを検索することにより、排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳを算出する。なお、排ガス流量ＱＧＡＳ（排ガス流量パラメータ）は、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡＩＲなどに基づき、質量流量として算出される。このマップでは、排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳは、排ガス流量ＱＧＡＳが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、排ガス流量ＱＧＡＳが大きい場合、排ガスが上流側触媒１１を通過する際に上流側触媒１１と反応しにくくなり、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合が低くなることに起因して、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが実際値よりも小さな値に算出されてしまう状態が発生したり、下流側触媒１２自体の排ガスとの反応時間（接触時間）が短くなること、および排ガス中の酸素が下流側触媒１２に取り込まれにくくなることに起因して、下流側触媒１２に実際に貯蔵される酸素量が低下してしまう状態が発生したりするので、それに対応するためである。

次いで、ステップ６３に進み、下式（５）により、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを算出する。

次に、ステップ６４で、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが所定の判定値ＯＳＣＪＵＤよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＯＳＣ＞ＯＳＣＪＵＤであるときには、下流側触媒１２が劣化していないと判定して、ステップ６５に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ６４の判別結果がＮＯで、ＯＳＣ≦ＯＳＣＪＵＤであるときには、下流側触媒１２が劣化したと判定して、ステップ６６に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。なお、本実施形態では、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが、補正された劣化度合パラメータおよび補正された酸素貯蔵能パラメータに相当し、所定の判定値ＯＳＣＪＵＤが所定値に相当する。

図３に戻り、ステップ２１で以上のように触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを設定した後、本処理を終了する。

以上のように、第１実施形態の劣化判定装置１によれば、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを所定の判定値ＯＳＣＪＵＤと比較することによって、下流側触媒１２の劣化の有無が判定されるとともに、この触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴおよび排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳで補正することによって算出される。この場合、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅは、下流側触媒１２の酸素貯蔵能を表すものであるので、下流側触媒１２の劣化度合を表すものに相当する。それにより、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅに基づいて算出した触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを用いることによって、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく行うことができる。

また、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴは、前述したように、ＴＲＥＦ１≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦｍの範囲において、触媒温ＴＣＡＴが低いほど、より大きくなるように算出されるので、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣは、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合が低いほど、より大きくなるように算出されることになる。したがって、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合の変化を反映させながら、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを算出することができ、それにより、上流側触媒１１の温度変化に起因して、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合が変化する場合でも、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく実行することができる。その結果、下流側触媒１２の劣化判定精度を向上させることができる。

また、排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳは、前述したように、排ガス流量ＱＧＡＳが大きいほど、より大きくなるように算出されるので、排ガス流量ＱＧＡＳが大きいことで、排ガスが上流側触媒１１を通過する際に上流側触媒１１と反応しにくくなり、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合が低くなったときでも、それを反映させながら、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを適切に算出することができる。すなわち、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合が低くなったときでも、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが実際値よりも小さな値に算出されてしまうのを回避することができる。以上により、排ガス流量ＱＧＡＳの変化に起因して、上流側触媒１１に対する排ガスの反応状態が変化する場合でも、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく実行することができる。その結果、下流側触媒１２の劣化判定精度をさらに向上させることができる。

なお、第１実施形態は、上流側触媒として三元触媒タイプのものを用いた例であるが、本発明の上流側触媒はこれに限らず、排ガスを浄化できるものであればよい。例えば、下流側触媒１２と同様のＮＯｘ浄化触媒を、上流側触媒として用いてもよい。また、第１実施形態は、下流側触媒としてＮＯｘ浄化触媒を用いた例であるが、本発明の下流側触媒はこれに限らず、排ガスを浄化できるとともに酸素貯蔵能を有するものであればよい。例えば、三元触媒を下流側触媒として用いてもよい。

また、第１実施形態は、中間濃度パラメータ検出手段として中間ＬＡＦセンサ２３を用いた例であるが、本発明の中間濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、上流側触媒と下流側触媒の間の排ガス中の、所定成分としての酸素の濃度を表す中間濃度パラメータを検出可能なものであればよい。例えば、中間濃度パラメータ検出手段として、排ガス中のＮＯｘ濃度に加えて酸素濃度もリニアに検出するＮＯｘ濃度センサや、排ガスの空燃比が理論空燃比からリッチ側に変化したときに検出値が所定の勾配を示すような酸素濃度センサなどを用いてもよい。

さらに、第１実施形態は、下流側濃度パラメータ検出手段として下流側ＬＡＦセンサ２４を用いた例であるが、本発明の下流側濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、下流側触媒の下流側の排ガス中の、所定成分としての酸素の濃度を表す下流側濃度パラメータを検出可能なものであればよい。例えば、下流側濃度パラメータ検出手段として、排ガス中のＮＯｘ濃度に加えて酸素濃度もリニアに検出するＮＯｘ濃度センサや、排ガスの空燃比が理論空燃比からリッチ側に変化したときに検出値が所定の勾配を示すような酸素濃度センサなどを用いてもよい。

一方、第１実施形態は、温度パラメータとして、触媒温ＴＣＡＴを用いた例であるが、本発明の温度パラメータはこれに限らず、上流側触媒の温度を表すものであればよい。例えば、温度パラメータとして、上流側触媒を通過した排ガスの温度や、エンジン始動時からの経過時間の計数値、上流側触媒に供給された排ガスの熱量の積算値などを用いてもよい。

また、第１実施形態は、酸素貯蔵能パラメータとして、触媒酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを用いた例であるが、本発明の酸素貯蔵能パラメータはこれに限らず、下流側触媒の酸素貯蔵能を表すものであればよい。

次に、図１０を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置の劣化判定装置１Ａについて説明する。同図に示すように、この劣化判定装置１Ａは、第１実施形態の劣化判定装置１と比べると、下流側ＬＡＦセンサ２４が省略されている点と、中間ＮＯｘセンサ３０および下流側ＮＯｘセンサ３１を備えている点以外は、劣化判定装置１と同様に構成されているので、以下、劣化判定装置１と異なる点を中心に説明するとともに、それ以外の構成に関しては説明を省略する。

この劣化判定装置１Ａは、中間ＮＯｘセンサ３０および下流側ＮＯｘセンサ３１を備えており、これらのＮＯｘセンサ３０，３１はＥＣＵ２に電気的に接続されている。中間ＮＯｘセンサ３０は、排気通路７の上流側触媒１１と下流側触媒１２の間に設けられており、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この中間ＮＯｘセンサ３０の検出信号に基づき、２つの触媒１１，１２間の排ガス中のＮＯｘ濃度（以下「中間ＮＯｘ濃度」という）ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅを算出する。なお、本実施形態では、中間ＮＯｘセンサ３０が中間濃度パラメータ検出手段に相当し、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅが中間濃度パラメータに相当する。

また、下流側ＮＯｘセンサ３１は、排気通路７の下流側触媒１２よりも下流側に設けられており、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この下流側ＮＯｘセンサ３１の検出信号に基づき、下流側触媒１２を通過した排ガス中のＮＯｘ濃度（以下「下流側ＮＯｘ濃度」という）ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔを算出する。なお、本実施形態では、下流側ＮＯｘセンサ３１が下流側濃度パラメータ検出手段に相当し、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔが下流側濃度パラメータに相当する。

次に、ＥＣＵ２によって実行される各種の制御処理について説明する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、中間濃度パラメータ検出手段、下流側濃度パラメータ検出手段、劣化度合パラメータ算出手段、活性度合パラメータ検出手段、補正手段、劣化判定手段、制御手段および上流側酸素貯蔵能パラメータ算出手段に相当する。

まず、図１１を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される空燃比制御処理について説明する。この処理は、前述した図２の空燃比制御処理と同様に、燃料噴射弁４による燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射タイミングφＩＮＪを算出するとともに、ＥＧＲ制御弁８ｂを介してＥＧＲ量を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期する制御周期で実行される。

この処理では、まず、ステップ７０で、前述したステップ１と同様に、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ステップ７１に進み、高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰが「１」であるか否かを判別する。この高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰの値は、後述する劣化判定処理において設定される。

ステップ７１の判別結果がＮＯのときには、空燃比のリーン制御を実行すべきであると判定して、ステップ７２に進み、前述したステップ２と同様にリーン制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ７０の判別結果がＹＥＳのときには、空燃比のリッチスパイク制御を実行すべきであると判定して、ステップ７３に進み、前述したステップ３と同様にリッチスパイク制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ７１の判別結果がＹＥＳのときには、高ＮＯｘ濃度制御を実行すべきであると判定して、ステップ７４に進み、高ＮＯｘ濃度制御処理を実行する。この高ＮＯｘ濃度制御処理は、具体的には、図１２に示すように実行される。

まず、ステップ８０で、前述したリーン制御処理およびリッチスパイク制御処理と同様の手法により、高ＮＯｘ濃度制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射タイミングφＩＮＪを算出する。すなわち、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、高ＮＯｘ濃度制御用の要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、この高ＮＯｘ濃度制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、高ＮＯｘ濃度制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射タイミングφＩＮＪを算出する。

次に、ステップ８１で、高ＮＯｘ濃度制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、高ＮＯｘ濃度制御用の目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤを算出する。

次いで、ステップ８２に進み、ＥＧＲ制御処理を実行した後、本処理を終了する。このＥＧＲ制御処理では、吸入空気量ＧＡＩＲが目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに収束するように、ＥＧＲ制御弁８ｂがフィードバック制御される。それにより、ＥＧＲ量がリーン制御中よりも減少するように制御され、その結果、エンジン３から排気通路７に排出される排ガスは、その空燃比がリーン制御中と同じ状態に制御されるとともに、ＮＯｘ濃度がリーン制御中よりも高い値になるように制御される。

図１１に戻り、ステップ７４の高ＮＯｘ濃度制御処理を以上のように実行した後、空燃比制御処理を終了する。

次に、図１３を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される劣化判定処理について説明する。この処理は、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅと下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔに基づいて、下流側触媒１２の劣化判定を行うものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

この処理では、まず、ステップ９０で、前述した触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴが「１」であるか否かを判別する。この触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴは、第１実施形態の劣化判定装置１と同様に、前述した図４の活性判定処理によって設定される。このステップ９０の判別結果がＮＯで、上流側触媒１１が活性状態になっていないときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、ステップ９１に進み、後述する２つのフラグＦ＿ＺＥＲＯ，Ｆ＿ＣＡＬをいずれも「０」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ９０の判別結果がＹＥＳで、上流側触媒１１が適切な活性状態にあるときには、ステップ９２に進み、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤ２が「１」であるか否かを判別する。この判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤ２は、図示しない判定処理において、以下の条件（ｆ１）〜（ｆ３）がいずれも成立しているときには、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているとして「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。
（ｆ１）リッチスパイク制御を終了してから所定時間が経過していること。
（ｆ２）今回の運転サイクル中（すなわちエンジン始動時から停止時までの間）において、劣化判定処理を実行済みでないこと。
（ｆ３）エンジン３が劣化判定処理を実行可能な運転状態であること。

このステップ９２の判別結果がＮＯで、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立していないときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、前述したステップ９１を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ９２の判別結果がＹＥＳで、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているときには、ステップ９３に進み、ゼロ点補正済みフラグＦ＿ＺＥＲＯが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、下流側ＮＯｘセンサ３１のゼロ点補正を実行すべきであると判定して、ステップ９４に進み、ゼロ点補正処理を以下に述べるように実行した後、本処理を終了する。

このステップ９４のゼロ点補正処理は、以下に述べるように実行される。まず、下流側ＮＯｘセンサ３１の検出信号値を、制御周期ΔＴ毎にサンプリングし、所定個数（例えば１００個）の検出信号値がサンプリングされた時点で、所定個数のサンプリング値を相加平均演算することによって、補正項を算出する。そして、この補正項の算出以降は、下流側ＮＯｘセンサ３１の実際の検出信号値から補正項を減算した値に基づいて、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔが算出される。なお、ゼロ点補正済みの検出信号値が負の場合には、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔは値０に設定される。

また、下流側ＮＯｘセンサ３１のゼロ点補正処理において、上記の補正項が算出された時点で、ゼロ点補正処理を実行済みであることを表すために、ゼロ点補正済みフラグＦ＿ＺＥＲＯが「１」に設定される。

このように、ステップ９４でゼロ点補正済みフラグＦ＿ＺＥＲＯが「１」に設定されると、ステップ９３の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ９５に進み、判定値算出済みフラグＦ＿ＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、後述するＮＯｘ供給量判定値ＮＯｘＲＥＦを算出すべきであると判定して、ステップ９６に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘに応じて、図１４に示すマップを検索することにより、ＮＯｘ捕捉能ＮＯｘＳを算出する。このＮＯｘ捕捉能ＮＯｘＳは、下流側触媒１２が捕捉可能なＮＯｘ量を表すものである。また、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、下流側触媒１２に捕捉されたと推定されるＮＯｘ量であり、具体的には、以下に述べるように算出される。すなわち、図示しない算出処理において、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、エンジン３の燃焼室から排気通路７に排出されるＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出するとともに、これを積算することによって、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが算出される。

また、図１４に示すように、ＮＯｘ捕捉能ＮＯｘＳは、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが下流側触媒１２に捕捉されたと推定されるＮＯｘ量である関係上、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが大きいほど、下流側触媒１２が捕捉可能なＮＯｘ量がより小さくなるためである。

次いで、ステップ９７に進み、下流側触媒１２の温度（以下「下流側触媒温」という）ＴＣＡＴ２に応じて、図１５に示すマップを検索することにより、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２を算出する。この下流側触媒温ＴＣＡＴ２は、ＥＣＵ２によって、触媒温センサ２４と同様の下流側温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて算出される。同図において、ＴＲＥＦａ〜ＴＲＥＦｄは、ＴＲＥＦａ＜ＴＲＥＦｂ＜ＴＲＥＦｃ＜ＴＲＥＦｄが成立するように設定される下流側触媒温ＴＣＡＴ２の所定値である。このマップでは、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２は、ＴＲＥＦａ≦ＴＣＡＴ２＜ＴＲＥＦｂの範囲において、下流側触媒温ＴＣＡＴ２が低いほど、より小さい値に設定されている。これは、下流側触媒温ＴＣＡＴ２がＴＲＥＦａ≦ＴＣＡＴ２＜ＴＲＥＦｂの範囲にある場合、下流側触媒温ＴＣＡＴ２が低いほど、下流側触媒１２の活性度合がより低いことで、そのＮＯｘ捕捉能力がより低い状態になるので、それに対応するためである。

また、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２は、ＴＲＥＦｂ≦ＴＣＡＴ２≦ＴＲＥＦｃの範囲では一定値に設定されており、これは、下流側触媒１２の活性度合がＴＲＥＦｂ≦ＴＣＡＴ２≦ＴＲＥＦｃの範囲において変化しないためである。さらに、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２は、ＴＲＥＦｃ＜ＴＣＡＴ２≦ＴＲＥＦｄの範囲では、下流側触媒温ＴＣＡＴ２が高いほど、より小さい値に設定されている。これは、下流側触媒温ＴＣＡＴ２がＴＲＥＦｃ＜ＴＣＡＴ２≦ＴＲＥＦｄの範囲にある場合、下流側触媒温ＴＣＡＴ２が高いほど、下流側触媒１２のＮＯｘ捕捉能力が低下するので、それに対応するためである。

ステップ９７に続くステップ９８で、排ガス流量ＱＧＡＳに応じて、図１６に示すマップを検索することにより、排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳ２を算出する。このマップでは、排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳ２は、排ガス流量ＱＧＡＳが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、排ガス流量ＱＧＡＳが大きい場合、排ガスが下流側触媒１２を通過する際に下流側触媒１２と反応しにくくなり、下流側触媒１２を通過した排ガスの活性度合が低くなることに起因して、下流側触媒１２が実際よりも低いＮＯｘ捕捉能力を示す状態が発生したり、下流側触媒１２自体の排ガスとの反応時間（接触時間）が短くなること、および排ガス中のＮＯｘが下流側触媒１２に捕捉されにくくなることに起因して、下流側触媒１２に実際に捕捉されるＮＯｘ量が低下してしまう状態が発生したりするので、それに対応するためである。

次に、ステップ９９に進み、下式（６）により、ＮＯｘ供給量判定値ＮＯｘＲＥＦを算出する。

次いで、ＮＯｘ供給量判定値ＮＯｘＲＥＦを算出済みであることを表すために、ステップ１００に進み、判定値算出済みフラグＦ＿ＣＡＬを「１」に設定した後、本処理を終了する。

上記のように、ステップ１００で判定値算出済みフラグＦ＿ＣＡＬが「１」に設定されると、ステップ９５の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１０１に進み、高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、高ＮＯｘ濃度制御を実行すべきであると判定して、ステップ１０２に進み、高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰを「１」に設定した後、本処理を終了する。

このように、ステップ１０２で高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰが「１」に設定されると、ステップ１０１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１０３に進み、下式（７）により、ＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘを算出する。

この式（７）において、ｓｕｍＰｒｅＮＯｘＺは、ＮＯｘ供給量の前回値を表している。また、式（７）の右辺の第２項は、中間ＮＯｘ濃度と排ガス流量と制御周期の積ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅ・ＱＧＡＳ・ΔＴであるので、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２に供給されたＮＯｘ量を表すものである。したがって、ＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘは、そのような値ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅ・ＱＧＡＳ・ΔＴを積算することによって算出されるので、高ＮＯｘ濃度制御処理の開始タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２に供給されたと推定されるＮＯｘの総量を表すものになる。

次いで、ステップ１０４に進み、下式（８）により、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを算出する。

この式（８）において、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＺは、ＮＯｘスリップ量の前回値を表している。また、式（８）の右辺の第２項は、下流側ＮＯｘ濃度と排ガス流量と制御周期の積ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔ・ＱＧＡＳ・ΔＴであるので、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２に捕捉されることなく、下流側触媒１２を通過したＮＯｘ量を表すものである。したがって、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘは、そのような値ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔ・ＱＧＡＳ・ΔＴを積算することによって算出されるので、高ＮＯｘ濃度制御処理の開始タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２を通過したと推定されるＮＯｘの総量を表すものになる。

すなわち、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘは、下流側触媒１２のＮＯｘ捕捉能力が高いほど、より小さくなるように算出される。なお、本実施形態では、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘが劣化度合パラメータおよびＮＯｘスリップ量パラメータに相当する。

次に、ステップ１０５で、ｓｕｍＰｒｅＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦまたはｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦ２が成立しているか否かを判別する。このＮＯｘＲＥＦ２は、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘの所定の判定値（一定値）である。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１０５の判別結果がＹＥＳで、ｓｕｍＰｒｅＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦが成立しているか、またはｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦ２が成立しているときには、下流側触媒１２の劣化判定を行うのに十分な量のＮＯｘが下流側触媒１２に供給されたか、または下流側触媒１２を通り抜けたＮＯｘ量が多い状態にあることで、下流側触媒１２の劣化判定を行うべきであると判定して、ステップ１０６に進み、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行する。

この触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理は、具体的には図１７に示すように実行される。この処理では、まず、ステップ１１０で、補正係数ＣｏｒＮＯｘを算出する。この補正係数ＣｏｒＮＯｘは、具体的には、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣに応じて、図１８に示すマップを検索することにより算出される。この上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣ（上流側酸素貯蔵能パラメータ）は、上流側触媒１１の酸素貯蔵能を表すものであり、後述する図２０の算出処理で算出される。

図１８おいて、ＰｒｅＯＳＣ１は、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣの所定値を表しており、このマップでは、補正係数ＣｏｒＮＯｘは、ＰｒｅＯＳＣ＜ＰｒｅＯＳＣ１の範囲において、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣが小さいほど、より小さい値に設定されている。これは、ＰｒｅＯＳＣ＜ＰｒｅＯＳＣ１の範囲では、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣが小さいほど、上流側触媒１１がより劣化した状態にあることで、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合がより低くなり、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘが実際よりも大きな値に算出されることになるので、それに対応するためである。また、補正係数ＣｏｒＮＯｘは、ＰｒｅＯＳＣ≧ＰｒｅＯＳＣ１の範囲では、一定に設定されている。これは、ＰｒｅＯＳＣ≧ＰｒｅＯＳＣ１の範囲では、上流側触媒１１が劣化していないことで、上流側触媒１１を通過した排ガスの活性度合が変化しないためである。

ステップ１１０に続くステップ１１１で、触媒温ＴＣＡＴに応じて、図１９に示すマップを検索することにより、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３を算出する。同図のＴＲＥＦ４〜６は、ＴＲＥＦ４＜ＴＲＥＦ５＜ＴＲＥＦ６が成立するように設定される触媒温ＴＣＡＴの所定値である。同図に示すように、このマップでは、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３は、ＴＲＥＦ４≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦ５の範囲において、触媒温ＴＣＡＴが低いほど、より小さい値に設定されている。これは、触媒温ＴＣＡＴがＴＲＥＦ４≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦ５の範囲にある場合、触媒温ＴＣＡＴが低いほど、上流側触媒１１の活性度合がより低い状態になることで、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘが実際よりも大きな値に算出されることになるので、それに対応するためである。また、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３は、ＴＲＥＦ５＜ＴＣＡＴの範囲では一定値に設定されており、これは、上流側触媒１１の活性度合がＴＲＥＦ５＜ＴＣＡＴの範囲において変化しないためである。

次に、ステップ１１２に進み、下式（９）により、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを算出する。

次いで、ステップ１１３に進み、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦが所定の判定値ＮＯｘＪＵＤよりも大きいか否かを判別する。この判定値ＮＯｘＪＵＤは、一定値に設定されている。この判別結果がＮＯで、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ≦ＮＯｘＪＵＤのときには、下流側触媒１２が劣化していないと判定して、ステップ１１４に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」に設定する。

一方、ステップ１１３の判別結果がＹＥＳで、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ＞ＮＯｘＪＵＤのときには、下流側触媒１２が劣化したと判定して、ステップ１１５に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」に設定する。なお、本実施形態では、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦが、補正された劣化度合パラメータおよび補正されたＮＯｘスリップ量パラメータに相当し、判定値ＮＯｘＪＵＤが所定値に相当する。

以上のステップ１１４または１１５に続くステップ１１６で、高ＮＯｘ濃度制御処理を終了すべきであることを表すために、高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰを「０」に設定する。

次に、ステップ１１７に進み、ＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘと、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘをいずれも値０に設定した後、本処理を終了する。

図１３に戻り、ステップ１０６で、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を以上のように実行した後、劣化判定処理を終了する。

なお、前述したステップ１０５において、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを、判定値ＮＯｘＲＥＦ２に代えて、前述したステップ１１３で用いた判定値ＮＯｘＪＵＤと比較するように構成してもよい。また、前述したステップ９７では、下流側温度センサの検出信号に基づいて下流側触媒温ＴＣＡＴ２を算出し、この下流側触媒温ＴＣＡＴ２を用いて触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２を算出したが、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２の算出手法はこれに限らず、下流側触媒１２の温度と相関性の高いパラメータを用いて、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２を算出する手法であればよい。例えば、エンジン３の運転状態を表すパラメータ（例えば、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡＩＲおよびアクセル開度ＡＰなど）に応じて、下流側触媒１２の温度を推定し、この推定温度を用いて触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２を算出してもよい。また、前述した触媒温ＴＣＡＴは、下流側触媒１２の温度と相関性が高いものであるので、この触媒温ＴＣＡＴに応じて設定したマップを用いて、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２を算出してもよい。

次に、図２０を参照しながら、前述した上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣの算出処理について説明する。この処理は、前述したリッチスパイク制御中に所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。この処理では、ステップ１１９において、以下に述べるように、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣが算出される。まず、前述したステップ１２〜１４と同様の手法により、上流側ＬＡＦセンサ２２の検出信号に基づき、第１当量比と値１．０との偏差に吸入空気量を乗算した値（ＫＡＣＴ１−１．０）・ＧＡＩＲを積算することによって、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出するとともに、ステップ１５〜１８と同様の手法により、第１当量比ＫＡＣＴ１の平均値ａｖｅｋａｃｔ１を算出する。

さらに、前述したステップ１３と同一の手法により、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出するとともに、前述したステップ１５，１６と同一の手法により、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。そして、下式（１０）により、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣが算出される。

ステップ１１９で、以上のように上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣを算出した後、本処理を終了する。

次に、図２１を参照しながら、高ＮＯｘ濃度制御処理および劣化判定処理を以上のように実行した場合の、各フラグおよび各算出値の経時変化の一例について説明する。なお、同図中の下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔと、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘとにおいて、実線で示す曲線は、下流側触媒１２が劣化している場合のものであり、破線で示す曲線は、下流側触媒１２が劣化していない場合のものである。

同図に示すように、時刻ｔ１で、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立し、Ｆ＿ＪＵＤ２＝１が成立すると、その後のＮＯｘ供給量判定値ＮＯｘＲＥＦが算出された時点（時刻ｔ２）で、Ｆ＿ＮＯｘＵＰ＝１が成立し、高ＮＯｘ濃度制御処理が開始されるとともに、この高ＮＯｘ濃度制御処理の開始時点から任意の時間が経過したタイミング（時刻ｔ３）で、高ＮＯｘ濃度の排ガスが中間ＮＯｘセンサ３０に到達し、ＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘが上昇し始める。このＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘの上昇開始以降において、下流側触媒１２が劣化しているときには、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔも時間の経過に伴って上昇するとともに、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦも時間の経過に伴って上昇する。そして、ｓｕｍＰｒｅＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦが成立した時点（時刻ｔ４）で、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ＞ＮＯｘＪＵＤが成立する。それにより、下流側触媒１２が劣化したと判定される。

一方、下流側触媒１２が劣化していないときには、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ＰｏｓｔおよびＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘがほとんど変化しない。それにより、ｓｕｍＰｒｅＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦが成立した時点（時刻ｔ４）でも、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ≦ＮＯｘＪＵＤが成立する。それにより、下流側触媒１２が劣化していないと判定される。

以上のように、第２実施形態の劣化判定装置１Ａによれば、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを所定の判定値ＮＯｘＪＵＤと比較することによって、下流側触媒１２の劣化の有無が判定されるとともに、この補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦが、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを、補正係数ＣｏｒＮＯｘおよび触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３で補正することによって算出される。この場合、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘは、下流側触媒１２を通過したと推定されるＮＯｘの総量を表すものであるので、下流側触媒１２の劣化度合を表すものに相当する。それにより、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘに基づいて算出した補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを用いることによって、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく行うことができる。

また、補正係数ＣｏｒＮＯｘは、前述したように、ＰｒｅＯＳＣ＜ＰｒｅＯＳＣ１の範囲において、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣが小さいほど、より小さくなるように算出されるので、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦは、上流側触媒１１の酸素貯蔵能が低いほど、すなわち上流側触媒１１が劣化していることで、これを通過する排ガスの活性度合が低いほど、より小さくなるように算出されることになる。したがって、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合の変化を反映させながら、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを算出することができ、それにより、上流側触媒１１の劣化に起因して、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合が変化する場合でも、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく実行することができる。その結果、下流側触媒１２の劣化判定精度を向上させることができる。

また、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３は、前述したように、ＴＲＥＦ４≦ＴＣＡＴ≦ＴＲＥＦ５の範囲において、触媒温ＴＣＡＴが低いほど、より小さくなるように算出されるので、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦは、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合が低いほど、より小さくなるように算出されることになる。したがって、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合の変化を反映させながら、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを算出することができ、それにより、上流側触媒１１の温度変化に起因して、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合が変化する場合でも、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく実行することができる。その結果、下流側触媒１２の劣化判定精度をさらに向上させることができる。

さらに、下流側触媒１２の劣化判定処理を実行する際、空燃比制御処理において、高ＮＯｘ濃度制御処理が実行され、下流側触媒１２に供給される排ガス中のＮＯｘ濃度が、空燃比のリーン制御処理が実行される通常運転時よりも高くなるように制御される。それにより、通常運転時と比較して、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘの上昇タイミングを早めることができるとともに、その上昇速度も高めることができる。その結果、下流側触媒１２の劣化判定を迅速に行うことができるとともに、その判定精度をより一層向上させることができる。

なお、第２実施形態は、中間濃度パラメータ検出手段として、中間ＮＯｘセンサ３０を用いた例であるが、本発明の中間濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、上流側触媒と下流側触媒の間における排ガス中の、所定成分としてのＮＯｘの濃度を表す中間濃度パラメータを検出または算出できるものであればよい。例えば、中間ＮＯｘセンサ３０を省略し、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅを推定し、この推定値を用いて、中間濃度パラメータとしてのＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘを算出してもよい。

また、第２実施形態は、下流側濃度パラメータ検出手段として、下流側ＮＯｘセンサ３１を用いた例であるが、本発明の下流側濃度パラメータ検出手段はこれに限らず、下流側触媒の下流側における排ガス中の、所定成分としてのＮＯｘ濃度を表す下流側濃度パラメータを検出または算出できるものであればよい。例えば、ＮＯｘセンサ以外のセンサの検出信号に基づいて、下流側濃度パラメータとしての下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔを算出してもよい。

さらに、第２実施形態は、排ガス流量パラメータとして、排ガス流量ＱＧＡＳを用いた例であるが、本発明の排ガス流量パラメータはこれに限らず、排ガス流量を表すものであればよい。例えば、排ガス流量パラメータとして、空間速度を用いてもよい。

一方、第２実施形態は、ＮＯｘスリップ量パラメータとして、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを用いた例であるが、本発明のＮＯｘスリップ量パラメータはこれに限らず、下流側触媒を通り抜けたＮＯｘ量を表すものであればよい。

また、第２実施形態は、上流側酸素貯蔵能パラメータとして、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣを用いた例であるが、本発明の上流側酸素貯蔵能パラメータはこれに限らず、上流側触媒の酸素貯蔵能を表すものであればよい。

さらに、第２実施形態は、ステップ９４のゼロ点補正処理において、下流側ＮＯｘセンサ３１のゼロ点補正のみを実行した例であるが、上流側触媒１１が下流側触媒１２と同じくＮＯｘ浄化触媒タイプのものである場合には、ステップ９４のゼロ点補正処理において、中間ＮＯｘセンサ３０および下流側ＮＯｘセンサ３１の双方のゼロ点補正を実行してもよい。

また、第２実施形態の劣化判定装置１Ａにおいて、中間ＬＡＦセンサ２３を省略し、中間ＮＯｘセンサ３０として酸素濃度を検出する能力を有するものを用いることにより、リッチスパイク制御中、上流側ＬＡＦセンサ２２および中間ＮＯｘセンサ３０の検出信号値に基づいて、上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣを算出するように構成してもよい。このようにした場合、センサを１個省略できることで、その分、製造コストを削減することができる。

一方、第２実施形態は、高ＮＯｘ濃度制御処理を図１２に示すように実行した例であるが、高ＮＯｘ濃度制御処理はこれに限らず、下流側触媒１２に供給される排ガスのＮＯｘ濃度をリーン制御時よりも高い値になるように制御する処理であればよい。例えば、高ＮＯｘ濃度制御処理を図２２に示すように実行してもよい。

同図に示すように、この高ＮＯｘ濃度制御処理では、まず、ステップ１２０で、前述したステップ８０と同じ手法により、高ＮＯｘ濃度制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射タイミングφＩＮＪを算出する。

次いで、ステップ１２１で、高ＮＯｘ濃度制御用の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅの目標値ＣＮＯｘ＿ＰｒｅＣＭＤを算出する。この目標値ＣＮＯｘ＿ＰｒｅＣＭＤは、リーン制御中の中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅよりも高い値に設定されている。

ステップ１２１に続くステップ１２２で、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅが上記目標値ＣＮＯｘ＿ＰｒｅＣＭＤに収束するように、ＥＧＲ制御弁８ｂをフィードバック制御した後、本処理を終了する。以上により、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅがリーン制御中の値よりも高い値になるように制御され、それによって、下流側触媒１２の劣化判定を迅速かつ精度よく実行することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置の劣化判定装置について説明する。この劣化判定装置は、第２実施形態の劣化判定装置１Ａと比較すると、第２実施形態の図１３に示す劣化判定処理に代えて、図２３に示す劣化判定処理をＥＣＵ２によって実行する点のみが異なっているので、以下、図２３に示す劣化判定処理についてのみ説明する。なお、本実施形態でも、ＥＣＵ２が、中間濃度パラメータ検出手段、下流側濃度パラメータ検出手段、劣化度合パラメータ算出手段、活性度合パラメータ検出手段、補正手段、劣化判定手段、制御手段および上流側酸素貯蔵能パラメータ算出手段に相当する。

この劣化判定処理も、前述した図１３の劣化判定処理と同様に、中間ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｒｅと下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔに基づいて、下流側触媒１２の劣化判定を行うものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

この処理では、まず、ステップ１３０で、前述した触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴが「１」であるか否かを判別する。この触媒活性フラグＦ＿ＡＣＴは、第１実施形態の劣化判定装置１と同様に、前述した図４の活性判定処理によって設定される。ステップ１３０の判別結果がＮＯで、上流側触媒１１が活性状態になっていないときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、ステップ１３１に進み、後述する平均値算出済みフラグＦ＿ＡＶＥと、前述した判定値算出済みフラグＦ＿ＣＡＬとをいずれも「０」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１３０の判別結果がＹＥＳで、上流側触媒１１が適切な活性状態にあるときには、ステップ１３２に進み、前述した判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤ２が「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立していないときには、下流側触媒１２の劣化判定を実行すべきでないと判定して、前述したステップ１３１を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１３２の判別結果がＹＥＳで、下流側触媒１２の劣化判定条件が成立しているときには、ステップ１３３に進み、平均値算出済みフラグＦ＿ＡＶＥが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔの平均値ａｖｅＣＮＯｘを算出すべきであると判定して、ステップ１３４に進み、平均値ａｖｅＣＮＯｘの算出処理を実行した後、本処理を終了する。

このステップ１３４では、平均値ａｖｅＣＮＯｘが以下に述べるように算出される。まず、制御周期ΔＴ毎に、下流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿Ｐｏｓｔを下流側ＮＯｘセンサ３１の検出信号に基づいて算出し、この算出値をサンプリングする。そして、所定個数（例えば１００個）の算出値がサンプリングされた時点で、所定個数のサンプリング値を相加平均演算することによって、平均値ａｖｅＣＮＯｘを算出する。そして、この平均値ａｖｅＣＮＯｘが算出された時点で、これを算出済みであることを表すために、平均値算出済みフラグＦ＿ＡＶＥが「１」に設定される。

このように、ステップ１３４で平均値算出済みフラグＦ＿ＡＶＥが「１」に設定されると、ステップ１３３の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１３５に進み、判定値算出済みフラグＦ＿ＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、ＮＯｘ供給量判定値ＮＯｘＲＥＦを算出すべきであると判定して、ステップ１３６〜１４０を、前述したステップ９６〜１００と同様に実行した後、本処理を終了する。

上記のようにステップ１４０を実行すると、ステップ１３５の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１４１に進み、前述した高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、高ＮＯｘ濃度制御を実行すべきであると判定して、ステップ１４２に進み、それを表すために、高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰを「１」に設定した後、本処理を終了する。

このように、ステップ１４２で高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰが「１」に設定されると、ステップ１４１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１４３に進み、前述した式（７）により、ＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘを算出する。

次いで、ステップ１４４に進み、前述した式（８）により、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを算出する。

次に、ステップ１４５で、下式（１１）により、排ガス供給量ｓｕｍＱＧＡＳを算出する。

この式（１１）において、ｓｕｍＱＧＡＳＺは、排ガス供給量の前回値を表している。式（１１）の右辺の第２項は、排ガス流量と制御周期の積ＱＧＡＳ・ΔＴであるので、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２に供給されたと推定される排ガス量を表すものである。したがって、排ガス供給量ｓｕｍＱＧＡＳは、そのような値ＱＧＡＳ・ΔＴを積算することによって算出されるので、高ＮＯｘ濃度制御処理の開始タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２に供給されたと推定される排ガスの総量を表すものになる。

次いで、ステップ１４６に進み、前述したステップ１０５と同様に、ｓｕｍＰｒｅＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦまたはｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘ＞ＮＯｘＲＥＦ２が成立しているか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１４６の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ１４７に進み、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行する。

この触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理は、具体的には図２４に示すように実行される。この処理では、まず、ステップ１５０で、下式（１２）により、判定値ＮＯｘＪＵＤ２を算出する。

この式（１２）において、Ｃ１は所定の定数を表している。この式（１２）を参照すると明らかなように、判定値ＮＯｘＪＵＤ２は、定数Ｃ１に、排ガス供給量と平均値の積ｓｕｍＱＧＡＳ・ａｖｅＣＮＯｘを加算することによって算出されるので、高ＮＯｘ濃度制御処理の開始タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、下流側触媒１２に供給されたと推定されるＮＯｘの総量を表すように算出される。

次に、ステップ１５１〜１５３で、前述した図１７のステップ１１０〜１１２と同一の手法により、補正係数ＣｏｒＮＯｘ、触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３および補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦをそれぞれ算出する。すなわち、図１８，１９のマップ検索によって、補正係数ＣｏｒＮＯｘおよび触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３をそれぞれ算出するとともに、前述した式（９）により、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを算出する。

次いで、ステップ１５４に進み、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦが判定値ＮＯｘＪＵＤ２よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ≦ＮＯｘＪＵＤ２のときには、下流側触媒１２が劣化していないと判定して、ステップ１５５に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」に設定する。

一方、ステップ１５４の判別結果がＹＥＳで、ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦ＞ＮＯｘＪＵＤ２のときには、下流側触媒１２が劣化したと判定して、ステップ１５６に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」に設定する。なお、本実施形態では、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦが、補正された劣化度合パラメータおよび補正されたＮＯｘスリップ量パラメータに相当し、判定値ＮＯｘＪＵＤ２が所定値に相当する。

以上のステップ１５５または１５６に続くステップ１５７で、高ＮＯｘ濃度制御処理を終了すべきであることを表すために、高ＮＯｘ条件フラグＦ＿ＮＯｘＵＰを「０」に設定する。

次に、ステップ１５８に進み、ＮＯｘ供給量ｓｕｍＰｒｅＮＯｘと、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘと、排ガス供給量ｓｕｍＱＧＡＳとをいずれも値０に設定した後、本処理を終了する。

図２３に戻り、ステップ１４７で、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を以上のように実行した後、劣化判定処理を終了する。

なお、前述したステップ１４６において、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを、判定値ＮＯｘＲＥＦ２に代えて、前述したステップ１５０で算出した判定値ＮＯｘＪＵＤ２と比較するように構成してもよい。

以上のように、第３実施形態の劣化判定装置によれば、補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦを判定値ＮＯｘＪＵＤ２と比較することによって、下流側触媒１２の劣化の有無が判定されるとともに、この補正後ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘＦが、ＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを、補正係数ＣｏｒＮＯｘおよび触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３で補正することによって算出されるので、前述した第２実施形態の劣化判定装置１Ａと同様の作用効果を得ることができる。

すなわち、上流側触媒１１の劣化および／または温度変化に起因して、上流側触媒１１を通過する排ガスの活性度合が変化する場合でも、下流側触媒１２の劣化判定を精度よく実行することができる。これに加えて、高ＮＯｘ濃度制御を実行することによって、下流側触媒１２の劣化判定を迅速に行うことができるとともに、その判定精度を向上させることができる。以上により、劣化判定精度を向上させることができる。

なお、第１実施形態は、排ガス中の所定成分として酸素を用い、第２および第３実施形態は、排ガス中の所定成分としてＮＯｘを用いた例であるが、本発明の所定成分はこれに限らず、排ガス中の所定成分であればよい。例えば、所定成分として、ＨＣやＣＯなどを用いてもよい。

また、第１実施形態は、劣化度合パラメータとして酸素貯蔵能の基本値ＯＳＣｂａｓｅを用い、第２および第３実施形態は、劣化度合パラメータとしてＮＯｘスリップ量ｓｕｍＰｏｓｔＮＯｘを用いた例であるが、本発明の劣化度合パラメータはこれに限らず、下流側触媒の劣化度合を表すものであればよい。例えば、下流側触媒を通り抜けた排ガス中の所定成分（ＨＣやＣＯなど）の積算値を用いてもよい。

さらに、第１〜第３実施形態は、活性度合パラメータとして触媒温ＴＣＡＴを用いた例であるが、本発明の活性度合パラメータはこれに限らず、上流側触媒の活性度合を表すものであればよい。例えば、活性度合パラメータとして、上流側触媒を通過した排ガスの温度や、エンジン始動時からの経過時間の計数値、上流側触媒に供給された排ガスの熱量の積算値などを用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る劣化判定装置およびこれを適用した排ガス浄化装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 空燃比制御処理を示すフローチャートである。 下流側触媒の劣化判定処理を示すフローチャートである。 上流側触媒の活性判定処理を示すフローチャートである。 第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出処理を示すフローチャートである。 第３還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ３の算出処理を示すフローチャートである。 触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を示すフローチャートである。 触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴの算出に用いるマップの一例を示す図である。 排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳの算出に用いるマップの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る劣化判定装置およびこれを適用した排ガス浄化装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 空燃比制御処理を示すフローチャートである。 高ＮＯｘ濃度制御処理を示すフローチャートである。 下流側触媒の劣化判定処理を示すフローチャートである。 ＮＯｘ捕捉能ＮＯｘＳの算出に用いるマップの一例を示す図である。 触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ２の算出に用いるマップの一例を示す図である。 排ガス流量補正係数ＣｏｒＱＧＡＳ２の算出に用いるマップの一例を示す図である。 触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を示すフローチャートである。 補正係数ＣｏｒＮＯｘの算出に用いるマップの一例を示す図である。 触媒温補正係数ＣｏｒＴＣＡＴ３の算出に用いるマップの一例を示す図である。 上流側酸素貯蔵能ＰｒｅＯＳＣの算出処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の劣化判定装置によって高ＮＯｘ濃度制御処理および劣化判定処理を実行したときの、各フラグおよび各算出値の経時変化の一例を示すタイミングチャートである。 高ＮＯｘ濃度制御処理の変形例を示すフローチャートである。 第３実施形態の劣化判定装置における下流側触媒の劣化判定処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の劣化判定装置における触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 劣化判定装置
１Ａ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（中間濃度パラメータ検出手段、下流側濃度パラメータ検出手段、劣化度 合パラメータ算出手段、活性度合パラメータ検出手段、補正手段、劣化判定手段 、制御手段、排ガス流量パラメータ検出手段、上流側酸素貯蔵能パラメータ算出 手段）
３ 内燃機関
７ 排気通路
１０ 排ガス浄化装置
１１ 上流側触媒
１２ 下流側触媒
２０ クランク角センサ（排ガス流量パラメータ検出手段）
２１ エアフローセンサ（排ガス流量パラメータ検出手段）
２３ 中間ＬＡＦセンサ（中間濃度パラメータ検出手段）
２４ 下流側ＬＡＦセンサ（下流側濃度パラメータ検出手段）
２５ 触媒温センサ（活性度合パラメータ検出手段）
３０ 中間ＮＯｘセンサ（中間濃度パラメータ検出手段）
３１ 下流側ＮＯｘセンサ（下流側濃度パラメータ検出手段）
KACT2 第２当量比（中間濃度パラメータ）
KACT3 第３当量比（下流側濃度パラメータ）
TCAT 上流側触媒の温度（活性度合パラメータ、温度パラメータ）
OSCbase 触媒酸素貯蔵能の基本値（劣化度合パラメータ、酸素貯蔵能パラメータ）
OSC 触媒酸素貯蔵能（補正された劣化度合パラメータ、補正された酸素貯蔵能 パラメータ）
OSCJUD 所定の判定値（所定値）
QGAS 排ガス流量（排ガス流量パラメータ）
CNOx_Pre 中間ＮＯｘ濃度（中間濃度パラメータ）
CNOx_Post 下流側ＮＯｘ濃度（下流側濃度パラメータ）
sumPostNOx ＮＯｘスリップ量（劣化度合パラメータ、ＮＯｘスリップ量パラメータ）
sumPostNOxF 補正後ＮＯｘスリップ量（補正された劣化度合パラメータ、補正されたＮ Ｏｘスリップ量パラメータ）
NOxJUD 所定の判定値（所定値）
NOxJUD2 判定値（所定値）
PreOSC 上流側酸素貯蔵能（上流側酸素貯蔵能パラメータ）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路を流れる排ガスを浄化する上流側触媒と、当該排気通路の当該上流側触媒よりも下流側の排ガスを浄化するとともに排ガス中の所定成分を貯蔵する能力を有する下流側触媒とを備えた排ガス浄化装置において、当該下流側触媒の劣化を判定する排ガス浄化装置の劣化判定装置であって、
   前記上流側触媒と前記下流側触媒の間における排ガス中の前記所定成分の濃度を表すパラメータを中間濃度パラメータとして検出する中間濃度パラメータ検出手段と、
   前記下流側触媒の下流側における排ガス中の前記所定成分の濃度を表すパラメータを下流側濃度パラメータとして検出する下流側濃度パラメータ検出手段と、
   前記検出された中間濃度パラメータおよび前記検出された下流側濃度パラメータを用いて、前記下流側触媒の劣化度合を表す劣化度合パラメータを算出する劣化度合パラメータ算出手段と、
   前記上流側触媒の活性度合を表す活性度合パラメータを検出する活性度合パラメータ検出手段と、
   当該検出された活性度合パラメータを用いて、前記算出された劣化度合パラメータを補正する補正手段と、
   当該補正された劣化度合パラメータを用いて、前記下流側触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とする排ガス浄化装置の劣化判定装置。
2. 前記所定成分は酸素であり、
   前記下流側触媒は、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能を有するとともに、排ガスが還元雰囲気のときに当該貯蔵した酸素を排ガス中の還元剤と反応させる特性を有し、
   前記劣化判定手段による前記下流側触媒の劣化判定の際、前記上流側触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気に制御する酸化雰囲気制御から、前記上流側触媒に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元雰囲気制御への切り換えを実行する制御手段をさらに備え、
   前記劣化度合パラメータ算出手段は、前記劣化度合パラメータとして、前記制御手段による前記酸化雰囲気制御から前記還元雰囲気制御への切換後に検出された前記中間濃度パラメータおよび前記下流側濃度パラメータを用いて、前記下流側触媒の酸素貯蔵能を表す酸素貯蔵能パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。
3. 前記劣化度合パラメータ算出手段は、前記下流側触媒の酸素貯蔵能が高いほど、前記酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるように算出し、
   前記活性度合パラメータ検出手段は、前記活性度合パラメータとして、前記上流側触媒の温度を表す温度パラメータを検出し、
   前記補正手段は、前記温度パラメータが表す前記上流側触媒の温度が低いほど、前記酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるように補正し、
   前記劣化判定手段は、当該補正された酸素貯蔵能パラメータが所定値以下のときに、前記下流側触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。
4. 前記劣化度合パラメータ算出手段は、前記下流側触媒の酸素貯蔵能が高いほど、前記酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるように算出し、
   前記内燃機関の前記排気通路を流れる排ガス流量を表す排ガス流量パラメータを検出する排ガス流量パラメータ検出手段をさらに備え、
   前記補正手段は、当該検出された排ガス流量パラメータが表す前記排ガス流量が大きいほど、前記酸素貯蔵能パラメータをより大きくなるようにさらに補正し、
   前記劣化判定手段は、当該補正された酸素貯蔵能パラメータが所定値以下のときに、前記下流側触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。
5. 前記所定成分はＮＯｘであり、
   前記下流側触媒は、排ガス中のＮＯｘを貯蔵する能力であるＮＯｘ貯蔵能を有し、
   前記劣化度合パラメータ算出手段は、前記劣化度合パラメータとして、前記中間濃度パラメータおよび前記下流側濃度パラメータを用いて、前記下流側触媒を通り抜けたＮＯｘ量を表すＮＯｘスリップ量パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。
6. 前記劣化度合パラメータ算出手段は、前記下流側触媒のＮＯｘ貯蔵能が高いほど、前記ＮＯｘスリップ量パラメータをより小さくなるように算出し、
   前記活性度合パラメータ検出手段は、前記活性度合パラメータとして、前記上流側触媒の温度を表す温度パラメータを検出し、
   前記補正手段は、前記温度パラメータが表す前記上流側触媒の温度が低いほど、前記ＮＯｘスリップ量パラメータをより小さくなるように補正し、
   前記劣化判定手段は、当該補正されたＮＯｘスリップ量パラメータが所定値を超えたときに、前記下流側触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項５に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。
7. 前記上流側触媒は酸素貯蔵能を有し、
   前記上流側触媒の酸素貯蔵能を表す上流側酸素貯蔵能パラメータを算出する上流側酸素貯蔵能パラメータ算出手段をさらに備え、
   前記劣化度合パラメータ算出手段は、前記下流側触媒のＮＯｘ貯蔵能が高いほど、前記ＮＯｘスリップ量パラメータをより小さくなるように算出し、
   前記補正手段は、前記算出された上流側酸素貯蔵能パラメータが表す前記上流側触媒の酸素貯蔵能が低いほど、前記ＮＯｘスリップ量パラメータをより小さくなるようにさらに補正し、
   前記劣化判定手段は、当該補正されたＮＯｘスリップ量パラメータが所定値を超えたときに、前記下流側触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項５に記載の排ガス浄化装置の劣化判定装置。

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