JP3846375B2 - 触媒劣化判定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒が劣化したか否かを判定するための触媒劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気ガスを浄化するための三元触媒（本明細書においては、単に「触媒」と云うこともある。）が、同機関の排気通路に配設されているこの三元触媒は、未燃成分（ＨＣ,ＣＯ）を酸化する機能（酸化機能）と窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能（還元機能）を有し、この酸化還元機能により上記未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。
【０００３】
このような触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率は、機関の空燃比が理論空燃比近傍に近づくにつれて高くなることが知られており、機関の空燃比を理論空燃比を含んだ所定の幅（以下、「ウインドウ幅」と称呼する。）内に維持すれば同浄化効率を所定の高い値以上に維持することができる。
【０００４】
更に、三元触媒は、流入するガスの空燃比がリッチである場合に貯蔵している酸素によりＨＣ,ＣＯ等の未燃成分を酸化する機能（酸素放出機能）と、流入するガスの空燃比がリーンである場合に窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して同ＮＯｘから奪った酸素を内部に貯蔵する機能（酸素吸蔵機能）を有している。この酸素吸蔵放出機能により、三元触媒は、機関の空燃比が理論空燃比から偏移した場合でも、上記未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。従って、三元触媒が貯蔵し得る酸素量（以下、「酸素吸蔵量」と称呼する。）の最大値（以下、「最大酸素吸蔵量」と称呼する。）が大きいほど、三元触媒の浄化能力は高くなる。
【０００５】
一方、触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、触媒の劣化が進行するほど最大酸素吸蔵量は低下する。従って、触媒の最大酸素吸蔵量が推定できれば、同推定した最大酸素吸蔵量に基いて同触媒が劣化したか否かを判定することができる。
【０００６】
特開平５−１３３２６４号公報の触媒劣化度検出装置は、このような知見に基いてなされたものであって、機関の空燃比をリーンな空燃比から所定のリッチ空燃比（又は、リッチな空燃比から所定のリーン空燃比）に強制的に変化させ、その際における触媒下流に配置した空燃比センサの出力の変化に基いて同触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、同推定した最大酸素吸蔵量に基いて同触媒の劣化度を検出するようになっている。
【０００７】
より具体的に述べると、上記開示された装置は、触媒上流の空燃比をリーンな空燃比に制御して酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量としておき、その後、同触媒の空燃比を所定のリッチ空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量が「０」となって触媒下流の空燃比センサの出力がリッチへと変化（以下、同出力がリッチへと変化する時点のことを「空燃比センサ出力リッチ反転時」と称呼する。）するまでの時間と同触媒内で単位時間当りに放出（消費）された酸素量とを乗じることで、同最大酸素吸蔵量を推定する（以下、この推定方法を「リッチ空燃比による推定方法」と称呼する。）。或いは、触媒上流の空燃比をリッチな空燃比に制御して触媒の酸素吸蔵量を「０」にしておき、その後、同触媒の空燃比を所定のリーン空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量以上となって触媒下流の空燃比センサの出力がリーンへと変化（以下、同出力がリーンへと変化する時点のことを「空燃比センサ出力リーン反転時」と称呼する。）するまでの時間と同触媒に単位時間当りに流入した酸素量とを乗じることで、同最大酸素吸蔵量を推定する（以下、この推定方法を「リーン空燃比による推定方法」と称呼する。）。即ち、この装置は、触媒下流の空燃比センサの出力変化と、前記所定のリーン空燃比、又は前記所定のリッチ空燃比とを少なくとも利用して最大酸素吸蔵量を求めるのである。
【０００８】
上述したリッチ空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合、上記所定のリッチ空燃比の混合気の供給は上記空燃比センサ出力リッチ反転時まで継続される。この場合、空燃比センサ出力リッチ反転時にて触媒の最大酸素吸蔵量は推定されるから、もはや触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に維持する必要はない。また、この空燃比センサ出力リッチ反転時の直後において、触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に維持すると、触媒の酸素吸蔵量は「０」となっており同触媒の酸素放出機能が働かないから、未燃のＣＯ，ＨＣが排出され易くなる。従って、空燃比センサ出力リッチ反転後においては、触媒上流の空燃比を理論空燃比とするか、或いは、再度、最大酸素吸蔵量を推定する必要があるなどの場合、同触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比とすることが好適である。
【０００９】
しかしながら、空燃比センサ出力リッチ反転時には、内燃機関の排気ポートから触媒下流空燃比センサまでの排気通路及び触媒が形成する空間内に所定のリッチ空燃比のガスが充填されている。この場合、所定のリッチ空燃比が上記ウインドウ幅の下限値よりも大きく下回っているリッチ空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる未燃ＣＯ，ＨＣの量が多く、また、触媒の酸素放出機能が働かない状態であってかつ同触媒の酸化機能による未燃ＣＯ，ＨＣの浄化効率も低下しているので、空燃比センサ出力リッチ反転後における触媒上流の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリーンな空燃比としても、同空燃比センサ出力リッチ反転時の直後において未燃ＣＯ，ＨＣが大量に大気中に排出されてしまう。
【００１０】
従って、上述したリッチ空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合には、空燃比センサ出力リッチ反転時の直後における未燃ＣＯ，ＨＣの排出量を低減するため上記所定のリッチ空燃比を理論空燃比よりもリッチであってウインドウ幅の下限値以上の空燃比に設定することが好適である。
【００１１】
同様に、上述したリーン空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合、上記所定のリーン空燃比の混合気の供給は上記空燃比センサ出力リーン反転時まで継続される。この場合、空燃比センサ出力リーン反転時にて触媒の最大酸素吸蔵量は推定されるから、もはや触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に維持する必要はない。また、この空燃比センサ出力リーン反転時の直後において、触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に維持すると、触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量となっており同触媒の酸素吸蔵機能が働かないから、窒素酸化物ＮＯｘが排出され易くなる。従って、空燃比センサ出力リーン反転後においては、触媒上流の空燃比を理論空燃比とするか、或いは、再度、最大酸素吸蔵量を推定する必要があるなどの場合、同触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比とすることが好適である。
【００１２】
しかしながら、空燃比センサ出力リーン反転時には、内燃機関の排気ポートから触媒下流空燃比センサまでの排気通路及び触媒が形成する空間内に所定のリーン空燃比のガスが充填されている。この場合、所定のリーン空燃比が上記ウインドウ幅の上限値よりも大きく上回っているリーン空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘの量が多く、また、触媒の酸素吸蔵機能が働かない状態であってかつ同触媒の還元機能による窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率も低下しているので、空燃比センサ出力リーン反転後における触媒上流の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比としても、同空燃比センサ出力リーン反転時の直後において窒素酸化物ＮＯｘが大量に大気中に排出されてしまう。
【００１３】
従って、上述したリーン空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合には、空燃比センサ出力リーン反転時の直後における窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減するため上記所定のリーン空燃比を理論空燃比よりもリーンであってウインドウ幅の上限値以下の空燃比に設定することが好適である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒の劣化が進行するほど、最大酸素吸蔵量が低下するのみならず、同一空燃比に対する同触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率（酸化還元能力）も低下し同触媒のウインドウ幅も狭くなることが知られている。また、触媒の温度によっても同一空燃比に対する同触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率及び同触媒のウインドウ幅が変化することが知られている。
【００１５】
従って、ウインドウ幅が一定であり、且つ、上記所定のリッチ空燃比が同ウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の下限値近傍の一定の空燃比又は上記所定のリーン空燃比が同ウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の上限値近傍の一定の空燃比であるものとして上記リッチ空燃比による推定方法又は上記リーン空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定すると、触媒の劣化が進行したとき所定のリッチ空燃比又は所定のリーン空燃比がウインドウ幅から外れた空燃比となり、触媒下流空燃比センサの出力反転時の直後における有害成分の排出量を低減することができなくなるという問題がある。
【００１６】
これに対し、所定のリッチ空燃比又は所定のリーン空燃比を予め理論空燃比に近い空燃比として設定すれば、触媒下流空燃比センサの出力反転時の直後における有害成分の排出量を低減できるが、これでは、触媒上流の空燃比を所定のリッチ空燃比又はリーン空燃比に制御し始めてから触媒下流空燃比センサの出力反転時までの時間（即ち、触媒の最大酸素吸蔵量を算出するための期間）が長くなってしまうという問題がある。
【００１７】
従って、本発明の目的は、有害成分の排出量を極力低減しつつ比較的短期間で最大酸素吸蔵量を推定し、同最大酸素吸蔵量に基いて触媒が劣化したか否かを判定することが可能な触媒劣化判定方法を提供することにある。
【００１８】
【本発明の概要】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する劣化指標値を取得し、前記触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する。
【００１９】
次いで、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記酸化還元能力指標値に基いて前記触媒の劣化が進行するほど理論空燃比に近づくような値に設定されるリッチ空燃比に制御し、前記触媒上流の空燃比が前記リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、前記リッチ空燃比のガスにより放出（消費）される酸素量に基いて触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【００２０】
そして、前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する。ここにおいて、「酸化還元能力指標値」は、触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値又は同触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値であることが好適であるが、例えば、触媒の上流側空燃比センサの出力が描く軌跡長と同触媒の下流側空燃比センサの出力が描く軌跡長との比（軌跡比）であってもよく、これらに限定されない。
【００２１】
これによれば、前記リッチ空燃比は、酸化還元能力指標値に基いて、触媒の劣化が進行するほど理論空燃比に近づくように設定される。また、先に述べたように、触媒の劣化が進行するほど触媒のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、触媒の劣化の程度に拘わらず前記リッチ空燃比を触媒のウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に維持することができる。
【００２２】
この結果、触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点の直後における触媒の酸化機能による未燃ＣＯ，ＨＣの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における未燃ＣＯ，ＨＣの排出量が極力低減され得るとともに、前記リッチ空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、前記リッチ空燃比が予め理論空燃比に近いリッチな空燃比に設定される場合に比して触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間が短縮され得る。
【００２３】
ところで、内燃機関の始動直後の排気ガスを浄化するとするとともに、完全暖機後の排気浄化性能を一層向上するため、機関の排気通路にスタート・コンバータと云われる比較的小容量の第１触媒を配設するともに、第１触媒よりも下流の排気通路にアンダ・フロア・コンバータと云われる比較的容量の大きい第２触媒を配設する構成が採用されることがある。この場合、第１触媒は第２触媒に比べて機関の排気ポートに近い位置に配設され、温度の高い排気ガスが流入するから、始動から短期間内に暖機されて良好な排気浄化機能を発揮する。一方、第２触媒は、第１触媒よりも暖機に要する時間が長いが、その容量が大きいことから、一旦暖機した後においては優れた排気浄化機能を発揮する。
【００２４】
このように第１触媒と第２触媒が内燃機関の排気通路に直列に配設される場合、本発明の第２の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された第１触媒と、前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第１触媒下流空燃比センサと、前記第１触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒と、前記第２触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記第１触媒の酸化還元能力の程度、及び／又は前記第２触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、前記第１触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するとともに、前記第２触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記第１触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する。
【００２５】
次いで、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第１触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチな第１リッチ空燃比に制御し、その後、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第２触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記劣化指標値に応じて変更される第２リッチ空燃比に制御する。
【００２６】
そして、前記第１触媒上流の空燃比が前記第１リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第１触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第１リッチ空燃比のガスにより放出（消費）される酸素量に基いて第１触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。また、前記第１触媒上流の空燃比が前記第２リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第２リッチ空燃比のガスにより放出（消費）される酸素量に基いて第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【００２７】
そして、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第１触媒及び前記第２触媒のうちの少なくとも一つ及び／又は同第１触媒及び同第２触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する。
【００２８】
この場合、上記本発明の第２の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第１触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第２触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第１触媒が劣化しているか否かを判定することに加えて前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第２触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第１触媒及び前記第２触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定することの任意の一つ、又は一つ以上を行うように構成されることが好適である。
【００２９】
また、「酸化還元能力指標値」は、前記第１触媒の劣化の程度及び／又は前記第２触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値、又は同第１触媒の温度及び／又は同第２触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記第１触媒の最大酸素吸蔵量、及び／又は既に推定されている前記第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値（例えば、上記方法により既に推定されている前記第１触媒の最大酸素吸蔵量と既に推定されている前記第２触媒の最大酸素吸蔵量との和の値）であることが好適であるが、これらに限定されない。また、前記第１リッチ空燃比は、例えば、前記第２リッチ空燃比と同一の空燃比であってもよい。
【００３０】
これによれば、第１触媒が吸蔵している酸素を消費し尽くした時点を第１触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第１触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができ、また、第２触媒が吸蔵している酸素を消費し尽くした時点を第２触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第２触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができる。
【００３１】
また、上記した本発明の第１の特徴に係る触媒劣化判定方法と同様、酸化還元能力指標値が示す第１触媒の酸化還元能力の程度及び／又は第２触媒の酸化還元能力の程度（例えば、第１触媒の劣化の程度及び／又は第２触媒の劣化の程度）に応じて第２リッチ空燃比を変更し得る。また、先に述べたように、第１，第２触媒の劣化が進行するほど同第１，第２触媒の各々のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、第１，第２触媒の劣化の程度に拘わらず第２リッチ空燃比を同第１触媒及び同第２触媒からなる触媒装置としてのウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に維持することができる。
【００３２】
この結果、第２触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点の直後における前記触媒装置の酸化機能による未燃ＣＯ，ＨＣの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における未燃ＣＯ，ＨＣの排出量が極力低減され得るとともに、第２リッチ空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、同第２リッチ空燃比が予め理論空燃比に近いリッチな空燃比に設定される場合に比して第２触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間（従って、第１触媒及び第２触媒の最大酸素吸蔵量算出期間）が短縮され得る。
【００３３】
上記した本発明の第２の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記第１リッチ空燃比が、前記第２リッチ空燃比よりもリッチな空燃比（即ち、理論空燃比よりもリッチな空燃比であって第２リッチ空燃比よりも理論空燃比から外れた空燃比）に設定されることが好適である。
【００３４】
第１触媒上流の空燃比が第１リッチ空燃比に制御されている期間においては、第１触媒の酸素が同第１触媒に流入する未燃ＣＯ，ＨＣの酸化のために消費されることにより、同第１触媒の酸素吸蔵量は時間の経過とともに最大酸素吸蔵量から減少するものの同期間の終了時点までは残存している。一方、この期間の終了時点である第１触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点までは、第１触媒からリッチ空燃比のガスが流出し始めていないので、第２触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量のまま維持されている。
【００３５】
従って、例えば、第１リッチ空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の下限値よりある程度下回った空燃比に設定しても、第１触媒上流の空燃比が同第１リッチ空燃比に制御されている期間においては、第１触媒に流入する未燃ＣＯ，ＨＣは第１触媒及び第２触媒の酸素放出機能により浄化され、大気中に排出されることはない。
【００３６】
そこで、上記構成のように、第１リッチ空燃比を第２リッチ空燃比よりもリッチな空燃比に設定するように構成すれば、第１リッチ空燃比が第２リッチ空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第１触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間（従って、第１触媒及び第２触媒の最大酸素吸蔵量算出期間）が短縮され得る。
【００３７】
本発明の第３の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、前記触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。
【００３８】
次いで、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に基いて前記触媒の劣化が進行するほど理論空燃比に近づくような値に設定されるリーン空燃比に制御し、前記触媒上流の空燃比が前記リーン空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、前記リーン空燃比のガス中の酸素量に基いて触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【００３９】
そして、前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する。ここにおいて、「酸化還元能力指標値」は、触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値又は同触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値であることが好適であるが、例えば、触媒の上流側空燃比センサの出力が描く軌跡長と同触媒の下流側空燃比センサの出力が描く軌跡長との比（軌跡比）であってもよく、これらに限定されない。
【００４０】
これによれば、前記リーン空燃比は、酸化還元能力指標値に基いて、触媒の劣化が進行するほど理論空燃比に近づくように設定される。また、先に述べたように、触媒の劣化が進行するほど触媒のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、触媒の劣化の程度に拘わらず前記リーン空燃比を触媒のウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に維持することができる。
【００４１】
この結果、触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点の直後における触媒の還元機能による窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における窒素酸化物ＮＯｘの排出量が極力低減され得るとともに、前記リーン空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、前記リーン空燃比が予め理論空燃比に近いリーンな空燃比に設定される場合に比して触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間が短縮され得る。
【００４２】
また、先に説明したように、第１触媒と第２触媒が内燃機関の排気通路に直列に配設される場合、本発明の第４の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された第１触媒と、前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第１触媒下流空燃比センサと、前記第１触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒と、前記第２触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記第１触媒の酸化還元能力の程度、及び／又は前記第２触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、前記第１触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するとともに、前記第２触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記第１触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。
【００４３】
次いで、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第１触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンな第１リッチ空燃比に制御し、その後、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第２触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更される第２リーン空燃比に制御する。
【００４４】
そして、前記第１触媒上流の空燃比が前記第１リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第１触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第１リーン空燃比のガス中の酸素量に基いて第１触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。また、前記第１触媒上流の空燃比が前記第２リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第２リーン空燃比のガス中の酸素量に基いて第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【００４５】
そして、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第１触媒及び前記第２触媒のうちの少なくとも一つ及び／又は同第１触媒及び同第２触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する。
【００４６】
この場合、上記本発明の第４の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第１触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第２触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第１触媒が劣化しているか否かを判定することに加えて前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第２触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第１触媒及び前記第２触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定することの任意の一つ、又は一つ以上を行うように構成されることが好適である。
【００４７】
また、「酸化還元能力指標値」は、前記第１触媒の劣化の程度及び／又は前記第２触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値、又は同第１触媒の温度及び／又は同第２触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記第１触媒の最大酸素吸蔵量、及び／又は既に推定されている前記第２触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値（例えば、上記方法により既に推定されている前記第１触媒の最大酸素吸蔵量と既に推定されている前記第２触媒の最大酸素吸蔵量との和の値）であることが好適であるが、これらに限定されない。また、前記第１リッチ空燃比は、例えば、前記第２リッチ空燃比と同一の空燃比であってもよい。
【００４８】
これによれば、第１触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達した時点を第１触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第１触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができ、また、第２触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達した時点を第２触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第２触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができる。
【００４９】
また、上記した本発明の第３の特徴に係る触媒劣化判定方法と同様、酸化還元能力指標値が示す第１触媒の酸化還元能力の程度及び／又は第２触媒の酸化還元能力の程度（例えば、第１触媒の劣化の程度及び／又は第２触媒の劣化の程度）に応じて第２リッチ空燃比を変更し得る。また、先に述べたように、第１，第２触媒の劣化が進行するほど同第１，第２触媒の各々のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、第１，第２触媒の劣化の程度に拘わらず第２リーン空燃比を同第１触媒及び同第２触媒からなる触媒装置としてのウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に維持することができる。
【００５０】
この結果、第２触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点の直後における前記触媒装置の還元機能による窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における窒素酸化物ＮＯｘの排出量が極力低減され得るとともに、第２リーン空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、同第２リーン空燃比が予め理論空燃比に近いリーンな空燃比に設定される場合に比して第２触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間（従って、第１触媒及び第２触媒の最大酸素吸蔵量算出期間）が短縮され得る。
【００５１】
上記した本発明の第４の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記第１リーン空燃比が、前記第２リーン空燃比よりもリーンな空燃比（即ち、理論空燃比よりもリーンな空燃比であって第２リーン空燃比よりも理論空燃比から外れた空燃比）に設定されることが好適である。
【００５２】
第１触媒上流の空燃比が第１リーン空燃比に制御されている期間においては、第１触媒に酸素を含むガスが流入することにより、同第１触媒の酸素吸蔵量は時間の経過とともに「０」から増加するものの同期間の終了時点までは最大酸素吸蔵量に達していない。一方、この期間の終了時点である第１触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点までは、第１触媒からリーン空燃比のガスが流出し始めていないので、第２触媒の酸素吸蔵量は「０」のまま維持されている。
【００５３】
従って、例えば、第１リーン空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の上限値よりある程度上回った空燃比に設定しても、第１触媒上流の空燃比が同第１リーン空燃比に制御されている期間においては、第１触媒に流入する窒素酸化物ＮＯｘは第１触媒及び第２触媒の酸素吸蔵機能により浄化され、大気中に排出されることはない。
【００５４】
そこで、上記のように、第１リーン空燃比を第２リーン空燃比よりもリーンな空燃比に設定するように構成すれば、第１リーン空燃比が第２リーン空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第１触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間（従って、第１触媒及び第２触媒の最大酸素吸蔵量算出期間）が短縮され得る。
【００５５】
また、上記した本発明による触媒劣化判定方法において、同触媒劣化判定方法が適用される内燃機関の排気浄化装置が、前記触媒又は前記第１触媒よりも上流の前記排気通路に配設された触媒上流空燃比センサと、前記触媒上流空燃比センサの異常を検出する触媒上流空燃比センサ異常検出手段とを備えるときには、前記触媒又は前記第１触媒及び前記第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定するにあたり、前記触媒上流空燃比センサの出力に基いて同触媒又は同第１触媒及び同第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて判定対象である触媒が劣化しているという判定をすべき状態にあり、且つ前記触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合には同触媒が劣化しているという判定を行わず、前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて前記判定対象である触媒が劣化していないという判定をすべき状態にある場合には同触媒上流空燃比センサの異常が検出されているか否かに拘わらず同触媒が劣化していないという判定を行うように構成されることが好適である。
【００５６】
触媒上流空燃比センサの出力に基いて前記触媒又は第１触媒及び第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合、即ち、同触媒上流空燃比センサが検出するガスの空燃比が理論空燃比であるときの同触媒上流空燃比センサの出力値（以下、「理論空燃比時出力値」と称呼する。）からの同触媒上流空燃比センサのその時点での出力値の偏移量によりリッチ空燃比のガスにより放出される酸素量、又はリーン空燃比のガス中の酸素量を算出することにより各最大酸素吸蔵量を推定する場合、同触媒上流空燃比センサが異常となると、正確な最大酸素吸蔵量が得られなくなる。このため、触媒上流空燃比センサ異常検出手段により触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合、かかる推定された最大酸素吸蔵量に基いて触媒の劣化判定を行うと、正確な触媒劣化判定結果が得られない可能性がある。
【００５７】
ところが、一般に、空燃比センサ（所謂濃淡電池式酸素センサや所謂限界電流式酸素センサ）の劣化が進行すると、同空燃比センサが検出するガスの実際の空燃比の変化に対する同空燃比センサの出力の変化量が減少する傾向がある。即ち、空燃比センサが検出するガスの実際の空燃比の理論空燃比からの偏移量に対する同空燃比センサの出力値の理論空燃比時出力値からの偏移量が減少する傾向がある。換言すれば、上記触媒上流空燃比センサの劣化が進行するに従って（上記触媒上流空燃比センサが異常となると）、同触媒上流空燃比センサの出力に基いて推定される触媒の最大酸素吸蔵量が同触媒の実際の最大酸素吸蔵量よりも小さく算出される。
【００５８】
従って、判定対象である触媒の最大酸素吸蔵量を示す値が所定の劣化判定基準値以下か否かに基いて同触媒が劣化しているか否かを判定する場合、仮に、触媒上流空燃比センサの異常が検出されているときであっても、同触媒上流空燃比センサの出力に基いて推定された触媒の最大酸素吸蔵量を示す値が同劣化判定基準値を超える値となっていれば、触媒の実際の最大酸素吸蔵量を示す値は同劣化判定基準値よりも十分大きく同触媒が劣化していないという判定が正確になされ得る。一方、触媒上流空燃比センサの異常が検出されているとき、前記推定された触媒の最大酸素吸蔵量を示す値が同劣化判定基準値以下の値となっていれば、触媒の実際の最大酸素吸蔵量を示す値と前記劣化判定基準値との大小関係が不明となり正確な触媒劣化判定結果が得られない。
【００５９】
そこで、上記のように構成すれば、仮に触媒上流空燃比センサの劣化が進行しており同触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合であっても判定対象である触媒が劣化していないという判定はなされるので、同判定対象である触媒が劣化していないという判定結果が得られている間は同触媒上流空燃比センサを交換する必要がなく同触媒上流空燃比センサの交換時期を遅らせることができる。また、触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合には判定対象である触媒が劣化しているという判定が行われないので、同判定対象である触媒が劣化したか否かが判定される際、誤判定がなされることが防止され得る。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による触媒劣化判定方法の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る触媒劣化判定方法を実施する排気浄化装置（触媒劣化判定装置）を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。
【００６１】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００６２】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００６３】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００６４】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、スロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａ、スワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４、及びＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａを備えている。
【００６５】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の第１触媒（上流側三元触媒、又はスタート・コンバータとも云う。）５３、及び第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された第２触媒（下流側三元触媒、又は、車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・コンバータとも云う。）５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００６６】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６６（以下、「最上流空燃比センサ」と称呼する。）、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７（以下、「第１触媒下流空燃比センサ６７」と称呼する。）、第２触媒５４の下流の排気通路に配設された空燃比センサ６８（以下、「第２触媒下流空燃比センサ６８」と称呼する。）、及びアクセル開度センサ６９を備えている。
【００６７】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。かかるエアフローメータ６１の出力Vgと、計測された吸入空気量（流量）ＡＦＭとの関係は、図２に示したとおりである。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度ＮＥを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００６８】
最上流空燃比センサ６６は所謂限界電流式酸素センサであって、図３に実線で示したように、空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧vabyfsを出力するようになっている。図３から明らかなように、最上流空燃比センサ６６によれば、広範囲にわたる空燃比Ａ／Ｆを精度良く検出することができる。
【００６９】
第１触媒下流空燃比センサ６７、及び第２触媒下流空燃比センサ６８は所謂所謂濃淡電池式酸素センサであって、図４に示したように、理論空燃比において急変する電圧Voxs1,Voxs2をそれぞれ出力するようになっている。より具体的に述べると、第１,第２触媒下流空燃比センサ６７,６８は、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略０．１（Ｖ）、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略０．９（Ｖ）、及び空燃比が理論空燃比のときは略０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、同アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００７０】
更に、このシステムは電気制御装置７０を備えている。電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、及びＳＣＶアクチュエータ４４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００７１】
（触媒劣化判定の原理）
ところで、第１，第２触媒５３，５４等の三元触媒は、未燃成分（ＨＣ,ＣＯ）を酸化する機能（酸化機能）と窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能（還元機能）を有し、この酸化還元機能により上記未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。この触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率は、機関の空燃比が理論空燃比近傍に近づくにつれて高くなり、機関の空燃比を理論空燃比を含んだウインドウ幅内に維持すれば同浄化効率を所定の高い値以上に維持することができる。
【００７２】
更に、三元触媒は、酸素吸蔵放出機能を有し、この酸素吸蔵放出機能により空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ,ＣＯ、及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって三元触媒に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、三元触媒は酸素吸蔵機能によりＮＯｘから酸素分子を奪ってＮＯｘを還元してＮＯｘを浄化するとともに、その酸素を吸蔵する。また、機関の空燃比がリッチになって三元触媒に流入するガスにＨＣ,ＣＯが多量に含まれると、三元触媒は酸素放出機能によりこれらに吸蔵していた酸素を与えて酸化し、これによりＨＣ,ＣＯを浄化する。
【００７３】
従って、三元触媒が連続的に流入する多量のＨＣ,ＣＯを効率的に浄化するためには、同三元触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化するためには、三元触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。
【００７４】
以上のことから明らかなように、三元触媒の浄化能力は、その三元触媒が貯蔵（吸蔵）し得る最大の酸素量である最大酸素吸蔵量に依存する。ところが、三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化するから、次第に最大酸素吸蔵量が低下してくる。換言すると、第１,第２触媒５３,５４の各々の最大酸素吸蔵量を推定することができれば、同第１,第２触媒５３,５４の各々が劣化しているか否かを判定することができる。また、これらの判定結果の組合せに基づけば、第１，２触媒５３，５４を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化しているか否かも判定することができる。
【００７５】
このため、本実施形態の触媒劣化判定装置は、以下に説明するように、第１触媒５３の上流の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比（又は、その逆）に強制的に変化させることにより第１,第２触媒５３,５４の各々の最大酸素吸蔵量を推定する。このとき、先に説明したように、第１触媒５３の上流の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比（又は、その逆）に切換えた直後に上記有害成分が排出され易くなるため、この時点での有害成分の排出を低減する必要がある。また、酸素吸蔵量を推定するために必要な期間は短い方がよい。
【００７６】
以上の要求に基き、本装置は、図５のタイムチャートに示したように、有害成分の排出量を極力低減しつつ、且つ比較的短期間で第１，第２触媒５３,５４の各々の最大酸素吸蔵量を推定する。即ち、先ず、本装置は図５（Ａ）に示したように、時刻ｔ１にて第１触媒５３の上流のガスの空燃比（実際には、機関が吸入する混合気の空燃比であり、以下、単に「第１触媒上流空燃比」と云うこともある。）を理論空燃比よりもリーンな所定の第１リーン空燃比に制御する。この第１リーン空燃比は、第１，２触媒５３，５４を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の上限値を若干上回った空燃比に設定されている。
【００７７】
これにより、第１触媒５３にリーンな空燃比のガスが流入するから、図５（Ｃ）に示したように、第１触媒５３の酸素吸蔵量は次第に増大し、時刻ｔ２にて最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxに達する。この結果、時刻ｔ２にて、第１触媒５３から酸素を含むガス（リーン空燃比のガス）が流出し始め、図５（Ｂ）に示したように、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻ｔ１〜ｔ２間の作動を第１モード（Mode=1）における作動と呼ぶ。
【００７８】
時刻ｔ２にて、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は、第１モード（Mode=1）終了時点における（第１触媒上流空燃比が第１リーン空燃比に制御されている状態における）最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値を変数vabyfsLに格納した後、第１触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリーンであるが前記第１リーン空燃比よりもリッチな第２リーン空燃比に制御する（図５（Ａ）を参照）。
【００７９】
この第２リーン空燃比は、本装置により前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxの値と第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxの値との和である触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値（劣化指標値）に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が大きいほど前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に近づくように（大きく）、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が小さくなるほど（第１触媒５３及び第２触媒５４（触媒装置）の劣化が進行するほど）理論空燃比に近づくように（小さく）設定される。この結果、第２リーン空燃比は、前記触媒装置の劣化度に応じて狭くなる同触媒装置のその時点におけるウインドウ幅の上限値近傍の空燃比になるように設定される。
【００８０】
これにより、第１触媒５３にリーンな空燃比のガスが流入し、しかも、第１触媒５３の酸素吸蔵量は最大となっていて同第１触媒５３は酸素を吸蔵することができない状態にあるから、同第１触媒５３から酸素を含むガスが流出し続ける。この結果、図５（Ｅ）に示したように、時刻ｔ２以降において第２触媒５４の酸素吸蔵量は次第に増大し、時刻ｔ３にて最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxに達する。この結果、時刻ｔ３にて、第２触媒５４から酸素を含むガスが流出し始め、図５（Ｄ）に示したように、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。なお、時刻ｔ２〜ｔ３間の作動を第２モード（Mode=2）における作動と呼ぶ。
【００８１】
以上のように、第１，第２モード（Mode=1,Mode=2）においては、第１触媒５３が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するとともに、第２触媒５４が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように同第１触媒５３の上流の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御される。
【００８２】
時刻ｔ３にて、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は第１触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリッチな第１リッチ空燃比に制御する。この第１リッチ空燃比は、第１，２触媒５３，５４を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比に設定されている。
【００８３】
これにより、第１触媒５３にリッチな空燃比のガスが流入するため、第１触媒５３の酸素が同第１触媒５３に流入する未燃ＨＣ,ＣＯの酸化のために消費される。これにより、第１触媒５３の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxから減少して行く。そして、時刻ｔ４になると、第１触媒５３の酸素吸蔵量は「０」となるから、第１触媒５３からリッチ空燃比のガスが流出し始め、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1はリーンを示す値からリッチを示す値に変化する。この時刻ｔ３〜ｔ４間の作動を第３モード（Mode=3）における作動と呼ぶ。
【００８４】
本装置は、かかる時刻ｔ３〜ｔ４間において、以下のようにして第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxを最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3として推定する。即ち、第１触媒上流空燃比を第１リッチ空燃比に設定した時刻ｔ３から、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1がリッチを示す値に変化する時刻ｔ４までの間、下記数１、及び下記数２に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともにこれを積算し、同時刻ｔ４での積算値を最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3として算出する。
【００８５】
【数１】
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（stoich − abyfs）
【００８６】
【数２】
ＣＳＣmax3＝ΣΔO2（区間ｔ＝ｔ３〜ｔ４）
【００８７】
上記数１において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。ｍｆｒは所定時間（計算周期tsample）内の燃料噴射量Ｆｉの合計量であり、stoichは理論空燃比（例えば、１４．７）である。abyfsは所定時間tsampleにおいて最上流空燃比センサ６６により検出された空燃比Ａ／Ｆである。なお、abyfsは前記所定時間tsample内の最上流空燃比センサ６６により検出された空燃比Ａ／Ｆの平均値としてもよい。
【００８８】
この数１に示したように、所定時間tsample内の噴射量の合計量ｍｆｒに、検出された空燃比Ａ／Ｆの理論空燃比からの偏移（stoich − abyfs）を乗じることで、同所定時間tsampleにおける空気の不足量が求められ、この空気の不足量に酸素の重量割合を乗じることで同所定時間tsampleにおける酸素吸蔵量変化量（吸蔵酸素の消費量）ΔO2が求められる。そして、数２に示したように、酸素吸蔵量変化量ΔO2を時刻ｔ３〜ｔ４に渡って積算することで、第１触媒５３が酸素を最大限貯蔵していた状態から酸素を総べて消費するまでの酸素消費量、即ち最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3が推定・算出される。このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ６６の出力に基いて（第１触媒上流側空燃比が第１リッチ空燃比に制御されていることを利用して）最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3を推定する。
【００８９】
時刻ｔ４にて、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力がリーンを示す値からリッチを示す値に変化すると、本装置は、第３モード（Mode=3）終了時点における（第１触媒上流空燃比が第１リッチ空燃比に制御されている状態における）最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値を変数vabyfsRに格納した後、第１触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比であって第１リッチ空燃比よりもリーンな第２リッチ空燃比に制御する。
【００９０】
この第２リッチ空燃比は、本装置により前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値（劣化指標値）に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が大きいほど前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に近づくように（小さく）、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が小さくなるほど（第１触媒５３及び第２触媒５４（触媒装置）の劣化が進行するほど）理論空燃比に近づくように（大きく）設定される。この結果、第２リッチ空燃比は、前記触媒装置の劣化度に応じて狭くなる同触媒装置のその時点におけるウインドウ幅の下限値近傍の空燃比になるように設定される。
【００９１】
このとき、第１触媒５３の酸素吸蔵量は「０」となっているから、第２触媒５４にリッチな空燃比のガスが流入する。この結果、第２触媒５４が吸蔵している酸素は、同第２触媒５４に流入する未燃ＨＣ,ＣＯの酸化のために消費されるので、第２触媒５４の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxから減少して行く。
【００９２】
そして、時刻ｔ５になると、第２触媒５４の酸素吸蔵量は「０」となるから、第２触媒５４からリッチ空燃比のガスが流出し始め、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2はリーンを示す値からリッチを示す値に変化する。即ち、時刻ｔ３〜ｔ４の間に、第１触媒５３が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するとともに、時刻ｔ４〜ｔ５の間に、第２触媒５４が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように、時刻ｔ３〜ｔ５の間の第１触媒５３の上流の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。なお、時刻ｔ４〜ｔ５間の作動を第４モード（Mode=4）における作動と呼ぶ。
【００９３】
本装置は、時刻ｔ４〜ｔ５間において、上記最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3を求めた場合と同様な下記数３及び下記数４により示される計算を行うことで、第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxを最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax4として算出・推定する。このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ６６の出力に基いて（第１触媒上流側空燃比が第２リッチ空燃比に制御されていることを利用して）最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax4を推定する。
【００９４】
【数３】
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（stoich − abyfs）
【００９５】
【数４】
ＣＵＦmax4＝ΣΔO2（区間ｔ＝ｔ４〜ｔ５）
【００９６】
時刻ｔ５にて、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2がリーンを示す値からリッチを示す値に変化すると、本装置は第１触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリーンである上述した第１リーン空燃比に制御する。これにより、第１触媒５３にリーンな空燃比のガスが流入する。また、時刻ｔ５の時点においては、第１触媒５３の酸素吸蔵量は「０」となっている。従って、時刻ｔ５以降において、第１触媒５３内の酸素吸蔵量「０」から増大し続け、時刻ｔ６にて最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxに達する。この結果、時刻ｔ６にて、第１触媒５３から酸素を含むガスが流出し始め、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻ｔ５〜ｔ６間の作動を第５モード（Mode=5）における作動と呼ぶ。
【００９７】
本装置は、かかる時刻ｔ５〜ｔ６間においても、以下のようにして第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxを最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5として推定する。即ち、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1がリーン空燃比を示す値となった時刻ｔ６では、第１触媒５３の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxに到達したことを意味するから、時刻ｔ５〜ｔ６までの間、下記数５及び下記数６に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともにこれを積算し、同時刻ｔ６での積算値を最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5として推定・算出する。
【００９８】
【数５】
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（abyfs − stoich）
【００９９】
【数６】
ＣＳＣmax5＝ΣΔO2（区間ｔ＝ｔ５〜ｔ６）
【０１００】
この数５に示したように、所定時間tsample内の噴射量の合計量ｍｆｒに、空燃比Ａ／Ｆの理論空燃比からの偏移（abyfs − stoich）を乗じることで、同所定時間tsampleにおける空気の過剰量が求められ、この空気の過剰量に酸素の重量割合を乗じることで同所定時間tsampleにおける酸素吸蔵量変化量（吸蔵酸素量）ΔO2が求められる。そして、数６に示したように、酸素吸蔵量変化量ΔO2を時刻ｔ５〜ｔ６に渡って積算することで、第１触媒５３の酸素吸蔵量が「０」である状態から酸素を最大限に吸蔵するまでの酸素量、即ち最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5が推定・算出される。このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ６６の出力に基いて（第１触媒上流側空燃比が第１リーン空燃比に制御されていることを利用して）最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5を推定する。
【０１０１】
時刻ｔ６にて、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は第１触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比であって前記第１リーン空燃比よりもリッチである上述した第２リーン空燃比に制御する。この場合、第１触媒５３の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxに到達している。従って、第１触媒５３からはリーンな空燃比のガスが流出し、これが第２触媒５４内に流入する。一方、時刻ｔ６の時点においては、第２触媒５４の酸素吸蔵量は「０」となっている。従って、時刻ｔ６以降において、第２触媒５４内の酸素吸蔵量は「０」から増大し続け、時刻ｔ７にて最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxに達する。この結果、時刻ｔ７にて、第２触媒５４から酸素を含むガスが流出し始め、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻ｔ６〜ｔ７間の作動を第６モード（Mode=6）における作動と呼ぶ。
【０１０２】
本装置は、かかる時刻ｔ６〜ｔ７間においても、以下のようにして第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxを最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6として推定する。即ち、下記数７及び下記数８に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともに積分し、同時刻ｔ７での積分値を最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6として算出する。
【０１０３】
【数７】
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（abyfs − stoich）
【０１０４】
【数８】
ＣＵＦmax6＝ΣΔO2（区間ｔ＝ｔ６〜ｔ７）
【０１０５】
このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ６６の出力に基いて（第１触媒上流側空燃比が第２リーン空燃比に制御されていることを利用して）最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6を推定する。そして、本装置は、時刻ｔ７にて機関に吸入される混合気の空燃比を理論空燃比に戻すとともに、同時刻ｔ７以降において、最上流空燃比センサ６６が異常であるか否かを、以下の数９が成立するか否かを判定することにより判定する。
【０１０６】
【数９】
((vabyfsL-vabyfsR)/dvref) ＜ α
【０１０７】
上記数９の左辺のdvrefは、図３に示したように、最上流空燃比センサ６６が正常である場合において、検出されるガスの空燃比Ａ／Ｆが第１リーン空燃比（stoich/0.98）であるときの同最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値と同空燃比Ａ／Ｆが第１リッチ空燃比（stoich/1.02）であるときの同最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値との偏差（正の一定値）である。上記数９の右辺のαは、最上流空燃比センサ劣化判定基準値（正の一定値）である。
【０１０８】
最上流空燃比６６の劣化が進行すると、図３に２点鎖線で示したように、同最上流空燃比センサ６６が検出するガスの実際の空燃比Ａ／Ｆの理論空燃比（stoich）からの偏移量に対する同最上流空燃比センサ６６の出力値の同ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比であるときの出力値からの偏移量（の絶対値）が減少する傾向がある。
【０１０９】
従って、第１触媒上流空燃比が第１リーン空燃比に制御されている状態における最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値が格納されている変数vabyfsLの値と第１触媒上流空燃比が第１リッチ空燃比に制御されている状態における最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値が格納されている変数vabyfsRの値との偏差(vabyfsL-vabyfsR)は、最上流空燃比センサ６６の劣化が進行するに従い小さくなる。換言すれば、偏差dvrefの値に対する偏差(vabyfsL-vabyfsR)の値の比率((vabyfsL-vabyfsR)/dvref)は最上流空燃比センサ６６の劣化が進行するに従い小さくなる。
【０１１０】
以上の原理に基き、本装置は、上記数９が成立する場合、即ち、偏差dvrefの値に対する偏差(vabyfsL-vabyfsR)の値の比率((vabyfsL-vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値αより小さいとき、最上流空燃比センサ６６が異常である（劣化した）と判定する。
【０１１１】
次いで、本装置は、第１,第２触媒５３,５４が劣化しているか否かを以下のように判定する。先ず、第１触媒５３については、上記第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3が第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲdn以下であるか否か、上記第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5が第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲup以下であるか否か、及び上記最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3と上記最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5の平均値である第１触媒５３の平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax（＝(ＣＳＣmax3+ＣＳＣmax5)／２）が第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲave以下であるか否かを判定する。
【０１１２】
そして、本装置は、上記最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3が第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲdn以下であること、上記最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5が第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲup以下であること、及び、上記平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxが第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲave以下であることの、何れかが成立したときに、原則的に第１触媒５３が劣化したものと判定する。この場合、上記３つの条件のうち、任意の二つの組み合わせが成立したときに第１触媒５３が劣化したと判定するように構成してもよく、同３つの条件全てが成立したときにのみ第１触媒５３が劣化したと判定するように構成してもよい。ただし、最上流空燃比センサ６６が異常であると判定されている場合には、本装置は第１触媒５３が劣化したとの判定は行わない。
【０１１３】
次に、第２触媒５４については、上記第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax4が第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲdn以下であるか否か、上記第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6が第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲup以下であるか否か、及び上記最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax4と上記第２最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6の平均値である第２触媒５４の平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax（＝(ＣＵＦmax4+ＣＵＦmax6)／２）が第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦRave以下であるか否かを判定する。
【０１１４】
そして、本装置は、上記最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax4が第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲdn以下であること、上記最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6が第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲup以下であること、及び、上記平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦRave以下であることの、何れかが成立したときに、原則的に第２触媒５４が劣化したものと判定する。この場合においても、上記３つの条件のうち、任意の二つの組み合わせが成立したときに第２触媒５４が劣化したと判定するように構成してもよく、同３つの条件全てが成立したときにのみ第２触媒５４が劣化したと判定するように構成してもよい。ただし、このときも、最上流空燃比センサ６６が異常であると判定されている場合には、本装置は第２触媒５４が劣化したとの判定は行わない。
【０１１５】
更に、本装置は、第１,第２触媒５３,５４を一つの触媒装置とみなしたときに、その触媒装置が劣化したか否かを、下記数１０が成立するか否かを判定することにより判定する。ただし、このときも、最上流空燃比センサ６６が異常であると判定されている場合には、本装置は触媒装置が劣化したとの判定は行わない。
【０１１６】
【数１０】
ＣＳＣmax＋ＣＵＦmax ≦ ＣＲave
【０１１７】
なお、数１０の左辺におけるＣＳＣmaxはＣＳＣmax3又はＣＳＣmax5の何れかに置換してもよく、同数１０の左辺におけるＣＵＦmaxはＣＵＦmax4又はＣＵＦmax6の何れかに置換してもよい。右辺のＣＲaveは、第１触媒５３と第２触媒５４を一つの触媒装置と見なしたときに、同触媒装置の劣化を判定するための最大酸素吸蔵量の基準値（触媒全体の劣化判定基準値）である。以上が、本装置による触媒劣化判定方法の概要である。
【０１１８】
＜実際の作動＞
次に、上記のように構成された排気浄化装置（及び、触媒劣化判定装置）の実際の作動について、電気制御装置７０のＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図６〜図１７を参照しながら説明する。
【０１１９】
（通常の空燃比制御）
ＣＰＵ７１は、図６に示した最終燃料噴射量Ｆｉの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、エアフローメータ６１により計測された吸入空気量ＡＦＭと、エンジン回転速度ＮＥとに基いて、機関の空燃比を理論空燃比とするための基本燃料噴射量Ｆbaseをマップから求める。
【０１２０】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ６１０に進み、基本燃料噴射量Ｆbaseに係数Ｋを乗じた値に後述する空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを加えた値を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定する。この係数Ｋの値は、通常は「１．００」であり、後述するように、触媒劣化判定を行うために強制的に空燃比を変更するとき、「１．００」以外の所定値に設定される。次いで、ＣＰＵ７１はステップ６１５に進み、同ステップ６１５にて同最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射するための指示をインジェクタ３９に対して行う。その後、ＣＰＵ７１はステップ６２０に進み、その時点の燃料噴射量合計量ｍｆｒに最終燃料噴射量Ｆｉを加えた値を、新たな燃料噴射量積算値ｍｆｒに設定する。この燃料噴射量積算値ｍｆｒは、後述する酸素吸蔵量の算出の際に用いられる。その後、ＣＰＵ７１はステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上により、フィードバック補正された最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【０１２１】
次に、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの算出について説明すると、ＣＰＵ７１は図７に示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んでフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。空燃比フィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であり、最上流空燃比センサ６６が正常であり、且つ、後述する触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が「０」のときに成立する。なお、触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮは、後述するように、その値が「１」のとき触媒劣化判定のために強制的に空燃比を変更する空燃比制御を実行していることを示し、その値が「０」のとき同触媒劣化判定のための空燃比制御を実行していないことを示す。
【０１２２】
いま、空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、現時点の最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsと後述するサブフィードバック制御量vafsfbとの和（vabyfs＋vafsfb）を図３に示したマップに基いて変換することにより、現時点における第１触媒５３の上流側制御用空燃比abyfs1を求める。
【０１２３】
次に、ＣＰＵ７１はステップ７１５に進み、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を前記求めた上流側制御用空燃比abyfs1で除することにより、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。値Ｎは、内燃機関の排気量、燃焼室２５から最上流空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。
【０１２４】
このように、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を上流側制御用空燃比abyfs1で除するのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が最上流空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間を要しているからである。なお、筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ６１の出力ＡＦＭと、エンジン回転速度ＮＥとに基いて求められ（例えば、エアフローメータ６１の出力ＡＦＭに一次遅れ処理を施した値をエンジン回転速度ＮＥで除することにより求められ）、各吸気行程に対応してＲＡＭ７３内に記憶されている。
【０１２５】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ７２０に進み、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点からＮストローク前の時点における目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）（この例では、理論空燃比stoich）で除することにより、現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。そして、ＣＰＵ７１はステップ７２５に進んで目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じた値を筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、ＣＰＵ７１はステップ７３０に進み、下記数１１に基いて空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを求める。
【０１２６】
【数１１】
ＤＦｉ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ
【０１２７】
上記数１１において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。なお、数１１の係数ＫＦＢはエンジン回転速度ＮＥ、及び筒内吸入空気量Ｍｃ等により可変とすることが好適であるが、ここでは「１」としている。また、値ＳＤＦｃは筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値であり、次のステップ７３５にて更新される。即ち、ＣＰＵ７１は、ステップ７３５にてその時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ７２５にて求めた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを求め、ステップ７９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１２８】
以上により、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが前述した図６のステップ６１０、及びステップ６１５により燃料噴射量に反映されるので、Ｎストローク前の燃料供給量の過不足が補償され、空燃比の平均値が目標空燃比abyfrと略一致せしめられる。
【０１２９】
一方、ステップ７０５の判定時において、空燃比フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの値を「０」に設定し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、空燃比フィードバック制御条件が不成立であるとき（触媒劣化判定実行中を含む）は、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを「０」として空燃比（基本燃料噴射量Ｆbase）の補正を行わない。
【０１３０】
次に、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1に基く空燃比フィードバック制御について説明する。なお、かかる制御はサブフィードバック制御とも呼ばれる。このサブフィードバック制御により、サブフィードバック制御量vafsfbが算出される。
【０１３１】
ＣＰＵ７１は、サブフィードバック制御量vafsfbを求めるために、図８に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ７０５での空燃比フィードバック制御条件に加え、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上のとき、及び第１触媒下流空燃比センサ６７が正常であるときに成立する。
【０１３２】
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、所定の目標値Voxsrefから現時点の第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1を減じることにより、出力偏差量ＤＶoxsを求める。この目標値Voxsrefは、第１触媒５３の浄化効率が良好（最良）となるように定められ、ここでは、理論空燃比に対応した値に設定されている。次に、ＣＰＵ７１はステップ８１５に進み、下記数１２に基いてサブフィードバック制御量vafsfbを求める。
【０１３３】
【数１２】
vafsfb＝Ｋｐ・ＤＶoxs＋Ｋｉ・ＳＤＶoxs
【０１３４】
上記数１２において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン、Ｋｉは予め設定された積分ゲインである。また、ＳＤＶoxsは、出力偏差量ＤＶoxsの積分値であって、次のステップ８２０にて更新される値である。即ち、ＣＰＵ７１は、ステップ８２０に進むと、その時点における出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsに上記ステップ８１０にて求めた出力偏差量ＤＶoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsを求め、その後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３５】
このようにして、サブフィードバック制御量vafsfbが求められ、この値は前述した図７のステップ７１０にて最上流空燃比センサ６６の実際の出力に加えられ、その和（vabyfs + vafsfb）が図３に示したマップに基いて前記上流側制御用空燃比abyfs1に変換される。換言すると、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1に基いて求められる上流側制御用空燃比abyfs1は、最上流空燃比センサ６６が実際に検出している空燃比に対して、サブフィードバック制御量vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比として求められる。
【０１３６】
この結果、前述した図７のステップ７１５にて計算される筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）が第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1に応じて変化するので、ステップ７２５，７３０によって空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが同第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1に応じて変更せしめられる。これにより、第１触媒５３の下流側の空燃比が目標値Voxsrefに一致するように、機関の空燃比が制御せしめられる。
【０１３７】
例えば、機関の平均的な空燃比がリーンであるために第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1が理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を示すと、ステップ８１０にて求められる出力偏差量ＤＶoxsが正の値となるので、ステップ８１５にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは正の値となる。従って、ステップ７１０にて求められる上流側制御用空燃比abyfs1は最上流空燃比センサ６６が実際に検出している空燃比よりもリーンな値（より大きな値）として求められる。このため、ステップ７１５にて求められる筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は小さい値となり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは大きい値として求められるので、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが大きい正の値となる。これにより、図６のステップ６１０にて求められる最終燃料噴射量Ｆｉは、基本燃料噴射量Ｆbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【０１３８】
反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1が理論空燃比よりもリッチ空燃比に対応した値を示すと、ステップ８１０にて求められる出力偏差量ＤＶoxsが負の値となるので、ステップ８１５にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは負の値となる。従って、ステップ７１０にて求められる上流側制御用空燃比abyfs1は最上流空燃比センサ６６が実際に検出している空燃比よりもリッチな値（より小さな値）として求められる。このため、ステップ７１５にて求められる筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は大きい値となり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは負の値として求められるので、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが負の値となる。これにより、図７のステップ６１０にて求められる最終燃料噴射量Ｆｉは、基本燃料噴射量Ｆbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。
【０１３９】
このように、第１触媒５３の下流側の空燃比が理論空燃比に極めて近い状態になるように制御されるので、第１，第２触媒５３，５４の各々が劣化して最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax及び最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが低下した場合であっても、エミッションが継続的に低減される。
【０１４０】
一方、ステップ８０５の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８２５に進み、サブフィードバック制御量vafsfbの値を「０」に設定した後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるとき（空燃比切換制御実行中を含む）は、サブフィードバック制御量vafsfbを「０」として第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1に基く空燃比フィードバック補正量ＤＦｉ（上流側制御用空燃比abyfs1）の補正を行わない。以上のようにして、通常の空燃比制御が実行される。
【０１４１】
（触媒劣化判定のための空燃比制御）
次に、触媒劣化の判定を行うための空燃比制御について説明する。ＣＰＵ７１は図９〜図１５のフローチャートにより示された各ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。
【０１４２】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図９のステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んで触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が「０」であるか否かを判定する。いま、触媒劣化判定のための空燃比制御を行っておらず、且つ、触媒劣化判定条件が成立していないとして説明を続けると、触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値は「０」となっている。従って、ＣＰＵ７１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、先に説明した図６のステップ６１０にて使用される係数Ｋの値を１．００に設定する。
【０１４３】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ９１５にて触媒劣化判定条件が成立しているか否かを判定する。この触媒劣化判定条件は、冷却水温THWが所定温度以上であり、図示しない車速センサにより得られた車速が所定の高車速以上であり、スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量が所定量以下である、機関が定常運転されている場合に成立する。更に、触媒劣化判定条件に、前回の触媒劣化判定から所定時間以上が経過したこと、前回の触媒劣化判定から車両が所定距離以上運転されたこと、前回の触媒劣化判定から内燃機関１０が所定時間以上運転されたことの任意の一つ、又は一つ以上を触媒劣化判定条件に加えても良い。現段階では、上述したように、触媒劣化判定条件は成立していないから、ＣＰＵ７１はステップ９１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４４】
次に、先に説明した図５の時刻ｔ１のように、その時点では触媒劣化判定のための空燃比制御を行っていないが、触媒劣化判定条件が成立したものとして説明を続けると、この場合、ＣＰＵ７１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、同ステップ９１０にて係数Ｋの値を１．００に設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、触媒劣化条件が成立しているので、ステップ９１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進み、同ステップ９２０にて触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値を「１」に設定する。
【０１４５】
そして、ＣＰＵ７１はステップ９２５に進み、第１モードに移行するためにModeの値を「１」に設定するとともに、続くステップ９３０にて係数Ｋの値を０．９８に設定し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、前述の空燃比フィードバック制御条件が成立しなくなるから、ＣＰＵ７１は図７のステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進むようになり、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの値は０に設定される。この結果、図６のステップ６１０の実行により、基本燃料噴射量Ｆbaseが０.９８倍された値が最終燃料噴射量Ｆｉとして算出され、この最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が噴射されるので、機関の空燃比は理論空燃比よりもリーンな前記第１リーン空燃比に制御される。
【０１４６】
以降、ＣＰＵ７１は図９のルーチンの処理をステップ９００から繰り返し実行するが、触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が「１」となっていることから、ステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定して直ちにステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了するようになる。
【０１４７】
一方、ＣＰＵ７１は図１０に示した第１モード制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングとなると、ＣＰＵ７１はステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進み、Modeの値が「１」であるか否かを判定する。この場合、先の図９のステップ９２５の処理によりModeの値は「１」となっているので、ＣＰＵ７１はステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１０に進み、第１触媒下流空燃比センサの出力Voxs1が理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値に変化したか否かを判定する。現時点では、機関の空燃比を第１リーン空燃比に変更した直後であるから、第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1は理論空燃比よりもリッチな空燃比を示している。従って、ＣＰＵ７１はステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１４８】
以降、ＣＰＵ７１は図１０のステップ１０００〜１０１０を繰り返し実行する。また、空燃比は第１リーン空燃比に維持されているから、所定の時間が経過すると図５の時刻ｔ２のように第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。これにより、ＣＰＵ７１はステップ１０１０に進んだとき、同ステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１５に進み、その時点における最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値を変数vabyfsLに格納した後、ステップ１０２０に進んで第２モードに移行すべくModeの値を「２」に設定する。そして、続くステップ１０２５にて前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている後述する触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値とステップ１０２５内に記載したテーブルとに基いて係数Ｋの値を算出・設定し、その後、ステップ１０９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１４９】
これにより、係数Ｋは、触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が大きいほど０．９８（第１リーン空燃比を得るための係数Ｋの値）に近づくように（小さく）、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が小さくなるほど１．００（理論空燃比を得るための係数Ｋの値）に近づくように（大きく）設定される。即ち、ステップ１０２５においては、係数Ｋは触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて０．９８より大きく１．００より小さい任意の値に設定される。
【０１５０】
この結果、図６のステップ６１０の実行により、基本燃料噴射量Ｆbaseが係数Ｋ倍された値が最終燃料噴射量Ｆｉとして算出され、この最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が噴射されるので、機関の空燃比は理論空燃比よりもリーンであって前記第１リーン空燃比よりもリッチであり、且つ触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更される（最大酸素吸蔵量Ｃmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく）前記第２リーン空燃比に制御される。
【０１５１】
ＣＰＵ７１は、第２モード（Mode=2）となると、以降、同様なモード制御を実行し、モードを第３モードから第４，第５，第６モードへと順次切換えるとともに、各モードに応じた制御を実行して行く。簡単に説明すると、図１１にそのルーチンをフローチャートにより示した第２モードにおいては、ステップ１１０５にてModeの値が「２」であるか否かを判定し、Modeの値が「２」であればステップ１１０５からステップ１１１０に進み、同ステップ１１１０にて第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【０１５２】
そして、図５の時刻ｔ３に示したように、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、ステップ１１１５に進んで第３モードに移行すべくModeの値を「３」に設定し、続くステップ１１２０にて係数Ｋの値を１．０２に設定する。この結果、機関の空燃比が理論空燃比よりリッチな前記第１リッチ空燃比に制御される。
【０１５３】
同様に、図１２にそのルーチンをフローチャートにより示した第３モードにおいては、ステップ１２０５にてModeの値が「３」であるか否かを判定し、Modeの値が「３」であればステップ１２０５からステップ１２１０に進み、同ステップ１２１０にて第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【０１５４】
そして、図５の時刻ｔ４に示したように、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化すると、ステップ１２１０からステップ１２１５に進んで、その時点における最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値を変数vabyfsRに格納した後、ステップ１２２０にて第４モードに移行すべくModeの値を「４」に設定する。そして、続くステップ１２２５にて前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている後述する触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値とステップ１２２５内に記載したテーブルとに基いて係数Ｋの値を算出・設定し、その後、ステップ１２９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１５５】
これにより、係数Ｋは、触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が大きいほど１．０２（第１リッチ空燃比を得るための係数Ｋの値）に近づくように（大きく）、同最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値が小さくなるほど１．００（理論空燃比を得るための係数Ｋの値）に近づくように（小さく）設定される。即ち、ステップ１２２５においては、係数Ｋは触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて１．００より大きく１．０２より小さい任意の値に設定される。この結果、機関の空燃比が、理論空燃比よりリッチであって前記第１リッチ空燃比よりもリーンであり、且つ触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更される（最大酸素吸蔵量Ｃmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく）前記第２リッチ空燃比に制御される。
【０１５６】
同様に、図１３にそのルーチンをフローチャートにより示した第４モードにおいては、ステップ１３０５にてModeの値が「４」であるか否かを判定し、Modeの値が「４」であればステップ１３０５からステップ１３１０に進み、同ステップ１３１０にて第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【０１５７】
そして、図５の時刻ｔ５に示したように、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化すると、ステップ１３１０からステップ１３１５に進んで第５モードに移行すべくModeの値を「５」に設定し、続くステップ１３２０にて係数Ｋの値を０．９８に設定する。この結果、機関の空燃比が、前記第１リーン空燃比に制御される。
【０１５８】
同様に、図１４にそのルーチンをフローチャートにより示した第５モードにおいては、ステップ１４０５にてModeの値が「５」であるか否かを判定し、Modeの値が「５」であればステップ１４０５からステップ１４１０に進み、同ステップ１４１０にて第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【０１５９】
そして、図５の時刻ｔ６に示したように、第１触媒下流空燃比センサ６７の出力Voxs1が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、ステップ１４１０からステップ１４１５に進んで第６モードに移行すべくModeの値を「６」に設定し、続くステップ１４２０にて前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている後述する触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値と上述したステップ１０２５内に記載したテーブルと同一のテーブルであるステップ１４２０内に記載したテーブルとに基いて係数Ｋの値（０．９８＜Ｋ＜１．００）を算出・設定する。この結果、機関の空燃比が、前記第２リーン空燃比に制御される。
【０１６０】
また、図１５にそのルーチンをフローチャートにより示した第６モードにおいては、ステップ１５０５にてModeの値が「６」であるか否かを判定し、Modeの値が「６」であればステップ１５０５からステップ１５１０に進み、同ステップ１５１０にて第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【０１６１】
そして、図５の時刻ｔ７に示したように、第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、ステップ１５１０からステップ１５１５に進み、Modeの値を「０」に再設定し、続くステップ１５２０にて触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値を「０」に設定した後、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、ＣＰＵ７１は図９のルーチンを実行する際、ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進むので、係数Ｋの値が１．００に戻される。また、他の空燃比フィードバック制御条件、及び他のサブフィードバック制御条件が成立していれば、ＣＰＵ７１はステップ７０５、及びステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定するから、空燃比フィードバック制御、及びサブフィードバック制御が再開される。
【０１６２】
以上、説明したように、触媒劣化判定条件が成立すると、機関の空燃比が、一定値である第１リーン空燃比、前回の触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変化する（最大酸素吸蔵量Ｃmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく）第２リーン空燃比、一定値である第１リッチ空燃比、前回の触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変化する（最大酸素吸蔵量Ｃmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく）第２リッチ空燃比、同第１リーン空燃比、及び同第２リーン空燃比の順に強制的に制御される。
【０１６３】
（酸素吸蔵量の推定、並びに最上流空燃比センサの異常判定及び触媒劣化判定）次に、触媒劣化の判定を行うための最大酸素吸蔵量の推定、並びに最上流空燃比センサ６６の異常判定及び推定された最大酸素吸蔵量に基く触媒劣化の判定における作動について説明する。ＣＰＵ７１は図１６，１７のフローチャートにより示された各ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。
【０１６４】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図１６のステップ１６００から処理を開始し、ステップ１６０５に進んで下記数１３により酸素吸蔵量変化量ΔO2を求める。
【０１６５】
【数１３】
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（abyfs − stoich）
【０１６６】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１６１０に進んでModeの値が「３」であるか否かを判定し、Modeの値が「３」であれば同ステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１５に進む。そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１６１５にてその時点の第３モードの酸素吸蔵量ＯＳＡ３に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えた値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡ３として設定し、その後ステップ１６５０に進む。なお、酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えることとしたのは、上記数１と上記数１３との比較から明らかなように、数１３によれば第３モードにおける酸素吸蔵量変化量ΔO2が負の値として算出されるからである。
【０１６７】
このような処置（ステップ１６００〜１６１５）は、Modeの値が「３」である限り繰り返し実行される。この結果、第１触媒５３の上流の空燃比が第１リッチ空燃比とされる第３モード（Mode=3）において、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ３が算出されて行く。なお、ステップ１６１０での判定において「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ７１は同ステップ１６１０からステップ１６２０に直接進む。
【０１６８】
ＣＰＵ７１は、ステップ１６２０に進んだ場合、Modeの値が「４」であるか否かを判定し、Modeの値が「４」であれば同ステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６２５に進む。そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１６２５にてその時点の第４モードの酸素吸蔵量ＯＳＡ４に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えた値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡ４として設定し、その後ステップ１６５０に進む。なお、酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えることとしたのは、上記数３と上記数１３との比較から明らかなように、数１３によれば第４モードにおける酸素吸蔵量変化量ΔO2が負の値として算出されるからである。
【０１６９】
このような処置（ステップ１６００，１６０５，１６１０，１６２０，１６２５）は、Modeの値が「４」である限り繰り返し実行される。この結果、第１触媒５３の上流の空燃比が第２リッチ空燃比とされる第４モード（Mode=4）において、第２触媒５４の酸素吸蔵量ＯＳＡ４が算出されて行く。なお、ステップ１６２０での判定において「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ７１は同ステップ１６２０からステップ１６３０に直接進む。
【０１７０】
同様に、ＣＰＵ７１はステップ１６３０に進んだ場合、Modeの値が「５」であるか否かを判定し、Modeの値が「５」であればステップ１６３５に進み、その時点の第５モードの酸素吸蔵量ＯＳＡ５に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2を加えた値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡ５として設定し、その後ステップ１６５０に進む。
【０１７１】
このような処置（ステップ１６００，１６０５，１６１０，１６２０，１６３０,１６３５）は、Modeの値が「５」である限り繰り返し実行される。この結果、第１触媒５３の上流の空燃比が第１リーン空燃比とされる第５モード（Mode=5）において、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ５が算出されて行く。なお、ステップ１６３０での判定において「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ７１は同ステップ１６３０からステップ１６４０に直接進む。
【０１７２】
同様に、ＣＰＵ７１はステップ１６４０に進んだ場合、Modeの値が「６」であるか否かを判定し、Modeの値が「６」であればステップ１６４５に進み、その時点の第６モードの酸素吸蔵量ＯＳＡ６に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2を加えた値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡ６として設定し、その後ステップ１６５０に進む。
【０１７３】
このような処置（ステップ１６００，１６０５，１６１０，１６２０，１６３０,１６４０,１６４５）は、Modeの値が「６」である限り繰り返し実行される。この結果、第１触媒５３の上流の空燃比が第２リーン空燃比とされる第６モード（Mode=6）において、第２触媒５４の酸素吸蔵量ＯＳＡ６が算出されて行く。なお、ステップ１６４０での判定において「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ７１は同ステップ１６４０からステップ１６５０に直接進む。
【０１７４】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１６５０に進むと、同ステップ１６５０にて燃料噴射量Ｆｉの合計量ｍｆｒを「０」に設定し、その後ステップ１６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７５】
また、ＣＰＵ７１は図１７に示した最上流空燃比センサ６６の異常判定及び触媒劣化判定のためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１７００から処理を開始し、ステップ１７０２に進んで触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が「１」から「０」に変化したか否かをモニタする。このとき、第６モードが終了して、先に説明した図１５のステップ１５２０にて触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が「０」に変更されると、ＣＰＵ７１はステップ１７０２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７０４に進む。なお、触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が変化していなければ、ＣＰＵ７１はステップ１７０２からステップ１７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７６】
いま、第６モードが終了した直後であるとすると、触媒劣化判定実行中フラグＸＨＡＮの値が「１」から「０」に変更された直後であるから、ＣＰＵ７１はステップ１７０２からステップ１７０４に進み、その時点の酸素吸蔵量ＯＳＡ３，ＯＳＡ４，ＯＳＡ５、及びＯＳＡ６を、最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3（第１触媒第１最大酸素吸蔵量），ＣＵＦmax4（第２触媒第１最大酸素吸蔵量），ＣＳＣmax5（第１触媒第２最大酸素吸蔵量）、及びＣＵＦmax6（第２触媒第２最大酸素吸蔵量）として格納する。
【０１７７】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１７０６に進み、変数vabyfsLの値と、変数vabyfsRの値と、上記数９に基くステップ１７０６内に記載した式とに基いて、偏差dvrefの値に対する偏差(vabyfsL-vabyfsR)の値の比率((vabyfsL-vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値αより小さいか否かを判定し、同比率((vabyfsL-vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値αより小さいとき、ステップ１７０８にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値を「１」に設定し、これにより最上流空燃比センサ６６が異常である（劣化した）ことを示す。ここで、ステップ１７０６及びステップ１７０８は触媒上流空燃比センサ異常検出手段に対応している。
【０１７８】
他方、ステップ１７０６の判定において、上記比率((vabyfsL-vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値α以上であるとき、ＣＰＵ７１はステップ１７１０に進んで最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値を「０」に設定し、これにより最上流空燃比センサ６６が正常である（劣化していない）ことを示す。
【０１７９】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１７１２に進み、同ステップ１７１２にて最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3と最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax5の平均値を、第１触媒５３の平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxとして格納する。
【０１８０】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１７１４に進んで平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxが第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲave以下か否かを判定し、平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxが第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲave以下であるとき、ステップ１７１６に進み、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」であるか否かを判定する。
【０１８１】
このステップ１７１６の判定にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１７１８にて第１触媒劣化判定結果フラグＸＳＣＲの値を「１」に設定し、これにより第１触媒５３が劣化したことを示す。他方、ステップ１７１６の判定において、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」でなければ（即ち「１」であれば）ステップ１７２０にて第１触媒劣化判定結果フラグＸＳＣＲの値を「２」に設定し、これにより第１触媒５３の劣化判定が行なわれていないことを示す。
【０１８２】
一方、ステップ１７１４の判定において、平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxが第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲaveより大きいとき、ＣＰＵ７１はステップ１７２２にて第１触媒劣化判定結果フラグＸＳＣＲの値を「０」に設定し、これにより第１触媒５３が劣化していないことを示す。
【０１８３】
このようにして、ＣＰＵ７１は、平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxが第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲave以下である場合（第１触媒５３が劣化しているという判定をすべき状態にある場合）、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されていないときは第１触媒５３が劣化しているという判定を行うが、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されているときには第１触媒５３が劣化しているという判定を行わない。また、平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxが第１触媒劣化判定基準値ＣＳＣＲaveより大きい場合（第１触媒５３が劣化していないという判定をすべき状態にある場合）、ＣＰＵ７１は最上流空燃比センサ６６の異常が検出されているか否かに拘わらず、第１触媒５３が劣化していないという判定を行う。
【０１８４】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１７２４に進み、最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax4と最大酸素吸蔵量ＣＵＦmax6の平均値を第２触媒５４の平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxとして格納し、続くステップ１７２６にて平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲave以下か否かを判定する。そして、平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲave以下であるとき、ＣＰＵ７１はステップ１７２８に進み、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」であるか否かを判定する。
【０１８５】
このステップ１７２８の判定にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１７３０にて第２触媒劣化判定結果フラグＸＵＦＲの値を「１」に設定し、これにより第２触媒５４が劣化したことを示す。他方、ステップ１７２８の判定において、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」でなければ（即ち「１」であれば）、ステップ１７３２にて第２触媒劣化判定結果フラグＸＵＦＲの値を「２」に設定し、これにより第２触媒５４の劣化判定が行なわれていないことを示す。
【０１８６】
一方、ステップ１７２６の判定において、平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲaveより大きいとき、ＣＰＵ７１はステップ１７３４にて第２触媒劣化判定結果フラグＸＵＦＲの値を「０」に設定し、これにより第２触媒５４が劣化していないことを示す。
【０１８７】
このようにして、ＣＰＵ７１は、平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲave以下である場合（第２触媒５４が劣化しているという判定をすべき状態にある場合）、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されていないときは第２触媒５４が劣化しているという判定を行うが、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されているときには第２触媒５４が劣化しているという判定を行わない。また、平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxが第２触媒劣化判定基準値ＣＵＦＲaveより大きい場合（第２触媒５４が劣化していないという判定をすべき状態にある場合）、ＣＰＵ７１は最上流空燃比センサ６６の異常が検出されているか否かに拘わらず、第２触媒５４が劣化していないという判定を行う。
【０１８８】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１７３６に進んで第１触媒５３の最大酸素吸蔵量に関する値である平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxと第２触媒５４の最大酸素吸蔵量に関する値である平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxとの和が触媒全体劣化判定基準値ＣＲave以下か否かを判定する。そして、前記和が触媒全体劣化判定基準値ＣＲave以下であるとき、ＣＰＵ７１はステップ１７３８に進み、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」であるか否かを判定する。
【０１８９】
このステップ１７３８の判定にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１７４０にて触媒全体判定結果フラグＸＡＬＬＲの値を「１」に設定し、これにより第１触媒５３及び第２触媒５４が全体として劣化したことを示す。他方、ステップ１７３８の判定において、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグＸＳＥＮＲの値が「０」でなければ（即ち「１」であれば）、ステップ１７４２にて触媒全体判定結果フラグＸＡＬＬＲの値を「２」に設定し、これにより第１触媒５３及び第２触媒５４全体としての劣化判定が行われていないことを示す。
【０１９０】
一方、ステップ１７３６の判定において、上記和が触媒全体劣化判定基準値ＣＲaveより大きいとき、ＣＰＵ７１はステップ１７４４にて触媒全体判定結果フラグＸＡＬＬＲの値を「０」に設定し、これにより第１触媒５３及び第２触媒５４が全体としては劣化していないことを示す。
【０１９１】
このようにして、ＣＰＵ７１は、上記和が触媒全体劣化判定基準値ＣＲave以下である場合（第１触媒５３及び第２触媒５４が全体として劣化しているという判定をすべき状態にある場合）、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されていないときは第１触媒５３及び第２触媒５４が全体として劣化しているという判定を行うが、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されているときには第１触媒５３及び第２触媒５４が全体として劣化しているという判定を行わない。また、上記和が触媒全体劣化判定基準値ＣＲaveより大きい場合（第１触媒５３及び第２触媒５４が全体としては劣化していないという判定をすべき状態にある場合）、ＣＰＵ７１は最上流空燃比センサ６６の異常が検出されているか否かに拘わらず、第１触媒５３及び第２触媒５４が全体としては劣化していないという判定を行う。
【０１９２】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１７４６に進み、酸素吸蔵量ＯＳＡ３，ＯＳＡ４，ＯＳＡ５、及びＯＳＡ６の各々の値を総べて「０」に設定し、続くステップ１７４８に進んで上記平均最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxの値と上記平均最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxの値との和を触媒全体の最大酸素吸蔵量ＣmaxallとしてバックアップＲＡＭ７４に格納した後、ステップ１７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１９３】
以上、説明したように、本発明による触媒劣化判定装置の触媒劣化判定方法によれば、第１触媒５３、及び第２触媒５４の下流に、それぞれ第１触媒下流空燃比センサ６７、及び第２触媒下流空燃比センサ６８を配置したので、各触媒の酸素吸蔵量が「０」となったとき、及び最大酸素吸蔵量となったときを確実に検出することができ、その結果、第１触媒５３、及び第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax，ＣＵＦmaxを精度良く求めることができる。従って、第１触媒５３、及び第２触媒５４が劣化しているか否かを独立して精度よく判定することができる。また、第１触媒５３、及び第２触媒５４を一つの触媒装置として見たとき、その触媒装置全体が劣化したか否かを判定することもできる。
【０１９４】
また、触媒劣化判定実行中において、第２リーン空燃比を、前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更し、常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の上限値近傍の空燃比になるように設定した（図５の時刻ｔ２〜ｔ３、及びｔ６〜ｔ７を参照。）。
【０１９５】
このように第２リーン空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の上限値近傍の空燃比とするのは次の理由による。即ち、第２リーン空燃比の混合気が第１，第２触媒５３，５４に流入することで第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値から理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値となったとき（図５の時刻ｔ３及びｔ７を参照。）、内燃機関１０の排気ポート３４から第２触媒下流空燃比センサ６８までの排気通路５１，５２及び触媒５３，５４により形成される空間内に第２リーン空燃比のガスが充填されている。また、このとき、第１，第２触媒５３，５４の酸素吸蔵量は共に最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax，ＣＵＦmaxとなっており、同第１，第２触媒５３，５４の酸素吸蔵機能は共に働かないから、窒素酸化物ＮＯｘが排出され易くなっている。
【０１９６】
従って、第２リーン空燃比が前記触媒装置のウインドウ幅の上限値よりも大きく上回っているリーン空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘの量が多く、また、第１，第２触媒５３，５４の酸素吸蔵機能が働かない状態であって且つ同第１，第２触媒５３，５４の還元機能による窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率も低下しているので、第２触媒下流空燃比センサ出力リーン反転時（図５の時刻ｔ３及びｔ７を参照。）直後において窒素酸化物ＮＯｘが大量に大気中に排出されてしまう。
【０１９７】
これに対し、上記実施形態のように、第２リーン空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の上限値近傍の空燃比とすることにより、第２触媒下流空燃比センサ出力リーン反転時直後における前記触媒装置の還元機能による窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同反転時の直後における窒素酸化物ＮＯｘの排出量を極力低減できる。さらには、第２リーン空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定されるので、同第２リーン空燃比が予め理論空燃比に近いリーンな空燃比に設定される場合に比して第２触媒５４の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量に到達させるまでの期間（図５の時刻ｔ２〜ｔ３、及びｔ６〜ｔ７）を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間（図５の時刻ｔ１〜ｔ７）も短くできる。
【０１９８】
また、第１リーン空燃比を、第２リーン空燃比よりもリーンな空燃比（前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の上限値を若干上回った空燃比）に設定した（図５の時刻ｔ１〜ｔ２、及びｔ５〜ｔ６を参照。）。このように第１リーン空燃比を第２リーン空燃比よりもリーンな空燃比に設定するのは以下の理由による。
【０１９９】
即ち、第１触媒上流の空燃比が第１リーン空燃比に制御されている期間においては、第１触媒５３の酸素吸蔵量は時間の経過とともに増加するものの同期間の終了時点までは最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxに達していない。一方、この期間の終了時点である第１触媒下流空燃比センサ６７の出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点までは、第１触媒５３からリーン空燃比のガスが流出し始めていないので、第２触媒５４の酸素吸蔵量は「０」のまま維持されている。
【０２００】
従って、第１リーン空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の上限値よりある程度上回った空燃比に設定しても、第１触媒上流の空燃比が同第１リーン空燃比に制御されている期間においては、第１触媒５３に流入する窒素酸化物ＮＯｘは第１触媒５３及び第２触媒５４の酸素吸蔵機能により浄化され、大気中に排出されることはない。従って、上記実施形態のように、第１リーン空燃比を第２リーン空燃比よりもリーンな空燃比に設定することにより、第１リーン空燃比が第２リーン空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第１触媒５３の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量に到達させるまでの期間（図５の時刻ｔ１〜ｔ２、及びｔ５〜ｔ６）を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間（図５の時刻ｔ１〜ｔ７）をさらに短くできる。
【０２０１】
同様に、触媒劣化判定実行中において、第２リッチ空燃比を、前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更し、常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の下限値近傍の空燃比になるように設定した（図５の時刻ｔ４〜ｔ５を参照。）。
【０２０２】
このように第２リッチ空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の下限値近傍の空燃比とするのは次の理由による。即ち、第２リッチ空燃比の混合気が第１，第２触媒５３，５４に流入することで第２触媒下流空燃比センサ６８の出力Voxs2が理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値から理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値となったとき（図５の時刻ｔ５を参照。）、内燃機関１０の排気ポート３４から第２触媒下流空燃比センサ６８までの排気通路５１，５２及び触媒５３，５４により形成される空間内に第２リッチ空燃比のガスが充填されている。また、このとき、第１，第２触媒５３，５４の酸素吸蔵量は共に「０」となっており、同第１，第２触媒５３，５４の酸素放出機能は共に働かないから、未燃ＣＯ，ＨＣが排出され易くなっている。
【０２０３】
従って、第２リッチ空燃比が前記触媒装置のウインドウ幅の下限値よりも大きく下回っているリーン空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる未燃ＣＯ，ＨＣの量が多く、また、第１，第２触媒５３，５４の酸素放出機能が働かない状態であって且つ同第１，第２触媒５３，５４の酸化機能による未燃ＣＯ，ＨＣの浄化効率も低下しているので、第２触媒下流空燃比センサ出力リッチ反転時（図５の時刻ｔ５を参照。）直後において未燃ＣＯ，ＨＣが大量に大気中に排出されてしまう。
【０２０４】
これに対し、上記実施形態のように、第２リッチ空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の下限値近傍の空燃比とすることにより、第２触媒下流空燃比センサ出力リッチ反転時直後における前記触媒装置の酸化機能による未燃ＣＯ，ＨＣの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同反転時の直後における未燃ＣＯ，ＨＣの排出量を極力低減できる。さらには、第２リッチ空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定されるので、同第２リッチ空燃比が予め理論空燃比に近いリッチな空燃比に設定される場合に比して第２触媒５４の酸素吸蔵量を消費して「０」に到達させるまでの期間（図５の時刻ｔ４〜ｔ５）を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間（図５の時刻ｔ１〜ｔ７）も短くできる。
【０２０５】
また、第１リッチ空燃比を、第２リッチ空燃比よりもリッチな空燃比（前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比）に設定した（図５の時刻ｔ３〜ｔ４を参照。）。このように第１リッチ空燃比を第２リッチ空燃比よりもリッチな空燃比に設定するのは以下の理由による。
【０２０６】
即ち、第１触媒上流の空燃比が第１リッチ空燃比に制御されている期間においては、第１触媒５３の酸素吸蔵量は時間の経過とともに減少するものの同期間の終了時点までは残存している。一方、この期間の終了時点である第１触媒下流空燃比センサ６７の出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点までは、第１触媒５３からリッチ空燃比のガスが流出し始めていないので、第２触媒５４の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxのまま維持されている。
【０２０７】
従って、第１リッチ空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の下限値よりある程度下回った空燃比に設定しても、第１触媒上流の空燃比が同第１リッチ空燃比に制御されている期間においては、第１触媒５３に流入する未燃ＣＯ，ＨＣは第１触媒５３及び第２触媒５４の酸素放出機能により浄化され、大気中に排出されることはない。従って、上記実施形態のように、第１リッチ空燃比を第２リッチ空燃比よりもリッチな空燃比に設定することにより、第１リッチ空燃比が第２リッチ空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第１触媒５３の酸素吸蔵量を消費して「０」に到達させるまでの期間（図５の時刻ｔ３〜ｔ４）を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間（図５の時刻ｔ１〜ｔ７）をさらに短くできる。
【０２０８】
さらには、最上流空燃比センサ６６の劣化が進行して同最上流空燃比センサ６６の異常が検出されている場合であっても第１触媒５３，第２触媒５４，及び上記触媒装置が劣化していないという判定を行うので、各触媒が劣化していないという判定結果が得られている間は同最上流空燃比センサ６６を交換する必要がなく同最上流空燃比センサ６６の交換時期を遅らせることができる。また、最上流空燃比センサ６６の異常が検出されている場合には各触媒が劣化しているという判定を行わないので、各触媒が劣化したか否かを定する際、誤判定を行うことを防止できる。
【０２０９】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１リッチ空燃比、上記第２リッチ空燃比、上記第１リーン空燃比、及び上記第２リーン空燃比は、それぞれ対応する各モード実行中に渡り一定としていたが可変としてもよい。
【０２１０】
また、上記実施形態においては、第２リーン空燃比及び第２リッチ空燃比を、劣化指標値である前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxallの値に応じて変更していたが、第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxの値、第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxの値、又は第１触媒５３の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmaxの値及び第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxの値の各々に対して所定の重み付けをしてそれらを加算した値を劣化指標値として採用し、これらの値に応じて第２リーン空燃比及び第２リッチ空燃比を変更してもよい。
【０２１１】
この場合、例えば、第２触媒５４の最大酸素吸蔵量ＣＵＦmaxの値を劣化指標値として採用するときには、第２リーン空燃比を第２触媒５４の劣化度に応じて狭くなる同第２触媒５４のその時点におけるウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に、第２リッチ空燃比を同第２触媒５４のその時点におけるウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に、第１リーン空燃比を同第２触媒５４の新品時点におけるウインドウ幅の上限値を若干上回った空燃比に、第１リッチ空燃比を同第２触媒５４の新品時点におけるウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比になるように設定してもよい。
【０２１２】
また、上記実施形態においては、第２リーン空燃比及び第２リッチ空燃比を、図示しない第１触媒５３の温度を取得する第１触媒温度取得手段により取得される同第１触媒５３の温度及び／又は図示しない第２触媒５４の温度を取得する第２触媒温度取得手段により取得される同第２触媒の温度に応じて変化する値に基いて変更してもよい。
【０２１３】
また、上記実施形態においては、第１，第２触媒５３，５４の各々の最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax，ＣＵＦmaxを、最上流空燃比センサ６６の出力vabyfsの値に基いて推定していたが、同最上流空燃比センサ６６の異常が検出されている場合、各モード実行中に渡り一定とされる既知である第１触媒上流空燃比の値に基いて推定してもよい。具体的には、例えば、図５の第３モード（時刻ｔ３〜ｔ４）においては、第１触媒上流空燃比は一定の第１リッチ空燃比（stoich/1.02）であるから、時刻ｔ３〜ｔ４までの時間をΔｔ３、第１リッチ空燃比をabyfR1、その間における単位時間当りの燃料供給量をｍｆｒ３とすれば、上記数１及び上記数２から、最大酸素吸蔵量ＣＳＣmax3は０．２３・ｍｆｒ３・（stoich − abyfR1）・Δｔ３として求めてもよい。
【０２１４】
また、上記実施形態においては、触媒劣化判定条件が成立したときに、その時点の第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2に拘らず第１触媒上流空燃比を第１リーン空燃比に設定していたが、触媒劣化判定条件成立時における第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2に応じて、酸素吸蔵量推定のために最初に設定される第１触媒上流空燃比を異なる空燃比に設定することが、エミッションを低減する上で好ましい。
【０２１５】
具体的に述べると、触媒劣化判定条件が成立したとき、第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2が共にリッチな空燃比であることを示している場合には、上記実施形態のとおり、第１モードから第１触媒上流空燃比の制御を始める。即ち、第１触媒上流空燃比を第１リーン空燃比とする。
【０２１６】
一方、触媒劣化判定条件が成立したとき、第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリーン、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリッチであることを示している場合、第１触媒上流空燃比を第２リーン空燃比とする第２モードから制御を開始する。
【０２１７】
また、触媒劣化判定条件が成立したとき、第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2が共にリーンな空燃比であることを示している場合には、第１触媒上流空燃比を第１リッチ空燃比とする第３モードから制御を開始する。この場合、最初の第３モード，第４モードにおいて推定される最大酸素吸蔵量は正確ではないので、同最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定には使用せず、第６モードの終了後に再度第３モード，第４モードを順に実行して各モードで各最大酸素吸蔵量を測定し、それらの最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定に使用することが好ましい。なお、この場合、最初の第５モードで得られる第１触媒５３の最大酸素吸蔵量は第１触媒第１最大酸素吸蔵量、次の第６モードで得られる第２触媒５４の最大酸素吸蔵量は第２触媒第１最大酸素吸蔵量、次の第３モードで得られる第１触媒５３の最大酸素吸蔵量は第１触媒第２最大酸素吸蔵量、次の第４モードで得られる第２触媒５４の最大酸素吸蔵量は第２触媒第２最大酸素吸蔵量に相当する。
【０２１８】
そして、第１触媒第１最大酸素吸蔵量と第１触媒第２最大酸素吸蔵量とに基づいて（例えば、それらの平均値に基づいて）、第１触媒５３が劣化しているか否かを判定し、第２触媒第１最大酸素吸蔵量と第２触媒第２最大酸素吸蔵量とに基づいて（例えば、それらの平均値に基づいて）、第２触媒５４が劣化しているか否かを判定してもよい。また、これら４つの最大酸素吸蔵量（の平均値）に基づいて、第１触媒５３と第２触媒５４とを一つの触媒装置とみなしたときの、同触媒装置が劣化しているか否かを判定してもよい。
【０２１９】
更に、触媒劣化判定条件が成立したとき、第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリッチ、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリーンであることを示している場合、第１触媒上流空燃比を第２リッチ空燃比とする第４モードから制御を開始する。この場合、最初の第４モードにおいて推定される最大酸素吸蔵量は正確ではないので同最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定には利用しないように構成する。そして、第５、第６モードの実行後に第３、第４モードを実行し、これらのモードにおいて推定された最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定に使用するように構成することが好適である。なお、この場合（触媒劣化判定条件が成立したとき、第１触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリッチ、及び第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリーンであることを示している場合）には、ＮＯｘの排出量を低減するため、第１リッチ空燃比から制御を開始し、第２触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリーンからリッチを示す値に反転した時点から、上記第５、６、３、４モードを順に実行して最大酸素吸蔵量を求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による触媒劣化判定方法を実行する排気浄化装置（触媒劣化判定装置）を搭載した内燃機関の概略図である。
【図２】 図１に示したエアフローメータの出力電圧と計測された吸入空気量との関係を示したマップである。
【図３】 図１に示した最上流空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したマップである。
【図４】 図１に示した第１触媒下流空燃比センサ、及び第２触媒下流空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したマップである。
【図５】 図１に示した触媒劣化判定装置が触媒劣化判定を実行する際の制御される第１触媒上流の空燃比、各空燃比センサの出力、各触媒の酸素吸蔵量の変化を示したタイムチャートである。
【図６】 図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量計算のためのルーチンを示したフローチャートである。
【図７】 図１に示したＣＰＵが実行する空燃比フィードバック補正量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図８】 図１に示したＣＰＵが実行するサブフィードバック制御量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図９】 図１に示したＣＰＵが実行する触媒劣化判定を開始するか否かを決定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】 図１に示したＣＰＵが実行する第１モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】 図１に示したＣＰＵが実行する第２モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】 図１に示したＣＰＵが実行する第３モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】 図１に示したＣＰＵが実行する第４モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】 図１に示したＣＰＵが実行する第５モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】 図１に示したＣＰＵが実行する第６モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】 図１に示したＣＰＵが実行する酸素吸蔵量を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】 図１に示したＣＰＵが実行する最上流空燃比センサの異常判定及び触媒劣化判定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３９…インジェクタ、５２…エキゾーストパイプ（排気管）、５３…三元触媒（第１触媒、前段触媒）、５４…三元触媒（第２触媒、後段触媒）、６６…最上流空燃比センサ、６７…第１触媒下流空燃比センサ、６８…第２触媒下流空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
   前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサと、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
   前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
   前記触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し、
   その後、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記酸化還元能力指標値に基いて前記触媒の劣化が進行するほど理論空燃比に近づくような値に設定されるリッチ空燃比に制御し、
   前記触媒上流の空燃比が前記リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
2. 内燃機関の排気通路に配設された第１触媒と、
   前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第１触媒下流空燃比センサと、
   前記第１触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒と、
   前記第２触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒下流空燃比センサと、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
   前記第１触媒の酸化還元能力の程度、及び／又は前記第２触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
   前記第１触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するとともに、前記第２触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記第１触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し、
   その後、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第１触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチな第１リッチ空燃比に制御し、
   その後、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第２触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更される第２リッチ空燃比に制御し、
   前記第１触媒上流の空燃比が前記第１リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第１触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記第１触媒上流の空燃比が前記第２リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第１触媒及び前記第２触媒のうちの少なくとも一つ及び／又は同第１触媒及び同第２触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
3. 請求項２に記載の触媒劣化判定方法において、
   前記第１リッチ空燃比は、前記第２リッチ空燃比よりもリッチな空燃比であることを特徴とする触媒劣化判定方法。
4. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
   前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサと、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
   前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
   前記触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御し、
   その後、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に基いて前記触媒の劣化が進行するほど理論空燃比に近づくような値に設定されるリーン空燃比に制御し、
   前記触媒上流の空燃比が前記リーン空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
5. 内燃機関の排気通路に配設された第１触媒と、
   前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第１触媒下流空燃比センサと、
   前記第１触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒と、
   前記第２触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒下流空燃比センサと、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
   前記第１触媒の酸化還元能力の程度、及び／又は前記第２触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
   前記第１触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するとともに、前記第２触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記第１触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御し、
   その後、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第１触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンな第１リーン空燃比に制御し、
   その後、前記第１触媒上流の空燃比を、前記第２触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更される第２リーン空燃比に制御し、
   前記第１触媒上流の空燃比が前記第１リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第１触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記第１触媒上流の空燃比が前記第２リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記推定した第１触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第２触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第１触媒及び前記第２触媒のうちの少なくとも一つ及び／又は同第１触媒及び同第２触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
6. 請求項５に記載の触媒劣化判定方法において、
   前記第１リーン空燃比は、前記第２リーン空燃比よりもリーンな空燃比であることを特徴とする触媒劣化判定方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の触媒劣化判定方法であって、
   前記触媒劣化判定方法が適用される内燃機関の排気浄化装置は、前記触媒又は前記第１触媒よりも上流の前記排気通路に配設された触媒上流空燃比センサと、前記触媒上流空燃比センサの異常を検出する触媒上流空燃比センサ異常検出手段とを備え、
   前記触媒又は前記第１触媒及び前記第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定するにあたり、前記触媒上流空燃比センサの出力に基いて同触媒又は同第１触媒及び同第２触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
   前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて判定対象である触媒が劣化しているという判定をすべき状態にあり、且つ前記触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合には同触媒が劣化しているという判定を行わず、前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて前記判定対象である触媒が劣化していないという判定をすべき状態にある場合には同触媒上流空燃比センサの異常が検出されているか否かに拘わらず同触媒が劣化していないという判定を行う触媒劣化判定方法。

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