JP5062307B2 - 触媒劣化検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、触媒劣化検出装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、排気通路に排気浄化用の触媒が設けられており、同触媒によって排気通路を流れる排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化するようにしている。また、こうした排気中の三成分を効果的に浄化するため、触媒に酸素ストレージ機能を持たせるとともに、内燃機関の燃焼室内における混合気の空燃比を理論空燃比に制御する理論空燃比制御が行われる。

ここで、触媒の酸素ストレージ機能とは、同触媒を通過する排気中の酸素濃度に応じて、排気中の酸素を触媒に吸蔵したり、同触媒に吸蔵されている酸素を触媒から脱離させて排気中に放出したりする機能のことである。詳しくは、排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも濃い状態、すなわち燃焼室内の混合気を理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で燃焼させた状態にあっては、上述した触媒の酸素ストレージ機能により、その触媒を通過する排気中の酸素が同触媒に吸蔵される。一方、排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも薄い状態、すなわち燃焼室内の混合気を理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させた状態にあっては、上述した触媒の酸素ストレージ機能により、その触媒に吸蔵されている酸素が同触媒から脱離して排気中に放出される。

また、上記理論空燃比制御では、排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値と一致するよう、排気中の酸素濃度に応じて内燃機関の燃料噴射量が調整される。こうした理論空燃比制御では、排気通路における触媒の上流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒上流センサと、同排気通路における触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサとが用いられる。

詳しくは、触媒上流の排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値と一致するよう、触媒上流センサから出力される信号に応じて内燃機関の燃料噴射量が調整される。これにより、内燃機関の燃焼室内における混合気の空燃比がリッチとリーンとの間で変動しながらも理論空燃比に収束するように制御される。ただし、触媒上流センサから出力される信号に応じた燃料噴射量の調整だけでは、同センサの製品ばらつき等に起因して上述したように理論空燃比に収束するようリッチとリーンとの間で変動する内燃機関の空燃比の変動中心が理論空燃比からずれる可能性がある。こうしたずれを補正するため、上記触媒上流センサからの信号に応じた燃料噴射量の調整によってリッチとリーンとの間で変動する内燃機関の空燃比の変動中心が理論空燃比と一致するよう、触媒下流センサから出力される信号に応じた内燃機関の燃料噴射量の調整も行われる。

以上のように、触媒に酸素ストレージ機能を持たせるとともに理論空燃比制御を行うことにより、排気中におけるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯといった三成分を効果的に浄化することが可能になる。詳しくは、理論空燃比制御の実行中、燃焼室内の混合気の空燃比が変動してリーンになると、触媒を通過する排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも濃い値となるため、触媒を通過する排気中の酸素が触媒に吸蔵されて同排気中のＮＯｘが還元される。一方、理論空燃比制御の実行中、燃焼室内の混合気の空燃比が変動してリッチになると、触媒を通過する排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも薄い値となるため、触媒に吸蔵されている酸素が同触媒から脱離して同排気中のＨＣ、ＣＯが酸化される。従って、理論空燃比制御の実行中、燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比に収束する過程でリッチとリーンとの間で変動する際、上述したように排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯといった三成分が効果的に浄化される。

ところで、触媒においては、その劣化に伴って酸素ストレージ機能が低下するため、触媒における酸素吸蔵量の最大値を求め、その酸素吸蔵量の最大値に基づき触媒の劣化の有無を判断することが考えられる。こうした触媒の劣化の有無の判断は、例えば特許文献１に示される以下の手順によって行われる。

触媒における酸素吸蔵量の最大値を求めるに当たり、次のようなアクティブ空燃比制御が予め定められた条件のもとで実行される。このアクティブ空燃比制御では、内燃機関の空燃比が強制的にリッチ若しくはリーンとされた後、触媒下流センサの信号に理論空燃比での燃料の燃焼時における排気中の酸素濃度に対応した値に対するリーン側とリッチ側との間で反転が生じる毎に、内燃機関の空燃比がリッチとリーンとの間で反転される。上記アクティブ空燃比制御において、内燃機関の空燃比がリッチとリーンとの間で反転してから触媒下流センサの信号にリッチ側とリーン側との間での上記反転が生じるまでの期間中、予め定められた微小時間Δｔ中に触媒に吸蔵される酸素の量、もしくは同触媒から脱離される酸素の量が上記微小時間Δｔ毎に算出される。そして、その酸素の量（以下、酸素量ΔＯＳＡという）を算出毎、すなわち微小時間Δｔ毎に累積した値が触媒の酸素吸蔵能力を表す酸素吸蔵量ＯＳＡとされる。

ちなみに、アクティブ空燃比制御によって内燃機関の空燃比がリッチからリーンに向けて変化している場合には、上記期間中には触媒に酸素が吸蔵されるようになるため、上記期間中における微小時間Δｔ毎には触媒に吸蔵される酸素の量（酸素量ΔＯＳＡ）が算出される。そして、その酸素量ΔＯＳＡの算出毎の累積値が上記酸素吸蔵量ＯＳＡとされる。一方、アクティブ空燃比制御によって内燃機関の空燃比がリーンからリッチに向けて変化している場合には、上記期間中には触媒から酸素が脱離されるようになるため、上記期間中における微小時間Δｔ毎には触媒から脱離される酸素の量（酸素量ΔＯＳＡ）が算出される。そして、その酸素量ΔＯＳＡの算出毎の累積値が上記酸素吸蔵量ＯＳＡとされる。

アクティブ空燃比制御において、内燃機関の空燃比が強制的にリッチ若しくはリーンとされた後、触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での上記反転が生じたときには、その時点で算出されている上記酸素吸蔵量ＯＳＡが触媒における酸素吸蔵量の最大値になる。従って、触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での上記反転が生じた時点で算出されている酸素吸蔵量ＯＳＡに基づき、触媒における劣化の有無を判断することが可能になる。そして、上記酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた判定値以上であれば触媒の劣化なし（正常）の旨判断される一方、上記酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた判定値未満であるときには触媒の劣化が生じている旨判断される。

ただし、触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記酸素吸蔵量ＯＳＡは、触媒下流センサの信号に生じる応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差を含んだ値となるため、その誤差の分だけ触媒における酸素吸蔵量の最大値の真値からずれた値になる。なお、ここでいう触媒下流センサの信号の応答遅れ時間Ｔｒとは、触媒下流センサ周りの排気の酸素濃度が変化してから、同センサの信号が上記変化後の酸素濃度に対応する値に変化するまでに要する時間のことである。そして、触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記酸素吸蔵量ＯＳＡが触媒における酸素吸蔵量の最大値の真値からずれた値になると、その酸素吸蔵量ＯＳＡに基づく触媒の劣化の有無の判断が不正確になるおそれがある。

こうした問題に対処するため、次のような触媒の劣化の有無の判断方法（以下、バッファ法という）を採用することが考えられる。すなわち、アクティブ空燃比制御において微小時間Δｔ毎に算出される上記酸素吸蔵量ＯＳＡをその算出毎に記憶しておく。このように微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡは、微小時間Δｔ毎に上記酸素量ΔＯＳＡずつ累積される値であるため、時間経過に伴って例えば図１４に示されるように増加してゆく。そして、触媒の劣化の有無を判断する際（図中のタイミングＢ）、すなわち触媒下流センサの信号にリッチ側とリーン側との間での上記反転が生じたときには、触媒の劣化の有無を判断するための酸素吸蔵量ＯＳＡとして、その時点（Ｂ）から触媒下流センサの応答遅れ時間Ｔｒだけ遡った時点（タイミングＡ）で記憶された酸素吸蔵量ＯＳＡを用いる。

この場合、触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量ＯＳＡには、触媒下流センサの応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差が含まれなくなる。従って、その誤差の分だけ上記酸素吸蔵量ＯＳＡが触媒における酸素吸蔵量の最大値の真値からずれた値になるということはなく、同酸素吸蔵量ＯＳＡに基づく触媒の劣化の有無の判断が不正確になるおそれもない。なお、上述したバッファ法を採用すれば、酸素吸蔵量ＯＳＡが微小時間Δｔ毎に算出される酸素量ΔＯＳＡの時間経過に伴う累積によって例えば図１５に示されるように非直線状に推移するとしても、触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量ＯＳＡ（図中のタイミングＡでの値）を触媒の酸素吸蔵量の最大値の真値に対応させることができる。従って、その酸素吸蔵量ＯＳＡに基づき触媒の劣化の有無の判断を行うことで、同判断の結果を正確なものとすることが可能になる。

特開２００８−３１９０１公報（段落［００３９］〜［００４７］、図３、図４）

触媒の劣化の有無の判断方法として、上述したバッファ法を採用することで、触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量ＯＳＡに、触媒下流センサの信号の応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差が含まれることを防止することが可能にはなる。より詳しくは、酸素吸蔵量ＯＳＡが微小時間Δｔ毎に算出される酸素量ΔＯＳＡの累積によって時間経過に伴い直線状に推移する場合であれ、あるいは非直線状に推移する場合であれ、触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量ＯＳＡが、上記誤差の分だけ触媒の酸素吸蔵量の最大値の真値からずれることを防止できるようにはなる。

しかし、上述したバッファ法においては、微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡをそれぞれ個別にメモリ等に記憶しておかなければならない。そして、上記効果を得るためには、過去に微小時間Δｔ毎に算出された酸素吸蔵量ＯＳＡのうち、少なくとも上記応答遅れ時間Ｔｒを微小時間Δｔで除算した値よりも多い算出回数分であって、且つ現時点からの直近の同算出回数分の酸素吸蔵量ＯＳＡを、それぞれ個別にメモリ等に記憶しておかなければならない。このため、微小時間Δｔ毎に算出される上記酸素吸蔵量ＯＳＡを記憶するためのメモリ等における必要記憶容量が増大する。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒の劣化の有無を判断するための同触媒の酸素吸蔵量から触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差を取り除くことができ、且つメモリの必要記憶容量を小さく抑えることのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明によれば、酸素吸蔵量算出手段により、予め定められた微小時間中に内燃機関の排気通路に設けられた触媒に吸蔵される酸素の量、もしくは同触媒から脱離される酸素の量が上記微小時間毎に算出され、その酸素の量を算出毎に累積した値が触媒の酸素吸蔵量とされる。そして、内燃機関の排気通路における触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサの信号に、理論空燃比での燃料の燃焼時における排気中の酸素濃度に対応した値に対するリーン側とリッチ側との間で反転が生じたとき、上記のように算出された酸素吸蔵量に基づき触媒の劣化の有無が判断される。より詳しくは、上記算出された酸素吸蔵量に触媒下流センサの信号の酸素濃度の変化に対する応答遅れ時間に対応した補正量分の補正が補正手段により加えられ、その補正後の酸素吸蔵量に基づき触媒の劣化の有無が判断される。

ここで、上述したように算出される酸素吸蔵量は、第１記憶手段により、上記微小時間よりも長い時間間隔である記憶周期毎に記憶値として前回値に代えてメモリに記憶される。更に、上記算出された酸素吸蔵量の上記記憶値に対する変化の傾きが傾き算出手段により上記微小時間毎に算出されるとともに、その傾きが第２記憶手段により上記記憶周期毎に上記メモリに記憶される。上記第２記憶手段は、上記傾き算出手段により算出される傾きのうち、触媒下流センサの信号における上記応答遅れ時間に対応した上記記憶周期の回数分の傾きのみを、それぞれ個別に上記メモリに記憶する。また、触媒の劣化の有無を判断するために用いられる上記補正後の酸素吸蔵量を得るための補正量に関しては、上記メモリに記憶された傾き、上記記憶周期、上記応答遅れ時間、及び上記記憶周期の最後の満了時からの経過時間といった、各種のパラメータに基づき算出される。

上記補正量を算出するためのパラメータには、上記メモリに記憶された傾き、すなわち触媒下流センサの信号における応答遅れ時間に対応した上記記憶周期の回数分の傾きが含まれている。このことから、上記酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量が時間経過に伴い直線状に推移する場合であれ、あるいは非直線状に推移する場合であれ、上記傾き等に基づいて算出される上記補正量を、上記算出された酸素吸蔵量における触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値とすることが可能になる。ちなみに、上記のように算出される補正量に関しては、上記応答遅れ時間に対し上記記憶周期を相対的に短くして上記メモリに記憶される傾きの数を多くするほど、上記算出された酸素吸蔵量における触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値として正確になる。

従って、上記応答遅れ時間に対し上記記憶周期を相対的に短くして上記メモリに記憶される傾きの数を多くすることで、それら傾き等のパラメータに基づき算出される上記補正量分の補正を酸素吸蔵量に加えたときの同酸素吸蔵量から触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差を取り除くことができる。また、メモリに記憶される傾きの数を上述したように多くしたとしても、その数が多くなりすぎてメモリの必要記憶容量が過度に増大することはない。これは、メモリに記憶される傾きの数は、触媒下流センサの信号における応答遅れ時間に対応した上記記憶周期の回数分であって、その記憶周期が微小時間よりも長い時間間隔とされていることが関係している。仮に、上記記憶周期と上記微小時間とが等しくなるほど短いとすると、メモリに記憶される傾きの数が多くなり過ぎて同メモリの必要記憶容量が増大することは避けられない。しかし、上記記憶周期は上記微小時間よりも長い時間間隔とされていることから、メモリに記憶される傾きの数が多くなり過ぎてメモリの必要記憶容量が上述したように増大することはない。

以上から分かるように、請求項１記載の発明では、触媒の劣化の有無を判断するための同触媒の酸素吸蔵量から触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差を取り除くことができ、且つメモリの必要記憶容量を小さく抑えることができるようになる。

請求項２記載の発明によれば、算出される補正量の適正値に対する乖離が許容レベル未満となるように、且つ記憶周期の長さが最大となるように、その記憶周期の長さが設定される。

ここで、上記算出される補正量に関しては、上記記憶周期を短くして触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に対し同記憶周期を相対的に短くするほど、酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量における触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値（適正値）からの乖離が小さくなる。これは、触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に対し上記記憶周期が相対的に短くなって上記メモリに記憶される傾きの数が多くなるほど、その傾き等に基づき算出される上記補正量が、上記算出された酸素吸蔵量における上記応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値として正確になるためである。ただし、触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に対し上記記憶周期が相対的に短くなって上記メモリに記憶される傾きの数が多くなると、メモリの必要記憶容量は増大する。

この点、請求項２記載の発明では、同記憶周期の長さが上述したように設定されるため、算出される補正量の適正値（酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量における触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値）に対する乖離を許容レベル未満としつつ、メモリの必要記憶容量を可能な限り小さく抑えることができる。

請求項３記載の発明によれば、触媒下流センサの信号の酸素濃度の変化に対する応答遅れ時間は、同センサの個体差や経年変化等によって変わるものの、内燃機関の運転中に同触媒下流センサから出力される信号に基づき現状に即した値として求められることとなる。そして、このように求められた応答遅れ時間に基づいて記憶周期が可変設定される。従って、触媒下流センサの現状に即した同センサの信号の応答遅れ時間に合わせて、算出される補正量の適正値に対する乖離が許容レベル未満となるように、且つ記憶周期の長さが最大となるように、その記憶周期の長さを設定することが可能になる。

ここで、上記算出される補正量に関しては、上記記憶周期を短くして触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に対し同記憶周期を相対的に短くするほど、酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量における触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値（適正値）からの乖離が小さくなる。これは、触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に対し上記記憶周期が相対的に短くなって上記メモリに記憶される傾きの数が多くなるほど、その傾き等に基づき算出される上記補正量が、上記算出された酸素吸蔵量における上記応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値として正確になるためである。ただし、触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に対し上記記憶周期が相対的に短くなって上記メモリに記憶される傾きの数が多くなると、メモリの必要記憶容量は増大する。

この点、請求項３記載の発明では、上述したように触媒下流センサの現状に即した同センサの信号の応答遅れ時間に合わせて、算出される補正量の適正値に対する乖離が許容レベル未満となるように、且つ記憶周期の長さが最大となるように、その記憶周期の長さを設定することが可能になる。このように記憶周期の長さを設定すれば、算出される補正量の適正値（酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量における触媒下流センサの信号の応答遅れ時間に起因する誤差に対応した値）に対する乖離を許容レベル未満としつつ、メモリの必要記憶容量を可能な限り小さく抑えることができる。

請求項４記載の発明によれば、予め定められた条件のもとで、アクティブ空燃比制御が実行される。このアクティブ空燃比制御では、内燃機関の空燃比を強制的にリッチ若しくはリーンとした後、触媒下流センサの信号に理論空燃比での燃料の燃焼時における排気中の酸素濃度に対応した値に対するリーン側とリッチ側との間での反転が生じる毎に、内燃機関の空燃比がリッチとリーンとの間で反転される。こうしたアクティブ空燃比制御により内燃機関の空燃比がリッチとリーンとの間で反転してから触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じるまで、上記酸素吸蔵量算出手段による酸素吸蔵量の算出が行われる。そして、触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じたとき、酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量に上記補正手段による補正量分の補正が加えられる。この補正を加えて得られる値（判断用酸素吸蔵量）が判定値未満であれば、触媒に劣化が生じている旨判断される。

ここで、アクティブ空燃比制御中であって、内燃機関の空燃比がリッチとリーンとの間で反転してから触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じるまでという期間の終了時点で、上記酸素吸蔵量算出手段により算出される酸素吸蔵量は、触媒の酸素吸蔵量の最大値に対応した値になる。この触媒の酸素吸蔵量の最大値に関しては、同触媒に劣化が生じることによる低下が顕著に生じる値である。このため、上記酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量に上記補正量分の補正を加えた値である判断用酸素吸蔵量が判定値未満であるときに触媒に劣化が生じている旨判断することで、その旨の判断を正確なものとすることができる。

請求項５記載の発明によれば、上記判断用酸素吸蔵量は、上記酸素吸蔵量算出手段による微小時間経過時点での酸素吸蔵量の算出毎に、同酸素吸蔵量に対する上記補正量分の補正を加えることで求められる。従って、触媒の劣化の有無を判断するための上記判断用酸素吸蔵量は、上記酸素吸蔵量算出手段による酸素吸蔵量の算出毎、言い換えれば微小時間毎に求められることになり、それによってアクティブ空燃比制御により触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じたときにも求められるようになる。

そして、触媒下流センサの信号におけるリーン側とリッチ側との間での上記反転が生じたとき、上記判断用酸素吸蔵量が判定値未満であれば、触媒に劣化が生じている旨判断される。また、触媒に劣化が生じていない旨の判断（正常である旨の判断）は、触媒下流センサの信号におけるリーン側とリッチ側との間での上記反転が生じたとき、上記判断用酸素吸蔵量が判定値以上であるときになされる他、アクティブ空燃比制御中であって上記反転の生じていないときにも上記判断用酸素吸蔵量が判定値以上であればなされる。従って、触媒に劣化が生じていない場合には、その旨の判断を早期に行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、アクティブ空燃比制御が実行されていないとき、上記酸素吸蔵量算出手段により、微小時間中に触媒に吸蔵される酸素の量を同微小時間毎に正の値として算出するとともに、同触媒から脱離される酸素の量を微小時間毎に負の値として算出し、その酸素の量を算出毎に累積した値が触媒の酸素吸蔵量とされる。このように算出された酸素吸蔵量に対しては、その微小時間経過時点での算出毎に上記補正手段により上記補正量分の補正が加えられる。そして、この補正後の値（判断用酸素吸蔵量）が判定値以上であれば、アクティブ空燃比制御の実行中でなくとも、触媒に劣化が生じていない旨の判断（正常である旨の判断）がなされる。このようにアクティブ空燃比制御が実行されていないときにも、触媒に劣化が生じていない旨の判断を行うことができるため、同触媒に劣化が生じていない場合に、その旨の判断をより一層早期に行うことができる。

第１実施形態の触媒劣化検出装置が適用されるエンジン全体を示す略図。 排気中の酸素濃度の変化に対する空燃比センサの出力信号の変化を示すグラフ。 排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサの出力信号の変化を示すグラフ。 （ａ）〜（ｅ）は、アクティブ空燃比制御におけるエンジンの空燃比の変化、空燃比センサの出力信号の変化、求められる酸素吸蔵量の変化、酸素センサ周りの酸素濃度の変化、及び酸素センサの出力信号の変化を示すタイムチャート。 （ａ）〜（ｅ）は、アクティブ空燃比制御におけるエンジンの空燃比の変化、空燃比センサの出力信号の変化、求められる酸素吸蔵量の変化、酸素センサ周りの酸素濃度の変化、及び酸素センサの出力信号の変化を示すタイムチャート。 数ｋが「１」となるよう応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの長さを設定したときの補正量Ｈの算出態様を示す説明図。 数ｋが「２」となるよう応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの長さを設定したときの補正量Ｈの算出態様を示す説明図。 数ｋが「３」となるよう応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの長さを設定したときの補正量Ｈの算出態様を示す説明図。 第１実施形態における触媒劣化検出手順を示すフローチャート。 酸素吸蔵量を補正するための補正量の算出手順を示すフローチャート。 第２実施形態における応答遅れ時間の測定手順を示すフローチャート。 第３実施形態における触媒劣化検出手順を示すフローチャート。 第４実施形態における触媒の正常判定手順を示すフローチャート。 アクティブ空燃比制御の実行中に算出される酸素吸蔵量の時間経過に伴う推移の従来例を示すグラフ。 アクティブ空燃比制御の実行中に算出される酸素吸蔵量の時間経過に伴う推移の従来例を示すグラフ。

［第１実施形態］
以下、本発明を自動車用エンジンに適用した一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

図１に示されるエンジン１においては、その燃焼室２に繋がる吸気通路３にスロットルバルブ１３が開閉可能に設けられており、吸気通路３を通じて燃焼室２に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁４から噴射された燃料が吸気通路３を介して燃焼室２に供給される。燃焼室２に供給された空気と燃料とからなる混合気は、点火プラグ５による点火が行われて燃焼する。そして、燃焼室２内で混合気が燃焼することにより、ピストン６が往復移動してエンジン１の出力軸であるクランクシャフト７が回転する。

一方、燃焼室２にて燃焼した後の混合気は、排気として燃焼室２から排気通路８に送り出される。排気通路８を通過する排気は、同排気通路８に設けられた触媒コンバータ１６の三元触媒にて排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯxといった有害成分を浄化した後に外部に放出される。この三元触媒は、排気中における上記三成分を効果的に除去するために酸素ストレージ機能を有している。この酸素ストレージ機能を三元触媒に持たせるとともに、触媒雰囲気の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時の値に収束するよう同混合気の空燃比を理論空燃比に制御する理論空燃比制御を行うことにより、三元触媒にて排気中におけるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯといった三成分を効果的に浄化することができる。

また、排気通路８において、触媒コンバータ１６の上流には排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒上流センサとして空燃比センサ１７が設けられるとともに、触媒コンバータ１６の下流には排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサとして酸素センサ１８が設けられている。

上記空燃比センサ１７は、図２に示されるように、触媒上流の排気中の酸素濃度に応じたリニアな信号を出力する。
すなわち、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦは、触媒上流の排気中の酸素濃度が薄くなるほど小さくなり、理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときには、そのときの排気中の酸素濃度Ｘに対応して例えば「０Ａ」となる。従って、理論空燃比よりもリッチな混合気の燃焼（リッチ燃焼）に起因して触媒上流の排気中の酸素濃度が薄くなるほど、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが「０Ａ」よりも小さい値になる。また、理論空燃比よりもリーンな混合気の燃焼（リーン燃焼）に起因して触媒上流の排気中の酸素濃度が濃くなるほど、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが「０Ａ」よりも大きい値になる。

上記酸素センサ１８は、図３に示されるように、触媒下流の排気中の酸素濃度に応じてリッチ信号又はリーン信号を出力する。
すなわち、酸素センサ１８の出力信号ＶＯは、触媒下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときの値（酸素濃度Ｘ）であるときには例えば「０．５ｖ」を出力する。そして、リーン燃焼が行われることに起因して触媒下流の排気中の酸素濃度が上述した酸素濃度Ｘよりも濃くなると、酸素センサ１８からは「０．５ｖ」よりも小さい値がリーン信号として出力される。このリーン信号に関しては、触媒下流の排気中の酸素濃度が上記酸素濃度Ｘに対し大きくなる際、その酸素濃度Ｘ付近では酸素濃度の増加に対し「０．５ｖ」から減少側への急速な変化を示す一方、上記酸素濃度Ｘ付近から離れると酸素濃度の増加に対する減少側への変化が緩やかになる。

また、リッチ燃焼が行われることに起因して触媒下流の排気中の酸素濃度が上述した酸素濃度Ｘよりも薄くなると、酸素センサ１８からは「０．５ｖ」よりも大きい値がリッチ信号として出力される。このリッチ信号に関しては、触媒下流の排気中の酸素濃度が上記酸素濃度Ｘに対し小さくなる際、その酸素濃度Ｘ付近では酸素濃度の減少に対し「０．５ｖ」から増大側への急速な変化を示す一方、上記酸素濃度Ｘ付近から離れると酸素濃度の減少に対する増大側への変化が緩やかになる。

次に、本実施形態における触媒劣化検出装置の電気的構成について、図１を参照して説明する。
この空燃比制御装置は、エンジン１に関する各種制御を実行する電子制御装置２１を備えている。電子制御装置２１は、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置２１の入力ポートには、上記空燃比センサ１７及び上記酸素センサ１８が接続される他、以下に示す各種センサ等が接続されている。
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル２７の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ２８。

・吸気通路３に設けられたスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ３０。
・吸気通路３を通じて燃焼室２に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ３２。

・吸気通路３内におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ３３。
・クランクシャフト７の回転に対応する信号を出力し、エンジン回転速度の算出等に用いられるクランクポジションセンサ３４。

電子制御装置２１の出力ポートには、燃料噴射弁４、点火プラグ５、及びスロットルバルブ１３の駆動回路等が接続されている。
そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、エンジン回転速度やエンジン負荷（エンジン１の１サイクル当たりに燃焼室２に吸入される空気の量）といったエンジン運転状態を把握する。なお、エンジン回転速度はクランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づき求められる。また、エンジン負荷は、アクセルポジションセンサ２８、スロットルポジションセンサ３０、及び、エアフローメータ３２等の検出信号に基づき求められるエンジン１の吸入空気量と上記エンジン回転速度とから算出される。電子制御装置２１は、エンジン負荷やエンジン回転速度といったエンジン運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうしてエンジン１における燃料噴射量制御、点火時期制御、及び吸入空気量制御等が電子制御装置２１を通じて実施される。

触媒コンバータ１６の三元触媒でエンジン１の排気を効果的に浄化するための上記理論空燃比制御は、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦ及び酸素センサ１８からの出力信号ＶＯに基づき燃料噴射量を調整することによって実現される。詳しくは、空燃比センサの出力信号ＶＡＦがエンジン１の燃焼室２内の混合気を理論空燃比で燃焼させたときの値（この例では「０Ａ」）と一致するよう、同出力信号ＶＡＦに基づきエンジン１の燃料噴射量を増減させる。これにより、エンジン１の燃焼室２内における混合気の空燃比がリッチとリーンとの間で変動しながらも理論空燃比に収束するように制御される。ただし、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに応じた燃料噴射量の調整だけでは、同空燃比センサ１７の製品ばらつき等に起因して上述したように理論空燃比に収束するようリッチとリーンとの間で変動するエンジン１の空燃比の変動中心が理論空燃比からずれる可能性がある。こうしたずれを補正するため、上記空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに応じた燃料噴射量の調整によってリッチとリーンとの間で変動するエンジン１の空燃比の変動中心が理論空燃比と一致するよう、酸素センサ１８から出力される信号に応じたエンジン１の燃料噴射量の調整も行われる。

次に、本実施形態における触媒コンバータ１６の三元触媒に対して行われるその劣化の有無の判断の概要を説明する。
三元触媒における劣化の有無の判断は、その劣化に伴い同触媒の酸素ストレージ機能が低下することを利用して行われる。すなわち、三元触媒の酸素ストレージ機能によって決まる同触媒の酸素吸蔵量の最大値が求められ、その求められた酸素吸蔵量の最大値に基づき同触媒の劣化の有無が判断される。

上記酸素吸蔵量の最大値を求める際には、エンジン１における燃焼室２内の混合気の空燃比を所定タイミング毎に強制的にリッチとリーンとの間で切り換えるアクティブ空燃比制御が行われる。このアクティブ空燃比制御に関しては、エンジン１の始動開始後に一度も三元触媒の劣化の有無の判断が完了していないこと、予め定められた劣化判定用のエンジン運転領域内にてエンジン１が定常運転中であること、三元触媒の温度が活性温度領域にあること、といった各種の実行条件すべての成立をもって開始される。また、アクティブ空燃比制御の実行中において、上述した各種の実行条件のいずれか一つでも不成立になった場合や、同制御の実行目的である各種の値の算出及び測定が完了した場合には、実行中の同制御が停止されることとなる。

アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比が例えば図４（ａ）のタイミングｔ１にて強制的にリッチからリーンに変えられたとすると、その変化に対応して空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが図４（ｂ）に示されるように増大する。なお、図４（ｂ）のタイミングｔ２は、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦがエンジン１の燃焼室２内で混合気を理論空燃比で燃焼させたときの排気中の酸素濃度に対応した値となるタイミングである。図中のタイミングｔ２以降では、上記空燃比のリーン側への変化に対応して酸素濃度の濃い排気が三元触媒を通過するようになる。しかし、上記排気中の酸素が三元触媒に吸蔵されることから、その吸蔵が行われている間は、触媒下流の排気中の酸素濃度が薄いままとなるため、図４（ｅ）に示されるように酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリーン側への変化に対応する変化は生じない。そして、三元触媒に酸素を吸蔵しきれなくなって触媒下流に酸素濃度の濃い排気が流れるようになると、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリーン側への変化に対応する変化が生じる。

なお、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリーン側への変化に対応する変化が生じた旨の判断、言い換えれば出力信号ＶＯにリッチ側からリーン側への反転が生じた旨の判断については、その旨判断するためのリーン判定値ＨＬに対し上記出力信号ＶＯが到達したことに基づいて行うことが可能である。出力信号ＶＯが上述したようにリーン判定値ＨＬに到達し（ｔ４）、それに基づき出力信号ＶＯにリッチ側からリーン側への反転が生じた旨判断されると、エンジン１の空燃比が強制的にリーンからリッチに切り換えられる。

空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに上記空燃比のリッチからリーンへの変化が生じてから酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比の変化に対応する変化（リッチからリーンへの反転）が生じるまでの期間中（ｔ２〜ｔ４）に、同触媒に吸蔵される酸素の量の合計値（酸素吸蔵量ＯＳＡ）は、三元触媒に吸蔵される酸素の量の最大値を表すものとなる。この酸素吸蔵量ＯＳＡが上記期間中（ｔ２〜ｔ４）に次のようにして求められる。すなわち、上記期間中（ｔ２〜ｔ４）、微小時間Δｔ中に三元触媒に吸蔵される酸素の量として、酸素量ΔＯＳＡが次の式（１）に基づき上記微小時間Δｔ毎に算出される。

ΔＯＳＡ＝（ΔＡ／Ｆ）・Ｑ・Ｋ …（１）
ΔＯＳＡ：微小時間毎の酸素吸蔵量
ΔＡ／Ｆ：空燃比差
Ｑ ：燃料噴射量
Ｋ ：酸素割合
式（１）の空燃比差ΔＡ／Ｆは、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦから求められる空燃比から理論空燃比を減算した値の絶対値を表している。また、式（１）の燃料噴射量Ｑは、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに基づき求められる上記空燃比の原因となったエンジン１の燃料噴射量、すなわち燃料噴射弁４から噴射された燃料の量を表している。更に、式（１）の酸素割合Ｋは空気中に含まれる酸素の割合を表している。なお。ここでは酸素割合Ｋとして例えば「０．２３」という固定値が用いられている。上記式（１）に基づき微小時間Δｔ毎に算出される酸素量ΔＯＳＡは、上記期間（ｔ２〜ｔ４）に亘って微小時間Δｔ毎に積分（累積）される。そして、こうした積分により得られる値が三元触媒のその時点での酸素吸蔵量ＯＳＡとされる。このため、上記期間（ｔ２〜ｔ４）の終了時点で上記積分により求められた酸素吸蔵量ＯＳＡは、三元触媒に吸蔵可能な酸素の量の現状における最大値となる。

アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比が例えば図５（ａ）のタイミングｔ５にて強制的にリーンからリッチに変えられたとすると、その変化に対応して空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが図５（ｂ）に示されるように減少する。図５（ｂ）のタイミングｔ６は、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦがエンジン１の燃焼室２内で混合気を理論空燃比で燃焼させたときの排気中の酸素濃度に対応した値となるタイミングである。なお、上記エンジン１の空燃比のリッチからリーンへの切り換えは、例えば、上述したように酸素センサ１８の出力信号ＶＯがリーン判定値ＨＬに到達した時点（図４のｔ４）で行われる。図５のタイミングｔ５以降では、上記空燃比のリッチ側への変化に対応して酸素濃度の薄い排気が三元触媒を通過するようになる。しかし、三元触媒に吸蔵されていた酸素が脱離して排気中に放出されることから、同触媒からの酸素の脱離が行われている間は、触媒下流の排気中の酸素濃度が濃いままとなるため、図５（ｅ）に示されるように酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリッチ側への変化に対応する変化は生じない。そして、三元触媒に吸蔵されていた酸素が尽きて排気への酸素の放出ができなくなり、それによって触媒下流に酸素濃度の薄い排気が流れるようになると、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリッチ側への変化に対応する変化が生じる。なお、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリッチ側への変化に対応する変化が生じた旨の判断、言い換えれば出力信号ＶＯにリーン側からリッチ側への反転が生じた旨の判断については、その旨判断するためのリッチ判定値ＨＲに対し上記出力信号ＶＯが到達したことに基づいて行うことが可能である。出力信号ＶＯが上述したようにリッチ判定値ＨＲに到達し（ｔ８）、それに基づき出力信号ＶＯにリーン側からリッチ側への反転が生じた旨判断されると、エンジン１の空燃比が強制的にリッチからリーンに切り換えられる。

空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに上記空燃比のリーンからリッチへの変化が生じてから酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比の変化に対応する変化（リーンからリッチへの反転）が生じるまでの期間中（ｔ６〜ｔ８）に、同触媒から脱離される酸素の量の合計値（酸素吸蔵量ＯＳＡ）は、触媒に吸蔵されている酸素量の最大値を表すものとなる。この酸素吸蔵量ＯＳＡが上記期間中（ｔ６〜ｔ８）に図４の「ｔ２〜ｔ４」の期間中と同様の手法を用いて求められる。すなわち、上記期間中（ｔ６〜ｔ８）、微小時間Δｔ中に三元触媒に吸蔵される酸素の量として、酸素量ΔＯＳＡが上記式（１）に基づき微小時間Δｔ毎に算出される。更に、式（１）に基づき微小時間Δｔ毎に算出される酸素量ΔＯＳＡは、上記期間（ｔ６〜ｔ８）に亘って積分（累積）される。そして、こうした積分により得られる値が三元触媒からその時点までに脱離した酸素の量の合計値（酸素吸蔵量ＯＳＡ）として求められる。このため、上記期間（ｔ６〜ｔ８）の終了時点で上記積分により求められた酸素吸蔵量ＯＳＡは、三元触媒に吸蔵可能な酸素の量の現状における最大値となる。

なお、アクティブ空燃比制御に関しては、三元触媒の劣化の有無の判定に必要な酸素吸蔵量ＯＳＡが得られた後に終了される。
アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比が強制的にリッチ若しくはリーンとされた後、酸素センサ１８の出力信号ＶＯにリーン側とリッチ側との間での上記反転が生じたときには、その時点で算出されている上記酸素吸蔵量ＯＳＡが上述したように触媒における酸素吸蔵量の現状における最大値になる。従って、酸素センサ１８の出力信号ＶＯにリーン側とリッチ側との間での上記反転が生じた時点で算出されている酸素吸蔵量ＯＳＡに基づき、触媒における劣化の有無を判断することが可能になる。例えば、上記酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた判定値以上であれば触媒の劣化なし（正常）の旨判断する一方、上記酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた判定値未満であるときには触媒の劣化が生じている旨判断することが可能である。

ただし、触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記酸素吸蔵量ＯＳＡは、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに生じる応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差を含んだ値となるため、その誤差の分だけ触媒における酸素吸蔵量の現状における最大値の真値からずれた値になる。なお、ここでいう酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒを図４及び図５の例に当てはめて考えると、その応答遅れ時間Ｔｒは図４及び図５における矢印で示される時間になる。すなわち、酸素センサ１８周りの排気の酸素濃度（触媒下流の酸素濃度）が図４（ｄ）及び図５（ｄ）に示されるように変化してから、図４（ｅ）及び図５（ｅ）に示されるように同センサ１８の出力信号ＶＯが上記変化後の酸素濃度に対応する値に変化するまでに要する時間（ｔ３〜ｔ４、ｔ７〜ｔ８）が、上記応答遅れ時間Ｔｒ（図中の矢印）になる。

こうした応答遅れ時間Ｔｒが存在することから、触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記酸素吸蔵量ＯＳＡには、図４（ｃ）及び図５（ｃ）の二点鎖線で示される上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差が含まれることになる。この誤差によって上記酸素吸蔵量ＯＳＡが触媒における酸素吸蔵量の現状における最大値の真値からずれた値になる。そして、上記酸素吸蔵量ＯＳＡが触媒における酸素吸蔵量の現状における最大値の真値からずれた値になると、その酸素吸蔵量ＯＳＡに基づく触媒の劣化の有無の判断が不正確になるおそれがある。

次に、こうした問題に対処することを意図した本実施形態における触媒の劣化の有無の判断について詳しく説明する。
本実施形態では、上記酸素吸蔵量ＯＳＡに基づき触媒の劣化の有無を判断するに当たり、その酸素吸蔵量ＯＳＡに酸素センサ１８の出力信号ＶＯの酸素濃度の変化に対する応答遅れ時間Ｔｒに対応した補正量Ｈ分の補正が加えられる。そして、その補正後の酸素吸蔵量ＯＳＡである判断用酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき触媒の劣化の有無が判断される。この判断用酸素吸蔵量ＯＳＣを求める際に用いられる上記補正量Ｈは、アクティブ空燃比制御の実行中、以下の［１］〜［４］の手順で算出される。

［１］微小時間Δｔ毎に上記酸素量ΔＯＳＡを累積することで算出される酸素吸蔵量ＯＳＡを、その微小時間Δｔよりも長い時間間隔である記憶周期Ｔ毎にＯＳＡ記憶値として前回値に代えて電子制御装置２１のメモリ２１ａ（図１）に記憶する。

［２］微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡの上記ＯＳＡ記憶値に対する変化の傾きθｎを同微小時間Δｔ毎に算出する。
［３］微小時間Δｔ毎に算出された上記傾きθｎを上記記憶周期Ｔ毎に電子制御装置２１のメモリ２１ａに記憶する。より詳しくは、微小時間Δｔ毎に算出された上記傾きθｎのうち、上記応答遅れ時間Ｔｒに対応した記憶周期Ｔの回数分（例えばｋ回分）の傾きθｎ（ｎ＝１〜ｋ）のみがそれぞれ個別に上記メモリ２１ａに記憶される。従って、最新の傾きθｎ（θ１）を上記メモリ２１ａを記憶するときには最古の傾きθｎ（θｋ）が消去される。

［４］上記メモリ２１ａに記憶された傾きθｎ、上記記憶周期Ｔ、上記応答遅れ時間Ｔｒ、及び上記記憶周期Ｔの最後の満了時からの経過時間ΣΔｔ、といった各種のパラメータに基づき、上記補正量Ｈを算出する。なお、この実施形態では、上記記憶周期Ｔとして、予め定められた固定値が用いられる。また、上記応答遅れ時間Ｔｒとしては、予め実験等により求められた標準値が用いられる。

ここで、上記手順［３］においてメモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数（＝ｋ）、すなわち上記手順［４］において補正量Ｈの算出に用いられる傾きθｎの数（＝ｋ）は、上記応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの相対的な長さに応じて変わる。

図６は、上記数ｋが「１」となるように応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの長さを設定したときの補正量Ｈの算出態様を示す説明図である。同図における実線は、アクティブ空燃比制御の実行中に、微小時間Δｔ毎に酸素量ΔＯＳＡが累積される酸素吸蔵量ＯＳＡの時間経過に伴う推移を示している。そして、同図における記憶周期Ｔの最後の満了時（タイミングｘ１）からの経過時間ΣΔｔが経過した時点（タイミングｘ２）にて、酸素センサ１８の出力信号ＶＯがリッチ側とリーン側との間で反転したとすると、その時点で触媒の劣化の有無が判断されることとなる。

ただし、その時点（ｘ２）で微小時間Δｔ毎に算出されている酸素吸蔵量ＯＳＡ（実線）には、酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに対応する分の誤差が含まれる。このため、上記誤差に対応した補正量Ｈを算出して同補正量Ｈ分の補正をタイミングｘ２での酸素吸蔵量ＯＳＡに加えることで、より詳しくは同酸素吸蔵量ＯＳＡから上記補正量Ｈを減量することで、その誤差を取り除いた酸素吸蔵量（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）が求められる。そして、この判断用酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき触媒の劣化の有無が判断される。

上記補正量Ｈに関しては、次の式「Ｈ＝傾きθｎ・経過時間ΣΔｔ＋傾きθ１・（応答遅れ時間Ｔｒ−経過時間ΣΔｔ） …（２）」に基づき算出される。なお、式（２）において、傾きθｎはタイミングｘ２の直近で上記手順［２］により算出された値であり、傾きθ１はタイミングｘ１にて上記［３］の手順によりメモリ２１ａに記憶された値である。このように算出された補正量Ｈは、上記誤差に対応する値としての適正値から例えば乖離量ａだけ乖離した値となる可能性がある。これは、タイミングｘ１以前の酸素吸蔵量ＯＳＡの推移が、必ずしも図中の破線で示されるような上記傾きθ１に対応した直線状になるとは限らず、むしろ実線で示されるように非直線状になる可能性が高いためである。このようにタイミングｘ１以前の酸素吸蔵量ＯＳＡの推移が非直線状になることで、式（２）で算出される補正量Ｈが上記適正値に対し図中の乖離量ａ分だけ乖離することになる。

図７は、上記数ｋが「２」となるように応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの長さを設定したときの補正量Ｈの算出態様を示す説明図である。同図における実線も、アクティブ空燃比制御の実行中に、微小時間Δｔ毎に酸素量ΔＯＳＡが累積される酸素吸蔵量ＯＳＡの時間経過に伴う推移を示している。そして、同図における記憶周期Ｔの最後の満了時（タイミングｘ４）からの経過時間ΣΔｔが経過した時点（タイミングｘ５）にて、酸素センサ１８の出力信号ＶＯがリッチ側とリーン側との間で反転したとすると、その時点で触媒の劣化の有無が判断されることとなる。

この場合、タイミングｘ５で微小時間Δｔ毎に算出されている酸素吸蔵量ＯＳＡ（実線）から、酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに対応する分の誤差を取り除くため、その誤差に対応した補正量Ｈが算出されて同補正量Ｈ分の補正が上記酸素吸蔵量ＯＳＡに加えられる。より詳しくは同酸素吸蔵量ＯＳＡから上記補正量Ｈを減量することで、上記誤差を取り除いた酸素吸蔵量（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）が求められる。そして、この判断用酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき触媒の劣化の有無が判断される。

上記補正量Ｈに関しては、次の式「Ｈ＝傾きθｎ・経過時間ΣΔｔ＋傾きθ１・記憶周期Ｔ＋傾きθ２・（応答遅れ時間Ｔｒ−記憶周期Ｔ−経過時間ΣΔｔ） …（３）」に基づき算出される。なお、式（３）において、傾きθｎはタイミングｘ５の直近で上記手順［２］により算出された値であり、傾きθ１，θ２はタイミングｘ３，ｘ４にて上記［３］の手順によりメモリ２１ａに記憶された値である。このように算出された補正量Ｈは、図６の場合と同様の理由により、上記誤差に対応する値としての適正値から例えば乖離量ｂだけ乖離した値となる可能性がある。すなわち、タイミングｘ３以前の酸素吸蔵量ＯＳＡの推移が非直線状になることで、式（３）で算出される補正量Ｈが上記適正値に対し図中の乖離量ｂ（＜ａ）分だけ乖離する。

図８は、上記数ｋが「３」となるように応答遅れ時間Ｔｒに対する記憶周期Ｔの長さを設定したときの補正量Ｈの算出態様を示す説明図である。同図における実線も、アクティブ空燃比制御の実行中に、微小時間Δｔ毎に酸素量ΔＯＳＡが累積される酸素吸蔵量ＯＳＡの時間経過に伴う推移を示している。そして、同図における記憶周期Ｔの最後の満了時（タイミングｘ８）からの経過時間ΣΔｔが経過した時点（タイミングｘ９）にて、酸素センサ１８の出力信号ＶＯがリッチ側とリーン側との間で反転したとすると、その時点で触媒の劣化の有無が判断されることとなる。

この場合、タイミングｘ９で微小時間Δｔ毎に算出されている酸素吸蔵量ＯＳＡ（実線）から、酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに対応する分の誤差を取り除くため、その誤差に対応した補正量Ｈが算出されて同補正量Ｈ分の補正が上記酸素吸蔵量ＯＳＡに加えられる。より詳しくは同酸素吸蔵量ＯＳＡから上記補正量Ｈを減量することで、上記誤差を取り除いた酸素吸蔵量（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）が求められる。そして、この判断用酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき触媒の劣化の有無が判断される。

上記補正量Ｈに関しては、次の式「Ｈ＝傾きθｎ・経過時間ΣΔｔ＋傾きθ１・記憶周期Ｔ＋傾きθ２・記憶周期Ｔ＋傾きθ３・（応答遅れ時間Ｔｒ−記憶周期Ｔ・２−経過時間ΣΔｔ） …（４）」に基づき算出される。なお、式（４）において、傾きθｎはタイミングｘ９の直近で上記手順［２］により算出された値であり、傾きθ１，θ２，θ３はタイミングｘ６，ｘ７，ｘ８にて上記［３］の手順によりメモリ２１ａに記憶された値である。このように算出された補正量Ｈは、図６及び図７の場合と同様の理由により、上記誤差に対応する値としての適正値から例えば乖離量ｃだけ乖離した値となる可能性がある。すなわち、タイミングｘ６以前の酸素吸蔵量ＯＳＡの推移が非直線状になることで、式（４）で算出される補正量Ｈが上記適正値に対し図中の乖離量ｃ（＜ｂ＜ａ）分だけ乖離する。

なお、上記補正量Ｈを算出するための式（２）〜式（４）については、上記数ｋを用いて次の式「補正量Ｈ＝傾きθｎ・経過時間ΣΔｔ＋｛傾きθ１＋・・・・・＋傾きθ（ｋ−１）｝・｛記憶周期Ｔ・（ｋ−１）｝＋傾きθｋ・｛応答遅れ時間Ｔｒ−記憶周期Ｔ・（ｋ−１）−経過時間ΣΔｔ） …（５）」のように表すこともできる。

ちなみに、本実施形態における記憶周期Ｔは、補正量Ｈの上記適正値に対する乖離を許容レベル未満とすることの可能な最大長さとなるように設定される。ここで、上記補正量Ｈに関しては、記憶周期Ｔを短くして上記応答遅れ時間Ｔｒに対し同記憶周期Ｔを相対的に短くするほど、上記適正値からの乖離が小さくなる傾向がある。これは、応答遅れ時間Ｔｒに対し記憶周期Ｔが相対的に短くなって上記メモリ２１ａに記憶される傾きθ１，・・・θｋの数が多くなるほど、その傾き等に基づき算出される上記補正量Ｈが、酸素吸蔵量ＯＳＡにおける上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差に対応した値として正確になるためである。ただし、酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに対し上記記憶周期Ｔが相対的に短くなって上記メモリ２１ａに記憶される傾きθ１，・・・θｋの数が多くなると、メモリ２１ａの必要記憶容量は増大する。

この点、記憶周期Ｔの長さを上述したように設定すれば、すなわち補正量Ｈの上記適正値に対する乖離を許容レベル未満とすることの可能な最大長さに記憶周期Ｔを設定すれば、補正量Ｈの上記適正値に対する乖離を許容レベル未満としつつ、メモリの必要記憶容量を可能な限り小さく抑えることができる。なお、こうしたことを実現可能な記憶周期Ｔの具体例としては、上記数ｋが例えば「７」となる記憶周期Ｔをあげることができる。そして、本実施形態では、上記数ｋを「７」とした状態で、上述した手順［３］及び手順［４］が実行される。

次に、触媒の劣化の有無を判断する詳細な手順について、劣化検出ルーチンを示す図９のフローチャートを参照して説明する。この触媒劣化検出ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、微小時間Δｔ毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、アクティブ空燃比制御の実行中であることを条件に（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、上記式（１）を用いて酸素量ΔＯＳＡが算出される（Ｓ１０２）。続いて、上記酸素量ΔＯＳＡをその算出毎（微小時間Δｔ毎）に累積することで酸素吸蔵量ＯＳＡが求められる（Ｓ１０３）。

このように酸素吸蔵量ＯＳＡの算出が行われるアクティブ空燃比制御の実行中、酸素センサ１８の出力信号ＶＯにリッチ側とリーン側との間での反転が生じると（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、その反転が今回のアクティブ空燃比制御の実行中において初回である場合（Ｓ１０５：ＮＯ）には、上記酸素吸蔵量ＯＳＡが初期化される（Ｓ１１０）。すなわち同酸素吸蔵量ＯＳＡが「０」とされる。一方、上記反転が今回のアクティブ空燃比制御の実行中において初回でない場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）には、上記酸素吸蔵量ＯＳＡに対し上記補正量Ｈ分の補正が加えられ、それによって触媒の劣化の有無の判断に用いるための判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが求められる（Ｓ１０６）。具体的には、酸素吸蔵量ＯＳＡから補正量Ｈを減算した値が上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣとされる。

Ｓ１０５で肯定判定がなされた場合、すなわちアクティブ空燃比制御の実行中において酸素センサ１８の出力信号ＶＯに二回目以降の上記反転が生じた場合、上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき触媒の劣化の有無が判断される。詳しくは、判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが予め定められた判定値未満であるか否かが判断され（Ｓ１０７）、ここで肯定判定であれば触媒に劣化が生じている旨判断される（Ｓ１０８）。一方、判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが上記判定値以上である旨判断されると、触媒に劣化が生じていない旨の判断（正常である旨の判断）がなされる（Ｓ１０９）。そして、このように触媒における劣化の有無の判断が行われた後、上記Ｓ１１０での酸素吸蔵量ＯＳＡの初期化処理を通じて同酸素吸蔵量ＯＳＡが「０」とされる。

なお、上記Ｓ１０６の処理で判断用酸素吸蔵量ＯＳＣを求めるために用いられる補正量Ｈに関しては、図１０の補正量算出ルーチンによって算出される。この補正量算出ルーチンも、電子制御装置２１を通じて、アクティブ空燃比制御の実行中に微小時間Δｔ毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいて、Ｓ２０２の処理は補正量Ｈを算出するための上記手順［２］に相当し、Ｓ２０３及びＳ２０４の処理は補正量Ｈを算出するための上記手順［１］に相当し、Ｓ２０３及びＳ２０５の処理は補正量Ｈを算出するための上記手順［３］に相当し、Ｓ２０７の処理は補正量Ｈを算出するための上記手順［４］に相当する。

同ルーチンでは、まず、現時点での上記経過時間ΣΔｔが微小時間Δｔを累積することによって算出される（Ｓ２０１）。続いて、上記経過時間ΣΔｔと、後述するＳ２０４の処理を通じてメモリ２１ａに記憶されたＯＳＡ記憶値と、劣化検出ルーチン（図９）のＳ１０３の処理を通じて微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡとを用いて、上記手順［２］での傾きθｎの算出が行われる（Ｓ２０２）。詳しくは、現在の酸素吸蔵量ＯＳＡの上記ＯＳＡ記憶値に対する変化の傾きθｎが、次の式「θｎ＝（酸素吸蔵量ＯＳＡ−ＯＳＡ記憶値）／経過時間ΣΔｔ」を用いて算出される。

上記手順［１］及び［３］の一環として行われるＳ２０３の処理では、現在の経過時間ΣΔｔが記憶周期Ｔ以上であるか否かが判断される。ここで肯定判定であれば、現在の酸素吸蔵量ＯＳＡがＯＳＡ記憶値として前回値に代えてメモリ２１ａに記憶され、これによってメモリ２１ａに記憶されたＯＳＡ記憶値の更新が行われる（Ｓ２０４）。続いて、上記Ｓ２０２で算出された傾きθｎのメモリ２１ａへの記憶が行われる（Ｓ２０５）。これらＳ２０３〜Ｓ２０５の処理を通じて、上記手順［１］での微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡの記憶周期Ｔ毎のＯＳＡ記憶値としての記憶（更新）、及び上記手順［３］での微小時間Δｔ毎に算出される傾きθｎについての記憶周期Ｔ毎のｋ回分の記憶が実現される。そして、これらの記憶が行われると、経過時間ΣΔｔが「０」にリセットされる（Ｓ２０６）。

また、Ｓ２０７の処理では、上記手順［４］での補正量Ｈの算出が行われる。すなわち、メモリ２１ａに記憶された傾きθｎ、上記記憶周期Ｔ、上記応答遅れ時間Ｔｒ、及び上記経過時間ΣΔｔ、といった各種のパラメータに基づき、式（５）を用いて上記補正量Ｈが算出される。なお、この式（５）で用いられる数ｋとして、本実施形態では上述したように「７」が用いられる。これは、式（５）を用いて算出される補正量Ｈの上記適正値に対する乖離が許容レベル未満となるように、且つ記憶周期Ｔが最大長さとなるように、同記憶周期Ｔを設定することを意図したものである。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）触媒の劣化の有無を判断するために用いられる判断用酸素吸蔵量ＯＳＣは、酸素吸蔵量ＯＳＡから酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差を取り除くための補正量Ｈ分の補正を同酸素吸蔵量ＯＳＡに加えることによって求められる。上記補正量Ｈは上記［１］〜［４］の手順により算出される。そして、手順［４］から分かるように、補正量Ｈの算出に用いられるパラメータには、メモリ２１ａに記憶された傾きθｎ（ｎ＝１〜ｋ）、すなわち酸素センサ１８の出力信号ＶＯにおける応答遅れ時間Ｔｒに対応した上記記憶周期Ｔの回数分（ｋ回分）の傾きθｎ（ｎ＝１〜ｋ）が含まれている。このことから、微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡが時間経過に伴い直線状に推移する場合であれ、あるいは非直線状に推移する場合であれ、上記傾きθｎ（ｎ＝１〜ｋ）等に基づいて算出される上記補正量Ｈを、酸素吸蔵量ＯＳＡにおける上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差に対応した値とすることが可能になる。ちなみに、上記のように算出される補正量Ｈに関しては、上記応答遅れ時間Ｔｒに対し上記記憶周期Ｔを相対的に短くして上記メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋを多くするほど、酸素吸蔵量ＯＳＡにおける上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差に対応した値として正確になる。

従って、上記応答遅れ時間Ｔｒに対し上記記憶周期Ｔを相対的に短くして上記メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋを多くすることで、それら傾きθｎ等に基づき算出される上記補正量Ｈ分の補正を酸素吸蔵量ＯＳＡに加えたときの同酸素吸蔵量（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）から上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差を取り除くことができる。また、メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋを上述したように多くしたとしても、その数ｋが多くなりすぎてメモリ２１ａの必要記憶容量が過度に増大することはない。これは、メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋは、上記応答遅れ時間Ｔｒに対応した上記記憶周期Ｔの回数分（ｋ回分）であって、その記憶周期Ｔが微小時間Δｔよりも長い時間間隔とされていることが関係している。仮に、上記記憶周期Ｔと上記微小時間Δｔとが等しくなるほど短いとすると、メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋが多くなり過ぎて同メモリ２１ａの必要記憶容量が［背景技術］の欄に記載したバッファ法を採用した場合と同じ程度まで増大することは避けられない。しかし、上記記憶周期Ｔは上記微小時間Δｔよりも長い時間間隔とされていることから、メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋが多くなり過ぎてメモリ２１ａの必要記憶容量が上述したように増大することはない。

従って、触媒の劣化の有無を判断するための同触媒の酸素吸蔵量（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）から酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差を取り除くことができ、且つメモリ２１ａの必要記憶容量を小さく抑えることができる。

（２）上記補正量Ｈに関しては、記憶周期Ｔを短くして上記応答遅れ時間Ｔｒに対し同記憶周期Ｔを相対的に短くするほど、酸素吸蔵量ＯＳＡにおける上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差に対応した値（適正値）からの乖離が小さくなる傾向がある。ただし、応答遅れ時間Ｔｒに対し記憶周期Ｔを相対的に短くすると、メモリ２１ａに記憶される傾きθ１，・・・θｋの数が多くなるため、同メモリ２１ａの必要記憶容量は増大する。こうしたことを考慮し、上記記憶周期Ｔに関しては、補正量Ｈの上記適正値に対する乖離を許容レベル未満とすることの可能な最大長さとなるように設定される。このため、補正量Ｈの上記適正値に対する乖離を許容レベル未満としつつ、メモリの必要記憶容量を可能な限り小さく抑えることができる。

（３）微小時間Δｔ毎に算出される酸素吸蔵量ＯＳＡに上記補正量Ｈによる補正を加えた値である上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣは、アクティブ空燃比制御の実行中であって酸素センサ１８の出力信号ＶＯにリッチ側とリーン側との間での反転が生じたとき、触媒の劣化の有無の判断に用いられる。この触媒の劣化の有無の判断では、上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが予め定められた判定値未満であるときに触媒に劣化が生じている旨判断される。このときの判断用酸素吸蔵量ＯＳＣは、触媒における酸素吸蔵量の現状における最大値に対応した値となる。触媒における酸素吸蔵量の最大値に関しては、同触媒に劣化が生じることによる低下が顕著に生じる値である。従って、上述したように判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが上記判定値未満であるときに触媒に劣化が生じている旨判断することで、その旨の判断を正確なものとすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図１１に基づき説明する。
この実施形態は、第１実施形態において、酸素センサ１８の出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒをエンジン１の運転中における酸素センサ１８からの出力信号ＶＯに基づき測定するとともに、そうして求めた応答遅れ時間Ｔｒに基づき記憶周期Ｔを可変設定するようにしたものである。

図１１は、記憶周期Ｔの上述した可変設定を実現するための記憶周期設定ルーチンを示すフローチャートである。この記憶周期設定ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、まず応答遅れ時間Ｔｒの測定処理が実行される（Ｓ３０１）。具体的には、エンジン１の空燃比が予め定められた幅で変化する状況のとき、その変化に対応した酸素センサ１８の出力信号ＶＯの変化が生じるまでの時間を測定し、その測定された時間に基づき応答遅れ時間Ｔｒが求められる。このように応答遅れ時間Ｔｒの測定を行うことの可能なエンジン運転状況、すなわちエンジン１の空燃比が予め定められた幅で変化するエンジン運転状況としては、例えば、アクティブ空燃比制御が実行されるときやエンジン１のフューエルカット制御が実行されるときがあげられる。なお、エンジン１のフューエルカット制御とは、自動車の運転状態に応じてエンジン１での燃料噴射を停止させる制御であって、同制御によりエンジン１の燃料噴射が停止されると、それに伴いエンジン１の空燃比が定まった幅だけリーン側に変化することとなる。ちなみに、フューエルカット制御での燃料噴射の停止は、アクティブ空燃比制御の実行条件の成立に伴う同制御の実行と比較して、高い頻度で実行される。

続くＳ３０２の処理では、今回のエンジン運転で上記測定処理を通じて応答遅れ時間Ｔｒの測定が完了した直後か否かが判断される（Ｓ３０２）。ここで否定判定であれば、現在の記憶周期Ｔが維持される（Ｓ３０４）。一方、肯定判定であれば、上記測定された応答遅れ時間Ｔｒに基づき記憶周期Ｔが可変設定される（Ｓ３０３）。詳しくは、酸素センサ１８の現状に即した出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒに合わせて、算出される補正量Ｈの適正値に対する乖離が許容レベル未満となるように、且つ記憶周期Ｔの長さが最大となるように、その記憶周期Ｔの長さが設定される。なお、上記補正量Ｈの適正値とは、触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量ＯＳＡにおける上記応答遅れ時間Ｔｒに起因する誤差に対応した値のことである。

本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（４）酸素センサ１８の酸素濃度の変化に対する出力信号ＶＯの応答遅れ時間Ｔｒは、同センサ１８の個体差や経年変化等によって変わるものの、エンジン１の運転中に酸素センサ１８から実際に出力される出力信号ＶＯに基づき現状に即した値として求められる。そして、こうした求められた応答遅れ時間Ｔｒに基づいて記憶周期Ｔが可変設定される。従って、酸素センサ１８の現状に即した応答遅れ時間Ｔｒに合わせて、算出される補正量Ｈの上記適正値に対する乖離が許容レベル未満となるように、且つ記憶周期Ｔの長さが最大となるように、その記憶周期Ｔの長さを可変設定することが可能になる。そして、このように記憶周期Ｔの長さを設定することで、算出される補正量Ｈの上記適正値に対する乖離を許容レベル未満としつつ、メモリ２１ａの必要記憶容量を可能な限り小さく抑えることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図１２に基づき説明する。
この実施形態は、第１実施形態において、触媒の劣化なし（正常）の旨の判断をより早期に行えるようにしたものである。

詳しくは、アクティブ空燃比制御の実行中、微小時間Δｔ毎に酸素吸蔵量ＯＳＡが算出されるとき、その酸素吸蔵量ＯＳＡが算出される毎に同酸素吸蔵量ＯＳＡに補正量Ｈ分の補正を加えて判断用酸素吸蔵量ＯＳＣを求める。これにより、酸素センサ１８の出力信号ＶＯのリッチ側とリーン側との間での反転時にも、上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが求められるようになる。そして、アクティブ空燃比制御の実行中において、酸素センサ１８の出力信号ＶＯのリッチ側とリーン側との間での反転の有無に関係なく、判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが判定値以上であれば、触媒に劣化が生じていない旨の判断（正常である旨の判断）をする。

図１２は、本実施形態の触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。この触媒劣化検出ルーチンでは、第１実施形態の触媒劣化検出ルーチン（図９）におけるＳ１０６に相当する処理（Ｓ４０４）をＳ１０１〜Ｓ１０３に相当する処理（Ｓ４０１〜Ｓ４０３）の直後に実行するようにしている。また、第１実施形態の触媒劣化検出ルーチンに対し、アクティブ空燃比制御の実行中であって酸素センサ１８の出力信号ＶＯのリッチ側とリーン側との間での反転が生じていないときに、触媒に劣化が生じていない旨の判断（正常である旨の判断）を行うためのＳ４１１及びＳ４１２の処理が追加されている。

本実施形態の触媒劣化検出ルーチンでは、アクティブ空燃比制御の実行中（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、酸素量ΔＯＳＡの算出（Ｓ４０２）、酸素吸蔵量ＯＳＡの算出（Ｓ４０３）、同酸素吸蔵量ＯＳＡの補正量Ｈ分の補正による判断用酸素吸蔵量ＯＳＣの算出（Ｓ４０４）が順に行われる。その後、酸素センサ１８の出力信号ＶＯのリッチ側とリーン側との間での反転が生じたとき（Ｓ４０５：ＹＥＳ）、その反転が今回のエンジン運転において初回の反転であれば（Ｓ４０６：ＮＯ）、酸素吸蔵量ＯＳＡが初期化される（Ｓ４１０）。また、上記反転が今回のエンジン運転において初回の反転でなければ（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、第１実施形態の触媒劣化検出ルーチン（図９）と同様に判断用酸素吸蔵量ＯＳＣに基づく触媒の劣化の有無の判断が行われる（Ｓ４０７〜Ｓ４１０）。

一方、アクティブ空燃比制御の実行中であって、酸素センサ１８の出力信号ＶＯのリッチ側とリーン側との間での反転が生じていないときには（図１２のＳ４０５：ＮＯ）、上述した追加分の処理（Ｓ４１１、Ｓ４１２）が実行される。この一連の処理では、判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが判定値以上であるか否かが判断される（Ｓ４１１）。ここで肯定判定であれば、酸素センサ１８の出力信号ＶＯのリッチ側とリーン側との間での上記反転が生じていないときであっても、触媒に劣化が生じていない旨の判断、すなわち触媒が正常である旨の判断がなされる（Ｓ４１２）。

本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（５）触媒に劣化が生じていない旨の判断（正常である旨の判断）は、アクティブ空燃比制御の実行中、酸素センサ１８の出力信号ＶＯにおけるリーン側とリッチ側との間での反転が生じたときに判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが判定値以上であればなされる。更に、アクティブ空燃比制御の実行中、上記反転が生じていなくても酸素吸蔵量ＯＳＡが判定値以上であれば、触媒に劣化が生じていない旨の判断がなされる。このように触媒に劣化が生じていない旨の判断が上記反転の生じたときになされる他、同反転が生じていないときにもなされるようになるため、触媒に劣化が生じていない場合に、その旨の判断を早期に行うことができる。

［第４実施形態］
次に、発明の第４実施形態を図１３に基づき説明する。
この実施形態は、第１実施形態において、アクティブ空燃比を実行していないとき、例えばエンジン１の通常運転時における空燃比の成り行き制御中などにおいても、触媒の劣化なし（正常）の旨の判断を行うことを可能とすることで、同判断をより早期に行えるようにしたものである。

図１３は、上述したようにアクティブ空燃比制御の非実行中に触媒の劣化なし（正常）の旨の判断を行うための正常判定ルーチンを示すフローチャートである。この正常判定ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、微小時間Δｔ毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、アクティブ空燃比制御の非実行中であることを条件に（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、第１実施形態の式（１）を用いて酸素量ΔＯＳＡが算出される（Ｓ５０２）。ただし、ここでの式（１）の空燃比差ΔＡ／Ｆとしては、第１実施形態のような値、すなわち空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦから求められる空燃比から理論空燃比を減算した値の絶対値ではなく、出力信号ＶＡＦから求められる空燃比から理論空燃比を減算した値そのものが用いられる。従って、微小時間Δｔ中に触媒に酸素が吸蔵されているときには上記算出される酸素量ΔＯＳＡが正の値となる一方、微小時間Δｔ中に触媒から酸素が脱離されているときには上記算出される酸素量ΔＯＳＡが負の値となる。続いて、上記酸素量ΔＯＳＡをその算出毎（微小時間Δｔ毎）に累積することで酸素吸蔵量ＯＳＡが求められる（Ｓ５０３）。こうして求められた酸素吸蔵量ＯＳＡは、触媒に現時点で吸蔵されている酸素の量ということになる。

その後、上記酸素吸蔵量ＯＳＡに対し補正を加えるための補正量Ｈを算出するための処理が実行される（Ｓ５０４）。詳しくは、第１実施形態の補正量算出ルーチン（図１０）と同様の処理を通じて上記補正量Ｈが算出される。ただし、上記補正量Ｈを算出するための処理は、第１実施形態とは異なり、アクティブ空燃比制御の非実行中に行われる。こうして算出された補正量Ｈ分の補正が上記酸素吸蔵量ＯＳＡに加えられ、それによって触媒の劣化の有無の判断に用いるための判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが求められる（図１３のＳ５０５）。具体的には、酸素量ΔＯＳＡが正の値であるときには酸素吸蔵量ＯＳＡから補正量Ｈを減算した値が上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣとされる一方、酸素量ΔＯＳＡが負の値であるときには酸素吸蔵量ＯＳＡに補正量Ｈが加算された値が上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣとされる。そして、上記判断用酸素吸蔵量ＯＳＣが判定値以上であれば（Ｓ５０６：ＹＥＳ）、触媒に劣化が生じていない旨の判断、すなわち触媒が正常である旨の判断がなされる（Ｓ５０７）。なお、上記判定値に関しては、第１実施形態の判定値（図９のＳ１０７）、及び第３実施形態の判定値（図１２のＳ４０７、Ｓ４１１）と同じ値に設定される。

本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
（６）アクティブ空燃比制御が実行されていないときにも、触媒に劣化が生じていない旨の判断を行うことができるため、同触媒に劣化が生じていない場合に、その旨の判断をより一層早期に行うことができる。

［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第１〜第４実施形態において、微小時間Δｔ当たりに脱離する酸素量ΔＯＳＡを算出するための空燃比差ΔＡ／Ｆを、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに基づいて算出する代わりに、エアフローメータ３２からの検出信号及び燃料噴射量Ｑに基づく推定によって得るようにしてもよい。

・第１〜第４実施形態において、フューエルカット制御での燃料カット開始から同燃料カット中にかけて、触媒に微小時間Δｔ当たりに吸蔵される酸素量ΔＯＳＡを算出し、その酸素量ΔＯＳＡを累積して得られる酸素吸蔵量ＯＳＡ（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）に基づき触媒の劣化の有無を判断してもよい。また、上記フューエルカットでの燃料カット終了時点の後、触媒から微小時間Δｔ当たりに脱離する酸素量ΔＯＳＡを算出し、その酸素量ΔＯＳＡを累積して得られる酸素吸蔵量ＯＳＡ（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）に基づき触媒の劣化の有無を判断してもよい。

・上記のようにフューエルカット制御を利用して酸素吸蔵量ＯＳＡ（判断用酸素吸蔵量ＯＳＣ）を得るようにした場合、微小時間Δｔ当たりに吸蔵される酸素量ΔＯＳＡを算出するための空燃比差ΔＡ／Ｆを、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに基づいて算出する代わりに、燃料カット開始からの経過時間等に基づく推定により得るようにしてもよい。

・第１実施形態において、第３実施形態のように、微小時間Δｔ毎の酸素吸蔵量ＯＳＡの算出が行われた直後に補正量Ｈ分の補正を加えて判断用酸素吸蔵量ＯＳＣを求めるようにしてもよい。

・第１実施形態において、メモリ２１ａに記憶される傾きθｎの数ｋが「７」以外の値となるよう記憶周期Ｔの長さを設定してもよい。
・第１〜第４実施形態において、触媒上流センサとして空燃比センサ１７の代わりに酸素センサを設けてもよい。

・第１〜第４実施形態において、触媒下流センサとして酸素センサ１８の代わりに空燃比センサを設けてもよい。

１…エンジン、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気通路、１３…スロットルバルブ、１６…触媒コンバータ、１７…空燃比センサ、１８…酸素センサ、２１…電子制御装置（酸素吸蔵量算出手段、補正手段、第１記憶手段、傾き算出手段、第２記憶手段）、２１ａ…メモリ、２７…アクセルペダル、２８…アクセルポジションセンサ、３０…スロットルポジションセンサ、３２…エアフローメータ、３３…吸気圧センサ、３４…クランクポジションセンサ。

Claims (6)

1. 予め定められた微小時間中に内燃機関の排気通路に設けられた触媒に吸蔵される酸素の量もしくは同触媒から脱離される酸素の量を前記微小時間毎に算出し、その酸素の量を算出毎に累積した値を前記触媒の酸素吸蔵量とする酸素吸蔵量算出手段と、前記排気通路における前記触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサとを備え、前記触媒下流センサの信号に理論空燃比での燃料の燃焼時における排気中の酸素濃度に対応した値に対するリーン側とリッチ側との間で反転が生じたとき、前記酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量に基づき前記触媒の劣化の有無を判断する触媒劣化検出装置において、
   前記酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量に基づき前記触媒の劣化の有無を判断するに当たり、その酸素吸蔵量に前記触媒下流センサの信号の酸素濃度の変化に対する応答遅れ時間に対応した補正量分の補正を加える補正手段を備える他、
   前記算出手段により算出された酸素吸蔵量を前記微小時間よりも長い時間間隔である記憶周期毎に記憶値として前回値に代えてメモリに記憶する第１記憶手段と、
   前記酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量の前記記憶値に対する変化の傾きを前記微小時間毎に算出する傾き算出手段と、
   前記傾き算出手段により算出された前記傾きを前記記憶周期毎に前記メモリに記憶する第２記憶手段と、
   を備え、
   前記第２記憶手段は、前記傾き算出手段により算出される傾きのうち、前記触媒下流センサの信号における前記応答遅れ時間に対応した前記記憶周期の回数分の前記傾きのみをそれぞれ個別に前記メモリに記憶するものであり、
   前記補正量は、前記メモリに記憶された前記傾き、前記記憶周期、前記応答遅れ時間、及び前記記憶周期の最後の満了時からの経過時間に基づき算出される
   ことを特徴とする触媒劣化検出装置。
2. 前記記憶周期は、前記算出される補正量の適正値に対する乖離が許容レベル未満となる最大長さに設定される
   請求項１記載の触媒劣化検出装置。
3. 前記触媒下流センサの信号の酸素濃度の変化に対する応答遅れ時間は、内燃機関の運転中に同触媒下流センサから出力される信号に基づき求められるものであり、
   前記記憶周期は、前記求められた応答遅れ時間に基づいて可変設定することが可能とされる
   請求項１記載の触媒劣化検出装置。
4. 前記酸素吸蔵量算出手段による前記触媒の酸素吸蔵量の算出を行うに当たり、内燃機関の空燃比を強制的にリッチ若しくはリーンとした後に前記触媒下流センサの信号に理論空燃比での燃料の燃焼時における排気中の酸素濃度に対応した値に対するリーン側とリッチ側との間での反転が生じる毎に内燃機関の空燃比をリッチとリーンとの間で反転させるアクティブ空燃比制御が予め定められた条件のもとで実行され、
   前記アクティブ空燃比制御により内燃機関の空燃比がリッチとリーンとの間で反転してから前記触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じるまで前記酸素吸蔵量算出手段による前記酸素吸蔵量の算出が行われ、
   前記触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じたとき、前記酸素吸蔵量算出手段により算出された酸素吸蔵量に前記補正手段による前記補正量分の補正を加えた値である判断用酸素吸蔵量が判定値未満であれば、前記触媒に劣化が生じている旨判断される
   請求項１記載の触媒劣化検出装置。
5. 前記補正手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記触媒下流センサの信号にリーン側とリッチ側との間での反転が生じたときにおける前記酸素吸蔵量の前記補正量分の補正を実現すべく、前記酸素吸蔵量算出手段による微小時間経過時点での酸素吸蔵量の算出毎に同酸素吸蔵量に対する前記補正量分の補正を行って前記判断用酸素吸蔵量を求めるものであり、
   前記触媒下流センサの信号におけるリーン側とリッチ側との間での反転の有無に関係なく、前記判断用酸素吸蔵量が前記判定値以上であれば、前記触媒に劣化が生じていない旨判断される
   請求項４記載の触媒劣化検出装置。
6. 前記酸素吸蔵量算出手段は、前記アクティブ空燃比制御が実行されていないとき、前記微小時間中に前記触媒に吸蔵される酸素の量を同微小時間毎に正の値として算出するとともに同触媒から脱離される酸素の量を前記微小時間毎に負の値として算出し、その酸素の量を算出毎に累積した値を前記触媒の酸素吸蔵量とするものであり、
   前記補正手段は、前記アクティブ空燃比制御が実行されていないときの前記酸素吸蔵量算出手段による微小時間経過時点での酸素吸蔵量の算出毎に同酸素吸蔵量に対する前記補正量分の補正を行って前記判断用酸素吸蔵量を求めるものであり、
   前記アクティブ空燃比制御が実行されていないとき、前記判断用酸素吸蔵量が前記判定値以上であれば、前記触媒に劣化が生じていない旨判断される
   請求項４又は５記載の触媒劣化検出装置。

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