内燃機関の触媒劣化検出装置
【課題】本発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に関し、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の触媒劣化検出装置は、ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいてＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する。その際に、内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行する。アクティブ空燃比制御によって内燃機関の空燃比が切り替えられた後に排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止する。
【解決手段】本発明の内燃機関の触媒劣化検出装置は、ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいてＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する。その際に、内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行する。アクティブ空燃比制御によって内燃機関の空燃比が切り替えられた後に排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行う装置が広く用いられている。ＥＧＲを行うと、ＥＧＲ配管やＥＧＲクーラ、吸気ポート、吸気弁などにデポジットが堆積し易い。デポジットが堆積する原因の一つは、還流する排気ガス（ＥＧＲガス）に、未燃ＨＣや粒子状物質などが含まれているからである。このデポジットの堆積を抑制するための技術として、ＥＧＲガス中の未燃ＨＣや粒子状物質を浄化（除去）するＥＧＲ触媒をＥＧＲ通路に設ける技術が知られている。
【０００３】
特開２００５−２６４８２１号公報には、内燃機関の冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することを目的としてＥＧＲ触媒を利用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６４８２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１５７１３３号公報
【特許文献３】特開２００６−１６１７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気系に設けられた排気浄化触媒と同様に、ＥＧＲ触媒も経年により劣化していく。このため、デポジットの堆積や排気エミッションを抑制するという目的を十分に果たすためには、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することが必要となる。しかしながら、従来、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを検出する適切な方法は提案されていない。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することのできる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の触媒劣化検出装置であって、
内燃機関の排気通路から分岐し、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサと、
前記ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいて前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定するＥＧＲ触媒酸素吸蔵容量測定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記アクティブ空燃比制御によって前記内燃機関の空燃比が切り替えられた後に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、前記ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値と、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値とを記憶する容量値記憶手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気ガス流量に対する、前記ＥＧＲ触媒を通過する排気ガス流量の比を、ガス量比として取得するガス量比取得手段と、
前記容量値記憶手段に記憶されている前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値に前記ガス量比を乗じた値が、前記容量値記憶手段に記憶されている前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値より小さいときには、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの上流側の排気通路から分岐していることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの下流側の排気通路から分岐していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサを設け、このＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいてＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量をより正確に測定することができる。また、第２の発明によれば、アクティブ空燃比制御によって内燃機関の空燃比が切り替えられた後に排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、排気浄化触媒の下流側に未浄化成分が流出することを確実に抑制することができる。よって、エミッションの悪化を確実に回避することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量をより正確に測定することができる。また、第３の発明によれば、排気浄化触媒を通過する排気ガス流量に対する、ＥＧＲ触媒を通過する排気ガス流量の比を、ガス量比として取得し、そのガス量比を排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値に乗じた値が、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値より小さいときには、アクティブ空燃比制御の実行を禁止することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、排気浄化触媒の下流側に未浄化成分が流出することを確実に抑制することができる。よって、エミッションの悪化を確実に回避することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、ターボチャージャのタービンの上流側の排気通路から分岐するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、ターボチャージャのタービンの下流側の排気通路から分岐するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサの出力、および高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサの出力の変動を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２におけるアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサの出力、および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサの出力の変動を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３において高圧ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】高圧ＥＧＲ触媒によるエミッション低減効果代の傾向を表したマップである。
【図９】テールパイプエミッションの傾向を表したマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等の動力源として用いられるものである。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１９】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接に噴射する燃料インジェクタ１２が設置されている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関にも同様に適用可能である。
【００２０】
内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２０により集合されて排気通路１８に流入する。本実施形態の内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４１と、このタービン２４１に駆動されて回転するコンプレッサ２４２とを有している。タービン２４１は、排気通路１８の途中に配置されており、コンプレッサ２４２は、吸気通路２８の途中に配置されている。
【００２１】
タービン２４１の下流側の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化するためのスタート触媒２６およびアンダーフロア触媒２７が設置されている。スタート触媒２６の下流側には、スタート触媒２６から流出する排気ガスの空燃比を検出するスタート触媒後Ｏ2センサ２５が設置されている。
【００２２】
内燃機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。また、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００２３】
コンプレッサ２４２の下流側の吸気通路２８には、インタークーラ３２が設置されている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４２で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した空気は、吸気マニホールド３４を通って、各気筒内に流入する。インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間の吸気通路２８には、スロットル弁３６が設置されている。
【００２４】
内燃機関１０には、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うためのＥＧＲ装置が備えられている。本実施形態におけるＥＧＲ装置は、高圧ＥＧＲを行う経路と、低圧ＥＧＲを行う経路との、２つのＥＧＲ経路を備えている。
【００２５】
高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ通路４０は、タービン２４１より上流側の排気通路（図１の構成では排気マニホールド２０）と、コンプレッサ２４２の下流側の吸気通路２８（図１の構成ではスロットル弁３６と吸気マニホールド３４との間）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４０の途中には、還流する排気ガス中の有害成分を浄化する高圧ＥＧＲ触媒４１と、還流する排気ガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ４３と、還流する排気ガスの量（ＥＧＲ量）を調節するための高圧ＥＧＲ弁４４とが、上流側からこの順に設けられている。
【００２６】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１の下流側には、高圧ＥＧＲ触媒４１から流出する排気ガスの空燃比を検出する高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９が設置されている。高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９は、そのセンサ素子を活性温度まで昇温させるためのヒータを備えている。高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９は、高圧ＥＧＲクーラ４３の下流側に設置されていてもよいが、本実施形態では、高圧ＥＧＲ触媒４１と高圧ＥＧＲクーラ４３との間に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９を設置している。これにより、高圧ＥＧＲクーラ４３で冷却される前の、高温の排気ガスを高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９に当て、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９を暖めることができる。このため、ヒータへの通電量が少なくて済むので、電力消費量を軽減することができる。
【００２７】
低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ通路４２は、タービン２４１より下流側の排気通路１８（図１の構成ではスタート触媒２６とアンダーフロア触媒２７との間）と、コンプレッサ２４２の上流側の吸気通路２８とを接続している。低圧ＥＧＲ通路４２の途中には、還流する排気ガス中の有害成分を浄化する低圧ＥＧＲ触媒４５と、還流する排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４６と、還流する排気ガスの量を調節するための低圧ＥＧＲ弁４７とが、上流側からこの順に設けられている。
【００２８】
また、低圧ＥＧＲ触媒４５の下流側には、低圧ＥＧＲ触媒４５から流出する排気ガスの空燃比を検出する低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８が設置されている。低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８は、そのセンサ素子を活性温度まで昇温させるためのヒータを備えている。低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８は、低圧ＥＧＲクーラ４６の下流側に設置されていてもよいが、本実施形態では、低圧ＥＧＲ触媒４５と低圧ＥＧＲクーラ４６との間に低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８を設置している。これにより、低圧ＥＧＲクーラ４６で冷却される前の、高温の排気ガスを低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８に当て、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８を暖めることができる。このため、ヒータへの通電量が少なくて済むので、電力消費量を軽減することができる。
【００２９】
なお、本発明の適用対象は、上述したような複数のＥＧＲ経路を備えた内燃機関に限定されるものではない。本発明は、単一のＥＧＲ経路を備えた内燃機関にも適用可能である。
【００３０】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータのほか、内燃機関１０のクランク軸（出力軸）の回転角度を検出するクランク角センサ５２と、内燃機関１０を搭載した車両の運転席に設けられたアクセルペダルの位置（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５４とが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３１】
本実施形態におけるスタート触媒後Ｏ2センサ２５、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８は、理論空燃比を境に出力が急変する特性を有する酸素センサである。ただし、本発明では、スタート触媒後Ｏ2センサ２５、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８に代えて、広域空燃比センサを用いてもよい。広域空燃比センサは、空燃比の変化に対してリニアに変化する出力を発し、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能なセンサである。
【００３２】
スタート触媒２６、アンダーフロア触媒２７、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になっているときに、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの三成分を同時に浄化する三元触媒としての機能を有する触媒コンバータである。これらの触媒コンバータは、触媒成分として、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属（活性点）と、酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分とを含んでいる。これらの触媒コンバータに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチである場合には、上記酸素吸蔵成分から酸素が放出され、その放出された酸素によって、ＨＣおよびＣＯといった未燃成分を酸化して浄化することができる。逆に、これらの触媒コンバータに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンである場合には、上記酸素吸蔵成分が排気ガス中の余剰酸素を吸収することにより、ＮＯｘを還元浄化することができる。このようにして、酸素吸蔵成分が酸素の吸収および放出を行うことにより、触媒コンバータに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対し多少ばらついたとしても、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの三成分を良好に浄化することができる。
【００３３】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、sootやＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter）などを燃焼（酸化）させる機能も有している。高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５によって粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）を燃焼させて除去することにより、高圧ＥＧＲ通路４０や低圧ＥＧＲ通路４２、高圧ＥＧＲクーラ４３、低圧ＥＧＲクーラ４６、内燃機関１０の吸気ポート、吸気弁などにデポジットが堆積することを十分に抑制することができる。
【００３４】
触媒コンバータは、経年使用により、その浄化性能が劣化していく。触媒コンバータの劣化度合いは、その触媒コンバータが吸蔵し得る最大の酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity）と関係していることが知られている。すなわち、酸素吸蔵容量が低下しているほど、触媒コンバータの劣化が進行していると判定することができる。従って、各触媒コンバータの酸素吸蔵容量を測定することにより、その触媒コンバータの劣化を検出することができる。
【００３５】
以下、本実施形態では、スタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定する場合の制御について説明する。本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行することにより、スタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の各々の酸素吸蔵容量を同時に測定する。アクティブ空燃比制御とは、内燃機関１０の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替える制御である。
【００３６】
図２は、本実施形態のアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関１０の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力、および高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力の変動を示す図である。図２に示すように、アクティブ空燃比制御の実行中、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の制御目標空燃比を、理論空燃比からリッチ側に所定の振幅ΔＡ／ＦRだけ離れた空燃比（以下、「リッチ空燃比」と称する）と、理論空燃比からリーン側に所定の振幅ΔＡ／ＦLだけ離れた空燃比（以下、「リーン空燃比」と称する）とに、強制的に且つ交互に切り替える。
【００３７】
図２において、時刻ｔ１以前においては、制御目標空燃比がリーン空燃比とされているので、内燃機関１０は、空気過剰なリーン空燃比で運転される。このため、スタート触媒２６には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入する。この余剰酸素をスタート触媒２６が吸収することにより、スタート触媒２６の下流は、ほぼ理論空燃比になる。しかしながら、スタート触媒２６がそれ以上酸素を吸収できない状態（酸素が満杯の状態）になると、余剰酸素がスタート触媒２６の下流側に流出し始める。その結果、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンに変化（反転）する（時刻ｔ１）。これを契機として、制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。
【００３８】
制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替わると、内燃機関１０は、燃料過剰なリッチ空燃比で運転される。このため、時刻ｔ１以降、スタート触媒２６には、酸素が不足し、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入する。スタート触媒２６は、吸蔵していた酸素を放出することにより、余剰の未燃成分を浄化する。これにより、スタート触媒２６の下流は、ほぼ理論空燃比になる。しかしながら、スタート触媒２６に吸蔵されていた酸素が底をつくと、余剰の未燃成分がスタート触媒２６の下流側に流出し始める。その結果、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチに変化（反転）する（時刻ｔ３）。これを契機として、制御目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。
【００３９】
以下、同様にして、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力の反転を契機として、制御目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられていく。すなわち、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンに反転したときに、制御目標空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられ（図２中の時刻ｔ５、ｔ９）、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチに反転したときに、制御目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる（時刻ｔ７）。
【００４０】
時刻ｔ１においてはスタート触媒２６の酸素は満杯になっており、時刻ｔ３においてはスタート触媒２６の酸素は空になっている。従って、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cは、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間にスタート触媒２６から放出された酸素量に等しい。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間は、酸素が不足したリッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入する。その酸素不足分を補填するように、スタート触媒２６から酸素が放出される。
【００４１】
従って、単位期間当たりにスタート触媒２６から放出される酸素の量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素不足量に等しい。スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素不足量は、内燃機関１０の単位期間当たりの酸素不足量に対応している。内燃機関１０の単位期間当たりの酸素不足量は、リッチ側振幅ΔＡ／ＦR、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合（約０．２３）などの値に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素不足量を時刻ｔ１から時刻ｔ３まで積算した値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ５と時刻ｔ７との間においても、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを算出することができる。
【００４２】
また、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cは、次のようにして算出することもできる。時刻ｔ３においてはスタート触媒２６の酸素は空になっており、時刻ｔ５においてはスタート触媒２６の酸素は満杯になっている。従って、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cは、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間にスタート触媒２６に吸収された酸素量に等しい。時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間は、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入し、その余剰酸素がスタート触媒２６に吸収される。
【００４３】
従って、単位期間当たりにスタート触媒２６に吸収される酸素の量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素余剰量に等しい。スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素余剰量は、内燃機関１０の単位期間当たりの酸素余剰量に対応している。内燃機関１０の単位期間当たりの酸素余剰量は、リーン側振幅ΔＡ／ＦL、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合などの値に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素余剰量を時刻ｔ３から時刻ｔ５まで積算した値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ７と時刻ｔ９との間においても、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを算出することができる。
【００４４】
図２中に示す「スタート触媒のＯＳＣ算出カウンタ」は、上述した単位期間当たりのスタート触媒２６の酸素放出量（または酸素吸収量）ΔＯＳＣs/cの積算値の変化を表している。図２では、時刻ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９におけるΔＯＳＣs/cの積算値が、それぞれ、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値に相当している。このようにして、アクティブ空燃比制御の実行中にΔＯＳＣs/cの積算値を算出することにより、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを繰り返し測定することができる。そして、それらの測定値の平均値を求めることにより、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを精度良く算出することができる。
【００４５】
一方、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することができる。図２中の時刻ｔ０において、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、リッチからリーンへ変化している。すなわち、時刻ｔ０の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は満杯となっている。しかしながら、時刻ｔ０以降も制御目標空燃比はリーン空燃比に維持される。そして、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するのを待って、制御目標空燃比がリッチ空燃比へ切り替えられる（時刻ｔ１）。よって、リッチ空燃比の排気ガスが高圧ＥＧＲ触媒４１に流入し始めるのは、時刻ｔ１以降である。
【００４６】
その後、時刻ｔ２になると、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリーンからリッチへ反転する。すなわち、時刻ｔ２の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は空となる。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、高圧ＥＧＲ触媒４１から放出された酸素の量に等しい。この間、高圧ＥＧＲ触媒４１には、酸素が不足したリッチ空燃比の排気ガスが流入し、その酸素不足分を補填するようにして、高圧ＥＧＲ触媒４１から酸素が放出される。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素放出量ΔＯＳＣHEGRは、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素不足量に等しい。高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素不足量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素不足量ΔＯＳＣs/cと、高圧ＥＧＲ率（内燃機関１０から排出される排気ガスのうち、高圧ＥＧＲ通路４０に流入する排気ガスの割合）とに基づいて算出することができる。そのようにして算出された、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素不足量を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積算した値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ５と時刻ｔ６との間においても、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを算出することができる。
【００４７】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することもできる。図２中の時刻ｔ２において、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、リーンからリッチへ変化している。すなわち、時刻ｔ２の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は空となっている。しかしながら、時刻ｔ２以降も制御目標空燃比はリッチ空燃比に維持される。そして、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するのを待って、制御目標空燃比がリーン空燃比へ切り替えられる（時刻ｔ３）。よって、リーン空燃比の排気ガスが高圧ＥＧＲ触媒４１に流入し始めるのは、時刻ｔ３以降である。
【００４８】
その後、時刻ｔ４になると、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリッチからリーンへ反転する。すなわち、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は満杯となる。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に、高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収された酸素の量に等しい。この間、高圧ＥＧＲ触媒４１には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入し、その余剰酸素が高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収される。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素吸収量は、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素余剰量に等しい。高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素余剰量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素余剰量ΔＯＳＣs/cと、高圧ＥＧＲ率とに基づいて算出することができる。そのようにして算出された、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素余剰量を時刻ｔ３から時刻ｔ４まで積算した値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ７と時刻ｔ８との間においても、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを算出することができる。
【００４９】
図２中に示す「高圧ＥＧＲ触媒のＯＳＣ算出カウンタ」は、上述した単位期間当たりの高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素放出量（または酸素吸収量）ΔＯＳＣHEGRの積算値の変化を表している。図２では、時刻ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８におけるΔＯＳＣHEGRの積算値が、それぞれ、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値に相当している。このようにして、アクティブ空燃比制御の実行中にΔＯＳＣHEGRの積算値を算出することにより、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを繰り返し測定することができる。そして、それらの測定値の平均値を求めることにより、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを精度良く算出することができる。
【００５０】
図３は、上記の手法に従ってスタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化検出（酸素吸蔵容量の測定）を実行する際にＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０の制御目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ、あるいはリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替える処理が実行される（ステップ１００）。次いで、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転したか否かが判定される（ステップ１０２）。
【００５１】
上記ステップ１０２で、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がまだ反転していない場合には、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するまで待機する。そして、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転したことが認められた場合には、次に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したか否かが判定される（ステップ１０４）。このステップ１０４で、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がまだ反転していない場合には、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するまで待機する。
【００５２】
上記ステップ１０４で、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したことが認められた場合には、次に、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cと、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRとがそれぞれ算出される（ステップ１０６）。具体的には、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転した時点におけるΔＯＳＣs/cの積算値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの今回の測定値として読み込まれ、この今回の測定値と、前回までの測定値との平均値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値として記憶される。また、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転した時点におけるΔＯＳＣHEGRの積算値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの今回の測定値として読み込まれ、この今回の測定値と、前回までの測定値との平均値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値として記憶される。
【００５３】
上記ステップ１０６の処理に続いて、スタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化検出の実行開始後の経過時間が所定時間に達したか否かが判別される（ステップ１０８）。この所定時間は、酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの測定回数（すなわち、両Ｏ2センサ２５，３９の反転回数）が、十分な測定精度が保証できるような必要回数に到達できるような時間として、予め設定されている。
【００５４】
上記ステップ１０８において、上記経過時間が上記所定時間に達していないと判別された場合には、酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの測定回数が必要回数に達していないと判断できる。この場合には、酸素吸蔵容量の測定を続行する必要があるので、上記ステップ１００以下の処理が再度実行される。なお、上記ステップ１０６および１０８の処理は実際上は瞬時に終了する。このため、上記ステップ１０８から上記ステップ１００に戻る場合、時間的には、上記ステップ１０４でスタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したことが認められた直後に、上記ステップ１００で内燃機関１０の制御目標空燃比が切り替えられることとなる。
【００５５】
一方、上記ステップ１０８で、上記経過時間が上記所定時間に達したと判別された場合には、酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの測定回数が必要回数に達したと判断できる。この場合には、本ルーチンによる、アクティブ空燃比制御を利用した劣化検出の実行が終了される。
【００５６】
本実施形態は、上述した図２に示すように、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミング（時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８）が、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミング（時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９）より早くなるような状況のときに、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの測定を実行することを特徴としている。
【００５７】
これに対し、仮に、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早いとすると、次のような問題がある。
【００５８】
高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを正確に測定するためには、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素が満杯あるいは空になるまで、制御目標空燃比をリーン空燃比あるいはリッチ空燃比に維持することが必要である。従って、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力より前に反転した場合には、その後、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するまで、制御目標空燃比の切り替えを延期することが必要となる。このため、スタート触媒２６の下流に、未浄化成分を多く含む排気ガスが流出することになる。
【００５９】
すなわち、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンへ反転したとすると、その時点でスタート触媒２６の酸素は満杯となっている。その後、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリッチからリーンへ反転するまでの間は、制御目標空燃比がリーン空燃比のままに維持される。つまり、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入し続ける。従って、この間、スタート触媒２６内の空燃比がリーンに偏るので、ＮＯｘを十分に浄化できなくなり、スタート触媒２６の下流にＮＯｘが流出する。
【００６０】
一方、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチへ反転したとすると、その時点でスタート触媒２６の酸素は空となっている。その後、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリーンからリッチへ反転するまでの間は、制御目標空燃比がリッチ空燃比のままに維持される。つまり、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入し続ける。従って、この間、スタート触媒２６内の空燃比がリッチに偏るので、余剰の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を十分に浄化できなくなり、スタート触媒２６の下流にＨＣやＣＯが流出する。
【００６１】
スタート触媒２６の下流側に流出した未浄化成分は、アンダーフロア触媒２７において浄化される。しかしながら、その浄化率は必ずしも１００％ではないので、アンダーフロア触媒２７の下流側にも多少の未浄化成分が流出する。それゆえ、スタート触媒２６の下流側に流出する未浄化成分の量は、できるだけ少ないことが望ましい。
【００６２】
以上述べたように、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定するためにアクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早いとすると、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が排出されることになる。
【００６３】
これに対し、本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転する以前に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するような状況のときに、アクティブ空燃比制御の実行を許可し、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定することを特徴としている。このため、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出することを確実に抑制することができる。
【００６４】
スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cが大きくなるにつれて、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングは遅くなる。これに対し、スタート触媒２６を通過する排気ガス流量ＦＲs/cが多くなるにつれて、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングは早くなる。また、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRが大きくなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングは遅くなる。一方、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する排気ガス流量ＦＲHEGRが多くなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングは早くなる。
【００６５】
従って、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転する以前に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するためには、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cと、スタート触媒２６を通過する排気ガス流量ＦＲs/cと、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRと、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する排気ガス流量ＦＲHEGRとの間に、次式のような条件が成立すればよい。
ＯＳＣs/c／ＦＲs/c≧ＯＳＣHEGR／ＦＲHEGR ・・・（１）
【００６６】
上記（１）式は、次式のように変形することができる。
ＯＳＣs/c×ＦＲHEGR／ＦＲs/c≧ＯＳＣHEGR ・・・（２）
【００６７】
上記（２）式が成立している場合には、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転する以前に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転する。従って、この場合には、大気中への未浄化成分の排出を確実に防止しつつ、アクティブ空燃比制御を実行して高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定することができる。
【００６８】
これに対し、上記（２）式が不成立の場合、すなわち、下記（３）式が成立する場合には、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早くなる。このため、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためにアクティブ空燃比制御を実行したとすると、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出すると予測できる。
ＯＳＣs/c×ＦＲHEGR／ＦＲs/c＜ＯＳＣHEGR ・・・（３）
【００６９】
そこで、本実施形態では、上記（３）式が成立している場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止することとした。図４は、この機能を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンによれば、まず、上記（３）式の成否が判定される（ステップ１１０）。
【００７０】
上記ステップ１１０において、上記（３）式中のＦＲHEGR／ＦＲs/c（以下「ガス量比」と称する）の値は、次のようにして求めることができる。ガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cは、スタート触媒２６を通過する排気ガス流量に対する、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する排気ガス流量の比を表す値である。ガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cは、内燃機関１０の運転状態（高圧ＥＧＲ弁４４の開度、エンジン回転数、吸入空気量など）に応じて変化する。よって、そのような運転状態パラメータと、ガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cとの関係を予め調べておき、ＥＣＵ５０にマップとして記憶しておくことにより、現在の運転状態におけるガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cを算出することができる。
【００７１】
また、上記ステップ１１０において、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよび高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値としては、前回の劣化検出時に図３に示すルーチンの処理によって算出されてＥＣＵ５０に記憶された値を用いることができる。スタート触媒２６や高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化はそれほど急激に進行することはないので、現在の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値は、前回の劣化検出時に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値にほぼ等しいと考えてよい。従って、上記ステップ１１０においては、前回の劣化検出時に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値を、現在の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値として代用することができる。
【００７２】
上記ステップ１１０では、上述したようにして得られるＦＲHEGR／ＦＲs/c、ＯＳＣs/c、ＯＳＣHEGRの値を用いて、上記（３）式の成否が判定される。その結果、上記（３）式が成立していると判定された場合には、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためにアクティブ空燃比制御を実行したとすると、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出すると予測できる。そこで、この場合には、ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためのアクティブ空燃比制御の実行が禁止される（ステップ１１２）。
【００７３】
一方、上記ステップ１１０で、上記（３）式が不成立であると判定された場合には、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためにアクティブ空燃比制御を実行したとしても、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出するおそれはないと予測できる。そこで、この場合には、ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためのアクティブ空燃比制御の実行が許可される（ステップ１１４）。
【００７４】
ところで、上述した実施の形態１においては、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRとスタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cとを同時に測定するようにしているが、本発明では、両者を別々に測定するようにしてもよい。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早くなるかどうかを上記ステップ１１０の処理によって事前に予測するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明では、上記ステップ１１０のような事前予測をせずにアクティブ空燃比制御を開始し、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するより前にスタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したことが実際に検出された場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止するようにしてもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態１においては、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサ」に、高圧ＥＧＲ触媒４１が前記第１乃至第３の発明における「ＥＧＲ触媒」に、高圧ＥＧＲ通路４０が前記第１および第４の発明における「ＥＧＲ通路」に、スタート触媒２６が前記第２および第３の発明における「排気浄化触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図３に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒酸素吸蔵容量測定手段」並びに前記第２および第３の発明における「アクティブ空燃比制御手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「ガス量比取得手段」が、上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第２および第３の発明における「アクティブ空燃比制御禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００７７】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様に、図１に示す構成である。
【００７８】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行することにより、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量を測定する。図５は、本実施形態のアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関１０の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力、および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力の変動を示す図である。
【００７９】
図５中の時刻ｔ１において、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素が満杯となり、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力がリッチからリーンに反転している。これを契機として、制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。これにより、時刻ｔ１以降、スタート触媒２６には、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入する。スタート触媒２６は、吸蔵していた酸素を放出することにより、その余剰の未燃成分を浄化する。このため、低圧ＥＧＲ触媒４５には、酸素の過不足のない理論空燃比の排気ガスが流入する。
【００８０】
その後、時刻ｔ２において、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチに反転する。これは、スタート触媒２６に吸蔵されていた酸素が底をつき、余剰の未燃成分がスタート触媒２６の下流側に流出し始めたことを表している。従って、時刻ｔ２以降、低圧ＥＧＲ触媒４５に、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入し始める。低圧ＥＧＲ触媒４５は、吸蔵していた酸素を放出することにより、その余剰の未燃成分を浄化する。その後、時刻ｔ３において、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力がリーンからリッチに反転する。これは、低圧ＥＧＲ触媒４５に吸蔵されていた酸素が底をつき、余剰の未燃成分が低圧ＥＧＲ触媒４５の下流側に流出し始めたことを表している。
【００８１】
時刻ｔ３における低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力の反転を契機として、制御目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。これにより、時刻ｔ３以降、スタート触媒２６には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入する。この余剰酸素をスタート触媒２６が吸収する。スタート触媒２６の酸素が満杯になると、余剰酸素がスタート触媒２６の下流側に流出し始める結果、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンに反転する（時刻ｔ４）。この時刻ｔ４以降、低圧ＥＧＲ触媒４５には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入し、その余剰酸素を低圧ＥＧＲ触媒４５が吸収する。低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素が満杯になると、余剰酸素が低圧ＥＧＲ触媒４５の下流側に流出し始める結果、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力がリッチからリーンに反転する（時刻ｔ５）。これを契機として、制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。
【００８２】
このように、本実施形態では、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力の反転を契機として、制御目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えるようにする。
【００８３】
低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することができる。時刻ｔ２においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は満杯になっており、時刻ｔ３においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は空になっている。従って、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、低圧ＥＧＲ触媒４５から放出された酸素の量に等しい。低圧ＥＧＲ触媒４５での単位期間当たりの酸素放出量（すなわち酸素不足量）ΔＯＳＣLEGRは、リッチ側振幅ΔＡ／ＦR、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合、低圧ＥＧＲ率（内燃機関１０から排出される排気ガスのうち、低圧ＥＧＲ通路４２に流入する排気ガスの割合）などの値に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素放出量を時刻ｔ２から時刻ｔ３まで積算した値が、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間においても、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRを算出することができる。
【００８４】
また、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することもできる。時刻ｔ４においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は空になっており、時刻ｔ５においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は満杯となっている。従って、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRは、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間に、低圧ＥＧＲ触媒４５に吸収された酸素の量に等しい。低圧ＥＧＲ触媒４５での単位期間当たりの酸素吸収量（すなわち酸素余剰量）ΔＯＳＣLEGRは、リーン側振幅ΔＡ／ＦL、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合、低圧ＥＧＲ率に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素吸収量ΔＯＳＣLEGRを時刻ｔ４から時刻ｔ５まで積算した値が、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ８と時刻ｔ９との間においても、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRを算出することができる。
【００８５】
上述したように、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRを測定するためには、低圧ＥＧＲ触媒４５にリッチ空燃比またはリーン空燃比の排気ガスを流入させることが必要となる。すなわち、スタート触媒２６の下流側に、未浄化成分を含んだ排気ガスを流出させることが必要となる。このため、スタート触媒２６の下流側に流出した未浄化成分をアンダーフロア触媒２７で確実に浄化することが重要である。そのためには、アンダーフロア触媒２７の酸素が空または満杯になることを避けなければならない。
【００８６】
アンダーフロア触媒２７の酸素が空または満杯になることを避けるには、スタート触媒２６の下流側にリッチ空燃比またはリーン空燃比の排気ガスが流れる期間がなるべく短い方がよい。スタート触媒２６の下流側にリッチ空燃比またはリーン空燃比の排気ガスが流れる期間を短くするためには、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力が反転するタイミングを早くすることが必要である。低圧ＥＧＲ触媒４５を通過する排気ガス流量が多いほど、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力が反転するタイミングは早くなる。
【００８７】
以上のようなことから、本実施形態においては、低圧ＥＧＲ通路４２によるＥＧＲ量が比較的多い運転状態のときにのみ、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRの測定を実行することが望ましい。
【００８８】
上述した実施の形態２においては、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサ」に、低圧ＥＧＲ触媒４５が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒」に、低圧ＥＧＲ通路４２が前記第１および第５の発明における「ＥＧＲ通路」に、それぞれ相当している。
【００８９】
実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様に、図１に示す構成である。
【００９０】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行することなしに、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定する。図６は、本実施形態において高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定する方法を説明するための図である。図６中の時刻ｔ１において、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力はリーンになっている。この時刻ｔ１の時点でＥＧＲ制御実行フラグがＯＮとなり、高圧ＥＧＲが開始される。すなわち、時刻ｔ１から高圧ＥＧＲ触媒４１に排気ガスが流入し始める。ここで、内燃機関１０は、燃料増量が実施され、リッチ空燃比で運転されているものとする。よって、高圧ＥＧＲ触媒４１に流入する排気ガスは、理論空燃比よりリッチであり、酸素が不足しているものとする。この酸素不足分を補填するようにして、高圧ＥＧＲ触媒４１から酸素が放出されていく。そして、時刻ｔ２において、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素が空となり、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリーンからリッチへ反転する。
【００９１】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、単位期間当たりに高圧ＥＧＲ触媒４１から放出される酸素の量ΔＯＳＣHEGRは、実施の形態１と同様にして算出することができる。このΔＯＳＣHEGRを時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積算することにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に高圧ＥＧＲ触媒４１から放出された酸素の量（以下「酸素総放出量」と称する）を求めることができる。
【００９２】
時刻ｔ１の時点では、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素が満杯であるとは限らない。このため、上述した酸素総放出量が高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRに等しいとは限らない。しかしながら、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、少なくとも、上述した酸素総放出量以上の値であると言うことができる。
【００９３】
図６について更に説明すると、時刻ｔ３において、燃料カットフラグがＯＮとされ、内燃機関１０の燃料カットが開始される。よって、時刻ｔ３以降、高圧ＥＧＲ触媒４１には、燃料を含まない空気が流入する。この流入した空気中の酸素が、高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収されていく。時刻ｔ４の時点で、ＥＧＲ制御実行フラグがＯＦＦとなり、高圧ＥＧＲが停止される。すなわち、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１へのガス（空気）の流入が停止する。この時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、まだリッチからリーンへ反転していない。
【００９４】
燃料カット実行中において高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する空気流量は、吸入空気量、高圧ＥＧＲ弁４４開度、エンジン回転数等に基づいて算出することができる。そして、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する空気流量に空気中の酸素質量割合を乗じた値を時刻ｔ３から時刻ｔ４まで積算することにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収された酸素の量（以下「酸素総吸収量」と称する）を求めることができる。
【００９５】
図６に示す例では、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、まだリッチからリーンへ反転していない。すなわち、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素はまだ満杯とは限らない。よって、上述した酸素総吸収量は、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRに等しいとは限らない。しかしながら、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、少なくとも、上述した酸素総吸収量以上の値であると言うことができる。
【００９６】
本実施形態では、上述したようにして、燃料増量が実行された場合には酸素総放出量を測定し、燃料カットが実行された場合には酸素総吸収量を測定する。上述したように、酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、少なくとも、酸素総放出量あるいは酸素総吸収量以上の値である。そこで、本実施形態では、これまでに測定された酸素総放出量あるいは酸素総吸収量のうちの最大値（以下「最大測定値」と称する）を、酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値として代用することとした。すなわち、酸素総放出量あるいは酸素総吸収量が新たに測定された場合には、その新たな測定値をこれまでの最大測定値と比較し、新たな測定値がこれまでの最大測定値を超える場合には、最大測定値を更新する。そして、この最大測定値を酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値として扱うことにより、触媒劣化判定を行うことができる。
【００９７】
実施の形態４．
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様に、図１に示す構成であるものとするが、本実施形態は、高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化検出と、低圧ＥＧＲ触媒４５の劣化検出との何れにも適用することができる。そこで、以下の説明では、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを区別せず、単に「ＥＧＲ触媒」「ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ」などと記す。
【００９８】
ＥＧＲ触媒には、経年により、排気ガス中のマンガン等の成分が付着堆積する場合がある。マンガン等の成分は、特に、ＥＧＲ触媒の入口付近の、排気ガスが衝突する部位に付着し易い。この付着物が堆積すると、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が増大し、ＥＧＲガスが流れにくくなる場合がある。このため、場合によっては、エンジン制御の内容を補正したり、運転者に警告して修理を促したりする必要がある。
【００９９】
前述したように、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサは、そのセンサ素子を活性温度まで昇温させるためのヒータを備えている。ＥＣＵ５０は、センサ素子の温度が活性温度より低い場合には、センサ素子の温度が活性温度まで上昇するように、ヒータへの通電をフィードバック制御する。
【０１００】
内燃機関１０において燃料カットが実行された場合には、空気がＥＧＲ触媒に流入し、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサが冷やされるので、ヒータへ通電してセンサ素子を暖める制御が実行される。このとき、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が大きいほど、通過する空気流量が少なくなるので、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサが冷やされにくい。その結果、センサ素子の温度を活性温度まで上昇させるのに必要なヒータへの総通電量（以下「ヒータ制御量」と称する）が少なくなる。そこで、本実施形態では、燃料カット実行中のヒータ制御量に基づいて、ＥＧＲ触媒の通気抵抗を判定することとした。
【０１０１】
図７は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、内燃機関１０の燃料カットが行われている場合に実行されるものとする。このルーチンによれば、まず、ＥＧＲ触媒のＯＢＤ（On-Board Diagnostic）を実施する必要があるか否かが判定される（ステップ１２０）。ＯＢＤを実施する必要がある場合には、次に、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサのヒータ制御の実施状況が判定される（ステップ１２２）。このステップ１２２では、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサのヒータ制御量が取得される。
【０１０２】
ステップ１２２の処理に続いて、燃料カットの実施状況が判定される（ステップ１２４）。このステップ１２４では、燃料カット実行中のＥＧＲ弁開度、吸入空気量、エンジン回転数等が取得される。
【０１０３】
上記ステップ１２４の処理に続いて、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が判定される（ステップ１２６）。ＥＧＲ触媒を通過する空気流量が多いほど、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサが冷やされるので、ヒータ制御量が大きくなる。ＥＣＵ５０には、ＥＧＲ触媒を通過する空気流量と、ヒータ制御量との関係を予め調べて作成したマップが記憶されている。ステップ１２６では、まず、上記ステップ１２４で取得されたＥＧＲ弁開度、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいて、ＥＧＲ触媒を通過する空気流量の推定値が算出される。次いで、この推定空気流量と上記マップとに基づいて、推定空気流量からヒータ制御量を逆算する。そして、上記ステップ１２２で取得された実際のヒータ制御量と、推定空気流量から逆算したヒータ制御量とを比較する。実際のヒータ制御量が、推定空気流量から逆算したヒータ制御量より小さい場合には、実際の空気流量が推定空気流量より少なくなっていると判断することができる。そして、実際の空気流量が推定空気流量より少ないということは、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が増大していることを意味している。よって、推定空気流量から逆算したヒータ制御量と、実際のヒータ制御量との差が大きいほど、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が大きく、マンガン等の付着物が多いと判定することができる。
【０１０４】
ところで、内燃機関１０から高圧ＥＧＲ触媒４１までの排気ガス経路は、内燃機関１０からスタート触媒２６までの排気ガス経路よりも短い。このため、内燃機関１０の冷間時などに、高圧ＥＧＲを行うようにすれば、スタート触媒２６よりも早く高圧ＥＧＲ触媒４１を暖機することが可能である。よって、冷間時などに高圧ＥＧＲを行って高圧ＥＧＲ触媒４１で排気ガスを浄化することにより、テールパイプエミッション（大気中に放出されるエミッション）を低減することが可能である。
【０１０５】
上記のような制御を行う排気浄化装置においては、高圧ＥＧＲ触媒４１の通気抵抗が大きくなるにつれて、ＥＧＲ量が少なくなっていくので、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が減少していく。また、当然ながら、高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化度合いが大きくなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が減少していく。すなわち、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量が小さくなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が減少していく。図８は、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代の上述したような傾向を表したマップである。このマップによれば、高圧ＥＧＲ触媒４１の通気抵抗と、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量とに基づいて、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代を算出することができる。このようにして算出される高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が小さくなるほど、テールパイプエミッションは悪化する。
【０１０６】
また、テールパイプエミッションは、スタート触媒２６の劣化度合いが大きくなるにつれて、つまりスタート触媒２６の酸素吸蔵容量が小さくなるにつれて、悪化する。図９は、テールパイプエミッションの上述したような傾向を表したマップである。このマップによれば、上述した高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代と、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量とに基づいて、経年劣化によるテールパイプエミッションの悪化度合いを判定することができる。その結果、テールパイプエミッションの悪化度合いが所定の閾値を超えたと判定された場合には、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Lamp）を点灯させて、運転者に異常を報知することができる
【符号の説明】
【０１０７】
１０ 内燃機関
１２ 燃料インジェクタ
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２４ ターボチャージャ
２４１ タービン
２４２ コンプレッサ
２５ スタート触媒後Ｏ2センサ
２６ スタート触媒
２７ アンダーフロア触媒
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３６ スロットル弁
３８ エアフローメータ
３９ 高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ
４０ 高圧ＥＧＲ通路
４１ 高圧ＥＧＲ触媒
４２ 低圧ＥＧＲ通路
４３ 高圧ＥＧＲクーラ
４４ 高圧ＥＧＲ弁
４５ 低圧ＥＧＲ触媒
４６ 低圧ＥＧＲクーラ
４７ 低圧ＥＧＲ弁
４８ 低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ
５０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行う装置が広く用いられている。ＥＧＲを行うと、ＥＧＲ配管やＥＧＲクーラ、吸気ポート、吸気弁などにデポジットが堆積し易い。デポジットが堆積する原因の一つは、還流する排気ガス（ＥＧＲガス）に、未燃ＨＣや粒子状物質などが含まれているからである。このデポジットの堆積を抑制するための技術として、ＥＧＲガス中の未燃ＨＣや粒子状物質を浄化（除去）するＥＧＲ触媒をＥＧＲ通路に設ける技術が知られている。
【０００３】
特開２００５−２６４８２１号公報には、内燃機関の冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することを目的としてＥＧＲ触媒を利用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６４８２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１５７１３３号公報
【特許文献３】特開２００６−１６１７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気系に設けられた排気浄化触媒と同様に、ＥＧＲ触媒も経年により劣化していく。このため、デポジットの堆積や排気エミッションを抑制するという目的を十分に果たすためには、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することが必要となる。しかしながら、従来、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを検出する適切な方法は提案されていない。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することのできる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の触媒劣化検出装置であって、
内燃機関の排気通路から分岐し、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサと、
前記ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいて前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定するＥＧＲ触媒酸素吸蔵容量測定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記アクティブ空燃比制御によって前記内燃機関の空燃比が切り替えられた後に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、前記ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値と、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値とを記憶する容量値記憶手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気ガス流量に対する、前記ＥＧＲ触媒を通過する排気ガス流量の比を、ガス量比として取得するガス量比取得手段と、
前記容量値記憶手段に記憶されている前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値に前記ガス量比を乗じた値が、前記容量値記憶手段に記憶されている前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値より小さいときには、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの上流側の排気通路から分岐していることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの下流側の排気通路から分岐していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサを設け、このＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいてＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量をより正確に測定することができる。また、第２の発明によれば、アクティブ空燃比制御によって内燃機関の空燃比が切り替えられた後に排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、排気浄化触媒の下流側に未浄化成分が流出することを確実に抑制することができる。よって、エミッションの悪化を確実に回避することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量をより正確に測定することができる。また、第３の発明によれば、排気浄化触媒を通過する排気ガス流量に対する、ＥＧＲ触媒を通過する排気ガス流量の比を、ガス量比として取得し、そのガス量比を排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値に乗じた値が、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値より小さいときには、アクティブ空燃比制御の実行を禁止することができる。これにより、ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、排気浄化触媒の下流側に未浄化成分が流出することを確実に抑制することができる。よって、エミッションの悪化を確実に回避することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、ターボチャージャのタービンの上流側の排気通路から分岐するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、ターボチャージャのタービンの下流側の排気通路から分岐するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ触媒の劣化度合いを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサの出力、および高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサの出力の変動を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２におけるアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサの出力、および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサの出力の変動を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３において高圧ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】高圧ＥＧＲ触媒によるエミッション低減効果代の傾向を表したマップである。
【図９】テールパイプエミッションの傾向を表したマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等の動力源として用いられるものである。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１９】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接に噴射する燃料インジェクタ１２が設置されている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関にも同様に適用可能である。
【００２０】
内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２０により集合されて排気通路１８に流入する。本実施形態の内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４１と、このタービン２４１に駆動されて回転するコンプレッサ２４２とを有している。タービン２４１は、排気通路１８の途中に配置されており、コンプレッサ２４２は、吸気通路２８の途中に配置されている。
【００２１】
タービン２４１の下流側の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化するためのスタート触媒２６およびアンダーフロア触媒２７が設置されている。スタート触媒２６の下流側には、スタート触媒２６から流出する排気ガスの空燃比を検出するスタート触媒後Ｏ2センサ２５が設置されている。
【００２２】
内燃機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。また、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００２３】
コンプレッサ２４２の下流側の吸気通路２８には、インタークーラ３２が設置されている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４２で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した空気は、吸気マニホールド３４を通って、各気筒内に流入する。インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間の吸気通路２８には、スロットル弁３６が設置されている。
【００２４】
内燃機関１０には、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うためのＥＧＲ装置が備えられている。本実施形態におけるＥＧＲ装置は、高圧ＥＧＲを行う経路と、低圧ＥＧＲを行う経路との、２つのＥＧＲ経路を備えている。
【００２５】
高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ通路４０は、タービン２４１より上流側の排気通路（図１の構成では排気マニホールド２０）と、コンプレッサ２４２の下流側の吸気通路２８（図１の構成ではスロットル弁３６と吸気マニホールド３４との間）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４０の途中には、還流する排気ガス中の有害成分を浄化する高圧ＥＧＲ触媒４１と、還流する排気ガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ４３と、還流する排気ガスの量（ＥＧＲ量）を調節するための高圧ＥＧＲ弁４４とが、上流側からこの順に設けられている。
【００２６】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１の下流側には、高圧ＥＧＲ触媒４１から流出する排気ガスの空燃比を検出する高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９が設置されている。高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９は、そのセンサ素子を活性温度まで昇温させるためのヒータを備えている。高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９は、高圧ＥＧＲクーラ４３の下流側に設置されていてもよいが、本実施形態では、高圧ＥＧＲ触媒４１と高圧ＥＧＲクーラ４３との間に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９を設置している。これにより、高圧ＥＧＲクーラ４３で冷却される前の、高温の排気ガスを高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９に当て、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９を暖めることができる。このため、ヒータへの通電量が少なくて済むので、電力消費量を軽減することができる。
【００２７】
低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ通路４２は、タービン２４１より下流側の排気通路１８（図１の構成ではスタート触媒２６とアンダーフロア触媒２７との間）と、コンプレッサ２４２の上流側の吸気通路２８とを接続している。低圧ＥＧＲ通路４２の途中には、還流する排気ガス中の有害成分を浄化する低圧ＥＧＲ触媒４５と、還流する排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４６と、還流する排気ガスの量を調節するための低圧ＥＧＲ弁４７とが、上流側からこの順に設けられている。
【００２８】
また、低圧ＥＧＲ触媒４５の下流側には、低圧ＥＧＲ触媒４５から流出する排気ガスの空燃比を検出する低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８が設置されている。低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８は、そのセンサ素子を活性温度まで昇温させるためのヒータを備えている。低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８は、低圧ＥＧＲクーラ４６の下流側に設置されていてもよいが、本実施形態では、低圧ＥＧＲ触媒４５と低圧ＥＧＲクーラ４６との間に低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８を設置している。これにより、低圧ＥＧＲクーラ４６で冷却される前の、高温の排気ガスを低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８に当て、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８を暖めることができる。このため、ヒータへの通電量が少なくて済むので、電力消費量を軽減することができる。
【００２９】
なお、本発明の適用対象は、上述したような複数のＥＧＲ経路を備えた内燃機関に限定されるものではない。本発明は、単一のＥＧＲ経路を備えた内燃機関にも適用可能である。
【００３０】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータのほか、内燃機関１０のクランク軸（出力軸）の回転角度を検出するクランク角センサ５２と、内燃機関１０を搭載した車両の運転席に設けられたアクセルペダルの位置（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５４とが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３１】
本実施形態におけるスタート触媒後Ｏ2センサ２５、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８は、理論空燃比を境に出力が急変する特性を有する酸素センサである。ただし、本発明では、スタート触媒後Ｏ2センサ２５、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８に代えて、広域空燃比センサを用いてもよい。広域空燃比センサは、空燃比の変化に対してリニアに変化する出力を発し、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能なセンサである。
【００３２】
スタート触媒２６、アンダーフロア触媒２７、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になっているときに、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの三成分を同時に浄化する三元触媒としての機能を有する触媒コンバータである。これらの触媒コンバータは、触媒成分として、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属（活性点）と、酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分とを含んでいる。これらの触媒コンバータに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチである場合には、上記酸素吸蔵成分から酸素が放出され、その放出された酸素によって、ＨＣおよびＣＯといった未燃成分を酸化して浄化することができる。逆に、これらの触媒コンバータに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンである場合には、上記酸素吸蔵成分が排気ガス中の余剰酸素を吸収することにより、ＮＯｘを還元浄化することができる。このようにして、酸素吸蔵成分が酸素の吸収および放出を行うことにより、触媒コンバータに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対し多少ばらついたとしても、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの三成分を良好に浄化することができる。
【００３３】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、sootやＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter）などを燃焼（酸化）させる機能も有している。高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５によって粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）を燃焼させて除去することにより、高圧ＥＧＲ通路４０や低圧ＥＧＲ通路４２、高圧ＥＧＲクーラ４３、低圧ＥＧＲクーラ４６、内燃機関１０の吸気ポート、吸気弁などにデポジットが堆積することを十分に抑制することができる。
【００３４】
触媒コンバータは、経年使用により、その浄化性能が劣化していく。触媒コンバータの劣化度合いは、その触媒コンバータが吸蔵し得る最大の酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity）と関係していることが知られている。すなわち、酸素吸蔵容量が低下しているほど、触媒コンバータの劣化が進行していると判定することができる。従って、各触媒コンバータの酸素吸蔵容量を測定することにより、その触媒コンバータの劣化を検出することができる。
【００３５】
以下、本実施形態では、スタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定する場合の制御について説明する。本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行することにより、スタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の各々の酸素吸蔵容量を同時に測定する。アクティブ空燃比制御とは、内燃機関１０の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替える制御である。
【００３６】
図２は、本実施形態のアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関１０の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力、および高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力の変動を示す図である。図２に示すように、アクティブ空燃比制御の実行中、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の制御目標空燃比を、理論空燃比からリッチ側に所定の振幅ΔＡ／ＦRだけ離れた空燃比（以下、「リッチ空燃比」と称する）と、理論空燃比からリーン側に所定の振幅ΔＡ／ＦLだけ離れた空燃比（以下、「リーン空燃比」と称する）とに、強制的に且つ交互に切り替える。
【００３７】
図２において、時刻ｔ１以前においては、制御目標空燃比がリーン空燃比とされているので、内燃機関１０は、空気過剰なリーン空燃比で運転される。このため、スタート触媒２６には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入する。この余剰酸素をスタート触媒２６が吸収することにより、スタート触媒２６の下流は、ほぼ理論空燃比になる。しかしながら、スタート触媒２６がそれ以上酸素を吸収できない状態（酸素が満杯の状態）になると、余剰酸素がスタート触媒２６の下流側に流出し始める。その結果、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンに変化（反転）する（時刻ｔ１）。これを契機として、制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。
【００３８】
制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替わると、内燃機関１０は、燃料過剰なリッチ空燃比で運転される。このため、時刻ｔ１以降、スタート触媒２６には、酸素が不足し、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入する。スタート触媒２６は、吸蔵していた酸素を放出することにより、余剰の未燃成分を浄化する。これにより、スタート触媒２６の下流は、ほぼ理論空燃比になる。しかしながら、スタート触媒２６に吸蔵されていた酸素が底をつくと、余剰の未燃成分がスタート触媒２６の下流側に流出し始める。その結果、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチに変化（反転）する（時刻ｔ３）。これを契機として、制御目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。
【００３９】
以下、同様にして、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力の反転を契機として、制御目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられていく。すなわち、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンに反転したときに、制御目標空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられ（図２中の時刻ｔ５、ｔ９）、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチに反転したときに、制御目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる（時刻ｔ７）。
【００４０】
時刻ｔ１においてはスタート触媒２６の酸素は満杯になっており、時刻ｔ３においてはスタート触媒２６の酸素は空になっている。従って、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cは、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間にスタート触媒２６から放出された酸素量に等しい。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間は、酸素が不足したリッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入する。その酸素不足分を補填するように、スタート触媒２６から酸素が放出される。
【００４１】
従って、単位期間当たりにスタート触媒２６から放出される酸素の量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素不足量に等しい。スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素不足量は、内燃機関１０の単位期間当たりの酸素不足量に対応している。内燃機関１０の単位期間当たりの酸素不足量は、リッチ側振幅ΔＡ／ＦR、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合（約０．２３）などの値に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素不足量を時刻ｔ１から時刻ｔ３まで積算した値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ５と時刻ｔ７との間においても、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを算出することができる。
【００４２】
また、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cは、次のようにして算出することもできる。時刻ｔ３においてはスタート触媒２６の酸素は空になっており、時刻ｔ５においてはスタート触媒２６の酸素は満杯になっている。従って、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cは、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間にスタート触媒２６に吸収された酸素量に等しい。時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間は、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入し、その余剰酸素がスタート触媒２６に吸収される。
【００４３】
従って、単位期間当たりにスタート触媒２６に吸収される酸素の量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素余剰量に等しい。スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素余剰量は、内燃機関１０の単位期間当たりの酸素余剰量に対応している。内燃機関１０の単位期間当たりの酸素余剰量は、リーン側振幅ΔＡ／ＦL、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合などの値に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素余剰量を時刻ｔ３から時刻ｔ５まで積算した値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ７と時刻ｔ９との間においても、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを算出することができる。
【００４４】
図２中に示す「スタート触媒のＯＳＣ算出カウンタ」は、上述した単位期間当たりのスタート触媒２６の酸素放出量（または酸素吸収量）ΔＯＳＣs/cの積算値の変化を表している。図２では、時刻ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９におけるΔＯＳＣs/cの積算値が、それぞれ、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値に相当している。このようにして、アクティブ空燃比制御の実行中にΔＯＳＣs/cの積算値を算出することにより、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを繰り返し測定することができる。そして、それらの測定値の平均値を求めることにより、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cを精度良く算出することができる。
【００４５】
一方、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することができる。図２中の時刻ｔ０において、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、リッチからリーンへ変化している。すなわち、時刻ｔ０の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は満杯となっている。しかしながら、時刻ｔ０以降も制御目標空燃比はリーン空燃比に維持される。そして、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するのを待って、制御目標空燃比がリッチ空燃比へ切り替えられる（時刻ｔ１）。よって、リッチ空燃比の排気ガスが高圧ＥＧＲ触媒４１に流入し始めるのは、時刻ｔ１以降である。
【００４６】
その後、時刻ｔ２になると、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリーンからリッチへ反転する。すなわち、時刻ｔ２の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は空となる。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、高圧ＥＧＲ触媒４１から放出された酸素の量に等しい。この間、高圧ＥＧＲ触媒４１には、酸素が不足したリッチ空燃比の排気ガスが流入し、その酸素不足分を補填するようにして、高圧ＥＧＲ触媒４１から酸素が放出される。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素放出量ΔＯＳＣHEGRは、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素不足量に等しい。高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素不足量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素不足量ΔＯＳＣs/cと、高圧ＥＧＲ率（内燃機関１０から排出される排気ガスのうち、高圧ＥＧＲ通路４０に流入する排気ガスの割合）とに基づいて算出することができる。そのようにして算出された、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素不足量を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積算した値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ５と時刻ｔ６との間においても、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを算出することができる。
【００４７】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することもできる。図２中の時刻ｔ２において、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、リーンからリッチへ変化している。すなわち、時刻ｔ２の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は空となっている。しかしながら、時刻ｔ２以降も制御目標空燃比はリッチ空燃比に維持される。そして、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するのを待って、制御目標空燃比がリーン空燃比へ切り替えられる（時刻ｔ３）。よって、リーン空燃比の排気ガスが高圧ＥＧＲ触媒４１に流入し始めるのは、時刻ｔ３以降である。
【００４８】
その後、時刻ｔ４になると、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリッチからリーンへ反転する。すなわち、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素は満杯となる。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に、高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収された酸素の量に等しい。この間、高圧ＥＧＲ触媒４１には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入し、その余剰酸素が高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収される。従って、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素吸収量は、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素余剰量に等しい。高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素余剰量は、スタート触媒２６での単位期間当たりの酸素余剰量ΔＯＳＣs/cと、高圧ＥＧＲ率とに基づいて算出することができる。そのようにして算出された、高圧ＥＧＲ触媒４１での単位期間当たりの酸素余剰量を時刻ｔ３から時刻ｔ４まで積算した値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ７と時刻ｔ８との間においても、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを算出することができる。
【００４９】
図２中に示す「高圧ＥＧＲ触媒のＯＳＣ算出カウンタ」は、上述した単位期間当たりの高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素放出量（または酸素吸収量）ΔＯＳＣHEGRの積算値の変化を表している。図２では、時刻ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８におけるΔＯＳＣHEGRの積算値が、それぞれ、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値に相当している。このようにして、アクティブ空燃比制御の実行中にΔＯＳＣHEGRの積算値を算出することにより、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを繰り返し測定することができる。そして、それらの測定値の平均値を求めることにより、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを精度良く算出することができる。
【００５０】
図３は、上記の手法に従ってスタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化検出（酸素吸蔵容量の測定）を実行する際にＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０の制御目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ、あるいはリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替える処理が実行される（ステップ１００）。次いで、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転したか否かが判定される（ステップ１０２）。
【００５１】
上記ステップ１０２で、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がまだ反転していない場合には、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するまで待機する。そして、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転したことが認められた場合には、次に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したか否かが判定される（ステップ１０４）。このステップ１０４で、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がまだ反転していない場合には、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するまで待機する。
【００５２】
上記ステップ１０４で、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したことが認められた場合には、次に、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cと、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRとがそれぞれ算出される（ステップ１０６）。具体的には、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転した時点におけるΔＯＳＣs/cの積算値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの今回の測定値として読み込まれ、この今回の測定値と、前回までの測定値との平均値が、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cの値として記憶される。また、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転した時点におけるΔＯＳＣHEGRの積算値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの今回の測定値として読み込まれ、この今回の測定値と、前回までの測定値との平均値が、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値として記憶される。
【００５３】
上記ステップ１０６の処理に続いて、スタート触媒２６および高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化検出の実行開始後の経過時間が所定時間に達したか否かが判別される（ステップ１０８）。この所定時間は、酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの測定回数（すなわち、両Ｏ2センサ２５，３９の反転回数）が、十分な測定精度が保証できるような必要回数に到達できるような時間として、予め設定されている。
【００５４】
上記ステップ１０８において、上記経過時間が上記所定時間に達していないと判別された場合には、酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの測定回数が必要回数に達していないと判断できる。この場合には、酸素吸蔵容量の測定を続行する必要があるので、上記ステップ１００以下の処理が再度実行される。なお、上記ステップ１０６および１０８の処理は実際上は瞬時に終了する。このため、上記ステップ１０８から上記ステップ１００に戻る場合、時間的には、上記ステップ１０４でスタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したことが認められた直後に、上記ステップ１００で内燃機関１０の制御目標空燃比が切り替えられることとなる。
【００５５】
一方、上記ステップ１０８で、上記経過時間が上記所定時間に達したと判別された場合には、酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの測定回数が必要回数に達したと判断できる。この場合には、本ルーチンによる、アクティブ空燃比制御を利用した劣化検出の実行が終了される。
【００５６】
本実施形態は、上述した図２に示すように、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミング（時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８）が、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミング（時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９）より早くなるような状況のときに、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの測定を実行することを特徴としている。
【００５７】
これに対し、仮に、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早いとすると、次のような問題がある。
【００５８】
高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを正確に測定するためには、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素が満杯あるいは空になるまで、制御目標空燃比をリーン空燃比あるいはリッチ空燃比に維持することが必要である。従って、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力より前に反転した場合には、その後、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するまで、制御目標空燃比の切り替えを延期することが必要となる。このため、スタート触媒２６の下流に、未浄化成分を多く含む排気ガスが流出することになる。
【００５９】
すなわち、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンへ反転したとすると、その時点でスタート触媒２６の酸素は満杯となっている。その後、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリッチからリーンへ反転するまでの間は、制御目標空燃比がリーン空燃比のままに維持される。つまり、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入し続ける。従って、この間、スタート触媒２６内の空燃比がリーンに偏るので、ＮＯｘを十分に浄化できなくなり、スタート触媒２６の下流にＮＯｘが流出する。
【００６０】
一方、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチへ反転したとすると、その時点でスタート触媒２６の酸素は空となっている。その後、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリーンからリッチへ反転するまでの間は、制御目標空燃比がリッチ空燃比のままに維持される。つまり、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒２６に流入し続ける。従って、この間、スタート触媒２６内の空燃比がリッチに偏るので、余剰の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を十分に浄化できなくなり、スタート触媒２６の下流にＨＣやＣＯが流出する。
【００６１】
スタート触媒２６の下流側に流出した未浄化成分は、アンダーフロア触媒２７において浄化される。しかしながら、その浄化率は必ずしも１００％ではないので、アンダーフロア触媒２７の下流側にも多少の未浄化成分が流出する。それゆえ、スタート触媒２６の下流側に流出する未浄化成分の量は、できるだけ少ないことが望ましい。
【００６２】
以上述べたように、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定するためにアクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早いとすると、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が排出されることになる。
【００６３】
これに対し、本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転する以前に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するような状況のときに、アクティブ空燃比制御の実行を許可し、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定することを特徴としている。このため、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出することを確実に抑制することができる。
【００６４】
スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cが大きくなるにつれて、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングは遅くなる。これに対し、スタート触媒２６を通過する排気ガス流量ＦＲs/cが多くなるにつれて、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングは早くなる。また、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRが大きくなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングは遅くなる。一方、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する排気ガス流量ＦＲHEGRが多くなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングは早くなる。
【００６５】
従って、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転する以前に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するためには、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cと、スタート触媒２６を通過する排気ガス流量ＦＲs/cと、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRと、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する排気ガス流量ＦＲHEGRとの間に、次式のような条件が成立すればよい。
ＯＳＣs/c／ＦＲs/c≧ＯＳＣHEGR／ＦＲHEGR ・・・（１）
【００６６】
上記（１）式は、次式のように変形することができる。
ＯＳＣs/c×ＦＲHEGR／ＦＲs/c≧ＯＳＣHEGR ・・・（２）
【００６７】
上記（２）式が成立している場合には、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転する以前に高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転する。従って、この場合には、大気中への未浄化成分の排出を確実に防止しつつ、アクティブ空燃比制御を実行して高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定することができる。
【００６８】
これに対し、上記（２）式が不成立の場合、すなわち、下記（３）式が成立する場合には、アクティブ空燃比制御を実行した場合に、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早くなる。このため、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためにアクティブ空燃比制御を実行したとすると、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出すると予測できる。
ＯＳＣs/c×ＦＲHEGR／ＦＲs/c＜ＯＳＣHEGR ・・・（３）
【００６９】
そこで、本実施形態では、上記（３）式が成立している場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止することとした。図４は、この機能を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンによれば、まず、上記（３）式の成否が判定される（ステップ１１０）。
【００７０】
上記ステップ１１０において、上記（３）式中のＦＲHEGR／ＦＲs/c（以下「ガス量比」と称する）の値は、次のようにして求めることができる。ガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cは、スタート触媒２６を通過する排気ガス流量に対する、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する排気ガス流量の比を表す値である。ガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cは、内燃機関１０の運転状態（高圧ＥＧＲ弁４４の開度、エンジン回転数、吸入空気量など）に応じて変化する。よって、そのような運転状態パラメータと、ガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cとの関係を予め調べておき、ＥＣＵ５０にマップとして記憶しておくことにより、現在の運転状態におけるガス量比ＦＲHEGR／ＦＲs/cを算出することができる。
【００７１】
また、上記ステップ１１０において、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよび高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値としては、前回の劣化検出時に図３に示すルーチンの処理によって算出されてＥＣＵ５０に記憶された値を用いることができる。スタート触媒２６や高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化はそれほど急激に進行することはないので、現在の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値は、前回の劣化検出時に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値にほぼ等しいと考えてよい。従って、上記ステップ１１０においては、前回の劣化検出時に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値を、現在の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cおよびＯＳＣHEGRの値として代用することができる。
【００７２】
上記ステップ１１０では、上述したようにして得られるＦＲHEGR／ＦＲs/c、ＯＳＣs/c、ＯＳＣHEGRの値を用いて、上記（３）式の成否が判定される。その結果、上記（３）式が成立していると判定された場合には、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためにアクティブ空燃比制御を実行したとすると、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出すると予測できる。そこで、この場合には、ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためのアクティブ空燃比制御の実行が禁止される（ステップ１１２）。
【００７３】
一方、上記ステップ１１０で、上記（３）式が不成立であると判定された場合には、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためにアクティブ空燃比制御を実行したとしても、スタート触媒２６の下流側に未浄化成分が流出するおそれはないと予測できる。そこで、この場合には、ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRを測定するためのアクティブ空燃比制御の実行が許可される（ステップ１１４）。
【００７４】
ところで、上述した実施の形態１においては、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRとスタート触媒２６の酸素吸蔵容量ＯＳＣs/cとを同時に測定するようにしているが、本発明では、両者を別々に測定するようにしてもよい。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転するタイミングが、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するタイミングより早くなるかどうかを上記ステップ１１０の処理によって事前に予測するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明では、上記ステップ１１０のような事前予測をせずにアクティブ空燃比制御を開始し、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力が反転するより前にスタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力が反転したことが実際に検出された場合には、アクティブ空燃比制御の実行を禁止するようにしてもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態１においては、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサ」に、高圧ＥＧＲ触媒４１が前記第１乃至第３の発明における「ＥＧＲ触媒」に、高圧ＥＧＲ通路４０が前記第１および第４の発明における「ＥＧＲ通路」に、スタート触媒２６が前記第２および第３の発明における「排気浄化触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図３に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒酸素吸蔵容量測定手段」並びに前記第２および第３の発明における「アクティブ空燃比制御手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「ガス量比取得手段」が、上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第２および第３の発明における「アクティブ空燃比制御禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００７７】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様に、図１に示す構成である。
【００７８】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行することにより、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量を測定する。図５は、本実施形態のアクティブ空燃比制御実行中の、内燃機関１０の制御目標空燃比、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力、および低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力の変動を示す図である。
【００７９】
図５中の時刻ｔ１において、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素が満杯となり、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力がリッチからリーンに反転している。これを契機として、制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。これにより、時刻ｔ１以降、スタート触媒２６には、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入する。スタート触媒２６は、吸蔵していた酸素を放出することにより、その余剰の未燃成分を浄化する。このため、低圧ＥＧＲ触媒４５には、酸素の過不足のない理論空燃比の排気ガスが流入する。
【００８０】
その後、時刻ｔ２において、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリーンからリッチに反転する。これは、スタート触媒２６に吸蔵されていた酸素が底をつき、余剰の未燃成分がスタート触媒２６の下流側に流出し始めたことを表している。従って、時刻ｔ２以降、低圧ＥＧＲ触媒４５に、余剰の未燃成分を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入し始める。低圧ＥＧＲ触媒４５は、吸蔵していた酸素を放出することにより、その余剰の未燃成分を浄化する。その後、時刻ｔ３において、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力がリーンからリッチに反転する。これは、低圧ＥＧＲ触媒４５に吸蔵されていた酸素が底をつき、余剰の未燃成分が低圧ＥＧＲ触媒４５の下流側に流出し始めたことを表している。
【００８１】
時刻ｔ３における低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力の反転を契機として、制御目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。これにより、時刻ｔ３以降、スタート触媒２６には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入する。この余剰酸素をスタート触媒２６が吸収する。スタート触媒２６の酸素が満杯になると、余剰酸素がスタート触媒２６の下流側に流出し始める結果、スタート触媒後Ｏ2センサ２５の出力がリッチからリーンに反転する（時刻ｔ４）。この時刻ｔ４以降、低圧ＥＧＲ触媒４５には、余剰酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流入し、その余剰酸素を低圧ＥＧＲ触媒４５が吸収する。低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素が満杯になると、余剰酸素が低圧ＥＧＲ触媒４５の下流側に流出し始める結果、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力がリッチからリーンに反転する（時刻ｔ５）。これを契機として、制御目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。
【００８２】
このように、本実施形態では、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力の反転を契機として、制御目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えるようにする。
【００８３】
低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することができる。時刻ｔ２においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は満杯になっており、時刻ｔ３においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は空になっている。従って、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、低圧ＥＧＲ触媒４５から放出された酸素の量に等しい。低圧ＥＧＲ触媒４５での単位期間当たりの酸素放出量（すなわち酸素不足量）ΔＯＳＣLEGRは、リッチ側振幅ΔＡ／ＦR、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合、低圧ＥＧＲ率（内燃機関１０から排出される排気ガスのうち、低圧ＥＧＲ通路４２に流入する排気ガスの割合）などの値に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素放出量を時刻ｔ２から時刻ｔ３まで積算した値が、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間においても、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRを算出することができる。
【００８４】
また、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣは、次のようにして算出することもできる。時刻ｔ４においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は空になっており、時刻ｔ５においては低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素は満杯となっている。従って、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRは、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間に、低圧ＥＧＲ触媒４５に吸収された酸素の量に等しい。低圧ＥＧＲ触媒４５での単位期間当たりの酸素吸収量（すなわち酸素余剰量）ΔＯＳＣLEGRは、リーン側振幅ΔＡ／ＦL、燃料噴射量、空気中の酸素質量割合、低圧ＥＧＲ率に基づいて算出することができる。その算出された単位期間当たりの酸素吸収量ΔＯＳＣLEGRを時刻ｔ４から時刻ｔ５まで積算した値が、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRの値に相当する。同様の計算を行うことにより、時刻ｔ８と時刻ｔ９との間においても、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRを算出することができる。
【００８５】
上述したように、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRを測定するためには、低圧ＥＧＲ触媒４５にリッチ空燃比またはリーン空燃比の排気ガスを流入させることが必要となる。すなわち、スタート触媒２６の下流側に、未浄化成分を含んだ排気ガスを流出させることが必要となる。このため、スタート触媒２６の下流側に流出した未浄化成分をアンダーフロア触媒２７で確実に浄化することが重要である。そのためには、アンダーフロア触媒２７の酸素が空または満杯になることを避けなければならない。
【００８６】
アンダーフロア触媒２７の酸素が空または満杯になることを避けるには、スタート触媒２６の下流側にリッチ空燃比またはリーン空燃比の排気ガスが流れる期間がなるべく短い方がよい。スタート触媒２６の下流側にリッチ空燃比またはリーン空燃比の排気ガスが流れる期間を短くするためには、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力が反転するタイミングを早くすることが必要である。低圧ＥＧＲ触媒４５を通過する排気ガス流量が多いほど、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８の出力が反転するタイミングは早くなる。
【００８７】
以上のようなことから、本実施形態においては、低圧ＥＧＲ通路４２によるＥＧＲ量が比較的多い運転状態のときにのみ、低圧ＥＧＲ触媒４５の酸素吸蔵容量ＯＳＣLEGRの測定を実行することが望ましい。
【００８８】
上述した実施の形態２においては、低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ４８が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサ」に、低圧ＥＧＲ触媒４５が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒」に、低圧ＥＧＲ通路４２が前記第１および第５の発明における「ＥＧＲ通路」に、それぞれ相当している。
【００８９】
実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様に、図１に示す構成である。
【００９０】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御を実行することなしに、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定する。図６は、本実施形態において高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量を測定する方法を説明するための図である。図６中の時刻ｔ１において、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力はリーンになっている。この時刻ｔ１の時点でＥＧＲ制御実行フラグがＯＮとなり、高圧ＥＧＲが開始される。すなわち、時刻ｔ１から高圧ＥＧＲ触媒４１に排気ガスが流入し始める。ここで、内燃機関１０は、燃料増量が実施され、リッチ空燃比で運転されているものとする。よって、高圧ＥＧＲ触媒４１に流入する排気ガスは、理論空燃比よりリッチであり、酸素が不足しているものとする。この酸素不足分を補填するようにして、高圧ＥＧＲ触媒４１から酸素が放出されていく。そして、時刻ｔ２において、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素が空となり、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力がリーンからリッチへ反転する。
【００９１】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、単位期間当たりに高圧ＥＧＲ触媒４１から放出される酸素の量ΔＯＳＣHEGRは、実施の形態１と同様にして算出することができる。このΔＯＳＣHEGRを時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積算することにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に高圧ＥＧＲ触媒４１から放出された酸素の量（以下「酸素総放出量」と称する）を求めることができる。
【００９２】
時刻ｔ１の時点では、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素が満杯であるとは限らない。このため、上述した酸素総放出量が高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRに等しいとは限らない。しかしながら、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、少なくとも、上述した酸素総放出量以上の値であると言うことができる。
【００９３】
図６について更に説明すると、時刻ｔ３において、燃料カットフラグがＯＮとされ、内燃機関１０の燃料カットが開始される。よって、時刻ｔ３以降、高圧ＥＧＲ触媒４１には、燃料を含まない空気が流入する。この流入した空気中の酸素が、高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収されていく。時刻ｔ４の時点で、ＥＧＲ制御実行フラグがＯＦＦとなり、高圧ＥＧＲが停止される。すなわち、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１へのガス（空気）の流入が停止する。この時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、まだリッチからリーンへ反転していない。
【００９４】
燃料カット実行中において高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する空気流量は、吸入空気量、高圧ＥＧＲ弁４４開度、エンジン回転数等に基づいて算出することができる。そして、高圧ＥＧＲ触媒４１を通過する空気流量に空気中の酸素質量割合を乗じた値を時刻ｔ３から時刻ｔ４まで積算することにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に高圧ＥＧＲ触媒４１に吸収された酸素の量（以下「酸素総吸収量」と称する）を求めることができる。
【００９５】
図６に示す例では、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ３９の出力は、まだリッチからリーンへ反転していない。すなわち、時刻ｔ４の時点で、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素はまだ満杯とは限らない。よって、上述した酸素総吸収量は、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRに等しいとは限らない。しかしながら、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、少なくとも、上述した酸素総吸収量以上の値であると言うことができる。
【００９６】
本実施形態では、上述したようにして、燃料増量が実行された場合には酸素総放出量を測定し、燃料カットが実行された場合には酸素総吸収量を測定する。上述したように、酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRは、少なくとも、酸素総放出量あるいは酸素総吸収量以上の値である。そこで、本実施形態では、これまでに測定された酸素総放出量あるいは酸素総吸収量のうちの最大値（以下「最大測定値」と称する）を、酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値として代用することとした。すなわち、酸素総放出量あるいは酸素総吸収量が新たに測定された場合には、その新たな測定値をこれまでの最大測定値と比較し、新たな測定値がこれまでの最大測定値を超える場合には、最大測定値を更新する。そして、この最大測定値を酸素吸蔵容量ＯＳＣHEGRの値として扱うことにより、触媒劣化判定を行うことができる。
【００９７】
実施の形態４．
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様に、図１に示す構成であるものとするが、本実施形態は、高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化検出と、低圧ＥＧＲ触媒４５の劣化検出との何れにも適用することができる。そこで、以下の説明では、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを区別せず、単に「ＥＧＲ触媒」「ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ」などと記す。
【００９８】
ＥＧＲ触媒には、経年により、排気ガス中のマンガン等の成分が付着堆積する場合がある。マンガン等の成分は、特に、ＥＧＲ触媒の入口付近の、排気ガスが衝突する部位に付着し易い。この付着物が堆積すると、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が増大し、ＥＧＲガスが流れにくくなる場合がある。このため、場合によっては、エンジン制御の内容を補正したり、運転者に警告して修理を促したりする必要がある。
【００９９】
前述したように、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサは、そのセンサ素子を活性温度まで昇温させるためのヒータを備えている。ＥＣＵ５０は、センサ素子の温度が活性温度より低い場合には、センサ素子の温度が活性温度まで上昇するように、ヒータへの通電をフィードバック制御する。
【０１００】
内燃機関１０において燃料カットが実行された場合には、空気がＥＧＲ触媒に流入し、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサが冷やされるので、ヒータへ通電してセンサ素子を暖める制御が実行される。このとき、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が大きいほど、通過する空気流量が少なくなるので、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサが冷やされにくい。その結果、センサ素子の温度を活性温度まで上昇させるのに必要なヒータへの総通電量（以下「ヒータ制御量」と称する）が少なくなる。そこで、本実施形態では、燃料カット実行中のヒータ制御量に基づいて、ＥＧＲ触媒の通気抵抗を判定することとした。
【０１０１】
図７は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、内燃機関１０の燃料カットが行われている場合に実行されるものとする。このルーチンによれば、まず、ＥＧＲ触媒のＯＢＤ（On-Board Diagnostic）を実施する必要があるか否かが判定される（ステップ１２０）。ＯＢＤを実施する必要がある場合には、次に、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサのヒータ制御の実施状況が判定される（ステップ１２２）。このステップ１２２では、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサのヒータ制御量が取得される。
【０１０２】
ステップ１２２の処理に続いて、燃料カットの実施状況が判定される（ステップ１２４）。このステップ１２４では、燃料カット実行中のＥＧＲ弁開度、吸入空気量、エンジン回転数等が取得される。
【０１０３】
上記ステップ１２４の処理に続いて、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が判定される（ステップ１２６）。ＥＧＲ触媒を通過する空気流量が多いほど、ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサが冷やされるので、ヒータ制御量が大きくなる。ＥＣＵ５０には、ＥＧＲ触媒を通過する空気流量と、ヒータ制御量との関係を予め調べて作成したマップが記憶されている。ステップ１２６では、まず、上記ステップ１２４で取得されたＥＧＲ弁開度、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいて、ＥＧＲ触媒を通過する空気流量の推定値が算出される。次いで、この推定空気流量と上記マップとに基づいて、推定空気流量からヒータ制御量を逆算する。そして、上記ステップ１２２で取得された実際のヒータ制御量と、推定空気流量から逆算したヒータ制御量とを比較する。実際のヒータ制御量が、推定空気流量から逆算したヒータ制御量より小さい場合には、実際の空気流量が推定空気流量より少なくなっていると判断することができる。そして、実際の空気流量が推定空気流量より少ないということは、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が増大していることを意味している。よって、推定空気流量から逆算したヒータ制御量と、実際のヒータ制御量との差が大きいほど、ＥＧＲ触媒の通気抵抗が大きく、マンガン等の付着物が多いと判定することができる。
【０１０４】
ところで、内燃機関１０から高圧ＥＧＲ触媒４１までの排気ガス経路は、内燃機関１０からスタート触媒２６までの排気ガス経路よりも短い。このため、内燃機関１０の冷間時などに、高圧ＥＧＲを行うようにすれば、スタート触媒２６よりも早く高圧ＥＧＲ触媒４１を暖機することが可能である。よって、冷間時などに高圧ＥＧＲを行って高圧ＥＧＲ触媒４１で排気ガスを浄化することにより、テールパイプエミッション（大気中に放出されるエミッション）を低減することが可能である。
【０１０５】
上記のような制御を行う排気浄化装置においては、高圧ＥＧＲ触媒４１の通気抵抗が大きくなるにつれて、ＥＧＲ量が少なくなっていくので、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が減少していく。また、当然ながら、高圧ＥＧＲ触媒４１の劣化度合いが大きくなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が減少していく。すなわち、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量が小さくなるにつれて、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が減少していく。図８は、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代の上述したような傾向を表したマップである。このマップによれば、高圧ＥＧＲ触媒４１の通気抵抗と、高圧ＥＧＲ触媒４１の酸素吸蔵容量とに基づいて、高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代を算出することができる。このようにして算出される高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代が小さくなるほど、テールパイプエミッションは悪化する。
【０１０６】
また、テールパイプエミッションは、スタート触媒２６の劣化度合いが大きくなるにつれて、つまりスタート触媒２６の酸素吸蔵容量が小さくなるにつれて、悪化する。図９は、テールパイプエミッションの上述したような傾向を表したマップである。このマップによれば、上述した高圧ＥＧＲ触媒４１によるエミッション低減効果代と、スタート触媒２６の酸素吸蔵容量とに基づいて、経年劣化によるテールパイプエミッションの悪化度合いを判定することができる。その結果、テールパイプエミッションの悪化度合いが所定の閾値を超えたと判定された場合には、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Lamp）を点灯させて、運転者に異常を報知することができる
【符号の説明】
【０１０７】
１０ 内燃機関
１２ 燃料インジェクタ
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２４ ターボチャージャ
２４１ タービン
２４２ コンプレッサ
２５ スタート触媒後Ｏ2センサ
２６ スタート触媒
２７ アンダーフロア触媒
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３６ スロットル弁
３８ エアフローメータ
３９ 高圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ
４０ 高圧ＥＧＲ通路
４１ 高圧ＥＧＲ触媒
４２ 低圧ＥＧＲ通路
４３ 高圧ＥＧＲクーラ
４４ 高圧ＥＧＲ弁
４５ 低圧ＥＧＲ触媒
４６ 低圧ＥＧＲクーラ
４７ 低圧ＥＧＲ弁
４８ 低圧ＥＧＲ触媒後Ｏ2センサ
５０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路から分岐し、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサと、
前記ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいて前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定するＥＧＲ触媒酸素吸蔵容量測定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記アクティブ空燃比制御によって前記内燃機関の空燃比が切り替えられた後に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、前記ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値と、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値とを記憶する容量値記憶手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気ガス流量に対する、前記ＥＧＲ触媒を通過する排気ガス流量の比を、ガス量比として取得するガス量比取得手段と、
前記容量値記憶手段に記憶されている前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値に前記ガス量比を乗じた値が、前記容量値記憶手段に記憶されている前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値より小さいときには、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの上流側の排気通路から分岐していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの下流側の排気通路から分岐していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路から分岐し、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ触媒から出る排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ触媒後排気ガスセンサと、
前記ＥＧＲ触媒後排気ガスセンサの出力に基づいて前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定するＥＧＲ触媒酸素吸蔵容量測定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記アクティブ空燃比制御によって前記内燃機関の空燃比が切り替えられた後に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングが、前記ＥＧＲ触媒から流出する排気ガスの空燃比が切り替わるタイミングより早い場合には、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量を測定する際に、前記内燃機関の空燃比を、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに交互に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ通路が分岐する箇所より下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値と、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値とを記憶する容量値記憶手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気ガス流量に対する、前記ＥＧＲ触媒を通過する排気ガス流量の比を、ガス量比として取得するガス量比取得手段と、
前記容量値記憶手段に記憶されている前記排気浄化触媒の酸素吸蔵容量の値に前記ガス量比を乗じた値が、前記容量値記憶手段に記憶されている前記ＥＧＲ触媒の酸素吸蔵容量の値より小さいときには、前記アクティブ空燃比制御の実行を禁止するアクティブ空燃比制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの上流側の排気通路から分岐していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記排気通路の途中に配置されたタービンと、前記吸気通路の途中に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンの下流側の排気通路から分岐していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２２３０７５（Ｐ２０１０−２２３０７５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７０６１９（Ｐ２００９−７０６１９）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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