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WO2011132232A1 - 触媒異常診断装置 - Google Patents

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Publication number
WO2011132232A1
WO2011132232A1 PCT/JP2010/002948 JP2010002948W WO2011132232A1 WO 2011132232 A1 WO2011132232 A1 WO 2011132232A1 JP 2010002948 W JP2010002948 W JP 2010002948W WO 2011132232 A1 WO2011132232 A1 WO 2011132232A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalyst
rich
value
lean
fuel ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/002948
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
北浦浩一
藤原孝彦
三好悠司
尾上亮太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2012511423A priority Critical patent/JP5273297B2/ja
Priority to PCT/JP2010/002948 priority patent/WO2011132232A1/ja
Priority to US13/642,820 priority patent/US8613219B2/en
Publication of WO2011132232A1 publication Critical patent/WO2011132232A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality diagnosis of a catalyst, and more particularly to an apparatus for diagnosing an abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.
  • a catalyst for purifying exhaust gas is installed in the exhaust system.
  • Some of these catalysts have an oxygen storage capacity (O 2 storage capacity).
  • O 2 storage capacity oxygen storage capacity
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), that is, when the engine becomes lean
  • the catalyst having oxygen storage capacity occludes excess oxygen present in the exhaust gas.
  • the fuel ratio becomes smaller than stoichiometric, that is, when it becomes rich, the stored oxygen is released.
  • air-fuel ratio control is performed so that the exhaust gas flowing into the catalyst is in the vicinity of the stoichiometric.
  • a post-catalyst sensor for detecting the exhaust air / fuel ratio downstream of the catalyst is provided, and at the same time as the output of the post-catalyst sensor is reversed, the lean control and the rich control are switched, and the measurement of the oxygen amount is finished. I am doing so.
  • an object of the present invention is to provide a catalyst abnormality diagnosis device that can improve diagnosis accuracy and suppress erroneous diagnosis.
  • An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine Obtaining means for obtaining a pre-catalyst air-fuel ratio which is an exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst; A post-catalyst sensor for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst; Active air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst alternately lean and rich at the boundary of the stoichiometry, Determining means for determining whether the catalyst is normal or abnormal; With The active air-fuel ratio control means switches between the lean control and the rich control at the same time when the output of the post-catalyst sensor reaches a predetermined threshold value, The determination means starts from the first time point when the pre-catalyst air-fuel ratio acquired by the acquisition means reaches the stoichiometric state after the post-catalyst sensor output reaches the threshold value, and the post-catalyst sensor output
  • the threshold value includes a lean threshold value that defines a switching timing from the lean control to the rich control, and a rich threshold value that defines a switching timing from the rich control to the lean control
  • the lean threshold is set to a value that is richer than a reference lean determination value that is set leaner than the stoichiometric equivalent value of the post-catalyst sensor output
  • the rich threshold is set to a value on the lean side of the reference rich determination value determined on the rich side with respect to the stoichiometric equivalent value.
  • the lean threshold and the rich threshold are set to be equal to each other.
  • the lean threshold and the rich threshold are set to a value equal to the stoichiometric value.
  • the lean threshold value is set to a value on the rich side from the stoichiometric equivalent value
  • the rich threshold value is set to a value on the lean side from the stoichiometric equivalent value.
  • the lean threshold and the rich threshold are set according to the exhaust gas flow rate.
  • the rate of change is a value obtained by dividing the difference between the post-catalyst sensor outputs at the first time point and the second time point by the time from the first time point to the second time point.
  • the rate of change is a value obtained by dividing the difference between the post-catalyst sensor outputs at the first time point and the second time point by the amount of exhaust gas from the first time point to the second time point.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the catalyst.
  • FIG. 3 is a time chart of active air-fuel ratio control in the basic method.
  • FIG. 4 is a time chart showing a method for measuring the oxygen storage capacity in the basic method.
  • FIG. 5 is a graph showing output characteristics of the pre-catalyst sensor and the post-catalyst sensor.
  • FIG. 6 is a time chart showing a test result at the time of rich control, and is a case of a normal catalyst.
  • FIG. 7 is a time chart showing a test result at the time of rich control, and is a case of an abnormal catalyst.
  • FIG. 8 is a time chart showing the transition of each value in the abnormality diagnosis of this embodiment.
  • FIG. 9 is a time chart in which FIG. 3 and FIG. 4 are modified to conform to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart regarding active air-fuel ratio control.
  • FIG. 11 is a flowchart regarding change rate detection.
  • FIG. 12 is a flowchart relating to the determination of whether the catalyst is normal or abnormal.
  • FIG. 13 is another flowchart relating to the determination of whether the catalyst is normal or abnormal.
  • FIG. 14 shows a map for setting the rich threshold.
  • FIG. 15 shows a map for setting the lean threshold.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present embodiment.
  • an engine 1 that is an internal combustion engine burns a mixture of fuel and air in a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocates a piston 4 in the combustion chamber 3 to drive power. Is generated.
  • the engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder engine for automobiles (only one cylinder is shown), and is a spark ignition type internal combustion engine, more specifically, a gasoline engine.
  • the cylinder head of the engine 1 is provided with an intake valve Vi for opening and closing the intake port and an exhaust valve Ve for opening and closing the exhaust port for each cylinder.
  • Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown).
  • a spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.
  • the intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 which is an intake manifold through an intake manifold.
  • An intake pipe 13 that forms an intake manifold passage is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13.
  • the intake pipe 13 includes an air flow meter 5 for detecting an air amount per unit time flowing into the engine, that is, an intake air amount Ga (g / s), and an electronically controlled throttle valve 10 in order from the upstream side. Is provided.
  • An intake passage is formed by the intake port, the intake manifold, the surge tank 8 and the intake pipe 13.
  • An injector for injecting fuel into the intake passage, particularly the intake port, that is, a fuel injection valve 12 is provided for each cylinder.
  • the fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve Vi is opened, compressed by the piston 4, and ignited and burned by the spark plug 7. It is done.
  • the exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust pipe 6 forming an exhaust collecting passage through an exhaust manifold.
  • An exhaust passage is formed by the exhaust port, the exhaust manifold, and the exhaust pipe 6.
  • the exhaust pipe 6 is provided with a catalyst composed of a three-way catalyst having oxygen storage capacity, that is, an upstream catalyst 11 and a downstream catalyst 19 in series on the upstream side and the downstream side.
  • the upstream catalyst 11 is disposed immediately after the exhaust manifold, and the downstream catalyst 19 is disposed under the floor of the vehicle.
  • air-fuel ratio sensors that detect the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) of exhaust gas based on the oxygen concentration, that is, the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18, are provided.
  • the pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, can continuously detect the air-fuel ratio over a relatively wide range, and outputs a signal having a value proportional to the air-fuel ratio.
  • the post-catalyst sensor 18 comprises a so-called oxygen sensor (O 2 sensor), and has a characteristic (Z characteristic) in which the output value changes suddenly with the theoretical air-fuel ratio as a boundary.
  • the above-described spark plug 7, throttle valve 10, injector 12 and the like are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means.
  • the ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown.
  • the ECU 20 includes a crank angle sensor 14 that detects the crank angle of the engine 1, and an accelerator opening that detects the accelerator opening, as shown in the figure.
  • the degree sensor 15 and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown).
  • the ECU 20 controls the ignition plug 7, the injector 12, the throttle valve 10, etc. so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel injection timing, throttle opening. Control the degree etc.
  • the ECU 20 controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 3 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 11 and the downstream catalyst 19 matches the stoichiometry during normal operation of the engine.
  • the feedback control is performed based on the output of the pre-catalyst sensor 17 (specifically, the fuel injection amount from the injector 12).
  • the downstream catalyst 19 is configured in the same manner as the upstream catalyst 11.
  • a coating material 31 is coated on the surface of a carrier base material (not shown), and a large number of particulate catalyst components 32 are supported on the coating material 31 in a dispersed manner.
  • the catalyst 11 is exposed inside.
  • the catalyst component 32 is mainly composed of a noble metal such as Pt or Pd, and serves as an active point for reacting exhaust gas components such as NOx, HC and CO.
  • the coating material 31 plays a role of a promoter that promotes a reaction at the interface between the exhaust gas and the catalyst component 32 and includes an oxygen storage component capable of absorbing and releasing oxygen according to the air-fuel ratio of the atmospheric gas.
  • the oxygen storage component is made of, for example, cerium dioxide CeO 2 or zirconia. Note that “absorption” or “adsorption” may be used in the same meaning as “occlusion”.
  • the oxygen storage component present around the catalyst component 32 absorbs oxygen from the atmospheric gas, and as a result, NOx is reduced and purified.
  • the atmospheric gas in the catalyst is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen stored in the oxygen storage component is released, and the released oxygen oxidizes and purifies HC and CO.
  • This oxygen absorption / release action can absorb this variation even if the actual air-fuel ratio varies somewhat with respect to stoichiometry during normal stoichiometric air-fuel ratio control.
  • the new catalyst 11 As described above, a large number of catalyst components 32 are evenly distributed, and the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component 32 is kept high. However, when the catalyst 11 deteriorates, some of the catalyst components 32 are lost, and some of the catalyst components 32 are baked and solidified by exhaust heat (see broken lines in the figure). If it becomes like this, the contact probability of exhaust gas and the catalyst component 32 will fall, and it will become the cause of reducing a purification rate. In addition to this, the amount of the coating material 31 existing around the catalyst component 32, that is, the amount of the oxygen storage component decreases, and the oxygen storage capacity itself decreases.
  • the oxygen storage capacity of the catalyst 11 can be expressed by the size of the oxygen storage capacity (OSC; O 2 Storage Capacity, unit is g), which is the amount of oxygen that the current catalyst 11 can store or release. That is, as the degree of deterioration of the catalyst is small and the oxygen storage capacity is high, the oxygen storage capacity increases, and as the degree of deterioration of the catalyst is large and the oxygen storage capacity is low, the oxygen storage capacity decreases.
  • OSC oxygen storage capacity
  • a method of measuring the oxygen storage capacity and diagnosing a catalyst abnormality based on the measured value that is, a Cmax method is generally employed. This method is called a basic method.
  • the active air-fuel ratio control is first executed by the ECU 20. That is, the ECU 20 controls the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst, specifically, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 alternately and richly and lean, with the stoichiometric A / Fs being the central air-fuel ratio as a boundary. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst 11 is also controlled to be rich and lean alternately.
  • active air-fuel ratio control and diagnosis are executed only when predetermined preconditions are satisfied. This precondition will be described later.
  • the broken line indicates the target air-fuel ratio A / Ft
  • the solid line indicates the output of the pre-catalyst sensor 17 (however, the converted value to the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr).
  • the solid line indicates the output of the post-catalyst sensor 18 (however, the output voltage Vr).
  • the target air-fuel ratio A / Ft is set to a lean air-fuel ratio A / Fl (for example, 15.1), and a lean gas having an air-fuel ratio equal to the target air-fuel ratio A / Ft is supplied to the catalyst 11.
  • the catalyst 11 continues to occlude oxygen. However, when the oxygen is occluded until it is saturated, that is, full, it can no longer occlude oxygen. As a result, the lean gas passes through the catalyst 11 and flows out downstream of the catalyst 11.
  • the output of the post-catalyst sensor 18 changes to the lean side, and at the time t1 when the output voltage Vr reaches a predetermined lean determination value VL (for example, 0.2 V), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the rich air-fuel ratio A / It is switched to Fr (for example, 14.1).
  • VL for example, 0.2 V
  • Fr for example, 14.1
  • the air-fuel ratio control is switched from lean control to rich control, and rich gas having an air-fuel ratio equal to the target air-fuel ratio A / Ft is supplied.
  • the catalyst 11 When the rich gas is supplied, the catalyst 11 continues to release the stored oxygen. When the stored oxygen is eventually released from the catalyst 11, the catalyst 11 cannot release oxygen at that time, and the rich gas passes through the catalyst 11 and flows out downstream of the catalyst 11. When this happens, the output of the post-catalyst sensor 18 changes to the rich side, and at the time t2 when the output voltage Vr reaches a predetermined rich determination value VR (for example, 0.6 V), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / It is switched to Fl. As a result, the air-fuel ratio control is switched from rich control to lean control, and a lean gas having an air-fuel ratio equal to the target air-fuel ratio A / Ft is supplied.
  • a predetermined rich determination value VR for example, 0.6 V
  • a set of adjacent lean control and rich control is defined as one cycle of active air-fuel ratio control.
  • Active air-fuel ratio control is executed in a predetermined N cycle (N is an integer of 2 or more).
  • the lean determination value VL is a threshold value that defines the switching timing from lean control to rich control. As shown in FIG. 5, the lean determination value VL is set to a value smaller (lean side) than the stoichiometric equivalent value Vst of the post-catalyst sensor output.
  • the rich determination value VR serves as a threshold value that defines the switching timing from the rich control to the lean control. As shown in FIG. 5, the rich determination value VR is set in advance to a value that is larger (rich side) than the stoichiometric equivalent value Vst of the post-catalyst sensor output.
  • the oxygen storage capacity OSC of the catalyst 11 is measured by the following method.
  • the oxygen storage capacity OSC is measured as follows. As shown in FIG. 4, immediately after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the rich air-fuel ratio A / Fr at time t1, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff as an actual value is slightly delayed with the rich air-fuel ratio A / Ff. Switch to Fr. From the time t11 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches the stoichiometric A / Fs to the time t2 when the post-catalyst sensor output Vr is next reversed, the oxygen storage capacity for each predetermined calculation cycle is obtained by the following equation (1).
  • the oxygen storage capacity OSC as the final integrated value during the rich control, that is, the amount of released oxygen indicated by OSCb in FIG. 4 is measured.
  • the oxygen storage capacity that is, the amount of stored oxygen indicated by OSCa in FIG. 4 is measured according to the previous equation (1).
  • the released oxygen amount and the stored oxygen amount are alternately measured.
  • the normality / abnormality of the catalyst is determined by the following method.
  • the ECU 20 calculates an average value OSCav of the measured values of the released oxygen amount and the stored oxygen amount.
  • the average value OSCav is compared with a predetermined abnormality determination value ⁇ .
  • the ECU 20 determines that the catalyst 11 is normal when the average value OSCav is greater than the abnormality determination value ⁇ , and determines that the catalyst 11 is abnormal when the average value OSCav is less than or equal to the abnormality determination value ⁇ .
  • a warning device not shown
  • a check lamp such as a check lamp
  • Oxygen storage capacity OSC and “oxygen amount” are terms that encompass “amount of stored oxygen OSCa” and “amount of released oxygen OSCb”.
  • FIG. 6 shows the case of a normal catalyst
  • (A) shows the target air-fuel ratio A / Ft, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff (line a) detected by the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr (line b).
  • an air-fuel ratio sensor similar to the pre-catalyst sensor 17 is installed for testing on the downstream side of the catalyst, and the air-fuel ratio detected by this air-fuel ratio sensor is set as the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr.
  • (B) shows the post-catalyst sensor output Vr
  • (C) shows the integrated value of the released oxygen amount OSCb.
  • the post-catalyst sensor output Vr can vary within the range of 0 to 1 (V).
  • the released oxygen amount OSCb is integrated.
  • the final integrated value of the released oxygen amount OSCb at the time t3 can be expressed by the area of the region c shown in (A). This region c is a region sandwiched between the stoichiometry (14.6) and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff from time t1 to time t3.
  • the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr is slightly richer than stoichiometric during this period t1 to t3.
  • the area of the region d sandwiched between the stoichiometry and the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr is the portion of the rich gas that could not be actually processed by the catalyst, in other words, the amount of oxygen that could not be released from the catalyst (OSCe for convenience) Represents.
  • the area of the region d corresponds to an error in the total released oxygen amount OSCb at time t3.
  • the value obtained by subtracting the area (OSCe) of the region d from the area (OSCb) of the region c represents the amount of oxygen actually released from the catalyst.
  • the measured released oxygen amount OSCb includes the actually released oxygen amount OSCe.
  • the error itself cannot be measured alone.
  • the region c sandwiched between the stoichiometry and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff is measured as the released oxygen amount OSCb.
  • the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr starts to decrease to the rich side at time t2 between time t1 and time t3, and the post-catalyst sensor output
  • the rate of increase or change rate of Vr to the rich side has begun to increase. This is considered to mean that the release of oxygen from the catalyst is substantially completed at time t2, and thereafter oxygen remaining in the catalyst is released relatively slowly. Alternatively, it is considered that the main oxygen release of the catalyst is completed at the time t2, and then the secondary residual oxygen is released.
  • (C) schematically shows the amount of oxygen OSCe corresponding to the error.
  • the proportion of the oxygen amount OSCe corresponding to the error is relatively small.
  • the ratio of the error is very large in the released oxygen amount OSCb measured in the period t2 to t3.
  • the error amount in the period t2 to t3 accounts for a large proportion of the total released oxygen amount. it is conceivable that.
  • (C) schematically shows the amount of oxygen OSCe corresponding to the error.
  • the proportion of the oxygen amount OSCe corresponding to the error is large.
  • the error rate immediately before reversing the sensor output after the catalyst increases compared to the case of a normal catalyst, and the rate of increase of the measured value with respect to the true value also increases.
  • an abnormal catalyst is actually misdiagnosed as normal.
  • the difference in the measured oxygen amount between the normal catalyst and the abnormal catalyst cannot be enlarged, and there is a possibility that sufficient diagnostic accuracy cannot be ensured particularly in the case of a catalyst where these differences are originally small.
  • This problem is also caused by a control delay near the time when the sensor output after the catalyst is reversed. That is, the post-catalyst sensor 18 has a response delay that the output does not immediately switch to the rich side even when the rich gas is actually supplied. There is also a transport delay in which it takes time for the rich gas to reach the vicinity of the catalyst after the air-fuel ratio in the combustion chamber 3 is switched to rich. Control delay including these response delays and transport delays. During the control delay period, the unpurified rich gas is exhausted from the catalyst, so that the emission deteriorates.
  • the diagnostic method is changed from the basic method as follows. Briefly speaking, the measurement of the oxygen amount itself is abolished first.
  • the inversion timing of the post-catalyst sensor output is set earlier than the basic method. More preferably, the inversion timing of the post-catalyst sensor output is made as close as possible to the substantial oxygen absorption / release end timing, such as time t2 shown in FIGS. Accordingly, it is possible to suppress the untreated gas (rich gas or lean gas) from flowing out of the catalyst after the oxygen absorption / release of the catalyst is substantially completed. And the diagnostic error and emission deterioration resulting from this untreated gas can be suppressed.
  • FIG. 8 shows the transition of each value in the abnormality diagnosis of this embodiment.
  • A shows the target air-fuel ratio A / Ft and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff in the case of a normal catalyst.
  • B shows the target air-fuel ratio A / Ft and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff in the case of an abnormal catalyst.
  • (C) shows the post-catalyst sensor output Vr in the case of a normal catalyst and in the case of an abnormal catalyst.
  • (D) shows the NOx concentration of the exhaust gas discharged from the upstream catalyst 11. For each value in the figure, the subscript “n” is attached in the case of a normal catalyst, and the subscript “a” is attached in the case of an abnormal catalyst.
  • the air-fuel ratio control is switched from rich control to lean control. Thereafter, in the case of a normal catalyst, the air-fuel ratio control is switched to rich control at time t2n and switched to lean control at time t3n. In the case of an abnormal catalyst, the air-fuel ratio control is switched to rich control at time t2a, switched to lean control at time t3a, and switched to rich control at time t4a. Thus, the active air-fuel ratio control is still executed in this embodiment.
  • the threshold value of the post-catalyst sensor output Vr that defines these switching timings is composed of two types of threshold values, and defines the lean threshold value VLX that defines the switching timing from lean control to rich control, and the switching timing from rich control to lean control. And a rich threshold value VRX.
  • the lean threshold value VLX is set to a value on the rich side with respect to the lean determination value VL
  • the rich threshold value VRX is set to a value on the lean side with respect to the rich determination value VRX.
  • the lean threshold value VLX and the rich threshold value VRX are set to the same value, and in particular, set to the same value as the stoichiometric equivalent value Vst (for example, 0.5 (V)) shown in FIG. Has been.
  • the reverse timing of the post-catalyst sensor output Vr and the switching timing of the air-fuel ratio control are earlier than the basic method described above (FIGS. 3 and 4). Therefore, it is possible to eliminate as much as possible the influence of the untreated gas flowing out from the catalyst after the substantial oxygen absorption / release of the catalyst is completed, and to reduce the diagnostic error.
  • FIG. 8 what should be noted in FIG. 8 is the behavior of the post-catalyst sensor output Vr after the post-catalyst sensor output Vr reaches the threshold values VLX and VRX.
  • the post-catalyst sensor output Vr rises more rapidly than in the case of a normal catalyst, and the value of its maximum peak (rich peak) is also large.
  • the post-catalyst sensor output Vr after switching changes more rapidly and greatly. Therefore, by utilizing such a difference in the behavior of the post-catalyst sensor output Vr, the degree of abnormality of the catalyst can be estimated suitably and with high accuracy.
  • the post-catalyst sensor output Vr After the post-catalyst sensor output Vr reaches the thresholds VLX and VRX, the post-catalyst sensor output Vr next reaches the thresholds VLX and VRX from the first time point when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches stoichiometry. Based on the change rate H of the post-catalyst sensor output Vr up to the second time point, it is determined whether the catalyst is normal or abnormal.
  • the post-catalyst sensor output Vr reaches the rich threshold value VRX (t1) and is switched to lean control, and then the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches stoichiometry at time t11n. This time t11n is the first time point. Then, the after-catalyst sensor output Vr reaches the lean threshold value VLX at time t2n. This time t2n is the second time point.
  • the rate of change Hn of the post-catalyst sensor output Vr between time t11n and time t2n is calculated by dividing the difference between the post-catalyst sensor output Vr between time t11n and time t2n by the time from time t11n to time t2n. .
  • the post-catalyst sensor output Vr reaches the rich threshold value VRX (t1) and is switched to lean control, and then the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches stoichiometry at time t11a.
  • This time t11a is the first time point.
  • the after-catalyst sensor output Vr next reaches the lean threshold value VLX at time t2a. This time t2a is the second time point.
  • the absolute value (or slope) of the change rate Ha of the abnormal catalyst is larger than the absolute value (or slope) of the change rate Hn of the normal catalyst. Therefore, the absolute value of the rate of change H represents the degree of abnormality of the catalyst. By comparing the absolute value of the rate of change H with a predetermined abnormality determination value ⁇ , it can be suitably determined whether the catalyst is normal or abnormal.
  • the rate of change H during lean control has a negative value.
  • the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches stoichiometry at time t21n
  • the post-catalyst sensor output Vr reaches the rich threshold value VRX, which is the next threshold value, at time t3n.
  • the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches stoichiometry at time t21a
  • the post-catalyst sensor output Vr reaches the rich threshold value VRX that is the next threshold value at time t3a.
  • the change rate H is a positive value.
  • the rate of change H described above is defined as the rate of change per unit time, where the denominator is time.
  • the change rate H changes depending on the exhaust gas flow rate, and the change rate H increases as the exhaust gas flow rate increases.
  • the denominator of the change rate H may be defined as the exhaust gas amount, and the change rate H may be defined as the change rate per exhaust gas amount.
  • the change rate Ha of the abnormal catalyst from time t11a to time t2a, from time t11a to time t2a, the exhaust gas flow rate is integrated and the amount of exhaust gas M that has passed through the catalyst within that period is calculated.
  • ⁇ (Vr (t2a) ⁇ Vr (t11a) ⁇ ) is divided by the exhaust gas amount M, and the obtained value is defined as a change rate Ha.
  • the exhaust gas flow rate may be directly detected by separately providing an exhaust gas flow rate sensor, but in the case of this embodiment, the value of the intake air amount Ga detected by the air flow meter 5 is substituted.
  • the NOx concentrations Cn and Ca shown in FIG. 8D are concentrations of NOx discharged from the catalyst immediately after the end of the lean control (t1 to t2n or t1 to t2a).
  • the NOx concentrations Cn and Ca have a correlation with the behavior of the post-catalyst sensor output Vr immediately after the end of lean control. That is, as the catalyst tends to be abnormal and the post-catalyst sensor output Vr changes rapidly and rapidly (that is, the absolute value of the rate of change H is large or the lean peak value is small), the NOx concentration rapidly increases. Increasing and emissions tend to get worse.
  • the degree of emission deterioration is less than that of the basic method.
  • FIG. 9 is a diagram in which FIG. 3 and FIG. 4 are modified to conform to the present embodiment in order to make the difference from the basic method easy to understand.
  • the lean threshold value VLX and the rich threshold value VRX are set equal to the stoichiometric equivalent value Vst.
  • switching is not performed unless the post-catalyst sensor output Vr rises to a rich determination value VR larger than the stoichiometric equivalent value Vst.
  • switching is performed when the post-catalyst sensor output Vr increases to the rich threshold value VRX on the lean side from the rich determination value VR, and switching is performed at an earlier timing.
  • the rich threshold value VRX can be set to a value smaller than the rich determination value VR and slightly larger (rich side) than the stoichiometric equivalent value Vst, or set to a value smaller than the stoichiometric equivalent value Vst (lean side). You can also It is set to a value VRX ′ smaller than the lean determination value VL (eg, 0.2 V), set to a value VRX ′′ equal to the lean determination value VL, or a value VRX ′′ between the lean determination value VL and the stoichiometric equivalent value Vst. It can also be set to '.
  • the value of the post-catalyst sensor output Vr at the timing when the post-catalyst sensor output Vr starts to rise specifically, the timing at which the differential value of the post-catalyst sensor output Vr becomes larger than a predetermined positive value, It may be defined as VRX.
  • a predetermined positive value It may be defined as VRX.
  • this timing is considered to be a timing at which the catalyst substantially ends oxygen release.
  • the use of the differential value of the post-catalyst sensor output Vr may preferably detect the substantial oxygen absorption / release end timing of the catalyst.
  • the lean threshold value VLX can be set to a value that is larger than the lean determination value VL and slightly smaller (lean side) than the stoichiometric equivalent value Vst, or is set to a value that is larger (rich side) than the stoichiometric equivalent value Vst. You can also. Set to a value VLX ′ larger than the rich determination value VR (for example, 0.6 V), set to a value VLX ′′ equal to the rich determination value VR, or a value VLX ′′ between the rich determination value VR and the stoichiometric equivalent value Vst It can also be set to '.
  • the value of the post-catalyst sensor output Vr at the timing when the post-catalyst sensor output Vr starts to decrease, specifically, the timing at which the differential value of the post-catalyst sensor output Vr becomes smaller than a predetermined negative value is expressed as the lean threshold value VLX. It may be determined.
  • the threshold values VRX and VLX may be set near the stoichiometric equivalent value Vst. It can be set to a value slightly larger (rich side) than the stoichiometric equivalent value Vst, or can be set to a value slightly smaller (lean side) than the stoichiometric equivalent value Vst. In any case, the rich threshold value VRX and the lean threshold value VLX can be set to optimum values in consideration of test results and the like.
  • the released oxygen amount OSCb and the stored oxygen amount OSCa as illustrated are not measured. Alternatively, even if measured, those values are not the basis for diagnosis. If these are not measured, the calculation load of the ECU 20 can be greatly reduced.
  • this embodiment can be implemented as follows. That is, for the sake of simplification, the case of the abnormal catalyst shown in FIG. 8 will be described. Based on only the rate of change Ha from time t11a during lean control to time t2a, whether the catalyst is normal or abnormal is determined, and time t21a during rich control. The rate of change Ha from time to time t3a is not used as a basis for diagnosis.
  • the rich gas flowing out from the catalyst is supplied to the post-catalyst sensor 18 and its output changes to the rich side.
  • the rich gas contains exhaust gas components having a relatively high diffusion rate, such as hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ).
  • H 2 hydrogen
  • CH 4 methane
  • the post-catalyst sensor output tends to be slightly richer than the true value.
  • the absolute value or rate of change when the post-catalyst sensor output changes from Vr (t21a) to Vr (t3a) may be greater than the true value.
  • the lean gas flowing out from the catalyst is supplied to the post-catalyst sensor 18 and its output changes to the lean side.
  • the lean gas does not contain so much components such as hydrogen and methane, but rather contains many exhaust gas components having a normal diffusion rate such as oxygen (O 2 ) and NOx. For this reason, the above-described deviation of the post-catalyst sensor output is unlikely to occur.
  • the absolute value or rate of change when the post-catalyst sensor output changes from Vr (t11a) to Vr (t2a) can be regarded as being equal to the true value.
  • the normality / abnormality of the catalyst is determined based only on the change rate Ha during lean control, it can be expected that the detection accuracy of the change rate is improved and the diagnostic accuracy is improved.
  • the diagnosis permission flag is turned on when a precondition for diagnosis is satisfied.
  • the precondition here includes a condition that (1) the intake air amount Ga and the catalyst temperature Tc satisfy a predetermined relationship.
  • the intake air amount Ga is detected by the air flow meter 5.
  • the catalyst temperature Tc is estimated by the ECU 20 based on the engine operating state, but may be detected directly by a temperature sensor.
  • the relationship between the intake air amount Ga during normal operation and the catalyst temperature Tc is mapped in advance, and diagnosis is permitted as normal operation when both actual values are within a predetermined range centered on the map value. .
  • the diagnosis is prohibited because the operation is unsteady. This makes it possible to ensure a certain level of diagnostic accuracy.
  • the condition (1) substantially means that the engine is in steady operation.
  • the preconditions are (2) at least the upstream catalyst 11 is activated, (3) the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 are activated, and (4) the diagnosis is not completed during the current trip. Each condition is included.
  • the trip refers to the period from one start to stop of the engine.
  • the diagnosis is executed once per trip, and (4) is established when the diagnosis has not been completed once during the current trip.
  • diagnosis permission flag is not on (if off), the routine is terminated. On the other hand, when the diagnosis permission flag is turned on, the active air-fuel ratio control is executed after step S102.
  • step S102 it is determined whether or not the present time is the first target air-fuel ratio A / Ft setting time. If the determination result is no, the process proceeds to step S106.
  • step S103 determines whether or not the current post-catalyst sensor output Vr is greater than the rich threshold value VRX (rich side).
  • step S104 the process proceeds to step S104, and the target air-fuel ratio A / Ft is set to lean (for example, 15.1).
  • step S105 the target air-fuel ratio A / Ft is set to rich (for example, 14.1). The routine is then terminated.
  • the initial target air-fuel ratio A / Ft is set to lean, and active air-fuel ratio control is started from lean control.
  • the initial target air-fuel ratio A / Ft is set to rich, and active air-fuel ratio control is started from rich control.
  • step S106 it is determined whether or not the current target air-fuel ratio A / Ft is rich.
  • step S107 it is determined whether or not the post-catalyst sensor output Vr is equal to or greater than the rich threshold value VRX, that is, whether or not the post-catalyst sensor output Vr is reversed to the rich side. Is done. If no, the routine is terminated. If yes, the target air-fuel ratio A / Ft is set to lean in step S108, and the routine is terminated after switching from rich control to lean control.
  • step S106 if the target air-fuel ratio A / Ft is lean in step S106, the process proceeds to step S109, and whether or not the after-catalyst sensor output Vr is less than or equal to the lean threshold value VLX (lean side), that is, the after-catalyst sensor output Vr is lean. It is determined whether or not it is reversed to the side. If no, the routine is terminated. If yes, the target air-fuel ratio A / Ft is set to rich in step S110, and the routine is terminated after switching from lean control to rich control.
  • VLX lean side
  • This routine is also repeatedly executed by the ECU 20 every predetermined calculation cycle.
  • step S201 it is determined whether the diagnosis permission flag is on and the target air-fuel ratio A / Ft has been set. If no, the process ends. If yes, the process proceeds to step S202.
  • step S202 it is determined whether or not there is a switching history of the target air-fuel ratio A / Ft. If no, the process ends. If yes, the process proceeds to step S203.
  • step S203 it is determined whether the target air-fuel ratio A / Ft is rich. If the target air-fuel ratio A / Ft is rich, the process proceeds to step S204. If the target air-fuel ratio A / Ft is not rich (lean), the process proceeds to step S210.
  • step S204 it is determined whether or not the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff detected by the pre-catalyst sensor 17 is equal to or lower than the stoichiometric value. If no, the process ends. If yes, the process proceeds to step S205.
  • step S205 whether or not the post-catalyst sensor output Vr1 at time t1 when the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ff first becomes equal to or lower than the stoichiometric (that is, when the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ff reaches the stoichiometric) has been acquired. Is judged.
  • step S206 the post-catalyst sensor output Vr1 at the time t1 is acquired, and the process proceeds to step S207. On the other hand, if already acquired, the process skips step S206 and proceeds to step S207.
  • step S207 it is determined whether or not the post-catalyst sensor output Vr is equal to or greater than the rich threshold value VRX, that is, whether or not the post-catalyst sensor output Vr is reversed to the rich side. If no, the routine is terminated.
  • step S208 the after-catalyst sensor output Vr2 at time t2 when the after-catalyst sensor output Vr first becomes equal to or greater than the rich threshold value VRX (that is, when the after-catalyst sensor output Vr reaches the rich threshold value VRX). To be acquired.
  • step S210 it is determined whether or not the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff has become stoichiometric or higher. If no, the process ends. If yes, the process proceeds to step S211.
  • step S211 whether or not the post-catalyst sensor output Vr3 at time t3 when the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ff first becomes equal to or higher than the stoichiometric (ie, when the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ff reaches the stoichiometric) has been acquired. Is judged.
  • step S212 the post-catalyst sensor output Vr3 at the time t3 is acquired, and the process proceeds to step S213. On the other hand, if it has already been acquired, step S212 is skipped and the process proceeds to step S213.
  • step S213 it is determined whether or not the post-catalyst sensor output Vr is equal to or less than the lean threshold value VLX, that is, whether or not the post-catalyst sensor output Vr is reversed to the lean side. If no, the routine is terminated.
  • step S214 the after-catalyst sensor output Vr4 at the time point t4 when the after-catalyst sensor output Vr first becomes equal to or less than the lean threshold value VLX (that is, when the after-catalyst sensor output Vr reaches the lean threshold value VLX). To be acquired.
  • This routine is also repeatedly executed by the ECU 20 every predetermined calculation cycle. What is described here is a method of determining normality / abnormality using the rich control change rate HR.
  • step S301 it is determined whether the diagnosis completion flag is on. If yes, the process ends. If no (if off), the process proceeds to step S302.
  • step S302 it is determined whether or not the rich control change rate HR has been calculated. If no, the process ends. If yes, the process proceeds to step S303.
  • step S303 the absolute value of the rich control change rate HR is compared with a predetermined rich control abnormality determination value ⁇ R.
  • HR ⁇ ⁇ R the catalyst is determined to be abnormal in step S304, and when HR ⁇ R, the catalyst is determined to be normal in step S305.
  • step S306 the diagnosis completion flag is turned on, the diagnosis permission flag is turned off, and the routine is terminated.
  • FIG. 13 shows another routine for determining whether the catalyst is normal or abnormal. This routine is different from the routine in that the change rate HL during lean control is used instead of the change rate HR during rich control, and the others are substantially the same. Steps S401 and S404 to S406 are the same as steps S301 and S304 to 306.
  • step S402 it is determined whether or not the lean control change rate HL has been calculated. If no, the process ends. If yes, the process proceeds to step S403.
  • step S403 the absolute value of the lean control change rate HL is compared with a predetermined lean control abnormality determination value ⁇ L.
  • HL ⁇ ⁇ L the catalyst is determined to be abnormal in step S404, and when HL ⁇ L, the catalyst is determined to be normal in step S405.
  • the normal / abnormal determination is performed based on one rich control change rate HR or lean control change rate HL.
  • the present invention is not limited to this.
  • the normal / abnormal determination may be performed based on an average value of a plurality of rich control change rates HR during one active air-fuel ratio control.
  • the positive / abnormal determination may be performed based on an average value of a plurality of lean control change rates HL during one active air-fuel ratio control.
  • the normal / abnormal determination may be performed based on the average value of the change rate HR during rich control and the change rate HL during lean control during each active air-fuel ratio control.
  • the rich threshold value VRX may be set according to a map as shown in FIG. 14 based on the exhaust gas flow rate, specifically, the intake air amount Ga which is a substitute value thereof. In this case, the rich threshold value VRX is not fixed to a constant value and is changed according to the intake air amount Ga.
  • the lean threshold value VLX may be set according to a map as shown in FIG. 15 based on the exhaust gas flow rate, specifically, the intake air amount Ga that is a substitute value thereof. In this case, the lean threshold value VLX is not fixed to a constant value and is changed according to the intake air amount Ga.
  • the lean threshold value VLX is increased (to the rich side) as the intake air amount Ga is increased, and switching to rich control is performed at an earlier timing.
  • the influence of the exhaust gas flow rate on the post-catalyst sensor output Vr after switching can be reduced.
  • the catalyst is normal or abnormal based on the rate of change of the post-catalyst sensor output after the post-catalyst sensor output reaches the threshold without measuring or taking into account the amount of absorbed and released oxygen. Determine whether. Therefore, it is possible to eliminate measurement errors caused by measuring the amount of oxygen that is not actually absorbed and released, thereby improving diagnostic accuracy and suppressing erroneous diagnosis.
  • the switching timing of the air-fuel ratio control can be made earlier than in the basic method, this can further improve the diagnostic accuracy and suppress erroneous diagnosis.
  • the use and type of the internal combustion engine are arbitrary, and may be other than for automobiles, or may be a direct injection type or the like.
  • the pre-catalyst air-fuel ratio is directly detected by the pre-catalyst sensor 17, but the pre-catalyst air-fuel ratio may be estimated by the ECU 20 based on the engine operating state. In any case, at least the ECU 20 constitutes acquisition means for acquiring the pre-catalyst air-fuel ratio.

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Abstract

　触媒上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行する。触媒後センサ出力が所定の閾値に達したと同時にリーン制御とリッチ制御とを切り替える。触媒後センサ出力が閾値に達した後に触媒前空燃比がストイキに達する第１時点から、触媒後センサ出力が次に閾値に達する第２時点までの触媒後センサ出力の変化率に基づき、触媒が正常か異常かを判定する。

Description

触媒異常診断装置
　本発明は、触媒の異常診断に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置に関する。
　例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ２ストレージ能）を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。
　一方、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化ないし異常を検出することができる。一般的には、触媒上流側の空燃比をリッチおよびリーンに交互に制御するアクティブ空燃比制御を行い、それらリーン制御中およびリッチ制御中に前記触媒が吸放出する酸素量を計測し、この酸素量に基づき触媒の異常を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される（例えば特許文献１参照）。
　ところでこのＣｍａｘ法では、触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサを設け、触媒後センサの出力が反転するのと同時にリーン制御とリッチ制御を切り替え、且つ酸素量の計測を終了するようにしている。
　しかしながら酸素量の計測に際して、実際には吸放出されていない酸素量が併せて計測されてしまうという計測誤差の問題がある。特に、従来のＣｍａｘ法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値が真の値より大きくなる傾向が強まる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断することに繋がりかねない。また正常触媒と異常触媒の間での酸素量計測値の差を拡大することができず、特にこれらの差が元々小さい触媒の場合では、十分な診断精度を確保できない虞がある。
　そこで本発明は以上の事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、診断精度を向上して誤診断を抑制し得る触媒異常診断装置を提供することにある。
特開２００２－３６４４２８号公報
　本発明の一の態様によれば、
　内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
　触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比を取得する取得手段と、
　触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
　触媒上流側の空燃比をストイキを境にリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御手段と、
　前記触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
　を備え、
　前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒後センサの出力が所定の閾値に達したと同時に前記リーン制御と前記リッチ制御とを切り替え、
　前記判定手段は、前記触媒後センサ出力が前記閾値に達した後に前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに達する第１時点から、前記触媒後センサ出力が次に前記閾値に達する第２時点までの前記触媒後センサ出力の変化率に基づき、前記触媒が正常か異常かを判定する
　ことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
　好ましくは、前記閾値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値とからなり、
　前記リーン閾値は、前記触媒後センサ出力のストイキ相当値よりもリーン側に定められた基準のリーン判定値よりもリッチ側の値に設定され、
　前記リッチ閾値は、前記ストイキ相当値よりもリッチ側に定められた基準のリッチ判定値よりもリーン側の値に設定されている。
　好ましくは、前記リーン閾値と前記リッチ閾値が、互いに等しい値に設定されている。
　好ましくは、前記リーン閾値と前記リッチ閾値が、前記ストイキ相当値と等しい値に設定されている。
　好ましくは、前記リーン閾値が、前記ストイキ相当値よりリッチ側の値に設定され、前記リッチ閾値が、前記ストイキ相当値よりリーン側の値に設定されている。
　好ましくは、前記リーン閾値と前記リッチ閾値が、排気ガス流量に応じて設定される。
　好ましくは、前記変化率が、前記第１時点と前記第２時点における前記触媒後センサ出力の差を、前記第１時点から前記第２時点までの時間で除してなる値である。
　好ましくは、前記変化率が、前記第１時点と前記第２時点における前記触媒後センサ出力の差を、前記第１時点から前記第２時点までの排気ガス量で除してなる値である。
図１は、本発明の実施形態の構成を示す概略図である。 図２は、触媒の構成を示す概略断面図である。 図３は、基本方法におけるアクティブ空燃比制御のタイムチャートである。 図４は、基本方法における酸素吸蔵容量の計測方法を示すタイムチャートである。 図５は、触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。 図６は、リッチ制御時の試験結果を示すタイムチャートであり、正常触媒の場合である。 図７は、リッチ制御時の試験結果を示すタイムチャートであり、異常触媒の場合である。 図８は、本実施形態の異常診断における各値の推移を示すタイムチャートである。 図９は、図３および図４を本実施形態に即するよう修正したタイムチャートである。 図１０は、アクティブ空燃比制御に関するフローチャートである。 図１１は、変化率検出に関するフローチャートである。 図１２は、触媒の正異常判定に関するフローチャートである。 図１３は、触媒の正異常判定に関する別のフローチャートである。 図１４は、リッチ閾値を設定するためのマップを示す。 図１５は、リーン閾値を設定するためのマップを示す。
　以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
　図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
　エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
　各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する単位時間当たりの空気量すなわち吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
　吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
　一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
　上流触媒１１の上流側及び下流側に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比（排気空燃比）を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂酸素センサ（Ｏ２センサ）からなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
　上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
　上流触媒１１及び下流触媒１９は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆｓ＝１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ＥＣＵ２０は、エンジンの通常運転時、上流触媒１１及び下流触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室３に供給される混合気の空燃比（具体的にはインジェクタ１２からの燃料噴射量）を触媒前センサ１７の出力に基づきフィードバック制御する。
　ここで、異常診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ２やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
　例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
　この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
　ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
　このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の酸素吸蔵能低下度との間には相関関係がある。
　［異常診断の基本方法］
　触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵または放出し得る酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O２ Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表すことができる。すなわち、触媒の劣化度が小さく酸素吸蔵能が高いほど、酸素吸蔵容量は大きくなり、触媒の劣化度が大きく酸素吸蔵能が低いほど、酸素吸蔵容量は小さくなる。
　よってこの酸素吸蔵容量を計測し、当該計測値に基づいて触媒の異常を診断する方法、すなわちＣｍａｘ法が一般的に採用されている。この方法を基本方法と称す。
　以下、基本方法について説明する。異常診断に際してはまず、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒上流側の空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境に、リッチおよびリーンに交互に制御する。これにより、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比も、リッチおよびリーンに交互に制御されることとなる。
　また、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
　以下、図３及び図４を用いて、上流触媒１１の酸素吸蔵容量の計測方法を説明する。
　図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
　図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行されている。このとき、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これにより空燃比制御はリーン制御からリッチ制御に切り替えられ、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
　リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。これにより空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられ、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
　再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
　こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。隣り合うリーン制御とリッチ制御の組をアクティブ空燃比制御の１周期とする。アクティブ空燃比制御は所定のＮ周期（Ｎは２以上の整数）実行される。
　ここでリーン判定値ＶＬは、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定する閾値の基準をなす。このリーン判定値ＶＬは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さい（リーン側の）値に予め定められている。
　同様に、リッチ判定値ＶＲは、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定する閾値の基準をなす。このリッチ判定値ＶＲは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きい（リッチ側の）値に予め定められている。
　このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
　触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
　そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。
　［数１］
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　Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
　リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が前式（１）に従って計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。
　こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
　まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値の平均値ＯＳＣａｖを算出する。そしてこの平均値ＯＳＣａｖを所定の異常判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値αより大きいときには触媒１１を正常と判定し、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値α以下のときには触媒１１を異常と判定する。なお触媒を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
　［本実施形態の異常診断方法］
　次に、本実施形態の異常診断方法を説明する。なお「酸素吸蔵容量ＯＳＣ」および「酸素量」とは、「吸蔵酸素量ＯＳＣａ」と「放出酸素量ＯＳＣｂ」を包括する用語である。
　前述したように、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測に際しては、実際には吸放出されていない酸素量が併せて計測されてしまうという計測誤差の問題がある。特に、基本方法の如きＣｍａｘ法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値が真の値より大きくなる傾向が強まる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断する可能性がある。
　この点を図６および図７を用いて詳しく説明する。図６は正常触媒の場合、図７は異常触媒の場合である。両図は、リーン制御からリッチ制御に切り替えたときの試験結果を示している。但し、触媒後センサ出力Ｖｒが反転しても（すなわちリッチ判定値ＶＲ＝０．６（Ｖ）に達しても）リーン制御への切り替えは行っていない。
　両図において、（Ａ）には目標空燃比Ａ／Ｆｔと、触媒前センサ１７によって検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ（線ａ）と、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ（線ｂ）とを示す。ここでは触媒前センサ１７と同様の空燃比センサを触媒下流側に試験用に設置し、この空燃比センサにより検出された空燃比を触媒後空燃比Ａ／Ｆｒとしている。
　（Ｂ）には触媒後センサ出力Ｖｒを示し、（Ｃ）には放出酸素量ＯＳＣｂの積算値を示す。触媒後センサ出力Ｖｒは０～１（Ｖ）の範囲内で変化し得る。
　まず図６の正常触媒の場合を説明する。リッチ制御への切替後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが低下してストイキ（＝１４．６）に到達した時点ｔ１から、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ側に上昇してリッチ判定値ＶＲに到達する時点ｔ３まで、放出酸素量ＯＳＣｂが積算される。この放出酸素量ＯＳＣｂの時刻ｔ３での最終積算値は、（Ａ）に示す領域ｃの面積で表すことができる。この領域ｃは、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの、ストイキ（１４．６）と触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとで挟まれた領域である。
　一方、この期間ｔ１～ｔ３内において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒはストイキより若干リッチとなっている。ストイキと触媒後空燃比Ａ／Ｆｒとで挟まれた領域ｄの面積が、触媒で実際に処理しきれなかったリッチガスの部分、言い換えれば触媒から放出できなかった酸素の量（便宜上ＯＳＣｅとする）を表す。この領域ｄの面積が、時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうちの誤差分に相当する。
　領域ｃの面積（ＯＳＣｂ）から、領域ｄの面積（ＯＳＣｅ）を差し引いて得られた値が、実際に触媒から放出された酸素量を表すことになる。このように、計測された放出酸素量ＯＳＣｂには、実際には放出されていない酸素量ＯＳＣｅが含まれている。
　なお本実施形態の装置構成では、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒの絶対値まで検出できる空燃比センサがないので、誤差分自体を単独で計測することができない。便宜上、ストイキと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとで挟まれた領域ｃを放出酸素量ＯＳＣｂとして計測しているのである。
　ところで、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒後センサ出力Ｖｒに着目すると、時刻ｔ１と時刻ｔ３の間の時刻ｔ２において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒがリッチ側に低下し始め、触媒後センサ出力Ｖｒのリッチ側への上昇速度ないし変化率が増大し始めている。これは、時刻ｔ２で触媒の酸素放出が実質的に終了し、その後は触媒に残存している酸素が比較的ゆっくりと放出されていることを意味すると考えられる。或いは、時刻ｔ２で触媒のメインの酸素放出が終了し、その後は副次的な残存酸素の放出が行われていることを意味すると考えられる。
　もっとも、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間でも、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの間には差があり、実際に酸素が放出され、リッチガスが処理されている。よってこの期間ｔ２～ｔ３で計測された放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分が占める割合は比較的少ないものと考えられる。そして正常触媒の場合、全期間ｔ１～ｔ３で計測される全放出酸素量の値が大きいことから、この全放出酸素量のうち、期間ｔ２～ｔ３内の誤差分が占める割合は比較的少ないと考えられる。
　（Ｃ）に、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅを概略的に示す。時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅの割合は比較的少ない。
　これとは対照的に、図７に示す異常触媒の場合だと、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間の期間において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの間には差が殆ど無い。これは、触媒が実質的に酸素を放出していないことを意味する。しかしながら、この期間ｔ２～ｔ３でも、ストイキと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの差が積算され、あたかも触媒が酸素を放出しているかのように放出酸素量ＯＳＣｂが計測されている。
　よってこの期間ｔ２～ｔ３で計測された放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分が占める割合は非常に多いと考えられる。そして異常触媒の場合、全期間ｔ１～ｔ３で計測される全放出酸素量の値が比較的小さいことから、この全放出酸素量のうち、期間ｔ２～ｔ３内の誤差分が占める割合も多いものと考えられる。
　（Ｃ）に、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅを概略的に示す。時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅの割合は多い。
　このように、基本方法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値の真の値に対する増加割合も大きくなる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断する可能性がある。
　また、正常触媒と異常触媒の間での酸素量計測値の差を拡大することができず、特にこれらの差が元々小さい触媒の場合では、十分な診断精度を確保できない虞がある。近年では、触媒の貴金属量を低減する傾向にあり、こうした触媒では、正異常触媒間での吸放出可能な酸素量の差が元々小さい。よって誤差割合が大きいと、正異常触媒間での微妙な酸素量の差を見分けることができず、十分な診断精度を確保できない虞がある。
　こうした問題は、触媒後センサ出力の反転時付近における制御遅れにも起因している。すなわち、触媒後センサ１８には、リッチガスが実際に供給されても出力が直ぐにリッチ側に切り替わらないという応答遅れがある。また、燃焼室３内の空燃比がリッチに切り替えられてから、そのリッチガスが触媒付近に到達するまでに時間を要するという輸送遅れも存在する。これら応答遅れと輸送遅れを含めて制御遅れという。制御遅れ期間中は、未浄化のリッチガスが触媒から排出されるので、エミッションが悪化する。
　図７の例において、リッチガスが触媒から顕著に漏れ出した時刻ｔ２で、瞬時に触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達すれば、応答遅れによるエミッション悪化は抑制される。しかしながら実際にはそうならないために応答遅れによるエミッション悪化が顕著となる。また、仮に時刻ｔ３で空燃比がリーンに切り替えられたとしても、輸送遅れ期間中は触媒にリッチガスが供給され、かつそのリッチガスを触媒では処理できない。よって輸送遅れによるエミッション悪化も発生する。
　上述の例はリッチ制御の場合であるが、リーン制御の場合にも同様の問題がある。
　そこでこの問題を解決するため、本実施形態では、次のように診断方法を基本方法から変更する。概略的に述べると、まず酸素量の計測自体を廃止する。
　次に、触媒後センサ出力の反転後の挙動に着目し、これを利用する。触媒の酸素吸放出が実質的に終了した後は、触媒中で未処理のガス（リッチガスまたはリーンガス）が触媒から流出する。このとき、触媒の異常度合いが大きいほど、未反応ガスのリッチ度合いまたはリーン度合いが強く、触媒後センサ出力は速く大きく変化する傾向にある。よって反転後の触媒後センサ出力の挙動を利用すれば、触媒の異常度合いを推定することができる。
　そして好ましくは、触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早いタイミングに設定する。より好ましくは、触媒後センサ出力の反転タイミングを、図６および図７に示した時刻ｔ２の如き、実質的な酸素吸放出終了タイミングにできるだけ近づけるようにする。これにより、触媒の酸素吸放出が実質的に終了した後に、未処理のガス（リッチガスまたはリーンガス）が触媒から流出してしまうことを抑制できる。そしてこの未処理ガスに起因する診断誤差やエミッション悪化を抑制できる。
　図８には、本実施形態の異常診断における各値の推移を示す。（Ａ）は、正常触媒の場合における目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。（Ｂ）は、異常触媒の場合における目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。
　（Ｃ）は、正常触媒の場合と異常触媒の場合における触媒後センサ出力Ｖｒを示す。（Ｄ）は、上流触媒１１から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を示す。図中の各値について、正常触媒の場合には添字「ｎ」が付され、異常触媒の場合には添字「ａ」が付されている。
　図示するように、時刻ｔ１で、空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられている。その後、正常触媒の場合だと、空燃比制御は時刻ｔ２ｎでリッチ制御に切り替えられ、時刻ｔ３ｎでリーン制御に切り替えられている。異常触媒の場合では、空燃比制御が時刻ｔ２ａでリッチ制御に切り替えられ、時刻ｔ３ａでリーン制御に切り替えられ、時刻ｔ４ａでリッチ制御に切り替えられている。このように、本実施形態においてもアクティブ空燃比制御は依然として実行される。
　これら切替タイミングを規定する触媒後センサ出力Ｖｒの閾値は、二種類の閾値からなり、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値ＶＬＸと、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値ＶＲＸとからなる。
　図９に示すが、リーン閾値ＶＬＸは、リーン判定値ＶＬよりもリッチ側の値に設定され、リッチ閾値ＶＲＸは、リッチ判定値ＶＲＸよりもリーン側の値に設定されている。特に図８に示す例では、リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸとが互いに等しい値に設定されており、とりわけ、図５に示すストイキ相当値Ｖｓｔ（例えば０．５（Ｖ））と等しい値に設定されている。
　これによると、触媒後センサ出力Ｖｒの反転タイミングおよび空燃比制御の切替タイミングが、上述の基本方法（図３，図４）よりも早くなる。よって、触媒の実質的な酸素吸放出終了後に触媒から流出する未処理ガスの影響をできるだけ排除し、診断誤差を縮小することができる。
　また、図８で着目すべきは、触媒後センサ出力Ｖｒが閾値ＶＬＸ，ＶＲＸに達した後の触媒後センサ出力Ｖｒの挙動である。例えばリーン制御への切り替え（ｔ１）の後、異常触媒の場合には、正常触媒の場合よりも、触媒後センサ出力Ｖｒが急速にリッチ側に上昇し、その最大ピーク（リッチピーク）の値も大きい。
　逆にリッチ制御への切り替え（ｔ２ｎ，ｔ２ａ）の後だと、異常触媒の場合には、正常触媒の場合よりも、触媒後センサ出力Ｖｒが急速にリーン側に低下し、その最小ピーク（リーンピーク）の値も小さい。
　このように、触媒が異常傾向にあるほど、切替後の触媒後センサ出力Ｖｒはより急速に、大きく変化する。従って、このような触媒後センサ出力Ｖｒの挙動の違いを利用することで、触媒の異常度合いを好適に、しかも高精度で推定可能である。
　具体的には、触媒後センサ出力Ｖｒが閾値ＶＬＸ，ＶＲＸに達した後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達する第１時点から、触媒後センサ出力Ｖｒが次に閾値ＶＬＸ，ＶＲＸに達する第２時点までの触媒後センサ出力Ｖｒの変化率Ｈに基づき、触媒が正常か異常かを判定する。
　正常触媒の場合、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達して（ｔ１）リーン制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ１１ｎでストイキに達する。この時刻ｔ１１ｎが第１時点となる。そして、触媒後センサ出力Ｖｒが次にリーン閾値ＶＬＸに達するのが時刻ｔ２ｎである。この時刻ｔ２ｎが第２時点となる。時刻ｔ１１ｎから時刻ｔ２ｎまでの間における触媒後センサ出力Ｖｒの変化率Ｈｎは、時刻ｔ１１ｎと時刻ｔ２ｎにおける触媒後センサ出力Ｖｒの差を、時刻ｔ１１ｎから時刻ｔ２ｎまでの時間で除して算出される。すなわち変化率ＨｎはＨｎ＝｛（Ｖｒ（ｔ２ｎ）－Ｖｒ（ｔ１１ｎ）｝／（ｔ２ｎ－ｔ１１ｎ）で表される。但し、Ｖｒ（ｔ１１ｎ）は時刻ｔ１１ｎにおける触媒後センサ出力、Ｖｒ（ｔ２ｎ）は時刻ｔ２ｎにおける触媒後センサ出力である。この変化率Ｈｎは図中に示されるような傾きに該当し、時間変化率或いは変化速度を意味する。
　同様に、異常触媒の場合だと、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達して（ｔ１）リーン制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ１１ａでストイキに達する。この時刻ｔ１１ａが第１時点となる。そして、触媒後センサ出力Ｖｒが次にリーン閾値ＶＬＸに達するのが時刻ｔ２ａである。この時刻ｔ２ａが第２時点となる。時刻ｔ１１ａから時刻ｔ２ａまでの間における触媒後センサ出力Ｖｒの変化率Ｈａは、Ｈａ＝｛（Ｖｒ（ｔ２ａ）－Ｖｒ（ｔ１１ａ）｝／（ｔ２ａ－ｔ１１ａ）で表される。
　異常触媒の変化率Ｈａの絶対値（或いは傾き）は、正常触媒の変化率Ｈｎの絶対値（或いは傾き）より大きい。よって変化率Ｈの絶対値は触媒の異常度合いを表す。変化率Ｈの絶対値を所定の異常判定値βと比較することで、触媒が正常か異常かを好適に判定することができる。
　なお、図から分かるように、リーン制御時の変化率Ｈは負の値を有する。
　リッチとリーンが逆の場合、すなわち、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸに達し、リッチ制御に切り替えられた後についても簡単に説明する。
　正常触媒の場合、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ２１ｎでストイキに達し、触媒後センサ出力Ｖｒが時刻ｔ３ｎで次の閾値であるリッチ閾値ＶＲＸに達する。この間の触媒後センサ出力Ｖｒの変化率Ｈｎは、Ｈｎ＝｛（Ｖｒ（ｔ３ｎ）－Ｖｒ（ｔ２１ｎ）｝／（ｔ３ｎ－ｔ２１ｎ）で表される。
　他方、異常触媒の場合だと、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ２１ａでストイキに達し、触媒後センサ出力Ｖｒが時刻ｔ３ａで次の閾値であるリッチ閾値ＶＲＸに達する。この間の触媒後センサ出力Ｖｒの変化率Ｈａは、Ｈａ＝｛（Ｖｒ（ｔ３ａ）－Ｖｒ（ｔ２１ａ）｝／（ｔ３ａ－ｔ２１ａ）で表される。これらの場合、変化率Ｈは正の値を有する。
　ところで、上述の変化率Ｈは、分母が時間であり、単位時間当たりの変化率として定義されている。一方、こうすると、排気ガス流量の大小によって変化率Ｈが変化し、排気ガス流量が多いほど変化率Ｈが大きくなってしまうという問題が懸念される。
　そこで代替的に、排気ガス流量の影響を無くすため、変化率Ｈの分母を排気ガス量とし、変化率Ｈを排気ガス量当たりの変化率と定義してもよい。具体的には、例えば時刻ｔ１１ａから時刻ｔ２ａまでの異常触媒の変化率Ｈａで述べると、時刻ｔ１１ａから時刻ｔ２ａまで、排気ガス流量を積算してその期間内に触媒を通過した排気ガス量Ｍを求める。そしてこの排気ガス量Ｍで｛（Ｖｒ（ｔ２ａ）－Ｖｒ（ｔ１１ａ）｝を除し、得られた値を変化率Ｈａとする。
　排気ガス流量は、排気ガス流量センサを別途設けて直接検出してもよいが、本実施形態の場合、エアフローメータ５で検出された吸入空気量Ｇａの値を以て代用する。
　図８（Ｄ）に示すＮＯｘ濃度Ｃｎ，Ｃａは、リーン制御（ｔ１～ｔ２ｎ若しくはｔ１～ｔ２ａ）の終了直後に触媒から排出されるＮＯｘの濃度である。このＮＯｘ濃度Ｃｎ，Ｃａは、リーン制御終了直後の触媒後センサ出力Ｖｒの挙動と相関関係がある。すなわち、触媒が異常傾向にあり、触媒後センサ出力Ｖｒが急速に大きく変化するほど（すなわち変化率Ｈの絶対値が大きいか若しくはリーンピークの値が小であるほど）、ＮＯｘ濃度は急速に大きく増大し、エミッションは悪化する傾向にある。
　もっとも、触媒後センサ出力Ｖｒの反転タイミングが基本方法より早められているので、エミッションの悪化度合いは基本方法よりは少ない。
　図９は、基本方法との違いを分かり易くするため、図３および図４を本実施形態に即するよう修正した図である。リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸとはストイキ相当値Ｖｓｔに等しく設定されている。
　例えばリッチ制御期間中（本実施形態ではｔ１～ｔ２）、基本方法では触媒後センサ出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きなリッチ判定値ＶＲまで上昇しなければ、切り替えが行われなかった。これに対し本実施形態だと、触媒後センサ出力Ｖｒが、リッチ判定値ＶＲよりリーン側のリッチ閾値ＶＲＸに上昇すれば切り替えが行われ、より早いタイミングで切り替えが行われる。
　リッチ閾値ＶＲＸは、リッチ判定値ＶＲより小さく且つストイキ相当値Ｖｓｔよりも若干大きな（リッチ側の）値に設定することもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さな（リーン側の）値に設定することもできる。リーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）よりも小さな値ＶＲＸ’に設定したり、リーン判定値ＶＬと等しい値ＶＲＸ”に設定したり、リーン判定値ＶＬとストイキ相当値Ｖｓｔの間の値ＶＲＸ”’に設定したりすることも可能である。
　或いは、触媒後センサ出力Ｖｒが上昇し始めたタイミング、具体的には触媒後センサ出力Ｖｒの微分値が所定の正の値より大きくなったタイミングにおける当該触媒後センサ出力Ｖｒの値を、リッチ閾値ＶＲＸと定めてもよい。このタイミングが、触媒が酸素放出を実質的に終了したタイミングと考えられるからである。特に異常度合いの大きい触媒の場合、触媒後センサ出力Ｖｒの微分値を用いた方が触媒の実質的な酸素吸放出終了タイミングを好適に検知できる場合がある。
　他方、リーン制御期間中（本実施形態ではｔ２～ｔ３）、基本方法では触媒後センサ出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さなリーン判定値ＶＬまで低下しなければ、切り替えは行われなかった。これに対し本実施形態だと、触媒後センサ出力Ｖｒが、リーン判定値ＶＬよりリッチ側のリーン閾値ＶＬＸに低下すれば切り替えが行われ、より早いタイミングで切り替えが行われる。
　リーン閾値ＶＬＸは、リーン判定値ＶＬより大きく且つストイキ相当値Ｖｓｔよりも若干小さな（リーン側の）値に設定することもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きな（リッチ側の）値に設定することもできる。リッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）よりも大きな値ＶＬＸ’に設定したり、リッチ判定値ＶＲと等しい値ＶＬＸ”に設定したり、リッチ判定値ＶＲとストイキ相当値Ｖｓｔの間の値ＶＬＸ”’に設定したりすることも可能である。触媒後センサ出力Ｖｒが低下し始めたタイミング、具体的には触媒後センサ出力Ｖｒの微分値が所定の負の値より小さくなったタイミングにおける当該触媒後センサ出力Ｖｒの値を、リーン閾値ＶＬＸと定めてもよい。
　リッチ閾値ＶＲＸとリーン閾値ＶＬＸを互いに等しい値に設定する場合、これら閾値ＶＲＸ，ＶＬＸをストイキ相当値Ｖｓｔ付近に設定してもよい。ストイキ相当値Ｖｓｔより若干大きな（リッチ側の）値に設定することもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔより若干小さな（リーン側の）値に設定することもできる。いずれにしても、リッチ閾値ＶＲＸおよびリーン閾値ＶＬＸは、試験結果等を考慮して最適な値に定めることができる。
　本実施形態では、図示されるような放出酸素量ＯＳＣｂおよび吸蔵酸素量ＯＳＣａは計測されない。或いは、計測されたとしてもそれらの値は診断の基礎とされない。これらを計測しないこととすれば、ＥＣＵ２０の演算負荷を大幅に軽減することができる。
　ところで、本実施形態は次のような実施例も可能である。すなわち、単純化のため図８に示す異常触媒の場合について説明すると、リーン制御中の時刻ｔ１１ａから時刻ｔ２ａまでの変化率Ｈａのみに基づいて触媒の正異常判定を行い、リッチ制御中の時刻ｔ２１ａから時刻ｔ３ａまでの変化率Ｈａは診断の基礎に用いない。
　リッチ制御の後期には、触媒から流出したリッチガスが触媒後センサ１８に供給され、その出力がリッチ側に変化する。リッチガスには、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）といった拡散速度が比較的速い排ガス成分が含まれている。このため、触媒後センサ出力は真の値より若干リッチ側にずれる傾向がある。この影響で、触媒後センサ出力がＶｒ（ｔ２１ａ）からＶｒ（ｔ３ａ）に変化するときの変化率の絶対値ないし変化速度は、真の値より大きくなる可能性がある。
　他方、リーン制御の後期には、触媒から流出したリーンガスが触媒後センサ１８に供給され、その出力がリーン側に変化する。リーンガスには上述の水素、メタンといった成分があまり含まれておらず、むしろ酸素（Ｏ２）、ＮＯｘといった拡散速度が通常レベルの排ガス成分が多く含まれている。このため、触媒後センサ出力の上述のようなずれは起こりにくい。触媒後センサ出力がＶｒ（ｔ１１ａ）からＶｒ（ｔ２ａ）に変化するときの変化率の絶対値ないし変化速度は、真の値に等しいとみなせる。
　よって、リーン制御中の変化率Ｈａのみに基づいて触媒の正異常判定をすれば、変化率の検出精度を向上し、診断精度を向上することが期待できる。
　［本実施形態の異常診断処理］
　次に、ＥＣＵ２０が実行する本実施形態の異常診断処理について説明する。まず図１０を用いて、アクティブ空燃比制御のルーチンを説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。ここで図８および図９に示したように、リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸはそれぞれストイキ相当値Ｖｓｔ（例えば０．５（Ｖ））と等しい値に設定されている。
　最初のステップＳ１０１では、診断許可フラグがオンとなったか否かが判断される。診断許可フラグは、診断の前提条件が成立した場合にオンとなる。ここでいう前提条件には、（１）吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとが所定の関係を満たしている、という条件が含まれる。吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５で検出される。触媒温度Ｔｃは、エンジン運転状態に基づきＥＣＵ２０により推定されるが、温度センサで直接検出してもよい。
　エンジンが定常運転している場合、即ちエンジンの回転速度と負荷がほぼ一定の場合、吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの間には一定の相関関係が存在する。他方、両者が大きくかけ離れているときは、エンジンが定常運転状態になく、加速又は減速即ち過渡運転が行われている状態とみなせる。
　そこで定常運転時の吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの関係を予めマップ化し、マップ値を中心とした所定範囲内に両者の実際値があるときに、定常運転中であるとして診断を許可する。逆に、その所定範囲内に両者の実際値がないときは、非定常運転中であるとして診断を禁止する。こうすることで一定以上の診断精度を確保可能となる。このように条件（１）は、実質的に、エンジンが定常運転中であるということを意味する。
　また前提条件には、（２）少なくとも上流触媒１１が活性化している、（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性化している、（４）現トリップ中で診断が未完了である、の各条件が含まれる。
　（２）については、推定触媒温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（３）については、ＥＣＵ２０によって推定される触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の素子温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（４）について、トリップとは、エンジンの１回の始動から停止までの期間をいう。本実施形態では１トリップ当たりに１回、診断を実行するようにしており、現トリップ中で未だ診断が１回も完了していない場合に（４）が成立する。
　診断許可フラグがオンとなってない場合（オフの場合）、ルーチンが終了される。他方、診断許可フラグがオンとなった場合には、ステップＳ１０２以降においてアクティブ空燃比制御が実行される。
　まずステップＳ１０２において、現時点が初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔの設定時期か否かが判断される。判断結果がノーであればステップＳ１０６に進む。
　判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０３に進んで、現時点の触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸより大きい（リッチ側）か否かが判断される。
　判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０４に進んで目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン（例えば１５．１）に設定される。他方、判断結果がノーの場合、ステップＳ１０５に進んで目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ（例えば１４．１）に設定される。そしてルーチンが終了される。
　このように、アクティブ空燃比制御開始直前の実際の触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ側であれば、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーンに設定され、アクティブ空燃比制御はリーン制御から開始される。逆に、アクティブ空燃比制御開始直前の実際の触媒後センサ出力Ｖｒがリーン側であれば、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチに設定され、アクティブ空燃比制御はリッチ制御から開始される。
　初回目標空燃比Ａ／Ｆｔの設定後は、ステップＳ１０２からステップＳ１０６に進むことになる。ステップＳ１０６では、現時点の目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチか否かが判断される。
　目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチの場合、ステップＳ１０７に進んで、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸ以上になったか否か、即ち触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ側に反転したか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了される。イエスの場合にはステップＳ１０８において目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンに設定され、リッチ制御からリーン制御への切り替えがなされた後、ルーチンが終了される。
　他方、ステップＳ１０６で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンの場合、ステップＳ１０９に進んで、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸ以下（リーン側）になったか否か、即ち触媒後センサ出力Ｖｒがリーン側に反転したか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了される。イエスの場合にはステップＳ１１０において目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチに設定され、リーン制御からリッチ制御への切り替えがなされた後、ルーチンが終了される。
　次に、図１１を用いて、変化率検出のためのルーチンを説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
　ステップＳ２０１では、診断許可フラグがオンであり、且つ、目標空燃比Ａ／Ｆｔが設定済みか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ２０２に進む。
　ステップＳ２０２では、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替え履歴があるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ２０３に進む。
　ステップＳ２０３では、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチか否かが判断される。目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチの場合、ステップＳ２０４に進み、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチでない（リーンである）場合、ステップＳ２１０に進む。
　ステップＳ２０４では、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキ以下になったか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ２０５に進む。
　ステップＳ２０５では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが最初にストイキ以下になった時点（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達した時点）ｔ１における触媒後センサ出力Ｖｒ１が取得済みであるか否かが判断される。
　取得済みでない場合、ステップＳ２０６において、その時点ｔ１の触媒後センサ出力Ｖｒ１が取得され、ステップＳ２０７に進む。他方、取得済みである場合、ステップＳ２０６をスキップしてステップＳ２０７に進む。
　ステップＳ２０７では、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸ以上になったか否か、即ち触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ側に反転したか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了される。
　イエスの場合には、ステップＳ２０８において、触媒後センサ出力Ｖｒが最初にリッチ閾値ＶＲＸ以上になった時点（すなわち触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達した時点）ｔ２における触媒後センサ出力Ｖｒ２が取得される。
　そして、ステップＳ２０９で、リッチ制御時の触媒後センサ出力変化率ＨＲがＨＲ＝（Ｖｒ２－Ｖｒ１）／（ｔ２－ｔ１）により算出され、ルーチンが終了される。
　他方、ステップＳ２１０では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキ以上になったか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ２１１に進む。
　ステップＳ２１１では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが最初にストイキ以上になった時点（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達した時点）ｔ３における触媒後センサ出力Ｖｒ３が取得済みであるか否かが判断される。
　取得済みでない場合、ステップＳ２１２において、その時点ｔ３の触媒後センサ出力Ｖｒ３が取得され、ステップＳ２１３に進む。他方、取得済みである場合、ステップＳ２１２をスキップしてステップＳ２１３に進む。
　ステップＳ２１３では、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸ以下になったか否か、即ち触媒後センサ出力Ｖｒがリーン側に反転したか否かが判断される。ノーの場合にはルーチンが終了される。
　イエスの場合には、ステップＳ２１４において、触媒後センサ出力Ｖｒが最初にリーン閾値ＶＬＸ以下になった時点（すなわち触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸに達した時点）ｔ４における触媒後センサ出力Ｖｒ４が取得される。
　そして、ステップＳ２１５で、リーン制御時の触媒後センサ出力変化率ＨＬがＨＬ＝（Ｖｒ４－Ｖｒ３）／（ｔ４－ｔ３）により算出され、ルーチンが終了される。
　次に、図１２を用いて、触媒の正異常判定のためのルーチンを説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。ここで説明するのは、リッチ制御時変化率ＨＲを用いて正異常判定する方法である。
　ステップＳ３０１では、診断完了フラグがオンか否かが判断される。イエスの場合には終了され、ノーの場合（オフの場合）にはステップＳ３０２に進む。
　ステップＳ３０２では、リッチ制御時変化率ＨＲが算出済みであるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ３０３に進む。
　ステップＳ３０３では、リッチ制御時変化率ＨＲの絶対値が所定のリッチ制御時異常判定値βＲと比較される。ＨＲ≧βＲのときにはステップＳ３０４で触媒は異常と判定され、ＨＲ＜βＲのときにはステップＳ３０５で触媒は正常と判定される。
　そして、ステップＳ３０６で診断完了フラグがオンされ、診断許可フラグがオフされ、ルーチンが終了される。
　図１３には、触媒の正異常判定のための別のルーチンを示す。このルーチンは、リッチ制御時変化率ＨＲの代わりにリーン制御時変化率ＨＬを用いる点で前記ルーチンと相違し、その他はほぼ同様である。ステップＳ４０１、Ｓ４０４～Ｓ４０６は前記ステップＳ３０１、Ｓ３０４～３０６と同様である。
　ステップＳ４０２では、リーン制御時変化率ＨＬが算出済みであるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ４０３に進む。
　ステップＳ４０３では、リーン制御時変化率ＨＬの絶対値が所定のリーン制御時異常判定値βＬと比較される。ＨＬ≧βＬのときにはステップＳ４０４で触媒は異常と判定され、ＨＬ＜βＬのときにはステップＳ４０５で触媒は正常と判定される。
　なお、ここでは一つのリッチ制御時変化率ＨＲまたはリーン制御時変化率ＨＬに基づいて正異常判定を行う例を示した。しかしながら、これに限定されず、例えば１回のアクティブ空燃比制御中における複数のリッチ制御時変化率ＨＲの平均値に基づいて正異常判定を行ってもよい。或いは、１回のアクティブ空燃比制御中における複数のリーン制御時変化率ＨＬの平均値に基づいて正異常判定を行ってもよい。或いは、１回のアクティブ空燃比制御中における複数ずつのリッチ制御時変化率ＨＲおよびリーン制御時変化率ＨＬの平均値に基づいて正異常判定を行ってもよい。
　また、前記リッチ閾値ＶＲＸは、排気ガス流量、具体的にはその代用値である吸入空気量Ｇａに基づき、図１４に示すようなマップに従って設定してもよい。この場合、リッチ閾値ＶＲＸは一定値に固定されておらず、吸入空気量Ｇａに応じて変化させられる。
　このマップによれば、吸入空気量Ｇａが多いほどリッチ閾値ＶＲＸが小さく（リーン側に）され、より早いタイミングでリーン制御への切り替えが行われる。これにより、排気ガス流量の大小が切替後の触媒後センサ出力Ｖｒに及ぼす影響を少なくすることができる。
　同様に、前記リーン閾値ＶＬＸも、排気ガス流量、具体的にはその代用値である吸入空気量Ｇａに基づき、図１５に示すようなマップに従って設定してもよい。この場合、リーン閾値ＶＬＸも一定値に固定されておらず、吸入空気量Ｇａに応じて変化させられる。
　このマップによれば、吸入空気量Ｇａが多いほどリーン閾値ＶＬＸが大きく（リッチ側に）され、より早いタイミングでリッチ制御への切り替えが行われる。これにより、排気ガス流量の大小が切替後の触媒後センサ出力Ｖｒに及ぼす影響を少なくすることができる。
　このように、本実施形態によれば、吸放出酸素量を計測せず或いは考慮せず、触媒後センサ出力が閾値に達した後の触媒後センサ出力の変化率に基づき、触媒が正常か異常かを判定する。よって実際に吸放出されてない酸素量を計測してしまうことによる計測誤差をなくし、診断精度を向上すると共に誤診断を抑制することができる。
　また、空燃比制御の切替タイミングを基本方法よりも早められるので、このことによってもさらに診断精度を向上し、誤診断を抑制することができる。
　こうして診断精度が向上した結果、微妙な異常度合いの差も判別できるようになり、その差が元々小さい触媒の場合でも、十分な診断精度を確保することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。上記の説明ではリーン側とリッチ側若しくは吸蔵側と放出側の一方のみしか説明していない箇所があるが、この一方に対する説明によって他方も理解されることが当業者にとって明らかであろう。前記実施形態では触媒前センサ１７により触媒前空燃比を直接検出したが、ＥＣＵ２０により触媒前空燃比をエンジン運転状態に基づいて推定してもよい。いずれにしても、少なくともＥＣＵ２０が、触媒前空燃比を取得する取得手段を構成する。
　本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

Claims (8)

  1. 　内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
    　触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比を取得する取得手段と、
    　触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
    　触媒上流側の空燃比をストイキを境にリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御手段と、
    　前記触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
    　を備え、
    　前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒後センサの出力が所定の閾値に達したと同時に前記リーン制御と前記リッチ制御とを切り替え、
    　前記判定手段は、前記触媒後センサ出力が前記閾値に達した後に前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに達する第１時点から、前記触媒後センサ出力が次に前記閾値に達する第２時点までの前記触媒後センサ出力の変化率に基づき、前記触媒が正常か異常かを判定する
    　ことを特徴とする触媒異常診断装置。
  2. 　前記閾値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値とからなり、
    　前記リーン閾値は、前記触媒後センサ出力のストイキ相当値よりもリーン側に定められた基準のリーン判定値よりもリッチ側の値に設定され、
    　前記リッチ閾値は、前記ストイキ相当値よりもリッチ側に定められた基準のリッチ判定値よりもリーン側の値に設定されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。
  3. 　前記リーン閾値と前記リッチ閾値が、互いに等しい値に設定されている
    　ことを特徴とする請求項２に記載の触媒異常診断装置。
  4. 　前記リーン閾値と前記リッチ閾値が、前記ストイキ相当値と等しい値に設定されている
    　ことを特徴とする請求項２または３に記載の触媒異常診断装置。
  5. 　前記リーン閾値が、前記ストイキ相当値よりリッチ側の値に設定され、前記リッチ閾値が、前記ストイキ相当値よりリーン側の値に設定されている
    　ことを特徴とする請求項２に記載の触媒異常診断装置。
  6. 　前記リーン閾値と前記リッチ閾値が、排気ガス流量に応じて設定される
    　ことを特徴とする請求項２に記載の触媒異常診断装置。
  7. 　前記変化率が、前記第１時点と前記第２時点における前記触媒後センサ出力の差を、前記第１時点から前記第２時点までの時間で除してなる値である
    　ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の触媒異常診断装置。
  8. 　前記変化率が、前記第１時点と前記第２時点における前記触媒後センサ出力の差を、前記第１時点から前記第２時点までの排気ガス量で除してなる値である
    　ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の触媒異常診断装置。
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