特開 2022-178580 触媒劣化判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022178580

(43)【公開日】2022-12-02

(54)【発明の名称】触媒劣化判定方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20221125BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20221125BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20221125BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 345

F02D41/22

F02D13/02 Z

F01N3/18 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021085479

(22)【出願日】2021-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】奥出 竜騎

(72)【発明者】

【氏名】藪 聡

【テーマコード（参考）】

3G091

3G092

3G301

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA17

3G091AB03

3G091BA14

3G091BA15

3G091BA19

3G091BA33

3G091CB07

3G091EA01

3G091EA05

3G091EA34

3G091FA05

3G091HA36

3G091HA37

3G091HA42

3G092CB05

3G092DA01

3G092DA02

3G092DA08

3G092EA03

3G092EA04

3G092EA08

3G092FA37

3G092FB06

3G092HA13Z

3G092HD06Z

3G092HD10Z

3G301JA15

3G301JB09

3G301KA26

3G301LA07

3G301MA24

3G301NA08

3G301NC02

3G301NE11

3G301NE12

3G301PD08Z

3G384BA14

3G384BA26

3G384BA31

3G384DA43

3G384EB03

3G384EB04

3G384ED07

3G384EE31

3G384FA42Z

(57)【要約】

【課題】未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことのない触媒劣化判定方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気流路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定方法であって、排気流路において、触媒よりも上流側の第一酸素量及び触媒よりも下流側の第二酸素量を取得する酸素量取得ステップと、第一酸素量及び第二酸素量に基づいて、触媒の劣化判定を行う判定ステップと、を含んでおり、判定ステップは、内燃機関の燃料供給が停止される燃料カットタイミングで、排気流路に流通する酸素量を低下させながら劣化判定を行う。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気流路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定方法であって、
前記排気流路において、前記触媒よりも上流側の第一酸素量及び前記触媒よりも下流側の第二酸素量を取得する酸素量取得ステップと、
前記第一酸素量及び前記第二酸素量に基づいて、前記触媒の劣化判定を行う判定ステップと、を含んでおり、
前記判定ステップは、前記内燃機関の燃料供給が停止される燃料カットタイミングで、前記排気流路に流通する酸素量を低下させながら前記劣化判定を行う触媒劣化判定方法。

【請求項2】

前記判定ステップは、吸気バルブの閉弁時期として、ピストンの上死点の近傍で前記吸気バルブを閉弁させるように調整することにより、前記排気流路に流通する酸素量を低下させる請求項１に記載の触媒劣化判定方法。

【請求項3】

前記判定ステップは、排気バルブの弁開閉時期として、ピストンの上死点と下死点との中間付近で前記排気バルブを開弁させると共に、前記下死点と前記上死点の中間付近で前記排気バルブを閉弁させるように調整することにより、前記排気流路に流通する酸素量を低下させる請求項１に記載の触媒劣化判定方法。

【請求項4】

前記判定ステップは、吸気バルブの弁開閉時期として、前記上死点の近傍における遅角側で前記吸気バルブを開弁させると共に、前記下死点と前記上死点の中間付近で前記吸気バルブを閉弁させるように調整する請求項３に記載の触媒劣化判定方法。

【請求項5】

前記判定ステップは、前記第一酸素量が第一閾値以上となった時刻から前記第二酸素量が第二閾値以上となった時刻までの判定時間が、所定値以下であれば前記触媒が劣化していると判定する請求項１～４のいずれか一項に記載の触媒劣化判定方法。

【請求項6】

前記判定ステップは、前記燃料カットタイミングよりも前の所定時間に亘る前記第一酸素量に基づいて前記触媒に残っている残存触媒酸素量を推定し、推定された前記残存触媒酸素量が吸蔵閾値以下であるときにのみ前記劣化判定を行う請求項５に記載の触媒劣化判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気流路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、触媒劣化判定方法として、内燃機関の排気流路に流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリーン側とリッチ側とに切り替わるように、燃料の供給量を調整しながら触媒の劣化判定を行うアクティブ空燃比制御が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

【0003】

特許文献１に記載の技術は、内燃機関の燃料供給タイミングにおいて、排気バルブの開弁時期を遅角側に制御し、触媒の劣化判定を行うものである。これにより、排気流路を流通する排気ガスの流速増大に伴って触媒の酸素吸蔵容量の計測値が低下し、誤判定を招くという不都合を防止している。

【0004】

特許文献２に記載の技術は、内燃機関の燃料供給タイミングにおいて、触媒よりも下流側に設けられた空燃比センサにおいて、リッチピーク値から理論空燃比に至るまでの時間と、理論空燃比からリッチピーク値に至るまでの時間との比に基づいて、触媒の劣化判定を行うものである。

【0005】

特許文献３に記載の技術は、内燃機関の燃料供給タイミングにおいて、触媒よりも下流側に設けられたＮＯｘセンサにおいて、空燃比がリッチ運転状態にあるときに計測されたＮＯｘ濃度を診断閾値と比較することにより、触媒の劣化判定を行うものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８－１２１４６４号公報

【特許文献2】特開２０１４－１５８９１号公報

【特許文献3】特開２０２０－４５８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

触媒は、理論空燃比にあるときに最も浄化効率が高く、理論空燃比よりもリッチ側にあるときに酸素を放出して一酸化炭素や炭化水素を酸化し、理論空燃比よりもリーン側にあるときに酸素を吸着してＮＯｘを還元する。従来の触媒劣化判定方法は、触媒の酸素吸蔵能力を確認するために、アクティブ空燃比制御により、酸素を放出する状態と酸素を吸蔵する状態とを意図的に作り出す必要があった。このため、理論空燃比から外れた運転をせざるを得ず、排気ガス浄化能力の低下による未浄化排気ガスの増大、燃費の悪化を招いてしまっていた。

【0008】

そこで、未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことのない触媒劣化判定方法が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る触媒劣化判定方法の特徴は、内燃機関の排気流路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定方法であって、前記排気流路において、前記触媒よりも上流側の第一酸素量及び前記触媒よりも下流側の第二酸素量を取得する酸素量取得ステップと、前記第一酸素量及び前記第二酸素量に基づいて、前記触媒の劣化判定を行う判定ステップと、を含んでおり、前記判定ステップは、前記内燃機関の燃料供給が停止される燃料カットタイミングで、前記排気流路に流通する酸素量を低下させながら前記劣化判定を行う点にある。

【0010】

本方法では、触媒の劣化判定を行うタイミングを、内燃機関の燃料カットタイミングとしているため、燃焼に伴う排気ガスが発生せず、燃費の悪化を招くこともない。また、この燃料カットタイミングは、アクセルペダルを踏まずに車両が慣性力で進行している場合等、頻繁に訪れるため、劣化判定を適切なタイミングで実行することができる。

【0011】

一方、燃料カットタイミングでは、酸素含有空気が排気流路に大量に流れ込むため、酸素吸蔵容量の小さい触媒における劣化判定が難しい。そこで、本方法のように、燃料カットタイミングにおいて排気流路に流通する酸素量を低下させながら劣化判定を行えば、触媒の酸素吸蔵能力が低下しているか否かの劣化判定を正確に行うことができる。このように、未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことのない触媒劣化判定方法を提供できる。

【0012】

他の特徴として、前記判定ステップは、吸気バルブの閉弁時期として、ピストンの上死点の近傍で前記吸気バルブを閉弁させるように調整することにより、前記排気流路に流通する酸素量を低下させる点にある。

【0013】

このように、圧縮行程から膨張行程に移行するピストンの上死点の近傍で閉弁すれば、吸気流路（吸気バルブ側）から燃焼室（ピストン側）に向かって流入した空気が燃焼室から吸気流路に向かってほぼ全量排出され、排気流路に流通する酸素量が極めて微量となる。その結果、酸素吸蔵能力が低下しているか否かの劣化判定を正確に行うことができる。

【0014】

他の特徴として、前記判定ステップは、排気バルブの弁開閉時期として、ピストンの上死点と下死点との中間付近で前記排気バルブを開弁させると共に、前記下死点と前記上死点の中間付近で前記排気バルブを閉弁させるように調整することにより、前記排気流路に流通する酸素量を低下させる点にある。

【0015】

このように、排気バルブを通常のバルブタイミングよりも進角させ、膨張行程における開弁時間と排気行程における開弁時間とが同等になるよう構成すれば、膨張行程でピストンが下死点に向かって移動することにより排気流路から燃焼室に吸い込む空気量と、排気行程でピストンが上死点に向かって移動することにより燃焼室から排気流路へ吐き出す空気量と、が同等となる。その結果、排気流路に流通する酸素量が極めて微量となり、酸素吸蔵能力が低下しているか否かの劣化判定を正確に行うことができる。

【0016】

他の特徴として、前記判定ステップは、吸気バルブの弁開閉時期として、前記上死点の近傍における遅角側で前記吸気バルブを開弁させると共に、前記下死点と前記上死点の中間付近で前記吸気バルブを閉弁させるように調整する点にある。

【0017】

このように、吸気バルブの弁開閉時期を設定すれば、吸気行程でピストンが下死点に向かって移動することにより新気として燃焼室に吸い込む空気量と、圧縮行程でピストンが上死点に向かって移動することにより燃焼室から該新気を吐き出す空気量と、が同等になる。また、上述したように、排気バルブの弁開閉時期を設定することで排気流路内の空気量は変動がないため、ピストンで圧縮される空気は、燃焼室（筒内部）に滞留した空気のみとなる。その結果、同一の空気を圧縮行程及び排気行程で２回圧縮することとなり、暖気を促進することが可能となる。よって、燃料カットタイミングから燃焼タイミングに移行したときに、未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことを防止できる。

【0018】

他の特徴として、前記判定ステップは、前記第一酸素量が第一閾値以上となった時刻から前記第二酸素量が第二閾値以上となった時刻までの判定時間が、所定値以下であれば前記触媒が劣化していると判定する点にある。

【0019】

このように、劣化判定を時間による閾値判定とすれば、判定方法が極めて簡便なものとなる。

【0020】

他の特徴として、前記判定ステップは、前記燃料カットタイミングよりも前の所定時間に亘る前記第一酸素量に基づいて前記触媒に残っている残存触媒酸素量を推定し、推定された前記残存触媒酸素量が吸蔵閾値以下であるときにのみ前記劣化判定を行う点にある。

【0021】

このように、燃料カットタイミングよりも前に推定された残存触媒酸素量が吸蔵閾値以下のときにのみ劣化判定を行えば、触媒の酸素吸蔵余力が大きい状態で劣化判定を行うことが可能となる。その結果、酸素吸蔵残量が大きい状態からゼロとなる状態での時間がより確保され、時間による劣化判定精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】エンジンの断面と制御ユニットとを示す図である。

【図2】弁開閉時期制御機構の断面図である。

【図3】図２のIII－III線断面図である。

【図4】第一実施形態における劣化判定での可変動弁機構のタイミングダイヤグラムである。

【図5】第一実施形態における劣化判定での吸気バルブと排気バルブとのタイミングチャートである。

【図6】第二実施形態における劣化判定での可変動弁機構のタイミングダイヤグラムである。

【図7】第二実施形態における劣化判定での吸気バルブと排気バルブとのタイミングチャートである。

【図8】Ａ／Ｆセンサの検出例を示す図である。

【図9】劣化判定方法のフローチャートである。

【図10】酸素量低下制御のサブルーチンである。

【図11】触媒劣化判定のサブルーチンである。

【図12】判定開始条件を説明する概念図である。

【図13】劣化判定方法を説明する概念図である。

【図14】判定閾値（所定値）を説明する概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥが、吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとを備え、吸気バルブＶａのバルブタイミング（開閉時期）を設定する吸気側可変動弁機構ＶＴａと、排気バルブＶｂのバルブタイミング（開閉時期）を設定する排気側可変動弁機構ＶＴｂとを備えると共に、エンジンＥの駆動を制御しながら吸気側可変動弁機構ＶＴａと排気側可変動弁機構ＶＴｂとを制御するエンジン制御装置４０を備えている。

【0024】

エンジンＥ（内燃機関の一例）は、乗用車等の走行駆動力を得るために車両に備えられたものを示している。特に、エンジン制御装置４０は、エンジンＥの燃料カットタイミングにおいて、吸気バルブＶａのバルブタイミングや排気バルブＶｂのバルブタイミングを制御することにより、未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことのない触媒劣化判定方法を実現する。これらの制御形態は後述する。

【0025】

〔エンジン〕
図１、図２に示すように、エンジンＥは、クランクシャフト１を回転自在に支持するシリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結し、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン４を往復作動自在に収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結して４サイクル型に構成されている。

【0026】

シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとが備えられ、シリンダヘッド３の上部に吸気バルブＶａを制御する吸気カムシャフト７と、排気バルブＶｂを制御する排気カムシャフト８とが備えられている。また、クランクシャフト１の出力プーリ１Ｓと、吸気側可変動弁機構ＶＴａ、排気側可変動弁機構ＶＴｂの夫々の駆動プーリ２１Ｓとに亘ってタイミングベルト６が巻回されている。

【0027】

シリンダヘッド３には、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ９と点火プラグ１０とが備えられている。シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド１１（吸気流路）と、燃焼室の燃焼ガスを、排気バルブＶｂを介して送り出すエキゾーストマニホールド１２（排気流路の一例）とが連結している。更に、エキゾーストマニホールド１２を流通する排気ガスを浄化する触媒１３を備えている。エンジンＥは、エキゾーストマニホールド１２のうち、触媒１３よりも上流側には触媒前Ａ／ＦセンサＳ１が設けられており、触媒１３よりも下流側には触媒後Ａ／ＦセンサＳ２が設けられている。

【0028】

〔可変動弁機構〕
可変動弁機構ＶＴとしての吸気側可変動弁機構ＶＴａ（吸気側弁開閉時期制御機構）と、排気側可変動弁機構ＶＴｂ（排気側弁開閉時期制御機構）とは、共通する構成であるため、図１～図３では、共通する構成に対して共通する符号を付し、区別が必要な部位には区別を可能にする符号を付している。

【0029】

可変動弁機構ＶＴは、駆動ケース２１（吸気駆動側回転体／排気駆動側回転体）と、内部ロータ２２（吸気従動側回転体／排気従動側回転体）とを、カムシャフト（吸気カムシャフト７／排気カムシャフト８）の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置し、これらの相対回転位相を、アクチュエータとしての位相制御モータＭ（吸気側位相制御モータＭａ／排気側位相制御モータＭｂ）の駆動力により調節する位相調節機構Ｇを備えている。

【0030】

駆動ケース２１は、外周に駆動プーリ２１Ｓが形成されている。内部ロータ２２は、駆動ケース２１に内包され、連結ボルト２３によりカムシャフトに連結固定されている。この構成により、内部ロータ２２の外周部位に駆動ケース２１が相対回転自在に支持され、内部ロータ２２は、対応するカムシャフト（吸気カムシャフト７あるいは排気カムシャフト８）と一体回転する。

【0031】

駆動ケース２１の開口部分を覆う位置に、複数の締結ボルト２５によりフロントプレート２４が締結されている。これにより、位相調節機構Ｇと内部ロータ２２との回転軸芯Ｘに沿う方向での変位がフロントプレート２４によって規制される。

【0032】

可変動弁機構ＶＴは、図１及び図３に示すように、タイミングベルト６からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。また、位相制御モータＭの駆動力が位相調節機構Ｇを介して内部ロータ２２に伝えられることで駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が変位する。この変位のうち駆動回転方向Ｓと同方向へ向かう変位方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称している。

【0033】

〔可変動弁機構：位相調節機構〕
位相調節機構Ｇは、図２及び図３に示すように、内部ロータ２２の内周に回転軸芯Ｘと同軸芯に形成したリングギヤ２６と、内部ロータ２２の内周側に偏心軸芯Ｙと同軸芯で回転自在に配置されるインナギヤ２７と、インナギヤ２７の内周側に配置される偏心カム体２８と、フロントプレート２４と、継手部Ｊとを備えている。偏心軸芯Ｙは、回転軸芯Ｘと平行する姿勢で形成されている。

【0034】

リングギヤ２６は複数の内歯部２６Ｔを有し、インナギヤ２７は複数の外歯部２７Ｔを有している。前述したように、内部ロータ２２に対し偏心軸芯Ｙと同軸芯でインナギヤ２７を配置しているため、外歯部２７Ｔの一部がリングギヤ２６の内歯部２６Ｔに咬合している。この位相調節機構Ｇは、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と比較して、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ない内接型遊星ギヤ減速機として構成されている。

【0035】

継手部Ｊは、板材をプレス加工して成る継手部材３３を有しており、この継手部材３３の外周部を駆動ケース２１に係合させ、この継手部材３３の内周部にインナギヤ２７の係合突部２７Ｕに係合させたオルダム継手型に構成されている。これにより、継手部Ｊは、駆動ケース２１に対してインナギヤ２７が偏心する位置関係を維持しつつ、インナギヤ２７と駆動ケース２１とを一体的に回転させる作動を実現する。

【0036】

偏心カム体２８は、全体に筒状であり、内周に対し一対の係合溝２８Ｂが回転軸芯Ｘと平行姿勢で形成されている。偏心カム体２８は、回転軸芯Ｘと同軸芯で回転するようにフロントプレート２４に対し第１軸受３１によって支持され、この支持位置より吸気カムシャフト７の側の部位の外周に偏心カム面２８Ａが形成されている。

【0037】

偏心カム面２８Ａは、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙを中心とする円形（断面形状が円形）に形成されている。この偏心カム面２８Ａに対して第２軸受３２を介してインナギヤ２７が回転自在に支持されている。また、偏心カム面２８Ａに形成した凹部にバネ体２９を嵌め込み、このバネ体２９の付勢力を、第２軸受３２を介してインナギヤ２７に作用させるように構成されている。このような構成から、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの一部にインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの一部が咬合し、バネ体２９の付勢力により咬合状態が維持される。

【0038】

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持され、出力軸Ｍｓに形成された係合ピン３４を偏心カム体２８の内周の係合溝２８Ｂに嵌め込んでいる。詳細を図示していないが、位相制御モータＭは、永久磁石を有するロータと、このロータを取り囲む位置に配置される複数の界磁コイルを有するステータと、ロータの回転が伝達される出力軸Ｍｓとを備えることで三相モータと共通する構造のブラシレス型に構成されている。

【0039】

この可変動弁機構ＶＴでは、エンジンＥの稼動時には、カムシャフトと等しい速度で、出力軸Ｍｓを駆動回転方向Ｓに駆動回転することにより、可変動弁機構ＶＴの相対回転位相を維持する。また、相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる場合には出力軸Ｍｓの回転速度を減じ、相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる場合には出力軸Ｍｓの回転速度を増大する制御が行われる。

【0040】

つまり、位相調節機構Ｇは、位相制御モータＭの駆動により出力軸Ｍｓの回転に伴い偏心カム体２８が、回転軸芯Ｘを中心に回転した際には、インナギヤ２７が回転軸芯Ｘを中心に１回転（公転）する毎に、インナギヤ２７とリングギヤ２６との歯数差に対応する角度だけ、インナギヤ２７とリングギヤ２６とを相対回転（自転）させることになり大きい減速を実現する。その結果、位相制御モータＭの回転速度の制御により、インナギヤ２７に対し継手部Ｊを介して一体回転する駆動ケース２１と、リングギヤ２６に連結ボルト２３により連結するカムシャフトとを相対回転させ、バルブタイミングの調節を実現する。

【0041】

〔バルブタイミング〕
図４～図７は、吸気側可変動弁機構ＶＴａで制御される吸気バルブＶａの吸気タイミングＩｎと、排気側可変動弁機構ＶＴｂで制御される排気バルブＶｂの排気タイミングＥｘとのダイヤグラム及びグラフを示している。

【0042】

〔第一実施形態：触媒劣化判定における吸気側制御〕
図４の左図は、例えば、エンジンＥを始動する際において、吸気バルブＶａが遅角吸気タイミングに設定され、排気バルブＶｂがノーマル排気タイミングに設定された状態における開閉タイミング（開閉時期）を示している。この吸気バルブＶａが遅角吸気タイミングに設定されるとき、吸気開タイミングＩＶＯは、上死点ＴＤＣより遅角側（遅角方向Ｓｂ）にあり、吸気閉タイミングＩＶＣは下死点ＢＤＣより遅角側（遅角方向Ｓｂ）にある。すなわち、ピストン４が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向かう圧縮行程の間に、吸気バルブＶａは開放状態から閉塞状態に移行する。

【0043】

また、排気バルブＶｂがノーマル排気タイミングに設定されるとき、排気閉タイミングＥＶＣは上死点ＴＤＣと一致し、排気開タイミングＥＶＯは下死点ＢＤＣより進角側（進角方向Ｓａ）にある。すなわち、ピストン４が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向かう排気行程の間、排気バルブＶｂは常に開放状態に維持される。

【0044】

このような遅角吸気タイミングにおいて、排気バルブＶｂが排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行し、この移行からクランクシャフト１が設定量だけ回転した後に、吸気バルブＶａが吸気開タイミングＩＶＯにおいて開放を開始し、ピストン４が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向かう圧縮行程の間、吸気バルブＶａは開放状態から閉塞状態に移行する。

【0045】

これにより、例えば、エンジンＥの始動時にはピストン４が上死点ＴＤＣに到達する以前に燃焼室にガスを封入することが可能となり、筒内圧Ｐ（燃焼室の圧力）の上昇によるガスの圧縮によって燃焼室のガスの温度を上昇させ、冷間状態でも点火を容易にしてエンジンＥの始動性の向上を可能にしているのである。

【0046】

一方、図示しないが、車両運転中にエンジンＥの回転速度を上昇させる場合、吸気量を増大させるために、進角吸気タイミングとして、吸気開タイミングＩＶＯを進角方向Ｓａに変化させるように吸気側可変動弁機構ＶＴａが制御される。これにより、排気バルブＶｂが排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行する直前に吸気バルブＶａが吸気開タイミングＩＶＯにおいて開放を開始させ、排気バルブＶｂと吸気バルブＶａとが同時に開放するオーバラップ領域が作られる。

【0047】

本実施形態におけるエンジン制御装置４０は、エンジンＥの燃料供給が停止される燃料カットタイミングにおいて、触媒１３の劣化判定を行うために、吸気側可変動弁機構ＶＴａを制御する。図４の右図及び図５には、触媒１３の劣化判定を実行する際の吸気バルブＶａの吸気タイミングＩｎと、排気バルブＶｂの排気タイミングＥｘとが示されている。本実施形態では、吸気側可変動弁機構ＶＴａが吸気超遅閉タイミングに設定される。この吸気超遅閉タイミングは、吸気側可変動弁機構ＶＴａの吸気閉タイミングＩＶＣを上死点ＴＤＣの近傍、つまり、上死点ＴＤＣと一致、上死点ＴＤＣより若干（５クランク角以内）進角側（進角方向Ｓａ）、又は上死点ＴＤＣより若干（５クランク角以内）遅角側（遅角方向Ｓｂ）に設定することで実現される。

【0048】

このバルブタイミングは、エンジン制御装置４０が、吸気側可変動弁機構ＶＴａを制御することによって作り出される。特に、図４の右図及び図５に示すバルブタイミングを作り出せるように、ピストン４が上死点ＴＤＣに到達した付近で吸気バルブＶａを閉じる（吸気閉タイミングＩＶＣに移行する）ように、吸気側可変動弁機構ＶＴａが吸気バルブＶａを遅角方向Ｓｂに変位させる。また、ピストン４が上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣの間の中間付近で、吸気バルブＶａが開く（吸気開タイミングＩＶＯに移行する）ように吸気側可変動弁機構ＶＴａが制御される。

【0049】

バルブタイミングを具体的に説明すると、遅角吸気タイミングでは、図４の左図に示すように、吸気開タイミングＩＶＯが上死点ＴＤＣより遅角側に設定され、この吸気閉タイミングＩＶＣが下死点ＢＤＣを基準にしてＡＢＤＣ（After Bottom Dead Center）で９０度より大きく設定されている。下死点ＢＤＣを基準にしてＢＢＤＣ（Before Bottom Dead Center）で吸気開タイミングＩＶＯまでの角度を第１角度θ１とした場合に、下死点ＢＤＣを基準にしてＡＢＤＣで吸気閉タイミングＩＶＣまでの角度となる第２角度θ２との関係が、θ１≧θ２となる。

【0050】

一方、吸気超遅閉タイミングでは、図４の右図に示すように、遅角吸気タイミングよりも約７２ＣＡ（クランク角）遅角側に設定され、吸気開タイミングＩＶＯが下死点ＢＤＣを基準にしてＢＢＤＣで９０度より小さく設定されている。これにより吸気閉タイミングＩＶＣが上死点ＴＤＣの近傍に設定されている。下死点ＢＤＣを基準にしてＢＢＤＣで吸気開タイミングＩＶＯまでの角度を第３角度θ３とした場合に、下死点ＢＤＣからＡＢＤＣ＋９０ＣＡを基準にして更にＡＢＤＣで吸気閉タイミングＩＶＣまでの角度となる第４角度θ４との関係が、θ４≧θ３となる。

【0051】

クランク角を横軸に取り、吸気超遅閉タイミングに対応した吸気バルブＶａ及び排気バルブＶｂのリフト量を縦軸に取ったグラフを図５に示している。

【0052】

同図に示すように、クランクシャフト１の回転に伴い、排気バルブＶｂが排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行した後に、吸気バルブＶａが、吸気開タイミングＩＶＯで開放を開始し、リフト量の増大後に低減し、吸気閉タイミングＩＶＣで閉じ状態に移行する。

【0053】

吸気側を吸気超遅閉タイミングに設定することにより、排気バルブＶｂが排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行し、この移行からクランクシャフト１が設定量Ｔ１だけ回転した後に、吸気バルブＶａが吸気開タイミングＩＶＯにおいて開放を開始することになる。そして、圧縮行程では、吸気バルブＶａが開放状態を維持して、ピストン４が上死点ＴＤＣに到達した付近で吸気閉タイミングＩＶＣに移行する。

【0054】

これにより、ピストン４が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに達するまでに吸気バルブＶａを介して燃焼室に吸引された吸入空気量Ｖａｉｒは、ピストン４が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに達するまでに燃焼室から吸気バルブＶａを介してインテークマニホールド１１へと、ほぼ全量戻ることとなる。その結果、排気行程において、燃焼室から排気バルブＶｂを介してエキゾーストマニホールド１２へと吐き出される酸素含有空気が極微量となり、後述する触媒１３の劣化判定を可能にしているのである。

【0055】

〔第二実施形態：触媒劣化判定における排気側制御〕
本実施形態におけるエンジン制御装置４０は、エンジンＥの燃料供給が停止される燃料カットタイミングにおいて、触媒１３の劣化判定を行うために、排気側可変動弁機構ＶＴｂを制御する。図６の右図及び図７は、触媒１３の劣化判定を実行する際の吸気バルブＶａの吸気タイミングＩｎと、排気バルブＶｂの排気タイミングＥｘとを示している。本実施形態では、排気側可変動弁機構ＶＴｂが排気超早閉タイミングに設定される。この排気超早閉タイミングは、排気側可変動弁機構ＶＴｂの排気開タイミングＥＶＯを上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣの間の中間付近（下死点ＢＤＣからＡＢＤＣ＋９０ＣＡを基準にして±２０ＣＡ以内）に設定することで実現される。このとき、吸気バルブＶａの吸気タイミングＩｎは、上述した遅角吸気タイミングに設定することが好ましい。

【0056】

バルブタイミングを具体的に説明すると、ノーマル排気タイミングでは、図６の左図に示すように、排気閉タイミングＥＶＣは上死点ＴＤＣと一致し、排気開タイミングＥＶＯは下死点ＢＤＣより進角側（進角方向Ｓａ）にある。特に、ピストン４が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向かう排気行程の間、排気バルブＶｂは常に開放状態に維持される。

【0057】

一方、排気超早閉タイミングでは、図６の右図に示すように、ピストン４が上死点ＴＤＣに到達する以前に排気バルブＶｂが閉じる（排気閉タイミングＥＶＣに移行する）ように、排気側可変動弁機構ＶＴｂが構成されている。このとき、下死点ＢＤＣを基準にしてＢＢＤＣ（Before Bottom Dead Center）で排気開タイミングＥＶＯまでの角度を第５角度θ５とした場合に、下死点ＢＤＣを基準にしてＡＢＤＣ（After Bottom Dead Center）で排気閉タイミングＥＶＣまでの第６角度θ６との関係が、θ５≒θ６となる。

【0058】

クランク角を横軸に取り、排気超早閉タイミングに対応した吸気バルブＶａ及び排気バルブＶｂのリフト量を縦軸に取ったグラフを図７に示している。

【0059】

同図に示すように、クランクシャフト１の回転に伴い、排気バルブＶｂが、排気開タイミングＥＶＯで開放を開始し、排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行する。また、これに連係して排気バルブＶｂが排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行した後に、吸気バルブＶａが吸気開タイミングＩＶＯで開放を開始し、リフト量の増大後に低減し、吸気閉タイミングＩＶＣにおいて閉じ状態に移行する。

【0060】

特に、排気側を排気超早閉タイミングに設定し、吸気側を遅角吸気タイミングに設定することにより、排気バルブＶｂが排気閉タイミングＥＶＣで閉じ状態に移行し、この移行からクランクシャフト１が設定量Ｔ２だけ回転した後に、吸気バルブＶａが吸気開タイミングＩＶＯにおいて開放を開始することになる。

【0061】

これにより、例えば、ピストン４が上死点ＴＤＣに到達する以前に燃焼室にガスを封入することが可能となり、同図に示すように、ピストン４が２回上昇する際に２回、筒内圧Ｐ（燃焼室の圧力）を上昇させる。このようにピストン４の上昇に伴う筒内圧Ｐによるガスの圧縮によって燃焼室のガスの温度を上昇させ、冷間状態でも点火を容易にしてエンジンＥの始動性の向上を可能にしているのである。

【0062】

また、排気側を排気超早閉タイミングに設定し、吸気側を遅角吸気タイミングに設定した状態で、燃料カットを行うことによりピストン４が上死点ＴＤＣに到達する以前に燃焼室の内部にガスを封入し、筒内圧Ｐの上昇に伴いクランクシャフト１に作用する負荷を増大させ、エキゾースト側に新気を送り出す現象を抑制している。その結果、排気行程において、燃焼室から排気バルブＶｂを介してエキゾーストマニホールド１２へと吐き出される酸素含有空気が極微量となり、後述する触媒１３の劣化判定を可能にしているのである。

【0063】

このように、排気バルブＶｂを通常のバルブタイミングよりも進角させ、膨張行程における開弁時間と排気行程における開弁時間とが同等になるよう構成すれば、膨張行程でピストン４が下死点ＢＤＣに向かって移動することによりエキゾーストマニホールド１２から吸い込む空気量と、排気行程でピストン４が上死点ＴＤＣに向かって移動することによりエキゾーストマニホールド１２へ吐き出す空気量と、が同等となる。その結果、エキゾーストマニホールド１２に流通する酸素量が極めて微量となり、後述する触媒１３の劣化判定を可能にしているのである。

【0064】

また、吸気バルブＶａを遅角吸気タイミングに設定しているので、吸気行程でピストン４が下死点ＢＤＣに向かって移動することによりインテークマニホールド１１から新気として吸い込む空気量と、圧縮行程でピストン４が上死点ＴＤＣに向かって移動することによりインテークマニホールド１１へ新気を吐き出す空気量と、が同等になる。また、上述したように排気バルブＶｂを排気超早閉タイミングに設定することでエキゾーストマニホールド１２内の空気量は変動がないため、ピストン４で圧縮される空気は、燃焼室の内部に滞留した空気のみとなる。その結果、同一の空気を圧縮行程及び排気行程で２回圧縮することとなり、暖気を促進することが可能となる。よって、燃料カットタイミングから燃焼タイミングに移行したときに、未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことを防止できる。

【0065】

〔制御構成〕
図１、図２に示すように、エンジンＥは、クランクシャフト１の近傍位置には回転角の検出が可能なクランク角センサ１６を備え、吸気カムシャフト７の近傍には、吸気カムシャフト７の回転角の検出が可能な吸気側カム角センサ１７を備え、排気カムシャフト８の近傍には排気カムシャフト８の回転角の検出が可能な排気側カム角センサ１８を備えている。また、エンジンＥは、エキゾーストマニホールド１２に酸素吸蔵能力（ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity）を有する触媒１３を備えており、エキゾーストマニホールド１２のうち、触媒１３よりも上流側に触媒前Ａ／ＦセンサＳ１を備え、触媒１３よりも下流側に触媒後Ａ／ＦセンサＳ２を備えている。

【0066】

クランク角センサ１６と、吸気側カム角センサ１７と、排気側カム角センサ１８とは、回転に伴い間欠的にパルス信号を出力するピックアップ型に構成されている。クランク角センサ１６は、クランクシャフト１の回転時にクランクシャフト１の回転基準からのパルス信号をカウントすることで回転基準からの回転角を取得する。これと同様に、吸気側カム角センサ１７と排気側カム角センサ１８とは、吸気カムシャフト７の回転時に吸気カムシャフト７の回転基準からパルス信号をカウントすることで、エンジン制御装置４０において、回転基準からの回転角を取得できるように構成されている。

【0067】

このような構成から、例えば、駆動ケース２１と内部ロータ２２とが所定の基準位相（例えば、中間位相）にある状態でのクランク角センサ１６のカウント値と、吸気側カム角センサ１７、あるいは、排気側カム角センサ１８のカウント値とを記憶しておくことにより、相対回転位相が、基準位相から進角側と遅角側（遅角方向Ｓｂ）との何れに変位しても２種のカウント値の比較により相対回転位相を取得できる。

【0068】

触媒１３は、表面上でＣＯやＨＣの酸化反応とＮＯｘの還元反応とを実行する、所謂三元触媒である。エンジンＥに供給される空気とガソリン（燃料）の混合比率である空燃比（Ａ／Ｆ）に対する三元触媒の浄化特性として、酸素過剰側の雰囲気（理論空燃比１４．６（ストイキ領域）より大きいリーン雰囲気）においてはＣＯやＨＣの浄化率が高く、逆に酸素不足側（理論空燃比よりも小さいリッチ雰囲気）においてはＮＯｘの浄化率が高い。一方、三成分ともに高い浄化率を得るには理論空燃比近傍の狭い範囲に空燃比を制御する必要がある。本実施形態における触媒１３は、この理論空燃比近傍の狭い範囲を拡大するために、酸素過剰領域においては酸素を貯蔵し、酸素不足領域では酸素を放出する酸素吸蔵能力を有している。

【0069】

触媒前Ａ／ＦセンサＳ１は、触媒１３により浄化される前の排気ガス（酸素含有空気）に含まれる燃料に対する空気の比である触媒前空燃比（第一酸素量の一例）を検出する。触媒後Ａ／ＦセンサＳ２は、触媒１３により浄化された後の排気ガス（酸素含有空気）に含まれる燃料に対する空気の比である触媒後空燃比（第二酸素量の一例）を検出する。なお、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１及び触媒後Ａ／ＦセンサＳ２の少なくとも何れか一方に加えて、又は、代えて、酸素濃度を検出するＯ_２センサを設けても良い。つまり、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１は、触媒１３よりも上流側の第一酸素量を検出可能なセンサであれば特に限定されず、同様に、触媒後Ａ／ＦセンサＳ２は、触媒１３よりも下流側の第二酸素量を検出可能なセンサであれば特に限定されない。

【0070】

図１に示すように、エンジン制御装置４０には、クランク角センサ１６と、吸気側カム角センサ１７と、排気側カム角センサ１８との検出信号が入力されると共に、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１及び触媒後Ａ／ＦセンサＳ２と、アクセルペダルセンサ４７との検出信号が入力される。また、エンジン制御装置４０は、位相制御モータＭと、燃焼管理部１９とに制御信号を出力する。

【0071】

アクセルペダルセンサ４７は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を取得する。燃焼管理部１９は、インジェクタ９に対して燃料を供給するポンプ類の作動を管理すると共に、点火プラグ１０に電力を供給するイグニッション回路の制御により点火順序や点火タイミングを管理する。エンジン制御装置４０は、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１及び触媒後Ａ／ＦセンサＳ２の検出信号に基づいて、触媒１３の浄化効率が高い理論空燃比近傍となるように、燃焼管理部１９に対して制御信号を出力する。

【0072】

〔制御構成：エンジン制御装置〕
エンジン制御装置４０は、劣化判定部４０ａを備えている。劣化判定部４０ａはソフトウエアとして構成されるものであるが、各々の一部をハードウエアで構成することも可能である。

【0073】

劣化判定部４０ａは、エンジンＥのエキゾーストマニホールド１２に設けられた触媒１３の劣化を判定する。本実施形態では、触媒１３の劣化と相関関係がある触媒１３の酸素吸蔵能力の低下を判定する。劣化判定部４０ａは、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１で検出された触媒１３よりも上流側の第一酸素量と、触媒後Ａ／ＦセンサＳ２で検出された触媒１３よりも下流側の第二酸素量と、に基づいて触媒１３の劣化判定を行う。より詳細に述べると、劣化判定部４０ａは、エンジンＥの燃料供給が停止される燃料カットタイミングで、エキゾーストマニホールド１２を流通する酸素量を低下させながら、触媒１３の劣化判定を行う。

【0074】

図８には、排気バルブＶｂをノーマル排気タイミングに設定した状況下におけるＡ／ＦセンサＳ１，Ｓ２の検出例が示されている。図８の上図はＡ／ＦセンサＳ１の検出例であり、下図はＡ／ＦセンサＳ２の検出例である。同図では、リッチ雰囲気の空燃比でエンジンＥが駆動している状態から燃料カットタイミングに移行した例が示されている。同図に示す破線が、上述した吸気バルブＶａを遅角吸気タイミングに設定した場合であり、同図に示す実線、一点鎖線及び二点鎖線が、上述した吸気バルブＶａを吸気超遅閉タイミングに設定した場合である。同図に示す実線、一点鎖線及び二点鎖線は、夫々、触媒１３の酸素吸蔵能力が１００％（フル）、２／３及び１／３である場合におけるＡ／ＦセンサＳ１，Ｓ２の検出値に対応している。一方、同図に示す破線は、触媒１３の酸素吸蔵能力が１００％（フル）、２／３及び１／３の何れの場合もＡ／ＦセンサＳ１，Ｓ２の検出値に差異が無かったため、触媒１３の酸素吸蔵能力が１００％（フル）としたＡ／ＦセンサＳ１，Ｓ２の検出値を示している。

【0075】

図８から理解されるように、燃料カットタイミングにおいて、遅角吸気タイミングに設定した場合は、触媒後Ａ／ＦセンサＳ２の検出値が急勾配で上昇している。その理由は、バルブタイミングを遅角吸気タイミングに設定した場合、燃焼室で燃焼が行われない燃料カットタイミングで大量の酸素がエキゾーストマニホールド１２に流入し、触媒１３の酸素吸蔵容量がごく短時間で満杯となったためである。一方、燃料カットタイミングにおいて、吸気超遅閉タイミングに設定した場合は、触媒後Ａ／ＦセンサＳ２の検出値が緩やかに上昇することが分かる。その理由は、バルブタイミングを吸気超遅閉タイミングに設定した場合、燃焼室に吸引された吸入空気量がインテークマニホールド１１へとほぼ全量戻り、燃焼室で燃焼が行われない燃料カットタイミングでエキゾーストマニホールド１２に流入する酸素が極微量となり、触媒１３の酸素吸蔵容量が満杯となるまでにある程度の時間を要するためである。その結果、吸気超遅閉タイミングでは、触媒１３の酸素吸蔵能力が１００％（フル）、２／３及び１／３の何れの状態であるかを判別可能になる。

【0076】

〔触媒劣化判定方法〕
エンジン制御装置４０の劣化判定部４０ａによる触媒劣化判定方法を、図９のフローチャートに示している。本実施形態における触媒１３の劣化を判定する触媒劣化判定方法は、エキゾーストマニホールド１２において、触媒１３よりも上流側の第一酸素量（触媒前空燃比）及び触媒１３よりも下流側の第二酸素量（触媒後空燃比）を取得する酸素量取得ステップ（♯５５，♯５７）と、第一酸素量及び第二酸素量に基づいて、触媒１３の劣化判定を行う判定ステップ（♯５９）とを含んでいる。この判定ステップは、エンジンＥの燃料供給が停止される燃料カットタイミングで、エキゾーストマニホールド１２に流通する酸素量を低下させながら劣化判定を行う（♯５４）。なお、判定ステップは、燃料カットタイミングよりも前の所定時間ｔａｆに亘る第一酸素量（触媒１３から放出される酸素量と比例）に基づいて触媒１３に残っている残存触媒酸素量Ｖｏを推定し、推定された残存触媒酸素量Ｖｏが吸蔵閾値Ｔｈｏ以下であるときにのみ劣化判定を行う（♯５３Ｙｅｓ）。

【0077】

以下、図９～図１１に示すフローチャートと、図１２～図１４に示す概念図を用いて、劣化判定部４０ａによる触媒劣化判定方法の一例を説明する。

【0078】

エンジンＥが始動した後には、アクセルペダルセンサ４７の踏み込み量、クランクシャフト１の単位時間あたりの回転数等の情報に基づいて吸気側可変動弁機構ＶＴａを制御して吸気量の駆動時制御が行われる。この駆動時制御はエンジンＥへの燃料供給が継続する限り継続的に行われ、例えばアクセルペダルを踏み込まずに慣性力で走行するときやアイドリングストップ等のように、エンジンＥへの燃料供給を停止させる操作が行われる燃料カットタイミング（図９の＃５１Ｙｅｓ）であれば、触媒劣化判定を開始することができる。この燃料カットタイミングは、インテークマニホールド１１のエアフロメータ（不図示）での計測値やアクセルペダルセンサ４７の計測値、又は燃焼管理部１９によるインジェクタ９に対する出力信号等から取得することができる。

【0079】

劣化判定部４０ａは、燃料カットタイミングである場合（図９の＃５１Ｙｅｓ）、触媒１３の残存触媒酸素量Ｖｏを推定する（図９の＃５２）。図１２に示すように、触媒１３の残存触媒酸素量Ｖｏの推定は、燃料カットタイミングよりも前の所定時間ｔａｆに亘る触媒前Ａ／ＦセンサＳ１の計測値の平均としても良い。この触媒前Ａ／ＦセンサＳ１の計測値の平均が理論空燃比より小さければリッチ側にあるため、触媒１３から酸素が放出されて、触媒１３に残っている残存触媒酸素量Ｖｏが減少している状態である。つまり、酸素吸蔵容量に対して、酸素を更に吸蔵する余力が残っている状態であるため、燃料カットタイミングにおいて触媒１３の酸素吸蔵能力を把握することができる。そこで、本実施形態では、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１の計測値の平均から推定された残存触媒酸素量Ｖｏが、吸蔵閾値Ｔｈｏ（例えば、最大酸素吸蔵容量に対して４０％）以下であるときにのみ劣化判定を行う（図９の＃５３Ｙｅｓ）。

【0080】

残存触媒酸素量Ｖｏが、吸蔵閾値Ｔｈｏ以下であるとき（図９の＃５３Ｙｅｓ）、排気バルブＶｂからエキゾーストマニホールド１２を流通する酸素量（空気量）低下制御を実行する（図９の＃５４）。この酸素量低下制御のサブルーチンを、図１０を用いて以下で説明する。

【0081】

劣化判定部４０ａは、エンジンＥに排気側可変動弁機構ＶＴｂ（排気ＶＶＴ）が設けられている場合（図１０の＃６２Ｙｅｓ）、排気バルブＶｂのバルブタイミングを制御するか否かを判定する（図１０の＃６３）。このとき、燃料カットタイミングで、図４の左図又は図６の左図に示すように、吸気バルブＶａが遅角吸気タイミングに設定されており、排気バルブＶｂがノーマル排気タイミングに設定されていることが前提となる。仮に設定されていなければ、エンジン制御装置４０は、吸気バルブＶａを遅角吸気タイミングに設定し、排気バルブＶｂをノーマル排気タイミングに設定する。このように吸気側可変動弁機構ＶＴａを遅角吸気タイミングに設定する制御を行うことにより、エンジンＥの再始動時にはピストン４が上死点ＴＤＣに到達する以前に燃焼室にガスを封入することが可能となり、筒内圧Ｐ（燃焼室の圧力）の上昇によるガスの圧縮によって燃焼室のガスの温度を上昇させることにより点火を容易にして、エンジンＥの再始動性の向上を可能にしているのである。

【0082】

排気バルブＶｂのバルブタイミングを制御する場合（図１０の＃６３Ｙｅｓ）、図６の右図に示すように、排気バルブＶｂを排気超早閉タイミングに設定する（図１０の＃６４）。具体的に言うと、劣化判定部４０ａは、排気側可変動弁機構ＶＴｂの排気閉タイミングＥＶＣを上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣの間の中間付近に設定するために、排気側可変動弁機構ＶＴｂを進角制御する。このように排気側を排気超早閉タイミングに設定し、吸気側を遅角吸気タイミングに設定した状態で、燃料カットを行うことによりピストン４が上死点ＴＤＣに到達する以前に燃焼室の内部にガスを封入し、筒内圧Ｐの上昇に伴いクランクシャフト１に作用する負荷を増大させ、エキゾースト側に新気を送り出す現象を抑制している。その結果、排気行程において、燃焼室から排気バルブＶｂを介してエキゾーストマニホールド１２へと吐き出される酸素含有空気が極微量となる。

【0083】

一方、エンジンＥに排気側可変動弁機構ＶＴｂ（排気ＶＶＴ）が設けられていない場合（図１０の＃６２Ｎо）、又は、排気バルブＶｂのバルブタイミングをノーマル排気タイミングで維持する場合（図１０の＃６３Ｎо）、図４の右図に示すように、吸気バルブＶａを吸気超遅閉タイミングに設定する（図１０の＃６５）。具体的に言うと、劣化判定部４０ａは、ピストン４が上死点ＴＤＣに到達した付近で吸気バルブＶａを閉じるように、吸気側可変動弁機構ＶＴａを遅角制御する。このように吸気側を吸気超遅閉タイミングに設定した状態で、燃料カットを行うことによりピストン４が下死点ＢＤＣに達するまでに吸気バルブＶａを介して燃焼室に吸引された吸入空気量Ｖａｉｒは、ピストン４が上死点ＴＤＣに達するまでに燃焼室から吸気バルブＶａを介してインテークマニホールド１１へと、ほぼ全量戻ることとなる。その結果、排気行程において、燃焼室から排気バルブＶｂを介してエキゾーストマニホールド１２へと吐き出される酸素含有空気が極微量となる。これらの酸素量低下制御が実行された後、リターンされて図９の＃５５へと移行する。

【0084】

酸素量低下制御が実行された後、触媒前Ａ／ＦセンサＳ１から触媒前空燃比を取得する（図９の＃５５）。図１３の中図に示すように、燃料カットタイミングにおいて、この触媒前空燃比は、エキゾーストマニホールド１２の触媒１３の前を流通するリッチ側の排気ガスに酸素含有空気のみが追加されることにより、リーン側へと速やかに上昇する。次いで、触媒前空燃比が第一閾値（例えば２０）以上となったとき、判定時間Ｔｃの計時を開始する（図９の＃５６Ｙｅｓ）。判定時間Ｔｃの計時を開始すると同時に、触媒後Ａ／ＦセンサＳ２から触媒後空燃比を取得する（図９の＃５７）。図１３の下図に示すように、エキゾーストマニホールド１２を流通する排ガスは、触媒１３により酸素が吸蔵されるため、触媒１３の酸素吸蔵容量が満杯になるまで触媒後空燃比が緩やかに上昇する。この上昇勾配は、触媒１３の酸素吸蔵能力が低下しているほど、つまり触媒１３の劣化が進行しているほど、急勾配となる。本実施形態では、触媒後空燃比が第二閾値（例えば２０）以上となったときに判定時間Ｔｃの計時を終了する（図９の＃５８Ｙｅｓ）。

【0085】

次いで、劣化判定部４０ａは触媒劣化判定のサブルーチンを実行する（図９の＃５９）。この触媒劣化判定のサブルーチンを、図１１を用いて以下で説明する。

【0086】

劣化判定部４０ａは、触媒前空燃比（第一酸素量）が第一閾値以上となった時刻から触媒後空燃比（第二酸素量）が第二閾値以上となる時刻までの判定時間Ｔｃを算出する（図１１の＃６６）。次いで、劣化判定部４０ａは、残存触媒酸素量Ｖｏ毎に作成された判定時間Ｔｃ－触媒劣化率マップを参照し、残存触媒酸素量Ｖｏ毎に許容限界となる触媒劣化率に相当する判定閾値Ｔｈｄ（所定値の一例）を取得する（図１１の＃６７）。図１４には、判定時間Ｔｃ－触媒劣化率マップの概念図が示されている。図１４の残存触媒酸素量Ｖｏ（１），Ｖｏ（３）曲線は、図１２の残存触媒酸素量Ｖｏ（１），Ｖｏ（３）に相当する。つまり、残存触媒酸素量Ｖｏが小さいほど（酸素吸蔵容量に余力があるほど）、触媒劣化率曲線が判定時間Ｔｃに応じて緩やかになっており、判定時間Ｔｃが多く確保される。よって、残存触媒酸素量Ｖｏが小さいほど判定閾値Ｔｈｄが大きくなる。

【0087】

次いで、劣化判定部４０ａは、算出した判定時間Ｔｃが、判定時間Ｔｃ－触媒劣化率マップから取得した判定閾値Ｔｈｄ以下か否かを判定する（図１１の＃６８）。＃６８の判定の結果、判定時間Ｔｃが判定閾値Ｔｈｄ以下であれば（図１１の＃６８Ｙｅｓ）、触媒１３が劣化していると判定し（図１１の＃６９）、判定時間Ｔｃが判定閾値Ｔｈｄより大きければ（図１１の＃６８Ｎо）、触媒１３が劣化していないと判定する（図１１の＃７０）。この触媒劣化判定が実行された後、リターンされて図９の＃６０へと移行する。触媒１３が劣化していない場合（図９の＃６０Ｙｅｓ）、触媒劣化判定を終了し、触媒１３が劣化している場合（図９の＃６０Ｎо）、所定の手段により警告する（図９の＃６１）。

【0088】

このように、触媒１３の劣化判定を行うタイミングを、エンジンＥの燃料カットタイミングとしているため、燃焼に伴う排気ガスが発生せず、燃費の悪化を招くこともない。また、この燃料カットタイミングは、アクセルペダルを踏まずに車両が慣性力で進行している場合等、頻繁に訪れるため、劣化判定を適切なタイミングで実行することができる。一方、燃料カットタイミングでは、酸素含有空気がエキゾーストマニホールド１２に大量に流れ込むため、酸素吸蔵容量の小さい触媒１３における劣化判定が難しい。そこで、本実施形態のように、燃料カットタイミングにおいてエキゾーストマニホールド１２に流通する酸素量を極微量となるように低下させながら劣化判定を行えば、触媒１３の酸素吸蔵能力が低下しているか否かの劣化判定を正確に行うことができる。このように、未浄化排気ガスの増大及び燃費の悪化を招くことのない触媒劣化判定方法となっている。

【0089】

また、判定ステップは、触媒前空燃比（第一酸素量）が第一閾値以上となった時刻から触媒後空燃比（第二酸素量）が第二閾値以上となった時刻までの判定時間Ｔｃが、判定閾値Ｔｈｄ以下であれば触媒１３が劣化していると判定するため、判定方法が極めて簡便なものとなる。しかも、燃料カットタイミングよりも前に推定された残存触媒酸素量Ｖｏが吸蔵閾値Ｔｈｏ以下のときのみ劣化判定を行えば、触媒１３の酸素吸蔵余力が大きい状態で劣化判定を行うことが可能となる。その結果、残存触媒酸素量Ｖｏが小さい状態から満杯（フル）となる状態での時間がより確保され、時間による劣化判定精度を高めることができる。

【0090】

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

【0091】

（ａ）触媒劣化判定をする場合に、吸気側可変動弁機構ＶＴａ（吸気側弁開閉時期制御機構）の吸気開タイミングＩＶＯを上死点ＴＤＣより遅角側に設定せずに、排気側可変動弁機構ＶＴｂ（排気側弁開閉時期制御機構）だけを排気超早閉タイミングに設定するように制御を行っても良い。

【0092】

（ｂ）触媒劣化判定をする場合に、排気側可変動弁機構ＶＴｂ（排気側弁開閉時期制御機構）をノーマル排気タイミングに設定せずに任意のバルブタイミングとし、吸気側可変動弁機構ＶＴａ（吸気側弁開閉時期制御機構）だけを吸気超遅閉タイミングに設定するように制御を行っても良い。

【0093】

（ｃ）触媒劣化判定を可能にするためには、吸気側可変動弁機構ＶＴａや排気側可変動弁機構ＶＴｂを電動式に構成することが好ましいが、例えば、弁開閉時期の変動範囲を多く確保できるのであれば、吸気側可変動弁機構ＶＴａや排気側可変動弁機構ＶＴｂは油圧式であっても良い。

【0094】

（ｄ）触媒劣化判定を可能にするために、エキゾーストマニホールド１２に流通する酸素量を極微量となるように低下させる形態は、バルブタイミングの設定に限定されず、例えば、排気バルブＶｂのリフト量を調節しても良い。

【0095】

（ｅ）上述した実施形態では、燃料カットタイミングよりも前の所定時間ｔａｆに亘る触媒前Ａ／ＦセンサＳ１の計測値の平均から推定された残存触媒酸素量Ｖｏが吸蔵閾値Ｔｈｏ以下のときのみ劣化判定を行ったが、燃料カットタイミングの直前に触媒前Ａ／ＦセンサＳ１の計測値が理論空燃比よりも小さいリッチ雰囲気であれば劣化判定を行っても良く、特に限定されない。

【0096】

（ｆ）上述した実施形態では、触媒前空燃比（第一酸素量）が第一閾値以上となった時刻から触媒後空燃比（第二酸素量）が第二閾値以上となった時刻までの判定時間Ｔｃが、判定閾値Ｔｈｄ以下であれば触媒１３が劣化していると判定した。これに代えて、触媒前空燃比（第一酸素量）が第一閾値以上となってから、触媒後空燃比（第二酸素量）が第二閾値以上となったときまでの勾配が所定の勾配以上の急勾配であれば劣化していると判定しても良い。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本発明は、内燃機関の排気流路に設けられた触媒の劣化を判定する触媒劣化判定方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0098】

４ ：ピストン
１２ ：エキゾーストマニホールド（排気流路）
１３ ：触媒
ＢＤＣ ：下死点
Ｅ ：エンジン（内燃機関）
ＥＶＣ ：排気閉タイミング
ＥＶＯ ：排気開タイミング
ＩＶＣ ：吸気閉タイミング
ＩＶＯ ：吸気開タイミング
Ｓ１ ：触媒前Ａ／Ｆセンサ
Ｓ２ ：触媒後Ａ／Ｆセンサ
ＴＤＣ ：上死点
Ｔｃ ：判定時間
Ｔｈｄ ：判定閾値（所定値）
Ｔｈｏ ：吸蔵閾値
Ｖａ ：吸気バルブ
Ｖｂ ：排気バルブ
Ｖｏ ：残存触媒酸素量
ｔａｆ ：所定時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】