(57)【要約】【課題】ＮＯｘ触媒のサイズ（触媒容量）や運転状態がＮＯｘ触媒の劣化診断に及ぼす影響を少なくして、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度向上等の要求を満たす。【解決手段】排気管２１に設置したＮＯｘ触媒２３の上流側と下流側に、ＮＯｘセンサ２５とＯ2 センサ２６を設置し、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の比率である非浄化率を演算し、この非浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行う。ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量は、ＮＯｘセンサ２５の出力とＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量相関値（吸入空気流量）に基づいて演算し、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量は、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量との加算により演算する。ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量は、ＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量に基づいて演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置したＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）の劣化の有無を診断するＮＯｘ触媒の劣化診断装置において、
内燃機関の排気通路のうちの前記ＮＯｘ触媒の上流側に前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設置し、
前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の比率（以下「非浄化率」という）又は前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量の比率（以下「浄化率」という）を演算する劣化診断指標演算手段と、
前記劣化診断指標演算手段で演算した非浄化率又は浄化率を劣化診断指標として用いて前記ＮＯｘ触媒の劣化診断を行う劣化診断手段とを備え、
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量を前記ＮＯｘセンサの出力と前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガス流量又はその相関値とに基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量に基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量と前記ＮＯｘ吸蔵量との差分により演算することを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項２】
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘセンサの周辺を流れる排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているリッチ期間に前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量の演算を禁止する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘセンサは、排出ガス中のＮＯｘ濃度の他に、Ｏ2 濃度又は空燃比を検出する機能を備え、
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘセンサのＯ2 濃度検出機能又は空燃比検出機能の出力に基づいて該ＮＯｘセンサの周辺を流れる排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に設置したＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）の劣化の有無を診断するＮＯｘ触媒の劣化診断装置において、
内燃機関の排気通路のうちの前記ＮＯｘ触媒の下流側に前記ＮＯｘ触媒から排出される排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設置し、
前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の比率（以下「非浄化率」という）又は前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量の比率（以下「浄化率」という）を演算する劣化診断指標演算手段と、
前記劣化診断指標演算手段で演算した非浄化率又は浄化率を劣化診断指標として用いて前記ＮＯｘ触媒の劣化診断を行う劣化診断手段とを備え、
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を前記ＮＯｘセンサの出力と前記ＮＯｘ触媒から排出される排出ガス流量又はその相関値とに基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量に基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量を前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量との加算により演算することを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項５】
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているリッチ期間に前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の演算を禁止する手段を有することを特徴とする請求項４に記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項６】
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているリッチ期間に、当該リッチ期間中の前記ＮＯｘセンサの出力を当該リッチ期間直前の前記ＮＯｘセンサの出力で上限ガード処理した値を用いて前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を演算することを特徴とする請求項４に記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項７】
前記排気通路のうちの前記ＮＯｘ触媒の上流側に排出ガス中のＯ2 濃度又は空燃比を検出するＯ2 センサ又は空燃比センサを設置し、
前記劣化診断指標演算手段は、前記Ｏ2 センサ又は空燃比センサの出力に基づいて前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているか否かを判定することを特徴とする請求項５又は６に記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項８】
前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記ＮＯｘ触媒に流入するリッチ成分流入量と前記ＮＯｘ触媒から排出されるリッチ成分排出量との差分により前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を演算することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジン）の排気通路に設置したＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）の劣化の有無を診断するＮＯｘ触媒の劣化診断装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費向上等を目的として、空燃比をストイキ（理論空燃比）よりもリーン側に制御するいわゆるリーンバーンエンジンや筒内噴射エンジンが実用化されている。これらのエンジンでは、通常のエンジンよりもＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量が多くなるため、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（ＮＯｘ触媒）を採用して、ＮＯｘ排出量を低減するようにしたものがある。このＮＯｘ触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（又はストイキ）になったときに吸蔵ＮＯｘを還元してパージ（放出）する。従って、リーン運転が長く続くような場合は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が飽和するのを防止するため、リーン運転中に間欠的に目標空燃比をリッチに切り換えてＮＯｘ触媒の吸蔵ＮＯｘを還元してパージするＮＯｘパージ制御（リッチパージ制御、リッチスパイク制御とも呼ばれる）を実施するようにしている。
【０００３】
このＮＯｘ触媒が劣化してＮＯｘ吸蔵能力が低下すると、大気中へのＮＯｘ排出量が増加するため、ＮＯｘ触媒の劣化（ＮＯｘ吸蔵能力の低下）を早期に検出する必要がある。  そこで、近年、ＮＯｘ触媒の劣化診断技術が幾つか提案されている。
例えば、特許文献１（特開２００８−５７４０４号公報）に記載されているように、ＮＯｘ触媒の下流側に、ＮＯｘ触媒から排出される排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設置し、ＮＯｘパージ（リッチスパイク）終了時付近の期間を含む所定期間にＮＯｘセンサの出力を積算し、このＮＯｘセンサの出力積算値（ＮＯｘ排出量）が所定の劣化判定しきい値を越えたか否かでＮＯｘ触媒の劣化の有無を診断するようにしたものがある。
【０００４】
また、特許文献２（特開２００８−６４０７５号公報）に記載されているように、ＮＯｘ触媒の上流側にＮＯｘセンサを設置し、このＮＯｘセンサの出力を積算すると共に、ＮＯｘパージ（リッチスパイク）の実行中に、ＮＯｘ触媒下流側に設置されたＯ2 センサの出力に基づいて、当該ＮＯｘパージ開始前にＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＯ2 とＮＯｘの合計吸蔵量（トータル吸蔵量）を算出し、ＮＯｘセンサの出力積算値（ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量）と合計吸蔵量とに基づいてＮＯｘ触媒の劣化の有無を診断するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５７４０４号公報
【特許文献２】特開２００８−６４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ＮＯｘ触媒のサイズ（触媒容量）が大きくなるほど、ＮＯｘ吸蔵量や合計吸蔵量も多くなり、また、ＮＯｘ触媒に流入する排出ガス流量が多くなるほど、ＮＯｘ触媒から排出されるＮＯｘ排出量が多くなるという関係がある。
【０００７】
従って、上記特許文献１のように、ＮＯｘセンサの出力積算値（ＮＯｘ排出量）に基づいてＮＯｘ触媒の劣化診断を行ったり、上記特許文献２のように、ＮＯｘセンサの出力積算値（ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量）と合計吸蔵量とに基づいてＮＯｘ触媒の劣化診断を行うように構成した場合は、劣化判定しきい値を触媒容量やエンジン運転条件（排出ガス流量）に応じて設定しないと、劣化診断の精度が低下する。
【０００８】
しかし、劣化判定しきい値を触媒容量やエンジン運転条件（排出ガス流量）に応じて設定するようにすると、ＮＯｘ触媒劣化診断システムの開発・設計時に劣化判定しきい値の適合作業に手間がかかり、生産性が低下する。また、劣化判定しきい値の適合工数を削減するために、劣化診断を実行するエンジン運転条件を、排出ガス流量が予め決められた一定値になる運転条件に限定することが考えられるが、このようにすると、劣化診断の実行頻度が少なくなって、要求される劣化診断の実行頻度を確保できない可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＮＯｘ触媒のサイズ（触媒容量）や運転状態がＮＯｘ触媒の劣化診断に及ぼす影響を少なくして、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度向上、生産性向上（適合工数削減）、劣化診断実行頻度の確保を容易に実現できるＮＯｘ触媒の劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に設置したＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）の劣化の有無を診断するＮＯｘ触媒の劣化診断装置において、内燃機関の排気通路のうちの前記ＮＯｘ触媒の上流側に前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設置し、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の比率（以下「非浄化率」という）又は前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量の比率（以下「浄化率」という）を演算する劣化診断指標演算手段と、前記劣化診断指標演算手段で演算した非浄化率又は浄化率を劣化診断指標として用いて前記ＮＯｘ触媒の劣化診断を行う劣化診断手段とを備え、前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量を前記ＮＯｘセンサの出力と前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガス流量又はその相関値とに基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量（ＨＣ、ＣＯ等）に基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量と前記ＮＯｘ吸蔵量との差分により演算するようにしたものである。
【００１１】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒の上流側に設置したＮＯｘセンサの出力等から演算したＮＯｘ触媒の非浄化率又は浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒の劣化診断を行うため、前記特許文献１，２のようにＮＯｘセンサの出力積算値や合計吸蔵量を劣化診断指標として用いる場合と比較して、ＮＯｘ触媒のサイズ（触媒容量）や運転状態がＮＯｘ触媒の劣化診断に及ぼす影響を少なくすることが可能となり、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度向上、生産性向上（適合工数削減）、劣化診断実行頻度の確保を容易に実現できる。
【００１２】
ところで、ＮＯｘセンサは、排出ガスの空燃比がリッチのときに、ＮＯｘだけでなく、アンモニア成分（ＮＨ3 ）も検出する特性がある。このため、アンモニア成分が増えるリッチ期間中は、ＮＯｘセンサで検出するＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ量よりもアンモニア成分濃度相当分だけ過大に検出されてしまう。
【００１３】
この特性を考慮して、請求項２のように、ＮＯｘセンサの周辺を流れる排出ガスが理論空燃比（ストイキ）よりもリッチになっているリッチ期間に、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量の演算を禁止するようにすると良い。このようにすれば、アンモニア成分によりＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量が過大に見積られることを未然に防止でき、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量の演算精度の悪化を回避することができる。
【００１４】
また、請求項３のように、ＮＯｘセンサには、排出ガス中のＮＯｘ濃度の他に、Ｏ2 濃度又は空燃比を検出する機能を持たせ、該ＮＯｘセンサのＯ2 濃度検出機能又は空燃比検出機能の出力に基づいて該ＮＯｘセンサの周辺を流れる排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているか否かを判定するようにすると良い。この構成は、ＮＯｘ触媒の上流側には、ＮＯｘセンサの他に、Ｏ2 濃度又は空燃比を検出するセンサを設ける必要がなく、省スペース、部品点数削減等の効果が得られる利点がある。但し、上記請求項１，２に係る発明は、ＮＯｘ触媒の上流側に、ＮＯｘセンサの他に、Ｏ2 濃度又は空燃比を検出するセンサを設置した構成としても良い。
【００１５】
以上説明した請求項１〜３に係る発明は、ＮＯｘ触媒の上流側にＮＯｘセンサを設置したが、ＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサを設置したシステムに本発明を適用する場合は、請求項４のように、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の比率（以下「非浄化率」という）又は前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に対する前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量の比率（以下「浄化率」という）を演算する劣化診断指標演算手段と、前記劣化診断指標演算手段で演算した非浄化率又は浄化率を劣化診断指標として用いて前記ＮＯｘ触媒の劣化診断を行う劣化診断手段とを備え、前記劣化診断指標演算手段は、前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を前記ＮＯｘセンサの出力と前記ＮＯｘ触媒から排出される排出ガス流量又はその相関値（吸入空気流量等）とに基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量に基づいて演算し、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量を前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量との加算により演算するようにしても良い。
【００１６】
この請求項４に係る発明では、ＮＯｘ触媒の下流側に設置したＮＯｘセンサの出力等から演算したＮＯｘ触媒の非浄化率又は浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒の劣化診断を行うため、前述した請求項１に係る発明と同様に、ＮＯｘ触媒のサイズ（触媒容量）や運転状態がＮＯｘ触媒の劣化診断に及ぼす影響を少なくすることが可能となり、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度向上、生産性向上（適合工数削減）、劣化診断実行頻度の確保を容易に実現できる。
【００１７】
この場合も、アンモニア成分が増えるリッチ期間中は、ＮＯｘセンサで検出するＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ量よりもアンモニア成分濃度相当分だけ過大に検出されてしまうことを考慮して、請求項５のように、ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているリッチ期間に、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の演算を禁止するようにすると良い。
【００１８】
ＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサが設置されている場合は、ＮＯｘセンサの周辺を流れる排出ガスがリッチでなくても、アンモニア成分濃度が高い場合がある。つまり、ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスがリッチになっていれば、排出ガス中のアンモニア成分濃度が高くなっていると推定されるが、この場合、排出ガスがＮＯｘ触媒内を流れる過程で、リッチ成分は吸蔵ＮＯｘの還元反応に消費されるが、アンモニア成分はＮＯｘ触媒をすり抜けていくため、ＮＯｘ触媒から流出してＮＯｘセンサの周辺を流れる排出ガスがリッチでなくても、アンモニア成分濃度が高い場合がある。従って、請求項５のように、ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスがリッチになっているリッチ期間に、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の演算を禁止するようにすれば、アンモニア成分によりＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量が過大に見積られることを未然に防止でき、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の演算精度の悪化を回避することができる。
【００１９】
或は、請求項６のように、ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているリッチ期間に、当該リッチ期間中のＮＯｘセンサの出力を当該リッチ期間直前のＮＯｘセンサの出力で上限ガード処理した値を用いてＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を演算するようにしても良い。このようにすれば、リッチ期間中には、リッチ期間直前のＮＯｘセンサの出力（アンモニア成分の影響が少ない直近のＮＯｘ濃度検出値）をリッチ期間中のＮＯｘ濃度と見なしてＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量を演算できるため、アンモニア成分によりＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量が過大に見積られることを未然に防止でき、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量の演算精度の悪化を回避することができる。
【００２０】
また、請求項７のように、排気通路のうちのＮＯｘ触媒の上流側に排出ガス中のＯ2 濃度又は空燃比を検出するＯ2 センサ又は空燃比センサを設置し、前記Ｏ2 センサ又は空燃比センサの出力に基づいて前記ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスが理論空燃比よりもリッチになっているか否かを判定するようにしても良い。このように、ＮＯｘ触媒の上流側に排出ガス中のＯ2 濃度又は空燃比を検出するＯ2 センサ又は空燃比センサを設置した構成にすれば、ＮＯｘ触媒に流入する排出ガスがリッチになっているか否かを正確に判定することができる。
【００２１】
以上説明した請求項１〜７に係る発明においては、請求項８のように、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際にＮＯｘ触媒に流入するリッチ成分流入量とＮＯｘ触媒から排出されるリッチ成分排出量との差分によりＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を演算するようにすれば良い。要するに、ＮＯｘ触媒におけるリッチ成分流入量とリッチ成分排出量との差分は、ＮＯｘ触媒の吸蔵ＮＯｘの還元反応に消費されたリッチ成分量に相当するため、リッチ成分流入量とリッチ成分排出量との差分からＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の実施例１を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】図２は実施例１のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は実施例１のＮＯｘ触媒劣化診断時の燃料噴射量と各センサの出力の挙動を説明するタイムチャートである。
【図４】図４はＮＯｘ触媒の劣化度合とＮＯｘ触媒の非浄化率との関係を説明する図である。
【図５】図５は本発明の実施例２を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図６】図６は実施例２のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は実施例２のＮＯｘ排出量積算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】図８は実施例２のＮＯｘ触媒劣化診断時の燃料噴射量と各センサの出力の挙動を説明するタイムチャートである。
【図９】図９は実施例３のＮＯｘ排出量積算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は実施例３のＮＯｘ触媒劣化診断時の燃料噴射量と各センサの出力の挙動を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態をリーンバーンエンジンに適用して具体化した３つの実施例１〜３を説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２５】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を吸気ポートに向けて噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２６】
一方、エンジン１１の排気管２１（排気通路）の途中には、排出ガス中のＨＣ，ＣＯ等を浄化する三元触媒２２と、排出ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒２３（ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒）とが直列に設置されている。この場合、ＮＯｘ触媒２３の上流側に配置された三元触媒２２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッションを低減するように比較的小容量に形成されている。一方、下流側のＮＯｘ触媒２３は、排出ガスの空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（又はストイキ）になったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する。このＮＯｘ触媒２３は、排出ガス中のＮＯｘ量が多くなる高負荷域でも、ＮＯｘを十分に吸蔵できるように比較的大容量に形成されている。
【００２７】
また、三元触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４（Ａ／Ｆセンサ）が設置され、ＮＯｘ触媒２３の上流側（三元触媒２２の下流側）には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２５が設置され、ＮＯｘ触媒２３の下流側には、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス中のＯ2 濃度を検出するＯ2 センサ２６が設置されている。このＯ2 センサ２６は、排出ガスの空燃比がストイキよりもリッチかリーンかによって出力電圧が反転し、一方、空燃比センサ２４は、排出ガスの空燃比に応じて出力がほぼリニアに変化する。
【００２８】
尚、三元触媒２２の上流側には、空燃比センサ２４に代えてＯ2 センサを設置しても良く、また、ＮＯｘ触媒２３の下流側には、Ｏ2 センサ２６に代えて空燃比センサを設置しても良い。
ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘセンサ２５には、ＮＯｘ検出機能の他にＯ2 検出機能又は空燃比検出機能が内蔵されている。
【００２９】
一方、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたエンジン制御用の各プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて点火時期や燃料噴射量等を制御する。
【００３０】
ＮＯｘ触媒２３は、排出ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（又はストイキ）になったときに吸蔵ＮＯｘを還元してパージ（放出）する。従って、リーン運転が長く続くような場合は、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量が飽和するのを防止するため、リーン運転中に間欠的に目標空燃比をリッチに切り換えてＮＯｘ触媒２３の吸蔵ＮＯｘを還元するＮＯｘパージ制御（リッチパージ制御、リッチスパイク制御とも呼ばれる）を実施する。
【００３１】
このＮＯｘ触媒２３が劣化してＮＯｘ吸蔵能力が低下すると、大気中へのＮＯｘ排出量が増加するため、ＮＯｘ触媒２３の劣化（ＮＯｘ吸蔵能力の低下）を早期に検出する必要がある。
【００３２】
そこで、本実施例１では、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の比率（以下「非浄化率」という）を演算し、この非浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行うようにしている。この場合、非浄化率は、次式により演算する。
【００３３】
【数１】
2010185325.tif 000003
【００３４】
上記［数１］の「ＮＯｘ流入量」は、ＮＯｘ触媒２３に流入するＮＯｘ量であり、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘセンサ２５の出力（ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガス中のＮＯｘ濃度検出値）に排出ガス流量を乗算して、その乗算値を積算してＮＯｘ流入量の積算値を更新する処理を所定の演算周期で繰り返せば良い。ここで、排出ガス流量は、エアフローメータ１４で検出した吸入空気流量に基づいて、エアフローメータ１４の位置からＮＯｘセンサ２５の位置までの空気系の流動遅れを考慮して算出すると良い。
【００３５】
上記［数１］の「ＮＯｘ排出量」は、ＮＯｘ触媒２３から排出されるＮＯｘ量であり、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量とＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量との差分により演算すれば良い。
ＮＯｘ排出量＝ＮＯｘ流入量−ＮＯｘ吸蔵量
【００３６】
ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量は、ＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量に基づいて演算すれば良い。具体的には、ＮＯｘパージ（リッチパージ）によりＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、ＮＯｘ触媒２３に流入するリッチ成分流入量とＮＯｘ触媒２３から排出されるリッチ成分排出量との差分によりＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量を演算すれば良い。
ＮＯｘ吸蔵量＝リッチ成分流入量−リッチ成分排出量
【００３７】
ここで、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘセンサ２５に空燃比検出機能が内蔵されている場合は、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比（ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスの空燃比）をＮＯｘセンサ２５の空燃比検出機能で検出して、検出した上流側空燃比と排出ガス流量（吸入空気流量）とに基づいてＮＯｘ触媒２３へのリッチ成分流入量を下記式により算出すれば良い。
【００３８】
リッチ成分流入量＝排出ガス流量／上流側空燃比−排出ガス流量／理論空燃比
上式では、理論空燃比を越えるリッチ成分流入量を算出するため、「排出ガス流量／上流側空燃比」から「排出ガス流量／理論空燃比」を減算して「リッチ成分流入量」を求めるようにしている。
【００３９】
ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘセンサ２５に空燃比検出機能が内蔵されていない場合（又はＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比を検出するセンサがない場合）は、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比を直接検出できないため、三元触媒２２の上流側の空燃比センサ２４で検出した空燃比を、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比として用いれば良い。三元触媒２２は、排出ガスの空燃比がストイキ付近の浄化ウィンドウ内のときに排出ガス浄化率が高くなるが、ＮＯｘパージ（リッチパージ）の実行中は、排出ガスの目標空燃比が三元触媒２２の浄化ウィンドウよりもリッチ側に設定されることから、三元触媒２２の浄化率が著しく低下して、排出ガス中のリッチ成分が三元触媒２２でほとんど浄化（消費）されずにＮＯｘ触媒２３に流入するため、三元触媒２２の上流側の空燃比とＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比とがほぼ同じになるためである。
【００４０】
尚、燃料噴射量、目標空燃比、空燃比補正量等の少なくとも１つに基づいてＮＯｘ触媒２３へのリッチ成分流入量を推定するようにしても良い。
ＮＯｘ触媒２３から排出されるリッチ成分排出量は、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量（吸入空気流量）と、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比（ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガスの空燃比）とに基づいて下記式により演算すれば良い。
【００４１】
リッチ成分排出量＝排出ガス流量／下流側空燃比−排出ガス流量／理論空燃比
上式では、理論空燃比を越えるリッチ成分排出量を算出するため、「排出ガス流量／下流側空燃比」から「排出ガス流量／理論空燃比」を減算して「リッチ成分排出量」を求めるようにしている。
【００４２】
ここで、ＮＯｘ触媒２３の下流側に空燃比センサが設置されている場合には、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比を当該空燃比センサで検出すれば良い。図１の構成例では、ＮＯｘ触媒２３の下流側のガスセンサがＯ2 センサ２６であるため、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比を直接検出することはできない。この場合は、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＯ2 センサ２６で検出したＯ2 濃度に空燃比換算係数ｋを乗算してＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比を推定すれば良い。
下流側空燃比＝Ｏ2 濃度×ｋ
【００４３】
以上のようにして演算したＮＯｘ流入量とＮＯｘ吸蔵量（＝リッチ成分流入量−リッチ成分排出量）を用いて、上記［数１］でＮＯｘ触媒２３の非浄化率を演算し、この非浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行う。
【００４４】
ところで、ＮＯｘセンサ２５は、排出ガスの空燃比がリッチのときに、ＮＯｘだけでなく、アンモニア成分（ＮＨ3 ）も検出する特性がある。このため、アンモニア成分が増えるリッチ期間中は、ＮＯｘセンサ２５で検出するＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ量よりもアンモニア成分濃度相当分だけ過大に検出されてしまう。
【００４５】
この特性を考慮して、本実施例１では、ＮＯｘセンサ２５の周辺を流れる排出ガスがストイキよりもリッチになっているリッチ期間に、検出ＮＯｘ濃度を０に設定して、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量の積算を禁止するようにしている。このようにすれば、アンモニア成分によりＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量が過大に見積られることを未然に防止でき、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量の演算精度の悪化を回避することができる。
【００４６】
上記［数１］で算出したＮＯｘ触媒２３の非浄化率が大きくなるほど、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が大きいことを意味するため（図４参照）、非浄化率が所定の劣化判定しきい値以上であるか否かで、ＮＯｘ触媒２３の劣化の有無を判定する。このＮＯｘ触媒２３の劣化診断処理は、ＥＣＵ２９によって図２のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンに従って次のようにして実行される。
【００４７】
図２のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンは、エンジン運転中に所定の演算周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう劣化診断指標演算手段及び劣化診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、劣化診断実行条件が成立しているか否かを、例えば次の条件(1) 〜(4) が全て満たされているか否かで判定する。
【００４８】
(1) ＮＯｘ触媒２３の温度がＮＯｘの浄化（吸蔵・還元）に適した所定温度範囲内であること
(2) 前回の劣化診断終了から所定期間（又は所定積算走行距離、所定積算燃料消費量等）が経過していること
(3) エンジン運転状態が定常運転状態であること
(4) 車両に搭載された自己診断機能によりエンジン制御系やセンサ系等に何らかの異常が検出されていないこと
【００４９】
これらの条件(1) 〜(4) のうち、いずれか１つでも満たさない条件があれば、劣化診断実行条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００５０】
これに対し、上記条件(1) 〜(4) を全て満たせば、劣化診断実行条件が成立し、ステップ１０２以降の処理を実行して、ＮＯｘ触媒２３の劣化診断を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘセンサ２５の出力を取り込んで、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスのＮＯｘ濃度）を検出する。この後、ステップ１０３に進み、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガス流量に相関する情報として、エアフローメータ１４の出力（吸入空気流量Ｇａ）を取り込み、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガス流量Ｇａを推定する。この際、エアフローメータ１４の位置からＮＯｘ触媒２３の位置までの空気系の流動遅れを考慮して排出ガス流量Ｇａを推定すると良い。
【００５１】
この後、ステップ１０４に進み、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘセンサ２５のＯ2 検出機能又は空燃比検出機能の検出結果に基づいてＮＯｘ触媒２３の上流側の排出ガスの空燃比（ＮＯｘセンサ２５の周辺を流れる排出ガスの空燃比）がリーンであるか否かを判定する。その結果、ＮＯｘ触媒２３の上流側の排出ガスの空燃比がリッチであると判定されれば、ＮＯｘセンサ２５で検出するＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ量よりもアンモニア成分濃度相当分だけ過大に検出される状態になっていると判断して、ステップ１０５に進み、検出ＮＯｘ濃度を０にセットして、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量の積算を禁止して、次のステップ１０６に進む。
【００５２】
一方、上記ステップ１０４で、ＮＯｘ触媒２３の上流側の排出ガスの空燃比がリーンであると判定されれば、上記ステップ１０５の処理を行わずに次のステップ１０６に進む。  そして、このステップ１０６で、ＮＯｘセンサ２５で検出したＮＯｘ触媒２３の上流側のＮＯｘ濃度［図３の（Ｂ）］と排出ガス流量Ｇａと演算間隔ｄｔを乗算して、今回の演算間隔ｄｔの間にＮＯｘ触媒２３に流入したＮＯｘ流入量［＝ＮＯｘ濃度・Ｇａ・ｄｔ］を求め、これを前回演算したＮＯｘ流入量の積算値に加算して、ＮＯｘ流入量の積算値を更新する。
【００５３】
この後、ステップ１０７に進み、ＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを完全に還元するのに要したリッチ成分量に基づいて、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量を積算する。具体的には、ＮＯｘパージ（リッチパージ）によりＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、ＮＯｘ触媒２３に流入するリッチ成分流入量［図３の（Ａ）］とＮＯｘ触媒２３から排出されるリッチ成分排出量［図３の（Ｃ）］との差分に演算間隔ｄｔを乗算して、今回の演算間隔ｄｔの間にＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を求め、これを前回演算したＮＯｘ吸蔵量の積算値に加算して、ＮＯｘ吸蔵量の積算値を更新する。
【００５４】
この際、ＮＯｘ触媒２３へのリッチ成分流入量［図３の（Ａ）］は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガス流量Ｇａを、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比で割り算して下記式により求めれば良い。
リッチ成分流入量＝Ｇａ／上流側空燃比−Ｇａ／理論空燃比
ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比は、三元触媒２２の上流側の空燃比センサ２４で検出した空燃比を用いれば良い。
【００５５】
また、ＮＯｘ触媒２３からのリッチ成分排出量［図３の（Ｃ）］は、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量Ｇａを、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比で割り算して下記式により求めれば良い。
リッチ成分排出量＝Ｇａ／下流側空燃比−Ｇａ／理論空燃比
【００５６】
図１の構成例のように、ＮＯｘ触媒２３の下流側のガスセンサがＯ2 センサ２６である場合は、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比を直接検出できないため、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＯ2 センサ２６で検出したＯ2 濃度に空燃比換算係数ｋを乗算してＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比を推定すれば良い。
下流側空燃比＝Ｏ2 濃度×ｋ
【００５７】
この後、ステップ１０８に進み、上記ステップ１０６で積算したＮＯｘ流入量と、上記ステップ１０７で積算したＮＯｘ吸蔵量とを用いて、次式によりＮＯｘ触媒２３の非浄化率を算出する。
非浄化率＝（ＮＯｘ流入量−ＮＯｘ吸蔵量）／ＮＯｘ流入量
【００５８】
この後、ステップ１０９に進み、ＮＯｘ触媒２３の非浄化率を所定の劣化判定しきい値と比較して、非浄化率が劣化判定しきい値以下であれば、ＮＯｘ触媒２３の劣化なし（正常）と判定し（ステップ１１１）、非浄化率が劣化判定しきい値を越えていれば、ＮＯｘ触媒２３の劣化と判定する（ステップ１１０）。
【００５９】
以上説明した本実施例１によれば、ＮＯｘ触媒２３の上流側に設置したＮＯｘセンサ２５の出力等から演算したＮＯｘ触媒２３の非浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行うため、前記特許文献１，２のようにＮＯｘセンサ２５の出力積算値や合計吸蔵量を劣化診断指標として用いる場合と比較して、ＮＯｘ触媒２３のサイズ（触媒容量）やエンジン運転状態がＮＯｘ触媒２３の劣化診断に及ぼす影響を少なくすることが可能となり、ＮＯｘ触媒２３の劣化診断精度向上、生産性向上（適合工数削減）、劣化診断実行頻度の確保を容易に実現できる。
【００６０】
本実施例１では、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の比率である非浄化率を算出したが、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量の比率である浄化率を演算して、この浄化率を劣化診断指標として用いて、浄化率が所定の劣化判定しきい値以下であるか否かで、ＮＯｘ触媒２３の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【００６１】
このＮＯｘ触媒２３の浄化率は、浄化率＝１−非浄化率の関係があり、上記実施例１と同様の方法で算出したＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ流入量を用いて、次式により浄化率を演算すれば良い。
浄化率＝ＮＯｘ吸蔵量／ＮＯｘ流入量
上式により算出したＮＯｘ触媒２３の浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行っても、本実施例１と全く同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００６２】
上記実施例１では、ＮＯｘ触媒２３の上流側にＮＯｘセンサ２５を設置したが、図５乃至図８に示す本発明の実施例２では、ＮＯｘ触媒２３の下流側にＮＯｘセンサ３１を設置し、ＮＯｘ触媒２３の上流側（三元触媒２２の下流側）に、Ｏ2 センサ３２又は空燃比センサを設置している。本実施例２では、ＮＯｘセンサ３１は、ＮＯｘ検出機能の他に空燃比検出機能が内蔵されている。その他のハードウエア構成は、前記実施例１と同じである。
【００６３】
本実施例２でも、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の比率である非浄化率を算出し、この非浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行う点は、前記実施例１と同じであるが、本実施例２では、ＮＯｘセンサ３１の設置位置がＮＯｘ触媒２３の下流側になっているため、ＮＯｘセンサ３１の出力からは、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量を算出できない。
そこで、本実施例２では、ＮＯｘ触媒２３の非浄化率を次式により演算する。
【００６４】
【数２】
2010185325.tif 000004
【００６５】
上記［数２］の「ＮＯｘ排出量」は、ＮＯｘ触媒２３から排出されるＮＯｘ量であり、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１の出力（ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス中のＮＯｘ濃度検出値）に排出ガス流量を乗算して、その乗算値を積算してＮＯｘ排出量の積算値を更新する処理を所定の演算周期で繰り返せば良い。ここで、排出ガス流量は、エアフローメータ１４で検出した吸入空気流量に基づいて、エアフローメータ１４の位置からＮＯｘセンサ３１の位置までの空気系の流動遅れを考慮して算出すると良い。
【００６６】
上記［数２］の「ＮＯｘ流入量」は、ＮＯｘ触媒２３に流入するＮＯｘ量であり、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量との加算により演算すれば良い。
ＮＯｘ流入量＝ＮＯｘ吸蔵量＋ＮＯｘ排出量
【００６７】
ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量は、ＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに要したリッチ成分量に基づいて演算すれば良い。具体的には、ＮＯｘパージ（リッチパージ）によりＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、ＮＯｘ触媒２３に流入するリッチ成分流入量とＮＯｘ触媒２３から排出されるリッチ成分排出量との差分によりＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量を演算すれば良い。
ＮＯｘ吸蔵量＝リッチ成分流入量−リッチ成分排出量
【００６８】
ここで、ＮＯｘ触媒２３の上流側（三元触媒２２の下流側）に空燃比センサが設置されている場合は、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比（ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスの空燃比）を当該空燃比センサで検出して、検出した上流側空燃比と排出ガス流量（吸入空気流量）とに基づいてＮＯｘ触媒２３へのリッチ成分流入量を下記式により算出すれば良い。
リッチ成分流入量＝排出ガス流量／上流側空燃比−排出ガス流量／理論空燃比
【００６９】
図５の構成例では、ＮＯｘ触媒２３の上流側（三元触媒２２の下流側）のガスセンサがＯ2 センサ３２となっているため、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比を直接検出することはできないため、前記実施例１で説明したように、三元触媒２２の上流側の空燃比センサ２４で検出した空燃比を、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比として用いれば良い。尚、燃料噴射量、目標空燃比、空燃比補正量等の少なくとも１つに基づいてＮＯｘ触媒２３へのリッチ成分流入量を推定するようにしても良い。
【００７０】
ＮＯｘ触媒２３から排出されるリッチ成分排出量は、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量（吸入空気流量）と、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比（ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガスの空燃比）とに基づいて下記式により演算すれば良い。
【００７１】
リッチ成分排出量＝排出ガス流量／下流側空燃比−排出ガス流量／理論空燃比
本実施例２では、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１に空燃比検出機能が内蔵されているため、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比をＮＯｘセンサ３１の空燃比検出機能で検出すれば良い。尚、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１に内蔵された検出機能が空燃比検出機能ではなく、Ｏ2 検出機能である場合は、そのＯ2 検出機能で検出したＯ2 濃度に空燃比換算係数ｋを乗算して空燃比を推定すれば良い。
【００７２】
以上のようにして演算したＮＯｘ排出量とＮＯｘ吸蔵量（＝リッチ成分流入量−リッチ成分排出量）を用いて、上記［数２］によりＮＯｘ触媒２３の非浄化率を演算し、この非浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行う。
【００７３】
更に、本実施例２では、アンモニア成分が増えるリッチ期間中は、ＮＯｘセンサ３１で検出するＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ量よりもアンモニア成分濃度相当分だけ過大に検出されてしまうことを考慮して、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスがストイキよりもリッチになっているリッチ期間に、検出ＮＯｘ濃度を０に設定して、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の積算を禁止するようにしている。
【００７４】
本実施例２のように、ＮＯｘ触媒２３の下流側にＮＯｘセンサ３１が設置されている場合は、ＮＯｘセンサ４１の周辺を流れる排出ガスがリッチでなくても、アンモニア成分濃度が高い場合がある。つまり、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスがリッチになっていれば、排出ガス中のアンモニア成分濃度が多くなっていると推定されるが、この場合、排出ガスがＮＯｘ触媒２３内を流れる過程で、リッチ成分は吸蔵ＮＯｘの還元反応に消費されるが、アンモニア成分はＮＯｘ触媒２３をすり抜けていくため、ＮＯｘ触媒２３から流出してＮＯｘセンサ３１の周辺を流れる排出ガスがリッチでなくても、アンモニア成分濃度が高い場合がある。
【００７５】
従って、本実施例２のように、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスがリッチになっているリッチ期間に、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の積算を禁止するようにすれば、アンモニア成分によりＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量が過大に見積られることを未然に防止できて、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の演算精度の悪化を回避することができる。
【００７６】
本実施例２では、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチになっている期間に、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の積算を禁止すると共に、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了後も、所定時間が経過するまで、ＮＯｘ排出量の積算を禁止するようにしている。このように、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了後も、暫くＮＯｘ排出量の積算を禁止する理由は、リッチ化された排出ガスがＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１に到達するまでの排出ガスの流動遅れを考慮するためである。
【００７７】
以上説明した本実施例２のＮＯｘ触媒２３の劣化診断処理は、ＥＣＵ２９によって図６のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンに従って次のようにして実行される。
図６のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンは、エンジン運転中に所定の演算周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう劣化診断指標演算手段及び劣化診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、劣化診断実行条件が成立しているか否かを、前記実施例１と同様の条件で判定し、劣化診断実行条件が成立していなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００７８】
これに対し、上記ステップ２０１で、劣化診断実行条件が成立していると判定されれば、ステップ２０２以降の処理を実行して、ＮＯｘ触媒２３の劣化診断を次のようにして実行する。まず、ステップ２０２で、後述する図７のＮＯｘ排出量積算ルーチンを実行して、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量を積算する。
【００７９】
この後、ステップ２０３に進み、ＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを完全に還元するのに要したリッチ成分量に基づいて、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量を積算する。具体的には、ＮＯｘパージ（リッチパージ）によりＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、ＮＯｘ触媒２３に流入するリッチ成分流入量［図８の（Ａ）］とＮＯｘ触媒２３から排出されるリッチ成分排出量［図８の（Ｃ）］との差分に演算間隔ｄｔを乗算して、今回の演算間隔ｄｔの間にＮＯｘ触媒２３に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を求め、これを前回演算したＮＯｘ吸蔵量の積算値に加算して、ＮＯｘ吸蔵量の積算値を更新する。
【００８０】
この際、ＮＯｘ触媒２３へのリッチ成分流入量［図８の（Ａ）］は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガス流量Ｇａを、ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比で割り算して下記式により求めれば良い。
リッチ成分流入量＝Ｇａ／上流側空燃比−Ｇａ／理論空燃比
ＮＯｘ触媒２３の上流側の空燃比は、三元触媒２２の上流側の空燃比センサ２４で検出した空燃比を用いれば良い。
【００８１】
また、ＮＯｘ触媒２３からのリッチ成分排出量［図８の（Ｃ）］は、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量Ｇａを、ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比で割り算して下記式により求めれば良い。
リッチ成分排出量＝Ｇａ／下流側空燃比−Ｇａ／理論空燃比
ＮＯｘ触媒２３の下流側の空燃比は、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１の空燃比検出機能で検出した空燃比を用いれば良い。
【００８２】
この後、ステップ２０４に進み、上記ステップ２０２で積算したＮＯｘ排出量と、上記ステップ２０３で積算したＮＯｘ吸蔵量とを用いて、次式によりＮＯｘ触媒２３の非浄化率を算出する。
非浄化率＝ＮＯｘ排出量／（ＮＯｘ吸蔵量＋ＮＯｘ排出量）
【００８３】
この後、ステップ２０５に進み、ＮＯｘ触媒２３の非浄化率を所定の劣化判定しきい値と比較して、非浄化率が劣化判定しきい値以下であれば、ＮＯｘ触媒２３の劣化なし（正常）と判定し（ステップ２０７）、非浄化率が劣化判定しきい値を越えていれば、ＮＯｘ触媒２３の劣化と判定する（ステップ２０６）。
【００８４】
一方、図７のＮＯｘ排出量積算ルーチンは、上記図６のＮＯｘ触媒劣化診断ルーチンのステップ２０２で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１の出力を取り込んで、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガスのＮＯｘ濃度）を検出する。
【００８５】
この後、ステップ３０２に進み、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量に相関する情報として、エアフローメータ１４の出力（吸入空気流量Ｇａ）を取り込み、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量Ｇａを推定する。この際、エアフローメータ１４の位置からＮＯｘセンサ３１の位置までの空気系の流動遅れを考慮して排出ガス流量Ｇａを推定すると良い。
【００８６】
この後、ステップ３０３に進み、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間、又は、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了から所定時間以内の期間であるか否かを判定し、その結果、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間、又は、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了から所定時間以内の期間であると判定されれば、ステップ３０４に進み、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１で検出したＮＯｘ濃度を０にセットして（ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の積算を禁止して）、次のステップ３０５に進む。
【００８７】
これに対し、上記ステップ３０３で、「Ｎｏ」と判定された場合（ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間でもなく、且つ、ＮＯｘパージ終了から所定時間以内の期間でもない場合）には、上記ステップ３０４の処理を行わずに次のステップ３０５に進む。
【００８８】
そして、このステップ３０５で、ＮＯｘセンサ３１で検出したＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘ濃度［図８の（Ｂ）］と排出ガス流量Ｇａと演算間隔ｄｔを乗算して、今回の演算間隔ｄｔの間にＮＯｘ触媒２３から排出されたＮＯｘ排出量［＝ＮＯｘ濃度・Ｇａ・ｄｔ］を求め、これを前回演算したＮＯｘ排出量の積算値に加算して、ＮＯｘ排出量の積算値を更新して本ルーチンを終了する。
以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００８９】
上記実施例２では、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間、又は、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了から所定時間以内の期間に、ＮＯｘ触媒２３の下流側の検出ＮＯｘ濃度を０にセットしてＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の積算を禁止するようにしたが、図９及び図１０に示す本発明の実施例３では、ＮＯｘ触媒２３に流入する排出ガスがストイキよりもリッチになっているリッチ期間に、当該リッチ期間中のＮＯｘセンサ３１の出力を当該リッチ期間直前のＮＯｘセンサ３１の出力で上限ガード処理した値を用いてＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量を演算するようにしている。
【００９０】
本実施例３では、前記実施例２と同様に、リッチ化された排出ガスがＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１に到達するまでの排出ガスの流動遅れを考慮するために、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間に加え、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了から所定時間以内の期間にも、リッチ期間直前のＮＯｘセンサ３１の出力で上限ガード処理した値を用いてＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量を演算するようにしている。その他の事項は、前記実施例２と同じである。
【００９１】
以上説明した本実施例３では、図１０のＮＯｘ排出量積算ルーチンを実行する。本ルーチンでは、まずステップ４０１で、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘセンサ３１の出力を取り込んで、ＮＯｘ触媒２３の下流側のＮＯｘ濃度を検出し、次のステップ４０２で、エアフローメータ１４の出力（吸入空気流量Ｇａ）を取り込んで、ＮＯｘ触媒２３から排出される排出ガス流量Ｇａを推定する。
【００９２】
この後、ステップ４０３に進み、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリーンからリッチに反転した直後か否かを判定し、リーンからリッチへの反転直後であれば、ステップ４０４に進み、その時点のＮＯｘセンサ３１の検出ＮＯｘ濃度を上限ガード値としてＲＡＭ等のメモリに記憶して、ステップ４０５に進む。
上記ステップ４０３で、リーンからリッチへの反転直後ではないと判定されれば、上記ステップ４０４の上限ガード値の記憶処理を行わずに、ステップ４０５に進む。
【００９３】
そして、このステップ４０５で、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間、又は、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了から所定時間以内の期間であるか否かを判定し、その結果、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間、又は、ＮＯｘパージ（リッチパージ）終了から所定時間以内の期間であると判定されれば、ステップ４０６に進み、上記ステップ４０４で記憶した上限ガード値を用いて、上記ステップ４０１で取り込んだ検出ＮＯｘ濃度を上限ガード処理（検出ＮＯｘ濃度≦上限ガード値）を行って、ステップ４０７に進む。
【００９４】
これに対し、上記ステップ４０５で、「Ｎｏ」と判定された場合（ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチの期間でもなく、且つ、ＮＯｘパージ終了から所定時間以内の期間でもない場合）には、上記ステップ４０６の検出ＮＯｘ濃度の上限ガード処理を行わずに次のステップ４０７に進む。
そして、このステップ４０７で、前記実施例２と同様の方法で、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量を積算する。
【００９５】
以上説明した本実施例３では、ＮＯｘ触媒２３の上流側のＯ2 センサ３２の出力がリッチとなる期間に、リッチ期間直前のＮＯｘセンサ３１の出力（アンモニア成分の影響が少ない直近のＮＯｘ濃度検出値）をリッチ期間中のＮＯｘ濃度と見なしてＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量を積算できるため、アンモニア成分によりＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量が過大に見積られることを未然に防止でき、ＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の演算精度の悪化を回避することができる。
【００９６】
尚、上記実施例２，３では、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３からのＮＯｘ排出量の比率である非浄化率を算出したが、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量に対するＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量の比率である浄化率を演算して、この浄化率を劣化診断指標として用いて、浄化率が所定の劣化判定しきい値以下であるか否かで、ＮＯｘ触媒２３の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【００９７】
このＮＯｘ触媒２３の浄化率は、浄化率＝１−非浄化率の関係があり、上記実施例２，３と同様の方法で算出したＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ排出量を用いて、次式により浄化率を演算すれば良い。
浄化率＝ＮＯｘ吸蔵量／（ＮＯｘ吸蔵量＋ＮＯｘ排出量）
上式により算出したＮＯｘ触媒２３の浄化率を劣化診断指標として用いてＮＯｘ触媒２３の劣化診断を行っても、本実施例２，３と全く同様の効果を得ることができる。
【００９８】
その他、本発明は、リーンバーンエンジンに限定されず、筒内噴射エンジン、吸気ポート噴射と筒内噴射を併用するデュアル噴射エンジン等、ＮＯｘ触媒を搭載したエンジンに適用して実施でき、また、ＮＯｘ触媒２３の上流側の触媒の有無や触媒の種類を問わず、適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９９】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排気通路）、２２…三元触媒、２３…ＮＯｘ触媒、２４…空燃比センサ、２５…ＮＯｘセンサ、２６…Ｏ2 センサ、２９…ＥＣＵ（劣化診断指標演算手段，劣化診断手段）、３１…ＮＯｘセンサ、３２…Ｏ2 センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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