(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＳＲ触媒を含む排気浄化装置、及び前記ＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する測定装置が排気通路に配置された内燃機関の制御装置であり、
前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理である再生処理を行う再生手段と、
前記再生処理が終了した後の所定のＮＳＲ診断時期における前記測定装置の測定値に基づいて、前記ＮＳＲ触媒の異常を診断する処理であるＮＳＲ診断処理を行う診断手段と、
前記内燃機関へ供給される混合気の空燃比である機関空燃比を制御する制御手段と、
を備え、
前記ＮＳＲ診断処理が実行される場合に、前記制御手段は、前記再生処理の終了時期以降の所定の弱リーン開始時期から前記ＮＳＲ診断時期までの期間においては、機関空燃比を内燃機関の運転条件に応じたリーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に制御し、前記ＮＳＲ診断時期以降においては、機関空燃比を前記弱リーン空燃比から理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ＮＳＲ診断時期は、前記再生処理の終了時期から前記ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算値である総ＮＯＸ流入量が所定量以上となる時期である請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記弱リーン開始時期は、前記再生処理の終了時期である請求項１又は２に記載に内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記弱リーン開始時期は、前記再生処理の終了時期より後の時期であって、前記総ＮＯＸ流入量が前記所定量より少ない閾値と等しくなる時期であり、
前記制御手段は、前記再生処理の終了時期から前記弱リーン開始時期までの期間中は、機関空燃比を内燃機関の運転条件に応じたリーン空燃比に設定する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記再生処理の終了時期から前記弱リーン開始時期までの期間のうち、前記ＮＳＲ触媒の温度が該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ還元能力が活性する温度域より低くなる期間では、機関空燃比を前記弱リーン空燃比に設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記排気浄化装置は、前記ＮＳＲ触媒より下流に配置されたＳＣＲ触媒を含み、
前記測定装置は、前記ＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する第一測定部と、前記ＳＣＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する第二測定部と、を具備し、
前記制御手段は、前記ＳＣＲ触媒の異常を診断する必要がある場合に、前記弱リーン開始時期から前記ＮＳＲ診断時期より後の所定のＳＣＲ診断時期までの期間においては、機関空燃比を内燃機関の運転条件に応じたリーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に制御し、前記ＳＣＲ診断時期以降においては、機関空燃比を前記弱リーン空燃比から理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更し、
前記診断手段は、前記ＳＣＲ診断時期における前記第二測定部の測定値に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の異常を診断する処理であるＳＣＲ診断処理を実行する請求項１乃至５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＳＲ（ＮＯＸ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒を含む排気浄化装置の異常診断処理に付随してＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生する処理が実行される内燃機関の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置として、ＮＳＲ触媒を収容したものが知られている。ＮＳＲ触媒を収容する排気浄化装置の異常を診断する方法として、ＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量が一定量を超えた時期にＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量（ＮＯＸ吸蔵量）を求め、そのＮＯＸ吸蔵量に基づいて排気浄化装置の異常を診断する方法が知られている。
【０００３】
具体的には、排気浄化装置より下流の排気通路に排気中のＮＯＸ濃度を測定可能なＮＯＸセンサが配置された構成において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生する処理が終了した時期からＮＯＸセンサの出力が一定値を超える時期までの期間にＮＳＲ触媒が吸蔵したＮＯＸの量を演算し、その演算値が閾値より小さければ排気浄化装置が異常であると診断する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７１６９７号公報
【特許文献２】特開平０７−２０８１５１号公報
【特許文献３】特開平０７−１８０５３５号公報
【特許文献４】特開２０１３−０９２０５５号公報
【特許文献５】特開平０９−１８４４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した方法により排気浄化装置の異常診断処理が行われると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低くなるため、異常診断処理の終了後はＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを速やかに浄化させ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる必要がある。
【０００６】
ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる場合は、機関空燃比（内燃機関へ供給される混合気の空燃比）を理論空燃比より低いリッチ空燃比（例えば、１２程度）に設定することにより、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを脱離させ、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸを排気中に含まれる余剰の未燃燃料成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等）によって還元させることになる。ただし、機関空燃比が２０以上の高い空燃比に設定されている場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理が開始される際の機関空燃比の変化量が大きくなるため、内燃機関の出力（トルク）が増加する可能性がある。
【０００７】
また、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生する処理が終了した時期からＮＯＸセンサの出力が一定値を超える時期までにはある程度の時間を要するため、ＮＯＸセンサの出力が一定値を超える前に機関空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比に変更される可能性がある。そのような場合は、異常診断処理を中断又は中止しなければならず、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができなくなる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＳＲ触媒を含む排気浄化装置の異常を診断する処理に付随して、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理が行われる内燃機関の制御装置において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生する際のトルク変動を抑制しつつ、排気浄化装置の異常を速やかに検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明は、ＮＳＲ触媒を含む排気浄化装置、及び前記ＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する測定装置が排気通路に配置された内燃機関の制御装置であり、
前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理である再生処理を行う再生手段と、
前記再生処理が終了した後の所定のＮＳＲ診断時期における前記測定装置の測定値に基づいて、前記ＮＳＲ触媒の異常を診断する処理であるＮＳＲ診断処理を行う診断手段と、
前記内燃機関へ供給される混合気の空燃比である機関空燃比を制御する制御手段と、
を備え、
前記ＮＳＲ診断処理が実行される場合に、前記制御手段は、前記再生処理の終了時期以降の所定の弱リーン開始時期から前記ＮＳＲ診断時期までの期間においては、機関空燃比を内燃機関の運転条件に応じたリーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に制御し、前記ＮＳＲ診断時期以降においては、機関空燃比を前記弱リーン空燃比から理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更するようにした。
【００１０】
ここでいう「再生処理」は、ＮＳＲ診断処理が行われない条件下で内燃機関が希薄燃焼運転（機関空燃比がリーン空燃比に設定される運転）されているときに、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元させる処理や、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒を解消させる処理等である。「ＮＳＲ診断処理」は、ＮＳＲ診断時期における測定装置の瞬時的な測定値のみを使用してＮＳＲ触媒の異常を診断する処理であってもよく、又はＮＳＲ診断時期における測定装置の測定値を含め、再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間における測定装置の測定値の積算値を使用してＮＳＲ触媒の異常を診断する処理であってもよい。また、「ＮＳＲ診断時期」は、再生手段による再生処理の終了時期から所定時間が経過した時期に設定されてもよく、又は再生手段による再生処理の終了時期からＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの積算値（以下、「総ＮＯＸ流入量」と称する）が所定量以上に達する時期に設定されてもよい。その際の所定時間又は所定量は、ＮＳＲ触媒が正常である場合と異常である場合とにおいて、測定装置の測定値に有意な差異が生じるように定められるものとする。さらに、「内燃機関の運転条件に応じたリーン空燃比」は、ＮＳＲ診断処理が実行されない場合に内燃機関の要求出力に応じて設定されるリーン空燃比であり、以下では「基本リーン空燃比」と称する。
【００１１】
このように構成された内燃機関の制御装置によると、ＮＳＲ診断処理が実行される場合において、再生手段による再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、弱リーン開始時期からＮＳＲ診断時期までの期間では、機関空燃比が前記基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に制御される。そして、ＮＳＲ診断時期において、機関空燃比が前記弱リーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。
【００１２】
ＮＳＲ診断時期において機関空燃比が前記弱リーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられると、ＮＳＲ触媒へ流入する排気がリッチ雰囲気となる。リッチ雰囲気の排気がＮＳＲ触媒へ流入すると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸは、該ＮＳＲ触媒から脱離しつつ、排気中に含まれる未燃燃料成分（ＨＣやＣＯ等）と反応して窒素（Ｎ２）に還元される。その結果、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が再生される。以下では、ＮＳＲ診断時期以降の空燃比をリッチ空燃比に設定することで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理を「ＮＳＲ診断用再生処理」と称する。また、以下では、前記ＮＳＲ診断時期以外の
時期に再生手段によって実行される再生処理を「通常再生処理」と称する。
【００１３】
前記弱リーン空燃比は、前記基本リーン空燃比より空燃比が低いため、前記ＮＳＲ診断用再生処理が開始される際の機関空燃比の変化量が少なくなる。その結果、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される際の内燃機関のトルク変動が小さくなる。
【００１４】
ここで、機関空燃比の変更に伴うトルク変動を緩和する方法として、点火時期を遅角させる方法や吸入空気量を減量させる方法が考えられる。しかしながら、吸入空気量の制御には応答遅れが伴うため、吸入空気量の応答遅れが発生しているときは点火時期の遅角によってトルク変動を緩和させる必要がある。よって、機関空燃比の変化量が多くなると、点火時期を大幅に遅角させなければならず、内燃機関の運転状態が不安定になる可能性がある。
【００１５】
これに対し、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される際の機関空燃比の変化量が小さくなると、吸入空気量の応答遅れが発生している場合においても点火時期を大幅に遅角させる必要がなくなる。その結果、内燃機関の運転状態を不安定にすることなく、内燃機関のトルク変動を抑制することが可能になる。
【００１６】
また、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定された場合は基本リーン空燃比に設定された場合に比べ、内燃機関から排出されるＮＯＸの量が多くなる。そのため、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、弱リーン開始時期からＮＳＲ診断時期までの期間の機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されることで、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間が短くなる。
【００１７】
ここで、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間が長くなると、該期間の途中で内燃機関の運転状態がリーン運転領域（機関空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比に設定される運転領域）から逸脱し、ＮＳＲ診断処理が中止又は中断される可能性がある。
【００１８】
これに対し、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間が短くなると、該期間の途中で内燃機関の運転状態がリーン運転領域から逸脱する可能性が小さくなる。よって、ＮＳＲ診断処理が途中で中止され、又は中断される可能性も小さくなる。その結果、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することが可能になる。
【００１９】
したがって、本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＮＳＲ診断用再生処理が実行される際の内燃機関のトルク変動を抑制しつつ、排気浄化装置の異常を速やかに検出することが可能となる。
【００２０】
なお、本発明の内燃機関の制御装置において、前記弱リーン開始時期は、通常再生処理の終了時期に設定されてもよい。その場合は、通常再生処理が終了した時期からＮＳＲ診断時期までの全期間において、機関空燃比が前記弱リーン空燃比に設定されることになる。その結果、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間をより確実に短くすることができる。よって、排気浄化装置の異常をより速やかに検出することが可能になる。さらに、通常再生処理の終了時期に機関空燃比がリッチ空燃比から前記弱リーン空燃比に切り替えられることになるため、通常再生処理の終了時期に機関空燃比がリッチ空燃比から基本リーン空燃比へ切り替えられる場合に比べ、内燃機関のトルク変動を小さく抑えることもできる。
【００２１】
また、本発明の内燃機関の制御装置において、前記弱リーン開始時期は、通常再生処理の終了時期より後であって、前記ＮＳＲ診断時期より前に設定されてもよい。例えば、通
常再生処理の終了時期からの総ＮＯＸ流入量が前記所定量以上に達する時期を、前記ＮＳＲ診断時期として設定する場合においては、前記弱リーン開始時期は、通常再生処理が終了した時期からの総ＮＯＸ流入量が前記所定量より少ない閾値と等しくなる時期に設定されてもよい。その場合、制御手段は、通常再生処理の終了時期から弱リーン開始時期までの期間の空燃比を基本リーン空燃比に設定すればよい。
【００２２】
このような構成によれば、前記通常再生処理が終了した時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される直前の一部の期間においてのみ、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されることになる。ここで、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されている場合は基本リーン空燃比に設定される場合に比べ、内燃機関の燃料消費量が多くなる可能性がある。よって、前記通常再生処理が終了した時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、一部の期間においてのみ、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されると、燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される際の内燃機関のトルク変動を小さくすることができる。また、前記通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの全期間において、機関空燃比が基本リーン空燃比に設定される場合に比べ、前記通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間を短くすることもできる。
【００２３】
ここで、本発明に係わる制御手段は、前記通常再生処理が終了した時期から前記弱リーン開始時期までの期間のうち、前記ＮＳＲ触媒の温度が該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ還元能力が活性する温度域より低くなる期間では、機関空燃比を前記弱リーン空燃比に設定してもよい。
【００２４】
機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されている場合は基本リーン空燃比に設定されている場合に比べ、ＮＳＲ触媒の温度が高くなる傾向がある。よって、前記通常再生処理の終了時期から前記弱リーン開始時期までの期間のうち、前記ＮＳＲ触媒の温度が該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ還元能力が活性する温度域より低くなる期間において、機関空燃比が弱リーン空燃比に制御されると、ＮＳＲ診断用再生処理が実行される際のＮＳＲ触媒の温度が活性温度域より低くなることが抑制される。その結果、ＮＳＲ診断用再生処理の実行によって、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力をより確実に再生させることが可能になる。
【００２５】
次に、本発明の内燃機関の制御装置において、排気浄化装置がＮＳＲ触媒と該ＮＳＲ触媒より下流に配置されるＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒とを具備し、測定装置がＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する第一測定部とＳＣＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する第二測定部とを具備していてもよい。このような構成において、ＳＣＲ触媒の異常を診断する必要がある場合に、前記制御手段は、前記弱リーン開始時期から前記ＮＳＲ診断時期より後の所定のＳＣＲ診断時期までの期間においては、機関空燃比を前記基本リーン空燃比より低く、且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に制御し、前記ＳＣＲ診断時期以降においては、機関空燃比を前記弱リーン空燃比から理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更してもよい。そして、診断手段は、前記ＳＣＲ診断時期における前記第二測定部の測定値に基づいて、ＳＣＲ触媒の異常を診断する処理であるＳＣＲ診断処理を実行してもよい。なお、ここでいう「ＳＣＲ診断時期」は、ＳＣＲ触媒が正常である場合と異常である場合とにおいて、第二測定部の測定値に有意な差異が生じるように定められるものとする。
【００２６】
このような構成によれば、ＳＣＲ診断処理が実行される場合は、前記弱リーン開始時期から前記ＳＣＲ診断時期までの期間における機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されることになるため、その途中のＮＳＲ診断時期にＮＳＲ診断用再生処理が実行されなくなる。そして、ＮＳＲ診断時期より後のＳＣＲ診断時期に、機関空燃比が前記弱リーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられることで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が再生されること
になる。以下では、ＳＣＲ診断時期以降の機関空燃比をリッチ空燃比に設定することで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理を、「ＳＣＲ診断用再生処理」と称する。ＳＣＲ診断用再生処理が開始されるときは、ＮＳＲ診断用再生処理が実行される場合と同様に、機関空燃比が弱リーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられるため、機関空燃比の変化量を少なく抑えることができる。その結果、点火時期の大幅な遅角を行うことなく、内燃機関のトルク変動を抑制することができる。また、弱リーン開始時期からＳＣＲ診断時期までの期間における機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されることで、通常再生処理の終了時期からＳＣＲ診断時期までの期間が短くなる。
【００２７】
したがって、ＳＣＲ診断処理が実行される場合において、内燃機関のトルク変動を抑制しつつ、ＳＣＲ触媒の異常を速やかに検出することが可能となる。ここで、ＳＣＲ診断処理が実行される場合の弱リーン開始時期は、通常再生処理の終了時期に設定されてもよく、又は通常再生処理の終了時期より後であって、前記ＳＣＲ診断時期より前に設定されてもよい。
【００２８】
なお、本発明に係わる制御手段は、前記通常再生処理が開始される前の所定の時期から前記通常再生処理が開始されるまでの期間において、機関空燃比を基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い中間空燃比に設定するようにしてもよい。
【００２９】
通常再生処理が開始されるときに、機関空燃比が基本リーン空燃比からリッチ空燃比へ変更されると、内燃機関のトルク変動が大きくなる可能性がある。これに対し、通常再生処理が開始されるときに、機関空燃比が中間空燃比からリッチ空燃比へ変更されると、内燃機関のトルク変動を小さく抑えることができる。
【００３０】
なお、機関空燃比が中間空燃比に設定される期間が不要に長くなると、燃料消費量が多くなったり、通常再生処理の実行頻度が高くなったりする可能性がある。そのため、機関空燃比が中間空燃比に設定される期間は、前記弱リーン開始時期からＮＳＲ診断時期（又はＳＣＲ診断時期）に至る期間より短くされることが望ましい。その結果、燃料消費量の増加や通常再生処理の実行頻度の増加を抑制しつつ、通常再生処理が開始されるときのトルク変動を小さくすることができる。
【００３１】
また、前記中間空燃比は、前記弱リーン空燃比より高く設定されてもよい。このように中間空燃比が設定されると、機関空燃比が中間空燃比に設定された場合の燃料消費量や内燃機関から排出されるＮＯＸの量は、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定された場合より少なくなる。よって、燃料消費量の増加や通常再生処理の実行頻度の増加をより確実に抑制しつつ、通常再生処理が開始されるときのトルク変動を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ＮＳＲ触媒を含む排気浄化装置の異常を診断する処理に付随して、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理が行われる内燃機関の制御装置において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生する際のトルク変動を抑制しつつ、排気浄化装置の異常を速やかに検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算値とＮＳＲ触媒から単位時間あたりに流出するＮＯＸ量との経時変化を示す図である。
【図３】ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理が実行される場合において機関空燃比、吸入空気量、点火時期の経時変化を示す図である。
【図４】第１の実施例においてＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】第１の実施例においてＮＳＲ診断処理が実行される場合にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１の実施例においてＮＳＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２の実施例においてＳＣＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図８】第２の実施例においてＳＣＲ診断処理が実行される場合にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第２の実施例においてＳＣＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第３の実施例においてＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１１】第３の実施例においてＮＳＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】第４の実施例においてＮＳＲ触媒の温度とＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化率との関係を示す図である。
【図１３】第４の実施例においてＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１４】機関空燃比とＮＳＲ触媒の温度との関係を示す図である。
【図１５】第４の実施例においてＮＳＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】第４の実施例においてＳＣＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１７】第４の実施例においてＳＣＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】第５の実施例において中間空燃比が設定される場合の制御方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３５】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図６に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
【００３６】
内燃機関１は、燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、吸気通路（例えば、吸気ポート）へ燃料を噴射する弁装置であってもよく、又は気筒内へ燃料を噴射する弁装置であってもよい。
【００３７】
内燃機関１は、排気通路３と接続されている。排気通路３は、内燃機関１の気筒内で燃焼されたガス（排気）が流通する通路である。排気通路３の途中には、排気浄化装置が配置されている。排気浄化装置は、第一触媒ケーシング４、第二触媒ケーシング５、及び第三触媒ケーシング６を備えている。
【００３８】
第一触媒ケーシング４は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と
、前記コート層に担持される貴金属（例えば、白金、パラジウム、又はロジウム等）とから構成される三元触媒を収容する。
【００３９】
第二触媒ケーシング５は、第一触媒ケーシング４より下流の排気通路３に配置される。第二触媒ケーシング５は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、前記コート層に担持される貴金属（白金、パラジウム、ロジウム等）と、前記コート層に担持されるＮＯＸ吸蔵剤（バリウム、リチウム等）とから構成されるＮＳＲ触媒を収容する。
【００４０】
第三触媒ケーシング６は、第二触媒ケーシング５より下流の排気通路３に配置される。第三触媒ケーシング６は、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム構造体と、ハニカム構造体を被覆するアルミナ系又はゼオライト系のコート層と、前記コート層に担持される貴金属（白金やパラジウム等）とから構成される選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を収容する。
【００４１】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ７が併設される。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ７は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）８、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）９、第一温度センサ１０、第一ＮＯＸセンサ１１、第二ＮＯＸセンサ１２、第二温度センサ１３、アクセルポジションセンサ１４、クランクポジションセンサ１５、及びエアフローメータ１６等の各種センサと電気的に接続されている。
【００４２】
空燃比センサ８は、第一触媒ケーシング４より上流の排気通路３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。酸素濃度センサ９は、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気通路３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４から流出した排気に含まれる酸素の濃度に相関する電気信号を出力する。第一温度センサ１０は、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング６との間の排気通路３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。第一ＮＯＸセンサ１１は、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング６との間の排気通路３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気（第三触媒ケーシング６へ流入する排気）に含まれるＮＯＸの量（ＮＯＸ流入量）に相関する電気信号（ＮＯＸ濃度）を出力する。第二ＮＯＸセンサ１２は、第三触媒ケーシング６より下流の排気通路３に取り付けられ、第三触媒ケーシング６から流出する排気に含まれるＮＯＸの量（ＮＯＸ流出量）に相関する電気信号（ＮＯＸ濃度）を出力する。第二温度センサ１３は、第三触媒ケーシング６より下流の排気通路３に取り付けられ、第三触媒ケーシング６から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１４は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１５は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１６は、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を出力する。なお、第一ＮＯＸセンサ１１は、本発明に係わる測定装置の第一測定部に相当する。また、第二ＮＯＸセンサ１２は、本発明に係わる測定装置の第二測定部に相当する。
【００４３】
ＥＣＵ７は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の運転状態を制御する。例えば、ＥＣＵ７は、クランクポジションセンサ１５の出力信号に基づいて演算される機関回転速度とアクセルポジションセンサ１４の出力信号（アクセル開度）とに基づいて、内燃機関１へ供給される混合気の空燃比（機関空燃比）の目標値（目標空燃比）を演算する。ＥＣＵ７は、目標空燃比とエアフローメータ１６の出力信号（吸入空気量）に基づいて燃料噴射弁２の目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁２を作動させる。
【００４４】
ここで、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域にある場合は、ＥＣＵ７は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定するものとする。また、内燃機関１の運転状態が高負荷領域又は高回転領域にある場合は、ＥＣＵ７は、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定するものとする。
【００４５】
このように、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域や中回転・中負荷領域（以下、これらの運転領域を「リーン運転領域」と称する）に属するときに、内燃機関１が希薄燃焼運転されると、燃料消費量を少なく抑えることができる。
【００４６】
なお、ＥＣＵ７は、空燃比センサ８の出力信号が前記目標空燃比と一致するように目標燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御や、酸素濃度センサ９の出力信号に基づいて空燃比フィードバック制御に使用される補正係数の学習制御等も行う。
【００４７】
ところで、目標空燃比がリーン空燃比に設定される場合は、第一触媒ケーシング４に収容された三元触媒のＮＯＸ浄化性能が低くなる。そのため、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている場合は、第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒と第三触媒ケーシング６のＳＣＲ触媒によって排気中のＮＯＸを浄化する必要がある。
【００４８】
ＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気が酸素過剰状態にあるとき（排気の空燃比がリーンであるとき）は、排気中のＮＯＸを吸蔵又は吸着する。ＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が低く、且つ排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が高いときは、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸを放出しつつ、窒素（Ｎ２）に還元させる。
【００４９】
なお、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力は有限であるため、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が多くなるにつれ、ＮＳＲ触媒が吸蔵することができるＮＯＸの量が少なくなる。そして、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの量に対して、ＮＳＲ触媒が吸蔵することができるＮＯＸの量が少なくなると、ＮＳＲ触媒へ流入したＮＯＸの一部がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに排出される（破過状態）。ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が更に増加すると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和し（ＮＳＲ触媒が吸蔵することができるＮＯＸの量が零になり）、ＮＳＲ触媒へ流入したＮＯＸの略全量がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに排出される。
【００５０】
よって、ＮＳＲ触媒が破過し始める前に、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元させて、ＮＯＸ吸蔵能力を再生させる必要がある。これに対し、ＥＣＵ７は、前記リーン運転領域において、機関空燃比を理論空燃比より低い所定のリッチ空燃比（以下、「再生用空燃比」と称する）に変更する処理（リッチスパイク処理）を適宜実行する。具体的には、ＥＣＵ７は、燃料噴射弁２の燃料噴射量を増加させる処理、又は吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を減少させる処理の少なくなくとも一つを実行する。このようなリッチスパイク処理が実行されると、排気中の酸素濃度が低く且つＨＣやＣＯの濃度が高くなる。その結果、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離し、排気に含まれるＨＣやＣＯ等の還元成分と反応して窒素（Ｎ２）に還元される。
【００５１】
前記リッチスパイク処理は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が一定量以上になったとき、前回のリッチスパイク処理の終了時期からの運転時間（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された運転時間）が一定時間以上になったとき、前回のリッチスパイク処理の終了時期からの走行距離（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された走行距離）が一定距離以上になったときに実行されればよい。なお、本実施例においては、リッチスパイク処理は、ＮＯＸ吸蔵量が一定量以上となったときに実行されるものとする。ここでいう「一定量」は、正常なＮＳＲ触媒が破過し始めるときのＮＯＸ吸蔵量より少ない量
であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められる量である（以下では、「再生用判定値」と称する）。
【００５２】
また、ＮＳＲ触媒には、排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）が吸着又は吸蔵される可能性がある。ＮＳＲ触媒に吸着又は吸蔵されたＳＯＸの量が多くなると、それに伴ってＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下する。よって、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒に吸着又は吸蔵されているＳＯＸの量が所定の被毒判定値以上になると、ＮＳＲ触媒を高温且つリッチ雰囲気にすることで、ＮＳＲ触媒に吸着又は吸蔵されているＳＯＸを酸化及び除去する処理（Ｓ再生処理）を実行する。
【００５３】
次に、ＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるアンモニア（ＮＨ３）を吸着する。ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ３と排気中のＮＯＸを反応させることにより、ＮＯＸを窒素（Ｎ２）に還元させる。ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ３は、三元触媒やＮＳＲ触媒において生成される。例えば、リッチスパイク処理が実行された場合に、三元触媒においてＮＯＸの一部がＮＨ３に還元され、ＮＳＲ触媒において該ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸの一部がＮＨ３に還元される。
【００５４】
ＮＳＲ触媒において生成されるＮＨ３の量は、リッチスパイク処理が実行される間隔や、リッチスパイク処理が実行されるときの機関空燃比等によって変化する。よって、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給する必要がある場合は、リッチスパイク処理の実行間隔がＮＨ３の生成に適した間隔に設定され、又はリッチスパイク処理実行中の機関空燃比がＮＨ３の生成に適した空燃比（例えば、１４程度）に設定されればよい。
【００５５】
ところで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が低下するような異常が発生すると、大気中に排出されるＮＯＸの量が多くなる可能性がある。そのため、ＮＳＲ触媒の異常が発生した場合は、それらの異常を速やかに検出して、車両の運転者にＮＳＲ触媒の修理を促したり、内燃機関１の希薄燃焼運転（リーン運転）を禁止したりする必要がある。
【００５６】
（ＮＳＲ触媒の異常診断方法）
ここで、ＮＳＲ触媒の異常を診断する方法について述べる。図２は、機関空燃比がリーン空燃比に設定されている場合（内燃機関１の運転状態が前記リーン運転領域に属する場合）において、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算値とＮＳＲ触媒から単位時間あたりに流出するＮＯＸ量の経時変化を示す図である。図２中の実線はＮＳＲ触媒が正常である場合にＮＳＲ触媒から単位時間あたりに流出するＮＯＸ量の経時変化を示し、図２中の一点鎖線はＮＳＲ触媒が異常である場合にＮＳＲ触媒から単位時間あたりに流出するＮＯＸ量の経時変化を示す。なお、図２に示す二つの経時変化は、同等の条件下で測定されたものである。また、図２中の時刻ｔ０におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量は零であるものとする。
【００５７】
図２において、ＮＳＲ触媒が異常である場合にＮＳＲ触媒が破過するタイミング（図２中のｔ１）は、ＮＳＲ触媒が正常である場合にＮＳＲ触媒が破過するタイミング（図２中のｔ２）より早くなる。そのため、図２中のｔ２においてＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量は、ＮＳＲ触媒が正常である場合より異常である場合の方が多くなる。また、図２中のｔ０からｔ２までの期間に、ＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの積算値は、ＮＳＲ触媒が正常である場合により異常である場合の方が多くなる。
【００５８】
よって、ＮＳＲ触媒が正常であると想定した場合に、リッチスパイク処理又はＳ再生処理の終了時期からＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算を開始し、その積算値（総ＮＯＸ流入量）が所定量に達する時期（ＮＳＲ診断時期）における第一ＮＯＸセンサ１１の測定値をパラメータとして、ＮＳＲ触媒の異常を診断することができる。
【００５９】
例えば、前記ＮＳＲ診断時期における第一ＮＯＸセンサ１１の測定値が正常値（ＮＳＲ触媒が正常であると想定した場合に、ＮＳＲ診断時期における第一ＮＯＸセンサ１１の測定値が取り得る最大値、又はその最大値にマージンを加算した値）より大きければ、ＮＳＲ触媒が異常であると診断してもよい。また、リッチスパイク処理の終了時期又はＳ再生処理の終了時期から前記ＮＳＲ診断時期までの期間における第一ＮＯＸセンサ１１の測定値を積算し、その積算値（総ＮＯＸ流出量）が正常値（ＮＳＲ触媒が正常である場合に総ＮＯＸ流出量が取り得る最大値、又はその最大値にマージンを加算した量）より大きければ、ＮＳＲ触媒が異常であると診断してもよい。さらに、前記所定量に対する総ＮＯＸ流出量の比が正常値（ＮＳＲ触媒が正常であると想定した場合に、前記所定量に対する総ＮＯＸ流出量の比が取り得る最大値、又はその最大値にマージンを加算した値）より大きければ、ＮＳＲ触媒が異常であると診断してもよい。ここでいう「所定量」は、正常なＮＳＲ触媒が破過し始めるときの総ＮＯＸ流入量、又はその総ＮＯＸ流入量からマージンを減算した量であり、前記再生用判定値より多い量である。
【００６０】
ところで、上記したような方法によりＮＳＲ触媒の異常診断処理（ＮＳＲ診断処理）が行われると、ＮＳＲ診断時期におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記再生用判定値より多くなるため、ＮＳＲ診断時期以降の早い時期にＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理を実行する必要がある。そこで、本実施例では、ＮＳＲ診断時期以降の機関空燃比を前記再生用空燃比に設定することで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理（ＮＳＲ診断用再生処理）が行われるようにした。なお、以下では、ＮＳＲ診断時期以外の時期に行われるリッチスパイク処理やＳ再生処理を通常再生処理と総称する。
【００６１】
ＮＳＲ診断用再生処理が開始されるときに、機関空燃比が内燃機関１の運転状態に適したリーン空燃比（例えば、２０乃至２５）からＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力の再生に適した再生用空燃比（例えば、１２乃至１４）へ変更されると、内燃機関１のトルクが急激に増加する可能性がある。そのため、吸入空気量の減量や点火時期の遅角等の処理を行う必要がある。
【００６２】
ここで、ＮＳＲ診断用再生処理が実行された場合の機関空燃比、吸入空気量、及び点火時期の経時変化を図３に示す。図３中のＮＳＲ診断用再生フラグは、ＮＳＲ診断時期にオンにされ、ＮＳＲ診断用再生処理の終了時期にオフにされるフラグである。図３に示すように、ＮＳＲ診断時期（図３中のｔ３）にＮＳＲ診断用再生フラグがオフからオンへ切り替えられると、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される。ＮＳＲ診断用再生処理の開始直後（図３中のｔ３からｔ４までの期間）は、吸入空気量の応答遅れが発生するため、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多くなる。そのため、実際の吸入空気量が目標吸入空気量を上回る期間では、点火時期を大幅に遅角させる必要がある。ただし、点火時期が大幅に遅角されると、内燃機関１の運転状態が不安定になる可能性がある。そのため、点火時期の遅角量は予め定められた上限値（遅角限界）以下に制限される。点火時期の遅角量が上限値以下に制限されると、ＮＳＲ診断用再生処理の開始直後における内燃機関１のトルク変動を抑制しきれなくなる可能性がある。
【００６３】
これに対し、ＮＳＲ診断用再生処理が開始されるときに、先ず機関空燃比を再生用空燃比より高く且つ理論空燃比より低い弱リッチ空燃比に設定し、次いで機関空燃比を弱リッチ空燃比から再生用空燃比へ低下させる方法が考えられる。しかしながら、機関空燃比が弱リッチ空燃比に設定された場合は、排気中に含まれる未燃燃料成分の量が少ないため、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸの一部が還元されない可能性がある。
【００６４】
また、ＮＳＲ診断処理が実行される場合において、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間の途中で通常再生処理が実行されると、ＮＳＲ診断処理の診断精度が
低下するため、該期間中は通常再生処理の実行が禁止される。ただし、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間において、機関空燃比が内燃機関１の運転条件（要求出力）に適したリーン空燃比（基本リーン空燃比）に設定されると、内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＮＯＸの量が少なくなる可能性がある。そのような場合は、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が前記所定量に達する前に、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域から逸脱する可能性が大きくなり、それに伴ってＮＳＲ診断処理が中断又は中止される可能性も大きくなる。ＮＳＲ診断処理が中断又は中止されると、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができなくなる。
【００６５】
（ＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法）
そこで、本実施例では、ＮＳＲ診断処理が行われる場合において、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間では、通常再生処理の実行を禁止し、且つその間の機関空燃比を基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に設定するようにした。なお、弱リーン空燃比が理論空燃比に近似した値に設定されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが脱離する可能性がある。よって、弱リーン空燃比は、基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高いことに加え、ＮＳＲ触媒からＮＯＸが脱離しない空燃比（例えば、１６から１７程度）に設定されるものとする。
【００６６】
ここで、図４のタイミングチャートに沿って、ＮＳＲ診断処理が行われる際の機関空燃比の制御方法について述べる。図４中のＮＳＲ診断フラグは、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域に属し、且つ通常再生処理が終了した時期にオンにされ、該ＮＳＲ診断フラグがオンにされた時期からの総ＮＯＸ流入量が前記所定量に達した時期（ＮＳＲ診断時期）にオフにされる。図４中の通常再生フラグは、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域に属し、且つＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記再生用判定値以上に達した時期にオンされ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が零になったと推定される時期にオフにされるフラグである。
【００６７】
図４において、ＮＳＲ診断フラグがオン（通常再生フラグがオフ）にされた時期（図４中のｔ５）からＮＳＲ診断フラグがオフ（ＮＳＲ診断用再生フラグがオン）にされる時期（図４中のｔ６）までの期間では、機関空燃比が基本リーン空燃比より低く、且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に設定される。
【００６８】
機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されている場合は基本リーン空燃比に設定されている場合に比べ、内燃機関１から排出されるＮＯＸの量が多くなる。その結果、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間が短縮される。よって、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が所定量に達する前に、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域から逸脱する可能性が小さくなり、それに伴ってＮＳＲ診断処理が中断又は中止される可能性も小さくなる。
【００６９】
また、ＮＳＲ診断フラグがオンからオフに切り替わったときは、ＮＳＲ診断用再生フラグがオフからオンに切り替えられることで、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される。ＮＳＲ診断用再生処理が開始されるときは、機関空燃比が弱リーン空燃比から再生用空燃比へ切り替えられることになる。その際、弱リーン空燃比は基本リーン空燃比より低く設定されているため、機関空燃比が弱リーン空燃比から再生用空燃比へ変更される際のトルク変動は、機関空燃比が基本リーン空燃比から再生用空燃比へ変更される際のトルク変動より小さくなる。その結果、吸入空気量の応答遅れが発生した場合であっても、点火時期の遅角量を上限値以下に抑えつつトルク変動を抑制することが可能になる。
【００７０】
（ＮＳＲ診断処理の実行手順、及び機関空燃比の制御手順）
以下、本実施例におけるＮＳＲ診断処理の実行手順、及び機関空燃比の制御手順につい
図５、６に沿って説明する。先ず、ＮＳＲ診断処理の実行手順について図５に沿って説明する。図５は、ＮＳＲ診断処理が実行される際にＥＣＵ７によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図５の処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、通常再生処理が終了したときにＥＣＵ７（ＣＰＵ）によって実行される。なお、ＥＣＵ７が図５の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる診断手段が実現される。
【００７１】
図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０１において、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域に属するか否かを判別する。Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２の処理へ進み、ＮＳＲ診断フラグをオンにする。
【００７２】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ７は、通常再生処理の終了時期から現時点までにＮＳＲへ流入したＮＯＸの総量（総ＮＯＸ流入量）ΣＡｎｓｒｉｎを演算する。具体的には、ＥＣＵ７は、単位時間あたりにＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量（ＮＯＸ流入量Ａｎｓｒｉｎ）を推定し、その推定値を積算する。ここで、単位時間あたりにＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの量は、第一触媒ケーシング４より上流の排気通路３にＮＯＸセンサを配置し、該ＮＯＸセンサの測定値と吸入空気量から演算してもよい。また、単位時間あたりにＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの量は、内燃機関１の運転条件（機関回転速度や負荷率等）をパラメータとして演算してもよい。
【００７３】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０３の処理で算出された総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが所定量Ａ１以上であるか否かを判別する。ここでいう「所定量Ａ１」は、正常なＮＳＲ触媒が破過し始めるときの総ＮＯＸ流入量と同等、又はその総ＮＯＸ流入量からマージンを減算した量であり、前記再生用判定値より多い量である。
【００７４】
前記Ｓ１０４の処理において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜Ａ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０１の処理へ戻る。一方、前記Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧Ａ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５の処理へ進む。Ｓ１０５の処理では、第一ＮＯＸセンサ１１の測定値（ＮＯＸ流出量）Ａｎｓｒｏｕｔを読み込む。このＮＯＸ流出量Ａｎｓｒｏｕｔは、ＮＳＲ診断時期にＮＳＲ触媒から流出するＮＯＸの量に相当する。
【００７５】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０５の処理で読み込まれたＮＯＸ流出量Ａｎｓｒｏｕｔが正常値Ｔｈｒｅ１以下であるか否かを判別する。ここでいう「正常値Ｔｈｒｅ１」は、ＮＳＲ触媒が正常であると想定した場合に、ＮＳＲ診断時期における第一ＮＯＸセンサ１１の測定値が取り得る最大値、又はその最大値にマージンを加算した値である。
【００７６】
前記Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合（Ａｎｓｒｏｕｔ≦Ｔｈｒｅ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０７の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が正常であると診断する。一方、前記Ｓ１０６の処理において否定判定された場合（Ａｎｓｒｏｕｔ＞Ｔｈｒｅ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が異常であると診断する。
【００７７】
ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０７の処理、又は前記Ｓ１０８の処理を実行した後に、Ｓ１０９の処理へ進み、ＮＳＲ診断フラグをオフにする。なお、通常再生処理の終了後に機関空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比に設定された場合、又は通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間の途中で内燃機関１の運転状態がリーン運転領域から逸脱して、機関空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比に設定された場合は、前記Ｓ１０１の処理において否定判定されることになる。そして、ＥＣＵ７は、Ｓ１０９の処理へ進み、ＮＳＲ診断フラグをオフにする。その場合は、ＮＳＲ診断処理が実行されず、又はＮＳＲ診断処理
が中止されることになる。
【００７８】
次に、ＮＳＲ診断処理が実行される場合における機関空燃比の制御手順について図６に沿って説明する。図６は、ＮＳＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵ７が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、前記ＮＳＲ診断フラグがオフからオンへ切り替えられたときにＥＣＵ７（ＣＰＵ）によって実行される。なお、ＥＣＵ７が図６の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。
【００７９】
図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ２０１の処理において、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域に属しているか否かを判別する。Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０２の処理へ進み、機関空燃比を基本リーン空燃比より低く、且つ理論空燃比より高い弱リーン空燃比に設定する。
【００８０】
Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ７は、前述の図５の処理ルーチンで算出される総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎを読み込む。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ２０４の処理において、前記Ｓ２０３の処理で読み込まれた総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが前述の所定量Ａ１以上であるか否かを判別する。Ｓ２０４の処理において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜Ａ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０１の処理へ戻る。一方、Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧Ａ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０５の処理へ進む。
【００８１】
Ｓ２０５の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ診断用再生フラグをオンにする。続いて、Ｓ２０６の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ診断用再生処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ７は、機関空燃比を弱リーン空燃比からＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力の再生に適したリッチ空燃比（再生用空燃比）へ切り替える。
【００８２】
Ｓ２０７の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒の再生が終了したか否かを判別する。その際、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が零になったと推定されたときに、ＮＳＲ触媒の再生が終了したと判定してもよい。例えば、ＥＣＵ７は、単位時間あたりにＮＳＲへ供給される還元成分（ＨＣやＣＯ）の量に基づいて、単位時間あたりに還元されるＮＯＸの量を推定し、その推定値を積算する。そして、ＥＣＵ７は、その積算値をＮＯＸ吸蔵量から減算して、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を求めればよい。
【００８３】
前記Ｓ２０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０６の処理へ戻る。一方、前記Ｓ２０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０８の処理へ進み、ＮＳＲ診断用再生フラグをオフにする。なお、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間の途中で内燃機関１の運転状態がリーン運転領域から逸脱した場合は、前記Ｓ１０１の処理において否定判定されることになる。その場合も、ＥＣＵ７は、Ｓ２０８の処理へ進み、ＮＳＲ診断用再生フラグをオフにする。
【００８４】
以上述べたようにＥＣＵ７が図６の処理ルーチンを実行すると、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間における機関空燃比が基本リーン空燃比より低い弱リーン空燃比に設定されるため、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが所定量Ａ１に達するまでにかかる時間が短縮される。よって、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが所定量Ａ１に達する前に、ＮＳＲ診断処理が中断又は中止される可能性が小さくなる。また、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される際の機関空燃比の変化量が少なくなるため、吸入空気量の応答遅れが発生した場合であっても、点火時期の遅角量を過剰に大きくすることなく、内燃機関１のトルク変動を抑制することも可能になる。その結果、ＮＳＲ診断用再生処理が開始される際の内燃機関１のトルク変動を抑制しつつ、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することが可能となる。
【００８５】
なお、図６の処理ルーチンでは、総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎに基づいて、ＮＳＲ診断用再生処理の実行タイミング、言い換えると、機関空燃比を弱リーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えるタイミングを特定しているが、通常再生処理の終了時期からの内燃機関１の運転時間に基づいて、上記の切り替えタイミングが特定されてもよい。例えば、通常再生処理の終了時期からの運転時間が所定期間に達したときに、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理が開始されればよい。その場合の所定期間は、総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが所定量Ａ１に達するまでに要する時間に相当する。
【００８６】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図７乃至図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００８７】
前述した第１の実施例では、ＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比を制御する例について述べたが、本実施例では、ＳＣＲ触媒の異常を診断する場合の機関空燃比を制御する例について述べる。
【００８８】
（ＳＣＲ触媒の異常診断方法）
ＳＣＲ触媒の異常を診断する方法としては、ＳＣＲ触媒へ単位時間あたりに流入するＮＯＸ量とＳＣＲ触媒から単位時間あたりに流出するＮＯＸ量とをパラメータとして、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率（ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸ量に対してＳＣＲ触媒で浄化されるＮＯＸ量の割合）を演算し、そのＮＯＸ浄化率が正常値（正常なＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が取り得る最小値、又はその最小値からマージンを減算した値）より小さければ、ＳＣＲ触媒が異常であると診断する方法が考えられる。
【００８９】
ところで、ＳＣＲ触媒の上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においては、ＳＣＲ触媒へ単位時間あたりに流入するＮＯＸの量が極めて少なくなる。一方、第一ＮＯＸセンサ１１、及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値は、ばらつきや誤差を含む場合がある。そのため、ＳＣＲ触媒へ単位時間あたりに流入するＮＯＸの量が少ないときに、第一ＮＯＸセンサ１１及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値を利用してＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が演算されると、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず、ＮＯＸ浄化率が正常値より小さくなる可能性がある。
【００９０】
よって、ＮＳＲ触媒が破過状態にあるときの第一ＮＯＸセンサ１１及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値に基づいて、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を演算することが望ましい。そこで、本実施例では、通常再生処理が終了した時期から前記総ＮＯＸ流入量が前記所定量（以下、「第一所定量」と称する）より大きな第二所定量に達する時期（ＳＣＲ診断時期）までの期間において、通常再生処理及びＮＳＲ診断用再生処理の実行を禁止する。そして、前記ＳＣＲ診断時期における第一ＮＯＸセンサ１１の測定値及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値を利用して、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を演算するようにした。具体的には、前記ＳＣＲ診断時期における第一ＮＯＸセンサ１１及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値のみをパラメータとしてＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を演算してもよい。また、前記ＳＣＲ診断時期における第一ＮＯＸセンサ１１及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値を含め、前述のＮＳＲ診断時期に相当する時期から前記ＳＣＲ診断時期までの期間における第一ＮＯＸセンサ１１及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値をパラメータとして、同期間にＳＣＲ触媒へ流入したＮＯＸ量の積算値とＳＣＲ触媒から流出したＮＯＸ量の積算値とを算出し、それらの積算値からＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を演算してもよい。
【００９１】
ここで、ＮＳＲ触媒が正常である場合においては、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が第一
所定量に達するまでの期間にＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算値は、略零になる。そして、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が第一所定量を超えると、ＮＳＲ触媒が破過状態になるため、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量が増加する。一方、ＮＳＲ触媒が異常である場合においては、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が第一所定量に達する前にＮＳＲ触媒が破過するため、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が第一所定量を超えた後は、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量が確実に増加する。
【００９２】
よって、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が第一所定量に達してから第二所定量に達するまでの期間においては、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量が増加し、それに伴って同期間にＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算値も十分に多くなる。その結果、第一ＮＯＸセンサ１１及び第二ＮＯＸセンサ１２の測定値にばらつきや誤差が含まれている場合であっても、ＳＣＲ触媒の異常をより正確に診断することが可能になる。
【００９３】
ところで、上記したような方法によりＳＣＲ診断処理が行われると、ＮＳＲ触媒が破過状態になるため、ＳＣＲ診断時期以降の早い時期にＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる必要がある。そこで、本実施例では、ＳＣＲ診断時期以降の機関空燃比をリッチ空燃比に設定することで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させる処理（ＳＣＲ診断用再生処理）が行われるようにした。
【００９４】
ＳＣＲ診断用再生処理が開始されるときに、機関空燃比が基本リーン空燃比から再生用空燃比へ変更されると内燃機関１のトルク変動を抑制しきれなくなる可能性がある。また、通常再生処理の終了時期からＳＣＲ診断時期までの期間において、機関空燃比が基本リーン空燃比に設定されると、総ＮＯＸ流入量が前記第二所定量以上になるまでに要する時間が長くなるため、ＳＣＲ診断処理が中断又は中止される可能性が大きくなる。その結果、ＳＣＲ触媒の異常を速やかに検出することができない可能性がある。
【００９５】
（ＳＣＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法）
そこで、本実施例では、ＳＣＲ診断処理が行われる場合において、通常再生処理の終了時期からＳＣＲ診断時期までの期間では、通常再生処理の実行を禁止し、且つその間の機関空燃比を弱リーン空燃比に設定するようにした。ここでいう「弱リーン空燃比」は、前述のＮＳＲ診断処理が実行される場合と同様に、基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高いことに加え、ＮＳＲ触媒からＮＯＸが脱離しない空燃比（例えば、１６から１７程度）に設定されるものとする。
【００９６】
ここで、図７のタイミングチャートに沿って、ＳＣＲ診断処理が行われる際の機関空燃比の制御方法について述べる。図７中のＳＣＲ診断フラグは、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域に属し、且つ通常再生処理が終了した時期にオンにされ、該ＳＣＲ診断フラグがオンにされた時期からＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量の積算値（総ＮＯＸ流入量）が前記第二所定量に達した時期（ＳＣＲ診断時期）にオフにされる。また、ＳＣＲ診断用再生フラグは、ＳＣＲ診断時期にオンにされ、ＳＣＲ診断用再生処理の終了時期（ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が零であると推定された時期）にオフにされるフラグである。
【００９７】
図７において、ＳＣＲ診断フラグがオン（通常再生フラグがオフ）にされた時期（図７中のｔ５）からＳＣＲ診断フラグがオフ（ＳＣＲ診断用再生フラグがオン）にされる時期（図７中のｔ７）までの期間では、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定される。その結果、通常再生処理の終了時期からＳＣＲ診断時期までの期間が短縮される。よって、総ＮＯＸ流入量が第二所定量に達する前に、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域から逸脱する可能性が小さくなり、それに伴ってＳＣＲ診断処理が中断又は中止される可能性も小さくなる。
【００９８】
また、総ＮＯＸ流入量が第二所定量以上になることで、ＳＣＲ診断フラグがオンからオフに切り替えらえると、ＳＣＲ診断用再生フラグがオフからオンに切り替えられ、ＳＣＲ診断用再生処理が開始される。ＳＣＲ診断用再生処理が開始されるときは、機関空燃比が弱リーン空燃比から再生用空燃比へ切り替えられることになる。その結果、ＮＳＲ診断用再生処理が実行される場合と同様に、内燃機関１のトルク変動を抑制することができる。
【００９９】
（ＳＣＲ診断処理の実行手順、及び機関空燃比の制御手順）
以下、本実施例におけるＳＣＲ診断処理の実行手順、及び機関空燃比の制御手順につい図８、９に沿って説明する。先ず、ＳＣＲ診断処理の実行手順について図８に沿って説明する。図８は、ＳＣＲ診断処理が実行される際にＥＣＵ７によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図８の処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、通常再生処理が終了したときにＥＣＵ７（ＣＰＵ）によって実行される。
【０１００】
図８の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ３０１の処理において、ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ３の量（ＮＨ３吸着量）が規定量以上であるか否かを判別する。ここでいう「規定量」は、例えば、ＳＣＲ触媒が吸着することができる最大のＮＨ３量（ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着速度とＮＨ３脱離速度とが平衡状態になるときのＮＨ３吸着量）から所定のマージンを減算した量である。
【０１０１】
前記Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０２の処理へ進み、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域に属するか否かを判別する。Ｓ３０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０３の処理へ進み、ＳＣＲ診断フラグをオンにする。
【０１０２】
Ｓ３０４の処理では、ＥＣＵ７は、総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎを演算する。総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎは、前述した図５の処理ルーチンのＳ１０３の処理と同様の方法によって演算される。続いて、Ｓ３０５の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ３０４の処理で算出された総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが第一所定量Ａ１以上であるか否かを判別する。
【０１０３】
前記Ｓ３０５の処理において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜Ａ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０２の処理へ戻る。一方、前記Ｓ３０５の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧Ａ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０６の処理へ進む。Ｓ３０６の処理では、ＥＣＵ７は、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸ量（ＮＯＸ流入量）の積算値ΣＡｓｃｒｉｎ、及びＳＣＲ触媒から流出するＮＯＸ量（ＮＯＸ流出量）の積算値ΣＡｓｃｒｏｕｔを演算する。詳細には、ＥＣＵ７は、第一ＮＯＸセンサ１１の測定値とエアフローメータ１６の測定値とから単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量を演算し、その演算値を積算することで前記積算値ΣＡｓｃｒｉｎを演算する。また、ＥＣＵ７は、第二ＮＯＸセンサ１２の測定値とエアフローメータ１６の測定値とから単位時間あたりにＳＣＲ触媒から流出するＮＯＸの量を演算し、その演算値を積算することで前記積算値ΣＡｓｃｒｏｕｔを演算する。
【０１０４】
Ｓ３０７の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ３０４の処理で算出された総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが第二所定量Ａ２以上であるか否かを判別する。ここでいう「第二所定量Ａ２」は、前記第一所定量Ａ１より多い量であって、正常なＮＳＲ触媒が破過し始めるときの総ＮＯＸ流入量より多い量である。Ｓ３０７の処理において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜Ａ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０２の処理へ戻る。一方、Ｓ３０７の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧Ａ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０８の処理へ進む。
【０１０５】
Ｓ３０８の処理では、前記Ｓ３０６の処理で算出された２つの積算値ΣＡｓｃｒｉｎ、ΣＡｓｃｒｏｕｔをパラメータとして、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率Ｅｓｎｏｘ（＝１−（ΣＡｓｃｒｏｕｔ／ΣＡｓｃｒｉｎ））を演算する。
【０１０６】
Ｓ３０９の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ３０８の処理で算出されたＮＯＸ浄化率Ｅｓｎｏｘが正常値Ｔｈｒｅ２以上であるか否かを判別する。ここでいう「正常値Ｔｈｒｅ２」は、ＳＣＲ触媒が正常であると想定した場合に、ＮＯＸ浄化率Ｅｓｎｏｘが取り得る最小値、又はその最小値からマージンを減算した値である。
【０１０７】
前記Ｓ３０９の処理において肯定判定された場合（Ｅｓｎｏｘ≧Ｔｈｒｅ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ３１０の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が正常であると診断する。一方、前記Ｓ３０９の処理において否定判定された場合（Ｅｓｎｏｘ＜Ｔｈｒｅ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ３１１の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が異常であると診断する。
【０１０８】
ＥＣＵ７は、前記Ｓ３１０の処理、又は前記Ｓ３１１の処理を実行した後に、Ｓ３１２の処理へ進み、ＳＣＲ診断フラグをオフにする。なお、前記Ｓ３０１の処理、又は前記Ｓ３０２の処理において否定判定された場合も、ＥＣＵ７は、Ｓ３１２の処理へ進み、ＳＣＲ診断フラグをオフにする。その場合は、ＳＣＲ診断処理が実行されず、又はＳＣＲ診断処理が中止されることになる。
【０１０９】
次に、ＳＣＲ診断処理が実行される場合における機関空燃比の制御手順について図９に沿って説明する。図９は、ＳＣＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵ７が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、前記ＳＣＲ診断フラグがオフからオンへ切り替えられたときにＥＣＵ７（ＣＰＵ）によって実行される。
【０１１０】
図９の処理ルーチンにおいて、Ｓ４０１からＳ４０２の処理は、前述した図６の処理ルーチンのＳ２０１からＳ２０２の処理と同様である。そして、Ｓ４０３の処理では、ＥＣＵ７は、前述の図８の処理ルーチンで算出された総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎを読み込む。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ４０４の処理へ進み、前記Ｓ４０３の処理で読み込まれた総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが第二所定量Ａ２以上であるか否かを判別する。
【０１１１】
Ｓ４０４の処理において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜Ａ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０１の処理へ戻る。一方、Ｓ４０４の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧Ａ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０５の処理へ進む。Ｓ４０５の処理では、ＥＣＵ７はＳＣＲ診断用再生フラグをオンにする。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ４０６の処理へ進み、機関空燃比を再生用空燃比に設定することで、ＳＣＲ診断用再生処理を実行する。ただし、ＳＣＲ診断処理が行われると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が少なくなるため、Ｓ４０６の処理で設定される再生用空燃比は、ＮＨ３の生成に適した空燃比（例えば、１４程度）に設定されてもよい。ＥＣＵ７は、Ｓ４０７の処理において、ＮＳＲ触媒の再生が終了したか否かを判別する。Ｓ４０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０６の処理へ戻る。一方。Ｓ４０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０８の処理へ進み、ＳＣＲ診断用再生フラグをオフにする。
【０１１２】
以上述べたように、ＥＣＵ７が図９の処理ルーチンを実行すると、通常再生処理の終了時期からＳＣＲ診断時期までの期間における機関空燃比が基本リーン空燃比より低い弱リーン空燃比に設定されるため、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが第二所定量Ａ２に達するまでにかかる期間が短縮される。よって、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが第二所定量Ａ２に達する前に、ＳＣＲ診断処理が中断又は中止される可能性が小さくなる。また、ＳＣＲ診断用再生処理が開始されるときは、機関空燃比の変化量が
少なくなるため、内燃機関１のトルク変動を抑制することが可能になる。その結果、ＳＣＲ診断用再生処理が開始される際の内燃機関１のトルク変動を抑制しつつ、ＳＣＲ触媒の異常を速やかに検出することが可能となる。
【０１１３】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図１０乃至図１１に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１１４】
前述した第１の実施例では、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの全期間において、機関空燃比を弱リーン空燃比に設定する例について述べた。これに対し、本実施例では、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、一部の期間においてのみ、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定される例について述べる。
【０１１５】
図１０は、ＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御方法を示すタイミングチャートである。図１０において、通常再生処理が終了した時期（通常再生フラグがオフにされて、ＮＳＲ診断フラグがオンにされた時期）からＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が閾値（第一所定量Ａ１から一定量αを減算した量）に達する時期までの期間（図１０中のｔ５からｔ５１までの期間）においては、機関空燃比が基本リーン空燃比に設定される。そして、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量が前記閾値に達した時期（弱リーン開始時期）からＮＳＲ診断時期までの期間（図１０中のｔ５１からｔ６までの期間）においては、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定される。
【０１１６】
機関空燃比が弱リーン空燃比に設定された場合は基本リーン空燃比に設定された場合に比べ、内燃機関１の燃料消費量が多くなる。よって、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの全期間において、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されると、内燃機関１の燃料消費量が多くなる可能性がある。
【０１１７】
これに対し、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、前記弱リーン開始時期からＮＳＲ診断時期までの一部の期間においてのみ、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されると、燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間の短縮、並びにＮＳＲ診断用再生処理が開始されるときのトルク変動の緩和を図ることができる。
【０１１８】
以下、本実施例においてＮＳＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御手順について図１１に沿って説明する。図１１は、ＮＳＲ診断処理が実行される場合にＥＣＵ７が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図１１中において、前述した図６の処理ルーチンと同様の処理には同等の符号が付されている。
【０１１９】
図１１の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、Ｓ２０１の処理を実行した後に、Ｓ２０３の処理を実行する。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理を実行した後に、Ｓ５０１の処理を実行する。Ｓ５０１の処理では、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理で読み込まれた総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが閾値以上であるか否かを判別する。ここでいう「閾値」は、前述したように、第一所定量Ａ１から一定量αを減算した量（Ａ１−α）である。
【０１２０】
前記Ｓ５０１において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜（Ａ１−α））は、ＥＣＵ７は、Ｓ５０３の処理へ進む。Ｓ５０３の処理では、ＥＣＵ７は、機関空燃比を基本リーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、Ｓ５０３の処理を実行した後に、Ｓ２０１の処理へ戻る。
【０１２１】
一方、前記Ｓ５０１の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧（Ａ１−α））は、ＥＣＵ７は、Ｓ５０２の処理へ進み、機関空燃比を弱リーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、Ｓ５０２の処理を実行した後に、Ｓ２０４乃至Ｓ２０８の処理を実行する。
【０１２２】
ＥＣＵ７が図１１の処理ルーチンに従って機関空燃比を制御すると、燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、ＮＳＲ診断処理にかかる時間の短縮、並びにＮＳＲ診断用再生処理が開始されるときのトルク変動の緩和を図ることができる。
【０１２３】
なお、前述した第２の実施例で述べたようにＳＣＲ診断処理が実行される場合においては、図１１中のＳ５０１及Ｓ２０４の処理における第一所定量Ａ１を第二所定量Ａ２に置き換えることで、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図１２乃至図１４に基づいて説明する。ここでは、前述した第３の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１２５】
前述した第３の実施例では、通常再生処理の終了時期からＮＳＲ診断時期までの期間のうち、ＮＳＲ診断時期の直前の一部の期間においてのみ、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定される例について述べた。これに対し、本実施例では、ＮＳＲ診断時期の直前の一部の期間に加え、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度未満となる期間においても、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定される例について述べる。
【０１２６】
図１２は、ＮＳＲ触媒の温度とＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化率との関係を示す図である。ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化率は、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量とＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの量との総和に対し、ＮＳＲ触媒において浄化されるＮＯＸの量の割合である。図１２に示すように、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎより低いときは、該ＮＳＲ触媒に要求されるＮＯＸ浄化率の下限値に対して、実際のＮＯＸ浄化率が小さくなる。よって、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎより低いときに、ＮＳＲ診断用再生処理が実行されると、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸの一部、又はＮＳＲ触媒へ流入したＮＯＸの一部が還元されなくなる可能性がある。なお、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎより低い場合であっても、ＮＳＲ触媒は排気中のＮＯＸを吸蔵することができる。よって、総ＮＯＸ流入量が第一所定量に達する前（ＮＳＲ診断用再生処理が開始される前）にＮＳＲ触媒のＮＯＸ還元能力を活性させればよい。
【０１２７】
そこで、本実施例では、図１３に示すように、通常再生処理の終了時期（ＮＳＲ診断フラグがオンにされた時期）から弱リーン開始時期（総ＮＯＸ流入量が閾値に達する時期）までの期間（図１３中のｔ５からｔ５１までの期間）のうち、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎ未満となる期間（図１３中のｔ５２からｔ５３までの期間）において、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されるようにした。
【０１２８】
ここで、機関空燃比とＮＳＲ触媒の温度との関係を図１４に示す。図１４に示すように、機関空燃比が低いときは高いときに比べ、ＮＳＲ触媒の温度が高くなる。そのため、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されている場合は基本リーン空燃比に設定されている場合に比べ、ＮＳＲ触媒の温度が高くなる。よって、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎ未満であるときに、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されると、ＮＳＲ触媒の温度を上昇させることができる。その結果、ＮＳＲ診断用再生処理が開始されるときのＮＳＲ触媒の温度を所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎ以上にすることが可能になる。
【０１２９】
以下、本実施例においてＮＳＲ触媒の異常診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御手順について図１５に沿って説明する。図１５は、ＮＳＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵ７が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図１５において、前述した図１１の処理ルーチンと同様の処理については同等の符号が付されている。
【０１３０】
図１５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理を実行した後に、Ｓ６０１の処理を実行する。Ｓ６０１の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒の温度（第一温度センサ１０の測定値）Ｔｎｓｒが所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎ以上であるか否かを判別する。
【０１３１】
前記Ｓ６０１の処理において肯定判定された場合（Ｔｎｓｒ≧Ｔｎｓｒｍｉｎ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ５０１の処理へ進む。一方、前記Ｓ６０１の処理において否定判定された場合（Ｔｎｓｒ＜Ｔｎｓｒｍｉｎ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ６０２の処理へ進む。Ｓ６０２の処理では、ＥＣＵ７は、機関空燃比を弱リーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、Ｓ６０２の処理を実行した後に、Ｓ２０１の処理へ戻る。
【０１３２】
ＥＣＵ７が図１５の処理ルーチンに従って機関空燃比を制御すると、前述した第３の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、ＮＳＲ診断用再生処理が実行される際のＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化率をより確実に高めることができる。
【０１３３】
なお、前述した第２の実施例で述べたようにＳＣＲ診断処理が実行される場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化性能に加え、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能も活性している必要がある。これは、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が活性していないときに該ＳＣＲ診断処理が実行されると、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず異常であると誤判定される可能性があるからである。
【０１３４】
そこで、本実施例では、図１６に示すように、通常再生処理の終了時期（ＳＣＲ診断フラグがオンにされた時期）から弱リーン開始時期（総ＮＯＸ流入量が閾値（第二所定量から一定量を減算した量）に達する時期）までの期間（図１６中のｔ５からｔ５１までの期間）のうち、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎ未満となる期間と、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｓｃｒｍｉｎ未満となる期間との双方の期間（図１６中のｔ５４からｔ５５までの期間）において、機関空燃比が弱リーン空燃比に設定されるようにした。所定温度Ｔｓｃｒｍｉｎは、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が該ＳＣＲ触媒に要求されるＮＯＸ浄化率の下限値以上となる最低の温度である。
【０１３５】
以下、本実施例においてＳＣＲ診断処理が実行される場合の機関空燃比の制御手順について図１７に沿って説明する。図１７は、ＳＣＲ診断処理実行時の機関空燃比を制御する場合にＥＣＵ７が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図１７において、前述した図９の処理ルーチンと同様の処理については同等の符号が付されている。
【０１３６】
図１７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、Ｓ４０１の処理において肯定判定された場合に、Ｓ４０３の処理を実行し、続いてＳ７０１の処理を実行する。Ｓ７０１の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒の温度（第一温度センサ１０の測定値）Ｔｎｓｒが所定温度Ｔｎｓｒｍｉｎ以上であるか否かを判別する。
【０１３７】
前記Ｓ７０１の処理において肯定判定された場合（Ｔｎｓｒ≧Ｔｎｓｒｍｉｎ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ７０２の処理へ進み、ＳＣＲ触媒の温度（第二温度センサ１３の測定値）Ｔｓｃｒが所定温度Ｔｓｃｒｍｉｎ以上であるか否かを判別する。
【０１３８】
前記Ｓ７０１の処理において否定判定された場合（Ｔｎｓｒ＜Ｔｎｓｒｍｉｎ）、又は
前記Ｓ７０２の処理において否定判定された場合（Ｔｓｃｒ＜Ｔｓｃｒｍｉｎ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ７０６の処理へ進む。Ｓ７０６の処理では、ＥＣＵ７は機関空燃比を弱リーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、Ｓ７０６の処理を実行した後に、Ｓ４０１の処理へ戻る。
【０１３９】
前記Ｓ７０２の処理において肯定判定された場合（Ｔｓｃｒ≧Ｔｓｃｒｍｉｎ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ７０３の処理へ進む。Ｓ７０３の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒の総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｓｒｉｎが閾値（第二所定量Ａ２から一定量αを減算した量）以上であるか否かを判別する。
【０１４０】
前記Ｓ７０３の処理において否定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ＜（Ａ２−α））は、ＥＣＵ７は、Ｓ７０５の処理へ進み、機関空燃比を基本リーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、Ｓ７０５の処理を実行した後に、Ｓ４０１の処理へ戻る。一方、前記Ｓ７０３の処理において肯定判定された場合（ΣＡｎｓｒｉｎ≧（Ａ２−α））は、ＥＣＵ７は、Ｓ７０４の処理へ進み、機関空燃比を弱リーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、Ｓ７０４の処理を実行した後に、Ｓ４０４からＳ４０８の処理を順次実行する。
【０１４１】
ＥＣＵ７が図１７の処理ルーチンに従って機関空燃比を制御すると、ＳＣＲ診断用再生処理が実行される際のＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化率を高めることができるとともに、ＳＣＲ診断処理の診断精度を高めることができる。
【０１４２】
＜実施例５＞
次に、本発明の第５の実施例について図１８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１乃至第４の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１４３】
前述した第１乃至第４の実施例では、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理が開始される前の少なくとも一部の期間における機関空燃比を基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い空燃比（弱リーン空燃比）に設定する例について述べたが、本実施例では、通常再生処理が開始される直前の機関空燃比を基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い空燃比（中間空燃比）に設定する例について述べる。
【０１４４】
通常再生処理が開始されるときに、機関空燃比が基本リーン空燃比から再生用空燃比へ変更されると、内燃機関１のトルク変動が大きくなる可能性がある。そこで、本実施例では、通常再生処理が開始される前の機関空燃比を基本リーン空燃比より低く且つ理論空燃比より高い中間空燃比に設定するようにした。
【０１４５】
詳細には、ＥＣＵ７は、図１８に示すように、前回の通常再生処理が終了した時期（図１８中のｔ１０）より後であって、且つ今回の通常再生処理が開始される時期（図１８中のｔ２０）より前の所定の時期（図１８中のｔ２１）に、機関空燃比を基本リーン空燃比から中間空燃比に切り替える。そして、今回の通常再生処理が開始される時期（図１８中のｔ２０）において、ＥＣＵ７は、機関空燃比を中間空燃比からリッチ空燃比に切り替える。
【０１４６】
ここで、中間空燃比が比較的低い空燃比に設定されると、燃料消費量が増加する可能性がある。さらに、中間空燃比が比較的低い空燃比に設定されると、内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＮＯＸの量が多くなるため、通常再生処理の実行頻度が増加する可能性もある。そのため、中間空燃比は、前記弱リーン空燃比より高い空燃比（例えば、１８から２０程度）に設定されることが望ましい。
【０１４７】
また、機関空燃比が中間空燃比に設定される期間（図１８中のｔ２１からｔ２０までの期間Ｐ１）が長く設定された場合においても、燃料消費量の増加、及び通常再生処理の実行頻度の増加を招く可能性がある。そのため、機関空燃比が中間空燃比に設定される期間（図１８中のＰ１）の長さは、前述した第３の実施例で述べたように機関空燃比が弱リーン空燃比に設定される期間（図１８中のｔ５１からｔ６までの期間Ｐ２）より短く設定されることが望ましい。具体的には、前回の通常再生処理が終了した時期からＮＳＲ触媒へ流入したＮＯＸ量の積算値が前記再生用判定値に達したときに通常再生処理が実行される場合においては、前記積算値が前記再生用判定値より少ない第三所定量に達した時期に機関空燃比が基本リーン空燃比から中間空燃比に切り替えられるものとし、且つ前記再生用判定値と第三所定量との差が前記閾値（前記第一所定量Ａ１又は第二所定量Ａ２から一定量αを減算した値）と前記第一所定量又は前記第二所定量との差より小さく設定されればよい。
【０１４８】
以上述べた実施例によれば、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理が開始される際の内燃機関１のトルク変動に加え、通常再生処理が開始される際の内燃機関１のトルク変動も小さく抑えることができる。さらに、機関空燃比が中間空燃比に設定されることに起因した燃料消費量の増加や通常再生処理の実行頻度の増加を少なく抑えることもできる。
【０１４９】
＜他の実施例＞
内燃機関１が搭載される車両に自動変速機が搭載される場合は、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理が開始されるタイミングと自動変速機の変速期間とが重複する可能性がある。そのような場合は、変速ショックが過大となって運転者に違和感を与える可能性がある。
【０１５０】
これに対し、内燃機関１の運転状態が自動変速機の変速点に近似した場合に、ＮＳＲ診断用再生処理及びＳＣＲ診断用再生処理を禁止する方法が考えられる。しかしながら、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理が実行されるときは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が破過吸蔵量に近似した状態、又はＮＳＲ触媒が破過状態になる。そのような場合に、ＮＳＲ診断用再生処理及びＳＣＲ診断用再生処理が禁止されると、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。
【０１５１】
そこで、本実施例では、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理が実行されるときに、自動変速機の変速動作が禁止されるようにした。例えば、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理と自動変速機の変速動作とが重複する場合に、自動変速機用のＥＣＵへ変速動作の禁止要求を送信する。このような方法によれば、排気エミッションの悪化を抑制しつつ、変速ショックの増加を回避することができる。また、通常再生処理が開始されるタイミングと自動変速機の変速期間とが重複する場合においても、自動変速機の変速動作が禁止されてもよい。その場合、ＮＳＲ診断用再生処理又はＳＣＲ診断用再生処理が開始される際のトルク変動に加え、通常再生処理が開始される際のトルク変動も小さく抑えることができる。
【０１５２】
なお、前述した第１乃至第５の実施例では、内燃機関１の排気通路３にＮＳＲ触媒とＳＣＲ触媒が配置される構成を例に挙げた。しかしながら、第１の実施例、及び第３乃至第５の実施例においてＮＳＲ診断処理が実行される場合に実施される機関空燃比の制御方法は、内燃機関１の排気通路３にＮＳＲ触媒のみが配置される構成にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１  内燃機関
２  燃料噴射弁
３  排気通路
４  第一触媒ケーシング
５  第二触媒ケーシング
６  第三触媒ケーシング
７  ＥＣＵ
８  空燃比センサ
９  酸素濃度センサ
１０  第一温度センサ
１１  第一ＮＯＸセンサ
１２  第二ＮＯＸセンサ
１３  第二温度センサ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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