(57)【要約】【課題】この発明は、触媒劣化診断装置に関し、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒の劣化を精度良く診断することができるとともに、燃費やエミッションの悪化、トルクショックなどの弊害を抑制することのできる触媒劣化診断装置を提供することを目的とする。【解決手段】前回のリッチスパイクの終了後から今回のリッチスパイクの開始時までの間にＮＯｘ触媒に流入したＮＯｘの総量である入りＮＯｘ量を取得する。リッチスパイク実行中にＮＯｘ触媒に流入した還元剤量に基づいて、リッチスパイク前のＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量とＮＯｘ吸蔵量との和であるトータル吸蔵量を算出する。入りＮＯｘ量が少なくとも二つの水準の下で実行されたリッチスパイクについての、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量との関係を外挿することにより、入りＮＯｘ量がゼロである場合のトータル吸蔵量に相当する値を算出し、その値をＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量とする。【選択図】図４
2008045470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側に配置され、排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する下流側排気ガスセンサと、
相異なる複数のリッチスパイク実行条件を設定する実行条件設定手段と、
前記リッチスパイク実行条件の成立時に、前記内燃機関の排気ガスの空燃比をリーンからリッチまたは理論空燃比に一時的に切り換えるリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
前回のリッチスパイクの終了後から今回のリッチスパイクの開始時までの間に前記ＮＯｘ触媒に流入したＮＯｘの総量である入りＮＯｘ量を推定または検出する入りＮＯｘ量取得手段と、
リッチスパイク実行中の前記下流側排気ガスセンサの出力に基づいて、当該リッチスパイクの開始前に前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた酸素の量とＮＯｘの量との和を表す値であるトータル吸蔵量を算出するトータル吸蔵量算出手段と、
少なくとも二つのリッチスパイク実行条件の下で実行されたリッチスパイクについての、前記入りＮＯｘ量と前記トータル吸蔵量との関係に基づいて、前記トータル吸蔵量のうちの酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と、
を備えることを特徴とする触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記算出された酸素吸蔵量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能力を判定する酸素吸蔵能力診断手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記トータル吸蔵量から前記酸素吸蔵量を減算することにより、ＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出手段と、
前記算出されたＮＯｘ吸蔵量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を判定するＮＯｘ吸蔵能力診断手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記リッチスパイク実行条件は、前記入りＮＯｘ量が所定値に達することを含み、
前記実行条件設定手段は、前記所定値を少なくとも二つの水準に設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記入りＮＯｘ量が少なくとも二つの水準の下で実行されたリッチスパイクについての、前記入りＮＯｘ量と前記トータル吸蔵量との関係を外挿することにより、前記入りＮＯｘ量がゼロである場合の前記トータル吸蔵量に相当する値を算出し、その値を前記酸素吸蔵量とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の触媒劣化診断装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ触媒の上流側に配置された上流触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の上流側であって前記上流触媒の下流側に配置され、排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する上流側排気ガスセンサと、
リッチスパイク実行中の前記上流側排気ガスセンサの出力に基づいて、前記上流触媒の酸素吸蔵容量を算出する上流触媒酸素吸蔵容量算出手段と、
を更に備え、
前記トータル吸蔵量算出手段は、リッチスパイク実行中の前記上流側排気ガスセンサおよび前記下流側排気ガスセンサの出力に基づいて前記トータル吸蔵量を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の触媒劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型のＮＯｘ触媒の劣化状態を診断する触媒劣化診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気ガスを浄化するための三元触媒が広く用いられている。三元触媒には、酸素を吸蔵する機能を有する酸素吸蔵材が備えられている。そして、三元触媒は、酸素を吸蔵したり放出したりすることで、触媒内を理論空燃比に正確に維持することにより、排気ガスを高い効率で浄化することができるようになっている。
【０００３】
しかしながら、三元触媒は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍にないと、高い浄化率が得られない。このため、理論空燃比より希薄な空燃比（リーン空燃比）で運転可能な内燃機関の場合には、ＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵材を備えたＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）を排気通路に設けることが行われている。
【０００４】
ＮＯｘ触媒を設けることにより、リーン空燃比で内燃機関が運転されているとき、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸蔵させることができる。そして、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを浄化する際には、空燃比を一時的にリーンからリッチまたは理論空燃比に切り換えるリッチスパイクが実施される。リッチスパイクを実施することにより、ＨＣ、ＣＯ等を含んだ排気ガスがＮＯｘ触媒に流入する。このＨＣ、ＣＯ等が還元剤として作用することにより、吸蔵されたＮＯｘをＮ２に還元浄化して放出することができる。
【０００５】
一方、希薄燃焼を行う内燃機関であっても、運転領域によっては、理論空燃比で運転される。理論空燃比運転中には、ＮＯｘ触媒は、三元触媒として用いられることが普通である。このため、ＮＯｘ触媒には、ＮＯｘ吸蔵材だけでなく、酸素吸蔵材も備えられている。リーン空燃比で内燃機関が運転されている場合には、ＮＯｘ触媒中の酸素吸蔵材には、酸素が一杯に吸蔵された状態になる。
【０００６】
このようなＮＯｘ触媒が劣化すると、酸素吸蔵能力やＮＯｘ吸蔵能力が低下する。この場合、酸素吸蔵能力の低下の仕方と、ＮＯｘ吸蔵能力の低下の仕方とは同じではない。よって、ＮＯｘ触媒の劣化状態を正確に診断するためには、酸素吸蔵能力とＮＯｘ吸蔵能力とを別々に判定できることが望ましい。
【０００７】
特許２８２７９５４号公報には、リッチスパイクを２回連続して実行することにより、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能力とＮＯｘ吸蔵能力とを別々に判定できるようにした装置が開示されている。図１２は、この従来の装置の動作を説明するための図である。
【０００８】
上記従来の装置においては、ＮＯｘ触媒の上流側に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が、下流側に酸素センサ（Ｏ２センサ）が、それぞれ配置されている。１回目のリッチスパイクが実行され、ＮＯｘ触媒にＨＣ、ＣＯ等の還元剤が流入すると、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた酸素およびＮＯｘは、それらの還元剤と反応することにより、消費されていく。そして、吸蔵されていた酸素およびＮＯｘが全部消費されると、還元剤がＮＯｘ触媒の下流に吹き抜けることにより、下流の酸素センサがリーン出力からリッチ出力へ切り換わる。よって、その酸素センサの出力がリッチ出力になった時点までにＮＯｘ触媒に流入した還元剤量（図１２中の「還元剤量Ｉ」）は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた酸素量とＮＯｘ量との和に対応していることになる。よって、上流の空燃比センサの出力に基づいて算出される還元剤量Ｉに基づいて、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量とＮＯｘ吸蔵量との和（以下「トータル吸蔵量」という）を算出することができる。
【０００９】
上記１回目のリッチスパイクが終了したら、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵材に酸素が一杯に吸蔵されるまで、空燃比がリーンに維持される。その後、２回目のリッチスパイクが実行される。この２回目のリッチスパイクについても、上記と同様に、下流の酸素センサの出力がリッチ出力になった時点までに流入した還元剤量（図１２中の「還元剤量II」）が上流の空燃比センサの出力に基づいて算出される。
【００１０】
ここで、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵材に酸素が一杯に吸蔵されるまでに要する時間は、極めて短い（例えば１〜２秒間）。すなわち、１回目のリッチスパイクと２回目のリッチスパイクとの間の、リーン空燃比が維持される時間は極めて短い。このため、この間にＮＯｘ触媒にはＮＯｘはほとんど吸蔵されない。つまり、２回目のリッチスパイクの開始時、ＮＯｘ触媒には、酸素が一杯に吸蔵されている一方で、ＮＯｘ吸蔵量はゼロであるとみなすことができる。このため、２回目のリッチスパイクにおける還元剤量IIは、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量に対応していることになる。よって、還元剤量IIから酸素吸蔵量を算出することができる。そして、その酸素吸蔵量を上記トータル吸蔵量から減算した残りが、ＮＯｘ吸蔵量に相当することになる。
【００１１】
このようにして、上記従来の装置によれば、ＮＯｘ触媒について、酸素吸蔵能力の指標となる酸素吸蔵量と、ＮＯｘ吸蔵能力の指標となるＮＯｘ吸蔵量とを別々に検出することができる。
【００１２】
【特許文献１】特許２８２７９５４号公報
【特許文献２】特許３０８２５２３号公報
【特許文献３】特許３３１６０６６号公報
【特許文献４】特開２００４−１６２６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述したように、上記従来の装置では、酸素吸蔵量とＮＯｘ吸蔵量とを別々に算出するためには、リッチスパイクを少なくとも２回連続して実施する必要がある。よって、リッチスパイクの実行頻度が高くなる。
【００１４】
リッチスパイクの実行中には、空燃比をリッチにする必要があるので、燃料噴射量を増量する必要がある。このため、リッチスパイクの実行頻度が高くなると、それだけ燃費が悪化するという問題がある。
【００１５】
また、リッチスパイクの開始時および終了時には、空燃比の値をリーンとリッチとの間で大きく切り換えることが行われる。その空燃比の切り換わり時には、エミッションが悪化したり、トルクショックが出たりし易い。このため、リッチスパイクの実行頻度が高くなると、エミッションの悪化やトルクショックの発生が顕著になり易いという問題がある。
【００１６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒の劣化を精度良く診断することができるとともに、燃費やエミッションの悪化、トルクショックなどの弊害を抑制することのできる触媒劣化診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、触媒劣化診断装置であって、
内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側に配置され、排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する下流側排気ガスセンサと、
相異なる複数のリッチスパイク実行条件を設定する実行条件設定手段と、
前記リッチスパイク実行条件の成立時に、前記内燃機関の排気ガスの空燃比をリーンからリッチまたは理論空燃比に一時的に切り換えるリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
前回のリッチスパイクの終了後から今回のリッチスパイクの開始時までの間に前記ＮＯｘ触媒に流入したＮＯｘの総量である入りＮＯｘ量を推定または検出する入りＮＯｘ量取得手段と、
リッチスパイク実行中の前記下流側排気ガスセンサの出力に基づいて、当該リッチスパイクの開始前に前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた酸素の量とＮＯｘの量との和を表す値であるトータル吸蔵量を算出するトータル吸蔵量算出手段と、
少なくとも二つのリッチスパイク実行条件の下で実行されたリッチスパイクについての、前記入りＮＯｘ量と前記トータル吸蔵量との関係に基づいて、前記トータル吸蔵量のうちの酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記算出された酸素吸蔵量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能力を判定する酸素吸蔵能力診断手段を更に備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記トータル吸蔵量から前記酸素吸蔵量を減算することにより、ＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出手段と、
前記算出されたＮＯｘ吸蔵量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を判定するＮＯｘ吸蔵能力診断手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００２０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記リッチスパイク実行条件は、前記入りＮＯｘ量が所定値に達することを含み、
前記実行条件設定手段は、前記所定値を少なくとも二つの水準に設定することを特徴とする。
【００２１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記入りＮＯｘ量が少なくとも二つの水準の下で実行されたリッチスパイクについての、前記入りＮＯｘ量と前記トータル吸蔵量との関係を外挿することにより、前記入りＮＯｘ量がゼロである場合の前記トータル吸蔵量に相当する値を算出し、その値を前記酸素吸蔵量とすることを特徴とする。
【００２２】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記ＮＯｘ触媒の上流側に配置された上流触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の上流側であって前記上流触媒の下流側に配置され、排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する上流側排気ガスセンサと、
リッチスパイク実行中の前記上流側排気ガスセンサの出力に基づいて、前記上流触媒の酸素吸蔵容量を算出する上流触媒酸素吸蔵容量算出手段と、
を更に備え、
前記トータル吸蔵量算出手段は、リッチスパイク実行中の前記上流側排気ガスセンサおよび前記下流側排気ガスセンサの出力に基づいて前記トータル吸蔵量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、相異なる複数のリッチスパイク実行条件を設定して、その各々の条件成立時に、リッチスパイクを実行することができる。また、第１の発明によれば、リッチスパイクの開始時までの、ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量を求めることができる。更に、第１の発明によれば、リッチスパイク実行中の下流側排気ガスセンサの出力に基づいて、リッチスパイクの開始前における酸素吸蔵量とＮＯｘ吸蔵量との和を表すトータル吸蔵量を算出することができる。そして、少なくとも二つのリッチスパイク実行条件の下で実行されたリッチスパイクについての、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量との関係に基づいて、トータル吸蔵量のうちの酸素吸蔵量を算出することができる。このため、ＮＯｘ触媒を希薄空燃比下で使用する場合の能力と、同触媒を理論空燃比下で使用する場合の能力とをそれぞれ別々に判定することが可能となる。よって、ＮＯｘ触媒の劣化状態を高い精度で診断することができる。また、第１の発明によれば、上記効果を得るに当たり、リッチスパイクを短い間隔（ＮＯｘ触媒にＮＯｘがほとんど吸蔵されないような間隔）で連続して実行する必要はない。すなわち、通常のリッチスパイクの実行間隔に近い間隔でリッチスパイクを実行することで、上記効果を得ることができる。よって、リッチスパイクの実行頻度が高くなることを回避することができる。このため、リッチスパイクの実行頻度が高くなることに伴う弊害、例えば、燃費やエミッションが悪化したり、トルクショックが発生し易くなったりすることを確実に防止することができる。
【００２４】
第２の発明によれば、算出された酸素吸蔵量に基づいて、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能力を精度良く判定することができる。
【００２５】
第３の発明によれば、トータル吸蔵量から酸素吸蔵量を減算することにより、ＮＯｘ吸蔵量を算出し、その算出されたＮＯｘ吸蔵量に基づいて、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を精度良く判定することができる。
【００２６】
第４の発明によれば、リッチスパイク実行条件は、ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量が所定値に達することを含んでおり、その所定値は、少なくとも二つの水準に設定される。これにより、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量を高精度かつ容易に算出することができる。
【００２７】
第５の発明によれば、入りＮＯｘ量が少なくとも二つの水準の下で実行されたリッチスパイクについての、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量との関係を外挿することにより、入りＮＯｘ量がゼロである場合のトータル吸蔵量に相当する値を算出し、その値を酸素吸蔵量とすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量を高精度かつ容易に算出することができる。
【００２８】
第６の発明によれば、ＮＯｘ触媒の上流側に上流触媒を配置することにより、エミッションを更に有効に低減することが可能となる。この上流触媒の下流側であってＮＯｘ触媒の上流側には、上流側排気ガスセンサが配置されている。そして、第６の発明によれば、リッチスパイク実行中に、ＮＯｘ触媒のトータル吸蔵量を検出するのと共に、上流側排気ガスセンサの出力に基づいて、上流触媒の酸素吸蔵容量を算出することができる。よって、ＮＯｘ触媒の劣化状態の診断と共に、上流触媒の劣化状態の診断をも実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。図示の内燃機関１０は、＃１〜＃４の４つの気筒を備えた直列４気筒型のものであるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００３０】
内燃機関１０は、理論空燃比より希薄な空燃比（以下「リーン空燃比」という）で燃料を燃焼させて運転することが可能なものである。内燃機関１０は、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射式のもの、燃料を筒内に直接噴射する筒内直接噴射式のもの、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用するもの、の何れでもよい。
【００３１】
内燃機関１０の排気通路１２の途中には、二つのスタート触媒（上流触媒）１４，１６と、一つのＮＯｘ触媒（ＮＳＲ）１８とが配置されている。スタート触媒１４には、＃１気筒および＃４気筒からの排気ガスが流入し、スタート触媒１６には、＃２気筒および＃３気筒からの排気ガスが流入する。そして、スタート触媒１４を通過した排気ガスと、スタート触媒１６を通過した排気ガスとが合流して、ＮＯｘ触媒１８に流入する。
【００３２】
スタート触媒１４，１６は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にあるときに酸素の吸蔵・脱離を伴ってＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時に浄化可能な三元触媒としての機能を有している。
【００３３】
ＮＯｘ触媒１８は、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときには吸蔵したＮＯｘをＮ２に還元浄化して放出する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としての機能を有している。また、このＮＯｘ触媒１８は、酸素を吸蔵する能力も有しており、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にあるときには、三元触媒として機能する。
【００３４】
排気通路１２には、スタート触媒１４の上流側にＡ／Ｆセンサ２０が、スタート触媒１６の上流側にＡ／Ｆセンサ２２が、ＮＯｘ触媒１８の上流側にＡ／Ｆセンサ（上流側排気ガスセンサ）２４が、ＮＯｘ触媒１８の下流側にＯ２センサ２６が、それぞれ配置されている。
【００３５】
Ａ／Ｆセンサ２０，２２および２４は、排気ガスの空燃比に応じたリニアな出力を発する空燃比センサである。また、Ｏ２センサ２６は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかに応じて急変する出力を発する酸素センサである。
【００３６】
ＮＯｘ触媒１８には、その温度（床温）TCATを検出する温度センサ２８が設置されている。なお、ＮＯｘ触媒１８の温度TCATを直接検出するのではなく、ＮＯｘ触媒１８の上流または下流に設けた排気温センサで検出された排気温度からＮＯｘ触媒１８の温度TCATを推定するようにしてもよい。あるいは、内燃機関１０の運転状態に基づいてＮＯｘ触媒１８の温度TCATを推定するようにしてもよい。
【００３７】
また、内燃機関１０には、空気を吸入し、各気筒に分配する吸気系（図示せず）が接続されている。
【００３８】
実施の形態１のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０には、上述した各センサのほか、機関回転数NE、吸気圧PM、吸入空気量GA、スロットル開度THなどを検出する各種のセンサや、燃料インジェクタ、点火プラグ、スロットル弁などの各種のアクチュエータが電気的に接続されている。
【００３９】
［実施の形態１の動作］
内燃機関１０は、所定の運転領域においては、リーン空燃比で燃料を燃焼させて運転される。リーン空燃比での運転中は、スタート触媒１４，１６ではＮＯｘを浄化できないため、ＮＯｘはＮＯｘ触媒１８に一時吸蔵される。そして、ＮＯｘ触媒１８にＮＯｘが貯まると、ＥＣＵ３０は、内燃機関１０の燃焼空燃比を一時的にリーンからリッチまたは理論空燃比に切り換えるリッチスパイクを実施する。
【００４０】
図２は、実施の形態１の動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図２を参照して、実施の形態１の動作について説明する。図２の横軸の時間は、前回のリッチスパイクが終了し、内燃機関１０の燃焼空燃比がリーン空燃比に戻されてからの経過時間を示している。そして、図２中には、その後に実施される２回のリッチスパイクを含む動作が示されている。
【００４１】
図２（ａ）に示すNOXINは、ＮＯｘ触媒１８に流入するＮＯｘの量を積算するカウンタである。本実施形態では、内燃機関１０の負荷および回転数と、時間当たりのＮＯｘ発生量との関係が実験により予め調査されており、その関係がＥＣＵ３０に予め記憶されているものとする。そして、ＥＣＵ３０は、その関係に基づいて、内燃機関１０の現在の負荷および回転数における時間当たりのＮＯｘ発生量を算出し、その時間当たりＮＯｘ発生量の積算値をNOXINとして算出している。このNOXINは、内燃機関１０が理論空燃比よりも濃いリッチ空燃比、あるいは理論空燃比で運転された場合には、その後リセットされる。つまり、NOXINは、前回のリッチスパイクの終了後から現在までにＮＯｘ触媒１８に流入したＮＯｘの総量（の推定値）を表している。
【００４２】
なお、本発明では、NOXINを算出する方法は、内燃機関１０の運転状態から推定する方法に限定されるものではない。すなわち、ＮＯｘ触媒１８の上流に、ＮＯｘ濃度を検出可能なＮＯｘセンサを配置し、そのＮＯｘセンサの出力に基づいてNOXINを算出するようにしてもよい。
【００４３】
図２（Ｃ）は、ＮＯｘ触媒１８の下流のＯ２センサ２６の出力を表すグラフであり、図２（ｄ）は、ＮＯｘ触媒１８の上流のＡ／Ｆセンサ２４の出力を表すグラフである。リーン空燃比運転中は、排気通路１２にリーン空燃比の排気ガスが流通する。このため、リーン空燃比運転中、Ｏ２センサ２６の出力はリーン出力になっており、Ａ／Ｆセンサ２４の出力は内燃機関１０のリーン目標空燃比に応じた出力になっている。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、リーン空燃比運転中、NOXINは、単調に増加する。そして、NOXINが所定値Ａ1に達すると、リッチスパイクが開始される（時刻t1）。図２（ｂ）は、リッチスパイク実行フラグFRのグラフである。リッチスパイク実行フラグFRは、リッチスパイクの実行中には１とされ、そうでないときには０とされる。
【００４５】
リッチスパイクが開始されると、内燃機関１０の燃焼空燃比がリーンからリッチへ切り換えられる。このため、ＨＣ，ＣＯ等の還元剤を多く含んだリッチ空燃比の排気ガスがまずスタート触媒１４，１６に流入する。そして、スタート触媒１４，１６に吸蔵されていた酸素が使い尽くされると、リッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒１４，１６の下流側へ吹き抜け始める。これにより、図２（ｄ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ２４の出力はリーンからリッチへと切り換わる。
【００４６】
リーン空燃比運転が行われると、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵材には、すぐに容量一杯の酸素が吸蔵されてしまう。このため、リッチスパイクの開始時において、ＮＯｘ触媒１８には、酸素吸蔵容量OSC（Oxygen Storage Capacity）一杯の酸素が吸蔵されている。
【００４７】
一方、リッチスパイク開始条件であるNOXINの値（上記所定値Ａ1）は、ＮＯｘ触媒１８に吸蔵されたＮＯｘがＮＯｘ吸蔵容量NSC（NOx Storage Capacity）に達しないうちにリッチスパイクが開始されるように設定されている（後述する所定値Ａ2も同様）。よって、リッチスパイクの開始時においては、ＮＯｘ触媒１８には、ＮＯｘ吸蔵容量NSC未満のＮＯｘが吸蔵されている。
【００４８】
リッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒１４，１６の下流側へ吹き抜け始めて、ＨＣ、ＣＯ等の還元剤を含んだ排気ガスがＮＯｘ触媒１８に流入すると、ＮＯｘ触媒１８に吸蔵されていた酸素およびＮＯｘは、それらの還元剤と反応することにより、消費されていく。この間は、Ｏ２センサ２６の出力はリーン出力に維持される。そして、ＮＯｘ触媒１８に吸蔵されていた酸素およびＮＯｘが全部消費されると、還元剤を含んだリッチな排気ガスがＮＯｘ触媒１８の下流に吹き抜け始める。これにより、Ｏ２センサ２６の出力がリーン出力からリッチ出力へ切り換わる（時刻t2）。この時点で、今回のリッチスパイクが終了される。
【００４９】
このように、Ｏ２センサ２６の出力がリーン出力からリッチ出力に切り換わるまでの間にＮＯｘ触媒１８に流入した還元剤の量は、リッチスパイク開始前にＮＯｘ触媒１８に吸蔵されていた酸素の量（以下「酸素吸蔵量OSA」という）、および、リッチスパイク開始前にＮＯｘ触媒１８に吸蔵されていたＮＯｘの量（以下「ＮＯｘ吸蔵量NSA」という）の双方と相関を有している。本実施形態では、酸素吸蔵量OSAとＮＯｘ吸蔵量NSAとの和に相当する値を、以下に説明するトータル吸蔵量TSAで表すことにする。
【００５０】
トータル吸蔵量TSAは、ＮＯｘ吸蔵量NSAを酸素に換算した値と、酸素吸蔵量OSAとの和である。本実施形態のシステムにおいて、トータル吸蔵量TSAは、次のようにして、ＮＯｘ触媒１８に流入した還元剤量に基づいて求めることができる。
【００５１】
図３は、ＥＣＵ３０がトータル吸蔵量TSAを算出する方法を説明するための図である。図３中の左側は、図２（ｃ）および（ｄ）のリッチスパイク実行時の部分を拡大して示す図である。ＮＯｘ触媒１８に流入する還元剤は、排気ガス中の未燃焼の燃料である。このため、ＮＯｘ触媒１８に流入する還元剤量は、図３のＡ／Ｆセンサ出力のグラフの斜線部分に基づいて算出することができる。よって、トータル吸蔵量TSAは、図３中の右側の（１）式を用いて算出することができる。（１）式中、GAは、内燃機関１０の吸入空気量であり、A/FはＮＯｘ触媒１８に流入する排気ガスの空燃比であり、「１４．６」は理論空燃比である。GAは、例えばエアフロメータの出力に基づいて求めることができる。また、A/Fは、例えばＡ／Ｆセンサ２４の出力に基づいて求めることができる。あるいは、吸入空気量GAと燃料噴射量とからA/Fを求めるようにしてもよい。
【００５２】
ＥＣＵ３０は、所定の計算ルーチンが実行される毎に、（１）式の演算を行う。（１）式により算出されるTSAは、その実行周期中にＮＯｘ触媒１８に流入した還元剤量と対応する酸素量を表している。そして、ＥＣＵ３０は、Ａ／Ｆセンサ２４の出力がリーン出力からリッチ出力へと切り換わった時点以降、（１）式により算出されるTSAを積算していく。このTSA積算値は、その時点までにＮＯｘ触媒１８に流入した還元剤量に対応する酸素量を表している。図２（ｅ）は、このTSA積算値を示すグラフである。
【００５３】
前述したように、Ｏ２センサ２６の出力がリーン出力からリッチ出力へ切り換わった時点（時刻t2）で、ＮＯｘ触媒１８に吸蔵されていた酸素およびＮＯｘが無くなったと判断することができる。よって、この時点でのTSA積算値がトータル吸蔵量TSAに相当することになる。つまり、図２に示す例では、時刻t2におけるTSA積算値TSA１がこの回のリッチスパイク開始前におけるトータル吸蔵量TSAとなる。なお、リッチスパイクが終了されると、TSA積算値はリセットされる。
【００５４】
以上、図２中の１回目のリッチスパイクについて説明した。このリッチスパイクが終了された時刻t2以降は、燃焼空燃比がリーン目標空燃比に戻され、リーン空燃比で内燃機関１０が運転される。その後、しばらくして、２回目のリッチスパイクが実行される。
【００５５】
１回目のリッチスパイクは、前述したように、NOXINが所定値Ａ1に達したことを条件に実行（開始）された。これに対し、２回目のリッチスパイクは、図２（ａ）に示すように、NOXINがＡ１≠Ａ２（図示の例ではＡ１＜Ａ２）なる所定値Ａ2に達したことを条件に実行（開始）される（時刻t3）。
【００５６】
この２回目のリッチスパイク時の動作は、上記のようにリッチスパイク実行条件が異なること以外は、１回目のリッチスパイクと同様である。すなわち、２回目のリッチスパイクは、Ｏ２センサ２６の出力がリーン出力からリッチ出力へ切り換わった時点（時刻t4）で終了される。そして、その時点でのTSA積算値TSA２がこの回のリッチスパイク開始前におけるトータル吸蔵量TSAとなる。
【００５７】
以上説明した図２に示す動作によれば、NOXIN、すなわち前回のリッチスパイク終了後から今回のリッチスパイクの開始前までにＮＯｘ触媒１８に流入したＮＯｘの総量（以下「入りＮＯｘ量」という）がＡ１であるときのトータル吸蔵量TSA１と、入りＮＯｘ量がＡ２であるときのトータル吸蔵量TSA２とをそれぞれ検出することができる。
【００５８】
このようにして、本実施形態のシステムでは、ＮＯｘ触媒１８への入りＮＯｘ量を複数の水準に設定して、その水準毎にトータル吸蔵量TSAを検出することができる。図４は、そのようにして、入りＮＯｘ量の値を変えてトータル吸蔵量TSAの検出を複数回実施した場合の各回の実験結果を、横軸を入りＮＯｘ量、縦軸をトータル吸蔵量TSAとした座標上にプロットした図である。なお、各回のリッチスパイクは、ほぼ同一の運転条件の下で実施されたものとする。図４から分かるように、それら各回のリッチスパイクにおける入りＮＯｘ量およびトータル吸蔵量TSAを表す各点は、ほぼ一直線上に乗っている。これは、入りＮＯｘ量が多くなるほど、トータル吸蔵量TSAのうちのＮＯｘ吸蔵量NSAがそれに比例して増加するためであると考えられる。
【００５９】
その一方で、前述したように、リーン空燃比運転が行われると、ＮＯｘ触媒１８には、すぐに容量一杯の酸素が吸蔵されてしまう。このため、リッチスパイクの開始時において、ＮＯｘ触媒１８には、常に、酸素吸蔵容量OSC一杯の酸素が吸蔵されている。従って、トータル吸蔵量TSAのうちの酸素吸蔵量OSAは、入りＮＯｘ量にかかわらず、酸素吸蔵容量OSCと等しいと考えられる。
【００６０】
入りＮＯｘ量をゼロとした場合には、ＮＯｘ吸蔵量NSAは当然にゼロとなると考えられるから、この場合のトータル吸蔵量TSAは、その全部が酸素吸蔵量OSAに相当すると言える。この値、すなわち、入りＮＯｘ量をゼロとした場合のトータル吸蔵量TSAの値は、図４から分かるとおり、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量TSAとの関係を表す直線（図４中の直線）を外挿することにより、その切片として求めることができる。そして、上記の考え方によれば、この値は、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵量OSAに等しく、よってＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵容量OSCに等しい。
【００６１】
上述したとおり、本実施形態では、ＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAに基づいて求めた酸素吸蔵量OSAの値と、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵容量OSCの値とは等しいので、以下の説明では、便宜上、その値を単に「酸素吸蔵容量OSC」と表記する。
【００６２】
図５は、前述した図２に示す２回のリッチスパイクの際の入りＮＯｘ量Ａ１，Ａ２と、トータル吸蔵量TSA１，TSA２とを図４と同様の座標上にプロットした図である。図５に示すように、本発明では、相異なる少なくとも二つの水準の入りＮＯｘ量において、それぞれ、トータル吸蔵量TSAが少なくとも１回検出されていれば、両者の関係を表す直線が引けるので、酸素吸蔵容量OSCの推定が可能となる。
【００６３】
一方、本発明では、相異なる三つ以上の水準の入りＮＯｘ量において検出されたトータル吸蔵量TSAに基づいて酸素吸蔵容量OSCを推定するようにしてもよい。また、各水準の入りＮＯｘ量においてそれぞれ２回以上リッチスパイクを実行し、それら各回のトータル吸蔵量TSAに基づいて酸素吸蔵容量OSCを推定するようにしてもよい。図６は、三つの水準の入りＮＯｘ量（Ａ１，Ａ２，Ａ３）において、それぞれ３回のリッチスパイクを実行してトータル吸蔵量TSAの検出を行った場合の、計９個の点を図４と同様の座標上にプロットした図である。
【００６４】
図６に示すように、２個以上の点がある場合には、それらの点に対して例えば最小二乗法等の線形近似を実施することにより、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量TSAとの関係を表す直線を求め、その直線を外挿することとすれば、酸素吸蔵容量OSCを求めることができる。このような場合には、酸素吸蔵容量OSCをより高い精度で推定することができる。
【００６５】
このようにして、本実施形態では、リッチスパイクを連続して２回実施することなしに、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵容量OSCを精度良く推定することができる。ＮＯｘ触媒１８を理論空燃比下で使用する場合の性能は、その酸素吸蔵能力によって判断することができる。そして、ＮＯｘ触媒１８が劣化するに従い、その酸素吸蔵能力は低下していく。酸素吸蔵能力の大小は、酸素吸蔵容量OSCの値で判断することができる。
【００６６】
よって、例えばＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵能力を判定するための所定の判定値を設けておき、上記のようにして推定された酸素吸蔵容量OSCとその判定値とを比較することにより、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵能力が正常（許容範囲内）であるか否かを正確に判定することができる。
【００６７】
また、図４乃至図６においては、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量TSAとの関係を表す直線の傾きが大きいほど、流入したＮＯｘのうちでＮＯｘ触媒１８に捕捉される率が高いことになる。つまり、この直線の傾きは、ＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力（ＮＯｘ触媒１８をリーン空燃比下で使用する場合の性能）を表していると言える。
【００６８】
よって、例えばＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力を判定するための所定の判定値を設けておき、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量TSAとの関係を表す直線の傾きと、その判定値とを比較することにより、ＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力が正常（許容範囲内）であるか否かを正確に判定することができる。
【００６９】
図７は、図６の実験で対象としたＮＯｘ触媒１８よりも劣化が進行したＮＯｘ触媒１８を対象として、同様の実験を行って得られた結果をプロットした図である。すなわち、図７のＮＯｘ触媒１８は、図６のＮＯｘ触媒１８より劣化度合いが高い。このため、図７の直線は、その傾き（すなわちＮＯｘ吸蔵能力）、切片（すなわち酸素吸蔵容量OSC）共に、図６の直線より小さくなっていることが分かる。
【００７０】
図８は、横軸を入りＮＯｘ量とし、縦軸をＮＯｘ吸蔵量NSAとした座標上に、図６に示す９点の実験結果についてのＮＯｘ吸蔵量NSAを黒三角の点で、図７に示す９点の実験結果についてのＮＯｘ吸蔵量NSAを白三角の点で、それぞれプロットした図である。
【００７１】
なお、ＮＯｘ吸蔵量NSAは、トータル吸蔵量TSAおよび酸素吸蔵容量OSCに基づいて、次式により算出することができる。
NSA＝（TSA−OSC）×４６／３２      ・・・（２）
ただし、上記（２）式中、「４６／３２」は、Ｏ２からＮＯ２への換算係数である。
【００７２】
図８中の傾斜した直線のように判定値を設定するようにすると、劣化していない図６のＮＯｘ触媒１８についての９点のＮＯｘ吸蔵量NSAはすべてその直線より上側にあり、その一方、劣化した図７のＮＯｘ触媒１８についての９点のＮＯｘ吸蔵量NSAはすべてその直線より下側にある。このように、ＮＯｘ吸蔵量NSAは、劣化度合いと正確に相関していることが分かる。
【００７３】
よって、本実施形態では、図８中の傾斜した直線のような判定値を予め設定しておき、検出された入りＮＯｘ量およびＮＯｘ吸蔵量NSAをその判定値と比較する方法によっても、ＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力が正常（許容範囲内）であるか否かを正確に判定することができる。すなわち、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量TSAとの関係を表す直線の傾きによってＮＯｘ吸蔵能力を判定する手法に代えて、この方法によってＮＯｘ吸蔵能力を判定するようにしてもよい。
【００７４】
［実施の形態１における具体的処理］
図９は、上述した手法によってＮＯｘ触媒１８の劣化を判定（診断）するために本実施形態においてＥＣＵ３０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
【００７５】
図９に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘ触媒１８に流入するＮＯｘの量を積算するカウンタNOXINの値が読み込まれる（ステップ１００）。次いで、そのNOXINが所定値Ａに達したか否かが判別される（ステップ１０２）。この所定値Ａは、リッチスパイク開始時におけるＮＯｘ触媒１８への入りＮＯｘ量として設定される値である。前述したように、本実施形態では、少なくとも二つ以上の水準の入りＮＯｘ量においてそれぞれリッチスパイクを実行するようにしている。そして、二つの水準の入りＮＯｘ量においてリッチスパイクを実行することとしている場合には、上記所定値ＡとしてＡ１，Ａ２の二つの値が用意されているものとし、三つの水準の入りＮＯｘ量においてリッチスパイクを実行することとしている場合には、上記所定値ＡとしてＡ１，Ａ２，Ａ３の三つの値が用意されているものとする。そして、このステップ１０２においては、それらのうちから一つの所定値Ａが選択され、NOXINとの比較が行われる。
【００７６】
上記ステップ１０２で、NOXINが所定値Ａに未だ達していないと判別された場合には、リッチスパイク実行条件が不成立と判別される。この場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了され、リーン空燃比運転が継続される。
【００７７】
一方、上記ステップ１０２で、NOXINが所定値Ａに達したと判別された場合には、リッチスパイク実行条件が成立したと判別される。この場合には、リッチスパイクが実行され、リッチスパイク実行フラグFRが１とされる（ステップ１０４）。リッチスパイクの実行中は、前述したように、図２（ｅ）に示すようなTSA積算値が算出される（ステップ１０６）。
【００７８】
続いて、上記ステップ１０６で算出されたTSA積算値を、ＮＯｘ触媒１８の劣化判定に用いるトータル吸蔵量TSAのデータとして格納すべき条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０８）。このデータ格納条件としては、具体的には以下の各条件の成否が判断される。
（１）リッチスパイクが終了していること。
（２）リッチスパイク実行時の運転条件（機関回転数NE、スロットル開度TH、吸入空気量GA等）が所定の範囲内にあること。
（３）リッチスパイク実行時のＮＯｘ触媒１８の温度TCATが所定の範囲内にあること。
【００７９】
上記（１）の条件は、前述したとおりリッチスパイク終了時点のTSA積算値がトータル吸蔵量TSAとして取り込むべき値であることによる必然的な要請である。上記（２）の条件は、NOXIN等の演算誤差による誤判定を防止するため、急加減速等のない所定の運転条件下でリッチスパイクが実施された場合のデータのみを触媒劣化判定の基礎とするために設けられた条件である。上記（３）の条件は、ＮＯｘ触媒１８の温度の影響による誤判定を防止するための条件である。すなわち、ＮＯｘ触媒１８の能力は、その温度によって変化する。そこで、ＮＯｘ触媒１８の能力が一定であるとみなせるような温度域でリッチスパイクが実施された場合のデータのみを触媒劣化判定の基礎とするため、上記（３）の条件を設けたものである。
【００８０】
上記ステップ１０８において、上記（１）〜（３）の条件が何れも満足されていると判別された場合には、上記ステップ１０６で算出されたTSA積算値が、触媒劣化判定に用いるトータル吸蔵量TSAのデータとして、上記ステップ１０２で選択された所定値Ａ（入りＮＯｘ量）と関連付けて、ＥＣＵ３０に格納される（ステップ１１０）。
【００８１】
なお、ＮＯｘ触媒１８の温度が上記（３）の条件から外れた温度域でリッチスパイクが実施された場合のデータであっても、補正係数を乗ずるなどの補正を施すことにより、上記（３）の温度域で得られたであろう値に換算することも可能である。よって、上記（３）の条件が満たされていない場合に、TSA積算値に所定の補正を施した上で、トータル吸蔵量TSAのデータとして格納するようにしてもよい。
【００８２】
トータル吸蔵量TSAのデータが格納されたら、次に、触媒劣化判定を実行する条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１１２）。具体的には、少なくとも二つの水準の入りＮＯｘ量において実行されたリッチスパイクについてのトータル吸蔵量TSAのデータが格納されているか否かが判別される。すなわち、図５を参照して説明したように、酸素吸蔵容量OSCを算出するのに必要な少なくとも２点のデータが格納されている場合には、劣化判定実行条件が成立しているものと判別される。また、図６のように、３点以上の所定数のデータに基づいて酸素吸蔵容量OSCを算出することとしている場合には、その所定数のデータが揃っている場合に、劣化判定実行条件が成立しているものと判別される。
【００８３】
上記ステップ１１２で、劣化判定実行条件が成立していないと判別された場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了される。この場合には、本ルーチンの次回以降の実行時において、上記ステップ１０２で選択される所定値Ａを必要に応じて変更した上で、リッチスパイク実行条件の成否が判別される。
【００８４】
一方、上記ステップ１１２で、劣化判定実行条件が成立していると判別された場合には、次に、格納されたデータに基づいて、酸素吸蔵容量OSCが算出される（ステップ１１４）。すなわち、図５あるいは図６を参照して既述した方法により、酸素吸蔵容量OSCが算出される。続いて、上記（２）式に基づいて、ＮＯｘ吸蔵容量NSAが算出される（ステップ１１６）。
【００８５】
次に、上記ステップ１１４で算出された酸素吸蔵容量OSCに基づいて、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵能力が正常であるか否かが判定される（ステップ１１８）。具体的には、その酸素吸蔵容量OSCの値と所定の判定値とが比較され、その判定値以上である場合には、酸素吸蔵能力が正常であると判定される。この場合には、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵能力が正常であることを示すべく、フラグXODが０とされる（ステップ１２０）。一方、酸素吸蔵容量OSCの値が上記判定値未満である場合には、酸素吸蔵能力が異常であると判定される。この場合には、ＮＯｘ触媒１８の酸素吸蔵能力が異常であること（許容範囲を超えて劣化していること）を示すべく、フラグXODが１とされる（ステップ１２２）。
【００８６】
続いて、上記ステップ１１６で算出されたＮＯｘ吸蔵容量NSAに基づいて、ＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力が正常であるか否かが判定される（ステップ１２４）。具体的には、そのＮＯｘ吸蔵容量NSAの値と、図８中に示すような所定の判定値とが比較され、その判定値以上である場合には、ＮＯｘ吸蔵能力が正常であると判定される。この場合には、ＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力が正常であることを示すべく、フラグXNDが０とされる（ステップ１２６）。一方、ＮＯｘ吸蔵容量NSAの値が上記判定値未満である場合には、ＮＯｘ吸蔵能力が異常であると判定される。この場合には、ＮＯｘ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力が異常であること（許容範囲を超えて劣化していること）を示すべく、フラグXNDが１とされる（ステップ１２８）。
【００８７】
なお、上記ステップ１２４でのＮＯｘ吸蔵能力の判定は、前述したように、入りＮＯｘ量とトータル吸蔵量TSAとの関係を表す直線の傾きに基づいて行うようにしてもよい。
【００８８】
以上説明したように、図９に示すルーチンの処理によれば、ＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAの内訳、すなわち酸素吸蔵容量OSC（酸素吸蔵量OSA）と、ＮＯｘ吸蔵量NSAとをそれぞれ算出することができる。そして、その各々の値を利用して、ＮＯｘ触媒１８を理論空燃比下で使用する場合の能力の指標となる酸素吸蔵能力と、ＮＯｘ触媒１８をリーン空燃比下で使用する場合の能力の指標となるＮＯｘ吸蔵能力とを、それぞれ別々に判定することができる。このため、ＮＯｘ触媒１８の劣化状態を精度良く診断することができる。
【００８９】
また、本発明では、上記効果を得るに当たり、リッチスパイクを短い間隔（ＮＯｘがＮＯｘ触媒１８にほとんど吸蔵されないような間隔）で連続して実行する必要はない。すなわち、通常のリッチスパイクの実行間隔に近い間隔でリッチスパイクを実行することで、上記効果を得ることができる。よって、リッチスパイクの実行頻度が高くなることを回避することができる。このため、リッチスパイクの実行頻度が高くなることに伴う弊害、例えば、燃費やエミッションが悪化したり、トルクショックが発生し易くなったりすることを防止することができる。
【００９０】
また、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒１８が前記第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に、Ｏ２センサ２６が前記第１の発明における「下流側排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「実行条件設定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「リッチスパイク手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「入りＮＯｘ量取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「トータル吸蔵量算出手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸素吸蔵量算出手段」が、それぞれ実現されている。
【００９１】
また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１１８〜１２２の処理を実行することにより前記第２の発明における「酸素吸蔵能力診断手段」が、上記ステップ１２４〜１２８の処理を実行することにより前記第３の発明における「ＮＯｘ吸蔵能力診断手段」が、それぞれ実現されている。
【００９２】
実施の形態２．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
［システム構成の説明］
図１０は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。図１０に示すように、実施の形態２のシステムでは、ＮＯｘ触媒１８の上流側に、実施の形態１でのＡ／Ｆセンサ２４に代えて、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかに応じて急変する出力を発するＯ２センサ３２が配置されている。実施の形態２のシステムは、上記の点以外は、実施の形態１のシステムと同様である。以下、説明の便宜上、ＮＯｘ触媒１８の上流のＯ２センサ３２を上流Ｏ２センサ３２と呼び、ＮＯｘ触媒１８の下流のＯ２センサ２６を下流Ｏ２センサ２６と呼ぶ。
【００９３】
［実施の形態２の特徴］
本実施形態では、以下に説明するように、リッチスパイクを実行した際に、ＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAを検出するのと同時に、三元触媒であるスタート触媒１４，１６の酸素吸蔵容量OSCを検出することができる。
【００９４】
図１１は、スタート触媒１４，１６の酸素吸蔵容量OSCおよびＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAを検出する方法を説明するためのタイミングチャートである。図１１中、（ａ）は下流Ｏ２センサ２６の出力（以下「下流Ｏ２センサ出力」という）を示し、（ｂ）は上流Ｏ２センサ３２の出力（以下「上流Ｏ２センサ出力」という）を示す。また、図１１中の（ｃ）は、スタート触媒１４，１６の上流に配置されたＡ／Ｆセンサ２０，２２の何れか一方の出力、または両方の出力を平均化した出力を示す（以下「Ａ／Ｆセンサ出力」という）。
【００９５】
図１１に示すように、リッチスパイクが開始され、内燃機関１０からリッチ空燃比の排気ガスが排出され始めると、まず、Ａ／Ｆセンサ出力がリーンからリッチに切り換わる（時刻t1）。そして、スタート触媒１４，１６に流入する還元剤によって、スタート触媒１４，１６に吸蔵されていた酸素が使い尽くされると、リッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒１４，１６の下流側へ吹き抜け始める。これにより、上流Ｏ２センサ出力はリーンからリッチへと切り換わる（時刻t2）。
【００９６】
このように、時刻t1からt2の間にスタート触媒１４，１６に流入した還元剤の量（図１１（ｃ）中のクロスハッチング部分）は、スタート触媒１４，１６の酸素吸蔵容量OSCと対応している。よって、図３中の（１）式を時刻t1からt2まで積算することにより、スタート触媒１４，１６の酸素吸蔵容量OSCを求めることができる。
【００９７】
時刻t2からは、ＮＯｘ触媒１８に還元剤が流入し始める。そして、ＮＯｘ触媒１８に吸蔵されていた酸素およびＮＯｘが還元剤によって使い尽くされると、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ触媒１８の下流に吹き抜け始める。これにより、下流Ｏ２センサ２６の出力がリーンからリッチへ切り換わる（時刻t3）。
【００９８】
このように、時刻t2からt3の間にＮＯｘ触媒１８に流入した還元剤の量（図１１（ｃ）中のハッチング部分）は、ＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAと対応している。よって、図３中の（１）式を時刻t2からt3まで積算することにより、ＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAを求めることができる。
【００９９】
本実施形態では、以上のようにして、ＮＯｘ触媒１８のトータル吸蔵量TSAと共に、スタート触媒１４，１６の酸素吸蔵容量OSCを検出することができる。よって、スタート触媒１４，１６の劣化診断をも同時に行うことができる。
【０１００】
なお、流入還元剤量の算出に当たっては、排気空燃比をＡ／Ｆセンサ出力から求めることに代えて、内燃機関１０の吸入空気量GAと燃料噴射量とから排気空燃比を算出するようにしてもよい。
【０１０１】
本実施の形態２は、上述した点以外は前述した実施の形態１と同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【０１０２】
なお、上述した実施の形態２においては、スタート触媒１４，１６が前記第６の発明における「上流触媒」に、上流Ｏ２センサ３２が前記第６の発明における「上流側排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記の方法によってスタート触媒１４，１６の酸素吸蔵容量OSCを算出することにより、前記第６の発明における「上流触媒酸素吸蔵容量算出手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】トータル吸蔵量TSAを算出する方法を説明するための図である。
【図４】ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量と、トータル吸蔵量TSAとの関係を示す図である。
【図５】ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量と、トータル吸蔵量TSAとの関係を示す図である。
【図６】ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量と、トータル吸蔵量TSAとの関係を示す図である。
【図７】ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量と、トータル吸蔵量TSAとの関係を示す図である。
【図８】ＮＯｘ触媒への入りＮＯｘ量と、ＮＯｘ吸蔵量NSAとの関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図１１】実施の形態２の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】従来の装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  内燃機関
１２  排気通路
１４，１６  スタート触媒
１８  ＮＯｘ触媒
２０，２２，２４  Ａ／Ｆセンサ
２６  Ｏ２センサ
２８  温度センサ
３０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２  上流Ｏ２センサ
【図１】
2008045470.tif 000003
【図２】
2008045470.tif 000004
【図３】
2008045470.tif 000005
【図４】
2008045470.tif 000006
【図５】
2008045470.tif 000007
【図６】
2008045470.tif 000008
【図７】
2008045470.tif 000009
【図８】
2008045470.tif 000010
【図９】
2008045470.tif 000011
【図１０】
2008045470.tif 000012
【図１１】
2008045470.tif 000013
【図１２】
2008045470.tif 000014