(57)【要約】【課題】良好なエミッションを維持しながら触媒診断処理を、高い信頼性で高精度に、しかも高い頻度で行うことのできる排気浄化用触媒の診断装置を提供する。【解決手段】排気浄化のためにエンジンの排気系に設けられたＮＯｘ触媒の性能劣化度合を診断する排気浄化用触媒の診断装置として、その触媒診断処理に先立って、ＮＯｘ触媒の温度が所定の診断許可範囲内にあるか否かを判断するプログラム（ステップＳ１４）と、該ステップＳ１４でＮＯｘ触媒の温度が診断許可範囲外にある旨判断された場合に、触媒診断処理に先立ってＮＯｘ触媒の温度を上記診断許可範囲内に制御するプログラム（ステップＳ１４２）と、を備えるように構成する。【選択図】図２
2008101562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化のためにエンジンの排気系に設けられた触媒の性能劣化度合を診断する排気浄化用触媒の診断装置において、
前記触媒に係る診断処理に先立って、前記触媒の温度が所定の診断許可範囲内にあるか否かを判断する触媒温度判断手段と、
前記触媒温度判断手段により触媒の温度が診断許可範囲外にある旨判断された場合に、前記触媒に係る診断処理に先立って前記触媒の温度を前記診断許可範囲内に制御する触媒温度制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項２】
前記触媒は、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒である請求項１に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項３】
単位時間あたりに前記触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を推定する吸蔵量推定手段と、
該吸蔵量推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵量に基づいて前記触媒に係る診断処理を行う触媒診断手段と、
を備える請求項２に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項４】
前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始するタイミングを推定する放出開始推定手段と、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が終了するタイミングを推定する放出終了推定手段と、を備え、
前記吸蔵量推定手段は、前記放出開始推定手段及び前記放出終了推定手段によりそれぞれ推定される放出開始タイミング及び放出終了タイミングに基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵量を推定するものである請求項３に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項５】
前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元成分を、前記触媒に対して供給する還元成分供給手段を備え、
前記放出開始推定手段は、前記ＮＯｘ還元成分の供給による前記触媒の排気上流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始したタイミングを推定するものであり、
前記放出終了推定手段は、前記触媒からのＮＯｘ放出による前記触媒の排気下流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からのＮＯｘ放出が終了したタイミングを推定するものであり、
前記吸蔵量推定手段は、前記放出開始推定手段により推定された放出開始タイミングから、前記放出終了推定手段により推定された放出終了タイミングまでの時間における前記ＮＯｘ還元成分の積算消費量に基づいて、前記ＮＯｘ還元成分の供給が開始される前のＮＯｘ吸蔵量を推定するものである請求項４に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項６】
前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元成分を、前記触媒に対して供給する還元成分供給手段を備え、
前記放出開始推定手段は、前記ＮＯｘ還元成分の供給による前記触媒の排気上流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始したタイミングを推定するものであり、
前記放出終了推定手段は、前記触媒からのＮＯｘ放出による前記触媒の排気下流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からのＮＯｘ放出が終了したタイミングを推定するものであり、
前記吸蔵量推定手段は、前記放出開始推定手段により推定された放出開始タイミングから、前記放出終了推定手段により推定された放出終了タイミングまでの時間に基づいて、前記ＮＯｘ還元成分の供給が開始される前のＮＯｘ吸蔵量を推定するものである請求項４に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項７】
反応熱を利用して前記触媒の温度を上昇させる温度上昇成分を、前記触媒に対して供給する温度上昇手段を備え、
前記触媒温度制御手段は、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御することによって、前記触媒の温度を前記診断許可範囲内に制御するものである請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項８】
前記温度上昇成分は、酸素との反応によって前記触媒の温度を上昇させるものであり、
前記触媒温度制御手段は、前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものである請求項７に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項９】
前記触媒温度制御手段は、前記エンジンの排気流量に基づいて、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものである請求項７又は８に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項１０】
前記触媒が、吸蔵条件下で排気中の特定成分を吸蔵するとともに浄化条件下でその吸蔵した排気成分を浄化して放出するものであるとともに、前記温度上昇成分が、その供給量が大きくなることに基づいて前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件を前記吸蔵条件から前記浄化条件へ切り替えるものであり、
前記触媒温度制御手段は、前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件から浄化条件へ切り替わらない範囲で前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものである請求項７〜９のいずれか一項に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項１１】
前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件から浄化条件へ切り替わらない範囲として、前記温度上昇成分の供給量に係る許容供給範囲を可変設定する供給範囲設定手段を備え、
前記触媒温度制御手段は、前記供給範囲設定手段により設定された許容供給範囲内で、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものである請求項１０に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項１２】
前記温度上昇成分は、酸素との反応によって前記触媒の温度を上昇させるものであり、
前記供給範囲設定手段は、前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて、前記許容供給範囲の上限値を可変設定するものである請求項１１に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項１３】
前記供給範囲設定手段は、前記エンジンから排出される排気の温度に基づいて、前記許容供給範囲の上限値を可変設定するものである請求項１１又は１２に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項１４】
前記温度上昇手段は、前記エンジンよりも排気下流側で且つ前記触媒よりも排気上流側の範囲に前記温度上昇成分としてのエンジン燃料を添加するように設けられた燃料添加弁の添加動作を制御するものである請求項７〜１３のいずれか一項に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【請求項１５】
前記エンジンが、ディーゼルエンジンである請求項７〜１４のいずれか一項に記載の排気浄化用触媒の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用ディーゼルエンジンの排気系に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の性能劣化度合を診断するために用いて好適な排気浄化用触媒の診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置の１つとして、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒、いわゆるＮＯｘ触媒を用いた装置が注目されている。詳しくは、この装置に用いられるＮＯｘ触媒は、例えばアルカリ土類系材料（吸蔵材）と白金とからなり、排気の雰囲気が空燃比リーン（理論空燃比よりも燃料比率の低い空燃比）の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（理論空燃比よりも燃料比率の高い空燃比）になった時には排気中のＨＣやＣＯといった還元成分により吸蔵ＮＯｘを還元除去する特性を有している。この装置は、こうした触媒の特性を利用したものであり、その触媒によりＮＯｘの吸蔵・還元（放出）を繰り返すことで、排気中のＮＯｘを浄化し、ＮＯｘ排出量の削減を図るようにしている。
【０００３】
しかし、こうした装置においても、ＮＯｘ触媒の吸蔵容量には限界がある。このため、ＮＯｘ還元量（放出量）がＮＯｘ吸蔵量を上回る環境で同触媒が使用され続けて、ＮＯｘ吸蔵量がその吸蔵限界近くになった場合には、同触媒によるＮＯｘ浄化能力は大幅に低下してしまうことになる。そこで従来、こうしたＮＯｘ浄化能力の低下（ＮＯｘ吸蔵量に応じた一時的な性能劣化）を回復する処理（触媒回復処理）として、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを定期的に還元除去するようにしている。そして、例えば特許文献１に記載のように、この触媒回復処理の際、エンジン燃料等に含まれているＳ（硫黄）成分等に起因したＮＯｘ触媒の性能劣化度合（例えばＳ被毒の有無）を診断する排気浄化用触媒の診断装置も知られている。以下、図９を参照して、この特許文献１に記載の装置も含め、従来一般の装置で行われている触媒診断処理の概要について説明する。なお、この装置は、エンジン排気系に設けられたＮＯｘ触媒の再生及び診断を行うために、燃焼のための燃料を過剰供給すること（いわゆるリッチパージ）により空燃比を一時的にリッチにして吸蔵ＮＯｘを還元するシステム、いわゆるＬＮＴ（Lean NOx Trap）システムを構築している。ここでは一例として、定常時の運転がリーン燃焼で行われる車両用ディーゼルエンジンを対象とした排気浄化システムに該装置を適用した場合について説明する。
【０００４】
図９（ａ）は、そのリッチパージの実行の有無を示すタイミングチャート、図９（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＮＯｘ触媒の排気上流側及び排気下流側の空燃比（排気中の酸素濃度に相当）を示すタイミングチャートである。ちなみに、これら排気上流側及び排気下流側の空燃比（酸素濃度）は、例えばＮＯｘ触媒の排気上流側及び排気下流側に設けられた各Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）によってそれぞれ検出することができる。
【０００５】
この装置では、定期的に（所定時間の経過ごとに）、上記触媒回復処理としてのリッチパージを実行する。すなわち、例えば図９（ａ）に示されるように、タイミングｔ５１で、エンジンに燃料を過剰供給して上記リッチパージを開始する。すると、図９（ｂ）に示すように、ＮＯｘ触媒の排気上流側の空燃比が一時的にリッチになる。そしてこれにより、排気中のＨＣやＣＯ等により吸蔵ＮＯｘが還元除去され、触媒から放出されることになる。また、図９（ｃ）中に実線Ｌ５１ａにて示されるように、この吸蔵ＮＯｘの還元除去（放出）中においては、ＮＯｘ触媒の排気下流側の空燃比が理論空燃比（ストイキオメトリック）に保たれる。
【０００６】
この図９に示す例では、タイミングｔ５２で吸蔵ＮＯｘの還元除去（放出）が終了する。これは、ＮＯｘ触媒の排気下流側の空燃比変化に基づいて検出することができる。詳しくは、この空燃比が理論空燃比からリッチ側へ移行して所定の終了判定値（閾値ＴＨ１）をリッチ側へ下回った場合には、吸蔵ＮＯｘの放出が終了した旨判定するとともに、図９（ａ）に示すように、リッチパージを終了（停止）する。そしてこれにより、空燃比が定常運転時のリーンに戻る。なお、上記閾値ＴＨ１は、理論空燃比よりも若干リッチ側に設定される。吸蔵ＮＯｘの放出が終了したにもかかわらずリッチパージを実行し続けると、未燃燃料（リッチな排気）の排出によりエミッションの悪化が懸念されるようになるため、この閾値ＴＨ１は、吸蔵ＮＯｘの放出終了が確認された直後にリッチパージを停止（終了）することができるように設定されている。ただしこうすることで、図９（ｃ）中に破線Ｌ５１ｂにて示すように、吸蔵ＮＯｘを完全には放出しきれず、同図９（ｃ）中に領域Ｒ１で示す程度の若干の残存（領域Ｒ１の面積が残存量に相関）が生じることになる。
【０００７】
この装置では、触媒回復処理として定期的にこうしたリッチパージを行い、吸蔵ＮＯｘの略全てを一度に還元除去することにより、ＮＯｘ触媒の浄化能力（排気浄化能力）を定期的に回復するようにしている。
【０００８】
またこの装置では、単位時間あたりに触媒に吸蔵されたＮＯｘ量、すなわち前回リッチパージを実行した時から今回リッチパージを実行する直前までに同触媒に吸蔵されたＮＯｘ量（単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量）に基づいて、この触媒の性能劣化度合を診断するようにしている。すなわち、このＮＯｘ吸蔵量が少ない場合には、当該触媒の性能劣化度合が高いとして、例えば適宜の再生処理などを行うようにする。なお、上記ＮＯｘ触媒は、リッチパージが実行されている間だけ、浄化条件（吸蔵ＮＯｘを放出し得る環境）下におかれる。このため、単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量（リッチパージを開始する前のＮＯｘ吸蔵量）は、例えばリッチパージの開始されるタイミングｔ５１から、吸蔵ＮＯｘの還元除去（放出）の終了するタイミングｔ５２までの時間（単位時間ｔ５１〜ｔ５２）に基づいて推定することができる。すなわち、タイミングｔ５１〜ｔ５２が長いほど、ＮＯｘ吸蔵量が多いということになる。またこの際、前述した図９（ｃ）中に領域Ｒ１で示す程度の残存ＮＯｘにより、若干の推定誤差が生じるため、これを適宜の演算等で補正することが望ましい。
【特許文献１】特許第２６９２３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、上記特許文献１に記載の装置を含めた従来の装置であっても、定期的に触媒を回復することは可能である。またこの装置では、その回復処理の際、劣化診断を行うことにより早期に触媒の劣化を検知して、上記Ｓ（硫黄）被毒等についての再生処理を実行することも可能である。しかしながら、触媒の浄化能力は環境温度に大きな影響を受ける。そして通常、触媒の温度が適正値よりも高かったり低かったりすると、触媒の浄化能力が低下して、ＮＯｘの還元速度が遅くなる。このため、このような温度環境で上記触媒回復処理、ひいては触媒診断処理を行った場合には、例えば先の図９（ｃ）中に二点鎖線Ｌ５２ａにて示すように、まだ残存ＮＯｘ量が多い、早い段階（例えばタイミングｔ５３）で、ＮＯｘ触媒の排気下流側の空燃比が、上記所定の終了判定値（閾値ＴＨ１）をリッチ側へ下回り、リッチパージが終了（停止）することになる。そして、図９（ｃ）中に領域Ｒ２で示す程度の大きな残存（領域Ｒ２の面積が残存量に相関）に起因して、ＮＯｘ吸蔵量（リッチパージを開始する前のＮＯｘ吸蔵量）の推定精度が低下することになる。このような大きな誤差が生じた場合、例えば触媒温度に応じて適宜の補正演算を行ったとしても完全に補正することはできないため、上記触媒診断処理の診断精度の悪化は避けられなくなる。
【００１０】
なお、こうした診断精度の悪化を抑制するためには、閾値ＴＨ１をよりリッチ側へ（例えば図９（ｃ）中の閾値ＴＨ２へ）変更して、リッチパージ終了時のＮＯｘ残存量を減らす構成も考えられる。しかしこの場合に、エミッションの悪化が懸念されるようになることは前述したとおりである。したがって、上記特許文献１に記載の装置では、良好なエミッションを維持しながら上記触媒診断処理を高い信頼性で高精度に行うことが困難となる。
【００１１】
また従来、触媒温度が所定の範囲内にある場合に限定して、上記触媒診断処理を実行するようにした装置もある。しかしこの装置では、触媒の温度環境によっては、長期にわたって触媒診断処理を実行することのできないことが懸念され、高い信頼性で早期に触媒の劣化を検知することが困難となる。
【００１２】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、良好なエミッションを維持しながら触媒診断処理を、高い信頼性で高精度に、しかも高い頻度で行うことのできる排気浄化用触媒の診断装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。
【００１４】
請求項１に記載の発明では、排気浄化のためにエンジンの排気系に設けられた触媒の性能劣化度合を診断する排気浄化用触媒の診断装置において、前記触媒に係る診断処理に先立って、前記触媒の温度が所定の診断許可範囲内にあるか否かを判断する触媒温度判断手段と、前記触媒温度判断手段により触媒の温度が診断許可範囲外にある旨判断された場合に、前記触媒に係る診断処理に先立って前記触媒の温度を前記診断許可範囲内に制御する触媒温度制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
こうした構成によれば、触媒温度判断手段と触媒温度制御手段との協働のもと、触媒に係る診断処理（触媒診断処理）に先立って、当該触媒の温度を、所定の診断許可範囲（例えば触媒の浄化能力が安定して高い範囲、いわゆる活性温度範囲）内にコントロール（制御）することができるようになる。このため、このような構成にすれば、触媒温度が所定の範囲（診断許可範囲）内にある状態で上記触媒診断処理が行われることで、良好なエミッションを維持しながら、高い信頼性で高精度にその診断処理を行うことが可能になる。しかも、触媒温度を積極的に上記所定の範囲（診断許可範囲）に収める（温度環境を整える）ことで、より高い頻度で上記触媒診断処理を行うことが可能になる。
【００１６】
なお、触媒温度制御手段としては、前述したリッチパージを行う手段、あるいはその他ヒータ等の適宜の加熱装置を制御する手段の他、適宜の冷却装置を制御する手段等も、用途等に応じて採用することができる。
【００１７】
また、触媒温度判断手段としては、適宜の手法で測定された触媒温度（触媒温度の測定値）に基づいて直接的に当該触媒の温度が上記診断許可範囲内にあるか否かを判断するものの他、例えばエンジンの運転モード等に基づいて間接的に当該触媒の温度が上記診断許可範囲内にあるか否かを判断するものなども採用することができる。すなわち、例えばエンジン始動直後については自動的に触媒温度が診断許可範囲よりも低いとして、温度を測定せずに（測定値としての温度は得ずに）昇温制御を開始するように構成することもできる。
【００１８】
また、上記診断許可範囲は、除く範囲を示すもの（上限又は下限だけの設定による範囲）でもよい。すなわち、例えばエンジン暖機前（始動直後）など、触媒が冷却状態から加熱されることが予め分かっている場合には、上記診断許可範囲を下限値のみの設定としてもよい。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の装置において、前記触媒が、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒であることを特徴とする。こうしたＮＯｘ吸蔵還元型の触媒をエンジンの排気系に設けた場合、前述した温度環境に起因する診断精度の低下が特に問題となる。この意味で、上記請求項１に記載の装置は、こうした構成にすることによって、産業の発達に対してより大きな貢献をもたらすものとなる。
【００２０】
またこの場合、上記診断許可範囲が、例えば「３５０℃〜４５０℃」程度である構成とすることが有効である。一般的なＮＯｘ吸蔵還元型の触媒では、こうした温度範囲「３５０℃〜４５０℃」において、触媒の浄化能力が安定して高くなる（換言すれば、この温度範囲が活性温度範囲となる）ことが多い。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の装置において、単位時間あたりに前記触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を推定する吸蔵量推定手段と、該吸蔵量推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵量に基づいて前記触媒に係る診断処理を行う触媒診断手段と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
単位時間（例えば触媒回復処理の実行間隔）あたりに触媒に吸蔵されるＮＯｘの量（単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量）は、いわば触媒のＮＯｘ浄化能力を示すパラメータとなる。このため、上記構成を採用すれば、触媒診断手段により、ＮＯｘ吸蔵量（吸蔵量推定手段による推定値）に基づいて触媒の性能劣化度合を的確に診断することが可能になる。
【００２３】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の装置において、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始するタイミングを推定する放出開始推定手段と、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が終了するタイミングを推定する放出終了推定手段と、を備え、前記吸蔵量推定手段が、前記放出開始推定手段及び前記放出終了推定手段によりそれぞれ推定される放出開始タイミング及び放出終了タイミングに基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵量を推定するものであることを特徴とする。
【００２４】
触媒のＮＯｘ吸蔵量を求める構成としては、上記構成のように、その触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始・終了する放出開始・終了タイミングに基づいて前記ＮＯｘ吸蔵量を推定する構成が有効である。具体的には、請求項５に記載の発明のように、
「前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元成分を、前記触媒に対して供給する還元成分供給手段を備え、前記放出開始推定手段は、前記ＮＯｘ還元成分の供給による前記触媒の排気上流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始したタイミングを推定するものであり、前記放出終了推定手段は、前記触媒からのＮＯｘ放出による前記触媒の排気下流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からのＮＯｘ放出が終了したタイミングを推定するものであり、前記吸蔵量推定手段は、前記放出開始推定手段により推定された放出開始タイミングから、前記放出終了推定手段により推定された放出終了タイミングまでの時間における前記ＮＯｘ還元成分の積算消費量に基づいて、前記ＮＯｘ還元成分の供給が開始される前のＮＯｘ吸蔵量を推定するものである請求項４に記載の装置」
あるいは、請求項６に記載の発明のように、
「前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元成分を、前記触媒に対して供給する還元成分供給手段を備え、前記放出開始推定手段は、前記ＮＯｘ還元成分の供給による前記触媒の排気上流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始したタイミングを推定するものであり、前記放出終了推定手段は、前記触媒からのＮＯｘ放出による前記触媒の排気下流側の空燃比変化に基づいて、前記触媒からのＮＯｘ放出が終了したタイミングを推定するものであり、前記吸蔵量推定手段は、前記放出開始推定手段により推定された放出開始タイミングから、前記放出終了推定手段により推定された放出終了タイミングまでの時間に基づいて、前記ＮＯｘ還元成分の供給が開始される前のＮＯｘ吸蔵量を推定するものである請求項４に記載の装置」
等の構成が有効である。これらの構成では、還元成分供給手段によりＮＯｘ還元成分を触媒に対して供給し、その触媒の排気上流・下流側の空燃比変化に基づいて、上記吸蔵ＮＯｘの放出開始・終了タイミングを推定する。例えば先の図９に例示した装置のように、触媒排気上流側の空燃比がリーンから理論空燃比又はリッチに切り換わった時に放出開始、また、触媒排気下流側の空燃比が理論空燃比又はリーンからリッチに切り換わった時に放出終了と判断する。そして、これら放出開始・終了タイミングに基づいて、特にこれらタイミング間におけるＮＯｘ還元成分の積算消費量や、これらタイミング間の経過時間に基づいて、上記ＮＯｘ還元成分の供給が開始される前のＮＯｘ吸蔵量を推定するようにする。こうした構成によれば、上記触媒のＮＯｘ浄化能力を示す単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量を、より的確に推定することが可能になる。
【００２５】
なお、上記還元成分供給手段としては、例えばエンジンでの燃焼に供される混合気の空燃比をリッチ側に変更するもの、あるいは燃焼に寄与しない程度遅いタイミングでシリンダ内にエンジン燃料を噴射するもの、あるいは触媒の排気上流側に設けられてエンジン燃料（例えばガソリンや軽油等の炭化水素系燃料）を添加（噴射）する燃料添加弁の添加動作を制御するもの、等々の構成のものが採用可能である。
【００２６】
請求項７に記載の発明では、上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、反応熱（例えば前記触媒にて反応）を利用して前記触媒の温度を上昇させる温度上昇成分を、前記触媒に対して供給する温度上昇手段を備え、前記触媒温度制御手段が、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御することによって、前記触媒の温度を前記診断許可範囲内に制御するものであることを特徴とする。
【００２７】
エンジン始動時には通常、触媒が冷却状態にある。この点、上記構成によれば、上記温度上昇手段を備えることで、上記触媒の温度を前記診断許可範囲内に制御することが容易になる。
【００２８】
またこの場合、請求項８に記載の発明のように、前記温度上昇成分についてこれを、酸素との反応によって前記触媒の温度を上昇させるものとし、前記触媒温度制御手段についてこれを、前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものとすることが有効である。
【００２９】
一般に、燃焼反応をはじめとする酸素との反応（酸化反応）は、発熱反応であることが多く、温度上昇のために用いて有効である。そして、こうした反応を利用する場合には、前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて、触媒の昇温度合等を推定することが可能になる。そこで、上記構成とすれば、例えば前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて制御目標値としての目標触媒温度を可変とし、触媒温度をその目標触媒温度に一致させるべく上記温度上昇成分の供給量を可変制御することで、触媒の温度をより的確に制御することが可能になる。また、この構成で用いる酸素濃度は、一般に自動車用エンジン等の制御に用いられている。このため、こうした酸素濃度を用いる構成は、実用性も高い（低コストで実現可能）。
【００３０】
また、請求項９に記載の発明では、請求項７又は８のいずれか一項に記載の装置において、前記触媒温度制御手段が、前記エンジンの排気流量に基づいて、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものであることを特徴とする。
【００３１】
発明者は、排気流量（触媒を通過する排気量に相当）が多くなるほど触媒の放熱量が大きくなること、ひいては排気流量が触媒の昇温量に大きく影響すること、詳しくは排気流量が多くなるほど触媒の昇温量が減ることを見出し、上記構成を発明した。こうした構成であれば、例えば時々の排気流量（例えば新気量等に基づいて算出）に基づいて目標触媒温度を可変とし、触媒温度をその目標触媒温度に一致させるべく上記温度上昇成分の供給量を可変制御することで、触媒の温度をより的確に制御することが可能になる。
【００３２】
また、上記請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置において、前記触媒が、吸蔵条件下で排気中の特定成分（例えばＮＯｘ）を吸蔵するとともに浄化条件下でその吸蔵した排気成分（例えばＮＯｘ）を浄化して放出するもの（例えばＮＯｘ吸蔵還元型の触媒）であるとともに、前記温度上昇成分が、その供給量が大きくなることに基づいて前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件を前記吸蔵条件から前記浄化条件へ切り替えるものである場合には、請求項１０に記載の発明のように、前記触媒温度制御手段を、前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件から浄化条件へ切り替わらない範囲で前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものとすることが有効である。
【００３３】
このような触媒及び温度上昇成分を用いた場合にあっては、同触媒の温度を上昇させる際に上記触媒に係る吸蔵・浄化の条件が浄化条件へ切り替わって吸蔵排気成分（例えば吸蔵ＮＯｘ）の放出が開始されてしまうおそれがある。そして、こうして触媒診断処理の前に上記吸蔵排気成分の放出が開始されてしまうと、例えばその吸蔵排気成分量に基づいて上記触媒の性能劣化度合を診断する場合などには、その診断誤差が大きくなることが懸念されるようになる。この点、上記構成であれば、温度上昇成分の供給量が適切な範囲に可変制御されることで、上記温度上昇処理の際に懸念される吸蔵排気成分の放出が抑制され、ひいてはより高い精度で、その後の触媒診断処理を行うことが可能になる。
【００３４】
請求項１１に記載の発明では、この請求項１０に記載の装置に関し、前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件から浄化条件へ切り替わらない範囲として、前記温度上昇成分の供給量に係る許容供給範囲を可変設定する供給範囲設定手段をさらに備え、前記触媒温度制御手段が、前記供給範囲設定手段により設定された許容供給範囲内で、前記温度上昇手段による温度上昇成分の供給量を可変制御するものであるように構成する。
【００３５】
こうした構成であれば、上記供給範囲設定手段を備えることにより、都度の状況に応じた（適した）範囲を、前記温度上昇成分の供給量に係る許容供給範囲として自動的に設定することが可能になる。このため、上記構成によれば、前記温度上昇成分の供給量に係る許容供給範囲として固定値（不変の一定値）を用いる場合と比べて、より的確に上記温度上昇処理の際に懸念される吸蔵排気成分の放出を抑制することが可能になる。なお、上記許容供給範囲は、前記温度上昇成分の供給量がこの範囲に設定されていれば、前記触媒の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件から浄化条件へ切り替わらないという範囲である。
【００３６】
そして、こうした請求項１１に記載の装置において、前記温度上昇成分が、酸素との反応によって前記触媒の温度を上昇させるものである場合には、請求項１２に記載の発明のように、前記供給範囲設定手段を、前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて、前記許容供給範囲の上限値を可変設定するものとすることが有効である。
【００３７】
前記温度上昇成分の供給量のうち、前記触媒の排気上流側の酸素と反応（昇温反応）する分はその反応で消費されるため、上記触媒の吸蔵・浄化に係る条件の切り替えには寄与しなくなる。このため、上記構成であれば、例えば前記許容供給範囲の上限値を、前記触媒の排気上流側の酸素濃度に基づいて上記昇温反応の起こり得る限界値（排気中の酸素と反応し得る温度上昇成分量）に可変設定するなどして、上記許容供給範囲をより的確に設定することが可能になる。
【００３８】
ところで、上記触媒の昇温に必要となる酸素の一部又は全部を排気中から得ることができる。また適宜、これに酸素を加える手段を設けることも可能である。また一方、上記昇温反応に際して排気中の酸素を消費するような成分（例えばＨＣ）が排気中に含まれていることで、上記温度上昇手段により供給された温度上昇成分と反応し得る酸素が減る場合もある。これらの場合、いずれの場合であっても、上記温度上昇手段により供給された温度上昇成分と反応し得る酸素量に基づいて前記許容供給範囲の上限値を設定する構成、例えばその酸素量と反応可能な温度上昇成分量を前記許容供給範囲の上限値として設定する構成が有効となる。
【００３９】
また、請求項１３に記載の発明では、請求項１１又は１２に記載の装置において、前記供給範囲設定手段が、前記エンジンから排出される排気の温度に基づいて、前記許容供給範囲の上限値を可変設定するものであることを特徴とする。
【００４０】
上記温度上昇手段により温度上昇成分を供給する際、配管やエンジン筒内等の壁面に温度上昇成分が付着してその分だけ実質的な供給量が変動してしまう（誤差が生じてしまう）ことが懸念される。この点について発明者は、温度上昇成分の付着量が概ね排気温度に依存したものとなること、詳しくは排気温度が高くなるほど温度上昇成分が付着しにくくなる（付着量が減る）ことを見出し、上記構成を発明した。こうした構成であれば、例えば時々の排気の温度に基づいて、温度上昇成分の付着が生じない程度に、前記許容供給範囲の上限値を設定することが可能になる。そしてこれにより、上記触媒の温度等をより高精度に制御することが可能になる。なお、上記温度上昇成分の付着量と排気の温度との相関は、適宜の噴射弁を用いて排気管に対して上記温度上昇成分を噴射供給する場合に特に強くなる。
【００４１】
請求項１４に記載の発明では、請求項７〜１３のいずれか一項に記載の装置において、前記温度上昇手段が、前記エンジンよりも排気下流側で且つ前記触媒よりも排気上流側の範囲に前記温度上昇成分としてのエンジン燃料（例えばガソリンや軽油等の炭化水素系燃料）を添加するように設けられた燃料添加弁の添加動作を制御するものであることを特徴とする。
【００４２】
ところで、エンジン燃料を前記温度上昇成分として用いる場合には、前述のように、エンジンでの燃焼に供される混合気の空燃比をリッチ側（燃料比率の高い側）へ変更することによっても、上記温度上昇成分、すなわちエンジン燃料を、前記触媒に対して供給することが可能である。しかしながら、燃焼時の空燃比はエンジンの運転に影響を与えるパラメータであり、このような構成の場合、エンジンの運転状態によっては上記温度上昇成分の供給を実行することができないことがある。この点、上記構成では、エンジンよりも排気下流側で且つ触媒よりも排気上流側という範囲に温度上昇成分が供給されることで、その供給された温度上昇成分が、エンジンでの燃焼に供されない燃料となる。このため、その温度上昇成分（エンジン燃料）を供給する際の、エンジン運転への影響を少なくすることが可能になり、ひいてはエンジンの運転状態とは独立して、高い自由度で上記温度上昇成分の供給を実行することが可能になる。
【００４３】
また、前記温度上昇成分がエンジン燃料である場合には、不完全燃焼によりエンジンから排出される未燃成分も、触媒の温度上昇に寄与することになる。このため、その排気中の未燃成分量も加味して（例えばこの分だけ目標供給量から減算して）、上記燃料添加弁による温度上昇成分の添加量を可変制御する構成が有効である。
【００４４】
また、上記請求項７〜１４のいずれか一項に記載の装置については、請求項１５に記載の発明によるように、前記エンジンが、ディーゼルエンジンである構成とすることが有効である。
【００４５】
一般にディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比べて排気温度が低い。例えば一般的なディーゼルエンジンであれば、定常運転時において、その排気温度は「２００℃〜３００℃」程度であり、診断対象とする触媒の種類によっては前記診断許可範囲まで昇温することが困難となる。このため、当該排気浄化用触媒の診断装置をディーゼルエンジンの制御システムに適用して触媒温度の制御を行う場合には、通常のエンジン制御とは別途に前記触媒の昇温を可能とすべく、上記請求項７〜１４のいずれか一項に記載の装置のように、前記温度上昇手段を備える構成とすることが特に有効である。こうすることで、触媒の温度をより確実に前記診断許可範囲内に制御することが可能になる。そして、こうしたディーゼルエンジンにおいて触媒を容易に昇温する上では、この構成に上記請求項１４に記載の発明を併せ適用することが特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明に係る排気浄化用触媒の診断装置を具体化した一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置も、先の図９に例示した装置と同様、触媒の排気上流側の空燃比を一時的にリッチにして吸蔵ＮＯｘを還元するシステム、いわゆるＬＮＴ（Lean NOx Trap）システムを、エンジン制御システム上に構築するものである。ここではこの装置を、動力源としてディーゼルエンジン（内燃機関）を搭載した自動車（ディーゼル車）に適用している。まず図１を参照して、この装置（触媒診断装置）が適用されたエンジンシステムの詳細について説明する。
【００４７】
図１は、本実施形態に係る触媒診断装置が適用された車両用エンジン制御システムの概略構成を示す構成図である。なお、本実施形態のエンジンとしては、多気筒のレシプロエンジンを想定しており、この図１においては、説明の便宜上１つのシリンダのみを図示している。
【００４８】
同図１に示されるように、このシステムは、ディーゼルエンジンであるエンジン（内燃機関）１０や、該エンジン１０を制御するための各種センサおよびＥＣＵ（電子制御ユニット）３０等を有して構成されている。以下、制御対象のエンジン１０をはじめとするこのシステムを構成する各要素について詳述する。
【００４９】
エンジン１０には、気筒ごとに電磁駆動式（又はピエゾ駆動式等）のインジェクタ１１が設けられており、所定の燃焼順序に従い各気筒の燃焼室に対してインジェクタ１１による燃料噴射が行われるようになっている。
【００５０】
その燃料を供給する燃料供給系には、コモンレール式燃料供給システムを採用している。すなわち、燃料タンク１３から汲み上げられた燃料（軽油）は高圧ポンプ１４によって圧縮され、蓄圧配管としてのコモンレール１５に対して圧送される。そして、高圧ポンプ１４からの燃料の圧送によりコモンレール１５内の燃料が高圧状態に保持され、そのコモンレール１５内の高圧燃料がインジェクタ１１に供給されるとともに当該インジェクタ１１の開弁動作に伴いエンジン１０の各気筒に噴射供給される。また、エンジン１０には吸気管１７と排気管１８とが接続されており、吸気弁１７ａの開弁により吸気管１７を通じて空気が気筒内に導入（吸入）されるとともに、排気弁１８ａの開弁により燃料燃焼後の排気が排気管１８を通じて排出される。
【００５１】
エンジン１０の排気系を構成する排気管１８には、排気浄化を行うための排気後処理システムとして、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２０と、排気中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型の触媒２１（以下、ＮＯｘ触媒２１という）とが設けられている。本実施形態では、ＤＰＦ２０が排気管１８の排気上流側に、ＮＯｘ触媒２１が排気管１８の排気下流側にそれぞれ設けられている。
【００５２】
ここで、ＤＰＦ２０は、排気中のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、例えば主に燃焼に供されるメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集ＰＭを繰り返し燃焼除去する（再生処理に相当）ことにより継続的に使用することができる。また、同ＤＰＦ２０は、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）と共に、ＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。
【００５３】
また、ＮＯｘ触媒２１は、前述した一般に広く採用されている種類の、例えばアルカリ土類系材料（吸蔵材）と白金とからなるＮＯｘ触媒である。すなわちこのＮＯｘ触媒２１も、排気の雰囲気が空燃比リーン（理論空燃比よりも燃料比率の低い空燃比）の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（理論空燃比よりも燃料比率の高い空燃比）になった時には排気中のＨＣやＣＯといった還元成分により吸蔵ＮＯｘを還元除去する特性を有している。
【００５４】
さらに、排気管１８において、ＤＰＦ２０の上流側入口付近には、適宜のインジェクタ等からなる燃料添加弁２５が設けられている。この燃料添加弁２５には、燃料タンク１３から汲み上げられた低圧燃料（軽油）の一部が供給されている。そうして、当該燃料添加弁２５の開弁動作に伴い、ＤＰＦ２０の上流側入口付近にそのエンジン燃料（軽油）が添加（噴射供給）されるようになっている。また、同ＤＰＦ２０の上流側入口付近には、排気温度を検出するための排気温度センサ２７ａも設けられている。
【００５５】
また一方、上記ＮＯｘ触媒２１の上流側及び下流側（詳しくは入口・出口付近）には、それぞれＡ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂ及び排気温度センサ２７ｂ，２７ｃが設けられている。ここで、上流側及び下流側のＡ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂは共に、時々の排気中酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号を出力する酸素濃度センサであり、この酸素濃度検出信号に基づいて空燃比の算出が逐次行われる。そして一般には、これらＡ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂのセンサ出力（酸素濃度検出信号）が、酸素濃度に応じてリニアに変化するように調整される。他方、上流側及び下流側の排気温度センサ２７ｂ，２７ｃは、上記排気温度センサ２７ａと同様、排気温度を検出するためのセンサであり、これらセンサの出力に基づいてＮＯｘ触媒２１の温度を推定（算出）することが可能となる。
【００５６】
こうしたシステムの中で電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がＥＣＵ３０である。このＥＣＵ３０には、上記Ａ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂ及び排気温度センサ２７ａ〜２７ｃのセンサ出力（検出信号）の他、エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ３１や、運転者（ドライバ）によるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ３２などの各種センサからの検出信号が逐次入力される。このＥＣＵ３０は、それらエンジン１０の運転状態やユーザの要求を検出するための各種センサの検出信号に基づいて所望とされる態様で上記インジェクタ１１等の各種アクチュエータを操作することにより、上記エンジン１０に係る各種の制御（例えば燃料噴射制御等）を行うものである。
【００５７】
より詳しくは、このＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成されている。そして、そのマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）やバックアップＲＡＭ（車載バッテリ等のバックアップ電源により給電されているＲＡＭ）、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該排気浄化制御に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。
【００５８】
ところで、本実施形態に係る上記システムにおいても、上記ＮＯｘ触媒２１の特性を利用し、先の図９に例示した装置と同様、ＮＯｘ触媒２１によりＮＯｘの吸蔵・還元（放出）を繰り返すことで、排気中のＮＯｘを浄化し、ＮＯｘ排出量の削減を図るようにしている。そして、同ＮＯｘ触媒２１について、吸蔵ＮＯｘを逐次還元除去する処理（触媒回復処理）を所定の実行条件に基づいて実行し、ＮＯｘ吸蔵量に応じて生じる一時的なＮＯｘ浄化能力の低下を回復するようにしている。また、本実施形態でも、燃焼のための燃料を過剰供給すること（いわゆるリッチパージ）により、この触媒回復処理を行うようにしている。そして、この触媒回復処理の際、エンジン燃料（軽油）に含まれているＳ（硫黄）成分等に起因したＮＯｘ触媒２１の性能劣化度合（例えばＳ被毒の有無）を診断することも、前述した図９の装置と同様である。ただし、本実施形態の装置では、この診断処理（触媒診断処理）に先立って、ＮＯｘ触媒２１の温度を所定の温度範囲（診断許可範囲）内に制御することにより、良好なエミッションを維持しながら上記触媒診断処理を、高い信頼性で高精度に、しかも高い頻度で行うことを可能にしている。
【００５９】
以下、先の図１と共に図２〜図８も併せ参照して、本実施形態に係る触媒診断処理について詳述する。なおここでは、一般的なディーゼルエンジンの運転態様、すなわち上記エンジン１０による定常時の運転がリーン燃焼で行われる場合を例に説明を行う。
【００６０】
はじめに、上記各図のうち、図２、図３、図６、図７は、本実施形態の装置（ＥＣＵ３０）による触媒診断処理の処理手順を示すフローチャートである。これら各図の処理は、ＥＣＵ３０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることにより行われ、その処理中に用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ３０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。また、図２、図６、図７の処理は、基本的には、所定クランク角ごとに又は所定時間周期で逐次実行される。ただし、図６、図７の処理においては、最初のステップで実行条件の成否を判断するようになっている。すなわち、これら図６、図７の処理では、それぞれフラグＦ１，Ｆ２に「１」が設定されていることが実行条件に相当する。そして、この条件が成立するまで繰り返しその実行条件の成否判断を実行し、この条件が成立したことに基づいて次のステップに進む。なお、本実施形態では、これらフラグＦ１，Ｆ２の初期値が「０」に設定されている。したがって、はじめは図２の処理だけが進行することになる。以下、図２の処理について説明する。
【００６１】
同図２に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ１１で、単位時間あたりに排気管１８を通じてＮＯｘ触媒２１に導入される導入ＮＯｘ量（「排気流量Ｇ」×「導入ＮＯｘ濃度Ｄ」）を積算（単位時間Δｔで積分）することにより、導入ＮＯｘ量Ｓを算出（カウントアップ）する。具体的には、例えば「Ｓ＝ΣＧ・Ｄ・Δｔ」なる数式により、導入ＮＯｘ量Ｓを求める。ここで導入ＮＯｘ濃度Ｄは、例えば都度のエンジン運転状態（運転モード）等に基づいて推定することが可能である。すなわち、エンジン回転速度や負荷（アクセル操作量）に基づいて燃焼温度を算出するとともに、その燃焼温度に基づいて導入ＮＯｘ濃度Ｄを推定することができる。また、排気管１８にＮＯｘセンサを設けることにより排気中のＮＯｘ濃度を直接的に検出することでも、この導入ＮＯｘ濃度Ｄの算出は可能である。一方、排気流量Ｇは、例えば吸気系にエアフロメータ等を設けることにより検出することができる。また、例えばマップや数式等によりエンジン運転領域に基づいて算出することでも、この排気流量Ｇを得ることは可能である。ただし本実施形態では、エアフロメータ（図示略）により排気流量Ｇを検出することとする。
【００６２】
次に、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出した導入ＮＯｘ量Ｓが所定の閾値Ｋ１（触媒回復処理の実行間隔に係るパラメータ）以上であるか否かを判断する。そして、導入ＮＯｘ量Ｓが所定の閾値Ｋ１未満（Ｓ＜Ｋ１）であると判断されれば、今回は触媒回復処理（リッチパージ）の実行が不要であるとして、続くステップＳ１３で、実行フラグＦ１をリセット（同フラグＦ１に「０」を設定）した後、この一連の処理を終了する。
【００６３】
他方、導入ＮＯｘ量Ｓが所定の閾値Ｋ１以上（Ｓ≧Ｋ１）であると判断された場合には、ステップＳ１４に進み、このステップＳ１４で、ＮＯｘ触媒２１の温度が、所定の閾値Ｋ２１以上、且つ、所定の閾値Ｋ２２以下の範囲（Ｋ２２≧触媒温度≧Ｋ２１、診断許可範囲）内にあるか否かを判断する。なお、この診断許可範囲は、例えば「３５０℃〜４５０℃」なる範囲に設定する。また、ＮＯｘ触媒２１の温度（例えば触媒中心の温度）は、例えば同ＮＯｘ触媒２１の入口・出口付近にそれぞれ設けられた上記排気温度センサ２７ｂ，２７ｃの出力値に基づいて推定（算出）することができる。
【００６４】
そして、このステップＳ１４でＮＯｘ触媒２１の温度が診断許可範囲内にない（触媒温度＜Ｋ２１又は触媒温度＞Ｋ２２）旨判断された場合には、続くステップＳ１４１で、実行フラグＦ１をリセット（同フラグＦ１に「０」を設定）し、続くステップＳ１４２で、ＮＯｘ触媒２１の温度を上記診断許可範囲（ステップＳ１４）内に制御する。以下、図３を参照して、この温度制御の内容について詳述する。なお、ここでは一例として、エンジン始動直後の冷間運転時（暖機前で触媒がまだ冷たい時）を想定して説明する。
【００６５】
はじめに、本実施形態では、この温度制御に際して、エンジン１０から排出される排気中の未燃成分（主にＨＣ）に加え、上記燃料添加弁２５の添加動作を制御することによって未燃成分（主にＨＣ）をさらに排気中に添加することとする。そして、これら排気中の未燃成分と排気中の酸素とがＮＯｘ触媒２１上で反応（例えば「ＨＣ＋Ｏ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2」等の発熱反応）した際に生じる反応熱により、同ＮＯｘ触媒２１の温度を上昇させるようにする。
【００６６】
この際、ＮＯｘ触媒２１の温度を上げるために排気中の未燃成分量を多くする（増量する）と、ＮＯｘ触媒２１から吸蔵ＮＯｘの放出が開始され、この温度制御の後に行う触媒診断処理での診断誤差を大きくしてしまう、すなわち診断精度を低下させてしまうことが懸念される。そこで、本実施形態では、吸蔵ＮＯｘの放出条件（浄化条件）であるリッチ空燃比に至らない範囲で、上記燃料添加弁２５により排気中の未燃成分量を可変制御して触媒温度を上記診断許可範囲（ステップＳ１４）内に制御することとする。
【００６７】
すなわち図３に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ２１で、上記燃料添加弁２５による燃料添加量（供給量）の燃料添加許容範囲を決める許容上限値Ｑmaxを算出する。詳しくは、例えば「Ｑmax＝ｆ（排気中ＨＣ量、排気中Ｏ2濃度、排気温度）」なる数式により、すなわち排気中ＨＣ量、排気中Ｏ2濃度、及び排気温度に基づいて、上記許容上限値Ｑmaxを算出する。以下、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、この算出処理についてさらに説明する。
【００６８】
図４（ａ）は、排気中の酸素量（酸素濃度）Ｑ１と、燃料添加前から排気中に含まれるＨＣとの反応で消費される酸素量Ｑ２と、排気中酸素のうちの反応可能な酸素量Ｑ３とをそれぞれ示すグラフである。同図４（ａ）に示されるように、排気中に含まれる酸素（Ｏ2）のうちの反応可能な酸素量Ｑ３は、上記２種の酸素量Ｑ１，Ｑ２の関係により導き出され、詳しくは両者の差、すなわち「Ｑ１−Ｑ２」なる数式により求めることができる。そして、この反応可能な酸素量Ｑ３に基づいて、排気中の酸素と反応し得る添加量Ｑmax1を求めることが可能になる。なお、ここで排気中の酸素量Ｑ１は、例えばＮＯｘ触媒２１の入口付近に設けられた上記Ａ／Ｆセンサ２３ａのセンサ出力（検出信号）に基づいて検出することができる。また、排気中ＨＣとの反応で消費される酸素量Ｑ２は、エンジンの運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて推定される排気中のＨＣ量により求めることができる。また、排気管１８にＨＣセンサを設けることにより排気中のＨＣ濃度を直接的に検出することでも、排気中ＨＣ量、ひいてはこれにより消費される酸素量Ｑ２の算出は可能である。
【００６９】
また、上記燃料添加弁２５により大量の燃料を噴くと、気化しきれず、その一部が配管（排気管１８）に付着することがある。発明者はこの点について、噴射燃料の付着量が概ね排気温度に依存したものとなること、詳しくは排気温度が高くなるほど噴射燃料が付着しにくくなる（付着量が減る）ことを見出し、排気温度に基づいて燃料添加量（供給量）の上限ガード値Ｑmax2を設定することとした。この上限ガード値Ｑmax2は、例えば図４（ｂ）に示すようなマップを用いて設定する。すなわち、排気温度が高くなるほど高い上限ガード値Ｑmax2を設定するようにする。なお、排気温度は、例えば燃料添加弁２５の付近に設けられた上記排気温度センサ２７ａのセンサ出力（検出信号）に基づいて推定（算出）することができる。
【００７０】
上記ステップＳ２１（図３）では、これら反応し得る添加量Ｑmax1と上限ガード値Ｑmax2とに基づいて、上記燃料添加弁２５による燃料添加量（供給量）の許容上限値Ｑmaxを算出する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、「Ｑmax＝ＭＩＮ（Ｑmax1、Ｑmax2）」なる数式に基づいて、反応し得る添加量Ｑmax1と上限ガード値Ｑmax2とのうち、小さい方を、上記許容上限値Ｑmax（燃料添加許容範囲）として設定する。これにより、該許容上限値Ｑmaxを超える量の燃料添加（燃料添加弁２５による燃料添加）は禁止されることになる。
【００７１】
図３の処理の説明に戻る。同図３に示されるように、この処理では、上記ステップＳ２１に続き、ステップＳ２２で、ＮＯｘ触媒２１の温度を上記診断許可範囲（ステップＳ１４参照）内に制御するための燃料添加要求量、すなわち目標触媒温度（例えば「４００℃」）まで昇温するために必要になる要求添加量Ｑreq（燃料添加弁２５による燃料添加）を算出する。詳しくは、例えば「Ｑreq＝ｆ（目標触媒温度、現在の触媒温度、排気中ＨＣ量、排気流量）」なる数式により、すなわち目標触媒温度、現在の触媒温度、排気中ＨＣ量、及び排気流量に基づいて、上記要求添加量Ｑreqを算出する。以下、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して、この算出処理についてさらに説明する。
【００７２】
図５（ａ）は、目標触媒温度Ｐと、現在の触媒温度Ｌ１と、排気中ＨＣ量による昇温度合Ｌ２と、燃料添加により昇温させる分（添加昇温分）Ｌ３とをそれぞれ示すグラフである。同図５（ａ）に示されるように、上記添加昇温分Ｌ３は、上記各パラメータの関係により導き出され、詳しくは「Ｐー（Ｌ１＋Ｌ２）」なる数式により求めることができる。そして、この添加昇温分Ｌ３に基づいて、目標触媒温度Ｐまで昇温するために必要になる要求添加量Ｑreqを求めることが可能になる。
【００７３】
さらに排気流量に基づいて、上記要求添加量Ｑreqを補正するようにしている。詳しくは、発明者は、排気流量（ＮＯｘ触媒２１を通過する排気量に相当）が多くなるほどＮＯｘ触媒２１による放熱量が大きくなること、ひいては排気流量が多くなるほどＮＯｘ触媒２１の昇温量が減ることを見出し、排気流量に基づいて要求添加量Ｑreqを補正することとした。この要求添加量Ｑreqは、例えば図５（ｂ）に示すようなマップを用いて補正する。すなわち、排気流量が大きくなるほど、より大きい要求添加量Ｑreqに補正するようにする。
【００７４】
上記ステップＳ２２（図３）では、このようにして要求添加量Ｑreqを算出する。図３の処理の説明に戻る。
【００７５】
同図３に示されるように、この処理では、上記ステップＳ２２に続き、ステップＳ２３で、制御目標値としての目標添加量Ｑadを算出する。具体的には、図３に示すように、「Ｑad＝ＭＩＮ（Ｑmax、Ｑreq）」なる数式に基づいて、上記許容上限値Ｑmaxと要求添加量Ｑreqとのうち、小さい方を、上記目標添加量Ｑadとして設定する。そして、続くステップＳ２４で、上記ステップＳ２３にて算出された目標添加量Ｑadに基づいて、上記燃料添加弁２５により燃料添加を行う。
【００７６】
このように、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２１の温度を上記目標触媒温度Ｐに一致させる（又は近づける）べく、上記燃料添加弁２５による燃料添加量（供給量）を上記目標添加量Ｑadに可変制御している。そして、上記許容上限値Ｑmaxが制御範囲として十分（目的の温度までの昇温が可能な範囲）であれば、上記燃料添加（ステップＳ２４）により、ＮＯｘ触媒２１の温度が上記診断許可範囲（ステップＳ１４参照）内に制御されることになる。
【００７７】
このステップＳ２４の処理をもって、温度制御に係る一連の処理は終了する。次いで、図２に戻り、同図２の処理の説明を続ける。
【００７８】
同図２に示されるように、上記ステップＳ１４２（処理内容は図３参照）が終了したら、続くステップＳ１４３で、再びＮＯｘ触媒２１の温度が、上記診断許可範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１４と同様）。そして、このステップＳ１４３でＮＯｘ触媒２１の温度が診断許可範囲内にある旨判断された場合には、続くステップＳ１５で、実行フラグＦ１に「１」を設定する。これにより、図６の処理の実行条件が成立する。次に、図６の処理について説明する。なお、上記許容上限値Ｑmax（図３）として十分な制御範囲が得られなかった場合などには、上記ステップＳ１４３で、再度ＮＯｘ触媒２１の温度が診断許可範囲内にない旨判断されることになる。この場合には、同ステップＳ１４３でＮＯｘ触媒２１の温度が診断許可範囲内にある旨判断されるまで、繰り返し上記ステップＳ１４２で、先の図３及び図４に示した温度制御を実行することになる。
【００７９】
図６に示す処理は、前述した触媒回復処理（リッチパージ）に係る処理である。同図６に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ３１で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ３２へ移行する。
【００８０】
そして、このステップＳ３２では、空燃比をリーンからリッチへ切り替える（ただし元々リッチであればリッチのまま）。本実施形態では、例えば「１２．０」程度の空燃比によりＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）を行う。なお、このリッチパージの実行の有無は、ＮＯｘ触媒２１の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ２３ａの検出信号により判断可能となる（リッチパージ実行中ならリッチ空燃比）。ただし、リッチパージ実行中でも吸蔵ＮＯｘの還元除去中であれば、供給された還元成分（還元剤）がその還元除去により消費される。したがって、ＮＯｘ触媒２１の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ２３ｂでは、上記Ａ／Ｆセンサ２３ａの検出信号とは異なり、その検出信号としてリーン空燃比又は理論空燃比（ストイキオメトリック）が検出されることになる（図９（ａ）〜（ｃ）に実線にて示すパラメータ推移と同様）。
【００８１】
このようにリッチパージが実行された状態において、続くステップＳ３３では、このリッチパージにより消費される還元剤の消費量（還元剤消費量ΔＡＦ）を単位時間Δｔあたりの還元剤消費量の積算（時間積分）により算出する。この還元剤消費量ΔＡＦ（フラグＦ１が「０」から「１」になる度にリセット）は、ＮＯｘ触媒２１の上流側・下流側にそれぞれ設けられたＡ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂのセンサ出力（検出信号）及び排気流量Ｇに基づいて算出、更新する。例えば初期値又は前回値を読み込みつつ、「ΔＡＦ＝Σ[（１／ＡＦｆ）−（１／ＡＦｒ）]・Ｇ・Δｔ」なる数式により、還元剤消費量ΔＡＦを算出、更新する。
【００８２】
続くステップＳ３４では、上記リッチパージによりＮＯｘ触媒２１に吸蔵された略全てのＮＯｘが還元除去されたか否かを判断する。具体的には、下流側のＡ／Ｆセンサ２３ｂの検出信号に基づいて吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したか否かを判断する。すなわち、同Ａ／Ｆセンサ２３ｂによりリッチ空燃比が検出されるようになれば、吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了した旨判断する（前述したように、還元除去が完了するまでは同Ａ／Ｆセンサ２３ｂによりリーン空燃比又は理論空燃比が検出される）。そしてここでも、先の図９（ｃ）に示したような閾値（閾値ＴＨ１）を理論空燃比よりも若干リッチ側に設定することで、吸蔵ＮＯｘの放出終了が確認された直後にリッチパージを停止（終了）することができるようにしている。そうして、このステップＳ３４で吸蔵ＮＯｘの略全てが還元除去された、すなわち吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したと判断されるまで、そのＮＯｘ触媒２１に対して上記リッチパージが継続的に行われるとともに、上記ステップＳ３３にて還元剤消費量ΔＡＦが積算され続けることになる。
【００８３】
そして、このステップＳ３４で上記ＮＯｘ触媒２１における吸蔵ＮＯｘの略全てが還元除去されたと判断された場合には、次のステップＳ３５で導入ＮＯｘ量Ｓをリセット（「０」を設定）する。その後、続くステップＳ３６では、再び空燃比をリッチからリーン（定常運転時の空燃比）へ切り替える。そしてこれにより、触媒回復処理（リッチパージ）が終了することになる。さらにその後、続くステップＳ３７で、実行フラグＦ１もリセット（「０」を設定）し、続くステップＳ３８で、実行フラグＦ２に「１」を設定する。これにより、図６の処理の実行条件が成立しなくなるとともに、図７の処理の実行条件が成立する。次に、図７の処理について説明する。
【００８４】
図７に示す処理は、前述した触媒診断処理において、特にその診断に係る部分である。同図７に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ４１で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ４２へ移行する。
【００８５】
そして、このステップＳ４２では、先の図６のステップＳ３３で算出された還元剤消費量ΔＡＦに基づきＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ触媒２１の性能劣化度合に相当）を算出する。詳しくは、例えば図８に示すような還元剤消費量ΔＡＦとＮＯｘ吸蔵量との関係、すなわち予め実験等により求めたマップ（例えばＲＯＭに記憶）に基づいて算出する。同図８に示されるように、これら両者は基本的に、還元剤消費量ΔＡＦが多いほどそれに相当するＮＯｘ吸蔵量が多いという関係（例えば図８では略比例関係）を有する。
【００８６】
続くステップＳ４３では、ステップＳ４２で算出（測定）したＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ触媒２１の性能劣化度合）が所定の閾値Ｋ３以下であるか否かを判断（劣化診断）する。そしてここで、ＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値Ｋ３よりも多い（ＮＯｘ吸蔵量＞Ｋ３）旨判断されれば、ＮＯｘ触媒２１は劣化していない（劣化＝無）として続くステップＳ４３１で、未劣化時の処理として予め定められた処理（例えば判定結果をＥＥＰＲＯＭに格納する等）を実行する。他方、上記ステップＳ４３で、ＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値Ｋ３以下である（ＮＯｘ吸蔵量≦Ｋ３）旨判断されれば、ＮＯｘ触媒２１は劣化している（劣化＝有、ＮＯｘ吸蔵量によらない性能劣化が生じている）として続くステップＳ４３２で、劣化時の処理として予め定められた処理（例えばＳ被毒再生処理等）を実行する。なお、Ｓ被毒再生処理を行う場合には、例えばリッチパージを長時間（例えば「２０〜３０分」程度）にわたって継続し、高温且つ空燃比リッチの状態を持続させる。こうすることで、ＮＯｘ触媒２１に吸着したＳＯｘが放出され、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力が回復する。すなわち、このＳ被毒再生処理を行うことで、ＮＯｘ触媒２１がＳ被毒状態から再生することになる。ただし、このＳ被毒再生処理を行っても、例えば熱劣化等の他の要因により、ＮＯｘ触媒２１が十分に再生しない（浄化能力が回復しない）場合もある。この場合には、例えばユーザにその旨を報知（例えば警告灯（ＭＩＬランプ）を点灯）して適切な対処を促すなど、都度の状況に応じた所定のフェイルセーフ処理を実行する。
【００８７】
そして劣化の有無によらず、これらステップＳ４３１及びステップＳ４３２に続くステップＳ４４では、実行フラグＦ２に「０」を設定する。これにより、図７の処理の実行条件が成立しなくなり、上記一連の触媒診断処理に係る処理は終了することになる。
【００８８】
このように、本実施形態では、触媒診断処理（図７）に先立って、ＮＯｘ触媒２１の温度を所定の温度範囲（診断許可範囲）内に制御する（図２のステップＳ１４２、詳しい内容は図３）ようにしている。こうして都度の触媒温度（特に床温）を積極的に所定の範囲（診断許可範囲）に収めるようにした（温度環境を整える）ことで、前述したような触媒の温度状態（過度に低い又は過度に高い温度状態）に起因した性能劣化は抑制されるようになり、ひいては先の図９（ｃ）中に実線にて示した触媒の状態（浄化性能）が維持されるようになる。したがって、本実施形態に係る触媒診断装置によれば、良好なエミッションを維持しながら、高い信頼性で高精度に、しかも高い頻度で上記触媒診断処理を行うことが可能になる。
【００８９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００９０】
（１）排気浄化のためにエンジン１０の排気系に設けられたＮＯｘ触媒２１の性能劣化度合を診断する排気浄化用触媒の診断装置として、その触媒診断処理（図７）に先立って（詳しくはその直前に）、ＮＯｘ触媒２１の温度が所定の診断許可範囲内にあるか否かを判断するプログラム（触媒温度判断手段、図２のステップＳ１４）と、該ステップＳ１４でＮＯｘ触媒２１の温度が診断許可範囲外にある旨判断された場合に、上記触媒診断処理（図７）に先立って（詳しくはその直前に）ＮＯｘ触媒２１の温度を上記診断許可範囲内に制御するプログラム（触媒温度制御手段、図３）と、を備えるように構成した。これにより、良好なエミッションを維持しながら、高い信頼性で高精度に、しかも高い頻度で上記触媒診断処理を行うことが可能になる。
【００９１】
（２）排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（ＮＯｘ触媒２１）を、診断対象の触媒とした。これにより、ＮＯｘに対する浄化性能の高い排気浄化システムが構築されることになる。
【００９２】
（３）上記診断許可範囲を「３５０℃〜４５０℃」に設定した。こうした温度範囲「３５０℃〜４５０℃」に設定することで、上記触媒診断処理の際に安定して高い触媒の浄化能力が得られるようになる。
【００９３】
（４）ＮＯｘ触媒２１に吸蔵された時々のＮＯｘ量（ＮＯｘ吸蔵量）を推定するプログラム（図２のステップＳ１１）と、該ステップＳ１１により推定されたＮＯｘ吸蔵量（導入ＮＯｘ量Ｓ）が所定値（閾値Ｋ１）以上になったことを上記触媒回復処理の実行条件の１つとするプログラム（図２のステップＳ１２）と、を備える構成とした。これにより、効率的に上記触媒回復処理が行われるようになり、無駄な燃料消費が抑制されることで、燃費（燃料消費率）の向上が図られることになる。
【００９４】
（５）単位時間（リッチパージの実行間隔）あたりにＮＯｘ触媒２１に吸蔵されたＮＯｘ量（単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量）を推定するプログラム（吸蔵量推定手段、図７のステップＳ４２）と、該ステップＳ４２で推定されたＮＯｘ吸蔵量に基づいてＮＯｘ触媒２１に係る診断処理を行うプログラム（触媒診断手段、図７のステップＳ４３）と、を備える構成とした。これにより、単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量（例えば図８に示すマップを用いて推定）に基づいて、ＮＯｘ触媒２１の性能劣化度合を的確に診断することが可能になる。
【００９５】
（６）触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元成分（主にＨＣからなる炭化水素系エンジン燃料としての軽油）を、ＮＯｘ触媒２１に対して供給する（リッチパージを行う）プログラム（還元成分供給手段、図６のステップＳ３２）と、このリッチパージによるＮＯｘ触媒２１の排気上流側の空燃比変化（リーンからリッチ側への変化）に基づいて、ＮＯｘ触媒２１からの吸蔵ＮＯｘの放出が開始したタイミングを推定するプログラム（放出開始推定手段、図６のステップＳ３３）と、ＮＯｘ触媒２１からのＮＯｘ放出によるＮＯｘ触媒２１の排気下流側の空燃比変化（理論空燃比又はリーンからリッチ側への変化）に基づいて、ＮＯｘ触媒２１からのＮＯｘ放出が終了したタイミングを推定するプログラム（放出終了推定手段、図６のステップＳ３４）と、ステップＳ３３で推定された放出開始タイミングから、ステップＳ３４で推定された放出終了タイミングまでの時間におけるＮＯｘ還元成分の積算消費量（還元剤消費量ΔＡＦ）に基づいて、リッチパージが開始される前のＮＯｘ吸蔵量を推定するプログラム（吸蔵量推定手段、図７のステップＳ４２）とを備える構成とした。これにより、上記ＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ浄化能力を示す単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量を、より的確に推定することが可能になる。
【００９６】
（７）ＮＯｘ還元成分（ＨＣやＣＯ等）のＮＯｘ触媒２１での消費量（還元剤消費量）を算出する手段として、触媒２１の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素濃度センサ（Ａ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂ）と、排気浄化の対象とするエンジン１０の吸気系に設けられた流量計（エアフロメータ）とのセンサ出力に基づいて、還元剤消費量を算出するものを採用するようにした（図６のステップＳ３３）。これにより、還元剤消費量、ひいてはＮＯｘ触媒２１の劣化度合をより正確に算出することが可能になる。
【００９７】
（８）図７のステップＳ４３において、図７のステップＳ４２で算出（推定）された触媒２１の劣化度合の大小を判定し、該ステップＳ４３で触媒２１の劣化度合が大きい旨判定された場合、すなわちＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値Ｋ３以下である旨判定された場合に、Ｓ（硫黄）被毒により低下した同触媒２１の排気浄化能力を回復させる処理（Ｓ被毒再生処理）を行うプログラム（図７のステップＳ４３２）と、を備える構成とした。こうすることで、より確実にＮＯｘ触媒２１の排気浄化能力が高く維持されるようになる。
【００９８】
（９）図７のステップＳ４３２でＳ被毒再生処理を行っても触媒２１が十分に再生しない場合に所定のフェイルセーフ処理（例えば警告灯の点灯）を実行するようにした。こうすることで、再生失敗に対処するためのフェイルセーフ処理が自動的に行われることになる。
【００９９】
（１０）反応熱（例えばＮＯｘ触媒２１上で反応）を利用してＮＯｘ触媒２１の温度を上昇させる温度上昇成分（主にＨＣからなる炭化水素系エンジン燃料としての軽油）を、ＮＯｘ触媒２１に対して供給するプログラム（温度上昇手段、図３のステップＳ２４）を備え、図３の処理において、この温度上昇成分の供給量を可変制御することによって、ＮＯｘ触媒２１の温度を診断許可範囲内に制御するように構成した。こうすることで、活性温度よりも低い触媒の温度を、上記触媒診断処理（図７）に先立って診断許可範囲内に制御することが容易となる。
【０１００】
（１１）図３のステップＳ２２の処理において、エンジン１０の排気流量に基づいて、燃料添加弁２５による燃料添加量を可変制御するようにした（図５（ｂ）参照）。そして、時々の排気流量（新気量に基づいて算出）に基づいて目標触媒温度を可変とし、ＮＯｘ触媒２１の温度をその目標触媒温度に一致させる（又は近づける）べく上記燃料添加弁２５による燃料添加量を可変制御するようにした。こうすることで、ＮＯｘ触媒２１の温度をより的確に制御することが可能になる。
【０１０１】
（１２）図３の処理において、ＮＯｘ触媒２１の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件（リーン又は理論空燃比）から浄化条件（リッチ又は理論空燃比）へ切り替わらない範囲で、上記燃料添加弁２５による燃料添加量を可変制御するようにした。これにより、温度上昇処理（図３）の際に懸念される吸蔵ＮＯｘの放出は抑制され、ひいてはより高い精度で、その後の触媒診断処理（図７）を行うことが可能になる。
【０１０２】
（１３）ＮＯｘ触媒２１の吸蔵・浄化に係る条件が吸蔵条件から浄化条件へ切り替わらない範囲として許容上限値Ｑmax（温度上昇成分の供給量に係る許容供給範囲）を可変設定するプログラム（供給範囲設定手段、図３のステップＳ２１）をさらに備え、図３の処理において、そのステップＳ２１により設定された燃料添加許容範囲（許容上限値Ｑmax以下）内で、上記燃料添加弁２５による燃料添加量を可変制御するようにした。これにより、都度の状況に応じた（適した）範囲を、上記燃料添加許容範囲として自動的に設定することが可能になり、ひいてはより的確に温度上昇処理（図３）の際に懸念される吸蔵ＮＯｘの放出を抑制することが可能になる。また、無駄な燃料消費が抑制されることで、燃費（燃料消費率）の向上が図られることにもなる。
【０１０３】
（１４）図３のステップＳ２１において、ＮＯｘ触媒２１の排気上流側の酸素濃度に基づいて、許容上限値Ｑmax（許容供給範囲の上限値）を可変設定するようにした（図４（ａ）参照）。これにより、燃料添加許容範囲（温度上昇成分の供給量に係る許容供給範囲）をより的確に設定することが可能になる。
【０１０４】
（１５）図３のステップＳ２１において、エンジン１０から排出される排気の温度に基づいて、許容上限値Ｑmax（許容供給範囲の上限値）を可変設定するようにした（図４（ｂ）参照）。これにより、時々の排気の温度に基づいて、噴射燃料（温度上昇成分）の付着が生じない程度に、上記許容上限値Ｑmax（許容供給範囲の上限値）を設定することが可能になり、ひいては上記ＮＯｘ触媒２１の温度等をより高精度に制御することが可能になる。
【０１０５】
（１６）エンジン１０よりも排気下流側で且つＮＯｘ触媒２１よりも排気上流側の範囲にエンジン燃料（軽油）を添加するように燃料添加弁２５を設け、図３のステップＳ２４において、この燃料添加弁２５の添加動作を制御するようにした。これにより、エンジン運転への影響を少なくして、その温度上昇成分（エンジン燃料）を供給することが可能になり、ひいてはエンジンの運転状態とは独立して、高い自由度で上記温度上昇成分の供給を実行することが可能になる。
【０１０６】
（１７）排気中の未燃成分量（主にＨＣ）も加味して（この分だけ目標供給量から減算して）、上記燃料添加弁２５による温度上昇成分（エンジン燃料）の添加量を可変制御するようにした（図４（ａ）参照）。これにより、ＮＯｘ触媒２１の温度をより高精度に制御することが可能になる。
【０１０７】
（１８）当該触媒診断装置を、ディーゼルエンジン搭載の自動車に適用した。ディーゼルエンジンは排気温度が比較的低温であることで知られているが、このディーゼルエンジンに適用した場合であれ、図３の一連の処理（燃料添加弁２５を用いた触媒昇温処理）を通じて、より確実にＮＯｘ触媒２１の温度を上記診断許可範囲内に制御することが可能になる。
【０１０８】
（１９）そしてこれにより、排気浄化性、ひいてはその信頼性のより高い、よりクリーンなディーゼル車を実現することが可能になる。
【０１０９】
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【０１１０】
・上記実施形態では、図３に示した温度制御を、図２のステップＳ１４３でＮＯｘ触媒２１の温度が診断許可範囲内にある旨判断されるまで繰り返し実行するようにしたが、上記温度制御（図３）の実行条件は適宜に変更可能である。例えば、エンジンの運転状態に基づいてその実行の許可／禁止を設定するようにしてもよい。また、所定の回数だけ温度制御（図３）を実行して触媒の温度が上がらない場合には、エンジン運転状態が変わるまで（適切な状態になるまで）その温度制御を休止するように構成してもよい。要は、上記触媒診断処理（図７）に先立ってこの温度制御が実行されるような構成であればよい。
【０１１１】
・上記実施形態では、図３のステップＳ２１〜Ｓ２４を経て、目標添加量を算出、設定するようにしたが、これに限られず、例えば触媒排気上流側の酸素濃度（ひいては排気中の酸素と反応し得る添加量Ｑmax1）を、上記燃料添加許容範囲（許容上限値Ｑmax）の設定には用いず、上記目標添加量Ｑadの設定に用いるようにしてもよい。また用途等に応じて、例えば制御を簡易にすべく、上記燃料添加許容範囲（許容上限値Ｑmax）を固定値として設定するようにしてもよい。
【０１１２】
・また、この燃料添加許容範囲の設定自体、必須の構成ではない。例えば関連するパラメータ（例えばエンジン回転速度・負荷、排気温度、酸素濃度、排気流量、等々）の値により定まる各運転条件についてそれぞれ最適な噴射パターン（例えば予め実験により求めた最適パターン）の書き込まれたマップを用意し、このマップに基づいて目標添加量を設定するようにしてもよい。こうした構成によれば、ＥＣＵ搭載前にマップ作成（適合値検出）の手間が増えるものの、ＥＣＵ搭載後は都度の演算負荷が軽減されるようになる。
【０１１３】
・上記実施形態では、センサにより測定された触媒温度（触媒温度の測定値）に基づいて直接的に当該触媒の温度が上記診断許可範囲内にあるか否かを判断するようにした（図２のステップＳ１４）。しかしこれに限られず、例えばエンジンの運転モード等に基づいて間接的に当該触媒の温度が上記診断許可範囲内にあるか否かを判断するようにしてもよい。すなわち、例えばエンジン始動直後については自動的に触媒温度が診断許可範囲よりも低いとして、温度を測定せずに（測定値としての温度は得ずに）昇温制御を開始するように構成することもできる。
【０１１４】
・また、上記診断許可範囲は、除く範囲を示すもの（上限又は下限だけの設定による範囲）としてもよい。すなわち、例えばエンジン暖機前（始動直後）など、触媒が冷却状態から加熱されることが予め分かっている場合には、上記診断許可範囲を下限値のみの設定としてもよい。
【０１１５】
・燃料添加弁２５により添加される温度上昇成分（エンジン燃料）との反応を促進すべく、触媒に対して酸素を加える手段（例えば外気通路等）を設けるようにしてもよい。そしてこの場合は、図３のステップＳ２１（図４（ａ）も併せ参照）に対応する処理として、この供給酸素分も加味された処理を行うことが好ましい。
【０１１６】
・触媒の温度を上昇させる温度上昇成分の種類は、触媒の種類等に応じて適宜に変更することができる。
【０１１７】
・上記実施形態では、燃料添加弁２５を用いてＮＯｘ触媒２１を昇温するように構成した。しかしこれに限られず、例えば上記触媒回復処理（図６）と同様、エンジン１０から排出される排気中の未燃成分（主にＨＣ）を増やす空燃比制御（リッチパージ）を行うことによって、ＮＯｘ触媒２１を昇温するようにしてもよい。この場合、通常運転に係る燃料噴射制御の延長上で、エンジンでの燃焼に供される混合気の空燃比をリッチ側に変更するようにしてもよいが、エンジンの燃焼に寄与しない程度に遅いタイミングで燃料噴射を行うようにしてもよい。すなわち、例えば多段噴射を実行すべくメイン噴射の後に後噴射（例えばアフタ噴射やポスト噴射）を実行し、その後噴射により供給される未燃燃料で触媒の昇温を行うようにしてもよい。また、その他ヒータ等の適宜の加熱装置を制御するプログラムなども採用可能である。さらに昇温制御にも限られず、適宜の冷却装置（例えば触媒を冷却するファン等）を制御するプログラムなどを用いて、その冷却制御を通じて上記触媒の温度を制御するようにしてもよい。さらには、これらの方式を組み合わせるようにして、例えば触媒温度やエンジン運転領域等に応じて選択的に、上記方式のいずれか又は組み合わせを実行するようにしてもよい。要は、触媒の温度を所定範囲内に制御することのできるものであればよい。
【０１１８】
・上記触媒回復処理（図６）の処理態様は、用途等に応じて適宜変更可能である。例えばＮＯｘ吸蔵量によらず、上記触媒回復処理を定期的に（一定の時間周期で）行う構成としてもよい。こうすることで、制御が簡易になり、制御性が高まる。また、温度制御の場合と同様、燃料添加弁２５により、上記ＮＯｘ触媒２１への還元剤の供給を行うようにしてもよい。
【０１１９】
・上記触媒診断処理（図７）の処理態様も、用途等に応じて適宜変更可能である。例えば上記実施形態では、この触媒診断処理（図７）において、吸蔵ＮＯｘの還元に要した還元剤の量（還元剤消費量）に基づきＮＯｘ触媒２１の劣化度合を測定する（図７のステップＳ４２）ようにした。しかしこれに限られず、例えば吸蔵ＮＯｘの還元に要した時間（還元所要時間）に基づいて、この測定を行うようにしてもよい（詳しくは図９に示した装置に準ずる）。ただしこの場合、Ａ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂの応答遅れが懸念されるため、当該測定や上記劣化診断の精度を高める上では、ＮＯｘ触媒２１の性能劣化度合に応じて上記リッチパージのリッチ度合（空燃比）を変更することが有効である。またこうした構成では、簡易には触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３ａの検出信号を用いずに性能劣化度合の測定を行うことも可能である。すなわち、リッチパージ（ＮＯｘ還元制御）が開始されるタイミングを基準として、触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２３ｂによってリッチ成分が検出されるまでを還元所要時間として算出することができる。したがってこの場合には、ＮＯｘ触媒２１の少なくとも下流側にＡ／Ｆセンサが設けられていれば良い。
【０１２０】
・図７の処理についてこれは、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下していると想定される条件のみに実行するようにしてもよい。例えば車両の走行距離が所定走行距離（例えば「１００００ｋｍ」）になったことや、インジェクタ１１による燃料噴射量の総量（毎回の燃料噴射量の積算値）が所定量になったことを実行条件にして、その実行条件成立時だけに上記触媒診断処理を実行する（例えば実行フラグＦ２を「１」に設定する）ようにしてもよい。
【０１２１】
・本発明に係る触媒診断装置の適用対象は、上記実施形態で示したものに限られず、任意である。すなわち、用途等に応じて適宜に上記構成を変更するようにしてもよい。例えば上記燃料添加弁２５をＮＯｘ触媒２１の入口（上流側）付近に設けるようにしてもよい。また、ＤＰＦ２０とＮＯｘ触媒２１との設置位置を逆にしてもよく、また両者を一体化した浄化装置を排気管１８に設置することも可能である。さらに用途によっては、ＤＰＦ２０を割愛した構成なども有効である。また、ＮＯｘ触媒２１の下流側にさらに酸化触媒等を付加することも可能である。Ａ／Ｆセンサ２３ａ，２３ｂに代えて、排気がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を２値的に出力する起電力出力型のＯ2センサを採用することも可能である。
【０１２２】
・上記実施形態では、ＮＯｘ触媒の代表的な一例を示したが、ＮＯｘ触媒２１の種類は任意である。また、現状においてはＮＯｘ触媒としての需要が主であるが、同様の温度特性を有する構成であれば、他の用途についても本発明は同様に適用することができる。
【０１２３】
・上記実施形態では、一例として車両ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに本発明を適用した場合について言及したが、火花点火式のガソリンエンジン（特に直噴エンジン）についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。
【０１２４】
・上記実施形態及び変形例では、本発明に係る排気浄化装置の具現化に際して各種のソフトウェア（プログラム）を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明に係る排気浄化用触媒の診断装置の一実施形態について、該装置の適用されたエンジン制御システムの概略を示す構成図。
【図２】本実施形態に係る触媒診断処理について、特にその実行条件に係る処理の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同触媒診断処理における温度制御の処理内容を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ同温度制御における燃料添加許容範囲の算出態様を示す図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同温度制御における燃料添加要求量の算出態様を示す図。
【図６】本実施形態に係る触媒回復処理の処理手順を示すフローチャート。
【図７】本実施形態に係る触媒診断処理について、特にその診断に係る処理の処理手順を示すフローチャート。
【図８】同触媒診断処理に用いられるマップの一例を示すグラフ。
【図９】従来の排気浄化用触媒の診断装置による触媒診断処理の一例について、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ同触媒診断処理の処理態様を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…エンジン（内燃機関）、２１…ＮＯｘ触媒、２３ａ、２３ｂ…Ａ／Ｆセンサ、２５…燃料添加弁、２７ａ〜２７ｃ…排気温度センサ、３０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。
【図１】
2008101562.tif 000003
【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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