(57)【要約】【課題】ＮＯｘ触媒の異常診断時の排気エミッション悪化を防止する。【解決手段】本発明のＮＯｘ触媒の異常診断装置は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能に関する指標値Ｒを計測する手段と、ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングＴｃ１及び高いタイミングＴｃ２でそれぞれ計測された指標値Ｒ１，Ｒ２に基づきＮＯｘ触媒の異常を判定する手段とを備える。ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミング、即ち、ＮＯｘ触媒が元々十分なＮＯｘ浄化能を有しないタイミングでの指標値が利用されるので、排気エミッションを敢えて悪化させること無しにＮＯｘ触媒の異常診断を実行することができる。【選択図】図３
2008144711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能に関する指標値を計測する計測手段と、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングで前記計測手段によって計測された指標値と、前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングで前記計測手段によって計測された指標値とに基づき、前記ＮＯｘ触媒の異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが第１のタイミングからなり、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、前記第１のタイミングより触媒活性度が高い第２のタイミングと、前記第２のタイミングより触媒活性度が高い第３のタイミングとからなり、
前記異常判定手段は、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値以下のとき、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量に基づき、前記ＮＯｘ触媒の異常を判定する
ことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づき、前記ＮＯｘ触媒への還元剤の添加を制御する還元剤添加制御手段と
をさらに備え、
前記還元剤添加制御手段は、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより低温側に変更する
ことを特徴とする請求項２記載のＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項４】
前記還元剤添加制御手段は、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより高温側に変更する
ことを特徴とする請求項３記載のＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、前記触媒温度が活性開始温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項６】
前記第１のタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記第２のタイミングが、触媒温度が活性開始温度以上且つ活性終了温度未満となるようなタイミングであり、前記第３のタイミングが、触媒温度が活性終了温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする請求項２記載のＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項７】
前記指標値がＮＯｘ浄化率であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のＮＯｘ触媒の異常診断装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の異常を診断する方法であって、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングで前記ＮＯｘ触媒の浄化能に関する指標値を計測するステップと、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングで前記指標値を計測するステップと、
これら計測された指標値に基づき前記ＮＯｘ触媒の異常を判定するステップと
を備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【請求項９】
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが第１のタイミングからなり、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、前記第１のタイミングより触媒活性度が高い第２のタイミングと、前記第２のタイミングより触媒活性度が高い第３のタイミングとからなり、
前記異常判定ステップは、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値以下のとき、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量に基づき、前記ＮＯｘ触媒の異常を判定する
ことを特徴とする請求項８記載のＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【請求項１０】
前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を推定するステップと、
この推定された触媒温度に基づき、前記ＮＯｘ触媒への還元剤の添加を制御するステップと
をさらに備え、
前記還元剤添加制御ステップは、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより低温側に変更することを含む
ことを特徴とする請求項９記載のＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【請求項１１】
前記還元剤添加制御ステップは、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより高温側に変更することを含む
ことを特徴とする請求項１０記載のＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、触媒温度が活性開始温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする請求項８乃至１１いずれかに記載のＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【請求項１３】
前記第１のタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記第２のタイミングが、触媒温度が活性開始温度以上且つ活性終了温度未満となるようなタイミングであり、前記第３のタイミングが、触媒温度が活性終了温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする請求項９記載のＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【請求項１４】
前記指標値がＮＯｘ浄化率であることを特徴とする請求項８乃至１３いずれかに記載のＮＯｘ触媒の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の異常診断のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためのＮＯｘ触媒が知られている。一方、ＮＯｘ触媒に劣化や故障等の異常が発生すると、ＮＯｘ浄化能が悪化し、正常時よりも多くのＮＯｘが大気に排出されてしまうことから、これを防止すべく、ＮＯｘ触媒の異常を診断することが行われている。特に自動車に搭載されたエンジンの場合、車載状態（オンボード）での触媒異常診断を実施する要請がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、還元剤の供給時にＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化診断装置が開示されている。これによれば、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたときの触媒下流側のＮＯｘ 濃度と、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されていないときの触媒下流側のＮＯｘ 濃度とが検出され、これらＮＯｘ濃度に基づいて触媒の劣化が診断される。
【０００４】
なお、特許文献２には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がライトオフ判定温度に達した時点で還元剤を添加し、このときの触媒上下流の排気温度差に基づきＮＯｘ触媒の劣化を判定する技術が開示されている。特許文献３には、エンジン運転状態に応じた触媒劣化判定基準と、触媒温度から算出される劣化度とを比較し、触媒の劣化を判断する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９３６４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４１５３号公報
【特許文献３】特開平７−２６９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の装置においては、ＮＯｘ触媒の劣化診断時に排気エミッションが悪化するという問題がある。即ち、ＮＯｘ触媒の劣化診断を行うために敢えて還元剤を供給しない状態を作るものであり、これだと、その還元剤非供給時にＮＯｘ触媒がＮＯｘを還元できず、ＮＯｘが排出されてしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、異常診断時の排気エミッション悪化を防止することができるＮＯｘ触媒の異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能に関する指標値を計測する計測手段と、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングで前記計測手段によって計測された指標値と、前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングで前記計測手段によって計測された指標値とに基づき、前記ＮＯｘ触媒の異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の異常診断装置が提供される。
【０００９】
ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングと比較的高いタイミングとでは、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能に差ないし変化がある。そして、その差ないし変化量はＮＯｘ触媒の劣化度に応じて変化する。よって、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能に関する指標値を両タイミングで計測し、これら指標値の差ないし変化量の大小を判別することにより、ＮＯｘ触媒が正常か異常かを判別することができる。特に、ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミング、言い換えれば触媒温度が未だ十分活性温度域に達していないようなタイミングで計測された指標値が使用される。このようなタイミングでは、元々ＮＯｘ触媒が十分なＮＯｘ浄化能を有しない。従ってこのタイミングで計測された指標値を利用することによって、例えば特許文献１のように、ＮＯｘ触媒の活性度が高いのに敢えてＮＯｘ浄化能が低い状態を作り出す、ということを行わなくて済む。よって、排気エミッションを敢えて悪化させること無しに、ＮＯｘ触媒の異常診断を実行することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の第２の形態は、第１の形態において
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが第１のタイミングからなり、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、前記第１のタイミングより触媒活性度が高い第２のタイミングと、前記第２のタイミングより触媒活性度が高い第３のタイミングとからなり、
前記異常判定手段は、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値以下のとき、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量に基づき、前記ＮＯｘ触媒の異常を判定する
ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３の形態は、第２の形態において、
前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づき、前記ＮＯｘ触媒への還元剤の添加を制御する還元剤添加制御手段と
をさらに備え、
前記還元剤添加制御手段は、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより低温側に変更する
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第４の形態は、第３の形態において、
前記還元剤添加制御手段は、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより高温側に変更する
ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第５の形態は、第１乃至第４いずれかの形態において、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、前記触媒温度が活性開始温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第６の形態は、第２の形態において、
前記第１のタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記第２のタイミングが、触媒温度が活性開始温度以上且つ活性終了温度未満となるようなタイミングであり、前記第３のタイミングが、触媒温度が活性終了温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第７の形態は、第１乃至第６いずれかの形態において、
前記指標値がＮＯｘ浄化率であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第８の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の異常を診断する方法であって、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングで前記ＮＯｘ触媒の浄化能に関する指標値を計測するステップと、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングで前記指標値を計測するステップと、
これら計測された指標値に基づき前記ＮＯｘ触媒の異常を判定するステップと
を備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の異常診断方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の第９の形態は、第８の形態において、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが第１のタイミングからなり、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、前記第１のタイミングより触媒活性度が高い第２のタイミングと、前記第２のタイミングより触媒活性度が高い第３のタイミングとからなり、
前記異常判定ステップは、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値以下のとき、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量に基づき、前記ＮＯｘ触媒の異常を判定する
ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第１０の形態は、第９の形態において、
前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を推定するステップと、
この推定された触媒温度に基づき、前記ＮＯｘ触媒への還元剤の添加を制御するステップと
をさらに備え、
前記還元剤添加制御ステップは、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第２のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより低温側に変更することを含む
ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第１１の形態は、第１０の形態において、
前記還元剤添加制御ステップは、前記第１のタイミングで計測された指標値と前記第３のタイミングで計測された指標値との間の変化量が所定値より大きいとき、前記還元剤の添加を開始する触媒温度をより高温側に変更することを含む
ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第１２の形態は、第８乃至第１１いずれかの形態において、
前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングが、触媒温度が活性開始温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の第１３の形態は、第９の形態において、
前記第１のタイミングが、触媒温度が活性開始温度未満となるようなタイミングであり、前記第２のタイミングが、触媒温度が活性開始温度以上且つ活性終了温度未満となるようなタイミングであり、前記第３のタイミングが、触媒温度が活性終了温度以上となるようなタイミングである
ことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の第１４の形態は、第８乃至第１３いずれかの形態において、
前記指標値がＮＯｘ浄化率であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、異常診断時の排気エミッション悪化を防止することができるＮＯｘ触媒の異常診断装置及び異常診断方法を提供することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。図中、１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料がインジェクタ１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。エンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
【００２６】
他方、エアクリーナ２０から吸気通路２１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ２２、ターボチャージャ１９、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４を順に通過して吸気マニフォルド１１に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２４には電子制御式のものが採用されている。
【００２７】
排気通路１５には、その通路内の排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒３４が設けられている。本実施形態のＮＯｘ触媒３４は選択還元型ＮＯｘ触媒であり、還元剤が添加されたときにＮＯｘを連続的に還元し得る。
【００２８】
ＮＯｘ触媒３４の上流側の排気通路１５には、ＮＯｘ触媒３４に還元剤としての尿素を選択的に添加するための添加弁４０が設けられている。尿素は尿素水溶液の形で使用され、添加弁４０から下流側のＮＯｘ触媒３４に向かって排気通路１５内に噴射供給される。添加弁４０には、これに尿素水溶液を供給するための供給装置４２が接続され、供給装置４２には尿素水溶液を貯留するタンク４４が接続される。
【００２９】
また、エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ１４、高圧ポンプ１７、スロットルバルブ２４等を制御する。またＥＣＵ１００は、尿素添加量を制御すべく、添加弁４０及び供給装置４２を制御する。ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ２２の他、ＮＯｘ触媒３４の下流側に設けられたＮＯｘセンサ即ち触媒後ＮＯｘセンサ５０、ＮＯｘ触媒３４の上流側と下流側にそれぞれ設けられた触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４が含まれる。触媒後ＮＯｘセンサ５０は、その設置位置における排気ガスのＮＯｘ濃度即ち触媒後ＮＯｘ濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４は、それら設置位置における排気ガスの温度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００３０】
また他のセンサ類として、クランク角センサ２６及びアクセル開度センサ２７がＥＣＵ１００に接続されている。クランク角センサ２６はクランク角の回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１０のクランク角を検出すると共に、エンジン１０の回転速度を計算する。アクセル開度センサ２７は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００３１】
選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）３４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２）を担持させたもの等が例示できる。選択還元型ＮＯｘ触媒３４は、その触媒温度（触媒床温）が活性温度域にあり、且つ、還元剤としての尿素が添加されているときにＮＯｘを還元浄化する。尿素が触媒に添加されると、触媒上でアンモニアが生成され、このアンモニアがＮＯｘと反応してＮＯｘが還元される。
【００３２】
ＮＯｘ触媒３４に対する尿素添加量は、触媒後ＮＯｘセンサ５０により検出される触媒後ＮＯｘ濃度に基づき、ＥＣＵ１００により制御される。具体的には、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値が常にゼロになるように添加弁４０からの尿素噴射量が制御される。この場合、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値のみに基づいて尿素噴射量を設定してもよく、或いは、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度とアクセル開度）に基づく基本尿素噴射量を、触媒後ＮＯｘセンサ５０の検出値に基づきフィードバック補正してもよい。ＮＯｘ触媒３４が尿素添加時のみＮＯｘを還元可能なので、通常、尿素は常時添加される。また、エンジンから排出されるＮＯｘを還元するのに必要な最小限の量しか尿素が添加されないよう、制御が行われる。過剰に尿素を添加するとアンモニアが触媒下流に排出されてしまい（所謂ＮＨ３スリップ）、異臭等の原因となるからである。
【００３３】
ここで、エンジンから排出されるＮＯｘの全量を還元するのに必要な最小の尿素量をＡ、実際に添加された尿素量をＢとすると、これらの比Ｂ／Ａは当量比と称される。当量比ができるだけ１に近づくように尿素添加制御が実行されてはいるものの、実際にはエンジンの運転状態が時々刻々と変化することから、実際の当量比は必ずしも１とならない。当量比が１より小さい場合、尿素供給量が不足しており、触媒下流側にＮＯｘが排出されるので、これを触媒後ＮＯｘセンサ５０により検知して尿素供給量を増量するようにしている。なお当量比が１より大きいときには尿素供給量が過剰となる。添加された尿素がＮＯｘ触媒３４に付着することもあり、この場合、尿素の添加を停止しても、付着した尿素により暫くの間はＮＯｘを還元できる。
【００３４】
ＮＯｘ触媒３４の温度は、触媒に埋設した温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態ではそれを推定することとしている。具体的には、ＥＣＵ１００が、触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４によりそれぞれ検出された触媒前排気温及び触媒後排気温に基づき、触媒温度を推定する。
【００３５】
ここで、触媒温度の推定方法を図２を参照して説明する。ＮＯｘ触媒３４に流入する触媒上流側の排気ガスの温度をＴｆ（℃）、その排気ガスのガス量をＧａ（ｇ／ｓ）とする。ここで排気ガスのガス量はエンジンに吸入される空気量と等しいとみなせることから、その吸入空気量Ｇａを排気ガス量としている。この排気ガス量は単位時間（ここでは１秒）当たりに触媒に流入する排気ガス量である。他方、ＮＯｘ触媒３４の触媒温度をＴｃ（℃）、ＮＯｘ触媒３４の重量をＭｃ（ｇ）とする。ＮＯｘ触媒３４から排出される触媒下流側の排気ガスの温度をＴｒ（℃）とする。
【００３６】
触媒上流側の排気ガスの持つ熱エネルギをＥｆ、ＮＯｘ触媒３４の持つ熱エネルギをＥｃとする。これら熱エネルギＥｆ，Ｅｃは次式（１）、（２）により表すことができる。但し、Ｃｇは排気ガスの比熱比、ＣｃはＮＯｘ触媒３４の比熱比で、両者は一定値である。
Ｅｆ＝Ｇａ×Ｔｆ×Ｃｇ（Ｊ／ｓ）  ・・・（１）
Ｅｃ＝Ｍｃ×Ｔｃ×Ｃｃ（Ｊ）  ・・・（２）
【００３７】
ところで、熱エネルギＥｃを持ったＮＯｘ触媒３４に、熱エネルギＥｆを持った排気ガスが供給された場合の熱平衡を考える。排気ガスの供給開始時点から単位時間経過後にＮＯｘ触媒３４及び排気ガスが熱平衡状態になったと考え、熱平衡後の両者の温度をＴｍとすると、熱平衡の式は次式（３）で表される。
Ｅｆ＋Ｅｃ＝Ｇａ×Ｔｍ×Ｃｇ＋Ｍｃ×Ｔｍ×Ｃｃ  ・・・（３）
【００３８】
この温度ＴｍがＮＯｘ触媒３４の推定温度の基本的な値である。しかしながら、実際には、排気ガスとＮＯｘ触媒３４との間で完全な熱平衡状態に至る訳ではなく、ＮＯｘ触媒３４の下流側に温度Ｔｒの排気ガスが排出され、熱エネルギが逃げている。よってその温度Ｔｒに基づいて下流側に逃げた熱エネルギＥｒが計算され、これによりＮＯｘ触媒３４の基本推定温度Ｔｍがフィードバック補正され、最終的な推定触媒温度が算出される。
【００３９】
上記の説明から理解されるように、本実施形態では、ＮＯｘ触媒上流側の排気ガス温度である触媒前排気温Ｔｆが触媒前排気温センサ５２で検出され、ＮＯｘ触媒下流側の排気ガス温度である触媒後排気温Ｔｒが触媒後排気温センサ５４で検出される。そして、排気ガス量と等価とみなせる吸入空気量Ｇａがエアフローメータ２２で検出される。これら検出値に基づき、ＥＣＵ１００が、ＮＯｘ触媒３４の触媒温度Ｔｃを推定する。
【００４０】
一方、ＮＯｘ触媒３４への尿素添加が推定触媒温度Ｔｃに基づきＥＣＵ１００により制御される。詳しくは後述するが、推定触媒温度Ｔｃが、ＮＯｘ触媒３４が活性となるような所定の添加開始温度Ｔｃｓｔ（例えば２００℃程度）以上に達したときに尿素添加が実行され、推定触媒温度Ｔｃがその添加開始温度Ｔｃｓｔ未満のときに尿素添加が停止される。ＮＯｘ触媒の活性前は尿素添加を行ってもＮＯｘを還元できないからである。また、推定触媒温度Ｔｃが添加開始温度Ｔｃｓｔよりも遙かに高い所定の上限温度Ｔｍａｘ（例えば６００℃程度）以上になったときにも尿素添加が停止される。この場合も、尿素添加を行ったとしてもＮＯｘを効率良く還元できないからである。もっとも、一般にディーゼルエンジンの場合にはガソリンエンジンよりも排気温が低く、触媒温度がそのような上限温度に達する頻度は比較的少ない。結局、触媒温度Ｔｃが、添加開始温度Ｔｃｓｔ以上且つ上限温度Ｔｍａｘ未満のときに尿素添加が実行され、この温度域にないとき尿素添加が停止される。
【００４１】
なお、エンジン暖機時、ＮＯｘ触媒３４がエンジンからの排気熱で昇温するのに対し、触媒後ＮＯｘセンサ５０は内蔵ヒータの加熱により比較的早く昇温する。従って、通常は、ＮＯｘ触媒３４よりも早く触媒後ＮＯｘセンサ５０が活性化する。ＥＣＵ１００は、触媒後ＮＯｘセンサ５０のインピーダンスを検知すると共に、このインピーダンスが、触媒後ＮＯｘセンサ５０の活性温度に対応する所定値になるように、ヒータを制御する。
【００４２】
次に、ＮＯｘ触媒３４の異常診断について説明する。
【００４３】
概して、本実施形態におけるＮＯｘ触媒３４の異常診断の特徴は、ＮＯｘ触媒３４の活性度が比較的低いタイミングと比較的高いタイミングとで、ＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ浄化能に関する指標値をそれぞれ計測し、これら計測された指標値に基づきＮＯｘ触媒３４の異常を判定する点にある。ここで、ＮＯｘ触媒の活性度は、その相関値である触媒温度によって表わすことができる。また、ＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ浄化能に関する指標値として、本実施形態ではＮＯｘ浄化率が用いられる。但し、これらの値として他の値を用いることも可能である。
【００４４】
ＮＯｘ触媒３４の活性度が比較的低いタイミングと比較的高いタイミングとでは、ＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ浄化率に差ないし変化がある。そして、これらの差ないし変化量はＮＯｘ触媒３４の劣化度に応じて変化する。よって、その差ないし変化量の大小を判別することにより、ＮＯｘ触媒３４が正常か異常かを判別することができる。特に、ＮＯｘ触媒３４の活性度が比較的低いタイミング、言い換えれば触媒温度が未だ十分活性温度域に達していないようなタイミングでのＮＯｘ浄化率計測値が使用される。このようなタイミングでは、たとえ還元剤を添加したとしても、元々ＮＯｘ触媒３４が十分なＮＯｘ浄化能を有しない。従ってこのタイミングでのＮＯｘ浄化率計測値を利用することによって、例えば特許文献１のように、ＮＯｘ触媒３４の活性度が高いのに敢えてＮＯｘ浄化能が低い状態を作り出す、ということを行わなくて済む。よって、排気エミッションを敢えて悪化させること無しに異常診断を実行することが可能となる。
【００４５】
ＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ浄化率Ｒは、ＮＯｘ触媒３４に流入する触媒上流側のＮＯｘ量をＮ１、ＮＯｘ触媒３４から排出される触媒下流側のＮＯｘ量をＮ２とすると、Ｒ＝Ｎ２／Ｎ１で表される。触媒下流側のＮＯｘ量Ｎ２は、触媒後ＮＯｘセンサ５０により検出される触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒに基づきＥＣＵ１００により算出される。
【００４６】
他方、触媒上流側のＮＯｘ量Ｎ１は、本実施形態ではＥＣＵ１００により推定された値が用いられる。即ち、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態を表すパラメータ（例えばエンジン回転速度ＮＥ及びアクセル開度ＡＣ）の検出値に基づき、所定のマップ又は関数に従って、推定値としての触媒上流側ＮＯｘ量Ｎ１を算出する。付加的に或いは代替的に、ＮＯｘ触媒３４の上流側に触媒前ＮＯｘセンサを設け、この触媒前ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度に基づき触媒上流側のＮＯｘ量Ｎ１を算出してもよい。こうして得られた触媒上流側のＮＯｘ量Ｎ１と触媒下流側のＮＯｘ量Ｎ２とを用いてＥＣＵ１００がＮＯｘ浄化率Ｒを計算する。
【００４７】
ここで、図３を参照しつつ、本実施形態における触媒異常診断の詳細を説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、推定触媒温度Ｔｃ（横軸）に対するＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ浄化率Ｒ（縦軸）の関係を示す。実線が正常触媒の場合、一点鎖線が異常触媒の場合である。特に、ＮＯｘ触媒３４の暖機過程において触媒温度の上昇とともにＮＯｘ触媒が次第に活性化していき、ＮＯｘ浄化率が次第に上昇していく様子を示す。図中、四角枠で囲った値が推定触媒温度Ｔｃ、楕円枠で囲った値が真の触媒温度Ｔｃ’、円で囲った値がＮＯｘ浄化率Ｒである。なお、図は常に尿素が添加されている場合を示し、触媒温度の上昇とともにＮＯｘ浄化率Ｒは０から滑らかに上昇し、やがて触媒の劣化度に応じた最大の浄化率に収束する。しかしながら、実際の制御上は、推定触媒温度Ｔｃが所定の添加開始温度Ｔｃｓｔに達した時点で尿素の添加が開始され、それ以前では浄化率Ｒ＝０である。従って実際には、図４に示すように、尿素添加開始と同時にＮＯｘ浄化率Ｒが急激に立ち上がるステップ状の線図となる。
【００４８】
図３に示されるように、実線で示す正常触媒の場合、触媒活性後に大きなＮＯｘ浄化率Ｒが得られるようになる。これに対し、一点鎖線で示す異常触媒の場合、触媒が活性化しても正常触媒より小さなＮＯｘ浄化率Ｒしか得られない。
【００４９】
ＮＯｘ触媒３４が未活性から活性に変化する時の触媒温度、言い換えれば、ＮＯｘ浄化率Ｒが０から０より大きくなる時点での触媒温度を活性開始温度と称し、Ｔｃ０で表す。また、ＮＯｘ触媒３４の活性化がほぼ終了する時の触媒温度、言い換えれば、ＮＯｘ浄化率Ｒがほぼ最大浄化率に収束した時点の触媒温度を活性終了温度と称し、Ｔｃｅｄで表す。
【００５０】
図３（Ａ）は、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’とずれておらず、等しい場合を示す。推定触媒温度Ｔｃ＝Ｔｃ０となるタイミングと、真の触媒温度Ｔｃ’ ＝Ｔｃ０となるタイミングとは同一である。これに対し、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’からずれている場合を示す。図３（Ｂ）は、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’よりも低温側にαだけずれている場合であり、例えばＴｃ＝Ｔｃ０となるタイミングがＴｃ’ ＝Ｔｃ０−αとなるタイミングと同一である。線図自体は図３（Ａ）のものよりも右側にαだけシフトする。他方、図３（Ｃ）は、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’よりも高温側にαだけずれている場合であり、例えばＴｃ＝Ｔｃ０となるタイミングがＴｃ’ ＝Ｔｃ０＋αとなるタイミングと同一である。線図自体は図３（Ａ）のものよりも左側にαだけシフトする。
【００５１】
このように、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’からずれることがある。前述したように、推定触媒温度Ｔｃは触媒前排気温センサ５２、触媒後排気温センサ５４及びエアフローメータ２２の検出値から求められるが、センサの劣化等が理由で、これら各検出値が真の値からずれることがある。このことに起因して、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’からずれることがあり得るのである。
【００５２】
さて、図３（Ａ）を参照して、本実施形態の場合、尿素の添加は推定触媒温度Ｔｃが添加開始温度Ｔｃｓｔに達した時点で開始される。この添加開始温度Ｔｃｓｔは、触媒温度（真の触媒温度）が活性開始温度Ｔｃ０以上且つ活性終了温度Ｔｃｅｄ未満となるような値に予め設定される。特に、暖機過程において尿素の添加をできるだけ早く開始し、ＮＯｘ触媒をできる早く作動させるのがエミッション上有利であることから、添加開始温度Ｔｃｓｔをできるだけ低温側に変更するような制御が行われる。この点については後述する。
【００５３】
ＮＯｘ触媒の異常診断のため、推定触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１となった時点で、１回目のＮＯｘ浄化率Ｒ１が計測される。この計測タイミングを第１のタイミングといい、所定値Ｔｃ１を第１所定値という。本実施形態の場合、第１のタイミングは、推定触媒温度Ｔｃが所定の活性開始温度Ｔｃ０未満となるようなタイミング、即ちＮＯｘ浄化率Ｒが０となるようなタイミングに設定されている。また、第１所定値Ｔｃ１は、変更可能な添加開始温度Ｔｃｓｔを基準として定められ、Ｔｃ１＝Ｔｃｓｔ−Ｔ１（Ｔ１は所定の一定値で、例えば３０℃）として定められる。第１所定値Ｔｃ１は、触媒温度の推定値Ｔｃのばらつきを考慮してもなお第１のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒが０になるように定められる。
【００５４】
なお、代替的に、第１のタイミングは、推定触媒温度Ｔｃが活性開始温度Ｔｃ０以上、例えば活性開始温度Ｔｃ０より僅かに高い温度となるタイミング（即ち、ＮＯｘ浄化率が０より僅かに大きいタイミング）に設定してもよい。
【００５５】
次に、推定触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｃ２となった時点で、２回目のＮＯｘ浄化率Ｒ２が計測される。このタイミングを第２のタイミングといい、所定値Ｔｃ２を第２所定値という（Ｔｃ２＞Ｔｃ１）。本実施形態の場合、第２のタイミングは、推定触媒温度Ｔｃが、変更可能な添加開始温度Ｔｃｓｔ以上で且つ所定の活性終了温度Ｔｃｅｄ未満となるようなタイミングに設定されている。言い換えれば、第２のタイミングは、ＮＯｘ浄化率Ｒ２が、尿素添加開始時のＮＯｘ浄化率Ｒｓｔ以上で且つ最大浄化率未満となるようなタイミングに設定されている。この第２所定値Ｔｃ２も、変更可能な添加開始温度Ｔｃｓｔを基準として定められ、Ｔｃ２＝Ｔｃｓｔ＋Ｔ２（Ｔ２は所定の一定値で、例えば３０℃）として定められる。
【００５６】
こうして、ＮＯｘ触媒３４の活性度が比較的低い第１のタイミングと比較的高い第２のタイミングとでＮＯｘ浄化率Ｒ１，Ｒ２が計測される。そして、基本的には、これら浄化率の差ΔＲ１２＝Ｒ２−Ｒ１を所定値ΔＲ１２ｓと比較し、差ΔＲ１２が所定値ΔＲ１２ｓより大きければ触媒正常（図中実線参照）、差ΔＲ１２が所定値ΔＲ１２ｓ以下であれば触媒異常（図中一点鎖線参照）と判定できる。なお、このように差を取ることでセンサのオフセットバラツキを吸収できる利点がある。
【００５７】
ところで、前記のような触媒温度の推定ズレがあると、この方法のみでは必ずしも触媒の正常・異常を正確に判断することができない。即ち、図３（Ｂ）に示す如く、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’よりも低温側にずれると、第２のタイミング（Ｔｃ＝Ｔｃ２）でのＮＯｘ浄化率Ｒ２が見掛け上少なくなり、第１のタイミング（Ｔｃ＝Ｔｃ１）でのＮＯｘ浄化率Ｒ１との差ΔＲ１２が小さくなる結果、触媒が正常であっても触媒異常と誤判定してしまう可能性がある。
【００５８】
そこで、本実施形態では、推定触媒温度Ｔｃが第３所定値Ｔｃ３（Ｔｃ３＞Ｔｃ２）となる第３のタイミングでもＮＯｘ浄化率Ｒ３が計測される。第３のタイミングは、推定触媒温度Ｔｃが、活性終了温度Ｔｃｅｄ以上となるようなタイミングに設定され、言い換えれば、ＮＯｘ浄化率Ｒが最大浄化率付近となるようなタイミングに設定されている。第３所定値Ｔｃ３も、変更可能な添加開始温度Ｔｃｓｔを基準として定められ、Ｔｃ３＝Ｔｃｓｔ＋Ｔ３（Ｔ３は所定の一定値で、例えば６０℃）として定められる。
【００５９】
この第３のタイミングは、触媒温度の推定ズレの影響が無くなるような十分高温側のタイミングである。この第３のタイミングでは、正常触媒（図中実線参照）と異常触媒（図中一点鎖線参照）との間でＮＯｘ浄化率Ｒ３に明らかな差が生ずる。第１のタイミングと第２のタイミングとの間でのＮＯｘ浄化率の差ΔＲ１２が所定値ΔＲ１２ｓ以下の場合、第１のタイミングと第３のタイミングとの間でのＮＯｘ浄化率Ｒ１，Ｒ３の差ΔＲ１３（＝Ｒ３−Ｒ１）が計算され、この差ΔＲ１３が所定値ΔＲ１３ｓと比較される。そして、差ΔＲ１３が所定値ΔＲ１３ｓより大きければ最終的に触媒正常と判定され、差ΔＲ１３が所定値ΔＲ１３ｓ以下であれば最終的に触媒異常と判定される。
【００６０】
ところで、図３（Ｃ）に示す如く、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’より高温側にずれた場合、第２のタイミング（Ｔｃ＝Ｔｃ２）でのＮＯｘ浄化率Ｒ２は、推定ズレが無い場合（図３（Ａ））に比べ大きくなり、よって第１のタイミング（Ｔｃ＝Ｔｃ１）でのＮＯｘ浄化率Ｒ１との差ΔＲ１２も大きくなる。よって、触媒正常と正しく判定されるので特に問題とならない。問題視すべきは、図３（Ｂ）に示したような、推定触媒温度Ｔｃが真の触媒温度Ｔｃ’より低温側にずれた場合である。
【００６１】
次に、上述のような異常診断を実行するための処理を図５を参照しつつ説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００６２】
最初のステップＳ１０１では、現在が第１のタイミングに達したか否か、具体的には推定触媒温度Ｔｃが第１所定値Ｔｃ１（＝Ｔｃｓｔ−Ｔ１）以上に達したか否かが判断される。達していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、達していると判断された場合、ステップＳ１０２において、ＮＯｘ浄化率が計測され、その計測値がＲ１として記憶される。本実施形態ではＲ１＝０（％）である。
【００６３】
次のステップＳ１０３では、現在が尿素添加開始タイミングに達したか否か、具体的には推定触媒温度Ｔｃが添加開始温度Ｔｃｓｔ以上に達したか否かが判断される。達していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、達していると判断された場合、ステップＳ１０４において、尿素（還元剤）の添加が開始される。
【００６４】
次のステップＳ１０５では、現在が第２のタイミングに達したか否か、具体的には推定触媒温度Ｔｃが第２所定値Ｔｃ２（＝Ｔｃｓｔ＋Ｔ２）以上に達したか否かが判断される。達していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、達していると判断された場合、ステップＳ１０６において、ＮＯｘ浄化率が計測され、その計測値がＲ２として記憶される。
【００６５】
この後、ステップＳ１０７において、これら第１のタイミング及び第２のタイミングのＮＯｘ浄化率の差ΔＲ１２（＝Ｒ２−Ｒ１）が計算される。そしてステップＳ１０８において、その差ΔＲ１２が所定値ΔＲ１２ｓと比較される。
【００６６】
差ΔＲ１２が所定値ΔＲ１２ｓより大きい場合、ステップＳ１０９にてＮＯｘ触媒は正常と判定され、ＮＯｘ触媒異常フラグがオフとされる。そしてステップＳ１１０に進み、現在の添加開始温度Ｔｃｓｔから所定の一定値Ｔａ（例えば１℃）を減算し、その結果を新たな添加開始温度Ｔｃｓｔとして記憶する。これにより、添加開始温度Ｔｃｓｔはより低温側の値に変更ないし更新され、尿素添加開始及び触媒作動開始タイミングが早められる結果、エミッション、特に始動後エミッションの改善が図られる。こうして本ルーチンが終了される。なお、このようにして添加開始温度ＴｃｓｔがＴａだけ変更されると、これに追従して、第１〜第３のタイミングを規定する第１〜第３所定値Ｔｃ１〜Ｔｃ３もＴａだけ変更されることとなる。このステップＳ１１０が繰り返し実行されると、添加開始温度Ｔｃｓｔは所定値Ｔａずつ徐々に低温側に移動される。
【００６７】
他方、ステップＳ１０８において、差ΔＲ１２が所定値ΔＲ１２ｓ以下の場合、ＮＯｘ触媒が異常である可能性があるが、触媒温度推定ズレの可能性もあることから、直ちに異常との判定は行わず、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、現在が第３のタイミングに達したか否か、具体的には推定触媒温度Ｔｃが第３所定値Ｔｃ３（＝Ｔｃｓｔ＋Ｔ３）以上に達したか否かが判断される。達していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、達していると判断された場合、ステップＳ１１２において、ＮＯｘ浄化率が計測され、その計測値がＲ３として記憶される。
【００６８】
この後、ステップＳ１１３において、第１のタイミング及び第３のタイミングのＮＯｘ浄化率の差ΔＲ１３（＝Ｒ３−Ｒ１）が計算される。そしてステップＳ１１４において、その差ΔＲ１３が所定値ΔＲ１３ｓと比較される。
【００６９】
差ΔＲ１３が所定値ΔＲ１３ｓより大きい場合、ステップＳ１１５にて、ＮＯｘ触媒は正常と判定され、ＮＯｘ触媒異常フラグがオフとされる。即ち、第１のタイミング及び第２のタイミングのＮＯｘ浄化率の差ΔＲ１２が小さかったのは、ＮＯｘ触媒が異常だからではなく、触媒温度推定ズレが主な原因であるとして、ＮＯｘ触媒を最終的に正常と判定する。
【００７０】
そしてステップＳ１１６に進み、現在の添加開始温度Ｔｃｓｔから所定の一定値Ｔｂ（例えば５℃）を加算し、その結果を新たな添加開始温度Ｔｃｓｔとして記憶する。これにより、添加開始温度Ｔｃｓｔはより高温側の値に変更ないし更新される。こうする理由は次の通りである。ステップＳ１１０で行われるように、添加開始温度Ｔｃｓｔを徐々に低温側に進めていくと、これに伴って第２所定値Ｔｃ２が低温側に移動し、第２のタイミングでのＮＯｘ浄化率Ｒ２が低くなり、第１及び第２のタイミングのＮＯｘ浄化率の差ΔＲ１２が小さくなる。つまり、添加開始温度Ｔｃｓｔを低温側にずらし過ぎるとこれが原因で浄化率差ΔＲ１２が小さくなり過ぎ、誤って異常判定する虞がある。また、添加開始温度Ｔｃｓｔを低温側にずらし過ぎると、ＮＯｘ触媒が十分なＮＯｘ浄化能を有しない状態で還元剤を添加してしまい、還元剤が未反応で触媒をすり抜ける虞もある。そこでこのような事態を防止すべく、添加開始温度Ｔｃｓｔをより高温側の値に変更する。本実施形態のように、添加開始温度Ｔｃｓｔの高温側へのステップ幅Ｔｂは低温側へのステップ幅Ｔａより大きいのが好ましい。こうすると、添加開始温度Ｔｃｓｔの低温側への移動は細かく徐々に行い、添加開始温度Ｔｃｓｔを低温側にずらし過ぎた場合には添加開始温度Ｔｃｓｔを高温側に即座に戻すことができる。なお、このようにして添加開始温度ＴｃｓｔがＴｂだけ高温側に変更されると、これに追従して、第１〜第３のタイミングを規定する第１〜第３所定値Ｔｃ１〜Ｔｃ３もＴｂだけ高温側に変更されることとなる。こうしてステップＳ１１６の実行を終えたら本ルーチンが終了される。
【００７１】
他方、ステップＳ１１４において差ΔＲ１３が所定値ΔＲ１３ｓ以下の場合、ステップＳ１１７にて、ＮＯｘ触媒は異常と判定され、ＮＯｘ触媒異常フラグがオンされる。即ち、第３のタイミングでも浄化率差ΔＲ１３が小さい場合に、はじめてＮＯｘ触媒の異常が確定し、ＮＯｘ触媒が最終的に異常と判定される。こうして本ルーチンが終了される。
【００７２】
このように、本実施形態の異常診断によれば、ＮＯｘ触媒の異常を触媒温度の推定ズレと区別して判定することができ、異常診断の信頼性を向上することができる。また、ＮＯｘ触媒がＮＯｘ浄化を開始するタイミング、即ち尿素添加を開始するタイミングを徐々に低温側に移動することができるので、エミッションの向上、特にエンジン始動後のコールドエミッションの向上に大変有利である。一般に、還元剤添加開始タイミングはセンサ誤差等の様々なバラツキを考慮して安全側即ち高温側の一定値に設定されているが、本実施形態の場合だと個体に応じて最適なタイミングに還元剤添加開始タイミングを調節可能である。さらに、そのタイミングを低温側に進めすぎた場合にそのタイミングを高温側に戻すことができ、タイミングを過剰に進めるのを防止できると共に、その過剰な進めと触媒異常との区別が可能となって触媒異常診断の信頼性が向上できる。その他、エンジン及びＮＯｘ触媒の暖機中に異常診断を実行できるので診断頻度を確保できるという利点がある。
【００７３】
以上の説明で理解されるように、本実施形態では、ＮＯｘ浄化率計測手段が触媒後ＮＯｘセンサ５０、ＥＣＵ１００、アクセル開度センサ２７及びクランク角センサ２６によって構成され、異常判定手段がＥＣＵ１００によって構成される。また、触媒温度推定手段がＥＣＵ１００、アクセル開度センサ２７及びクランク角センサ２６によって構成され、還元剤添加制御手段が添加弁４０、供給装置４２及びＥＣＵ１００によって構成される。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、還元剤として尿素以外のものを用いることも可能であり、例えばアンモニア、炭化水素（ＨＣ）、アルコール、水素、一酸化炭素などを用いることができる。
【００７５】
前記実施形態では、第１のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒ１と第２のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒ２とに基づき最初の異常判定を行い、この結果が異常である可能性がある場合に、第１のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒ１と第３のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒ３とに基づき、最終的な異常判定を行うようにした。しかしながら、これに限らず、例えば、第１のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒ１と第３のタイミングのＮＯｘ浄化率Ｒ３とのみに基づき異常判定を行うようにしてもよい。また、第１のタイミング及び第２のタイミングで比較するときと、第１のタイミング及び第３のタイミングで比較するときとで、第１のタイミングの触媒活性度（触媒温度）は前記実施形態のように同じであるのが好ましいが、必ずしも同じである必要はなく、異ならせてもよい。
【００７６】
前記実施形態では、各タイミング間のＮＯｘ浄化率の差を所定値と比較して異常判定を行うようにしたが、比較方法はこれに限定されず、例えば、各タイミング間のＮＯｘ浄化率の比を所定値と比較して異常判定を行ってもよい。
【００７７】
本発明は、流入排気ガスが酸素濃度過剰（リーン）なときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガスが酸素濃度希薄（リッチ）なときに吸蔵したＮＯｘを排出する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒にも適用可能である。この場合、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化開始タイミングが主に触媒温度に依存することから、前記実施形態のようなＮＯｘ浄化開始タイミングの制御（ステップＳ１１０、Ｓ１１６）は行えないが、それでも、触媒活性度が比較的低いタイミングと比較的高いタイミングとのＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ触媒の異常を判定することが可能である。
【００７８】
排気通路に他の排気浄化装置、例えば酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；DPF）を設けることも任意である。本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関、特に直噴リーンバーンガソリンエンジンにも適用可能である。
【００７９】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図２】触媒温度の推定方法を説明するための参考図である。
【図３】推定触媒温度とＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフであり、（Ａ）は推定触媒温度が真の触媒温度と等しい場合、（Ｂ）は推定触媒温度が真の触媒温度より低い場合、（Ｃ）は推定触媒温度が真の触媒温度より高い場合を示す。
【図４】ＮＯｘ浄化率の実際の立ち上がりを示すグラフである。
【図５】異常診断処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１０  エンジン
１５  排気通路
２６  クランク角センサ
２７  アクセル開度センサ
３４  ＮＯｘ触媒
４０  添加弁
４２  供給装置
５０  触媒後ＮＯｘセンサ
５２  触媒前排気温センサ
５４  触媒後排気温センサ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｒ  ＮＯｘ浄化率
Ｒ１  第１のタイミングのＮＯｘ浄化率
Ｒ２  第２のタイミングのＮＯｘ浄化率
Ｒ３  第３のタイミングのＮＯｘ浄化率
Ｔｃ  触媒温度、推定触媒温度
Ｔｃ０  活性開始温度
Ｔｃｅｄ  活性終了温度
Ｔｃ１  第１所定値
Ｔｃ２  第２所定値
Ｔｃ３  第３所定値
Ｔｃｓｔ  添加開始温度
【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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