(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸着触媒のＯ２ストレージ能力およびＮＯｘ還元能力を個別に精度良く診断することできる診断機能を備えたエンジンの排気浄化装置を提供すること。【解決手段】本発明の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸着材と触媒金属とＯ２ストレージ材とを含むＮＯｘ吸着触媒と、ＮＯｘセンサと、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が所定量に達したときＮＯｘを放出させる手段と、ＮＯｘ吸着触媒の診断条件判定手段と、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出終了を検出する手段と、放出手段による酸素濃度低下開始からＯ２放出が終了するまでのＮＯｘセンサの出力値（ＮＯ１）でＯ２ストレージ能力を診断しＯ２放出が終了した後のＮＯｘセンサの出力値（ＮＯ２）で触媒金属のＮＯｘ還元能力を診断する手段とを備え、診断しているときは酸素濃度の低下速度を診断していないときの酸素濃度の低下速度より小さくする。【選択図】      図３
2004162694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配置され、酸素濃度が高い状態でＮＯｘを吸着し酸素濃度が低い状態で吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材と、該ＮＯｘ吸着材から放出されたＮＯｘを浄化させる触媒金属と酸素濃度が高い状態でＯ２を吸蔵し酸素濃度が低い状態で吸蔵していたＯ２を放出するＯ２ストレージ材と、を含むＮＯｘ吸着触媒と、
該ＮＯｘ吸着触媒の下流側に配置されたＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量を算出するＮＯｘ吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が所定量に達したとき、前記排気通路内の酸素濃度を低下させ、前記ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出制御手段と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段によって検出されたエンジンの運転状態に基づいて、前記ＮＯｘ吸着触媒の診断を行う所定の診断条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、
前記ＮＯｘ放出制御手段による前記排気通路内の酸素濃度低下に起因するＯ２ストレージ材からのＯ２放出が終了したか否かを検出する検出手段と、
前記診断条件が成立したとき、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間の前記ＮＯｘセンサの出力値を用いて前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下度合いを診断すると共に、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した後の前記ＮＯｘセンサの出力値を用いて、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる前記触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下度合いを診断する診断手段とを備え、
前記ＮＯｘ放出制御手段は、前記所定の診断条件が成立しているときには酸素濃度の低下速度を、該診断条件が成立していないときの酸素濃度の低下速度より小さな値に設定するように構成されている、
ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記検出手段が、前記排気通路内のＮＯｘ吸着触媒の下流側に配置されたＯ２センサと、該Ｏ２センサの出力値が理論空燃比に対応する値を示したとき前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了したと判定するＯ２放出終了判定手段とを備えている、
請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記診断手段は、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間における前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値が、第１の判定しきい値より小さいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断するように構成されている、
請求項１または２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記診断手段は、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間における前記ＮＯｘセンサ出力値の最大値と最小値との偏差を前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始からＯ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの時間で除した値が、第２の判定しきい値より大きいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれているＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断するように構成されている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下を診断する第１の判定しきい値を大きく補正する第１の補正手段を更に備えている、
請求項３または４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下を診断する第２の判定しきい値を小さく補正する第２の補正手段を更に備えている、
請求項３ないし５のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記診断手段は、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した後のＮＯｘセンサ出力値の最大値が、第３の判定しきい値より大きいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断するように構成されている、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記診断手段は、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了してから所定時間が経過するまでの前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値が、第４の判定しきい値より大きいとき、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断するように構成されている、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記診断手段が、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了してから所定時間が経過するまでのＮＯｘセンサ出力値の最大値とＯ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点でのＮＯｘセンサ出力値との偏差を、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点のＮＯｘセンサ出力値と前記所定時間が経過した時点のＮＯｘセンサ出力値との偏差で除した値が、第５の判定しきい値より大きいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断するように構成されている、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記診断手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記第３、第４および第５の判定しきい値の少なくとも１つを増大補正する第２の補正手段をさらに備えている、
請求項７乃至９のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間における前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値と、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了してから所定時間が経過するまでの前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値との和が、第６の判定しきい値より小さいときに前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれているＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着能力が低下していると診断するＮＯｘ吸着能力診断手段をさらに備えている、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれ１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断されたときには、前記ＮＯｘ放出制御手段がＮＯｘの放出を実施するＮＯｘ吸着量の所定値を小さい値に補正する所定量補正手段をさらに備えている、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１３】
前記ＮＯｘ吸着触媒のＯ２ストレージ能力が低下していると診断されたときには、前記ＮＯｘ放出制御手段がＮＯｘの放出を実施する際の排気通路内の酸素濃度を高く設定する酸素濃度補正手段をさらに、備えている、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１４】
前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの時間が所定時間より短いときに、前記Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断する第２の診断手段をさらに備えている、
請求項１乃至１３のいずれか１項の記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１５】
前記第２の診断手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記ＮＯｘ吸着触媒のＯ２ストレージ能力の低下診断に用いる前記所定時間を増大補正する第３の補正手段をさらに備えている、
請求項１４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳細には、エンジンの排気から窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーンバーンによる運転を行うエンジンの排気浄化装置として、排気ガス中の酸素濃度が高い状態でＮＯｘを吸着し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材を含むＮＯｘ吸着触媒を備えた排気浄化装置が知られている。ＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着量には限界があるため、このような排気浄化装置では、ＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着量が飽和量付近に達すると、リーンバーンによる運転状態から理論空燃比近傍の運転状態に移行させるなどして排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ吸着材からＮＯｘを放出させるとともに、これをＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属で還元して浄化する処理（リッチスパイク処理）が行われる。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸着触媒に対して劣化診断を行う装置として、リッチスパイク処理時のＮＯｘセンサのピーク値を利用する装置が提案されている（特許文献１参照）。この装置では、リッチ側移行時のＮＯｘセンサのピーク値が低くなるほど、ＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着能力が低下している即ちＮＯｘ吸着触媒が劣化していると判定している。
【特許文献１】
特開２０００−３３７１３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＯｘ吸着触媒には、ＮＯｘを酸化する触媒金属（貴金属）や酸素を吸蔵するＯ２ストレージ材が含まれているが、特許文献１の劣化診断装置では、触媒金属の還元能力の低下や、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下を診断することはできない。
【０００５】
また、リッチスパイク処理を行ったときには、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出、放出されたＯ２による排気ガス成分の酸化、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘ放出、そして、金属触媒による放出ＮＯｘの還元という反応が、順次、生じる。しかしながら、特許文献１の劣化診断装置のように、ＮＯｘを放出させる際に短時間で空燃比をリッチ側に移行させると、ＮＯｘセンサの出力遅れ等により、ＮＯｘセンサの出力値に上記複数の反応の結果が混在してしまい、この反応の状態を検出することができず、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下（Ｏ２ストレージ材の劣化）、触媒金属の還元能力の低下（触媒金属の劣化）を個別に精度良く診断することができない。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下および触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下を、個別に精度良く診断することできる診断機能を備えたエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エンジンの排気通路に配置され、酸素濃度が高い状態でＮＯｘを吸着し酸素濃度が低い状態で吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材と、該ＮＯｘ吸着材から放出されたＮＯｘを浄化させる触媒金属と酸素濃度が高い状態でＯ２を吸蔵し酸素濃度が低い状態で吸蔵していたＯ２を放出するＯ２ストレージ材と、を含むＮＯｘ吸着触媒と、該ＮＯｘ吸着触媒の下流側に配置されたＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量を算出するＮＯｘ吸着量算出手段と、前記ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が所定量に達したとき、前記排気通路内の酸素濃度を低下させ、前記ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出制御手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段によって検出されたエンジンの運転状態に基づいて、前記ＮＯｘ吸着触媒の診断を行う所定の診断条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、前記ＮＯｘ放出制御手段による前記排気通路内の酸素濃度低下に起因するＯ２ストレージ材からのＯ２放出が終了したか否かを検出する検出手段と、前記診断条件が成立したとき、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間の前記ＮＯｘセンサの出力値を用いて前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下度合いを診断すると共に、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した後の前記ＮＯｘセンサの出力値を用いて、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる前記触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下度合いを診断する診断手段とを備え、前記ＮＯｘ放出制御手段は、前記所定の診断条件が成立しているときには酸素濃度の低下速度を、該診断条件が成立していないときの酸素濃度の低下速度より小さな値に設定するように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置が提供される。
【０００８】
このような構成によれば、排気通路内の酸素濃度低下によるＮＯｘ吸着触媒からのＮＯｘ放出処理（リッチスパイク処理）時に、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下および触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下を、個別に精度良く診断することできる。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、前記検出手段が、前記排気通路内のＮＯｘ吸着触媒の下流側に配置されたＯ２センサと、該Ｏ２センサの出力値が理論空燃比に対応する値を示したとき前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了したと判定するＯ２放出終了判定手段とを備えている。
【００１０】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記診断手段は、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間における前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値が、第１の判定しきい値より小さいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断するように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記診断手段は、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間における前記ＮＯｘセンサ出力値の最大値と最小値との偏差を前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始からＯ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの時間で除した値が、第２の判定しきい値より大きいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれているＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断するように構成されている。
このような構成によれば、ＮＯｘ放出制御手段によるリッチスパイク処理開始から前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間のＮＯｘセンサの出力値を用いることにより、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下が検出される。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下を診断する第１の判定しきい値を大きく補正する第１の補正手段を更に備えている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下を診断する第２の判定しきい値を小さく補正する第２の補正手段を更に備えている。
【００１２】
前回のリッチスパイク処理中にエンジンが停止される等して所定量よりも極めて多い量のＮＯｘがＮＯｘ吸着触媒に吸着されている場合には、通常の判定しきい値を用いてＯ２ストレージ材の劣化診断を行うと、Ｏ２ストレージ材が劣化しているにもかかわらず、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている多量のＮＯｘのために劣化していないと誤診断されることがある。しかしながら、このような構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が、リッチスパイク処理の開始判定用のしきい値である所定量より大きいと判定されたときには、ＮＯｘ吸着量としきい値である所定量との差に応じて、Ｏ２ストレージ能力の劣化判定用のしきい値が劣化と判定され易い方向に補正されるので、このような誤診断が防止される。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記診断手段は、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した後のＮＯｘセンサ出力値の最大値が、第３の判定しきい値より大きいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断するように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記診断手段は、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了してから所定時間が経過するまでの前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値が、第４の判定しきい値より大きいとき、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断するように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記診断手段が、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了してから所定時間が経過するまでのＮＯｘセンサ出力値の最大値とＯ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点でのＮＯｘセンサ出力値との偏差を、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点のＮＯｘセンサ出力値と前記所定時間が経過した時点のＮＯｘセンサ出力値との偏差で除した値が、第５の判定しきい値より大きいとき、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断するように構成されている。
このような構成によれば、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了後の所定期間のＮＯｘセンサの出力値を用いることにより、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下が検出される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記診断手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記第３、第４および第５の判定しきい値の少なくとも１つを増大補正する第２の補正手段をさらに備えている。
前回のリッチスパイク処理中にエンジンが停止される等して所定量よりも極めて多い量のＮＯｘがＮＯｘ吸着触媒に吸着されている場合には、通常の判定しきい値を用いて触媒金属の劣化診断を行うと、触媒金属が劣化していないにもかかわらず、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている多量のＮＯｘのために劣化していると誤診断されることがある。しかしながら、このような構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が、リッチスパイク処理の開始判定用のしきい値である所定量より大きいと判定されたときには、ＮＯｘ吸着量としきい値である所定量との差に応じて、触媒金属の劣化判定用のしきい値が劣化判定され難い方向に補正されるので、このような誤診断が防止される。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの期間における前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値と、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了してから所定時間が経過するまでの前記ＮＯｘセンサ出力値の時間積分値との和が、第６の判定しきい値より小さいときに前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれているＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着能力が低下していると診断するＮＯｘ吸着能力診断手段をさらに備えている。
【００１６】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断されたときには、前記ＮＯｘ放出制御手段がＮＯｘの放出を実施するＮＯｘ吸着量の所定値を小さい値に補正する所定量補正手段をさらに備えている。
このような構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下している、即ち、触媒金属が還元できるＮＯｘ量が低下しているときには、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が少ない状態でリッチスパイク処理が行われる。従って、リッチスパイク処理時に放出されるＮＯｘ量および触媒金属が還元すべきＮＯｘの量が少なくなり、触媒金属に要求されるＮＯｘ還元能力が低減される。
【００１７】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＮＯｘ吸着触媒のＯ２ストレージ能力が低下していると診断されたときには、前記ＮＯｘ放出制御手段がＮＯｘの放出を実施する際の排気通路内の酸素濃度を高く設定する酸素濃度補正手段をさらに、備えている。
リッチスパイク時の排気通路内の酸素濃度は、Ｏ２ストレージ材からの酸素放出を見込んで低めの値に設定されている。したがって、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると、見込まれた量のＯ２が放出されず、酸素が不足した状態となる。そこで、このような構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下、即ち、リッチスパイク時におけるＯ２ストレージ材からＯ２放出量が減少するときには、例えば、空燃比制御等により、リッチスパイク時の排気通路内の酸素濃度が高めに設定されるので、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出不足が補われる。
【００１８】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＮＯｘ放出制御手段による酸素濃度低下開始から、前記Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了するまでの時間が所定時間より短いときに、前記Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断する第２の診断手段をさらに備えている。
このような構成によれば、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出時間のみに基づいて、Ｏ２ストレージ材の劣化診断が行われる。
【００１９】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記第２の診断手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段が算出したＮＯｘ吸着量と前記所定量との偏差が大きいほど、前記ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下診断のしきい値として用いられる前記所定時間を増大補正する第３の補正手段をさらに備えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施形態のエンジンの排気浄化装置を備えた自動車用火花点火式のエンジンシステム１００の構成を概略的に示す図面である。
【００２１】
エンジンシステム１００は、エンジン本体１を備えている。このエンジンシステムでは、所定の運転状態で、空燃比が１４．７より高く設定されるリーンバーン運転が行なわれる。エンジン本体１は、複数の気筒２（１本のみを図示する）と、この気筒２内に往復動可能に配置されたピストン３とを備え、気筒２とピストン３とによって燃焼室４が形成されている。燃焼室４の上部には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４に臨むように取付けられ、さらに、燃焼室４に燃料を直接噴射するインジェクタ７が取り付けられている。
【００２２】
このインジェクタ７には、高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続されている。この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整されてインジェクタ７に供給される。また、燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８が取付けられている。
【００２３】
燃焼室４は、吸気弁９が設けられた吸気ポートを介して吸気通路１０に連通している。この吸気通路１０には、その上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナ１１と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とが設けられている。電気式スロットル弁１３は、モータ１５により開閉駆動されるように構成されている。さらに、電気式スロットル弁１３の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ１６が配置され、また、サージタンク１４には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が取付けられている。
【００２４】
吸気通路１０は、サージタンク１４より下流の部分が、気筒毎に分岐した独立通路とされている。各独立通路の下流端部は、２つに分割され、それぞれが同一気筒の吸気ポートに連結され、その一方にスワール弁１８が設けられている。このスワール弁１８は、アクチュエータ１９によって駆動される。スワール弁１８が閉じると、吸気は他方の分岐通路のみから燃焼室４に供給され、燃焼室４内に強い吸気スワールが生成される。また、スワール弁１８の近傍には、スワール弁１８の開度を検出するスワール弁開度センサ２０が設けられている。
【００２５】
燃焼室４には、排気弁２１が設けられた排気ポートを介して排気通路２２が接続され、各気筒からの排気通路２２は下流側で合流している。合流した排気通路２２には、上流側から順に、上流側酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）２４ａ、排気ガス中の酸素濃度を検出するＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着触媒２５と、下流側酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）２４ｂと、ＮＯｘセンサ２６とが設けられている。ＮＯｘ吸着触媒２５は、リーンバーン運転などの排気ガス中の酸素濃度が高い状態でＮＯｘを吸着し、酸素濃度が低い状態になると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材と、ＮＯｘ吸着材から放出されたＮＯｘを還元浄化させる触媒金属（貴金属）とを備えたＮＯｘ吸収還元タイプのＮＯｘトラップ触媒である。
【００２６】
ＮＯｘ吸着触媒２５は、コージェライト製のハニカム構造の担体を備え、この担体に形成された各貫通孔の壁面には、内側触媒層がコーティングされ、内側触媒層上に外側触媒層がコーティングされている。
【００２７】
ＮＯｘ吸収触媒機能を備える内側触媒層では、白金等の貴金属とＢａ等のＮＯｘ吸着材とが、多孔質材料であるアルミナ、セリア等のサポート材に担持されている。また、ＮＯｘ還元機能を備える外側触媒層には、白金、ロジウム等の触媒金属と、場合によっては、Ｂａ等のＮＯｘ吸着材とが、多孔質材料であるゼオライト等のサポート材に担持されている。
【００２８】
このＮＯｘ吸着触媒２５には、三元触媒としての機能も求められているため、リーン状態では酸素（Ｏ２）をストレージし、リッチ状態ではストレージしていた酸素を放出しＨＣ、ＣＯを浄化するセリア等のＯ２ストレージ材が含まれている。また、このセリア等のＯ２ストレージ材は、リーン状態でのＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸収性を増大させる機能も有している。
【００２９】
ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量には限界があるため、本実施形態では、以下に詳述するように、ＮＯｘセンサ２６による排気ガス中のＮＯｘ検出値が、ＮＯｘ吸着量の限界にある程度のマージンを持たせた（限界値より小さな）値に対応する所定のしきい値を越えると、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるの吸着材のＮＯｘ吸着量が、ＮＯｘパージが必要な領域（飽和或いは飽和近傍）に達したと判定し、排気ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸着材からＮＯｘを放出させる処理（リッチスパイク処理）を行うように構成されている。
【００３０】
排気通路２２には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路２７の上流端が、上流側酸素濃度センサ２４ａの上流側位置に接続されている。ＥＧＲ通路２７の下流端は、スロットル弁１３とサージタンク１４との間で吸気通路１０に接続されている。また、ＥＧＲ通路２７には、開度が電気的に調整可能であるＥＧＲ弁２８と、ＥＧＲ弁２８のリフト量を検出するリフトセンサ２９とが設けられ、これらにより排気還流手段が構成されている。
【００３１】
更に、排気通路２２には、吸気の一部を、吸気通路１０からＮＯｘ吸着触媒２５の上流側位置に送り込む２次エア供給通路３０が接続されている。この２次エア供給通路３０には、制御可能な流量調整弁３１が設けられている。
【００３２】
エンジンシステム１００は、さらに、システム全体の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）３２を備えている。このＥＣＵ３４には、エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、上流及び下流側酸素濃度センサ２４ａ、２４ｂ、ＥＧＲ弁２８のリフトセンサ２９からの信号が入力される。ＥＣＵ３２には、さらに、エンジン本体１の冷却水温度を検出する水温センサ３３、吸気温度を検出する吸気温度センサ３４、大気圧を検出する大気圧センサ３５、エンジン回転数を検出する回転数センサ３６、および、アクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３７からの信号等も入力される。
【００３３】
ＥＣＵ３２は、エンジンの運転状態に応じてインジェクタ７から噴射される燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御、点火プラグ６による混合気の点火時期を制御する点火時期制御、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が所定量に達すると排気ガス中の酸素濃度を制御してＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘを放出させるリッチスパイク制御、所定条件下でリッチスパイ制御と併せてＮＯｘ吸着触媒２５の劣化度合いを診断する劣化診断制御等を行う。
【００３４】
燃料噴射制御では、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射を制御するように構成されている。本実施形態では、低負荷低回転から中回転中負荷の運転領域では、インジェクタ７から圧縮行程の所定時期に燃料を一括噴射して点火プラグ６の近傍に混合気を偏在させた状態で燃焼させ、燃焼室４内における混合気の空燃比を３０程度のリーン状態とする成層燃焼モード用の燃焼制御が実行される。また、この成層燃焼モードの領域より高負荷側の領域では、吸気行程と圧縮行程との２回の燃料噴射でλ＝１付近の空燃比とした燃焼モード用の燃焼制御が実行される。さらに、高負荷高回転の運転領域では、インジェクタ７から吸気行程で燃料を一括噴射させ燃焼室４内の空燃比をリッチ状態とした均一燃焼モード用の燃焼制御が行われる。
【００３５】
リーン状態の燃焼で多く発生するＮＯｘは、下流側に設けられたＮＯｘ吸着触媒２５によって吸着される。本実施形態では、ＮＯｘセンサ２６の出力信号に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量を推定し、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着が飽和したと判断されると、空燃比制御等を実行することによって排気ガス中の酸素濃度を例えば０．３％以下に減少させ、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘを放出させる制御（リッチスパイク制御）を行う。さらに、このときのＮＯｘセンサ２６からの出力信号に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化判定を併せて行う。本実施形態では、ＮＯｘ吸着触媒２５が劣化していたと診断されたとき、これを乗員に知らせる警告灯等を含む表示手段４１が設けられている。
【００３６】
次に、ＥＣＵ３２が行うエンジン制御の処理を、図２のフローチャートに沿って説明する。本実施形態では、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が飽和量に達した、或いは、これに近い状態となったときには、空燃比を変更して排気ガス中の酸素濃度を低下させＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを放出させるリッチスパイク処理が行われる。また、本実施態様では、リッチスパイク処理と併せてＮＯｘ吸着触媒の劣化診断が行われるときには、リッチスパイク処理における酸素濃度の低下速度が緩慢にされる。
【００３７】
まず、ステップＳ１において、エアフローセンサ１２、上流側酸素濃度センサ２４ａ、ＮＯｘセンサ２６、水温センサ３３、吸気温センサ３４、大気圧センサ３５、回転数センサ３６およびアクセル開度センサ３７等の出力信号がデータとして入力される。次いで、ステップＳ２で、ステップＳ１で入力されたデータに基づいて、基本燃料噴射量Ｑｂ、基本燃料噴射時期Ｉｂ、点火タイミングθｂが設定される。次いで、ステップＳ３に進み、ステップＳ１で入力されたデータに基づいて、基本スロットルバルブ開度Ｔｖｂを設定する。
【００３８】
次いで、ステップＳ４に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量ＮＯｅｓを推定し、ステップＳ５で、ＮＯｅｓが、所定のしきい値ＮＯｅｓｏより大きいか否かが判定される。このしきい値ＮＯｅｓｏは、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が飽和量に達している、あるいは、その近傍にあるか否かを判定するための値である。ステップＳ５でＹＥＳのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が飽和量までＮＯｘを吸着しており、ＮＯｘを放出させるリッチスパイク処理を行う必要がある。
【００３９】
ステップＳ５でＹＥＳのときには、ステップＳ６に進み、ＮＯｘ吸着触媒２６の劣化診断（モニタ）を行う条件が成立しているか否かを判定する。即ち、リーン運転であり、且つ、定常運転であり、且つ、温間状態にあり、且つ、ＩＧオン後の劣化診断回数が２回未満であるか否かを判定する。これらが全てＹＥＳのときに、モニタ条件が成立していることになる。ここで、「定常運転」は、ＮＯｘ吸着触媒の劣化診断を精度良く行うことができる運転状態において劣化診断を行うために付加された条件であり、例えば、車両加速度が所定値以下のとき、または、アクセル開度が所定値以下のとき、定常運転と判定する。また、「温間状態」とは、ＮＯｘ吸着触媒が活性状態にある所定の温間状態でＮＯｘ吸着触媒の劣化診断を行うために付加された条件であり、例えば、吸気温またはエンジン冷却水温度が所定温度以上であるとき、エンジン始動から所定時間が経過しているとき、温間状態と判定する。また、前記劣化診断回数に関する条件を１回未満としてもよい。
【００４０】
ステップＳ６でＮＯ即ちモニタ条件が成立していないときには、劣化診断を伴わない通常のリッチスパイク処理が行われる。即ち、ステップＳ７に進み、リッチスパイク処理用のタイマＴλに１を加算し、ステップＳ８でタイマの値Ｔλが所定値Ｔλ０を越えたか否かを判定する。ステップＳ８でＮＯのときには、ステップＳ９に進み、スロットルバルブ開度Ｔｖをリッチスパイク用のスロットルバルブ開度Ｔｖλに設定して、ステップＳ１０で、スロットルバルブ開度Ｔｖλとなるようにスロットル弁を駆動させる。リッチスパイク処理では、リッチ状態での燃焼を行い、排気ガス中の酸素濃度を低下させるので、リッチスパイク用のスロットルバルブ開度Ｔｖλは、リーンバーン時のスロットルバルブ開度より小さい値となる。
【００４１】
次いで、ステップＳ１１で、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火タイミングのそれぞれが、リッチスパイク用の燃料噴射量Ｑλ、燃料噴射時期Ｉλ、点火タイミングθλに設定される。本実施形態では、リッチスパイク制御時には、燃料を吸気行程と圧縮行程の２回に分けて噴射する分割噴射が行われる。従って、燃料噴射量として、吸気行程での噴射量と、圧縮行程での噴射量が設定される。また、燃料噴射時期として、吸気行程での噴射時期と、圧縮行程での噴射時期が設定される。このとき、本実施形態では、排気ガス中の酸素濃度が０．３％以下になるような１４．５以下の空燃比に対応する噴射量が設定される。従って、この制御開始後には、排気ガス中の酸素濃度は、速やかに低下し、例えば、１秒以内に空燃比がリッチになる。
【００４２】
ステップＳ８でＹＥＳのときには、所定時間が経過しているのでリッチスパイク処理を終了すべく、ステップＳ１２でＴλをリセットし、さらに、ステップＳ１３でＮＯｅｓをリセットする。
【００４３】
ステップＳ６でＹＥＳのときには、リッチスパイクと併せてＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断を行うべくステップＳ１４に進む。本実施形態では、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断を併せて行うリッチスパイク処理では、まず、排気中の酸素濃度を徐々に低下させるテーリングが行われる。
【００４４】
ステップＳ１４で、現在の空燃比実Ａ／Ｆが、最終目標空燃比Ａ／Ｆλに達したかを判定する。最終目標空燃比は、ＮＯｘ吸着触媒のＯ２ストレージ能力が劣化したと診断される前はλ＝１の理論空燃比とされ、Ｏ２ストレージ能力が劣化したと診断されたときにはλ＝１より少しリーン側の値（Ａ／Ｆ＝１５〜１６）をされる。ステップＳ１４の判定は、たとえば、上流側酸素濃度センサ２４ａの出力に基づいて行われる。ステップＳ１４でＹＥＳのときには、ステップＳ１５で、目標空燃比Ａ／Ｆｒｅｆをα減少させる。αの値は、空燃比が、２２以上のリーン状態から１４．７に、たとえば、５秒程度の時間をかけて移行するような値に設定されるのが好ましい。
【００４５】
次いで、減少させられた目標空燃比Ａ／Ｆｒｅｆに基づくスロットルバルブ開度Ｔｖを、ステップＳ１６で設定し、この開度に基づいてステップＳ１７でスロットルバルブを駆動する。
【００４６】
次いで、ステップＳ１８で、ステップＳ１５で設定された目標空燃比Ａ／Ｆｒｅｆに基づいて、テーリング用の燃料噴射量Ｑｍｃ、燃料噴射時期Ｉｍｃ、点火タイミングθｍｃを設定する。次いで、ステップＳ１９で、テーリングを示すフラグＦｍｃに１をたてる。
【００４７】
一方、ステップＳ１４でＮＯ、即ち、実空燃比が最終目標空燃比にあるときには、所定時間、リッチ（最終目標空燃比）状態を維持する処理がおこなわれる。即ち、ステップＳ２０に進み、フラグＦｍｃをリセットし、ステップＳ２１に進み、リッチ状態を維持するために使用するタイマＴｍに１を加算し、ステップＳ２でタイマの値Ｔｍが所定値Ｔｍ０を越えたか否かを判定する。ステップＳ２２でＮＯのときには、ステップＳ２３に進み、スロットルバルブ開度Ｔｖをリッチ空燃比（最終目標空燃比）用のスロットルバルブ開度Ｔｖλ２に設定して、ステップＳ２４で、スロットルバルブ開度Ｔｖλ２となるようにスロットル弁を駆動させる。次いで、ステップＳ２５で、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火タイミングのそれぞれを、リッチ（最終目標空燃比）維持用の燃料噴射量Ｑλ２、燃料噴射時期Ｉλ２、点火タイミグθλ２に設定する。
【００４８】
一方、ステップＳ２２でＹＥＳのときには、リッチ（最終目標空燃比）を維持すべき時間が経過したので、ステップＳ２６に進み、Ｔｍをリセットして、さらに、ステップＳ２７でＮＯｅｓをリセットする。
【００４９】
ステップＳ５でＮＯのときには、ステップＳ２８に進み、Ｔλをカウント中であるか否かを判定する。ステップＳ２８でＹＥＳであれば、リッチスパイク処理中であるので、ステップＳ７に進む。ステップＳ２８で、ＮＯのときには、ステップＳ２９に進み、テーリングのフラグＦｍｃが１であるか否かを判定する。ステップＳ２９でＹＥＳであれば、テーリング中であるので、ステップＳ１４に進む。ステップＳ２９でＮＯのときには、ステップＳ３０に進み、リッチ（最終目標空燃比）維持用の継続時間を示すタイマＴｍをカウント中であるか否かを判定する。ステップＳ３０で、ＹＥＳのときには、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ１１、ステップＳ１３、ステップＳ１９、ステップＳ２５、ステップＳ２７、及びステップＳ３０終了後には、ステップＳ３１に進み、設定されている噴射量および噴射タイミング燃料噴射を実行させ、ステップＳ３２で設定されているタイミング点火が行われる。
【００５０】
図３は、本実施形態において、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断のために行われる、テーリング処理とこれに続くリッチ（最終目標空燃比）維持の処理前後の、空燃比（ａ）、排気中の酸素濃度（ｂ）およびＮＯｘセンサ２６の出力値（ｃ）を示すタイムチャートである。
【００５１】
ＮＯｘ吸着触媒２５からのＮＯｘの放出開始直前はリーン状態である。本実施形態では、空燃比が、このリーン状態（例えば空燃比２２以上）から、約５秒かけてλ＝１に移行するような制御が行われる。即ち、図３のｔ１からｔ３までが、約５秒となるように設定されている。本実施形態では、上流側酸素濃度センサ２４ａの出力に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５の上流側の酸素濃度が、空燃比１４．７（最終目標空燃比）に対応する排気通路内の酸素濃度である０．５％まで減少するとテーリングを停止し、空燃比をその状態で維持する。
【００５２】
このようなリッチスパイク制御が開始（ｔ１）されると、空燃比の低下によって、ＮＯｘ吸着触媒２５に流れ込む排気中の酸素濃度（上流側酸素濃度）は低下し、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれるＯ２ストレージ材からＯ２の放出が行われる（図３ｂ）。このため、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が行われている間は、ＮＯｘ吸着触媒の周囲の酸素濃度が低濃度側（即ち空燃比リーン側）にシフトして、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘ放出が抑制される。このため、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が完了すると、ＮＯｘ吸着触媒周囲の空燃比のリーン側へのシフトが解消され、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘ放出が急増する。尚、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が完了すると（ｔ２）、ＮＯｘ吸着触媒２５の下流側のＯ２濃度が急激に減少するので、ＮＯｘ吸着触媒の下流側Ｏ２濃度に基づいて、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出完了を検出することができる。
【００５３】
従って、空燃比が低下すると、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれるＮＯｘ吸着材からのＮＯｘ放出量がＮＯinから徐々に増大していく。このＮＯｘ放出は、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が完了（ｔ２）すると、急激に増大して、ピーク（ＮＯmax）まで増加した後、ＮＯmin（ｔ４）まで減少し、その後、ほぼ一定値をとることになる。このように、本実施形態では、酸素濃度を減少させるべく空燃比を低下させたときの、ＮＯｘ吸着触媒からのＮＯｘ放出状態は、２つのステージ（ｔ１−ｔ２、ｔ２−ｔ４）に分かれることになる。
そして、第１のステージ（ｔ１−ｔ２）におけるＮＯｘセンサの出力値（図３（ｃ）の網線で示される領域）がＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下度合い（Ｏ２ストレージ材の劣化）に関連する値であり、第２のステージ（ｔ２−ｔ４）におけるＮＯｘセンサの出力値（図３（ｃ）の斜線で示される領域）がＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下度合い（触媒金属の劣化）に関連する値となる。従って、これら各ステージにおけるＮＯｘセンサの出力値に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下度合い（Ｏ２ストレージ材の劣化）、および、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下度合い（触媒金属の劣化）を診断することができる。
【００５４】
次に、ＥＣＵ３２が行うＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断処理の内容を、図４のフローチャートに沿って説明する。
【００５５】
まず、ステップＳ４０で、アクセル開度、アクセル開度変化、エンジン回転数、エンジン冷却水温度等のデータを入力する。次いで、ステップＳ４１に進み、モニタ（診断）開始条件が成立しているか否かという、図２のステップＳ６と同じ判断を行う。ステップＳ４１でＹＥＳのときには、ステップＳ４２に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値とエンジンの運転状態から、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量を算出する。即ち、エンジンの運転状態からＮＯｘ吸着触媒２５の上流側のＮＯｘ量が、ＮＯｘセンサ２６の出力値からＮＯｘ吸着触媒２５の下流側のＮＯｘ量が、それぞれ、推定されるので、事前の実験によって求められた数値を記憶しているルックアップテーブルに基づいてＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が算出される。
【００５６】
次いで、ステップＳ４３に進み、ステップＳ４２に算出したＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量に基づいて、Ｏ２ストレージ材の劣化診断用の判定しきい値、および、触媒金属の劣化診断用の判定しきい値を補正する処理を行う。
具体的には、ステップＳ４２で算出したＮＯｘ吸着量と、リッチスパイク開始用しきい値ＮＯeso（所定量）との偏差が大きいほど、ＮＯｘ吸着触媒２５のＯ２ストレージ能力の低下を診断する後述の第１の判定しきい値を大きく補正してＯ２ストレージ材が劣化したと判定され易くする処理が行われる。
また、ステップＳ４２で算出したＮＯｘ吸着量と、リッチスパイク開始用しきい値ＮＯeso（所定量）との偏差が大きいほど、ＮＯｘ吸着触媒２５のＯ２ストレージ能力の低下を診断する後述の第２の判定しきい値を小さく補正してＯ２ストレージ材が劣化したと判定され易くする処理が行われる。
【００５７】
前回のリッチスパイク処理中にエンジンが停止される等して所定量よりも極めて多い量のＮＯｘがＮＯｘ吸着触媒に吸着されている場合には、通常の判定しきい値を用いてＯ２ストレージ材の劣化診断を行うと、Ｏ２ストレージ材が劣化しているにもかかわらず、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている多量のＮＯｘのために劣化していないと誤診断されることがある。このため、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が、リッチスパイク処理の開始判定用のしきい値である所定量より大きいと判定されたときには、ＮＯｘ吸着量としきい値である所定量との差に応じて、Ｏ２ストレージ能力の劣化判定用のしきい値が劣化と判定され易い方向に補正して、このような誤診断が防止している。
【００５８】
また、ステップＳ４２で算出したＮＯｘ吸着量と、リッチスパイク開始用のしきい値（所定量）との偏差が大きいほど、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属の劣化診断用の後述する判定しきい値（第３、第４および第５の判定しきい値）の少なくとも１つを増大補正して、触媒金属が劣化したと判定され難くする処理が行われる。
【００５９】
前回のリッチスパイク処理中にエンジンが停止される等して所定量よりも極めて多い量のＮＯｘがＮＯｘ吸着触媒に吸着されている場合には、通常の判定しきい値を用いて触媒金属の劣化診断を行うと、触媒金属が劣化していないにもかかわらず、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている多量のＮＯｘのために劣化していると誤診断されることがある。このため、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が、リッチスパイク処理の開始判定用のしきい値である所定量より大きいと判定されたときには、ＮＯｘ吸着量としきい値である所定量との差に応じて、触媒金属の劣化判定用のしきい値が劣化判定され難い方向に補正して、このような誤診断をが防止している。
【００６０】
さらに、ステップＳ４２で算出したＮＯｘ吸着量と、リッチスパイク開始用のしきい値（所定量）とＮＯ吸着触媒のＯ２ストレージ能力の低下診断に用いる後述の所定時間を増大補正して、劣化判定され易くしている。
【００６１】
本実施態様では、ステップＳ４３で第１ないし第４の判定しきい値およびＯ２ストレージ能力の低下診断に用いる後述の所定時間を補正する構成であるが、本発明は、これらの補正しない構成、あるいは、複数の判定しきい値および所定時間のいずれか１つを補正する構成でもよい。
【００６２】
ステップＳ４３の処理が終了すると、ステップＳ４４に進み、空燃比がλ＝１（リッチ）からリーンに移行した直後であるか否かを判定する。リッチスパイク処理が終了した直後であるか否かを判定するためである。
【００６３】
ステップＳ４４でＮＯのときには、ステップＳ４５に進み、空燃比がリーンからλ＝１（リッチ）に移行を開始した後であるか（ｔ１以降であるか）否かを判定する。ステップＳ４５でＹＥＳのときには、劣化診断を伴うリッチスパイク処理中であるので、ステップＳ４６に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値を記憶する。次いで、ステップＳ４７に進み、下流側酸素濃度センサ２５ｂの出力値が空燃比λ＝１における下流側酸素濃度を示す値以下であるか否かを判定する。ステップＳ４７でＮＯのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれるＯ２ストレージ材からのＯ２放出が継続されているｔ１−ｔ２の期間であるから、ステップＳ４６に戻り、ステップＳ４７でＹＳＥとなるまでＮＯｘセンサ２６の出力を記憶する処理を繰り返す。
初回のステップＳ４６で記憶されたＮＯｘセンサ２６の出力値が、ＮＯinとなり、最後回のステップＳ４６で記憶されたＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯstとなる。
【００６４】
ステップＳ４７でＹＥＳのときには、図３（ｃ）のｔ２に達したと判定され、ステップＳ４８に進み、ＮＯｘセンサの出力値ＮＯin、ＮＯst、時間（ｔ２−ｔ１）、期間（ｔ１−ｔ２）におけるＮＯｘセンサの出力値の積分値（ＮＯ１）を算出して、記憶する。
次いで、ステップＳ４９に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯinと同じ値であるか否かを判定する。ステップＳ４９でＮＯのときには、ｔ２からｔ４までの期間中であるので、ステップＳ５０に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値を記憶し、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯinになるまで、ステップＳ５０の処理を繰り返す。
【００６５】
ステップＳ４９でＹＥＳとなると、この時点をｔ４とし、ステップＳ５１に進んで、その時点（ｔ４）でのＮＯｘセンサの出力値をＮＯminとして記憶するとともに、ｔ２からｔ４までのＮＯｘセンサ２６の出力値の最大値ＮＯmax、（ｔ２−ｔ４）までのＮＯｘセンサの出力値の積分値（ＮＯ２）を算出し、記憶してリターンする。
【００６６】
一方、ステップＳ４４でＹＥＳのときには、ステップＳ５２に進み、タイマＴＬに１を加算し、ステップＳ５３でタイマＴＬが所定値ＴＬ０を越えたか否かを判定する。ステップＳ４４でＹＥＳのときは、リッチスパイクが終了したことを示しているのでステップＳ５２、ステップＳ５３で安定化のための時間をとる。
【００６７】
ステップＳ５３でＹＥＳとなると、ステップＳ５４に進み、上記積分値ＮＯ１とＮＯ２との和が、ＮＯｘ吸着度判定用しきい値より小さいか否かを判定する。ステップＳ５４でＹＥＳ即ち（ＮＯ１＋ＮＯ２）がＮＯｘ吸着度判定用しきい値（第６の判定しきい値）より小さいときには、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれるＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着能力が低下していると診断（劣化診断）され、ステップＳ５５で、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着能力が低下している事実をメモリに読み出し可能に記憶し、警告ランプを点灯させる等の警告処理を実行する。
【００６８】
ステップＳ５４でＮＯ、および、ステップＳ５５の処理を完了すると、ステップＳ５６に進み、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれているＯ２ストレージ材の劣化診断を実行する。
本実施態様の浄化装置は、下記の３種類の劣化診断方法の少なくとも１つを実行するように構成されている。第１の方法は、空燃比制御による酸素濃度低下（リッチスパイク）開始時点（ｔ１）から、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了時点（ｔ２）までの期間におけるＮＯｘセンサ出力値の時間積分値が、所定の判定しきい値（第１の判定しきい値）より小さいとき、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断する方法である。
第２の方法は、空燃比制御によるリッチスパイク開始時点（ｔ１）から、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了時点（ｔ２）までの期間におけるＮＯｘセンサ出力値の最大値と最小値との偏差を、その期間（ｔ１−ｔ２）の時間で除した値が、所定の判定しきい値（第２の判定しきい値）より大きいとき、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれているＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断する方法である。
第３の方法は、リッチスパイク開始時点（ｔ１）から、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了する時点（ｔ２）までの時間が、所定時間より短いときに、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると診断する方法である。
【００６９】
これらの判定しきい値、所定時間は、ステップＳ４３でＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量に応じて、適宜補正されている。
【００７０】
劣化診断が完了すると、ステップＳ５７に進み、Ｏ２ストレージ能力が低下即ちＯ２ストレージ材が劣化していたか否かを判定する。本実施態様では、複数の方法で劣化診断を行った場合、少なくとも１つの方法によりＯ２ストレージ性能低下（Ｏ２ストレージ材劣化）と診断されたときには、性能低下（劣化）と判断する。
ステップＳ５７でＹＥＳのときには、ステップＳ５８に進み、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下（Ｏ２ストレージ材が劣化）している事実をメモリに読み出し可能に記憶し、の警告ランプを点灯させる等の警告処理を実行する。
【００７１】
次いで、ステップＳ５９に進み、リッチスパイク時の目標空燃比（Ａ／Ｆ）をλよりリーン側に設定する。リッチスパイク時にはＯ２ストレージ材からＯ２が放出されるので、このＯ２ストレージ材からの酸素放出を見込んで、空燃比制御によって実現される排気通路の酸素濃度の値を、排気通路で実際に必要とされる酸素濃度の値より小さく設定している。このため、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下していると、Ｏ２ストレージ材から見込まれた量のＯ２が放出されず、その結果、リッチスパイク時に排気通路の酸素濃度が目標値より低い値となる。そこで、本実施態様では、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が低下により、リッチスパイク時におけるＯ２ストレージ材からＯ２放出量が減少するときには、ステップＳ５９で、リッチスパイク時の排気通路の酸素濃度を、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が劣化していない状態でのリッチスパイク時の排気通路の酸素濃度より高く設定し、Ｏ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力が劣化であってもリッチスパイク時に排気通路内の酸素濃度を確保している。
【００７２】
ステップＳ５７でＮＯまたはステップＳ５９の処理が終了すると、ステップＳ６０に進み、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれる触媒金属の劣化診断を実行する。
本実施態様の浄化装置は、下記の３種類の劣化診断方法の少なくとも１つを実行するように構成されている。第１の方法は、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点（ｔ２）後のＮＯｘセンサ出力値の最大値（ＮＯmax）が、所定の判定しきい値（第３の判定しきい値）より大きいとき、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断する方法である。
【００７３】
又、第２の方法は、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点（ｔ２）から所定時間が経過した時点（ｔ４）するまでのＮＯｘセンサ出力値の時間積分値が、所定の判定しきい値（第４の判定しきい値）より大きいとき、ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断する方法である。
【００７４】
さらに、第３の方法は、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点（ｔ２）と所定時間が経過した時点（ｔ４）との間のＮＯｘセンサ出力値の最大値ＮＯmaxと、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点（ｔ２）でのＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘinとの偏差を、Ｏ２ストレージ材からのＯ２放出が終了した時点（ｔ２）のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘinと所定時間が経過した時点（ｔ４）のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘminとの偏差で除した値が、所定の判定しきい値（第５の判定しきい値）より大きいとき、ＮＯｘ吸着触媒２５に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下していると診断する方法である。
【００７５】
これらの判定しきい値は、ステップＳ４３でＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量に応じて、適宜補正されている。
【００７６】
触媒金属の劣化診断が完了すると、ステップＳ６１に進み、金属触媒の還元能力が低下即ち触媒金属が劣化していたか否かを判定する。本実施態様では、複数の方法で触媒金属の劣化診断を行った場合、少なくとも１つの方法により触媒金属のＮＯｘ還元能力低下（触媒金属劣化）と診断されたときには、性能低下（劣化）と判断する。
ステップＳ６１でＹＥＳのときには、ステップＳ６２に進み、触媒金属の還元能力が低下（触媒金属が劣化）している事実をメモリに読み出し可能に記憶し、警告ランプを点灯させる等の警告処理を実行する。
【００７７】
次いで、ステップＳ６３に進み、リッチスパイク処理の開始用のしきい値ＮＯesoの値を減少させる補正を行う。ＮＯｘ吸着触媒に含まれる触媒金属のＮＯｘ還元能力が低下し、触媒金属が還元できるＮＯｘ量が低下しているので、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量が少ない状態で、リッチスパイク処理が行われる。個の結果、排気系外へのＮＯｘ放出が抑制される
ステップＳ６１でＮＯのとき及びステップＳ６３の処理を終了したときはリターンする。
【００７８】
また、ステップＳ４１でＮＯのときは、ステップＳ６４に進み、ＮＯｘセンサの出力値、酸素濃度センサの出力値、タイマＴＬ、ＮＯst、ＮＯin、ＮＯmin、ＮＯmax、（ｔ１−ｔ２）の経過時間、ｔ１からｔ２のＮＯｘセンサの出力積分値（ＮＯ１）、ｔ２からｔ４のＮＯｘセンサの出力積分値（ＮＯ２）等のデータをリセットし、リターンする。また、ステップＳ４３でＮＯのときにもリターンする。
【００７９】
本発明は、前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。
【００８０】
例えば、前記実施形態では、ステップＳ１４で、上流側酸素濃度センサ２４ａの出力に基づいて、現在の空燃比実Ａ／Ｆが、λの空燃比Ａ／Ｆλに達したかを判定しているが、テーリング開始時点から所定時間が経過したことによって、λの空燃比Ａ／Ｆλに達した判定する構成でもよい。
また、劣化の具体的な診断方法は、前記実施形態の方法に限定されるものではない。
【００８１】
また、前記実施形態は、リーン状態からλ＝１に５秒程度で移行するものであるが、本発明はこの数値に限定されるものではない。この移行期間は、種々の条件を勘案して、例えば、３秒から３０秒の間の適当な時間を設定することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＮＯｘ吸着触媒に含まれるＯ２ストレージ材のＯ２ストレージ能力の低下および触媒金属のＮＯｘ還元能力の低下を、個別に精度良く診断することできる診断機能を備えたエンジンの排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】ＥＣＵで行われるエンジン制御の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】テーリング処理とこれに続くリッチ維持の処理前後の、空燃比（ａ）、排気中の酸素濃度（ｂ）およびＮＯｘセンサ２６の出力値（ｃ）とを示すタイムチャートである。
【図４】ＮＯｘ吸着触媒の劣化診断制御の際にＥＣＵで行われる処理の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１：エンジン本体
２４ａ：上流側酸素濃度センサ
２４ｂ：下流側酸素濃度センサ
２５：ＮＯｘ吸着触媒
２６：ＮＯｘセンサ
３２：ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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