(57)【要約】【課題】ＮＯｘトラップ触媒の劣化を高精度に診断する。【解決手段】第１の劣化診断として、リッチスパイク運転時に、触媒入口側の空燃比（又はＨＣ量）の変化に対する、触媒出口側の空燃比（又はＨＣ量）の変化に基づいて、触媒の劣化を診断する。第１の劣化診断により触媒が劣化している判断された場合に、理論空燃比運転に移行して、触媒出口側の空燃比をフィードバック制御し、このときのフィードバック量の反転周期から、最終的に触媒の劣化を診断する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中の酸化剤と還元剤の割合を変化させる排気雰囲気可変手段と、
内燃機関の排気通路に配置され、少なくとも、前記排気雰囲気可変手段により変化する前記割合に応じて窒素酸化物を吸着又は還元して排気を浄化する機能を持つ排気後処理装置と、
前記排気後処理装置の上流に設けられ排気中の酸化剤と還元剤の割合を検知する第１の排気雰囲気検知手段と、
前記排気後処理装置の下流に設けられ排気中の酸化剤と還元剤の割合を検知する第２の排気雰囲気検知手段と、
排気雰囲気がリッチ側又はリーン側に切換えられる通常の運転条件において、前記第１及び第２の排気雰囲気検知手段の検知結果の変化から前記排気後処理装置の劣化を診断する第１の劣化診断手段と、
前記第１の劣化診断手段により前記排気後処理装置が劣化していると判断された場合に、診断用の運転モードに移行して、前記第２の排気雰囲気検知手段の検知結果の変化から前記排気後処理装置の劣化を診断する第２の劣化診断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気後処理装置の診断装置。
【請求項２】
前記第１の劣化診断手段は、リーン運転からリッチ運転への移行時あるいはリッチ運転からリーン運転への移行時に診断を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気後処理装置の診断装置。
【請求項３】
前記第１の劣化診断手段は、前記第１の排気雰囲気検知手段の出力値が所定値に変化した時点から、前記第２の排気雰囲気検知手段の出力値が所定値となる時点までの、前記第１の排気雰囲気検知手段の出力値と前記第２の排気雰囲気検知手段の出力値との差の積分量を演算する手段を備え、前記積分量に基づいて前記排気後処理装置の劣化を診断することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気後処理装置の診断装置。
【請求項４】
前記第２の劣化診断手段は、診断用の運転モードとして、理論空燃比運転に移行して、診断を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気後処理装置の診断装置。
【請求項５】
前記第２の劣化診断手段は、前記第２の排気雰囲気検知手段の出力値に基づいて排気空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御する手段と、フィードバック制御時のフィードバック量の反転周期を計測する手段と、を備え、前記反転周期に基づいて前記排気後処理装置の劣化を診断することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気後処理装置の診断装置。
【請求項６】
圧縮自着火エンジンに装着された排気後処理装置の劣化診断に適用することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気後処理装置の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気後処理装置に関し、特にその診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼式内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気後処理装置として、内燃機関の排気通路に吸着還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘトラップ触媒）を配置することが知られている。
【０００３】
ＮＯｘトラップ触媒は、触媒に流入する排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着し、排気の空燃比が低く且つ還元剤が存在するときは吸着していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出しつつ窒素（Ｎ２）に還元する触媒である。
【０００４】
ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸着能力には限りがあるため、そのＮＯｘ吸着能力が飽和する前に適当なタイミングで、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出及び還元させる必要がある。
【０００５】
そこで、従来の排気後処理装置では、ＮＯｘトラップ触媒より上流の排気中に適当なタイミングで短周期的に還元剤たる燃料を添加することにより、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比を一時的に低下させつつＮＯｘトラップ触媒へ還元剤を供給し、ＮＯｘトラップ触媒に吸着されていた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出及び還元させる、いわゆるリッチスパイク制御が実行されている（特許文献３）。
【０００６】
一方、上記したような排気後処理装置では、高い排気浄化効率が得られるので、ＮＯｘトラップ触媒の異常を精度良く検出することが従来に増して重要となってきている。
【０００７】
このような要求に対し、従来では、特許文献１、２に示されているように、ＮＯｘトラップ触媒に吸着される窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出浄化せしめるリッチスパイク制御時に、ＮＯｘトラップ触媒から流出する排気の空燃比を測定し、測定された空燃比が理論空燃比近傍に維持されている時間に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の劣化を診断する方法が提案されている。
【０００８】
また、内燃機関の排気通路に装着された排気浄化触媒の劣化を診断する手法として、触媒の下流側に設けたＯ２センサの出力に応じて機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御し、そのときのＯ２センサ出力の反転周期を計測し、該計測した反転周期を用いて触媒の劣化診断を行う手法が従来より知られている（特許文献４）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３８９２９号公報
【特許文献２】特開２００１−７３７４７号公報
【特許文献３】特開平７−２７９７１８号公報
【特許文献４】特開平１０−１２１９４３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術での触媒の劣化診断では、精度という点で、次のような問題がある。
【００１１】
例えば特許文献１、２に示す触媒の劣化診断では、リッチスパイク運転時に、触媒出口側の空燃比（触媒出口λ）が理論空燃比近傍に維持されている時間ΔＴｉｍｅを計測し、これを診断閾値と比較して、触媒の劣化を診断するわけであるが、リッチスパイク運転時の空燃比の制御（目標λ）がばらつくと理論空燃比近傍に維持されている時間ΔＴｉｍｅが変化するため、誤診断してしまう恐れがある（図２２参照）。
【００１２】
リッチスパイク運転時の空燃比制御の制御精度の改善はもとより重要であるが、せいぜい数秒間のリッチスパイク運転時に、空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制御を行っても、これによる制御精度向上にはおのずと限界があり、常に所定量の空燃比制御誤差があることを前提に、触媒の劣化を診断する必要がある。
【００１３】
また、一方で、特許文献４に示すように、触媒の劣化を診断する手法として、触媒の下流側に設けたＯ２センサの出力に応じて機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御し、そのときのＯ２センサ出力の反転周期を計測し、該計測した反転周期を用いて触媒の劣化診断を行う手法が知られているが、ディーゼルエンジンのような圧縮自着火エンジンでは、理論空燃比近傍での運転を通常しないエンジンなので、劣化診断のために燃費が悪化する他（リーン運転から理論空燃比運転になるため）、圧縮自着火エンジンでは理論空燃比近傍では燃料の不均一さから排気微粒子（すす）の発生を抑制するのが難しく、ガス排気は触媒で浄化できるものの、排気微粒子捕集用フィルタ（ＤＰＦ）への堆積が急速に進み、再生間隔が短くなり、これも大幅な燃費悪化につながる。
【００１４】
本発明は、このような点に着目してなされたものであり、排気後処理装置の劣化度合を正確に診断でき、かつ燃費の悪化をできるだけ抑制できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、第１の劣化診断として、排気雰囲気がリッチ側（還元雰囲気）又はリーン側（酸化雰囲気）に切換えられる通常の運転条件において、排気後処理装置の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた第１及び第２の排気雰囲気検知手段の検知結果の変化から排気後処理装置の劣化を診断し、第１の劣化診断により排気後処理装置が劣化していると判断された場合に、第２の劣化診断のため、診断用の運転モードに移行して、前記第２の排気雰囲気検知手段の検知結果の変化から排気後処理装置の劣化を診断する構成とする。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
排気雰囲気がリッチ側又はリーン側に切換えられる通常の運転条件においての診断は、簡便であるが、過渡的な運転状態での診断であるので、高い精度を得るのは困難である。そこで、これを第１の劣化診断として、これにより排気後処理装置が劣化していると判断された場合にのみ、燃費は悪化するが高精度な診断が期待できる診断用の運転モードに移行して、第２の劣化診断を行う。従って、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、診断精度の向上を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
【００１８】
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には、上流側から、エアクリーナ３、エアフローメータ４、過給機５の吸気コンプレッサ５ａ、インタークーラ６、吸気絞り弁７、コレクタ８が配置されている。従って、エアクリーナ３からの吸入空気は、エアフローメータ４により計量され、過給機５の吸気コンプレッサ５ａにより過給され、インタークーラ６で冷却され、吸気絞り弁７を通過した後、コレクタ８を経て、各気筒の燃焼室９内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ１０により高圧化されてコモンレール１１に送られ、各気筒の燃料噴射弁１２から燃焼室９内へ直接噴射される。燃焼室９内に流入した空気と噴射された燃料は適宜グロープラグ１３により加熱されつつ圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１４へ流出する。
【００１９】
排気通路１４へ流出した排気の一部は、ＥＧＲ（排気還流）ガスとして、ＥＧＲ通路１５によりＥＧＲ弁１６を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、過給機５の排気タービン５ｂを通り、これを駆動する。
【００２０】
ここで、排気通路１４の排気タービン５ｂ下流には、少なくとも、排気中雰囲気可変手段により変化する排気中の酸化剤と還元剤の割合（比率）に応じて窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着又は還元して排気を浄化する機能を持つ排気後処理装置、具体的には、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップしているＮＯｘを放出・還元するＮＯｘトラップ触媒１７を配置してある。そして、その前後（上流側及び下流側）に、排気中の酸化剤と還元剤の割合を検知する第１及び第２の排気雰囲気検知手段として、排気の空燃比λ（数値としては空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ２１、２２を配置してある。
【００２１】
尚、排気後処理装置としては、図２に示すように、ＮＯｘトラップ触媒１７を単独で、これに酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせて用いたり、図３に示すように、ＮＯｘトラップ触媒１７と、その下流側に配置した排気微粒子（すす）捕集用のディーゼルパティキュレートトラップ（ＤＰＦ）１８とを組み合わせて用いたり、更に、図４に示すように、酸化触媒１９を分離させて、ＮＯｘトラップ触媒１７の上流側に配置して用いたりする構成としてもよい。
【００２２】
図２又は図３の場合は、ＮＯｘトラップ触媒１７の前後に空燃比センサ２１、２２を配置するが、図４の場合は、酸化触媒１９の上流側とＮＯｘトラップ触媒１７の下流側にＯ２センサ２１、２２を配置する。尚、図３、図４において、２３はＤＰＦ１８の前後差圧を検出する差圧センサ、２４、２５はＤＰＦ１８の入口側及び出口側の排気温度を検出する排温センサである。
【００２３】
また、本実施形態では、第１及び第２の排気雰囲気検知手段として、広域型の空燃比センサ２１、２２を用いるものとして説明するが、これに代えて、通常のＯ２センサや、ＮＯｘセンサを用いるようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、排気中の酸化剤と還元剤の割合に関連するパラメータとして、空燃比センサ出力（空燃比）をそのまま用いるのではなく、空燃比センサ出力（空燃比）に基づき、排気中の還元剤量（ＨＣ量）を演算するようにしている。従って、第１及び第２の排気雰囲気検知手段は、空燃比センサの他、ＨＣ量演算部を含んで構成される。
【００２５】
図１に戻って、コントロールユニット３０には、エンジン１の制御のため、前記エアフローメータ４、空燃比センサ２１、２２の他、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ３１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ３２、エンジン水温Ｔｗ検出用の水温センサ３３、吸気圧Ｐｉｎｔ  検出用の吸気圧センサ３４などから、信号が入力されている。
【００２６】
コントロールユニット３０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁１２によるメイン噴射及び所定の運転条件においてメイン噴射後（膨張行程又は排気行程）に行うポスト噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁１２への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁７への開度指令信号、ＥＧＲ弁１６への開度指令信号等を出力する。
【００２７】
ところで、ＮＯｘトラップ触媒１７は、リーン運転時にＮＯｘをトラップするが、そのトラップ能力には限りがあるため、そのＮＯｘトラップ能力が飽和する前に適当なタイミングでＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされているＮＯｘを放出させて還元する必要がある。
【００２８】
そこで、コントロールユニット３０では、運転履歴などから、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期を判断し、再生時期と判断された場合に、一時的に、吸気絞り弁７の開度を減少させ、また、燃料噴射弁１２の燃料噴射量を増量させて、リッチ運転（リッチスパイク制御）を行うようにしている。尚、リッチスパイク運転の制御方法については、特許文献３に示される方法を用いてもよく、特に限定されるものではない。
【００２９】
しかし、ＮＯｘトラップ触媒１７自体が劣化すると、排気浄化性能が低下するので、ＮＯｘトラップ触媒１７の劣化診断が必要となる。
このため、コントロールユニット３０では、ＮＯｘトラップ触媒１７のＯ２ストレージ機能を活用するなどして、ＮＯｘトラップ触媒１７の劣化診断を行うようにしており、かかる劣化診断について、以下に詳細に説明する。
【００３０】
本発明での劣化診断は、通常の運転条件において簡便に実施できる第１の劣化診断と、この第１の劣化診断で劣化の可能性が高いと判断された場合に実施し、、高精度に診断できる第２の劣化診断とよりなる。
【００３１】
第１の劣化診断は、排気雰囲気がリッチ側又はリーン側に切換えられる通常の運転条件、すなわち、リーン運転からリッチ運転への移行時あるいはリッチ運転からリーン運転への移行時、更に具体的には、リッチスパイク運転時に、実施する。
【００３２】
第１の劣化診断の手法は、図５（ａ）を参照し、触媒入口側の空燃比λあるいはＨＣ量が所定値に変化した時点から、触媒出口側の空燃比λあるいはＨＣ量が所定値となる時点までの、時間ΔＴｉｍｅ（図２２）を計測するか、又は、この時間ΔＴｉｍｅ内の、入口側と出口側の空燃比λ又はＨＣ量の差の積分量（図２３のΣ（ΔＨＣ））を演算し、前記時間又は前記積分量に基づいてＮＯｘトラップ触媒１７の劣化を診断する。
【００３３】
第２の劣化診断は、第１の劣化診断によりＮＯｘトラップ触媒１７が劣化していると判断された場合に、診断用の運転モード、具体的には、理論空燃比運転に移行して、実施する。
【００３４】
第２の劣化診断の手法は、図５（ｂ）を参照し、下流側空燃比センサ２２の出力値に基づいて排気空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御しつつ、フィードバック制御時のフィードバック量（λ）の反転周期ＴＣＨＫを計測し、この反転周期に基づいてＮＯｘトラップ触媒１７の劣化を診断する。尚、空燃比フィードバック制御時のフィードバック量の反転周期ＴＣＨＫを計測する方法は、特許文献４等で公開されており、詳細については説明を省略する。
【００３５】
以上のように、リッチスパイク運転時の触媒劣化診断は、簡便であるが、過渡的な運転状態での診断なので、高い精度を得るのは困難である。一方、触媒下流側での空燃比フィードバック制御の反転周期から診断する方法は、精度を確保できるが、理論空燃比運転のため燃費への跳ね返りがあり、なるべく実施したくない。
【００３６】
そこで、第１の劣化診断として、簡便なリッチスパイク運転時の触媒劣化診断を採用すると共に、比較的厳しい診断断閾値を設定した状態で、劣化診断を行い、ここで劣化の傾向が見られる場合に、第２の劣化診断として、より精度の高い理論空燃比近傍での空燃比フィードバック制御の反転周期からの劣化診断を実施することで、燃費に悪化を必要最低限にし、かつ精度の高い劣化診断を可能としている。
【００３７】
次に、コントロールユニット３０にて実行される触媒劣化診断の詳細についてフローチャート等に従って説明する。
図６は触媒劣化診断のメインフローチャートである。
【００３８】
Ｓ１では、ＮＯｘトラップ触媒の再生のためのリッチスパイク制御であることを示すフラグＦｒｉｃｈ  の真偽を調べ、リッチスパイク運転中かを調べる。
Ｆｒｉｃｈ  が真の場合（リッチスパイク運転中の場合）は、Ｓ２へ進み、偽の場合は処理を終了する。
【００３９】
Ｓ２では、図８に示す第１の劣化診断（１ｓｔ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ）を実行して、第１の劣化診断の結果Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ１  を演算する。
Ｓ３では、第１の劣化診断の結果Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ１  の真偽を調べる。
【００４０】
Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ１  が真の場合（第１の劣化診断で劣化ありと診断された場合）は、Ｓ４へ進み、偽の場合は処理を終了する。
Ｓ４では、第２の劣化診断を行うため、理論空燃比運転に移行すべく、排気後処理要求ＡＴＳｓｔａｔｅ＝３とするように要求フラグを立てる。排気後処理要求ＡＴＳｓｔａｔｅについては、後述する。
【００４１】
Ｓ５では、図１０に示す第２の劣化診断（２ｎｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ）を実行して、第２の劣化診断の結果Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ２  を演算する。
Ｓ６では、第２の劣化診断の結果Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ２  の真偽を調べる。
【００４２】
Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ２  が真の場合（第２の劣化診断で劣化ありと診断された場合）は、Ｓ７へ進み、排気後処理異常フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧＦ  ＝Ｔｒｕｅとし、処理を終了する。偽の場合は、Ｓ８、Ｓ９へ進み、排気後処理異常フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧＦ  ＝Ｆａｌｓｅ  、第１の劣化診断の結果Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ１  ＝Ｆａｌｓｅ  として、処理を終了する。
【００４３】
図７は排気後処理要求ＡＴＳｓｔａｔｅの説明図である。
エンジン始動から暖機が終わるまでの間は、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝０とし、空燃比（空気乗率）λを１近傍に保ち、昇温運転をする。
【００４４】
暖機が終わると、通常のディーゼル運転モードであるＡＴＳｓｔａｔｅ＝１とし、λ≧１．４  でのリーン運転を行う。
ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量が増加すると、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝２とし、λ≒０．９  でのリッチスパイク運転を行う。このとき第１の劣化診断を行う。
【００４５】
また、ＮＯｘトラップ触媒にＳ（イオウ）が吸着し触媒性能が低下する前に、Ｓ被毒解除運転（  理論空燃比近傍かつ７００℃以上）  を定期的に行う。このため、エンジン運転履歴等でＳ被毒解除要求がでたら、先ずＡＴＳｓｔａｔｅ＝３とし、理論空燃比運転により触媒の昇温を行い、触媒の温度が十分になったら、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝４とし、若干リッチ（λ≒０．９９）にしてＳ被毒解除運転を行う。
【００４６】
また、ＤＰＦに堆積した排気微粒子を燃焼させる（λ＞１．０  、６００℃以上とする）場合も同様に、先ずＡＴＳｓｔａｔｅ＝３とし、理論空燃比運転によりＤＰＦの昇温を行い、ＤＰＦの温度が十分になったら、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝５とし、λ≒１．２  でのＤＰＦ再生運転を行う。尚、触媒やＤＰＦが高温となって焼損の恐れがある場合は、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝６とし、焼損回避のための運転を所定時間行った後、通常運転に戻る。
【００４７】
従って、図６のフローのＳ４では、第２の劣化診断を理論空燃比運転にて実施するため、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝３としているわけである。
図８は、図６のフローのＳ２にて実行される第１の劣化診断のフローチャートであり、図９に第１の劣化診断の様子を示している。
【００４８】
Ｓ１１では、ＮＯｘトラップ触媒上流のＨＣ量ＨＣ−Ｆが所定値ＳＬ−ＨＣ−ＳＦ＃  より小さい（リッチ運転になっている）か、また、Ｓ１２では、ＮＯｘトラップ触媒下流のＨＣ量ＨＣ−Ｒが所定値ＳＬ−ＨＣ−ＳＲ１＃より小さい（リッチ運転になっている）かを調べる。ＨＣ量の演算は、空燃比センサ出力に基づいてなされるが、これについては後述する。
【００４９】
Ｓ１１、Ｓ１２でいずれも真の場合は、Ｓ１３へ進み、排気後処理診断中フラグＦ−ＯＢＤ−ＡＴＳ  ＝Ｔｒｕｅとした後、Ｓ１４へ進む。Ｓ１１又はＳ１２で偽の場合は、Ｓ２３へ進み、排気後処理診断中フラグＦ−ＯＢＤ−ＡＴＳ  ＝Ｆａｌｓｅ  とし、処理を終了する。
【００５０】
Ｓ１４では、ＮＯｘトラップ触媒の前後のＨＣ量ＨＣ−ＦとＨＣ−Ｒとの差のＨＣ積分量ＫＯＢＤＨＣを次式により演算する。
ＫＯＢＤＨＣ＝ＫＯＢＤＨＣｎ−１  ＋（ＨＣ−Ｆ−ＨＣ−Ｒ）
Ｓ１５では、ＮＯｘトラップ触媒下流のＨＣ量ＨＣ−Ｒが所定値ＳＬ−ＨＣ−ＳＲ２＃より小さい（理論空燃比保持期間が終了した）か、また、Ｓ１６では、ＮＯｘトラップ触媒の前後のＨＣ量ＨＣ−ＦとＨＣ−Ｒとの差｜ＨＣ−Ｆ−ＨＣ−Ｒ｜が所定値ＫＤＨＣ＃  以内になっている（正常な状態での診断をした）かを調べる。
【００５１】
Ｓ１５、Ｓ１６でいずれも真の場合は、Ｓ１７へ進む。Ｓ１５又はＳ１６で偽の場合は、Ｓ２２へ進み、第１の劣化診断結果フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧ１  を前回の診断結果（Ｆ−ＡＴＳ−ＮＧ１ｎ−１）と同一として処理を終了する。
【００５２】
Ｓ１７では、最終ＨＣ積分量ＫＯＢＤＦ  を確定し（ＫＯＢＤＦ  ＝ＫＯＢＤＨＣｎ−１  ）し、Ｓ１８では、これまでのＨＣ積分量ＫＯＢＤＨＣをクリアする。
Ｓ１９では、最終ＨＣ積分量ＫＯＢＤＦ  が所定の診断閾値ＫＯＢＤＦＳＬ＃より大きいか否かを判断する。真の場合はＳ２０へ進み、触媒は正常と判断し、第１の劣化診断結果フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧ１  ＝Ｆａｌｓｅ  として処理を終了する。偽の場合はＳ２１へ進み、触媒は異常と判断し、第１の劣化診断結果フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧ１  ＝Ｔｒｕｅとして処理を終了する。
【００５３】
図１０は、図６のフローのＳ５にて実行される第２の劣化診断のフローチャートであり、図１１に第２の劣化診断の様子を示している。
Ｓ３１では、排気後処理要求ＡＴＳｓｔａｔｅ＝３又は４の運転（理論空燃比近傍の運転）かどうか、また、Ｓ３２では、ＮＯｘトラップ触媒下流の空燃比センサにより検出される空燃比Ｒｌａｍｂｒが目標空燃比に収束している状態（｜Ｒｌａｍｂｒ−１｜＜ＫＬＡＭＣＯＭ＃）かどうか、を判断する。
【００５４】
Ｓ３１、Ｓ３２でいずれも真の場合は、Ｓ３３へ進み、Ｓ３１又はＳ３２で偽の場合は、処理を終了する。
Ｓ３３では、空燃比フィードバック制御の反転周期ＴＣＨＫを読込み、これが診断閾値ＳＬ−ＴＣＨＫ＃より小さいかを判断する。真の場合はＳ３４へ進み、触媒は異常と判断し、第２の劣化診断結果フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧ２  ＝Ｔｒｕｅとして処理を終了する。偽の場合はＳ３５へ進み、第２の劣化診断結果フラグＦ−ＡＴＳ−ＮＧ２  ＝Ｆａｌｓｅ  として処理を終了する。
【００５５】
図１２は広域型空燃比センサ出力から空燃比（実λ）を演算するフローチャートである。ＮＯｘトラップ触媒の上流側及び下流側のセンサともに演算方式は同一である。
【００５６】
Ｓ４１で空燃比センサのポンプ電流を読込み、Ｓ４２で図１３に示すようなテーブルを用いて空燃比Ｒｌａｍｂ０に変換し、Ｓ４３で加重平均処理を行い、最終的な空燃比（上流側の空燃比Ｒｌａｍｂｆ、下流側の空燃比Ｒｌａｍｂｒ）を得る。
【００５７】
図１４は目標アクセル要求燃料噴射量Ｑｆｄｒｖ  を演算するフローチャートである。
Ｓ５１でエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯを読込む。Ｓ５２でＮｅ、ＡＰＯから図１５に示すようなマップを検索して基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖ  を求める。Ｓ５３でアイドル回転制御のためのアイドル補正量Ｑｆｉｓｃ  を演算する。Ｓ５４で基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖ  にアイドル補正量Ｑｆｉｓｃ  を加算して、目標アクセル要求燃料噴射量Ｑｆｄｒｖ  を求め、処理を終了する、
図１６は吸気系の応答時定数相当値Ｋｋｉｎ  を演算するフローチャートである。
【００５８】
Ｓ６１でエンジン回転数Ｎｅ、目標アクセル要求燃料噴射量Ｑｆｄｒｖ  、吸気圧Ｐｉｎｔ  、ＥＧＲ率Ｍｅｇｒｄを読込む。Ｓ２で例えば図１７、図１８に示すようなマップ、テーブルを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び目標アクセル要求燃料噴射量Ｑｆｄｒｖ  から体積効率基本値Ｋｉｎｂ  、吸気圧Ｐｉｎｔ  から体積効率吸気圧補正値Ｋｉｎｈ  を演算する。Ｓ３で体積効率基本値Ｋｉｎｂ  、体積効率吸気圧補正値Ｋｉｎｈ  、ＥＧＲ率Ｍｅｇｒｄより次式に従って体積効率相当値Ｋｉｎ  を演算する。
【００５９】
Ｋｉｎ＝Ｋｉｎｂ  ×Ｋｉｎｈ  ×１／（１＋Ｍｅｇｒｄ／１００）
Ｓ６４では、体積効率相当値Ｋｉｎ  に容積比ＫＶＯＬを乗じて、吸気系の応答時定数相当値Ｋｋｉｎ  を求め、処理を終了する、尚、容積比ＫＶＯＬは、吸気系容積Ｖｍとシリンダ行程容積Ｖｃとの比（Ｖｃ／Ｖｍ）である。
【００６０】
図１９はシリンダ吸入新気量Ｑａｃを演算するフローチャートである。
Ｓ７１でエアフローメータ（ＡＦＭ）の出力電圧を読込み、Ｓ７２で図２０に示すようなテーブルを用いて吸気量Ｑａｓに変換し、Ｓ７３でその値に加重平均処理を行った値Ｑａｓ０  を求める。Ｓ７４でエンジン回転数Ｎｅを読込む。Ｓ７５で吸気量Ｑａｓ０  、エンジン回転数Ｎｅ及び定数ＫＣＯＮ＃  から１シリンダ当たりの吸気量Ｑａｃ０  ＝Ｑａｓ０  ／Ｎｅ×ＫＣＯＮ＃  を演算する。Ｓ７６で１シリンダ当たりの吸気量Ｑａｃ０  のｋ回演算分のディレイ処理を行いコレクタ入口の新気量Ｑａｃｎ  ＝Ｑａｃ０ｎ−ｋを演算する。Ｓ７７で吸気系の応答時定数相当値Ｋｋｉｎ  を用いて、コレクタ入口の新気量Ｑａｃｎ  から次式のような遅れ処理を行って、シリンダ吸入新気量Ｑａｃを求め、処理を終了する。
【００６１】
Ｑａｃ＝Ｑａｃｎ−１  ×（１−Ｋｋｉｎ  ）＋Ｑａｃｎ  ×Ｋｋｉｎ
図２１は、排気系ＨＣ量（還元剤量）の演算するフローチャートである。ＮＯｘトラップ触媒の上流側及び下流側のセンサともに演算方式は同一である。
【００６２】
Ｓ８１では、シリンダ吸入新気量Ｑａｃ、空燃比Ｒｌａｍｂ  （Ｒｌａｍｂｆ、Ｒｌａｍｂｒ）を読込む。
Ｓ８２では、次式により、ＨＣ量を演算する。
【００６３】
ＨＣ＝Ｑａｃ／（Ｂｌｍａｂ＃×Ｒｌａｍｂ  ）
Ｂｌｍａｂ＃は定数である。
Ｓ８３では、加重平均処理を行って、最終的なＨＣ量を求め、ＮＯｘトラップ触媒上流側のＨＣ量をＨＣ−Ｆ、下流側のＨＣ量をＨＣ−Ｒとする。
【００６４】
本実施形態によれば、第１の劣化診断として、排気雰囲気がリッチ側又はリーン側に切換えられる通常の運転条件において、排気後処理装置の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた第１及び第２の排気雰囲気検知手段の検知結果の変化から排気後処理装置の劣化を診断し、第１の劣化診断により排気後処理装置が劣化していると判断された場合に、第２の劣化診断のため、診断用の運転モードに移行して、前記第２の排気雰囲気検知手段の検知結果の変化から排気後処理装置の劣化を診断する構成とすることにより、簡便である第１の劣化診断と高精度な第２診断とを併用して、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、診断精度の向上を図ることができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、第１の劣化診断を、リーン運転からリッチ運転への移行時あるいはリッチ運転からリーン運転への移行時に行うことにより、かかる移行時を利用して、具体的にはリッチスパイク運転を利用して、エンジン性能を悪化させることなく、簡便に排気後処理装置を診断できる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、第１の劣化診断は、第１の排気雰囲気検知手段の出力値が所定値に変化した時点から、第２の排気雰囲気検知手段の出力値が所定値となる時点までの、第１の排気雰囲気検知手段の出力値と第２の排気雰囲気検知手段の出力値との差の積分量を演算し、この積分量に基づいて排気後処理装置の劣化を診断することにより、診断精度を大幅に向上できる。
【００６７】
すなわち、リッチスパイク運転時に、触媒出口側の空燃比（触媒出口λ）が理論空燃比近傍に維持されている時間ΔＴｉｍｅを計測し、これを診断閾値と比較して、触媒の劣化を診断する方法では、リッチスパイク運転時の空燃比の制御（目標λ）がばらつくと理論空燃比近傍に維持されている時間ΔＴｉｍｅが変化するため、誤診断してしまう恐れがある（図２２参照）。
【００６８】
これに対し、積分量Σ（ΔＨＣ）を演算し、この積分量に基づいて排気後処理装置の劣化を診断することにより、リッチスパイク運転時の空燃比の制御（目標λ）がばらついても、積分量のばらつきはわずかであり、それゆれ診断精度を向上できるのである（図２３参照）。
【００６９】
また、本実施形態によれば、第２の劣化診断を、診断用の運転モードとして、理論空燃比運転に移行して、診断を行うことにより、排気後処理装置を高精度に診断することが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、第２の劣化診断は、第２の排気雰囲気検知手段の出力値に基づいて排気空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御し、フィードバック制御時のフィードバック量の反転周期を計測して、この反転周期に基づいて排気後処理装置の劣化を診断することにより、高精度な診断を行うことができる。
【００７１】
本実施形態によれば、ディーゼルエンジンのような圧縮自着火エンジンに装着された排気後処理装置の劣化診断に適用することで、診断を２ステージに分離したことによるメリットが大きくなる。ガソリンエンジンなどの場合、通常、又は少なくとも高負荷領域などにおいて、理論空燃比近傍で運転しているので、最初からフィードバック制御時のフィードバック量の反転周期から診断することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステム図
【図２】排気後処理装置の構成例（１）を示す図
【図３】排気後処理装置の構成例（２）を示す図
【図４】排気後処理装置の構成例（３）を示す図
【図５】第１及び第２の劣化診断の説明図
【図６】触媒劣化診断のメインフローチャート
【図７】排気後処理要求の説明図
【図８】第１の劣化診断のフローチャート
【図９】第１の劣化診断の様子を示す図
【図１０】第２の劣化診断のフローチャート
【図１１】第２の劣化診断の様子を示す図
【図１２】空燃比演算のフローチャート
【図１３】ポンプ電流→λ変換テーブル
【図１４】燃料噴射量演算のフローチャート
【図１５】燃料噴射量特性マップ
【図１６】吸気系応答時定数演算のフローチャート
【図１７】体積効率基本値マップ
【図１８】体積効率吸気圧補正値テーブル
【図１９】シリンダ吸入新気量演算のフローチャート
【図２０】ＡＦＭ電圧→流量変換テーブル
【図２１】排気系ＨＣ量演算のフローチャート
【図２２】時間計測による劣化診断の説明図
【図２３】積分量演算による劣化診断の説明図
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  吸気通路
７  吸気絞り弁
１２  燃料噴射弁
１４  排気通路
１６  ＥＧＲ弁
１７  ＮＯｘトラップ触媒
２１、２２  空燃比センサ
３０  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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