(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路にＮＯｘ及び酸素の吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設けた内燃機関において、前記ＮＯｘ触媒の劣化を診断する装置であって、
空燃比をリーンに制御してＮＯｘ触媒に飽和状態までＮＯｘ及び酸素を吸蔵させ、その後第１リッチスパイクを実行してＮＯｘ触媒における吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量の合計量を計測し、その後空燃比を一旦リーンに制御して再度ＮＯｘ触媒に酸素を吸蔵させ、その後第２リッチスパイクを実行してＮＯｘ触媒における吸蔵酸素量を計測し、前記第１リッチスパイク時の合計量計測値から前記第２リッチスパイク時の吸蔵酸素量計測値を減じてＮＯｘ触媒の吸蔵ＮＯｘ量を計測する吸蔵ＮＯｘ量計測手段と、
この吸蔵ＮＯｘ量計測値を所定の劣化判定値と比較してＮＯｘ触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関する少なくとも一つのパラメータを計測するパラメータ計測手段と、
前記パラメータの計測値に基づいてＮＯｘ触媒の仮の吸蔵酸素量を推定する推定手段と
を備え、
前記吸蔵ＮＯｘ量計測手段が、前記第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時に、少なくとも、前記推定手段によって推定された仮の吸蔵酸素量に等しい酸素量をＮＯｘ触媒に供給する
ことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項２】
前記内燃機関が、ＮＯｘ触媒上流側の排気通路に酸素吸蔵能を有する三元触媒を有し、
前記吸蔵ＮＯｘ量計測手段が、最初のリーン制御時に三元触媒に飽和状態まで酸素を吸蔵させ、その後の前記第１リッチスパイク時に三元触媒における吸蔵酸素量を計測し、その後の前記中間リーン制御時に、少なくとも、第１リッチスパイク時に計測された三元触媒における吸蔵酸素量と、前記推定手段によって推定された仮の吸蔵酸素量との和に等しい酸素量を三元触媒及びＮＯｘ触媒に供給する
ことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項３】
前記パラメータがＮＯｘ触媒の温度及び劣化度の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項４】
前記パラメータがＮＯｘ触媒の劣化度であり、
前記ＮＯｘ触媒の劣化度が、前記第１リッチスパイク時に計測された三元触媒における吸蔵酸素量に基づいて推定されることを特徴とする請求項２記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【請求項５】
前記最初のリーン制御時の空燃比が、前記中間リーン制御時の空燃比と異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＮＯｘ触媒の劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＯｘ触媒の劣化診断装置に係り、特に、排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を診断するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリン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。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して除去する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）が公知である。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、これに供給される排気ガスの空燃比が所定値（典型的には理論空燃比）よりリーン（即ち、酸素過剰雰囲気）のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、供給される排気ガスの空燃比が所定値よりリッチ（即ち、酸素不足雰囲気）のときに吸蔵したＮＯｘを放出しＮ2に還元するという、ＮＯｘの吸放出作用を有する。
【０００３】
また吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘに加えて排気ガス中の酸素Ｏ2をも吸放出するという酸素吸蔵能を有している。即ちＮＯｘ吸放出のときと同様に、ＮＯｘ触媒は、これに供給される排気ガスの空燃比が所定値よりリーンのときに排気ガス中の酸素を吸蔵し、供給される排気ガスの空燃比が所定値よりリッチのときに吸蔵した酸素を放出する。
【０００４】
なお、リーンバーンガソリンエンジンに代表される希薄燃焼を行う火花点火式内燃機関では、運転状態に応じて理論空燃比（ストイキ）でも燃焼を行うため、このストイキ燃焼時の排ガス有害物質であるＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘを同時に浄化できるよう、三元触媒がＮＯｘ触媒と組み合わせて設けられる。そして三元触媒の中には酸素吸蔵能を有するものがあり、これはＮＯｘ触媒と同様、供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのときに排気ガス中の酸素を吸蔵し、供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチのときに吸蔵した酸素を放出する。
【０００５】
ところで、例えば自動車に搭載されたエンジンの場合、排ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態（オンボード）で触媒の劣化を診断すること（OBD; On-Board Diagnosis）が各国法規等からも要請されている。そのため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒についてもその劣化を診断するための様々な従来技術が存在する。
【０００６】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化すると触媒のＮＯｘ吸蔵能、即ち触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量が低下する。よってＮＯｘ触媒劣化診断の代表的手法として、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能を計測してこれを所定の劣化判定値と比較する方法がある。なおＮＯｘ触媒が劣化すると触媒の酸素吸蔵能、即ち触媒が吸蔵可能な酸素量も低下する。この点は前述の三元触媒においても同様である。
【０００７】
例えば特許文献１には、空燃比をリーンに制御してＮＯｘ触媒に飽和状態までＮＯｘ及び酸素を吸蔵させた後、空燃比をリッチに制御して（第１リッチスパイクを実行して）吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量の合計量を計測し、その後空燃比を一旦リーンに制御してＮＯｘ触媒に飽和状態まで酸素を吸蔵させた後、空燃比をリッチに制御して（第２リッチスパイクを実行して）吸蔵酸素量を計測し、前記合計量計測値から前記吸蔵酸素量計測値を減じて吸蔵ＮＯｘ量を計測することが開示されている。第１リッチスパイクの実行時にはＮＯｘ及び酸素の合計吸蔵量しか計測できないため、このままではＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能を正確に評価することができない。そこで第２リッチスパイクを実行して別途吸蔵酸素量のみを計測し、合計吸蔵量の計測値から吸蔵酸素量の計測値を減じることで吸蔵ＮＯｘ量を計測することができる。そしてこの吸蔵ＮＯｘ量を所定の劣化判定値と比較してＮＯｘ触媒の正常・劣化を判定することができる。
【０００８】
【特許文献１】特許第２８２７９５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に記載の手法において、吸蔵ＮＯｘ量の計測値が正確であるためには、第２リッチスパイク時に計測された吸蔵酸素量が、第１リッチスパイク時に計測された合計量のうちの吸蔵酸素量と等しいことが必要である。なおＮＯｘ触媒における酸素吸蔵能は、これに相関するパラメータ、例えば触媒温度や触媒劣化度に応じて変化する。
【００１０】
一方、第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時に、ＮＯｘ触媒が飽和状態まで酸素を吸蔵できるような十分な量の酸素をＮＯｘ触媒に供給しないと、つまり供給酸素量が不足すると、その後の第２リッチスパイク時に計測された酸素吸蔵量は飽和相当の値より少ない値となってしまう。それ故、最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量が真の値より多くなり、吸蔵ＮＯｘ量に計測誤差が生じるほか、劣化したＮＯｘ触媒に対して正常と誤判定してしまう虞がある。
【００１１】
また逆に、第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時にＮＯｘ触媒への供給酸素量があまりに過剰であると、例えば中間リーン制御時間が過剰に長かったりすると、酸素は飽和状態まで吸蔵されるものの、ＮＯｘも許容量以上に吸蔵されてしまい、第２リッチスパイク時に計測された吸蔵酸素量が吸蔵ＮＯｘ量を多く含む値となってしまい、真の値より多い吸蔵酸素量が計測されてしまう。それ故、最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量が真の値より少なくなり、吸蔵ＮＯｘ量に計測誤差が生じるほか、正常のＮＯｘ触媒に対して劣化と誤判定してしまう虞がある。
【００１２】
そこで本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時に、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に対して過不足のない適正量の酸素をＮＯｘ触媒に供給することができるＮＯｘ触媒の劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、排気通路にＮＯｘ及び酸素の吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設けた内燃機関において、前記ＮＯｘ触媒の劣化を診断する装置であって、
空燃比をリーンに制御してＮＯｘ触媒に飽和状態までＮＯｘ及び酸素を吸蔵させ、その後第１リッチスパイクを実行してＮＯｘ触媒における吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量の合計量を計測し、その後空燃比を一旦リーンに制御して再度ＮＯｘ触媒に酸素を吸蔵させ、その後第２リッチスパイクを実行してＮＯｘ触媒における吸蔵酸素量を計測し、前記第１リッチスパイク時の合計量計測値から前記第２リッチスパイク時の吸蔵酸素量計測値を減じてＮＯｘ触媒の吸蔵ＮＯｘ量を計測する吸蔵ＮＯｘ量計測手段と、
この吸蔵ＮＯｘ量計測値を所定の劣化判定値と比較してＮＯｘ触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関する少なくとも一つのパラメータを計測するパラメータ計測手段と、
前記パラメータの計測値に基づいてＮＯｘ触媒の仮の吸蔵酸素量を推定する推定手段と
を備え、
前記吸蔵ＮＯｘ量計測手段が、前記第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時に、少なくとも、前記推定手段によって推定された仮の吸蔵酸素量に等しい酸素量をＮＯｘ触媒に供給する
ことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化診断装置が提供される。
【００１４】
このように、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関するパラメータの計測値に基づいてＮＯｘ触媒の仮の吸蔵酸素量を推定し、第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時に、少なくともその推定された仮の吸蔵酸素量に等しい酸素量をＮＯｘ触媒に供給すれば、当該中間リーン制御時にＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に対して過不足のない適正量の酸素をＮＯｘ触媒に供給することができる。これにより最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量の計測誤差を解消或いは抑制し、誤判定を防止することができる。
【００１５】
好ましくは、前記内燃機関が、ＮＯｘ触媒上流側の排気通路に酸素吸蔵能を有する三元触媒を有し、
前記吸蔵ＮＯｘ量計測手段が、最初のリーン制御時に三元触媒に飽和状態まで酸素を吸蔵させ、その後の前記第１リッチスパイク時に三元触媒における吸蔵酸素量を計測し、その後の前記中間リーン制御時に、少なくとも、第１リッチスパイク時に計測された三元触媒における吸蔵酸素量と、前記推定手段によって推定された仮の吸蔵酸素量との和に等しい酸素量を三元触媒及びＮＯｘ触媒に供給する。
【００１６】
例えばリーンバーンガソリンエンジンのようにＮＯｘ触媒の上流側に酸素吸蔵能を有する三元触媒を設けた場合、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ及び酸素の吸蔵・放出に先立って三元触媒における酸素の吸蔵・放出が実行される。この好ましい形態によれば、そのような場合においても好適に吸蔵ＮＯｘ量の計測誤差を解消し、誤判定を防止することができる。
【００１７】
好ましくは、前記パラメータがＮＯｘ触媒の温度及び劣化度の少なくとも一方である。
【００１８】
ＮＯｘ触媒の温度及び劣化度は、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関するパラメータとして代表的なものである。よってこれらのパラメータを用いることで好適に吸蔵ＮＯｘ量の計測誤差を解消し、誤判定を防止することができる。
【００１９】
好ましくは、前記パラメータがＮＯｘ触媒の劣化度であり、
前記ＮＯｘ触媒の劣化度が、前記第１リッチスパイク時に計測された三元触媒における吸蔵酸素量に基づいて推定される。
【００２０】
これにより、第１リッチスパイク時に計測された三元触媒における吸蔵酸素量の値を利用して好適にＮＯｘ触媒の劣化度を推定できる。
【００２１】
好ましくは、前記最初のリーン制御時の空燃比が、前記中間リーン制御時の空燃比と異なる。また好ましくは、前記最初のリーン制御時の空燃比が、前記中間リーン制御時の空燃比よりもリッチ側の値とされる。
【００２２】
例えば、第１リッチスパイク前の最初のリーン制御が長く継続した場合、ＮＯｘ触媒において貴金属の活性が低下し、第１リッチスパイク時の酸素放出反応速度が低下する。このため第１リッチスパイク時に放出される酸素量が、第２リッチスパイク時に放出される酸素量より少なくなり、最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量に計測誤差が生じる虞がある。この好ましい形態によれば、ＮＯｘ触媒により多くのＮＯｘを供給できるように、最初のリーン制御時の空燃比を、中間リーン制御時の空燃比と異ならせることができる。よって第１リッチスパイク時の放出酸素量を第２リッチスパイク時の放出酸素量と等しくし、吸蔵ＮＯｘ量の計測誤差を解消することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとの間の中間リーン制御時におけるＮＯｘ触媒への供給酸素量を適正化できるという、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、本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。但し、本発明が適用される内燃機関は火花点火式内燃機関に限られず、例えば圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであってもよい。
【００２６】
内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設され、燃焼室３内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン４はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部４ａが形成されている。そして内燃機関１では、燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ１２からピストン４の凹部４ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ７の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）され、安定した成層燃焼が実行される。
【００２７】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２８】
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側に、排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを同時に浄化可能な三元触媒１１が設けられ、その下流側に、排気ガス中のＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ触媒１６が直列に設けられている。なおディーゼルエンジンの場合だと、三元触媒の代わりに酸化触媒及びパティキュレートフィルタが典型的に設けられる。
【００２９】
三元触媒１１の上流側ないし直前位置に、燃焼室３から排出され三元触媒１１に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するための空燃比センサ即ち第１空燃比センサ３１が設置されている。第１空燃比センサ３１は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した信号を出力する。但しこれに限らず、第１空燃比センサ３１は、理論空燃比（ストイキ）を境に出力値が急変する所謂Ｏ２センサからなってもよい。
【００３０】
三元触媒１１の下流側ないし直後位置に、三元触媒１１から流出した排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ即ち第２空燃比センサ３２が設置されている。第２空燃比センサ３２はＯ２センサからなるが、広域空燃比センサからなってもよい。
【００３１】
三元触媒１１の下流側で且つＮＯｘ触媒１６の上流側ないし直前位置に、ＮＯｘ触媒１６に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ即ち第３空燃比センサ３３が設置されている。第３空燃比センサ３３は広域空燃比センサからなるが、Ｏ２センサからなってもよい。
【００３２】
ＮＯｘ触媒１６の下流側ないし直後位置に、ＮＯｘ触媒１６から流出した排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ即ち第４空燃比センサ３４が設置されている。第４空燃比センサ３４はＯ２センサからなるが、広域空燃比センサからなってもよい。
【００３３】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されない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。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、第１〜第４空燃比センサ３１〜３４のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、ＮＯｘ触媒１６の下流側に設置された排気温センサ２２、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおクランク角センサ１４の出力はエンジン回転速度Ｎｅの検出に用いられる。
【００３４】
三元触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）付近のときにＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。よって三元触媒１１を有効に機能させるため、空燃比制御の一態様として、三元触媒１１に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比付近となるように混合気の空燃比が制御される。これをストイキ制御といい、ストイキ制御が実行されているときのエンジンの運転態様をストイキ運転という。このストイキ制御では目標空燃比が理論空燃比と等しく設定され、第１空燃比センサ３１により検出された空燃比が目標空燃比と等しくなるように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量ひいては空燃比がフィードバック制御される。
【００３５】
他方、燃費低減等の観点から、空燃比制御の別の態様として、目標空燃比が理論空燃比より高いリーンな値に設定される場合がある。これをリーンバーン制御といい、リーンバーン制御が実行されているときのエンジンの運転態様をリーンバーン運転という。なおリーンバーン制御時もストイキ制御時と同様、第１空燃比センサ３１により検出された空燃比が目標空燃比と等しくなるように燃料噴射量ひいては空燃比がフィードバック制御される。
【００３６】
三元触媒１１は、担体基材の表面上に、酸化セリウムＣｅＯ2やジルコニア等の酸素吸蔵成分を含むコート材を被覆し、このコート材表面に、Ｐｔ、Ｌｄ等の貴金属微粒子を多数分散配置させて構成されている。三元触媒１１は酸素吸蔵能を有し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのときに排気ガス中の酸素を吸蔵し、供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチのときに吸蔵した酸素を放出する。
【００３７】
ＮＯｘ触媒１６には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）が用いられている。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、アルミナＡｌ2Ｏ3等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。
【００３８】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１６はＮＯｘ吸蔵能を有し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比又はそれよりリッチのときには吸蔵したＮＯｘを放出する。また吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１６は酸素吸蔵能をも有し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのときには排気ガス中の酸素Ｏ2を吸蔵し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比又はそれよりリッチのときには吸蔵した酸素を放出する。この酸素吸蔵能は特にＮＯｘ吸収成分としてセリウムＣｅが用いられた場合に顕著となる。
【００３９】
リーンバーン運転中では、排気空燃比が理論空燃比よりリーンであり、ＮＯｘ触媒１６は排気中のＮＯｘ及び酸素の吸蔵を行う。一方、ＮＯｘ触媒１６がＮＯｘ及び酸素を飽和状態（満杯）まで吸蔵すると、ＮＯｘ触媒１６がそれ以上ＮＯｘ及び酸素を吸蔵できなくなることから、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘ及び吸蔵酸素を放出させるべく、ＮＯｘ触媒１６に一時的に還元剤を供給するリッチスパイクないしリッチスパイク制御が実行される。このリッチスパイク制御では目標空燃比が一時的に理論空燃比又はそれよりリッチな値に設定され、混合気ひいては排気ガスの空燃比が理論空燃比又はそれより低いリッチな値に制御される。このリッチな排気ガスに含まれる還元成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2）が、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘ及び吸蔵酸素を放出させ、特に放出ＮＯｘと反応して放出ＮＯｘを還元浄化する還元剤として機能する。このように、ＮＯｘ触媒１６から吸蔵ＮＯｘ及び吸蔵酸素を放出してＮＯｘ触媒１６のＮＯｘ吸蔵能及び酸素吸蔵能を回復させることをＮＯｘ再生と称する。
【００４０】
なお、リッチスパイクについてはこれ以外にも様々な方法がある。例えば、ＮＯｘ触媒上流側に還元剤供給弁を別途設け、還元剤供給弁を開弁制御して排気中に還元剤を供給する方法がある。還元剤としては、排気中で炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。好ましくはエンジンの燃料であるガソリンが使用される。代替的に、インジェクタ１２から燃焼室３に膨張行程後期又は排気行程で燃料を噴射し、未燃燃料を排気中に多く含ませるいわゆるポスト噴射を行う方法が可能である。
【００４１】
ＮＯｘ触媒１６のＮＯｘ吸放出作用はＮＯｘ触媒１６が所定の作動温度域（例えば２８０〜５５０℃）にないと実質的に行えない。そこで本実施形態ではＮＯｘ触媒１６の温度（触媒温度、具体的には触媒床温）を計測し、ＮＯｘ触媒１６の状態を監視するようにしている。ＮＯｘ触媒１６の温度は、ＮＯｘ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、ＥＣＵ２０が、触媒後の排気温センサ２２により検出された排気温に基づき、触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。
【００４２】
次に、ＮＯｘ触媒の劣化診断について説明する。
【００４３】
まず劣化診断の概要を説明すると、最初に、空燃比をリーンに制御してＮＯｘ触媒１６に飽和状態までＮＯｘ及び酸素を吸蔵させる。そして第１リッチスパイクを実行してＮＯｘ触媒１６における吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量の合計量を計測し、その後空燃比を一旦リーンに制御して再度ＮＯｘ触媒１６に酸素を吸蔵させる。その後第２リッチスパイクを実行してＮＯｘ触媒１６における吸蔵酸素量を計測する。次いで第１リッチスパイク実行時の合計量計測値から第２リッチスパイク実行時の吸蔵酸素量計測値を減じてＮＯｘ触媒１６の吸蔵ＮＯｘ量を計測する。最後に、吸蔵ＮＯｘ量計測値を所定の劣化判定値と比較してＮＯｘ触媒１６の劣化を判定する。要するに、第１及び第２リッチスパイクからなるダブルリッチスパイクを実行してその間にＮＯｘ触媒１６の吸蔵ＮＯｘ量を計測し、この計測値を劣化判定値と比較してＮＯｘ触媒１６の正常・劣化を判定する。
【００４４】
図２にかかる劣化診断に際しての各値の変化の様子を示す。（Ａ）はＥＣＵ２０の内部値である目標空燃比、（Ｂ）〜（Ｅ）はそれぞれ第１〜第４空燃比センサ３１〜３４の出力値を示す。図中、Ｓはストイキ、Ｌはリーン、Ｒはリッチを意味する。
【００４５】
時刻ｔ１以前では、リーンバーン運転によって空燃比がストイキよりも著しくリーンの値に制御されている（例えばＡ／Ｆ＝２８）。このときエンジンから排出されるＮＯｘはＮＯｘ触媒１６に吸蔵或いはトラップされる。またこのとき排気ガス中の酸素が三元触媒１１及びＮＯｘ触媒１６に吸蔵或いはトラップされる。そして三元触媒１１において酸素が飽和状態まで吸蔵され、且つＮＯｘ触媒１６においてＮＯｘ及び酸素が飽和状態まで吸蔵されると、１回目のリッチスパイク即ち第１リッチスパイクＲＳ１が実行され、空燃比はストイキよりもリッチな値（例えばＡ／Ｆ＝１１〜１２）に切替制御される（時点ｔ１）。
【００４６】
なお第１リッチスパイクの開始タイミングｔ１については、例えば、ＮＯｘ触媒にＮＯｘが飽和状態まで吸蔵されるとＮＯｘがＮＯｘ触媒を素通りして下流側に流出し、第４空燃比センサ３４の出力がリーンになることから、このリーン出力になった時を第１リッチスパイク開始タイミングとすることができる。或いは、エンジンから排出される微小時間毎のＮＯｘ量をエンジン運転状態に基づいて推定すると共にこれを積算し、この積算値が、新品ＮＯｘ触媒において吸蔵ＮＯｘが満杯となるような所定値に達した時を以てリッチスパイクの開始タイミングとすることができる。
【００４７】
第１リッチスパイクが実行されると三元触媒１１とＮＯｘ触媒１６に還元剤が供給される。まず三元触媒１１から吸蔵酸素が放出され、次いでＮＯｘ触媒１６から吸蔵ＮＯｘと吸蔵酸素が放出される。このとき、三元触媒１１おける吸蔵酸素量、即ち三元触媒１１から放出された酸素量が計測され、次いでＮＯｘ触媒１６における吸蔵ＮＯｘ量と吸蔵酸素量の合計量、即ちＮＯｘ触媒１６から放出されたＮＯｘ量と酸素量の合計量が計測される。
【００４８】
図示するように、第１リッチスパイクＲＳ１の実行によって目標空燃比がリッチに切り替えられると、ある時間遅れを伴って三元触媒１１に対する排気ガスがリッチになり、三元触媒１１から吸蔵酸素が放出される。そしてこの放出が完了するとリッチガスが三元触媒１１を素通りしてＮＯｘ触媒１６に供給される。これによりＮＯｘ触媒１６から吸蔵ＮＯｘと吸蔵酸素が放出される。この放出が完了するとリッチガスがＮＯｘ触媒１６を素通りし、これにより第４空燃比センサ３４の出力がリッチ側に変化する。
【００４９】
三元触媒１１からの酸素放出に使用された還元剤量は図中の領域Ｉ１１で表され、この還元剤量Ｉ１１は、三元触媒１１における吸蔵酸素量（酸素吸蔵能）を表す指標値となる。還元剤量Ｉ１１は、第１空燃比センサ３１の出力値がストイキ相当に達した時点ｔ１１から第３空燃比センサ３３の出力値がストイキ相当に達した時点ｔ１２まで、第１空燃比センサ３１で検出されたリッチ空燃比とストイキ空燃比との微小時間当たりの差ΔＸ１１を、ＥＣＵ２０により積算することで計測される。三元触媒１１おける吸蔵酸素量が多いほど、即ち三元触媒１１の酸素吸蔵能が高いほど、放出させる酸素量が増え、ｔ１１からｔ１２までの時間が長くなり、還元剤量Ｉ１１は多くなる。
【００５０】
同様に、ＮＯｘ触媒１６からのＮＯｘ及び酸素放出に使用された還元剤量は図中の領域Ｉ１２で表され、この還元剤量Ｉ１２は、ＮＯｘ触媒１６における吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量の合計量を表す指標値となる。還元剤量Ｉ１２は、第３空燃比センサ３３の出力値がストイキ相当に達した時点ｔ１２から第４空燃比センサ３４の出力が所定のリッチ側しきい値Ｖ４ｓに達した時点ｔ２まで、第３空燃比センサ３３で検出されたリッチ空燃比とストイキ空燃比との微小時間当たりの差ΔＸ１２を、ＥＣＵ２０により積算することで計測される。ＮＯｘ触媒１６における吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量の合計量が多いほど、即ちＮＯｘ触媒１６のＮＯｘ吸蔵能及び酸素吸蔵能が高いほど、放出させるＮＯｘ量及び酸素量の合計量が増え、ｔ１２からｔ２までの時間が長くなり、還元剤量Ｉ１２は多くなる。
【００５１】
時点ｔ２で第１リッチスパイクＲＳ１が終了され、これと同時に、第１リッチスパイクＲＳ１と第２リッチスパイクＲＳ２の間のリーン制御即ち中間リーン制御が開始される。この中間リーン制御の実行時間（ｔ２〜ｔ３）は比較的短く（但し図では理解容易のため長めに描かれている）、またＮＯｘ触媒１６における酸素吸蔵速度はＮＯｘ吸蔵速度よりも著しく速い。よって中間リーン制御時において、三元触媒１１に前記同様酸素が吸蔵されると共に、ＮＯｘ触媒１６には主に酸素のみが吸蔵され、ＮＯｘは殆ど吸蔵されない。なお図示例の中間リーン制御では、空燃比が、ｔ１以前に行われていた最初のリーン制御のときと同じ値に制御されている。
【００５２】
前述したように、この中間リーン制御において、ＮＯｘ触媒１６の酸素吸蔵能に相当する過不足のない適正量の酸素をＮＯｘ触媒１６に供給し、且つ吸蔵させることが、正確なＮＯｘ触媒１６のＮＯｘ吸蔵能を計る上で重要である。この供給酸素量の適正化については後に詳細に述べることとし、ここでは中間リーン制御により三元触媒１１に飽和状態まで酸素が吸蔵され、ＮＯｘ触媒１６に飽和状態まで酸素が吸蔵されたものとする。
【００５３】
時点ｔ３で中間リーン制御が終了され、これと同時に第２リッチスパイクＲＳ２が開始される。第２リッチスパイクが実行されると、第１リッチスパイクのときと同様、三元触媒１１とＮＯｘ触媒１６に還元剤が供給され、まず三元触媒１１から吸蔵酸素が放出され、次いでＮＯｘ触媒１６から吸蔵酸素が放出される。この第２リッチスパイク時、三元触媒１１における吸蔵酸素量は計測されず、ＮＯｘ触媒１６における吸蔵酸素量のみが計測される。計測方法は第１リッチスパイクのときと同様で、図中の領域Ｉ２で示される使用還元剤量が計測される。即ち、第３空燃比センサ３３の出力値がストイキ相当に達した時点ｔ２２から第４空燃比センサ３４の出力が所定のリッチ側しきい値Ｖ４ｓに達した時点ｔ４まで、第３空燃比センサ３３で検出されたリッチ空燃比とストイキ空燃比との微小時間当たりの差ΔＸ２２を、ＥＣＵ２０により積算することで計測される。ＮＯｘ触媒１６における吸蔵酸素量が多いほど、即ちＮＯｘ触媒１６の酸素吸蔵能が高いほど、放出させる酸素量が増え、ｔ２２からｔ４までの時間が長くなり、還元剤量Ｉ２は多くなる。
【００５４】
時点ｔ４で第２リッチスパイクが終了され、これと同時にＮＯｘ触媒１６における吸蔵酸素量の計測が終了すると共に、空燃比はリーンに切り替えられて通常のリーンバーン運転に移行する。
【００５５】
この後、第１リッチスパイク時の還元剤量Ｉ１２から第２リッチスパイク時の還元剤量Ｉ２を減算して減算値ΔＩ＝Ｉ１２−Ｉ２を得る。この減算値ΔＩは、第１リッチスパイク時における吸蔵ＮＯｘ量を表す指標値となる。次いでこの減算値ΔＩを所定の劣化判定値ΔＩｓと比較し、ΔＩ≧ΔＩｓならＮＯｘ触媒１６を正常、ΔＩ＜ΔＩｓならＮＯｘ触媒１６を劣化と判定する。
【００５６】
次に、中間リーン制御における供給酸素量の適正化について説明する。
【００５７】
図３にはＮＯｘ触媒におけるＮＯｘと酸素の吸蔵特性をそれぞれ示す。横軸には触媒温度Ｔｃがとってあり、縦軸にはＮＯｘ触媒が吸蔵し得る吸蔵量がとってある。実線で示すように、吸蔵ＮＯｘ量はある触媒温度Ｔｃｘのときに極大となり、この触媒温度（ピーク温度）Ｔｃｘから触媒温度が離れるにつれ吸蔵ＮＯｘ量は徐々に減少する。そしてＮＯｘを吸蔵可能な触媒温度範囲も限られている。例えばピーク温度Ｔｃｘは約４００℃であり、ＮＯｘを吸蔵可能な触媒温度範囲は２８０〜５５０℃である。他方、一点鎖線で示すように、吸蔵酸素量は、触媒温度Ｔｃの増加につれほぼ比例的に増大する。酸素を吸蔵可能な高温側の触媒温度限界はＮＯｘの場合より高く、例えば８００℃付近である。このように、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵能及び酸素吸蔵能は触媒温度に対して個別に変化し、触媒温度は、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関する一つのパラメータとなる。
【００５８】
図４にはＮＯｘ触媒における別の吸蔵特性を示し、具体的には、ＮＯｘ及び酸素の吸蔵量がゼロ（つまり空）の初期状態から空燃比一定のリーン制御を行ったときのリーン制御時間と吸蔵ＮＯｘ量及び吸蔵酸素量との関係を示す。線図ａ，ｂで示すのがそれぞれ新品触媒及び劣化触媒の場合のリーン制御時間及び吸蔵酸素量の関係である。なお線図ｃは、リーン制御時間と吸蔵ＮＯｘ量との関係を参考的に示す。これからわかるように、リーン制御時の酸素吸蔵速度はＮＯｘ吸蔵速度よりも著しく速い。
【００５９】
図示するように、リーン制御時間の経過につれ吸蔵酸素量は次第に増加するが、吸蔵酸素量が触媒の持つ酸素吸蔵能相当に達するとそれ以降吸蔵酸素量は増加せず、即ち飽和する。酸素吸蔵能は新品触媒より劣化触媒の方が低いので、新品触媒より劣化触媒の方が早く飽和状態に達し、従ってリーン制御時間は短くて済む。図中ｔＬ１，ｔＬ２はそれぞれ劣化触媒及び新品触媒が酸素飽和状態に達した時のリーン制御時間を示す。このように、ＮＯｘ触媒における酸素吸蔵能は触媒劣化度に対しても変化する特性を有し、触媒劣化度は、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関する一つのパラメータとなる。
【００６０】
ところで、従来の中間リーン制御では制御時間を予め定められた数秒程度の一定時間とするのが一般的であった。しかしこれだと、ＮＯｘ触媒の実際の酸素吸蔵能に相応した適正量の酸素量を供給し、且つ吸蔵させるのが困難であった。
【００６１】
図４を参照して、例えば新品触媒の場合に中間リーン制御の制御時間をｔＬ２より短いｔＬ１に設定してしまうと、ＮＯｘ触媒が酸素飽和状態に達せず、よってその後に計測される吸蔵酸素量が飽和相当の値より少ない値となってしまう。それ故、最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量が真の値より多くなり、吸蔵ＮＯｘ量に計測誤差が生じるほか、劣化したＮＯｘ触媒に対して正常と誤判定してしまう虞がある。
【００６２】
また逆に、劣化触媒の場合に中間リーン制御の制御時間をｔＬ１より長いｔＬ２に設定してしまうと、ＮＯｘ触媒は酸素飽和状態に達せるものの、ＮＯｘが図示されるΔＭｎだけ余計に吸蔵されてしまい、その分、後に計測される吸蔵酸素量が見掛け上多くなってしまう。それ故、最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量が真の値より少なくなり、吸蔵ＮＯｘ量に計測誤差が生じるほか、正常のＮＯｘ触媒に対して劣化と誤判定してしまう虞がある。
【００６３】
他方、触媒温度については、図３に示したように、触媒温度がピーク温度Ｔｃｘのときとそうでないときとでは前者の方が後者より酸素吸蔵能が高い。よって触媒温度がピーク温度Ｔｃｘのときに中間リーン制御時間が不足したり、触媒温度がピーク温度Ｔｃｘでないときに中間リーン制御時間が過剰であったりすると、同様の問題が生じる。
【００６４】
このように、吸蔵ＮＯｘ量を正確に計測するには、中間リーン制御時に、ＮＯｘ触媒の実際の酸素吸蔵能に対して過不足のない適正量の酸素をＮＯｘ触媒に供給し、且つ吸蔵させることが重要である。よって本実施形態ではこの適正化を図るため、ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能に相関する少なくとも一つのパラメータを計測し、このパラメータ計測値に基づいてＮＯｘ触媒の仮の吸蔵酸素量を推定する。そして中間リーン制御時に、少なくとも、その推定された仮の吸蔵酸素量に等しい酸素量をＮＯｘ触媒に供給する。ここでいうパラメータは、触媒温度及び触媒劣化度の少なくとも一つであるのが好ましいが、それ以外も可能である。本実施形態では触媒温度及び触媒劣化度の両方を用いている。
【００６５】
ＮＯｘ触媒の仮の吸蔵酸素量は、図５に示すような、予め定められ且つＥＣＵ２０に記憶されたマップ（関数でもよい、以下同様）に従って推定される。即ち、所定時期における推定触媒温度と、触媒劣化度から、マップに従って仮の吸蔵酸素量が算出される。推定触媒温度は中間リーン制御開始時ｔ２の値であるのが好ましい。触媒劣化度は、本実施形態では、三元触媒１１からの酸素放出に使用された第１リッチスパイク時の還元剤量Ｉ１１（これは三元触媒１１の酸素吸蔵能及び吸蔵酸素量を表す指標値である）に基づいて推定される。図６に示すように、車載のエンジンの場合、走行距離の増加につれ三元触媒１１及びＮＯｘ触媒１６が同程度劣化していくので、このことを利用して三元触媒１１の酸素吸蔵能からＮＯｘ触媒１６の触媒劣化度が推定される。但しこの方法に限られず、ＮＯｘ触媒１６の触媒劣化度は個別に計測してもよく、例えば前回診断時に計測された吸蔵ＮＯｘ量に基づいて触媒劣化度を計測するようにしてもよい。
【００６６】
この仮の吸蔵酸素量が推定されたならば、前記還元剤量Ｉ１１から所定のマップを利用して三元触媒１１の吸蔵酸素量を算出ないし換算し、これを仮の吸蔵酸素量に加算して両者の和、即ち要求酸素量を算出する。この要求酸素量が、中間リーン制御で供給すべき酸素量となる。次いで要求酸素量に基づき、図２に示したような中間リーン制御の制御時間ｔＬ（ｔ２〜ｔ３）を、図示しない所定のマップに従って決定する。この決定された制御時間だけ中間リーン制御を行うことにより、要求酸素量に等しい酸素量が三元触媒及びＮＯｘ触媒に供給される。
【００６７】
なお、ここでは要求酸素量に基づいて中間リーン制御時間を制御するようにしたが、代替的或いは付加的に、中間リーン制御の空燃比を制御するようにしてもよい。この場合、空燃比をリーン側にするほど単位時間当たりの供給酸素量が増加する。
【００６８】
上記のように決定された制御時間だけ中間リーン制御を実行すれば、理論上はＮＯｘ触媒にその酸素吸蔵能相当の適正量の酸素量を供給し、吸蔵させることができる。しかしながら、仮の吸蔵酸素量があくまで推定値であるため、推定誤差があると実際にＮＯｘ触媒に飽和状態まで酸素を吸蔵させられない可能性もある。よって、中間リーン制御時間を、決定された制御時間に僅かな所定時間を加えた時間としてもよい。こうすれば中間リーン制御中に確実にＮＯｘ触媒に飽和状態まで酸素を吸蔵させることができる。
【００６９】
次に、具体的な劣化診断処理の手順を図７を参照して説明する。図示される処理はＥＣＵ２０により実行される。なお前提としてリッチスパイク時以外は前述のようなリーン制御がなされているものとする。
【００７０】
最初のステップＳ１０１では、所定の第１診断条件が成立しているか否かが判断される。この第１診断条件は、三元触媒１１に飽和状態まで酸素が吸蔵され、ＮＯｘ触媒１６に飽和状態までＮＯｘ及び酸素が吸蔵され、推定触媒温度Ｔｃが前述の作動温度域（２８０〜５５０℃）にあり、各空燃比センサ３１，３２，３３，３４が活性化しているときに成立となる。このほか、第１リッチスパイクが未実施であること、診断が未終了であることなどを条件に含めてもよい。
【００７１】
条件不成立のときは処理が即座に終了となる。他方、条件成立のときは、ステップＳ１０２に進んで第１リッチスパイクが実行され、ステップＳ１０３において、三元触媒１１からの酸素放出に使用された還元剤量Ｉ１１及びＮＯｘ触媒１６からのＮＯｘ及び酸素放出に使用された還元剤量Ｉ１２が計測される。
【００７２】
次に、ステップＳ１０４において中間リーン制御時間ｔＬが決定される。前述したように、中間リーン制御時間ｔＬは、中間リーン制御開始時ｔ２の推定触媒温度Ｔｃと、前記還元剤量Ｉ１１に基づいて推定されたＮＯｘ触媒の劣化度とに基づき、図５に示したようなマップから決定される。そしてこの決定された時間ｔＬだけ中間リーン制御が実行される。
【００７３】
次に、ステップＳ１０５において、所定の第２診断条件が成立しているか否かが判断される。この第２診断条件は、中間リーン制御時間ｔＬが経過しており、触媒温度Ｔｃが作動温度域にあり、各空燃比センサ３１，３２，３３，３４が活性化しているときに成立となる。このほか、第２リッチスパイクが未実施であること、診断が未終了であることなどを条件に含めてもよい。
【００７４】
条件不成立のときは処理が即座に終了となる。他方、条件成立のときは、ステップＳ１０６に進んで第２リッチスパイクが実行され、ステップＳ１０７において、ＮＯｘ触媒１６からの酸素放出に使用された還元剤量Ｉ２が計測される。
【００７５】
次に、ステップＳ１０８において、還元剤量Ｉ１２から還元剤量Ｉ２を減算し、第１リッチスパイク時における吸蔵ＮＯｘ量の指標値である減算値ΔＩを算出する。次いでステップＳ１０９において、減算値ΔＩが所定の劣化判定値ΔＩｓと比較される。減算値ΔＩが劣化判定値ΔＩｓ以上であればステップＳ１１０でＮＯｘ触媒１６は正常と判定され、減算値ΔＩが劣化判定値ΔＩｓ未満であればステップＳ１１１でＮＯｘ触媒１６は劣化と判定される。最後に、ステップＳ１１２で所定の診断終了設定を行って本処理を終える。
【００７６】
ところで、第１リッチスパイク前のリーン制御（リーンバーン運転）が長く継続した場合、ＮＯｘ触媒１６において、酸素放出反応に寄与する貴金属の活性が低下し、第１リッチスパイク時の酸素放出反応速度が低下する。このため、第１リッチスパイク時に放出される酸素量が、第２リッチスパイク時に放出される酸素量より少なくなり、最終的に得られる吸蔵ＮＯｘ量が真の値より少なくなり、吸蔵ＮＯｘ量に計測誤差が生じるほか、正常のＮＯｘ触媒に対して劣化と誤判定してしまう虞がある。
【００７７】
そこでこれを解決すべく、第１リッチスパイク前の最初のリーン制御時の空燃比を、ＮＯｘ触媒１６により多くのＮＯｘを供給できるように、中間リーン制御時の空燃比と異ならせるのが好ましい。こうすれば、最初のリーン制御時にＮＯｘ触媒１６の貴金属の活性が低下するのを防止し、第１リッチスパイク時の酸素放出反応速度が低下するのを防止することができる。そして結果的に第１リッチスパイク時の放出酸素量を第２リッチスパイク時の放出酸素量と等しくし、吸蔵ＮＯｘ量の計測誤差を防止すると共に診断精度を向上することができる。
【００７８】
図８に空燃比（Ａ／Ｆ）と排気ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示す。本実施形態では通常のリーンバーン制御時に例えば２８といった高リーンの値に空燃比を制御する。この高リーンの領域では、図示するように、空燃比の増加につれ排気ガス中のＮＯｘ濃度は次第に減少する傾向にある。領域Ａ１は通常のリーンバーン制御時の空燃比領域であるが、劣化診断時には、最初のリーン制御時において、ＮＯｘ触媒１６により高いＮＯｘ濃度の排気ガスを供給できるよう、リーンバーン制御時の空燃比領域Ａ１よりリッチ側の空燃比領域Ａ２に、空燃比が制御される。これに対し、中間リーン制御時には、通常のリーンバーン制御時と同じ空燃比領域Ａ１に、空燃比が制御される。その理由は、中間リーン制御時には酸素だけをＮＯｘ触媒に吸蔵させたいのであり、ＮＯｘ触媒に供給されるＮＯｘ量を抑制するのが好ましいからである。
【００７９】
かかる最初のリーン制御時の制御空燃比の変更を含む他の劣化診断処理の手順を図９に示す。なお図７に示した前記診断処理と同一内容のステップについては符合を２００番台に変更し、説明を省略する。
【００８０】
図示するように、この他の診断処理では、ステップＳ２０１とステップＳ２０２の間にステップＳ２０１１，Ｓ２０１２が追加される点が前記診断処理と異なる。ステップＳ２０１１では、目標空燃比が、前記リッチ側領域Ａ２内の所定空燃比に設定される。これにより目標空燃比はリーンバーン制御時の値よりリッチ側の値に変更され、ＮＯｘ触媒１６の活性を増すことができる。次いでステップＳ２０１２では、目標空燃比変更時からの最初のリーン制御の制御時間ｔＬＳが所定時間ｔＬＳｓを超えたか否かが判断される。
【００８１】
所定時間ｔＬＳｓは、図８に示したような関係を規定するＮＯｘ濃度算出マップと、図１０に示すようなｔＬＳｓ算出マップとから算出される。まず最初のリーン制御の目標空燃比に対応したＮＯｘ濃度がＮＯｘ濃度算出マップから得られ、次いでそのＮＯｘ濃度に対応したｔＬＳｓがｔＬＳｓ算出マップから算出される。ｔＬＳｓ算出マップにおいてはＮＯｘ濃度の増加につれｔＬＳｓが減少するようになっており、即ち、ｔＬＳｓは、ＮＯｘ触媒に一定量のＮＯｘを供給するのに要する時間を規定している。
【００８２】
ステップＳ２０１２において、最初のリーン制御時間ｔＬＳが所定時間ｔＬＳｓを超えたと判断された場合、ＮＯｘ触媒の活性が十分増加されたとみなし、ステップＳ２０２に進んで第１リッチスパイクが実行される。他方、当該制御時間ｔＬＳが所定時間ｔＬＳｓを超えてないと判断された場合には処理が終了される。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述以外の実施形態を採ることも可能である。例えば、前記実施形態ではＮＯｘ触媒の上流側に三元触媒を配置した例を示したが、三元触媒のない実施形態や、ＮＯｘ触媒の下流側に三元触媒を配置した実施形態も可能である。またＮＯｘ触媒以外に酸化触媒やＰＭフィルタ等を設置した実施形態も可能である。
【００８４】
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】
【００８５】
【図１】本発明の一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】劣化診断時の各値の変化の様子を示すタイムチャートである。
【図３】ＮＯｘ触媒のＮＯｘ及び酸素吸蔵特性を示すグラフである。
【図４】ＮＯｘ触媒の別の吸蔵特性を示すグラフである。
【図５】ＮＯｘ触媒の仮の吸蔵酸素量を推定するためのマップである。
【図６】走行距離に対する三元触媒及びＮＯｘ触媒の酸素吸蔵能の変化を示すグラフである。
【図７】劣化診断処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】空燃比と排気ガス中のＮＯｘ濃度との関係並びに制御空燃比領域を示すグラフである。
【図９】他の劣化診断処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】所定時間ｔＬＳｓを算出するためのマップである。
【符号の説明】
【００８６】
１  内燃機関
６  排気管
１１  三元触媒
１２  インジェクタ
１６  ＮＯｘ触媒
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１  排気温センサ
３１  第１空燃比センサ
３２  第２空燃比センサ
３３  第３空燃比センサ
３４  第４空燃比センサ
Ｔｃ  触媒温度
【図１】
0004789016.tif 000002
【図２】
0004789016.tif 000003
【図３】
0004789016.tif 000004
【図４】
0004789016.tif 000005
【図５】
0004789016.tif 000006
【図６】
0004789016.tif 000007
【図７】
0004789016.tif 000008
【図８】
0004789016.tif 000009
【図９】
0004789016.tif 000010
【図１０】
0004789016.tif 000011