(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置され、流入する排気に含まれるＮＯＸを吸蔵する機能と吸蔵されたＮＯＸを還元する機能を具備するＮＯＸ吸蔵還元型触媒と、
前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より下流の前記排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、
を備える希薄燃焼運転可能な内燃機関に適用される、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置であって、
前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒を通過する排気流量を取得する第一取得手段と、
前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒へ流入するＮＯＸ量であるＮＯＸ流入量を取得する第二取得手段と、
前記ＮＯＸセンサの出力に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒から流出するＮＯＸ量であるＮＯＸ流出量を取得する第三取得手段と、
前記第二取得手段により取得されるＮＯＸ流入量に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸの量であるＮＯＸ吸蔵量を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量がクライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する量より少ない量であって、且つ前記クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵能力が破過し始める量である破過開始量以上となる状態における、前記第一取得手段により取得される排気流量が所定の下限流量以上であるときに前記第二取得手段により取得されるＮＯＸ流入量及び前記第三取得手段により取得されるＮＯＸ流出量に基づいて、前記ＮＯＸ流入量に対して前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に吸蔵されるＮＯＸ量の割合であるＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率が所定の閾値未満であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が異常であると診断し、前記ＮＯＸ吸蔵率が前記所定の閾値以上であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が正常であると診断する診断手段と、
を備えるＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置。
【請求項２】
請求項１において、前記診断手段は、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であって、且つ前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量である上限ＮＯＸ吸蔵量未満となる状態における、前記第一取得手段により取得される排気流量が前記所定の下限流量以上であるときに前記第二取得手段により取得されるＮＯＸ流入量及び前記第三取得手段により取得されるＮＯＸ流出量に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率が前記所定の閾値未満であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が異常であると診断し、前記ＮＯＸ吸蔵率が前記所定の閾値以上であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が正常であると診断するＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記診断手段は、前記演算手段により演算される前記ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上となる状態における、前記第一取得手段により取得される排気流量が前記所定の下限流量以上であり、且つ該所定の下限流量より大きな所定の上限流量以下であるときに前記第二取得手段により取得されるＮＯＸ流入量及び前記第三取得手段により取得されるＮＯＸ流出量に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率が前記所定の閾値未満であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が異常であると診断し、前記ＮＯＸ吸蔵率が前記所定の閾値以上であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が正常であると診断するＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の異常を診断する技術に関し、特にＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）の異常を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置として、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを脱離させつつ還元するＮＳＲ触媒が知られている。このような排気浄化装置の劣化や故障等の異常を診断する技術としては、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する際のＮＯＸ吸蔵量（以下、「飽和吸蔵量」と称する）を求め、その飽和吸蔵量が所定の閾値より小さければ、排気浄化装置が異常であると診断する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、大気中に排出されるＮＯＸ量の規制強化に伴って、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量の余裕代を拡大させる傾向がある。そのため、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和するまでに要する時間が長くなってきている。よって、従来の異常診断方法によると、ＮＳＲ触媒の飽和吸蔵量を検出する機会が少なくなる可能性があるため、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することが難しくなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う異常診断装置において、ＮＳＲ触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵量が正常と異常との境界にあるクライテリア触媒の破過開始量以上となる状態であって、且つ該ＮＯＸ吸蔵還元型触媒を通過する排気流量が所定の下限流量以上となる状態にあるときのＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常を診断するようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、排気通路に配置され、流入する排気に含まれるＮＯＸを吸蔵する機能と吸蔵されたＮＯＸを還元する機能を具備するＮＯＸ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、を備える希薄燃焼運転可能な内燃機関に適用される、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置である。そして、異常診断装置は、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒を通過する排気流量を取得する第一取得手段と、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒へ流入するＮＯＸ量であるＮＯＸ流入量を取得する第二取得手段と、前記ＮＯＸセンサの出力に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒から流出するＮＯＸ量であるＮＯＸ流出量を取得する第三取得手段と、前記第二取得手段により取得されるＮＯＸ流入量に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸの量であるＮＯＸ吸蔵量を演算する演算手段と、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量がクライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する量より少ない量であって、且つ前記クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵能力が破過し始める量である破過開始量以上となる状態における、前記第一取得手段により取得される排気流量が所定の下限流量以上であるときに前記第二取得手段により取得されるＮＯＸ流入量及び前記第三取得手段により取得されるＮＯＸ流出量に基づいて、前記ＮＯＸ流入量に対して前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に吸蔵されるＮＯＸ量の割合であるＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率が所定の閾値未満であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が異常であると診断し、前記ＮＯＸ吸蔵率が前記所定の閾値以上であれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒が正常であると診断する診断手段と、を備える。
【０００８】
なお、ここでいう「クライテリア触媒」は、正常と異常との境界状態にあるときのＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）に相当する。また、ここでいう「ＮＯＸ吸蔵能力が破過する」とは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和していない状態であって、且つＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの一部がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに、該ＮＳＲ触媒をすり抜ける状態であり、例えば、ＮＯＸ吸蔵率が所定のＮＯＸ吸蔵率（０％より大きいＮＯＸ吸蔵率であって、ＮＳＲ触媒へ流入したＮＯＸの全てがＮＳＲ触媒に吸蔵されていないとみなすことができるＮＯＸ吸蔵率）以下となる状態をいう。言い換えると、「ＮＯＸ吸蔵能力が破過する」とは、ＮＯＸ流入量に対してＮＳＲ触媒をすり抜けるＮＯＸ量の割合（以下、「ＮＯＸスリップ率」と称する）が所定の割合（１００％より小さい割合であって、ＮＳＲ触媒へ流入したＮＯＸの全てがＮＳＲ触媒に吸蔵されていないとみなすことができる割合）以上となる状態である。そのため、ここでいう「破過開始量」は、クライテリア触媒の飽和吸蔵量より少ない量であって、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの一部がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに、該ＮＳＲ触媒をすり抜け始めるときのＮＯＸ吸蔵量（例えば、前記ＮＯＸ吸蔵率が前記所定のＮＯＸ吸蔵率に低下したときのＮＯＸ吸蔵量、言い換えると、前記ＮＯＸスリップ率が前記所定の割合に達するときのＮＯＸ吸蔵量）に相当する。さらに、ここでいう「所定の閾値」は、例えば、前記クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率、又は該ＮＯＸ吸蔵率に所定のマージンを加算した値である。
【０００９】
ＮＳＲ触媒は、内燃機関が希薄燃焼運転されることで、該ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比となっているときに、その排気に含まれるＮＯＸを吸蔵する。その際、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的少なければ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力に余裕があるため、排気に含まれるＮＯＸの略全てがＮＳＲ触媒に吸蔵される（前記ＮＯＸスリップ率が前記所定の割合以下となる）。その結果、ＮＳＲ触媒をすり抜けるＮＯＸ量が極少量になる。その後、前記ＮＯＸ吸蔵量がＮＳＲ触媒の破過開始量以上に増加すると、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの一部がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに該ＮＳＲ触媒をすり抜けるようになる（前記ＮＯＸスリップ率が前記所定の割合以上となる）。その結果、ＮＳＲ触媒をすり抜けるＮＯＸ量が徐々に増加する。そして、前記ＮＯＸ吸蔵量が飽和吸蔵量に達すると、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸの略全てがＮＳＲ触媒に吸蔵されずにＮＳＲ触媒をすり抜けるようになる。
【００１０】
ここで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が破過し始めるときのＮＯＸ吸蔵量（破過開始量）は、ＮＳＲ触媒が正常である場合に比べ、ＮＳＲ触媒が異常である場合（ＮＳＲ触媒の劣化や故障が発生している場合）の方が少なくなる。このような特性に着目すると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上となる状態におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行う方法が考えられる。このような方法によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が飽和吸蔵量より少ない状態におけるＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量を用いてＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うことができる。その結果、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができる。
【００１１】
なお、ＮＯＸ吸蔵量がＮＳＲ触媒の破過開始量未満であるときは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵速度が大きいため、排気流量に応じてＮＯＸ吸蔵率が変化しにくいが、ＮＯＸ吸蔵量
がＮＳＲ触媒の破過開始量以上であるときは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵速度が小さくなるため、排気流量に応じてＮＯＸ吸蔵率が変化しやすい。そのため、ＮＳＲ触媒が正常な状態にあれば、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であるときのＮＯＸ吸蔵率が排気流量に応じて変化しにくい。これに対し、ＮＳＲ触媒が異常な状態にあれば、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であるときのＮＯＸ吸蔵率が排気流量に応じて変化しやすい。具体的には、ＮＳＲ触媒が異常である場合においては、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であるときのＮＯＸ吸蔵率は、排気流量が多いときより少ないときの方が大きくなる。よって、ＮＳＲ触媒が異常である場合においては、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であっても、排気流量が少なければ、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が比較的大きな値になる。その結果、ＮＳＲ触媒が異常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が正常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率との間に差が出にくくなる。
【００１２】
また、内燃機関が排気流量の少ない運転状態にあるときは、排気に含まれるＮＯＸの絶対量が少なくなる。そのため、ＮＯＸ吸蔵率を求める際に利用されるセンサ（例えば、ＮＯＸ流出量を取得するために利用されるＮＯＸセンサ等）の測定値（ＮＯＸ濃度）に誤差が含まれていると、その測定値を用いて求められるＮＯＸ流出量に含まれる誤差の割合が大きくなり、それに伴ってＮＯＸ吸蔵率に含まれる誤差の割合も大きくなる可能性がある。
【００１３】
ＮＳＲ触媒が異常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が正常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率との間に差が出にくい状況において、ＮＯＸ吸蔵率に含まれる誤差の割合が大きくなると、ＮＳＲ触媒が異常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が正常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率との差が一層出にくくなる可能性がある。よって、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上となる状態において、排気流量が比較的少ないときのＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量に基づいてＮＯＸ吸蔵率が求められると、ＮＳＲ触媒の異常を精度良く検出することができない可能性がある。
【００１４】
そこで、本発明のＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であり、且つ排気流量が所定の下限流量以上であるときのＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量に基づいてＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常を診断するようにした。ここでいう「所定の下限流量」は、内燃機関がアイドル運転されているときの排気流量より多い量であって、且つＮＳＲ触媒が正常である場合のＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率との間に顕著な差（例えば、前述したセンサの測定誤差に起因するＮＯＸ吸蔵率の誤差より大きな差）が生じると考えられる排気流量に相当する。このような下限流量は、予め実験的に求めておくものとする。
【００１５】
このように構成されたＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置によれば、前述したセンサの測定誤差が発生する場合であっても、ＮＳＲ触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することができる。
【００１６】
なお、内燃機関の運転状態は、運転者によって任意に変更されるため、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量に達したときに、排気流量が前記下限流量以上となる運転状態が為されているとは限らない。そのため、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量に達した時点から排気流量が前記下限流量以上となる運転状態が開始される時点までに時間がかかる可能性がある。そのような場合は、排気流量が前記下限流量以上となる運転が開始された時点で、ＮＯＸ吸蔵量がＮＳＲ触媒の正常時における破過開始量以上になっている可能性がある。ＮＯＸ吸蔵量がＮＳＲ触媒の正常時における破過開始量以上となる状態では、たとえＮＳＲ触媒が正常であっても、ＮＯＸ吸蔵率が小さい値にな
る可能性がある。その結果、ＮＳＲ触媒が異常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が正常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率との間に差が出にくくなる可能性がある。これに対し、本発明に係わる診断手段は、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であり、且つ前記クライテリア触媒の破過開始量より大きな所定の上限ＮＯＸ吸蔵量未満となる状態における排気流量が前記所定の下限流量以上であるときのＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量に基づいてＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うようにしてもよい。言い換えると、前記診断手段は、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上となり、且つ排気流量が前記所定の下限流量以上となる状態であっても、ＮＯＸ吸蔵量が前記所定の上限ＮＯＸ吸蔵量以上であれば、その状態におけるＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく異常診断を行わないようにしてもよい。なお、ここでいう「所定の上限ＮＯＸ吸蔵量」は、ＮＳＲ触媒が新品相当の状態（例えば、排出ガス規制及び該排出ガス規制に対する適合マージンを考慮した好適なＮＯＸ浄化能力を発揮し得る状態）にあるときの破過開始量に相当する。このような構成によれば、ＮＳＲ触媒の異常診断をより精度良く行うことができる。
【００１７】
また、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量に達した状態において、排気流量が前記所定の下限流量に比して過剰に多くなる運転状態が為される可能性もある。排気流量が過剰に多い状態においては、たとえＮＳＲ触媒が正常な状態にあっても、該ＮＳＲ触媒による効率的なＮＯＸ吸蔵を行えなくなる可能性があり、それに伴ってＮＯＸ吸蔵率が小さい値になる可能性がある。その結果、ＮＳＲ触媒が異常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が正常である場合におけるＮＯＸ吸蔵率との間に差が出にくくなる可能性がある。これに対し、本発明に係わる診断手段は、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上に達した状態における排気流量が前記所定の下限流量以上であり、且つ該所定の下限流量より大きな所定の上限流量以下であるときのＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量に基づいてＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うようにしてもよい。言い換えると、前記診断手段は、ＮＯＸ吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上となり、且つ排気流量が前記所定の下限流量以上となる状態であっても、排気流量が前記所定の上限流量より多ければ、その状態におけるＮＯＸ流入量及びＮＯＸ流出量から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく異常診断を行わないようにしてもよい。ここでいう「所定の上限流量」は、ＮＳＲ触媒を通過する排気流量が該所定の上限流量より多くなると、ＮＳＲ触媒が正常な状態にあり、且つＮＯＸ吸蔵量が正常状態のＮＳＲ触媒の破過開始量未満であっても、該ＮＳＲ触媒による効率的なＮＯＸ吸蔵を行えなくなるとみなすことができる排気流量である。このような構成によれば、ＮＳＲ触媒の異常診断をより精度良く行うことができる。
【００１８】
なお、ＮＯＸ吸蔵率は、前述したＮＯＸスリップ率を用いて表すこともできる。例えば、ＮＯＸ吸蔵率は、以下の式（１）で表すことができる。
ＮＯＸ吸蔵率（％）＝１００（％）−ＮＯＸスリップ率（％）・・・（１）
よって、本発明の診断手段は、ＮＯＸ吸蔵率の代わりにＮＯＸスリップ率を用いて、ＮＳＲ触媒の異常診断を行ってもよい。その場合、診断手段は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸスリップ率が所定のＮＯＸスリップ率（前記クライテリア触媒のＮＯＸスリップ率、又は該ＮＯＸスリップ率から所定のマージンを減算した値）より大きければ、ＮＳＲ触媒が異常であると診断し、ＮＳＲ触媒のＮＯＸスリップ率が前記所定のＮＯＸスリップ率以下であれば、ＮＳＲ触媒が正常であると診断してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＮＳＲ触媒の異常診断を行うＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置において、ＮＳＲ触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯＸ再生処理終了後の希薄燃焼運転期間における総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎとＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘと第一触媒ケーシングから流出する排気のＮＯＸ濃度Ｃｎｏｘとの経時変化を示すタイミングチャートである。
【図３】ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となる状態において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘと排気流量との相関を示す図である。
【図４】ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを求める方法を説明するための図である。
【図５】ＮＳＲ触媒の異常診断が行われる際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】変形例１において、ＮＳＲ触媒の異常診断が行われる際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】変形例２において、ＮＳＲ触媒の異常診断が行われる際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２２】
図１は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を燃焼して運転（希薄燃焼運転）することができる火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であるが、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
【００２３】
内燃機関１は、気筒へ燃料を供給するための燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、各気筒の吸気ポート内へ燃料を噴射するものであってもよく、又は各気筒内へ燃料を噴射するものであってもよい。
【００２４】
内燃機関１には、気筒内で燃焼されたガス（排気）を流通させるための排気管３が接続されている。排気管３の途中には、第一触媒ケーシング４が配置されている。第一触媒ケーシング４は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等）と、コート層に担持されるセリア（ＣｅＯ２）等の助触媒と、から構成される三元触媒を収容する。
【００２５】
前記第一触媒ケーシング４より下流の排気管３には、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）を収容する第二触媒ケーシング５が配置されている。第二触媒ケーシング５は、例えば、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等）と、コート層に担持されるセリア（ＣｅＯ２）等の助触媒と、コート層に担持されるＮＯＸ吸蔵材（アルカリ類、アルカリ土類等）と、を収容する。
【００２６】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６が併設
される。ＥＣＵ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ６は、第一ＮＯＸセンサ７、第二ＮＯＸセンサ８、排気温度センサ９、アクセルポジションセンサ１０、クランクポジションセンサ１１、及びエアフローメータ１２等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２７】
第一ＮＯＸセンサ７は、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気管３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５へ流入する排気に含まれるＮＯＸの濃度に相関する電気信号を出力する。第二ＮＯＸセンサ８は、第二触媒ケーシング５より下流の排気
管３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気に含まれるＮＯＸの濃度に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ９は、第二触媒ケーシング５より下流の排気管３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。
【００２８】
また、アクセルポジションセンサ１０は、アクセルペダルに取り付けられ、該アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１に取り付けられ、機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１２は、内燃機関１の吸気管（図示せず）に取り付けられ、吸気管内を流れる新気（空気）の量（質量）に相関する電気信号を出力する。
【００２９】
ＥＣＵ６は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の運転状態を制御する。例えば、ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ１０の出力信号（アクセル開度）に基づいて演算される機関負荷とクランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて演算される機関回転速度とに基づいて混合気の目標空燃比を演算する。ＥＣＵ６は、目標空燃比とエアフローメータ１２の出力信号（吸入空気量）とに基づいて目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、その目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁２を作動させる。その際、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。また、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転状態が高負荷領域又は高回転領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定する。このように、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域や中回転・中負荷領域（以下、これらの運転領域を「リーン運転領域」と称する）に属するときに、目標空燃比がリーン空燃比に設定されることで、内燃機関１が希薄燃焼運転されると、燃料消費量を少なく抑えることができる。
【００３０】
また、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転状態が前記リーン運転領域にあるときに、ＮＯＸ再生処理を適宜に実行する。ＮＯＸ再生処理は、排気の酸素濃度が低く、且つ炭化水素や一酸化炭素の濃度が高くなるように、燃料噴射量や吸入空気量を調整する処理（所謂リッチスパイク処理）である。第二触媒ケーシング５に収容されるＮＳＲ触媒は、内燃機関１が希薄燃焼運転されているとき（第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるとき）に、排気中のＮＯＸを吸蔵する。なお、ここでいう「吸蔵」は、ＮＳＲ触媒が排気中のＮＯＸを化学的に吸蔵する態様、及び物理的に吸着する態様を含むものとする。また、第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が低く、且つ炭化水素や一酸化炭素等の還元成分が排気に含まれるとき（排気の空燃比がリッチ空燃比であるとき）に、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸを脱離させつつ、脱離したＮＯＸを窒素（Ｎ２）やアンモニア（ＮＨ３）に還元させる。そのため、ＮＯＸ再生処理が実行されると、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が再生されることになる。
【００３１】
そこで、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量（ＮＯＸ吸蔵量）が一定量以上になったとき、前回のＮＯＸ再生処理終了時からの運転時間（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された状態の運転時間）が一定時間以上になったとき、又は前回のＮＯＸ再生処理終了時からの走行距離（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された状態の走行距離）が一定距離以上になったときに、ＮＯＸ再生処理を実行することで、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和することを抑制しつつ、大気中へ排出されるＮＯＸの量を低減する。
【００３２】
なお、ＮＯＸ再生処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射弁２の目標燃料噴射量を増加させる処理と吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を減少させる処理の少なくとも一方
を実行することで、内燃機関１で燃焼に供される混合気の空燃比をリッチ空燃比へ低下させる方法を用いることができる。また、燃料噴射弁２が気筒内に直接燃料を噴射する構成においては、気筒の排気行程中に燃料噴射弁２から燃料を噴射させる方法により、ＮＯＸ再生処理が実行されてもよい。
【００３３】
ところで、第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒に劣化や故障等による異常が発生すると、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときに、第二触媒ケーシング５へ流入したＮＯＸのうち、ＮＳＲ触媒に吸蔵されないＮＯＸの量が増加し、それに伴って大気中へ排出されるＮＯＸの量も増加する可能性がある。そのため、第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒が異常である場合は、該ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出して、車両の運転者に修理を促したり、内燃機関１の希薄燃焼運転を禁止したりする必要がある。以下では、第二触媒ケーシング５に収容されるＮＳＲ触媒の異常を診断する方法について述べる。
【００３４】
図２は、ＮＯＸ再生処理終了後の希薄燃焼運転期間において、希薄燃焼運転が開始された時点からのＮＯＸ流入量の積算値（以下、「総ＮＯＸ流入量」と称する）ΣＡｎｏｘｉｎと、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘと、第二触媒ケーシング５から流出する排気のＮＯＸ濃度Ｃｎｏｘとの経時変化を示すタイミングチャートである。なお、図２は、ＮＯＸ再生処理終了後に直ちに希薄燃焼運転が開始された場合を示している。また、図２中の実線はＮＳＲ触媒が正常である場合の経時変化を示しており、図２中の一点鎖線はＮＳＲ触媒が異常である場合の経時変化を示している。
【００３５】
ＮＳＲ触媒のＮＯＸ再生処理が終了されて希薄燃焼運転が開始されると（図２中のｔ０）、総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎが増加し始め、それに伴ってＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘも増加し始める。そして、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが比較的少ない状態にあるときは、第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸの略全てがＮＳＲ触媒に吸蔵される。そのため、第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸ量に対してＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯＸ量の割合（ＮＯＸ吸蔵率）が極めて高い割合で安定する。言い換えると、第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸ量に対してＮＳＲ触媒をすり抜けるＮＯＸ量の割合（ＮＯＸスリップ率）が極めて低い割合で安定する。その結果、第二触媒ケーシング５から流出する排気のＮＯＸ濃度Ｃｎｏｘが極めて低くなる。その後、総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎの増加に伴ってＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘがある程度多くなると（図２中のｔ１、ｔ１’）、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が破過するため、第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸの一部がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに第二触媒ケーシング５の下流へすり抜けるようになる。その結果、前記ＮＯＸスリップ率が徐々に増加し始め、それに伴って第二触媒ケーシング５から流出する排気のＮＯＸ濃度Ｃｎｏｘも徐々に増加し始める。また、総ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎが更に増加して、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが飽和吸蔵量Ｓｔｍａｘ、Ｓｔｍａｘ’に達すると（図２中のｔ２、ｔ２’）、第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸの略全てがＮＳＲ触媒をすり抜けるようになる。そのため、第二触媒ケーシング５から流出する排気のＮＯＸ濃度Ｃｎｏｘが第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度と同等になる。
【００３６】
ここで、ＮＳＲ触媒が異常である場合の飽和吸蔵量Ｓｔｍａｘ’は、ＮＳＲ触媒が正常である場合の飽和吸蔵量Ｓｔｍａｘより少なくなる。そのため、ＮＳＲ触媒の飽和吸蔵量に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常を診断することができる。しかしながら、近年では、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量の余裕代を拡大させる傾向にあるため、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和するまでに要する時間が長くなってきている。そのため、ＮＳＲ触媒の飽和吸蔵量を検出する機会が減少する可能性がある。その結果、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができない可能性がある。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、図２中のｔ１、ｔ１’におけるＮＯＸ吸蔵量（第二触媒
ケーシング５へ流入するＮＯＸの一部がＮＳＲ触媒をすり抜け始めるときのＮＯＸ吸蔵量、言い換えるとＮＯＸスリップ率が所定の割合（１００％より小さい割合であって、第二触媒ケーシング５へ流入したＮＯＸの全てがＮＳＲ触媒に吸蔵されていないとみなすことができる割合）に達するときのＮＯＸ吸蔵量（破過開始量）Ｂｄｐ、Ｂｄｐ’に着目した。ＮＳＲ触媒が異常である場合の破過開始量Ｂｄｐ’は、ＮＳＲ触媒が正常である場合の破過開始量Ｂｄｐより少なくなる。そのため、図２中のｔ１’からｔ１までの期間において、第二触媒ケーシング５から流出する排気のＮＯＸ濃度Ｃｎｏｘは、ＮＳＲ触媒が正常である場合より異常である場合の方が大きくなる。これは、ＮＳＲ触媒が異常である場合は正常である場合に比べ、前記ｔ１’からｔ１までの期間におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率（第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸ量に対してＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯＸ量の割合）が小さくなるためである。
【００３８】
そこで、本実施形態においては、クライテリア触媒（正常と異常との境界の状態にあるＮＳＲ触媒に相当）の破過開始量（図２中のＢｄｐｓ）を予め実験的に求めておき、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記クライテリア触媒の破過開始量（以下、「基準破過開始量」と称する）Ｂｄｐｓに達している状態におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うようにした。その場合のＮＯＸ吸蔵率は、以下の式（２）に従って演算することができる。
Ｅｆｎｏｘ＝（Ａｎｏｘｉｎ−Ａｎｏｘｏｕｔ）／Ａｎｏｘｉｎ・・・（２）
上記した式（２）において、ＥｆｎｏｘはＮＯＸ吸蔵率である。また、上記した式（２）におけるＡｎｏｘｉｎはＮＯＸ流入量であり、ＡｎｏｘｏｕｔはＮＯＸ流出量である。上記した式（２）の演算に使用されるＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎは、第一ＮＯＸセンサ７の測定値と排気流量（吸入空気量と燃料噴射量の総和）とを乗算することにより求められるものとする。なお、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときのＮＯＸ流入量は、内燃機関１から排出されるＮＯＸの量（内燃機関１において混合気が燃焼する際に発生するＮＯＸの量）に相関する。そして、内燃機関１から排出されるＮＯＸの量は、混合気に含まれる酸素の量と、混合気に含まれる燃料の量と、燃料噴射時期と、機関回転速度とに相関する。よって、これらの相関に基づいて、ＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎが推定されてもよい。また、上記した式（２）の演算に使用されるＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔは、第二ＮＯＸセンサ８の測定値と排気流量とを乗算することにより求められるものとする。
【００３９】
ここで、ＮＳＲ触媒が正常である場合は、該ＮＳＲ触媒の破過開始量Ｂｄｐが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓより多くなる。そのため、前記ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓに達した時点では、ＮＳＲ触媒が正常な状態であればＮＯＸ吸蔵能力はまだ破過していない。その結果、上記の式（２）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、ＮＳＲ触媒がクライテリア触媒である場合のＮＯＸ吸蔵率以上になると考えられる。一方、ＮＳＲ触媒が異常である場合は、該ＮＳＲ触媒の破過開始量Ｂｄｐ’が前記基準破過開始量Ｂｄｐｓより少なくなる。そのため、前記ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓに達した時点では、ＮＳＲ触媒が異常な状態であればＮＯＸ吸蔵能力は既に破過している。その結果、上記の式（２）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、ＮＳＲ触媒がクライテリア触媒である場合のＮＯＸ吸蔵率より小さくなると考えられる。
【００４０】
上記した傾向に鑑みると、上記の式（２）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘをクライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率と比較することで、ＮＳＲ触媒の異常を診断することができると考えられる。しかしながら、ＮＳＲ触媒が異常であるときのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、排気流量に応じてばらつく可能性がある。すなわち、ＮＳＲ触媒が正常な状態にあれば、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であるときのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが排気流量の影響を受けにくいが、ＮＳＲ触媒が異常な状態にあれば、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であるときのＮＯＸ吸蔵率
Ｅｆｎｏｘが排気流量の影響を受けやすい傾向がある。ここで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘと排気流量との相関を図３に示す。図３中の実線は、ＮＳＲ触媒が正常である場合のＮＯＸ吸蔵率を示し、図３中の一点鎖線は、ＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率を示す。なお、それらのＮＯＸ吸蔵率は、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であるときのＮＯＸ吸蔵率を示すものとする。
【００４１】
図３において、ＮＳＲ触媒が正常である場合は、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵速度が大きいため、ＮＯＸ吸蔵率が排気流量にかかわらず安定した値を示す。これに対し、ＮＳＲ触媒が異常である場合は、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵速度が小さくなるため、ＮＯＸ吸蔵率が排気流量に応じて変化する。詳細には、ＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率は、アイドル運転時や低回転運転時等のように排気流量が少ない範囲（図３中のＲ１）では、比較的大きな値を示す可能性があるが、中回転運転時や高回転運転時等のように排気流量が比較的多い範囲（図３中のＲ２、Ｒ３）では、比較的小さな値を示す。
【００４２】
図３に示すような特性を考慮すると、排気流量が図３中Ｒ１の範囲に属するときは、ＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が正常である場合のＮＯＸ吸蔵率との差が小さくなる。また、アイドル運転時や低回転運転時は、内燃機関１から排出されるＮＯＸ量（排気に含まれるＮＯＸの絶対量）が少ないため、ＮＯＸ吸蔵率を求める際に利用されるセンサ（第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８等）の測定値に含まれる誤差に起因して、ＮＯＸ吸蔵率に含まれる誤差の割合が大きくなる可能性がある。よって、排気流量が図３中Ｒ１の範囲に属しているときに、第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値を利用してＮＯＸ吸蔵率が求められると、ＮＳＲ触媒の異常を正確に検出することができない可能性がある。
【００４３】
したがって、ＮＳＲ触媒の異常を正確に検出するという観点に立つと、排気流量が図３中のＲ２又はＲ３に属するときの第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値を利用してＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うことが望ましいといえる。言い換えると、ＮＳＲ触媒の異常診断に用いられるＮＯＸ吸蔵率は、排気流量が図３中Ｒ２の範囲の下限流量以上であるときの第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値を利用して求められることが望ましいといえる。なお、排気流量が図３中Ｒ２の範囲に属するときは、ＮＳＲ触媒が正常である場合のＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率との差が大きくなるものの、ＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率が排気流量に応じて変化しやすい。そのため、排気流量が図３中Ｒ３の範囲に属するときの第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値を利用してＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率を用いてＮＳＲ触媒の異常診断を行うことがより好ましいといえる。
【００４４】
そこで、本実施形態においては、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であり、且つ排気流量が図３中Ｒ３の範囲の下限流量（図３中のｆｒｌ）以上であるときの第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値を利用してＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うようにした。詳細には、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合において、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であり、且つ排気流量が前記下限流量ｆｒｌ以上であるときの第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値を用いてＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎ及びＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを演算する。続いて、前記ＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎ及び前記ＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを上記式（２）に代入して、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを求める。そして、このようにして求められたＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが所定の閾値以上であれば、ＮＳＲ触媒が正常であると診断し、前記ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが所定の閾値未満であれば、ＮＳＲ触媒が異常であると診断すればよい。その場合の「所定の閾値」は、クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率であってもよいが、ＮＳＲ触媒の異常をよ
り確実に検出するという観点に立つと、クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率に所定のマージンを加算した値に設定されることが望ましい。そして、「所定のマージン」は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化性能がクライテリア触媒のＮＯＸ浄化性能より低いときに、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが前記所定の閾値以上とならないように定められるものとする。なお、上記した下限流量ｆｒｌは、本発明に係わる「所定の下限流量」に相当する。
【００４５】
ここで、ＮＳＲ触媒の異常診断に使用されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、上記した式（２）に従って演算される瞬時値であってもよく、又は複数の瞬時値の平均値であってもよい。また、ＮＳＲ触媒の異常診断に用いられるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、図４に示すように、内燃機関１が希薄燃焼運転されている期間（図４中のｔ００以降の期間）において、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となり、且つ排気流量が前記下限流量ｆｒｌ以上となる条件が成立した時点（図４中のｔ１０）から所定期間（図４中のｔ１０からｔ２０までの期間）におけるＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎの積算値ΣＡｎｏｘｉｎ’とＮＯＸ流出量の積算値ΣＡｎｏｘｏｕｔ’とから演算されてもよい。ここでいう「所定期間」は、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの演算精度を確保するために必要な期間であり、例えば、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となり、且つ排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上となる条件が成立した時点からのＮＯＸ流入量の積算値が所定量に達する時点までに要する期間である。その際の所定量は、第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８の測定値に外乱等の影響によるばらつきが生じると想定した場合に、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを精度良く求めるために必要な量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。このような方法によってＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを求める場合は、以下の式（３）に従ってＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを演算すればよい。
Ｅｆｎｏｘ＝（ΣＡｎｏｘｉｎ’−ΣＡｎｏｘｏｕｔ’）／ΣＡｎｏｘｉｎ’・・・（３）
【００４６】
上記した式（３）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを用いてＮＳＲ触媒の異常診断を行う場合は、クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率も予め上記した式（３）に従って求めておき、そのＮＯＸ吸蔵率に所定のマージンを加算することで所定の閾値を求めておくものとする。その場合の所定のマージンは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化性能がクライテリア触媒のＮＯＸ浄化性能より低いときに、上記の式（３）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが前記所定の閾値以上とならないように定められるものとする。このような方法によってＮＳＲ触媒の異常診断が行われると、第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８の測定値に外乱等の影響によるばらつきが生じた場合であっても、ＮＳＲ触媒の異常をより確実に検出することが可能となる。
【００４７】
以下、本実施形態においてＮＳＲ触媒の異常診断を実行する手順について図５に沿って説明する。図５は、ＮＳＲ触媒の異常診断が行われる際に、ＥＣＵ６によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されており、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００４８】
図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ１０１の処理において、診断条件が成立しているか否かを判別する。ここでいう「診断条件」は、例えば、ＮＳＲ触媒が活性状態にあり、且つ第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８が活性状態にあることである。Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００４９】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件が前述のリーン運転領域に属しているか否か（混合気の目標空燃比がリーン空燃比であるか否か）を判別する。Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理へ進む。
【００５０】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、各種のデータを読み込む。具体的には、ＥＣＵ６は、第一ＮＯＸセンサ７の測定値（第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度）、第二ＮＯＸセンサ８の測定値（第二触媒ケーシング５から流出する排気のＮＯＸ濃度）、エアフローメータ１２の測定値（吸入空気量）、燃料噴射量、及びＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘを読み込む。ここで、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘは、別途演算されてバックアップＲＡＭ等に記憶されているものとする。ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘは、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときにＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯＸ量（ＮＯＸ流入量ＡｎｏｘｉｎとＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔとの差）を積算することで求められる。ただし、前述したＮＯＸ再生処理のように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させることを目的としたリッチスパイク処理が実行されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸが還元されて、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが減少することになる。よって、リッチスパイク処理が実行された際には、第二ＮＯＸセンサ８が排気中のＮＯＸに加え、ＮＯＸが還元されることで生成されるＮＨ３にも反応する特性を利用して、ＮＳＲ触媒で還元されたＮＯＸの量を求め、そのＮＯＸ還元量をＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘから減算すればよい。このような方法にしたがって、ＥＣＵ６がＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘを演算することにより、本発明に係わる「演算手段」が実現される。
【００５１】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれたＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量（前述したクライテリア触媒の破過開始量）Ｂｄｐｓ以上であるか否かを判別する。Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進む。
【００５２】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた吸入空気量と燃料噴射量とを加算することにより、排気流量ｆｒを演算する。このようにＥＣＵ６がＳ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる「第一取得手段」が実現される。
【００５３】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０５の処理で算出された排気流量ｆｒが下限流量ｆｒｌ以上であるか否かを判別する。ここでいう下限流量ｆｒｌは、前述の図３の説明で述べたように、ＮＳＲ触媒が正常である場合のＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒が異常である場合のＮＯＸ吸蔵率との間に、安定的に顕著な差が生じると考えられる排気流量の最小値（図３中Ｒ３の範囲の下限流量）である。Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値は、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となり、且つ排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上となる状態において取得された値とみなすことができる。よって、Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０７乃至Ｓ１０９の処理において、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた第一ＮＯＸセンサ７及び第二ＮＯＸセンサ８の測定値に基づくＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの演算を行う。
【００５４】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となり、且つ排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上となる条件が成立した時点から現時点までの期間におけるＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎの積算値（以下、「演算用ＮＯＸ流入量」と称する）ΣＡｎｏｘｉｎ’、及びＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔの積算値（以下、「演算用ＮＯＸ流出量」と称する）ΣＡｎｏｘｏｕｔ’を演算する。詳細には、ＥＣＵ６は、先ず、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた第一ＮＯＸセンサ７の測定値と前記Ｓ１０６の処理で算出された排気流量ｆｒとを乗算することにより、ＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎを演算する。また、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた第二ＮＯＸセンサ８の測定値と前記Ｓ１０６の処理で算出された排気流量ｆｒとを乗算することにより、ＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを演算する。このようにＥＣＵ６がＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎ及びＮＯＸ流出量を演算することにより、本発明に係わる「第二取得手段」及び「第三取得手段」が実現される。次に、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎを、該Ｓ１
０７の処理の前回の実行時に算出された演算用ＮＯＸ流入量に加算することで、演算用ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎ’を演算する。また、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを、該Ｓ１０７の処理の前回の実行時に算出された演算用ＮＯＸ流出量に加算することで、演算用ＮＯＸ流出量ΣＡｎｏｘｏｕｔ’を演算する。
【００５５】
Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０７の処理で算出された演算用ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎ’が所定量以上であるか否かを判別する。ここでいう所定量は、前述したように、第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８の測定値に外乱等の影響によるばらつきが生じると想定した場合に、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを精度良く求めるために必要な量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。Ｓ１０８の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０１の処理へ戻る。一方、Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０９の処理へ進む。
【００５６】
Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０８の処理で算出された演算用ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎ’と演算用ＮＯＸ流出量ΣＡｎｏｘｏｕｔ’とを、前述の式（３）に代入することにより、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを演算する。
【００５７】
Ｓ１１０の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０９の処理で算出されたＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが所定の閾値Ｔｈｒ以上であるか否かを判別する。ここでいう所定の閾値Ｔｈｒは、前述したように、クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率に所定のマージンを加算した値であり、その際の所定のマージンは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化性能がクライテリア触媒のＮＯＸ浄化性能より低いときに、そのＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが前記所定の閾値以上とならないように定められる。このように所定の閾値Ｔｈｒが定められると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化性能がクライテリア触媒より低い状態にある場合に、その状態のＮＳＲ触媒が正常であると誤診断されることが抑制され、ＮＳＲ触媒の異常をより確実に検出することができる。
【００５８】
前記Ｓ１１０の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１１の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が正常であると診断する。一方、Ｓ１１０の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１２の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が異常であると診断する。なお、Ｓ１１２の処理では、ＥＣＵ６は、車両の室内に設置された警告灯等を点灯させることで、車両の運転者に第二触媒ケーシング５の交換や修理を促してもよい。なお、ＥＣＵ６が前記Ｓ１０４、及びＳ１０６乃至前記Ｓ１１２の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。
【００５９】
ＥＣＵ６は、Ｓ１１１又はＳ１１２の処理を実行した後に、Ｓ１１３の処理へ進む。Ｓ１１３の処理では、ＥＣＵ６は、各種の演算値をリセットする。詳細には、ＥＣＵ６は、演算用ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎ’、及び演算用ＮＯＸ流出量ΣＡｎｏｘｏｕｔ’の値を零にリセットする。また、前記Ｓ１０１の処理、前記Ｓ１０２の処理、前記Ｓ１０４の処理、又は前記Ｓ１０６の処理で否定判定された場合も、ＥＣＵ６は、Ｓ１１３の処理へ進み、上記した演算値をリセットする。
【００６０】
以上述べた手順に従ってＮＳＲ触媒の異常診断が行われると、第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８等の測定値に誤差が含まれている場合であっても、ＮＳＲ触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することが可能になる。
【００６１】
＜変形例１＞
ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが基準破過開始量Ｂｄｐｓに達した時点で、排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上になる運転状態が為されていない可能性がある。そして、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓに達した時点から排気流量ｆｒが前記下限
流量ｆｒｌ以上となる運転が開始される時点までの期間が長くなると、排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上となる運転が開始された時点におけるＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが過剰に多くなって、ＮＳＲ触媒が正常な状態にあるときの破過開始量以上になる可能性がある。その結果、たとえＮＳＲ触媒が正常な状態であっても、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが小さな値になる可能性がある。
【００６２】
そこで、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となり、且つ前記基準破過開始量Ｂｄｐｓより大きな上限ＮＯＸ吸蔵量未満となる状態において、排気流量ｆｒが下限流量ｆｒｌ以上であるときのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを求めてもよい。なお、ここでいう「上限ＮＯＸ吸蔵量」は、ＮＳＲ触媒が新品相当の状態（例えば、排出ガス規制及び該排出ガス規制に対する適合マージンを考慮した好適なＮＯＸ浄化能力を発揮し得る状態）にあるときの破過開始量に相当する。
【００６３】
具体的には、ＥＣＵ６は、図６の処理ルーチンに従って、ＮＳＲ触媒の異常診断を行ってもよい。図６の処理ルーチンと前述の図５の処理ルーチンとの相違点は、Ｓ１０４の処理の代わりにＳ２０１の処理が実行される点にある。すなわち、Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理で読み込まれたＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であり、且つ上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満であるか否かを判別する。Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、図５のＳ１０４の処理で肯定判定された場合と同様に、Ｓ１０５以降の処理を実行すればよい。一方、Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、図５のＳ１０４の処理で否定判定された場合と同様に、Ｓ１１３の処理へ進めばよい。
【００６４】
上記した手順によってＮＳＲ触媒の異常診断が行われると、ＮＳＲ触媒の異常診断をより精度良く行うことができる。なお、図６の処理ルーチンにおいて、Ｓ１０８の処理の代わりに、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘに達したか否かを判別する処理が実行されてもよい。その場合、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となり、且つ排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上となる条件が成立した時点から、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘに達する時点までの期間における演算用ＮＯＸ流入量ΣＡｎｏｘｉｎ’と演算用ＮＯＸ流出量ΣＡｎｏｘｏｕｔ’とに基づいて、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが求められることになる。そのため、異常診断に要する時間が多少長くなる可能性はあるものの、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘをより精度良く求めることができる。その結果、ＮＳＲ触媒の異常診断をより精度良く行うことができる。
【００６５】
＜変形例２＞
ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが基準破過開始量Ｂｄｐｓに達したときに、排気流量ｆｒが下限流量ｆｒｌに比して過剰に多くなる運転が為される可能性がある。排気流量が過剰に多くなる状態においては、たとえＮＳＲ触媒が正常な状態にあっても、該ＮＳＲ触媒による効率的なＮＯＸ吸蔵を行えなくなる可能性があり、それに伴ってＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが小さい値になる可能性がある。
【００６６】
そこで、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上となる状態において、排気流量ｆｒが下限流量ｆｒｌ以上であり、且つ上限流量ｆｒｕ以下であるときのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを求めるようにしてもよい。ここでいう「上限流量ｆｒｕ」は、排気流量ｆｒが該上限流量を超えると、たとえＮＳＲ触媒が正常な状態にあっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸスリップ率が所定の割合以上になると考えられる値であり、予め実験的に求められた値である。
【００６７】
具体的には、ＥＣＵ６は、図７の処理ルーチンに従って、ＮＳＲ触媒の異常診断を行っ
てもよい。図７の処理ルーチンと前述の図５の処理ルーチンとの相違点は、Ｓ１０６の処理の代わりにＳ３０１の処理が実行される点にある。Ｓ３０１の処理では、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理で算出された排気流量ｆｒが下限流量ｆｒｌ以上であり、且つ上限流量ｆｒｕ以下であるか否かを判別する。Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、図５のＳ１０６の処理で肯定判定された場合と同様に、Ｓ１０７以降の処理を実行すればよい。一方、Ｓ３０１の処理において否定判定された場合は、図５のＳ１０６の処理で否定判定された場合と同様に、Ｓ１１３の処理へ進めばよい。
【００６８】
上記した手順によってＮＳＲ触媒の異常診断が行われると、ＮＳＲ触媒の異常診断をより精度良く行うことができる。なお、該変形例２は、前述の変形例１と組み合わせてもよい。その場合は、図７の処理ルーチンのＳ１０４の処理の代わりに、前述の図６の処理ルーチンのＳ２０１の処理と同様の処理が実行されればよい。このような手順でＮＳＲ触媒の異常診断が行われると、診断精度をより一層高めることができる。
【００６９】
以上述べた実施形態では、本発明を適用する内燃機関として、三元触媒を収容する第一触媒ケーシング４とＮＳＲ触媒を収容する第二触媒ケーシング５とが排気管３に配置される内燃機関１を例示したが、選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction
）触媒）等を収容した触媒ケーシングが第二触媒ケーシングより下流の排気管に配置される内燃機関に適用することも可能である。
【００７０】
＜他の実施形態＞
なお、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、ＮＯＸスリップ率を用いて表すこともできる（Ｅｆｎｏｘ（％）＝１００（％）−ＮＯＸスリップ率（％））。よって、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの代わりにＮＯＸスリップ率を用いて、ＮＳＲ触媒の異常診断を行ってもよい。その場合、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸスリップ率が所定のＮＯＸスリップ率（前記クライテリア触媒のＮＯＸスリップ率、又は該ＮＯＸスリップ率から所定のマージンを減算した値）より大きければ、ＮＳＲ触媒が異常であると診断し、ＮＳＲ触媒のＮＯＸスリップ率が前記所定のＮＯＸスリップ率以下であれば、ＮＳＲ触媒が正常であると診断すればよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  内燃機関
２  燃料噴射弁
３  排気管
４  第一触媒ケーシング
５  第二触媒ケーシング
６  ＥＣＵ
７  第一ＮＯＸセンサ
８  第二ＮＯＸセンサ
９  排気温度センサ
１０  アクセルポジションセンサ
【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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