(57)【要約】【課題】本発明の課題は、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度を検出するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度を検出するセンサとを利用して、選択還元型触媒の劣化を精度良く診断することにある。【解決手段】本発明は、排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度を測定する第一センサと、排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度を測定する第二センサと、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた状態における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差に基づいて排気浄化装置の劣化を診断する診断手段とを備えた排気浄化装置の劣化診断装置において、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられるときに、前記第一センサより上流において水性ガスシフト反応を発生させる。【選択図】図６
2016008510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられ、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に水性ガスシフト反応を促進させる触媒を具備する第一排気浄化装置と、
前記第一排気浄化装置より下流の排気通路に配置され、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酸素を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比以下であるときは吸蔵していた酸素を放出する選択還元型触媒を具備する第二排気浄化装置と、
前記第二排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度に相関する物理量を測定する第一センサと、
前記第二排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度に相関する物理量を測定する第二センサと、
内燃機関から排出される排気の空燃比がリーン空燃比であるときに、前記第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更することで、前記第一排気浄化装置において水性ガスシフト反応を誘発させる処理である誘発処理を実行する制御手段と、
前記誘発処理が実行された状態における前記第一センサの測定値と前記第二センサの測定値との差をパラメータとして、前記第二排気浄化装置の劣化を診断する診断手段と、
を備える排気浄化装置の劣化診断装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、前記第二排気浄化装置の温度が該第二排気浄化装置の選択還元型触媒によって排気中の水素を酸化可能な温度範囲であって、その温度範囲における水素酸化量の変化量が所定値以下となる温度範囲に属するときに前記誘発処理を実行する排気浄化装置の劣化診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記第一排気浄化装置に含まれる触媒は、排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに窒素酸化物を放出しつつ還元する吸蔵還元型触媒であり、
前記制御手段は、前記誘発処理の実行時に前記第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を、前記吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力を再生させるための処理であるリッチスパイク処理の実行時に前記第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比より低くする排気浄化装置の劣化診断装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項において、前記第一排気浄化装置の触媒が劣化している場合に、前記誘発処理が実行された状態における前記第一センサの測定値と前記第二センサの測定値との差を補正する手段であって、前記第一排気浄化装置の触媒の劣化度合いが大きくなるほど前記差が大きくなるような補正を行う補正手段を更に備え、
前記診断手段は、前記補正手段により補正された値をパラメータとして、前記第二排気浄化装置の劣化を診断する排気浄化装置の劣化診断装置。
【請求項５】
請求項３において、前記診断手段は、前記誘発処理の実行によって前記第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更された状態における前記第一センサの測定値と前記第二センサの測定値との差、及び前記誘発処理の終了によって前記第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変更された状態における前記第一センサの測定値と前記第二センサの測定値との差の総和をパラメータとして、前記第二排気浄化装置の劣化を診断する排気浄化装置の劣化診断装置。
【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配置される排気浄化装置の劣化を診断する技術に関し、特に選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）を具備する排
気浄化装置の劣化を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置の劣化を診断する方法として、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比から理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更した際に排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度と排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度との差から排気浄化装置が吸蔵することができる酸素の量（酸素吸蔵容量）を求め、該酸素吸蔵容量に基づいて排気浄化装置の劣化を診断する技術が知られている（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２０１２−２４１６５２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５８４０号公報
【特許文献３】特開２００９−１０６９１３号公報
【特許文献４】特開２０００−０１８０２２号公報
【特許文献５】特開２０１０−２３６４５８号公報
【特許文献６】特開２０００−３５０９３４号公報
【特許文献７】特開２０１０−０６５６０２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、上記した従来の技術は、三元触媒を具備した排気浄化装置を対象としたものである。ただし、選択還元型触媒は三元触媒と同様に酸素吸蔵能を有するため、上記した従来技術と同様の方法により選択還元型触媒の劣化を診断することが考えられる。その場合、ＮＯＸセンサやＮＨ３センサ等のような高価なセンサを用いることなく、選択還元型触媒の劣化を診断することができるという利点がある。
【０００５】
しかしながら、選択還元型触媒の酸素吸蔵容量は比較的少ないため、排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度、及び排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度を検出するセンサ（例えば、空燃比センサや酸素濃度センサ）の測定値に誤差が含まれていると、選択還元型触媒の酸素吸蔵容量を正確に求めることができず、診断精度が低下する可能性がある。
【０００６】
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、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度を検出するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度を検出するセンサとを利用して、選択還元型触媒の劣化を精度良く診断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】
【０００７】
本願発明者らは、上記した課題を解決するにあたり、選択還元型触媒の浄化性能が劣化すると、該選択還元型触媒の酸素吸蔵能が劣化するとともに、該選択還元型触媒における水素酸化能力も劣化する点に着目した。すなわち、本願発明者らは、選択還元型触媒の浄化性能が劣化した場合は劣化しない場合に比べ、選択還元型触媒の酸素吸蔵容量が少なくなるとともに、選択還元型触媒において酸化される水素の量が少なくなる点に着目した。
【０００８】
そこで、本発明の排気浄化装置の劣化診断装置は、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置の劣化を診断する際に、排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度を検出するためのセンサより上流において、水性ガスシフト反応を誘発させるようにした。
【０００９】
詳細には、本発明に係わる排気浄化装置の劣化診断装置は、
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられ、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に水性ガスシフト反応を促進させる触媒を具備する第一排気浄化装置と、
前記第一排気浄化装置より下流の排気通路に配置され、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酸素を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比以下であるときは吸蔵していた酸素を放出する選択還元型触媒を具備する第二排気浄化装置と、
前記第一排気浄化装置と前記第二排気浄化装置との間の排気通路に配置され、前記第二排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度に相関する物理量を測定する第一センサと、
前記第二排気浄化装置より下流の排気通路に配置され、前記第二排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度に相関する物理量を測定する第二センサと、
内燃機関から排出される排気の空燃比がリーン空燃比であるときに、前記第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比へ変更することで、前記第一排気浄化装置において水性ガスシフト反応を誘発させる処理である誘発処理を実行する制御手段と、
前記誘発処理が実行された状態における前記第一センサの測定値と前記第二センサの測定値との差をパラメータとして、前記第二排気浄化装置の劣化を診断する診断手段と、
を備えるようにした。
【００１０】
内燃機関から排出される排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、第一排気浄化装置及び第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比になる。その場合、排気中に含まれる酸素が第二排気浄化装置の選択還元型触媒に吸蔵される。
【００１１】
内燃機関から排出される排気の空燃比がリーン空燃比であるときに誘発処理が実行されると、第一排気浄化装置及び第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替わる。第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替わると、選択還元型触媒に吸蔵されていた酸素が排気中に放出される。
【００１２】
選択還元型触媒から排気中に酸素が放出されると、第二排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度は、第二排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度より高くなる。その結果、第一センサの測定値と第二センサの測定値との間には、第二排気浄化装置の選択還元型触媒から放出される酸素に起因した差が生じる。
【００１３】
また、誘発処理の実行によって第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になると、第一排気浄化装置の触媒において水性ガスシフト反応が起こる。そのため、第一排気浄化装置の触媒において、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）と水（Ｈ２Ｏ）とが反応して二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成される。
【００１４】
第一排気浄化装置において生成された水素は、排気とともに第一センサに到達する。その際、水素の拡散速度は他の排気成分より速いため、水素が第一センサのセンサ素子に先行到達し、センサ素子がリッチ雰囲気になる。その結果、第一センサの測定値は、実際の酸素濃度より低くなる（リッチずれ）。その後、第一排気浄化装置において生成された水素が第二排気浄化装置へ流入すると、第二排気浄化装置の選択還元型触媒によって水素が酸化させられるため、第二センサのリッチずれは第一センサより小さくなる。よって、第
一センサの測定値と第二センサの測定値との間には、第一排気浄化装置の触媒によって生成される水素に起因した差も生じる。
【００１５】
したがって、誘発処理が実行された状態における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差は、第二排気浄化装置の選択還元型触媒から放出される酸素に起因した差と、第一排気浄化装置において生成される水素に起因した差と、を含むことになる。なお、「誘発処理が実行された状態における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差」とは、例えば、誘発処理の開始から終了までの期間における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差の総和（積算値）であり、以下では「センサ出力差」と称する。
【００１６】
ここで、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、選択還元型触媒の酸素吸蔵能が低くなる。よって、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、誘発処理が実行された際に第二排気浄化装置の選択還元型触媒から放出される酸素が少なくなる。その結果、第二センサの測定値が第一センサの測定値に近づく。
【００１７】
また、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、選択還元型触媒によって酸化させられる水素の量が少なくなる。よって、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、誘発処理が実行された際に第二センサへ到達する水素の量が多くなり、それに伴って第二センサのリッチずれが大きくなる。その結果、第二センサの測定値が第一センサの測定値に近づく。
【００１８】
したがって、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化していない場合は、選択還元型触媒の酸素吸蔵能と水素酸化能との相乗効果によってセンサ出力差が大きくなるのに対し、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化している場合は、選択還元型触媒の酸素吸蔵能の低下と水素酸化能の低下との相乗効果によってセンサ出力差が小さくなる。その結果、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化していない場合のセンサ出力差と、選択還元型触媒が劣化している場合のセンサ出力差と、の間に顕著な差異が生まれる。
【００１９】
第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化していない場合のセンサ出力差と選択還元型触媒が劣化している場合のセンサ出力差との間に顕著な差異が生まれると、第一センサおよびまたは第二センサの測定値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が相対的に小さくなるため、第二排気浄化装置の劣化診断を精度良く行うことが可能になる。また、第一センサ及び第二センサとして酸素濃度センサや空燃比センサ等の既存のセンサを利用することができるため、ＮＯＸセンサやＮＨ３センサ等を利用する場合に比べ、劣化診断装置にかかるコストを低減することもできる。
【００２０】
なお、本発明に係わる排気浄化装置の劣化診断装置において、制御手段は、第二排気浄化装置の温度が該第二排気浄化装置の選択還元型触媒によって排気中の水素を酸化可能な温度範囲に属するときに前記誘発処理を実行することが望ましい。
【００２１】
ただし、第二排気浄化装置の温度変化量に対して水素酸化量の変化量が大きくなる温度範囲、すなわち、第二排気浄化装置の温度に対する水素酸化量の感度が高い温度範囲において誘発処理が実行された場合は、誘発処理実行中に第二排気浄化装置の温度が変化すると、水素酸化量が大きく変化するため、診断精度の低下を招く可能性がある。
【００２２】
そこで、本発明の制御手段は、第二排気浄化装置の温度が、該第二排気浄化装置の選択還元型触媒によって排気中の水素が酸化させられる温度範囲であって、その温度範囲における水素酸化量の変化量が所定値以下となる温度範囲に属するときに、誘発処理を実行してもよい。ここでいう「所定値」は、第二排気浄化装置の温度変化に起因する水素酸化量
の変化量が該所定値以下であれば、選択還元型触媒が劣化している場合のセンサ出力差と劣化していない場合のセンサ出力差との間に十分な差異が生じる値である。
【００２３】
このような方法によれば、誘発処理の実行中に前記第二排気浄化装置の温度が変化しても、第二排気浄化装置の選択還元型触媒によって酸化される水素の量が大幅に変化しなくなる。その結果、劣化診断の精度をより確実に高めることができる。
【００２４】
ここで、第一排気浄化装置が具備する触媒としては、白金（Ｐｔ）等の貴金属が担持された三元触媒、又は三元触媒にアルカリ金属等のＮＯＸ吸蔵材を付加した吸蔵還元型触（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）等を用いることができる。
【００２５】
なお、第一排気浄化装置が吸蔵還元型触媒を具備する場合は、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力を保つために、リッチスパイク処理を適宜に実施する必要がある。リッチスパイク処理は、排気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比にする処理であるため、該リッチスパイク処理の実行時にも水性ガスシフト反応が発生し得る。よって、リッチスパイク処理の実行時に第二排気浄化装置の劣化診断を実行することも可能である。
【００２６】
ただし、燃料消費量の抑制という観点に立つと、リッチスパイク処理の実行時における排気の空燃比は可能な限り高いことが望ましい。よって、リッチスパイク処理の実行時における排気の空燃比は、理論空燃比近傍の弱リッチ空燃比に設定される可能性が高い。排気の空燃比が弱リッチ空燃比にされた場合は、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒によって単位時間あたりに生成される水素の量が少なくなるため、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒によって生成される水素に起因したセンサ出力差が小さくなる可能性がある。
【００２７】
そこで、本発明の第一排気浄化装置が吸蔵還元型触媒を具備する場合においては、制御手段は、誘発処理の実行時に第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を、リッチスパイク処理の実行時に第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比より低くしてもよい。このような方法によれば、誘発処理が実行された際に、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒によって単位時間あたりに生成される水素の量を多くすることができる。その結果、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒によって生成される水素に起因したセンサ出力差が大きくなる条件下で、第二排気浄化装置の劣化診断を行うことが可能になる。よって、第二排気浄化装置の劣化診断精度をより確実に高めることができる。
【００２８】
ところで、第一排気浄化装置の触媒が劣化した場合は劣化していない場合に比べ、水性ガスシフト反応が活性し難くなり、誘発処理の実行時に第一排気浄化装置の触媒によって生成される水素の量が少なくなる。よって、第一排気浄化装置の触媒が劣化している場合は、第二排気浄化装置の選択還元型触媒が劣化していなくとも、前記センサ出力差が小さくなる可能性がある。その結果、第二排気浄化装置が劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤診断される可能性がある。
【００２９】
これに対し、本発明の排気浄化装置の劣化診断装置は、第一排気浄化装置の触媒が劣化している場合に、誘発処理が実行された状態における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差（センサ出力差）を補正する手段であって、第一排気浄化装置の触媒の劣化度合いが大きくなるほど前記センサ出力差が大きくなるような補正を行う補正手段を更に備えるようにしてもよい。
【００３０】
誘発処理の実行時に第一排気浄化装置の触媒によって生成される水素の量は、第一排気浄化装置の触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。そのため、センサ出力差は、第一排気浄化装置の触媒の劣化度合いが大きくなるほど小さくなる。これに対し、第一排気浄化装置の触媒の劣化度合いが大きくなるほどセンサ出力差が大きくなるような補正が
行われ、補正後のセンサ出力差を用いて第二排気浄化装置の劣化診断が行われれば、第一排気浄化装置の触媒の劣化（水素生成量の減少）に起因する診断精度の低下が抑制される。
【００３１】
なお、補正手段は、前記センサ出力差を補正する代わりに、該センサ出力差と比較される閾値を補正してもよい。例えば、センサ出力差が閾値以上であれば第二排気浄化装置が正常であると判定し、且つセンサ出力差が閾値未満であれば第二排気浄化装置が劣化していると診断する方法においては、補正手段は、第一排気浄化装置の触媒の劣化度合いが大きくなるほど、閾値が小さくなるような補正を行えばよい。この場合も、第一排気浄化装置の触媒の劣化に起因する診断精度の低下を抑制することができる。
【００３２】
ここで、第一排気浄化装置が具備する触媒の劣化に起因した水素生成量の減少は、第一排気浄化装置の触媒が吸蔵還元型触媒である場合に限らず、第一排気浄化装置の触媒が三元触媒や酸化触媒である場合にも起こり得る。よって、補正手段によるセンサ出力差の補正又は閾値の補正は、第一排気浄化装置の触媒が三元触媒や酸化触媒である場合にも有効である。
【００３３】
次に、第一排気浄化装置の触媒が吸蔵還元型触媒である場合に、診断手段は、誘発処理の実行によって第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更された場合における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差、及び誘発処理の終了によって第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変更された場合における第一センサの測定値と第二センサの測定値との差の総和をパラメータとして、排気浄化装置の劣化を診断してもよい。
【００３４】
前述したように、誘発処理の実行によって排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更された状態では、第一排気浄化装置で生成される水素と第二排気浄化装置の選択還元型触媒から放出される酸素との働きにより、第一センサの測定値と第二センサの測定値との間に差（以下、「第一センサ出力差」と称する）が生じる。この第一センサ出力差は、第一排気浄化装置が具備する吸蔵還元型触媒の劣化度合いが大きくなるほど小さくなる。
【００３５】
一方、誘発処理の終了によって排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変更された状態では、排気中の酸素が第二排気浄化装置の選択還元型触媒に吸蔵されるため、第一センサの測定値と第二センサの測定値との間に差（以下、「第二センサ出力差」と称する）が生じる。なお、排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変更された際に、選択還元型触媒が吸蔵することができる酸素の量は、その時点で選択還元型触媒に吸着されているアンモニア（ＮＨ３）の量が多くなるほど少なくなる。
【００３６】
ここで、選択還元型触媒に吸着されるアンモニアは、誘発処理の実行によって排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更された際に、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒から脱離したＮＯＸの一部が排気中の炭化水素（ＨＣ）や水素（Ｈ２）と反応することで生成される。ただし、第一排気浄化装置で生成されるアンモニアの量は、吸蔵還元型触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。そのため、誘発処理が終了される時点で選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの量は、吸蔵還元型触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。これに伴い、第一排気浄化装置が具備する吸蔵還元型触媒の劣化度合いが大きくなるほど、前記第二センサ出力差が大きくなる。
【００３７】
よって、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒が劣化している場合に、第二センサ出力差が第一センサ出力差に加算されると、水素生成量の減少による第一センサ出力差の減少分がアンモニア生成量の減少による第二センサ出力差の増加分によって補われることになる
。その結果、第一センサ出力差と第二センサ出力差との総和を用いて第二排気浄化装置の劣化診断が行われれば、第一排気浄化装置が具備する吸蔵還元型触媒の劣化度合いを考慮しなくとも精度の高い診断を行うことが可能となる。
【００３８】
なお、本発明の診断手段は、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒が劣化していない場合には、第一センサ出力差をパラメータとして第二排気浄化装置の劣化診断を行い、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒が劣化している場合には、第一センサ出力差と第二センサ出力差との総和をパラメータとして第二排気浄化装置の劣化診断を行うようにしてもよい。このような方法によれば、第一排気浄化装置の吸蔵還元型触媒が劣化していない場合においては、劣化診断に要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置へ流入する排気の酸素濃度を検出するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の酸素濃度を検出するセンサとを利用して、選択還元型触媒の劣化を精度良く診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能と酸素吸蔵量との相関を示す図である。
【図３】誘発処理が実行された場合の第一空燃比センサの測定値と第二空燃比センサの測定値との経時変化を示す図である。
【図４】ＳＣＲ触媒の温度と該ＳＣＲ触媒によって単位時間あたりに酸化される水素の量を示す図である。
【図５】第一触媒ケーシングへ流入する排気の空燃比と第一触媒ケーシングから流出する排気の水素濃度との相関を示す図である。
【図６】第１の実施例においてＳＣＲ触媒の劣化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】吸蔵還元型触媒の劣化度合いと吸蔵還元型触媒によって生成される水素の量との相関を示す図である。
【図８】第２の実施例においてＳＣＲ触媒の劣化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９】吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）の劣化度合いと第一センサ出力差との相関を示す図である。
【図１０】吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）の劣化度合いと第二センサ出力差との相関を示す図である。
【図１１】吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）の劣化度合いと総センサ出力差との相関を示す図である。
【図１２】第３の実施例においてＳＣＲ触媒の劣化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】
【００４１】
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。
【００４２】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図６に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関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。
【００４３】
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。
【００４４】
内燃機関１には、排気管３が接続されている。排気管３は、内燃機関１の気筒内で燃焼されたガス（排気）が流通する通路を有する管である。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、吸蔵還元型触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と記す）を収容する。詳細には、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、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。第一触媒ケーシング４は、本発明に係わる「第一排気浄化装置」に相当する。
【００４５】
第一触媒ケーシング４より下流の排気管３には、第二触媒ケーシング５が配置される。第二触媒ケーシング５は、選択還元型触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と記す）を収容する。詳細には、第二触媒ケーシング５は、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム構造体と、ハニカム構造体を被覆するゼオライト系のコート層と、コート層に担持される遷移金属（銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等）と、を収容する。第二触媒ケーシング５は、本発明に係わる「第二排気浄化装置」に相当する。
【００４６】
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、第一空燃比センサ７、第二空燃比センサ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。
【００４７】
第一空燃比センサ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、排気管３内を流れる排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。この第一空燃比センサ７は、本発明に係わる「第一センサ」に相当する。なお、本発明の第一センサは、排気中に含まれる酸素（Ｏ２）の濃度を測定することが出来ればよいので、第一空燃比センサ７の代わりに酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）が取り付けられてもよい。
【００４８】
第二空燃比センサ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、排気管３内を流れる排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。第二空燃比センサ８は、本発明に係わる「第二センサ」に相当する。なお、本発明の第二センサは、前述した第一センサと同様に、排気の酸素濃度を測定することができればよいので、第二空燃比センサ８の代わりに酸素濃度センサが取り付けられてもよい。
【００４９】
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、排気管３内を流れる排気の温度に相関する電気信号を出力する。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。
【００５０】
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）に基づいて目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、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、内燃機関１が希薄燃焼運転されることにより、燃料消費量を少なく抑えることができる。
【００５１】
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、リッチスパイク処理を適宜に実行する。リッチスパイク処理は、排気中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である。第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒は、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の酸素濃度が高いとき（排気の空燃比がリーン空燃比であるとき）に、排気中のＮＯＸを吸蔵又は吸着し、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の酸素濃度が低く且つ炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）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あるとき）に、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸを放出しつつ、放出されたＮＯＸを窒素（Ｎ２）やアンモニア（ＮＨ３）に還元させる。そのため、リッチスパイク処理が実行されると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能が再生されることになる。
【００５２】
そこで、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が一定量以上になったとき、前回のリッチスパイク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運転時間）が一定時間以上になったとき、又は前回のリッチスパイク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走行距離）が一定距離以上になったときに、リッチスパイク処理を実行することで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能が飽和することを抑制する。リッチスパイク処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射弁２の燃料噴射量を増加させる処理、又は吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を減少させる処理の少なくなくとも一つを実行する方法を用いることができる。なお、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リッチスパイク処理が実行されてもよい。
【００５３】
次に、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるアンモニア（ＮＨ３）を吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として用いることで排気中のＮＯＸを還元する。第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒へ供給されるアンモニアは、ＮＳＲ触媒において生成される。例えば、リッチスパイク処理が実行された場合に、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒から放出されたＮＯＸの一部が排気中の炭化水素（ＨＣ）や水素（Ｈ２）と反応してアンモニアに還元される。その際、ＮＳＲ触媒において生成されるアンモニアの量は、リッチスパイク処理が実行される間隔や、リッチスパイク処理が実行されたときの排気の空燃比等によって変化する。よって、ＳＣＲ触媒へアンモニアを供給する必要があるときに、ＥＣＵ６は、リッチスパイク処理の実行間隔をアンモニアの生成に適した間隔に設定し、又はリッチスパイク処理実行時の排気の空燃比をアンモニアの生成に適した空燃比（例えば、１４．１程度）に設定してもよい。
【００５４】
上記したような種々の目的に応じてリッチスパイク処理が実行されると、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合であっても排気中のＮＯＸを浄化することができる。ところで、第二触媒ケーシング５に収容されているＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が劣化すると、第一触媒ケーシング４で浄化されなかったＮＯＸが第二触媒ケーシング５でも浄化されず
に大気中へ排出される可能性がある。そのため、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が劣化した場合は、ＳＣＲ触媒の劣化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。
【００５５】
以下では、第二触媒ケーシング５に収容されたＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法について述べる。ＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法としては、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸ量とＳＣＲ触媒から流出するＮＯＸ量とからＮＯＸ浄化率（ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量に対して、ＳＣＲ触媒において還元されるＮＯＸの量の比率）を求め、そのＮＯＸ浄化率が正常時より小さいか否かを判別する方法が知られている。しかしながら、ＮＯＸ浄化率を求めるためには、少なくともＳＣＲ触媒から流出するＮＯＸの量を測定する必要がある。そのため、ＮＯＸセンサ等のような高価なセンサを排気管３に取り付ける必要がある。
【００５６】
これに対し、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法が考えられる。ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒が具備する銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等の遷移金属の働きにより、排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中の酸素を吸蔵する。ＳＣＲ触媒に吸蔵された酸素は、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替わったときにＳＣＲ触媒から脱離する。
【００５７】
ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能は、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能と相関する。図２は、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能と酸素吸蔵量との関係を示す図である。図２に示すように、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能（ＮＯＸ浄化率）が十分に高いとき（例えば、ＮＯＸ浄化率が８０％−１００％であるとき）は、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能も十分に高くなるが、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能がある程度低下（例えば、ＮＯＸ浄化率が８０％未満へ低下）すると、それに伴って酸素吸蔵能も低下する。よって、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能を特定することで、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が劣化しているか否かを判別することができる。
【００５８】
ここで、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能が低下すると、該ＳＣＲ触媒が吸蔵することができる酸素の量（酸素吸蔵容量）が減少する。よって、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量が所定の閾値より少なければ、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が劣化していると判定することができる。
【００５９】
ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量は、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた場合にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量に相関する。排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた場合にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比（又は酸素濃度）とＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比（又は酸素濃度）との差に基づいて求めることができる。
【００６０】
例えば、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた状態において、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差を求め、その差を下記の（１）の式に代入することにより、その時々にＳＣＲ触媒から脱離した酸素量Ａｏｘを求めることができる。
Ａｏｘ＝△Ａ／Ｆ＊α＊Ｑｉｎｊ・・・（１）
【００６１】
前記（１）の式において、△Ａ／Ｆは第二空燃比センサ８の測定値から第一空燃比センサ７の測定値を減算した値であり、αは空気中に含まれる酸素の質量割合であり、Ｑｉｎｊは燃料噴射量である。
【００６２】
続いて、排気の空燃比がリッチ空燃比に維持されている期間において、前記（１）の式を用いた演算処理を繰り返し実行し、それらの演算結果を積算することにより、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた直後にＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量（酸素吸蔵容量）を求めることができる。
【００６３】
上記した方法によって求められた酸素吸蔵容量に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断が行われると、ＮＯＸセンサに依存することなく、既存の酸素濃度センサや空燃比センサを使用してＳＣＲ触媒の劣化診断を行うことができる。
【００６４】
ところで、正常なＳＣＲ触媒が吸蔵することができる酸素の量は、セリア（ＣｅＯ２）等の酸素吸蔵材を含む三元触媒やＮＳＲ触媒等に比べて少ない。そのため、第一空燃比センサ７や第二空燃比センサ８の測定値に誤差が含まれていると、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず酸素吸蔵容量の演算値が閾値より小さくなったり、ＳＣＲ触媒が劣化しているにもかかわらず酸素吸蔵容量の演算値が閾値以上になったりする可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施例においては、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量を求める際に、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒において水性ガスシフト反応を誘発させる処理（誘発処理）を実行するようにした。ここでいう誘発処理は、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあるときに、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする処理である。
【００６６】
誘発処理の実行によって第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変更されると、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって水性ガスシフト反応が促進される。つまり、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって排気中の水（Ｈ２Ｏ）と一酸化炭素（ＣＯ）との反応が促進され、水素（Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。
【００６７】
水性ガスシフト反応によって生成された水素は、排気とともに第一空燃比センサ７に到達する。その際、水素の拡散速度が他の排気成分より速いため、第一空燃比センサ７のセンサ素子表面の多くが水素に覆われてリッチ雰囲気となる。その結果、第一空燃比センサ７の測定値が実際の排気の空燃比より低くなるリッチずれが発生する。
【００６８】
一方、第一触媒ケーシング４において生成された水素が第二触媒ケーシング５へ流入すると、ＳＣＲ触媒の遷移金属（銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ））と結合していた水酸化物イオン（ＯＨ）が排気中の水素と反応して水を生成する。つまり、第一触媒ケーシング４において生成された水素は、第二触媒ケーシング５で酸化及び消費されることになる。その結果、第二空燃比センサ８のリッチずれは、第一空燃比センサ７のリッチずれより小さくなる。
【００６９】
したがって、上記した誘発処理が実施された場合は、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との間に、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒から脱離する酸素に起因した差に加え、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって生成される水素に起因した差も生じることになる。
【００７０】
ここで、誘発処理が実行された場合の第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との経時変化を図３に示す。図３中の実線Ａは、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が正常である場合の第二空燃比センサ８の測定値（第二触媒ケーシング５から流出する排気の空燃比）を示す。図３中の一点鎖線Ｂは、第一触媒ケーシング４において水性ガスシフト反応が発生した場合（第一触媒ケーシング４において水素が生成された場合）の第一空燃比センサ７の測定値（第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比）を示す。図３中の二点鎖線Ｃは、第一触媒ケーシング４において水性ガスシフト反応が発生しない場合（第一触媒ケーシング４において水素が生成されない場合）の第一空燃比センサ７の測定値（第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比）を示す。
【００７１】
図３において、誘発処理が開始されると（図３中のｔ１）、第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８の測定値が低下し始める。そして、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比が理論空燃比以下に低下すると、第一触媒ケーシング４が具備するＮＳＲ触媒の酸素吸蔵能により、第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８の測定値が理論空燃比近傍に保持される（図３中のｔ２−ｔ３）。第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されていた酸素が全て放出されると、第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８の測定値が理論空燃比より低いリッチ空燃比へ低下し始める（図３中のｔ３）。その際、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒から酸素が放出されるため、第二空燃比センサ８の測定値が第一空燃比センサ７の測定値より高くなる。
【００７２】
ここで、第一触媒ケーシング４において水性ガスシフト反応が発生していない場合は、第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８の双方にリッチずれが生じないため、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸蔵されていた酸素が全て放出された時点で、第二空燃比センサ８の測定値（図３中の実線Ａ）と第一空燃比センサ７の測定値（図３中の二点鎖線Ｃ）とが略同等の値になる（図３中のｔ４）。
【００７３】
これに対し、第一触媒ケーシング４において水性ガスシフト反応が発生している場合は、第一空燃比センサ７のリッチずれが発生する。これに対し、排気中の水素が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒によって酸化されるため、第二空燃比センサ８のリッチずれは殆ど発生しない。よって、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸蔵されていた酸素が放出された後も、第二空燃比センサ８の測定値（図３中の実線Ａ）と第一空燃比センサ７の測定値（図３中の一点鎖線Ｂ）との間に十分な差が生じる。この差は、誘発処理の終了時（図３中のｔ５）まで継続して発生する。
【００７４】
このように、第一触媒ケーシング４において水性ガスシフト反応が誘発された場合は、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との間に、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒から脱離する酸素に起因した差と、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって生成される水素に起因した差とが生じる。その結果、第一触媒ケーシング４において水性ガスシフト反応が誘発された場合は誘発されない場合に比べ、誘発処理の実行期間（図３中のｔ１−ｔ５）における第二空燃比センサ８の測定値（図３中の実線Ａ）と第一空燃比センサ７の測定値（図３中の一点鎖線Ｂ）との差（センサ出力差）が大きくなる。
【００７５】
一方、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化すると、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能と水素酸化能との双方が低下する。そのため、第二空燃比センサ８のＳＣＲ触媒が劣化した場合は劣化していない場合に比べ、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量が減少するとともに、ＳＣＲ触媒によって酸化される水素の量も減少する。ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量が減少すると、誘発処理が実行された際にＳＣＲ触媒から放出される酸素が少なくなる。その結果、第二空燃比センサ８の測定値が第一空燃比センサ７の測定値に近づく。また、ＳＣＲ触媒によって酸化させられる水素の量が少なくなると、誘発処理が実行された際に第二空燃比センサ８へ到達する水素の量が多くなり、それに伴って第二空燃比センサ８のリッチずれが大きくなる。その結果、第二空燃比センサ８の測定値が第一空燃比センサ７の測定値に近づく。
【００７６】
したがって、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない場合は、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能と水素酸化能との相乗効果によってセンサ出力差が大きくなるのに対し、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化している場合は、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能の低下と水素酸化能の低下との相乗効果によってセンサ出力差が小さくなる。その結果、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない場合のセンサ出力差と、ＳＣＲ触媒が劣化している場合のセンサ出力差と、の間に顕著な差異が生まれる。
【００７７】
第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化している場合のセンサ出力差と劣化していない場合のセンサ出力差との間に顕著な差異が生まれると、第一空燃比センサ７およびまたは第二空燃比センサ８の測定値に誤差が含まれる場合であっても、誤差の影響を軽減することができるため、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化しているか否かを精度良く診断することができる。また、既存の空燃比センサ（又は酸素濃度センサ）を利用してＳＣＲ触媒の劣化を診断することができるため、ＮＯＸセンサやＮＨ３センサ等を利用する場合に比べ、劣化診断装置にかかるコストを低減することもできる。
【００７８】
ところで、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒によって酸化される水素の量は、ＳＣＲ触媒の温度によって変化する場合がある。図４は、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒によって単位時間あたりに酸化される水素の量（水素酸化量）との関係を示す図である。なお、図４は、ＳＣＲ触媒が劣化していないときの関係を示すものである。
【００７９】
図４において、ＳＣＲ触媒の温度が図４中のｔｅｍｐ１（例えば、１５０℃−３００℃）であるときに水素酸化量が最も多くなるが、ＳＣＲ触媒の温度がｔｅｍｐ１から外れた際に水素酸化量が大きく変化してしまう。そのため、ＳＣＲ触媒の温度がｔｅｍｐ１前後であるときに誘発処理が実施されると、ＳＣＲ触媒の温度変化によって第二空燃比センサ８の測定値が大幅に変化する可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の温度変化量に対する水素酸化量の変化量が小さい温度範囲において、誘発処理が実行されることが望ましい。
【００８０】
そこで、本実施例においては、その温度範囲における水素酸化量の最大値と最小値との差△ｈ２が所定値以下となる温度範囲（図４中のｔｅｍｐ２−ｔｅｍｐ３の温度範囲Ｒｔｅｍｐ）において、誘発処理が実行されるようにした。その場合、誘発処理の実行中にＳＣＲ触媒の温度が多少変化しても、ＳＣＲ触媒の水素酸化量が大幅に変化しなくなる。その結果、ＳＣＲ触媒の温度変化に起因して第二空燃比センサ８の測定値が大幅に変化することが抑制されるため、診断精度の低下を抑制することができる。なお、前記温度範囲Ｒｔｅｍｐは、例えば、３００℃から４５０℃の範囲である。また、前記所定値は、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合の水素酸化量とＳＣＲ触媒が劣化している場合の水素酸化量との差に比べて十分に小さい値である。
【００８１】
次に、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって生成される水素の量は、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比によっても変化する可能性がある。図５は、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比と第一触媒ケーシング４から流出する排気に含まれる水素の濃度との関係を示す図である。なお、図５は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化していないときの関係を示すものである。
【００８２】
図５において、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より低くなると、第一触媒ケーシング４から流出する排気の水素濃度が増加する。よって、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸを還元するためのリッチスパイク処理が実行された場合に劣化診断が行われれば、ＳＣＲ触媒が劣化している場合と劣化していない場合とで明確な差異が表れると考えられる。しかしながら、リッチスパイク処理では、燃料消費量の増加を抑えるため、排気の空燃比を理論空燃比近傍のリッチ空燃比に制限する場合が多い。
【００８３】
ここで、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の比較的高い空燃比（例えば、図５中のＡ／Ｆ２と理論空燃比との間の空燃比）であるときは、水素濃度が小さいうえ、空燃比の多少の変化によって水素濃度が大幅に変化してしまう。よって、誘発処理実行時の排気の空燃比は、リッチスパイク処理実行時の排気の空燃比より低くされることが望ましい。
【００８４】
ただし、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比が大幅に低くされると（例えば、図５中のＡ／Ｆ１より低くされると）、水素濃度が大きくなるものの、空燃比の多少の変化によって水素濃度が大幅に変化してしまう。
【００８５】
そこで、本実施例においては、誘発処理実行時の排気の空燃比は、水素濃度が比較的大きく、且つ空燃比の変化に対する水素濃度の変化が小さい範囲（図５中のＡ／Ｆ１−Ａ／Ｆ２の範囲）に収まるように調整されるものとする。
【００８６】
このように誘発処理実行時の排気の空燃比が調整されると、第二触媒ケーシング５へ供給される水素の量をリッチスパイク処理の実行時より多くすることができる。さらに、誘発処理実行時の排気の空燃比にバラツキが発生した場合であっても、第二触媒ケーシング５へ供給される水素の量が大幅に変化しなくなる。その結果、精度の高い劣化診断を行うことが可能になる。
【００８７】
以下、本実施例における劣化診断の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、ＥＣＵ６が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化しているか否かを診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図６の処理ルーチンは、予めＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあるときにＥＣＵ６によって繰り返し実行される。
【００８８】
図６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、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあること、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒及び第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が活性していること、及び、第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８が正常であること等である。
【００８９】
前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、前記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。Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、第二触媒ケーシング５内のＳＣＲ触媒の温度Ｔｍｐｓｃｒが所定の温度範囲Ｒｔｅｍｐに属しているか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒の温度Ｔｍｐｓｃｒが前述した図４中のｔｅｍｐ２以上であり、且つｔｅｍｐ３以下であるかを判別する。その際、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転履歴からＳＣＲ触媒の温度Ｔｍｐｓｃｒを推定してもよく、或いは排気温度センサ９の測定値をＳＣＲ触媒の温度Ｔｍｐｓｃｒとして用いてもよい。
【００９０】
前記Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理へ進み、誘発処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ６は、前述したリッチスパイク処理と同様の方法により、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比まで低下させる。ただし、その際に第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比は、前述の図５の説明で述べたように、リッチスパイク処理実行時の空燃比より低く、且つ空燃比の変化に対する水素生成量の変化が小さくなる範囲（図５中のＡ／Ｆ１−Ａ／Ｆ２）に収まるように調整される。このように、ＥＣＵ６がＳ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。
【００９１】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０３の処理を実行した後にＳ１０４の処理へ進み、第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１と第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２とを読み込む。続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進み、前記Ｓ１０４で読み込まれた第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２から第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１を減算することで、２つの測定
値の差△Ａ／Ｆを算出する。
【００９２】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の開始から現時点までの期間におけるセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、誘発処理の開始から該Ｓ１０６の前回の実行時までの期間における差△Ａ／Ｆの積算値Σ△Ａ／Ｆｏｌｄに、前記Ｓ１０５の処理で算出された差△Ａ／Ｆを加算することにより、誘発処理の開始から現時点までの期間におけるセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを算出する。
【００９３】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の開始から所定期間が経過したか否かを判別する。ここでいう所定期間は、ＳＣＲ触媒が劣化している場合のセンサ出力差と劣化していない場合のセンサ出力差との差が、第一空燃比センサ７や第二空燃比センサ８の測定誤差に起因した差に比して十分に大きくなるように定められる期間である。その際、所定期間は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって生成される水素の量が所定の量に達するまでに要する期間としてもよい。その場合の所定の量は、ＳＣＲ触媒が劣化している場合のセンサ出力差と劣化していない場合のセンサ出力差との差が、第一空燃比センサ７や第二空燃比センサ８の測定誤差に起因した差に比して十分に大きくなると考えられる量である。このような所定期間は、予め実験等を利用した適合処理によって定められているものとする。
【００９４】
前記Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理へ戻る。一方、前記Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８の処理へ進む。Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理を終了する。つまり、ＥＣＵ６は、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比から内燃機関１の運転条件に適したリーン空燃比に復帰させる。
【００９５】
Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０６の処理で算出されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆが所定の閾値Ｔ以上であるか否かを判別する。閾値Ｔは、センサ出力差Σ△Ａ／Ｆが該閾値Ｔを下回ると、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が劣化しているとみなすことができる値であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた値である。
【００９６】
前記Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ≧Ｔ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進み、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない（正常）と判定する。一方、前記Ｓ１０９の処理において否定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ＜Ｔ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１１の処理へ進み、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していると判定する。その場合、ＥＣＵ６は、車両の室内に設けられた警告灯やディスプレイ装置等を利用して、第二触媒ケーシング５の修理を促すようにしてもよい。
【００９７】
なお、ＥＣＵ６がＳ１０３−Ｓ１１１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。
【００９８】
以上述べた手順によって劣化診断が行われると、センサ出力差Σ△Ａ／ＦがＳＣＲ触媒から放出される酸素に起因する差とＮＳＲ触媒によって生成される水素に起因する差とを含むことになるため、第一空燃比センサ７や第二空燃比センサ８の測定値に誤差が含まれている場合であっても、誤差の影響を受け難くなり、精度の高い劣化診断を行うことが可能になる。さらに、ＮＯＸセンサやＮＨ３センサ等の高価なセンサに依存せずにＳＣＲ触媒の劣化を診断することができる。
【００９９】
なお、図６の処理ルーチンにおいては、誘発処理が実行された状態における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値に基づいて、第二触媒ケーシング５に収容されたＳＣＲ触媒の劣化診断を行っているが、第一空燃比センサ７の測
定値と第二空燃比センサ８の測定値との差を前述の（１）の式に代入して求められた値（Ａｏｘ）の積算値に基づいて、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒の劣化診断を行ってもよい。
【０１００】
また、本実施例では、第一触媒ケーシング４にＮＳＲ触媒が収容される例について述べたが、第一触媒ケーシング４に三元触媒が収容されている場合であっても同様の手順によってＳＣＲ触媒の劣化診断を行うことができる。要するに、排気の空燃比がリッチ空燃比になったときに水性ガスシフト反応を促進させる触媒が第一空燃比センサ７より上流の排気管３に配置される構成であれば、本実施例で述べた手順によってＳＣＲ触媒の劣化診断を行うことができる。
【０１０１】
また、第一触媒ケーシング４の更に上流に三元触媒を収容した触媒ケーシングが配置される構成においても、同様の手順によってＳＣＲ触媒の劣化診断を行うことができる。第一触媒ケーシング４より上流に三元触媒を収容した触媒ケーシングが配置される構成においては、誘発処理の実行時に、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に加え、その上流に配置された触媒ケーシングの三元触媒によっても水素が生成されるため、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化している場合の積算値Σ△Ａ／Ｆと劣化していない場合の積算値Σ△Ａ／Ｆとの差が一層拡大する。その結果、より精度の高い劣化診断を行うことができる。
【０１０２】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図７乃至図８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１０３】
前述した第１の実施例では、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化していない場合に、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒の劣化診断を行う例について述べたが、本実施例では、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している場合に、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒の劣化診断を行う例について述べる。
【０１０４】
第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒が劣化すると、水性ガスシフト反応が活性し難くなり、誘発処理の実行時にＮＳＲ触媒によって生成される水素の量が少なくなる。そのため、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している場合は、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していなくとも、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差が小さくなる。その結果、前述の第１の実施例で述べたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆが閾値Ｔより小さくなり、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していないにもかかわらず劣化していると誤診断される可能性がある。
【０１０５】
これに対し、本実施例においては、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している場合に、前記センサ出力差Σ△Ａ／Ｆを補正し、補正後のセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆに基づいて劣化診断を行うようにした。
【０１０６】
図７は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いと誘発処理の実行期間中にＮＳＲ触媒によって生成される水素の量（水素生成量）との関係を示す図である。図７において、誘発処理の実行期間中に第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒によって生成される水素の量は、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。
【０１０７】
そこで、本実施例では、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど、前記センサ出力差Σ△Ａ／Ｆが大きくなるような補正を行うようにした。詳細には、先ず、図７に示したような関係に基づいて、ＮＳＲ触媒の劣化度合いに応じた水素生成
量を求める。続いてＥＣＵ６は、その水素生成量とＮＳＲ触媒が劣化していない場合の水素生成量との差を求め、その差を第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差に換算する。その際、水素生成量の差とセンサ出力差との関係は、予め実験的に求めておき、マップ又は関数式の態様でＥＣＵ６のＲＯＭに記憶させておくものとする。さらに、ＥＣＵ６は、誘発処理実行時の第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値とから求められたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆに、前記の換算値を加算する。
【０１０８】
このような方法によって補正されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆは、ＮＳＲ触媒が劣化していない場合のセンサ出力差と同等の値になる。そして、補正後のセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆと閾値Ｔとの比較によって第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒の劣化診断が行われると、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している場合においても第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することができる。
【０１０９】
以下、本実施例における劣化診断の実行手順について図８に沿って説明する。図８は、ＥＣＵ６が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化しているか否かを診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図８において、前述した図６の処理ルーチンと同様の処理には同一の符号を付している。
【０１１０】
図８の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８の処理を実行した後に、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が正常であるか否かを判別する。その際、ＥＣＵ６は、別途に実施されるＮＳＲ触媒の劣化診断の結果を参照して、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化しているか否かを判定する。
【０１１１】
ここで、ＮＳＲ触媒の劣化を診断する方法としては、ＮＳＲ触媒の酸素吸蔵容量に基づく方法を用いることができる。例えば、第一触媒ケーシング４より上流の排気管３に空燃比センサを配置し、この空燃比センサと第一空燃比センサ７とを用いて第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた直後にＮＳＲ触媒から放出される酸素量を求める。そして、前記酸素量が所定の閾値以上であればＮＳＲ触媒が正常であると判定し、その酸素量が所定の閾値を下回っていたらＮＳＲ触媒が劣化していると判定すればよい。なお、ＮＳＲ触媒の劣化を診断する方法は、この方法に限られない。たとえば、ＮＳＲ触媒が吸蔵することができるＮＯＸの量（ＮＯＸ吸蔵容量）に基づいて診断されてもよい。
【０１１２】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、Ｓ１０９の処理へ進み、前述した第１の実施例と同様に、Ｓ１０６の処理で算出されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを用いた劣化診断を行う。
【０１１３】
一方、前記Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０２の処理へ進み、Ｓ１０６の処理で算出されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを補正する。具体的には、ＥＣＵ６は、先ず、ＮＳＲ触媒の酸素吸蔵容量又はＮＯＸ吸蔵容量をパラメータとして、ＮＳＲ触媒の劣化度合いを判定する。その際、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の劣化診断処理で求められた酸素吸蔵容量又はＮＯＸ吸蔵容量が少ないほど、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが高いと判定する。そして、ＥＣＵ６は、判定された劣化度合いと前述の図７に示したような関係とに基づいて、ＮＳＲ触媒の劣化度合いに応じた水素生成量を求める。続いて、ＥＣＵ６は、その水素生成量とＮＳＲ触媒が劣化していない場合の水素生成量との差を求め、その差を第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差Ｃａｆに換算する。そして、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理で算出されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆに、前記差Ｃａｆを加算する。このようにＥＣＵ６がＳ２０２の処理を実行することにより、本発明に係わる「補正手段」が実現される。
【０１１４】
このようにセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆが補正された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０９の処理において、前記Ｓ２０２の処理で補正されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを用いた劣化診断を行う。すなわち、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０２の処理で補正されたセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆが閾値Ｔ以上であるか否かを判別する。
【０１１５】
以上述べた手順によって劣化診断が行われると、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している場合においても、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値とを用いて精度の高い劣化診断を行うことができる。
【０１１６】
なお、本実施例では、第一触媒ケーシング４にＮＳＲ触媒が収容される例について述べたが、第一触媒ケーシング４に三元触媒が収容されている場合であっても同様の手順によってＳＣＲ触媒の劣化診断を行うことができる。また、第一触媒ケーシング４の更に上流に三元触媒を収容した触媒ケーシングが配置される構成においては、ＮＳＲ触媒の劣化度合いと三元触媒の劣化度合いとに応じてセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを補正し、補正後のセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを用いてＳＣＲ触媒の劣化診断を行えばよい。
【０１１７】
ところで、本実施例では、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒の劣化度合いに応じてセンサ出力差Σ△Ａ／Ｆを補正する例について述べたが、センサ出力差Σ△Ａ／Ｆを補正する代わりに閾値Ｔを補正してもよい。その場合は、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど、閾値Ｔが小さい値となるような補正を行えば、センサ出力差が補正された場合と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図９乃至図１２に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１１９】
前述した第１の実施例では、誘発処理実行期間中における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差（センサ出力差Σ△Ａ／Ｆ）に基づいて劣化診断を行う例について述べた。これに対し、本実施例では、誘発処理実行期間中における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値に、誘発処理終了後における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値を加算し、その演算結果に基づいてＳＣＲ触媒の劣化診断を行う例について述べる。
【０１２０】
誘発処理の終了によって第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変更されると、排気中の酸素が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸蔵されるため、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との間に差が生じる。そのような差が生じている期間において、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差を積算することにより、ＳＣＲ触媒に吸蔵された酸素の量を特定することができる。
【０１２１】
ただし、前記の期間に第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が吸蔵することができる酸素の量は、誘発処理終了時にＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が多くなるほど少なくなる。そして、誘発処理終了時にＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量は、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒の劣化状態に応じて変化する。
【０１２２】
誘発処理の実行によって排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更されると、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒から放出されたＮＯＸの一部がアンモニアに転化される。このようにして生成されたアンモニアは、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸着される。ただし、第一触媒ケーシング４において生成されるアンモニアの量は、ＮＳＲ
触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。
【０１２３】
よって、誘発処理が終了される時点で第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。そのため、誘発処理終了後にＳＣＲ触媒に吸蔵される酸素の量は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。それに伴い、誘発処理実行後における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど大きくなる。
【０１２４】
一方、誘発処理実行期間中における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値は、前述の第２の実施例で述べたように、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど小さくなる。
【０１２５】
したがって、誘発処理実行期間中における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値（第一センサ出力差）に、誘発処理終了後における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値（第二センサ出力差）を加算すると、水素生成量の減少による第一センサ出力差の減少分がアンモニア生成量の減少による第二センサ出力差の増加分によって補われることになる。
【０１２６】
ここで、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒の劣化度合と各センサ出力差との関係を図９、１０に示す。第一センサ出力差は、図９に示すように、ＮＳＲ触媒の劣化度合が大きくなるほど小さくなる。これに対し、第二センサ出力差は、図１０に示すように、ＮＳＲ触媒の劣化度合が大きくなるほど大きくなる。その結果、第一センサ出力差と第二センサ出力差との和（以下、「総センサ出力差」と称する）は、図１１に示すように、ＮＳＲ触媒の劣化度合に依らずに略一定の値となる。
【０１２７】
よって、総センサ出力差をパラメータとして第二触媒ケーシング５に収容されたＳＣＲ触媒の劣化診断を行えば、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒の劣化度合いを考慮しなくとも精度の高い劣化診断を行うことが可能となる。
【０１２８】
なお、誘発処理の終了によって排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り替えられた場合は、第一触媒ケーシング４で水素が殆ど生成されないため、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していないときであっても第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差が小さくなる。そのため、誘発処理の終了時に排気の空燃比がリッチ空燃比から内燃機関１の運転条件に適したリーン空燃比へ一気に切り替えられると、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との間にＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能に応じた差が表れない可能性がある。
【０１２９】
そこで、本実施例では、誘発処理の終了時に、排気の空燃比を内燃機関１の運転条件に適したリーン空燃比より低い弱リーン空燃比に切り替え、その後に弱リーン空燃比から内燃機関１の運転条件に適したリーン空燃比へ切り替えるようにした。ここでいう弱リーン空燃比は、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との間に、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能に応じた差が反映される空燃比であり、予め実験等を利用した適合処理によって求めておくものとする。また、排気の空燃比が弱リーン空燃比に保持される期間（以下、「保持期間」と称する）は、弱リーン空燃比において正常なＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能が飽和するまでに要する時間と同等、若しくはその時間にマージンを加算した時間である。
【０１３０】
以下、本実施例における劣化診断の実行手順について図１２に沿って説明する。図１２
は、ＥＣＵ６が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化しているか否かを診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１２において、前述した図６の処理ルーチンと同様の処理には同一の符号を付している。
【０１３１】
図１２の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理を実行した後に、Ｓ３０１の処理へ進み、前記Ｓ１０４で読み込まれた第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２から第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１を減算することで、２つの測定値の差△Ａ／Ｆ１を算出する。
【０１３２】
ＥＣＵ６は、Ｓ３０１の処理を実行した後にＳ３０２の処理へ進み、誘発処理の開始から現時点までの期間における差△Ａ／Ｆ１の総和である第一センサ出力差Σ△Ａ／Ｆ１を演算する。第一センサ出力差Σ△Ａ／Ｆ１は、前述した図６のＳ１０６の処理と同様の方法によって演算される。
【０１３３】
また、ＥＣＵ６は、Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合に、Ｓ３０３−Ｓ３０９の処理を順次実行する。先ず、Ｓ３０３の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理を終了し、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比から弱リーン空燃比へ変更する。
【０１３４】
Ｓ３０４の処理では、ＥＣＵ６は、第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１と第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２とを読み込む。続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ３０５の処理へ進み、前記Ｓ３０４で読み込まれた第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１から第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２を減算することで、２つの測定値の差△Ａ／Ｆ２を算出する。
【０１３５】
Ｓ３０６の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の終了（排気の空燃比が弱リーン空燃比に切り替えられた時点）から現時点までの期間における差△Ａ／Ｆ２の総和である第二センサ出力差Σ△Ａ／Ｆ２を演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、誘発処理の終了から該Ｓ３０６の前回の実行時までの期間における差△Ａ／Ｆ２の積算値Σ△Ａ／Ｆｏｌｄ２に、前記Ｓ３０５の処理で算出された差△Ａ／Ｆ２を加算することにより、誘発処理の終了から現時点までの期間における差△Ａ／Ｆ２の総和（第二センサ出力差）Σ△Ａ／Ｆ２を算出する。
【０１３６】
Ｓ３０７の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の終了から現時点までの経過時間が保持期間以上であるか否かを判別する。前記Ｓ３０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ３０３の処理へ戻る。一方、前記Ｓ３１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ３０８の処理へ進む。
【０１３７】
Ｓ３０８の処理では、ＥＣＵ６は、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比を弱リーン空燃比から内燃機関１の運転条件に適したリーン空燃比（通常空燃比）に復帰させる。
【０１３８】
Ｓ３０９の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０６の処理で算出された第一センサ出力差Σ△Ａ／Ｆ１と前記Ｓ３０６の処理で算出された第二センサ出力差Σ△Ａ／Ｆ２との総和（総センサ出力差）Σ△Ａ／Ｆｔｏｔａｌを演算し、その総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆｔｏｔａｌが所定の閾値Ｔｔ以上であるか否かを判別する。ここでいう閾値Ｔｔは、前記総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆｔｏｔａｌが該閾値Ｔｔを下回ると、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能が劣化していると判定することができる値であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた値である。
【０１３９】
前記Ｓ３０９の処理において肯定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆｔｏｔａｌ≧Ｔｔ）は、
ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進み、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない（正常）と判定する。一方、前記Ｓ３０９の処理において否定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆｔｏｔａｌ＜Ｔｔ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１１の処理へ進み、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していると判定する。
【０１４０】
以上述べた手順によって第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒の劣化診断が行われると、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒の劣化状態を考慮しなくとも、精度の高い劣化診断を行うことが可能となる。
【０１４１】
なお、本実施例で述べた、総センサ出力差を用いる劣化診断方法は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している場合にのみ実行されるようにしてもよい。すなわち、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化していない場合は、前述した第１の実施例で述べたように、第一センサ出力差を用いた劣化診断が行われるようにしてもよい。このような方法によれば、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化していない場合においては、劣化診断に要する時間を短縮することができるため、劣化診断に伴う燃料消費量の増加を可能な限り少なく抑えることができる。
【符号の説明】
【０１４２】
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
７     第一空燃比センサ
８     第二空燃比センサ
９     排気温度センサ
【図１】
2016008510.tif 000003
【図２】
2016008510.tif 000004
【図３】
2016008510.tif 000005
【図４】
2016008510.tif 000006
【図５】
2016008510.tif 000007
【図６】
2016008510.tif 000008
【図７】
2016008510.tif 000009
【図８】
2016008510.tif 000010
【図９】
2016008510.tif 000011
【図１０】
2016008510.tif 000012
【図１１】
2016008510.tif 000013
【図１２】
2016008510.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月22日(2015.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
続いて、排気の空燃比がリッチ空燃比に維持されている期間において、前記（１）の式を用いた演算処理を繰り返し実行し、それらの演算結果を積算することにより、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替えられた場合にＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量（酸素吸蔵容量）を求めることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２３】
よって、誘発処理が終了される時点で第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど少なくなる。そのため、誘発処理終了後にＳＣＲ触媒に吸蔵される酸素の量は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど多くなる。それに伴い、誘発処理実行後における第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値との差の積算値は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合いが大きくなるほど大きくなる。