(57)【要約】【課題】本発明は、ＳＣＲ触媒を具備する排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を測定するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の空燃比を測定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を課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関から排出される排気の空燃比をリーン空燃比から所定のリッチ空燃比へ変更することで、ＳＣＲ触媒より上流に配置された触媒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が実行されている期間に、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比とＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比とをそれぞれ空燃比センサによって測定し、それらセンサの測定値に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を診断する排気浄化装置の劣化診断装置において、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定量以下であるときに誘発処理が実行されるようにした。【選択図】図５
2016125390.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、アンモニアを還元剤として用いることで排気中のＮＯＸを還元する触媒であって、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酸素を吸蔵し、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酸素を脱離させる選択還元型触媒を具備する排気浄化装置と、
前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの量であるＮＨ３吸着量を取得する取得手段と、
前記選択還元型触媒へ流入する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第一空燃比センサと、
前記選択還元型触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が所定の上限値以下であるときに、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更する処理であって、内燃機関で混合気が燃焼される際に発生する一酸化炭素と水との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、
前記誘発処理の実行時における前記第一空燃比センサの測定値と前記第二空燃比センサの測定値との差に基づいて前記選択還元型触媒の劣化を診断する処理である診断処理を実行する診断手段と、
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、前記排気浄化装置は、排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中のＮＯＸを吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比以下であるときにＮＯＸを脱離させる触媒であって、前記選択還元型触媒より上流に配置される吸蔵還元型触媒を更に具備し、
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より少ない所定値以下であるときに、前記制御手段が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２において、前記所定値は、前記誘発処理が実行されたと想定した場合に前記吸蔵還元型触媒において生成されるアンモニアの量であるＮＨ３生成量を前記所定の上限値から減算した値である排気浄化装置の劣化診断装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が前記所定値より多いときに、前記制御手段は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に変更する処理であって、前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸを脱離させるとともに、前記吸蔵還元型触媒から脱離したＮＯＸを前記選択還元型触媒で浄化させることで、前記選択還元型触媒のＮＨ３吸着量を前記所定値以下まで減少させる処理であるＮＨ３消費処理を実行し、そのＮＨ３消費処理の実行後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５】
請求項４において、前記劣化診断装置は、
前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸの量であるＮＯＸ吸蔵量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されるＮＯＸ吸蔵量に相当する量のＮＯＸが前記選択還元型触媒で還元されると想定した場合に消費されるアンモニアの量であるＮＨ３消費量を演算し、そのＮＨ３消費量を前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量から減算することで、
前記ＮＨ３消費処理が実行されると想定した場合の該ＮＨ３消費処理の終了時における前記選択還元型触媒のＮＨ３吸着量であるＮＨ３残留量を予測する予測手段と、
を更に備え、
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が前記所定値より多いときに、前記制御手段は、前記予測手段により予測されるＮＨ３残留量が前記所定値以下であれば、前記ＮＨ３消費処理を実行する排気浄化装置の劣化診断装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記排気浄化装置は、前記吸蔵還元型触媒より上流に配置され、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し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに酸素を脱離させる三元触媒を更に具備し、
前記劣化診断装置は、前記三元触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第三空燃比センサを更に備え、
前記制御手段は、前記ＮＨ３消費処理の実行後であって、且つ前記誘発処理の実行前に、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比からリッチ空燃比へ変更する処理であって、前記三元触媒に吸蔵されている酸素を脱離させる処理であるＯ２脱離処理を、前記第三空燃比センサの測定値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化するまで実行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、排気浄化装置より上流の排気通路、及び排気浄化装置より下流の排気通路のそれぞれに配置される空燃比センサ（又は酸素濃度センサ）の測定値を利用する方法が知られている。具体的には、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の上記した２カ所のセンサの出力差（以下、「センサ出力差」と称する）から排気浄化装置が吸蔵することができる酸素（Ｏ２）の量（以下、「酸素吸蔵容量」と称する）を求め、その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２０１２−０３５６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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が、ＳＣＲ触媒も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ＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法が考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量は、三元触媒の酸素吸蔵容量より少ないため、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態にある場合であってもセンサ出力差が小さくなる。そのため、排気の空燃比を測定するためのセンサの測定値に誤差が含まれていると、センサ出力差からＳＣＲ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。
【０００５】
これに対し、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更することにより、混合気の燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）と水（Ｈ２Ｏ）との水性ガスシフト反応を生起させ、又はＳＣＲ触媒より上流に配置される三元触媒や吸蔵還元型触（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）において一酸化炭素と水との水性ガス
シフト反応を生起させることで、ＳＣＲ触媒が正常であるときのセンサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化しているときのセンサ出力差との差を拡大させる方法が考えられる。
【０００６】
ところで、上記したような方法により水性ガスシフト反応が生起された際に、ＳＣＲ触媒で酸化される水素（Ｈ２）の量、及びＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量は、ＳＣＲ触媒に吸着又は吸蔵されているアンモニア（ＮＨ３）の量（以下、「ＮＨ３吸着量」と称する）に応じてばらつく可能性がある。例えば、ＮＨ３吸着量が多い場合は少ない場合に比べ、ＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量、及びＳＣＲ触媒で酸化される水素の量が少なくなる。そのため、ＮＨ３吸着量が比較的多いときに上記した方法による劣化診断が行われると、ＳＣＲ触媒が正常であっても、センサ出力差が小さくなるため、ＳＣＲ触媒が劣化していると誤診断される可能性がある。
【０００７】
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、ＳＣＲ触媒
を具備する排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を測定するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の空燃比を測定するセンサとを利用して、ＳＣＲ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】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であるときに、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更する処理であって、混合気が燃焼する際に発生する一酸化炭素と水との水性ガスシフト反応を生起させる処理である誘発処理を実行し、その誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比とＳＣＲ触媒から流出する空燃比とをそれぞれ空燃比センサによって測定し、それらセンサの測定値の差に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を診断する排気浄化装置の劣化診断装置において、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が所定の上限値以下であるときに、前記誘発処理を実行するようにした。
【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、アンモニアを還元剤として用いることで排気中のＮＯＸを還元する触媒であって、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酸素を吸蔵し、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酸素を脱離させるＳＣＲ触媒を具備する排気浄化装置と、前記ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量であるＮＨ３吸着量を取得する取得手段と、前記ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第一空燃比センサと、前記ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が所定の上限値以下であるときに、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更する処理であって、混合気の燃焼時に発生する一酸化炭素と水との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、前記誘発処理の実行時における前記第一空燃比センサの測定値と前記第二空燃比センサの測定値との差に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の劣化を診断する診断手段と、を備えるようにした。
【００１０】
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気浄化装置のＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比になるため、その排気中に含まれる酸素がＳＣＲ触媒に吸蔵される。ＳＣＲ触媒が酸素を吸蔵した状態で誘発処理が実行されると、ＳＣＲ触媒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化するため、ＳＣＲ触媒に吸蔵されていた酸素が該ＳＣＲ触媒から脱離する。ＳＣＲ触媒から脱離した酸素は、排気とともに該ＳＣＲ触媒から流出する。そのため、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比より高くなる。その結果、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間には、ＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量に起因する差が生じる。
【００１１】
また、誘発処理が実行されているときは、リッチ空燃比の混合気が燃焼する際に発生する一酸化炭素と水との水性ガスシフト反応が生起されるため、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素とが生成される。このようにして生成された水素は、排気とともに第一空燃比センサに到達する。その際、水素の拡散速度は他の排気成分より速いため、水素が第一空燃比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、第一空燃比センサの測定値は、実際の空燃比より低くなる（リッチずれ）。その後、前述の水性ガスシフト反応によって生成された水素がＳＣＲ触媒へ流入すると、ＳＣＲ触媒によって水素が酸化させられるため、第二空燃比センサのリッチずれは第一空燃比センサより小さくなる。よって、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間には、ＳＣＲ触媒によって酸化される水素の量に起因する差も生じる。
【００１２】
したがって、誘発処理の実行時における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差（センサ出力差）には、ＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量に起因する差とＳＣＲ触媒により酸化される水素の量に起因する差とが含まれることになる。
【００１３】
ここで、ＳＣＲ触媒が劣化すると、それに応じてＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能も劣化するため、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量が小さくなる。よって、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量が少なくなる。その結果、センサ出力差が小さくなる。
【００１４】
また、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、ＳＣＲ触媒によって酸化させられる水素の量が少なくなる。そのため、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、誘発処理の実行時に第二空燃比センサへ到達する水素の量が多くなり、それに伴って第二空燃比センサのリッチずれが大きくなる。その結果、センサ出力差が小さくなる。
【００１５】
よって、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、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。そのため、誘発処理の実行時におけるセンサ出力差は、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合と劣化している場合とで大きく相違することになる。
【００１６】
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が生じると、第一空燃比センサおよびまたは第二空燃比センサの測定値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が小さくなるため、ＳＣＲ触媒の劣化診断を精度良く行うことが可能になる。また、第一空燃比センサ及び第二空燃比センサとして空燃比センサや酸素濃度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。
【００１７】
ところで、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量（ＮＨ３吸着量）は、誘発処理が実行される度にばらつく可能性がある。誘発処理の実行時におけるＮＨ３吸着量がばらつくと、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量やＳＣＲ触媒で酸化される水素の量もばらつくため、それに応じてセンサ出力差にもばらつきが生じる。上記したようなＮＨ３吸着量のばらつきに起因するセンサ出力差のばらつきが生じると、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合のセンサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化した状態にある場合のセンサ出力差との差が小さくなる可能性がある。その場合、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが困難になる虞がある。
【００１８】
これに対し、本発明の制御手段は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定の上限値以下であるときに、誘発処理を実行するようにした。ここでいう「所定の上限値」は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が該上限値以下であれば、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が生まれると考えられる値であり、劣化診断により検出すべきＳＣＲ触媒の劣化度合を考慮して決定される値である。
【００１９】
このように、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値以下であるときに誘発処理が実行されると、ＮＨ３吸着量のばらつきに起因するセンサ出力差のばらつきに比して、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差が大きくなるため、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することができる
。
【００２０】
ここで、排気浄化装置は、排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中のＮＯＸを吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比以下であるときにＮＯＸを脱離させる触媒であって、ＳＣＲ触媒より上流に配置されるＮＳＲ触媒を更に備えるようにしてもよい。このような構成において、誘発処理が実行されると、内燃機関でリッチ空燃比の混合気が燃焼する際に水性ガスシフト反応が生起されるうえ、ＮＳＲ触媒においても水性ガスシフト反応が生起されるため、誘発処理の実行時に生成される水素の量をより多くすることができる。その結果、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差をより大きくすることができる。
【００２１】
ところで、誘発処理の実行に伴って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化すると、排気の空燃比がリーン空燃比であったときにＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離され、その脱離したＮＯＸがＮＳＲ触媒において還元されてアンモニアが生成される可能性がある。このようにして生成されたアンモニアは、排気とともにＳＣＲ触媒へ到達して、ＳＣＲ触媒に吸着される。その結果、誘発処理を開始する時点のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値以下であっても、誘発処理の実行途中でＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より多くなってしまう可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の上流にＮＳＲ触媒が配置される場合は配置されない場合に比べ、ＮＨ３吸着量が少ないときに誘発処理が実行されることが望ましいといえる。
【００２２】
そこで、ＳＣＲ触媒の上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においては、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より少ない所定値以下であるときに、前記誘発処理が実行されることが望ましい。ここでいう「所定値」は、例えば、誘発処理が実行されたと想定した場合にＮＳＲ触媒において生成されるアンモニアの量であるＮＨ３生成量を前記所定の上限値から減算した値である。なお、ＮＨ３生成量は、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量（ＮＯＸ吸蔵量）に相関するため、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に基づいて求めることができる。
【００２３】
このような構成によれば、誘発処理の実行途中でＮＨ３吸着量が前記所定の上限値を超えない場合に、誘発処理が実行されることになる。よって、誘発処理の実行途中でＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値を超えることを回避した上で、診断処理を実行することができる。その結果、ＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアに起因する診断精度の低下を抑制することができる。
【００２４】
なお、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量が前記所定値より多いときに、制御手段は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に変更する処理であって、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを脱離させるとともに、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸをＳＣＲ触媒で浄化させることで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を前記所定値以下まで減少させる処理であるＮＨ３消費処理を実行し、そのＮＨ３消費処理の実行後に誘発処理を実行してもよい。ここでいうＮＨ３消費処理は、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸが脱離し終わるまで実行されることが望ましいが、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が予め定められた量まで減少した時点で終了されてもよい。
【００２５】
誘発処理の実行前にＮＨ３消費処理が実行されると、誘発処理が実行される際のＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を前記所定値以下まで減少させることができる。また、誘発処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯＸの量が少なくなるため、誘発処理の実行途中にＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値を上回り難くなる。よって、ＳＣＲ触媒のＮＨ
３吸着量が前記所定値より多いときであっても、ＮＨ３吸着量のばらつきに起因するセンサ出力差のばらつきを小さく抑えることができる。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することができる。
【００２６】
なお、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量（ＮＯＸ吸蔵量）が少ない場合や、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が多い場合は、上記したＮＨ３消費処理が実行されても、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を前記所定値以下まで減少させることができない可能性がある。そこで、ＮＨ３消費処理が実行されると想定した場合の該ＮＨ３消費処理の終了時におけるＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量（ＮＨ３残留量）を予測し、そのＮＨ３残留量が前記所定値以下になる場合に、ＮＨ３消費処理が実行されるようにしてもよい。
【００２７】
具体的には、本発明に係わる排気浄化装置の劣化診断装置は、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量であるＮＯＸ吸蔵量を推定する推定手段と、前記推定手段により推定されるＮＯＸ吸蔵量に相当する量のＮＯＸがＳＣＲ触媒で還元されると想定した場合に消費されるアンモニアの量であるＮＨ３消費量を演算し、そのＮＨ３消費量を前記取得手段により取得されるＮＨ３吸着量から減算することで、前記ＮＨ３消費処理が実行されると想定した場合の該ＮＨ３消費処理の終了時におけるＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量であるＮＨ３残留量を予測する予測手段と、を更に備えるようにしてもよい。そして、制御手段は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるアンモニアの吸着量が前記所定値より多いときに、前記予測手段により予測されるＮＨ３残留量が前記所定以下であれば、前記ＮＨ３消費処理を実行するようにしてもよい。このような構成によれば、誘発処理が実行されるときのＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量をより確実に前記所定の上限値以下に抑えることができるため、ＮＨ３吸着量のばらつきに起因する診断精度の低下をより確実に抑制することができる。
【００２８】
また、排気浄化装置は、ＮＳＲ触媒より上流に配置され、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し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに酸素を脱離させる三元触媒を更に具備してもよい。このような構成においては、誘発処理を実行する前に、三元触媒に吸蔵されている酸素を予め脱離させておくことで、誘発処理の実行期間を短くすることができる。三元触媒に吸蔵されている酸素を脱離させるためには、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリッチ空燃比にすることで、三元触媒へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする必要がある。
【００２９】
ここで、三元触媒に吸蔵されている酸素を脱離させる処理（Ｏ２脱離処理）が前述のＮＨ３消費処理の実行前に実行されると、三元触媒に吸蔵されている酸素が脱離し終わったときに、該三元触媒からリッチ空燃比の排気が排出される可能性がある。その場合、三元触媒より下流に配置されるＮＳＲ触媒において、該ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸが還元されてアンモニアが生成される可能性がある。ＮＳＲ触媒において生成されたアンモニアは、ＮＳＲ触媒の下流に配置されるＳＣＲ触媒に吸着されるため、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が増加することになる。したがって、前記Ｏ２脱離処理は、ＮＨ３消費処理の実行後であって、誘発処理の実行前に実行されることが望ましい。ＮＨ３消費処理の実行後にＯ２脱離処理が実行されれば、三元触媒に吸蔵されている酸素が脱離し終わったときに該三元触媒からリッチ空燃比の排気が排出されても、ＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアの量を少なくなるため、ＮＨ３吸着量の大幅な増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ＳＣＲ触媒を具備する排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を測定するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の空燃比を測定するセンサとを利用して、ＳＣＲ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】
【００３１】
【図１】第１の実施例において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】排気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更した場合における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ＮＨ３吸着量と酸素脱離量又は水素酸化量との関係を示す図である。
【図５】第１の実施例においてＳＣＲ触媒の劣化診断を行う際に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】第２の実施例において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７】ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定値以下であるときに誘発処理を実行した場合におけるＮＨ３吸着量の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図８】ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定値より多いときにＮＨ３消費処理と誘発処理を順次実行した場合におけるＮＨ３吸着量の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図９】第２の実施例においてＳＣＲ触媒の劣化診断を行う際に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１０】第３の実施例において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１１】ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定値より多いときにＮＨ３消費処理、Ｏ２脱離処理、及び誘発処理を順次実行した場合におけるＮＨ３吸着量の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図１２】第３の実施例においてＳＣＲ触媒の劣化診断を行う際に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】
【００３２】
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。
【００３３】
＜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５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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、触媒ケーシング５が配置される。触媒ケーシング５は、ＳＣＲ触媒を収容する。詳細には、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。このように構成されるＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるアンモニアを吸着し、その吸着したアンモニアを用いて排気中のＮＯＸを還
元する。また、触媒ケーシング５より上流の排気管３には、該排気管３内を流れる排気にアンモニアを添加するための添加装置５０が配置されている。なお、添加装置５０から添加される物質は、アンモニアガスであってもよく、又は尿素水溶液等のようなアンモニアの前駆体であってもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
第一空燃比センサ７は、触媒ケーシング５より上流の排気管３に取り付けられ、触媒ケーシング５へ流入す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「第一空燃比センサ」に相当する。なお、触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比は、前記第一空燃比センサ７の代わりに酸素濃度センサを取り付けて、該酸素濃度センサの測定値から推定されてもよい。
【００３８】
第二空燃比センサ８は、触媒ケーシング５より下流の排気管３に取り付けられ、触媒ケーシング５から流出す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「第二空燃比センサ」に相当する。なお、触媒ケーシング５から流出する排気の空燃比は、前記第二空燃比センサ８の代わりに酸素濃度を取り付けて、該酸素濃度センサの測定値から推定されてもよい。
【００３９】
排気温度センサ９は、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。
【００４０】
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、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、目標空燃比をリーン空燃比に設定することで、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。
【００４１】
また、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転状態に基づいて該内燃機関１から排出されるＮＯＸの量（触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量）を演算し、その演算結果とＳＣＲ触媒の温度とに基づいてＳＣＲ触媒においてＮＯＸの還元に寄与するアンモニアの量を演算する。また、ＥＣＵ６は、添加装置５０から添加されるアンモニアの量とＳＣＲ触媒においてＮＯＸの還元に寄与するアンモニアの量との差を積算することにより、Ｓ
ＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量（ＮＨ３吸着量）を演算する。このようにＥＣＵ６がＮＨ３吸着量を演算することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。そして、ＥＣＵ６は、上記した方法で求められたＮＨ３吸着量に基づいて、前記添加装置５０から添加されるアンモニアの量を制御する。例えば、ＥＣＵ６は、内燃機関１から排出されるＮＯＸの量に対して、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が不足とならないようにアンモニアの添加量を制御し、又はＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定の目標吸着量となるようにアンモニアの添加量を制御する。このようにアンモニアの添加量が制御されると、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を効果的に浄化することができる。
【００４２】
ところで、触媒ケーシング５に収容されているＳＣＲ触媒が劣化すると、該ＳＣＲ触媒によって浄化しきれなかったＮＯＸが大気中へ排出される可能性がある。そのため、ＳＣＲ触媒が劣化した場合は、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。
【００４３】
以下では、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。本実施例では、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。ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒が具備する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。そして、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、該ＳＣＲ触媒から脱離する。このようなＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能は、該ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能に相関する。図２は、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能とＳＣＲ触媒が吸蔵することができる酸素の量（酸素吸蔵容量）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触媒の酸素吸蔵容量も十分に大きくなるが、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容量も小さくなる。よって、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量を求めることで、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。例えば、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量が予め定めれた基準値より少なければ、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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）
【００４６】
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。
【００４７】
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、ＳＣＲ触媒から脱離した酸素の総量（酸素吸蔵容量）を求めることができる。このような方法によ
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、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。
【００４８】
ところで、正常なＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量は、セリア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基準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基準値以上になったりする可能性がある。
【００４９】
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、内燃機関１で混合気が燃焼される際に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、混合気の空燃比を内燃機関１の運転状態に適したリーン空燃比から水性ガスシフト反応に適したリッチ空燃比にすることで、リッチ空燃比の混合気が燃焼する際に発生する一酸化炭素と水との水性ガスシフト反応を誘発させる処理である。内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をリッチ空燃比にする方法としては、燃料噴射量の増量と吸入空気量の減量との少なくとも一方を実行する方法を用いることができる。
【００５０】
誘発処理の実行によって一酸化炭素と水との水性ガスシフト反応が生起されると、水素と二酸化炭素が生成される。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。一方、第一空燃比センサ７を通過した水素が触媒ケーシング５へ流入すると、ＳＣＲ触媒の遷移金属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、水性ガスシフト反応によって生成された水素は、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。
【００５１】
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の量に起因する差に加え、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に起因する差も生じることになる。
【００５２】
ここで、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態において内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更し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、第二空燃比センサ８の測定値（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、内燃機関１において水性ガスシフト反応が発生した場合（排気中に水素が含まれる場合）の第一空燃比センサ７の測定値（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、内燃機関１において水性ガスシフト反応が発生しない場合（排気中に水素が含まれない場合）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。
【００５３】
図３において、内燃機関１で燃焼される混合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ことで、内燃機関１から排出され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わると（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と（図３中のｔ２）、触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒から酸素が脱離するため、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。
【００５４】
ここで、内燃機関１において水性ガスシフト反応が発生していなければ、第一空燃比センサ７にリッチずれが生じないため、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脱離し終わったときに、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ｔ３）。これに対し、内燃機関１において水性ガスシフト反応が発生している場合は、排気中に含まれる水素が第一空燃比センサ７のリッチずれを発生させるが、その水素が触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒で酸化されるため、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、触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離した後も、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ｔ４）まで継続して発生する。
【００５５】
このように、内燃機関１において水性ガスシフト反応が発生した場合は、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、触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒から脱離する酸素量に起因する差のみならず、ＳＣＲ触媒によって酸化される水素の量に起因する差も生じる。その結果、内燃機関１において水性ガスシフト反応が発生した場合は発生しない場合に比べ、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）との差の積算値（以下、「総センサ出力差」と称する）が大きくなる。
【００５６】
一方、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、触媒ケーシング５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触媒から脱離する酸素の量が少なくなる。その結果、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。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触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒で酸化されず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。
【００５７】
したがって、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総センサ出力差が大きくなるのに対し、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総センサ出力差が小さくなる。その結果、触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない場合の総センサ出力差と、ＳＣＲ触媒が劣化している場合の総センサ出力差との間に顕著な差異が生まれる。
【００５８】
触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化している場合の総センサ出力差と劣化していない場合の総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や第二空燃比センサ８の測定値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が小さくなる。よって、誘発処理の実行期間における総センサ出力差を求め、その総センサ出力差に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を診断（診断処理）すればよい。
【００５９】
ところで、前記誘発処理の実行時に触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量及びＳＣＲ触媒で酸化される水素の量は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量に応じてばらつく可能性がある。例えば、図４に示すように、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量（酸素脱離量）、及びＳＣＲ触媒によって酸化される水素の量（水素酸化量）は
、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が多くなるほど少なくなる。つまり、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が多いときは少ないときに比べ、酸素脱離量及び水素酸化量が少なくなる。これは、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアがＳＣＲ触媒に吸蔵されている酸素と結合することで、酸素の脱離が阻害されるため、それに伴って水素と酸素との反応も阻害されることに因ると考えられる。そして、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が多くなると、アンモニアと結合する酸素も多くなるため、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量、及びＳＣＲ触媒において酸化される水素の量が少なくなると考えられる。このように、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量に起因する酸素脱離量及び水素酸化量のばらつきが生じると、それに応じて総センサ出力差もばらつくことになるため、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することができなくなる可能性がある。
【００６０】
そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあるときであって、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定の上限値以下であるときに、誘発処理を実行するようにした。ここでいう「所定の上限値」は、該所定の上限値以下のアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着された状態で誘発処理が実行されても、ＳＣＲ触媒が正常である場合の総センサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化している場合の総センサ出力差との間に顕著な差が生じると考えられる値であり、劣化診断によって検出すべきＳＣＲ触媒の劣化度合に応じて決定される値である。例えば、劣化診断によって検出すべきＳＣＲ触媒の劣化度合が小さい場合は大きい場合に比べ、前記所定の上限値が小さい値に設定されればよい。このように所定の上限値が定められると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量に起因する総センサ出力差のばらつきは、ＳＣＲ触媒が正常である場合の総センサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化している場合の総センサ出力差との差に対して十分に小さいものとなる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量に起因する診断精度の低下を抑制することができる。
【００６１】
以下、本実施例においてＳＣＲ触媒の劣化を診断する手順について図５に沿って説明する。図５は、ＥＣＵ６がＳＣＲ触媒の劣化診断を行う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５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の運転期間中にＥＣＵ６によって繰り返し実行される。なお、本処理ルーチンは、触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が活性しており、且つ第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８が正常であるときに実行されるものとする。また、吸入空気量が比較的少ないときに誘発処理が実行されると、誘発処理の実行期間が長引く可能性がある。一方、吸入空気量が比較的多いときに誘発処理が実行されると、ＳＣＲ触媒をすり抜ける水素の量が多くなる可能性がある。よって、誘発処理の実行期間の長さとＳＣＲ触媒をすり抜ける水素の量とのバランスが最適となるような吸入空気量の範囲を予め求めておき、その範囲に実際の吸入空気量（エアフローメータ１２の測定値）が収まっていることを上記の実行条件に加えてもよい。さらに、誘発処理の実行中にＳＣＲ触媒の温度が変化する可能性があり、その温度変化に対する水素酸化量の変化が大きくなると、温度変化に起因する総センサ出力差の変化が大きくなる可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の温度変化に対する水素酸化量の変化が比較的小さくなる温度範囲を予め求めておき、その温度範囲にＳＣＲ触媒の温度が属することも上記の実行条件に加えてもよい。
【００６２】
図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ１０１の処理において、内燃機関１の運転状態が前述のリーン運転領域に属しているか否か、つまり内燃機関１がリーン空燃比の混合気を燃焼して運転されているか否かを判別する。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、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。
【００６３】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３を取得する。ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３は、前述したように、アンモニアの添加量とＮＯＸの還元に寄与するアンモニアの量との差を積算する処理を内燃機関１の運転期間中に繰り
返し実行することで求められ、その最新の値をＥＣＵ６が読み込むことで取得される。
【００６４】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理で取得されたＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３が所定の上限値Ｔｈｒｎｈ３以下であるか否かを判別する。Ｓ１０３の処理において否定判定された場合（Ａｄｎｈ３＞Ｔｈｒｎｈ３）は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合（Ａｄｎｈ３≦Ｔｈｒｎｈ３）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理へ進む。
【００６５】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の実行途中でＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が増加する事態を回避するため、添加装置５０によるアンモニアの添加（添加処理）を禁止する。そして、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進み、誘発処理を開始する。具体的には、ＥＣＵ６は、前述したように、燃料噴射量の増量と吸入空気量の減量（例えば、図示しないスロットル弁の開度を減少）との少なくとも一方を実行することにより、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変更する。
【００６６】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０５の処理を実行した後にＳ１０６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、Ｓ１０７の処理へ進み、前記Ｓ１０６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、センサ出力差△Ａ／Ｆを算出する。そして、Ｓ１０８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ΔＡ／Ｆの積算値（総センサ出力差）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Ｓ１０８の前回の実行時までの期間におけるセンサ出力差△Ａ／Ｆの積算値Σ△Ａ／Ｆｏｌｄに、前記Ｓ１０７の処理で算出された差△Ａ／Ｆを加算することで誘発処理の開始から現時点までの期間における総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆを算出する。
【００６７】
また、Ｓ１０９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触媒が正常である場合の総センサ出力差と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、水性ガスシフト反応により生成される水素の量が予め定められた一定量に達するまでに要する期間としてもよく、又はＳＣＲ触媒が正常であると想定した場合に該ＳＣＲ触媒で酸化される水素の量が予め定められた一定量に達するまでに要する期間としてもよい。
【００６８】
前記Ｓ１０９の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理へ戻り、誘発処理を引き続き実行する。一方、前記Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進み、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。なお、ＥＣＵ６がＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０４−Ｓ１０５、及びＳ１０９−Ｓ１１１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。
【００６９】
前記Ｓ１１０の処理において誘発処理が終了されると、ＥＣＵ６は、Ｓ１１１へ進み、添加装置５０によるアンモニアの添加（添加処理）の禁止を解除する。その際、ＥＣＵ６は、誘発処理の終了時におけるＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量に基づいて、添加装置５０から添加されるアンモニアの量を制御すればよい。続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ１１２の処理へ進み、前記Ｓ１０８の処理で算出された総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆが所定の閾値Ｔｈｒｅａ／ｆ以上であるか否かを判別する。ここでいう「所定の閾値Ｔｈｒｅａ／ｆ」は、総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆが該所定の閾値Ｔｈｒｅａ／ｆ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。
【００７０】
前記Ｓ１１２の処理において肯定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ≧Ｔｈｒｅａ／ｆ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１３の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が劣化していない（正常）と判定する。一方、前記Ｓ１１２の処理において否定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ＜Ｔｈｒｅａ／ｆ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１４の処理へ進み、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、触媒ケーシング５の修理を促すようにしてもよい。ＥＣＵ６は、前記Ｓ１１３、又は前記Ｓ１１４の処理を実行した後にＳ１１５の処理へ進み、総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆを零にリセットする。なお、ＥＣＵ６がＳ１０６−Ｓ１０８の処理、及びＳ１１２−Ｓ１１４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。
【００７１】
以上述べた手順によってＳＣＲ触媒の劣化診断が行われると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が診断精度に影響を及ぼさない程度に少ないときに誘発処理が実行されることになる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量のばらつきに起因する総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆのばらつきが小さくなるため、ＳＣＲ触媒の劣化状態が正確に総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆに反映されるようになる。よって、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが可能になる。
【００７２】
なお、図５の処理ルーチンにおいては、誘発処理の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（総センサ出力差）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。
【００７３】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図６乃至図９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。図６は、本実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図６において、前述した図１と同様の構成要素には、同一の符号を付している。前述した図１と図６との相違点は、ＳＣＲ触媒を収容した触媒ケーシング５より上流の排気管３に、添加装置５０の代わりに、ＮＳＲ触媒を収容した触媒ケーシング４が配置される点にある。以下では、ＮＳＲ触媒を収容した触媒ケーシング４を第一触媒ケーシング４と称し、ＳＣＲ触媒を終了した触媒ケーシング後を第二触媒ケーシング５と称する。
【００７４】
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。
【００７５】
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には、前述した第一空燃比センサ７に加え、ＮＯＸセンサ１３が取り付けられている。ＮＯＸセンサ１３は、第一触媒ケーシング４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センサである。ＮＯＸセンサ１３の出力信号は、ＥＣＵ６に入力されるようになっている。
【００７６】
このような構成においては、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り、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元するために実行される。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、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たＮＯＸが還元されることで、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能が再生される。
【００７７】
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。
【００７８】
なお、リッチスパイク処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射量を増加させる処理と吸入空気量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、リッチスパイク処理が実行されてもよい。
【００７９】
また、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能を再生させる場合に加え、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒へアンモニアを供給する場合にもリッチスパイク処理を実行する。リッチスパイク処理が実行された場合は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸの一部が排気中の炭化水素や水素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。
【００８０】
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触媒が劣化すると、第一触媒ケーシング４で浄化しきれなかった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、図６に示した構成においても、前述した第１の実施例と同様に、ＳＣＲ触媒の劣化を速やかに検出する必要がある。
【００８１】
以下では、本実施例におけるＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法について述べる。ここで、ＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法としては、前述した第１の実施例と同様に、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定の上限値以下であるときに誘発処理を実行し、その誘発処理の実行期間中における総センサ出力差に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法が考えられる。このような方法によると、内燃機関１でリッチ空燃比の混合気が燃焼する際に水性ガスシフト反応が生起されるとともに、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒においても水性ガスシフト反応が生起される。そのため、第二触媒ケーシング５へ流入する排気に含まれる水素の量をより多くすることができる。
【００８２】
ところで、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒がＮＯＸを吸蔵した状態で誘発処理が実行されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離し、その一部が排気中の炭化水素や水素と反応としてアンモニアを生成する可能性がある。このようにして生成されるアンモニアは、排気とともに第二触媒ケーシング５へ流入して、ＳＣＲ触媒に吸着される。その結果、誘発処理の実行途中でＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前述の所定の上限値を超えてしまう可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においては、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より十分に少ないときに、誘発処理が実行されることが望ましい。
【００８３】
そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあるときであって、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より少ない所定値以下であるときに、誘発処理を実行するようにした。ここでいう「所定値」は、誘発処理が実行されたと想定した場合に第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアの量（ＮＨ３生成量）を前記所定の上限値から減算した値である。なお、前記ＮＨ３生成量は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に相関する。たとえば、前記ＮＨ３生成量は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が多くなるほど多くなる傾向がある。そのため、前記所定値は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に応じて変更されることが好適である。ここで、ＮＨ３生成量とＮＯＸ吸蔵量との相関を予め実験的に求めておき、それらの相関をマップ又は関数式としてＥＣＵ６のＲＯＭに記憶させておけばよい。その場合、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を引数として前記マップ又は前記関数式にアクセスすることで、誘発処理が実行される場合のＮＨ３生成量を求めることができる。そして、前記所定の上限値からＮＨ３生成量を減算することで、前記所定値を求めることができる。また、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量は、内燃機関１の運転履歴（たとえば、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあるときの燃料噴射量や吸入空気量等の履歴）やＮＳＲ触媒の温度等をパラメータとして推定されればよい。このようにＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を推定することにより、本発明に係わる「推定手段」が実現される。
【００８４】
ここで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より少ない所定値以下であるときに誘発処理を実行した場合におけるＮＨ３吸着量の経時変化を図７に示す。図７中の「Ｅｎｇ出Ａ／Ｆ」は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を示す。「ＮＳＲ出Ａ／Ｆ」は、ＮＳＲ触媒から流出する排気（ＳＣＲ触媒へ流入する排気）の空燃比を示す。「ＳＣＲ出Ａ／Ｆ」は、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比を示す。「ＮＯＸ吸蔵量」は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を示す。「ＮＳＲ出ＮＨ３」は、ＮＳＲ触媒から流出する排気（ＳＣＲ触媒へ流入する排気）に含まれるアンモニアの濃度を示す。「ＮＨ３吸着量」は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を示す。
【００８５】
図７において、誘発処理が開始されると（図７中のｔ１）、内燃機関１で燃焼される混合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。そして、内燃機関１から排出される排気の空燃比（Ｅｎｇ出Ａ／Ｆ）がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化すると（図７中のｔ２）、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた酸素及びＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離するとともに、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸが排気中の炭化水素によって還元される。その場合、ＮＳＲ触媒から脱離した酸素の働きによって排気の空燃比が高められるとともに、排気中の炭化水素がＮＯＸの還元に消費されることによっても排気の空燃比が高められる。そのため、ＮＳＲ触媒から流出する排気の空燃比（ＮＳＲ出Ａ／Ｆ）は、リッチ空燃比まで低下せずに理論空燃比にとどまる。その後、ＮＳＲに吸蔵されていた酸素及びＮＯＸが脱離し終わると（図７中のｔ３）、ＮＳＲ触媒から流出する排気の空燃比（ＮＳＲ出Ａ／Ｆ）が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する。ＮＳＲから流出する排気の空燃比（ＮＳＲ出Ａ／Ｆ）が理論空燃比からリッチ空燃比に変化すると、ＳＣＲ触媒に吸蔵されていた酸素が脱離するため、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比（ＳＣＲ出Ａ／Ｆ）が理論空燃比に維持される。そして、ＳＣＲ触媒に吸蔵されていた酸素が脱離し終わると（
図７中のｔ４）、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比（ＳＣＲ出Ａ／Ｆ）が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する。
【００８６】
また、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離して還元される期間（図７中のｔ２からｔ３までの期間）では、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が減少するとともに、ＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度が増加する。ＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度が増加すると、それに伴ってＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が増加する。ただし、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値以下であるときに誘発処理が実行されれば、ＮＳＲ触媒で生成されたアンモニアによってＮＨ３吸着量が増加しても、その増加後のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値以下に収まる。このようにＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値以下であるときに誘発処理が実行されれば、その誘発処理の実行期間中における総センサ出力差のばらつきの大きさは、ＳＣＲ触媒が正常である場合の総センサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化している場合の総センサ出力差との差に比して十分に小さいものとなる。その結果、ＮＨ３吸着量のばらつきに起因する診断精度の低下を抑制することができる。
【００８７】
ところで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が成り行きで前記所定値以下となる場合に限って、誘発処理が実行されるようにすると、診断処理の実行機会が少なくなることで、ＳＣＲ触媒の劣化を早期に検出することができなくなる可能性がある。そこで、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域にあるときであって、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値より多いときは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量及びＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を積極的に減少させる処理（ＮＨ３消費処理）を実行し、そのＮＨ３消費処理の実行後に誘発処理を実行するようにした。
【００８８】
ここでいうＮＨ３消費処理は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比を、内燃機関１の運転状態に適したリーン空燃比から理論空燃比へ変更する処理である。内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ変更されると、それに伴って第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に変化する。理論空燃比の排気がＮＳＲ触媒へ流入すると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離する。その際、理論空燃比の排気には炭化水素等の還元成分が殆ど含まれていないため、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸが還元されることなく、第一触媒ケーシング４から流出する。第一触媒ケーシング４から流出したＮＯＸが第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒へ流入すると、そのＮＯＸがＳＣＲ触媒に吸着されていたアンモニアと反応して窒素（Ｎ２）に還元される。その結果、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量及びＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が減少することになる。このようなＮＨ３消費処理は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値以下となるまで実行されてもよく、又はＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が零になるまで実行されてもよい。
【００８９】
なお、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に対してＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が十分に多いときは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が零になるまでＮＨ３消費処理が実行されても、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を前記所定値以下まで減少させることができない可能性がある。これに対し、本実施例では、ＮＨ３消費処理が実行されると想定した場合の該ＮＨ３消費処理の終了時におけるＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量（ＮＨ３残留量）を予測し、そのＮＨ３残留量が前記所定の上限値以下であれば、前記ＮＨ３消費処理を実行するようにした。なお、ＮＨ３残留量は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量と同量のＮＯＸがＳＣＲ触媒で還元されると想定した場合に消費されるアンモニアの量（ＮＨ３消費量）を演算し、そのＮＨ３消費量をＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量から減算することで求められる。
【００９０】
ここで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値より多いときであって、ＮＨ３残留量が前記所定値より少ないときに、ＮＨ３消費処理及び誘発処理を実行した場合におけるＮＨ３吸着量の経時変化を図８に示す。図８中の「Ｅｎｇ出Ａ／Ｆ」、「ＮＳＲ出Ａ／Ｆ」
、「ＳＣＲ出Ａ／Ｆ」、「ＮＯＸ吸蔵量」、「ＮＳＲ出ＮＨ３」、及び「ＮＨ３吸着量」は、前述の図７と同じパラメータである。図８中の「ＮＳＲ出ＮＯＸ」は、ＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＯＸ濃度を示す。
【００９１】
図８において、ＮＨ３消費処理が開始されると（図８中のｔ５）、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ変更される。そして、内燃機関１から排出される排気の空燃比（Ｅｎｇ出Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比に変化すると（図８中のｔ６）、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離し、その脱離したＮＯＸが還元されずにＮＳＲ触媒から流出する。そのため、ＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＯＸ濃度（ＮＳＲ出ＮＯＸ）が増加するとともに、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が減少する。また、前述したように、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸが還元されずにＮＳＲ触媒から流出するため、ＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度は、ＮＨ３消費処理の実行前と略同じ濃度になる。そして、ＮＳＲ触媒から流出したＮＯＸがＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアと反応することで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が減少する。ＮＳＲ触媒からのＮＯＸの脱離が終了（図８中のｔ７）するまでＮＨ３消費処理が実行されると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値以下まで減少する。なお、ＮＨ３消費処理の実行によってＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が零まで減少された場合は、前記所定値が前記所定の上限値と同等になるため、図８中の所定値は、所定の上限値と言い換えることもできる。ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値（所定の上限値）以下まで減少した状態で誘発処理が実行されると、誘発処理の実行途中でＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定の上限値より多くなることが抑制される。その結果、誘発処理の実行期間における総センサ出力差は、ＳＣＲ触媒の劣化状態が反映された値になる。よって、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記所定値より多い場合であっても、誘発処理の実行前に誘発処理を実行することで、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが可能になる。
【００９２】
以下、本実施例においてＳＣＲ触媒の劣化を診断する手順について図９に沿って説明する。図９は、ＥＣＵ６がＳＣＲ触媒の劣化診断を行う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９において、前述した図５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。なお、図９に示す処理ルーチンは、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が活性していること、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、及び吸入空気量やＳＣＲ触媒の温度が所定の範囲に収まっていることに加え、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が活性していることを条件として実行される。
【００９３】
図９の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０１の処理で肯定判定された場合に、Ｓ２０１の処理へ進み、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３とＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘとを取得する。ここで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量は、該ＳＣＲ触媒へ供給されるアンモニアの量と、該ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸを還元するために消費されるアンモニアの量との収支を演算することにより求められる。なお、ＳＣＲ触媒へ供給されるアンモニアは、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときにＮＳＲ触媒で生成される。そして、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは排気中のＮＯＸがＮＳＲ触媒で還元されるため、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときのＮＯＸセンサ１３の測定値は、ＳＣＲ触媒へ供給されるアンモニアの量に相関した値となる。一方、排気の空燃比が理論空燃比又はリーン空燃比であるときは、ＮＳＲ触媒においてアンモニアが殆ど生成されないため、排気の空燃比がリーン空燃比であるときのＮＯＸセンサ１３の測定値は、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量に相関した値となる。よって、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときのＮＯＸセンサ１３の測定値と、排気の空燃比が理論空燃比以上であるときのＮＯＸセンサ１３の測定値とをパラメータとして、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量を演算することができる。また、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘは、前述したように、内燃機関１の運転履歴やＮＳＲ触媒の温度等をパラメータとして演算することができる。
【００９４】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理を実行した後にＳ２０２の処理へ進み、所定値Ｐｒｅｎｈ３を演算する。ここでいう所定値Ｐｒｅｎｈ３は、前述したように、誘発処理が実行されたと想定した場合に第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアの量（ＮＨ３生成量）を前記所定の上限値から減算した値であり、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を引数とするマップ又は関数式を利用して演算される。
【００９５】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０２の処理を実行した後にＳ２０３の処理へ進み、前記Ｓ２０１の処理で取得されたＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３が前記Ｓ２０２の処理で求められた所定値Ｐｒｅｎｈ３以下であるか否かを判別する。該Ｓ２０３の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５からＳ１１５の処理を実行する。なお、本実施例では、添加装置５０によるアンモニアの添加を禁止する必要がないため、Ｓ１０９の処理が実行された後にＳ１１０の処理が実行されるものとする。また、誘発処理の実行時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変化する。例えば、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比が低い場合は高い場合に比べ、ＮＳＲ触媒によって生成される水素の量が多くなる。よって、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で十分な量の水素を生成させるためには、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比を可能な限り低くすることが望ましい。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過剰に低くされると、空燃比の多少の変化によって水素の生成量が大幅に変化しやすい。よって、誘発処理の実行時に第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比は、ＮＳＲ触媒で生成される水素の量が十分に多く、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において、内燃機関１の燃料消費率等を考慮した空燃比（例えば、１２程度）に定められるものとする。
【００９６】
また、前記Ｓ２０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０４の処理へ進む。Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＨ３消費処理が実行されたと想定した場合の該ＮＨ３消費処理の終了時におけるＮＨ３残留量Ｒｅｎｈ３を予測（演算）する。詳細には、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に相当する量のＮＯＸがＳＣＲ触媒で還元されると想定した場合のＮＨ３消費量を演算し、そのＮＨ３消費量をＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３から減算することで、ＮＨ３残留量Ｒｅｎｈ３を予測する。このようにＥＣＵ６がＳ２０３の処理を実行することにより、本発明に係わる「予測手段」が実現される。
【００９７】
続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５の処理へ進み、前記Ｓ２０４の処理で算出されたＮＨ３残留量Ｒｅｎｈ３が所定値（所定の上限値Ｔｈｒｎｈ３）以下であるか否かを判別する。該Ｓ２０５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。その場合、ＮＨ３消費処理、誘発処理、及びＳＣＲ触媒の診断処理は実行されないため、ＮＨ３吸着量に起因する誤診断の発生を抑制することができる。一方、該Ｓ２０５の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０６の処理へ進み、ＮＨ３消費処理を開始する。具体的には、ＥＣＵ６は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に変更する。その場合、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に変化するため、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離する。そして、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸが該ＮＳＲ触媒で還元されることなく、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒へ流入するため、ＳＣＲ触媒に吸着されていたアンモニアが前記ＮＯＸの還元に消費される。
【００９８】
Ｓ２０７の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒からのＮＯＸの脱離が終了したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、ＮＯＸセンサ１３の測定値が予め定められた目標値以下であればＮＯＸの脱離が終了したと判定し、ＮＯＸセンサ１３の測定値が前記目標値より大きければＮＯＸの脱離が終了していないと判定する。ここでいう目標値は、ＮＳＲ触媒から脱離するＮＯＸの量が略零になったときのＮＯＸセンサ１３の測定値に相当する値である。該Ｓ２０７の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ２０７の処理を
繰り返し実行する。一方、該Ｓ２０７の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進み、誘発処理を開始する。つまり、ＥＣＵ６は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比からリッチ空燃比に変更することで、ＮＨ３消費処理を終了するとともに、誘発処理を開始する。
【００９９】
以上述べた手順によってＳＣＲ触媒の劣化が診断されると、ＳＣＲ触媒の上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においても、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が診断精度に影響を及ぼさない程度に少ないときに誘発処理が実行することが可能になる。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが可能になる。
【０１００】
なお、図９の処理ルーチンでは、ＮＳＲ触媒からのＮＯＸの脱離が終了（ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が略零）するまでＮＨ３消費処理を実行する例を示しているが、ＮＳＲ触媒からＮＯＸの脱離が終了する前にＮＨ３消費処理が終了されてもよい。例えば、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量に対してＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が十分に多い場合は、前述のＮＨ３消費量（ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に相当する量のＮＯＸがＳＣＲ触媒で還元されると想定した場合に消費されるアンモニアの量）がＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量より多くなる可能性がある。よって、ＮＨ３消費量がＮＨ３吸着量より多くなる場合においては、ＮＨ３吸着量が零、又はＮＨ３吸着量が前記所定値以下となった時点でＮＨ３消費処理を終了してもよい。詳細には、ＮＨ３消費処理の実行時に、ＮＯＸセンサ１３の測定値と排気の流量とに基づいて単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量を演算するとともに、その量のＮＯＸを還元するために必要となるアンモニアの量をＮＨ３吸着量から減算する処理を繰り返し実行し、ＮＨ３吸着量が零又は零より大きな設定値以下になった時点でＮＨ３消費処理を終了させてもよい。
【０１０１】
＜実施例３＞
次に、本発明に係わる排気浄化装置の劣化診断装置の第３の実施例について図１０乃至図１２に基づいて説明する。ここでは、前述した第２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。図１０は、本実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１０において、前述した図６と同様の構成要素には、同一の符号を付している。前述した図６と図１０との相違点は、第一触媒ケーシング４より上流の排気管３に、三元触媒を収容した前段ケーシング１４が配置される点にある。
【０１０２】
前段ケーシング１４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、を収容する。また、前段ケーシング１４と第一触媒ケーシング４との間の排気管３には、前段ケーシング１４から流出する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する第三空燃比センサ１５が取り付けられている。第三空燃比センサ１５の出力信号は、ＥＣＵ６に入力されるようになっている。
【０１０３】
このような構成においては、ＥＣＵ６は、前述の誘発処理を実行する前に、前段ケーシング１４の三元触媒に吸蔵されている酸素を該三元触媒から脱離させるための処理（Ｏ２脱離処理）を実行する。Ｏ２脱離処理は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をリッチ空燃比にすることで、前段ケーシング１４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。このようなＯ２脱離処理が実行されると、三元触媒に吸蔵されていた酸素が該三元触媒から脱離する。三元触媒から酸素が脱離しているときは、該三元触媒から流出する排気の空燃比が理論空燃比になるため、それに伴って第三空燃比センサ１５の測定値も理論空燃比を示す。そして、三元触媒に吸蔵されていた酸素が脱離し終わると、該三元触媒から流出する排気の空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比へ低下するため、それに伴って第三空燃比センサ１５の測定値も理論空燃比からリッチ空燃比へ変化する。よって、Ｏ２脱離処理は、第三空燃比センサ１５の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化
したときに終了されればよい。
【０１０４】
ところで、前述した第２の実施例で述べたように、誘発処理を実行する前にＮＨ３消費処理を実行する必要がある場合において、ＮＨ３消費処理の実行前にＯ２脱離処理が実行されると、三元触媒からの酸素の脱離が終了することで、三元触媒から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比へ変化したときに、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒においてＮＯＸが還元されることで、アンモニアが生成される可能性がある。このようにして生成されたアンモニアが第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒へ流入すると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が増加してしまう。このようにして増加したＮＨ３吸着量は、Ｏ２脱離処理の実行後にＮＨ３消費処理が実行されることで減少するため、ＮＨ３消費処理の実行時にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯＸが比較的多い場合やＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が比較的少ない場合であれば、ＮＨ３消費処理の終了時（誘発処理の開始時）におけるＮＨ３吸着量が前記所定の上限値以下となる。しかしながら、ＮＨ３消費処理の実行時にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯＸが比較的少ない場合やＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が比較的多い場合は、ＮＨ３消費処理の終了時（誘発処理の開始時）におけるＮＨ３吸着量が前記所定の上限値以下とならない可能性がある。
【０１０５】
そこで、本実施例では、誘発処理を実行する前にＮＨ３消費処理を実行する必要がある場合は、ＮＨ３消費処理の実行後であって、誘発処理の実行前にＯ２脱離処理を実行するようにした。ここで、ＮＨ３消費処理、Ｏ２脱離処理、及び誘発処理が順次実行される場合におけるＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量の経時変化を図１１に示す。図１１中の「Ｅｎｇ出Ａ／Ｆ」、「ＮＳＲ出Ａ／Ｆ」、「ＳＣＲ出Ａ／Ｆ」、「ＮＳＲ出ＮＯＸ」、「ＮＯＸ吸蔵量」、「ＮＳＲ出ＮＨ３」、及び「ＮＨ３吸着量」は、前述の図８と同じパラメータである。図１１中の「Ｓ／Ｃ出Ａ／Ｆ」は、三元触媒から流出する排気の空燃比を示す。また、「Ｓ／Ｃ出ＮＨ３」は、三元触媒から流出する排気のＮＨ３濃度を示す。
【０１０６】
図１１において、ＮＨ３消費処理が開始されると（図１１中のｔ９）、内燃機関１から排出される排気の空燃比（Ｅｎｇ出Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比に変化する。そして、三元触媒から流出する排気の空燃比（Ｓ／Ｃ出Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比に変化すると（図１１中のｔ１０）、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが該ＮＳＲ触媒から脱離するため、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの濃度（ＮＳＲ出ＮＯＸ）が増加するとともに、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が減少する。また、ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯＸがＳＣＲ触媒で還元されることで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が減少する。ＮＳＲ触媒からのＮＯＸの脱離が終了すると（図１１中のｔ１１）、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比からリッチ空燃比へ変更することによってＯ２脱離処理が実行される。ここで、Ｏ２脱離処理を短時間で終了させるという観点にたつと、Ｏ２脱離処理におけるリッチ空燃比は、誘発処理におけるリッチ空燃比より低くされてもよい。
【０１０７】
Ｏ２脱離処理が実行されると、三元触媒に吸蔵されていた酸素が脱離するため、三元触媒から流出する排気の空燃比（Ｓ／Ｃ出Ａ／Ｆ）が理論空燃比に維持される。そして、三元触媒からの酸素の脱離が終了すると（図１１中のｔ１２）、三元触媒から流出する排気の空燃比（Ｓ／Ｃ出Ａ／Ｆ）が理論空燃比からリッチ空燃比へ低下する。その際、三元触媒において少量のアンモニアが生成されることで、三元触媒から流出する排気のアンモニア濃度（Ｓ／Ｃ出ＮＨ３）がわずかに増加する。また、三元触媒からの酸素の脱離が終了したときに、ＮＳＲ触媒へリッチ空燃比の排気が流入することになるが、ＮＳＲ触媒にＮＯＸが吸蔵されていないため、ＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアの量は略零となる。よって、ＮＳＲ触媒から流出する排気のアンモニア濃度（ＮＳＲ出ＮＨ３）は、三元触媒から流出する排気のアンモニア濃度（Ｓ／Ｃ出ＮＨ３）と略同等の濃度になる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が微増するものの、その増加後のＮＨ３吸着量が所定値（所定の上限値）を超えることが回避される。よって、ＮＳＲ触媒の上流に三元触媒が配置され
る構成においても、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が所定値（所定の上限値）以下となる状態で誘発処理を実行することが可能になる。
【０１０８】
以下、本実施例においてＳＣＲ触媒の劣化を診断する手順について図１２に沿って説明する。図１２は、ＥＣＵ６がＳＣＲ触媒の劣化診断を行う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１２において、前述した図９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。なお、図１２に示す処理ルーチンは、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が活性していること、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が活性していること、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、及び吸入空気量やＳＣＲ触媒の温度が所定の範囲に収まっていることに加え、前段ケーシング１４の三元触媒が活性していること、及び第三空燃比センサが正常であることを条件として実行される。
【０１０９】
図１２の処理ルーチンでは、Ｓ２０７の処理においてＮＳＲ触媒からのＮＯＸの脱離が終了したと判定された場合に、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理を実行する前に、Ｓ３０１及びＳ３０２の処理を実行する。
【０１１０】
先ず、Ｓ３０１の処理では、ＥＣＵ６は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をＮＨ３消費処理に適した理論空燃比からＯ２脱離処理に適したリッチ空燃比に変更する。ここでいうＯ２脱離処理に適したリッチ空燃比は、誘発処理に適したリッチ空燃比（水性ガスシフト反応に適したリッチ空燃比）より低い空燃比である。このようにしてＯ２脱離処理が開始されると、前段ケーシング１４の三元触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化するため、三元触媒に吸蔵されていた酸素が脱離する。
【０１１１】
次に、Ｓ３０２の処理では、ＥＣＵ６は、三元触媒からの酸素の脱離が終了したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、第三空燃比センサ１５の測定値が理論空燃比を示していれば三元触媒からの酸素の脱離が終了していないと判定し、第三空燃比センサ１５の測定値がリッチ空燃比を示していれば三元触媒からの酸素の脱離が終了したと判定する。該Ｓ３０２の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ３０２の処理を繰り返し実行する。一方、該Ｓ３０２の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進み、誘発処理を開始する。つまり、ＥＣＵ６は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比をＯ２脱離処理に適したリッチ空燃比から誘発処理に適したリッチ空燃比に変更することで、ＮＨ３消費処理を終了するとともに、誘発処理を開始する。
【０１１２】
以上述べた手順によってＳＣＲ触媒の劣化が診断されると、ＮＳＲ触媒の上流に三元触媒が配置される構成においても、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が診断精度に影響を及ぼさない程度に少ないときに誘発処理が実行することが可能になる。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが可能になる。
【符号の説明】
【０１１３】
１     内燃機関
２     燃料噴射弁
３     排気管
４     触媒ケーシング（第一触媒ケーシング）
５     第二触媒ケーシング
６     ＥＣＵ
７     第一空燃比センサ
８     第二空燃比センサ
１２   エアフローメータ
１３   ＮＯＸセンサ
１４   前段ケーシング
１５   第三空燃比センサ
【図１】
2016125390.tif 000003
【図２】
2016125390.tif 000004
【図３】
2016125390.tif 000005
【図４】
2016125390.tif 000006
【図５】
2016125390.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016125390.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016125390.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2016125390.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月21日(2015.5.21)
【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】
図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ１０１の処理において、内燃機関１の運転状態が前述のリーン運転領域に属しているか否か、つまり内燃機関１がリーン空燃比の混合気を燃焼して運転されているか否かを判別する。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓｌ１５の処理において後述する総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆを零にリセットして、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理で取得されたＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３が所定の上限値Ｔｈｒｎｈ３以下であるか否かを判別する。Ｓ１０３の処理において否定判定された場合（Ａｄｎｈ３＞Ｔｈｒｎｈ３）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１５の処理を実行して、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合（Ａｄｎｈ３≦Ｔｈｒｎｈ３）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理へ進む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理を実行した後にＳ２０２の処理へ進み、所定値Ｐｒｅｎｈ３を演算する。ここでいう所定値Ｐｒｅｎｈ３は、前述したように、誘発処理が実行されたと想定した場合に第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアの量（ＮＨ３生成量）を前記所定の上限値から減算した値であり、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を引数とするマップ又は関数式を利用して演算される。その際のＮＯＸ吸蔵量としては、前記Ｓ２０１の処理で取得されたＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが用いられるものとする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
また、前記Ｓ２０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０４の処理へ進む。Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＨ３消費処理が実行されたと想定した場合の該ＮＨ３消費処理の終了時におけるＮＨ３残留量Ｒｅｎｈ３を予測（演算）する。詳細には、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理で取得されたＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に相当する量のＮＯＸがＳＣＲ触媒で還元されると想定した場合のＮＨ３消費量を演算し、そのＮＨ３消費量をＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３から減算することで、ＮＨ３残留量Ｒｅｎｈ３を予測する。このようにＥＣＵ６がＳ２０３の処理を実行することにより、本発明に係わる「予測手段」が実現される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
Ｓ２０７の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒からのＮＯＸの脱離が終了したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、ＮＯＸセンサ１３の測定値が予め定められた目標値以下であればＮＯＸの脱離が終了したと判定し、ＮＯＸセンサ１３の測定値が前記目標値より大きければＮＯＸの脱離が終了していないと判定する。ここでいう目標値は、ＮＳＲ触媒から脱離するＮＯＸの量が略零になったときのＮＯＸセンサ１３の測定値に相当する値である。該Ｓ２０７の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ２０７の処理を繰り返し実行する。一方、該Ｓ２０７の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０８の処理においてＮＨ３消費処理を終了させ、次いでＳｌ０５の処理において誘発処理を開始する。つまり、ＥＣＵ６は、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比からリッチ空燃比に変更することで、ＮＨ３消費処理を終了するとともに、誘発処理を開始する。
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月14日(2016.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４１６５２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０３５６１５号