(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＳＲ触媒の異常診断を正確、且つ速やかに行うことができる技術の提供を課題とする。【解決手段】本発明は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が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流入ＮＯＸ濃度及び流出ＮＯＸ濃度から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異常診断装置において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、ＮＳＲ触媒を通過する排気流量がより少ない状態における流入ＮＯＸ濃度及び流出ＮＯＸ濃度から、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率を演算し、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいて前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する。【選択図】図５
2017129037.tif 000002
【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、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒から流出する排気のＮＯＸ濃度である流出ＮＯＸ濃度を検出する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排気のＮＯＸ濃度である流入ＮＯＸ濃度を取得する第二取得手段と、
前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度に基づいて、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吸蔵能力が破過し始める量である破過開始量以上となり、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、前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒へ流入するＮＯＸ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吸蔵率に基づいて前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する診断手段と、
を備え、
前記診断手段は、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、前記第一取得手段により取得される排気流量がより少ない状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいて前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する、
ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置。
【請求項２】
前記クライテリア触媒の前記破過開始量以上なり、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量未満となるＮＯＸ吸蔵量の範囲には、前記クライテリア触媒の前記破過開始量を含む第１吸蔵量範囲と、該第１吸蔵量範囲より多い第２吸蔵量範囲と、該第２吸蔵量範囲より多い第３吸蔵量範囲とが含まれ、
前記診断手段は、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が前記第２吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行せず、且つ前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が前記第１吸蔵量範囲又は前記第３吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する、
請求項１に記載の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】
これに対し、ＮＳＲ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において、ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＮＯＸ濃度とＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＯＸ濃度とから、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率（ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量に対して、ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯＸ量の割合）を求め、そのＮＯＸ吸蔵率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る方法が考えられる。このような方法によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する前にＮＳＲ触媒の異常診断を行うことができるため、ＮＳＲ触媒の飽和吸蔵量に基づいて異常診断を行う方法に比べ、異常診断を行う機会が多くなり、それに伴ってＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができる。
【０００６】
しかしながら、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的多く、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的多いときは、たとえＮＳＲ触媒が正常であっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が小さくなりやすい。そのため、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吸蔵率との差が出にくくなる。一方、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的少なく、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的少ないときは、たとえＮＳＲ触媒が異常であっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が大きくなりやすい。そのため、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吸蔵率との差が出にくくなる。したがって、上記したような条件下におけるＮＯＸ吸蔵率に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断が実行されると、ＮＳＲ触媒の異常診断を精度良く行うことが困難になる可能性がある。
【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、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】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、ＮＳＲ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り、且つＮＳＲ触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量開始量である上限ＮＯＸ吸蔵量未満となる状態におけるＮＯＸ吸蔵率に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を実行する異常診断装置において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が多い場合は少ない場合に比べ、ＮＳＲ触媒を通過する排気流量がより少ない状態におけるＮＯＸ吸蔵率に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を実行するようにした。
【０００９】
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前記排気通路に配置され、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒から流出する排気のＮＯＸ濃度である流出ＮＯＸ濃度を検出する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。この異常診断装置は、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排気のＮＯＸ濃度である流入ＮＯＸ濃度を取得する第二取得手段と、前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度に基づいて、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吸蔵能力が破過し始める量である破過開始量以上となり、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、前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度に基づいて、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒へ流入するＮＯＸ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吸蔵率に基づいて前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する診断手段と、を備える。そして、前記診断手段は、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、前記第一取得手段により取得される排気流量がより少ない状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵率を求め、そのＮＯＸ吸蔵率に基づいて前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する。
【００１０】
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触媒に吸蔵されるとはいえない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触媒に吸蔵されるとはいえない割合）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。
【００１１】
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未満となる）。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）。その際、ＮＳＲ触媒をすり抜けるＮＯＸ量は、前記ＮＯＸ吸蔵量の増加に伴って、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。
【００１２】
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であって、且つＮＳＲ触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量（上限ＮＯＸ吸蔵量）未満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触媒の飽和吸蔵量に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行う方法に比べ、異常診断を行う機会が多くなるため、ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができる。
【００１３】
ところで、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って、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量未満となる状態であっても、そのＮＯＸ吸蔵量が比較的多く、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的多ければ、たとえＮＳＲ触媒が正常であっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が小さくなりやすい。その結果、ＮＯＸ吸蔵量が比較的多く、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的多くなる条件下において、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。また、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って、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量未満の状態にあっても、そのＮＯＸ吸蔵量が比較的少なく、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的少なければ、たとえＮＳＲ触媒が異常であっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が大きくなりやすい。その結果、ＮＯＸ吸蔵量が比較的少なく、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的少なくなる条件下においても、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。
【００１４】
そこで、本願発明者らが鋭意の実行及び検証を行った結果、クライテリア触媒の破過開始量以上であって、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量未満となるＮＯＸ吸蔵量の範囲（以下、「診断用吸蔵量範囲」と称する）の各ＮＯＸ吸蔵量において、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（以下、「ＮＯＸ吸蔵率差分」と称する）がピークを示す排気流量は、ＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、より少ない排気流量になる、という知見を得た。したがって、前記診断用吸蔵量範囲においては、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、ＮＳＲ触媒を通過する排気流量がより少ない状態において、前記ＮＯＸ吸蔵率差分が大きくなりやすいといえる。よって、本発明のＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断装置によれば、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲に属する場合において、該ＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、前記第一取得手段により取得される排気流量がより少ない状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記Ｎ
ＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から、前記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ことになるため、ＮＳＲ触媒の異常を正確に検出することが可能になる。
【００１５】
ここで、前記診断用吸蔵量範囲には、前記クライテリア触媒の前記破過開始量を含む第１吸蔵量範囲と、該第１吸蔵量範囲より多い第２吸蔵量範囲と、該第２吸蔵量範囲より多い第３吸蔵量範囲とが含まれ、前記診断手段は、前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が前記第２吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく前記ＮＳＲ触媒の異常診断を実行せず、且つ前記演算手段により演算されるＮＯＸ吸蔵量が前記第１吸蔵量範囲又は前記第３吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行するようにしてもよい。前述したように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲に属する場合において、ＮＯＸ吸蔵率差分がピークを示す排気流量は、ＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、より少ない排気流量となる。つまり、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る場合において、ＮＯＸ吸蔵率差分がピークを示す排気流量は、ＮＯＸ吸蔵量が多くなるほど、より少ない排気流量へシフトする。ただし、本願発明者らは、ＮＯＸ吸蔵量が比較的少ない場合（第１吸蔵量範囲に属する場合）、及びＮＯＸ吸蔵量が比較的多い場合（第３吸蔵量範囲に属する場合）におけるＮＯＸ吸蔵率差分のピークは、その絶対量が比較的大きくなるが、ＮＯＸ吸蔵量が中間の量である場合（第２吸蔵量範囲に属する場合）におけるＮＯＸ吸蔵率差分のピークは、その絶対量が比較的小さくなりやすいことも見出した。そこで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が第２吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく前記ＮＳＲ触媒の異常診断を実行せず、且つＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が第１吸蔵量範囲又は第３吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入ＮＯＸ濃度及び前記ＮＯＸセンサにより検出される流出ＮＯＸ濃度から求められるＮＯＸ吸蔵率に基づく前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の異常診断を実行するようにすれば、異常診断の精度をより一層高めることができる。なお、前記第２吸蔵量範囲は、該範囲におけるＮＯＸ吸蔵率差分が、ＮＳＲ触媒の異常に起因するものか、又はＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率を求める際に使用されるＮＯＸセンサの測定値等に含まれる誤差に起因するものかを区別することが困難になると考えられる範囲である。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
【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】排気流量とＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘとの相関を示す図である。
【図４】診断用吸蔵量範囲の各ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘにおける上限流量ｆｒｕと下限流量ｆｒｌとを示す図である。
【図５】第１の実施形態において、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６】診断用吸蔵量範囲を第１吸蔵量範囲、第２吸蔵量範囲、及び第３吸蔵量範囲に分けた態様を示す図である。
【図７】第２の実施形態において、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】
【００１８】
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。
【００１９】
＜実施形態１＞
先ず、本発明の第１の実施形態について、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、車両に搭載される内燃機関であって、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。なお、内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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のＮＳＲ触媒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のＮＳＲ触媒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。この第二ＮＯＸセンサ８は、本発明に係わる「ＮＯＸセンサ」に相当する。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のＮＳＲ触媒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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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車両の走行距離（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（流出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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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（ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯＸ量に対してＮＳＲ触媒をすり抜けるＮＯＸ量の割合）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触媒に吸蔵されるとはいえない割合）に達するときのＮＯＸ吸蔵量）である破過開始量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（ＮＳＲ触
媒へ流入する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。
【００３５】
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）の破過開始量である基準破過開始量（図２中のＢｄｐｓ）と、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である上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘと、を予め実験的に求めておき、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上であって、且つ上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満であるときの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（流入ＮＯＸ濃度）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流入ＮＯＸ濃度は、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、流入ＮＯＸ濃度が演算されてもよい。その際、上記した相関からＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎが直接求められてもよい。なお、ＥＣＵ６が第一ＮＯＸセンサ７の測定値を読み込み、又は内燃機関１の運転状態から流入ＮＯＸ濃度を推定することにより、本発明に係わる「第二取得手段」が実現される。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（流出ＮＯＸ濃度）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。
【００３６】
ここで、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満であるときに、ＮＳＲ触媒が正常であれば、該ＮＳＲ触媒の吸蔵能が未だ破過していない状態になると考えられる。そのため、上記の式（２）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率以上になると予想される。一方、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満であるときに、ＮＳＲ触媒が異常であれば、該ＮＳＲ触媒の吸蔵能が破過している状態になると考えられる。そのため、上記の式（２）に従って演算されるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘは、クライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率より小さくなると予想される。
【００３７】
上記した傾向に鑑みると、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記基準破過開始量Ｂｄｐｓ以上、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満の範囲（診断用吸蔵量範囲）であるときの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。このような方法によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する前にＮＳＲ触媒の異常診断を行うことができるため、ＮＳＲ触媒の飽和吸蔵量に基づいて異常診断を行う方法に比べ、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う機会が多くなり、それに伴ってＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出することができる。
【００３８】
しかしながら、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲に属している場合であっても、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが比較的多く、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的多いときは、たとえＮＳＲ触媒が正常であっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が小
さくなりやすい。そのため、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが比較的多く、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的多くなる条件の下では、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吸蔵率との差が小さくなりやすい。また、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲に属している場合であっても、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが比較的少なく、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的少ないときは、たとえＮＳＲ触媒が異常であっても、該ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率が大きくなりやすい。そのため、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが比較的少なく、且つＮＳＲ触媒を通過する排気流量が比較的少なくなる条件の下では、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吸蔵率との差が小さくなりやすい。上記したように、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吸蔵率との差が小さくなりやすい条件の下でＮＳＲ触媒の異常診断が実行されると、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等に起因して、ＮＳＲ触媒の異常を精度良く診断することが困難になる可能性がある。そこで、本実施形態では、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条件の下で、ＮＳＲ触媒の異常診断を行うことで、診断精度を高めるようにした。
【００３９】
ここで、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲に属する場合において、ＮＳＲ触媒の正常な状態におけるＮＯＸ吸蔵率とＮＳＲ触媒の異常な状態におけるＮＯＸ吸蔵率との差（ＮＯＸ吸蔵率差分）ΔＥｆｎｏｘ、及びＮＳＲ触媒を通過する排気流量の相関を図３に示す。図３中の（Ａ）は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量であるときの相関を示す。図３中の（Ｂ）は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量であるときの相関を示す。また、図３中の（Ｃ）は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的多い量であるときの相関を示す。
【００４０】
先ず、図３中の（Ａ）に示すように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量である場合（例えば、基準破過開始量Ｂｄｐｓ近傍の量である場合）は、排気流量が少ないときよりも多いときに、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが大きくなる。また、図３中の（Ｂ）に示すように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量である場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量である場合に比べ、排気流量がより少ないときに、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが大きくなる。さらに、図３中の（Ｃ）に示すように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的多い量である場合（例えば、上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ近傍の量である場合）は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量である場合に比べ、排気流量がより少ないときに、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが大きくなる。つまり、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘがピークを示すときの排気流量は、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが多くなるほど、より少ない排気流量へシフトする。よって、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、排気流量がより少ない状態におけるＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘに基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を行えば、精度の高い診断を行うことができる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、前記診断用吸蔵量範囲の各ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘにおいて、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが診断精度を確保できる程度に大きくなる排気流量の範囲を、予め実験的に求めおくようにした。図４中のｆｒｕは、各ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘにおいて、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが診断精度を確保できる程度に大きくなる排気流量の上限値（以下、「上限流量」と記す）である。また、図４中のｆｕｌは、各ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘにおいて、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが診断精度を確保できる程度に大きくなる排気流量の下限値（以下、「下限流量」と称する）である。これらの上限流量ｆｒｕと下限流量ｆｒｌとは、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが多くなる
ほど、より少ない排気流量となるように定められる。そして、図４に示すような、排気流量の範囲とＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘとの関係は、マップ又は関数式の形態でＥＣＵ６のＲＯＭに記憶させておくものとする。ＮＳＲ触媒の異常診断を行う場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘを引数として、図４のマップ又は関数式へアクセスして、上限流量ｆｒｕ及び下限流量ｆｒｌを導出する。そして、排気流量が前記上限流量ｆｒｕと前記下限流量ｆｒｌとによって定まる範囲に属するときのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘを求め、そのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘが所定の閾値Ｔｈｒ未満であれば、ＮＳＲ触媒が異常であると診断するようにした。ここでいう「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。
【００４２】
なお、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、所定期間における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、前記積算値ΣＡｎｏｘｉｎ’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）
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、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。このような方法に従って、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。
【００４８】
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Ｂｄｐｓ以上、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満であるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれたＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前述の診断用吸蔵量範囲に属してい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。
【００４９】
Ｓ１０５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を引数として、前述した図４のマップ又は関数式にアクセスして、上限流量ｆｒｕと下限流量ｆｒｌとを演算する。
【００５０】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、排気流量ｆｒを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、エアフローメータ１２の測定値（吸入空気量）と燃料噴射量とを加算することにより演算される。このようにしてＥＣＵ６が排気流量ｆｒを求めることにより、本発明に係わる「第一取得手段」が実現される。
【００５１】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０６の処理で算出された排気流量ｆｒが前記Ｓ１０５の処理で算出された上限流量ｆｒｕ以上、且つ下限流量ｆｒｌ以下の範囲に属しているか否かを判別する。Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８へ進む。
【００５２】
Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲に属する状態において、排気流量ｆｒが前記下限流量ｆｒｌ以上、且つ前記上限流量ｆｒｕ以下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’と、ＮＯＸ流出量Ａｎｏｘｏｕｔの積算値（以下、「演算用ＮＯＸ流出量」と称する）ΣＡｎｏｘｏｕｔ’とを演算する。詳細には、ＥＣＵ６は、先ず、第一ＮＯＸセンサ７の測定値（流入ＮＯＸ濃度）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、第二ＮＯＸセンサ８の測定値（流出ＮＯＸ濃度）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。次に、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎを、該Ｓ１０８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Ｓ１０８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。
【００５３】
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’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。その際、所定量は、前記基準破過開始量Ｂｄｐｓと前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘとの差より少ない量に定められるものとする。Ｓ１０９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、Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進む。
【００５４】
Ｓ１１０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。
【００５５】
Ｓ１１１の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１１０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。
【００５６】
前記Ｓ１１１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１２の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が正常であると診断する。一方、Ｓ１１１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１３の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が異常であると診断する。Ｓ１１３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乃至前記Ｓ１１３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。
【００５７】
ＥＣＵ６は、Ｓ１１２又はＳ１１３の処理を実行した後に、Ｓ１１４の処理へ進む。Ｓ１１４の処理では、ＥＣＵ６は、各種の演算値をリセットする。具体的には、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Ｓ１０７の処理において否定判定された場合も、ＥＣＵ６は、Ｓ１１４の処理へ進み、上記した演算値をリセットする。
【００５８】
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、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。
【００５９】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図６乃至図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施形態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。
【００６０】
前述した第１の実施形態と本実施形態との相違点は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が診断用吸蔵量範囲の中間領域にあるときのＮＯＸ吸蔵率に基づくＮＳＲ触媒の異常診断を行わ
ない点にある。
【００６１】
前述の図３の説明で述べたように、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘがピークを示すときの排気流量は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが多くなるほど、より少ない排気流量へシフトする。なお、本願発明者らの知見によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量であるときは（図３中の（Ｂ））、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量であるとき（図３中の（Ａ））や、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的多い量であるとき（図３中の（Ｃ））に比べ、ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘの絶対量が小さくなりやすい。そのため、第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８の測定値に比較的大きな誤差が含まれている場合に、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量であるときのＮＯＸ吸蔵率に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断が行われると、ＮＳＲ触媒の異常を精度良く診断することが困難になる可能性がある。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、図６に示すように、前記診断用吸蔵量範囲を、前記基準破過開始量Ｂｄｐｓを含む第１吸蔵量範囲（図６中のＢｄｐｓ以上、且つＢｄｐ１未満の範囲）と、該第１吸蔵量範囲より多い第２吸蔵量範囲（図６中のＢｄｐ１以上、且つＢｄｐ２以下の範囲）と、該第２吸蔵量範囲より多い第３吸蔵量範囲（図６中のＢｄｐ２より多く、且つＢｄｐｍａｘ未満の範囲）とに分け、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが第２吸蔵量範囲に属するときのＮＯＸ吸蔵率に基づく、ＮＳＲ触媒の異常診断を行われないようにした。ここでいう第２吸蔵量範囲は、第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８の測定値に比較的大きな誤差が含まれていると、ＮＳＲ触媒の異常を精度良く診断することが困難になると考えられるＮＯＸ吸蔵量の範囲である。すなわち、第２吸蔵量範囲は、該範囲におけるＮＯＸ吸蔵率差分が、ＮＳＲ触媒の異常に起因するものか、又はＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵率を求める際に使用される第一ＮＯＸセンサ７や第二ＮＯＸセンサ８の測定値等に含まれる誤差に起因するものかを区別することが困難になると考えられる範囲である。このような第２吸蔵量範囲は、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。
【００６３】
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７に沿って説明する。図７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。図７の処理ルーチンにおいて、前述した図５の処理ルーチンと同様の処理については同一の符合を付している。
【００６４】
前述した図５の処理ルーチンと図７の処理ルーチンとの差異は、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、図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理を実行した後に、Ｓ２０１の処理へ進み、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれたＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第１吸蔵量範囲、又は前記第３吸蔵量範囲に属しているか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第１吸蔵量範囲の下限値（基準破過開始量Ｂｄｐｓ）以上、且つ前記第２吸蔵量範囲の下限値Ｂｄｐ１未満の範囲、又は前記第２吸蔵量範囲の上限値Ｂｄｐ２より多く、且つ前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘ未満の範囲の何れか一方の範囲に属しているか否かを判別する。Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第２吸蔵量範囲に属していることになる。そのため、ＥＣＵ６は、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの演算、及びそのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘに基づくＮＳＲ触媒の異常診断を行わずに、Ｓ１１４の処理へ進む。一方、Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第１吸蔵量範囲、又は前記第３吸蔵量範囲の何れか一方に属していることになるため、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５以降の処理において、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの演算や、そのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘに基づくＮＳＲ触媒の
異常診断を行う。なお、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第１吸蔵量範囲に属している場合においては、Ｓ１０８の処理における所定量は、前記基準破過開始量Ｂｄｐｓと前記第２吸蔵量範囲の下限値Ｂｄｐ１との差より少ない量に設定されるものとする。一方、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第３吸蔵量範囲に属している場合においては、Ｓ１０８の処理における所定量は、前記第２吸蔵量範囲の上限値Ｂｄｐ２と前記上限ＮＯＸ吸蔵量Ｂｄｐｍａｘとの差より少ない量に設定されるものとする。
【００６５】
以上述べた手順によれば、前記診断用吸蔵量範囲のうち、前記ＮＯＸ吸蔵率差分ΔＥｆｎｏｘが小さくなりやすい第２吸蔵量範囲におけるＮＯＸ吸蔵率に基づくＮＳＲ触媒の異常診断が実行されなくなるため、より精度の高い異常診断を実行することが可能になる。なお、図７の処理ルーチンは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第２吸蔵量範囲に属しているときに、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの演算と、そのＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘに基づくＮＳＲ触媒の異常診断との双方の処理を行わない例を示しているが、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ｓｔｎｏｘが前記第２吸蔵量範囲に属している場合であっても、ＮＯＸ吸蔵率Ｅｆｎｏｘの演算が適宜行われてもよい。
【００６６】
＜他の実施形態＞
なお、本発明においてＮＳＲ触媒の異常診断に用いられる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】
【００６７】
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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