JP2016125391A - 排気浄化装置の劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【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、誘発処理の実行期間中にＳＣＲ触媒において酸化される水素の量が一定となるように、誘発処理の終了時期を調整する。【選択図】図５

Description

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。

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（Ｏ_２）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）。

特開２０１２−２４１６５２号公報 特開２００８−１２８２１３号公報

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。

これに対し、ＳＣＲ触媒より上流の排気通路に三元触媒や吸蔵還元型触（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）を配置し、排気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ
変更した際に三元触媒やＮＳＲ触媒において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。

ところで、水性ガスシフト反応ガスを生起させる際に三元触媒やＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が一定のリッチ空燃比に制御されていても、三元触媒やＮＳＲ触媒から脱離する酸素やＮＯ_Ｘの量等の影響によって、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比がばらつく可能性がある。ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比がばらつくと、ＳＣＲ触媒で酸化される水素（Ｈ_２）の量がばらつくため、それに応じてセンサ出力差もばらつく可能性がある。そのような場合は、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵容量を正確に求めることができず、ＳＣＲ触媒の劣化を正確に診断することができなくなる可能性がある。

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。

本発明は、上記した課題を解決するために、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、ＳＣＲ触媒より上流に配置された触媒へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より低い所定のリッチ空燃比へ変更することで、該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を開始し、その誘発処理の実行期間中に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、誘発処理の実行期間中にＳＣＲ触媒において酸化される水素の量が一定となるように、誘発処理の実行期間の長さを調整するようにした。

詳細には、本発明は、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脱離させ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、前記第二排気浄化装置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所定の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開始するものであって、前記誘発処理の開始後は、前記選択還元型触媒の所定の状態における単位時間あたりに酸化される水素の量を前記第一空燃比センサの測定値に基づいて推定するとともに、その推定値を単位時間あたり毎に積算し、その積算値が所定の目標量以上になったときに前記誘発処理を終了する制御手段と、前記誘発処理の開始から終了までの期間に、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であるセンサ出力差を積算することで、前記期間におけるセンサ出力差の総和である総センサ出力差を求め、その総センサ出力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。

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ＳＣＲ触媒に吸蔵される。このような状態で誘発処理が実行されることで、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所定のリッチ空燃比へ変更されると、第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比もリーン空燃比から所定のリッチ空燃比に切り替わる。その結果、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、排気とともに第二排気浄化装置から流出する。そのため、第二排気浄化装置から流出する排気の空燃比は、第二排気浄化装置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、第二排気浄化装置のＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量に起因する差が生じる。

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所定のリッチ空燃比になっているときは、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生起される。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（Ｈ_２Ｏ）とが反応して二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素が生成される。第一排気浄化装置
で生成された水素は、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、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、第二排気浄化装置の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。

したがって、誘発処理が実行された状態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には、第二排気浄化装置のＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量に起因する差と第二排気浄化装置において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。

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、第二排気浄化装置の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排気浄化装置のＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量が少なくなる。その結果、第二空燃比センサの測定値が第一空燃比センサの測定値に近づく。

また、第二排気浄化装置の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。よって、第二排気浄化装置の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、第二空燃比センサの測定値が第一空燃比センサの測定値に近づく。

よって、第二排気浄化装置の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が大きくなるのに対し、第二排気浄化装置の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が小さくなる。そのため、誘発処理の開始から終了までの期間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の積算値（総センサ出力差）は、第二排気浄化装置の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。

第二排気浄化装置の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、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、ＮＯ_ＸセンサやＮＨ_３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。

ところで、誘発処理の実行時に第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比は、誘発処理が実行される度にばらつく可能性がある。例えば、誘発処理の開始当初は、第一排気浄化装置の触媒からも酸素やＮＯ_Ｘ等が脱離することで、第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比が前記所定のリッチ空燃比より高くなる可能性がある。その際、第一排気浄化装置の触媒から脱離する酸素の量やＮＯ_Ｘの量は、誘発処理が実行される度に異なる可能性がある。そのため、誘発処理の開始当初に第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比は、誘
発処理が実行される度に異なる可能性が高い。このように第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がばらつくと、誘発処理の実行期間中にＳＣＲ触媒で酸化される水素の総量（以下、「総酸化量」と称する）もばらつくため、それに応じて総センサ出力差にもばらつきが生じる可能性がある。上記したような排気の空燃比のばらつきに起因する総センサ出力差のばらつきが生じると、ＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが困難になる可能性がある。

これに対し、本発明の制御手段は、誘発処理の実行期間中に、第一空燃比センサの測定値に基づいて、ＳＣＲ触媒の所定の状態における単位時間あたりに酸化される水素の量（以下、「基準酸化量」と称する）を推定する。そして、本発明の制御手段は、前記基準酸化量を単位時間あたり毎に積算し、その積算値（以下、「基準総酸化量」と称する）が所定の目標量以上になったときに誘発処理の実行を終了する。このように誘発処理の終了時期が制御されると、誘発処理の実行時に第二排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がばらついても、総酸化量のばらつきが抑制されるため、それに応じて総センサ出力差のばらつきも抑制される。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化状態をより正確に診断することが可能となる。なお、ここでいう「所定の状態」は、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態であってもよく、ＳＣＲ触媒が劣化している状態であってもよい。ただし、ＳＣＲ触媒が劣化した状態を前記所定の状態に想定すると、前記基準酸化量が少なくなるため、誘発処理が開始されてから前記総基準酸化量が前記目標量以上になるまでの時間が長くなる可能性がある。よって、前記所定の状態は、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態であることが望ましいといえる。

ここで、第二排気浄化装置のＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比が高い場合は低い場合に比べ、単位時間あたりに酸化可能な水素の量が少なくなる特性を有している。そのため、制御手段は、前記第一空燃比センサの測定値が高い場合は低い場合に比べ、基準酸化量を少なく推定してもよい。

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。

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。 ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能と酸素吸蔵量との相関を示す図である。 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。 誘発処理の実行時において第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比と還元剤の量と単位時間あたりの水素酸化量との相関を示す図である。 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。 誘発処理の終了時期を調整する他の方法を示す図である。

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。

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。

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。

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、ＮＯ_Ｘ吸蔵材を付加した吸蔵還元型触媒（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（ＣｅＯ_２）等の助触媒と、コート層に担持されるＮＯ_Ｘ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。

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、ＳＣＲ触媒を収容する。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。

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。

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、第二触媒ケーシング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、第二触媒ケーシング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。

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、第二触媒ケーシング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、第二触媒ケーシング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。

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。

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。

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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを脱離させつつ、脱離したＮＯ_Ｘを窒素（Ｎ_２）やアンモニア（ＮＨ_３）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ＮＯ_Ｘ吸蔵能が再生されることになる。

そこで、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸蔵能が飽和することを抑制する。

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。

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を吸着し、吸着したアンモニアによって排気中に含まれるＮＯ_Ｘ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触媒から脱離したＮＯ_Ｘ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。

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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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。

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。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ＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する。図２は、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ浄化性能（ＮＯ_Ｘ浄化率）が十分に高いとき（例えば、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ浄化性能がある程度低下（例えば、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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所定の閾値より小さければ、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が劣化していると判定することができる。

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。

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）

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。

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。

ところで、正常なＳＣＲ触媒（劣化していない状態の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。

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水性ガスシフト反応に適したリッチ空燃比にする処理であり、前述したリッチスパイク処理と同様に、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ことにより、内燃機関１で燃焼に供される混合気の空燃比、並びに内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ空燃比にする処理である。

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と一酸化炭素との反応が促進され、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を通過した水素が第二触媒ケーシング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、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。

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。

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から排出される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（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。

図３において、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変更されると（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脱離
し終わると、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。

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、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ｔ４）。

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、ＮＳＲ触媒で生成された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、その水素が第二触媒ケーシング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、第二触媒ケーシング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ｔ５）まで継続して発生する。

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量に起因する差のみならず、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。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）との差の積算値（総センサ出力差）が大きくなる。

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第二触媒ケーシング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。

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総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総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。

第二触媒ケーシング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ため、ＳＣＲ触媒の劣化状態を精度良く診断することができる。

なお、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が、そ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。

そこで、本実施例においては、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、燃料消費率等を考慮した一定の空燃比（例えば、１２程度）に定められるものとする。このように定められる空燃比（以下、「診断用空燃比」と称する）は、本発明に係わる「所定のリッチ空燃比」に相当する。なお、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比は、内燃機関１から排出される排気の空燃比と同じであるため、誘発処理の実行時に内燃機関１で燃焼される混合気の目標空燃比を前記診断用空燃比に設定することで、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比を前記診断用空燃比にすることができる。

ところで、誘発処理の実行期間中に内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比を前記診断用空燃比に制御することで、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で生成される水素の量を安定させても、ＮＳＲ触媒の状態等によって、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比がばらつく可能性がある。特に、誘発処理の開始当初は、ＮＳＲ触媒から脱離する酸素やＮＯ_Ｘ等の影響によって第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比が前記診断用空燃比より高くなる可能性があるが、その際にＮＳＲ触媒から脱離する酸素の量やＮＯ_Ｘの量が該ＮＳＲ触媒の状態によってばらつくため、それに応じて第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比もばらついてしまう。

上記したように、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比がばらつくと、誘発処理の実行期間中にＳＣＲ触媒で酸化される水素の総量（総酸化量）もばらつく可能性がある。ここで、誘発処理の実行時に第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比と還元剤の量と単位時間あたりにＳＣＲ触媒で酸化される水素の量（水素酸化量）との相関を図４に示す。ここでいう「還元剤」は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素等の未燃燃料成分に加え、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で生成された水素を含むものである。このような還元剤の量は、例えば、ＮＳＲ触媒で生成された水素によるリッチずれ分を含む第一空燃比センサ７の測定値と理論空燃比との差によって排気の流量（吸入空気量と燃料噴射量との総量）を除算することで求められる。なお、図４は、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態にあるときの相関を示す。

図４において、第二触媒ケーシング５へ流入する排気に含まれる還元剤の量が一定であれば、単位時間あたりの水素酸化量は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比が高いときより低いときに多くなる傾向がある。よって、誘発処理の実行時に第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比がばらつくと、それに応じて総酸化量がばらつくため、総センサ出力差がばらつくことになる。このように第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比のばらつきに起因する総センサ出力差のばらつきが発生すると、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。

そこで、本実施例では、誘発処理の実行期間における総酸化量が一定となるように誘発処理の終了時期を調整して、ＳＣＲ触媒の劣化を診断するようにした。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、ＥＣＵ
６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。

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、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。なお、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診断条件に加えてもよい。また、誘発処理の実行期間中に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診断条件に加えてもよい。

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の処理へ進み、誘発処理を開始する。詳細には、ＥＣＵ６は、内燃機関１で燃焼に供される混合気の目標空燃比を前記診断用空燃比に設定することで、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比を前記診断用空燃比まで低下させる。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理を実行した後にＳ１０３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、Ｓ１０４の処理へ進み、前記Ｓ１０３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、Ｓ１０５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Ｓ１０５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Ｓ１０４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。

また、Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１をパラメータとして、ＳＣＲ触媒が劣化していない状態（所定の状態）にあると想定した場合に該ＳＣＲ触媒で単位時間あたりに酸化される水素の量（基準酸化量）Δｈ２ｓｔを推定する。具体的には、ＥＣＵ６は、先ずエアフローメータ１２の測定値（吸入空気量）と燃料噴射量とを加算して排気流量を求め、その排気流量を第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１と理論空燃比との差で除算することにより、第二触媒ケーシング５へ流入する排気に含まれる還元剤の量を算出する。そして、ＥＣＵ６は、算出された還元剤の量と前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１とを引数として、前述の図４に示したような相関を格納したマップにアクセスすることで、基準酸化量Δｈ２ｓｔを算出する。なお、ここでいう「還元剤」は、前述の図４の説明で述べたように、炭化水素や一酸化炭素等の未燃燃料成分と第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒で生成された水素とを含むものである。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０６の処理を実行した後にＳ１０７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基準酸化量Δｈ２ｓｔの積算値（総基準酸化量）ΣΔｈ２ｓｔを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、誘発処理の開始から該Ｓ１０７の前回の実行時までの期間における基準酸化量Δｈ２ｓｔの積算値ΣΔｈ２ｓｔｏｌｄに、前記Ｓ１０６の処理で算出された基準酸化量Δｈ２ｓｔ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基準酸化量ΣΔｈ２ｓｔを算出する。

Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０７の処理で算出された総基準酸化量ΣΔｈ２ｓｔが目標量Ｔｈｒｅｈ２以上であるか否かを判別する。ここでいう「目標量Ｔｈｒｅｈ２」は、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合と劣化している場合とにおいて総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆの顕著な差が生まれると考えられる量であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた量である。

前記Ｓ１０８の処理において否定判定された場合（ΣΔｈ２ｓｔ＜Ｔｈｒｅｈ２）は、Ｓ１０３の処理へ戻り、誘発処理を引き続き実行する。一方、Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合（ΣΔｈ２ｓｔ≧Ｔｈｒｅｈ２）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０９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。このように総基準酸化量ΣΔｈ２ｓｔに基づいて誘発処理の終了時期が調整されると、誘発処理の実行期間中における実際の総酸化量はＳＣＲ触媒の劣化状態に応じて前記総基準酸化量より少なくなる可能性があるものの、誘発処理の実行毎に総酸化量がばらつくことが抑制される。なお、ＥＣＵ６がＳ１０２の処理、及びＳ１０６−Ｓ１０９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。

前記Ｓ１０９の処理において誘発処理が終了されると、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進み、前記Ｓ１０７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ＮＯ_Ｘ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。

前記Ｓ１１０の処理において肯定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ≧Ｔｈｒｅａ／ｆ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１１の処理へ進み、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒が劣化していない（正常）と判定する。一方、前記Ｓ１１０の処理において否定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ＜Ｔｈｒｅａ／ｆ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１２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。なお、ＥＣＵ６がＳ１０４−Ｓ１０５の処理、及びＳ１１０−Ｓ１１２の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。

以上述べた手順によって劣化診断が行われると、誘発処理の実行時に第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比にばらつきが生じても、ＳＣＲ触媒の劣化状態が大きく変化しない限り、誘発処理の実行期間中にＳＣＲ触媒で酸化される水素の総酸化量を略一定にすることができる。その結果、第二触媒ケーシング５に流入する排気の空燃比のばらつきに起因する総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆのばらつきが緩和されるため、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。その結果、総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆに基づいてＳＣＲ触媒の劣化状態を正確に診断することが可能になる。

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（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。

＜他の実施例＞

前述の実施例においては、総基準酸化量ΣΔｈ２ｓｔに基づいて誘発処理の終了時期を調整する例について述べたが、誘発処理の実行期間中に第二触媒ケーシング５へ供給される還元剤の量に基づいて誘発処理の終了時期を調整してもよい。その場合の手順について図６に基づいて説明する。なお、図６中における単位時間あたりの水素酸化量は、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態にあるときの値である。

ＥＣＵ６は、先ず、第一空燃比センサ７の測定値が目標値（図６中の「目標センサ値」）であると想定した場合に、第二触媒ケーシング５へ流入する排気に実際に含まれる還元剤の量（実還元剤量）Ｑｒで実現可能な基準酸化量Δｈ２ｔｒｇを求め、その基準酸化量Δｈ２ｔｒｇを目標酸化量に設定する。ここでいう「目標センサ値」は、水素に起因する第二空燃比センサ８のリッチずれ分を前記診断用空燃比に加算した値であり、その際のリッチずれ分は予め実験的に求めておくものとする。続いて、ＥＣＵ６は、第二空燃比センサ８で実際に測定された空燃比（図６中の「実センサ値」）の下で、前記目標酸化量Δｈ２ｔｒｇの水素をＳＣＲ触媒で酸化させるために必要となる還元剤の量（要求還元剤量）Ｑｒｔｒｇを求める。さらに、ＥＣＵ６は、要求還元剤量Ｑｒｔｒｇに対する実還元剤量Ｑｒｓｔの比（＝Ｑｒｓｔ／Ｑｒｔｒｇ）を前記実還元剤量Ｑｒｓｔに乗算する。このようにして求められる値（＝Ｑｒｓｔ＊（Ｑｒｓｔ／Ｑｒｔｒｇ））は、実センサ値の下で実還元剤量Ｑｒの還元剤が第二触媒ケーシング５へ供給された場合における基準酸化量Δｈ２ｓｔと同量の酸化量を、前記目標センサ値の下で実現するために必要となる還元剤の量（以下、「基準還元剤量」と称する）Ｑｒｓｔに相当する。そして、ＥＣＵ６は、基準還元剤量Ｑｒｓｔを単位時間あたり毎に積算し、その積算値が所定の還元剤量（第二空燃比センサ８の測定値が前記目標センサ値であると想定した場合における総基準酸化量を前述の目標量Ｔｈｒｅｈ２と同量にするために必要となる還元剤の量）に達したときに誘発処理を終了させる。このような方法によって誘発処理の終了時期が調整されると、前述の実施例と同様に、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比のばらつきに起因する総センサ出力差のばらつきを抑制することができる。

また、前述の実施例では、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。

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。

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 第一空燃比センサ
８ 第二空燃比センサ
１２ エアフローメータ

Claims (3)

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脱離させ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、
   前記第二排気浄化装置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所定の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開始するものであって、前記誘発処理の開始後は、前記選択還元型触媒の所定の状態における単位時間あたりに酸化される水素の量を前記第一空燃比センサの測定値に基づいて推定するとともに、その推定値を単位時間あたり毎に積算し、その積算値が所定の目標量以上になったときに前記誘発処理を終了する制御手段と、
   前記誘発処理の開始から終了までの期間に、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であるセンサ出力差を積算することで、前記期間におけるセンサ出力差の総和である総センサ出力差を求め、その総センサ出力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。
2. 請求項１において、前記選択還元型触媒は、該選択還元型触媒へ流入する排気の空燃比が高い場合は低い場合に比べ、単位時間あたりに酸化される水素の量が少なくなる特性を有し、
   前記制御手段は、前記第一空燃比センサの測定値が高い場合は低い場合に比べ、前記選択還元型触媒の所定の状態における単位時間あたりに酸化される水素の量を少なく推定する排気浄化装置の劣化診断装置。
3. 請求項１又は２において、前記選択還元型触媒の所定の状態は、該選択還元型触媒が劣化していない状態である排気浄化装置の劣化診断装置。

Images