JP2017015061A - 排気浄化装置の劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比を測定するセンサとＳＣＲ触媒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を課題とする。
【解決手段】本発明は、内燃機関がリーン空燃比で運転されているときに誘発処理を実行することで、その誘発処理の実行期間に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、水素生成触媒の劣化度合に応じて、誘発処理の実行期間に水素生成触媒へ供給される還元剤の量を調整する。
【選択図】図７

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や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 特開２００４−２８５８４０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。

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誘発させることで水素（Ｈ_２）を生成させ、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、三元触媒やＮＳＲ触媒が劣化した場合は劣化していない場合に比べ、それらの触媒で生成される水素の量が減少する。さらに、三元触媒やＮＳＲ触媒で生成される水素の量は、それらの触媒の劣化度合に応じて変化する。このように三元触媒やＮＳＲ触媒の劣化に起因して、それらの触媒で生成される水素の量がばらつくと、前記センサ出力差もばらつく可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化を精度よく診断することが困難になる可能性がある。

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、混合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、前記水素生成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実行し、且つ誘発処理の実行期間に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て、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、水素生成触媒の劣化度合に基づいて誘発処理の実行期間に前記水素生成触媒へ供給される還元剤の量を調整することにより、誘発処理の実行期間にＳＣＲ触媒へ供給される水素量のばらつきを抑制するようにした。

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、混合気の空燃比が理論空燃比より低い所定のリッチ空燃比であるときに、その混合気が燃焼された際に生成される還元剤を利用して、水性ガスシフト反応を発生させる触媒である水素生成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設けられ、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ＳＣＲ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、混合気の空燃比がリーン空燃比であるときに、混合気の空燃比がリーン空燃比から前記所定のリッチ空燃比へ変更されるように内燃機関の運転状態を制御することにより、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し、且つ該誘発処理の実行により前記第一排気浄化装置で水性ガスシフト反応が発生する期間における燃料噴射量の積算値が所定量に達したときに前記誘発処理を終了させる制御手段と、前記誘発処理の実行期間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であるセンサ出力差を積算することで、前記誘発処理の実行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である。該劣化診断装置は、前記水素生成触媒の劣化度合を取得する取得手段を更に備える。そして、前記制御手段は、前記水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記誘発処理の実行期間に前記第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量が多くなるように、内燃機関の運転状態を制御する。

内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比に制御されることで、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であるときは、排気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と、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るとともに、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、誘発処理が実行されることによって第一排気浄化装置へ流入する排気の空燃比が
リッチ空燃比になっているときは、第一排気浄化装置の水素生成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（Ｈ_２）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て、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、その水素が第二排気浄化装置のＳＣＲ触媒によって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。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に加え、ＳＣＲ触媒によって酸化される水素の量に起因する差も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、誘発処理の実行期間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、誘発処理の実行期間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。

上記したように、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、誘発処理の実行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。よって、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、ＮＯ_ＸセンサやＮＨ_３センサ等の高価なセンサを利用する必要がないため、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、誘発処理の実行期間に第二排気浄化装置へ供給される水素の総量（第一排気浄化装置で生成される水素の総量（以下、「総水素量」と称する））がばらつくと、誘発処理の実行期間に第二排気浄化装置へ供給される水素の総量もばらつくことになる。誘発処理の実行期間に第二排気浄化装置へ供給される水素の総量がばらつくと、それに応じて
前記総センサ出力差がばらついてしまうため、ＳＣＲ触媒の劣化を精度よく診断することができない可能性がある。よって、前記総水素量は、一定量であることが望ましい。

ここで、前記総水素量は、内燃機関で燃焼される燃料の単位量あたりに生成される水素の量（以下、「単位燃料あたりの水素生成量」と称する）と、前記誘発処理の実行によって前記第一排気浄化装置で水性ガスシフト反応が発生する期間における燃料噴射量の積算値（以下、「燃料積算値」と称する）と、の乗算値に相関する。そして、単位燃料あたりの水素生成量は、混合気の空燃比に応じて変化する。ただし、誘発処理の実行期間中は、混合気の空燃比が所定のリッチ空燃比に固定されるため、単位燃料あたりの水素生成量は一定量であるとみなすことができる。したがって、前記総水素量は、前記燃料積算値に相関するといえる。そこで、前記燃料積算値が一定の量（所定量）に達した時点で誘発処理が終了されれば、前記総水素量のばらつきを抑制することができる。

しかしながら、単位燃料あたりの水素生成量は、前記水素生成触媒の劣化状態に応じて変化する。例えば、前記所定のリッチ空燃比及び前記所定量が一定のもとでは、単位燃料あたりの水素生成量は、前記水素生成触媒の劣化度合が小さい場合より大きい場合の方が少なくなる。その結果、前記総水素量は、前記水素生成触媒の劣化度合が小さい場合より大きい場合の方が少なくなる。このように、前記水素生成触媒の劣化に起因して前記総水素量がばらつくと、前記総センサ出力差もばらついてしまう。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することができない可能性がある。

これに対し、本発明によれば、水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記誘発処理の実行期間に第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量が多くなるように、内燃機関の運転状態が制御される。ここでいう「還元剤」は、水性ガスシフト反応に寄与する還元剤（一酸化炭素）である。

前述したように、前記総水素量は、水素生成触媒の劣化度合が小さい場合より大きい場合の方が少なくなる。一方、前記総水素量は、誘発処理の実行期間に前記第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量が少ない場合より多い場合に多くなる。よって、水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、誘発処理の実行期間に前記第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量が多くされると、水素生成触媒の劣化に起因する総水素量の減少分を、還元剤の増量による総水素量の増量分で補うことができる。その結果、水素生成触媒の劣化に起因して、前記総水素量がばらつくことを抑制することができる。したがって、水素生成触媒が劣化している場合であっても、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することが可能となる。

ここで、誘発処理の実行期間に第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量を調整する方法としては、前記所定のリッチ空燃比を調整する方法が考えられる。そこで、前記制御手段は、前記水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記所定のリッチ空燃比を低くしてもよい。混合気の空燃比のリッチ度合が大きい場合は小さい場合に比べ、単位燃料量あたりに生成される還元剤の量が多くなる。よって、水素生成触媒の劣化度合が大きい場合に小さい場合よりも前記所定のリッチ空燃比が低くされると、水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合よりも誘発処理の実行期間に第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量を多くすることができる。

また、誘発処理の実行期間に第二排気浄化装置へ供給される還元剤の量を調整する別法としては、前記所定のリッチ空燃比を変更せずに、前記所定量を変更する方法が考えられる。そこで、前記制御手段は、前記水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記所定量を多くしてもよい。前記所定量が多い場合は少ない場合に比べ、前記誘発処理の実行期間に第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量が多くなる。よって、水素
生成触媒の劣化度合が大きい場合に小さい場合よりも前記所定量が多くされると、水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合よりも誘発処理の実行期間に第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量を多くすることができる。

次に、本発明に係わる排気浄化装置の劣化診断装置において、前記水素生成触媒は、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以下であるときは吸蔵していた酸素を脱離させる酸素吸蔵能を有する触媒であってもよい。このような構成においては、前記制御手段は、前記誘発処理の実行前に、内燃機関から排出される排気の空燃比を前記所定のリッチ空燃比以下の空燃比である脱離用空燃比に変更する処理であって、前記水素生成触媒に吸蔵されている酸素を脱離させる処理であるＯ_２脱離処理を実行してもよい。そして、前記取得手段は、前記Ｏ_２脱離処理の開始から前記第一空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すまでに要する期間の長さを計測し、その期間の長さに基づいて前記水素生成触媒の劣化度合を取得してもよい。

ここで、水素生成触媒の劣化に起因して、前記総水素量がばらつくことをより確実に抑制するという観点にたつと、誘発処理が開始される時点における水素生成触媒の劣化度合に応じて、誘発処理の実行期間に前記第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量を調整することが望ましい。これに対し、誘発処理の実行にあたり、その実行前にＯ_２脱離処理を実行することで水素生成触媒の劣化度合が取得されると、取得された劣化度合に基づいて誘発処理を実行することができる。その結果、誘発処理の実行期間に前記第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量を、誘発処理が開始される時点における水素生成触媒の劣化度合に応じた量にすることができる。よって、前記水素生成触媒の劣化に起因して、前記総水素量がばらつくことをより確実に抑制することができる。

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。

第１の実施形態において、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。 ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能と酸素吸蔵容量との相関を示す図である。 誘発処理が実行された場合における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）と第一空燃比センサの測定値（Ａ／Ｆ１）と第二空燃比センサの測定値（Ａ／Ｆ２）との経時変化を示すタイミングチャートである。 ＮＳＲ触媒が劣化している状態で誘発処理が実行された場合における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）と燃料噴射量の積算値と単位時間あたりの水素生成量と総水素量との経時変化を示すタイミングチャートである。 ＮＳＲ触媒の劣化度合と混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）と単位燃料あたりの水素生成量との相関を示す図である。 ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じた空燃比で誘発処理が実行された場合における単位時間あたりの水素生成量と総水素量との経時変化を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態において、ＳＣＲ触媒の劣化診断を実行する際にＥＣＵによって実行される処理処理ルーチンを示すフローチャートである。 ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じた長さで誘発処理が実行された場合における単位時間あたりの水素生成量と総水素量との経時変化を示すタイミングチャートである。 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。 三元触媒の劣化度合と混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）と単位燃料あたりの水素生成量との相関を示す図である。 第２の実施形態において、所定のリッチ空燃比を決定する方法を示す図である。 第２の実施形態において、ＳＣＲ触媒の劣化診断を実行する際にＥＣＵによって実行される処理処理ルーチンを示すフローチャートである。 第３の実施形態において、ＳＣＲ触媒の劣化診断を実行する際にＥＣＵによって実行される処理処理ルーチンを示すフローチャートである。

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。

＜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８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。

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、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、本発明に係わる「水素生成触媒」としての吸蔵還元型触媒（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、第一触媒ケーシング４から流出する排気（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、第一触媒ケーシング４から流出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、その酸素濃度センサの測定値から演算されてもよい。

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。この第二空燃比センサ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センサを取り付け、その酸素濃度センサの測定値から演算されてもよい。

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、第二触媒ケーシング５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。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）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。

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に収容されるＮＳＲ触媒は、該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、該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であるとき）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、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘの量（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状態の走行距離）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、第一触媒ケーシング４の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において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る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る際の排気に含まれる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、内燃機関１が希薄燃焼運転された際に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、第二触媒ケーシング５の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。

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。

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＝ΔＡ／Ｆ＊α＊Ｑｉｎｊ・・・（１）

前記（１）の式において、ΔＡ／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。

ここで、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、ＳＣＲ触媒から酸素が脱離するため、第二空燃比センサ８の測定値が理論空燃比を示す。その後、ＳＣＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると、第二空燃比センサ８の測定値がリッチ空燃比を示す。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切り替えられた時点から第二空燃比センサ８の測定値がリッチ空燃比を示す時点までの期間において、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触媒から脱離する酸素の総量（酸素吸蔵容量）を求めることができる。このようにし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、ＮＯ_ＸセンサやＮＨ_３センサ等の高価なセンサを利用せずに、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、酸素吸蔵容量の演算値が実際の酸素吸蔵容量より小さくなったり、又は実際の酸素吸蔵容量より大きくなったりする可能性がある。その結果、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たり、又はＳＣＲ触媒が劣化しているにもかかわらず劣化していないと誤診断されたりする可能性がある。

そこで、本実施例においては、ＳＣＲ触媒の劣化を診断する際に、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所定の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で燃焼される混合気の空燃比、及び内燃機関１から排出される排気の空燃比を前記所定のリッチ空燃比にする処理である。

ここで、誘発処理の具体的な実行方法について図３のタイミングチャートに沿って説明する。図３は、誘発処理が実行された場合における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）、第一空燃比センサ７の測定値（Ａ／Ｆ１）、及び第二空燃比センサ８の測定値（Ａ／Ｆ２）の経時変化を示すタイミングチャートである。なお、図３に示す測定値は、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態にあるときの測定値である。

図３において、誘発処理が開始されると（図３中のｔ１）、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から前記所定のリッチ空燃比に切り替えられる。それに伴い、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比も、リーン空燃比から前記所定のリッチ空燃比に切り替わる。前記所定のリッチ空燃比の排気が第一触媒ケーシング４へ流入すると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた酸素が該ＮＳＲ触媒から脱離するため、第一触媒ケーシング４から流出する排気の空燃比が前記所定のリッチ空燃比より高い理論空燃比になる。よって、前記ＮＳＲ触媒から酸素が脱離しているときは、第一空燃比センサ７の測定値（Ａ／Ｆ１）及び第二空燃比センサ８の測定値（Ａ／Ｆ２）が理論空燃比を示す。

その後、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると、第一触媒ケーシング４から流出する排気の実際の空燃比が理論空燃比から前記所定のリッチ空燃比へ変化する（図３中のｔ２）。ただし、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒から全ての酸素が脱離し終わると、ＮＳＲ触媒において水性ガスシフト反応が生起される。すなわち、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。第一触媒ケーシング４で生成された水素は、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（Ａ／Ｆ１）は、実際の排気の空燃比（図３中の一点鎖線）より低い空燃比（図３中の実線）にずれる。これに対し、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の測定値（Ａ／Ｆ２）は、リッチずれを殆ど発生しない。また、第二触媒ケーシング５へ前記所定のリッチ空燃比の排気が流入すると、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（Ａ／Ｆ２）が第二触媒ケーシング５へ流入する排気の実際の空燃比より高くなる。よって、第一空燃比センサ７の測定値（Ａ／Ｆ１）と第二空燃比センサ８の測定値（Ａ／Ｆ２）との間には、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。なお、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（図３中のｔ３以降）においても、第一触媒ケーシング４において水素が生成されるため、第一空燃比センサ７の測定値（Ａ／Ｆ１）と第二空燃比センサ８の測定値（Ａ／Ｆ２）との間には十分な差が生じる。このような差は、誘発処理の終了時（図３中のｔ４）まで継続して発生する。

ここで、上記した誘発処理が実施された場合にＳＣＲ触媒が劣化していれば、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能と水素酸化能との双方が低下するため、ＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量が減少するとともに、ＳＣＲ触媒で酸化及び消費される水素の量も減少する。よって、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒が劣化していなければ、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能と水素酸化能との相乗効果により、誘発処理の実行期間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）が大きくなる。これに対し、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒が劣化していれば、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。よって、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まれることになる。そこで、ＳＣＲ触媒が正常と劣化との境界にあるときの総センサ出力差を予め求めておくとともに、その総センサ出力差を所定の閾値に設定しておけば、前記総センサ出力差と前記所定の閾値とを比較することで、ＳＣＲ触媒が劣化しているか否かを診断することができる。具体的には、総センサ出力差が前記所定の閾値以上であればＳＣＲ触媒が劣化していていないと診断し、総センサ出力差が前記所定の閾値未満であればＳＣＲ触媒が劣化していると診断すればよい。

ところで、前記誘発処理の実行期間に第二触媒ケーシング５へ供給される水素量（第一触媒ケーシング４で生成される水素量）の総量（総水素量）が誘発処理の実行毎にばらつくと、それに応じて前記総センサ出力差もばらつくため、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することができない可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断するという観点にたつと、前記総水素量が一定量であることが望ましい。

ここで、前記総水素量は、単位燃料あたりの水素生成量と燃料噴射量の積算値との乗算
値に相関する。そして、単位燃料あたりの水素生成量は、単位燃料あたりに生成される還元剤の量に相関する。ここでいう「還元剤」は、前記ＮＳＲ触媒において水性ガスシフト反応に寄与する還元剤（一酸化炭素）である。

上記したような還元剤は、内燃機関１においてリッチ空燃比の混合気が燃焼された際に生成される。そして、単位燃料あたりに生成される還元剤の量は、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）に相関する。ただし、前記誘発処理の実行期間においては、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が一定の空燃比（所定のリッチ空燃比）に設定される。そのため、誘発処理の実行期間において、単位燃料あたりに生成される還元剤の量は、一定量であるとみなすことができる。そのため、誘発処理の実行期間において、単位燃料あたりに生成される水素生成量も一定量であるとみなすことができる。よって、前記総水素量は、燃料噴射量の積算値に相関するといえる。

上記したような相関を踏まえると、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が前記所定のリッチ空燃比に設定された状態における燃料噴射量の積算値が所定量に達した時点で前記誘発処理を終了すれば、前記総水素量を一定量にすることができる。ここでいう「所定量」は、混合気の空燃比が前記所定のリッチ空燃比となる状態において単位時間あたりの燃料噴射量の積算値が該所定量と等しくなると、前記総水素量が所望の一定量（以下、「目標総水素量」と称する）になると見込まれる量である。

なお、ＮＳＲ触媒における水性ガスシフト反応は、前述したように、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わった時点から発生する。そのため、ここでいう「燃料噴射量の積算値」は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わった時点からの燃料噴射量を積算した値（以下、「燃料積算値」と称する）とする。つまり、ここでいう「燃料積算値」は、前記誘発処理の実行により前記第一触媒ケーシング４で水性ガスシフト反応が発生する期間における燃料噴射量の積算値とする。

しかしながら、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している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発生し難くなる。図４は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒が劣化している状態で誘発処理が実行された場合における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）、燃料積算値、単位時間あたりの水素生成量、及び総水素量の経時変化を示すタイミングチャートである。

図４において、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から所定のリッチ空燃比へ変更されることで、誘発処理が開始（図４中のｔ５）されると、前述したように、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脱離する。そのため、誘発処理が開始されてからＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わるまでの期間（図４中のｔ５−ｔ６の期間）では、ＮＳＲ触媒において水性ガスシフト反応が発生しない。よって、図４中のｔ５−ｔ６の期間では、単位時間あたりの水素生成量及び総水素量が略零となる。そして、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると（図４中のｔ６）、ＮＳＲ触媒において水性ガスシフト反応が発生するため、単位時間あたりの水素生成量が増加し始めるとともに、総水素量も増加し始める。これに伴い、前記燃料積算値ΣＦｉｎｊの演算が開始される。

ここで、ＮＳＲ触媒が劣化している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発生し難いため、第二触媒ケーシング５へ供給される還元剤の量に対して、第二触媒ケーシング５において水素に転化される還元剤の量の比率が小さくなる。言い換えると、ＮＳＲ触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、単位燃料あたりの水素生成量が少なくなる。よって、ＮＳＲ触媒が劣化している場合における単位時間あたりの水素生成量（図４中の実線）は、ＮＳＲ触媒の劣化していない場合における単位時間あたり
の水素生成量（図４中の一点鎖線）より少なくなる。

また、ＮＳＲ触媒の劣化に起因して単位燃料あたりの水素生成量が少なくなると、前記燃料積算値が前記所定量に達した時点（図４中のｔ７）における総水素量（図４中の実線）が目標総水素量より少なくなる。このように、ＮＳＲ触媒の劣化に起因して総水素量が少なくなると、前記燃料積算値が前記所定量に達した時点（図４中のｔ７）における総センサ出力差も小さくなる。その結果、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合であっても、前記総センサ出力差が前記所定の閾値より小さくなる可能性がある。

そこで、本実施例では、ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて、誘発処理の実行期間における所定のリッチ空燃比を変更することで、ＮＳＲ触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきを抑制するようにした。

ここで、ＮＳＲ触媒の浄化性能が完全に失われていなければ、単位燃料あたりの水素生成量は、単位燃料あたりに生成される還元剤の量が多くなるほど多くなる。そして、単位燃料あたりに生成される還元剤の量は、混合気の空燃比が高い場合より低い場合の方が多くなる。よって、単位燃料あたりの水素生成量は、混合気の空燃比が高い場合より低い場合の方が多くなる。また、単位燃料あたりの水素生成量は、ＮＳＲ触媒の劣化度合が大きい場合より小さい場合の方が多くなる。これらの相関を踏まえると、単位燃料あたりの水素生成量は、図５に示すように、ＮＳＲ触媒の劣化度合が小さい場合より大きい場合の方が少なくなり、およびまたは混合気の空燃比が低い場合より高い場合の方が少なくなるという相関が成り立つ。よって、図５に示すような相関を予め実験的に求めておき、ＮＳＲ触媒の劣化度合を引数として、単位燃料あたりの水素生成量が目標値（ＮＳＲ触媒が劣化していない場合における単位燃料あたりの水素生成量に相当し、以下では「目標生成量」と称する）と等しくなる空燃比を求め、その空燃比を前記所定のリッチ空燃比に設定すればよい。

ここで、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、前記所定のリッチ空燃比がＮＳＲ触媒の劣化度合に応じた空燃比（以下、「劣化時リッチ空燃比」と称する）に設定された状態で誘発処理が実行されたときの混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）、燃料積算値、単位時間あたりの水素生成量、及び総水素量の経時変化を図６に示す。

図６において、誘発処理が開始されたとき（図６中のｔ８）に、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が前記劣化時リッチ空燃比に設定される（図６中の実線）。そして、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると（図６中のｔ９）、単位時間あたりの水素生成量及び総水素量が増加し始める。その際の単位燃料あたりの水素生成量（図６中の実線）は、ＮＳＲ触媒が劣化した状態において所定のリッチ空燃比が正常時リッチ空燃比（ＮＳＲ触媒の劣化していない状態に適した空燃比）に設定された場合の単位燃料あたりの水素生成量（図６中の二点鎖線）よりも多くなる。

その結果、ＮＳＲ触媒が劣化した状態において、前記燃料積算値が前記所定量に達した時点（図６中のｔ１０）の総水素量は、所定のリッチ空燃比が前記正常時リッチ空燃比に設定された場合（図６中の二点鎖線）に比べ、所定のリッチ空燃比が劣化時リッチ空燃比に設定された場合（図６中の実線）の方が多くなる。さらに、劣化時リッチ空燃比がＮＳＲ触媒の劣化度合に応じた空燃比に設定されることで、前記燃料積算値が前記所定量に達した時点における総量を前記目標総水素量にすることも可能となる。

上記したように、前記所定のリッチ空燃比がＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて変更されることで、ＮＳＲ触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきが抑制されると、前記総センサ出力差がＮＳＲ触媒の劣化度合に応じてばらつくことが抑制される。その結果、ＳＣＲ触
媒の劣化をより精度良く診断することが可能となる。

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７に沿って説明する。図７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７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７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、並びに第一空燃比センサ７と第二空燃比センサ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の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合を取得する。第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合は、別途の処理ルーチンで求められて、ＥＣＵ６のバックアップＲＡＭ等に記憶されているものとする。なお、前記ＮＳＲ触媒の劣化度合を求める方法としては、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘの還元及び浄化を目的としたリッチスパイク処理、又は第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に対するアンモニアの供給を目的としたリッチスパイク処理が実行される場合等において、リッチスパイク処理が開始された時点（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変化した時点）から、第一触媒ケーシング４から流出する排気の空燃比（第一空燃比センサ７の測定値）がリッチ空燃比を示す時点までの期間（以下、「酸素脱離期間」と称する）の長さを演算し、その長さが短くなるほどＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定する方法を用いることができる。ここでいう「酸素脱離期間の長さ」としては、酸素脱離期間の時間的な長さを用いてもよい。また、「酸素脱離期間の長さ」としては、その相関値（例えば、前記酸素脱離期間に消費された燃料の積算値（又は吸入空気量の積算値））を用いてもよい。その場合、前記酸素脱離期間に消費された燃料の積算値（又は吸入空気量の積算値）が小さくなるほど、ＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定すればよい。また、第一触媒ケーシング４より上流の排気管３に空燃比センサが配置される場合は、前記酸素脱離期間における前記空燃比センサの測定値と前記第一空燃比センサ７の測定値との差の積算値を、前記酸素脱離期間の長さの相関値として用いることもできる。その場合は、前記酸素脱離期間における前記空燃比センサの測定値と前記第一空燃比センサ７の測定値との差の積算値が小さくなるほど、ＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定すればよい。このようにＥＣＵ６がＳ１０２の処理を実行することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の実行時における混合気の目標空燃比である所定のリッチ空燃比を決定する。具体的には、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理で読み込まれたＮＳＲ触媒の劣化度合を引数として、前述の図５に示したマップ又は関数式にアクセスすることで、単位燃料あたりの水素生成量が前記目標生成量となる空燃比（劣化時リッチ空燃比）を導出する。そして、ＥＣＵ６は、所定のリッチ空燃比を前記劣化時リッチ空燃比に設定する。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、混合気の目標空燃比を、前記Ｓ１０３の処理で決定された所定のリッチ空燃比に変更することにより、誘発処理を開始する。続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進み、前記ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了したか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わったか否かを判別する。ここで、前述の図３の説明で述べたように、誘発処理が開始されてからＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了するまでの期間（図３中のｔ１−ｔ２の期間）においては、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比を示す。そして、ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了すると、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化する。よって、Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化したか否かを判別すればよい。

前記Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ１０５の処理を繰り返し実行する。なお、該Ｓ１０５の処理を繰り返し実行する途中で、内燃機関１の運転状態がリーン運転領域から逸脱する等して、前記診断条件が成立しなくなった場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了するものとする。一方、前記Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理へ進む。Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、燃料積算値ΣＦｉｎｊの演算を開始する。

Ｓ１０７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、Ｓ１０８の処理へ進み、前記Ｓ１０７の処理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ΔＡ／Ｆを算出する。

Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点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）ΣΔＡ／Ｆを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点から該Ｓ１０９の処理の前回の実行時までの期間におけるセンサ出力差ΔＡ／Ｆの積算値ΣΔＡ／Ｆｏｌｄに、前記Ｓ１０８の処理の今回の実行時に算出されたセンサ出力差ΔＡ／Ｆを加算することで、前記ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点から現時点までの期間における総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆを算出する。

Ｓ１１０の処理では、ＥＣＵ６は、前記燃料積算値ΣＦｉｎｊが所定量Ｃｉｎｊ以上であるか否かを判別する。ここでいう所定量Ｃｉｎｊは、前述したように、燃料積算値ΣＦｉｎｊが該所定量Ｃｉｎｊと等しくなると、前記総水素量が前記目標総水素量と等しくなると見込まれる量である。Ｓ１１０の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０７の処理へ戻り、誘発処理を引き続き実行する。なお、誘発処理の実行途中で、前記診断条件が成立しなくなった場合は、ＥＣＵ６は、前記燃料積算値ΣＦｉｎｊ、及び前記総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆをリセットして、本処理ルーチンの実行を終了するものとする。一方、前記Ｓ１１０の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１１の処理へ進み、誘発処理を終了する。すなわち、ＥＣＵ６は、混合気の目標空燃比を前記所定のリッチ空燃比から内燃機関１の運転条件に応じた空燃比に復帰させる。なお、ＥＣＵ６がＳ１０３−Ｓ１０６、及びＳ１１０−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。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ１１１の処理を実行した後にＳ１１２の処理へ進み、前記Ｓ１０９の処理で算出された総センサ出力差ΣΔＡ／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ΣΔＡ／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Ｓ１１２の処理において肯定判定された場合（ΣΔＡ／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（ΣΔＡ／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、第二触媒ケーシング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、前記燃料積算値ΣＦｉｎｊ、及び前記総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆを零にリセットする。なお、ＥＣＵ６がＳ１０７−Ｓ１０９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。

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、ＮＳＲ触媒が劣化している場合においても、総水素量を目標総水素量にすることができる。すなわち、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化に起因して、総水素量がばらつくことを抑制することができる。その結果、前記ＮＳＲ触媒の劣化に起因して前記総センサ出力差がばらつくことが抑制される。よって、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触媒が劣化しているか否かを正確に診断することができる。

なお、図７に示す処理ルーチンでは、ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行っているが、誘発処理が開始された時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行ってもよい。誘発処理が開始された時点からＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了する時点までの期間では、ＮＳＲ触媒における水性ガスシフト反応が発生せず、且つＳＣＲ触媒からの酸素の脱離も殆ど発生しないため、第一空燃比センサ７の測定値と第二空燃比センサ８の測定値とが同等になる。よって、誘発処理が開始された時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差は、ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差と概ね同等になる。よって、誘発処理が開始された時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断が行われても、ＳＣＲ触媒の劣化を正確に診断することが可能である。

また、本実施例では、ＮＳＲ触媒が劣化している場合に、前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて、前記所定のリッチ空燃比を変更する例について述べたが、所定のリッチ空燃比を変更する代わりに、前記所定量を変更してもよい。すなわち、前記ＮＳＲ触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記所定量を多くしてもよい。具体的には、ＥＣＵ６は、誘発処理の実行時における所定のリッチ空燃比を前記正常時リッチ空燃比と同等の空燃比に設定しつつ、誘発処理の終了時期の判定に用いられる所定量を前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて変更すればよい。その場合、ＥＣＵ６は、前述した図５に示したような相関に基づいて、混合気の空燃比が前記正常時リッチ空燃比と同等の空燃比であり、且つＮＳＲ触媒が劣化している場合における単位燃料あたりの水素生成量を演算する。続いて、
ＥＣＵ６は、前記目標生成量を前記単位燃料あたりの水素生成量で除算することにより、所定量を演算する。このようにして求められる所定量は、ＮＳＲ触媒の劣化度合が小さい場合より大きい場合の方が大きくなる。

ここで、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、前記所定のリッチ空燃比が正常時リッチ空燃比と同等の空燃比に設定され、且つ前記所定量が前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じた量に設定された状態で誘発処理が実行されたときの混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）、燃料積算値、単位時間あたりの水素生成量、及び総水素量の経時変化を図８に示す。

図８において、前記所定量は、ＮＳＲ触媒が劣化していない場合（図８中のＣｉｎｊ０）より劣化している場合（図８中のＣｉｎｊ１）の方が多くなる。そのため、誘発処理の終了時期は、ＮＳＲ触媒が劣化していない場合（図８中のｔ４）より劣化している場合（図８中のｔ４’）の方が遅くなる。それに伴い、誘発処理が終了される時点における燃料積算値は、ＮＳＲ触媒が劣化していない場合より劣化している場合の方が多くなる。その結果、ＮＳＲ触媒が劣化している場合における総水素量は、ＮＳＲ触媒が劣化していない場合における総水素量（目標総水素量）と同量になる。よって、ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて所定のリッチ空燃比を変更する方法と同様の効果を得ることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２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。前述した第１の実施形態と本実施形態との相違点は、ＮＳＲ触媒の劣化度合に加え、該ＮＳＲ触媒より上流に配置される三元触媒の劣化度合も考慮して、誘発処理を実行する点にある。

図９は、本実施形態における内燃機関１の排気系の概略構成を示す図である。図９において、前述の第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付している。図９に示すように、第一触媒ケーシング４より上流の排気管３には、前段ケーシング１３が配置されている。前段ケーシング１３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、から構成される三元触媒を収容する。本実施形態においては、前段ケーシング１３と第一触媒ケーシング４との組合せが本発明に係わる「第一排気浄化装置」に相当する。また、前段ケーシング１３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１３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１４が配置されている。第三空燃比センサ１４の出力信号は、ＥＣＵ６に入力されるようになっている。

このような構成において誘発処理が実行されると、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に加え、前段ケーシング１３の三元触媒においても水性ガスシフト反応が生起されることになる。そのため、誘発処理の実行期間に第二触媒ケーシング５へ供給される水素量の総量（総水素量）は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合に加え、前段ケーシング１３の三元触媒の劣化度合に応じてもばらつく可能性がある。

そこで、本実施形態においては、前記ＮＳＲ触媒と前記三元触媒の少なくとも一方が劣化している場合は、劣化している触媒の劣化状態に応じて所定のリッチ空燃比を変更することにより、前記ＮＳＲ触媒およびまたは前記三元触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきを抑制するようにした。以下では、前記所定のリッチ空燃比を決定する方法について説明する。

前記所定のリッチ空燃比を決定するにあたり、前記ＮＳＲ触媒の劣化度合と混合気の空燃比と単位燃料あたりの水素生成量との相関（前述の図５に示した相関）に加え、前記三元触媒の劣化度合と混合気の空燃比と単位燃料あたりの水素生成量との相関を求めておく必要がある。三元触媒において単位燃料あたりに生成される水素生成量は、図１０に示すように、三元触媒の劣化度合が小さい場合より大きい場合の方が少なくなり、およびまたは混合気の空燃比が低い場合より高い場合の方が少なくなる。そこで、本実施形態においては、前述の図５に示すような相関に加え、図１０に示すような相関も予め求めておくものとする。

次に、ＥＣＵ６は、図５に示す相関に基づいて、前記ＮＳＲ触媒の劣化度合が別途に取得された劣化度合にあるときの、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）と単位燃料あたりにＮＳＲ触媒で生成される水素の量との相関を求める（図１１中の一点鎖線を参照）。また、ＥＣＵ６は、図１０に示す相関に基づいて、前記三元触媒の劣化度合が別途に取得された劣化度合にあるときの、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）と単位燃料あたりに前記三元触媒で生成される水素の量との相関を求める（図１１中の二点鎖線を参照）。そして、ＥＣＵ６は、図１１中の一点鎖線及び二点鎖線で示す相関に基づいて、単位燃料あたりに前記ＮＳＲ触媒及び前記三元触媒で生成される水素の量の総和と混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）との相関を求める（図１１中の実線を参照）。ＥＣＵ６は、図１１中の実線で示す相関に基づいて、単位燃料あたりに前記ＮＳＲ触媒及び前記三元触媒で生成される水素の量の総和が目標生成量と等しくなる空燃比を求め、その空燃比を所定のリッチ空燃比に設定する。なお、ここでいう目標生成量は、前記ＮＳＲ触媒及び前記三元触媒が劣化していない場合において、単位燃料あたりに前記ＮＳＲ触媒及び前記三元触媒で生成される水素の量の総和に相当する量である。

上記したように、前記所定のリッチ空燃比が前記ＮＳＲ触媒及び前記三元触媒の劣化度合に応じて決定されると、前記ＮＳＲ触媒およびまたは前記三元触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきが抑制される。その結果、前記総センサ出力差がＮＳＲ触媒の劣化度合に応じてばらつくことが抑制される。よって、ＳＣＲ触媒の劣化をより精度良く診断することが可能となる。

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。なお、図１２において、前述した図７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。

図１２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の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ６は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合と、前段ケーシング１３の三元触媒の劣化度合とを取得する。これらＮＳＲ触媒及び三元触媒の劣化度合は、別途の処理ルーチンで求められて、ＥＣＵ６のバックアップＲＡＭ等に記憶されているものとする。なお、前段ケーシング１３の三元触媒の劣化度合を求める方法としては、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘの還元及び浄化を目的としたリッチスパイク処理、又は第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に対するアンモニアの供給を目的としたリッチスパイク処理が実行される場合等において、リッチスパイク処理が開始された時点（前段ケーシング１３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した時点）から、前段ケーシング１３から流出する排気の空燃比（第三空燃比センサ１４の測定値）がリッチ空燃比を示す時点までの期間（以下、「第一の酸素脱離期間」と称する）の長さを演算し、その長さが短くなるほど三元触媒の劣化度合が大きいと判定すればよい。別法として、前記第一の酸素脱離期間に消費された燃料の積算値（又は吸入空気量の積算値）を演算し、その演算値が小さくなるほど三元触媒の劣化度合が大きいと判定する方法を用いることができる。また、前段ケーシング１３より
上流の排気管３に空燃比センサが配置される場合は、前記第一の酸素脱離期間における前記空燃比センサの測定値と前記第三空燃比センサ１４の測定値との差を積算し、その積算値が小さくなるほど三元触媒の劣化度合が大きいと判定してもよい。一方、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒の劣化度合を求める方法としては、前記した種々の目的でリッチスパイク処理が実行される場合において、前記三元触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わった時点（第三空燃比センサ１４の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した時点）から、第一触媒ケーシング４から流出する排気の空燃比（第一空燃比センサ７の測定値）がリッチスパイクを示す時点までの期間（以下、「第二の酸素脱離期間」と称する）の長さを演算し、その長さが短くなるほどＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定する方法を用いることができる。別法として、前記第二の酸素脱離期間に消費された燃料の積算値（又は吸入空気量の積算値）を演算し、その演算値が小さくなるほどＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定する方法を用いることができる。また、前記第二の酸素脱離期間における第三空燃比センサ１４の測定値と第一空燃比センサ７の測定値との差を積算し、その積算値が小さくなるほどＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定してもよい。なお、本実施例においては、ＥＣＵ６がＳ２０１の処理を実行することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理を実行した後に、Ｓ２０２の処理へ進む。Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ６は、誘発処理の実行時における混合気の目標空燃比である所定のリッチ空燃比を決定する。具体的には、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理で読み込まれた三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合と、前述の図５及び図１０の相関と、基づいて、前述の図１１中の実線で示したような相関を求める。次に、ＥＣＵ６は、前述の図１１中の実線で示したような相関に基づいて、単位燃料あたりに前記ＮＳＲ触媒及び前記三元触媒で生成される水素の量の総和が目標生成量と等しくなる空燃比を求め、その空燃比を所定のリッチ空燃比に設定する。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０２の処理を実行した後に、Ｓ２０３の処理へ進み、混合気の目標空燃比を、前記Ｓ２０２の処理で決定された所定のリッチ空燃比に変更することにより、誘発処理を開始する。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０３の処理を実行し終えると、Ｓ２０４の処理へ進む。Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了したか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わったか否かを判別する。ここで、誘発処理が開始された直後は、前段ケーシング１３の三元触媒から酸素が脱離するため、該前段ケーシング１３から流出する排気の実際の空燃比が理論空燃比となる。前段ケーシング１３から流出する排気の実際の空燃比が理論空燃比であるときは、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒から酸素が脱離しないため、第一触媒ケーシング４から流出する排気の実際の空燃比も理論空燃比となる。また、前記三元触媒から酸素が脱離している期間においては、三元触媒及びＮＳＲ触媒において水性ガスシフト反応も発生しないため、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比となる。その後、前記三元触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると、前段ケーシング１３から流出する排気の実際の空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化するため、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒から酸素が脱離し始める。このようにＮＳＲ触媒から酸素が脱離しているときは、第一触媒ケーシング４から流出する排気の実際の空燃比が理論空燃比となる。ここで、前記三元触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると、該三元触媒において水性ガスシフト反応が生起されるが、その際に生成される水素は第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒において消費される。よって、ＮＳＲ触媒から酸素が脱離しているときも、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比となる。そして、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた全ての酸素が脱離し終わると、第一触媒ケーシング４から流出する排気の実際の空燃比が理論空燃比から前記所定のリッチ空燃比へ変化する。その際、ＮＳＲ触媒がリッチ雰囲気にな
るため、前段ケーシング１３で生成された水素がＮＳＲ触媒において消費されなくなり、且つ前記三元触媒に加えて前記ＮＳＲ触媒においても水性ガスシフト反応が生起されることになる。その場合、前段ケーシング１３及び第一触媒ケーシング４で生成された水素が第一空燃比センサ７へ流入することになる。その結果、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比から前記所定のリッチ空燃比より低い空燃比へ低下する。よって、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比から前記所定のリッチ空燃比より低い空燃比へ低下したときに、前記ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了したとみなすことができる。

前記Ｓ２０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ２０４の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６以降の処理を実行する。なお、Ｓ１０６以降の処理は、前述した図７の処理ルーチンと同様である。

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、三元触媒とＮＳＲ触媒の少なくとも一方が劣化している場合においても、総水素量を目標総水素量にすることができる。その結果、三元触媒およびまたはＮＳＲ触媒の劣化に起因して、誘発処理の実行期間に第二触媒ケーシング５へ供給される水素の量がばらつくことを抑制することができる。よって、三元触媒およびまたはＮＳＲ触媒が劣化している場合においても、ＳＣＲ触媒が劣化しているか否かを正確に診断することができる。

なお、図１２に示す処理ルーチンでは、ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行っているが、誘発処理が開始された時点から誘発処理が終了される時点までの期間における総センサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行ってもよい。

また、本実施例では、三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて、前記所定のリッチ空燃比を変更する例について述べたが、所定のリッチ空燃比を変更する代わりに、前記所定量を変更してもよい。具体的には、ＥＣＵ６は、誘発処理の実行時における所定のリッチ空燃比を正常時リッチ空燃比に設定しつつ、誘発処理の終了時期の判定に用いられる所定量を三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて変更すればよい。その場合、ＥＣＵ６は、前述の図１１に示した相関に基づいて、混合気の空燃比が正常時リッチ空燃比であり、且つＮＳＲ触媒およびまたは三元触媒が劣化している場合における単位燃料あたりの水素生成量を演算する。続いて、ＥＣＵ６は、前記目標生成量を前記単位燃料あたりの水素生成量で除算することにより、所定量を演算する。このようにして求められる所定量にしたがって誘発処理が実行されると、三元触媒およびまたはＮＳＲ触媒が劣化している場合における総水素量を、三元触媒及びＮＳＲ触媒が劣化していない場合における総水素量（目標総水素量）と同量にすることができる。よって、三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合に所定のリッチ空燃比を変更する方法と同様の効果を得ることができる。

＜実施形態３＞
次に、本発明に係わる第３の実施形態について図１３に基づいて説明する。ここでは、前述した第２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。前述の第二の実施形態と本実施形態との相違点は、誘発処理の実行直前に前記三元触媒及び前記ＮＳＲ触媒の劣化度合を取得する点にある。

前記三元触媒や前記ＮＳＲ触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきをより確実に抑制するためには、誘発処理が開始される時点における前記三元触媒及び前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて、前記所定のリッチ空燃比を決定することが望ましい。

そこで、本実施形態においては、ＳＣＲ触媒の劣化診断を実行する条件が成立したとき
に、先ず前段ケーシング１３の三元触媒及び第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒に吸蔵されている全ての酸素を脱離させる処理（Ｏ２脱離処理）を実行して、三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合を取得する。ここでいうＯ２脱離処理は、混合気の空燃比を、誘発処理の実行時における所定のリッチ空燃比より低い空燃比（以下、「脱離用空燃比」と称する）に設定することで、前記三元触媒及び前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されている酸素を速やかに脱離させる処理である。このようなＯ２脱離処理が実行される場合に、ＥＣＵ６は、Ｏ２脱離処理が開始される時点から第三空燃比センサ１４の測定値がリッチ空燃比を示す時点までの期間（前記三元触媒から酸素が脱離する期間）における燃料噴射量又は吸入空気量の積算値を演算し、その演算値に基づいて三元触媒の劣化度合を判定する。さらに、ＥＣＵ６は、第三空燃比センサ１４の測定値がリッチ空燃比を示した時点から第一空燃比センサ７の測定値がリッチ空燃比を示す時点までの期間（ＮＳＲ触媒から酸素が脱離する期間）における燃料噴射量又は吸入空気量の積算値）を演算し、その演算値に基づいてＮＳＲ触媒の劣化度合を判定する。そして、ＥＣＵ６は、前記第一空燃比センサ７の測定値がリッチ空燃比を示した時点で混合気の空燃比を前記脱離用空燃比から所定のリッチ空燃比へ切り替えることにより、Ｏ２脱離処理を終了させるとともに、誘発処理を開始する。その際の所定のリッチ空燃比は、前述した第２の実施例と同様に、三元触媒の劣化度合とＮＳＲ触媒の劣化度合とに基づいて決定される。

このように、誘発処理が開始される直前に前記三元触媒及び前記ＮＳＲ触媒の劣化度合が取得されると、誘発処理の開始時のおける前記三元触媒及び前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて前記所定のリッチ空燃比を決定することができる。その結果、前記三元触媒や前記ＮＳＲ触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきをより確実に抑制することができる。

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１３に沿って説明する。図１３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。なお、図１３において、前述した図１２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。

図１３の処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ６は、先ずＳ３０１の処理を実行する。Ｓ３０１の処理では、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、前述した図７、図１２の処理ルーチンのＳ１０１の処理で述べた条件に加え、混合気の空燃比が現時点までに連続してリーン空燃比に設定されている時間（リーン運転時間）が所定時間以上であるという条件を含む。ここでいう「所定時間」は、三元触媒及びＮＳＲ触媒が正常であると仮定した場合において、リーン運転時間が該所定時間以上であれば、三元触媒及びＮＳＲ触媒の酸素吸蔵容量が飽和すると考えられる時間である。よって、リーン運転時間が前記所定時間以上であるという条件が成立していれば、三元触媒及びＮＳＲ触媒の酸素吸蔵容量が飽和しているとみなすことができる。

前記Ｓ３０１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Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ３０２の処理へ進む。Ｓ３０２の処理では、ＥＣＵ６は、混合気の目標空燃比をリーン運転から脱離用空燃比へ変更することにより、Ｏ２脱離処理を開始する。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ３０２の処理を実行した後に、Ｓ３０３の処理へ進む。Ｓ３０３の処理では、ＥＣＵ６は、前段ケーシング１３の三元触媒のＯ２脱離が完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１４の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化したか否か判別する。このＳ３０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ３０３の処理を繰り返し実行する。そして、Ｓ３０３の処理において肯定判定されると、ＥＣＵ６は、Ｓ３０４の処理へ進む。

Ｓ３０４の処理では、ＥＣＵ６は、三元触媒の劣化度合を取得する。詳細には、ＥＣＵ６は、Ｏ２脱離処理が開始された時点から第三空燃比センサ１４の測定値がリッチ空燃比を示す時点までの期間の長さ、前記期間における燃料噴射量の積算値、又は前記期間における吸入空気量の積算値を演算し、その演算値が小さいほど三元触媒の劣化度合が大きいと判定する。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ３０４の処理を実行し終えると、Ｓ３０５の処理へ進む。Ｓ３０５の処理では、ＥＣＵ６は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒のＯ２脱離が完了したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、第一空燃比センサ７の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化したか否か判別する。このＳ３０５の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ３０５の処理を繰り返し実行する。そして、Ｓ３０５の処理において肯定判定されると、ＥＣＵ６は、Ｓ３０６の処理へ進む。

Ｓ３０６の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の劣化度合を取得する。詳細には、ＥＣＵ６は、三元触媒のＯ_２脱離が完了した時点（第三空燃比センサ１４の測定値が理論空燃比からリッチ空燃比へ変化した時点）から第一空燃比センサ７の測定値がリッチ空燃比を示す時点までの期間の長さ、前記期間における燃料噴射量の積算値、又は前記期間における吸入空気量の積算値を演算し、その演算値が小さいほどＮＳＲ触媒の劣化度合が大きいと判定する。なお、三元触媒の劣化度合は、三元触媒のＯ２脱離が完了したときに実行される必要はなく、ＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が完了した時点で実行されてもよい。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ６が前記Ｓ３０４の処理、及び前記Ｓ３０６の処理を実行することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ３０６の処理を実行した後に、Ｓ３０７の処理へ進み、誘発処理の実行時における所定のリッチ空燃比を決定する。所定のリッチ空燃比の決定方法は、前述した第２の実施形態で述べた方法（図１２の処理ルーチンのＳ２０２の処理）と同様である。ＥＣＵ６は、Ｓ３０７の処理を実行した後にＳ３０８の処理へ進み、誘発処理を開始する。具体的には、ＥＣＵ６は、混合気の空燃比を前記脱離用空燃比から前記所定のリッチ空燃比へ切り替える。その際、三元触媒及びＮＳＲ触媒のＯ_２脱離が既に完了しているため、第一触媒ケーシング４及び第二触媒ケーシング５において直ちに水性ガスシフト反応が発生する。よって、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理へ進み、燃料積算値ΣＦｉｎｊの演算を開始する。なお、Ｓ１０６以降の処理は、前述した第２の実施形態と同様である。

以上述べた手順によれば、誘発処理が開始される時点における前記三元触媒及び前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて前記所定のリッチ空燃比を決定することができる。その結果、ＮＳＲ触媒の劣化に起因する総水素量のばらつきをより確実に抑制することができる。よって、ＳＣＲ触媒の劣化をより正確に診断することが可能となる。

＜他の実施形態＞
なお、前述した第２及び第３の実施形態では、三元触媒の劣化度合とＮＳＲ触媒の劣化度合とを個別に取得する例について述べたが、三元触媒とＮＳＲ触媒とを一つの触媒とみなして、劣化度合を取得してもよい。すなわち、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘの還元及び浄化を目的としたリッチスパイク処理、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒に対するアンモニアの供給を目的としたリッチスパイク処理、又は前記Ｏ_２脱離処理が開始された時点から第一空燃比センサ７の測定値がリッチ空燃比を示す時点までの期間の長さや、その期間における燃料噴射量又は吸入空気量の積算値に基づいて、三元触媒及びＮＳＲ触媒を１つの触媒とみなした場合の劣化度合を取得し、その劣化度合に応じて前記所定のリッチ空燃比を決定してもよい。このような構成によれば、三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合を個別に取得する方法に比べ、総水素量のばらつきが多少大きくなる可能性はあるも
のの、三元触媒及びＮＳＲ触媒の劣化度合を考慮せずに誘発処理を実行する方法に比べ、総センサ出力差のばらつきを小さくすることができる。また、三元触媒及びＮＳＲ触媒を一つの触媒とみなして劣化度合を取得することで、制御ロジックの簡略化を図ることもできる。

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
９ 排気温度センサ
１３ 前段ケーシング
１４ 第三空燃比センサ

Claims (4)

1. 希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられ、混合気の空燃比が理論空燃比より低い所定のリッチ空燃比であるときに、その混合気が燃焼された際に生成される還元剤を利用して、水性ガスシフト反応を発生させる触媒である水素生成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設けられ、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、
   混合気の空燃比がリーン空燃比であるときに、混合気の空燃比が前記所定のリッチ空燃比へ変更されるように内燃機関の運転状態を制御することにより、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し、且つ該誘発処理の実行により前記第一排気浄化装置で水性ガスシフト反応が発生する期間における燃料噴射量の積算値が所定量に達したときに前記誘発処理を終了させる制御手段と、
   前記誘発処理の実行期間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であるセンサ出力差を積算することで、前記誘発処理の実行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において、
   前記水素生成触媒の劣化度合を取得する取得手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記誘発処理の実行期間に前記第一排気浄化装置へ供給される還元剤の量が多くなるように、内燃機関の運転状態を制御する排気浄化装置の劣化診断装置。
2. 前記制御手段は、前記水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記所定のリッチ空燃比を低くする請求項１に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。
3. 前記制御手段は、前記水素生成触媒の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、前記所定量を多くする請求項１に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。
4. 前記水素生成触媒は、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以下であるときは吸蔵していた酸素を脱離させる酸素吸蔵能を有し、
   前記制御手段は、前記誘発処理の実行前に、内燃機関から排出される排気の空燃比を前記所定のリッチ空燃比以下の空燃比である脱離用空燃比に変更する処理であって、前記水素生成触媒に吸蔵されている酸素を脱離させる処理であるＯ_２脱離処理を実行し、
   前記取得手段は、前記Ｏ_２脱離処理の開始から前記第一空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すまでに要する期間の長さを計測して、その期間の長さに基づいて前記水素生成触媒の劣化度合を取得する請求項１乃至３の何れか一項に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。

Images