JP4665923B2 - 触媒劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化触媒の劣化判定装置に関する。

出力と燃費を共に向上させるべく、希薄燃焼が可能な内燃機関が知られている。かかる内燃機関のＮＯｘ排出量を低減するために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が広く利用されている。

近年のエミッション排出規制の強化に伴い、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化判定を精度良く実行することが要求されている。リッチ空燃比時のＮＯｘ吸蔵還元触媒下流のアンモニア濃度の変化に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いを検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、アンモニア濃度の変化から、ＮＯｘ還元に使用されなかった余剰の還元剤量が求められている。この余剰の還元剤量はＮＯｘ吸蔵能と相関を有するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いを検出することができる。

特許第３５８９１７９号公報 特開２００２−２７６４１９号公報 特開平１０−６８３４６号公報 特開平８−１５８９１７号公報

ところで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流にスタート触媒が配置されている場合がある。このスタート触媒ではリッチ空燃比時にアンモニアが生成されるが、その劣化状況によりアンモニア生成量が変化する可能性がある。また、スタート触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温や空間速度（ＳＶ：space velocity）等によっても、各触媒におけるアンモニア生成量が変化する場合がある。さらに、過渡運転時には、アクセル開度の変化に付随してアンモニア生成量が大きく変化する可能性がある。
従って、上記特許文献１のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒下流のアンモニア濃度のみから劣化判定を行う場合には、判定精度が不十分となってしまうため、改善の余地が残されていた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒の下流の酸素濃度を考慮することで、触媒劣化判定を精度良く行うことが可能な触媒劣化判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、触媒劣化判定装置であって、
内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の下流の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記排気浄化触媒の下流のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出手段と、
前記酸素濃度と前記アンモニア濃度の両方に基づいて、前記排気浄化触媒の劣化判定を実行する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記劣化判定手段は、前記酸素濃度が所定値以上であり、かつ、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記劣化判定手段は、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比であり、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする。

また、第４の発明は、第２又は第３の発明において、
前記排気浄化触媒は、空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を有し、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に尿素を噴射する尿素噴射手段を更に備え、
前記劣化判定手段は、前記尿素噴射手段による尿素噴射中に、前記劣化判定を実行することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１の発明において、
前記劣化判定手段は、空燃比がリッチ空燃比であり、かつ酸素存在下で、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする。

また、第６の発明は、第２から第５の何れかの発明において、
前記劣化判定手段は、前記排気浄化触媒において酸素存在下でアンモニアの酸化反応が起こらない場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１の発明において、
前記排気浄化触媒は、空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられたＮＯｘ選択還元触媒とを有し、
前記劣化判定手段は、空燃比がリッチ空燃比である場合に、前記ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を実行することを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、
前記劣化判定手段は、前記酸素濃度が所定値以下であり、かつ、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したと判定することを特徴とする。

また、第９の発明は、第１の発明において、
前記排気浄化触媒は、空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられたＮＯｘ選択還元触媒とを有し、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に尿素を噴射する尿素噴射手段を更に備え、
前記劣化判定手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒からアンモニアが排出されるように前記尿素噴射手段によって尿素噴射中に、前記ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を実行することを特徴とする。

また、第１０の発明は、第９の発明において、
前記劣化判定手段は、前記酸素濃度が所定値以上であり、かつ、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したと判定することを特徴とする。

第１の発明によれば、排気浄化触媒下流の酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、排気浄化触媒の劣化判定が実行される。排気浄化触媒において酸素とアンモニアが共存する場合、排気浄化触媒が正常であれば両者が反応して排気浄化触媒下流にアンモニアが存在しない。一方、排気浄化触媒が劣化していれば、排気浄化触媒において両者の反応は起こらない。よって、排気浄化触媒下流の酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、排気浄化触媒の劣化判定を精度良く実行することができる。

第２の発明によれば、排気浄化触媒下流の酸素濃度が所定値以上であり、かつ、アンモニア濃度が所定値以上である場合には、排気浄化触媒において酸素とアンモニアの反応が起こらなかったと推定することができる。よって、排気浄化触媒が劣化したと判定することができる。

第３の発明によれば、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比である場合には、排気浄化触媒下流の酸素濃度が所定値以上となる。これに加えて、排気浄化触媒下流のアンモニア濃度が所定値以上である場合には、排気浄化触媒において酸素とアンモニアの反応が起こらなかったと推定することができる。よって、排気浄化触媒が劣化したと判定することができる。

第４の発明によれば、尿素噴射手段によってＮＯｘ吸蔵還元触媒上流に尿素が噴射されると、排気中やＮＯｘ吸蔵還元触媒においてアンモニアが生成される。よって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において十分な量の酸素とアンモニアを共存させた状態で、劣化判定を行うことができる。

第５の発明によれば、空燃比がリッチ空燃比である場合には、排気浄化触媒においてアンモニアが生成されると共に、例えば、触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元反応（浄化）により窒素と酸素に分解される。よって、排気浄化触媒において酸素とアンモニアを共存させた状態で、劣化判定を行うことができる。そして、排気浄化触媒下流のアンモニア濃度が所定値以上である場合には、排気浄化触媒において酸素とアンモニアの反応が起こらなかったと推定することができ、排気浄化触媒が劣化したと判定することができる。

第６の発明によれば、排気浄化触媒において酸素存在下でアンモニアの酸化反応が起こらない場合に、排気浄化触媒が劣化したと判定される。排気浄化触媒におけるアンモニアの酸化反応は最も基本的な反応である。よって、排気浄化触媒の最も基本的なアンモニア酸化反応に着目することで、排気浄化触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。

第７の発明によれば、空燃比がリッチ空燃比である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から排出されたアンモニアが、ＮＯｘ選択還元触媒に流入される。ＮＯｘ選択還元触媒が正常である場合にはアンモニアを吸着することができるものの、劣化している場合にはアンモニアを吸着することができず、ＮＯｘ選択還元触媒からアンモニアが流出することとなる。従って、ＮＯｘ選択還元触媒下流の酸素濃度とアンモニア濃度に基づいて、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。

ＮＯｘ選択還元触媒下流の酸素濃度が所定値よりも大きい場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒においてアンモニアの酸化反応が起こってしまい、ＮＯｘ選択還元触媒にアンモニアを流入させることができない可能性がある。第８の発明によれば、ＮＯｘ選択還元触媒下流の酸素濃度が所定値以下であり、アンモニア濃度が所定値以上である場合に、ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したと判定される。よって、十分な量のアンモニアがＮＯｘ選択還元触媒に流入した状態で、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。

第９の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からアンモニアが排出されるように尿素噴射手段によって尿素が噴射されている場合に、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定が行われる。よって、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比であっても、ＮＯｘ選択還元触媒に十分な量のアンモニアを流入させることができ、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。

空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比である場合には、ＮＯｘ選択還元触媒下流の酸素濃度が所定値以上となる。よって、第１０の発明によれば、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比である場合であっても、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を精度良く行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルの火花着火式ガソリンエンジンを備えている。内燃機関１は、希薄燃焼が可能であり、複数の気筒２を有している。図１には、複数気筒のうちの１気筒のみを示している。また、本システムは、内燃機関１の冷却水温Twを検出する冷却水温センサ５を備えている。

各気筒２の内部には、ピストン４が配置されている。ピストン４は、クランク機構を介してクランク軸６と接続されている。クランク軸６の近傍には、クランク角センサ８が設けられている。クランク角センサ８は、クランク軸６の回転角度（クランク角度CA）を検出するように構成されている。

ピストン４の上方には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。内燃機関１は、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１４を備えている。この燃料噴射弁１４は、燃料通路１５を介して燃料タンク１６に接続されている。

燃焼室１０と吸気ポート１８との接続部には吸気弁２０が設けられている。吸気ポート１８には、吸気通路２２が接続されている。吸気通路２２の途中には、サージタンク２３が設けられている。サージタンク２３の上流にはスロットル弁２４が設けられている。スロットル弁２４は、スロットルモータ２６により駆動される電子制御式のバルブである。スロットル弁２４は、アクセル開度センサ２９により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットル弁２４の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ２８が設けられている。スロットル弁２４の上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ３０が設けられている。

また、燃焼室１０と排気ポート３２との接続部には排気弁３４が設けられている。排気ポート３２には排気通路３６が接続されている。排気通路３６の途中には、スタート触媒（ＳＣ）３８が設けられている。スタート触媒３８の下流には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）４０が設けられている。ＮＳＲ触媒４０には、触媒床温を検出する触媒床温センサ４２が設けられている。ＮＳＲ触媒４０とスタート触媒３８との間には、排気空燃比を検出するための空燃比センサ４３が設けられている。

ＮＳＲ触媒４０の下流には、酸素センサ４４とアンモニアセンサ４６とが設けられている。酸素センサ４４は、酸素濃度を検出するように構成されている。アンモニアセンサ４６は、アンモニア濃度を検出するように構成されている。

また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ１２、燃料噴射弁１４、スロットルモータ２６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ５、クランク角センサ８、スロットル開度センサ２８、アクセル開度センサ２９、エアフロメータ３０、触媒床温センサ４２、酸素センサ４４、アンモニアセンサ４６等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御を含む。）や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ６の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AAやスロットル開度TA等に基づいて、内燃機関１に対する負荷KLを算出する。

［実施の形態１の特徴］
上記システムによれば、理論空燃比よりもリーン側の空燃比（以下「リーン空燃比」という。）で燃焼させる希薄燃焼を内燃機関１で行うことができる。この希薄燃焼時に内燃機関１から排出されるＮＯｘを吸蔵するために、ＮＳＲ触媒４０が設けられている。

ところで、既述した特許文献１には、ＮＳＲ触媒の劣化検出装置の一例が開示されている。この装置によれば、リッチ空燃比でのＮＳＲ触媒下流のアンモニア濃度の変化から、ＮＯｘ還元に使用されなかった余剰の還元剤量が求められている。この余剰の還元剤量は、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能と相関を有している。よって、アンモニア濃度の変化に基づいて、ＮＳＲ触媒の劣化度合いを検出することができる。

しかしながら、リッチ空燃比では、ＮＳＲ触媒４０上流のスタート触媒３８においてもアンモニアが生成される。そして、スタート触媒３８の劣化状況に応じて、アンモニア生成量が変化する可能性がある。また、触媒床温や空間速度等によっても、スタート触媒３８やＮＳＲ触媒４０におけるアンモニア生成量が変化してしまう。さらに、過渡運転時には、アクセル開度の変化に付随してアンモニア生成量が変化してしまう。従って、上記特許文献１の装置のように、ＮＳＲ触媒下流のアンモニア濃度のみから劣化判定を行うとすると、その判定精度が不十分となってしまう可能性があった。

これに対して、本実施の形態１のシステムによれば、ＮＳＲ触媒４０下流のアンモニア濃度だけでなく、ＮＳＲ触媒４０下流の酸素濃度を更に考慮して、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が行われる。詳細には、ＮＳＲ触媒４０下流において、酸素存在下でアンモニアが存在するか否かを基準として、劣化判定が行われる。

ＮＳＲ触媒４０が正常である場合には、ＮＳＲ触媒４０において次式(1)の反応が起こる。すなわち、ＮＳＲ触媒４０に坦持された金属（白金やロジウム等）界面で、アンモニアの酸化反応が起こる。この酸化反応が起こる理由は、アンモニアは、水素と同様に強い還元剤であるためである。よって、ＮＳＲ触媒４０が正常である場合には、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアと酸素が共に排出されることはない。
4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O・・・(1)

一方、ＮＳＲ触媒４０が劣化している場合には、ＮＳＲ触媒４０において酸素とアンモニアが共存しても、上式(1)の反応（つまり、アンモニアの酸化反応）は起こらない。よって、ＮＳＲ触媒４０が劣化している場合には、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアと酸素が共に排出される。従って、ＮＳＲ触媒４０下流において、酸素存在下にも関わらずアンモニアが存在する場合には、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判断することができる。

上式(1)のアンモニアの酸化反応は、ＮＳＲ触媒４０における基本的な反応である。本実施の形態１では、この基本的な反応が起こるか否かに着目して、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が実行される。また、本実施の形態１では、スタート触媒３８のアンモニア生成量が変化しても、その変化の影響を受けることはない。従って、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を精度良く行うことができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図２は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図２に示すルーチンによれば、先ず、運転条件（NE,KL等）を検出する（ステップ１００）。次に、ＮＳＲ触媒４０が活性状態であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、例えば、触媒床温が３００℃以上であり、冷却水温Twが７０℃以上である場合に、活性状態であると判別される。このステップ１０２でＮＳＲ触媒４０が活性状態ではないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１０２でＮＳＲ触媒４０が活性状態であると判別された場合には、酸素センサ出力V_O2とアンモニアセンサ出力V_NH3を読み込む（ステップ１０４）。このステップ１０４では、ＮＳＲ触媒４０下流の酸素濃度とアンモニア濃度が取得される。その後、劣化判定条件を満たしているか否かを判別する（ステップ１０６）。このステップ１０６では、例えば、空間速度SVが50000以下である場合に、劣化判定条件を満たしていると判別される。

ここで、空間速度SVは、単位時間当たりの触媒通過ガス量を触媒容積で除算した値であり、上記ステップ１００で検出した運転条件から推定することができる。すんわち、触媒容積は既知であるため、運転条件に基づき触媒通過ガス量を推定することで、空間速度SVが求められる。

酸素濃度やアンモニア濃度が急変する運転条件（例えば、高速走行時や急加速・急減速時）では、空間速度SVが50000を超えてしまうため、上記ステップ１０６で劣化判定条件を満たしていないと判別される。この場合、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことなく、下記ステップ１１８の処理に移行する。

上記ステップ１０６で劣化判定条件を満たしていると判別された場合には、上記ステップ１０４で読み込まれた酸素センサ出力V_O2が基準値α以上であるか否かを判別する（ステップ１０８）。この基準値αは、空燃比が理論空燃比である場合のＮＳＲ触媒４０下流酸素濃度（例えば、0.3%〜0.5%）に対応する数値である。よって、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比である場合には、酸素センサ出力V_O2が基準値α以上となる。

上記ステップ１０８で酸素センサ出力V_O2が基準値αよりも小さいと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０下流に酸素が存在しないか、存在しても微量であると判断される。本実施の形態１では、酸素存在下でのアンモニア濃度に基づいて触媒劣化判定が行われる。よって、この場合はＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことなく、下記ステップ１１８の処理に移行する。

上記ステップ１０８で酸素センサ出力V_O2が基準値α以上であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０下流にある程度の酸素が存在すると判断される。この場合、上記ステップ１０４で読み込まれたアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β以上であるか否かを判別する（ステップ１１０）。この基準値βは、例えば、アンモニア濃度が10ppmである場合の数値である。

上記ステップ１１０でアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値βよりも小さいと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０において上式(1)のアンモニア酸化反応が起こっていると判断される。この場合、ＮＳＲ触媒４０が正常である（劣化していない）と判定する（ステップ１１２）。

一方、上記ステップ１１０でアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β以上であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０下流において酸素存在下にも関わらずアンモニアが存在すると判断される。この場合、ＮＳＲ触媒４０において、上式(1)のアンモニア酸化反応が起こっていないと推定される。よって、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判定する（ステップ１１４）。つまり、図３に示すように、酸素センサ出力V_O2が基準値α以上であり、かつ、アンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β以上である場合に、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判定される。図３は、本実施の形態１において、触媒劣化判定がされる酸素センサ出力V_O2とアンモニアセンサ出力V_NH3の範囲を示す図である。

ＮＳＲ触媒４０が劣化すると、ＮＯｘ吸蔵能が低下するため、リッチスパイク（以下「ＲＳ」という。）制御を強化する必要がある。よって、ステップ１１６において、ＲＳ間隔を小さく補正することで、ＮＯｘ還元制御が頻繁に行われ、ＲＳ制御が強化される。

次に、ＲＳ実行要求が有るか否かを判別する（ステップ１１８）。このステップ１１８では、前回ＲＳを実行してからの間隔（走行距離もしくは走行時間）が、ＲＳ間隔に達している場合には、ＲＳ実行要求が有ると判別される。このステップ１１８でＲＳ実行要求が無いと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、ＲＳ実行要求が有ると判別された場合には、ＲＳ制御を実行する（ステップ１２０）。その後、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したように、図２に示すルーチンによれば、酸素センサ出力V_O2が基準値α以上であり、かつ、アンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β以上である場合に、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判定される。すなわち、ＮＳＲ触媒４０の基本的な反応であるアンモニア酸化反応が起こるか否かに基づき、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が行われる。よって、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を精度良く行うことができる。

ところで、本実施の形態１ではＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行う場合について説明したが、本発明をスタート触媒３８の劣化判定を行う場合に適用することもできる。ここで、スタート触媒３８が正常である場合にはアンモニアの酸化反応が起こるが、スタート触媒３８が劣化している場合にはアンモニアの酸化反応は起こらない。従って、スタート触媒３８下流の酸素濃度及びアンモニア濃度を検出することにより、スタート触媒３８の劣化判定を精度良く行うことができる（後述する他の実施の形態についても同様）。

また、アンモニアセンサ４６に代えてＮＯｘセンサを用いてアンモニア濃度を検出してもよく、酸素センサ４４に代えて空燃比センサを用いて酸素濃度を検出してもよい（後述する他の実施の形態についても同様）。

尚、本実施の形態１においては、内燃機関１が第１の発明における「内燃機関」に、排気通路３６が第１の発明における「排気系」に、ＮＳＲ４０が第１〜第３の発明における「排気浄化触媒」に、酸素センサ４４が第１の発明における「酸素濃度検出手段」に、アンモニアセンサ４６が第１の発明における「アンモニア濃度検出手段」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０８〜１１４の処理を実行することにより第１の発明における「劣化判定手段」が、ステップ１０８，１１０，１１４の処理を実行することにより第２，第３及び第６の発明における「劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
［システム構成の説明］
図４は、本実施の形態２によるシステムの構成を説明するための図である。図４に示すシステムは、図１に示すシステム構成に加えて、ＮＳＲ触媒４０上流に還元剤である尿素もしくは尿素水（以下「尿素」と略する。）を噴射する尿素噴射弁４８を更に備えている。尿素噴射弁４８は、燃料通路４９を介して尿素水タンク５０に接続されている。尿素水タンク５０には、尿素水が貯留されている。また、尿素噴射弁４８は、ＥＣＵ６０の出力側に接続されている。

上記実施の形態１では、ＮＳＲ触媒４０下流の酸素濃度及びアンモニア濃度に基づいて、すなわち、酸素存在下でのアンモニア濃度に基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が行われる。

ところで、特に空燃比がリーン空燃比である場合には、スタート触媒３８やＮＳＲ触媒４０においてアンモニアが生成されない。このため、ＮＳＲ触媒４０において、アンモニアが微量しか存在しない可能性がある。そうすると、ＮＳＲ触媒４０が劣化している場合であっても、ＮＳＲ触媒４０下流のアンモニア濃度が低くなる可能性がある。

これに対して、本実施の形態２では、尿素噴射弁４８による尿素噴射中にＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うこととする。
ここで、ＮＳＲ触媒４０上流の尿素噴射弁４２から還元剤である尿素もしくは尿素水が噴射されると、次式(2)の反応によりアンモニアが生成する。
(NH₂)₂CO+H₂O→2NH₃+CO₂・・・(2)
生成したアンモニアは、次式(3)のように、ＮＳＲ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元する。
NO+NO₂+NH₃→2N₂+3H₂O・・・(3)
上式(3)の還元反応にアンモニアが用いられてもなお、ＮＳＲ触媒４０には十分な量のアンモニアが存在する。よって、ＮＳＲ触媒４０において十分な量の酸素とアンモニアを共存させることができる。そうすると、ＮＳＲ触媒４０が劣化している場合には、ＮＳＲ触媒４０下流のアンモニア濃度が高くなる。よって、上記実施の形態１に比して、ＮＳＲ触媒４０の劣化検出を精度良く行うことができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図５は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図５に示すルーチンは、図２に示すルーチンのステップ１０６とステップ１０８の間に、ステップ１２２の処理が加えられている。
なお、ステップ１０８Ａ，１１０Ａの判別処理の基準値α’，β’は、図２に示すルーチンのステップ１０８，１１０の基準値α，βと異なっているが、同じであってもよい。

図５に示すルーチンによれば、先ず、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１０６の処理まで実行する。このステップ１０６で劣化判定条件を満たしていると判別された場合には、尿素噴射弁４８から尿素を噴射中であるか否かを判別する（ステップ１２２）。

このステップ１２２で尿素噴射中ではないと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０でアンモニアが生成されないため、ＮＳＲ触媒４０に十分な量のアンモニアを存在させることができないと判断される。この場合、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

一方、上記ステップ１２２で尿素噴射中であると判別された場合には、上式(2)に従ってＮＳＲ触媒４０でアンモニアが生成されるため、ＮＳＲ触媒４０に十分な量のアンモニアを存在させることができると判断される。この場合、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１０８Ａ以降の処理を実行する。

詳細には、ステップ１０８Ａで酸素センサ出力V_O2が基準値α’以上であると判別され、かつ、ステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’よりも小さいと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０が正常であると判定される（ステップ１１２）。一方、ステップ１０８Ａで酸素センサ出力V_O2が基準値α’以上であると判別され、かつ、ステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’以上であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判定される（ステップ１１４）。ここで、基準値α’は、例えば、酸素濃度が1%である場合の数値である。また、基準値β’は、例えば、アンモニア濃度が50ppmである場合の数値である。

以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、尿素噴射弁４８から尿素噴射中に、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が実行される。尿素噴射中はＮＳＲ触媒４０においてアンモニアが生成されるため、ＮＳＲ触媒４０に十分な量のアンモニアを存在させることができる。よって、ＮＳＲ触媒４０に十分な量の酸素とアンモニアが共存する状態で、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことができる。従って、上記実施の形態１に比して、ＮＳＲ触媒４０でアンモニア酸化反応が起こっているか否かをより精度良く推定することができるため、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定をより精度良く行うことができる。

尚、本実施の形態２においては、ＮＳＲ触媒４０が第４の発明における「ＮＯｘ吸蔵還元触媒」に、尿素噴射弁４８が第４の発明における「尿素噴射手段」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２２，１０８Ａ，１１０Ａ，１１２，１１４の処理を実行することにより第２，第４及び第６の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
本実施の形態３では、ＲＳ制御中にＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うこととする。ＲＳ制御中は、例えば、空燃比が１２程度に制御される。この場合、内燃機関１から排出されたアンモニアのほか、スタート触媒３８で生成され排出されたアンモニアが、ＮＳＲ触媒４０に流入する。さらに、ＮＳＲ触媒４０においてもアンモニアが生成される。

一方、ＮＳＲ触媒４０では、還元剤であるアンモニアやＣＯ等により吸蔵ＮＯｘが還元される。この還元により、酸素や窒素等が生成する。よって、上記実施の形態２と同様に、ＮＳＲ触媒４０において酸素とアンモニアを共存させることができる。

その結果、ＮＳＲ触媒４０が劣化している場合には、ＮＳＲ触媒４０下流のアンモニア濃度が高くなる。よって、上記実施の形態１に比して、ＮＳＲ触媒４０の劣化検出を精度良く行うことができる。

［実施の形態３における具体的処理］
図６は、本実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図６に示すルーチンによれば、先ず、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１０６の処理まで実行する。このステップ１０６で劣化判定条件を満たしていると判別された場合には、ＲＳ制御実行中であるか否かを判別する（ステップ１２４）。

上記ステップ１２４でＲＳ制御実行中でないと判別された場合、つまり、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比に制御されている場合には、ＮＳＲ触媒４０に十分な量のアンモニアを存在させることができない可能性があると判断される。この場合、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

一方、上記ステップ１２４でＲＳ制御実行中であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０に十分な量のアンモニアを存在させることができると共に、ＮＯｘ還元により酸素を存在させることができると判断される。この場合、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１０８Ｂ以降の処理を実行する。ここで、ＲＳ制御実行中であるので、ステップ１０８Ｂでは、酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下である否かが判別される。

詳細には、ステップ１０８Ｂで酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であると判別され、かつ、ステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’よりも小さいと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０が正常であると判定される（ステップ１１２）。一方、ステップ１０８Ａで酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であると判別され、かつ、ステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’以上であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判定される（ステップ１１４）。ここで、基準値α’’は、例えば、酸素濃度が0.5%である場合の数値である。また、基準値β’’は、例えば、アンモニア濃度が20ppmである場合の数値である。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、ＲＳ制御実行中に、酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が実行される。ＲＳ制御実行中は、ＮＳＲ触媒４０においてアンモニアが生成すると共に、ＮＯｘ還元により酸素が生成する。よって、ＮＳＲ触媒４０にアンモニアと酸素を共存させることができるため、ＮＳＲ触媒４０でアンモニア酸化反応が起こるか否かに基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を精度良く行うことができる。

尚、本実施の形態３においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２４，１０８Ｂ，１１０Ｂ，１１２，１１４の処理を実行することにより第５及び第６の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

実施の形態４．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
［システム構成の説明］
図７は、本実施の形態４によるシステムにおいて、複数の気筒群を示す模式図である。図７に示すように、図１に示した複数の気筒２は、第１気筒群２Ａと第２気筒群２Ｂとを形成している。
第１気筒群２Ａに接続された第１排気通路３６Ａの途中に、第１スタート触媒３８Ａが設けられている。同様に、第２気筒群２Ｂに接続された第２排気通路３６Ｂの途中に、第２スタート触媒３８Ｂが設けられている。各スタート触媒３８Ａ，３８Ｂの下流に、それぞれ空燃比センサ４３Ａ，４３Ｂが設けられている。
第１排気通路３６Ａと第２排気通路３６Ｂとの合流点３６Ｃよりも下流に、ＮＳＲ触媒４０が設けられている。さらに、ＮＳＲ触媒４０の下流に酸素センサ４４及びアンモニアセンサ４６が設けられている。

［実施の形態４の特徴］
上記システムによれば、ＮＳＲ触媒４０の硫黄被毒再生時に、気筒群２Ａ，２Ｂ毎にリッチ燃焼又はリーン燃焼が実行される。以下、第１気筒群２Ａではリッチ燃焼を実行し、第２気筒群２Ｂではリーン燃焼を実行する場合について説明する。これにより、第１気筒群２Ａから排出されたリッチな排気ガスと、第２気筒群２Ｂから排出されたリーンな排気ガスが、ＮＳＲ触媒４０に流入する。ＮＯｘ触媒４０において未燃ＨＣ等を燃焼（酸化反応）させることで、ＮＳＲ触媒４０の触媒床温を昇温させることができる。

本実施の形態４では、かかる硫黄被毒再生時に、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うこととする。この硫黄被毒再生時に、例えば、第１気筒群２Ａの空燃比は１１〜１３にフィードバック制御される。これにより、上記実施の形態３におけるＲＳ制御時と同様に、第１気筒群２Ａから第１排気通路３６Ａを介してＮＳＲ触媒４０にアンモニアが流入すると共に、ＮＳＲ触媒４０においてもアンモニアが生成する。

一方、硫黄被毒再生時に、第２気筒群２Ｂの空燃比は１６〜１８にフィードバック制御される。よって、第２気筒群２Ｂから第２排気通路３６Ｂを介してＮＳＲ触媒４０に酸素が流入する。

従って、硫黄被毒再生時には、ＮＳＲ触媒４０においてアンモニアと酸素が共存することとなる。そうすると、既述したように、ＮＳＲ触媒４０下流の酸素濃度とアンモニア濃度に基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことができる。つまり、ＮＳＲ触媒４０においてアンモニアの酸化反応が起こるか否かを推定することで、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を精度良く行うことができる。

［実施の形態４における具体的処理］
図８は、本実施の形態４において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図８に示すルーチンによれば、先ず、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１０６の処理まで実行する。このステップ１０６で劣化判定条件を満たしていると判別された場合には、硫黄被毒再生中であるか否かを判別する（ステップ１２６）。このステップ１２６では、気筒群２Ａ，２Ｂ毎にリッチ燃焼又はリーン燃焼が実行されているか否かが判別される。

上記ステップ１２４で硫黄被毒再生中でないと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０においてアンモニアと酸素を共存させることができないと判断される。この場合、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

一方、上記ステップ１２４で硫黄被毒再生中であると判別された場合、つまり、気筒群２Ａ，２Ｂ毎にリッチ燃焼又はリーン燃焼が実行されている場合には、ＮＳＲ触媒４０においてアンモニアと酸素を共存させることができると判断される。この場合、図６に示すルーチンと同様に、ステップ１０８Ｂ以降の処理を実行する。ＮＳＲ触媒４０に流入する酸素は、未燃燃料の燃焼やアンモニアの酸化に用いられる。このため、ステップ１０８Ｂでは、酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であるか否かが判別される。

図６に示すルーチンと同様に、ステップ１０８Ｂで酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であると判別され、かつ、ステップ１１０Ｂでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’よりも小さいと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０が正常であると判定される（ステップ１１２）。一方、ステップ１０８Ｂで酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であると判別され、かつ、ステップ１１０Ｂでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’以上であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０が劣化していると判定される（ステップ１１４）。

以上説明したように、図８に示すルーチンによれば、硫黄被毒再生中に、酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が実行される。硫黄被毒再生中は、気筒群２Ａ，２Ｂ毎にリッチ燃焼又はリーン燃焼が実行されるため、ＮＳＲ触媒４０にアンモニアと酸素を共存させることができる。よって、ＮＳＲ触媒４０でアンモニア酸化反応が起こるか否かに基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定を精度良く行うことができる。

尚、本実施の形態４においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２６，１０８Ｂ，１１０Ｂ，１１２，１１４の処理を実行することにより第５及び第６の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

実施の形態５．
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
［システム構成の説明］
図９は、本実施の形態５によるシステムの構成を説明するための図である。図９に示すシステムは、図１に示すシステム構成に加えて、ＮＳＲ触媒４０と酸素センサ４４との間にＮＯｘ選択還元触媒（以下「ＳＣＲ触媒」という。）５２を更に備えている。ＳＣＲ触媒５２は、ＮＳＲ触媒４０から排出されたアンモニアを捕集するためのものである。ＳＣＲ触媒５２は、ＳＣＲ触媒５２の触媒床温を検出する触媒床温センサ５４が設けられている。図９に示すように、ＳＣＲ触媒５２の下流には、上記の酸素センサ４４とアンモニアセンサ４６が設けられている。

［実施の形態５の特徴］
上記実施の形態１〜４では、ＮＳＲ触媒４０下流の酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、ＮＳＲ触媒４０の劣化判定が実行されている。

上記システムは、ＮＳＲ触媒４０下流にＳＣＲ触媒５２を備えている。本実施の形態５では、このＳＣＲ触媒５２の劣化判定を実行する。
ここで、既述したように、リッチ空燃比時には、ＮＳＲ触媒４０にアンモニアが流入すると共に、ＮＳＲ触媒４０においてもアンモニアが生成される。よって、リッチ空燃比時には、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアが排出され、この排出されたアンモニアがＳＣＲ触媒５２に流入することとなる。

ＳＣＲ触媒５２が正常であれば、ＳＣＲ触媒５２によりアンモニアが吸着されるため、ＳＣＲ触媒５２からアンモニアが排出されない。よって、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度はほぼゼロである。一方、ＳＣＲ触媒５２が劣化している場合には、ＳＣＲ触媒５２によりアンモニアが吸着されないため、ＳＣＲ触媒５２から多量のアンモニアが排出される。よって、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度は高くなる。

また、リッチ空燃比時には、ＳＣＲ触媒５２に酸素が供給されないため、通常はＳＣＲ触媒５２下流の酸素濃度は基準値よりも低くなる。ＳＣＲ触媒５２下流の酸素濃度が基準値よりも高い場合には、ＮＳＲ触媒４０にも十分な酸素が存在するため、アンモニアの酸化反応が起こってしまう。このため、酸素濃度が基準値よりも高い場合には、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度に基づき、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸蔵能を把握することができなくなる可能性がある。

従って、リッチ空燃比時にＳＣＲ触媒５２下流の酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことができる。

［実施の形態５における具体的処理］
図１０は、本実施の形態５において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図１０に示すルーチンによれば、先ず、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１０６の処理まで実行する。なお、ステップ１０２では、ＮＳＲ触媒４０とＳＣＲ触媒５２の両方の触媒床温について判断がされる。

上記ステップ１０６で劣化判定条件を満たしていると判別された場合には、ＲＳ制御実行中であるか否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４でＲＳ制御実行中でないと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０から十分な量のアンモニアが排出されないと判断される。この場合、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

一方、上記ステップ１２４でＲＳ制御実行中であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０から十分な量のアンモニアが排出されると判断される。この場合、ＲＳ制御実行中であるので、酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であるか否かを判別する（ステップ１０８Ｂ）。このステップ１０８Ｂで酸素センサ出力V_O2が基準値α’’よりも大きいと判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０でアンモニアの酸化反応が起こる可能性があると判断される。この場合、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度から触媒劣化判定を精度良く行うことができないため、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

上記ステップ１０８Ｂで酸素センサ出力V_O2が基準値α’’以下であると判別された場合には、アンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’以上であるか否かを判別する（ステップ１１０Ｂ）。このステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’よりも小さいと判別された場合には、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能が十分高いと判断され、ＳＣＲ触媒５２が正常であると判定される（ステップ１１２）。

一方、このステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’以上であると判別された場合には、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能が低下していると判断され、ＳＣＲ触媒５２が劣化していると判定される（ステップ１１４）。その後、ＮＳＲ触媒４０からのアンモニアの排出を抑えるべく、ＲＳ制御を弱める（ステップ１２８）。このステップ１２８では、例えば、ＲＳ制御時のリッチ深さ（リッチ度合い）が小さく補正される。その後、図２に示すルーチンと同様に、ステップ１１８以降の処理を実行する。

以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、ＲＳ制御実行中に、酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定が実行される。ＲＳ制御実行中は、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアが排出され、排出されたアンモニアがＳＣＲ触媒５２に流入する。ＳＣＲ触媒５２が正常であれば、流入してきたアンモニアを吸着することができる。よって、ＲＳ制御実行中のＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度に基づき、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能を推定でき、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことができる。

ところで、本実施の形態５では、相互に独立したＮＳＲ触媒４０とＳＣＲ触媒５２を直列に配置したシステムについて説明したが、ＮＳＲ触媒とＳＣＲ触媒とが一体的に形成されたものであってもよく、２層にコートされたものであってもよい（後述する実施の形態６についても同様）。

尚、本実施の形態５においては、ＮＳＲ触媒４０が第７の発明における「ＮＯｘ吸蔵還元触媒」に、ＳＣＲ触媒５２が第７の発明における「ＮＯｘ選択還元触媒」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態５においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２４，１０８Ｂ，１１０Ｂ，１１２，１１４の処理を実行することにより第７及び第８の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

実施の形態６．
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
［システム構成の説明］
図１１は、本実施の形態６によるシステムの構成を説明するための図である。図１１に示すシステムは、図９に示すシステム構成に加えて、ＮＳＲ触媒４０上流に還元剤である尿素もしくは尿素水（以下「尿素」と略する。）を噴射する尿素噴射弁４８を更に備えている。尿素噴射弁４８は、燃料通路４９を介して尿素水タンク５０に接続されている。尿素水タンク５０には、尿素水が貯留されている。また、尿素噴射弁４８は、ＥＣＵ６０の出力側に接続されている。

［実施の形態６の特徴］
上記実施の形態５では、ＲＳ制御実行中にＮＳＲ触媒４０からアンモニアを排出させ、その排出されたアンモニアをＳＣＲ触媒５２に流入させている。そして、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度からＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能を推定し、推定したアンモニア吸着能に基づいてＳＣＲ触媒５２の劣化判定が実行されている。よって、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行う機会は、ＲＳ制御実行中に限定される。

これに対して、本実施の形態６では、尿素噴射弁４８から尿素を噴射することで、排気中やＮＳＲ触媒４０においてアンモニアを生成させ、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアを排出させるようにする。そうすると、ＳＣＲ触媒５２にアンモニアが流入するため、上記実施の形態５と同様に、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度から劣化判定を行うことができる。よって、ＲＳ制御実行中ではなく、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比である場合であっても、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を実行することができる。

ところで、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比である場合には、ＮＳＲ触媒４０に酸素が供給される。そうすると、既述したように、ＮＳＲ触媒４０において、ＮＯｘ還元や、アンモニアの酸化反応が起こるため、ＮＳＲ触媒４０から十分な量のアンモニアが排出されない可能性がある。そこで、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアが排出されるように、尿素噴射弁４８からは過剰量の尿素を噴射するようにする。

［実施の形態６における具体的処理］
図１２は、本実施の形態６において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図１２に示すルーチンによれば、先ず、図１０に示すルーチンと同様に、ステップ１０６の処理まで実行する。このステップ１０６で劣化判定条件を満たしていると判別された場合には、尿素噴射中であるか否かを判別する（ステップ１２２）。このステップ１２２では、ＮＳＲ触媒４０からアンモニアが排出されるように、通常のＮＯｘ還元時に比して過剰な量の尿素が噴射されているか否かが判別される。

上記ステップ１２２で尿素噴射中ではないと判別された場合には、ＳＣＲ触媒５２にアンモニアを流入させることができないと判断される。この場合、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

一方、上記ステップ１２２で尿素噴射中であると判別された場合には、ＮＳＲ触媒４０から排出されたアンモニアをＳＣＲ触媒５２に流入させることができると判断される。この場合、酸素センサ出力V_O2が基準値α以上であるか否かを判別する（ステップ１０８）。空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比であれば、通常は、ＳＣＲ触媒５２下流の酸素センサ出力V_O2が基準値α以上である。このステップ１０８で何らかの影響により酸素センサ出力V_O2が基準値αよりも小さいと判別された場合には、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことなく、ステップ１１８の処理に移行する。

上記ステップ１０８で酸素センサ出力V_O2が基準値α以上であると判別された場合には、図１０に示すルーチンと同様に、ステップ１１０Ｂ以降の処理を実行する。
詳細には、このステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’よりも小さいと判別された場合には、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能が十分高いと判断され、ＳＣＲ触媒５２が正常であると判定される（ステップ１１２）。一方、このステップ１１０Ａでアンモニアセンサ出力V_NH3が基準値β’’以上であると判別された場合には、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能が低下していると判断され、ＳＣＲ触媒５２が劣化していると判定される（ステップ１１４）。

以上説明したように、図１２に示すルーチンによれば、尿素噴射中に、酸素濃度とアンモニア濃度の両方に基づいて、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定が実行される。ＮＯｘ還元時よりも過剰量の尿素を噴射することで、ＮＳＲ触媒４０から排出されたアンモニアをＳＣＲ触媒５２に流入させることができる。ＳＣＲ触媒５２が正常であれば、流入してきたアンモニアを吸着することができる。よって、ＳＣＲ触媒５２下流のアンモニア濃度に基づき、ＳＣＲ触媒５２のアンモニア吸着能を推定でき、ＳＣＲ触媒５２の劣化判定を行うことができる。

尚、本実施の形態６においては、ＮＳＲ触媒４０が第９の発明における「ＮＯｘ吸蔵還元触媒」に、ＳＣＲ触媒５２が第９の発明における「ＮＯｘ選択還元触媒」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態６においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２２，１０８，１１０Ｂ，１１２，１１４の処理を実行することにより第９及び第１０の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、触媒劣化判定がされる酸素センサ出力V_O2とアンモニアセンサ出力V_NH3の範囲を示す図である。 本発明の実施の形態２によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４によるシステムにおいて、複数の気筒群を示す模式図である。 本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態５において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態６において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３６ 排気通路
３８ スタート触媒
４０ ＮＳＲ触媒
４４ 酸素センサ
４６ アンモニアセンサ
４８ 尿素噴射弁
５２ ＳＣＲ触媒
６０ ＥＣＵ

Claims (10)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒の下流の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
   前記排気浄化触媒の下流のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出手段と、
   前記酸素濃度と前記アンモニア濃度の両方に基づいて、前記排気浄化触媒の劣化判定を実行する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
2. 請求項１に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は、前記酸素濃度が所定値以上であり、かつ、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。
3. 請求項１又は２に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は、空燃比が理論空燃比もしくはリーン空燃比であり、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。
4. 請求項２又は３に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記排気浄化触媒は、空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を有し、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に尿素を噴射する尿素噴射手段を更に備え、
   前記劣化判定手段は、前記尿素噴射手段による尿素噴射中に、前記劣化判定を実行することを特徴とする触媒劣化判定装置。
5. 請求項１に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は、空燃比がリッチ空燃比であり、かつ酸素存在下で、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。
6. 請求項２から５の何れかに記載の触媒劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は、前記排気浄化触媒において酸素存在下でアンモニアの酸化反応が起こらない場合に、前記排気浄化触媒が劣化したと判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。
7. 請求項１に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記排気浄化触媒は、空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられたＮＯｘ選択還元触媒とを有し、
   前記劣化判定手段は、空燃比がリッチ空燃比である場合に、前記ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を実行することを特徴とする触媒劣化判定装置。
8. 請求項７に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は、前記酸素濃度が所定値以下であり、かつ、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したと判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。
9. 請求項１に記載の触媒劣化判定装置において、
   前記排気浄化触媒は、空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられたＮＯｘ選択還元触媒とを有し、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に尿素を噴射する尿素噴射手段を更に備え、
   前記劣化判定手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒からアンモニアが排出されるように前記尿素噴射手段によって尿素噴射中に、前記ＮＯｘ選択還元触媒の劣化判定を実行することを特徴とする触媒劣化判定装置。
10. 請求項９に記載の触媒劣化判定装置において、
    前記劣化判定手段は、前記酸素濃度が所定値以上であり、かつ、前記アンモニア濃度が所定値以上である場合に、前記ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したと判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。

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