JP6278039B2 - 選択還元型触媒の劣化診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）の劣化を診断する技術に関する。

特許文献１には、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化触媒と、排気浄化触媒より上流の排気通路に配置される空燃比センサと、排気浄化触媒より下流の排気通路に配置される空燃比センサと、を備え、排気浄化触媒が活性し始める低温状態にあるときに、２つの空燃比センサの出力差（以下、「センサ出力差」と称する）に基づいて、排気浄化触媒の劣化を診断する技術が開示されている。また、特許文献１には、前記排気浄化触媒としてＳＣＲ触媒が使用される場合にも、上記した方法による診断を適用することができると示唆されている。

特開２００４−２８５８４０号公報

ところで、上記した従来技術によると、空燃比センサのバラツキ等に起因して、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合におけるセンサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化している場合におけるセンサ出力差との差が小さくなる可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化度合が小さい場合等に、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く検出することができない可能性がある。これに対し、ＳＣＲ触媒より上流の排気通路に前段触媒を配置し、且つセンサ出力差を計測する際に前記前段触媒において水性ガスシフト反応を誘発させる方法が考えられる。この方法によって計測されるセンサ出力差には、ＳＣＲ触媒による水素消費能力に起因する差分が上乗せされるため、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合におけるセンサ出力差とＳＣＲ触媒が劣化している場合におけるセンサ出力差との差を拡大させることができる。このように、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う際に、ＳＣＲ触媒の水素消費能力を利用することは有効である。

しかしながら、前段触媒の硫黄被毒を解消するための処理であるＳパージ処理が実行されると、前段触媒から脱離する硫黄成分によってＳＣＲ触媒が硫黄被毒する可能性がある。ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している場合は硫黄被毒していない場合に比べ、ＳＣＲ触媒の水素消費能力が低くなる。よって、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態において、ＳＣＲ触媒の水素消費能力を利用した方法によるＳＣＲ触媒の劣化診断が行われると、熱劣化や経年劣化等のように、不可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下を伴う劣化を精度良く検出することができない可能性がある。

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、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、の出力差であるセンサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化を診断する、選択還元型触媒の劣化診断装置において、診断精度の低下を抑制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、前段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時におけるセンサ出力差に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を診断する処理である診断処理を実行する、選択還元型触媒の劣化診断装置において、前段触媒のＳパージ処理の実行に起因してＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態にあるときは、診断処理を行わないようにした。

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前段触媒と、前記前段触媒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機能を有するＳＣＲ触媒と、前記前段触媒と前記ＳＣＲ触媒との間の排気通路に設けられ、前記ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第一空燃比センサと、前記ＳＣＲ触媒より下流の排気通路に設けられ、前記ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、を備える排気浄化システムに適用される、選択還元型触媒の劣化診断装置である。前記劣化診断装置は、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、前記前段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と、該誘発処理の実行により前記前段触媒で水性ガスシフト反応が発生している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の積算値である総センサ出力差に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の劣化を診断する処理である診断処理と、を実行するコントローラを備える。そして、前記コントローラは、前記前段触媒の硫黄被毒を解消する処理であるＳパージ処理が終了されてから、前記ＳＣＲ触媒の温度が該ＳＣＲ触媒から硫黄成分が脱離する温度である脱離温度以上となる状態で前記ＳＣＲ触媒へ酸素が供給されると推定される期間である脱離期間が所定期間を超えるまでは、前記診断処理の実行を禁止する。

なお、ここでいう「ＳＣＲ触媒の劣化」とは、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒した場合のような可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下ではなく、ＳＣＲ触媒が熱劣化や経年劣化した場合のような不可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下を指すものとする。また、「ＳＣＲ触媒へ酸素が供給されると推定される」とは、ＳＣＲ触媒に吸着されている硫黄成分の脱離に寄与する酸素を含む排気がＳＣＲ触媒へ流入すると推定される状態であり、例えば、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比になると推定される状態である。「脱離期間」は、連続した期間に限られず、断続した期間であってもよい。また、「診断処理の実行を禁止する」とは、診断処理の実行条件（以下、「診断条件」と称する）が成立した場合であっても、診断処理の実行を禁止する態様、又はＳＣＲ触媒が硫黄被毒していないことを前記診断条件の１つに含める態様を含む。「所定期間」は、ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上となる状態でＳＣＲ触媒へ酸素が供給される条件下において、前段触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消されるまでに要すると考えられる期間である。

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、ＳＣＲ触媒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、混合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のに伴って、前段触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替わるとともに、ＳＣＲ触媒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へ切り替わる。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ＳＣＲ触媒から流出する。そのため、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比より高くなる。その結果、第一空燃比センサの測定値と第二空燃比センサの測定値との間には、ＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量に起因する差が生じる。

また、誘発処理の実行によって混合気の空燃比が所定のリッチ空燃比になっているときは、前段触媒において、水性ガスシフト反応が生起されることで、水素が生成される。前段触媒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）。一方、前段触媒において生成された水素がＳＣＲ触媒へ流入すると、その水素がＳＣＲ触媒によって水に転化されることで消費される。その結果、第二空燃比センサのリッチずれは、第一空燃比センサのリッチずれより小さくなる。よって、第一空燃比センサの測定値と第二空燃比センサの測定値との間には、ＳＣＲ触媒によって消費される水素の量に起因する差も生じる。

上記したように、誘発処理の実行によって前段触媒で水性ガスシフト反応が発生している期間（以下、「反応発生期間」と称する）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間には、ＳＣＲ触媒から脱離した酸素の量に起因する差に加え、ＳＣＲ触媒によって消費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、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能に加え、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能力及び水素消費能力が劣化する。そのため、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、前記反応発生期間中にＳＣＲ触媒から脱離する酸素の量が少なくなるとともに、ＳＣＲ触媒において消費される水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。

上記したように、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合は、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能力と水素消費能力との相乗効果によって前記反応期間中におけるセンサ出力差が大きくなるのに対し、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は、ＳＣＲ触媒の酸素吸蔵能力の劣化と水素消費能力の劣化との相乗効果によって前記反応期間中におけるセンサ出力差が小さくなる。そのため、前記反応発生期間における総センサ出力差は、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合と劣化している場合とで大きく相違する。

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、第一空燃比センサや第二空燃比センサのバラツキ（個体差）に起因する誤差がそれらセンサの測定値に含まれる場合であっても、その誤差の影響が相対的に小さくなる。よって、ＳＣＲ触媒の劣化診断を精度良く行うことが可能になる。

ところで、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している場合は硫黄被毒していない場合に比べ、前記反応発生期間中にＳＣＲ触媒で消費される水素の量が少なくなる。そのため、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されると、前記反応発生期間における総センサ出力差が小さくなる。よって、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて、診断処理が実行されると、不可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下を伴う劣化を精度良く検出することができない可能性がある。

ここで、ＳＣＲ触媒の硫黄被毒は、前段触媒のＳパージ処理が実行されたときに発生しやすい。つまり、前段触媒のＳパージ処理が実行されたときに、前段触媒から脱離する硫黄成分は、該前段触媒より下流に配置されるＳＣＲ触媒に吸着される。その結果、ＳＣＲ
触媒の硫黄被毒が発生する。一方、ＳＣＲ触媒に吸着した硫黄成分は、ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上となる状態で該ＳＣＲ触媒へ酸素が供給されているときに、ＳＣＲ触媒から脱離する。

そこで、本発明の選択還元型触媒の劣化診断装置は、前段触媒のＳパージ処理が終了されてから、ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上となる状態でＳＣＲ触媒へ酸素が供給されると推定される期間である脱離期間が所定期間を超えるまでは、診断処理の実行を禁止する。ここでいう「所定期間」は、前述したように、ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上となる状態でＳＣＲ触媒へ酸素が供給される条件下において、前段触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消されるまでに要すると考えられる期間である。そのため、前段触媒のＳパージ処理が終了してから前記脱離期間が所定期間を超えるまでは、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態にあるとみなすことできる。よって、前段触媒のＳパージ処理が終了されてから、前記脱離期間が所定期間を超えるまでの期間において、診断処理の実行が禁止されれば、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されることが抑制される。その結果、ＳＣＲ触媒の硫黄被毒に起因する診断精度の低下を抑制することができる。

ここで、前記コントローラは、前記前段触媒のＳパージ処理が終了されてから、前記選択還元型触媒の温度が該選択還元型触媒から硫黄成分が脱離する温度である脱離温度以上となる状態で前記選択還元型触媒へ酸素が供給されると推定される条件が成立する時間の積算値に相関する積算時間計算値を演算し、その積算時間計算値が所定の脱離所要時間を超えたときに、前記脱離期間が前記所定期間を超えたと判定してもよい。ここでいう「脱離所要時間」は、ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上となる状態でＳＣＲ触媒へ酸素が供給される条件下において、前段触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消するまでに要すると考えられる時間である。このような構成によれば、前段触媒のＳパージ処理が終了されてから、前記積算時間計算値が前記脱離所要時間を超えるまでは、診断処理の実行が禁止される。そのため、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されることが抑制される。

なお、本願発明者らの知見によれば、脱離温度以上の温度領域には、第１温度範囲と、該第１温度範囲より高い第２温度範囲と、該第２温度範囲より高い第３温度範囲が含まれ、且つＳＣＲ触媒の温度が第１温度範囲、又は第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒の温度が第２温度範囲に属しているときに比べ、ＳＣＲ触媒から硫黄成分が脱離しやすくなる。そこで、前記コントローラは、前記脱離期間において、前記選択還元型触媒の温度が前記第１温度範囲、又は前記第３温度範囲に属しているときは、前記選択還元型触媒の温度が前記第２温度範囲に属しているときに比べ、前記積算時間計算値の１回あたりの更新量を大きくしてもよい。このような構成によれば、上記した３つの温度範囲のうち、ＳＣＲ触媒から硫黄成分が脱離しやすい温度範囲にＳＣＲ触媒の温度が属しているときは、前記積算時間計算値の１回あたりの更新量が大きくなる。その結果、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消される時期をより正確に判定することができる。よって、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消する前に診断処理が実行されたり、又は該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消された後も診断処理の実行が禁止されたりすることをより確実に抑制することができる。

また、本願発明者らは、前段触媒のＳパージ処理の実行時におけるＳＣＲ触媒の温度が低い場合は高い場合に比べ、前記Ｓパージ処理終了後の脱離期間においてＳＣＲ触媒から硫黄成分が脱離しやすくなるという知見を得た。このような知見によれば、前段触媒のＳパージ処理の実行時におけるＳＣＲ触媒の温度が低い場合は高い場合に比べ、前段触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が早く解消されるといえる。そこで、前記
コントローラは、前段触媒のＳパージ処理の実行時におけるＳＣＲ触媒の温度が低い場合は高い場合に比べ、前記積算時間計算値の１回あたりの更新量を大きくしてもよい。このような構成によれば、前段触媒のＳパージ処理の実行時におけるＳＣＲ触媒の温度が低い場合は高い場合に比べ、積算時間計算値が脱離所要時間を超えるまでに要する時間が短くなる。その結果、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消される時期をより正確に判定することができる。よって、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消する前に診断処理が実行されたり、又は該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消された後も診断処理の実行が禁止されたりすることをより確実に抑制することができる。

次に、前記コントローラは、前記脱離期間において、ＳＣＲ触媒へ供給される酸素量をパラメータとして、該ＳＣＲ触媒から単位時間あたりに脱離する硫黄成分量に相関する物理量である瞬時脱離量相関値を演算し、その瞬時脱離量相関値の積算値が所定脱離量を超えたときに、前記脱離期間が前記所定期間を超えたと判定してもよい。すなわち、前記コントローラは、前記瞬時脱離量相関値の積算値と前記所定脱離量とを比較することにより、前記脱離期間が前記所定期間を超えたか否かを判定してもよい。ここでいう「所定脱離量」は、前段触媒のＳパージ処理が実行されたときにＳＣＲ触媒に吸着されると推定される硫黄成分の量である。前段触媒のＳパージ処理が実行されたときにＳＣＲ触媒に吸着される硫黄成分の量は、前段触媒のＳパージ処理が実行されたときに該前段触媒から脱離する硫黄成分の量、つまり前段触媒のＳパージ処理が開始されたときに該前段触媒に吸着していた硫黄成分の量に相関する。よって、前記所定脱離量は、前段触媒のＳパージ処理が開始された際に該前段触媒に吸着していた硫黄成分の量に設定されてもよい。このような構成によれば、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消される時期をより正確に判定することができる。その結果、ＳＣＲ触媒が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されることがより確実に抑制される。

なお、前記脱離期間において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ供給される酸素の量が多いときは少ないときに比べ、単位時間あたりにＳＣＲ触媒から脱離する量が多くなる。よって、前記瞬時脱離量相関値としては、前記脱離期間において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ供給される酸素の量を用いてもよく、又は前記脱離期間において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ供給される酸素量に基づいて演算される、単位時間あたりにＳＣＲ触媒から脱離する硫黄成分の量を用いてもよい。

上記したように、前記瞬時脱離量相関値の積算値と前記所定脱離量とを比較することによって、前記脱離期間が前記所定期間を超えたか否かを判定する構成において、前記脱離期間におけるＳＣＲ触媒の温度が前記第１温度範囲、又は前記第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒の温度が前記第２温度範囲に属しているときに比べ、前記瞬時脱離量相関値を大きな値にしてもよい。このような構成によれば、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消される時期をより正確に判定することができる。

また、前記瞬時脱離量相関値の積算値と前記所定脱離量とを比較することによって、前記脱離期間が前記所定期間を超えたか否かを判定する構成において、前段触媒のＳパージ処理の実行時におけるＳＣＲ触媒の温度が低いときは高いときに比べ、前記瞬時脱離量相関値を大きな値にしてもよい。このような構成によれば、前段触媒のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消される時期をより正確に判定することができる。

本発明によれば、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第一空燃比センサと、ＳＣＲ触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、の出力差であるセンサ出力差に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化を診断する、選択還元型触媒の劣化診断装置において、診断精度の低下を抑制することができる。

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。 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Ｒａｆ１と第二空燃比センサの測定値Ｒａｆ２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ルーチンを示すフローチャートである。 第１の実施形態において、ＮＳＲ触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消されたか否かを判別する際に、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。 ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上である場合における、ＳＣＲ触媒の温度ＴｓｃｒとＳＣＲ触媒から流出する排気のＳ濃度との相関を示す図である。 第１の実施形態の変形例１において、ＮＳＲ触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消されたか否かを判別する際に、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。 ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上である場合における、ＳＣＲ触媒の温度Ｔｓｃｒと、ＮＳＲ触媒のパージ処理実行時におけるＳＣＲ触媒の温度Ｔｓｃｒｐと、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＳ濃度との相関を示す図である。 第２の実施形態において、ＮＳＲ触媒のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒の硫黄被毒が解消されたか否かを判別する際に、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。 ＳＣＲ触媒の温度が脱離温度以上である場合における、瞬時供給量Ａｏ２と瞬時脱離量Ａｍｓとの相関を示す図である。

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。

＜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４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。

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「前段触媒」としての吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と記す）４０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５０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。

このように構成された内燃機関１には、本発明に係わる「コントローラ」としての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のＳＣＲ触媒５０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。なお、ＳＣＲ触媒５０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、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のＳＣＲ触媒５０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。なお、ＳＣＲ触媒５０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のＳＣＲ触媒５０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、図示しない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のＮＳＲ触媒４０は、該ＮＳＲ触媒４０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ＮＳＲ触媒４０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４０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４０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４０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４０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。

また、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０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５０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４０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４０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４０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５０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５０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のＮＳＲ触媒４０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５０が劣化した場合は、ＳＣＲ触媒５０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５０の劣化を診断する方法について述べる。なお、ここでいう「ＳＣＲ触媒５０の劣化」とは、後述する硫黄被毒のような可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下ではなく、不可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下を指す。

ＳＣＲ触媒５０は、該ＳＣＲ触媒５０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５０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５０から脱離する。このようなＳＣＲ触媒５０の酸素吸蔵能力は、該ＳＣＲ触媒５０のＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する。例えば、ＳＣＲ触媒５０の劣化度合が大きい場合は小さい場合に比べ、ＮＯ_Ｘ浄化性能が低くなるとともに、酸素吸蔵容量が小さくなる。よって、ＳＣＲ触媒５０の酸素吸蔵容量を求めることで、ＳＣＲ触媒５０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５０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５０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５０から脱離する酸素の量は、ＳＣＲ触媒５０へ流入する排気の空燃比（又は酸素濃度）とＳＣＲ触媒５０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場合に、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（センサ出力差）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５０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ても、ＳＣＲ触媒５０から酸素が脱離するため、第二空燃比センサ８の測定値が直ちにリッチ空燃比とならずに理論空燃比を示す。その後、ＳＣＲ触媒５０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５０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５０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５０の劣化診断を行うことができる。

ところで、ＳＣＲ触媒５０が劣化していない正常な状態にあるときの酸素吸蔵容量は、セリア等の酸素吸蔵材を含む三元触媒やＮＳＲ触媒４０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のバラツキに起因する誤差がそれらのセンサの測定値に含まれていると、ＳＣＲ触媒５０の酸素吸蔵容量を精度良く求めることができず、ＳＣＲ触媒５０の劣化度合を精度良く診断することができない可能性がある。

そこで、本実施例においては、ＳＣＲ触媒５０の劣化を診断する際に、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０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のＮＳＲ触媒４０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。

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４０によって生成される水素の量は、ＮＳＲ触媒４０へ流入する排気の空燃比によって変化する。例えば、ＮＳＲ触媒４０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４０によって生成される水素の量が多くなる。よって、誘発処理の実行時にＮＳＲ触媒４０において十分な量の水素を生成させるためには、前記所定のリッチ空燃比を可能な限り低くすることが望ましい。しかしながら、前記所定のリッチ空燃比が過剰に低くなると、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くなる。そこで、本実施例においては、前記所定のリッチ空燃比は、ＮＳＲ触媒４０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。

ここで、誘発処理の具体的な実行方法について図２のタイミングチャートに沿って説明する。図２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Ｒａｆ１、及び第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２の経時変化を示すタイミングチャートである。なお、図２に示す測定値は、ＳＣＲ触媒５０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２において、誘発処理が開始されると（図２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変更される。それに伴い、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０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のＮＳＲ触媒４０へ流入すると、ＮＳＲ触媒４０に吸蔵されていた酸素が該ＮＳＲ触媒４０から脱離するため、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０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４０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Ｒａｆ１及び第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２が理論空燃比を示す。

その後、前記ＮＳＲ触媒４０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のＮＳＲ触媒４０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２中のｔ２）。ただし、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０から全ての酸素が脱離し終わると、ＮＳＲ触媒４０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４０において、内燃機関１において所定のリッチ空燃比の混合気が燃焼された際に生成される還元成分（一酸化炭素）と排気中の水との反応が生起される。その結果、水素と二酸化炭素が生成される。このような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Ｒａｆ１は、実際の排気の空燃比（図２中の一点鎖線）より低い空燃比（図２中の実線）にずれる。これに対し、前記水性ガスシフト反応によって生成された水素が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０へ流入すると、ＳＣＲ触媒５０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、前記水性ガスシフト反応によって生成された水素は、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０により水へ転化されることで消費される。その結果、第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２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のＳＣＲ触媒５０へ前記所定のリッチ空燃比の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒５０から酸素が脱離するため、第二空燃比センサ８の測定値Ｒａｆ２が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０へ流入する排気の実際の空燃比より高い理論空燃比になる。よって、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との間には、第二触媒ケーシング５のＳ
ＣＲ触媒５０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５０によって消費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５０に吸蔵されていた全ての酸素が脱離した後（図２中のｔ３以降）においても、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０により水素が生成されて、その水素が第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０で消費されるため、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２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行された際にＳＣＲ触媒５０が劣化していれば、ＳＣＲ触媒５０の酸素吸蔵能力と水素消費能力との双方が劣化していることになるため、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０へリッチ空燃比の排気が流入する期間、言い換えると、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０において水性ガスシフト反応が発生する期間（図２中のｔ２〜ｔ４の期間であって、以下では「反応発生期間」と称する）において、ＳＣＲ触媒５０から脱離する酸素の量が減少するとともに、ＳＣＲ触媒５０で消費される水素の量も減少する。すなわち、誘発処理が実行された際にＳＣＲ触媒５０が劣化していれば、ＳＣＲ触媒５０の酸素吸蔵能力の劣化と水素消費能力の劣化との相乗効果により、前記反応発生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（センサ出力差）の積算値である総センサ出力差が小さくなる。これに対し、誘発処理が実行された際にＳＣＲ触媒５０が劣化していなければ、ＳＣＲ触媒５０の酸素吸蔵能力と水素消費能力との相乗効果により、前記反応発生期間における総センサ出力差が大きくなる。したがって、ＳＣＲ触媒５０が劣化していない場合の総センサ出力差とＳＣＲ触媒５０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、本実施形態では、前記反応発生期間における総センサ出力差が所定の閾値以上であればＳＣＲ触媒５０が劣化していないと診断し、前記反応発生期間における総センサ出力差が所定の閾値未満であればＳＣＲ触媒５０が劣化していると診断する処理（診断処理）を行うようにした。ここでいう「所定の閾値」は、ＳＣＲ触媒５０が正常と劣化との境界にあるときの総センサ出力差に相当する。このような所定の閾値は、予め実験的に求めておくものとする。

ところで、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している場合は硫黄被毒していない場合に比べ、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒５０で消費される水素の量が少なくなる。これは、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒すると、ＳＣＲ触媒５０の遷移金属に硫黄成分が吸着することで、前記遷移金属と結合する水酸化物イオン（ＯＨ）の量が減少するため、それに伴って誘発処理の実行時に水素と反応する水酸化物イオン（ＯＨ）の量が少なくなることに因ると考えられる。また、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している場合は硫黄被毒していない場合に比べ、誘発処理の実行時にＳＣＲ触媒５０から脱離する酸素の量が少なくなる可能性もある。よって、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されると、熱劣化や経年劣化等のように不可逆的なＮＯ_Ｘ浄化性能の低下を伴う劣化を精度良く検出することができない可能性がある。

ここで、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒は、主として第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０の硫黄被毒を解消する処理（Ｓパージ処理）が実行された際に発生すると考えられる。すなわち、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際に、ＮＳＲ触媒４０から脱離した硫黄成分は、該ＮＳＲ触媒４０より下流に配置されるＳＣＲ触媒５０の遷移金属に吸着する。その結果、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が発生すると考えられる。一方、ＳＣＲ触媒５０に吸着された硫黄成分は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが所定の脱離温度Ｔｄｓｐ（例えば、３５０℃）以上となる状態で、該ＳＣＲ触媒５０へ酸素が供給される条件下において、ＳＣＲ触媒５０から脱離する。

そこで、本実施形態では、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が終了してから、ＳＣＲ触媒５０が前記脱離温度Ｔｄｓｐ以上となる状態で該ＳＣＲ触媒５０へ酸素が供給されると推定される条件（以下、「脱離条件」と称する）が成立した期間（脱離期間）が所定期間を超えるまでは、診断処理の実行を禁止するようにした。なお、ここでいう「脱離期間」は、前記脱離条件が連続的に成立した期間に限られず、前記脱離条件が断続的に成立した期間であってもよい。前記脱離期間が前記所定期間を超えたか否かを判別する方法としては、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理終了後において、前記脱離条件が成立した時間の積算値に相関する計算値（積算時間計算値）Ｐｄｓｐを演算し、その積算時間計算値Ｐｄｓｐが脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを超えたか否かを判別する方法を用いることができる。ここでいう「脱離所要時間Ｐｔｈｒｅ」は、前記脱離条件が成立している状態において、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消するまでに要する時間である。このような脱離所要時間Ｐｔｈｒｅは、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際に、ＮＳＲ触媒４０から脱離する硫黄成分の量に相関する。ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理は、ＮＳＲ触媒４０の硫黄被毒量が所定の上限量に達したときに実行されるため、Ｓパージ処理の実行時にＮＳＲ触媒４０から脱離する硫黄成分の量は、前記所定の上限量と略等しいと考えられる。よって、前記脱離所要時間Ｐｔｈｒｅは、前記所定の上限量と同量の硫黄成分がＳＣＲ触媒５０に吸着している状態を想定して定めればよい。

以下、本実施形態においてＳＣＲ触媒５０の劣化を診断する手順について図３及び図４に沿って説明する。図３は、ＥＣＵ６がＳＣＲ触媒５０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３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３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り、且つ第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０及び第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０が活性しており、且つ第一空燃比センサ７及び第二空燃比センサ８が正常であることである。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５０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５０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５０の温度Ｔｓｃｒが変化する可能性があり、その温度変化に対する水素消費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５０の温度変化に対する水素消費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５０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、禁止フラグがオフであるか否かを判別する。禁止フラグは、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行されるときに“オン”にされ、該Ｓパージ処理の終了後においてＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されたと判定されたときに“オフ”にされるフラグであり、予めバックアップＲＡＭ等の所定の記憶領域に設定されている。

ここで、前記禁止フラグをオンからオフへ切り替える手順について、図４に沿って説明する。図４は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されたか否かを判別する際に、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４の処理ルーチンは、予めＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の運転期間中にＥＣＵ６によって繰り返し実行される。

図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ２０１の処理において、前述の禁止フラグがオンであ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、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０２の処理へ進む。

Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前述の脱離温度Ｔｄｓｐ以上であるか否かを判別する。ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒは、排気温度センサ９の測定値から推定される。なお、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に温度センサが取り付けられている場合は、該温度センサの測定値と排気温度センサ９の測定値との差に基づいて、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが推定されてもよい。Ｓ２０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０３の処理へ進む。

Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒５０が酸化雰囲気にあるか否かを判別する。ここでいう「酸化雰囲気」とは、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０へ酸素が供給されると推定される状態を示す。ＳＣＲ触媒５０へ酸素が供給されると推定される状態とは、ＳＣＲ触媒５０に吸着されている硫黄成分の脱離に寄与する酸素を含む排気がＳＣＲ触媒５０へ流入すると推定される状態であり、例えば、ＳＣＲ触媒５０へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比になると推定される状態である。そして、ＳＣＲ触媒５０へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比になると推定される状態としては、内燃機関１で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比にされている状態や、内燃機関１に対する燃料供給を停止するフューエルカット処理が実行されている状態が考えられる。よって、当該処理ルーチンが実行されるときに、混合気の空燃比がリーン空燃比にされている状態、又はフューエルカット処理が実行されている状態にあれば、ＳＣＲ触媒５０が酸化雰囲気にあると判定されればよい。なお、混合気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変更された直後、又は混合気の空燃比がリッチ空燃比にされた状態からフューエルカット処理が開始された直後においては、ＮＳＲ触媒４０の酸素吸蔵能によって排気中の酸素がＮＳＲ触媒４０に吸蔵されることで、ＳＣＲ触媒５０へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比より低い理論空燃比になる可能性がある。そのため、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０へ酸素が供給される状態をより正確に推定するという観点にたつと、第一空燃比センサ７により測定される排気の空燃比がリーン空燃比となる状態であれば、ＳＣＲ触媒５０が酸化雰囲気にあると判定し、第一空燃比センサ７により測定される排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となる状態であれば、ＳＣＲ触媒５０が酸化雰囲気にないと判定してもよい。

ここで、前記Ｓ２０２又は前記Ｓ２０３の処理において否定判定された場合は、前記脱離条件が成立していないとみなすことができるため、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ２０２及び前記Ｓ２０３の処理において肯定判定された場合は、前記脱離条件が成立しているとみなすことができるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０４の処理へ進む。

Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの前回の実行時において前記脱離条件が成立していたか否かを判別する。その際、前記Ｓ２０３の処理で肯定判定されたときにオンにされ、且つ前記Ｓ２０２の処理又は前記Ｓ２０３の処理で否定判定されたときにオフにされる脱離条件フラグをバックアップＲＡＭ等に予め設定しておき、その脱離条件フラグに基づいて、Ｓ２０４の処理における判定が行われてもよい。

前記Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合は、本処理ルーチンの前回の実行時か
ら今回の実行時までの期間にかけて前記脱離条件が成立していたとみなすことができる。そこで、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５の処理へ進み、積算時間計算値Ｐｄｓｐを更新する。積算時間計算値Ｐｄｓｐは、前述したように、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理終了後において、前記脱離条件が成立した時間の積算値に相関する計算値である。よって、ＥＣＵ６は、積算時間計算値の前回値に、本処理ルーチンの前回の実行時から今回の実行時までに要した時間（本処理ルーチンの実行周期）に相当する値を加算することで、積算時間計算値Ｐｄｓｐを更新する。ＥＣＵ６は、該Ｓ２０５の処理を実行した後に、Ｓ２０６の処理へ進む。

Ｓ２０６の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０５の処理において更新された後の積算時間計算値Ｐｄｓｐが脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを超えているか否かを判別する。脱離所要時間Ｐｔｈｒｅは、前述したように、前記脱離条件が成立する条件下において、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消するまでに要する時間である。よって、Ｓ２０６の処理において肯定判定された場合（Ｐｄｓｐ＞Ｐｔｈｒｅ）は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消したとみなすことができる。そこで、Ｓ２０６の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０７の処理へ進み、禁止フラグをオフにする。続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ２０８の処理へ進み、積算時間計算値Ｐｄｓｐを０にリセットする。一方、Ｓ２０６の処理で否定判定された場合（Ｐｄｓｐ≦Ｐｔｈｒｅ）は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が未だ解消されていないとみなすことができる。そのため、Ｓ２０６の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、禁止フラグをオフにすることなく、本処理ルーチンの実行を終了する。

ここで図３の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理において否定判定された場合（禁止フラグがオンの場合）は、前述したように、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が未だ解消していないとみなすことができるため、ＥＣＵ６は、誘発処理及び診断処理を実行せずに、本処理ルーチンを終了する。その結果、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された場合において、そのＳパージ処理が終了されてから、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されたと判定されるまでは、診断処理の実行が禁止される。よって、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されることが抑制される。一方、前記Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合（禁止フラグがオフの場合）は、前述したように、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が既に解消されているとみなすことができるため、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３以降の処理において、誘発処理及び診断処理を実行する。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、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所定のリッチ空燃比にすることで、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０へ流入する排気の空燃比を前記所定のリッチ空燃比まで低下させる。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１がリッチ空燃比を示しているか否かを判別する。Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０から脱離する酸素の働きにより、前記ＮＳＲ触媒４０の雰囲気が未だリッチ空燃比になっておらず、それに伴って該ＮＳＲ触媒４０において水性ガスシフト反応が未だ発生していないとみなすことができる（前述した図２中のｔ１〜ｔ２の期間）。よって、Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、該Ｓ１０４の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合は、前記ＮＳＲ触媒４０からの酸素の脱離が完了することで、該ＮＳＲ触媒４０の雰囲気がリッチ空燃比になっており、それに伴って該ＮＳＲ触媒４０において水性ガスシフト反
応が発生しているとみなすことができる（前述した図２中のｔ２〜ｔ４の反応発生期間）。よって、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。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、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。続いて、Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、反応発生期間の開始から現時点までの期間におけるセンサ出力差△Ａ／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、反応発生期間の開始から該Ｓ１０６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Ｓ１０５の処理の今回の実行時に算出されたセンサ出力差△Ａ／Ｆを加算することで、反応発生期間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。

Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ６は、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５０が劣化していない状態にあると仮定した場合に該ＳＣＲ触媒５０で単位時間あたりに消費される水素の量（基準消費量）△ｈ２ｓｔを推定する。基準消費量△ｈ２ｓｔは、ＳＣＲ触媒５０へ流入する排気の空燃比とＳＣＲ触媒５０へ流入する排気に含まれる還元剤の量とに相関する。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４０で生成された水素を含む。そこで、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のＳＣＲ触媒５０へ流入する排気に含まれる還元剤の量を算出する。次いで、ＥＣＵ６は、前記還元剤の量と第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１とをパラメータとして、基準消費量△ｈ２ｓｔを算出する。

Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ６は、反応発生期間の開始から現時点までの期間における基準消費量△ｈ２ｓｔの積算値（以下、「総基準消費量」と称する）Σ△ｈ２ｓｔを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、反応発生期間の開始から該Ｓ１０８の前回の実行時までの期間における基準消費量△ｈ２ｓｔの積算値Σ△ｈ２ｓｔｏｌｄに、前記Ｓ１０７の処理の今回の実行時に算出された基準消費量△ｈ２ｓｔを加算することで、反応発生期間の開始から現時点までの期間における総基準消費量Σ△ｈ２ｓｔを算出する。

Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０８の処理で算出された総基準消費量Σ△ｈ２ｓｔ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５０が劣化していない場合の総センサ出力差とＳＣＲ触媒５０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Ｓ１０９の処理において否定判定された場合（Σ△ｈ２ｓｔ＜Ｔｈｒｅｈ２）は、Ｓ１０５の処理へ戻り、誘発処理を引き続き実行する。一方、前記Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合（Σ△ｈ２ｓｔ≧Ｔｈｒｅｈ２）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進み、誘発処理を終了する。つまり、ＥＣＵ６は、第一触媒ケーシング４のＮＳＲ触媒４０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。このように総基準消費量Σ△ｈ２ｓｔ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５０の劣化状態が大きく変化しない限り、反応発生期間中にＳＣＲ触媒５０で消費される水素の総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Σ△Ａ／Ｆのばらつきが緩和され、ＳＣＲ触媒５０の劣化状態がより正確に総センサ出力差Σ△Ａ
／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５０の劣化状態を正確に診断することが可能になる。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ１１０の処理を実行し終えると、Ｓ１１１以降の処理において、診断処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ６は、先ずＳ１１１の処理において、前記Ｓ１０６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、前記総基準消費量Σ△ｈ２ｓｔが前記目標量Ｔｈｒｅｈ２以上となる期間にわたって誘発処理が実行された場合において、前記反応発生期間における総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆが該所定の閾値Ｔｈｒｅａ／ｆを下回ると、ＳＣＲ触媒５０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Ｓ１１１の処理において肯定判定された場合（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５０が劣化していない（正常）と判定する。一方、前記Ｓ１１１の処理において否定判定された場合（Σ△Ａ／Ｆ＜Ｔｈｒｅａ／ｆ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１３の処理へ進み、第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０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、Ｓ１１２の処理又はＳ１１３の処理を実行し終えると、Ｓ１１４の処理へ進み、総センサ出力差ΣΔＡ／Ｆ、及び総基準消費量Σ△ｈ２ｓｔの値を０にリセットして、本処理ルーチンの実行を終了する。

上記したように、ＥＣＵ６が図３及び図４の処理ルーチンを実行することにより、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されていないときは、診断処理の実行が禁止される。よって、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒していない状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差Σ△Ａ／Ｆに基づいて診断処理が実行されることになるため、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒に起因する診断精度の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因してＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している状態にあるときは、禁止フラグをオンにすることで、診断処理の実行を禁止する例について述べた。これに対し、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒していないという条件を、前記診断条件の１つに加えることで、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因してＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒しているときは診断処理が実行されないようにしてもよい。

また、図３の処理ルーチンでは、総基準消費量Σ△ｈ２ｓｔに基づいて誘発処理の終了時期を判定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のＳＣＲ触媒５０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決定してもよい。

（実施形態１の変形例１）
前記脱離条件が成立している状態において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒５０から脱離する硫黄成分の量（以下、「瞬時脱離量」と称する）は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに相関する。図５は、前記脱離条件が成立している場合における、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒと該ＳＣＲ触媒５０から流出する排気に含まれる硫黄成分（例えば、二酸化硫黄（ＳＯ_２））の濃度（Ｓ濃度）との相関を示す図である。なお、図５中のグラフは、ＳＣＲ触媒５０の温度以外の条件が同一の下で、各温度におけるＳ濃度をプロットした結果の近似曲線である。また、図５中のＴ１は、前述の脱離温度Ｔｄｓｐに相当し、図５中のＴ４は、内燃機関１の運転期間中にＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが取り得る最大の温度を示す。図５に示すように、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが図５中のＴ１〜Ｔ２の温度範囲（第１温度範囲）に属するときは、該第１温度範囲より高い第２温度範囲（図５中のＴ
２〜Ｔ３の温度範囲）に属するときに比べ、Ｓ濃度が大きくなる。また、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第２温度範囲より高い第３温度範囲（図５中のＴ３〜Ｔ４の温度範囲）に属するときは、前記第１温度範囲又は前記第２温度範囲に属するときに比べ、Ｓ濃度が大きくなる。

図５に示すような相関を踏まえると、ＳＣＲ触媒５０に吸着している硫黄成分は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第２温度範囲に属する場合より前記第１温度範囲又は前記第３温度範囲に属する場合の方が脱離しやすく、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第１温度範囲に属する場合より前記第３温度範囲に属する場合の方が脱離しやすいといえる。よって、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記脱離温度Ｔｄｓｐ以上であるときの瞬時脱離量Ａｍｓは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第２温度範囲に属する場合より前記第１温度範囲又は前記第３温度範囲に属する場合の方が多くなり、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第１温度範囲に属する場合より前記第３温度範囲に属する場合の方が多くなると考えられる。

そこで、ＥＣＵ６は、前記脱離条件が成立している場合において、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲又は第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第２温度範囲に属しているときに比べ、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量を大きくし、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲に属しているときに比べ、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量を大きくしてもよい。

ここで、前記禁止フラグをオンからオフへ切り替える手順について、図６に沿って説明する。図６中において、前述した図４の処理ルーチンと同様の処理には同一の符合を付している。図６の処理ルーチンでは、前述した図４の処理ルーチンにおけるＳ２０５の処理の代わりに、Ｓ２０５１〜Ｓ２０５５の処理が実行される。

Ｓ２０５１の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第１温度範囲に属しているか否かを判別する。Ｓ２０５１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５２の処理へ進み、積算時間計算値の前回値Ｐｄｓｐｏｌｄに第１更新量ａ１を加算することで、新たな積算時間計算値Ｐｄｓｐ（＝Ｐｄｓｐｏｌｄ＋ａ１）を演算する。一方、Ｓ２０５１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５３の処理へ進む。

Ｓ２０５３の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第２温度範囲に属しているか否かを判別する。Ｓ２０５３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５４の処理へ進み、積算時間計算値の前回値Ｐｄｓｐｏｌｄに前記第１更新量ａ１より小さい第２更新量ａ２を加算することで、新たな積算時間計算値Ｐｄｓｐ（＝Ｐｄｓｐｏｌｄ＋ａ２）を演算する。一方、Ｓ２０５３の処理において否定判定された場合は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第３温度範囲に属していることになるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５５の処理へ進む。

Ｓ２０５５の処理では、ＥＣＵ６は、積算時間計算値の前回値Ｐｄｓｐｏｌｄに前記第１更新量ａ１より大きい第３更新量ａ３を加算することで、新たな積算時間計算値Ｐｄｓｐ（＝Ｐｄｓｐｏｌｄ＋ａ３）を演算する。

上記したような手順によれば、上記した３つの温度範囲のうち、瞬時脱離量が相対的に多くなる温度範囲にＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが属しているときは、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量も相対的に大きくされる。その結果、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理の終了後において、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解
消される時期をより正確に判定することが可能になる。そのため、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されることをより確実に抑制することができる。よって、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒に起因する診断精度の低下をより確実に抑制することが可能になる。

（実施形態１の変形例２）
前記脱離条件が成立している状態における瞬時脱離量は、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに加え、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒｐにも相関する。例えば、図７に示すように、瞬時脱離量Ａｍｓは、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒｐが高い場合より低い場合の方が多くなる。そこで、前述した図５の相関の代わりに図７の相関に基づいて、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量を変更してもよい。詳細には、ＥＣＵ６は、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに基づいて、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量を変更することに加え、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理の実行時におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒｐが低い場合は高い場合に比べ、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量を大きくするようにしてもよい。このような方法によれば、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消された時期をより正確に判定することができる。

なお、前述した実施形態１の変形例１、及び変形例２では、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒや、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに応じて、積算時間計算値Ｐｄｓｐの１回あたりの更新量を変更する方法を例示したが、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒや、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに応じて、脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを補正する方法を用いてもよい。例えば、前記脱離条件が成立している状態において、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第２温度範囲に属しているときは脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを補正せず、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲、又は第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲、又は第３温度範囲に属している時間が長くなるほど脱離所要時間Ｐｔｈｒｅが短くなるように補正すればよい。その際、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲に属しているときに比べ、脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを短くする際の補正量を大きくするものとする。また、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが低い場合は高い場合に比べ、脱離所要時間Ｐｔｈｒｅが短くなるように補正してもよい。これらの方法により脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを補正する態様は、前記脱離期間が前記所定期間を超えるまでは診断処理の実行を禁止する、という技術的思想に実質的に含まれる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図８乃至図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施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４０のＳパージ処理の終了後において、前述の脱離条件が成立した期間（脱離期間）が前記所定期間を超えたか否かを判別する方法にある。すなわち、前述した第１の実施形態では、積算時間計算値Ｐｄｓｐをパラメータとして、上記の判別を行う例について述べた。これに対し、本実施形態では、前記脱離条件が成立している状態において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒５０から脱離する硫黄成分量に相関する物理量（瞬時脱離量相関値）を積算し、その積算値をパラメータとして、上記の判別を行う例について述べる。なお、本実施形態では、上記した
瞬時脱離量相関値として、前記脱離条件が成立している状態において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒５０から脱離する硫黄成分の量（瞬時脱離量）Ａｍｓを用いる例について述べる。

ここで、本実施形態において、前記禁止フラグをオンからオフへ切り替える手順について、図８に沿って説明する。図８は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されたか否かを判別する際に、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８中において、前述した図４の処理ルーチンと同様の処理には、同一の符合を付している。

図８の処理ルーチンでは、図４の処理ルーチンのＳ２０４乃至Ｓ２０６の処理の代わりに、Ｓ３０１乃至Ｓ３０３の処理が実行され、且つ図４の処理ルーチンのＳ２０８の処理の代わりに、Ｓ３０４の処理が実行される。先ず、Ｓ２０２及びＳ２０３の処理で肯定判定された場合（脱離期間中であると判定された場合）に、ＥＣＵ６は、Ｓ３０１の処理を実行する。Ｓ３０１の処理では、ＥＣＵ６は、瞬時脱離量Ａｍｓを演算する。瞬時脱離量Ａｍｓは、単位時間あたりにＳＣＲ触媒５０へ供給される酸素の量（以下、「瞬時供給量Ａｏ２」と称する）とＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒとに相関する。ここで、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前述の脱離温度Ｔｄｓｐ以上となる場合における、瞬時供給量Ａｏ２と瞬時脱離量Ａｍｓとの相関を図９に示す。図９に示すように、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが脱離温度Ｔｄｓｐ以上である場合における瞬時脱離量Ａｍｓは、瞬時供給量Ａｏ２が少ないときより多いときの方が多くなる。ただし、瞬時供給量Ａｏ２がある程度多くなると、瞬時脱離量Ａｍｓは略一定となる。また、前述の図５に示したように、前記脱離条件が成立している状態における瞬時脱離量Ａｍｓは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第２温度範囲に属する場合より前記第１温度範囲又は前記第３温度範囲に属する場合の方が多くなり、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第１温度範囲に属する場合より前記第３温度範囲に属する場合の方が多くなると考えられる。そこで、ＥＣＵ６は、Ｓ３０１の処理において、図５及び図９の相関に基づいて、瞬時脱離量Ａｍｓを演算する。その際、瞬時供給量Ａｏ２は、第一空燃比センサ７の測定値Ｒａｆ１と排気流量とから演算されるものとする。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ３０１の処理を実行した後に、Ｓ３０２の処理へ進む。Ｓ３０２の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が終了されてから現時点までの期間において、ＳＣＲ触媒５０から脱離した硫黄成分の総量（以下、「総脱離量」と称する）ΣＡｍｓを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が終了されてから該Ｓ３０２の前回の実行時までの期間における瞬時脱離量Ａｍｓの積算値ΣＡｍｓｏｌｄに、前記Ｓ３０１の処理の今回の実行時に算出された瞬時脱離量Ａｍｓを加算することで、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が終了されてから現時点までの期間における総脱離量ΣＡｍｓを算出する。

ＥＣＵ６は、前記Ｓ３０２の処理を実行し終えると、Ｓ３０３の処理へ進み、前記Ｓ３０２の処理で算出された総脱離量ΣＡｍｓが所定脱離量Ａｔｈｒｅを超えたか否かを判別する。ここでいう「所定脱離量Ａｔｈｒｅ」は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際にＳＣＲ触媒５０に吸着されると推定される硫黄成分の量である。ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際にＳＣＲ触媒５０に吸着される硫黄成分の量は、前述したように、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際にＮＳＲ触媒４０から脱離する硫黄成分の量、すなわち前記所定の上限量と略等しい。よって、前記所定脱離量Ａｔｈｒｅは、前記所定の上限量と同量に設定されればよい。

前記Ｓ３０３の処理において肯定判定された場合（ΣＡｍｓ＞Ａｔｈｒｅ）は、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が既に解消されているとみ
なすことができる。言い換えると、前記Ｓ３０３の処理において肯定判定された場合は、脱離期間が所定期間を超えたとみなすことができる。そこで、ＥＣＵ６は、Ｓ２０７の処理へ進み、禁止フラグをオフにする。続いて、ＥＣＵ６は、Ｓ３０４の処理へ進み、総脱離量ΣＡｍｓを０にリセットする。

一方、前記Ｓ３０３の処理において否定判定された場合（ΣＡｍｓ≦Ａｔｈｒｅ）は、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が未だ解消されていないとみなすことができる。言い換えると、前記Ｓ３０３の処理において否定判定された場合は、脱離期間が所定期間を超えていないとみなすことができる。そこで、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。

以上述べた手順によれば、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消される時期をより正確に判定することできるため、ＳＣＲ触媒５０が硫黄被毒している状態で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されることをより確実に抑制することができる。その結果、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒に起因する診断精度の低下をより確実に抑制することが可能になる。また、前述した第１の実施形態で述べた手順において、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒に起因する診断精度の低下を抑制するという観点にたつと、前記脱離所要時間Ｐｔｈｒｅを長めに設定する方法も考えられる。これに対し、本実施形態の手順によれば、ＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されたことを、正確且つ早期に検出することができるため、ＳＣＲ触媒５０の劣化診断をより早期に行えるようになるというメリットもある。

なお、本実施形態では、瞬時脱離量相関値として、瞬時脱離量Ａｍｓを用いる例について述べたが、図９に示したような相関を踏まえると、瞬時供給量Ａｏ２を用いてもよい。その場合、瞬時供給量Ａｏ２の積算値が所定の供給量を超えたことを条件として、脱離期間が所定期間を超えたと判定してもよい。また、図５又は図７に示した相関を踏まえると、瞬時供給量Ａｏ２のうち、ＳＣＲ触媒５０に吸着している硫黄成分の脱離に寄与する酸素の量は、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第２温度範囲に属する場合より前記第１温度範囲又は前記第３温度範囲に属する場合の方が多く、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが前記第１温度範囲に属する場合より前記第３温度範囲に属する場合の方が多くなると考えられる。そこで、このような特性に基づいて、瞬時供給量Ａｏ２のうち、ＳＣＲ触媒５０からの硫黄成分の脱離に寄与する酸素量を推定し、その推定値の積算値が前記所定の供給量を超えたことを条件として、脱離期間が所定期間を超えたと判定してもよい。

（実施形態２の変形例）
前記脱離条件が成立している状態における瞬時脱離量Ａｍｓは、前述した図７に示したように、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに加え、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒｐにも相関する。すなわち、瞬時脱離量Ａｍｓは、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒｐが高い場合より低い場合の方が多くなる。そこで、本変形例では、図５の相関の代わりに図７の相関を用いて、瞬時脱離量Ａｍｓを推定してもよい。すなわち、本変形例では、前述した図７の相関と図９の相関とに基づいて、瞬時脱離量Ａｍｓを推定してもよい。このような方法によれば、ＮＳＲ触媒４０のパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消された時期をより正確に判定することができる。

前述した実施形態２、及び実施形態２の変形例では、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒや、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに応じて、瞬時脱離量Ａｍｓを変更する方法を例示したが、前記脱離条件が成立している状態におけるＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒや、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒに応じて、所
定脱離量Ａｔｈｒｅを補正する方法を用いてもよい。例えば、前記脱離条件が成立している状態において、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第２温度範囲に属しているときは脱離所定脱離量Ａｔｈｒｅを補正せず、且つＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲、又は第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲、又は第３温度範囲に属している時間が長くなるほど所定脱離量Ａｔｈｒｅが小さくなるように補正してもよい。その際、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第３温度範囲に属しているときは、ＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが第１温度範囲に属しているときに比べ、所定脱離量Ａｔｈｒｅを小さくする際の補正量を大きくするものとする。また、ＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が実行された際のＳＣＲ触媒５０の温度Ｔｓｃｒが低い場合は高い場合に比べ、所定脱離量Ａｔｈｒｅが小さくなるように補正してもよい。これらの方法により所定脱離量Ａｔｈｒｅを補正する態様は、前記脱離期間が前記所定期間を超えるまでは診断処理の実行を禁止する、という技術的思想に実質的に含まれる。

＜他の実施形態＞
なお、前述の第１乃至第２の実施形態では、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が終了されてから、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されるまでの期間において、診断処理の実行に加え、誘発処理の実行も禁止する例について述べたが、最終的に診断処理の実行が禁止されれば、それ以前の誘発処理等の処理が適宜実行されてもよい。

また、前述の第１乃至第２の実施形態では、第一触媒ケーシング４に収容されたＮＳＲ触媒４０のＳパージ処理が終了されてから、該Ｓパージ処理に起因するＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が解消されるまでの期間において、診断処理の実行を禁止する例について述べたが、該期間に加え、Ｓパージ処理の実行中も診断処理の実行を禁止することが望ましい。これは、Ｓパージ処理の実行中は、ＮＳＲ触媒４０から脱離する硫黄成分によってＳＣＲ触媒５０の硫黄被毒が進行していくため、このような状況で誘発処理が実行されたときの総センサ出力差に基づいて診断処理が実行されると、診断精度が低下するからである。

また、前述の第１乃至第２の実施形態では、第一触媒ケーシング４にＮＳＲ触媒４０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５０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（前段触媒）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、前述の第１乃至第２の実施形態で述べた手順によってＳＣＲ触媒５０の劣化診断を行うことができる。

また、ＮＳＲ触媒４０を収容した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も、同様の手順によってＳＣＲ触媒５０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４０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５０が劣化している場合の総センサ出力差と第二触媒ケーシング５のＳＣＲ触媒５０が劣化していない場合の総センサ出力差との差を一層拡大させることができる。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
９ 排気温度センサ
４０ ＮＳＲ触媒（前段触媒）
５０ ＳＣＲ触媒

Claims (7)

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前段触媒と、
   前記前段触媒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機能を有する選択還元型触媒と、
   前記前段触媒と前記選択還元型触媒との間の排気通路に設けられ、前記選択還元型触媒へ流入する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第一空燃比センサと、
   前記選択還元型触媒より下流の排気通路に設けられ、前記選択還元型触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、
   を備える排気浄化システムに適用される、選択還元型触媒の劣化診断装置であって、
   前記劣化診断装置は、
   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、前記前段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と、該誘発処理の実行により前記前段触媒で水性ガスシフト反応が発生している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の積算値である総センサ出力差に基づいて、前記選択還元型触媒の劣化を診断する処理である診断処理と、を実行するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記前段触媒の硫黄被毒を解消する処理であるＳパージ処理が終了されてから、前記選択還元型触媒の温度が該選択還元型触媒から硫黄成分が脱離する温度である脱離温度以上となる状態で前記選択還元型触媒へ酸素が供給されると推定される期間である脱離期間が所定期間を超えるまでは、前記診断処理の実行を禁止することを特徴とする選択還元型触媒の劣化診断装置。
2. 前記コントローラは、前記Ｓパージ処理の終了後において、前記選択還元型触媒の温度が該選択還元型触媒から硫黄成分が脱離する温度である脱離温度以上となる状態で前記選択還元型触媒へ酸素が供給されると推定される条件が成立する時間の積算値に相関する積算時間計算値を演算し、その積算時間計算値が脱離所要時間を超えたときに、前記脱離期間が前記所定期間を超えたと判定することを特徴とする請求項１に記載の選択還元型触媒の劣化診断装置。
3. 前記脱離温度以上の温度領域には、第１温度範囲と、該第１温度範囲より高い第２温度範囲と、該第２温度範囲より高い第３温度範囲が含まれ、
   前記コントローラは、前記脱離期間において、前記選択還元型触媒の温度が前記第１温度範囲、又は前記第３温度範囲に属しているときは、前記選択還元型触媒の温度が前記第２温度範囲に属しているときに比べ、前記積算時間計算値の１回あたりの更新量を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の選択還元型触媒の劣化診断装置。
4. 前記コントローラは、前記Ｓパージ処理の実行時における前記選択還元型触媒の温度が低い場合は高い場合に比べ、前記積算時間計算値の１回あたりの更新量を大きくすることを特徴とする請求項２又は３に記載の選択還元型触媒の劣化診断装置。
5. 前記コントローラは、前記脱離期間において、前記選択還元型触媒へ供給される酸素量をパラメータとして、該選択還元型触媒から単位時間あたりに脱離する硫黄成分量に相関する物理量である瞬時脱離量相関値を演算し、その瞬時脱離量相関値の積算値が所定脱離量を超えたときに、前記脱離期間が前記所定期間を超えたと判定することを特徴とする請求項１に記載の選択還元型触媒の劣化診断装置。
6. 前記脱離温度以上の温度領域には、第１温度範囲と、該第１温度範囲より高い第２温度範囲と、該第２温度範囲より高い第３温度範囲が含まれ、
   前記コントローラは、前記脱離期間において、前記選択還元型触媒の温度が前記第１温度範囲、又は前記第３温度範囲に属しているときは、前記選択還元型触媒の温度が前記第２温度範囲に属しているときに比べ、前記瞬時脱離量相関値を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の選択還元型触媒の劣化診断装置。
7. 前記コントローラは、前記Ｓパージ処理の実行時における前記選択還元型触媒の温度が低い場合は高い場合に比べ、前記瞬時脱離量相関値を大きくすることを特徴とする請求項５又は６に記載の選択還元型触媒の劣化診断装置。

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