JP6544392B2 - 排気浄化装置の異常診断システム - Google Patents

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Description

本発明は、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置の異常診断システムに関する。
理論空燃比よりも高いリーン空燃比での運転である希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に排気浄化触媒としてＮＯｘトラップ触媒を設ける技術が知られている。ＮＯｘトラップ触媒は、排気の空燃比がリーン空燃比のときに該排気中のＮＯｘを吸蔵する機能を有する。なお、ここでのＮＯｘの「吸蔵」との文言には、その意味としてＮＯｘの「吸着」も含まれるものとする。このようなＮＯｘトラップ触媒として、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）が用いられる場合がある。ＮＳＲ触媒は、排気の空燃比がリーン空燃比のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、且つ、排気の空燃比が理論空燃比以下の空燃比であって還元剤が存在するときは、吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。ただし、ＮＯｘトラップ触媒には、排気中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するが、吸蔵したＮＯｘを還元する機能は有していないものも含まれる。
また、特許文献１から３には、内燃機関の排気通路にＮＯｘトラップ触媒としてＮＳＲ触媒が設けられた構成における該ＮＳＲ触媒の劣化判定に関する技術が開示されている。特許文献１に記載の構成では、ＮＳＲ触媒よりも下流側の排気通路にＮＯｘセンサが設けられている。ここで、ＮＯｘセンサは、排気中のＮＯｘのみならずＮＨ３も検出する特性を有する。また、ＮＯｘを吸蔵しているＮＳＲ触媒に還元剤（ＨＣ）が供給されると、該還元剤とＮＯｘとの反応によりＮＨ３が生成される。このときのＮＨ３の生成量は、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量に応じた量となる。また、ＮＳＲ触媒においては、排気中のＳＯｘが吸蔵されることでそのＮＯｘ吸蔵能力が低下する、所謂ＳＯｘ被毒が生じ得る。そして、ＮＳＲ触媒において、被毒の再生が不可能な状態で堆積したＳＯｘの量が増加することで該ＮＳＲ触媒が劣化すると、該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が正常な状態に比べて減少することになる。そこで、特許文献１に記載の技術では、排気の空燃比がリッチ空燃比とされることでＮＳＲ触媒に還元剤が供給されたときにおけるＮＯｘセンサの検出値に基づいて、該ＮＳＲ触媒の劣化判定が行われる。上記のようにＮＳＲ触媒が劣化することで該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が少なくなっていると、該ＮＳＲ触媒に還元剤が供給されたときのＮＨ３の生成量が減少する。その結果、ＮＯｘセンサによって検出されるＮＨ３の量（濃度）が、ＮＳＲ触媒が正常な状態である時に比べて減少することになる。そのため、ＮＳＲ触媒に還元剤が供給されたときにおけるＮＯｘセンサの検出値に基づいて該ＮＳＲ触媒の劣化判定を行うことができる。
また、特許文献２には、ＮＳＲ触媒のＳＯｘ被毒の再生処理（ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させる処理）、または、ＮＳＲ触媒よりも上流側の排気通路に設けられたフィルタの再生処理（フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去する処理）の実行に伴い、該ＮＳＲ触媒が高温となることで、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが脱離する現象（高温再生）が生じることが記載されている。そして、特許文献２に記載の技術では、高温再生によりＮＳＲ触媒からＮＯｘが脱離した後において、該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が飽和するまでの間に該ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘの積算量に基づいて、該ＮＳＲ触媒の劣化判定が行われる。
また、特許文献３には、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理の実行前と実行後とでＮＯｘ浄化率がどの程度変化したかを示した浄化率変化度に基づいて、該ＮＳＲ触媒の劣化判定を行う技術が開示されている。
また、特許文献４には、ＮＳＲ触媒を備えた排気浄化装置において、ＮＯｘ還元処理の実行終了から次回のＮＯｘ還元処理の実行開始までのインターバルの長さを、ＮＳＲ触媒の劣化度合いに基づいて補正する技術が開示されている。
特開２０１３−１８１４５３号公報 特開２０１０−２３６４５８号公報 特開２０１１−１５７８９２号公報 特開２０１６−１３３０６４号公報 特開２０１６−２１１４８４号公報
上述した従来技術文献におけるＮＳＲ触媒の劣化判定に関する技術のように、ＮＯｘトラップ触媒の異常診断のための種々の技術が開発されている。しかしながら、ＮＯｘトラップ触媒の劣化度合いが比較的小さい場合は、その劣化に伴う該ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の減少度合いも比較的小さい。そのため、例えば、ＮＯｘトラップ触媒よりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサの検出値等を用いて、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量または該ＮＯｘ吸蔵量と相関のあるパラメータを算出し、算出された値に基づいて該ＮＯｘトラップ触媒の異常診断を行う手法では、その劣化度合いが比較的小さい段階で該ＮＯｘトラップ触媒が異常であると診断することが困難な場合がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘトラップ触媒の異常診断において、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＯｘトラップ触媒が異常であると診断することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る排気浄化装置の異常診断システムは、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘトラップ触媒を備えた排気浄化装置の異常診断システムであって、所定の異常診断条件が成立したときに、前記ＮＯｘトラップ触媒に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に維持しつつ、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を所定温度以上に上昇させるリーン昇温処理を実行するリーン昇温実行部と、前記リーン昇温実行部による前記リーン昇温処理の実行終了後における、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づいて、前記ＮＯｘトラップ触媒の異常を診断する診断部と、を備える。
ここで、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率とは、ＮＯｘトラップ触媒に流入するＮＯｘ量に対する該ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量の比率である。このＮＯｘ吸蔵効率は、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量がある程度以上の量となると、該ＮＯｘ吸蔵量の増加に伴って徐々に低下する。そして、本発明の発明者は、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比に維持した状態で該ＮＯｘトラップ触媒の温度を所定温度以上に上昇させるリーン昇温処理を実行すると、該リーン昇温処理の実行終了後において、該ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵量の増加に伴って該ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率がより低下し易くなることを新たに見出した。このような現象は、リーン空燃比の下でＮＯｘトラップ触媒の温度が所定温度以上に上昇すると、該ＮＯｘトラップ触媒上においてＮＯｘの吸蔵のために機能する貴金属触媒およびＮＯｘ吸蔵材の機能が低下することに起因して生じるものと考えられる。より詳しくは、リーン空燃比の下で
ＮＯｘトラップ触媒の温度が所定温度以上に上昇すると、該ＮＯｘトラップ触媒上において貴金属触媒が酸素被毒するとともにＮＯｘ吸蔵材が粗大化するために、該ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率がより低下し易くなると推察される。
また、ＮＯｘトラップ触媒が劣化すると、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率が、該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときに比べてさらに低下し易くなる。これは、ＮＯｘトラップ触媒が劣化すると、リーン昇温処理が実行されることで生じる貴金属触媒およびＮＯｘ吸蔵材の機能の低下がＮＯｘ吸蔵効率に与える影響がより顕著になるためであると考えられる。なお、ＮＯｘトラップ触媒における貴金属触媒の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材の粗大化は、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比に制御されることで解消され得る。
ここで、ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときは、該ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が同一であったとしても、該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときに比べてそのＮＯｘ吸蔵効率が小さくなる。そして、上述したように、ＮＯｘトラップ触媒が劣化すると、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の低下という現象がより顕著に現れ易くなる。そのため、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を同一とした場合の、該ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときと該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差が、リーン昇温処理の実行終了後においてはより大きくなる。
そこで、本発明においては、所定の異常診断条件が成立したときに、リーン昇温実行部がリーン昇温処理を実行する。そして、このリーン昇温処理の実行終了後における、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づいて、診断部が該ＮＯｘトラップ触媒の異常を診断する。これによれば、ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているとき（すなわち、ＮＯｘトラップ触媒が異常であるとき）と該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差がより大きくなる状況下でＮＯｘトラップ触媒の異常診断を実行することになる。したがって、ＮＯｘトラップ触媒の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＯｘトラップ触媒が異常であると診断することが可能となる。なお、本発明において、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率に基づいてＮＯｘトラップ触媒の異常を診断する場合には、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率の値そのものをパラメータとして異常診断を行う場合のみならず、ＮＯｘトラップ触媒の吸蔵効率の変化度合をパラメータとして異常診断を行う場合も含まれるものとする。
ここで、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比の状態でも、該ＮＯｘトラップ触媒の温度を上昇させることで、該ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させることができる。そこで、リーン昇温処理における所定温度を、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比の状態で、該ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘが脱離することが可能な温度としてもよい。これによれば、リーン昇温処理を実行することで、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を一旦略零とすることができる。その結果、リーン昇温処理の実行終了後においては、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が略零の状態から徐々に増加することになる。つまり、リーン昇温処理を実行することで、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させた場合、異常診断のためのパラメータである該ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータを取得する前の該ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を略一定とすることができる。そのため、リーン昇温処理の実行終了後のＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づく該ＮＯｘトラップ触媒の異常診断の診断精度を向上させることができる。
また、本発明においては、ＮＯｘトラップ触媒がＮＳＲ触媒であってもよい。このとき、排気浄化装置は、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下の空燃
比であってＮＯｘの還元が可能な所定の還元空燃比まで低下させることで、該ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元処理を実行するＮＯｘ還元実行部をさらに備えてもよい。そして、このような構成の場合は、所定の異常診断条件が成立したときに、ＮＯｘ還元実行部によってＮＯｘ還元処理を実行し、その後で、リーン昇温実行部によってリーン昇温処理を実行してもよい。
これによれば、リーン昇温処理の実行前に、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されていたＮＯｘをＮＯｘ還元処理を実行することで還元することができる。そのため、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒からＮＯｘが脱離してしまうことを抑制することができる。つまり、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒から脱離したＮＯｘが外部に放出されてしまうことを抑制することができる。
なお、ＮＯｘ還元処理の実行終了後においてはＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が一旦略零となる。そして、ＮＯｘ還元処理の実行終了後、リーン昇温処理が実行されなければ、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量は徐々に増加する。そして、このときのＮＯｘトラップ触媒でのＮＯｘ吸蔵量の増加に伴う該ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率の推移は、該ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときと該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときとで異なるものとなる。ただし、ＮＯｘ還元処理では、リーン昇温処理が実行された際に生じるＮＯｘトラップ触媒上での貴金属触媒およびＮＯｘ吸蔵材の機能の低下は生じ難い。そのため、ＮＯｘ還元処理の実行終了後においては、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が同一である場合の、該ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときと該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差が、リーン昇温処理の実行終了後ほどは大きくなり難い。そのため、本発明では、ＮＯｘトラップ触媒がＮＳＲ触媒であって、排気浄化装置がＮＯｘ還元実行部を備えている場合であっても、該ＮＯｘトラップ触媒の異常診断の際にはリーン昇温実行部によってリーン昇温処理を実行する。そして、診断部が、リーン昇温処理の実行終了後における、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づいて、該ＮＯｘトラップ触媒の異常を診断する。
また、本発明では、排気浄化装置において、排気通路におけるＮＯｘトラップ触媒よりも下流側であって該ＮＯｘトラップ触媒から所定距離以上離れた位置にＮＯｘ還元触媒が設けられてもよい。ここで、ＮＯｘ還元触媒は、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称する場合もある。）であってもよく、また、ＮＳＲ触媒であってもよい。このとき、ＮＯｘトラップ触媒の温度を上昇させた場合であっても、ＮＯｘ還元触媒は排気通路において該ＮＯｘトラップ触媒から所定距離以上離れた位置に配置されていることから、該ＮＯｘ還元触媒の温度上昇は抑制される。そこで、ＮＯｘ還元触媒がＳＣＲ触媒である場合は、リーン昇温実行部が、リーン昇温処理を実行する際に、該ＮＯｘ還元触媒の温度をＮＯｘの還元が可能な所定の還元可能温度範囲内に維持しつつ、ＮＯｘトラップ触媒の温度を所定温度以上に上昇させてもよい。また、ＮＯｘ還元触媒がＮＳＲ触媒である場合は、リーン昇温実行部が、リーン昇温処理を実行する際に、該ＮＯｘ還元触媒の温度をＮＯｘの吸蔵が可能な所定の吸蔵可能温度範囲内に維持しつつ、ＮＯｘトラップ触媒の温度を所定温度以上に上昇させてもよい。これによれば、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが脱離したとしても、該脱離したＮＯｘをＮＯｘ還元触媒によって吸蔵または還元することができる。そのため、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒から脱離したＮＯｘが外部に放出されてしまうことを抑制することができる。
本発明によれば、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘトラップ触媒の異常診断において、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＯｘトラップ触媒が異常であると診断することが可能となる。
実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るＥＣＵに含まれる各機能部を示すブロック図である。 ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵効率の推移を示す図である。 ＮＳＲ触媒にＮＯｘが吸蔵されるときのメカニズムを説明するためのイメージ図である。 リーン昇温処理が実行されたときのＮＳＲ触媒の状態を説明するための第１のイメージ図である。 リーン昇温処理が実行されたときのＮＳＲ触媒の状態を説明するための第２のイメージ図である。 実施例１に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローを示すフローチャートである。 ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の推移を示す図である。 実施例１の第１の変形例に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローを示すフローチャートである。 ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵効率の変化度合を示す図である。 実施例２に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローを示すフローチャートである。 実施例３に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
＜実施例１＞
（概略構成）
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンの排気浄化装置に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明は、希薄燃焼運転を行うガソリンエンジンの排気浄化装置にも適用することができる。
内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはエアフローメータ４が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。また、エアフローメータ４より下流側の吸気通路２にはスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで内燃機関１の吸入空気量を制御する。
排気通路３には、排気浄化触媒としてＮＳＲ触媒６が設けられている。このＮＳＲ触媒６は、ＮＯｘを吸蔵および還元する機能のみならず酸化機能も有している。ＮＳＲ触媒６よりも上流側の排気通路３には燃料添加弁７が設けられている。燃料添加弁７は排気中に燃料を添加する。燃料添加弁７から添加された燃料は排気と共にＮＳＲ触媒６に供給される。
また、燃料添加弁７より下流側且つＮＳＲ触媒６より上流側の排気通路３には、上流側ＮＯｘセンサ１３および空燃比センサ１４が設けられている。上流側ＮＯｘセンサ１３は
、ＮＳＲ触媒６に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。空燃比センサ１４は流入排気の空燃比を検出する。なお、上流側ＮＯｘセンサ１３は必ずしも設けられていなくてもよい。つまり、内燃機関１の運転状態に基づいて流入排気のＮＯｘ濃度を推定してもよい。また、空燃比センサ１４も必ずしも設けられていなくてもよい。つまり、内燃機関１の運転状態および燃料添加弁７からの燃料添加量に基づいて流入排気の空燃比を推定してもよい。また、上流側ＮＯｘセンサ１３を用いて流入排気の空燃比を検出することもできる。また、ＮＳＲ触媒６より下流側の排気通路３には、下流側ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６が設けられている。下流側ＮＯｘセンサ１５は、ＮＳＲ触媒６から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。温度センサ１６は流出排気の温度を検出する。
内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、上流側ＮＯｘセンサ１３、空燃比センサ１４、下流側ＮＯｘセンサ１５、および温度センサ１６が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランク角センサ１１は、内燃機関１のクランク角に相関のある信号を出力する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度に相関のある信号を出力する。
そして、上記各センサの検出値がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４および上流側ＮＯｘセンサ１３の検出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６に流入するＮＯｘの量であるＮＯｘ流入量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４および下流側ＮＯｘセンサ１５の検出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６から流出するＮＯｘの量であるＮＯｘ流出量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１６の検出値に基づいてＮＳＲ触媒６の温度を算出する。なお、温度センサを、ＮＳＲ触媒６の下流側のみならず該ＮＳＲ触媒６の上流側にも設け、両温度センサの検出値に基づいてＮＳＲ触媒６の温度を算出してもよい。また、温度センサによって、ＮＳＲ触媒６の温度を直接検出してもよい。
さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）、スロットル弁５、および燃料添加弁７が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。また、図２は、ＥＣＵ１０に含まれる各機能部を示すブロック図である。図２に示すように、ＥＣＵ１０は、機能部として、ＮＯｘ還元実行部１０１、リーン昇温実行部１０２、および診断部１０３を有している。ＮＯｘ還元実行部１０１は、後述するＮＯｘ還元処理を実行するための機能部である。リーン昇温実行部１０２は、後述するリーン昇温処理を実行するための機能部である。診断部１０３は、後述するＮＳＲ触媒６の故障診断を実行するための機能部である。これらの機能部は、ＥＣＵ１０において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。
（ＮＯｘ還元処理）
ここで、ＥＣＵ１０のＮＯｘ還元実行部１０１によって実行されるＮＯｘ還元処理について説明する。上述したように、本実施例では、ＥＣＵ１０によって、ＮＳＲ触媒６へのＮＯｘ流入量およびＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量が算出される。さらに、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ流入量およびＮＯｘ流出量の算出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を推定する。つまり、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転中、ＮＯｘ流入量をＮＯｘ吸蔵量の増加量とし、ＮＯｘ流出量をＮＯｘ吸蔵量の減少量として、それらを積算することでＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を推定している。そして、このＮＯｘ吸蔵量の推定値が所定吸蔵量に達すると、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、ＮＯｘ
還元実行部１０１によってＮＯｘ還元処理が実行される。
ＮＯｘ還元処理では、内燃機関１の各気筒において、主燃料噴射時期よりも後の時期であって噴射された燃料が燃焼に供されないタイミングで燃料噴射弁によって副燃料噴射を実行することで、流入排気の空燃比を所定の還元空燃比まで一時的に低下させる。ここで、所定の還元空燃比は、理論空燃比以下の空燃比であって、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘを還元可能な空燃比として実験等に基づいて予め定められている。このＮＯｘ還元処理が実行されると、ＮＳＲ触媒６からＮＯｘが脱離し、さらに、該ＮＳＲ触媒６において、燃料成分に含まれる還元剤（ＨＣ等）によって、脱離したＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ還元処理は、燃料噴射弁による副燃料噴射に代えて、燃料添加弁７から排気中に燃料を添加することでも実現することができる。
（ＮＳＲ触媒の異常診断）
次に、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断の手法について説明する。上述したように、本実施例においては、ＥＣＵ１０が、上流側ＮＯｘセンサ１３および下流側ＮＯｘセンサ１５の検出値を用いてＮＯｘ流入量およびＮＯｘ流出量を算出し、さらに、これらを積算することでＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を推定する。ここで、ＮＳＲ触媒６の劣化が進行すると、該ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率（ＮＯｘ流入量に対するＮＳＲ触媒６に吸蔵されるＮＯｘ量の比率）が低下する。つまり、ＮＳＲ触媒６の劣化が進行すると、ＮＯｘ流入量が同量であっても、該ＮＳＲ触媒６に吸蔵されるＮＯｘ量が減少する。その結果、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の推定値も減少する。そのため、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の推定値、または、該ＮＯｘ吸蔵量と相関のあるパラメータに基づいて該ＮＳＲ触媒６の異常診断を行うことが可能なようにも思われる。
しかしながら、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい場合は、その劣化に伴う該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の減少度合いも比較的小さい。そのため、単に、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の推定値、または、該ＮＯｘ吸蔵量と相関のあるパラメータに基づいて該ＮＳＲ触媒６の異常診断を行おうとしたときに、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階でＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが困難な場合がある。そこで、本実施例では、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う際に、流入排気の空燃比をリーン空燃比に維持しつつＮＳＲ触媒６の温度を所定温度以上に上昇させるリーン昇温処理を実行する。ここで、所定温度は、流入排気の空燃比をリーン空燃比の状態で、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘが脱離することが可能な温度である。このような所定温度は、実験等に基づいて予め定められている。
リーン昇温処理は、ＥＣＵ１０のリーン昇温実行部１０２によって実行される。このリーン昇温処理では、燃料添加弁７から排気中に燃料を添加することで、ＮＳＲ触媒６に燃料を供給する。ＮＳＲ触媒６に燃料が供給されると、該燃料が酸化され、そのときの酸化熱によって該ＮＳＲ触媒６の温度が上昇する。そこで、リーン昇温処理においては、空燃比センサ１４によって検出される流入排気の空燃比がリーン空燃比に維持されつつ、ＮＳＲ触媒６の温度が所定温度以上に上昇するように、燃料添加弁７からの燃料添加が制御される。このリーン昇温処理が実行されるとＮＳＲ触媒６からＮＯｘが脱離する。ただし、このときに流入排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、脱離したＮＯｘはＮＳＲ触媒６で還元されずに該ＮＳＲ触媒６から流出する。なお、リーン昇温処理は、燃料添加弁７からの燃料添加に代えて、上述したＮＯｘ還元処理と同様、内燃機関１の各気筒での燃料噴射弁による副燃料噴射を実行することでも実現することができる。
以下、リーン昇温処理を実行することによる作用効果について説明する。図３は、ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率の推移を示す図である。図３において、縦軸はＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率
を表しており、横軸はＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を表している。また、図３において、破線Ｌ１は、ＮＳＲ触媒６が正常なときのＮＯｘ還元処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移を示しており、破線Ｌ２は、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときのＮＯｘ還元処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移を示している。また、図３において、実線Ｌ３は、ＮＳＲ触媒６が正常なときのリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移を示しており、実線Ｌ４は、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときのリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移を示している。
ＮＯｘ還元処理またはリーン昇温処理のいずれにおいても、その実行終了時にはＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となる。そのため、ＮＯｘ還元処理またはリーン昇温処理のいずれにおいても、その実行終了直後はＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率が最も高くなる。ここで、図３において、横軸のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が零となっている時期が、ＮＯｘ還元処理またはリーン昇温処理が終了した時期に相当する。そして、これらの処理の実行が終了すると、時間の経過とともにＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が増加することになる。そして、これらの処理の実行終了後にＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が増加すると、該ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率が低下する。このとき、図３に示すように、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときは（Ｌ２、Ｌ４）、該ＮＳＲ触媒６が正常なとき（Ｌ１、Ｌ３）に比べて、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量がより少ない時点でＮＯｘ吸蔵効率が低下し始める。
また、ＮＳＲ触媒６が正常なときのＮＯｘ吸蔵効率の推移同士を比較すると、リーン昇温処理の実行終了後（Ｌ３）は、ＮＯｘ還元処理の実行終了後（Ｌ１）に比べて、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量がより少ない時点でＮＯｘ吸蔵効率が低下し始める。さらに、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し始めた後においては、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の単位増加量当たりのＮＯｘ吸蔵効率の低下量（以下、「ＮＯｘ吸蔵効率の低下率」と称する場合もある。）が、リーン昇温処理の実行終了後（Ｌ３）は、ＮＯｘ還元処理の実行終了後（Ｌ１）に比べて大きくなる。また、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときのＮＯｘ吸蔵効率の推移同士を比較した場合も、ＮＳＲ触媒６が正常なときと同様に、リーン昇温処理の実行終了後（Ｌ４）は、ＮＯｘ還元処理の実行終了後（Ｌ２）に比べて、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量がより少ない時点でＮＯｘ吸蔵効率が低下し始める。さらに、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し始めた後においてはＮＯｘ吸蔵効率の低下率がリーン昇温処理の実行終了後（Ｌ４）は、ＮＯｘ還元処理の実行終了後（Ｌ３）に比べて大きくなっている。
また、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し始めた後の該ＮＯｘ吸蔵効率の低下率は、該ＮＳＲ触媒６が正常なとき（Ｌ１、Ｌ３）に比べて該ＮＳＲ触媒６が劣化しているとき（Ｌ２、Ｌ４）の方が大きくなる。そして、このときにおいては、ＮＳＲ触媒６が正常なときと該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときとのＮＯｘ吸蔵効率の低下率の差が、リーン昇温処理の実行終了後の方がＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べて大きくなる。
ここで、ＮＯｘ還元処理またはリーン昇温処理のいずれにおいてもその実行が終了した時点においてはＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となるにも関わらず、それぞれの処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移の仕方に図３に示すような相違が生じる要因として推測される現象について図４から図６に基づいて説明する。図４は、ＮＳＲ触媒にＮＯｘが吸蔵されるときのメカニズムを説明するためのイメージ図である。ＮＳＲ触媒においては、アルミナ等からなる触媒担体５０上に白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、またはパラジウムＰｄ等からなる貴金属触媒５１が担持されている。さらに、触媒担体５０上には、バリウムＢａのようなアルカリ土類金属等からなるＮＯｘ吸蔵材５２が担持されている。なお、ここでは、貴金属触媒５１が白金Ｐｔであり、ＮＯｘ吸蔵材５
２がバリウムＢａである場合を例に挙げて、ＮＳＲ触媒において生じ得る反応について説明する。
通常（つまり、ＮＳＲ触媒の温度がリーン昇温処理における所定温度より低い場合）、流入排気の空燃比がリーン空燃比のときは、図４の左側の図に示すように、排気中のＮＯの一部が触媒担体５０に担持された白金Ｐｔ５１上において酸化されてＮＯ２となる。そして、このようにして生成されたＮＯ２が、図４の右側の図に示すように、触媒担体５０に担持されたバリウムＢａ５２にＮＯ３として吸蔵される。詳細には、以下のような化学反応式で表される反応を経て、ＮＯ２が硝酸バリウムＢａ（ＮＯ３）２に変換された状態でＮＳＲ触媒に吸蔵される。
ＢａＣＯ２＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２ → Ｂａ（ＮＯ３）２＋ＣＯ２
また、図５および図６は、リーン昇温処理が実行されたときのＮＳＲ触媒の状態を説明するためのイメージ図である。上述したように、リーン昇温処理が実行されると、流入排気の空燃比がリーン空燃比に維持されつつ、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度以上に上昇する。このようなリーン昇温処理が実行されると、図５に示すように、触媒担体５０に担持された白金Ｐｔ５１が酸化する酸素被毒が生じ得る。そして、このように白金Ｐｔ５１が酸素被毒した状態は、リーン昇温処理の実行終了後においても、流入排気の空燃比がリーン空燃比の間はその状態が維持される。そのために、白金Ｐｔ５１において排気中のＮＯが酸化され難くなる。つまり、排気中のＮＯがＮＯ２に変換され難くなる。その結果、ＮＯ２から硝酸バリウムＢａ（ＮＯ３）２に変換されてＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘの量が減少することになる。
また、リーン昇温処理が実行されると、図６に示すように、触媒担体５０上において互いに近い位置に存在するバリウムＢａ５２同士が結合することで、該バリウムＢａ５２が粗大化し得る。そうなると、リーン昇温処理の実行前に比べて触媒担体５０上におけるバリウムＢａの表面積が減少することになる。これにより、バリウムＢａにおけるＮＯ２との接触面積が減少することになる。その結果、触媒担体５０に担持された白金Ｐｔ５１においてＮＯが酸化されることでＮＯ２が生成されたとしても、ＮＯ２から硝酸バリウムＢａ（ＮＯ３）２に変換されてＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘの量が減少することになる。
以上説明したように、リーン昇温処理が実行されると、ＮＳＲ触媒６において、貴金属触媒５１（例えば白金Ｐｔ）の酸素被毒、および、ＮＯｘ吸蔵材５２（例えばバリウムＢａ）の粗大化が生じるために、該リーン昇温処理の実行後においては、ＮＳＲ触媒６の状態が、ＮＯｘが吸蔵され難い状態となり得る。その結果、リーン昇温処理の実行後においては、ＮＳＲ触媒６の状態が、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し易い状態となっていると考えられる。なお、上記のようにリーン昇温処理が実行されることで生じる、ＮＳＲ触媒６における貴金属触媒５１の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材５２の粗大化は、流入排気の空燃比がリッチ空燃比に制御されれば解消され得る。
一方で、ＮＯｘ還元処理においては、流入排気の空燃比は理論空燃比以下の空燃比である所定の還元空燃比に制御される。そのために、ＮＳＲ触媒６において、貴金属触媒５１の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材５２の粗大化は生じ難い。そのために、ＮＯｘ還元処理の実行終了後においては、リーン昇温処理の実行終了後に比べて、ＮＳＲ触媒６の状態が、ＮＯｘが吸蔵され易い状態となっていると考えられる。
さらに、元々、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときは、該ＮＳＲ触媒６が正常なときに比べて、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し易い状態となっている。そのため、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときに、リーン昇温処理が実行されることで貴金属触媒５１の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材５２の粗大化が生じると、該ＮＳＲ触媒６が正常なときに比べて、それらがＮＯ
ｘ吸蔵効率に与える影響が大きくなり易い。そのため、ＮＳＲ触媒６が劣化すると、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の低下という現象がより顕著に現れ易くなる。
上記のような現象が生じることに起因して、リーン昇温処理の実行終了後においては、ＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べてＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率がより早期に低下し始め、さらには、ＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べて該ＮＯｘ吸蔵効率の低下率も大きくなると考えられる。また、上記のような現象が生じることに起因して、ＮＳＲ触媒６が正常なときと該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときとのＮＯｘ吸蔵効率の低下率の差が、リーン昇温処理の実行終了後の方がＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べて大きくなると考えられる。
そして、ＮＯｘ還元処理の実行終了後とリーン昇温処理の実行終了後とでは、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移の仕方に上記のような相違が生じるために、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を同一とした場合の該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときと該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差が、リーン昇温処理の実行終了後においてはＮＯｘ還元処理の実行終了後よりも大きくなる。つまり、図３に示すように、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量Ｑｎｏｘｄのときにおける、該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときと該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差が、リーン昇温処理の実行終了後においてはＮＯｘ還元処理の実行終了後よりも大きくなる（図３において、ｄＲ１＜ｄＲ２となっている）。
そこで、本実施例では、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う際にはリーン昇温処理を実行する。そして、リーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率に基づいて該ＮＳＲ触媒６の異常を診断する。これによれば、ＮＳＲ触媒６が劣化しているとき（すなわち、ＮＳＲ触媒６が異常であるとき）と該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差がより大きくなる状況下で該ＮＳＲ触媒６の異常診断を実行することになる。したがって、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
（異常診断フロー）
ここで、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローについて図７に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に記憶された所定のプログラムが実行されることで実現される。
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件が成立したか否かが判別される。この異常診断の実行条件としては、例えば、ＮＳＲ触媒６の温度が活性温度であることや、内燃機関１の運転状態が定常状態であること等が含まれる。Ｓ１０１で否定判定された場合、本フローは一旦終了される。
一方、Ｓ１０１で肯定判定された場合、Ｓ１０２において、リーン昇温実行部１０２によってリーン昇温処理が実行される。このとき、リーン昇温実行部１０２は、流入排気の空燃比がリーン空燃比に維持されつつ、ＮＳＲ触媒６の温度が所定温度以上となるように、燃料添加弁７からの燃料添加量および燃料添加間隔を制御する。また、このときに、リーン昇温処理は所定の昇温処理期間実行される。ここで、所定の昇温処理期間は、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となると想定される期間である。この所定の昇温処理期間は、実験等に基づいて予め定められた一定の期間であってもよい。また、上述したように、本実施例では、ＥＣＵ１０が、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を継続的に推定している。そこで、Ｓ１０１で肯定判定された時点でのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量に基づいて所定の昇温処理期間を決定してもよい。
Ｓ１０２において、リーン昇温処理が所定の昇温処理期間実行されると、該リーン昇温処理の実行が停止される。そうなると、ＮＳＲ触媒６へのＮＯｘの吸蔵が再開される。そのため、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが増加し始める。そして、次に、Ｓ１０３では、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定の判定吸蔵量Ｑｎｏｘｄ（図３の所定吸蔵量Ｑｎｏｘｄと同じ値）以上となったか否かが判別される。ここで、所定の判定吸蔵量Ｑｎｏｘｄは、リーン昇温処理の実行終了後であれば、ＮＳＲ触媒６が正常なときと異常なときとでＮＯｘ吸蔵効率に十分な差が生じると考えられる値であって、実験等に基づいて予め定められた値である。Ｓ１０３において否定判定された場合、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定の判定吸蔵量Ｑｎｏｘｄに未だ達していないため、該Ｓ１０３の処理を再度実行される。
一方、Ｓ１０３において肯定判定された場合、次にＳ１０４において、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定の判定吸蔵量Ｑｎｏｘｄに達したときの該ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率Ｒｏｎｏｘが所定の閾値吸蔵効率Ｒｏｎｏｘｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、所定の閾値吸蔵効率Ｒｏｎｏｘｔｈは、リーン昇温処理の実行終了後においてＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定の判定吸蔵量Ｑｎｏｘｄに達したときに、該ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率Ｒｏｎｏｘが該所定の閾値吸蔵効率Ｒｏｎｏｘｔｈ以上であれば、該ＮＳＲ触媒６が正常であると判定できる閾値である。この所定の閾値吸蔵効率Ｒｏｎｏｘｔｈは実験等に基づいて予め定められている。
そして、Ｓ１０４において肯定判定された場合、Ｓ１０５においてＮＳＲ触媒６は正常であると判定される。一方、Ｓ１０４において否定判定された場合、Ｓ１０６においてＮＳＲ触媒６は異常であると判定される。Ｓ１０５またはＳ１０６の処理が実行された後、本フローの実行は一旦終了される。なお、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の処理は、ＥＣＵ１０の診断部１０３によって実行される。
上記のような異常診断のフローによれば、リーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率に基づいて該ＮＳＲ触媒６の異常を診断することができる。
（変形例１）
次に、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断の第１の変形例について説明する。ＮＯｘ還元処理の実行終了後とリーン昇温処理の実行終了後とでは、図３に示すように、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率の推移が相違する。ただし、ＮＳＲ触媒６の異常診断のパラメータは、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率自体に限られるものではない。つまり、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータを該ＮＳＲ触媒６の異常診断のパラメータとすることもできる。
例えば、ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量は、それぞれの処理の実行終了後のＮＯｘ吸蔵効率と当然相関がある。そのため、ＮＯｘ還元処理の実行終了後とリーン昇温処理の実行終了後とでは、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の推移も必然的に異なったものとなる。
図８は、ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の推移を示す図である。図８における縦軸はＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を表している。また、図８における横軸は、ＮＯｘ還元処理の実行終了時点またはリーン昇温処理の実行終了時点からのＮＯｘ流入量の積算値を表している。また、図８において、破線Ｌ５は、ＮＳＲ触媒６が正常なときのＮＯｘ還元処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵量の推移を示しており、破線Ｌ６は、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときのＮＯｘ還元処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵量の推移を示している。また、図８
において、実線Ｌ７は、ＮＳＲ触媒６が正常なときのリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵量の推移を示しており、実線Ｌ８は、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときのリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵量の推移を示している。
ＮＯｘ還元処理またはリーン昇温処理の実行が終了すると、ＮＯｘ流入量の積算値の増加に応じてＮＳＲ触媒６のおけるＮＯｘ吸蔵量が増加する。このとき、図３に示すように、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときは（Ｌ２、Ｌ４）、該ＮＳＲ触媒６が正常なとき（Ｌ１、Ｌ３）に比べて、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量に対するＮＯｘ吸蔵効率が小さくなる。そのため、図８に示すように、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときは（Ｌ６、Ｌ８）、該ＮＳＲ触媒６が正常なとき（Ｌ５、Ｌ７）に比べて、同一時期（すなわち、ＮＯｘ流入量の積算値が同一のとき）の該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量は少なくなる。
また、図３に示すように、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し始めた後の該ＮＯｘ吸蔵効率の低下率は、該ＮＳＲ触媒６が正常なとき（Ｌ１、Ｌ３）に比べて該ＮＳＲ触媒６が劣化しているとき（Ｌ２、Ｌ４）の方が大きくなる。そして、上述したように、ＮＳＲ触媒６が正常なときと該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときとのＮＯｘ吸蔵効率の低下率の差が、リーン昇温処理の実行終了後の方がＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べて大きくなる。そのため、ＮＳＲ触媒６が正常なときとＮＳＲ触媒６が劣化しているときとの同一時期（すなわち、ＮＯｘ流入量の積算値が同一のとき）の該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の差が、リーン昇温処理の実行終了後においてはＮＯｘ還元処理の実行終了後よりも大きくなる（図８において、ｄＱ１＜ｄＱ２となっている）。
そこで、本変形例では、リーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量に基づいて該ＮＳＲ触媒６の異常を診断する。これによれば、ＮＳＲ触媒６が劣化しているとき（すなわち、ＮＳＲ触媒６が異常であるとき）と該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵量の差がより大きくなる状況下で該ＮＳＲ触媒６の異常診断を実行することになる。したがって、異常診断のためのパラメータとしてＮＯｘ吸蔵効率に代えてＮＯｘ吸蔵量を用いた場合においても、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階で該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
ここで、本変形例に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローについて図９に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に記憶された所定のプログラムが実行されることで実現される。なお、本フローにおいて、Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０５、およびＳ１０６の各ステップで実行される処理は、図７に示した異常診断のフローにおける同一の参照番号を付したステップで実行される処理と同一である。そのため、これらのステップで実行される処理についての説明は省略する。
本フローでは、Ｓ１０２においてリーン昇温処理の実行が停止されると、次にＳ２０３の処理が実行される。Ｓ２０３においては、Ｓ１０２においてリーン昇温処理の実行が停止された時点からのＮＯｘ流入量の積算値Ｉｉｎｎｏｘが所定の判定積算値Ｉｉｎｄ以上となったか否かが判別される。ここで、所定の判定積算値Ｉｉｎｄは、リーン昇温処理の実行終了後であれば、ＮＳＲ触媒６が正常なときと異常なときとでＮＯｘ吸蔵量に十分な差が生じると考えられる値であって、実験等に基づいて予め定められた値である。なお、本実施例では、ＮＳＲ触媒６が所定の正常状態であると仮定したときの、リーン昇温処理の実行終了後の該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量（以下、「所定正常ＮＯｘ吸蔵量」と称する場合もある。）を、ＮＯｘ流入量等に基づいてＥＣＵ１０によって推定することもできる。そして、このようなＮＳＲ触媒６における所定正常ＮＯｘ吸蔵量が推定されて
いる場合は、Ｓ２０３の処理において、ＮＯｘ流入量の積算値Ｉｉｎｎｏｘに代えて、該所定正常ＮＯｘ吸蔵量をパラメータとして用いてもよい。つまり、Ｓ２０３において、所定正常ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となったか否かを判別してもよい。
Ｓ２０３において否定判定された場合、ＮＯｘ流入量の積算値Ｉｉｎｎｏｘが判定積算値Ｉｉｎｄに未だ達していないため、該Ｓ２０３の処理を再度実行される。一方、Ｓ２０３において肯定判定された場合、次にＳ２０４において、ＮＯｘ流入量の積算値Ｉｉｎｎｏｘが所定の判定積算値Ｉｉｎｄに達したときの該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定の閾値吸蔵量Ｑｅｎｏｘｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、所定の閾値吸蔵量Ｑｅｎｏｘｔｈは、リーン昇温処理の実行終了後においてＮＯｘ流入量の積算値Ｉｉｎｎｏｘが所定の判定積算値Ｉｉｎｄに達したときに、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが該所定の閾値吸蔵量Ｑｅｎｏｘｔｈ以上であれば、該ＮＳＲ触媒６が正常であると判定できる閾値である。この所定の閾値吸蔵量Ｑｅｎｏｘｔｈは、ＮＳＲ触媒６が正常であると判定できる範囲内で最も劣化した状態（以下、クライテリア状態と称する。）にあると仮定したときの、ＮＯｘ流入量の積算値Ｉｉｎｎｏｘが所定の判定積算値Ｉｉｎｄに達したときにおける該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量である。なお、本実施例では、ＮＳＲ触媒６がクライテリア状態であると仮定したときの該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が、ＥＣＵ１０によってＮＯｘ流入量に基づいて継続的に推定されている。そして、Ｓ２０４において肯定判定された場合はＳ１０５の処理が実行され、Ｓ２０４において否定判定された場合はＳ１０６の処理が実行される。なお、本変形例においては、Ｓ２０４、Ｓ１０５およびＳ１０６の処理が、ＥＣＵ１０の診断部１０３によって実行される。
なお、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率と相関のあるパラメータは、リーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量に限られない。例えば、リーン昇温処理の実行終了後において、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵量が所定のＮＯｘ吸蔵量に達するまでの間のＮＯｘ流入量の積算値も、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率と当然相関がある。そのため、リーン昇温処理の実行終了後における、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵量が所定のＮＯｘ吸蔵量に達するまでの間のＮＯｘ流入量の積算値に基づいて、該ＮＳＲ触媒６の異常を診断してもよい。
（変形例２）
次に、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断の第２の変形例について説明する。上記において、図３に基づいて説明したように、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量がある量に達すると、該ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率が低下し始める。そして、ＮＯｘ還元処理の実行終了後またはリーン昇温処理の実行終了後のいずれにおいても、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し始めた後の該ＮＯｘ吸蔵効率の低下率は、該ＮＳＲ触媒６が正常なとき（Ｌ１、Ｌ３）に比べて該ＮＳＲ触媒６が劣化しているとき（Ｌ２、Ｌ４）の方が大きくなる。さらに、このときにおいては、ＮＳＲ触媒６が正常なときと該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときとのＮＯｘ吸蔵効率の低下率の差が、リーン昇温処理の実行終了後の方がＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べて大きくなる。
そこで、本変形例では、このようなＮＯｘ吸蔵効率の推移の差に着目し、ＮＳＲ触媒６の異常診断のパラメータとして、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の変化度合を用いるものとする。ここで、図１０は、図３に示すＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率の推移を元に求めた、それぞれの場合におけるＮＯｘ吸蔵効率の変化度合を示す図である。なお、ここでは、「ＮＯｘ吸蔵効率の変化度合」を、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵効率が１００％から５０％まで低下したときの該ＮＯｘ吸蔵効率の低下率とする。このような「ＮＯｘ吸蔵効
率の変化度合」は下記式１によって求められる。この式１で求められる「ＮＯｘ吸蔵効率の変化度合」は必然的に負の値となる。ただし、「ＮＯｘ吸蔵効率の変化度合」を求める式は下記式１に限られるのではない。つまり、「ＮＯｘ吸蔵効率の変化度合」は、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の増加に伴って該ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵効率が低下しているときの任意の期間における該ＮＯｘ吸蔵効率の低下率として定義することができる。
Ｃｒｏｎｏｘ＝（１００−５０）／（Ｑｎｏｘｆ−Ｑｎｏｘｈ）・・・式１
Ｃｒｏｎｏｘ：ＮＯｘ吸蔵効率の変化度合
Ｑｎｏｘｆ：ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵効率が１００％から低下し始める時点での該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量
Ｑｎｏｘｈ：ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵効率が５０％となった時点での該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量
また、図１０においては、ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後のそれぞれについて、ＮＳＲ触媒６が正常であるときと該ＮＳＲ触媒６が劣化しているとき（すなわち、ＮＳＲ触媒６が異常なとき）とのＮＯｘ吸蔵効率の変化度合を示している。この図１０に示されるように、ＮＯｘ還元処理の実行終了後およびリーン昇温処理の実行終了後のいずれの場合のおいても、ＮＳＲ触媒６が異常なときはＮＳＲ触媒６が正常であるときに比べてＮＯｘ吸蔵効率の変化度合の値は小さくなる。そして、このときの、ＮＳＲ触媒６が正常なときと該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときとのＮＯｘ吸蔵効率の変化度合の差は、リーン昇温処理の実行終了後の方がＮＯｘ還元処理の実行終了後に比べて大きくなる。
そのため、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の変化度合に基づいてＮＳＲ触媒６の異常を診断することで、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率の値そのものに基づいて異常診断を行う場合と同様、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
（その他の変形例）
また、本実施例に係るリーン昇温処理における所定温度は、必ずしも、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘが脱離する温度でなくてもよい。つまり、リーン昇温処理を実行することで、ＮＳＲ触媒６において、上述したような貴金属触媒５１の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材５２の粗大化が生じさえすれば、該ＮＳＲ触媒６からＮＯｘが脱離していなかったとしても、該リーン昇温処理の実行終了後において、該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときと該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差が該リーン昇温処理を実行しなかった場合に比べて大きくなる。そのため、リーン昇温処理における所定温度が、貴金属触媒５１の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材５２の粗大化が生じる温度であれば、該リーン昇温処理の実行終了後において、ＮＳＲ触媒６が劣化しているときと該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差がより大きくなる状況下で該ＮＳＲ触媒６の異常診断を実行することが可能となる。その結果、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することができる。
ただし、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率またはＮＯｘ吸蔵量等の該吸蔵効率と相関のあるパラメータを用いて該ＮＳＲ触媒６の異常診断を行おうとした場合、該リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６でのＮＯｘ吸蔵量を把握する必要がある。例えば、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率を異常診断のパラメータとする場合であっても、該パラメータとして用いるＮＯｘ吸蔵効率の取得時期および該異常診断のための閾値である所定の閾値吸蔵効率Ｒｏｎｏｘｔｈは、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量に応じて定められる。
ここで、本実施例においては、上述したように、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量はＥＣＵ１０によって継続的に推定されている。ただし、このＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の推定値はＮＯｘ流入量およびＮＯｘ流出量の積算値であるため、実際のＮＯｘ吸蔵量に対し誤差が生じる虞がある。このような点を考慮すると、リーン昇温処理を実行することによってＮＳＲ触媒６でのＮＯｘ吸蔵量を一旦略零とすることで、該リーン昇温処理の実行終了後における該ＮＳＲ触媒６でのＮＯｘ吸蔵量の推定精度を向上させることができる。したがって、リーン昇温処理における所定温度を、該ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘが脱離することが可能な温度とすることで、該ＮＳＲ触媒６の異常診断の精度を向上させることができる。
また、本実施例においては、ＮＳＲ触媒６が本発明に係るＮＯｘトラップ触媒に相当する。ただし、本実施例においては、ＮＯｘを吸蔵する機能を有するが、吸蔵したＮＯｘを還元する機能は有していない所定ＮＯｘトラップ触媒を、ＮＳＲ触媒６に代えて、排気通路３に設けてもよい。そして、このような構成において、所定ＮＯｘトラップ触媒の異常診断を実行する際に、本実施例に係る異常診断の手法を適用してもよい。つまり、所定ＮＯｘトラップ触媒の異常診断の際にリーン昇温処理を実行してもよい。そして、リーン昇温処理の実行終了後における所定ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づいて、該所定ＮＯｘトラップ触媒の異常を診断してもよい。
ＮＯｘ還元機能を有していない所定ＮＯｘトラップ触媒においても、図４に示したＮＳＲ触媒においてＮＯｘが吸蔵されるメカニズムと同様のメカニズムによって、排気中のＮＯｘが吸蔵される。また、所定ＮＯｘトラップ触媒においても、そのＮＯｘ吸蔵量の増加に伴ってＮＯｘ吸蔵効率が低下する。そして、リーン昇温処理の実行後においては、所定ＮＯｘトラップ触媒の状態が、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し易い状態となる。これは、リーン昇温処理が実行されると、所定ＮＯｘトラップ触媒においても、図５に示したような貴金属触媒の酸素被毒、および、図６に示したようなＮＯｘ吸蔵材の粗大化と同様のＮＯｘ吸蔵材の粗大化が生じるためだと考えられる。
ここで、流入排気の空燃比をリッチ空燃比に維持した状態で所定ＮＯｘトラップ触媒の温度を上昇させることで該所定ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを脱離させる処理をリッチ昇温処理と称することとする。このとき、リーン昇温処理によって所定ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを脱離させた後、または、リッチ昇温処理によって所定ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを脱離させた後のいずれにおいても、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が徐々に増加する。また、所定ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の増加に伴ってＮＯｘ吸蔵効率が低下する。このとき、いずれの処理の実行後においても、所定ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときは、該所定ＮＯｘトラップ触媒が正常なときに比べて、ＮＯｘ吸蔵効率がより低下し易い。
ただし、ＮＳＲ触媒に対してＮＯｘ還元処理が実行された場合と同様、リッチ昇温処理においては、所定ＮＯｘトラップ触媒において、貴金属触媒の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材の粗大化は生じ難い。そのために、リッチ昇温処理の実行終了後においては、リーン昇温処理の実行終了後に比べて、所定ＮＯｘトラップ触媒の状態が、ＮＯｘが吸蔵され易い状態となっていると考えられる。さらに、元々、所定ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときは、該所定ＮＯｘトラップ触媒が正常なときに比べて、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し易い状態となっている。そのため、所定ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときに、リーン昇温処理が実行されることで貴金属触媒の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材の粗大化が生じると、所定ＮＯｘトラップ触媒が正常なときに比べて、それらがＮＯｘ吸蔵効率に与える影響が大きくなり易い。そのため、所定ＮＯｘトラップ触媒が劣化すると、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＯｘ吸蔵効率の低下という現象がより顕著に現れ易くなる。
以上のような現象が生じることに起因して、リッチ昇温処理の実行終了後とリーン昇温処理の実行終了後とでの所定ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移の仕方には、図３に示すような、ＮＯｘ還元処理の実行終了後とリーン昇温処理の実行終了後とでのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵効率の推移の仕方の相違と同様の相違が生じる。その結果、所定ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を同一とした場合の該ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているときと該ＮＯｘトラップ触媒が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差が、リーン昇温処理の実行終了後においてはリッチ昇温処理の実行終了後よりも大きくなる。
そのため、リーン昇温処理の実行終了後の所定ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づいて該ＮＯｘトラップ触媒の異常を診断することで、該所定ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているとき（すなわち、ＮＯｘトラップ触媒が異常であるとき）と該所定ＮＯｘトラップ触媒が正常なときとにおけるこれらのパラメータの値の差がより大きくなる状況下で、該所定ＮＯｘトラップ触媒の異常診断を実行することになる。したがって、所定ＮＯｘトラップ触媒の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該所定ＮＯｘトラップ触媒が異常であると診断することが可能となる。
なお、ＮＳＲ触媒の異常診断のためにリーン昇温処理を実行する場合と同様、所定ＮＯｘトラップ触媒の異常診断のためにリーン昇温処理を実行する場合においても、該リーン昇温処理における所定温度は、必ずしも、所定ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘが脱離する温度でなくてもよい。つまり、リーン昇温処理における所定温度は、所定ＮＯｘトラップ触媒において、貴金属触媒の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材の粗大化が生じる温度であればよい。
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１に係る構成と同一である。ここで、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行うべくリーン昇温処理が実行されると、該リーン昇温処理の実行に伴って該ＮＳＲ触媒６から脱離したＮＯｘが外部に放出されてしまう場合がある。この場合、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う際に排気エミッションの悪化を招くことになる。そこで、本実施例では、このような排気エミッションの悪化を抑制すべく、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う際に、リーン昇温実行部１０２によってリーン昇温処理を実行する前に、ＮＯｘ還元実行部１０１によってＮＯｘ還元処理を実行する。
図１１は、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に記憶された所定のプログラムが実行されることで実現される。なお、本フローにおいて、Ｓ３０２以外の各ステップで実行される処理は、図７に示した異常診断のフローにおける同一の参照番号を付したステップで実行される処理と同一である。そのため、これらのステップで実行される処理についての説明は省略する。
本フローでは、Ｓ１０１において肯定判定された場合、すなわち、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件が成立した場合、次にＳ３０２の処理が実行される。Ｓ３０２においては、ＮＯｘ還元実行部１０１によってＮＯｘ還元処理が実行される。このとき、ＮＯｘ還元実行部１０１は、流入排気の空燃比が所定の還元空燃比となるように、内燃機関１の各気筒における燃料噴射弁による副燃料噴射量を制御する。また、このときに、ＮＯｘ還元処理は、所定の還元処理期間実行される。ここで、所定の還元処理期間は、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となると想定される期間である。この所定の還元処理期間は、実験等に基づいて予め定められた一定の期間であってもよい。また、Ｓ１０１で肯定判定された時点でのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量に基づいて所定の昇温処理期間を決定
してもよい。このようにしてＳ３０２においてＮＯｘ還元処理が実行されることで、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘが脱離するとともに還元される。
Ｓ３０２においては、ＮＯｘ還元処理が所定の還元処理期間実行されると、該ＮＯｘ還元処理の実行が停止される。そして、次にＳ１０２において、リーン昇温実行部１０２によってリーン昇温処理が実行される。なお、この場合、リーン昇温処理の実行が開始される時点では、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となっている。そのため、Ｓ１０２においてリーン昇温処理を実行する所定の昇温処理期間は予め定められた一定の期間とする。そして、Ｓ１０２において、リーン昇温処理が所定の昇温処理期間実行された後、Ｓ１０３以降の処理が実行される。
上記フローによれば、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う際に、リーン昇温実行部１０２によってリーン昇温処理が実行される前に、ＮＯｘ還元実行部１０１によってＮＯｘ還元処理が実行されることになる。その結果、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となった状態でリーン昇温処理が実行されることになる。そのため、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒６から脱離したＮＯｘが外部に放出されてしまうことを抑制することができる。したがって、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う際に排気エミッションの悪化を抑制することができる。
また、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が略零となった状態でリーン昇温処理が実行された場合であっても、ＮＳＲ触媒６において、貴金属触媒５１の酸素被毒およびＮＯｘ吸蔵材５２の粗大化は生じ得る。そのため、本実施例に係るＮＳＲ触媒６の異常診断においても、実施例１と同様、リーン昇温処理の実行終了後のＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率に基づいて該ＮＳＲ触媒６の異常を診断することで、該ＮＳＲ触媒６が劣化しているときと該ＮＳＲ触媒６が正常なときとのＮＯｘ吸蔵効率の差がより大きくなる状況下で該ＮＳＲ触媒６の異常診断を実行することになる。したがって、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
なお、本実施例においても、ＮＳＲ触媒６の異常診断のパラメータは、ＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率自体に限られるものではない。つまり、実施例１と同様、リーン昇温処理の実行終了後におけるＮＳＲ触媒６のＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータを該ＮＳＲ触媒６の異常診断のパラメータとすることもできる。
＜実施例３＞
図１２は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。なお、以下においては、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の構成において、図１に示す構成と異なる点についてのみ説明する。
本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６より下流側の排気通路３に、ＳＣＲ触媒８が設けられている。また、下流側ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６より下流側であってＳＣＲ触媒８より上流側の排気通路３には、排気中に尿素水を添加する尿素添加弁９が設けられている。この尿素添加弁９は、ＥＣＵ１０に電気的に接続されており、該ＥＣＵ１０によって制御される。そして、ＳＣＲ触媒８では、尿素添加弁９から添加された尿素が加水分解されることで生成されるアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。
また、ＳＣＲ触媒８よりも下流側の排気通路３には温度センサ１７が設けられている。この温度センサ１７は、ＳＣＲ触媒８から流出した排気の温度を検出する。また、温度センサ１７はＥＣＵ１０に電気的に接続されており、その検出値が該ＥＣＵ１０に入力される。そして、ＥＣＵ１０は、温度センサ１７の検出値に基づいてＳＣＲ触媒８の温度を算
出する。
ここで、本実施例においては、排気通路３において、ＳＣＲ触媒８は、ＮＳＲ触媒６から所定距離以上離れた位置に配置される（例えば、ＮＳＲ触媒６は車両のエンジンルーム内に配置され、ＳＣＲ触媒８はエンジンルームの外側であって該車両の床下に配置される。）。これにより、リーン昇温処理が実行されることでＮＳＲ触媒６が昇温された場合であっても、ＳＣＲ触媒８の温度上昇は抑制される。また、ＳＣＲ触媒８は、その温度が所定の還元温度範囲内であるときに十分なＮＯｘ還元機能を発揮する。
そこで、本実施例において、リーン昇温実行部１０２は、リーン昇温処理を実行する際に、ＳＣＲ触媒８の温度を所定の還元温度範囲内に維持しつつ、ＮＳＲ触媒６の温度を所定温度以上に上昇させる。これによれば、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒６からＮＯｘが脱離したとしても、該脱離したＮＯｘをＳＣＲ触媒８によって還元することができる。そのため、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒６から脱離して外部に放出されてしまうＮＯｘの量を抑制することができる。
なお、本実施例においては、ＳＣＲ触媒８に代えてＮＳＲ触媒を設けてもよい。そして、このＮＳＲ触媒を下流側ＮＳＲ触媒とした場合、リーン昇温実行部１０２は、リーン昇温処理を実行する際に、下流側ＮＳＲ触媒の温度を、ＮＯｘ吸蔵機能を十分に発揮できる所定の吸蔵可能温度範囲内に維持しつつ、ＮＳＲ触媒６の温度を所定温度以上に上昇させる。これによれば、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒６からＮＯｘが脱離したとしても、該脱離したＮＯｘを下流側ＮＳＲ触媒によって吸蔵することが可能となる。そのため、リーン昇温処理の実行に伴ってＮＳＲ触媒６から脱離して外部に放出されてしまうＮＯｘの量を抑制することができる。また、下流側ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比を還元空燃比まで低下させることで、下流側ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元することができる。
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・エアフローメータ
５・・・スロットル弁
６・・・ＮＳＲ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
７・・・燃料添加弁
８・・・ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）
９・・・尿素添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ
１２・・アクセル開度センサ
１３・・上流側ＮＯｘセンサ
１４・・空燃比センサ
１５・・下流側ＮＯｘセンサ
１６・・温度センサ
１７・・温度センサ

Claims (4)

  1. 希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘトラップ触媒を備えた排気浄化装置の異常診断システムであって、
    所定の異常診断条件が成立したときに、前記ＮＯｘトラップ触媒に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に維持しつつ、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を所定温度以上に上昇させるリーン昇温処理を実行するリーン昇温実行部と、
    前記リーン昇温実行部による前記リーン昇温処理の実行終了後における、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵効率または該ＮＯｘ吸蔵効率と相関のある所定のパラメータに基づいて、前記ＮＯｘトラップ触媒の異常を診断する診断部と、を備えた排気浄化装置の異常診断システム。
  2. 前記所定温度が、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比の状態で、前記ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘが脱離することが可能な温度である請求項１に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
  3. 前記ＮＯｘトラップ触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、
    前記排気浄化装置が、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下の空燃比であってＮＯｘの還元が可能な所定の還元空燃比まで低下させることで、前記ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元処理を実行するＮＯｘ還元実行部をさらに備え、
    前記所定の異常診断条件が成立したときに、前記ＮＯｘ還元実行部によってＮＯｘ還元処理を実行し、その後で、前記リーン昇温実行部によって前記リーン昇温処理を実行する請求項１または２に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
  4. 前記排気浄化装置において、前記排気通路における前記ＮＯｘトラップ触媒よりも下流側であって前記ＮＯｘトラップ触媒から所定距離以上離れた位置に、選択還元型ＮＯｘ触媒または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であるＮＯｘ還元触媒が設けられており、
    前記リーン昇温実行部が、前記リーン昇温処理を実行する際に、前記ＮＯｘ還元触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒である場合は前記ＮＯｘ還元触媒の温度をＮＯｘの還元が可能な所定の還元可能温度範囲内に維持しつつ、または、前記ＮＯｘ還元触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である場合は前記ＮＯｘ還元触媒の温度をＮＯｘの吸蔵が可能な所定の吸蔵可能温度範囲内に維持しつつ、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を前記所定温度以上に上昇させる請求項１または２に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
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