JP2018131991A - 排気浄化装置の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ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ＮＳＲ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。【解決手段】ＮＳＲ触媒の異常診断を行う際に、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度より低く、且つ、ＮＳＲ触媒でのＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であるときに、燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加する所定の燃料添加処理を開始する。そして、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が所定温度に達するまでの間におけるＮＯｘ流出量の積算値と、所定の燃料添加処理の実行中におけるＮＳＲ触媒の温度が所定温度に達した後のＮＯｘ流出量の積算値との比較に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う。【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に適用される異常診断装置に関する。

混合気の空燃比を理論空燃比よりも高いリーン空燃比とす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吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）を設ける技術が知られている。ＮＳＲ触媒は、その周囲雰囲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、その周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ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。なお、本明細書においては、「吸蔵」との用語を「吸着」の態様をも含む用語として用いる。

また、特許文献１には、ＮＳＲ触媒の劣化判定方法に関する技術が開示されている。この特許文献１に開示の技術では、経年劣化に応じたＮＳＲ触媒での吸蔵マップを基に理想ＮＯｘ吸蔵量を求めるとともに、排気通路に設けられたＮＯｘセンサの検出値に基づいて実ＮＯｘ吸蔵量を求める。そして、理想ＮＯｘ吸蔵量と実ＮＯｘ吸蔵量との差が閾値より大きいときには、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＳＯｘを除去するための脱硫制御を実行する。そして、脱硫制御の実行後、理想ＮＯｘ吸蔵量と実ＮＯｘ吸蔵量とを再度求める。このとき、再度求められた理想ＮＯｘ吸蔵量と実ＮＯｘ吸蔵量との差が閾値より小さければ、脱硫制御によりＮＳＲ触媒のＳＯｘ被毒が回復したと判断してＮＳＲ触媒は異常なしと判定する。一方、再度求められた理想ＮＯｘ吸蔵量と実ＮＯｘ吸蔵量との差が閾値より大きければ、ＮＳＲ触媒が熱劣化したと判定する。

また、特許文献２には、ＮＳＲ触媒よりも上流側の排気通路に設けられた燃料添加弁（炭化水素供給弁）から、予め定められた範囲内の周期で燃料を添加することでＮＳＲ触媒において還元性中間体を生成させ、該還元性中間体によって排気中のＮＯｘを還元する技術が開示されている。

また、特許文献３には、ＮＳＲ触媒より下流側の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、排気中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ部の劣化診断に関する技術が開示されている。

特開２０１４−２０２１２６号公報 特開２０１５−０４２８５６号公報 特開２０１６−０７９８５２号公報 特開２０１５−１９０４２７号公報

ＮＳＲ触媒の劣化が進行すると、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が減少する。また、ＮＳＲ触媒へのＮＯｘ流入量と該ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量とに基づいて該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を推定することができる。そのため、上述した特許文献１に記載の技術のように、ＮＯｘ吸蔵量の推定値を用いてＮＳＲ触媒の異常診断を行う場合がある。しかしながら、ＮＳＲ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、ＮＯｘ吸蔵量の
推定値を用いた従来の異常診断手法では、その劣化度合いが比較的小さい段階でＮＳＲ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ＮＳＲ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ＮＳＲ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。

本発明では、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う際に、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度より低く、且つ、ＮＳＲ触媒でのＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であるときに、燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加する所定の燃料添加処理を開始する。そして、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が所定温度に達するまでの間におけるＮＯｘ流出量の積算値と、所定の燃料添加処理の実行中におけるＮＳＲ触媒の温度が所定温度に達した後のＮＯｘ流出量の積算値との比較に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う。

より詳しくは、本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置は、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられ、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、を有する排気浄化装置に適用される異常診断装置において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を推定する推定部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ流出量を取得する取得部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低く、且つ、前記推定部によって推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であるときに、前記燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる所定の燃料添加処理を開始する燃料添加処理実行部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であるか異常であるかを診断する診断部と、を備え、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期が、前記所定の燃料添加処理の実行中において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが脱離するとともに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の平均空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比に維持されるように設定されており、前記所定の燃料添加処理が開始されてから前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度に達するまでの間における、前記取得部によって取得されるＮＯｘ流出量の積算値を低温側ＮＯｘ積算量とし、前記所定の燃料添加処理の実行中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度に達した後の、前記取得部によって取得されるＮＯｘ流出量の積算値を高温側ＮＯｘ積算量としたときに、前記高温側ＮＯｘ積算量が前記低温側ＮＯｘ積算量よりも多い場合は前記診断部が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断し、前記高温側ＮＯｘ積算量が前記低温側ＮＯｘ積算量以下の場合は前記診断部が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断する。

本発明に係る排気浄化装置は、ＮＳＲ触媒よりも上流側の排気通路に設けられた燃料添加弁を有している。燃料添加弁から燃料が添加されると、該燃料が排気とともにＮＳＲ触媒に供給される。そして、本発明に係る異常診断装置においては、燃料添加処理実行部によって、燃料添加弁から所定の周期で繰り返し燃料を添加する所定の燃料添加処理が行われる。所定の燃料添加処理が行われると、ＮＳＲ触媒における燃料の酸化反応により該ＮＳＲ触媒の温度が徐々に上昇する。

ここで、ＮＳＲ触媒には、吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値である飽和ＮＯｘ吸蔵量が存在する。ただし、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が飽和ＮＯｘ吸蔵量以下であっても、該ＮＳＲ触媒に還元剤たる燃料が供給されると、吸蔵されていたＮＯｘの脱離が生じ得る。また、ＮＳＲ触媒の飽和ＮＯｘ吸蔵量は該ＮＳＲ触媒の温度がある温度を超えると急激に
減少する。そのため、ＮＳＲ触媒が正常であっても、該ＮＳＲ触媒の温度が徐々に上昇することで飽和ＮＯｘ吸蔵量が減少し、その結果、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を飽和ＮＯｘ吸蔵量が下回ると、吸蔵されていたＮＯｘの脱離が生じ得る。なお、飽和ＮＯｘ吸蔵量が急激に減少するＮＳＲ触媒の温度は該ＮＳＲ触媒が正常であっても異常であっても大きく変化はしない。以下、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低く、該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が飽和ＮＯｘ吸蔵量以下であっても、該ＮＳＲ触媒に燃料が供給されることに起因して該ＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘを低温脱離ＮＯｘと称する。一方、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高いために該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を飽和ＮＯｘ吸蔵量が下回ることに起因して該ＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘを高温脱離ＮＯｘと称する。

そして、所定の燃料添加処理を実行すると、ＮＳＲ触媒に燃料が供給されることになるため低温脱離ＮＯｘを生じさせることができる。また、所定の燃料添加処理を実行することでＮＳＲ触媒の温度を上昇させると、高温脱離ＮＯｘを生じさせることもできる。そこで、本発明では、所定温度が、ＮＳＲ触媒の温度が該所定温度を超えると該ＮＳＲ触媒の飽和ＮＯｘ吸蔵量が急激に減少する温度近傍に設定される。したがって、所定の燃料添加処理の実行中においてＮＳＲ触媒の温度が所定温度以下のときに該ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯｘは低温脱離ＮＯｘとして捉えることができ、また、所定の燃料添加処理の実行中においてＮＳＲ触媒の温度が該所定温度より高いときに該ＮＳＲ触媒から脱離したＮＯｘは高温脱離ＮＯｘとして捉えることができる。

また、所定の燃料添加処理では、一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期が、該所定の燃料添加処理の実行中において、ＮＳＲ触媒に流入する排気の平均空燃比がリーン空燃比に維持されるように設定されている。そのため、所定の燃料添加処理が実行されることでＮＳＲ触媒から脱離したＮＯｘの一部は、還元されずに該ＮＳＲ触媒から流出する。つまり、低温脱離ＮＯｘが生じる状態では、ＮＳＲ触媒の温度が低いために、還元剤（燃料）が存在している状態であっても該ＮＳＲ触媒の還元能力を十分に発揮させることができない。そのために低温脱離ＮＯｘの一部は還元されずにＮＳＲ触媒から流出する。また、高温脱離ＮＯｘが生じる状態では、脱離するＮＯｘの量に対して供給される還元剤（燃料）が不足した状態となる。そのために高温脱離ＮＯｘの一部は還元されずにＮＳＲ触媒から流出する。

そして、ＮＳＲ触媒が異常のときは、該ＮＳＲ触媒が正常のときに比べて、低温脱離ＮＯｘが生じ易い。これは、ＮＳＲ触媒が劣化すると、該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵態様が脱離し易い態様となるためである。そして、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が多くなると、その分、高温脱離ＮＯｘの割合が少なくなる。したがって、ＮＳＲ触媒が異常であると、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が多くなり、高温脱離ＮＯｘの割合が少なくなり易い。

一方で、ＮＳＲ触媒が正常であると、低温脱離ＮＯｘは生じ難い。そして、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が少なくなると、その分、高温脱離ＮＯｘの割合が多くなる。したがって、ＮＳＲ触媒が正常であると、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が少なくなり、高温脱離ＮＯｘの割合が多くなり易い。そのため、本発明に係る所定の燃料添加処理においては、一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期とを適切に設定することで、ＮＳＲ触媒が正常であれば、該所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量よりも多くなり、ＮＳＲ触媒が異常であれば、該所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量以下となるようにすることができる。

そして、本発明では、ＮＳＲ触媒の異常診断に際して、燃料添加処理実行部によって所定の燃料添加処理が行われるとともに、低温側ＮＯｘ積算量および高温側ＮＯｘ積算量が算出される。ここで、低温側ＮＯｘ積算量は、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が所定温度に達するまでの間に取得部によって取得されるＮＯｘ流出量の積算値である。高温側ＮＯｘ積算量は、所定の燃料添加処理の実行中においてＮＳＲ触媒の温度が所定温度に達した後に取得部によって取得されるＮＯｘ流出量の積算値である。このとき、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量よりも多ければ、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量よりも多くなる。一方、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量以下であれば、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下となる。そこで、診断部が低温側ＮＯｘ積算量と高温側ＮＯｘ積算量とを比較する。そして、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量よりも多い場合、診断部はＮＳＲ触媒が正常であると診断する。一方、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下の場合、診断部はＮＳＲ触媒が異常であると診断する。

本発明においては、ＮＳＲ触媒の異常時における低温脱離ＮＯｘの量と高温脱離ＮＯｘの量との相対関係はＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的小さくても上述したとおりのものとなる。つまり、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的に小さくても、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量以下となる。したがって、本発明によれば、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒が異常であると診断することが可能となる。

また、所定の燃料添加処理を実行した際の低温側ＮＯｘ積算量と高温側ＮＯｘ積算量との比較に基づいてＮＳＲ触媒が正常であるか異常であるかを診断する。そのため、仮に、推定部によって推定されるＮＯｘ吸蔵量と所定の燃料添加処理の開始時のＮＳＲ触媒における実際のＮＯｘ吸蔵量と、推定部によって推定されるＮＯｘ吸蔵量との間に多少の誤差があったしても、ＮＳＲ触媒の異常診断を高精度で行うことができる。

ここで、所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＯｘ吸蔵量が多いときは、該ＮＯｘ吸蔵量が少ないときに比べて、ＮＳＲ触媒に燃料が供給された際に該ＮＳＲ触媒からＮＯｘが脱離し易い。そのため、所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＯｘ吸蔵量が多いときは、該ＮＯｘ吸蔵量が少ないときに比べて、低温脱離ＮＯｘが多くなり易い。そこで、本発明においては、燃料添加処理実行部が、推定部によって推定される、所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＯｘ吸蔵量が多いときは、所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＯｘ吸蔵量が少ないときに比べて、所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量を少ない量に設定して所定の燃料添加処理を実行してもよい。これによれば、ＮＳＲ触媒が正常であるにもかかわらず、所定の燃料添加処理を実行した際に高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下となってしまうことを抑制することができる。そのため、ＮＳＲ触媒が正常であるにもかかわらず、診断部によってＮＳＲ触媒が異常であると誤診断されてしまうことを抑制することができる。

また、所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期とを適切な範囲内に設定することで、ＮＳＲ触媒において還元性中間体を生成させることができる。そこで、本発明では、燃料添加処理実行部が、所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期を、ＮＳＲ触媒に燃料が供給されることで還元性中間体が生成される範囲内の燃料添加量および周期であって、且つ、該還元性中間体の生成量が該所定の燃料添加処理の実行中における該ＮＳＲ触媒へのＮＯｘ流入量に応じた量となるように設定して所定の燃料添加処理を実行してもよい。これによれば、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒に排気とともに新たに流入するＮＯｘを還元性中間体によって還元することができる。その結果、所定の燃料添加処理の実行中に取得部によって取得される
ＮＯｘ流出量に、該所定の燃料添加処理が実行されることでＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘ以外のＮＯｘ（すなわち、該所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒に排気とともに新たに流入するＮＯｘ）が含まれることを可及的に抑制することができる。そのため、所定の燃料添加処理を実行した際の低温側ＮＯｘ積算量と高温側ＮＯｘ積算量との比較に基づくＮＳＲ触媒の異常診断の精度をより向上させることができる。

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ＮＳＲ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ＮＳＲ触媒が異常であると診断することが可能となる。

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。 実施例に係る所定の燃料添加処理が実行されたときの、燃料添加タイミング、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、および、ＮＳＲ触媒の温度Ｔｃの時間的推移を示すタイムチャートである。 ＮＳＲ触媒の温度と該ＮＳＲ触媒の飽和ＮＯｘ吸蔵量との相関を示す図である。 実施例に係る所定の燃料添加処理を実行した際における流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの時間的推移を説明するための第１のタイムチャートである。 実施例に係る所定の燃料添加処理を実行した際における流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの時間的推移を説明するための第２のタイムチャートである。 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。 実施例の変形例１に係る、開始吸蔵量Ｑｎｏｘと、所定の燃料添加処理の一回添加量Ｆａｄｄとの相関を示す図である。 実施例の変形例２に係る所定の燃料添加処理を行ったときにＮＳＲ触媒で生ずると推測される酸化還元反応を示す第１の図である。 実施例の変形例２に係る所定の燃料添加処理を行ったときにＮＳＲ触媒で生ずると推測される酸化還元反応を示す第２の図である。

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＞
（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。なお、排気通路３には、ＮＳＲ触媒６の他に、選択還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタが設け
られてもよい。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。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。

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。ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。

（ＮＳＲ触媒の異常診断）
本実施例に係る排気浄化装置においては、ＮＳＲ触媒６の異常診断が行われる。以下、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。ここで、本実施例では、上述したように、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吸蔵量を推定することができる。つまり、ＮＯｘ流入量をＮＯｘ吸蔵量の増加量とし、ＮＯｘ流出量をＮＯｘ吸蔵量の増加量として、それらを積算することでＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を推定することができる。そして、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、ＮＯｘ吸蔵量の推定値のみでは、そ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、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断では、ＮＳＲ触媒の温度が
低く且つ該ＮＳＲ触媒にＮＯｘが吸蔵されている状態で該ＮＳＲ触媒に所定の周期で繰り返し燃料が供給された場合、ＮＳＲ触媒が正常のときと異常のときとでは、該ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ脱離の態様が異なることに着目した。

本実施例では、ＮＳＲ触媒６の異常診断に際して、該ＮＳＲ触媒６の温度が所定温度より低く、且つ、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であるときに、ＥＣＵ１０によって、燃料添加弁６から所定の周期で燃料を繰り返し添加する所定の燃料添加処理が実行される。図２は、本実施例に係る所定の燃料添加処理が実行されたときの、燃料添加タイミング、ＮＳＲ触媒６に流入する排気（流入排気）の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、および、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃの時間的推移を示すタイムチャートである。

図２に示すように、所定の燃料添加処理が実行されると、燃料添加弁６からの燃料添加の周期に応じて流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎが低下する。このときに、低下したときの流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎがリッチ空燃比となる一方で、所定の燃料添加処理の実行中の流入排気の平均空燃比Ａ／Ｆｉｎはリーン空燃比に維持されるように、一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期とが設定されている。また、所定の燃料添加処理が実行されると、ＮＳＲ触媒６における燃料の酸化反応により該ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが徐々に上昇する。その結果、ＮＳＲ触媒６の温度が所定温度よりも高くなる。

ここで、ＮＳＲ触媒の温度と該ＮＳＲ触媒の飽和ＮＯｘ吸蔵量との相関について図３に基づいて説明する。図３において、横軸はＮＳＲ触媒の温度を表しており、縦軸は飽和ＮＯｘ吸蔵量を表している。また、図３において、線Ｌ１は、ＮＳＲ触媒が正常であるときの両者の相関を示しており、線Ｌ２はＮＳＲ触媒が異常であるときの両者の相関を示している。図３に示すとおり、ＮＳＲ触媒の飽和ＮＯｘ吸蔵量は該ＮＳＲ触媒の温度がある温度Ｔｃｘを超えると急激に減少する。そして、ＮＳＲ触媒の温度が温度Ｔｃｘよりも低い状態から徐々に上昇し該温度Ｔｃｘを超えることで飽和ＮＯｘ吸蔵量が減少し、その結果、該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を飽和ＮＯｘ吸蔵量が下回った場合、該ＮＳＲ触媒が正常であっても、吸蔵されていたＮＯｘの脱離が生じ得る。つまり、高温脱離ＮＯｘが生じ得る。また、図３に示すように、飽和ＮＯｘ吸蔵量が急激に減少するＮＳＲ触媒の温度Ｔｃｘは該ＮＳＲ触媒が正常であっても異常であっても大きく変化はしない。

一方で、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が飽和ＮＯｘ吸蔵量以下であっても、該ＮＳＲ触媒に還元剤たる燃料が供給されると、吸蔵されていたＮＯｘの脱離が生じ得る。そのため、ＮＳＲ触媒６の温度が温度Ｔｃｘ以下であって、そのＮＯｘ吸蔵量が飽和ＮＯｘ吸蔵量以下の状態であっても、所定の燃料添加処理が実行されると、該ＮＳＲ触媒６に燃料が供給されることで、吸蔵されていたＮＯｘの脱離が生じ得る。つまり、低温脱離ＮＯｘが生じ得る。

そこで、本実施例では、所定の燃料添加処理の開始条件に係る所定温度を、ＮＳＲ触媒６の飽和ＮＯｘ吸蔵量が急激に減少する図３における温度Ｔｃｘに設定する。これにより、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒６の温度が所定温度Ｔｃｘに達するまでの間に該ＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘは低温脱離ＮＯｘとして捉えることができる。また、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６の温度が所定温度Ｔｃｘ以上に上昇してから該ＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘは高温脱離ＮＯｘとして捉えることができる。

また、低温脱離ＮＯｘが生じる状態では、ＮＳＲ触媒６の温度が低いために、還元剤（燃料）が存在している状態であっても該ＮＳＲ触媒６の還元能力を十分に発揮させることができない。そのために、所定の燃料添加処理が実行されて低温脱離ＮＯｘが生じると、その一部が還元されずにＮＳＲ触媒６から流出する。また、上述したように、所定の燃料
添加処理では、一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期とが、該所定の燃料添加処理の実行中において、流入排気の平均空燃比がリーン空燃比に維持されるように設定されている。そのため、所定の燃料添加処理実行中においてＮＳＲ触媒６に単時間当たりに供給される燃料の量は比較的少ない。したがって、飽和ＮＯｘ吸着量を上回る分のＮＯｘがＮＳＲ触媒６から脱離する高温脱離ＮＯｘが生じる状態では、脱離するＮＯｘの量に対して、供給される還元剤（燃料）の量が不十分な状態となる。そのために、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘが生じると、その一部が還元されずにＮＳＲ触媒６から流出する。つまり、所定の燃料添加処理の実行中においては、低温脱離ＮＯｘまたは高温脱離ＮＯｘのいずれが生じたときであっても、脱離したＮＯｘの一部がＮＳＲ触媒６から流出する。そして、ＮＳＲ触媒６から流出したＮＯｘが下流側ＮＯｘセンサ１５によって検出される。

また、ＮＳＲ触媒６が劣化すると、その内部にＮＯｘが吸蔵され難くなり、その表層部にＮＯｘが吸蔵され易くなる。そのため、ＮＳＲ触媒６が劣化すると、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵態様が脱離し易い態様となる。したがって、ＮＳＲ触媒６が異常のときは、該ＮＳＲ触媒６が正常のときに比べて、吸蔵されるＮＯｘが減少するとともに、所定の燃料添加処理が実行された際に低温脱離ＮＯｘが生じ易くなる。そして、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が多くなると、その分、高温脱離ＮＯｘの割合が少なくなる。したがって、ＮＳＲ触媒６が異常であると、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が多くなり、高温脱離ＮＯｘの割合が少なくなり易い。

一方で、ＮＳＲ触媒６が正常であると、所定の燃料添加処理が実行された際に低温脱離ＮＯｘが生じ難い。そして、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が少なくなると、その分、高温脱離ＮＯｘの割合が多くなる。したがって、ＮＳＲ触媒６が正常であると、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘの総量中において、低温脱離ＮＯｘの割合が少なくなり、高温脱離ＮＯｘの割合が多くなり易い。そこで、本実施例では、所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量および所定の周期が、ＮＳＲ触媒６が正常であれば、該所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量よりも多くなり、ＮＳＲ触媒６が異常であれば、該所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量以下となるように予め設定されている。このような所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量および所定の周期は実験等に基づいて求めることができる。

図４，５は、本実施例に係る所定の燃料添加処理を実行した際における流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの時間的推移を説明するためのタイムチャートである。図４は、ＮＳＲ触媒６が正常である場合の推移を示しており、図５は、ＮＳＲ触媒６が異常である場合の推移を示している。なお、図４，５に示す流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの推移は、あくまでそれぞれの場合の推移の一例である。また、図４，５において、時間ｔ１までの期間は、燃料添加弁７からの燃料添加が行われておらず、ＮＳＲ触媒６にＮＯｘが吸蔵する期間となっている。このＮＯｘ吸蔵期間では、排気中のＮＯｘの略全てがＮＳＲ触媒６に吸蔵されるため、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔは零となっている。そして、時間ｔ１において所定の燃料添加処理が開始される。その後、時間ｔ２において、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達する。

図４においては、時間ｔ１において所定の燃料添加処理が開始された後、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が零から上昇している。これは、所定の燃料添加処理が実行されることによって生じた低温脱離ＮＯｘがＮＳＲ触媒６から流出したためである。そし
て、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値がピークに達した後で一旦低下する。これは、ＮＳＲ触媒６からの低温脱離ＮＯｘの流出量が減少するためである。また、上述したように、ＮＳＲ触媒６が正常であれば低温脱離ＮＯｘは生じ難い。そのため、図４においては、時間ｔ２以前の流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔのピーク値はそれほど大きな値とはならない。そして、時間ｔ２以降においては、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が再度上昇する。これは、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘを超えることで生じた高温脱離ＮＯｘがＮＳＲ触媒６から流出したためである。そして、時間ｔ２以降において、高温脱離ＮＯｘがＮＳＲ触媒６から流出している間は、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が零より大きい値となっている。

したがって、図４における流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの推移を示すグラフにおいて、時間ｔ１から時間ｔ２までの間の斜線で示す部分（斜線部Ａｌ１）の面積が、所定の燃料添加処理の実行中における低温脱離ＮＯｘの量と相関があり、時間ｔ２以降の斜線で示す部分（斜線部Ａｈ１）の面積が、所定の燃料添加処理の実行中における高温脱離ＮＯｘの量と相関がある。そして、図４では、斜線部Ａｈ１の面積が斜線部Ａｌ１の面積よりも大きくなっている。つまり、図４は、ＮＳＲ触媒６が正常なときにおいて、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量よりも多くなっていることを示している。

また、図５においても、時間ｔ１において所定の燃料添加処理が開始された後、低温脱離ＮＯｘがＮＳＲ触媒６から流出するために、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が零から上昇している。そして、上述したように、ＮＳＲ触媒６が異常であると低温脱離ＮＯｘが生じ易い。そのため、図５においては、時間ｔ２以前の流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が、図４の場合よりも大きく上昇している。そして、図５の場合は、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が時間ｔ２以前にピーク値を迎えた後で零まで低下する。そして、時間ｔ２以降においては、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの値が零となっている。これは、所定の燃料添加処理の開始時点でＮＳＲ触媒６に吸蔵されていたＮＯｘの略全てが低温脱離ＮＯｘとして脱離してしまったために、高温脱離ＮＯｘが生じないためである。そして、図５における流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの推移を示すグラフにおいても、時間ｔ１から時間ｔ２までの間の斜線で示す部分（斜線部Ａｌ２）の面積が、所定の燃料添加処理の実行中における低温脱離ＮＯｘの量と相関がある。したがって、図５は、ＮＳＲ触媒６が異常のときに、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量より少なくなっていることを示している。

ここで、燃料添加弁７から周期的に燃料を添加する際に、燃料が添加された時の流入排気のリッチ度合いが大きすぎたり、該流入排気がリッチ空燃比となる期間が長すぎたりすると、ＮＳＲ触媒６の温度上昇速度が過剰に大きくなる。この場合、ＮＳＲ触媒６に還元剤（燃料）が供給されることに起因して該ＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘと、ＮＳＲ触媒６の温度が上昇することに起因して該ＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘとを切り分けることが困難となる。さらに、脱離するＮＯｘの量に対して十分な量の還元剤（燃料）が存在すると、そのほとんどが還元されてしまい、脱離したＮＯｘを下流側ＮＯｘセンサ１５によって検出することができなくなる場合もある。これらのようなこととなると、図４および５に示したような形で低温脱離ＮＯｘと高温脱離ＮＯｘとを区別して検出することが困難となる。そのため、ＮＳＲ触媒６の異常診断に際しては、上述したような所定の燃料添加処理を行う必要がある。

そして、本実施例では、ＥＣＵ１０が、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達するまでの間における該ＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量を積算することで低温側ＮＯｘ積算量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、所定の燃料添加処理の実行中においてＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達した後におけ
る該ＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量を積算することで高温側ＮＯｘ積算量を算出する。このとき、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量よりも多ければ、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量よりも多くなる。一方、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量以下であれば、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下となる。そこで、ＥＣＵ１０が、低温側ＮＯｘ積算量と高温側ＮＯｘ積算量とを比較することでＮＳＲ触媒６が正常であるか異常であるかの診断を行う。つまり、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量よりも多い場合、ＥＣＵ１０が、ＮＳＲ触媒が正常であると診断する。一方、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下の場合、ＥＣＵ１０が、ＮＳＲ触媒が異常であると診断する。

（異常診断フロー）
次に、本実施例に係るＮＳＲ触媒の異常診断のフローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本実施例では、ＥＣＵ１０に記憶された所定のプログラムが実行されることで、本フローが実現される。

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。具体的には、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘより低く、且つ、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であるか否かが判別される。なお、所定吸蔵量は、ＮＳＲ触媒６が異常であり、その温度が所定温度Ｔｃであるときの飽和ＮＯｘ吸蔵量よりも少ない量であって、所定の燃料添加処理を実行した際に、上述したような、ＮＳＲ触媒６が正常なときと異常なときとのＮＯｘの脱離態様の相違を下流側ＮＯｘセンサ１５によって検出することが可能な程度の吸蔵量である。このような所定吸蔵量は、実験等に基づいて予め定めることができる。また、上述したように、ＮＳＲ触媒６の温度および該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量は、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ１０によって推定されている。また、内燃機関１の運転状態が定常状態であることや、ＮＳＲ触媒６の異常診断が前回実行されてから所定期間以上が経過していること等を異常診断の実行条件に含めてもよい。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で肯定判定されると、Ｓ１０２において、上述した所定の燃料添加処理が開始される。なお、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行うために、所謂リッチスパイク処理を実行することで該ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘを一旦全て還元させてもよい。そして、その後に、ＮＳＲ触媒６にＮＯｘを再度吸蔵させ、該ＮＳＲ触媒６の温度が所定温度より低い状態でＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量に達してから所定の燃料添加処理を開始してもよい。

Ｓ１０２において所定の燃料添加処理が開始されると、Ｓ１０３において、ＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの積算が開始される。そして、これによって低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌが算出される。次に、Ｓ１０４において、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに上昇したか否かが判別される。Ｓ１０４で否定判定された場合、すなわち、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが未だ所定温度Ｔｃｘに達していない場合、Ｓ１０３の処理が再度実行される。つまり、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達するまでＳ１０３におけるＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの積算が繰り返され、それによって、低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌが算出される。

一方、Ｓ１０４で肯定判定された場合、Ｓ１０５において、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達してからのＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの積算が開始される。そして、これによって高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈが算出される。次に、Ｓ１０６おいて、所定の燃料添加処理が開始されてから所定の添加実行期間ｄｔａｄｄが経過したか否かが判別される。ここで、所定の添加実行期間ｄｔａｄｄは、所定の燃料添加処理の開始時点で
ＮＳＲ触媒６に吸蔵されていたＮＯｘの全てが脱離するのに十分な期間として設定されている。所定の添加実行期間ｄｔａｄｄは、実験等に基づいて予め定められた一定値であってもよい。また、所定の添加実行期間ｄｔａｄｄは、所定の燃料添加処理の開始時点におけるＮＳＲ触媒６でのＮＯｘ吸蔵量の推定値に基づいて定められてもよい。また、所定の燃料添加処理が開始されてから、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが、該ＮＳＲ触媒６にＮＯｘを吸蔵させることが可能な温度の上限値に達するまでの期間を、所定の添加実行期間ｄｔａｄｄとしてもよい。そして、Ｓ１０５で否定判定された場合、Ｓ１０５の処理が再度実行される。つまり、所定の燃料添加処理が開始されてから所定の添加実行期間ｄｔａｄｄが経過するまでＳ１０５におけるＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの積算が繰り返され、それによって、高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈが算出される。

一方、Ｓ１０６において肯定判定された場合、Ｓ１０７において、所定の燃料添加処理が停止される。次に、Ｓ１０８において、Ｓ１０７で算出された高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈが、Ｓ１０３で算出された低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌより多いか否かが判別される。そして、Ｓ１０８で肯定判定された場合、Ｓ１０９においてＮＳＲ触媒６は正常であると診断される。一方で、Ｓ１０８で否定判定された場合、つまり、高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈが低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌ以下の場合、Ｓ１１０においてＮＳＲ触媒６は異常であると診断される。

なお、上記フローでは、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達してから、所定の燃料添加処理の開始時点からの経過時間が所定の添加実行期間ｄｔａｄｄとなるまでの間、ＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔが積算され、それによって、高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈが算出される。そして、その後で、低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌと高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈとが比較される。しかしながら、所定の燃料添加処理の開始時点からの経過時間が所定の添加実行期間ｄｔａｄｄに達する前に、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達してからのＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの積算値が、Ｓ１０３で算出された低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘを超える場合もある。この場合、ＮＳＲ触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｘに達してからのＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの積算値が低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘを超えた時点で、ＮＳＲ触媒６は正常であると判定してもよい。そして、その時点で所定の燃料添加処理を停止してもよい。

上述したとおり、ＮＳＲ触媒６が正常であれば、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量よりも多くなる。一方で、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい状態であっても、所定の燃料添加処理が実行された際には低温脱離ＮＯｘが増加し易い。そのため、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい状態であっても、低温脱離ＮＯｘの量と高温脱離ＮＯｘの量との相対関係は、上述したＮＳＲ触媒６が異常であるときの関係となる。つまり、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的に小さくても、所定の燃料添加処理の実行中において高温脱離ＮＯｘの量が低温脱離ＮＯｘの量以下となる。そして、低温脱離ＮＯｘの量と高温脱離ＮＯｘの量との相対関係は、低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌと高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈとの相対関係に反映される。したがって、本実施例に係るＮＳＲ触媒６の異常診断手法によれば、低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌと高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈとの相対関係に基づいて異常診断を行うことで、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。

また、仮に、ＥＣＵ１０によって算出されるＮＳＲ触媒６でのＮＯｘ吸蔵量の推定値と実際のＮＯｘ吸蔵量との間に多少の誤差があったとして、ＮＳＲ触媒６の状態に応じた、低温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｌと高温側ＮＯｘ積算量Ｉｎｏｘｈとの相対関係に変わりはない。つまり、ＮＳＲ触媒６が正常であれば両者の相対関係は正常時の関係となり、ＮＳＲ触媒６が異常あれば両者の相対関係は異常時の関係となることに変わりはない。そのた
め、本実施例に係るＮＳＲ触媒６の異常診断の手法によれば、ＮＳＲ触媒６でのＮＯｘ吸蔵量の推定値と実際のＮＯｘ吸蔵量との間に多少の誤差があったとして、ＮＳＲ触媒６の異常診断を高精度で行うことができる。

なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を推定することで、本発明に係る推定部が実現される。また、ＥＣＵ１０がＮＯｘ流出量を算出することで本発明に係る取得部が実現される。また、ＥＣＵ１０が、燃料添加弁７を用いて所定の燃料添加処理を行うことで本発明に係る燃料添加処理実行部が実現される。また、図６に示すフローのＳ１０９またはＳ１１０の処理をＥＣＵ１０が実行することで本発明に係る診断部が実現される。

（変形例１）
また、本実施例に係る所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量および所定の周期と必ずしも一定値でなくてもよい。例えば、所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量（以下、この時点でのＮＯｘ吸蔵量を「開始吸蔵量」と称する場合もある。）に応じて該所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量（以下、「一回添加量」と称する場合もある。）を設定してもよい。図７は、本変形例に係る、開始吸蔵量Ｑｎｏｘと一回添加量Ｆａｄｄとの相関を示す図である。図７に示すように、本変形例では、開始吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど一回添加量Ｆａｄｄを少ない量に設定する。

ここで、開始吸蔵量が多いときは該開始吸蔵量が少ないときに比べて、ＮＳＲ触媒６に燃料が供給された際に該ＮＳＲ触媒６からＮＯｘが脱離し易い。そのため、開始吸蔵量が多いときは該開始吸蔵量が少ないときに比べて低温脱離ＮＯｘが多くなり易い。そして、ＮＳＲ触媒６が正常な場合において、所定の燃料添加処理が実行された際に低温脱離ＮＯｘの量が過剰に多くなると、ＮＳＲ触媒６が正常にもかかわらず、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下となってしまう虞がある。そこで、本変形例では、上記のとおり、開始吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど一回添加量Ｆａｄｄを少ない量に設定して所定の燃料添加処理を行う。

一回添加量Ｆａｄｄが少なくなると、低温脱離ＮＯｘが生じ難くなる。そのため、開始吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど一回添加量Ｆａｄｄを少ない量とすることで、ＮＳＲ触媒６が正常なときにおける低温脱離ＮＯｘの量が過剰に多くなることを抑制することができる。その結果、ＮＳＲ触媒６が正常であるにもかかわらず、高温側ＮＯｘ積算量が低温側ＮＯｘ積算量以下となってしまうことを抑制することができる。これにより、ＮＳＲ触媒６が正常であるにもかかわらず、該ＮＳＲ触媒６が異常であると誤診断されてしまうことを抑制することができる。

（変形例２）
また、所定の燃料添加処理における一回添加量と所定の周期とを適切な範囲内に設定することで、ＮＳＲ触媒６において還元性中間体を生成させることができる。そして、生成された還元性中間体によってＮＯｘを還元することができる。以下、そのメカニズムについて図８および９に基づいて説明する。

図８および９はＮＳＲ触媒６の触媒担体５０の表面部分を示している。また、図８および９には、一回添加量と所定の周期とを本変形例に係る範囲内に設定して所定の燃料添加処理を行ったときに生ずると推測される反応が示されている。 図８は、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＳＲ触媒６に供給されていないとき、すなわち、流入排気の空燃比がリーン空燃比であるときを示している。一方、図９は、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＳＲ触媒６に供給されたとき、すなわち、流入排気の空燃比がリッチ空燃比である
ときを示している。

ＮＳＲ触媒６においては、例えばアルミナからなる触媒担体５０上に白金Ｐｔ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上にはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層５３が形成されている。なお、触媒担体５０上には白金Ｐｔに加えてロジウムＲｈまたはパラジウムＰｄを担持させてもよい。

流入排気の空燃比がリーン空燃比のときは、図８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ＮＯ_２となり、このＮＯ_２はさらに酸化されてＮＯ_３となる。また、ＮＯ_２の一部はＮＯ_２ ⁻となる。したがって、白金Ｐｔ上にはＮＯ_２ ⁻とＮＯ_３とが生成されることになる。ＮＳＲ触媒６上に付着しているＮＯおよび白金Ｐｔ５１上において生成されたＮＯ_２ ⁻およびＮＯ_３は活性が強い。以下、これらＮＯ、ＮＯ_２ ⁻ およびＮＯ_３を活性ＮＯｘ^＊と称する。

一方、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＳＲ触媒６に供給されることで流入排気の空燃比がリッチ空燃比となると、燃料に含まれる炭化水素ＨＣの大部分は酸化反応により燃焼せしめられるが、該炭化水素ＨＣの一部は改質されてラジカルとなる。したがって、図９に示すように活性ＮＯｘ^＊周りの炭化水素濃度が高くなる。そして、活性ＮＯｘ^＊が生成された後で、該活性ＮＯｘ^＊周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性ＮＯｘ^＊は酸化され、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層５３内に吸収される。しかしながら、この一定時間が経過する前に活性ＮＯｘ^＊周りの炭化水素濃度が再度高くされると、図９に示されるように活性ＮＯｘ^＊は白金Ｐｔ５１上においてラジカル状の炭化水素ＨＣと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層５３の表面上に付着又は吸着される。

なお、このとき最初に生成される還元性中間体はニトロ化合物Ｒ−ＮＯ_２であると考えられる。このニトロ化合物Ｒ−ＮＯ_２は生成されるとニトリル化合物Ｒ−ＣＮとなるがこのニトリル化合物Ｒ−ＣＮはその状態では瞬時しか存続し得ないため、ただちにイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯとなる。このイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯは加水分解するとアミン化合物Ｒ−ＮＨ_２となる。ただし、この場合、加水分解されるのはイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯの一部であると考えられる。したがって、図９に示されるように塩基性層５３の表面上に付着又は吸着されている還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯおよびアミン化合物Ｒ−ＮＨ_２であると考えられる。

一方、図９に示されるように生成された還元性中間体の周りに炭化水素ＨＣが付着しているときには還元性中間体は炭化水素ＨＣに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、流入排気における炭化水素ＨＣの濃度が低下し、次いで還元性中間体の周りに付着している炭化水素ＨＣが酸化せしめられて消滅する。それにより還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気中のＮＯｘや活性ＮＯｘ^＊と反応するか、周囲の酸素と反応するか、または自己分解する。それによって、還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２は、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏに変換せしめられる。これにより、還元性中間体によってＮＯｘが還元されることになる。

以上説明したようにＮＳＲ触媒６においては、流入排気の炭化水素濃度が高くなることにより還元性中間体が生成され、さらに、その後で、流入排気の炭化水素濃度が低下し、その酸素濃度が高くなったときに還元性中間体によってＮＯｘが還元される。したがって、ＮＳＲ触媒６において、還元性中間体を生成させ、該還元性中間体によってＮＯｘを還
元するためには、流入排気の炭化水素濃度を周期的に変化させる必要がある。

さらに、この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度まで流入排気の炭化水素濃度を高める必要があり、且つ、生成された還元性中間体を排気中のＮＯｘや活性ＮＯｘ^＊や酸素と反応させ、または自己分解させるのに十分低い濃度まで流入排気の炭化水素濃度を低下させる必要がある。また、炭化水素ＨＣの供給周期を長くすると該炭化水素ＨＣが供給された後、次に炭化水素ＨＣが供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなり、その結果、活性ＮＯｘ^＊が還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されてしまうことになる。したがって、還元性中間体によってＮＯｘを還元するためには、流入排気の空燃比を適切な振幅かつ適切な周期で変化させる必要がある。そこで、本変形例では、流入排気の空燃比が適切な振幅かつ適切な周期で変化するように、所定の燃料添加処理における一回添加量および所定の周期を設定する。

さらに、本変形例では、ＮＯｘを還元するため還元性中間体の生成量が所定の燃料添加処理の実行中におけるＮＳＲ触媒６へのＮＯｘ流入量に応じた量となるように、所定の燃料添加処理における一回添加量と所定の周期とを設定する。ここで、所定の燃料添加処理によってＮＳＲ触媒６において還元性中間体を生成させる場合、該所定の燃料添加処理における一回添加量が多いほど、還元性中間体の生成量が多くなる。また、所定の燃料添加処理における燃料添加の周期が短いほど、還元性中間体の生成量が多くなる。そこで、所定の燃料添加処理における一回添加量および所定の周期と還元性中間体の生成量との相関を実験等に基づいて予め求め、その相関をマップまたは関数としてＥＣＵ１０に予め記憶させる。そして、ＥＣＵ１０が、このマップまたは関数を用いて所定の燃料添加処理における一回添加量および所定の周期を設定する。

還元性中間体の生成量が所定の燃料添加処理の実行中におけるＮＯｘ流入量に応じた量となるように所定の燃料添加処理を実行することで、該所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６に排気とともに新たに流入するＮＯｘを還元性中間体によって還元することができる。その結果、ＮＳＲ触媒６に新たに流入するＮＯｘが、該ＮＳＲ触媒６を通過して該ＮＳＲ触媒６から流出して下流側ＮＯｘセンサ１５によって検出されることを抑制することができる。これにより、所定の燃料添加処理の実行中に、下流側ＮＯｘセンサ１５の検出値に基づいて算出されるＮＯｘ流出量に、該所定の燃料添加処理が実行されることでＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘ以外のＮＯｘ（すなわち、該所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６に排気とともに新たに流入するＮＯｘ）が含まれることを可及的に抑制することが可能となる。その結果、所定の燃料添加処理の実行中における低温脱離ＮＯｘの量と低温側ＮＯｘ積算量との相関がより高くなる。また、所定の燃料添加処理の実行中における高温脱離ＮＯｘの量と高温側ＮＯｘ積算量との相関がより高くなる。そのため、所定の燃料添加処理を実行した際の低温側ＮＯｘ積算量と高温側ＮＯｘ積算量との比較に基づくＮＳＲ触媒６の異常診断の精度をより向上させることができる。

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
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

Claims (3)

1. 希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられ、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、を有する排気浄化装置に適用される異常診断装置において、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を推定する推定部と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ流出量を取得する取得部と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低く、且つ、前記推定部によって推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であるときに、前記燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる所定の燃料添加処理を開始する燃料添加処理実行部と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であるか異常であるかを診断する診断部と、を備え、
   前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期が、前記所定の燃料添加処理の実行中において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが脱離するとともに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の平均空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比に維持されるように設定されており、
   前記所定の燃料添加処理が開始されてから前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度に達するまでの間における、前記取得部によって取得されるＮＯｘ流出量の積算値を低温側ＮＯｘ積算量とし、前記所定の燃料添加処理の実行中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度に達した後の、前記取得部によって取得されるＮＯｘ流出量の積算値を高温側ＮＯｘ積算量としたときに、前記高温側ＮＯｘ積算量が前記低温側ＮＯｘ積算量よりも多い場合は前記診断部が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断し、前記高温側ＮＯｘ積算量が前記低温側ＮＯｘ積算量以下の場合は前記診断部が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断する排気浄化装置の異常診断装置。
2. 前記燃料添加処理実行部が、前記推定部によって推定される、前記所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＯｘ吸蔵量が多いときは、前記所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＯｘ吸蔵量が少ないときに比べて、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量を少ない量に設定して前記所定の燃料添加処理を実行する請求項１に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
3. 前記燃料添加処理実行部が、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料が供給されることで還元性中間体が生成される範囲内の燃料添加量および周期であって、且つ、前記還元性中間体の生成量が前記所定の燃料添加処理の実行中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量に応じた量となるように設定して前記所定の燃料添加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装置。
   

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