CN101415917B - 催化剂劣化监测系统和催化剂劣化监测方法 - Google Patents

Abstract

存储还原NO_X催化剂被设置在内燃机的排气通路中。NO_X传感器被设置在所述NO_X催化剂的上游。通过累加所述NO_X传感器的输出，计算作为已经流入所述NO_X催化剂的NO_X量的NO_X流入量。当执行富尖峰时，基于由设置在NO_X催化剂下游的排出气体传感器产生的输出计算总存储量，所述总存储量为存储在NO_X催化剂中的氧量和NO_X量的和。基于所述NO_X流入量和所述总存储量确定所述NO_X催化剂的劣化。

Description

催化剂劣化监测系统和催化剂劣化监测方法

技术领域

本发明涉及一种催化剂劣化监测系统。更具体地，本发明涉及一种催化剂劣化监测系统和一种催化剂劣化监测方法，其确定设置在内燃机的排气通路中的存储还原NOx催化剂的劣化。

背景技术

三效催化剂得到广泛使用，其用于净化从内燃机排出的排出气体。所述三效催化剂包括具有存储氧功能的氧存储材料。三效催化剂通过存储和释放氧以在催化剂中将空气-燃料比值保持在化学计量的空气-燃料比值，以很高的效率净化排出气体。

然而，三效催化剂不能以很高的净化速率净化排出气体，除非流入三效催化剂中的排出气体的空气-燃料比值接近于化学计量的空气-燃料比值。因此，当使用可以以高于化学计量的空气-燃料比值的空气-燃料比值(即，贫空气-燃料比值)运行的内燃机时，排气通道设置有包括具有存储NOx功能的NOx存储材料的NOx存储还原催化剂(下文中，NOx存储还原催化剂将简称为“NOx催化剂”)。

因为设置有NOx催化剂，所以当内燃机以贫空气-燃料比值运行时，NOx催化剂存储排出气体中的NOx。当存储在NOx催化剂中的NOx被净化时，执行富尖峰以将空气-燃料比值从贫空气-燃料比值临时地改变到富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值。当执行富尖峰时，包含HC、CO等等的排出气体流入NOx催化剂。因为HC、CO等等用作还原剂，所以存储的NOx被净化，即，存储的NOx还原到N₂，然后释放N₂。

根据运行条件，在其中进行贫燃烧的内燃机可以以化学计量的空气-燃料比值运行。当内燃机以化学计量的空气-燃料比值运行时，NOx催化剂通常用作三效催化剂。因此，NOx催化剂除了包括NOx存储材料外还包括氧存储材料。当内燃机以贫空气-燃料比值运行时，将氧存储在NOx催化剂的氧存储材料中以达到容量。

日本专利No.2827954描述了一种装置，所述装置通过连续执行两个富尖峰，单独地检测存储在NOx催化剂中的氧的量(下文称作“氧存储量”和存储在NOx催化剂中的NOx的量(下文称作“NOx存储量”)。图16是说明常规装置的运行的方框图。

在日本专利No.2827954中描述的装置中，在NOx催化剂的上游设置有空气-燃料传感器(A/F传感器)，并且在NOx催化剂的下游设置有氧传感器(O₂传感器)。当执行第一富尖峰并且例如HC和CO的还原剂流入NOx催化剂中时，存储在NOx催化剂中的氧和NOx与还原剂发生反应，因此消耗氧和NOx。当存储的全部氧和NOx消耗后，还原剂流向NOx催化剂的下游区域。结果，在NOx催化剂下游的氧传感器的输出从指示空气-燃料比例较贫的贫输出变化到指示空气-燃料比例较富的富输出。因此，到氧传感器的输出变化到富输出的时间点为止，流入NOx催化剂的还原剂的量(即图16中的“还原剂量I”)等于NOx催化剂中氧存储量和NOx存储量的和。因此，根据还原剂量I计算氧存储量和NOx存储量的和(以下，称作“总存储量”)，所述还原剂量I根据设置在NOx催化剂下游的空气-燃料比值传感器的输出计算。

在从当第一富尖峰完成到当存储在NOx催化剂的氧存储材料中的氧达到容量时的周期中，空气-燃料比值保持为贫空气-燃料比值。然后，执行第二富尖峰。当执行第二富尖峰时，以与计算还原剂量I的方式相同的方式，基于NOx催化剂下游的空气-燃料比值传感器的输出，计算直到NOx催化剂下游的氧传感器的输出变化到富输出(即，图16中的“还原剂量II”)的时间点流入NOx催化剂的还原剂量。

NOx催化剂的氧存储材料将氧存储到容量所要求的时间非常短(例如，一到两秒)。即，在第一富尖峰和第二富尖峰之间将空气-燃料比值保持在贫空气-燃料比值的时间周期非常短。因此，在该周期中，很难将NOx存储在NOx催化剂中。即，当第二富尖峰开始时，在NOx催化剂中存储的NOx的量认为是零，而在NOx催化剂中已存储的氧达到容量。因此，在第二富尖峰处的还原剂量II等于在NOx催化剂中的氧存储量。因此，根据还原剂量II计算NOx催化剂中的氧存储量。因此，从上述总存储量中减去氧存储量所获得的值等于在第一富尖峰开始之前的NOx存储量。

在日本专利No.2827954中描述的催化剂劣化监测系统中，根据用上述方法检测到的NOx存储量，按照如下确定NOx催化剂的NOx存储能力。在上述催化剂劣化监测系统中，在每个负载和内燃机的每个旋转速度下单位时间内从内燃机排出的NOx的量在稳定运行期间提前根据经验确定。因此，获取实验数据，并且存储在ECU中。当内燃机在贫空气-燃料比值下工作时，通过累加根据实验数据确定的每单位时间的NOx排出量估计已经流入NOx催化剂中的NOx量(以下，称为“NOx流入量”)。在NOx流入量达到预定值的时间点开始第一富尖峰。能够通过比较预定值和上述NOx存储量，确定在所有流入NOx催化剂中的Nox中被NOx催化剂捕获的NOx的比例，所述预定值也即到开始富尖峰的时间点为止流入NOx催化剂的NOx的量。当所述比例大于预定的确定值时，确定NOx存储能力是正常的。当所述比例小于确定值时，确定NOx存储能力已被劣化。

然而，在上述催化剂劣化监测系统中使用的NOx流入量是根据预先存储的实验数据估计的估计值。所述实验数据如上所述，在稳定运行期间获得，根据所述实验数据估计NOx流入量。然而，当估计NOx流入量时，实际的运行状态时刻改变。因此，所估计的NOx流入量通常具有小的误差。另外，认为实际的NOx排放特性由于各个内燃机的差异以及随着时间的变化偏离上述实验数据。所估计的NOx流入量由于该影响也具有误差。

因此，在上述催化剂劣化监测系统中，所估计的NOx流入量不可避免地具有误差。因此，不能以足够的精度确定催化剂的劣化。

发明内容

本发明提供精确确定存储还原NOx催化剂的劣化的催化剂劣化监测系统以及催化剂劣化监测方法。

本发明的第一方面涉及一种催化剂劣化监测系统，其确定设置在内燃机的排气通路中的存储还原NOx催化剂的劣化。所述催化剂劣化监测系统包括：NOx检测装置，其被设置在所述NOx催化剂的上游，并根据排出气体中的NOx的浓度产生输出；排出气体传感器，其被设置在所述NOx催化剂的下游，并根据所述排出气体的空气-燃料比值产生输出；NOx流入量计算装置，其通过累加所述NOx检测装置的输出，计算作为已经流入所述NOx催化剂中的NOx的量的NOx流入量；富尖峰装置，用于执行富尖峰，以将从所述内燃机排出的所述排出气体的空气-燃料比值从贫空气-燃料比值临时改变到富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值；总存储量计算装置，用于基于在执行所述富尖峰时所述排出气体传感器产生的输出计算总存储量，所述总存储量为作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的氧量的氧存储量、和作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的NOx量的NOx存储量的和；以及诊断装置，用于基于所述NOx流入量和所述总存储量确定所述NOx催化剂的劣化。

在上述内容中，诊断装置包括氧存储量计算装置和氧存储能力确定装置，所述氧存储量计算装置基于所述NOx流入量和所述总存储量计算所述总存储量中的所述氧存储量，所述氧存储能力确定装置基于所述氧存储量确定所述NOx催化剂的氧存储能力。

在上述内容中，催化剂劣化监测系统还包括执行条件设置装置，其用于设置至少两个不同的执行条件，在每个所述执行条件下执行至少一个富尖峰。所述氧存储量计算装置可基于在所述NOx流入量和所述总存储量之间的关系计算所述氧存储量，其中所述总存储量涉及在所述至少两个不同执行条件下执行的至少两个富尖峰。

在上述内容中，通过外推在所述NOx流入量和所述总存储量之间的关系，当所述NOx流入量为零时，所述氧存储量计算装置可计算出与所述总存储量等同的值，并且所述氧存储量计算装置将该值作为所述氧存储量，其中所述总存储量涉及NOx流入量达到至少两个不同的各自水平的在至少两个不同执行条件下执行的至少两个富尖峰。

在上述内容中，所述诊断装置可包括NOx存储量计算装置和NOx存储能力确定装置，所述NOx存储量计算装置通过从所述总存储量中减去所述氧存储量计算所述NOx存储量，所述NOx存储能力确定装置基于所计算的NOx存储量确定所述NOx催化剂的NOx存储能力。

在上述内容中，所述NOx检测装置可具有检测所述排出气体的空气-燃料比值的功能，并且所述总存储量计算装置基于所述排出气体传感器的输出和通过所述NOx检测装置检测的所述空气-燃料比值计算所述总存储量。

在上述内容中，所述NOx检测装置可具有检测所述排出气体的空气-燃料比值的功能，并且在所述富尖峰完成后，当通过所述NOx检测装置检测到的所述空气-燃料比值从富空气-燃料比值变化到贫空气-燃料比值时，所述NOx流入量计算装置开始累加所述NOx检测装置的输出。

本发明的第二方面涉及一种催化剂劣化监测方法，其使用：设置在内燃机的排气通路中的存储还原NOx催化剂；NOx传感器，其被设置在所述NOx催化剂的上游，并根据排出气体中NOx的浓度产生输出；以及排出气体传感器，其被设置在所述NOx催化剂的下游，并根据所述排出气体的空气-燃料比值产生输出。所述方法包括：通过累加所述NOx传感器的输出，计算作为已经流入所述NOx催化剂的NOx量的NOx流入量；当执行所述富尖峰以将从所述内燃机排出的排出气体的所述空气-燃料比值从贫空气-燃料比值临时改变到富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值时，基于由所述排出气体传感器产生的输出，计算总存储量，所述总存储量为作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的氧量的氧存储量、和作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的NOx量的NOx存储量的和；以及基于所述NOx流入量和所述总存储量确定所述NOx催化剂的劣化。

在上述内容中，通过累加设置在存储还原NOx催化剂的上游的NOx检测装置的输出，确定NOx流入量，即已经流入NOx催化剂的NOx量，所述存储还原NOx催化剂设置在内燃机的排气通道中。基于当执行富尖峰时检测的NOx流入量和NOx催化剂中的总存储量确定NOx催化剂的劣化。在上述内容中，通过设置NOx检测装置实际测量NOx流入量。因此，NOx流入量精确地确定。因此，与基于机器运行状态估计NOx流入量的情况相比，更加精确地确定NOx催化剂的劣化。另外，在第一方面中，以高精度确定NOx催化剂的劣化，而不用在NOx催化剂的下游设置NOx确定装置。因此，与在NOx催化剂的上游和下游设置NOx检测装置的系统相比，可减少昂贵的NOx检测装置的数量，从而降低制造成本。

在上述内容中，基于NOx流入量和总存储量计算在总存储量中的氧存储量，并且基于氧存储能力确定NOx催化剂的氧存储能力。因此，以高精度确定NOx催化剂的氧存储能力的劣化。

在上述内容中，设置至少两个不同的执行条件，在每个所述执行条件下执行至少一个富尖峰。基于在所述NOx流入量和所述总存储量之间的关系计算所述氧存储量，其中所述总存储量涉及在所述至少两个不同执行条件下执行的至少两个富尖峰。因此，可更加精确地确定在NOx催化剂中的氧存储量。

在上述内容中，通过外推在所述NOx流入量和所述总存储量之间的关系，计算当所述NOx流入量为零时与所述总存储量等同的值，其中所述总存储量涉及NOx流入量达到至少两个不同的各自水平的在至少两个不同执行条件下执行的至少两个富尖峰。该值作为氧存储量。因此，可容易并且精确地确定NOx催化剂中的氧存储量。

在上述内容中，通过从所述总存储量中减去所述氧存储量计算所述NOx存储量，基于NOx存储量确定所述NOx催化剂的NOx存储能力。因此，可精确地确定NOx催化剂的NOx存储能力的劣化。

在上述内容中，所述NOx检测装置具有检测所述排出气体的空气-燃料比值的功能，并且所述总存储量计算装置基于所述排出气体传感器的输出和通过所述NOx检测装置检测的所述空气-燃料比值计算所述总存储量。因此，因为NOx检测装置也用作空气-燃料比值传感器，所以制造成本进一步降低。

在上述内容中，所述NOx检测装置具有检测所述排出气体的空气-燃料比值的功能。在所述富尖峰完成后，当通过所述NOx检测装置检测到的所述空气-燃料比值从富空气-燃料比值变化到贫空气-燃料比值时，通过开始累加所述NOx检测装置的输出确定NOx流入量，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的量。因此，当确定NOx流入量时，以合适的时序开始NOx检测装置的输出的累加。因此，可更加精确地确定NOx流入量。从而，可更加精确地确定NOx催化剂的劣化。并且，因为NOx检测装置也用作空气-燃料比值传感器，所以制造成本进一步降低。

附图说明

从下面参考附图的示例实施例的描述，本发明的前述和其他目标、特性以及优点将变的显而易见，其中相似的标号用于表示相似的元件，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的系统的配置；

图2是示出在图1的系统中设置的NOx传感器的传感器部分的配置的横截面图；

图3是解释第一实施例中工作的时序图；

图4示出了计算总存储量TSA方法；

图5示出了在用于确定NOx催化剂劣化的确定值和在富尖峰开始时的NOx流入量NOxIN之间关系；

图6示出了在NOx流入量和总存储量TSA之间关系(在对比实例中)，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图7示出了在NOx流入量和总存储量TSA之间关系(在对比实例中)，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图8是在本发明的第一实施例中执行的程序的流程图；

图9是解释第二实施例中工作的时序图；

图10示出了在NOx流入量和总存储量TSA之间的关系，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图11示出了在NOx流入量和总存储量TSA之间的关系，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图12示出了在NOx流入量和总存储量TSA之间的关系，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图13示出了在NOx流入量和总存储量TSA之间的关系，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图14示出了在NOx流入量和NOx存储量NSA之间的关系，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂的NOx量；

图15是在本发明的第二实施例中执行的程序的流程图；以及

图16示出了常规装置的工作。

具体实施方式

第一实施例

[系统配置描述]

图1描述了根据本发明的第一实施例的系统的配置。在图1中示出的系统包括内燃机10。在图1中示出的内燃机10是包括四个气缸#1到#4的直列四-气缸引擎。在本发明中，气缸数量不限定为四，并且气缸的设置也不限于直列设置。

在内燃机10中，处于高于化学计量空气-燃料比值的空气-燃料比值(以下称作“贫空气-燃料比值”)的空气-燃料混合物被燃烧。因此，内燃机10开始工作。内燃机10可以是端口注入引擎，在所述引擎中，燃料注入到进口；气缸直接注入引擎，在所述引擎中，燃料直接注入到气缸中；或者在其中结合使用端口注入和气缸直接注入的引擎。

在用于内燃机10的排气通道12中，设置有两个起始催化剂(上游催化剂)14和16以及一个NOx催化剂(NSR)18。从气缸#1和#4排出的排出气体流入起始催化剂14。从气缸#2和#3排出的排出气体流入起始催化剂16。穿过起始催化剂14和穿过起始催化剂16的排出气体一起流入NOx催化剂18中。

当流入起始催化剂14和16的排出气体的空气-燃料比值接近于化学计量的空气-燃料比值时，起始催化剂14和16通过存储和释放氧同时净化HC、CO和NOx。因此，起始催化剂14和16用作三效催化剂。

当流入NOx催化剂18的排出气体的空气-燃料比值是贫空气-燃料比值时，NOx催化剂18存储NOx。当流入NOx催化剂18的排出气体的空气-燃料比值是富空气-燃料比值时，NOx催化剂18净化所存储的NOx，即将存储的NOx还原为N₂，并且释放N₂。因此，NOx催化剂18用作NOx存储还原催化剂。NOx催化剂18还具有存储氧的能力。当内燃机10工作在化学计量的空气-燃料比值时，NOx催化剂18用作三效催化剂。

在排气通道12中，在起始催化剂14的上游设置有氧传感器20，在起始催化剂16的上游设置有氧传感器22，在NOx催化剂18的上游设置有NOx传感器24，以及在NOx催化剂18的下游设置有下游侧的氧传感器26。

每个氧传感器20、22和26的输出根据排出气体的空气-燃料比值是否富于或者贫于化学计量的空气-燃料比值急剧地变化。代替氧传感器20、22和26，可设置空气-燃料比值传感器，其每个根据排出气体的空气-燃料比值产生线性变化的输出。

NOx传感器24具有检测排出气体中NOx浓度的功能。后面将具体描述NOx传感器24。

在NOx催化剂18中设置温度传感器28。温度传感器28检测NOx催化剂18的温度(床温)TCAT。在本发明中，代替利用温度传感器28直接检测NOx催化剂18的温度TCAT，可基于通过设置在NOx催化剂18的上游或下游的排出气体温度传感器所检测的排出气体温度估计NOx催化剂18的温度TCAT。可选择地是，可基于内燃机10的工作状态估计NOx催化剂18的温度TCAT。

内燃机10连接到进气系统(未示出)，空气进入到所述进气系统并且将空气分配到气缸。

根据第一实施例的系统包括ECU(电子控制单元)30。除了上述传感器，ECU30还连接到检测引擎速度NE、进气压力PM、进气量GA、节流阀开口量TH等等的传感器。ECU30还电连接到用于燃料注射器、火花塞、节流阀等等的致动器。

图2是示出设置在图1所示系统中的NOx传感器24的传感器部分的配置的横截面图。如下所述，在实施例中的传感器24是限流NOx传感器。如图2所示，NOx传感器24的传感器部分包括由例如氧化锆构成的六个氧离子传导固体电解层。六个固体电解层被层叠。从传感器部分的上部到下部，六个固体电解层包括第一层L₁、第二层L₂、第三层L₃、第四层L₄、第五层L₅以及第六层L₆。

例如，多孔的第一扩散-控制部件50和第二扩散-控制部件51被设置在第一层L₁和第三层L₃之间。在扩散-控制部件50和51之间形成有第一腔52。在第二扩散-控制部件51和第二层L₂之间形成有第二腔53。在第三层L₃和第五层L₅之间形成有大气腔54。大气腔54对于外部空气敞开。第一扩散-控制部件50的外部端表面与排出气体接触。因此，通过第一扩散-控制部件50的排出气体流入第一腔52。因此，第一腔52充满了排出气体。

在第一层L₁的内表面上形成有面向第一腔52的负电极侧的第一泵浦电极55。在第一层L₁的外表面上形成有正电极侧的第一泵浦电极56。第一泵浦电压源57在第一泵浦电极55和56之间施加电压。当在第一泵浦电极55和56之间施加电压时，包含在第一腔52中排出气体的氧与负电极侧的第一泵浦电极55接触，因此氧转换为氧离子。氧离子朝正电极侧的第一泵浦电极56流入第一层L₁。从而，在第一腔52中的排出气体中包含的氧在第一层L₁中移动，然后氧被拉出到外部。当第一泵浦电压源57的电压增加时，被拉出到外部的氧的量也增加。

在第三层L₃的内表面上形成有面向大气腔54的参考电极58。当在氧离子传导固体电解层的两侧之间的氧浓度有差异时，氧离子在固体电解层中从氧浓度高的一侧移动到氧浓度低的一侧。在图2示出的实例中，在大气腔54中的氧浓度比在第一腔52中的氧浓度高。因此，当在大气腔54中的氧与参考电极58接触时，氧接受电荷，因此氧转换成氧离子。氧离子在第三层L₃、第二层L₂和第一层L₁中移动，并且氧离子在负电极侧的第一泵浦电极55中释放电荷。结果，在参考电极58和负电极侧的第一泵浦电极55之间出现由参考数字59所示的电压V₀。电压V₀与在大气腔54中氧浓度和在第一腔52中氧浓度之间的差成比例。

在图2所示的实例中，通过反馈控制第一泵浦电压源57的电压，使得电压V₀匹配于当在第一腔52中氧浓度是1p.p.m时出现的电压。就是说，在第一腔52中的氧通过第一层L₁被拉出到外部，使得在第一腔52中的氧浓度是1p.p.m。因此，在第一腔52中的氧浓度保持在1p.p.m。

负电极侧的第一泵浦电极55由例如金Au和铂Pt的合金的具有较低还原NOx能力的材料构成。因此，在第一腔52中包含在排出气体中的NOx几乎不会被还原。因此，NOx穿过第二扩散-控制部件51，然后流入第二腔53。在第一层L₁的内表面上形成有面向第二腔53的负电极侧的第二泵浦电极60。在负电极侧的第二泵浦电极60和正电极侧的第一泵浦电极56之间施加第二电压源61。当在泵浦电极60和56之间施加电压时，包含在第二腔53中的排出气体中的氧与负电极侧的第二泵浦电极60接触，因此氧被转换成氧离子。氧离子朝正电极侧的第一泵浦电极56流入第一层L₁。从而，在第二腔53中的排出气体中包含的氧在第一层L₁中移动，然后氧被拉出到外部。当第二泵浦电压源61的电压增加时，被拉出到外部的氧的量也增加。

如上所述，当在氧离子传导固体电解层的两侧之间的氧浓度有差异时，氧离子在固体电解层中从氧浓度高的一侧移动到氧浓度低的一侧。在图2示出的实例中，在大气腔54中的氧浓度比在第二腔53中的氧浓度高。因此，当在大气腔54中的氧与参考电极58接触时，氧接受电荷，因此氧转换成氧离子。氧离子在第三层L₃、第二层L₂和第一层L₁中移动，并且氧离子在负电极侧的第二泵浦电极60中释放电荷。结果，在参考电极58和负电极侧的第二泵浦电极60之间出现由参考数字62所示的电压V1。电压V1与在大气腔54中氧浓度和在第二腔53中氧浓度之间的差成比例。

在图2所示的实例中，通过反馈控制第二泵浦电压源61的电压，使得电压V1匹配于当在第二腔53中氧浓度是0.01p.p.m时出现的电压。就是说，在第二腔53中的氧通过第一层L₁被拉出到外部，使得在第二腔53中的氧浓度是0.01p.p.m。因此，在第二腔53中的氧浓度保持在0.01p.p.m。

负电极侧的第二泵浦电极60由例如金Au和铂Pt的合金的具有较低还原NOx能力的材料构成。因此，当在排出气体中包含的NOx与负电极侧的第二泵浦电极60接触时，NOx几乎不被还原。在第三层L₃的内表面上形成有面向第二腔53的用于检测NOx的负电极侧泵浦电极63。负电极侧泵浦电极63由例如铑Rh或铂Pt的具有高还原NOx能力的材料构成。因此，在第二腔53中的NOx，大部分NO，在负电极侧泵浦电极63中被分解为N₂和O₂。在负电极侧泵浦电极63和参考电极58之间施加恒定电压64。因此，通过在负电极侧泵浦电极63中分解NO生成的O₂被转换为氧离子，并且氧离子在第三层L₃中向着参考电极58移动。此时，由参考数字65所示的电流I₁流入负电极侧泵浦电极63和参考电极58之间。电流I₁与氧离子的量成比例。

如上所述，在在第一腔52中NOx几乎不被还原。另外，在第二腔53中几乎没有氧。因此，电流I₁与排出气体中包含的NOx浓度成比例。因此，基于电流I₁检测在排出气体中的NOx的浓度。下文中，将电流I₁称为“NOx传感器24的输出”。

当在排出气体中的氧浓度较高时，也就是当空气-燃料比值较贫时，从第一腔52被拉出到外部的氧的量变大，因此由参考数字66所示的电流I₂变大。因此，基于电流I₂检测排出气体的空气-燃料比值。因此，在该实施例中的NOx传感器24也用作检测空气-燃料比值的空气-燃料比值传感器。以下，将从NOx传感器24输出的指示空气-燃料比值的电流I₂称为“NOx传感器24的A/F输出”。

在第五层L₅和第六层L₆之间设置有加热NOx传感器24的传感器部分的电加热器67。电加热器67以700℃到800℃加热NOx传感器24的传感器部分。

在本发明中使用的NOx传感器不限于上述限流传感器。也可使用其他类型的传感器，例如混合电位传感器。另外，在本发明中使用的NOx传感器可不用作空气-燃料比值传感器。在这种情况中，代替氧传感器20和22，可设置空气-燃料比值传感器以检测流入NOx催化剂18的排出气体的空气-燃料比值。可选择地是，可基于通过气流计所检测的进气量GA和燃料注入量计算流入NOx催化剂18的排出气体的空气-燃料比值。

[在第一实施例中的工作]当内燃机10工作在预定的工作状态时，空气-燃料混合物以贫空气-燃料比值燃烧。当内燃机10工作在贫空气-燃料比值时，起始催化剂14和16不能净化NOx。因此，NOx暂时存储在NOx催化剂18中。当NOx存储在NOx催化剂18中时，ECU30执行富尖峰，以将内燃机中的燃烧空气-燃料比值暂时地从贫空气-燃料比值变化到富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值。

图3是解释第一实施例中运行的时序图。以下，将参考图3描述第一实施例中的运行。在图3中，水平轴表示在前一个富尖峰完成并且内燃机10中的燃烧空气-燃料比值回到贫空气-燃料比值后经过的时间。图3示出了随后执行三个富尖峰的运行。因为同样的富尖峰操作执行三次，所以将描述图3中的第一个富尖峰操作。

在图3(a)中，实线示出了测量的已经流入NOx催化剂18的NOx的量(下文中，已经流入NOx催化剂18的NOx量称为“NOx流入量”，并且NOx流入量的测量值用“NOxIN”表示”)。NOx流入量NOxIN实际上基于NOx传感器24的输出测量。ECU30通过累加通过将NOx传感器24的输出(即，NOx浓度)乘以流入NOx催化剂18中的排出气体的量所获得值计算NOx流入NOxIN。流入NOx催化剂18的排出气体的量可基于例如通过气流计(未示出)所检测的进气量GA计算。当内燃机10工作在高于化学计量的空气-燃料比值的富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值时，ECU30之后重置NOx流入量NOxIN。

在图3(a)中，虚线示出了NOx流入量的估计值(以下称为“NOx流入估计量”)，所述估计值基于内燃机10的运行状态估计。后面将描述NOx流入估计量。

图3(c)示出了位于NOx催化剂18的下游的下游侧氧传感器26的输出。图3(d)示出了NOx传感器24的A/F输出。即，图3(d)示出了流入NOx催化剂18的排出气体的空气-燃料比值。当内燃机10运行在贫空气-燃料比值时，排出气体以贫空气-燃料比值流入排气通道12中。因此，当内燃机10运行在贫空气-燃料比值时，下游侧的氧传感器26产生贫输出指示空气-燃料比值是贫，并且NOx传感器24产生与内燃机10中目标贫空气-燃料比值一致的A/F输出。

如图3(a)所示，当内燃机10在贫空气-燃料比值下运行时，NOx流入量单调增加。然后，当NOx流入量NOxIN到达预定值A时，启动富尖峰(在时间点(t1)。图3(b)是示出富尖峰执行标记FR的状态的图形。当执行富尖峰时，富尖峰执行标记FR设置为1。当没有执行富尖峰时，富尖峰执行标记FR设置为0。

当富尖峰启动时，在内燃机10中的燃烧空气-燃料比值从贫空气-燃料比值变化到富空气-燃料比值。因此，包含例如HC和CO的大量还原剂的排出气体以富空气-燃料比值流入起始催化剂14和16中。然后，在存储在起始催化剂14和16中的所有氧消耗后，排出气体以富空气-燃料比值流入起始催化剂14和16的下游区域。因此，如图3(d)所示，NOx传感器24的A/F输出从指示贫空气-燃料比值的贫输出，变化到指示富空气-燃料比值的富输出。

当内燃机10运行在贫空气-燃料比值时，存储在NOx催化剂18的氧存储材料中的氧迅速地达到容量。因此，当启动富尖峰时，已经存储在NOx催化剂18中的氧已经达到氧存储容量OSC。

在NOx流入量NOxIN达到预定值A的条件下启动富尖峰。设定预定值A使得在存储在NOx催化剂18中的NOx的量达到NOx存储容量NSC之前启动富尖峰。因此，当富尖峰启动时，存储在NOx催化剂18中的NOx的量小于NOx存储容量NSC。

当排出气体以富空气-燃料比值开始流到起始催化剂14和16的下游区域，并且包含例如HC和CO的还原剂的排出气体流入NOx催化剂18时，存储在NOx催化剂18中的氧和NOx与还原剂反应，因此消耗氧和NOx。在氧和NOx消耗期间，下游侧的氧传感器26的输出保持贫输出。当存储在NOx催化剂18中的全部氧和NOx消耗后，包含还原剂的排出气体以富空气-燃料比值开始流向NOx催化剂18的下游区域。因此，下游侧的氧传感器26的输出从贫输出变化到富输出(在时间点t2)。在这个时间点，完成当前富尖峰。

因此，在从当富尖峰启动直到当下游侧的氧传感器26的输出从贫输出变化到富输出的期间流入NOx催化剂18还原剂的量与在富尖峰启动之前存储在NOx催化剂18中的氧的量(以下，称为“氧存储量OSA”)和在富尖峰启动之前存储在NOx催化剂18中的NOx的量(以下，称为“NOx存储量NSA”)都相关。在该实施例中，等于氧存储量OSA和NOx存储量NSA的和的值称为“总存储量TSA”。下面将描述总存储量TSA。

总存储量TSA是通过将NOx存储量NSA转换为氧的量所获得的值和氧存储量OSA的和。在该实施例的系统中，基于流入NOx催化剂18的还原剂的量确定总存储量TSA。

图4描述了ECU30使用的计算总存储量TSA的方法。在图4的左侧的图是示出执行富尖峰的图3(c)和图3(d)的部分的放大图。流入NOx催化剂18的还原剂是排出气体中未燃烧的燃料。因此，可基于图4中示出NOx传感器24的A/F输出的图形中的阴影部分计算流入NOx催化剂18的还原剂的量。因此，利用在图4的右侧的公式(1)计算总存储量TSA。在公式(1)中，“GA”表示进入内燃机10的空气的量，“A/F”表示流入NOx催化剂18的排出气体的空气-燃料比值，而“14.6”是化学计量的空气-燃料比值。“GA”的值基于例如气流计的输出确定。“A/F”的值基于NOx传感器24的A/F输出确定。可选地是，“A/F”的值可基于进气量GA和燃料注入量确定。

每次执行预定的计算程序时，ECU30使用公式(1)进行计算。使用公式(1)计算的TSA的值指示在一个执行预定计算程序的周期中，对应于流入NOx催化剂18的还原剂的量的氧的量。然后，在NOx传感器24的A/F输出从贫输出变化到富输出的时间点后，ECU30使用公式(1)累加所计算的TSA的值。在一个时间点的累加的TSA值指示直到该时间点的对应于流入NOx催化剂18的还原剂的量的氧的量。图3(e)是示出TSA的累加值的图形。

如上所述，当下游侧的氧传感器26的输出从贫输出变化到富输出(在时间点t2)时，可以确定存储在NOx催化剂18中的全部氧和NOx被消耗。因此，在该时间点累加的TSA值等于总存储量TSA。也就是说，在图3示出的实例中，在时间点t2的累加的TSA值等于在启动第一富尖峰之前的总存储量TSA。当下游侧的氧传感器26的输出从贫输出变化到富输出时，富尖峰完成。在富尖峰完成后，重置NOx流入量和累加的TSA值。

已经描述图3中的第一富尖峰。在富尖峰完成后，在内燃机10中的燃烧空气-燃料比值回到目标贫空气-燃料比值。结果，NOx流入量NOxIN再次增加。当NOx流入量NOxIN达到预定值A时，再次执行富尖峰(在时间点t3)。

图5示出了在用于基于总存储量TSA确定NOx催化剂18的劣化的确定值和在富尖峰开始时的NOx流入量NOxIN之间的关系。如图5所示，当NOx流入量增加时，由于下面描述的原因，所述确定值被设置为增加。

如上所述，当内燃机10运行在贫空气-燃料比值时，存储在NOx催化剂18中的氧迅速地达到容量。因此，无论何时开始富尖峰，存储在NOx催化剂18中的氧都达到容量。因此，可以认为在总存储量TSA中的氧存储量OSA等于氧存储容量OSC，而无论在富尖峰启动时的NOx流入量NoxIN是多少。

与之相比，可认为NOx催化剂18捕获流入NOx催化剂18的基本恒定比例的NOx。因此，当在富尖峰开始处NOx流入量增加时，总存储量TSA中的NOx存储量NSA也基本与NOx流入量NOxIN成比例的增加。考虑到这点，将用于确定NOx催化剂18的劣化的确定值设置为当NOx流入量增加时也增加。

如上所述，在图3所示的实例中，在NOx流入量NOxIN达到预定值A的时间点处，开始富尖峰。因此，在这种情况中的所述确定值基于图5所示的关系确定为值B。也就是说，在图3所示的实例中，当检测到的总存储量TSA等于或者大于值B时，确定NOx催化剂18的能力是正常的，NOx催化剂18没有劣化。

当检测到的总存储量TSA低于值B时，确定在总存储量TSA中的氧存储量OSA(＝氧存储容量OSC)减少，或者在总存储量TSA中的NOx存储量NSA减少。当氧存储量OSC减少时，确定NOx催化剂18的氧存储能力劣化。另外，当NOx存储量NSA减少时，在所有流入NOx催化剂18的NOx中被NOx催化剂18捕获的NOx的比例减少。因此，当NOx存储量NSA减少时，可确定NOx催化剂18的NOx存储能力劣化。因此，当总存储量TSA小于值B时，可确定NOx催化剂18的能力是不正常的，NOx催化剂18劣化。

因此，用于确定NOx催化剂18的劣化的确定值根据在富尖峰启动时的NOx流入量NOxIN变化。因此，精确地确定NOx流入量NOxIN以高精度地确定NOx催化剂18的劣化是重要的。根据本发明，因为NOx传感器24设置在NOx催化剂18的上游，所以实际上测量NOx流入量NOxIN。因此，精确地确定NOx流入量NOxIN。从而，可高精度地确定NOx催化剂18的劣化。

[对比实例]下面，将描述在对比实例中的劣化监测方法，以更便于理解本发明的有利效果。在对比实例中的劣化监测方法中，NOx流入量基于内燃机10的运行状态估计。也就是说，在对比实例中，预先根据经验确定在内燃机10的每个负载和每个旋转速度下每单位时间内从内燃机10排出的NOx的量。从而获得实验数据并且存储在ECU30中。ECU30利用当前的电流负载和当前的旋转速度基于实验数据计算产生的NOx的量(估计值)，并且累加在时间间隔上的产生的NOx的量。所述累加值是估计的NOx流入量。

在内燃机10的稳定运行期间获得实验数据，基于所述实验数据确定估计的NOx流入量。然而，当估计产生的NOx的量时，实际的负载和实际的旋转速度时刻在变化。由于这个影响，所估计的NOx流入量具有小的误差。另外，认为实际的NOx排放特性由于各个内燃机中的差异以及随着时间的变化偏离上述实验数据。所估计的NOx流入量由于该影响也具有误差。因此，如图3(a)中虚线所示，估计的NOx流入量比实际的NOx流入量NOxIN大或者小。

在对比实例中，在估计的NOx流入量达到预定值A时的时间点开始富尖峰。然而，在该时间点的实际的NOx流入量由于上述误差，比预定值A大或者小。在图6中，水平轴表示在对比实例中的富尖峰开始时实际的NOx流入量，所述流入量使用高响应的NOx分析仪测量。垂直轴表示检测到的总存储量TSA。从图6所示的实验结果显然可见，在对比实例中，在富尖峰开始时的实际的NOx流入量由于所估计的NOx流入量的误差，在预定值A周围的范围内变化。

如上所述，当总存储量TSA在图6中确定值的线上方时，NOx催化剂18正常地起作用。当存储量TSA在图6中确定值的线下方时，NOx催化剂18出现问题。因此，当检测结果通过图6中的点(I)示出时，催化剂18出现问题。当检测结果通过图6中的点(II)示出时，催化剂18正常起作用。

然而，当在对比实例中ECU30利用所述方法确定NOx催化剂18的劣化时，因为实际的NOx流入量未知，所以在图6中所有点处的NOx流入量认为等于预定值A。在图7中，图6中所有的点都投影到表示NOx流入量等于预定值A的直线上。图7中的点(I)和(II)对应于图6中的点(I)和(II)。在对比实例中，基于如图7所示的检测结果确定NOx催化剂18的劣化。也就是说，当总存储量TSA等于或者大于图7中的值B时，可确定NOx催化剂18正常地起作用。当总存储量TSA小于图7中的值B时，可确定NOx催化剂18发生问题。因此，当检测结果通过图6的点(I)示出时，并且因此NOx催化剂18发生问题，可能会错误地确定NOx催化剂18正常地起作用。当检测结果通过图6的点(II)示出时，并且因此NOx催化剂18正常起作用，可能会错误地确定NOx催化剂18发生问题。因此，在对比实例中，可能由于估计的NOx流入量的误差导致NOx催化剂18劣化的错误确定。

与之相比，在本发明中，因为在NOx催化剂18的上游设置有NOx传感器24，所以实际地测量NOx流入量。因此，精确地确定NOx流入量。从而，上述的错误确定不会出现。因此，可高精度地确定NOx催化剂18的劣化。

在本发明中，NOx传感器24不必设置在NOx催化剂18的下游。仅通过在NOx催化剂18的上游设置NOx传感器24，就可高精度地确定NOx催化剂18的劣化。因此，与在NOx催化剂18的上游和下游设置有NOx传感器的系统相比，减少了昂贵的NOx传感器的个数，因此，降低了制造成本。特别地，在本实施例中，因为NOx传感器24也用作空气-燃料比值传感器，所以进一步降低了制造成本。

[在第一实施例中的具体工艺]

图8是在实施例中通过ECU30执行的利用上述方法确定NOx催化剂18的劣化的程序的流程图。程序以预定的时间间隔重复执行。

在图8所示的程序中，首先，读取基于NOx传感器24的输出计算的NOx流入量NOxIN(步骤100)。随后，确定NOx流入量是否达到预定值A(步骤102)。当确定NOx流入量NOxIN没有达到预定值A时，通过累加NOx传感器24的输出，更新NOx流入量NOxIN(步骤104)。然后，当前处理循环结束。

当在步骤102中确定NOx流入量达到预定值A时，用于NOx流入量NOxIN的当前累加完成(步骤106)，然后启动富尖峰(步骤108)。

当启动富尖峰时，确定下游侧的氧传感器26的输出是否变化到富输出(步骤110)。当下游侧的氧传感器26的输出没有变化到富输出时，更新TSA的累加值(即，TSA的值被累加)(步骤118)。使用已经参考图4描述的方法计算TSA的累加值。下一步，确定是否满足用于确定NOx催化剂18的劣化的确定执行条件(步骤120)。更具体是，确定是否满足下述条件(1)到(3)的每个。也就是说，确定执行条件包括：条件(1)，富尖峰已经完成；条件(2)，执行富尖峰的运行条件(例如，由引擎速度NE、节流阀打开量TH以及进气量(GA)表示的运行条件)在预定的范围内；以及条件(3)，当执行富尖峰时的NOx催化剂18的温度TCAT在预定范围内。

设置条件(2)使得仅仅基于当在预定的运行条件下执行富尖峰时所获得的数据确定NOx催化剂18的劣化，在所述预定的运行条件下，不进行剧烈的加速或者减速以可靠地防止错误的确定。设置条件(3)防止由于NOx催化剂18的温度的影响导致的错误确定。也就是说，NOx催化剂18的能力根据NOx催化剂18的温度变化。因此，设置条件(3)使得仅仅基于当在其中认为NOx催化剂18的能力是恒定的温度范围中执行富尖峰时所获得的数据确定NOx催化剂18的劣化。

当下游侧的氧传感器26的输出没有变化到富输出时，连续执行富尖峰。在这种情况中，条件(1)不满足。因此，在步骤120中进行负的确定。当在步骤120中进行负的确定，那么当前处理循环结束。

当连续运行富尖峰时，下游侧的氧传感器26的输出最终变化到富输出。因此，在步骤110中进行肯定的确定。然后，当前富尖峰完成(步骤112)。当富尖峰完成后，确定通过NOx传感器24检测到的空气-燃料比值AFNOx是否已经变化到贫空气-燃料比值。也就是说，确定空气-燃料比值AFNOx是否大于14.6(AFNOx>14.6)(步骤114)。当空气燃料比值AFNOx大于14.6(AFNOx>14.6)时，开始NOx流入量NOxIN的累加以确定下一个富尖峰应该开始的时间(步骤116)。

随后，更新TSA的累加值(即，TSA的值被累加)(步骤118)。如上所述，在富尖峰结束时的TSA的累加值等于总存储量TSA。下一步，确定上述确定执行条件是否满足(步骤120)。当确定确定执行条件满足时，执行关于NOx催化剂18的劣化的确定。也就是说，如上参考图5所描述的，总存储量TSA与确定值B比较(步骤122)。当总存储量TSA在值B之下时(TSA<B)，确定NOx催化剂18劣化(步骤124)。当总存储量TSA等于或者大于值B时(TSA≥B)，确定NOx催化剂18正常地起作用(步骤126)。

在第一实施例中，根据本发明，可认为NOx催化剂18是“NOx催化剂”。认为根据本发明的NOx传感器24是“NOx检测装置”。认为根据本发明的下游侧的氧传感器26是“排出气体传感器”。当ECU30执行步骤100、104、106和116时，可实现根据本发明的“NOx流入量计算装置”。当ECU30执行步骤108时，可实现根据本发明的“富尖峰装置”。当ECU30执行步骤118时，可实现根据本发明的“总存储量计算装置”。当ECU30执行步骤122、124和126时，可实现根据本发明的“诊断装置”。

第二实施例

下面，将参考图9到图15描述本发明的第二实施例。将主要描述在第二实施例和第一实施例之间的差异。与第一实施例中相同的部分将简单或者省略描述。当应用在第一实施例中同样的硬件配置，并且ECU30执行后面描述的图15中所示的程序时，实现第二实施例。

图9是解释第二实施例中运行的时序图。在NOx流入量NOxIN达到预定值A₁的条件下开始图9(a)中的第一富尖峰(在时间点t1)。在NOx流入量NOxIN达到预定值A₂的条件下开始图9(a)中的第二富尖峰(A₁不等于A₂，在图9(a)所示的实例中，A₁小于A₂(A1<A₂)(在时间点t3)。

如图9(e)所示，当执行富尖峰时，以与第一实施例中相同的方法计算总存储量TSA₁和TSA₂。也就是说，在图9所示的运行中，在NOx流入量A₁处检测总存储量TSA₁，并且在NOx流入量A₂处检测总存储量TSA₂。

因此，在该实施例中，设置多个NOx流入量水平，所述NOx流入量是已经流入NOx催化剂18中的NOx的量，并且在每个水平处检测总存储量TSA。图10示出了在每个不同的NOx流入量处，多次检测总存储量TSA的实验的结果。实验结果绘制在坐标轴中。在图10中，水平轴表示NOx流入量，而垂直轴表示总存储量TSA。在基本上相同的条件下执行富尖峰。从图10中显而易见，在富尖峰处表示NOx流入量和总存储量TSA的点基本上处于同一直线上。这是因为当NOx流入量增加时，如上所述，在总存储量TSA中的NOx存储量NSA以基本与NOx流入量成比例的增加。

也就是说，如上所述，当内燃机10运行在贫空气-燃料比值时，在NOx催化剂18中存储的氧迅速地达到容量。因此，无论何时开始富尖峰，存储在NOx催化剂18中的氧都达到容量。因此，总存储量TSA中的氧存储量OSA等于氧存储容量OSA，而不管NOx流入量。

可认为当NOx流入量为零时，NOx存储量NSA自然地为零。因此，在这种情况中，认为总存储量TSA等于氧存储量OSA。从图10显而易见，当NOx流入量是零时，通过外推表示在NOx流入量和总存储量TSA之间关系的直线(即，图10中的直线)，并且确定直线的截距，确定总存储量TSA。也就是说，当NOx流入量是零时，直线的截距是总存储量TSA。根据上述思想，当NOx流入量是零时，总存储量TSA等于NOx催化剂18中的氧存储量OSA，并且等于NOx催化剂18的氧存储容量OSC。

如上所述，基于NOx催化剂18中的总存储量TSA确定的氧存储量OSA等于NOx催化剂18的氧存储容量OSC。因此，在下面的描述中，出于方便考虑，氧存储量OSA将简单称为“氧存储容量OSC”

在图11中，在图9中所示的在两个富尖峰处的NOx流入量A₁和A₂，以及总存储量TSA₁和TSA₂，绘制在图10中的同一坐标轴上。如图11所示，在实施例中，当在至少两个不同水平上的每个NOx流入量处至少一次检测总存储量TSA时，能够绘制表示在NOx流入量和总存储量TSA之间的关系的直线。因此，能够估计氧存储容量OSC。

在实施例中，可根据在至少三个不同水平上的NOx流入量检测的总存储量TSA估计氧存储容量OSC。另外，可在不同水平的每个NOx流入量下的执行至少两个富尖峰，并且可根据在每个富尖峰的总存储量TSA估计氧存储容量OSC。图12示出了实验结果，其中在三个水平的每个NOx流入量(A₁、A₂和A₃)下，执行三个富尖峰并且检测总存储量TSA。也就是说，在图12中，在如图10的同一坐标轴上共绘制9个点。

如图12所示，当至少有两个点时，例如，通过使用最小二乘法或者类似方法对点进行线性拟和以获得表示在NOx流入量和总存储量TSA之间关系的直线，并且外推该直线，可确定氧存储容量OSC。在这种情况中，更加精确地估计氧存储量OSC。

因此，在该实施例中，可精确地估计NOx催化剂18的氧存储容量而不用连续执行两个富尖峰。当NOx催化剂18以化学计量的空气-燃料比值使用时，基于氧存储能力确定NOx催化剂18的性能。当NOx催化剂18劣化时，氧存储能力降低。基于氧存储容量OSC确定氧存储能力的水平。

因此，例如，可通过设置用于确定NOx催化剂18的氧存储能力的确定值，并且将以上述方式估计的氧存储容量OSC与所述确定值比较，精确地确定NOx催化剂18的氧存储能力是否正常(即，NOx催化剂18的氧存储能力是否是在可接受的范围中)。

在图10到图12中，当表示在NOx流入量和总存储量TSA之间关系的直线的斜率增加时，在所有流到NOx催化剂18中的NOx中被NOx催化剂18捕获的NOx的比例也增加。也就是说，直线的斜率指示了NOx催化剂18的NOx存储能力(即，当NOx催化剂18以贫空气-燃料比值使用时的NOx催化剂18的性能)。

因此，例如，可通过设置用于确定NOx催化剂18的NOx存储能力的确定值，并且将表示在NOx流入量和总存储量TSA之间关系的直线的斜率与所述确定值比较，精确地确定NOx催化剂18的NOx存储能力是否正常(即，NOx催化剂18的NOx存储能力是否是在可接受的范围中)。

图13示出了使用比在图12中所示的实验中使用的NOx催化剂18更劣化的NOx催化剂18，以推导图12中所示的实验结果的相同的方法推导的实验结果。实验结果绘制在坐标轴上。也就是说，在图13中的NOx催化剂18的劣化度高于在图12中所示的NOx催化剂18的劣化度。因此，在图13中的直线的斜率(即，NOx存储能力)和直线的截距(即，氧存储容量OSC)分别小于图12中的直线的斜率和直线的截距。

在图14中，在坐标轴中，在图12中的9个点处的实验结果中的NOx存储量NSA绘制为黑三角形，并且在图13的9个点处的实验结果中的NOx存储量NSA绘制为白色三角形。水平轴表示NOx流入量，而垂直轴表示NOx存储量NSA。

利用下述公式，基于总存储量TSA和氧存储容量OSC计算NOx存储量NSA：

NSA＝(TSA-OSC)×46/32...(2)

在公式(2)中，“46/32”是从O₂到NO₂的转换系数。

当将确定值设定为图14中的斜直线所示出的时，在9个点处涉及在图12中未劣化的NOx催化剂18的全部NOx存储量NSA都在所述直线上方。在9个点处涉及在图13中劣化的NOx催化剂18的全部NOx存储量NSA都在所述直线下方。因此，NOx存储量NSA和劣化度是精确地彼此相关。

因此，在实施例中，也可通过如下方法精确地确定NOx催化剂18的NOx存储能力是否正常(即，NOx存储能力是否在可以接受的范围内)，在所述方法中，将确定值预先设定为图14中的斜线所示出的值，并且将在所检测到的NOx流入量处的检测的NOx存储量NSA与在检测的NOx流入量处的确定值比较。也就是说，可使用该方法，代替使用其中基于表示在NOx流入量和总存储量TSA之间关系的直线的斜率确定NOx存储能力的方法确定NOx存储能力。

[在第二实施例中的具体工艺]

图15是使用上述方法，在实施例中通过ECU30执行的用于确定NOx催化剂18的劣化的程序的流程图。程序以预定的时间间隔重复执行。

在该实施例中，除了图15所示的程序外，执行与图8所示的程序基本一样的程序。在该程序中，在A₁、A₂等至少两个不同水平的每个NOx流入量下执行富尖峰，并且检测总存储量TSA₁、TSA₂等等。

在图15的程序中，首先，确定是否满足用于执行催化剂劣化确定的确定执行条件(步骤130)。更具体地，确定关于总存储量TSA₁、TSA₂等等的数据是否被存储。总存储量TSA₁、TSA₂等涉及在A₁、A₂等等的至少两个不同水平的NOx流入量下执行的富尖峰。也就是说，如参考图11所述，当存储关于用于计算氧存储容量OSC所需的至少两个点的数据时，确定满足确定执行条件。氧存储容量OSC可基于预定数量点的数据计算，所述预定数量的点是如图12所示的三个或者更多的点。在这种情况中，当存储预定数量点的数据时，确定满足确定执行条件。

当在步骤130中确定不满足确定执行条件时，当前处理循环结束。当确定满足确定执行条件时，基于存储的数据计算氧存储容量OSC(步骤132)。也就是说，使用已经参考图11或者图12描述的方法计算氧存储容量OSC。随后，利用上述公式(2)计算NOx存储容量NSA(步骤134)。

下一步，将在步骤132中计算的氧存储容量OSC与预定值比较(步骤136)。当氧存储容量OSC小于预定值时，确定NOx催化剂18的氧存储能力劣化(步骤138)。当氧存储容量OSC等于或者大于预定值时，确定NOx催化剂18的氧存储能力正常(步骤140)。

随后，将在步骤134中计算的NOx存储容量NSA与预定的确定值比较(步骤142)。如参考图14所述，基于NOx流入量计算确定值。当NOx存储容量NSA小于在步骤142中的确定值时，确定NOx催化剂18的NOx存储能力劣化(步骤144)。当NOx存储容量NSA等于或者大于在步骤142中的确定值时，确定NOx催化剂18的NOx存储能力正常(步骤146)。

在步骤142中，如上所述，可基于表示在NOx流入量和总存储量TSA之间关系的直线的斜率确定NOx存储能力。

在已经描述的第二实施例中，通过在NOx催化剂18的上游设置NOx传感器24，与第一实施例中一样，精确地确定NOx流入量。因此，精确地确定NOx催化剂18的劣化。

并且，在实施例中，在图15所示的程序过程中，能够计算在NOx催化剂18中总存储量TSA中的氧存储容量OSC(氧存储量OSA)和NOx存储量NSA中的每个。因此，可分别利用氧存储容量OSC和NOx存储量NSA，单独地确定当NOx催化剂18以化学计量的空气-燃料比值使用时表示所述能力的氧存储能力、和当NOx催化剂18以贫空气-燃料比值使用时表示所述能力的NOx存储能力。因此，更加精确地确定NOx催化剂18的劣化。

特别地，在实施例中，不必以短时间间隔(在该短时间间隔中，NOx很难存储在NOx催化剂18中)连续执行富尖峰以获得上述有利的效果。也就是说，通过以某一时间间隔执行富尖峰获得上述有利的效果，所述间隔接近执行普通富尖峰的时间间隔。这避免了增加富尖峰的频率。因此，能够可靠地避免这种状况，在所述状况中，例如，由于富尖峰的频率增加，可能出现燃料效率劣化、排出气体中污染物的量增加或者扭矩冲击。

然而，在本发明中，可通过已经参考图16描述的方法确定NOx催化剂18的劣化，也就是说，通过连续地执行两个富尖峰以确定氧存储容量OSC(氧存储量OSA)。

在上述第二实施例中，当ECU30在步骤132中执行处理时，可实现根据本发明的“氧存储量计算装置”。当ECU30在步骤136、138和140中执行处理时，可实现根据本发明的“氧存储能力确定装置”。当ECU30设置至少两个不同水平A₁、A₂等等的NOx流入量使得在NOx流入量达到至少两个各自不同水平A₁、A₂等等的条件下开始富尖峰时，可实现根据本发明的“执行条件设置装置”。当ECU30在步骤134中执行处理时，可实现根据本发明的“NOx存储量计算装置”。当ECU30在步骤142、144、和146中执行处理时，可实现根据本发明的“NOx存储能力确定装置”。

Claims (11)

1.一种催化剂劣化监测系统，其确定设置在内燃机的排气通路中的存储还原NOx催化剂的劣化，其特征在于包括：

NOx检测装置，其被设置在所述NOx催化剂的上游，并根据排出气体中的NOx的浓度产生输出；

排出气体传感器，其被设置在所述NOx催化剂的下游，并根据所述排出气体的空气-燃料比值产生输出；

NOx流入量计算装置，其通过累加所述NOx检测装置的输出，计算作为已经流入所述NOx催化剂的NOx的量的NOx流入量；

富尖峰装置，用于执行富尖峰，以将从所述内燃机排出的所述排出气体的空气-燃料比值从贫空气-燃料比值临时改变到富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值；

总存储量计算装置，用于基于在执行所述富尖峰时所述排出气体传感器产生的输出计算总存储量，所述总存储量为作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的氧量的氧存储量、和作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的NOx量的NOx存储量的和；以及

诊断装置，用于基于所述NOx流入量和所述总存储量确定所述NOx催化剂的劣化。

2.根据权利要求1的催化剂劣化监测系统，其特征在于，当所述计算的总存储量低于根据所述NOx流入量设定的总存储量的确定值时，所述诊断装置确定所述NOx催化剂劣化。

3.根据权利要求1的催化剂劣化监测系统，其特征在于，所述诊断装置包括氧存储量计算装置和氧存储能力确定装置，所述氧存储量计算装置基于所述NOx流入量和所述总存储量计算所述总存储量中的氧存储量，所述氧存储能力确定装置基于所述氧存储量确定所述NOx催化剂的氧存储能力。

4.根据权利要求3的催化剂劣化监测系统，其特征在于，当所述计算的氧存储量低于根据所述NOx流入量设定的氧存储量的确定值时，所述氧存储能力确定装置确定所述NOx催化剂的氧存储能力劣化。

5.根据权利要求3的催化剂劣化监测系统，其特征在于还包括：

执行条件设置装置，其用于设置至少两个不同的执行条件，在每个所述执行条件下执行至少一个富尖峰，其中，所述氧存储量计算装置基于在所述NOx流入量和所述总存储量之间的关系计算所述氧存储量，所述总存储量涉及在所述至少两个不同执行条件下执行的至少两个富尖峰。

6.根据权利要求5的催化剂劣化监测系统，其特征在于，通过外推在所述NOx流入量和所述总存储量之间的关系，当所述NOx流入量为零时，所述氧存储量计算装置计算出与所述总存储量等同的值，并且所述氧存储量计算装置将该值作为所述氧存储量，其中所述总存储量涉及NOx流入量达到至少两个不同的各自水平的在至少两个不同执行条件下执行的至少两个富尖峰。

7.根据权利要求3到6中任一项的催化剂劣化监测系统，其特征在于，所述诊断装置包括NOx存储量计算装置和NOx存储能力确定装置，所述NOx存储量计算装置通过从所述总存储量中减去所述氧存储量计算所述NOx存储量，所述NOx存储能力确定装置基于所计算的NOx存储量确定所述NOx催化剂的NOx存储能力。

8.根据权利要求7的催化剂劣化监测系统，其特征在于，当所述计算的NOx存储量低于根据所述NOx流入量设定的NOx存储量的确定值时，所述NOx存储能力确定装置确定所述NOx催化剂的NOx存储能力劣化。

9.根据权利要求1的催化剂劣化监测系统，其特征在于，所述NOx检测装置具有检测所述排出气体的空气-燃料比值的功能，并且所述总存储量计算装置基于所述排出气体传感器的输出和通过所述NOx检测装置检测的所述空气-燃料比值计算所述总存储量。

10.根据权利要求1的催化剂劣化监测系统，其特征在于，所述NOx检测装置具有检测所述排出气体的空气-燃料比值的功能，并且在所述富尖峰完成后，当通过所述NOx检测装置检测到的所述空气-燃料比值从富空气-燃料比值变化到贫空气-燃料比值时，所述NOx流入量计算装置开始累加所述NOx检测装置的输出。

11.一种催化剂劣化监测方法，其使用：设置在内燃机的排气通路中的存储还原NOx催化剂；NOx传感器，其被设置在所述NOx催化剂的上游，并根据排出气体中NOx的浓度产生输出；以及排出气体传感器，其被设置在所述NOx催化剂的下游，并根据所述排出气体的空气-燃料比值产生输出，所述方法的特征在于，包括：

通过累加所述NOx传感器的输出，计算作为已经流入所述NOx催化剂的NOx量的NOx流入量(S102)；

当执行富尖峰以将从所述内燃机排出的排出气体的所述空气-燃料比值从贫空气-燃料比值临时改变到富空气-燃料比值或者化学计量的空气-燃料比值时，基于由所述排出气体传感器产生的输出，计算总存储量，所述总存储量为作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的氧量的氧存储量、和作为在开始所述富尖峰之前存储在所述NOx催化剂中的NOx量的NOx存储量的和(S118)；以及

基于所述NOx流入量和所述总存储量确定所述NOx催化剂的劣化(S122)。

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