CN101512130A - 催化剂监测***和监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种催化剂监测***，该催化剂监测***诊断配置在内燃机(10)的排气通路(12)中的NOx催化剂(18)的劣化。在NOx催化剂(18)下游配置有NOx传感器(25)。通过至少在浓峰控制结束时附近的时段内对来自NOx传感器(25)的输出求积分来计算NOx传感器(25)的输出积分值。基于NOx传感器(25)的输出积分值来诊断NOx催化剂(18)的劣化，因为在NOx催化剂下游流动的氨NH3的量和浓峰控制结束时附近时段的NOx传感器输出积分值之间存在相关关系。

Description

催化剂监测***和监测方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂监测***和监测方法。
背景技术
从环境保护的观点看当前正在施行控制从车辆排出的有害物质的量的排放规定。此外，还在施行所谓的“车载诊断(OBD)规定”，其要求车辆必须配备对排气净化装置自动进行诊断以检查排气净化装置的故障或劣化的OBD***。
三元催化剂在流入的排气的空燃比比理论空燃比稀时不能充分净化NOx。因此，例如能够在比理论空燃比稀的较稀空燃比下运转的稀燃发动机在排气通路中配备有NOx催化剂。该NOx催化剂在排气的空燃比稀时能够储存NOx。
日本专利No.3316066描述了一种用于排气净化装置的诊断***作为一种用于稀燃发动机的OBD***。该诊断***在NOx催化剂下游设有NOx传感器并且基于由NOx传感器检测到的实际NOx浓度针对预定时间段对NOx的排放量求积分。然后诊断***基于积分值来检验NOx催化剂是否有故障。
在稀燃发动机中，为了减少和净化储存在NOx催化剂中的NOx，周期地执行将排气的空燃比从稀空燃比暂时切换到浓空燃比或理论空燃比的所谓“浓峰控制(rich spike control)”。因此，从稀燃发动机排入大气中的NOx可被分为两类，即在稀燃运转期间流过NOx催化剂的NOx和在浓峰控制期间从NOx催化剂排出的NOx。在稀燃运转期间流过NOx催化剂的前一种NOx是从发动机排出并流过NOx催化剂而未被NOx催化剂捕集的NOx。在浓峰控制期间从NOx催化剂排出的后一种NOx是储存在NOx催化剂中但随后在浓峰控制期间从NOx催化剂排出而未被完全还原的NOx。
近年来使用的限制电流式NOx传感器对NH3以及NOx作出响应。当排气的空燃比浓时，还原剂(例如未燃烧的燃料)与催化剂中的氮气反应，从而产生NH3。因此，当排气的空燃比浓时(例如在浓峰控制期间)，NOx传感器不能仅检测NOx的浓度，因为NOx传感器也对排气中的NH3作出响应。因此，NOx传感器不能检测在浓峰控制期间从NOx催化剂排出的NOx的量。由于该问题，设有NOx传感器的OBD***(包括在日本专利No.3316066中描述的诊断***)被设计成仅在排气不包含NH3时的稀燃运转期间用NOx传感器检测NOx浓度。
但是，在近来的严格规定下，存在难以通过仅检测在稀燃运转期间流过的NOx来检测NOx催化剂的劣化的情况。这将在下文中说明。
图12和13示出根据欧洲的STEP IV和美国的SULEV(超级过低排放车辆)的NOx排放规定值和OBD规定值。如图13所示，SULEV不仅具有严格的NOx排放规定值，而且具有极严格的OBD规定值，例如为NOx排放规定值的1.75倍。也就是说，劣化检测范围极小，使得需要以极高的精度来诊断NOx催化剂的劣化。
图14A和14B均在横轴表示时间而纵轴表示NOx排放量的曲线图中示出关于从稀燃发动机***排出的NOx的实验数据。图14A示出对于欧洲的STEP IV使用NOx催化剂的情况，图14B示出对于美国的SULEV使用NOx催化剂的情况。在图14A和14B中，曲线图中的实线表示使用与NOx排放规定值对应的催化剂即未劣化的催化剂所获得的数据。另一方面，曲线图中的虚线表示使用与OBD规定值对应的催化剂即已劣化到必须根据OBD规定来检测NOx催化剂劣化的水平的催化剂所获得的数据。也就是说，为了满足在欧洲的STEP IV排放标准中设定的OBD规定，在NOx排放量已增大到图14A中虚线的水平时必须检测NOx催化剂的劣化。同时，为了满足在美国的SULEV排放标准中设定的OBD规定，在NOx排放量已增大到图14B中虚线的水平时必须检测NOx催化剂的劣化。
如从图14A中可见，对于欧洲的STEP IV排放标准，在稀燃运转期间流过与排放规定值对应的NOx催化剂的NOx的量和在稀燃运转期间流过与OBD规定值对应的NOx催化剂的NOx的量之间存在较大的差异。因此，对于欧洲的STEP IV排放标准中的OBD规定，NOx传感器检测在稀燃运转期间流过NOx催化剂的NOx的量，并且可通过将检测出的NOx值与预定的判定值进行比较来判定NOx催化剂的劣化。
另一方面，如从图14B中可见，对于更严格的美国SULEV排放标准，在稀燃运转期间几乎没有NOx流过与排放规定值对应的NOx催化剂或与OBD规定值对应的NOx催化剂，从而在两种NOx催化剂之间仅有微小的差异。因此，对于美国的SULEV排放标准，即使NOx传感器检测在稀燃运转期间流过NOx催化剂的NOx的量，也难以判定NOx催化剂的劣化。另一方面，在浓峰控制期间从与排放规定值对应的NOx催化剂排出的NOx的量和在浓峰控制期间从与OBD规定值对应的NOx催化剂排出的NOx的量之间存在较大的差异。但是，如上所述，当排气的空燃比浓时，难以用NOx传感器仅精确检测NOx的浓度，因为NOx传感器也对排气中NH3的作出响应。因此，也难以用在浓峰控制期间从NOx催化剂排出的NOx量的差异来判定NOx催化剂的劣化。
这样，日益严格的OBD规定使得难以通过使用NOx传感器检测排气中NOx浓度的方法来判定NOx催化剂的劣化。
发明内容
由此本发明提供一种精确诊断配置在内燃机的排气通路中的NOx催化剂的劣化的催化剂监测***和监测方法。
根据本发明第一方面的催化剂监测***包括：NOx催化剂，所述NOx催化剂配置在内燃机的排气通路中；NOx传感器，所述NOx传感器配置在所述NOx催化剂的下游并且检测NOx的浓度；空燃比控制装置，所述空燃比控制装置用于将所述内燃机运转期间的排气空燃比从稀空燃比暂时地切换为浓空燃比或理论空燃比；计算装置，所述计算装置用于通过至少在空燃比控制结束时附近的时段内对来自所述NOx传感器的输出求积分来计算所述NOx传感器的输出积分值；和诊断装置，所述诊断装置用于基于所述NOx传感器的输出积分值来诊断所述NOx催化剂的劣化。
另外，所述NOx传感器能够检测NH3的浓度以及NOx的浓度。
此外，所述NOx传感器可以是限制电流式NOx传感器。
另外，所述空燃比控制结束时附近的所述时段可以是来自所述NOx传感器的输出暂时突然增大的时段。
另外，所述催化剂监测***还可包括还原剂量计算装置，所述还原剂量计算装置用于计算在所述空燃比控制期间已流入所述NOx催化剂中的还原剂的量。当所述还原剂量达到预定量时，所述空燃比控制装置可终止所述空燃比控制。
此外，所述诊断装置可基于所述NOx传感器的输出积分值和所述还原剂量来诊断所述NOx催化剂的劣化。
此外，所述催化剂监测***还可包括还原时间测量装置，所述还原时间测量装置用于根据所述空燃比控制来测量NOx的还原时间。所述诊断装置可基于所述NOx传感器的输出积分值和所述还原时间来诊断所述NOx催化剂的劣化。
另外，当已流入所述NOx催化剂中的NOx的量达到预定值时，所述空燃比控制装置可开始所述空燃比控制。
此外，所述催化剂监测***还可包括O2传感器，所述O2传感器配置在所述NOx催化剂的下游并且检测O2的浓度。当在所述空燃比控制执行时来自所述O2传感器的输出变为所述浓空燃比时，所述空燃比控制装置可终止所述空燃比控制。
此外，当用于判定劣化的预定执行条件满足时，所述诊断装置可开始诊断所述NOx催化剂的劣化。所述用于判定劣化的预定执行条件可包括：i)在所述空燃比控制执行时所述内燃机以预定运转条件运转的条件；和ii)在所述空燃比控制执行时所述NOx催化剂的温度处于预定温度范围内的条件。
另外，所述预定运转条件可包括所述内燃机的速度、所述内燃机的节气门开度和所述内燃机的进气量中的至少一个处于预定范围内的条件。
所述空燃比控制结束时附近的所述时段可包括来自所述NOx传感器的输出由于从所述NOx催化剂排出的NH3而暂时突然增大的时段。
所述计算装置可通过对与流入所述NOx催化剂中的进气量对应的物理量与来自所述NOx传感器的输出的乘积求积分来计算所述NOx传感器的所述输出积分值。
当在所述空燃比控制执行时来自所述NOx传感器的输出电流对应于所述浓空燃比时，所述空燃比控制装置可终止所述空燃比控制。
根据本发明第二方面的催化剂监测方法包括以下步骤：执行空燃比控制，所述空燃比控制将内燃机运转期间的排气空燃比从稀空燃比暂时地切换为浓空燃比或理论空燃比；通过至少在所述空燃比控制结束时附近的时段内对来自NOx传感器的输出求积分来计算所述NOx传感器的输出积分值，所述NOx传感器配置在位于所述内燃机的排气通路中的NOx催化剂的下游；和基于所述NOx传感器的输出积分值来诊断所述NOx催化剂的劣化。
附图说明
从下面参照附图对实施例的说明中可清楚看到本发明的上述和其它目的、特征及优点，在附图中相似的附图标记用于表示相似的元件并且其中：
图1是根据本发明第一实施例的***构型的示意图；
图2是设在图1所示的***中的NOx传感器的结构的剖视图；
图3是时序图，其中图3A示出来自A/F传感器的输出，图3B示出NOx催化剂下游的NOx浓度，图3C示出来自NOx传感器的输出；
图4是示出在本发明第一实施例中执行的程序的流程图；
图5是示出本发明第一实施例的各种操作的时序图，其中图5A示出流入NOx催化剂中的NOx的积分量，图5B示出空燃比控制执行标记，图5C示出来自下游的O2传感器的输出，图5D示出来自A/F传感器的输出，图5E示出还原剂量积分值，图5F示出来自NOx传感器的输出，图5G示出NOx传感器输出积分值；
图6是示出本发明第一实施例中的基准判定值的图表；
图7是示出用于计算还原剂量积分值的方法的时序图；
图8是示出本发明第二实施例中的基准判定值的图表；
图9是示出本发明第三实施例中的基准判定值的图表；
图10是根据本发明第一实施例的变型示例的***构型的示意图；
图11是示出用于在变型示例中获得还原剂量积分值和还原时间的方法的时序图；
图12是示出根据欧洲的STEP IV排放标准和美国的SULEV排放标准的NOx排放规定值和OBD规定值的图表；
图13是示出根据欧洲的STEP IV排放标准和美国的SULEV排放标准的NOx排放规定值和OBD规定值的曲线图；
图14A是示出在使用针对欧洲的STEP IV排放标准的NOx催化剂时从稀燃发动机***排出的NOx量的实验数据的曲线图；和
图14B是示出在使用针对美国的SULEV排放标准的NOx催化剂时从稀燃发动机***排出的NOx量的实验数据的曲线图。
具体实施方式
图1是根据本发明第一实施例的***构型的示意图。图1所示的***具有内燃机10。图中所示的内燃机10是具有四个气缸“#1”至“#4”的直列四缸型内燃机。但是，本发明不限于此，即气缸的数量和布置不限于此。
内燃机10可通过以比理论空燃比稀的空燃比(即，在下文中，该空燃比将被称作“稀空燃比”)燃烧燃料而运转。内燃机10可以是燃料被喷入进气口的进气口喷射型内燃机、燃料被直接喷入气缸的缸内直接喷射型内燃机中的任一种，或采用进气口喷射和缸内直接喷射两者的这两种类型内燃机的组合。
另外，在第一实施例中，内燃机10是火花点火式内燃机，但本发明也可应用于压燃式内燃机的催化剂监测***。
在内燃机10的排气通路12的途中设有两个起始催化剂(上游催化剂)14和16以及一个NOx催化剂(NSR)18。来自#1和#4气缸的排气流入起始催化剂14，而来自#2和#3气缸的排气流入起始催化剂16。已流过起始催化剂14的排气与已流过起始催化剂16的排气会聚，并且它们一起流入NOx催化剂18。
起始催化剂14和16用作在流入的排气的空燃比接近理论空燃比时可同时净化HC、CO和NOx及储存和释放氧的三元催化剂。应当理解，本文所用的“储存”是指以吸附、粘附、吸收、捕集、吸藏和其它中的至少一种的形式来保留物质(固体、液体、气体分子)。
NOx催化转化器18用作在流入的排气的空燃比稀时储存NOx并在流入的排气的空燃比浓时还原所储存的NOx由此净化NOx(此后NOx被释放)的NOx储存-还原催化剂。该NOx储存-还原催化剂18还具有储存氧的能力并且在内燃机10以理论空燃比运转时可用作三元催化剂。
根据第一实施例的NOx催化剂18是能满足严格排气规定的高性能NOx催化剂。
在排气通路12中，在起始催化剂14上游配置有A/F传感器20，在起始催化剂16上游配置有A/F传感器22，在NOx催化剂18上游配置有A/F传感器24，并且在NOx催化剂18下游配置有NOx传感器25和O2传感器26。
A/F传感器20、22和24是产生表示排气空燃比的线性输出信号的空燃比传感器。另外，O2传感器26是产生根据排气空燃比是比理论空燃比浓还是比理论空燃比稀而突然变化的输出信号的氧传感器。
NOx传感器25不仅检测排气中的NOx浓度，而且检测排气中的NH3(氨)浓度。该NOx传感器25将在后面详细说明。
在NOx催化剂18中配置有检测NOx催化剂18的温度(床温)TCAT的温度传感器28。顺便提及，可不直接检测NOx催化剂18的温度TCAT，即，可从由设在NOx催化剂18上游或下游的排气温度传感器检测出的排气温度来推定(估计)NOx催化剂18的温度TCAT。或者，可基于内燃机10的运转状态来推定NOx催化剂18的温度TCAT。
另外，在内燃机10上连接有吸入空气并将空气分配至各气缸的未示出的进气***。
根据第一实施例的***包括ECU(电子控制单元)30。该ECU 30除上述传感器外还电连接到检测发动机速度NE、进气压力PM、进气量GA和节气门开度TH等的各种传感器。ECU 30还电连接到各种致动器，例如燃料喷射器、火花塞和节气门。
根据第一实施例的内燃机10通过在预定运转范围内以稀空燃比燃烧而运转(在下文中该运转将被称作“稀燃运转”)。在稀燃运转期间，NOx在起始催化剂14和16中难以被净化，从而其暂时储存在NOx催化剂18中。当NOx在NOx催化剂18中积聚时，ECU 30执行将流入NOx催化剂18中的排气的空燃比从稀空燃比暂时切换为浓空燃比或理论空燃比的浓峰控制。结果，已储存在NOx催化剂18中的NOx可从NOx催化剂18释放并由此被还原(即，被净化)。
用于将流入NOx催化剂18中的排气的空燃比从稀空燃比暂时切换为浓空燃比或理论空燃比的方法可以是以下方法中的任一种：即，将内燃机10的燃烧空燃比从稀空燃比切换为浓空燃比或理论空燃比的方法，在膨胀冲程的后一半期间或在排气冲程期间从缸内燃料喷射器喷射附加燃料的方法，或将燃料喷入NOx催化剂18上游的排气通路12中的方法。在该第一实施例中，通过将内燃机10的燃烧空燃比从稀空燃比切换为浓空燃比或理论空燃比来执行浓峰控制。
图2是设在图1所示***中的NOx传感器25的传感器部的结构的剖视图。如下所述，该第一实施例中的NOx传感器25是限制电流式NOx传感器。如图2所示，NOx传感器25的传感器部由层叠在一起的六个氧离子导电固体电解质层如被氧化的氧化锆制成。这六个固体电解质层在下文中按从上至下的顺序将被称作第一层L1、第二层L2、第三层L3、第四层L4、第五层L5和第六层L6。
在第一层L1和第三层L3之间例如配置有多孔的第一扩散控制部件50和多孔的第二扩散控制部件51。在这些扩散控制部件50和51之间形成有第一腔室52，在第二扩散控制部件51和第二层L2之间形成有第二腔室53。另外，在第三层L3和第五层L5之间形成有与环境空气连通的大气腔室54。同时，第一扩散控制部件50的外端面与排气接触。因此，排气经第一扩散控制部件50流入第一腔室52中，使得第一腔室52充满排气。
同时，在第一层L1的面向第一腔室52的内周面上形成有阴极侧第一泵电极55，在第一层L1的外周面上形成有阳极侧第一泵电极56。第一泵电压源57在这些第一泵电极55和56之间加载电压。当电压加载在第一泵电极55和56之间时，第一腔室52内的排气中的氧与阴极侧第一泵电极55接触并变成氧离子。这些氧离子在第一层L1内朝阳极侧第一泵电极56流动。因此，第一腔室52内的排气中的氧在第一层L1内移动并被吸出到外部。此时吸出到外部的氧的量随着第一泵电压源57的电压升高而增大。
同时，在第三层L3的面向大气腔室54的内周面上形成有基准电极58。当氧离子导电固体电解质中的固体电解质层的一侧上的氧浓度相对于另一侧上的氧浓度存在差异时，氧离子在固体电解质层内从氧浓度高的一侧朝氧浓度低的一侧移动。在图2所示的示例中，大气腔室54中的氧浓度高于第一腔室52中的氧浓度，从而大气腔室54内的氧通过与基准电极58接触而接收电荷，结果变成氧离子。这些氧离子在第三层L3、第二层L2和第一层L1内移动，并在阴极侧第一泵电极55中释放电荷。结果，在基准电极58和阴极侧第一泵电极55之间产生用附图标记59表示的电压V0。该电压V0与大气腔室54中的氧浓度和第一腔室52中的氧浓度之间的差异成比例。
在图2所示的示例中，第一泵电压源57的电压被反馈控制，使得该电压V0变得等于在第一腔室52中的氧浓度为1ppm时产生的电压。也就是说，第一腔室52中的氧经第一层L1被吸出，使得第一腔室52中的氧浓度变为1ppm。这使得第一腔室52中的氧浓度能够维持在1ppm。
阴极侧第一泵电极55由NOx还原能力弱(还原性低)的材料如金Au和铂Pt的合金制成。因此，在第一腔室52中几乎没有排气中的NOx被还原，从而NOx经第二扩散控制部件51流入第二腔室53中。同时，在第一层L1的面向第二腔室53的内周面上形成有阴极侧第二泵电极60。第二泵电压源61在阴极侧第二泵电极60和阳极侧第一泵电极56之间加载电压。当电压加载在这些泵电极60和56之间时，第二腔室53内的排气中的氧与阴极侧第二泵电极60接触并变为氧离子。这些氧离子在第一层L1内朝阳极侧第一泵电极56流动。因此，第二腔室53内的排气中的氧在第一层L1内移动并被吸出到外部。此时吸出到外部的氧的量随着第二泵电压源61的电压升高而增大。
同时，如上所述，当氧离子导电固体电解质中的固体电解质层的一侧上的氧浓度相对于另一侧上的氧浓度存在差异时，氧离子在固体电解质层内从氧浓度高的一侧朝氧浓度低的一侧移动。在图2所示的示例中，大气腔室54中的氧浓度高于第二腔室53中的氧浓度，从而大气腔室54内的氧通过与基准电极58接触而接收电荷，结果变成氧离子。这些氧离子在第三层L3、第二层L2和第一层L1内移动，并在阴极侧第二泵电极60中释放电荷。结果，在基准电极58和阴极侧第二泵电极60之间产生用附图标记62表示的电压V1。该电压V1与大气腔室54中的氧浓度和第二腔室53中的氧浓度之间的差异成比例。
在图2所示的示例中，第二泵电压源61的电压被反馈控制，使得该电压V1变得等于在第二腔室53中的氧浓度为0.01ppm时产生的电压。也就是说，第二腔室53中的氧经第一层L1被吸出，使得第二腔室53中的氧浓度变为0.01ppm。这使得第二腔室53中的氧浓度能够维持在0.01ppm。
阴极侧第二泵电极60由NOx还原能力弱的材料如金Au和铂Pt的合金制成。因此，即使NOx与阴极侧第二泵电极60接触，排气中也几乎没有NOx被还原。同时，在第三层L3的面向第二腔室53的内周面上形成有用于检测NOx的阴极侧泵电极63。该阴极侧泵电极63由NOx还原能力强的材料如铑Rh或铂Pt制成。因此，第二腔室53内的NOx即实际上构成NOx中的大部分的NO在阴极侧泵电极63上被分离成N2和O2。在该阴极侧泵电极63和基准电极58之间加载有恒定电压64，结果在阴极侧泵电极63上产生的O2变为在第三层L3内朝基准电极58移动的氧离子。此时，与这些氧离子的量成比例的用附图标记65表示的电流I1在阴极侧泵电极63和基准电极58之间流动。
如上所述，在第一腔室52中几乎没有NOx被还原，并且在第二腔室53中几乎不存在氧。因此，电流I1与排气中的NOx浓度成比例，从而排气中的NOx浓度从电流I1被检测出来。
同时，排气中的氨NH3在第一腔室52中被分离成NO和H2O(4NH3+5O2->4NO+6H2O)，并且所产生的NO经第二扩散控制部件51流入第二腔室53中。该NO在阴极侧泵电极63上被分离成N2和O2，并且所产生的O2变为在第三层L3内朝基准电极58移动的氧离子。另外此时，电流I1与排气中的NH3浓度成比例，从而排气中的NH3浓度从电流I1被检测出来。
这样，根据第一实施例的NOx传感器25在原理上同时检测排气中的NOx和NH3。因此，当排气中存在NH3时，NOx传感器25的电流I1(在下文中该电流I1将被简称为“NOx传感器25的输出”)是根据NOx的输出和根据NH3的输出的组合值。
另一方面，排气中的较高氧浓度即较稀的空燃比导致较多的氧从第一腔室52被吸出至外部，且由此用附图标记66表示的电流I2增大。因此，排气的空燃比可从该电流I2被检测出来。
顺便提及，在第五层L5和第六层L6之间设有用于加热NOx传感器25的传感器部的电加热器67。该电加热器67将NOx传感器25的传感器部加热至700℃和800℃之间。
接下来，将参照图3说明排气中的氨NH3的浓度。图3是时序图，其中图3A示出来自A/F传感器24的输出，图3B示出NOx催化剂18下游的NOx浓度，图3C示出来自NOx传感器25的输出。
在图3中，在时刻t1前内燃机10以稀空燃比运转，即处于稀燃运转中。当空燃比稀时，即当大气为氧化剂时，几乎没有氨NH3产生。另外，如上所述，在稀燃运转期间在NOx催化剂18下游流过的NOx的量极小(见图3B)。因此，在稀燃运转期间，来自NOx传感器25的输出基本为零，因为几乎没有NOx和氨NH3在NOx催化剂18的下游流过。
同时，当排气的空燃比从稀切换为浓时，即当排气转变为还原气氛时，通过执行浓峰控制，排气中的氮N2在起始催化剂14和16中被碳氢化合物HC还原，由此产生氨NH3。但是，当排气的空燃比变浓时，储存在NOx催化剂18中的NOx被释放。所产生的氨NH3用于还原该NOx。因此，在NOx正从NOx催化剂18被释放时，或更确切地，在氨NH3正用于释放和还原NOx时，几乎没有氨NH3从NOx催化剂18排出。因此，如图3C所示，即使在浓峰控制已开始后(即，时刻t1后)，来自NOx传感器25的输出也暂时保持基本为零。
与之相对，当空燃比在NOx已结束从NOx催化剂18释放后仍然为浓时，氨NH3不再被消耗来还原NOx，从而此时氨NH3从NOx催化剂18排出。
顺便提及，即使在起始催化剂14和16未设置在NOx催化剂18上游时也会发生类似的现象。也就是说，NOx催化剂18也设有具有还原功能的催化剂如铂Pt，从而当空燃比变浓时，氨NH3可在NOx催化剂18中产生。但是，即使氨NH3在浓的空燃比下产生，氨NH3也被用于还原从NOx催化剂18释放的NOx，从而几乎没有氨NH3从NOx催化剂18排出。但是，当空燃比在NOx已结束从NOx催化剂18释放后仍然为浓时，氨NH3不再被消耗来还原NOx，从而此时氨NH3从NOx催化剂18排出。
因此，在浓峰控制结束时(即时刻t2)附近的时刻氨NH3流向NOx催化剂18的下游侧。由于排气运动的延迟，该氨NH3由NOx传感器25稍迟地检测出来。因此，如图3C所示，来自NOx传感器25的输出在浓峰控制结束时附近的时刻暂时突然增大。如图3B所示，由于如上所述被排出的NOx的影响，NOx浓度也在浓峰控制结束时附近的时刻增大。但是，与来自NOx传感器25的输出的升高相比，此时NOx浓度仅稍微升高。即可以说，在浓峰控制结束时附近的时刻来自NOx传感器25的整个输出中的由于NOx(被排出的NOx)的输出的百分比小，而来自NOx传感器25的输出中的大部分是由于氨NH3。
如上所述，在严格的OBD规定下，在稀燃运转期间流过尚未劣化的NOx催化剂18的NOx的量和流过与OBD规定值对应的已劣化的NOx催化剂18(在下文中简称为“劣化的NOx催化剂18”)的NOx的量之间的差异极小。因此，即使流过NOx催化剂18的NOx由NOx传感器25检测出来，也难以检测NOx催化剂18的劣化。因此，NOx催化剂18的劣化需要从在浓峰控制期间从NOx催化剂18排出的NOx的量的差异来检测。但是，如上所述，氨NH3在浓峰控制后在NOx催化剂18的下游流出，因而不易于从NOx传感器25的输出仅获得NOx的排出量。
因此，本发明的发明人已发现，NOx催化剂18的劣化可基于表示NOx传感器25在浓峰控制结束时附近的时刻的积分输出的值(在下文中该值将被称作“NOx传感器输出积分值NOxSCNT”)来精确地诊断。
NOx的排出量随着NOx催化剂18的劣化而增大，但这是由于还原效率的降低。如上所述，只要排气中产生的氨NH3被消耗来还原已从NOx催化剂18释放的NOx，氨NH3便不会在NOx催化剂18下游流动。换言之，随着还原效率降低，氨NH3变得难以被消耗来还原NOx。结果，更多的氨NH3变得在NOx催化剂18下游流动。因此，可以说NOx的排出量随着在NOx催化剂18下游流动的氨NH3的量的增大而增大。如上所述，在浓峰控制结束时附近的时刻来自NOx传感器25的输出的大部分是由于氨NH3，因而在NOx催化剂18下游流动的氨NH3的量和浓峰控制结束时附近的时刻的NOx传感器输出积分值NOxSCNT之间存在相关关系。因此，可推定NOx的排出量随着NOx传感器输出积分值NOxSCNT在浓峰控制结束时附近的时刻的增大而增大。
这样，根据第一实施例，NOx催化剂18的劣化可基于与浓峰控制期间NOx的排出量大大相关的NOx传感器输出积分值NOxSCNT来诊断，这能更精确地诊断劣化。
图4是在第一实施例中由ECU 30执行以诊断NOx催化剂18的劣化的程序的流程图。该程序以预定的时间间隔重复执行。图5A至5G是示出第一实施例的各种操作的时序图。在图5A至5G中示出包括执行三次的浓峰控制在内的所述操作。
根据图4所示的程序，首先，读取表示流入NOx催化剂18中的NOx的积分量的NOxIN的值(步骤100)。图5A示出该NoxIN。在第一实施例中，内燃机10的负荷和速度与每单位时间产生的NOx的量之间的关系通过实验被预先查验。该关系预先存储在ECU 30中。然后ECU 30基于所述关系计算在内燃机10的实际负荷和速度下每单位时间产生的NOx量，并计算每单位时间产生的NOx量的积分值作为NOxIN。
图5B示出浓峰控制执行标记FR。在浓峰控制执行时，FR等于1。在浓峰控制未执行时，FR等于0。在已储存在NOx催化剂18中的NOx通过执行浓峰控制而释放后，NOxIN被重置。也就是说，NOxIN表示在浓峰控制结束后和下一次浓峰控制结束前之间已流入NOx催化剂18中的NOx的量的推定值。
顺便提及，用于计算NOxIN的方法不限于从内燃机10的运转状态推定NOxIN的方法。也就是说，可在NOx催化剂18的上游配置能够检测NOx浓度的NOx传感器，并且可基于来自该NOx传感器的输出来计算NOxIN。
在第一实施例中，当NOxIN即已流入NOx催化剂18中的NOx的量达到预定值α时，浓峰控制开始。因此，当在步骤100中读取NOxIN时，判定NOxIN是否等于或大于预定值α(步骤102)。如果在步骤102中NOxIN尚未达到预定值α，则通过对在程序的本次循环中检测出的来自NOx传感器25的输出NOxS求积分来更新NOx传感器输出积分值NOxSCNT(步骤104)。然后，程序的本次循环结束。
图5F示出来自NOx传感器25的输出NoxS，图5G示出NOx传感器输出积分值NOxSCNT。如图5G所示，在该第一实施例中，通过从浓峰控制开始的时刻到下一次浓峰控制开始的时刻对NOx传感器输出NOxS求积分来计算NOx传感器输出积分值NOxSCNT。因此，当在步骤102中判定为NOxIN已达到预定值α时，对上一个NOxS的求积分结束(步骤106)。
另外，如图5G所示，在该第一实施例中，NOx传感器输出积分值NOxSCNT被分离为NOxSCNTR和NOxSCNTL。NOxSCNTR表示针对这样的时段对NOx传感器输出NOxS求积分的值，在所述时段内NOx传感器输出NOxS的大部分是由于在浓峰控制期间产生的氨NH3。另一方面，NOxSCNTL表示针对这样的时段对NOx传感器输出NOxS求积分的值，在所述时段内NOx传感器输出NOxS的大部分是由于在稀燃运转期间流过NOx催化剂18的NOx。在步骤106中，还执行用于计算NOxSCNTR的处理。更具体地，如图5G所示，可判定为在NOx传感器输出NOxS暂时突然增大的时段内NOx传感器输出NOxS的大部分是由于氨NH3。因此，在该时段内NOx传感器输出NOxS的积分值可作为NOxSCNTR，而在除该时段以外的其它时段内NOx传感器输出NOxS的积分值可作为NOxSCNTL。
当NOxIN已达到预定值α时，在步骤106后本次循环的浓峰控制开始(步骤108)，然后开始针对本次循环对NOx传感器输出NoxS求积分(步骤110)。
图5C示出来自NOx催化剂18下游的O2传感器的输出O2S。在该第一实施例中，当来自O2传感器26的输出O2S变为浓输出时，浓峰控制结束。因此，在执行浓峰控制时，判定来自O2传感器26的输出O2S是否已变为浓输出(步骤112)。当判定为来自O2传感器26的输出O2S已变为浓输出时，针对本次循环的浓峰控制结束(步骤114)。
当浓峰控制结束时，便判定是否满足用于判定NOx催化剂18劣化的条件(步骤116)。该劣化判定条件更具体地包括两个条件。这些条件为：(1)在执行浓峰控制时的运转条件(例如发动机速度NE、节气门开度TH或进气量GA)处在预定范围内；和(2)在执行浓峰控制时NOx催化剂18的温度TCAT处在预定温度范围内。
上述条件(1)是这样的条件，其被设置成只有当浓峰控制在没有突然加速或减速等的预定运转条件下执行时所获得的数据才被用作催化剂劣化判定的基础以便防止由于NOxIN等的计算误差等而导致误判定。上述条件(2)是防止由于NOx催化剂18的温度的影响而导致误判定的条件。也就是说，NOx催化剂18的储存-还原能力根据其温度而改变。因此，上述条件(2)被设置成只有当浓峰控制在NOx催化剂18的储存-还原能力被看作恒定的温度范围内执行时所获得的数据才被用作催化剂劣化判定的基础。
如果在步骤116中判定为不满足劣化判定条件，则可判定为不应当执行催化剂劣化判定。因此，在这种情况下，本次循环的程序直接结束。另一方面，如果在步骤116中判定为满足劣化判定条件，则催化剂劣化判定执行如下。首先，将在步骤116中计算出的NOxSCNTR与预定的基准判定值β进行比较(步骤118)。如上所述，可判定为表示在浓峰控制结束时附近的时刻的被积分的NOx传感器输出NOxS的NOxSCNTR越大，则在NOx催化剂18下游流出的氨NH3越多。另外，可判定为在NOx催化剂18下游流出的氨NH3越多，则在浓峰控制期间排出的NOx量越大。因此，当在步骤118中NOxSCNTR等于或大于基准判定值β时，判定为NOx催化剂18劣化(步骤120)。另一方面，当NOxSCNTR小于基准判定值β时，判定为NOx催化剂18正常(即未劣化)(步骤122)。
接下来将说明基准判定值β。图6是示出在横轴表示NOx催化剂18的温度TACT而纵轴表示NOx传感器输出积分值NOxSCNTR的坐标系上绘制出的多个实验数据的图表。在图6中，黑方块表示用NOx的排出量水平与排放规定值对应的NOx催化剂18(在下文中该催化剂将被称作“正常催化剂(X)”)获得的实验数据。与之相对，黑菱形块表示用NOx的排出量水平与OBD规定值对应的NOx催化剂18(在下文中该催化剂将被称作“劣化催化剂(Y)”)获得的实验数据。如从图6可见，可通过将基准判定值β设定成例如为图6中的直线所示的值来将正常催化剂(X)与劣化催化剂(Y)可靠地区分开来。
这样，根据该第一实施例，可通过基于与在浓峰控制期间排出的NOx量相关的NOx传感器输出积分值NOxSCNTR诊断NOx催化剂18的劣化来获得极高的诊断精度。
顺便提及，在图6所示的示例中，基准判定值β是恒定的而与NOx催化剂18的温度TCAT无关。但是，或者，基准判定值β也可根据TACT而改变。另外，基准判定值β可根据内燃机10的其它运转条件而改变。
另外，在图4所示的程序中，NOx传感器输出积分值NOxSCNT被分离为NOxSCNTR和NOxSCNTL并且基于NOxSCNTR来执行NOx催化剂18的催化剂劣化判定。但是，本发明不限于这种判定方法。或者，可基于NOx传感器输出积分值NOxSCNT被分离为NOxSCNTR和NOxSCNTL之前的NOxSCNT来执行催化剂劣化判定，因为与NOxSCNTR的值相比NOxSCNTL的值小且由此具有很小的影响。另外，也能从开始就只计算NOxSCNTR的值。也就是说，在本发明中，作为催化剂劣化判定基础的NOx传感器输出NOxS的积分时段只需包括在浓峰控制结束时附近的时刻NOx传感器25的输出由于氨NH3而暂时突然增大的时段。
另外，在上述第一实施例中，通过对NOx传感器输出NOxS求积分来计算NOx传感器输出积分值NOxSCNT。但是，用于计算NOx传感器输出积分值NOxSCNT的方法不限于此。或者，例如，也可通过对与流入NOx催化剂18中的空气量对应(即对应于进气量)的物理量与NOx传感器输出NOxS的乘积求积分来计算NOx传感器输出积分值NOxSCNT。顺便提及，流入NOx催化剂18中的空气量(在下文中也被称作“进气量”)可例如基于由空气流量计检测出的进气量GA、燃料喷射量或来自A/F传感器24的输出来计算。
另外，在第一实施例中，当来自NOx催化剂18下游的O2传感器26的输出变为浓输出时，浓峰控制结束。或者，浓峰控制可使用NOx传感器25的O2传感器功能或A/F传感器功能来结束。例如，利用第一实施例中的NOx传感器25，如参照图2所述，排气的空燃比可从NOx传感器25的电流I2被检测出来。因此，浓峰控制可在该电流I2对应于浓空燃比时结束。在这种情况下，不再需要提供NOx催化剂18下游的O2传感器26，从而可降低成本。
接下来将对第一实施例的变型示例进行说明。在上述图4所示的程序中，当来自NOx催化剂18下游的O2传感器26的输出变为浓输出时，浓峰控制结束。或者，在该变型示例中，当在浓峰控制开始后已流入NOx催化剂18中的还原剂的量达到预定值γ时，浓峰控制结束。
用于计算已流入NOx催化剂18中的还原剂量的方法不受特别限制。例如，可使用以下方法。图7是示出用于计算还原剂量积分值FRCNT的方法的时序图。更具体地，图7中靠上的图示出还原剂量积分值FRCNT的变化，而图7中靠下的图示出来自A/F传感器24的输出AFS_2，即流入NOx催化剂18中的排气的空燃比AFS_2。
还原剂量积分值RFCNT是表示由于浓峰控制而流入NOx催化剂18中的还原剂的量的值，并且根据以下公式来计算。
RFCNT＝∑(即，每单位时间的还原剂量乘以ECU的计算周期)...(1)
在浓峰控制期间已流入NOx催化剂18中的燃料之中，超过实现理论空燃比(在这种情况下为14.6)所需量的燃料(即，过量燃料)用作还原剂。因此，每单位时间的还原剂量可根据以下公式来计算。
还原剂量＝(流入NOx催化剂中的燃料量减去流入NOx催化剂中的空气量除以14.6)＝(1/AFS_2-1/14.6)×流入NOx催化剂中的空气量...(2)
在执行浓峰控制时，还原剂量积分值RFCNT可由ECU 30基于上述公式(1)和(2)连续计算。在该变型示例中，当如上所述地计算出来的还原剂量积分值RFCNT达到预定值γ时，浓峰控制结束。因此，在浓峰控制期间供给的还原剂的总量可每次都恒定。
同时，当浓峰控制在来自NOx催化剂18下游的O2传感器26的输出变为浓输出时结束时，还原剂的量可根据NOx催化剂18的劣化水平而改变。例如，当NOx催化剂18的劣化水平极高且NOx储存量极小时，所有被储存的NOx不久便被还原，从而来自O2传感器26的输出不久便变为浓输出。结果，浓峰控制不久便结束，从而还原剂的量变得极小。当还原剂的量小时，所产生的氨NH3的量也小。在上述情况下，NOx传感器输出积分值NOxSCNT被计算得小而与NOx催化剂18的劣化水平是否极高无关，从而存在NOx催化剂18被误判定为正常的可能。
与之相对，根据该变型示例，可使浓峰控制期间的还原剂的量恒定，从而也可使所产生的氨NH3的量恒定。当氨NH3的量恒定时，在NOx催化剂18下游流出的氨NH3的量即NOx传感器输出积分值NOxSCNT可与NOx的排出量即与还原效率更精确地相关。因此，根据该变型示例，可更可靠地防止例如上述的误判定，这能更精确地诊断NOx催化剂18的劣化。
另外，在第一实施例中，本发明的“空燃比控制装置”可由执行步骤108和114的ECU 30来实现，本发明的“计算装置”可由执行步骤104、106和110的ECU 30来实现，而本发明的“诊断装置”可由执行步骤118和120和122的ECU 30来实现。
另外，在第一实施例的变型示例中，还原剂量积分值RFCNT可被看作本发明的“还原剂量”。另外，本发明的“还原剂量计算装置”可由基于上述公式(1)和(2)计算还原剂量积分值RFCNT的ECU 30来实现。此外，本发明的“空燃比控制装置”也可由在还原剂量积分值RFCNT达到预定值γ时终止浓峰控制的ECU 30来实现。
接下来参照图8说明本发明的第二实施例。但是，以下说明将集中于与上述第一实施例不同的那些点。与在上述第一实施例中类似的说明将简化或省略。
在上述第一实施例中，通过将NOx传感器输出积分值NOxSCNTR与基准判定值β进行比较来执行NOx催化剂18的劣化判定(图4中程序的步骤118)。与之相对，在该第二实施例中，通过将NOx传感器输出积分值NOxSCNTR除以已流入NOx催化剂18中的还原剂的量(即，还原剂量积分值RFCNT)得到的商NOxSCNTR/RFCNT与基准判定值进行比较来执行NOx催化剂18的劣化判定。
图8是在横轴表示NOx催化剂18的温度TCAT而纵轴表示NOxSCNTR/RFCNT的商的坐标系上绘制出使用与图6中相同的催化剂的实验数据的图表。也就是说，在图8中，黑方块表示正常催化剂(X)的实验数据，而黑菱形块表示劣化催化剂(Y)的实验数据。顺便提及，浓峰控制结束条件被设定为使得来自NOx催化剂18下游的O2传感器26的输出为浓输出。如从图8可见，在该第二实施例中，可通过设定如图8中的倾斜直线所示的基准判定值来将正常催化剂(X)与劣化催化剂(Y)可靠地区分开来。
NOxSCNTR/RFCNT的商是表示已流过NOx催化剂18而没有被消耗来还原已从NOx催化剂18释放的NOx的还原剂占流入NOx催化剂18中的还原剂总量的百分比。因此，可以说NOxSCNTR/RFCNT的商是更精确地表示NOx催化剂18的还原效率的值。因此，根据该第二实施例，通过将NOxSCNTR/RFCNT的商与基准判定值进行比较来诊断NOx催化剂18的劣化能够获得更高的诊断精度。
顺便提及，在图8中，基准判定值随着浓峰控制期间NOx催化剂18的温度TCAT的升高而变小。据认为这是由于当内燃机10在高负荷下运转时NOx催化剂18的温度TCAT高。当内燃机10在高负荷下运转时，进气量GA大，从而即使流过NOx催化剂18的氨NH3的量相同，氨NH3的浓度也降低。结果，NOx传感器输出NOxS更小，从而NOx传感器输出积分值NOxSCNTR也更小。因此，基准判定值被认为随着NOx催化剂18的温度TCAT的升高而变小。
但是，当这种趋势在实验结果中未被检测出时，基准判定值可以是恒定值而与NOx催化剂18的温度TCAT无关。
第二示例性实施例的具体处理如下。ECU 30在浓峰控制执行时根据与在第一实施例的变型示例中所用相同的方法逐次计算还原剂量积分值RFCNT。参照图4中程序的步骤118，通过用NOx传感器输出积分值NOxSCNTR除以浓峰控制结束时的还原剂量积分值RFCNT来计算NOxSCNTR/RFCNT的商。接下来，基于NOx催化剂18的温度TCAT根据图8所示的关系获得基准判定值。然后将该基准判定值与NOxSCNTR/RFCNT的商进行比较。如果NOxSCNTR/RFCNT的商等于或大于基准判定值，则判定为NOx催化剂18劣化(步骤120)。同时，如果NOxSCNTR/RFCNT的商小于基准判定值，则判定为NOx催化剂18正常(步骤122)。
在所有其它方面，第二实施例与第一实施例类似，从而省略进一步的说明。在第二实施例中，还原剂量积分值RFCNT可被看作本发明的“还原剂量”。另外，本发明的“还原剂量计算装置”也可由计算还原剂量积分值RFCNT的ECU 30来实现，而本发明的“诊断装置”也可由将NOxSCNTR/RFCNT的商与基准判定值进行比较并诊断NOx催化剂18的劣化的ECU来实现。
接下来参照图9说明本发明的第三实施例。但是，以下说明将集中于与上述第一实施例不同的那些点。与在上述第一实施例中类似的说明将简化或省略。
在第三实施例中，通过将NOx传感器输出积分值NOxSCNTR除以根据浓峰控制的还原时间TRS得到的商即NOxSCNTR/TRS的商与基准判定值进行比较来执行NOx催化剂18的劣化判定。
在该第三实施例中，如图5B所示，还原时间TRS是浓峰控制持续的时间，但是还原时间TRS不限于此。例如，还原时间TRS也可以是来自NOx催化剂18上游的A/F传感器24的输出维持为浓输出的时间。
图9是在横轴表示NOx催化剂18的温度TCAT而纵轴表示NOxSCNTR/TRS的商的坐标系上绘制出使用与图6中相同的催化剂的实验数据的图表。也就是说，在图9中，黑方块表示用正常催化剂(X)获得的实验数据，而黑菱形块表示用劣化催化剂(Y)获得的实验数据。顺便提及，浓峰控制结束条件被设定为使得来自NOx催化剂18下游的O2传感器26的输出为浓输出。如从图9可见，在该第三实施例中，可通过设定如图9中的倾斜直线所示的基准判定值来将正常催化剂(X)与劣化催化剂(Y)可靠地区分开来。
通常，可以说流入NOx催化剂18中的还原剂的量(即，还原剂量积分值RFCNT)随着还原时间TRS的延长而增大。因此，NOxSCNTR/TRS的商可被用作与第二实施例中的NOxSCNTR/RFCNT的商类似的指标。因此，与在第二实施例中一样，根据第三实施例也可获得更高的诊断精度。
第三实施例的具体处理如下。ECU 30在浓峰控制执行时测量还原时间TRS。参照图4中程序的步骤118，通过用NOx传感器输出积分值NOxSCNTR除以还原时间TRS来计算NOxSCNTR/TRS的商。接下来，基于NOx催化剂18的温度TCAT根据图9所示的关系获得基准判定值。然后将该基准判定值与NOxSCNTR/TRS的商进行比较。如果NOxSCNTR/TRS的商等于或大于基准判定值，则判定为NOx催化剂18劣化(步骤120)。同时，如果NOxSCNTR/TRS的商小于基准判定值，则判定为NOx催化剂18正常(步骤122)。
在所有其它方面，第三实施例与第一实施例类似，从而省略进一步的说明。在第三实施例中，本发明的“还原时间计算装置”可由测量还原时间TRS的ECU 30来实现。另外，本发明的“诊断装置”也可由将NOxSCNTR/TRS的商与基准判定值进行比较并诊断NOx催化剂18的劣化的ECU来实现。
在上述各个实施例中，描述了这样的***，其中A/F传感器24配置在NOx催化剂18的上游而O2传感器26配置在NOx催化剂18的下游。但是，本发明的***构型不限于此。例如，其也可如下所述地变型。
图10是根据本发明第一实施例的变型示例的***构型。在图10所示的***中，在排气的空燃比变得浓于或稀于理论空燃比时产生突然变化的输出信号的O2传感器27取代A/F传感器24配置在NOx传感器18的上游。在所有其它方面，图10所示的***与图1所示的***类似。在下文中，为了简化说明，配置在NOx催化剂18上游的O2传感器27将被称作“上游O2传感器27”而配置在NOx催化剂18下游的O2传感器26将被称作“下游O2传感器26”。
图11是示出用于在该变型示例中获得还原剂量积分值RFCNT和还原时间TRS的方法的时序图。更具体地，图11中靠上的图示出来自下游O2传感器26的输出，图11中居中的图示出来自下游O2传感器27的输出，而图11中靠下的图示出来自配置在起始催化剂14和16上游的A/F传感器20或22之一的输出，或作为来自A/F传感器20和22两者的输出的平均值的输出(在下文中被称作“A/F传感器输出”)。
如图11所示，当浓峰控制开始并且具有浓空燃比的排气开始从内燃机10排出时，A/F传感器输出从稀切换为浓(时刻t1)。然后，当已储存在起始催化剂14和16中的所有氧被流入起始催化剂14和16中的还原剂用尽时，具有浓空燃比的排气开始流过至起始催化剂14和16的下游侧。结果，上游O2传感器27的输出从稀变为浓(时刻t2)。
从时刻t2起，还原剂开始流入NOx催化剂18中。然后当已储存在NOx催化剂18中的所有的氧和NOx被还原剂用尽时，具有浓空燃比的排气开始流过至NOx催化剂18的下游侧。结果，下游O2传感器26的输出从稀变为浓(时刻t3)。
在该变型示例中，已流入NOx催化剂18中的还原剂的量(即，还原剂量积分值RFCNT)可基于从时刻t2到时刻t3的A/F传感器输出来计算(图11中的阴影部分)。另外，还原时间TRS可通过测量从时刻t2到时刻t3的时间来获得。
作为本发明第一实施例的另一个变型示例，储存在NOx催化剂18中的氧和NOx的量可从还原剂量积分值RFCNT来计算。在本发明中，也可通过使基于储存在NOx催化剂18中的氧和NOx的量获得的NOx催化剂18的劣化判定结果与使用上述NOx传感器25获得的劣化判定结果结合而以极高的精度执行劣化判定。
尽管已参照实施例说明了本发明，但应当理解本发明不限于所述实施例或构造。相反，本发明意图涵盖各种变型和等同布置。此外，尽管实施例的各种元素示出为呈各种组合和构型，但是包括更多、更少或仅单一元素的其它组合和构型也处于本发明的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种催化剂监测***，包括：
NOx催化剂，所述NOx催化剂配置在内燃机的排气通路中；
NOx传感器，所述NOx传感器配置在所述NOx催化剂的下游并且检测NOx的浓度；
空燃比控制装置，所述空燃比控制装置用于将所述内燃机运转期间的排气空燃比从稀空燃比暂时地切换为浓空燃比或理论空燃比；
计算装置，所述计算装置用于通过至少在空燃比控制结束时附近的时段内对来自所述NOx传感器的输出求积分来计算所述NOx传感器的输出积分值；和
诊断装置，所述诊断装置用于基于所述NOx传感器的输出积分值来诊断所述NOx催化剂的劣化。
2.根据权利要求1所述的催化剂监测***，其中
所述NOx传感器能够检测NH3的浓度以及NOx的浓度。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂监测***，其中
所述NOx传感器是限制电流式NOx传感器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的催化剂监测***，其中
所述空燃比控制结束时附近的所述时段是来自所述NOx传感器的输出暂时突然增大的时段。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂监测***，还包括
还原剂量计算装置，所述还原剂量计算装置用于计算在所述空燃比控制期间已流入所述NOx催化剂中的还原剂的量，
其中当所述还原剂量达到预定量时，所述空燃比控制装置终止所述空燃比控制。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂监测***，还包括
还原剂量计算装置，所述还原剂量计算装置用于计算在所述空燃比控制期间已流入所述NOx催化剂中的还原剂的量，
其中所述诊断装置基于所述NOx传感器的输出积分值和所述还原剂量来诊断所述NOx催化剂的劣化。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂监测***，还包括
还原时间测量装置，所述还原时间测量装置用于根据所述空燃比控制来测量NOx的还原时间，
其中所述诊断装置基于所述NOx传感器的输出积分值和所述还原时间来诊断所述NOx催化剂的劣化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的催化剂监测***，其中
当已流入所述NOx催化剂中的NOx的量达到预定值时，所述空燃比控制装置开始所述空燃比控制。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂监测***，还包括
O2传感器，所述O2传感器配置在所述NOx催化剂的下游并且检测O2的浓度，
其中当在所述空燃比控制执行时来自所述O2传感器的输出变为所述浓空燃比时，所述空燃比控制装置终止所述空燃比控制。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的催化剂监测***，其中
当用于判定劣化的预定执行条件满足时，所述诊断装置开始诊断所述NOx催化剂的劣化，并且
所述用于判定劣化的预定执行条件包括：i)在所述空燃比控制执行时所述内燃机以预定运转条件运转的条件；和ii)在所述空燃比控制执行时所述NOx催化剂的温度处于预定温度范围内的条件。
11.根据权利要求10所述的催化剂监测***，其中
所述预定运转条件包括所述内燃机的速度、所述内燃机的节气门开度和所述内燃机的进气量中的至少一个处于预定范围内的条件。
12.根据权利要求4所述的催化剂监测***，其中
所述空燃比控制结束时附近的所述时段包括来自所述NOx传感器的输出由于从所述NOx催化剂排出的NH3而暂时突然增大的时段。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的催化剂监测***，其中
所述计算装置通过对与流入所述NOx催化剂中的进气量对应的物理量与来自所述NOx传感器的输出的乘积求积分来计算所述NOx传感器的所述输出积分值。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂监测***，其中
当在所述空燃比控制执行时来自所述NOx传感器的输出电流对应于所述浓空燃比时，所述空燃比控制装置终止所述空燃比控制。
15.一种催化剂监测方法，包括：
执行空燃比控制，所述空燃比控制将内燃机运转期间的排气空燃比从稀空燃比暂时地切换为浓空燃比或理论空燃比；
通过至少在所述空燃比控制结束时附近的时段内对来自NOx传感器的输出求积分来计算所述NOx传感器的输出积分值，所述NOx传感器配置在位于所述内燃机的排气通路中的NOx催化剂的下游；和
基于所述NOx传感器的输出积分值来诊断所述NOx催化剂的劣化。
16.一种催化剂监测***，包括：
NOx催化剂，所述NOx催化剂配置在内燃机的排气通路中；
NOx传感器，所述NOx传感器配置在所述NOx催化剂的下游并且检测NOx的浓度；
空燃比控制部，所述空燃比控制部将所述内燃机运转期间的排气空燃比从稀空燃比暂时地切换为浓空燃比或理论空燃比；
计算部，所述计算部通过至少在所述空燃比控制结束时附近的时段内对来自所述NOx传感器的输出求积分来计算所述NOx传感器的输出积分值；和
诊断部，所述诊断部基于所述NOx传感器的输出积分值来诊断所述NOx催化剂的劣化。
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