(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸着能を有する触媒の下流側に配置されたＮＯｘセンサの故障診断に関し、ＮＯｘ吸着量を正確に推定することにより、当該故障診断を適切なタイミングで実施できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸着能を有する触媒１８と、触媒１８の下流側において排気通路１６に配置された第２ＮＯｘセンサ２２と、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断を行う故障診断装置（ＥＣＵ３０）とを備える。故障診断装置は、触媒１８の温度が触媒１８からＮＯｘが脱離し得る所定温度範囲Ｒ内にあり、かつ、触媒１８のＮＯｘ吸着量が所定値以上である場合には、故障診断を行わないように構成されている。ＮＯｘ吸着量は、ＮＯｘの吸着速度と脱離速度とに基づいて推定される。吸着速度は、触媒１８の温度が低いほど高くなるように推定され、脱離速度は、触媒１８の温度が高いほど高くなるように推定される。【選択図】図５
2020016220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置され、ＮＯｘ吸着能を有する触媒と、
前記触媒の下流側において前記排気通路に配置されたＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘセンサの故障診断を行う故障診断装置と、
を備え、
前記故障診断装置は、前記触媒の温度が前記触媒からＮＯｘが脱離し得る所定温度範囲内にあり、かつ、前記触媒のＮＯｘ吸着量が所定値以上である場合には、前記故障診断を行わないように構成され、
前記ＮＯｘ吸着量は、単位時間当たりの前記触媒のＮＯｘ吸着量である吸着速度と、単位時間当たりの前記触媒からのＮＯｘ脱離量である脱離速度とに基づいて推定され、
前記吸着速度は、前記触媒の温度が低いほど高くなるように推定され、前記脱離速度は、前記触媒の温度が高いほど高くなるように推定される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、ＮＯｘ吸着能を有する触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、排気通路に配置された酸化触媒と、酸化触媒の下流側において排気通路に配置されたＮＯｘセンサとを備えている。この排気浄化装置では、ＮＯｘセンサの故障判定が行われる。ただし、この故障判定は、酸化触媒から脱離するＮＯｘの存在に起因する誤判定を避けるために、酸化触媒から脱離するＮＯｘの量（ＮＯｘの正味の脱離量）が所定量以上となる場合には停止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２７８７９号公報
【特許文献２】特開２００８−２４０５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において故障診断を実施するか否かの判断に用いられるＮＯｘの正味の脱離量は、所定時間中のＮＯｘ脱離量からＮＯｘ吸着量を減算することにより算出される。この算出に用いられるＮＯｘ吸着量は、単位時間当たりの酸化触媒のＮＯｘ吸着量である吸着速度を上記所定時間で積分することによって求められる。そして、この吸着速度は、酸化触媒の温度（床温）が低いほど低くなるように補正される。
【０００５】
ここで、酸化触媒の温度が高いほど、酸化触媒の周辺の分子の運動が活発になる。このため、酸化触媒の温度が高いほど、ＮＯｘ（より詳細には、ＮＯ２）は酸化触媒に吸着しにくくなり、吸着速度としては低くなる。したがって、故障診断を実施するか否かの判断に用いられるＮＯｘ吸着量を正確に推定するためには、吸着速度は、触媒温度が低いほど高くなるように推定されることが望ましいと考えられる。換言すると、このような手法と吸着速度の推定手法が異なる特許文献１の技術によれば、ＮＯｘ吸着量、更にはＮＯｘの正味の脱離量を正確に推定できないものと考えられる。このため、特許文献１に記載の技術によれば、ＮＯｘセンサの故障診断を適切なタイミングで実施することが難しくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ吸着能を有する触媒の下流側に配置されたＮＯｘセンサの故障診断に関し、ＮＯｘ吸着量を正確に推定することにより、当該故障診断を適切なタイミングで実施できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路に配置され、ＮＯｘ吸着能を有する触媒と、
前記触媒の下流側において前記排気通路に配置されたＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘセンサの故障診断を行う故障診断装置と、
を備える。
前記故障診断装置は、前記触媒の温度が前記触媒からＮＯｘが脱離し得る所定温度範囲内にあり、かつ、前記触媒のＮＯｘ吸着量が所定値以上である場合には、前記故障診断を行わないように構成されている。
前記ＮＯｘ吸着量は、単位時間当たりの前記触媒のＮＯｘ吸着量である吸着速度と、単位時間当たりの前記触媒からのＮＯｘ脱離量である脱離速度とに基づいて推定される。
前記吸着速度は、前記触媒の温度が低いほど高くなるように推定され、前記脱離速度は、前記触媒の温度が高いほど高くなるように推定される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、故障診断装置は、触媒温度が触媒からＮＯｘが脱離し得る所定温度範囲内にあり、かつ、触媒のＮＯｘ吸着量が所定値以上である場合には、ＮＯｘセンサの故障診断を行わないように構成されている。そして、このＮＯｘ吸着量の算出に用いられる吸着速度は、触媒温度が低いほど高くなるように推定される。このため、ＮＯｘ吸着量を正確に推定することができ、その結果として、ＮＯｘセンサの故障診断を適切なタイミングで実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成例を説明するための図である。
【図２】図１に示す触媒のＮＯｘの飽和吸着量とＤＯＣ床温（触媒温度）との関係を表した図である。
【図３】図１に示す触媒のＮＯｘの吸着特性を表した図である。
【図４】第２ＮＯｘセンサの故障診断に関する課題を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態においてＥＣＵ（故障診断装置）が行う処理に関するルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＮＯｘ吸着速度と、これに影響するパラメータとの関係を表した図である。
【図７】ＮＯｘ脱離速度と、これに影響するパラメータとの関係を表した図である。
【図８】触媒温度が上昇する状況でのＮＯｘの脱離について説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態との対比のために参照する比較例の処理に従う検出許可フラグのオン／オフの切り替えの一例を表したタイムチャートである。
【図１０】図５に示すルーチンの処理に従う検出許可フラグのオン／オフの切り替えの一例を表したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１１】
１．システム構成例
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成例を説明するための図である。図１に示すシステムは、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０を備えている。内燃機関１０は、例えば、車両に搭載される。また、本発明の対象となる内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関に代え、火花点火式の内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）であってもよい。
【００１２】
内燃機関１０の各気筒１２には、吸気通路１４及び排気通路１６が連通している。排気通路１６には、触媒１８が配置されている。触媒１８は、一例として、酸化触媒（DOC: Diesel Oxidation Catalyst）である。触媒１８よりも上流側の排気通路１６には、第１ＮＯｘセンサ２０が取り付けられている。また、触媒１８よりも下流側の排気通路１６には、第２ＮＯｘセンサ２２が取り付けられている。ＮＯｘセンサ２０、２２は、排気通路１６内のそれぞれの搭載位置を流れる排気のＮＯｘ濃度に応じた信号を出力する。なお、第２ＮＯｘセンサ２２は本発明に係る「ＮＯｘセンサ」の一例に相当する。
【００１３】
さらに、触媒１８には、触媒温度センサ２４が取り付けられている。触媒温度センサ２４は、触媒温度（以下、「ＤＯＣ床温」とも称する）に応じた信号を出力する。また、各気筒１２には、気筒１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁２６が設置されている。なお、吸気通路１４には、電子制御式のスロットル２８が配置されている。
【００１４】
図１に示すシステムは、さらに電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０を備えている。ＥＣＵ３０には、ＮＯｘセンサ２０、２２及び触媒温度センサ２４とともに、内燃機関１０に搭載された各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ３０には、燃料噴射弁２６及びスロットル２８などの内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。
【００１５】
ＥＣＵ３０は、プロセッサ、メモリおよび入出力インターフェースを備えている。入出力インターフェースは、上記の各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、上記の各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種アクチュエータを制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行する。その結果、ＥＣＵ３０は、内燃機関の制御装置として機能する。また、以下に説明するように、ＥＣＵ３０は、本発明に係る「ＮＯｘセンサの故障診断を行う故障診断装置」の一例としても機能する。
【００１６】
２．ＮＯｘセンサの故障診断
上述のように「故障診断装置」として機能するＥＣＵ３０は、第１ＮＯｘセンサ２０及び第２ＮＯｘセンサ２２のそれぞれの故障診断（ＯＢＤ）を定期的に又は必要に応じて実施する。この故障診断は、ＮＯｘセンサ２０、２２によって検出されるＮＯｘ濃度の検出値と、内燃機関１０の各気筒１２から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値との比較に基づいて行われる。より詳細には、これらのＮＯｘ濃度の検出値と推定値との差（の絶対値）が故障判定のための所定の閾値を超える場合に、ＮＯｘセンサ２０、２２が故障していると判定される。
【００１７】
２−１．第２ＮＯｘセンサ（触媒下流）の故障診断に関する課題
酸化触媒である触媒１８は、ＮＯｘ吸着能を有している。より詳細には、本件発明者が行った試験によれば、触媒１８に吸着されるＮＯｘ成分はＮＯ２のみであり、ＮＯは吸着されないことが確認された。また、１５０℃以下の触媒温度範囲では、ＮＯ２は生成されないことが確認された。
【００１８】
図２は、図１に示す触媒１８のＮＯｘの飽和吸着量とＤＯＣ床温（触媒温度）との関係を表した図である。ＤＯＣ床温が高いほど、分子の運動が活発になるのでＮＯ２が触媒１８に吸着しにくくなる。このため、図２に示すように、触媒１８のＮＯｘの飽和吸着量は、ＤＯＣ床温の上昇に伴って低下する。換言すると、触媒１８は、低温側の方がＮＯ２を吸着し易いという特性を有している。
【００１９】
図３は、図１に示す触媒１８のＮＯｘの吸着特性を表した図である。より詳細には、図３は、触媒１８へのＮＯｘ吸着量と触媒１８の温度（ＤＯＣ床温）との関係を示している。図３に示すように、１５０℃以下の触媒温度範囲では、上述のようにＮＯ２は生成されないので、ＮＯｘ吸着量はゼロとなる。一方、ＤＯＣ床温が１５０℃を超えると、温度上昇とともに、ＮＯｘ吸着量が増加していく。上述のように、ＤＯＣ床温が高いほど、分子の運動が活発になるのでＮＯ２が触媒１８に吸着しにくくなる。このため、図３に示すように、１５０〜２００℃の触媒温度範囲では、ＮＯ２の生成量の増加に伴ってＮＯｘ吸着量が増加する一方で、２００〜４００℃の触媒温度範囲では、ＤＯＣ床温の上昇に伴い、分子運動の活発化に起因してＮＯｘ吸着量が減少していく。触媒１８の例では、ＤＯＣ床温が４００℃を超えると、ＮＯｘの吸着が行われなくなる。
【００２０】
図３を参照して説明したように、触媒１８は、触媒温度（ＤＯＣ床温）が所定温度範囲Ｒ（１５０〜４００℃）内にある場合に、ＮＯｘ（ＮＯ２）を吸着する機能を有している。触媒１８の例では、図３に示すように、ＮＯｘ吸着量は、ＤＯＣ床温が２００℃となるときにピーク値を示している。
【００２１】
図２及び図３を参照して説明した吸着特性を有する触媒１８では、ＤＯＣ床温が変化すると、触媒１８に吸着可能なＮＯｘの量が減少し、その結果、触媒１８に吸着していたＮＯｘが触媒１８から脱離する現象が生じ得る。
【００２２】
図４は、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断に関する課題を説明するためのタイムチャートである。本実施形態では、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断は、一例として、燃料カット（Ｆ／Ｃ）の実行中に実行される。具体的には、Ｆ／Ｃ中には、排気通路１６内を新気が流通することになる。新気中のＮＯｘ濃度は実質的にゼロである。このため、正常な第２ＮＯｘセンサ２２であれば、新気が流通するＦ／Ｃ中にはＮＯｘを検出しないはずである。そこで、Ｆ／Ｃ中に各気筒１２から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値をゼロとしたうえで、当該推定値と第２ＮＯｘセンサ２２によって検出されるＮＯｘ濃度の検出値との差（の絶対値）が所定の閾値を超えるか否かに基づいて、第２ＮＯｘセンサ２２の故障の有無を判定することができる。
【００２３】
図４中の時点ｔ０は、アクセルペダルの踏み込みがオフとされることに伴い、Ｆ／Ｃが開始された時点（燃料噴射量がゼロとされた時点）に相当する。触媒１８へのＮＯｘ（ＮＯ２）吸着の影響を受けない場合（つまり、触媒１８にＮＯｘが吸着していない場合、又は触媒１８に吸着していたＮＯｘが脱離しない場合）には、図４に示すように、Ｆ／Ｃ開始後のＮＯｘ濃度（第２ＮＯｘセンサ２２の位置の値）は、排気通路１６への新気の流入により、時間経過とともにゼロに向けて低下していく。
【００２４】
一方、触媒１８へのＮＯｘの吸着影響のある場合には、触媒１８から脱離したＮＯｘの影響により、図４に示すように、Ｆ／Ｃの開始後にＮＯｘ濃度がゼロ相当に低下しなくなる場合がある。このような場合には、第２ＮＯｘセンサ２２は、上記の脱離ＮＯｘに応じた信号を出力してしまう。このため、上述の故障診断手法では、脱離ＮＯｘの影響によってＮＯｘ濃度の上記の差が閾値を超えてしまうことが起こり得るので、第２ＮＯｘセンサ２２の故障の有無を正しく診断できない可能性がある。
【００２５】
そのうえで、脱離ＮＯｘの影響による誤診断を避けるために、触媒１８から脱離するＮＯｘの量が多い場合（換言すると、触媒１８のＮＯｘ吸着量が多い場合）に故障診断を行わないようにすることが考えられる。このような構成を採用する場合において第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断を適切なタイミングで実施できるようにするためには、触媒１８のＮＯｘ吸着量を正確に推定することが必要とされる。
【００２６】
２−２．第２ＮＯｘセンサの故障診断の特徴部
本実施形態では、図４を参照して説明した触媒１８からのＮＯｘの脱離の影響を受けにくくしつつ第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断を行うために、次の前提構成を有している。すなわち、この故障診断は、触媒温度（ＤＯＣ床温）が触媒１８からＮＯｘが脱離し得る所定温度範囲Ｒ内にあり、かつ、触媒１８のＮＯｘ吸着量が所定値以上である場合には、行わないように構成されている。
【００２７】
そのうえで、本実施形態では、ＮＯｘ吸着量は、次のような手法を用いて正確に推定される。すなわち、ＮＯｘ吸着量は、単位時間当たりの触媒１８へのＮＯｘ吸着量である「吸着速度」と、単位時間当たりの触媒１８からのＮＯｘ脱離量である「脱離速度」とに基づいて推定される。そして、吸着速度は、触媒温度が低いほど高くなるように推定され、脱離速度は、触媒温度が高いほど高くなるように推定される。
【００２８】
２−３．ＥＣＵ（故障診断装置）の処理
図５は、本発明の実施の形態においてＥＣＵ３０（故障診断装置）が行う処理に関するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行される。
【００２９】
図５に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ３０は、触媒温度（ＤＯＣ床温）が所定温度範囲Ｒ（図３参照）内に収まっているか否か（つまり、ＮＯｘを吸着する温度であるか否か）を判定する（ステップＳ１００）。触媒温度は、例えば、触媒温度センサ２４を利用して取得できる。
【００３０】
その結果、ＥＣＵ３０がステップＳ１００において触媒温度が所定温度範囲Ｒから外れていると判定した場合には、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘセンサ２２の故障診断を許可する（すなわち、検出許可フラグ（後述の図９、１０参照）をオンにする）。この場合に故障診断を許可できる理由は、触媒温度が所定温度範囲Ｒから外れている場合であれば、つまり、ＮＯｘの吸着が起こらない温度であれば、触媒１８からのＮＯｘの脱離も起こらないためである。
【００３１】
一方、触媒温度が所定温度範囲Ｒ内に収まっていると判定された場合には、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３０は、触媒１８へのＮＯｘ吸着量（現在吸着量）が所定値未満であるか否か（すなわち、触媒１８にＮＯｘ吸着能が残っているか否か）を判定する。この判定で用いられる所定値の一例は、触媒１８のＮＯｘの飽和吸着量（より詳細には、現在の飽和吸着量）である。なお、この所定値は、必ずしも飽和吸着量に限られず、飽和吸着量未満の所定値であってもよい。
【００３２】
ここで、図６及び図７を参照して、本実施形態における特徴的なＮＯｘ吸着量の推定手法について説明する。既述したように、本実施形態では、ＮＯｘ吸着量は、吸着速度と脱離速度とに基づいて推定される。まず、図６は、ＮＯｘ吸着速度と、これに影響するパラメータとの関係を表した図である。ＮＯｘ吸着速度に影響するパラメータとしては、例えば、触媒１８のＮＯｘの吸着キャパシティ（＝飽和吸着量−現在吸着量）、触媒温度（ＤＯＣ床温）及び触媒流入ＮＯｘ量が考えられる。
【００３３】
上記の各パラメータに対するＮＯｘ吸着速度の関係は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すようになる。すなわち、ＮＯｘ吸着速度は、吸着キャパシティが大きいほど高くなり、触媒温度が低いほど高くなり、かつ、触媒流入ＮＯｘ量が多いほど高くなる。吸着キャパシティの算出のためには、現在の触媒温度での飽和吸着量を算出する必要がある。飽和吸着量は、図２に示すような飽和吸着量と触媒温度（ＤＯＣ床温）との関係を実験等の結果に基づいて定めておくことにより、触媒温度に応じた値として算出できる。また、触媒流入ＮＯｘ量は、内燃機関１０から排出されるＮＯｘの濃度の推定値に基づいて算出できる。
【００３４】
ＮＯｘ吸着速度は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す各関係を利用するＮＯｘ吸着速度推定モデルを構築することにより推定できる。具体的には、例えば、ＮＯｘ吸着速度の基本値を予め設定しておく。そして、図６（Ａ）〜（Ｃ）の縦軸をそれぞれＮＯｘ吸着速度の補正係数として置き換えて、同図の関係から当該補正係数を算出して上記の基本値にそれらを反映させる。これにより、ＮＯｘ吸着速度を推定できる。
【００３５】
次に、図７は、ＮＯｘ脱離速度と、これに影響するパラメータとの関係を表した図である。ＮＯｘ脱離速度に影響するパラメータとしては、例えば、現在吸着量（現在のＮＯｘ吸着量）、触媒温度（ＤＯＣ床温）及び触媒流入ＮＯｘ量が考えられる。これらの各パラメータに対するＮＯｘ吸着速度の関係は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すようになる。すなわち、ＮＯｘ脱離速度は、現在吸着量が多いほど高くなり、触媒温度が高いほど高くなり、かつ、触媒流入ＮＯｘ量が多いほど低くなる。これらの図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す各関係を利用するＮＯｘ脱離速度推定モデルは、上述のＮＯｘ吸着速度推定モデルと同様に構築できる。
【００３６】
次に、推定されたＮＯｘ吸着速度に基づくＮＯｘ吸着量と、推定されたＮＯｘ脱離速度に基づくＮＯｘ脱離量とが算出される。この算出は、例えば、ＮＯｘ吸着速度及びＮＯｘ脱離速度を、それぞれ所定期間を対象として時間積分することにより行うことができる。そして、算出されたＮＯｘ吸着量からＮＯｘ脱離量を減算することにより、触媒１８に現在吸着している（正味の）ＮＯｘ吸着量（上述の現在吸着量）が算出される。
【００３７】
ステップＳ１０４の判定結果が否定的である場合、つまり、ＮＯｘ吸着量（現在吸着量）が所定値（飽和吸着量）に達しているために吸着能が残っていないと判断できる場合には、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ＮＯｘセンサ２２の故障診断を許可しない（すなわち、検出許可フラグをオフにする）。ＮＯｘ吸着量（現在吸着量）が飽和吸着量に達していると、触媒１８はＮＯｘをそれ以上吸着できないため、触媒１８の温度変化に伴ってＮＯｘが触媒１８から脱離する可能性が高くなる。このため、この場合には、故障診断は許可されない。
【００３８】
一方、ステップＳ１０４の判定結果が肯定的である場合（ＮＯｘ吸着量＜所定値）、つまり、ＮＯｘ吸着能が残っていると判断できる場合には、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ３０は、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断を許可する（すなわち、検出許可フラグをオンにする）。
【００３９】
次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０８の処理の後にステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、ＥＣＵ３０は、Ｆ／Ｃの到来を条件として、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断（ＯＢＤ）を実行する。
【００４０】
３．効果
３−１．正確なＮＯｘ吸着量の推定
以上説明したように、本実施形態に係る第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断は、触媒温度（ＤＯＣ床温）が所定温度範囲Ｒ内にあり、触媒１８へのＮＯｘ吸着量（現在吸着量）が所定値（例えば、飽和吸着量）以上である場合には行われないように構成されている。そのうえで、このＮＯｘ吸着量は、吸着速度と脱離速度とに基づいて推定される。そして、吸着速度は、触媒温度が低いほど高くなり、脱離速度は、触媒温度が高いほど高くなるように推定される。このように、本実施形態の手法によれば、ＮＯｘ吸着量の推定に用いられる吸着速度が、触媒温度が低いほど高くなる。これにより、触媒温度の上昇に伴う分子運動の活発化に起因してＮＯｘ（ＮＯ２）が吸着されにくくなる特性を考慮して、ＮＯｘ吸着量を正確に推定できるようになる。その結果、ＮＯｘ吸着量が上記所定値未満であること（つまり、触媒１８にＮＯｘ吸着能が残っていること）を正確に判定できるので、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断を適切なタイミングで実施できるようになる。したがって、触媒１８のＮＯｘ吸着／脱離に起因する誤診断を適切に抑制できるようになる。
【００４１】
また、本実施形態では、触媒温度が所定温度範囲Ｒ内にあり、かつ、ＮＯｘ吸着量が所定値未満であっても、触媒温度が上昇する状況にある場合には、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断は行われない。これにより、温度上昇に伴って飽和吸着量が減少するために触媒１８からＮＯｘが脱離する可能性がある状況下において、触媒１８からのＮＯｘの脱離に起因する誤診断を適切に抑制できるようになる。
【００４２】
３−２．故障診断の機会の増加
また、以上説明した本実施形態に係る第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断によれば、以下に図８〜１０を参照して説明するように、以下の比較例と比べて故障診断の機会を増加させることができる。
【００４３】
３−２−１．比較例の動作
図８は、触媒温度が上昇する状況でのＮＯｘの脱離について説明するための図である。図８は、図２と同様に、飽和吸着量とＤＯＣ床温（触媒温度）との関係を示している。既述したように、ＤＯＣ床温が上昇した場合には、ＮＯｘ（ＮＯ２）が吸着しにくくなり、その結果、飽和吸着量は温度上昇とともに減少する。図８に示すように、例えばＤＯＣ床温が２００℃から上昇すると、温度上昇に伴う飽和吸着量の減少に起因して、現在のＮＯｘ吸着量（黒丸）が飽和吸着量を上回ってしまう。その結果、触媒１８からのＮＯｘの脱離が生じ始める。付け加えると、ＤＯＣ床温が４００℃（上記所定温度範囲Ｒの上限）を超えると、触媒１８はＮＯｘ吸着能を有しなくなる。このため、ＤＯＣ床温が２００℃から４００℃よりも高い温度に移行した場合には、図８に示すように、触媒１８に吸着していたＮＯｘのすべてが脱離することになる。なお、ＤＯＣ床温が上昇するのは、一般的には、エンジン負荷が上昇した場合、つまり、燃料噴射量が増加した場合に相当する。このため、走行パターンとしては、加速時が該当する。また、燃料添加（例えば、図示しない燃料添加弁による燃料添加）によって触媒１８にＨＣが供給され、その結果として酸化反応により発熱した場合にも、ＤＯＣ床温は上昇することになる。
【００４４】
図８に示す例のようにＤＯＣ床温が上昇する状況においては、飽和吸着量の減少に伴い、いずれはＮＯｘの脱離が生じてしまうことになる。ここで説明する比較例は、以下に図９を参照して説明するように、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒ内において上昇する状況下では、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断を許可しないというものである。
【００４５】
図９は、本発明の実施の形態との対比のために参照する比較例の処理に従う検出許可フラグのオン／オフの切り替えの一例を表したタイムチャートである。図９に示す「検出許可フラグ」は、第２ＮＯｘセンサ２２の故障診断（ＯＢＤ）を許可する際にオンとされ、不許可の場合にはオフとされる。
【００４６】
図９中の時点ｔ１〜時点ｔ４の期間中には、ＤＯＣ床温（触媒温度）が上昇している。時点ｔ２は、ＮＯｘ吸着量（現在吸着量）が飽和吸着量に達した時点に相当し、時点ｔ３は、４００℃（すなわち、所定温度範囲Ｒの上限）に達した時点に相当する。この比較例では、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒ内において上昇している時点ｔ１〜時点ｔ３の期間中には、触媒１８のＮＯｘ吸着量に関係なく、ＮＯｘが脱離する可能性があることを理由に、検出許可フラグはオフとされる。
【００４７】
図９では、時点ｔ３を過ぎると、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒから外れている。その結果、検出許可フラグはオフからオンに切り替えられる。その後、ＤＯＣ床温が低下し始め、時点ｔ５において、ＤＯＣ床温は再び所定温度範囲Ｒ内に入っている。この時点ｔ５〜時点ｔ６の期間中は、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒ内にあるが、ＤＯＣ床温は時間経過とともに上昇していない。このため、検出許可フラグはオンのままとされる。
【００４８】
図９では、時点ｔ６においてＤＯＣ床温が再び上昇し始めている。この時点ｔ６〜ｔ８の期間中には、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒ内において上昇している。このため、この比較例では、この期間中にも、検出許可フラグはＮＯｘ吸着量に関係なしにオフとされる。その後、時点ｔ８においてＤＯＣ床温が再び所定温度範囲Ｒから外れると、検出許可フラグはオンとされる。そして、時点ｔ９以降は、ＤＯＣ床温が再び所定温度範囲Ｒ内に入っているが、ＤＯＣ床温は時間経過とともに上昇していない。このため、検出許可フラグはオンのままとされる。
【００４９】
３−２−２．本実施形態の動作
図１０は、図５に示すルーチンの処理に従う検出許可フラグのオン／オフの切り替えの一例を表したタイムチャートである。以下、図９に示す比較例に対する相違点を中心に説明を行う。
【００５０】
本実施形態の故障診断では、検出許可フラグのオン／オフの切り替えのために、ＮＯｘ吸着量（現在吸着量）と飽和吸着量（現在の飽和吸着量）との比較が行われる（ステップＳ１０４）。このため、図１０のタイムチャートにおける検出許可フラグのオン／オフの切り替えは、以下の点において図９のタイムチャートのそれと相違する。
【００５１】
まず、時点ｔ１〜ｔ２の期間は、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒ内において上昇している状況にあるが、ＮＯｘ吸着量は飽和吸着量（ステップＳ１０４の所定値）未満である。このため、本実施形態によれば、この期間中には、検出許可フラグは、上記比較例とは異なり、オンとされる。
【００５２】
同様に、時点ｔ６〜ｔ７の期間は、ＤＯＣ床温が所定温度範囲Ｒ内において上昇している状況にあるが、ＮＯｘ吸着量は飽和吸着量（ステップＳ１０４の所定値）未満である。このため、本実施形態によれば、この期間中においても、検出許可フラグは、上記比較例とは異なり、オンとされる。
【００５３】
３−２−３．比較例に対する本実施形態の利点
上述した比較例は、触媒温度（ＤＯＣ床温）が所定温度範囲Ｒ内において上昇している状況下において故障診断を許可しないことにより、触媒１８から脱離するＮＯｘの影響による誤診断を抑制するというものである。しかしながら、この比較例によれば、図９、１０に示す時点ｔ１〜ｔ２の期間及び時点ｔ６〜ｔ７の期間のように、触媒１８のＮＯｘ吸着能が残っているために温度上昇中であっても故障診断を行ってよい状況下においても、故障診断が許可されなくなってしまう。このため、上記比較例には、故障診断の頻度を必要以上に低下させてしまうという課題がある。
【００５４】
これに対し、本実施形態の故障診断では、検出許可フラグのオン／オフの切り替えのために、ＮＯｘ吸着量と飽和吸着量（ステップＳ１０４の所定値）とをそれぞれリアルタイムに推定することで、ＮＯｘが脱離する状況にあるか否かを正確に判定できる。このため、上記比較例と比べると、触媒温度が所定温度範囲Ｒ内において上昇しているがＮＯｘ吸着能が残っている状況（期間ｔ１−ｔ２、ｔ６−ｔ７）を故障診断の許可対象に含められるので、故障診断の頻度を増やすことができる。
【００５５】
４．触媒の他の例
上述した実施の形態においては、酸化触媒である触媒１８が例示された。しかしながら、本発明に係る「触媒」は、ＮＯｘ吸着能を有するものであれば、触媒１８の例に代え、例えば、次のようなものであってもよい。すなわち、本発明に係る「触媒」の他の例は、酸化触媒を有するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）であってもよい。また、「触媒」の他の例は、ＮＯｘ吸着触媒（ＰＮＡ）又は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  内燃機関
１６  排気通路
１８  触媒
２２  第２ＮＯｘセンサ
２４  触媒温度センサ
３０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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