(57)【要約】【課題】ＮＯＸセンサの故障を正確に検出する。【解決手段】機関排気通路内にＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒（１０）が配置され、排気処理触媒（１０）の下流にＮＯＸセンサ（１１）が配置される。排気処理触媒（１０）の劣化度を推定し、推定された劣化度が予め定められた劣化度以上であるときにＮＯＸセンサ（１１）の故障を検出する。【選択図】図６
2020007926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置されたＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒と、該排気処理触媒の下流に配置されたＮＯＸセンサとを備え、ＮＯＸセンサの出力値に基づいてＮＯＸセンサの故障を検出するようにしたＮＯＸセンサの故障検出方法において、該排気処理触媒の劣化度を推定し、推定された劣化度が予め定められた劣化度以上であるときにＮＯＸセンサの故障を検出するＮＯＸセンサの故障検出方法。
【請求項２】
該排気処理触媒の劣化度が該予め定められた劣化度以下であるときには、該排気処理触媒の劣化を促進する劣化促進制御を行う請求項１に記載のＮＯＸセンサの故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯＸセンサの故障検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路にＮＯＸ選択還元触媒を配置すると共に、ＮＯＸ選択還元触媒の上流に尿素水供給弁を配置し、ＮＯＸ選択還元触媒の上流側と下流側に夫々上流側ＮＯＸセンサと下流側ＮＯＸセンサとを配置し、これらＮＯＸセンサに基づいて尿素水の供給制御を行うようにした内燃機関において、これらＮＯＸセンサの故障診断を行うために、車両の点検時に、尿素水供給弁からの尿素水の供給を停止した状態で機関を高負荷高速運転させ、それによりＮＯＸ選択還元触媒に吸着しているアンモニアをＮＯＸ選択還元触媒から完全に脱離させ、ＮＯＸ選択還元触媒に吸着しているアンモニアがＮＯＸセンサの出力値に影響を与えることがないようにして、上流側ＮＯＸセンサおよび下流側ＮＯＸセンサの故障診断を行うようにしたＮＯＸセンサの故障検出方法が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２３３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＮＯＸセンサの出力値は排気ガス中のＮＯＸ濃度に応じて変化する。この場合、ＮＯＸセンサが正常である場合には、排気ガス中にＮＯＸが含まれていないときのＮＯＸセンサの出力値は、基準値、例えば、零となり、排気ガス中のＮＯＸ濃度が高くなると、ＮＯＸセンサの出力値は排気ガス中のＮＯＸ濃度に比例して上昇する。一方、ＮＯＸセンサが故障した場合には、排気ガス中にＮＯＸが含まれていないときのＮＯＸセンサの出力値は、基準値に対しオフセットし、例えば、基準値よりも高くなる。従って、ＮＯＸセンサの出力値から、ＮＯＸセンサが故障しているか否かを判別できることになる。
【０００５】
ところで、機関排気通路内に排気処理触媒が配置されており、排気処理触媒の下流にＮＯＸセンサが配置されている場合において、排気ガス中にＮＯＸが含まれていないときのＮＯＸセンサの出力値に基づき、例えば、車両走行中に、ＮＯＸセンサの故障診断を行う場合には、ＮＯＸセンサの故障診断を行うときに、排気ガス中にＮＯＸが含まれないように、燃焼室内への燃料の供給を停止する必要がある。この場合、通常、減速運転中には、燃焼室内への燃料の供給が停止されるので、このときにＮＯＸセンサの故障診断を行うことが考えられる。
【０００６】
ところが、排気処理触媒としてＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒を用いた場合には、車両走行中に機関から排出されたＮＯＸが排気処理触媒に吸着し、減速運転が開始されると、排気処理触媒に吸着したＮＯＸが排気処理触媒から脱離する。その結果、減速運転時に燃焼室内への燃料の供給が停止されたとしても、排気ガス中にはＮＯＸが含まれているために、ＮＯＸセンサの出力値が上昇することになる。従って、このときＮＯＸセンサの出力値に基づいてＮＯＸセンサの故障診断を行うと、誤判断してしまうことになる。この場合、排気処理触媒の劣化度が大きくなると、排気処理触媒へのＮＯＸ吸着量が減少し、その結果、排気処理触媒からのＮＯＸ脱離量が減少する。排気処理触媒からのＮＯＸ脱離量が減少すると、脱離したＮＯＸがＮＯＸセンサの出力値に与える影響は小さくなり、従って、ＮＯＸセンサの出力値に基づいて、ＮＯＸセンサの故障を正確に診断することができるようになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明によれば、機関排気通路内に配置されたＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒と、排気処理触媒の下流に配置されたＮＯＸセンサとを備え、ＮＯＸセンサの出力値に基づいてＮＯＸセンサの故障を検出するようにしたＮＯＸセンサの故障検出方法において、排気処理触媒の劣化度を推定し、推定された劣化度が予め定められた劣化度以上であるときにＮＯＸセンサの故障を検出するようにしている。
【発明の効果】
【０００８】
推定された劣化度が予め定められた劣化度以上であるときにＮＯＸセンサの故障を検出することによって、ＮＯＸセンサの故障を正確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は内燃機関の全体図である。
【図２】図２は、ＮＯＸ濃度変化とＮＯＸセンサの出力値の関係を示す図である。
【図３】図３は、ＮＯＸセンサの出力値の変化を示す図である。
【図４】図４は、排気処理触媒へのＮＯＸ吸着量に応じて変化するＮＯＸセンサの出力値を示す図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、排気処理触媒へのＮＯＸの吸着量と、排気処理触媒の劣化度との関係を説明するための図である。
【図６】図６は、ＮＯＸセンサの故障検出方法の第１実施例を説明するための図である。
【図７】図７は、ＮＯＸセンサの故障診断を行うためのフローチャートである。
【図８】図８は、ＮＯＸセンサの故障診断を行うためのフローチャートである。
【図９】図９は、ＮＯＸセンサの故障検出方法の第２実施例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、ＮＯＸセンサの故障診断を行うためのフローチャートである。
【図１１】図１１は、ＮＯＸセンサの故障診断を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各気筒に対して夫々設けられた燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５はスロットル弁、６は吸入空気量検出器、７はエアクリーナ、８は排気マニホルドを夫々示す。図１に示される例では、排気マニホルド８は第１の排気処理触媒９の入口に連結され、第１の排気処理触媒９の出口は第２の排気処理触媒１０の入口に連結される。これら第１の排気処理触媒９および第２の排気処理触媒１０の少なくとも一方は、ＮＯＸ吸着能を有する触媒からなり、これら排気処理触媒９、１０として、例えば、酸化触媒、ＮＯＸ吸蔵還元型三元触媒又はパティキュレートフィルタが用いられる。この場合、第１の排気処理触媒９を省略し、ＮＯＸ吸着能を有する第２の排気処理触媒１０のみとすることもできる。なお、図１に示される例では、第１の排気処理触媒９は、ＮＯＸ吸着能を有する酸化触媒からなり、第２の排気処理触媒１０はＮＯＸ吸着能を有するパティキュレートフィルタからなる。また、図１に示される例では、第２の排気処理触媒、即ち、パティキュレートフィルタ１０の下流にＮＯＸセンサ１１が配置されており、パティキュレートフィルタ１０には、パティキュレートフィルタ１０の温度を検出するための温度センサ１２が取り付けられている。
【００１１】
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。ＮＯＸセンサ１１、温度センサ１２および吸入空気量検出器６の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。また、アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。ＣＰＵ２４では、このクランク角センサ３２の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁５の駆動用アクチュエータ（図示せず）等に接続される。
【００１２】
図２は、ＮＯＸセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯＸ濃度をパルス状に変化させたときのＮＯＸセンサ１１の出力値の変化を示している。なお、詳細な説明は省略するが、ＮＯＸセンサ１１では、ＮＯＸセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯＸ濃度が変化すると電極間を流れる電流値が変化する。この電流値が変化は電圧値の変化として取り出すこともできる。図２におけるＮＯＸセンサ１１の出力値は、これら電流値又は電圧値を示している。さて、図２に示されるＮＯＸセンサ１１の出力値において、実線はＮＯＸセンサ１１が正常であるときのＮＯＸセンサ１１の出力値の変化を示している。ＮＯＸセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯＸ濃度が零のときには、ＮＯＸセンサ１１の出力値は、図２において実線で示されるように基準値となる。図２に示される例では、この基準値は零とされている。
【００１３】
図２に示されるように、ＮＯＸセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯＸ濃度が増大すると、ＮＯＸセンサ１１の出力値は、図２において実線で示されるように徐々に上昇し、ＮＯＸセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯＸ濃度が再び零になると、ＮＯＸセンサ１１の出力値は、図２において実線で示されるように、徐々に減少して零となる。一方、ＮＯＸセンサ１１が劣化すると、ＮＯＸセンサ１１の出力値のゲインが低下し、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値がオフセットし、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値が零に張り付き、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値の応答性が低下する等の種々の変化の形で現れる。図２における破線は、ＮＯＸセンサ１１が劣化してＮＯＸセンサ１１の出力値がオフセットしたときのＮＯＸセンサ１１の出力値の変化を示している。
【００１４】
即ち、ＮＯＸセンサ１１が劣化すると、ＮＯＸセンサ１１の出力値は、正常時のＮＯＸセンサ１１の出力値に対してずれを生じ、図２に示される例では、破線で示されるように、ＮＯＸセンサ１１が劣化するとＮＯＸセンサ１１の出力値は、ＮＯＸ濃度にかかわらずに上昇する。この場合、ＮＯＸセンサ１１の出力値が基準値、即ち、零よりも高いときに、ＮＯＸセンサ１１の出力値の高いことがＮＯＸセンサ１１の劣化に起因していると判別できるのは、ＮＯＸ濃度が零のときだけである。そこで本発明による実施例では、ＮＯＸ濃度が零のときのＮＯＸセンサ１１の出力値からＮＯＸセンサ１１が劣化しているか、即ち、ＮＯＸセンサ１１に異常があるかを判別している。具体的に言うと、ＮＯＸセンサ１１の製造公差によるＮＯＸセンサ１１の出力値の最大変化量、又は、この最大変化量よりも若干大きい値を閾値ＲＸ（図２）として予め設定しておき、ＮＯＸ濃度が零のときのＮＯＸセンサ１１の出力値が、図２において実線で示されるように、閾値ＲＸよりも小さいときには、ＮＯＸセンサ１１が正常であると判別され、ＮＯＸ濃度が零のときのＮＯＸセンサ１１の出力値が、図２において破線で示されるように、閾値ＲＸよりも大きいときには、ＮＯＸセンサ１１に異常があると判別される。
【００１５】
このように本発明による実施例では、ＮＯＸ濃度が零のときのＮＯＸセンサ１１の出力値からＮＯＸセンサ１１の故障診断を行っている。この場合、ＮＯＸ濃度が零になるのは燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときである。一方、減速運転時には、通常、燃焼室２内への燃料の供給が停止される。そこで本発明による実施例では、減速運転時に燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときに、ＮＯＸセンサ１１の故障診断を行っている。次にこのことについて、図３を参照しつつ説明する。なお、図３には、ＮＯＸセンサ１１が正常であるときのＮＯＸセンサ１１の出力値の変化と、減速運転時において燃焼室２内への燃料の供給を停止すべきときにセットされる燃料供給停止フラグの変化が示されている。なお、この燃料供給停止フラグは、例えば、機関回転数が設定回転数よりも高いときに減速運転が開始されたときにセットされ、機関回転数が復帰回転数以下まで低下したときにリセットされ、燃料供給停止フラグがセットされている間、燃料の供給が停止される。
【００１６】
さて、図３において、ｔ０ は、減速運転時において燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときを示している。一方、図３において、Δｔ1 は、燃焼室２内のガスがＮＯＸセンサ１１に到達するまでのガス輸送時間を表しており、図３において、Δｔ２ は、ＮＯＸセンサ１１の応答時間を示している。従って、図３において、時刻ｔ1 になると、ＮＯＸセンサ１１周りのガス中のＮＯＸ濃度が零となり、従って、ＮＯＸセンサ１１の出力値が零に向けて低下し始める。一方、図３において、Δｔ３ は、ＮＯＸセンサ１１の出力値をなましたり、ＮＯＸセンサ１１の出力値の平均値を計算したりするのに要する時間であり、本発明による実施例では、この時間Δｔ３ を経過した時刻ｔ３ において、ＮＯＸセンサ１１の出力値に基づき、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が行われる。
【００１７】
ところで、本発明による実施例では、ＮＯＸセンサ１１上流の機関排気通路内には、ＮＯＸ吸着能を有する酸化触媒９やＮＯＸ吸着能を有するパティキュレートフィルタ１０が、即ち、ＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒９、１０が配置されている。このように機関排気通路内にＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒９、１０が配置されていると、機関運転時には、排気ガス中に含まれるＮＯＸが排気処理触媒９、１０に吸着される。一方、このように排気処理触媒９、１０上にＮＯＸが吸着しているときに、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止されると、排気処理触媒９、１０に吸着されているＮＯＸが、排気処理触媒９、１０から脱離し、脱離したＮＯＸを含むガスがＮＯＸセンサ１１の周りに送り込まれる。その結果、燃焼室２からはＮＯＸが排出されていないにもかかわらず、ＮＯＸセンサ１１周りのＮＯＸ濃度が増大することになる。
【００１８】
この場合、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が多いほど、排気処理触媒９、１０から脱離するＮＯＸ吸着量も多くなる。従って、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が多いほど、ＮＯＸセンサ１１周りのＮＯＸ濃度が増大することになる。図４は、減速運転時において燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときのＮＯＸセンサ１１の出力値の変化（実線はＮＯＸセンサ正常時、破線はＮＯＸセンサ異常時）を示している。なお、図４において、（Ａ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が多いときを示しており、（Ｂ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が、（Ａ）のときに比べれば少ないときを示しており、（Ｃ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が零のときを示している。
【００１９】
図４から、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が多いほど、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が行われる時刻ｔ３ におけるＮＯＸセンサ１１の出力値が高くなることがわかる。従って、図４のからわかるように、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が多くなったときには、ＮＯＸセンサ１１の出力値から、閾値ＲＸを用いて、ＮＯＸセンサ１１の異常を正確に検出することができなくなる。これに対し、図４の（Ｃ）に示されるように、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が零のときには、ＮＯＸセンサ１１の出力値から、閾値ＲＸを用いて、ＮＯＸセンサ１１の異常を正確に検出することができる。従って、ＮＯＸセンサ１１の出力値から、閾値ＲＸを用いて、ＮＯＸセンサ１１の異常を正確に検出するためには、排気処理触媒９、１０に吸着されるＮＯＸ量を減少させることが必要となる。
【００２０】
ところで、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行すると、それにつれて排気処理触媒９、１０のＮＯＸ吸着能力が次第に低下し、それにより排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が次第に少なくなる。次に、このことについて、図５Ａから図５Ｃを参照しつつ説明する。さて、通常運転時には、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いはほとんど進行せず、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行するのは、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生制御が行われたときである。即ち、パティキュレートフィルタ１０を再生するときには、パティキュレートフィルタ１０上に堆積したパティキュレートを燃焼除去するために、パティキュレートフィルタ１０の温度が５００℃以上に保持され、このとき排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行する。パティキュレートフィルタ１０を再生するためにパティキュレートフィルタ１０の温度が５００℃以上に保持される時間を再生時間と称すると、排気処理触媒９、１０は、再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の温度が高いほど、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行し、再生時間が長いほど、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行する。
【００２１】
図５Ａは、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量と、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生時間の積算値である積算再生時間ｔｒとの関係を示している。なお、図５Ａにおいて、積算再生時間ｔｒが零のときは排気処理触媒９、１０が全く劣化していないとき、即ち、排気処理触媒９、１０が新品であるときを示している。一方、図５Ａにおいて、黒丸は実測値を示しており、破線は黒丸を通る直線を示している。また、図５Ａにおいて、破線Ｘは，パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が７５０℃に保持された場合を示しており、破線Ｙは，パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が６５０℃に保持された場合を示している。従って、図５Ａから、再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の温度が高いほど、積算再生時間ｔｒの増大につれて排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が急速に低下することがわかる。
【００２２】
一方、図５Ａにおいて、ｔmax (６５０℃) は、パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が６５０℃に保持された場合において、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が零になったときの積算再生時間ｔｒを示しており、図５Ａにおいて、ｔmax (７５０℃) は、パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が７５０℃に保持された場合において、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が零になったときの積算再生時間ｔｒを示している。なお、上述したように、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行するにつれて排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が少なくなる。この場合、排気処理触媒９、１０が劣化すると排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量は零となる。従って、図５Ａにおいて、ｔmax (６５０℃) およびｔmax (６５０℃) は夫々、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔｒを表していると言える。
【００２３】
図５Ｂは、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax と、再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の再生温度との関係を示している。図５Ｂからわかるように、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax は、パティキュレートフィルタ１０の再生温度が高くなるほど短くなる。一方、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いは、積算再生時間ｔｒに比例して進行し、従って、排気処理触媒９、１０の劣化の度合い、即ち、排気処理触媒９、１０の劣化度は、積算再生時間ｔｒを、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax でもって除算した値（ｔｒ/ｔmax）で表すことができる。この場合、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が大きくなるほど、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量は減少する。図５Ｃは、この排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）と、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量との関係を示している。
【００２４】
さて、図４からわかるように、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が減少すると、排気処理触媒９、１０から脱離したＮＯＸがＮＯＸセンサ１１の出力値に与える影響は小さくなり、従って、ＮＯＸセンサ１１の出力値に基づいて、ＮＯＸセンサ１１の故障を正確に診断することができるようになる。この場合、図５Ｃからわかるように、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が高くなると、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量が減少し、従って、排気処理触媒９、１０へのＮＯＸ吸着量を減少させるには、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）を増大させればよいことになる。この場合、ＮＯＸセンサ１１の故障を正確に診断するためには、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）を１にすること、即ち、排気処理触媒９、１０を劣化させることが好ましいことになる。
【００２５】
図６は、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）を推定し、推定された劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上であるときにＮＯＸセンサ１１の故障を検出するようにした故障検出方法の第１実施例を説明するためのタイムチャートを示している。なお、この予め定められた劣化度ＧＫは１又は１よりも若干小さい値が好ましい。図６を参照すると、図６には、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生処理のタイミングと、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）の変化と、故障診断許可フラグの変化が示されている。図６に示されるように、パティキュレートフィルタ１０の再生処理が行われる毎に、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が増大し、この第１実施例では、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上になると、故障診断許可フラグがセットされる。
【００２６】
故障診断許可フラグがセットされると、故障診断条件が成立したときに、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が行われる。なお、この第１実施例では、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止され、かつ温度センサ１２により検出された排気処理触媒１０、即ちパティキュレートフィルタ１０の温度が活性化温度以上のときに、故障診断条件が成立したと判別される。なお、ＮＯＸセンサ１１の故障診断の方法については、ＮＯＸセンサ１１の出力値のゲインの低下を検出してＮＯＸセンサ１１の故障診断をする方法、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値が零に張り付いたことを検出してＮＯＸセンサ１１の故障診断をする方法、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値の応答性を検出してＮＯＸセンサ１１の故障診断をする方法等の他の故障診断方法を用いることができる。
【００２７】
図７および図８は、故障検出方法の第１実施例を実行するためのＮＯＸセンサ１１の故障診断ルーチンを示している。このルーチンは一定時間Δｔｚ毎の割り込みによって実行される。図７を参照すると、まず初めにステップ４０において、パティキュレートフィルタ１０の再生処理中であるか否かが判別される。パティキュレートフィルタ１０の再生処理中である場合には、ステップ４１に進んで積算再生時間ｔｒに割り込み時間Δｔｚが加算される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、パティキュレートフィルタ１０の再生処理中でない場合には、ステップ４２に進んで、故障診断許可フラグがセットされているか否かが判別される。故障診断許可フラグがセットされていないときにはステップ４３に進む。
【００２８】
ステップ４３では、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が算出され、算出された劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上であるか否かが判別される。劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上でない場合には処理サイクルを終了する。これに対し、劣化度（ｔｒ/ｔmax）が算出され予め定められた劣化度ＧＫ以上であるときにはステップ４４に進んで故障診断許可フラグがセットされる。次いで、処理サイクルを終了する。故障診断許可フラグがセットされると、次の処理サイクルではステップ４２からステップ４５にジャンプする。ステップ４５では、故障診断条件が成立したか否かが判別される。この第１実施例では、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止され、かつ温度センサ１２により検出された排気処理触媒１０、即ちパティキュレートフィルタ１０の温度が活性化温度以上のときに、故障診断条件が成立したと判別される。
【００２９】
故障診断条件が成立していないと判別されたときには処理サイクルを終了する。これに対し、故障診断条件が成立したと判別されたときには、ステップ４６に進んで、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が完了したか否かが判別される。ＮＯＸセンサ１１の故障診断が既に完了しているときには、処理サイクルを終了する。これに対して、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が完了していないときには、ステップ４７に進んで、図３に示される一定時間（Δｔ１＋ Δｔ２＋ Δｔ３）が経過したか否かが判別される。一定時間（Δｔ１＋ Δｔ２＋ Δｔ３）が経過していないときには、処理サイクルを終了する。これに対し、一定時間（Δｔ１＋ Δｔ２＋ Δｔ３）が経過したときにはステップ４８に進む。
【００３０】
ステップ４８では、ＮＯＸセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低いか否かが判別される。ＮＯＸセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低いときにはステップ４９に進んで、ＮＯＸセンサ１１が正常であると判別される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＮＯＸセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低くないときにはステップ５０に進んで、ＮＯＸセンサ１１が異常であると判別される。次いで処理サイクルを終了する。
【００３１】
図９は、ＮＯＸセンサ１１の故障検出方法の第２実施例を説明するためのタイムチャートを示している。この第２実施例では、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）を推定し、推定された劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以下であるときには、排気処理触媒９，１０の劣化を促進する劣化促進制御を行い、劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上なったときにＮＯＸセンサ１１の故障診断を行うようにしている。なお、この第２実施例においても、予め定められた劣化度ＧＫは１又は１よりも若干小さい値が好ましい。図９を参照すると、図９には、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の触媒床温と、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）の変化と、故障診断許可フラグの変化が示されている。
【００３２】
この第２実施例では、車両が市販された後、すぐに、排気処理触媒９、１０の劣化促進指令が発せられる。なお、この排気処理触媒９、１０の劣化促進指令は、車両が市販される前の検査時に発することもできる。この第２実施例では、劣化促進指令が発せられると、例えば、排気処理触媒９、１０に多量の未燃ＨＣを供給することにより、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の触媒床温が再生温度、例えば。６００℃まで上昇せしめられ、次いで６００℃に維持される。その結果、排気処理触媒９、１０の劣化が促進される。次いで、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上になると、故障診断許可フラグがセットされる。
【００３３】
故障診断許可フラグがセットされると、故障診断条件が成立したときに、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が行われる。なお、この第２実施例においても、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止され、かつ温度センサ１２により検出された排気処理触媒１０、即ちパティキュレートフィルタ１０の温度が活性化温度以上のときに、故障診断条件が成立したと判別される。また、この第２実施例においても、ＮＯＸセンサ１１の故障診断の方法については、ＮＯＸセンサ１１の出力値のゲインの低下を検出してＮＯＸセンサ１１の故障診断をする方法、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値が零に張り付いたことを検出してＮＯＸセンサ１１の故障診断をする方法、或いはＮＯＸセンサ１１の出力値の応答性を検出してＮＯＸセンサ１１の故障診断をする方法等の他の故障診断方法を用いることができる。
【００３４】
図１０および図１１は、故障検出方法の第２実施例を実行するためのＮＯＸセンサ１１の故障診断ルーチンを示している。このルーチンは一定時間Δｔｚ毎の割り込みによって実行される。図１０を参照すると、まず初めにステップ６０において、劣化促進指令が発せられているか否かが判別される。劣化促進指令が発せられていないときには処理サイクルを終了する。これに対し、劣化促進指令が発せられているときには、ステップ６１に進んで、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生処理が開始される。パティキュレートフィルタ１０の再生処理が開始されると、パティキュレートフィルタ１０の触媒床温が上昇する。
【００３５】
次いで、ステップ６２では、パティキュレートフィルタ１０の触媒床温が目標再生温度になったか否かが判別される。この目標再生温度は、例えば、６００℃である。パティキュレートフィルタ１０の触媒床温が目標再生温度になっていないときには処理サイクルを終了する。これに対して、パティキュレートフィルタ１０の触媒床温が目標再生温度になったときには、ステップ６３に進んで、積算再生時間ｔｒに割り込み時間Δｔｚが加算される。次いで、ステップ６４では、故障診断許可フラグがセットされているか否かが判別される。故障診断許可フラグがセットされていないときにはステップ６５に進む。
【００３６】
ステップ６５では、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が算出され、算出された劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上であるか否かが判別される。劣化度（ｔｒ/ｔmax）が予め定められた劣化度ＧＫ以上でない場合には処理サイクルを終了する。これに対し、劣化度（ｔｒ/ｔmax）が算出され予め定められた劣化度ＧＫ以上であるときにはステップ６６に進んで、パティキュレートフィルタ１０の再生処理が終了せしめられる。次いで、ステップ６７に進んで故障診断許可フラグがセットされる。次いで、処理サイクルを終了する。故障診断許可フラグがセットされると、次の処理サイクルではステップ６４からステップ６８にジャンプする。ステッ６８では、故障診断条件が成立したか否かが判別される。この第２実施例でも、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止され、かつ温度センサ１２により検出された排気処理触媒１０、即ちパティキュレートフィルタ１０の温度が活性化温度以上のときに、故障診断条件が成立したと判別される。
【００３７】
故障診断条件が成立していないと判別されたときには処理サイクルを終了する。これに対し、故障診断条件が成立したと判別されたときには、ステップ６９に進んで、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が完了したか否かが判別される。ＮＯＸセンサ１１の故障診断が既に完了しているときには、処理サイクルを終了する。これに対して、ＮＯＸセンサ１１の故障診断が完了していないときには、ステップ７０に進んで、図３に示される一定時間（Δｔ１＋ Δｔ２＋ Δｔ３）が経過したか否かが判別される。一定時間（Δｔ１＋ Δｔ２＋ Δｔ３）が経過していないときには、処理サイクルを終了する。これに対し、一定時間（Δｔ１＋ Δｔ２＋ Δｔ３）が経過したときにはステップ７１に進む。
【００３８】
ステップ７１では、ＮＯＸセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低いか否かが判別される。ＮＯＸセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低いときにはステップ７２に進んで、ＮＯＸセンサ１１が正常であると判別される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＮＯＸセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低くないときにはステップ７３に進んで、ＮＯＸセンサ１１が異常であると判別される。次いで処理サイクルを終了する。
【符号の説明】
【００３９】
１    機関本体
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
４    吸気マニホルド
８    排気マニホルド
９    第１の排気処理触媒
１０    第２の排気処理触媒
１１    ＮＯＸセンサ
１２    温度センサ
【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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【図１１】
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