(57)【要約】  ＮＯX量のピークを利用したＮＯXセンサの合理性診断の信頼性の向上が図られたＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法を提供する。  内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元触媒を用いて浄化する排気浄化装置における、還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサの合理性を診断するＮＯXセンサの合理性診断装置において、還元触媒の上流側でのＮＯX量を算出する上流側ＮＯX量演算部と、ＮＯXセンサのセンサ値を検出するＮＯXセンサ値演算部と、上流側でのＮＯX量の推移に現れたピークに対してＮＯXセンサが応答しているか否かを判定することによりＮＯXセンサの合理性を診断する合理性診断部と、還元触媒の温度を検出する触媒温度演算部と、還元触媒の温度が所定の閾値未満のときにＮＯXセンサの合理性診断を実行させる診断実行判定部と、を備える。
2010109946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元触媒を用いて浄化する排気浄化装置における、前記還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサの合理性を診断するＮＯXセンサの合理性診断装置において、
前記還元触媒の上流側でのＮＯX量を算出する上流側ＮＯX量演算部と、
前記ＮＯXセンサのセンサ値を検出するＮＯXセンサ値検出部と、
前記上流側でのＮＯX量の推移に現れたピークに対して前記ＮＯXセンサが応答しているか否かを判定することにより前記ＮＯXセンサの合理性を診断する合理性診断部と、
前記還元触媒の温度を検出する触媒温度検出部と、
前記還元触媒の温度が所定の閾値未満のときに前記ＮＯXセンサの合理性診断を実行させる診断実行判定部と、
を備えることを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断装置。
【請求項２】
前記ＮＯXセンサの合理性診断装置は、前記還元触媒の上流側でのＮＯX量に応じて前記還元触媒の上流側で前記排気ガスに混合された還元成分によって前記ＮＯXを浄化する排気浄化装置に備えられた前記ＮＯXセンサの合理性診断に用いられることを特徴とする請求項１に記載のＮＯXセンサの合理性診断装置。
【請求項３】
前記合理性診断部は、前記上流側でのＮＯX量の推移の基準としての基準パターンと、前記ＮＯXセンサのセンサ値の推移の基準としての追従パターンと、が記憶され、前記上流側でのＮＯX量が前記基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、前記ＮＯXセンサのセンサ値が前記追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判定することにより、前記ＮＯXセンサの合理性を診断することを特徴とする請求項１又は２に記載のＮＯXセンサの合理性診断装置。
【請求項４】
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元触媒を用いて浄化する排気浄化装置における、前記還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサの合理性を診断するＮＯXセンサの合理性診断方法において、
前記還元触媒の温度が所定の閾値未満のときに、
前記還元触媒の上流側でのＮＯX量の推移及び前記ＮＯXセンサのセンサ値の推移を検出しながら、前記上流側でのＮＯX量の推移に現れたピークに対して前記ＮＯXセンサが応答しているか否かを判定することにより前記ＮＯXセンサの合理性を診断することを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法に関する。特に、還元触媒の上流側のＮＯX量の推移に現れたピークに対して還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサが応答しているか否かでＮＯXセンサの合理性診断を行うＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境に影響を及ぼすおそれのあるＮＯX（窒素酸化物）が含まれている。このＮＯXを浄化するために用いられる排気浄化装置として、排気通路に配設した還元触媒を用いる排気浄化装置がある。
この排気浄化装置は、例えば、排気ガス中のＮＯXを選択的に還元する触媒が用いられ、還元触媒の上流側で尿素水溶液や未燃燃料（ＨＣ）等の還元剤を排気ガス中に供給することで、生成される還元成分によって触媒中でＮＯXを還元させ、排気ガスの浄化が行われる。【０００３】
このような排気浄化装置では、還元触媒の下流側の排気通路にＮＯXセンサが備えられる場合がある。このＮＯXセンサは、例えば、還元剤の噴射量の算出や排気浄化装置の故障診断等に用いられるが、還元剤の噴射量や排気浄化装置の故障診断結果は、ＮＯXあるいは還元剤の成分が大気中に放出されるか否かに大きな影響を持っている。そのため、ＮＯXセンサの出力には高い信頼性が要求されており、排気浄化装置の制御装置はＮＯXセンサの合理性の診断が可能であることが求められている。【０００４】
ここで、排気浄化装置に備えられたＮＯXセンサの合理性を診断する方法として、還元触媒の上流側でのＮＯX量に現れたピークに対応してＮＯXセンサが応答しているか否かを判定することでＮＯXセンサの合理性を診断する方法がある。【０００５】
例えば、内燃機関から排出される排出ＮＯX流量の経時変化の基準としての基準パターンと、ＮＯXセンサによって検出される検出ＮＯX濃度の経時変化の基準としての追従パターンと、をあらかじめ設定し、排出ＮＯX流量が基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、検出ＮＯX濃度が追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判定することにより、ＮＯXセンサの応答性を判定する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９０３８３号公報  （全文、全図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した還元触媒は、触媒活性温度以上でＮＯXの浄化効率が高まる性質を有しており、還元触媒の下流側でのＮＯX濃度は、還元触媒の活性状態に大きく依存している。すなわち、還元触媒が活性化状態にある状況では、還元触媒の上流側でのＮＯX量の推移にピークが現れても、還元成分が存在する限り大部分のＮＯXが還元触媒中で還元されてしまい、還元触媒の下流側へのＮＯXの流出がほとんどなくなってしまう。【０００８】
そのため、還元触媒が活性化状態にある状況において、特許文献１等に記載されたようなＮＯX量の推移に現れるピークを利用したＮＯXセンサの合理性診断方法が行われると、ＮＯXセンサが応答を示さないために、ＮＯXセンサの合理性の有無にかかわらずＮＯXセンサの合理性がないものと判定されることになる。【０００９】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、ＮＯX量の推移に現れるピークを利用したＮＯXセンサの合理性診断を実行するにあたり、触媒温度が所定の閾値未満のときにＮＯXセンサの合理性診断を実行させることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、ＮＯX量の推移に現れるピークを利用したＮＯXセンサの合理性診断の信頼性の向上が図られたＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法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】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元触媒を用いて浄化する排気浄化装置における、還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサの合理性を診断するＮＯXセンサの合理性診断装置において、還元触媒の上流側でのＮＯX量を算出する上流側ＮＯX量演算部と、ＮＯXセンサのセンサ値を検出するＮＯXセンサ値検出部と、上流側でのＮＯX量の推移に現れたピークに対してＮＯXセンサが応答しているか否かを判定することによりＮＯXセンサの合理性を診断する合理性診断部と、還元触媒の温度を検出する触媒温度検出部と、還元触媒の温度が所定の閾値未満のときにＮＯXセンサの合理性診断を実行させる診断実行判定部と、を備えることを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断装置が提供され、上述した課題を解決することができる。【００１１】
また、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置を構成するにあたり、ＮＯXセンサの合理性診断装置は、還元触媒の上流側でのＮＯX量に応じて還元触媒の上流側で排気ガスに混合された還元成分によってＮＯXを浄化する排気浄化装置に備えられたＮＯXセンサの合理性診断に用いられることが好ましい。【００１２】
また、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置を構成するにあたり、合理性診断部は、上流側でのＮＯX量の推移の基準としての基準パターンと、ＮＯXセンサのセンサ値の推移の基準としての追従パターンと、が記憶され、上流側でのＮＯX量が基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、ＮＯXセンサのセンサ値が追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判定することにより、ＮＯXセンサの合理性を診断することが好ましい。【００１３】
また、本発明の別の態様は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元触媒を用いて浄化する排気浄化装置における、還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサの合理性を診断するＮＯXセンサの合理性診断方法において、還元触媒の温度が所定の閾値未満のときに、還元触媒の上流側でのＮＯX量の推移及びＮＯXセンサのセンサ値の推移を検出しながら、上流側でのＮＯX量の推移に現れたピークに対してＮＯXセンサが応答しているか否かを判定することによりＮＯXセンサの合理性を診断することを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法では、触媒温度が所定の閾値未満のときにのみ、ＮＯX量の推移に現れるピークを利用したＮＯXセンサの合理性診断が行われる。そのため、還元触媒の上流側でのＮＯX量の推移にピークが現れたときに、還元触媒中で大部分のＮＯXが還元されることなく還元触媒の下流側に流れ出るため、還元触媒の上流側でのＮＯX量の推移に現れたピークに対応して下流側のＮＯXセンサが応答しているか否かが正確に判定される。したがって、ＮＯXセンサの合理性診断の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断方法の一例を示すフロー図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断方法の一例を示すフロー図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断方法の一例を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施の形態は、本発明の一態様を示すものでありこの発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００１７】
１．ＮＯXセンサの合理性診断装置
（１）排気浄化装置
まず、本発明の実施の形態にかかるＮＯXセンサの合理性診断装置を備えた排気浄化装置の構成例について図１を参照しつつ説明する。
図１に示す排気浄化装置１０は、尿素水溶液を還元剤として用い、排気ガスを還元剤とともに還元触媒１３中に流入させてＮＯXを選択的に還元する排気浄化装置１０である。この排気浄化装置１０は、内燃機関の排気通路１１中に配設され、排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元するための還元触媒１３と、還元触媒１３の上流側で排気通路１１中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁３１を含む還元剤供給装置２０とを備えている。
【００１８】
また、排気通路１１の還元触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ１５、１６が備えられているとともに、還元触媒１３の下流側には、排気ガス中のＮＯX濃度を検出するためのＮＯXセンサ１７が備えられている。このＮＯXセンサ１７や温度センサ１５、１６は公知のものが用いられる。
【００１９】
還元触媒１３は、その上流側で排気通路１１内に噴射される尿素水溶液が加水分解して生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯXを選択的に還元する選択還元触媒が用いられている。
この還元触媒１３におけるアンモニアの飽和吸着量は、触媒温度が高くなるにつれて減少する。一方、還元触媒１３は、触媒活性温度以上においてそのＮＯX浄化効率が高められる。
【００２０】
還元剤供給装置２０は、還元剤噴射弁３１と、還元剤の貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤噴射弁３１に向けて圧送するポンプ４１とを備えている。また、貯蔵タンク５０とポンプ４１とは第１の供給経路５７で接続され、ポンプ４１と還元剤噴射弁３１とは第２の供給経路５８で接続され、さらに、還元剤噴射弁３１と貯蔵タンク５０とは循環経路５９によっても接続されている。還元剤噴射弁３１やポンプ４１は、後述する制御装置６０によって制御が行われる。
【００２１】
貯蔵タンク５０には、図示しないものの、貯蔵タンク５０内の還元剤の温度を検知するための温度センサや還元剤の残量を検知するためのレベルセンサ、還元剤の濃度を検知するための濃度センサが備えられている。これらのセンサによって検知された値は制御装置６０に出力される。これらのセンサについても、公知のものが適宜使用される。
なお、本実施形態では還元剤として尿素水溶液が用いられているが、この他にも、アンモニア水溶液や未燃燃料（ＨＣ）を用いることもできる。
【００２２】
ポンプ４１は、例えば電動ポンプが用いられ、制御装置６０によって駆動される。また、ポンプ４１の下流側の第２の供給経路５８には圧力センサ４３が設けられ、この圧力センサ４３のセンサ値は制御装置６０に出力される。圧力センサ４３は公知のものが適宜使用される。
【００２３】
還元剤噴射弁３１は、例えば、通電、非通電の切換えにより弁の開閉を制御するオンオフ弁が用いられる。還元剤噴射弁３１は制御装置６０によって開閉の制御が行われ、還元剤噴射弁３１が開かれたときに還元剤が排気通路１１中に噴射される。
【００２４】
還元剤噴射弁３１と貯蔵タンク５０との間に配設された循環経路５９は、ポンプ４１によって圧送される還元剤の圧力が所定値以上になったときに、第２の供給経路５８内の還元剤の一部を貯蔵タンク５０に還流させるための通路である。還元剤噴射弁３１に供給される還元剤の圧力が所定値に保たれることで、還元剤の噴射量の制御が容易になる。
【００２５】
（２）制御装置（合理性診断装置）
制御装置６０は、主として、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射されるように、還元剤供給装置２０のポンプ４１や還元剤噴射弁３１の駆動制御を行う。また、本実施形態の制御装置６０は、さらにＮＯXセンサ１７の合理性診断装置としての機能を有している。
【００２６】
この制御装置６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、還元剤噴射弁３１の動作制御を行う部分、ポンプ４１の駆動制御を行う部分、さらに排気浄化装置１０の合理性診断を行う部分を備えている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現される。
【００２７】
このうち、ポンプ駆動制御部は、第２の供給経路５８に備えられた圧力センサ４３のセンサ値を継続的に読み込み、第２の供給経路５８内の圧力が所定値で維持されるようにポンプ４１のフィードバック制御を行う。
【００２８】
還元剤噴射弁動作制御部は、排気ガスの温度、触媒温度、還元触媒１３の下流側におけるＮＯX濃度、さらには内燃機関５の運転状態に関する情報等を読み込み、排気ガス中のＮＯXを還元するために必要な還元剤の噴射量を演算し、還元剤噴射弁３１の制御信号を還元剤噴射弁３１のアクチュエータに出力する。
【００２９】
診断部は、還元触媒１３の下流側に備えられたＮＯXセンサ１７の合理性診断を行う。図２は、本実施形態の制御装置６０のうちの合理性診断に関する部分について機能的なブロックで表した構成例を示している。制御装置６０の合理性診断部は、上流側ＮＯX量演算部６１と、ＮＯXセンサ値検出部６３と、合理性診断部６５と、触媒温度検出部６７と、診断実行判定部６９とを備えている。これらの各部は、具体的には、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。また、制御装置６０にはＲＡＭ（Random Access Memory）７１及びタイマ７３が備えられている。ＲＡＭ７１には、各部で演算あるいは検出される値が記憶される。
【００３０】
このうち、本実施形態の制御装置６０の上流側ＮＯX流量演算部６１は、内燃機関から排出される単位時間ごとのＮＯXの質量流量Nfuを算出可能に構成されている。具体的には、上流側ＮＯX量演算部６１は、内燃機関５の運転状態に関する情報を読み込み、内燃機関５から排出されるＮＯX濃度Nu及び排気ガスの質量流量Gfを算出し、これらの算出値に基づいて、単位時間あたりに内燃機関５から排出されるＮＯXの質量流量Nfuを算出する。算出されたＮＯX濃度Nuや排気ガスの質量流量Gf、ＮＯXの質量流量Nfuの値はＲＡＭ７１に記憶される。
【００３１】
内燃機関５の運転状態に関する情報としては、内燃機関５の燃料噴射量、回転数、排気循環装置のステータス、排気循環量、空気吸入量、冷却水温度等が挙げられる。これらの情報をもとに、排気ガスの質量流量GfやＮＯX濃度Nuを算出することは公知の方法によって行われる。
【００３２】
上流側ＮＯX量演算部６１で算出するＮＯX量は、本実施形態のようにＮＯXの質量流量（g・L）の他、ＮＯX濃度（ppm）やＮＯX流量（L）等であってもよい。また、還元触媒１３の上流側にＮＯXセンサが設けられる場合には、内燃機関５の運転状態に基づいてではなく、ＮＯXセンサのセンサ値に基づいてＮＯX量を算出することが可能である。
【００３３】
ＮＯXセンサ値検出部６３は、ＮＯXセンサ１７のセンサ値を読込み、このセンサ値に基づいてＮＯX濃度Ndを算出可能に構成されている。算出されたＮＯX濃度Ndの値はＲＡＭ７１に記憶される。
【００３４】
触媒温度検出部６７は、還元触媒１３の上流側及び下流側に備えられた温度センサ１５、１６のセンサ値を読み込み、触媒温度Tscrを推定可能に構成されている。推定された触媒温度Tscrは、診断実行判定部６９に出力される。
【００３５】
検出する触媒温度Tscrは、本実施形態のように温度センサ１５、１６のセンサ値に基づいて推定される推定触媒温度の他、還元触媒１３の近傍の排気通路１１に備えられた温度センサで検出される排気ガス温度の測定値や、直接的な測定が可能である場合においては、還元触媒１３の実測温度であってもよい。すなわち、検出する触媒温度は、還元触媒１３の実際の温度に連動する温度であればよい。
【００３６】
診断実行判定部６９は、触媒温度検出部６７で推定された触媒温度Tscrを所定の閾値T0と比較し、触媒温度Tscrが閾値T0未満のときに、合理性診断部６５に対して診断実行信号を出力する。この閾値T0は代表的には還元触媒１３の触媒活性温度とされるが、完全に一致していなくてもよい。
【００３７】
合理性診断部６５は、触媒温度Tscrが閾値T0未満の状態で、ＲＡＭ７１に記憶されているＮＯXの質量流量NfuやＮＯXセンサ１７に基づいて検出されるＮＯX濃度Ndの値をもとに、所定の基準パターン及び追従パターンを用いて、ＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに対応してＮＯX濃度Ndが推移するか否かを判定することにより、ＮＯXセンサ１７の合理性診断を行うように構成されている。
【００３８】
本実施形態の合理性診断部６５は、ＮＯX質量流量Nfuが基準パターンに対して所定の条件を満たすように推移することで、ＮＯXの質量流量Nfuの推移にピークが現れたと認識されたときに診断モードに移行し、ＮＯXセンサ１７がＮＯX濃度の変化に反応しているかを判別するスタックチェックと、ＮＯXセンサ１７のセンサ値がＮＯX濃度の変化に応じて正確に応答しているかを判定するピークチェックとを実行する。
【００３９】
具体的には、スタックチェックは、還元触媒１３の上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンに対して所定の条件を満たすように推移することで、ＮＯXの質量流量Nfuの推移にピークが現れたと認識されたときに、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが規定値ABS以上変化するか否かを判定することで行われる。
また、ピークチェックは、還元触媒１３の上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンに対して所定の条件を満たすように推移することで、ＮＯXの質量流量Nfuの推移にピークが現れたと認識されたときに、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが追従パターンを上回って推移するか否かを判定することで行われる。
【００４０】
ただし、ＮＯXセンサ１７の合理性診断の方法は、上流側ＮＯX量の推移にピークが現れたことを確認し、このピークに対してＮＯXセンサ１７のセンサ値が応答しているかを判定するものであれば、上述した診断方法に限定されるのもではない。例えば、上流側のＮＯX量のピークの発生はＮＯX濃度NuやＮＯX流量の推移に基づいて検出することもできるし、これらのうちの複数の値の推移に基づいてピークの発生を判定することもできる。
【００４１】
２．ＮＯXセンサの合理性診断方法
（１）合理性診断のタイミングチャート
次に、本実施形態の制御装置（合理性診断装置）６０によって、触媒温度Tscrが触媒温度閾値T0未満のときにＮＯXセンサ１７の合理性を診断する方法について、図３に示すタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
【００４２】
図３のタイミングチャートでは、還元触媒１３の上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移の基準パターンは、前段定常領域と傾斜領域と後段定常領域とを含む。また、この基準パターンは、タイマ３によって傾斜領域の開始時点が遅延処理される遅延領域を含む。さらに、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndの推移の追従パターンは、追従傾斜領域と追従定常領域とを含む。
【００４３】
まず、触媒温度Tscrの推定、還元触媒１３の上流側のＮＯXの質量流量Nfuの算出及びＮＯXセンサ１７のセンサ値に基づくＮＯX濃度Ndの算出を継続的に行い、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるとともに、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの前段定常領域の基準値MINnfu以下になったt1の時点で、タイマ１が作動する。タイマ１を作動させるのは、診断条件がそろって安定した状態でＮＯXセンサ１７の合理性診断を実行させるためである。図３のタイムチャートでは、上流側のＮＯXの質量流量Nfu及び触媒温度Tscrがともに所定の条件を満たしたときにタイマ１が作動しているが、各値がそれぞれ所定の条件を満たしたときに、それぞれタイマを作動させてもよい。
【００４４】
触媒温度Tscrが閾値T0未満で推移するとともに、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準値MINnfu以下のままでタイマ１の設定時間が経過したt2の時点からは、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準値MINnfuを越えるまで待機状態に入る。この間も、触媒温度Tscrが閾値T0未満となっているかの監視が継続される。
このとき、タイマ１の終了と同時に別途タイマを作動させて待機時間の最大時間を設定し、設定時間が経過するまでにＮＯX質量流量Nfuが基準値MINnfuを超えない場合に診断を終了させるようにすることもできる。このようにすれば、診断プログラムが動作しない不安定な状態が長時間継続することを避けることができる。
【００４５】
その後、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準値MINnfuを超えたt3の時点で、タイマ２、タイマ３、タイマ５及びタイマ６が作動するとともに、t3の時点でのＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndを開始値Nd0として記憶する。このt3の時点において、合理性診断モードに移行されるとともに、追従パターンの追従傾斜領域の開始値Nd0が設定される。この開始値Nd0は、本実施形態で行われるＮＯXセンサ１７のピークチェックやスタックチェックにおいて、上流側のＮＯXの質量流量Nfuに現れたピークに対応してＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが正確に応答しているか否かを判定するための基準となる。
【００４６】
t3の時点以降、タイマ３の設定時間が経過するt4の時点までの間は、上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移と基準パターンとの比較は行われず、t4の時点が規準パターンの傾斜領域の開始時点になっている。このように、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準値MINnfuを超えたt3の時点から、傾斜領域の開始時点t4までの間に遅延領域を設けることにより、診断モードに移行されたt3の時点の後に、上流側のＮＯXの質量流量Nfuの上昇率が減少した場合であっても、ＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンを下回るおそれが低くなり、合理性診断が中断されずに継続されやすくなる。
【００４７】
t4の時点以降、上流側のＮＯXの質量流量Nfuについては、タイマ２の設定時間が経過するt5までの間、ＮＯXの質量流量Nfuが傾斜領域の値SLOPE以上になっているかが判別され、さらに、t5の時点以降タイマ４の設定時間が経過するまでの間、ＮＯXの質量流量Nfuが後段定常領域の値MAXnfu以上になっているかが判別される。このt3の時点以降、いずれかの時点で上流側のＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの各領域の値SLOPE、MAXnfuを下回ったときには、ＮＯXセンサ１７の合理性診断を正確に判定できるようなピークが生じていないと判断され、ＲＡＭ７１に記憶された値がリセットされる。この間、触媒温度Tscrが閾値T0を下回ったときにも、ＮＯXセンサ１７の合理性診断を正確に判定できないおそれがあるため、ＲＡＭ７１に記憶された値がリセットされる。
【００４８】
一方、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndについては、t3の時点以降、追従パターンと比較されることでピークチェックが行われる。すなわち、t3の時点で作動させたタイマ５の設定時間が経過するt6の時点を基点として追従パターンが設定され、t6の時点以降、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが後段定常領域の値MAXnfu以上で推移するタイマ４の設定時間が経過するまでの間、ＮＯX濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp及び追従後段定常領域の値max以上のまま推移するか否かが判別される。
【００４９】
t6の時点以降、タイマ４の設定時間が経過するまでの間、ＮＯX濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp及び追従後段定常領域の値max以上のままで推移していれば、ＮＯXセンサ１７は上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに追従して正確に応答していると判定される。一方、t6の時点以降、タイマ４の設定時間が経過するまでの間に、ＮＯX濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp及び追従後段定常領域の値maxを下回ったときには、ＮＯXセンサ１７が上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに追従して応答していないため、ＮＯXセンサ１７の合理性が失われているものと判定される。
【００５０】
また、本実施形態のＮＯXセンサ１７の合理性診断では、上述のようにピークチェックと同時にスタックチェックが行われる。すなわち、t3の時点でタイマ６が作動し、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが、タイマ６の設定時間が経過するt7の時点までに、開始値Nd0を基準として規定値ABS以上変化するか否かが判別される。ＮＯX濃度Ndが開始値Nd0を基準として規定値ABS以上変化しなかった場合には、ＮＯXセンサ１７が上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに反応していないため、ＮＯXセンサ１７の合理性が失われているものと判定される。
【００５１】
（２）合理性診断方法のフロー
次に、図２に示す制御装置６０によって行われるＮＯXセンサ１７の合理性診断方法の具体的なルーチンの一例を図４〜図７のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、内燃機関の運転中に常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。
【００５２】
まず、スタート後、ステップＳ１０で触媒温度Tscrが検出されるとともに、検出された触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別される。触媒温度Tscrが閾値T0以上である場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、次のステップＳ１１には進まずに触媒温度Tscrの検出が繰り返される一方、触媒温度Tscrが閾値T0未満である場合にはステップＳ１１に進む。
【００５３】
次いで、ステップＳ１１では、内燃機関５から排出される排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas未満になっているか否かが判別される。排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上になっている場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、次のステップＳ１２には進まずに本ルーチンを終了する一方、排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas未満になっている場合にはステップＳ１２に進む。
【００５４】
次いで、ステップＳ１２で内燃機関５から排出される排気ガスの質量流量Gf及びＮＯX濃度Nuに基づいて、還元触媒１３の上流側でのＮＯXの質量流量Nfuが算出されるとともに、算出されたＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの前段定常領域の基準値MINnfu未満であり、かつ、ＮＯX濃度Nuが基準値MINnu未満であるか否かが判別される。ステップＳ１２の条件を満たしていない場合には本ルーチンを終了する一方、ステップＳ１２の条件を満たしている場合にはステップＳ１３に進み、タイマ１が作動する。
【００５５】
次いで、ステップＳ１４で、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ１５で内燃機関５から排出される排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas未満であるか否かが判別される。これらのステップＳ１４又はステップＳ１５のいずれかの条件を満たしていない場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、ステップＳ１６でタイマ１をリセットした後本ルーチンを終了する一方、いずれの条件をも満たしている場合にはステップＳ１７に進む。
【００５６】
ステップＳ１７では、再び排気ガスの質量流量Gf及びＮＯX濃度Nuに基づいて、還元触媒１３の上流側でのＮＯXの質量流量Nfuが算出されるとともに、算出されたＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの前段定常領域の基準値MINnfu未満であり、かつ、ＮＯX濃度Nuが基準値MINnu未満であるか否かが判別される。これらの条件を満たしていなければ、上流側のＮＯXの質量流量Nfuが不安定であるため、ステップＳ１６でタイマ１をリセットした後本ルーチンを終了する。一方、これらの条件を満たしていれば、ステップＳ１８に進み、タイマ１の設定時間が経過したか否かが判別される。タイマ１の設定時間が経過していなければステップＳ１４に戻る一方、タイマ１の設定時間が経過した場合にはステップＳ１９に進む。
【００５７】
ステップＳ１９では、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ２０で排気ガスの質量流量Gf及びＮＯX濃度Nuに基づいて、還元触媒１３の上流側でのＮＯXの質量流量Nfuが算出されるとともに、算出されたＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの前段定常領域の基準値MINnfu以上であり、かつ、ＮＯX濃度Nuが基準値MINnu以上であり、かつ、排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上であるか否かが判別される。これらの条件を満たしていない場合にはステップＳ１９に戻る一方、これらの条件を満たしている場合にはステップＳ２１に進み、この時点でのＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが開始値Nd0として記憶されるとともに、ステップＳ２２でタイマ２、３、５、６が作動する。
【００５８】
次いで、ステップＳ２３では、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndと記憶された開始値Nd0との差の絶対値Dの演算が開始される。さらに、ステップＳ２４では、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ２５で排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上になっているか否かが判別される。これらのステップＳ２４又はステップＳ２５のいずれかの条件を満たしていない場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、ステップＳ２６でタイマ２、３、５、６をリセットした後本ルーチンを終了する一方、いずれの条件をも満たしている場合にはステップＳ２７に進む。
【００５９】
ステップＳ２７では、ステップＳ２３で算出開始された絶対値Dが規定値ABS以上であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS未満であればそのままステップＳ２９に進む一方、絶対値Dが規定値ABS以上であれば、ＮＯXセンサ１７が上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに対して反応していると判定されるため、ステップＳ２８でタイマ６が停止されるとともにスタックチェックOKフラグを立てた後、ステップＳ２９に進む。
【００６０】
ステップＳ２９ではタイマ３の設定時間が経過したか否かが判別され、タイマ３の設定時間が経過していなければステップＳ２４に戻る一方、タイマ３の設定時間が経過した場合にはステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ３１で排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上になっているか否かが判別される。これらのステップＳ３０又はステップＳ３１のいずれかの条件を満たしていない場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、ステップＳ３２でタイマ２、５、６をリセットした後本ルーチンを終了する一方、いずれの条件をも満たしている場合にはステップＳ３３に進む。
【００６１】
ステップＳ３３では、還元触媒１３の上流側でのＮＯXの質量流量Nfuが算出されるとともに、算出されたＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの傾斜領域の値SLOPE以上となっているか否かが判別される。ＮＯXの質量流量Nfuが傾斜領域の値SLOPE未満である場合には、ＮＯXの質量流量Nfuの推移にピークが現れていないために、ステップＳ３２に進みタイマ２、５、６をリセットした後本ルーチンを終了する。
【００６２】
一方、ステップＳ３３で、算出されるＮＯXの質量流量Nfuが傾斜領域の値SLOPE以上となっている場合には、ステップＳ３４に進み、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndと開始値Nd0との差の絶対値Dが規定値ABS以上であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS未満である場合にはそのままステップＳ３７に進む一方、絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ステップＳ３５でスタックチェックOKフラグが立っているかを確認する。スタックチェックOKフラグが立っている場合にはそのままステップＳ３７に進む一方、スタックチェックOKフラグが立っていない場合には、ステップＳ３６でタイマ６が停止されるとともにスタックチェックOKフラグを立てた後、ステップＳ３７に進む。
【００６３】
ステップＳ３７ではタイマ２の設定時間が経過したか否かが判別され、タイマ２の設定時間が経過していない場合にはステップＳ３０に戻る一方、タイマ２の設定時間が経過した場合にはステップＳ３８に進みタイマ４が作動する。
【００６４】
次いで、ステップＳ３９では、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ４０で排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上になっているか否かが判別される。これらのステップＳ３９又はステップＳ４０のいずれかの条件を満たしていない場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、ステップＳ４１でタイマ４、５、６をリセットした後本ルーチンを終了する一方、いずれの条件をも満たしている場合にはステップＳ４２に進む。
【００６５】
ステップＳ４２では、還元触媒１３の上流側でのＮＯXの質量流量Nfuが算出されるとともに、算出されたＮＯXの質量流量Nfuが基準パターンの後段定常領域の値MAXnfu以上となっているか否かが判別される。ＮＯXの質量流量Nfuが後段定常領域の値MAXnfu未満である場合にはピークの発生が不十分であることから、ステップＳ４１に進みタイマ４、５、６をリセットした後本ルーチンを終了する。一方、ＮＯXの質量流量Nfuが後段定常領域の値MAXnfu以上となっている場合にはステップＳ４３に進み、タイマ５の設定時間が経過したか否かが判別される。タイマ５の設定時間が経過していない場合にはステップＳ４４に進み、絶対値Dが規定値ABS以上であるか否かが判別される。
【００６６】
ステップＳ４４で、絶対値Dが規定値ABS未満である場合にはそのままステップＳ３９に戻る。一方、絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ステップＳ４５でスタックチェックOKフラグが立っているか否かを判別し、スタックチェックOKフラグが立っている場合にはそのままステップＳ３９に戻る一方、スタックチェックOKフラグが立っていない場合には、ステップＳ４６でタイマ６が停止されるとともにスタックチェックOKフラグを立てた後、ステップＳ３９に戻る。
【００６７】
一方、ステップＳ４３でタイマ５の設定時間が経過した場合には、ステップＳ４７に進み、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが追従パターンの追従傾斜領域の値Ramp又は追従後段定常領域の値max以上であるか否かが判別される。ＮＯX濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp又は追従後段定常領域の値max以上である場合には、ステップＳ４８に進み、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ４９で排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上になっているか否かが判別される。これらのステップＳ４８又はステップＳ４９のいずれかの条件を満たしていない場合にはＮＯXセンサ１７の合理性診断が正確に行われないおそれがあるため、ステップＳ５０でタイマ４、６をリセットした後本ルーチンを終了する一方、いずれの条件をも満たしている場合にはステップＳ５１に進む。
【００６８】
ステップＳ５１ではタイマ４の設定時間が経過したか否かが判別される。そして、タイマ４の設定時間が経過していない場合にはステップＳ４７に戻る一方、タイマ４の設定時間が経過した場合には、ＮＯXセンサ１７は上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに対して反応し、かつ、当該ピークに応じて適正に追従して応答を示していることからＮＯXセンサ１７に合理性があると判定され、ステップＳ５２でTestOKの診断結果を出力し、本ルーチンを終了する。
【００６９】
ステップＳ４７で、ＮＯXセンサ１７で検出されるＮＯX濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp又は追従後段定常領域の値max未満である場合には、ステップＳ５３に進み、絶対値Dが規定値ABS以上であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ＮＯXセンサ１７は上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに対して反応を示してはいるものの、当該ピークに対応して適正に追従して応答していないと判定されるため、ステップＳ５４で応答性Errorの診断結果を出力し、本ルーチンを終了する。
【００７０】
一方、絶対値Dが規定値ABS未満である場合には、ステップＳ５５に進み、スタックチェックOKフラグが立っているか否かが判別され、スタックチェックOKフラグが立っている場合には、やはりＮＯXセンサ１７は上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに対して反応を示してはいるものの、当該ピークに対応して適正に追従して応答していないと判定されるため、ステップＳ５４で応答性Errorの診断結果を出力し、本ルーチンを終了する。
【００７１】
ステップＳ５５においてスタックチェックOKフラグが立っていない場合には、ステップＳ５６でタイマ６の設定時間が経過したか否かが判別される。タイマ６の設定時間が経過した場合には、所定時間経過してもＮＯXセンサ１７が上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークにほとんど反応していないと判定されるため、ステップＳ５７で反応性Errorの診断結果を出力し、本ルーチンを終了する。
【００７２】
一方、タイマ６の設定時間が経過していない場合には、ステップＳ５８に進み、再び触媒温度Tscrが検出されるとともに、触媒温度Tscrが閾値T0未満であるか否かが判別され、さらに、ステップＳ５９で排気ガスの質量流量Gfが基準値MINgas以上になっているか否かが判別される。これらのステップＳ５８又はステップＳ５９のいずれの条件をも満たしている場合にはステップＳ５３に戻る一方、いずれかの条件を満たしていない場合には、ＮＯXセンサ１７は上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れたピークに対応して適正に追従して応答していないと判定されるものの、当該ピークに対して反応を示しているか否かを判定するに至らない状態でテスト環境条件を満たさなくなったため、ステップＳ６０で応答性Errorの診断結果を出力して、本ルーチンを終了する処理が行われる。
【００７３】
以上説明した本実施形態のＮＯXセンサの合理性診断方法であれば、触媒温度Tscrが閾値T0未満のときにのみ、還元触媒１３よりも上流側のＮＯXの質量流量Nfuの推移に現れるピークを利用したＮＯXセンサの応答性及び反応性の診断が行われる。そのため、還元触媒の上流側でのＮＯX量の推移に現れるピークに対応して下流側のＮＯXセンサが応答しているか否かが正確に判定され、誤診断の可能性が大幅に低減される。
【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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【国際調査報告】
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