(57)【要約】【課題】本発明は、ＳＣＲ触媒よりも下流側に設けられたＮＯｘセンサの診断における誤診断を防止することを目的とする。【解決手段】ＳＣＲ触媒と、還元剤供給装置と、ＳＣＲ触媒より下流に設けられたＮＯｘセンサと、ＳＣＲ触媒より上流に設けられた排気浄化装置と、排気浄化装置を昇温させる昇温処理を行う昇温処理部と、昇温処理が行われた後、アンモニア吸着量が所定量となるように、還元剤の供給を制御する制御部と、を有する排気システムにおける、ＮＯｘセンサの診断装置であって、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上のときに、ＳＣＲ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいてＮＯｘセンサの診断を行う診断部と、制御部によってアンモニア吸着量が所定量にされてから所定期間経過するまで、診断部によるＮＯｘセンサの診断を禁止する禁止部と、を備える。【選択図】図５Ａ
2018150812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より下流の前記排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気浄化装置を昇温させる昇温処理を行う昇温処理部と、
前記昇温処理が行われた後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量であるアンモニア吸着量が、前記アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない所定量となるように、前記還元剤供給装置からの前記還元剤の供給を制御する制御部と、
を有する排気システムにおける、ＮＯｘセンサの診断装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上のときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの診断を行う診断部と、
前記制御部によって前記アンモニア吸着量が前記所定量にされてから所定期間経過するまで、前記診断部による前記ＮＯｘセンサの診断を禁止する禁止部と、
を備える、ＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項２】
前記所定量は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化に必要な前記アンモニア吸着量であることを特徴とする、請求項１に記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項３】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて、前記所定期間を算出する算出部を更に備える、請求項１又は２に記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記制御部によって前記アンモニア吸着量が前記所定量にされた後において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定第一温度以上となる時間を積算した積算値を算出し、該積算値が所定の閾値以上となるまでの期間を、前記所定期間として算出する、
請求項３に記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項５】
前記所定第一温度は、前記内燃機関から排出される排気の流量が多いほど低くされることを特徴とする、請求項４に記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項６】
前記所定の閾値は、前記内燃機関から排出される排気の流量が多いほど小さくされることを特徴とする、請求項４に記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項７】
前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定第二温度以上のときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの診断を行う、
請求項１から６の何れか１項に記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より下流の前記排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気浄化装置を昇温させる昇温処理を行う昇温処理部と、
前記昇温処理が行われた後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量で
あるアンモニア吸着量が、前記アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない所定量となるように、前記還元剤供給装置からの前記還元剤の供給を制御する制御部と、
を有する排気システムにおける、ＮＯｘセンサの診断方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上のときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの診断を行うステップと、
前記制御部によって前記アンモニア吸着量が前記所定量にされてから所定期間経過するまで、前記診断部による前記ＮＯｘセンサの診断を禁止するステップと、
を含む、ＮＯｘセンサの診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘセンサの診断装置及び診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアを還元剤として内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称する場合もある。）と、排気中にアンモニアまたはアンモニアの前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、ＳＣＲ触媒よりも下流側に設けられたＮＯｘセンサ（下流側ＮＯｘセンサ）と、を備えた排気システムが知られている。
【０００３】
このような排気システムにおいて、還元剤の供給量を変化させたときの下流側ＮＯｘセンサの出力に基づいて、該下流側ＮＯｘセンサの異常診断を実施する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、特許文献２には、ＳＣＲ触媒よりも上流側にフィルタが更に設けられた排気システムにおいて、下流側ＮＯｘセンサの故障判定を行う技術が開示されている。当該技術では、フィルタを再生しているときには、還元剤の供給が停止される。そして、フィルタを再生しているときに、ＳＣＲ触媒よりも上流側に設けられたＮＯｘセンサ（上流側ＮＯｘセンサ）の出力に基づいて、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量が算出される。そして、このようにして算出されたＮＯｘ量の累積量が所定量に達すると、上流側ＮＯｘセンサの出力と下流側ＮＯｘセンサの出力とに基づいて、下流側ＮＯｘセンサの故障判定が実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４８９６３号公報
【特許文献２】特開２０１５−００１２０６号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１７６８６号公報
【特許文献４】特開２００８−１３３７８０号公報
【特許文献５】特開２０１０−１０７２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＯｘセンサは、ＮＯｘだけでなくアンモニアに対しても感度を有する傾向にある。つまり、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサは、アンモニアもＮＯｘとして検出可能なセンサということができる。このようなＮＯｘセンサに対しては、ＳＣＲ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて、ＮＯｘセンサの診断を実行することができる。
【０００７】
また、ＳＣＲ触媒よりも上流側に排気浄化装置が設けられた排気システムにおいて、該排気浄化装置を昇温させる昇温処理が行われると、それに伴ってＳＣＲ触媒も昇温され、ＳＣＲ触媒に吸着していたアンモニアの多くが、該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップしてしまう傾向にある。このようなアンモニアスリップが生じると、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下し易くなる。したがって、ＳＣＲ触媒に所定量のアンモニアが吸着した状態が回復されるように、昇温処理が行われるとＳＣＲ触媒に還元剤が供給される。
【０００８】
ここで、上述した昇温処理が行われた後、ＳＣＲ触媒に所定量のアンモニアが吸着した
状態が回復された場合、ＳＣＲ触媒における排気の流れ方向において、アンモニアの吸着状態について上流側に偏在した分布が生じ、ＳＣＲ触媒の温度がアンモニアスリップが生じ得る温度にされても、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが下流側の排気通路にスリップし易くなるまで、ある程度の期間を要することが新たに見出された。したがって、この期間に、排気中のアンモニアもＮＯｘとして検出可能なＮＯｘセンサに対して、ＳＣＲ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づく診断を実行しようとしても、ＮＯｘセンサの診断が正確に行われない虞がある。そして、仮に、この期間に上記のＮＯｘセンサの診断が実行される場合には、誤診断が生じる虞がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＳＣＲ触媒よりも下流側に設けられたＮＯｘセンサの診断における誤診断を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より下流の前記排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気浄化装置を昇温させる昇温処理を行う昇温処理部と、前記昇温処理が行われた後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量であるアンモニア吸着量が、前記アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない所定量となるように、前記還元剤供給装置からの前記還元剤の供給を制御する制御部と、を有する排気システムに適用され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上のときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの診断を行う診断部と、前記制御部によって前記アンモニア吸着量が前記所定量にされてから所定期間経過するまで、前記診断部による前記ＮＯｘセンサの診断を禁止する禁止部と、を備える。
【００１１】
上記の排気システムが有するＮＯｘセンサは、排気中のアンモニアもＮＯｘとして検出可能なセンサである。また、ＳＣＲ触媒では、その温度が或る温度以上になると、アンモニアスリップが生じ得る。ここで、アンモニアスリップが生じ得るＳＣＲ触媒の温度を所定温度と定義すると、上記のＮＯｘセンサの診断装置は、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上のときに、ＳＣＲ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいてＮＯｘセンサの診断を行う。
【００１２】
ここで、上記の排気システムにおいては、昇温処理部により昇温処理が実行される。この昇温処理とは、例えば、排気浄化装置として例示されるフィルタに対する、該フィルタに堆積したＰＭを酸化および除去する処理（ＰＭ再生処理）である。また、例えば、排気浄化装置として例示される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対する、ＳＯｘを酸化および除去する処理（Ｓ再生処理）やＮＯｘを熱脱離させる処理（ＮＯｘパージ処理）である。このような昇温処理では、ＳＣＲ触媒よりも上流側に設けられた排気浄化装置が比較的高温にされる。そして、昇温処理に伴って、比較的高温の排気が、排気浄化装置から該排気浄化装置よりも下流側の排気通路に排出される。そして、この排気がＳＣＲ触媒に流入することで、該ＳＣＲ触媒が昇温される。このように昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒が昇温される場合、ＳＣＲ触媒に吸着していたアンモニアの多くが、該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップしてしまう傾向にある。
【００１３】
そして、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップすると、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下し易くなる。そこで、制御部が、昇温処理部による昇温処理後に還元剤供給装置からの還元剤の供給を制御することによって、アンモニア吸着量が増や
される。これにより、アンモニア吸着量が所定量となり、この所定量のアンモニアを用いてＮＯｘを浄化することが可能となる。ここで、所定量とは、アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない量である。そして、この所定量は、例えば、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化に必要なアンモニア吸着量である。または、例えば、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化に必要なアンモニア吸着量に所定のマージンを加算した量である。なお、アンモニア吸着量が可及的速やかに所定量となるように、制御部は、当該還元剤の供給制御を行う場合に、還元剤供給装置からの還元剤の供給流量が比較的多くなるように制御してもよい。
【００１４】
また、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップすると、アンモニア吸着量が極めて少なくなり易い。このようなアンモニア吸着量が極めて少ないＳＣＲ触媒に対して還元剤の供給（アンモニア吸着量が、その飽和量よりも少ない量となるように行われる還元剤の供給）が行われる場合は、ＳＣＲ触媒における上流側の部分（ここでいうＳＣＲ触媒は、担体における排気の流れ方向に上流側から下流側に亘って担持されたＳＣＲ触媒を表していて、排気の流れ方向に所定の長さを有する。）にアンモニアが吸着し易い。つまり、ＳＣＲ触媒における排気の流れ方向において、アンモニアの吸着状態に均一でない分布が生じる。この分布とは、例えば、ＳＣＲ触媒の上流側端部近傍におけるアンモニアの密度が最も大きくなり、該上流側端部から下流に向かってアンモニアの密度が小さくなるような分布である。なお、アンモニア吸着量が極めて少ないＳＣＲ触媒の概念には、アンモニア吸着量が略ゼロとなっているＳＣＲ触媒が含まれる。ただし、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップすると、アンモニア吸着量が略ゼロになると限定する意図はない。
【００１５】
以上に説明したように、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップすると、その後の制御部による還元剤の供給制御によって、ＳＣＲ触媒における排気の流れ方向において、アンモニアの吸着状態について上流側に偏在した分布が生じることが見出された。そして、このような上流側に偏在した分布が影響して、制御部による還元剤の供給制御によってアンモニア吸着量が所定量にされた後、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上にされても、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなるまで、ある程度の期間を要することになることが見出された。以下に、詳細を説明する。
【００１６】
ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着サイトに吸着したアンモニアは、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となると、該吸着サイトから脱離する。そして、脱離したアンモニアは、ＳＣＲ触媒内（上述したように、ＳＣＲ触媒は、排気の流れ方向に所定の長さを有する。）を排気とともに流通して、ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路に流出する。ここで、ＳＣＲ触媒における上流側の部分に吸着したアンモニアは、該上流側の部分における吸着サイトから脱離しても、ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路に流出するまでに、元の吸着サイトよりも下流側の他の吸着サイトに吸着する傾向にある。
【００１７】
したがって、上述したように、ＳＣＲ触媒においてアンモニアが上流側の部分に偏在して吸着している場合には、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上にされると、元の吸着サイトから脱離したアンモニアは、ＳＣＲ触媒内を排気とともに流通する過程で、吸着と脱離を繰り返し、ＳＣＲ触媒における下流側の部分へ移動していく傾向にある。そして、この場合、アンモニアがＳＣＲ触媒における下流側の部分へ移動するのにある程度の期間を要することになる。そのため、制御部による還元剤の供給制御によってアンモニア吸着量が所定量にされた後、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなるまで、ある程度の期間を要することになる。なお、上述したように、所定量は、アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない量であるため、制御部による還元剤の供給制御によってアンモニア吸着量が所定量にされても、ＳＣＲ触媒にはアンモニアを吸着する余地が残されている。
【００１８】
先行文献等に記載の技術によれば、上述したアンモニアの吸着状態の分布について何ら考慮されていない。そのため、仮に、（本発明の禁止部を備えない）先行文献等に記載の技術に基づいて上記のＮＯｘセンサの診断装置によるＮＯｘセンサの診断が行われるとすると、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップした後、制御部による還元剤の供給制御によってアンモニア吸着量が所定量にされれば、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上になると、直ぐにでもＮＯｘセンサの診断が行われることになる。そうすると、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上になっているものの、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし難い期間にＮＯｘセンサの診断が行われ得ることになる。例えば、ＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップすると推認してＮＯｘセンサの診断を行う場合、上記の期間には、ＮＯｘセンサの出力に基づいて換算されたアンモニア量が略ゼロとなり得るため、ＮＯｘセンサに異常が生じていると誤診断される虞がある。このように、先行文献等に記載の技術によれば、誤診断が生じ易くなる。
【００１９】
そこで、本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置の禁止部は、制御部によってアンモニア吸着量が所定量にされてから所定期間経過するまで、診断部によるＮＯｘセンサの診断を禁止する。ここで、所定期間とは、制御部による還元剤の供給制御によってアンモニア吸着量が所定量にされた後、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着状態について上流側に偏在した分布が解消され、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなるまでの期間である。そして、この所定期間は、先行文献等に記載の技術に基づくＮＯｘセンサの診断によれば、誤診断が生じ得る期間である。本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置では、アンモニア吸着量が所定量にされ、且つＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となっても、ＮＯｘセンサの診断において誤診断が生じ得る所定期間には、ＮＯｘセンサの診断が禁止される。なお、上述した誤診断を防止するために、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップした後、アンモニア吸着量がその飽和量となるように還元剤を供給することも考え得るが、そうするとＮＯｘセンサの診断に伴うアンモニアスリップ量が多くなり易い。本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置では、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップした後、アンモニア吸着量がその飽和量よりも少ない所定量にされるため、ＮＯｘセンサの診断に伴うアンモニアスリップ量を比較的少なくすることができる。
【００２０】
本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置は、禁止部がＮＯｘセンサの診断を禁止する上記の処理を行うことによって、ＮＯｘセンサの診断における誤診断を防止することができる。
【００２１】
また、前記所定量は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化に必要な前記アンモニア吸着量であってもよい。これにより、ＳＣＲ触媒において、該ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘの浄化に必要な浄化率が維持されつつ、ＮＯｘセンサの診断に伴うアンモニアスリップ量を可及的に少なくすることができる。
【００２２】
また、本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて、前記所定期間を算出する算出部を更に備えてもよい。
【００２３】
上述したように、所定期間とは、制御部による還元剤の供給制御によってアンモニア吸着量が所定量にされた後、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着状態について上流側に偏在した分布が解消され、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなるまでの期間である。ここで、ＳＣＲ触媒からのアンモニアスリップのし易さは、ＳＣＲ触媒の温度と相関を有している。そして、ＳＣＲ触媒の温度は、内燃機関の運転状態に応じて変化し得る。したがって、算出部は、内燃機関の運転状態に応じたＳＣＲ触媒の温度に基づいて、内燃機関の運転状態に応じて変化し得る可変期
間として所定期間を算出することができる。これにより、好適に所定期間を定めることができ、以て、ＮＯｘセンサの診断における誤診断を防止することが可能となる。
【００２４】
そして、前記算出部は、前記制御部によって前記アンモニア吸着量が前記所定量にされた後において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定第一温度以上となる時間を積算した積算値を算出し、該積算値が所定の閾値以上となるまでの期間を、前記所定期間として算出することができる。
【００２５】
ここで、所定第一温度は、例えば、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが吸着サイトから脱離し得る温度であって、ＳＣＲ触媒における上流側の部分に吸着したアンモニアの下流側への移動を可能にする温度である。そして、前記積算値が所定の閾値以上となると、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなる状態が形成される。
【００２６】
そして、前記所定第一温度は、前記内燃機関から排出される排気の流量が多いほど低くされてもよい。また、前記所定の閾値は、前記内燃機関から排出される排気の流量が多いほど小さくされてもよい。
【００２７】
上述したように、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアは、ＳＣＲ触媒内を排気とともに流通して、ＳＣＲ触媒における下流側の部分へ移動していく。ここで、内燃機関から排出される排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）が多いほど、ＳＣＲ触媒内を流通する排気の流速が速くなる。そのため、ＳＣＲ触媒における上流側の部分に吸着したアンモニアは、排気流量が多いほど、下流側へ移動し易くなる。つまり、排気流量が多いほど、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなる。
【００２８】
ここで、所定第一温度が低い場合は高い場合よりも、ＳＣＲ触媒の温度が所定第一温度以上となり易いため、ＳＣＲ触媒の温度が所定第一温度以上となる時間が積算され易くなる。したがって、排気流量が多いほど所定第一温度を低くすると、所定第一温度を低くしない場合と比べて、ＳＣＲ触媒の温度が所定第一温度以上となる時間を積算した積算値が所定の閾値に達し易くなる。その結果、排気流量が多いほど、ＮＯｘセンサの診断が禁止される期間が短くなることになる。また、所定の閾値が小さい場合は大きい場合よりも、所定期間が短く算出され易くなる。したがって、排気流量が多いほど所定の閾値を小さくすると、所定の閾値を小さくしない場合と比べて、所定期間が短く算出され易くなる。その結果、排気流量が多いほど、ＮＯｘセンサの診断が禁止される期間が短くなることになる。以上に述べたことにより、アンモニアスリップの生じ易さが排気流量に応じて変化することが考慮され、好適に所定期間を算出することができる。
【００２９】
また、前記所定温度は、前記所定第一温度よりも高い所定第二温度であってもよい。この場合、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定第二温度以上のときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの診断を行う。
【００３０】
上述したように、所定温度は、アンモニアスリップが生じ得るＳＣＲ触媒の温度である。そして、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着状態について上流側に偏在した分布が解消され、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒よりも下流側の排気通路にスリップし易くなる状態が形成された後は、ＳＣＲ触媒の温度が所定第一温度となってもアンモニアスリップが生じ得る。そのため、所定温度を所定第一温度とすることができる。一方、所定第二温度は、所定第一温度よりも高い所定の温度である。そのため、ＳＣＲ触媒の温度が所定第二温度以上となると、アンモニアスリップが比較的生じ易くなる。したが
って、診断部によるＮＯｘセンサの診断において、所定温度を所定第二温度とすることによって、比較的精度良くＮＯｘセンサの診断を行うことができる。
【００３１】
また、本発明は、ＮＯｘセンサの診断装置が行うＮＯｘセンサの診断方法として特定することもできる。本発明に係るＮＯｘセンサの診断方法は、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より下流の前記排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気浄化装置を昇温させる昇温処理を行う昇温処理部と、前記昇温処理が行われた後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量であるアンモニア吸着量が、前記アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない所定量となるように、前記還元剤供給装置からの前記還元剤の供給を制御する制御部と、を有する排気システムに適用され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上のときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からスリップするアンモニアの濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの診断を行うステップと、前記制御部によって前記アンモニア吸着量が前記所定量にされてから所定期間経過するまで、前記診断部による前記ＮＯｘセンサの診断を禁止するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ＳＣＲ触媒よりも下流側に設けられたＮＯｘセンサの診断における誤診断を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関から排出されてＮＳＲ触媒に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度、ＮＳＲ触媒後でＳＣＲ触媒前の排気中のＮＯｘ濃度、ＳＣＲ触媒後の排気中のＮＯｘ濃度を示す図である。
【図３】先行文献等に記載の技術に基づくＮＯｘセンサの診断において、昇温処理および昇温処理後供給制御が実行されるときの、昇温処理実行フラグ、ＳＣＲ触媒温度、供給制御実行フラグ、アンモニア吸着量、および診断許可フラグの時間推移を示す図である。
【図４】昇温処理、昇温処理後供給制御、および禁止処理が実行されるときの、昇温処理実行フラグ、ＳＣＲ触媒温度、供給制御実行フラグ、アンモニア吸着量、積算許可フラグ、高温待機時間の積算時間、診断許可フラグ、および診断実行フラグの時間推移を示す図である。
【図５Ａ】第一の実施形態に係るＮＯｘセンサの診断装置において実行される制御フローを示す第一のフローチャートである。
【図５Ｂ】第一の実施形態に係るＮＯｘセンサの診断装置において実行される制御フローを示す第二のフローチャートである。
【図６】第二の実施形態に係るＮＯｘセンサの診断装置において実行される制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３５】
（第一の実施形態）
＜内燃機関とその吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式のリーンバーン内燃機関にも適用することができる。
【００３６】
内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００３７】
内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００３８】
内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には、第一触媒ケーシング５０が設けられている。この第一触媒ケーシング５０には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５０ａ（以下、「ＮＳＲ触媒５０ａ」と称する場合もある。）が収容されている。ＮＳＲ触媒５０ａは、排気の空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比であるときに排気中に含まれるＮＯｘを化学的に吸蔵または物理的に吸着し、排気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であるときにＮＯｘを放出しつつ、放出されたＮＯｘと排気中の還元成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等）との反応を促進させる。そして、第一触媒ケーシング５０よりも上流側の排気通路５には、燃料添加弁５３が設けられている。燃料添加弁５３は、排気通路５を流れる排気に燃料を添加する。そして、燃料添加弁５３からの燃料添加により、ＮＳＲ触媒５０ａを高温且つリッチ雰囲気にすることで、ＮＳＲ触媒５０ａからＳＯｘを酸化および除去する処理（Ｓ再生処理）やＮＳＲ触媒５０ａからＮＯｘを熱脱離させる処理（ＮＯｘパージ処理）を行うことができる。なお、本実施形態においてはＮＳＲ触媒５０ａが、本発明における排気浄化装置に相当する。
【００３９】
また、第一触媒ケーシング５０よりも上流側の排気通路５には、第一ＮＯｘセンサ５５および第一温度センサ５８が設けられていて、第一触媒ケーシング５０よりも下流側の排気通路５には、第二ＮＯｘセンサ５６および第二温度センサ５９が設けられている。ＮＯｘセンサ（第一ＮＯｘセンサ５５、第二ＮＯｘセンサ５６、および後述する第三ＮＯｘセンサ５７）は、排気中のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。また、温度センサ（第一温度センサ５８、第二温度センサ５９、および後述する第三温度センサ６０）は排気の温度に応じた電気信号を出力する。第一ＮＯｘセンサ５５および第一温度センサ５８により、ＮＳＲ触媒５０ａに流入する排気のＮＯｘ濃度および温度が検出され、第二ＮＯｘセンサ５６および第二温度センサ５９により、ＮＳＲ触媒５０ａから流出する排気のＮＯｘ濃度および温度が検出される。
【００４０】
第一触媒ケーシング５０よりも下流側の排気通路５には、フィルタケーシング５１が設けられている。このフィルタケーシング５１には、パティキュレートフィルタ５１ａ（以下、「フィルタ５１ａ」と称する場合もある。）が収容されている。フィルタ５１ａは、排気中のＰＭを捕集する。また、排気通路５には、差圧センサ６１が設けられている。差圧センサ６１は、フィルタケーシング５１の上流と下流との間の排気圧力の差（以下、「フィルタ差圧」と称する場合もある。）に応じた電気信号を出力する。そして、差圧センサ６１により検出されるフィルタ差圧が所定の差圧以上となると、フィルタ５１ａに堆積したＰＭを酸化および除去する処理（ＰＭ再生処理）が実行される。このＰＭ再生処理では、燃料添加弁５３から添加された燃料によって、ＰＭが酸化される。なお、本実施形態
においてはフィルタ５１ａも、本発明における排気浄化装置に相当する。
【００４１】
フィルタケーシング５１よりも下流側の排気通路５には、第二触媒ケーシング５２が設けられている。この第二触媒ケーシング５２には、選択還元型ＮＯｘ触媒５２ａ（以下、「ＳＣＲ触媒５２ａ」と称する場合もある。）が収容されている。ＳＣＲ触媒５２ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。ここで、ＳＣＲ触媒５２ａよりも上流側の排気通路５には、尿素水添加弁５４が設けられている。尿素水添加弁５４は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加する。そして、この尿素水がＳＣＲ触媒５２ａに供給される。つまり、ＳＣＲ触媒５２ａに、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。そして、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒５２ａに吸着する。このＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、尿素水添加弁５４に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁が設けられてもよい。なお、本実施形態においては尿素水添加弁５４またはアンモニア添加弁が、本発明における還元剤供給装置に相当する。
【００４２】
また、第二触媒ケーシング５２よりも上流側の排気通路５には、第三温度センサ６０が設けられていて、第二触媒ケーシング５２よりも下流側の排気通路５には、第三ＮＯｘセンサ５７が設けられている。第三温度センサ６０により、ＳＣＲ触媒５２ａに流入する排気の温度が検出される。また、本実施形態に係るＮＯｘセンサは、排気中のＮＯｘ濃度を検出するセンサであって、アンモニアもＮＯｘとして検出可能なセンサである。したがって、第三ＮＯｘセンサ５７はＳＣＲ触媒５２ａ後の排気中のＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを合せた濃度に応じた電気信号を出力する。なお、本実施形態においては第二触媒ケーシング５２よりも下流側の排気通路５に設けられた第三ＮＯｘセンサ５７が、本発明におけるＮＯｘセンサに相当する。
【００４３】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、第一ＮＯｘセンサ５５、第二ＮＯｘセンサ５６、第三ＮＯｘセンサ５７、第一温度センサ５８、第二温度センサ５９、第三温度センサ６０、差圧センサ６１に加え、アクセルポジションセンサ７、およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、内燃機関１から排出される排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、第三温度センサ６０の出力値に基づいてＳＣＲ触媒５２ａの温度（以下、「ＳＣＲ触媒温度」と称する場合もある。）を推定する。ここで、図１において、第三温度センサ６０は、フィルタケーシング５１と第二触媒ケーシング５２との間の排気通路５に設けられているが、第三温度センサ６０は第二触媒ケーシング５２よりも下流側に設けられてもよい。そして、第三温度センサ６０が第二触媒ケーシング５２よりも下流側に設けられる場合においても、ＥＣＵ１０は、第三温度センサ６０の出力値に基づいてＳＣＲ触媒温度を推定することができる。
【００４４】
また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、スロットル弁４１、燃料添加弁５３、および尿素水添加弁５４等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これら各種装置が制御される。例えば、ＥＣＵ１０は、差圧センサ６１からの出力によりフィルタ
差圧が所定の差圧以上となったことを検出すると、燃料添加弁５３から燃料を添加し、ＰＭ再生処理を実行する。また、ＥＣＵ１０は、所定の実行条件が成立したときに、燃料添加弁５３から燃料を添加し、ＮＳＲ触媒５０ａに対するＳ再生処理やＮＯｘパージ処理を実行する。そして、これらの処理が実行されると、本発明の排気浄化装置に相当するフィルタ５１ａやＮＳＲ触媒５０ａは昇温される。このようにフィルタ５１ａやＮＳＲ触媒５０ａを昇温させる処理を「昇温処理」と称する。なお、ＥＣＵ１０が昇温処理を実行することで、本発明に係る昇温処理部として機能する。
【００４５】
＜アンモニアスリップに基づくＮＯｘセンサの診断＞
ＮＳＲ触媒５０ａとフィルタ５１ａとＳＣＲ触媒５２ａとを有する本実施形態に係る排気システムにおいて、第一ＮＯｘセンサ５５、第二ＮＯｘセンサ５６、および第三ＮＯｘセンサ５７によって検出されるＮＯｘ濃度について図２に基づいて説明する。図２は、内燃機関１から排出された排気がＮＳＲ触媒５０ａ、フィルタ５１ａ、ＳＣＲ触媒５２ａを順に通過して排気通路５の下流側に流れる場合における、内燃機関１から排出されてＮＳＲ触媒５０ａに流入する前の排気中のＮＯｘ濃度（第一ＮＯｘセンサ５５により検出）、ＮＳＲ触媒５０ａ後でＳＣＲ触媒５２ａ前の排気中のＮＯｘ濃度（第二ＮＯｘセンサ５６により検出）、ＳＣＲ触媒５２ａ後の排気中のＮＯｘ濃度（第三ＮＯｘセンサ５７により検出）を示す図である。
【００４６】
図２に示すように、内燃機関１から排出されたＮＯｘ（濃度Ｃ１）は、ＮＳＲ触媒５０ａによって大部分が吸蔵、吸着または還元され、ＮＳＲ触媒５０ａ後（且つＳＣＲ触媒５２ａ前）で検出されるＮＯｘ濃度は濃度Ｃ２まで低減される。そして、このＮＯｘはＳＣＲ触媒５２ａによって更に還元されるため、ＳＣＲ触媒５２ａ後の排気中のＮＯｘ濃度（濃度Ｃ３）は極めて小さくなる。
【００４７】
このように、本実施形態に係る排気システムでは、ＳＣＲ触媒５２ａ後の排気中のＮＯｘ濃度が極めて小さくなる。そして、本発明のＮＯｘセンサに相当する第三ＮＯｘセンサ５７は、ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５に設けられているため、ＳＣＲ触媒５２ａから流出するＮＯｘの濃度に基づいて、該第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行しようとしても、その診断を実行することができなかったり、その診断を実行することができても診断精度が悪化してしまう傾向にある。
【００４８】
そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒温度が所定温度以上のときに、ＳＣＲ触媒５２ａからスリップするアンモニアの濃度に基づいて、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行する。上述したように、第三ＮＯｘセンサ５７は、アンモニアもＮＯｘとして検出可能なセンサであって、ＳＣＲ触媒５２ａ後の排気中のＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを合せた濃度に応じた電気信号を出力する。また、尿素水添加弁５４からの尿素水により生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒５２ａに吸着する。そして、ＳＣＲ触媒温度が所定温度以上となると、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが、ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５に流出し得る。したがって、ＳＣＲ触媒５２ａ後の排気中のＮＯｘ濃度が極めて小さくなるような排気システムの構成であっても、ＳＣＲ触媒５２ａからスリップするアンモニアを利用すると、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行し易くなる。なお、ＥＣＵ１０がこのように第三ＮＯｘセンサ５７の診断を行うことで、本発明に係る診断部として機能する。
【００４９】
＜昇温処理実行後のＮＯｘセンサの診断＞
本実施形態に係る排気システムでは、フィルタ５１ａやＮＳＲ触媒５０ａにおける上述した所定の目的のために、ＥＣＵ１０によって、昇温処理が実行される。ここで、昇温処理が実行されると、比較的高温の排気がＳＣＲ触媒５２ａに流入する。その結果、昇温処理に伴って、ＳＣＲ触媒５２ａが昇温されることになる。そして、昇温処理に伴ってＳＣ
Ｒ触媒５２ａが昇温される場合、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着していたアンモニアの多くが、該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップしてしまう傾向にある。
【００５０】
そこで、ＥＣＵ１０は、昇温処理が行われた後、ＳＣＲ触媒５２ａにおけるＮＯｘ浄化に速やかに対応するため、ＳＣＲ触媒５２ａにおけるアンモニアの吸着量（以下、「アンモニア吸着量」と称する場合もある。）が、アンモニア吸着量の飽和量よりも少ない所定量となるように、尿素水添加弁５４からの尿素水の供給を制御する。ＥＣＵ１０が行うこのような制御を「昇温処理後供給制御」と称する。この昇温処理後供給制御について、図３を用いて以下に説明する。なお、ＥＣＵ１０が昇温処理後供給制御を実行することで、本発明に係る制御部として機能する。
【００５１】
図３は、先行文献等に記載の技術に基づく第三ＮＯｘセンサ５７の診断において、昇温処理および昇温処理後供給制御が実行されるときの、昇温処理実行フラグ、ＳＣＲ触媒温度、昇温処理後供給制御実行フラグ（以下、単に「供給制御実行フラグ」と称する場合もある。）、アンモニア吸着量、および第三ＮＯｘセンサ５７の診断についての許可フラグ（以下、「診断許可フラグ」と称する場合もある。）の時間推移を示す図である。ここで、図３におけるＳＣＲ触媒温度の時間推移において、温度Ｔｓは、昇温処理後供給制御の実行開始を規定する判定温度を表していて、温度Ｔｃｔｈは、アンモニアスリップが生じ得るＳＣＲ触媒温度である所定温度を表している。また、図３におけるアンモニア吸着量の時間推移において、吸着量Ｑａは、上記の所定量を表している。所定量Ｑａは、例えば、ＳＣＲ触媒５２ａによるＮＯｘの浄化に必要なアンモニア吸着量である。
【００５２】
図３に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間は、昇温処理実行フラグが０となっていて、昇温処理は実行されない。そして、時刻ｔ１において、昇温処理実行フラグが１にされると、昇温処理が開始される。なお、時刻ｔ１以前においては、アンモニア吸着量が所定量Ｑａとなるように、ＥＣＵ１０によって尿素水添加弁５４からの尿素水の供給が制御されている。該制御は、昇温処理が行われた後に実行される昇温処理後供給制御とは異なる制御であって、アンモニア吸着量が所定量Ｑａに維持されるように、内燃機関１の運転状態に応じて尿素水の供給を制御するものである。該制御を、「通常供給制御」と称する。そして、通常供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａに維持されると、ＳＣＲ触媒５２ａにおいて、該ＳＣＲ触媒５２ａに流入するＮＯｘの浄化に必要な浄化率が維持される。
【００５３】
そして、時刻ｔ１において昇温処理が開始されると、それに伴ってＳＣＲ触媒温度が上昇する。なお、ＳＣＲ触媒温度は、上述したように、第三温度センサ６０の出力値に基づいて推定される温度である。そして、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒温度が上昇すると、図３に示すように、アンモニア吸着量が所定量Ｑａから略ゼロに減少する。すなわち、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着していたアンモニアのほぼ全てが、該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップする。ただし、上記は一例であって、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒温度が上昇すると、アンモニア吸着量が略ゼロになると限定する意図はない。
【００５４】
そして、時刻ｔ２において、昇温処理実行フラグが０にされ昇温処理が終了される。昇温処理が終了されると、或る遅れ期間経過後、ＳＣＲ触媒温度が下がり始める。そして、ＳＣＲ触媒温度が温度Ｔｓまで下がると、その時刻ｔ３において、供給制御実行フラグが１にされ昇温処理後供給制御が開始される。そうすると、図３に示すように、アンモニア吸着量が増加し始める。ここで、温度Ｔｓは、昇温処理後供給制御が開始されると、このようにアンモニア吸着量が増加し始めるＳＣＲ触媒温度（例えば、３８０℃）である。そして、アンモニア吸着量が所定量Ｑａとなると、その時刻ｔ４において、供給制御実行フラグが０にされ昇温処理後供給制御が終了される。ここで、アンモニア吸着量が可及的速やかに所定量Ｑａに回復されるように、昇温処理後供給制御では、尿素水添加弁５４から
の尿素水の供給流量が比較的多くなるように制御されてもよい。これにより、可及的速やかにＳＣＲ触媒５２ａの浄化率を回復することができる。
【００５５】
ここで、昇温処理後供給制御によるＳＣＲ触媒５２ａへのアンモニアの吸着状態について、該ＳＣＲ触媒５２ａにおける排気の流れ方向において、上流側に偏在した分布が生じることが見出された。そして、このような上流側に偏在した分布が影響して、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされた後、ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上となっても、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップし易くなるまで、ある程度の期間を要することになることが見出された。
【００５６】
先行文献等に記載の技術によれば、上述したアンモニアの吸着状態の分布について何ら考慮されていない。そのため、アンモニア吸着量が所定量Ｑａにされれば、ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上になっている場合には、直ぐにでも第三ＮＯｘセンサ５７の診断が行われることになる。これは、図３の診断許可フラグの時間推移に表されていて、アンモニア吸着量が所定量Ｑａとなる時刻ｔ４において、ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上となっているため、診断許可フラグが０から１にされる。なお、診断許可フラグは、その値が１にされると第三ＮＯｘセンサ５７の診断が許可される。ここで、本発明によって見出された知見によれば、時刻ｔ４においては、ＳＣＲ触媒５２ａにおけるアンモニアの吸着状態について上流側に偏在した分布が生じる。したがって、時刻ｔ４においては、ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上になっているものの、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップし難くなっている。先行文献等に記載の技術によれば、このような場合であっても、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が許可され、該診断が実行され得ることになる。そして、このような場合に第三ＮＯｘセンサ５７の診断が実行されると、誤診断が生じ易くなる。
【００５７】
＜ＮＯｘセンサの診断の禁止処理＞
そこで、ＥＣＵ１０は、昇温処理に伴ってＳＣＲ触媒５２ａからアンモニアがスリップした後、アンモニア吸着量が所定量にされてから所定期間経過するまで、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を禁止する。ＥＣＵ１０が行うこのような処理を「禁止処理」と称する。この禁止処理について、図４を用いて以下に説明する。なお、ＥＣＵ１０が禁止処理を実行することで、本発明に係る禁止部として機能する。
【００５８】
図４は、昇温処理、昇温処理後供給制御、および禁止処理が実行されるときの、昇温処理実行フラグ、ＳＣＲ触媒温度、供給制御実行フラグ、アンモニア吸着量、ＳＣＲ触媒温度が後述する所定第一温度以上となる時間（以下、「高温待機時間」と称する場合もある。）の積算を許可する積算許可フラグ、高温待機時間の積算時間、診断許可フラグ、および第三ＮＯｘセンサ５７の診断についての実行フラグ（以下、「診断実行フラグ」と称する場合もある。）の時間推移を示す図である。ここで、図４における温度Ｔｓおよび吸着量Ｑａは、上記の図３の説明で述べたとおりである。また、図４におけるＳＣＲ触媒温度の時間推移において、温度Ｔｃｔｈ１は所定第一温度を表していて、温度Ｔｃｔｈ２は所定第二温度を表している。所定第一温度Ｔｃｔｈ１は、例えば、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが吸着サイトから脱離し得る温度であって、後述するように、ＳＣＲ触媒５２ａにおける上流側の部分に吸着したアンモニアの下流側への移動を可能にする温度である。所定第二温度Ｔｃｔｈ２は、所定第一温度Ｔｃｔｈ１よりも高い所定の温度である。また、図４における積算時間の時間推移において、時間ｔａｔｈは、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を許可するか否かを判定するために用いられる判定時間である。
【００５９】
図４に示す制御では、時刻ｔ４までは、上記の図３と同様にして昇温処理および昇温処理後供給制御が実行される。そして、アンモニア吸着量が所定量Ｑａとなる時刻ｔ４にお
いて、積算許可フラグが１にされ高温待機時間の積算が許可される。また、アンモニア吸着量が所定量Ｑａに維持されるように、時刻ｔ４において、上述した通常供給制御が開始される。そして、ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となる時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間において、高温待機時間が積算される。ここで、図４における積算時間の時間推移において示す時間ｔａ１が、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間に相当する。同様に、ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となる時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間において、高温待機時間が積算される。ここでは、時間ｔａ２が、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間に相当する。そして、時刻ｔ８後の時刻ｔ９において、ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となると、再び高温待機時間の積算が開始される。そして、高温待機時間の積算をしている途中で積算時間が判定時間ｔａｔｈに達すると、その時刻ｔ１０において、積算許可フラグが０にされ高温待機時間の積算が終了される。ここでは、時間ｔａ３が、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間に相当する。そして、時刻ｔ１０において、診断許可フラグが０から１にされ第三ＮＯｘセンサ５７の診断が許可される。
【００６０】
図４に示す制御では、ＥＣＵ１０によって、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされる時刻ｔ４から、高温待機時間の積算時間が判定時間ｔａｔｈとなる時刻ｔ１０までの期間である期間Δｔが、所定期間として算出される。そして、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされてから所定期間（期間Δｔ）経過するまで、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が禁止される。これによる作用を、以下に説明する。なお、ＥＣＵ１０が所定期間を算出することで、本発明に係る算出部として機能する。
【００６１】
上述したように、昇温処理後供給制御によるＳＣＲ触媒５２ａへのアンモニアの吸着状態について、該ＳＣＲ触媒５２ａにおける排気の流れ方向において、上流側に偏在した分布が生じる。つまり、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされる時刻ｔ４においては、アンモニアは、ＳＣＲ触媒５２ａにおいて上流側の部分に偏在して吸着している。ここで、ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となると、ＳＣＲ触媒５２ａにおけるアンモニアの吸着サイトに吸着したアンモニアは、該吸着サイトから脱離し易くなる。したがって、ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となる期間に、先ず、ＳＣＲ触媒５２ａにおける上流側の部分の吸着サイトに吸着したアンモニアが、該吸着サイトから脱離する傾向にある。
【００６２】
ここで、吸着サイトから脱離したアンモニアがＳＣＲ触媒５２ａ内を流通する際、該アンモニアはＳＣＲ触媒５２ａにおける他の吸着サイトに吸着し得る。そして、或る吸着サイトから脱離したアンモニアがＳＣＲ触媒５２ａ内を排気とともに流通する経路に、他の吸着サイトが多いほど、該アンモニアは該他の吸着サイトに吸着し易くなる。ここで、ＳＣＲ触媒５２ａにおいてアンモニアがその上流側の部分に吸着している場合、該上流側の部分における吸着サイトから脱離したアンモニアは、ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５に流出するまでに、比較的多くの他の吸着サイトを流通することになる。この場合、該アンモニアは該他の吸着サイトに吸着し易くなる。つまり、ＳＣＲ触媒５２ａにおける上流側の部分に吸着したアンモニアは、該上流側の部分における吸着サイトから脱離しても、ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５に流出するまでに、元の吸着サイトよりも下流側の他の吸着サイトに吸着する傾向にある。
【００６３】
したがって、ＳＣＲ触媒５２ａにおける上流側の部分の吸着サイトに吸着したアンモニアは、ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上にされても、元の吸着サイトからは脱離するものの、該元の吸着サイトよりも下流側の他の吸着サイトに吸着する傾向にある。そして、該アンモニアは、ＳＣＲ触媒５２ａ内を排気とともに流通する過程で、吸着と脱離を繰り返し、ＳＣＲ触媒５２ａにおける下流側の部分へ移動していくことになる。ＳＣＲ触媒温度が所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となると、このようにＳＣＲ触媒５２ａ内を
アンモニアが移動する。そのため、所定第一温度Ｔｃｔｈ１は、ＳＣＲ触媒５２ａにおける上流側の部分に吸着したアンモニアの下流側への移動を可能にする温度（例えば、３２０℃）ということができる。
【００６４】
つまり、図４に示す制御では、高温待機時間において、ＳＣＲ触媒５２ａ内をアンモニアが移動する。そして、高温待機時間の積算時間がある程度長くなると、ＳＣＲ触媒５２ａにおいて上流側に偏在して吸着していたアンモニアが、ＳＣＲ触媒５２ａにおける下流側の部分へ移動する。そして、アンモニアがこのように移動すると、該アンモニアがＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップし易くなる。具体的には、高温待機時間の積算時間が判定時間ｔａｔｈに達すると、このようなアンモニアスリップが生じ易い状態が形成される。図４に示す制御では、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされた後、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップし易くなるまでの所定期間（図４に示す期間Δｔ）、言い換えれば、アンモニアスリップが生じ難く誤診断が生じ得る期間には、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が禁止されるため、誤診断を防止することができる。
【００６５】
また、図４に示す制御では、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされてから所定期間（期間Δｔ）経過した時刻ｔ１０において、診断許可フラグが１にされると、その後、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行する実行条件が成立すると、診断実行フラグが０から１にされ第三ＮＯｘセンサ５７の診断が実行される。例えば、ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上になると、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行する実行条件が成立する。そして、図４に示す制御では、ＳＣＲ触媒温度が所定第二温度Ｔｃｔｈ２以上となる時刻ｔ１１において、診断実行フラグが０から１にされ第三ＮＯｘセンサ５７の診断が実行される。このように、第三ＮＯｘセンサ５７の診断の実行条件の一つであるＳＣＲ触媒温度について、所定第一温度Ｔｃｔｈ１よりも高い所定第二温度Ｔｃｔｈ２（例えば、３５０℃）を所定温度Ｔｃｔｈとして用いることによって、比較的精度良く第三ＮＯｘセンサ５７の診断を行うことができる。なぜなら、ＳＣＲ触媒温度が所定第二温度Ｔｃｔｈ２以上となると、アンモニアスリップがより生じ易くなるからである。ただし、所定温度Ｔｃｔｈを所定第二温度Ｔｃｔｈ２に限定する意図はなく、所定温度Ｔｃｔｈとして所定第一温度Ｔｃｔｈ１を用いてもよい。また、診断許可フラグが１にされた後、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行する実行条件が成立するように、周知の手法に基づいて、ＳＣＲ触媒５２ａを昇温させる処理を行ってもよい。例えば、ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上になるように、内燃機関１から排出される排気の温度を上昇させてもよいし、燃料添加弁５３から燃料添加を行ってもよい。
【００６６】
また、所定量Ｑａが、上述したように、ＳＣＲ触媒５２ａによるＮＯｘの浄化に必要なアンモニア吸着量とされると、ＳＣＲ触媒５２ａにおいて、該ＳＣＲ触媒５２ａに流入するＮＯｘの浄化に必要な浄化率が維持されつつ、第三ＮＯｘセンサ５７の診断に伴うアンモニアスリップ量が可及的に少なくされる。
【００６７】
次に、本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置であるＥＣＵ１０が実行する制御フローについて図５Ａおよび図５Ｂに基づいて説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。また、昇温処理を実行するための制御が、本フローとは異なる周知のフローにしたがって、ＥＣＵ１０によって内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し行われている。そして、本実施形態に係る制御フローの実行開始時に、昇温処理の制御フローの中で設定される昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎが読込まれる。昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎは、昇温処理が実行されているときに１に設定され、実行されていないときに０に設定されるフラグである。
【００６８】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎが１となっているか否かが判別される。そして、Ｓ１０１において肯定判定された場合、この場合は昇温処理が実行されている途中であって、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。一方、Ｓ１０１において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０３の処理へ進む。
【００６９】
Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０２において、昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎの前回値を表す前回フラグｎｆｌｇｐｏが１に設定される。このように前回フラグｎｆｌｇｐｏが設定されると、昇温処理の実行中には、昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎと前回フラグｎｆｌｇｐｏがともに１に設定されることになる。そして、昇温処理が終了された後、初めて本フローが実行される場合には、昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎが０に設定され、前回フラグｎｆｌｇｐｏが１に設定されることになる。
【００７０】
次に、Ｓ１０３において、昇温処理実行フラグｎｆｌｇｐｎが０となっていて、且つ前回フラグｎｆｌｇｐｏが１となっているか否かが判別される。そして、Ｓ１０３において肯定判定された場合、この場合は昇温処理が終了された後初めて本フローが実行される場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進む。これにより、昇温処理が終了された直後においてのみＳ１０４以降の処理が実行されることになる。一方、Ｓ１０３において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００７１】
Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃが取得される。Ｓ１０４では、第三温度センサ６０の出力値に基づいてＳＣＲ触媒温度Ｔｃが取得される。
【００７２】
次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０４で取得したＳＣＲ触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｓ以下となっているか否かが判別される。判定温度Ｔｓは、昇温処理後供給制御の実行開始を規定するＳＣＲ触媒温度であって、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ進む（これは、上記の図４に示した時刻ｔ３に相当する。）。一方、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ戻る。
【００７３】
Ｓ１０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０６において、昇温処理後供給制御が実行される。昇温処理後供給制御では、アンモニア吸着量が、その飽和量よりも少ない所定量Ｑａとなるように、尿素水添加弁５４からの尿素水の供給が制御される。このときの尿素水の供給流量は、予め定められＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている流量であってもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて定められる流量であってもよい。また、アンモニア吸着量が可及的速やかに所定量Ｑａに回復されるように、供給流量が比較的多くなるように制御されてもよい。そして、昇温処理後供給制御が開始されると、該制御の開始からの経過時間ｔｐがカウントされる。
【００７４】
次に、Ｓ１０７において、経過時間ｔｐが判定閾値ｔｐｔｈ以上となっているか否かが判別される。ここで、判定閾値ｔｐｔｈは、アンモニア吸着量が所定量Ｑａとなったか否かを判定するための閾値である。判定閾値ｔｐｔｈは、予め定められてもよいし、昇温処理後供給制御による尿素水の供給流量が内燃機関１の運転状態に応じて定められる場合には、該供給流量に応じて定められてもよい。また、本フローとは異なる周知のフローに従って、昇温処理後供給制御の実行前のアンモニア吸着量が推定される場合には、そのアンモニア吸着量を考慮して定められてもよい。そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０８の処理へ進む（これは、上記の図４に示した時刻ｔ４に相当する。）。一方、Ｓ１０７において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ戻り、昇温処理後供給制御が継続される。
【００７５】
Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０８において、通常供給制御が実行される。通常供給制御では、アンモニア吸着量が所定量Ｑａに維持されるように、内燃機関１の運転状態に応じて尿素水の供給が制御される。
【００７６】
次に、Ｓ１０９において、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃが取得される。Ｓ１０９の処理は、上述したＳ１０４の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ１１０において、Ｓ１０９で取得したＳＣＲ触媒温度Ｔｃが所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となっているか否かが判別される。所定第一温度Ｔｃｔｈ１は、ＳＣＲ触媒５２ａにおける上流側の部分に吸着したアンモニアの下流側への移動を可能にする温度である。この所定第一温度Ｔｃｔｈ１は、予め定められＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている温度であってもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて定められる温度であってもよい。ここで、排気流量が多いほど、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップし易くなる。そのため、所定第一温度Ｔｃｔｈ１は、排気流量が多いほど低くされてもよい。これにより、アンモニアスリップの生じ易さが排気流量に応じて変化することが考慮される。そして、Ｓ１１０において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１１の処理へ進み、Ｓ１１０において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進む。
【００７７】
Ｓ１１０において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１１において、高温待機時間ｔａの積算値が算出される。Ｓ１１１では、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃが所定第一温度Ｔｃｔｈ１以上となっている時間が積算される（これは、上記の図４に示した時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間に相当する。）。
【００７８】
次に、Ｓ１１２において、Ｓ１１１で算出した高温待機時間ｔａの積算値が判定時間ｔａｔｈ以上となっているか否かが判別される。判定時間ｔａｔｈは、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を許可するか否かを判定するための閾値であって、該判定時間ｔａｔｈが本発明の所定の閾値に相当する。この判定時間ｔａｔｈは、予め定められＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている閾値であってもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて定められる閾値であってもよい。そして、排気流量が多いほど、判定時間ｔａｔｈの値が小さくされると、アンモニアスリップの生じ易さが排気流量に応じて変化することが考慮される。そして、Ｓ１１２において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進む（これは、上記の図４に示した時刻ｔ１０に相当する。）。一方、Ｓ１１２において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０９の処理へ戻る。なお、後述するＳ１１３の処理において、診断許可フラグｎｆｌｇａが１に設定されるまで、診断許可フラグｎｆｌｇａは０に初期化されている。そして、診断許可フラグｎｆｌｇａは、その値が０にされると第三ＮＯｘセンサ５７の診断が禁止される。つまり、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされてから、Ｓ１１２において肯定判定されるまでの所定期間（上記の図４に示した期間Δｔに相当する。）において、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が禁止される。
【００７９】
Ｓ１１２において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１３において、診断許可フラグｎｆｌｇａが１に設定される。診断許可フラグｎｆｌｇａは、第三ＮＯｘセンサ５７の診断についての許可フラグであって、その値が１にされると第三ＮＯｘセンサ５７の診断が許可される。
【００８０】
次に、Ｓ１１４において、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行する実行条件が成立しているか否かが判別される。Ｓ１１４では、後述するＳ１１５において、ＳＣＲ触媒５２ａからスリップするアンモニアの濃度に基づいて、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行することが可能か否かが判別される。Ｓ１１４では、ＳＣＲ触媒温度と排気流量が取得され、例えば、該ＳＣＲ触媒温度が所定温度Ｔｃｔｈ以上で且つ該排気流量が判定流量閾値以上である場合に、第三ＮＯｘセンサ５７の診断を実行する実行条件が成立したとして肯定判
定される。ここで、所定温度Ｔｃｔｈは、例えば、上述したように、所定第一温度Ｔｃｔｈ１であってもよいし、所定第二温度Ｔｃｔｈ２であってもよい。また、判定流量閾値は、例えば、ＳＣＲ触媒５２ａから脱離したアンモニアを、該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５に流出させることが可能な排気流量の値である。そして、Ｓ１１４において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１５の処理へ進む（これは、上記の図４に示した時刻ｔ１１に相当する。）。一方、Ｓ１１４において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１４の処理を繰り返す。
【００８１】
Ｓ１１４において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１５において、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が実行される。Ｓ１１５では、ＳＣＲ触媒５２ａからスリップするアンモニアの濃度に基づいて、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が行われる。Ｓ１１５では、例えば、第三ＮＯｘセンサ５７の故障判定が実施される。また、例えば、第三ＮＯｘセンサ５７の応答性を推定する応答性診断が実施される。これらの診断は、ＳＣＲ触媒５２ａからスリップするアンモニアの濃度に基づいた周知の手法によって、実行される。
【００８２】
次に、Ｓ１１６において、前回フラグｎｆｌｇｐｏ、診断許可フラグｎｆｌｇａ、および高温待機時間ｔａの積算値が０に初期化される。そして、Ｓ１１６の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００８３】
本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置が、上述した制御フローを実行することによって、第三ＮＯｘセンサ５７の診断において、誤診断を防止することができる。
【００８４】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について、図６に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
図６は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００８６】
図６に示すフローでは、Ｓ１０８の処理の後、Ｓ２０９において、所定期間ｔｃｒが算出される。所定期間ｔｃｒは、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされた後、ＳＣＲ触媒５２ａに吸着したアンモニアが該ＳＣＲ触媒５２ａよりも下流側の排気通路５にスリップし易くなるまでの期間である。Ｓ２０９では、ＳＣＲ触媒５２ａにおけるアンモニアの吸着状態を推定するモデルに基づいて所定期間ｔｃｒが算出される。該モデルでは、例えば、アンモニア吸着量やＳＣＲ触媒温度や排気流量に基づいて、アンモニアの吸着状態が推定される。ただし、上記は例示であって、周知の手法に基づいて、所定期間ｔｃｒが算出されてもよい。
【００８７】
次に、Ｓ２１０において、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量ＱａにされてからＳ２０９で算出した所定期間ｔｃｒが経過したか否かが判別される。そして、Ｓ２１０において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進み、Ｓ２１０において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２１０の処理を繰り返す。このように、昇温処理後供給制御によってアンモニア吸着量が所定量Ｑａにされてから所定期間ｔｃｒ経過するまで、第三ＮＯｘセンサ５７の診断が禁止される。
【００８８】
本発明に係るＮＯｘセンサの診断装置が、上述した制御フローを実行することによっても、第三ＮＯｘセンサ５７の診断において、誤診断を防止することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
１０・・・ＥＣＵ
４０・・・エアフローメータ
５０ａ・・ＮＳＲ触媒
５１ａ・・フィルタ
５２ａ・・ＳＣＲ触媒
５３・・・燃料添加弁
５４・・・尿素水添加弁
５７・・・第三ＮＯｘ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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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