(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路において酸化能力を有する触媒よりも下流側に備わり排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサの故障判定装置において、
前記触媒よりも上流側の排気中のＮＯｘの濃度を推定または検出する推定手段と、
所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値以上であり、且つ、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合には、前記ＮＯｘセンサが故障していると判定し、前記所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、前記ＮＯｘセンサの検出値の積算値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度の積算値と、を比較することで、前記ＮＯｘセンサの故障を判定する判定手段と、
を備えるセンサの故障判定装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路において酸化能力を有する触媒よりも下流側に備わり排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサの故障判定装置において、
前記触媒よりも上流側の排気中のＮＯｘの濃度を推定または検出する推定手段と、
所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値以上であり、且つ、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合には、前記ＮＯｘセンサが故障していると判定し、前記所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、前記触媒において吸着されるＮＯｘ量に基づいて前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度を補正し、この補正したＮＯｘ濃度と、前記ＮＯｘセンサの検出値と、を比較することで、前記ＮＯｘセンサの故障を判定する判定手段と、
を備えるセンサの故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の運転状態に基づいて推定される該内燃機関から排出されるガス中のＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサの検出値と、を比較することで、ＮＯｘセンサの故障を診断することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、触媒よりも上流側と下流側とにＮＯｘセンサを設け、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて触媒の劣化を判定することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、酸化触媒の温度に基づいてＮＯ２比率を推定し、センサ値を補正することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献４には、内燃機関が予め設定された基準稼働条件となったとき、ＮＯｘセンサの出力値と、基準稼働条件に応じて予め設定された基準出力値との差に基づき、ＮＯｘセンサの出力を補正することが記載されている。
【０００６】
ここで、ＮＯｘセンサよりも上流側に触媒を備えている場合には、該触媒をＮＯｘが通過することにより、排気中のＮＯｘ濃度が影響を受ける。例えば、ＮＯｘセンサよりも上流側に酸化触媒を備えている場合には、該酸化触媒においてＮＯがＮＯ２へ酸化される過程において、酸化触媒がＮＯｘを吸着する。ＮＯ及びＮＯ２は、ＮＯｘセンサにより検出されるが、酸化触媒に吸着されることにより、内燃機関から排出されるガス中のＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度と、にずれが生じる。このずれは、酸化触媒の劣化の度合いによっても変化する。すなわち、酸化触媒の劣化の度合いが低い場合（例えば新品状態や新品に近い状態の場合）には、より多くのＮＯｘを吸着するために、前記ずれが大きくなる。一方、酸化触媒の劣化の度合いが高い場合には、ＮＯｘが酸化触媒に吸着されずに通り抜けやすくなるので、前記ずれが小さい。
【０００７】
しかし、酸化触媒の劣化の度合いを検出するためには、ＮＯｘセンサの検出値が必要となるので、ＮＯｘセンサの故障診断の前に酸化触媒の劣化の度合いを検出することは困難である。また、内燃機関の過去の運転状態に基づいて、酸化触媒の劣化の度合いを推定したり、酸化触媒における発熱の状態に基づいて酸化触媒の劣化の度合いを推定したりすることも考えられるが、これらの推定精度は低いので、誤った判定がなされる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１２８２３７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５８４１５号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３１７６１号公報
【特許文献４】特開２００９−１２７５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、センサの故障をより高精度に判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明に係るセンサの故障判定装置は、
内燃機関の排気通路において酸化能力を有する触媒よりも下流側に備わり排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサの故障判定装置において、
前記触媒よりも上流側の排気中のＮＯｘの濃度を推定または検出する推定手段と、
所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値以上であり、且つ、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合には、前記ＮＯｘセンサが故障していると判定する判定手段と、
を備える。
【００１１】
推定手段は、内燃機関から排出されるガス中のＮＯｘ濃度を推定または検出してもよく、内燃機関から触媒までの間の排気通路におけるＮＯｘ濃度を推定または検出してもよく、触媒に流入するガス中のＮＯｘ濃度を推定または検出してもよい。
【００１２】
ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さとは、例えば横軸を時間とし、縦軸を検出値として検出値の推移を図で表したときに、該検出値の推移を示す線の長さのことである。ＮＯｘセンサが時間を置いてＮＯｘを検出している場合には、前回検出値と今回検出値とを結ぶ線の長さを毎回積算した値が、検出値の軌跡の長さとなる。
【００１３】
この検出値の軌跡の長さ（以下、軌跡長ともいう。）は、ＮＯｘ濃度が同じであったとしても、触媒の劣化の状態によって変化する。すなわち、触媒の劣化の度合いが高くなるほど、触媒が吸着するＮＯｘ量が減少するので、ＮＯｘが触媒を通り抜けやすくなる。このため、ＮＯｘセンサの検出値は、触媒よりも上流側のＮＯｘ濃度に近くなる。一方、触媒が新品に近いほど、触媒において吸着及び脱着するＮＯｘ量が増加するため、ＮＯｘセンサにＮＯｘが到達するまでに時間がかかる。これにより、ＮＯｘ濃度の変動が触媒により吸収されるので、触媒よりも下流側のＮＯｘ濃度の変動が小さくなる。
【００１４】
以上より、触媒の劣化の度合いが高いほど、ＮＯｘセンサの検出値の軌跡が長くなる。したがって、所定期間のＮＯｘセンサの検出値の軌跡長を閾値と比較すれば、触媒が劣化しているか否か判定することができる。すなわち、所定期間におけるＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値以上であれば、触媒が劣化していると判定することができる。なお、ここでいう所定期間は、ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが、触媒の劣化判定に必要な大きさになるまでに要する期間とすることができる。そして、この所定期間によって閾値も変わる。ここでいう閾値は、触媒が劣化しているときのＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さの下限値である。なお、劣化しているとは、触媒の機能が新品時よりも劣っており、ＮＯｘセンサの検出値が触媒の新品時とは異なる状態のことをいう。また、触媒が劣化しているといっても、触媒がその機能を果たさなくなっている状態だけをいうのではない。また、触媒の劣化の度合いが所定値以上となっている場合に、触媒が劣化しているとしてもよい。これは、劣化の度合いが高いが、許容範囲内である場合を含むことができる。例えば、劣化の度合いが許容範囲を超える前に、触媒が劣化したと判定してもよい。また、新品には、まったく劣化していない状態の他に、劣化していたとしても浄化性能にほとんど影響がない場合も含むことができる。
【００１５】
そして、触媒が劣化している場合には、触媒よりも上流側の排気中のＮＯｘ濃度と、触媒よりも下流側の排気中のＮＯｘ濃度と、の差が小さい。すなわち、ＮＯｘセンサが正常であれば、ＮＯｘセンサの検出値と、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が小さくなる。したがって、例えば、ＮＯｘセンサの検出値と、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が閾値以上であればＮＯｘセンサが故障していると判定することができる。この閾値は、ＮＯｘセンサが故障していると
きの前記差の絶対値の下限値である。
【００１６】
なお、所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さを該ＮＯｘセンサの検出値の積算値で除算した値と、前記推定手段により推定されるＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さを該ＮＯｘセンサの検出値の積算値で除算した値を推定したときの推定値と、の差の絶対値が閾値未満であり、且つ、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合には、前記ＮＯｘセンサが故障していると判定することもできる。
【００１７】
また、所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さと、前記推定手段により推定されるＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さを推定したときの推定値と、の差の絶対値が閾値未満であり、且つ、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合には、前記ＮＯｘセンサが故障していると判定することもできる。
【００１８】
また、本発明においては、前記判定手段は、所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、前記ＮＯｘセンサの検出値と前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度との差の絶対値と、閾値と、の比較によるＮＯｘセンサの故障判定を停止することができる。
【００１９】
ここで、所定期間におけるＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、触媒が新品状態であるか新品状態に近い状態であるために、触媒よりも上流側の排気中のＮＯｘ濃度と、触媒よりも下流側の排気中のＮＯｘ濃度と、の差が大きい。したがって、ＮＯｘセンサの検出値と、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度と、の差の絶対値を用いてＮＯｘセンサの故障を判定することが困難となる。このような場合には、ＮＯｘセンサの検出値と推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度との差の絶対値と、閾値と、の比較によるＮＯｘセンサの故障判定を停止することで、ＮＯｘセンサの故障判定の精度が低下することを抑制できる。
【００２０】
また、本発明においては、前記判定手段は、所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、前記ＮＯｘセンサの検出値の積算値と、前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度の積算値と、を比較することで、前記ＮＯｘセンサの故障を判定することができる。
【００２１】
ここで、触媒が吸着するＮＯｘ量は、微量であるので、触媒が新品であったとしても、触媒に流入するＮＯｘの総量と、触媒から流出するＮＯｘの総量と、にはあまり差がない。なお、触媒においてＮＯがＮＯ２に酸化されるが、ＮＯ及びＮＯ２はどちらもＮＯｘとして検出される。
【００２２】
以上より、ＮＯｘセンサの検出値の積算値と、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度の積算値と、に差がないか、あったとしても小さければ、ＮＯｘセンサは正常であると判定することができる。なお、積算値は、所定期間における積算値としてもよい。この所定期間は、ＮＯｘセンサの検出値の積算値が、触媒の劣化判定に必要な大きさになるまでに要する期間とすることができる。
【００２３】
また、ＮＯｘセンサの検出値の積算値と、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度の積算値と、の差の絶対値が閾値以上の場合に、ＮＯｘセンサが故障していると判定してもよい。ここでいう閾値は、ＮＯｘセンサが故障しているときの差の絶対値である。
【００２４】
また、本発明においては、前記判定手段は、所定期間における前記ＮＯｘセンサの検出
値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、前記触媒において吸着されるＮＯｘ量に基づいて前記推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度を補正し、この補正したＮＯｘ濃度と、前記ＮＯｘセンサの検出値と、を比較することで、前記ＮＯｘセンサの故障を判定することができる。
【００２５】
ここで、所定期間におけるＮＯｘセンサの検出値の軌跡の長さが閾値未満の場合には、触媒が劣化していない場合である。この場合には、触媒の機能が正常に働いているので、吸着されるＮＯｘ量を推定することができ、さらには、排気が触媒を通過するときのＮＯｘ濃度の変化を推定することができる。このＮＯｘ濃度の変化に基づいて、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度を補正することで、触媒よりも下流側の排気中のＮＯｘ濃度を得ることができる。そして、ＮＯｘセンサが正常であれば、補正したＮＯｘ濃度がＮＯｘセンサにより検出されるので、補正したＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサの検出値と、を比較することで、ＮＯｘセンサの故障を判定することができる。
【００２６】
なお、補正したＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサの検出値と、の差の絶対値が閾値以上の場合に、ＮＯｘセンサが故障していると判定してもよい。ここでいう閾値は、ＮＯｘセンサが故障しているときの差の絶対値である。また、推定手段により推定または検出されるＮＯｘ濃度を補正する代わりに、ＮＯｘセンサの検出値を補正してもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、センサの故障をより高精度に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯｘセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図３】ＮＯｘセンサの検出値の軌跡長の推移を示したタイムチャートである。
【図４】ＮＯｘセンサの検出値の積算値の推移を示したタイムチャートである。
【図５】劣化触媒及び新品触媒におけるＮＯｘセンサの検出値の軌跡長とＮＯｘセンサの検出値の積算値との関係を示した図である。
【図６】実施例１に係るＮＯｘセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図７】実施例２に係るＮＯｘセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図８】実施例３に係るＮＯｘセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るセンサの故障判定装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３０】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１及びその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、ディーゼルエンジンであっても、また、ガソリンエンジンであってもよい。
【００３１】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、酸化触媒３が設けられている。なお、酸化触媒３に代えて、酸化能力を備える他の触媒（例えば、三元触媒）を設けていてもよい。
【００３２】
酸化触媒３よりも下流の排気通路２には、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ
４が設けられている。
【００３３】
内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ５が併設されている。このＥＣＵ５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００３４】
また、ＥＣＵ５には、ＮＯｘセンサ４の他、運転者がアクセルペダル６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ７、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ５に入力される。
【００３５】
そして、ＥＣＵ５は、ＮＯｘセンサ４の故障を判定する。ここで、ＮＯｘセンサ４の検出値は、酸化触媒３の劣化の度合いに影響を受ける。このため、酸化触媒３の劣化の度合いに応じて、ＮＯｘセンサ４の故障判定の手法を変える。
【００３６】
図２は、ＮＯｘセンサ４の検出値の推移を示したタイムチャートである。新品触媒とは、新品状態または新品に近い状態のときの酸化触媒３であり、劣化していない触媒である。また、劣化触媒とは、劣化の度合いが比較的高い酸化触媒３である。劣化触媒は、劣化の度合いが閾値以上となっているときの酸化触媒３としてもよい。また、劣化触媒は、酸化能力が新品触媒よりも劣ってはいるが、正常といえる範囲内の触媒としてもよい。車速は、内燃機関１が搭載される車両の速度である。劣化触媒及び新品触媒におけるＮＯｘセンサ４の検出値は、同じ車速のときの検出値である。
【００３７】
酸化触媒３が新品触媒の場合には、より多くのＮＯｘが酸化触媒３に吸着され、その後に脱着する。このため、ＮＯｘセンサ４の検出値の極大値が比較的小さくなる。すなわち、内燃機関１からＮＯｘが排出されてから、ＮＯｘセンサ４に到達するまでの時間が長くなり（応答性が低くなり）、酸化触媒３よりも下流側の排気中のＮＯｘ濃度が平均に近付く。これにより、酸化触媒３が新品触媒のときには、ＮＯｘセンサ４の検出値の変動幅が小さい。このため、酸化触媒３を通過するときに、ＮＯｘ濃度が変化しやすい。
【００３８】
一方、酸化触媒３が劣化触媒の場合には、酸化触媒３に吸着されるＮＯｘが少なくなるので、内燃機関１からＮＯｘが排出されてから、ＮＯｘセンサ４に到達するまでの時間が短くなる（応答性が高くなる）。このため、酸化触媒３よりも下流側の排気中のＮＯｘ濃度が、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度に近くなり、検出値の極大値も大きくなる。このため、ＮＯｘセンサ４の検出値の変動幅が大きい。このように、酸化触媒３が劣化触媒の場合には、排気が酸化触媒３を通過するときに、ＮＯｘ濃度が変化し難い。
【００３９】
ここで、図３は、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長の推移を示したタイムチャートである。また、図４は、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値の推移を示したタイムチャートである。ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長とは、図２に示したようなＮＯｘセンサ４の検出値の推移を示す線の長さである。また、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値とは、ＮＯｘセンサ４の検出値を例えば所定時間毎に積算した値であり、例えば図２に示したようなＮＯｘセンサ４の検出値の推移を示す線よりも下側の面積である。
【００４０】
新品触媒の場合には、劣化触媒の場合よりも、ＮＯｘセンサ４の検出値の変動幅が小さくなる。このため、新品触媒における軌跡長は、劣化触媒における軌跡長よりも短くなる。そして、劣化触媒の軌跡長に対する、新品触媒の軌跡長の比は、例えば４０％程度となる。
【００４１】
一方、図４に示されるＮＯｘセンサ４の検出値の積算値では、新品触媒と劣化触媒との
差が小さい。ここで、酸化触媒３が吸着するＮＯｘ量は微量であるため、ＮＯｘセンサ４に到達するＮＯｘ量は、新品触媒と劣化触媒とで、あまり差がない。そして、劣化触媒の積算値に対する、新品触媒の積算値の比は、例えば９０％程度となる。
【００４２】
以上より、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度の軌跡長とＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長との差が大きく、且つ、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度の積算値とＮＯｘセンサ４の検出値の積算値との差が小さい場合には、酸化触媒３が新品触媒であり、且つ、ＮＯｘセンサ４は正常であると考えられる。また、所定期間におけるＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長と、閾値と、を比較することで、酸化触媒３が新品触媒であるか否か判定することもできる。
【００４３】
ここで、ＮＯｘセンサ４の故障には、ゲインずれ又はオフセットずれが考えられる。ゲインずれが発生している場合には、ＮＯｘ濃度に対するセンサ出力の比（傾き）が、正常なＮＯｘセンサ４と異なる。そして、ゲインずれのみが発生している場合には、実際のＮＯｘ濃度が０となれば、ＮＯｘセンサ４の検出値も０となる。
【００４４】
一方、オフセットずれが発生している場合には、ＮＯｘ濃度に対するセンサ検出値の比（傾き）は、正常なＮＯｘセンサ４と同じになるが、正常なＮＯｘセンサ４の検出値と一定量のずれが生じる。オフセットずれのみが発生している場合には、実際のＮＯｘ濃度が０となっても、ＮＯｘセンサ４の検出値は０とはならない。
【００４５】
図５は、劣化触媒及び新品触媒におけるＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長とＮＯｘセンサ４の検出値の積算値との関係を示した図である。「正常センサ」は、ＮＯｘセンサ４が正常な場合である。「ゲイン−５０％」は、ＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生している場合であって、ＮＯｘセンサ４の検出値が実際のＮＯｘ濃度に対して５０％となっている場合である。「オフセット−３０ｐｐｍ」は、ＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生している場合であって、ＮＯｘセンサ４の検出値が実際のＮＯｘ濃度に対して３０ｐｐｍ低くなっている場合である。また、「オフセット＋３０ｐｐｍ」は、ＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生している場合であって、ＮＯｘセンサ４の検出値が実際のＮＯｘ濃度に対して３０ｐｐｍ高くなっている場合である。
【００４６】
なお、「軌跡長」は、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長である。「積算値」は、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値である。「軌跡長／推定軌跡長」は、「軌跡長」を推定される軌跡長（推定軌跡長）で除算した値である。推定軌跡長は、内燃機関１の運転状態から推定される酸化触媒３よりも上流側のガス中のＮＯｘ濃度の軌跡長である。この推定軌跡長は、酸化触媒３を備えていないと仮定した場合であって、ＮＯｘセンサ４が正常の場合における、該ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長としてもよく、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度を検出または推定した場合の該ＮＯｘ濃度の軌跡長としてもよい。「積算値／推定積算値」は、「積算値」を推定される積算値（推定積算値）で除算した値である。推定積算値は、内燃機関１の運転状態から推定される酸化触媒３よりも上流側のガス中のＮＯｘ濃度の積算値である。この推定積算値は、酸化触媒３を備えていないと仮定した場合であって、ＮＯｘセンサ４が正常の場合における、該ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値としてもよく、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度を検出または推定した場合の該ＮＯｘ濃度の積算値としもよい。「Ａ／Ｂ」は、「軌跡長／推定軌跡長」を「積算値／推定積算値」で除算した値である。すなわち、「Ａ／Ｂ」は、「軌跡長／積算値」を「推定軌跡長／推定積算値」で除算した値である。なお、軌跡長及び積算値は、所定期間における値である。以下、特に断らない限り、軌跡長及び積算値、推定軌跡長、推定積算値は、所定期間における値とする。
【００４７】
劣化触媒では、ＮＯｘセンサ４が正常な場合及びＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発
生している場合において、軌跡長と推定軌跡長とが略同じになる。すなわち、「軌跡長／推定軌跡長」が略１００％となる。よって、ＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生していても、軌跡長には影響がないことが分かる。一方、劣化触媒では、ＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生している場合には、「Ａ／Ｂ」が略１００％となる。すなわち、軌跡長を積算値で除算した値と、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と、が略同じになる。よって、ＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生していても、軌跡長を積算値で除算した値には影響がないことが分かる。
【００４８】
また、新品触媒においてＮＯｘセンサ４が正常な場合には、積算値が推定積算値と略同じになる。すなわち、「積算値／推定積算値」が１００％に近くなる。一方、新品触媒では、ＮＯｘセンサ４にオフセットずれ又はゲインずれが発生している場合には、軌跡長及び積算値に相関がない。
【００４９】
以上より、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長が、推定軌跡長と略等しい場合、又は、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長をＮＯｘセンサ４の検出値の積算値で除算した値が、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と略等しい場合は、酸化触媒３は劣化触媒であると考えられる。酸化触媒３が劣化触媒であれば、ＮＯｘの吸着能力が低いために、ＮＯｘセンサ４の検出値に与える影響が小さい。このため、ＮＯｘセンサ４の検出値と、ＮＯｘ濃度の推定値と、を比較することで、ＮＯｘセンサ４の故障判定を行うことができる。このように、ＮＯｘ濃度を比較することで、ＮＯｘセンサ４の故障判定を高精度に行うことができる。
【００５０】
一方、酸化触媒３が劣化触媒に該当しない場合には、酸化触媒３は新品触媒であると考えられる。この場合には、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値を推定積算値と比較することで、ＮＯｘセンサ４の故障判定を行う。
【００５１】
図６は、本実施例に係るＮＯｘセンサ４の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ５により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本実施例においては、図６に示すルーチンを処理するＥＣＵ５が、本発明における判定手段に相当する。
【００５２】
ステップＳ１０１では、故障判定の前提条件が成立しているか否か判定される。例えば、内燃機関１の冷却水温度が、ＮＯｘセンサ４の故障判定に適した温度となっており、且つ、ＮＯｘセンサ４が活性状態にあるときに前提条件が成立していると判定される。さらに、推定軌跡長が、故障判定に必要となる所定値以上となっているときに前提条件が成立していると判定してもよい。また、ＮＯｘセンサ４の検出値を用いて故障判定を行うため、ある程度のＮＯｘが内燃機関１から排出されているとき（例えば所定の運転状態のとき）に前提条件が成立していると判定してもよい。
【００５３】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には故障判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。
【００５４】
ステップＳ１０２では、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長が、推定軌跡長と略等しいか、または、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長をＮＯｘセンサ４の検出値の積算値で除算した値が、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と略等しいか否か判定される。
【００５５】
本ステップでは、酸化触媒３が劣化触媒であるか否か判定している。なお、推定軌跡長は、酸化触媒３よりも上流側の実際のＮＯｘ濃度の推移を示す線の長さとしてもよい。推定軌跡長は、酸化触媒３よりも上流側にＮＯｘセンサを取り付けて、該ＮＯｘセンサの検出値の軌跡長としてもよい。また、内燃機関１の運転状態（機関回転数及び機関負荷）と
、ＮＯｘ濃度と、には相関関係があるため、内燃機関１の運転状態とＮＯｘ濃度との関係を実験等により求めてマップ化しておいてもよい。そして、このマップと、検出される内燃機関１の運転状態とから、ＮＯｘ濃度を算出し、この値の推移を示す線の長さを推定軌跡長としてもよい。なお、本実施例においてはＮＯｘ濃度を推定するＥＣＵ５が、本発明における推定手段に相当する。
【００５６】
また、推定積算値は、酸化触媒３よりも上流側の実際のＮＯｘ濃度の積算値としてもよい。推定積算値は、酸化触媒３よりも上流側にＮＯｘセンサを取り付けて、該ＮＯｘセンサにより検出した値の積算値としてもよい。また、内燃機関１の運転状態とＮＯｘ濃度との関係を実験等により求めてマップ化しておき、このマップと、検出される内燃機関１の運転状態とから、ＮＯｘ濃度を算出し、この値を積算してもよい。
【００５７】
ここで、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長が、推定軌跡長と略等しいとは、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長と、推定軌跡長と、に差があったとしても、誤差の範囲内である場合や、等しいとすることのできる範囲内である場合をいう。なお、軌跡長と、推定軌跡長と、の差の絶対値が閾値未満であれば、軌跡長と、推定軌跡長と、が略等しいとすることもできる。この閾値は、等しいとすることのできる範囲を超えたときの値であって、酸化触媒３が新品触媒であるときの前記差の絶対値の下限値である。また、本ステップでは、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長が閾値以上であるか否か判定してもよい。この閾値は、酸化触媒３が劣化触媒のときのＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長の下限値である。
【００５８】
また、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長をＮＯｘセンサ４の検出値の積算値で除算した値が、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と略等しいとは、差があったとしても、誤差の範囲内である場合や、等しいとすることのできる範囲内である場合をいう。なお、軌跡長を積算値で除算した値と、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と、の差の絶対値が閾値未満であれば、軌跡長を積算値で除算した値と、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と、が略等しいとすることもできる。この閾値は、等しいとすることのできる範囲を超えたときの値であって、酸化触媒３が新品触媒であるときの前記差の絶対値の下限値である。
【００５９】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００６０】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘセンサ４の検出値と、内燃機関１から排出されるＮＯｘ濃度の推定値又は検出値と、が略等しいか否か判定される。なお、内燃機関１から排出されるＮＯｘ濃度の推定値又は検出値を以下、「推定検出値」と称する。推定検出値は、酸化触媒３よりも上流側の実際のＮＯｘ濃度としてもよい。推定検出値は、酸化触媒３よりも上流側にＮＯｘセンサを取り付けて、該ＮＯｘセンサにより検出した値としてもよい。また、内燃機関１の運転状態（機関回転数及び機関負荷）と、ＮＯｘ濃度と、には相関関係があるため、内燃機関１の運転状態とＮＯｘ濃度との関係を実験等により求めてマップ化しておいてもよい。そして、このマップと、検出される内燃機関１の運転状態とから、ＮＯｘ濃度を算出してもよい。
【００６１】
ステップＳ１０３において、略等しいとは、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値と、に差があったとしても、誤差の範囲内である場合や、等しいとすることのできる範囲内である場合をいう。なお、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値と、の差の絶対値が閾値未満であれば、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値と、が略等しいとすることもできる。この閾値は、ＮＯｘセンサが故障しているときの前記差の絶対値の下限値である。
【００６２】
ここで、ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合には、酸化触媒３が劣化触媒であ
ると考えられる。この場合、排気が酸化触媒３を通過しても、ＮＯｘ濃度は変化し難い。このため、ＮＯｘセンサ４が正常であれば、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値と、が略等しくなるはずである。したがって、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値と、を比較することにより、ＮＯｘセンサ４の故障判定を行うことができる。
【００６３】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進んでＮＯｘセンサ４は正常であると判定される。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進んで、ＮＯｘセンサ４が故障していると判定される。
【００６４】
次に、ステップＳ１０６では、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値と、推定積算値と、が略等しいか否か判定される。
【００６５】
ステップＳ１０６において、略等しいとは、積算値と、推定積算値と、に差があったとしても、誤差の範囲内である場合や、等しいとすることのできる範囲内である場合をいう。例えば、図４または図５に示されるように、１０％程度の差が生じることもある。なお、積算値と、推定積算値と、の差の絶対値が閾値未満であれば、積算値と、推定積算値と、が略等しいとすることもできる。この閾値は、ＮＯｘセンサが故障しているときの前記差の絶対値の下限値である。
【００６６】
ここで、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合には、酸化触媒３が新品触媒であると考えられる。この場合、酸化触媒３が吸着するＮＯｘの影響を受けて、ＮＯｘセンサ４の検出値が変化する。しかし、ＮＯｘセンサ４が正常であれば、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値と、推定積算値と、が略等しくなるはずである。したがって、ＮＯｘセンサ４の検出値の積算値と、推定積算値と、を比較することにより、ＮＯｘセンサ４の故障判定を行うことができる。
【００６７】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んでＮＯｘセンサ４は正常であると判定される。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０８へ進んで、ＮＯｘセンサ４が故障していると判定される。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によれば、酸化触媒３の劣化の状態に応じて、ＮＯｘセンサ４の故障判定の手法を変えるため、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００６９】
＜実施例２＞
本実施例では、酸化触媒３が新品触媒のときのＮＯｘセンサ４の故障判定の手法が実施例１と異なる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
【００７０】
そして、本実施例では、推定検出値を、酸化触媒３が新品触媒のときの該酸化触媒３が吸着するＮＯｘ量に基づいて補正する。なお、推定検出値を補正する代わりに、ＮＯｘセンサ４の検出値を補正してもよい。そして、補正後の推定検出値と、検出値と、を比較することで、ＮＯｘセンサ４の故障判定を実施する。
【００７１】
ここで、酸化触媒３が新品触媒の場合には、該酸化触媒３をＮＯｘが通過するときに、一定の割合でＮＯｘが吸着される。そして、酸化触媒３に吸着されるＮＯｘ量と、酸化触媒３に吸着されるＮＯｘによるＮＯｘセンサ４の検出値の変化量と、には相関関係がある。この関係に基づいて推定検出値を補正することで、酸化触媒３に吸着されるＮＯｘの影響を打ち消すことができる。
【００７２】
酸化触媒３に吸着されるＮＯｘ量は、内燃機関１の運転状態（機関回転数及び機関負荷）に応じて変化するため、推定検出値の補正値を内燃機関１の運転状態と関連付けて予め
実験等により求めることができる。
【００７３】
図７は、本実施例に係るＮＯｘセンサ４の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ５により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図６に示すフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては、図７に示すルーチンを処理するＥＣＵ５が、本発明における判定手段に相当する。
【００７４】
ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０１へ進んで、ＮＯｘセンサ４の検出値が補正される。すなわち、酸化触媒３が新品触媒である場合には、推定検出値を補正するためにステップＳ２０１へ進む。推定検出値の補正値は、予め実験等により求めてＥＣＵ５に記憶しておく。そして、推定検出値を補正した後に、ステップＳ１０３へ進む。
【００７５】
以上説明したように、本実施例によれば、酸化触媒３が新品触媒の場合において、酸化触媒３にＮＯｘが吸着される影響により、ＮＯｘセンサ４に到達する排気中のＮＯｘ濃度が変化する分を補正することにより、この影響を打ち消すことができるので、ＮＯｘセンサ４の故障判定の精度を高めることができる。
【００７６】
＜実施例３＞
本実施例では、酸化触媒３が劣化触媒のときで且つＮＯｘセンサ４が故障しているときに、ＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生しているのか、または、ゲインずれが発生しているのかまで判定する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
【００７７】
ここで、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値とが略同じ場合には、ＮＯｘセンサ４が正常であると考えられる。一方、ＮＯｘセンサ４の検出値と、推定検出値とに差があったとしても、酸化触媒３が新品触媒であれば、ＮＯｘセンサ４が正常である場合もある。
【００７８】
そして、酸化触媒３が劣化触媒で且つＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生している場合には、軌跡長と推定軌跡長とが略同じになる。つまり、オフセットずれが発生していたとしても、軌跡長に影響はない。このため、ＮＯｘセンサ４の検出値と推定検出値とが異なり、且つ、軌跡長と推定軌跡長とが略同じ場合には、酸化触媒３が劣化触媒で且つＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生していると判定することができる。
【００７９】
一方、酸化触媒３が劣化触媒で且つＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生している場合には、軌跡長を積算値で除算した値が、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と略同じになる。また、酸化触媒３が劣化触媒で且つＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生している場合には、軌跡長と推定軌跡長とが異なる。すなわち、ＮＯｘセンサ４の検出値と推定検出値とが異なり、軌跡長と推定軌跡長とが異なり、さらに、軌跡長を積算値で除算した値が、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と略同じ場合には、酸化触媒３が劣化触媒で且つＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生していると判定することができる。
【００８０】
また、ＮＯｘセンサ４の検出値と推定検出値とが異なり、軌跡長と推定軌跡長とが異なり、さらに、軌跡長を積算値で除算した値と推定軌跡長を推定積算値で除算した値とが異なる場合には、酸化触媒３が新品触媒であると判定することができる。
【００８１】
そして、酸化触媒３が新品触媒の場合には、ＮＯｘセンサ４が正常であれば、積算値が推定積算値と略同じになる。すなわち、酸化触媒３が新品触媒の場合に、積算値が推定積算値と略同じになれば、ＮＯｘセンサ４は正常であると判定することができる。
【００８２】
一方、酸化触媒３が新品触媒の場合に、積算値と推定積算値とが異なれば、ＮＯｘセンサ４は故障していると判定することができる。この場合には、ＮＯｘセンサ４にどのような故障が発生しているのか判定することができない。
【００８３】
図８は、本実施例に係るＮＯｘセンサ４の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ５により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図６に示すフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては、図８に示すルーチンを処理するＥＣＵ５が、本発明における判定手段に相当する。
【００８４】
ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、ステップＳ１０２と同様にして、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長が、推定軌跡長と略等しいか否か判定される。そして、ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進む。
【００８５】
そして、ステップＳ３０２では、酸化触媒３が劣化触媒であり、且つ、ＮＯｘセンサ４にオフセットずれが発生していると判定される。
【００８６】
また、ステップＳ３０３では、ステップＳ１０２と同様にして、ＮＯｘセンサ４の検出値の軌跡長をＮＯｘセンサ４の検出値の積算値で除算した値が、推定軌跡長を推定積算値で除算した値と略等しいか否か判定される。そして、ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進み、酸化触媒３が劣化触媒であり、且つ、ＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生していると判定される。
【００８７】
一方、ステップＳ３０３で否定判定がなされた場合には、酸化触媒３が新品触媒であり、ステップＳ１０６へ進む。
【００８８】
そして、ステップＳ１０６において積算値と推定積算値とが略等しいと判定された場合（肯定判定がなされた場合）には、ステップＳ３０５へ進んで、酸化触媒３が新品触媒であり、且つ、ＮＯｘセンサ４が正常であると判定される。一方、ステップＳ１０６において否定判定がなされた場合にはステップＳ３０６へ進んで、酸化触媒３が新品触媒であり、且つ、ＮＯｘセンサ４が故障していると判定される。
【００８９】
以上説明したように、本実施例によれば、酸化触媒３が正常であるか否か判定することができると共に、ＮＯｘセンサ４が正常であるか否か判定することができる。そして、酸化触媒３が劣化触媒であれば、ＮＯｘセンサ４にゲインずれが発生しているのか又はオフセットずれが発生しているのかを判定することができる。そして、この判定に基づいて、ＮＯｘセンサ４の検出値を補正することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１     内燃機関
２     排気通路
３     酸化触媒
４     ＮＯｘセンサ
５     ＥＣＵ
６     アクセルペダル
７     アクセル開度センサ
８     クランクポジションセンサ
【図１】
0005783099.tif 000002
【図２】
0005783099.tif 000003
【図３】
0005783099.tif 000004
【図４】
0005783099.tif 000005
【図５】
0005783099.tif 000006
【図６】
0005783099.tif 000007
【図７】
0005783099.tif 000008
【図８】
0005783099.tif 000009