(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）の排気ガス中のＮＯｘを還元剤により選択的に還元する還元触媒（２０）の下流側に設置され、排気ガス中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ（３６）の応答性を診断するＮＯｘセンサ診断装置（４０）において、
前記還元触媒の上流側のＮＯｘ量を取得する上流取得部（４６、Ｓ４０２、Ｓ４０６）と、
前記上流取得部が取得する前記上流側のＮＯｘ量から前記還元触媒で還元されて浄化されるＮＯｘの浄化量を除いたＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定部（４８、Ｓ４０８、Ｓ４１０）と、
前記ＮＯｘ量推定部が推定する前記ＮＯｘ量に基づいて、応答性が正常なＮＯｘセンサの正常出力を推定する正常推定部（５０、Ｓ４１２）と、
前記正常推定部が推定する前記正常出力よりも応答性が低い低下出力を推定する低下推定部（５２、Ｓ４１４）と、
前記ＮＯｘセンサの実出力を取得する実出力取得部（５４、Ｓ４０２、Ｓ４１６）と、
前記正常出力と前記低下推定部が推定する前記低下出力と前記実出力取得部が取得する前記実出力とに基づいて、前記ＮＯｘセンサの応答性を診断する診断部（５８、Ｓ４２２〜Ｓ４３０）と、
を備えるＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記還元触媒内の前記還元剤の量を推定する還元剤推定部（４４、Ｓ４０２、Ｓ４０８）と、前記還元触媒の触媒温度を取得する温度取得部（４２、Ｓ４０２、Ｓ４０８）とのうち少なくとも前記還元剤推定部をさらに備え、
前記ＮＯｘ量推定部は、前記上流側のＮＯｘ量と、前記還元剤推定部が推定する前記還元剤の量と、前記温度取得部が取得する前記触媒温度とのうち少なくとも前記上流側のＮＯｘ量と前記還元剤の量とに基づいて前記ＮＯｘ量を推定し、前記還元触媒内の前記還元剤の量が多いほど、さらに前記温度取得部を備える場合には前記触媒温度が高いほど、推定する前記浄化量を増加する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記上流取得部は、前記内燃機関の運転状態から推定される気筒内のガス状態と、排気ガスが前記気筒から前記還元触媒に到達するまでに要する時間とに基づいて、前記上流側のＮＯｘ量を推定して取得する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記正常推定部は、前記ＮＯｘ量推定部が推定する前記ＮＯｘ量と前記正常なＮＯｘセンサの応答特性とを少なくとも含むパラメータに基づいて前記正常出力を推定し、
前記低下推定部は、前記正常なＮＯｘセンサの応答特性に代えて、前記正常なＮＯｘセンサの応答特性に対して応答性が前記所定値低下しているＮＯｘセンサの応答特性を少なくとも含む前記パラメータに基づいて前記低下出力を推定する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記低下推定部は、前記正常推定部が推定した前記正常出力に対し、一次遅れ処理を行って前記低下出力を推定する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記低下出力と前記正常出力との偏差の積算値をＳ１とし、前記実出力と前記正常出力または前記低下出力との偏差の積算値をＳ２とし、前記Ｓ１および前記Ｓ２を算出する積算部（５６、Ｓ４１８、Ｓ４２０）をさらに備え、
前記診断部（Ｓ４２８）は、前記Ｓ１と前記Ｓ２とに基づいて前記ＮＯｘセンサの応答性を診断する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記積算部は、前記内燃機関の運転状態が定常状態から過渡状態に移行するときに前記Ｓ１および前記Ｓ２の算出を開始する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＮＯｘセンサ診断装置において、
前記積算部は、前記内燃機関の運転状態が定常状態から過渡状態になってから前記正常出力と前記低下出力と前記実出力とのすべてが収束するまで前記Ｓ１および前記Ｓ２を算出し、
前記診断部（Ｓ４２２、Ｓ４２４）は、前記内燃機関の運転状態が定常状態から過渡状態に移行し前記Ｓ１および前記Ｓ２の算出を開始してからの経過時間が、前記正常出力と前記低下出力と前記実出力とのすべてが収束する前に、正常に前記ＮＯｘセンサの応答性を診断できないとして設定された限度時間以上になると、前記ＮＯｘセンサの応答性の診断を停止する、
ＮＯｘセンサ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを還元剤により選択的に還元する還元触媒の下流側に設置されるＮＯｘセンサの応答性を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気中のガス状態を検出する排気センサとして、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサが知られている。エンジンＥＣＵは、ＮＯｘセンサの出力に基づいて、例えば、燃料噴射量とＥＧＲガス量とＳＣＲ触媒に噴射する還元剤の量等を制御してエンジン運転状態および排気ガスの浄化状態を適切に制御する。
【０００３】
尚、ＥＣＵはElectronic Control Unitの略であり、ＥＧＲはExhaust Gas Recirculationの略であり、ＳＣＲはSelective Catalytic Reductionの略である。
ＮＯｘセンサの出力の応答性は、センサ素子の劣化等により、応答性が正常なＮＯｘセンサに比べて低下することがある。
【０００４】
エンジン運転状態が定常状態であり燃料噴射弁からの噴射量が一定の場合には、気筒から排出されるＮＯｘ量は変化しない。この場合、ＮＯｘセンサの応答性の遅れは問題にならない。しかし、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態になり燃料噴射弁からの噴射量が増減する場合には、応答性の低下したＮＯｘセンサの出力から取得するＮＯｘ濃度は、応答性の正常なＮＯｘセンサの出力から取得するＮＯｘ濃度よりも遅れた状態になる。
【０００５】
応答性の低下したＮＯｘセンサの出力が示すＮＯｘ濃度に基づいて、燃料噴射量、ＥＧＲガス量、尿素水の噴射量等を制御すると、燃焼音の増加やエミッションの悪化を招くことがある。
【０００６】
そこで、特許文献１では、応答性の正常な排気センサの正常出力と、正常な排気センサに対して応答性が所定値低下している排気センサの低下出力とを推定し、正常出力と低下出力と排気センサの実出力とに基づいて排気センサの応答性を診断しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２７５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳＣＲ触媒の下流側に設置されるＮＯｘセンサの実出力は、ＳＣＲ触媒がＮＯｘを還元する浄化量によって変化する。つまり、ＮＯｘセンサの実出力は、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化量を反映した値である。実出力に対し、ＳＣＲ触媒の浄化量を考慮せずに正常出力と低下出力とを推定すると、浄化量の有無により正常出力および低下出力の推定値と実出力とにずれが生じる。
【０００９】
したがって、ＳＣＲ触媒の浄化量を考慮せずに、正常出力と低下出力と実出力とに基づいて排気センサの応答性を診断する特許文献１に記載の技術をＮＯｘセンサに適用すると、ＮＯｘセンサの応答性を適切に診断できないおそれがある。
【００１０】
本開示の一側面は、排気ガス中のＮＯｘを還元剤により選択的に還元する還元触媒の下流に設置されるＮＯｘセンサの応答性を適切に診断する技術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】
【００１１】
本開示の一態様は、内燃機関（２）の排気中のＮＯｘを還元剤により選択的に還元する還元触媒（２０）の下流側に設置されるＮＯｘセンサ（３６）の応答性を診断するＮＯｘセンサ診断装置（４０）において、上流取得部（４６、Ｓ４０２、Ｓ４０６）と、ＮＯｘ量推定部（４８、Ｓ４０８、Ｓ４１０）と、正常推定部（５０、Ｓ４１２）と、低下推定部（５２、Ｓ４１４）と、実出力取得部（５４、Ｓ４０２、Ｓ４１６）と、診断部（５８、Ｓ４２２〜Ｓ４３０）と、を備えている。
【００１２】
上流取得部は、還元触媒の上流側のＮＯｘ量を取得する。ＮＯｘ量推定部は、上流取得部が取得する上流側のＮＯｘ量から還元触媒で還元されて浄化されるＮＯｘの浄化量を除いたＮＯｘ量を推定する。正常推定部は、ＮＯｘ量推定部が推定するＮＯｘ量に基づいて、応答性が正常なＮＯｘセンサの正常出力を推定する。低下推定部は、正常推定部が推定する正常出力よりも応答性の低い低下出力を推定する。
【００１３】
実出力取得部はＮＯｘセンサの実出力を取得する。診断部は、正常出力と低下推定部が推定する低下出力と実出力取得部が取得する実出力とに基づいて、ＮＯｘセンサの応答性を診断する。
【００１４】
この構成によれば、上流側のＮＯｘ量から還元触媒で浄化されるＮＯｘの浄化量を除いたＮＯｘ量に基づいて、応答性の正常なＮＯｘセンサの正常出力と、正常出力よりも応答性の低い低下出力とを推定する。
【００１５】
このように、還元触媒によるＮＯｘの浄化量を考慮することにより、ＮＯｘの浄化量を考慮しない場合に比べ、正常出力と低下出力とを高精度に推定できる。これにより、正常出力と低下出力とＮＯｘセンサの実出力とに基づいて、ＮＯｘセンサの応答性を適切に診断できる。
【００１６】
尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図２】エンジン回転数と、ＮＯｘ浄化量を考慮しないＳＣＲ触媒の下流側のＮＯｘ濃度との関係を示すタイムチャート。
【図３】エンジン回転数と、ＮＯｘ浄化量を考慮したＳＣＲ触媒の下流側のＮＯｘ濃度との関係を示すタイムチャート。
【図４】低下出力と正常出力との偏差の積算、実出力と正常出力との偏差の積算を示すタイムチャート。
【図５】ＮＯｘセンサ診断処理を示すフローチャート。
【図６】アンモニア吸着量と触媒温度と浄化率との関係を示す特性図。
【図７】ＮＯｘセンサ診断処理を示すデータフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明が適用された実施形態を図に基づいて説明する。
［１．構成］
図１に示す本実施形態の排気浄化システム１０は、例えば、多気筒のディーゼルエンジン２から排出される排気ガスを浄化するシステムである。以下、ディーゼルエンジン２を単にエンジン２とも言う。
【００１９】
排気浄化システム１０は、スロットル弁１２、ＥＧＲ弁１６、ＳＣＲ触媒２０、尿素水噴射弁３０、排気温センサ３２、２個のＮＯｘセンサ３４、３６、ＥＣＵ４０等から構成されている。エンジン２には、図示しないコモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁４から噴射される。
【００２０】
図示しないターボチャージャのコンプレッサは排気通路１１０に設置されたターボチャージャのタービン１４により図示しないシャフトを介して回転駆動される。そして、ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気通路１００の吸気は、図示しないインタークーラを通り、スロットル弁１２で流量を調整され、エンジン２の各気筒に吸入される。
【００２１】
スロットル弁１２は、低負荷領域ではＥＧＲガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷領域では吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。エンジン２に吸入される吸気量は、図示しない吸気量センサで検出される。
【００２２】
ＥＧＲ弁１６は、エンジン２の吸気通路１００と排気通路１１０とを接続するＥＧＲ通路１２０に設置され、排気側から吸気側に環流させるＥＧＲ量を制御する。
排気通路１１０には、ＳＣＲ触媒２０、尿素水噴射弁３０、排気温センサ３２、２個のＮＯｘセンサ３４、３６が設置されている。
【００２３】
ＳＣＲ触媒２０は、尿素水噴射弁３０から噴射された尿素水を吸着する。ＳＣＲ触媒２０が吸着した尿素水は、排気温度が所定温度以上になると加水分解されることによりアンモニアと二酸化炭素とに分解する。そして加水分解により発生したアンモニアが、ＳＣＲ触媒２０において還元剤として作用し、ＮＯｘを還元して浄化する。
【００２４】
尿素水噴射弁３０は、ＳＣＲ触媒２０の上流側に設置されている。尿素水噴射弁３０は、ＥＣＵ４０により開閉を制御される電磁弁であり、開弁することにより図示しないタンク内の尿素水を噴射する。２個のＮＯｘセンサ３４、３６は、それぞれＳＣＲ触媒２０の上流側、下流側に設置されており、ＳＣＲ触媒２０の上流側、下流側のそれぞれのＮＯｘ濃度を検出する。
【００２５】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリとを備えるマイクロコンピュータを搭載している。尚、ＥＣＵ４０を構成するマイクロコンピュータの数は一つでも複数でもよい。
【００２６】
ＥＣＵ４０の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。このプログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。
【００２７】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現される機能の構成として、温度取得部４２と、還元剤推定部４４と、上流取得部４６と、ＮＯｘ量推定部４８と、正常推定部５０と、低下推定部５２と、実出力取得部５４と、積算部５６と、診断部５８と、を備えている。
【００２８】
ＥＣＵ４０を構成するこれらの要素を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いてもよい。温度取得部４２と、還元剤推定部４４と、上流取得部４６と、ＮＯｘ量推定部４８と、正常推定部５０と、低下推定部５２と、実出力取得部５４と、積算部５６と、診断部５８と、がそれぞれ実行する機能についは後述する。
【００２９】
ＥＣＵ４０は、排気温センサ３２、ＮＯｘセンサ３４、３６、図示しない吸気温センサ、吸気量センサ、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の各種センサの出力信号からエンジン運転状態と排気浄化状態とを取得する。そして、ＥＣＵ４０は、取得したエンジン運転状態と排気浄化状態とに基づき、燃料噴射弁４とＥＧＲ弁１６と尿素水噴射弁３０等のアクチュエータの作動を制御する。
【００３０】
（ＮＯｘセンサ３６の応答性）
次に、ＮＯｘセンサ３６の応答性について説明する。一定速度で車両が走行しエンジン負荷が変化しない定常状態において、エンジン２から排出されるＮＯｘ量は一定であり、ＳＣＲ触媒２０で還元して浄化されるＮＯｘ量も一定である。したがって、ＳＣＲ触媒２０の下流側に設置されたＮＯｘセンサ３６が検出するＮＯｘ濃度も一定である。
【００３１】
図２において、符号２００で示す二点鎖線は、エンジン２で発生したＮＯｘがエンジン２からＳＣＲ触媒２０を通りＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３６にまで到達する遅れ時間を考慮しない場合にＮＯｘセンサ３６が検出するＮＯｘ濃度である。
【００３２】
次に、アクセルペダルがオフされ過渡状態として減速運転状態になると、図２に示すように、ＥＣＵ４０は燃料噴射弁４からの燃料噴射をカットする。燃料カットにより燃料噴射弁４からの噴射量が０になると、エンジン２の気筒内で燃焼が生じない。その結果、符号２００が示すように、ＮＯｘセンサ３６が検出するＮＯｘ濃度は０になる。
【００３３】
燃料カットからアイドル運転に移行すると、燃料噴射弁４から燃料が噴射され気筒内で燃焼するので、エンジン２からＮＯｘが排出される。ＳＣＲ触媒２０で浄化されるＮＯｘ量を考慮しないと、符号２００が示すように、ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度は上昇し、一定値になる。
【００３４】
しかし、ＳＣＲ触媒２０には、尿素水が分解して生成されたアンモニアが吸着しているので、燃料カットからアイドル運転に移行してエンジン２から排出されるＮＯｘは、ＳＣＲ触媒２０で還元される。
【００３５】
したがって、ＮＯｘセンサ３６が検出するＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度の実出力２１０は、燃料カット前に一定値であったＮＯｘ濃度から０に収束する。実出力２１０は、エンジン２で発生したＮＯｘがＮＯｘセンサ３６に到達する遅れ時間も反映している。
【００３６】
エンジン２から排出される排気ガスがＮＯｘセンサ３６に到達するまでには配管長等により時間遅れがある。したがって、実出力２１０が示すように、ＮＯｘセンサ３６が設置されているＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度は気筒内のＮＯｘ濃度の変化から遅れて変化する。
【００３７】
この遅れ時間は、排気ガスの流速によって変化する。そして、排気ガスの流速は、エンジン回転数、燃料噴射量、吸気量等をパラメータとしたエンジン運転状態によって変化する。したがって、気筒内のＮＯｘ濃度に対してＮＯｘセンサ３６が設置されている位置のＮＯｘ濃度が遅れて変化する遅れ時間を、エンジン運転状態に基づいて算出し、推定できる。
【００３８】
ここで、ＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘ浄化量を考慮しないと、応答性が正常なＮＯｘセンサ３６の正常出力２１２と、応答性が正常なＮＯｘセンサ３６よりも応答性が低いＮＯｘセンサ３６の低下出力２１４とは、図２に示すように変化すると推定される。
【００３９】
図２に示す正常出力２１２と低下出力２１４とには、エンジン２で発生したＮＯｘがＮＯｘセンサ３６に到達する遅れ時間が考慮されている。ただし、正常出力２１２と低下出力２１４とには、符号２００と同じようにＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘ浄化量が考慮されていないので、正常出力２１２と低下出力２１４とは符号２００が示す値に収束する。
【００４０】
図２において、実出力２１０と正常出力２１２と低下出力２１４との応答性を比較すると、実出力２１０の応答性は正常出力２１２よりも早くなっている。これは、ＮＯｘセンサ３６が検出する実出力２１０はＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘ浄化量が反映されたＮＯｘ濃度を示しているのに対し、正常出力２１２と低下出力２１４とには、ＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘ浄化量が考慮されていないためである。
【００４１】
したがって、ＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘ浄化量を考慮せずに推定された正常出力２１２と低下出力２１４との推定値と、実出力２１０とを比較してＮＯｘセンサ３６の応答性を診断すると、誤診断する可能性がある。
【００４２】
図２に対し図３では、ＳＣＲ触媒２０で還元して浄化されるＮＯｘの浄化量を考慮している。
ＳＣＲ触媒２０で還元されて浄化されるＮＯｘ浄化量を補正値として、図２の符号２００と同じ図３の符号２００が示すＮＯｘ濃度を補正すると、燃料カット後のＮＯｘ濃度は０になる。
【００４３】
尚、本実施形態では、ＮＯｘ浄化量の補正値は、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態への移行を開始し、燃料噴射弁４からの燃料噴射量の時間変化量が所定値を超えてＮＯｘセンサ３６の診断処理が開始されると設定される。したがって、図３において、燃料カットが開始される前の定常状態の補正値は設定されておらず初期値の０である。
【００４４】
同様に、ＮＯｘ浄化量を補正値として、図２の正常出力２１２と低下出力２１４とを補正すると、図３の正常出力２２０と低下出力２２２とになる。図２と図３とにおいて、実出力２１０が示す応答性は同じである。
【００４５】
正常出力２２０は、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量と、ＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘの浄化量と、排気ガスがＳＣＲ触媒２０を通ってＮＯｘセンサ３６が設置されている位置に到達するまでに要する時間と、正常なＮＯｘセンサ３６の応答特性と、をパラメータとして推定される。
【００４６】
尚、本実施形態のように、ＳＣＲ触媒２０の上流側にＮＯｘセンサ３４が設置されている場合には、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサ３４が検出するＮＯｘ濃度から取得できる。
【００４７】
一方、ＳＣＲ触媒２０の上流側にＮＯｘセンサ３４が設置されていない場合には、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量は、エンジン２から排出されるＮＯｘ量に、エンジン２からＳＣＲ触媒２０に排気ガスが到着する遅れ時間を考慮して推定できる。エンジン２から排出されるＮＯｘ量は、吸気量、噴射量、ＥＧＲガス量等に基づいて算出される。
【００４８】
低下出力２２２は、例えば、正常出力２２０を推定するときの前述したパラメータのうち、正常なＮＯｘセンサの応答特性に代えて、応答性が所定値低下しているＮＯｘセンサの応答特性を使用して推定される。例えば、正常出力２２０の応答性の遅れを１とすると、低下出力２２２の応答性の遅れは５倍程度に設定される。
【００４９】
正常出力２２０の応答性の遅れに対して、所定値として５倍程度に設定する低下出力２２２の応答性の遅れは一例である。所定値は、どの程度のＮＯｘセンサ３６の応答性の遅れを診断するかによって適宜設定される。
【００５０】
また、低下出力２２２は、正常出力２２０に対して一次遅れ処理を行って推定してもよい。
このように、ＳＣＲ触媒２０で還元されるＮＯｘの浄化量と、応答性の遅れとを考慮して正常出力２２０と低下出力２２２とを推定した結果、図３においては、低下出力２２２の応答性に対し、実出力２１０の応答性が低下している。この場合、ＮＯｘセンサ３６の応答性は低下出力２２２の応答性よりも低下していると適切に診断できる。
【００５１】
次に、実出力の応答性の低下程度の診断をさらに詳細に説明する。
図４では、エンジン運転状態が、定常状態から燃料カットによる過渡状態に移行し、正常出力３００と低下出力３０２と実出力３０４とのすべてが収束するまでの間、低下出力３０２と正常出力３００との偏差の積算値Ｓ１と、実出力３０４と正常出力３００との偏差の積算値Ｓ２とをそれぞれ算出している。
【００５２】
そして、Ｓ２／Ｓ１の値に基づいて、実出力３０４の応答性の低下程度を診断する。実出力３０４と正常出力３００との偏差に代えて、実出力３０４と低下出力３０２との偏差の積算値をＳ２として算出してもよい。
【００５３】
ＮＯｘセンサ３６の応答性が正常であり、実出力３０４が正常出力３００に一致する場合は、Ｓ２＝０であるから、Ｓ２／Ｓ１＝０になる。実出力３０４が低下出力３０２と等しい場合には、Ｓ２／Ｓ１＝１になる。したがって、Ｓ２／Ｓ１に基づいて、ＮＯｘセンサ３６の低下程度を診断できる。
【００５４】
［２．処理］
次に、ＥＣＵ４０が実行するＮＯｘセンサ診断処理を図５に基づいて説明する。図５において、「Ｓ」はステップを表している。図５のフローチャートは常時実行される。
【００５５】
図５のＳ４００において温度取得部４２は、ＳＣＲ触媒２０の触媒温度を取得する。温度取得部４２は、ＳＣＲ触媒２０の上流側に設置されている排気温センサ３２が検出する排気温度を触媒温度として取得する。
【００５６】
Ｓ４０２において還元剤推定部４４は、例えば、エンジン運転状態が定常状態において、尿素水噴射弁３０がＳＣＲ触媒２０の上流側に噴射する尿素水の噴射量と、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量と、ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３６が検出するＮＯｘ濃度とに基づいて、ＳＣＲ触媒２０に吸着されているアンモニア量を推定する。
【００５７】
具体的には、還元剤推定部４４は、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量と、ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３６が検出するＮＯｘ量とから、ＳＣＲ触媒２０で還元されたＮＯｘ量を算出し、還元されたＮＯｘ量から消費されたアンモニア量を算出する。そして、還元剤推定部４４は、尿素水噴射弁３０が噴射する尿素水の噴射量と消費されたアンモニア量とから、ＳＣＲ触媒２０が吸着しているアンモニア量を推定する。
【００５８】
エンジン運転状態の定常状態においては、ＮＯｘセンサ３６の応答性の遅れは検出するＮＯｘ濃度に影響を与えないので、ＮＯｘセンサ３６の出力からＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ量を取得できる。
【００５９】
また、本実施形態のようにＳＣＲ触媒２０の上流側にＮＯｘセンサ３４が設置されている場合には、還元剤推定部４４は、ＮＯｘセンサ３４の出力からＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量を取得できる。
【００６０】
Ｓ４００およびＳ４０２の処理は、Ｓ４０４の判定がＹｅｓになり、燃料噴射弁４からの燃料噴射量の時間変化量の絶対値が所定値よりも大きくなり、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態への移行を開始するまで実行される。エンジン運転状態の過渡状態は、減速状態と加速状態との両方を表している。
【００６１】
Ｓ４０４の判定がＹｅｓになり、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態に移行すると、ＮＯｘセンサ３６の診断が開始される。Ｓ４０６において上流取得部４６は、ＮＯｘセンサ３４の出力からＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量を取得する。
【００６２】
Ｓ４０８においてＮＯｘ量推定部４８は、温度取得部４２が排気温センサ３２から取得する触媒温度と、還元剤推定部４４が推定するアンモニア吸着量とに基づいて、ＳＣＲ触媒２０においてＮＯｘが還元されて浄化される浄化量を推定する。
【００６３】
浄化量は、例えば、次のようにして推定する。まず、触媒温度とアンモニア吸着量とＮＯｘの浄化率との関係を示す図６の浄化率マップから、触媒温度とアンモニア吸着量とをパラメータとして浄化率を取得する。図６に示すように、浄化率、つまりＮＯｘ浄化量は、触媒温度が高いほど、ＳＣＲ触媒２０におけるアンモニア吸着量が多いほど多くなる。
【００６４】
次に、図７に示すように、浄化率マップから取得する浄化率を上流側のＮＯｘ量に乗算してＮＯｘの浄化量を推定する。浄化率マップから取得する浄化率は、Ｓ４０６〜Ｓ４２６で構成される１回のループ処理の間にＮＯｘが浄化される割合を示している。したがって、Ｓ４０８で推定されるＮＯｘ浄化量は、１回のループ処理の間にＮＯｘが浄化される量を表している。
【００６５】
尚、アンモニア吸着量は、Ｓ４０２で取得した診断開始時のアンモニア吸着量と、診断中に尿素水噴射弁３０から噴射される噴射量と、前回のループ処理で推定されたＮＯｘ浄化量から算出されるアンモニア消費量とから、還元剤推定部４４が推定する。
【００６６】
Ｓ４１０においてＮＯｘ量推定部４８は、図７に示すように、Ｓ４０６で取得したＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量からＳ４０８で推定した浄化量を減算し、ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ量を推定する。このＮＯｘ量は、排気ガスがＳＣＲ触媒２０を通過する遅れ時間を考慮していない値である。
【００６７】
Ｓ４１２において正常推定部５０は、図７に示すように、Ｓ４１０でＮＯｘ量推定部４８が推定したＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ量に対して、排気ガスがＳＣＲ触媒２０を通過する遅れ時間を考慮して正常出力を推定する。
【００６８】
Ｓ４１４において低下推定部５２は、低下出力の応答性を、前述したように、Ｓ４１２で推定された正常出力の遅れを１とすると、定数倍、例えば５倍程度の遅れに設定するか、あるいは正常出力に対して一次遅れ処理を行って設定し、図７に示すように低下出力を推定する。
【００６９】
Ｓ４１６において実出力取得部５４は、ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度を示す実出力をＮＯｘセンサ３６から取得する。
Ｓ４１８において積算部５６は、Ｓ４１４で推定した低下出力とＳ４１２で推定した正常出力との偏差ｔＳ１、ならびにＳ４１６で取得した実出力とＳ４１２で推定した正常出力との偏差ｔＳ２を算出する。Ｓ４２０において積算部５６は、Ｓ４１８において算出した偏差ｔＳ１、ｔＳ２を偏差の積算値Ｓ１、Ｓ２に加算する。
【００７０】
Ｓ４２２において診断部５８は、Ｓ４０４の判定がＹｅｓになってエンジン運転状態が定常状態から過渡状態に移行し、Ｓ１とＳ２とを算出してＮＯｘセンサ３６に対する応答性の診断を開始してからの経過時間が所定の限度時間未満であるか否かを判定する。
【００７１】
Ｓ４２２の判定がＮｏになり、ＮＯｘセンサ３６の診断を開始してからの経過時間が限度時間以上になるのは、経過時間が限度時間以上になる前にＳ４２６の判定がＹｅｓにならず、正常出力と低下出力と実出力との少なくともいずれかが収束しないときである。
【００７２】
この場合、診断部５８は、限度時間未満で正常出力と低下出力と実出力との少なくともいずれかが収束しない異常が発生している可能性があると判断する。異常の原因としては、燃料噴射弁４、ＥＧＲ弁１６、吸気量センサ、ＮＯｘセンサ３４、３６等の異常が考えられる。
【００７３】
また、異常が発生していなくても、正常出力と低下出力と実出力とにノイズが生じた状態で限度時間以上、積算値Ｓ１と積算値Ｓ２とを算出すると、診断部５８は、積算値Ｓ１と積算値Ｓ２とに誤差が生じやすいと判断する。
【００７４】
限度時間は、経過時間が限度時間以上になると、正常出力と低下出力と実出力とに含まれるノイズのために、Ｓ４２０で算出される積算値に基づいてＮＯｘセンサ３６の応答性を正常に診断できないとして予め設定された時間である。
【００７５】
Ｓ４２２の判定がＮｏであり、正常出力と低下出力と実出力とのすべてが収束する前に経過時間が限度時間以上になると、診断部５８は、ＮＯｘセンサ３６の応答性の低下程度を適切に診断することはできず、誤診断する可能性があると判断する。そこで、Ｓ４２４において診断部５８は、ＮＯｘセンサ３６の診断を停止して本ルーチンを終了する。これにより、ＮＯｘセンサ３６の応答性の低下程度を誤診断することを抑制できる。
【００７６】
Ｓ４２２の判定がＹｅｓであり、診断を開始してからの経過時間が限度時間未満の場合、Ｓ４２６において診断部５８は、正常出力と低下出力と実出力とがすべて一定値に収束したか否かを判定する。
【００７７】
Ｓ４２６の判定がＮｏであり、正常出力と低下出力と実出力とのうち少なくとも一つの出力が収束していない場合、処理はＳ４０６に移行する。
Ｓ４２６の判定がＹｅｓであり、診断を開始してからの経過時間が限度時間以上になる前に正常出力と低下出力と実出力とがすべて一定値に収束すると、Ｓ４２８において診断部５８は、Ｓ２／Ｓ１が所定値よりも大きいか否かを判定する。所定値は例えば１に設定されている。Ｓ４２８の判定がＹｅｓであり、Ｓ２／Ｓ１が所定値よりも大きい場合、Ｓ４３０において診断部５８は、ＮＯｘセンサ３６の応答性が低下していると判定する。
【００７８】
この場合、ＮＯｘセンサ３６が検出するＮＯｘ濃度に基づいて、適切なエンジン制御ができないので、Ｓ４３２においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３６の応答性の低下に対して適切な処理を実行する。
【００７９】
例えば、ＥＣＵ４０は、ドライバにＮＯｘセンサ３６の応答性が低下していることを、音声とディスプレイと警告灯との少なくともいずれかで報知する。また、これまでのエンジン運転状態とＮＯｘセンサ３６の出力との対応関係と診断したＮＯｘセンサ３６の応答性の遅れとに基づいて、ＮＯｘセンサ３６の出力に関わらず、現在のエンジン運転状態からＮＯｘ濃度を推定してもよい。
【００８０】
上記実施形態において、エンジン２が内燃機関に対応し、ＳＣＲ触媒２０が還元触媒に対応し、アンモニアが還元剤に対応し、ＥＣＵ４０がＮＯｘセンサ診断装置に対応する。
また、上記実施形態において、Ｓ４００、Ｓ４０８が温度取得部４２としての処理に対応し、Ｓ４０２、Ｓ４０８が還元剤推定部４４としての処理に対応し、Ｓ４０２、Ｓ４０６が上流取得部４６としての処理に対応し、Ｓ４０８、Ｓ４１０がＮＯｘ量推定部４８としての処理に対応し、Ｓ４１２が正常推定部５０としての処理に対応し、Ｓ４１４が低下推定部５２としての処理に対応し、Ｓ４０２、Ｓ４１６が実出力取得部５４としての処理に対応し、Ｓ４１８、Ｓ４２０が積算部５６としての処理に対応し、Ｓ４２２〜Ｓ４３０が診断部５８としての処理に対応する。
【００８１】
［３．効果］
以上説明した上記実施形態では、以下の（１）〜（７）の効果を得ることができる。
（１）上流側のＮＯｘ量からＳＣＲ触媒２０で浄化されるＮＯｘの浄化量の推定値を除いて、応答性の正常なＮＯｘセンサの正常出力と、この正常出力に対して応答性が所定値低下しているＮＯｘセンサの低下出力とを推定する。
【００８２】
このように、ＳＣＲ触媒２０におけるＮＯｘの浄化量を考慮するので、ＳＣＲ触媒２０の下流側に設置されたＮＯｘセンサの正常出力と低下出力とを高精度に推定できる。したがって、正常出力と低下出力とＮＯｘセンサの実出力とに基づいて、ＮＯｘセンサの応答性を適切に診断できる。
【００８３】
（２）実出力と正常出力との偏差の積算値と、低下出力と正常出力との偏差の積算値との比に基づいてＮＯｘセンサの応答性を診断するので、正常出力または低下出力の一方と実出力との単なる大小関係ではなく、ＮＯｘセンサの応答性の低下程度を診断できる。
【００８４】
（３）ＮＯｘセンサの正常出力と低下出力と実出力とのいずれかにノイズ等による出力ばらつきが生じても、偏差を積算することにより、診断開始からの経過時間が限度時間未満であれば、積算値に対する出力ばらつきの影響を低減できる。
【００８５】
（４）エンジン２の運転状態が定常状態から過渡状態に移行するときにＳ１およびＳ２の算出を開始するので、エンジン２の運転状態が過渡状態に移行する前の正常出力と低下出力と実出力とが変化しない定常状態で積算を実行する時間を極力短縮できる。
【００８６】
（５）ＳＣＲ触媒２０の上流側にＮＯｘセンサ３４が設置されていない構成においては、エンジン２の運転状態から推定される気筒内のガス状態と、排気ガスがエンジン２からＳＣＲ触媒２０に到達するまでに要する時間とに基づいて、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量を算出して取得する。これにより、ＳＣＲ触媒２０の上流側にＮＯｘセンサ３４が設置されていない構成においても、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量を取得できる。
【００８７】
（６）正常なＮＯｘセンサの応答特性を少なくとも含むパラメータに基づいて正常出力を推定し、正常なＮＯｘセンサの応答特性に代えて、正常なＮＯｘセンサの応答特性に対して応答性が所定値低下しているＮＯｘセンサの応答特性を少なくとも含む正常出力の推定時と同じパラメータに基づいて低下出力を推定する。応答特性以外は正常出力の推定時と同じパラメータを使用して低下出力を推定するので、低下出力を容易に推定できる。
【００８８】
（７）エンジン運転状態が定常状態から過渡状態に移行し、Ｓ１とＳ２とを算出する診断処理を開始してからの経過時間が、正常出力と低下出力と実出力とのすべてが収束する前に限度時間以上になると、診断を停止する。これにより、ＮＯｘセンサ３６の応答性を誤診断することを避けることができる。
【００８９】
［４．他の実施形態］
（１）上記実施形態では、ＳＣＲ触媒２０におけるアンモニア吸着量とＳＣＲ触媒２０の触媒温度とからＮＯｘの浄化率を取得した。これに対し、エンジン２が始動して触媒温度が所定温度に達すると、触媒温度が変化しても浄化量は一定として、ＳＣＲ触媒２０におけるアンモニア吸着量から浄化率を取得してもよい。
【００９０】
（２）上記実施形態では、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量からＳＣＲ触媒２０で浄化されるＮＯｘの浄化量を除くために、上流側のＮＯｘ量に浄化率を乗算してＮＯｘの浄化量を推定し、ＳＣＲ触媒２０の上流側のＮＯｘ量から浄化量を減算した。これに対し、浄化率に代えて非浄化率を上流側のＮＯｘ量に乗算して、上流側のＮＯｘ量からＳＣＲ触媒２０で浄化されるＮＯｘの浄化量を除いてもよい。
【００９１】
（３）上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素が有する一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００９２】
（４）上述したＮＯｘセンサ診断装置の他、当該ＮＯｘセンサ診断装置を構成要素とする排気浄化システム、当該ＮＯｘセンサ診断装置としてコンピュータを機能させるためのＮＯｘセンサ診断プログラム、このＮＯｘセンサ診断プログラムを記録した記録媒体、ＮＯｘセンサ診断方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【００９３】
２：エンジン（内燃機関）、１０：排気浄化システム、４０：ＥＣＵ（ＮＯｘセンサ診断装置）、４２：温度取得部、４４：還元剤推定部、４６：上流取得部、４８：ＮＯｘ量推定部、５０：正常推定部、５２：低下推定部、５４：実出力取得部、５６：積算部、５８：診断部
【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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