(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの異常を好適に検出する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１５に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒３４と、その下流のＮＯｘ濃度Ｃｒを検出する触媒後ＮＯｘセンサ５０と、ＮＯｘ触媒に還元剤を選択的に添加する手段４０，４２と、ＮＯｘ触媒上流のＮＯｘ濃度Ｃｅを検出又は推定する手段と、還元剤の添加停止中に検出又は推定されたＮＯｘ触媒前後のＮＯｘ濃度Ｃｒ，Ｃｅ同士を比較して触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常を判定する手段とを備える。還元剤の添加を停止し、ＮＯｘ触媒の影響を取り除いた状態で異常診断を実行する。【選択図】図１
2008133780.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た選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する触媒後ＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ触媒に還元剤を選択的に添加するための還元剤添加手段と、
前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出又は推定する触媒前ＮＯｘ濃度取得手段と、
前記還元剤添加手段による還元剤の添加停止中に前記触媒後ＮＯｘセンサ及び前記触媒前ＮＯｘ濃度取得手段によってそれぞれ検出又は推定されたＮＯｘ濃度同士を比較して前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とするＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項２】
前記内燃機関のアイドル運転時に、前記還元剤添加手段が還元剤の添加を停止し、且つ、前記異常判定手段が前記触媒後ＮＯｘセンサの異常判定を行う
ことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項３】
前記内燃機関を停止させるための停止要求信号を発生する停止要求信号発生手段と、
前記停止要求信号発生手段により停止要求信号が発生されたときに前記内燃機関を所定の遅延時間だけ遅らせて停止させるための停止遅延手段とを備え、
前記遅延時間中に、前記還元剤添加手段が還元剤の添加を停止し、且つ、前記異常判定手段が前記触媒後ＮＯｘセンサの異常判定を行う
ことを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項４】
前記遅延時間中に前記内燃機関を強制的にアイドル運転させるための強制アイドル制御を実行する強制アイドル制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項３記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項５】
前記還元剤添加手段が、前記ＮＯｘ触媒が所定の温度域にないときに還元剤の添加を停止する
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項６】
前記触媒前ＮＯｘ濃度取得手段が、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を推定する推定手段、及び前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する触媒前ＮＯｘセンサの少なくとも一方からなる
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項７】
前記触媒前ＮＯｘ濃度取得手段が前記推定手段及び前記触媒前ＮＯｘセンサの両方からなり、
前記異常判定手段が、前記触媒後ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値、前記触媒前ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値及び前記推定手段によるＮＯｘ濃度の推定値を比較して前記触媒後ＮＯｘセンサ、前記触媒前ＮＯｘセンサ及び前記内燃機関の異常を区別して判定する
ことを特徴とする請求項６記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項８】
前記推定手段によるＮＯｘ濃度の推定値が所定のマップから算出され、前記異常判定手段により前記内燃機関の異常が判定されたとき、前記マップのデータが、前記触媒後ＮＯｘセンサの検出値及び前記触媒前ＮＯｘセンサの検出値の少なくとも一方に基づいて修正される
ことを特徴とする請求項７記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項９】
前記触媒後ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出が、前記還元剤添加手段による還元剤の添加停止時から所定時間経過した後に実行される
ことを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項１０】
前記還元剤が尿素であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断装置。
【請求項１１】
排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられると共にその下流側に触媒後ＮＯｘセンサが設けられ、前記ＮＯｘ触媒に還元剤が選択的に添加される内燃機関において、前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を診断する方法であって、
前記還元剤の添加を停止するステップと、
前記還元剤の添加停止中に、前記触媒後ＮＯｘセンサにより触媒後ＮＯｘ濃度を検出し、且つ、前記ＮＯｘ触媒の上流側の触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定するステップと、
これら触媒後ＮＯｘ濃度と触媒前ＮＯｘ濃度とを比較して前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を判定するステップと
を備えたことを特徴とするＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１２】
前記還元剤の添加を停止するステップが、前記内燃機関のアイドル運転時に前記還元剤の添加を停止することを含む
ことを特徴とする請求項１１記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１３】
前記還元剤の添加を停止するステップが、前記内燃機関を停止させるための停止要求信号の発生時から前記内燃機関が停止されるまでの間の所定の遅延時間中に前記還元剤の添加を停止することを含む
ことを特徴とする請求項１１又は１２記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１４】
前記遅延時間中に前記内燃機関を強制的にアイドル運転させるステップを備える
ことを特徴とする請求項１３記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１５】
前記還元剤の添加を停止するステップが、前記ＮＯｘ触媒が所定の温度域にないときに前記還元剤の添加を停止することを含む
ことを特徴とする請求項１１乃至１４いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１６】
前記触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定することが、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を推定すること、及び前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を触媒前ＮＯｘセンサにより検出することとの少なくとも一方からなる
ことを特徴とする請求項１１乃至１５いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１７】
前記触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定することが、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を推定すること、及び前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を触媒前ＮＯｘセンサにより検出することの両方からなり、
前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を判定するステップが、前記触媒後ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値、前記触媒前ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値及び前記ＮＯｘ濃度の推定値を比較して前記触媒後ＮＯｘセンサ、前記触媒前ＮＯｘセンサ及び前記内燃機関の異常を区別して判定することを含む
ことを特徴とする請求項１６記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１８】
前記ＮＯｘ濃度の推定値が、前記内燃機関の運転状態に基づき所定のマップから算出される値であり、
前記内燃機関の異常が判定されたとき、前記触媒後ＮＯｘセンサの検出値及び前記触媒前ＮＯｘセンサの検出値の少なくとも一方に基づき、前記マップのデータを修正するステップを備える
ことを特徴とする請求項１７記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項１９】
前記触媒後ＮＯｘセンサによる触媒後ＮＯｘ濃度の検出が、前記還元剤の添加停止時から所定時間経過した後に実行される
ことを特徴とする請求項１１乃至１８いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【請求項２０】
前記還元剤が尿素であることを特徴とする請求項１１乃至１９いずれかに記載のＮＯｘセンサの異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＯｘセンサの異常診断のための装置及び方法に係り、特に、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの異常診断のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためのＮＯｘ触媒が知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを連続的に還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒が公知である。還元剤としては尿素が知られており、通常は尿素水溶液が触媒上流側の排気ガス中に噴射供給され、排気や触媒からの受熱によりアンモニアが発生され、ＮＯｘ触媒上でアンモニアによりＮＯｘが還元される。
【０００３】
この選択還元型ＮＯｘ触媒の使用に当たっては、触媒に添加する還元剤の量を適切な量に制御する必要がある。このため、触媒の下流側にＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサにより検出された排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて還元剤の量を制御する手法が採用される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０３９９号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０４６８号公報
【特許文献３】特開２００４−２１１６３１号公報
【特許文献４】特開２００６−１１８５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば自動車に搭載されたエンジンの場合、排ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態（オンボード）で触媒やセンサの異常を検出することが各国法規等からも要請されている。触媒の異常検出については比較的多くの技術が既に存在する。しかしながら、前述の如き、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの異常検出に関しては効果的な技術が見当たらないのが現状である。特に排ガス規制が厳しくなりつつある現在、単に断線等の故障に止まらず、劣化等に関するセンサ出力の正確性（rationality）についても正しく検出することが求められてきており、これに対応できる抜本的な対策が必要である。
【０００６】
このＮＯｘセンサの異常診断方法として、例えば、同じ位置に複数のＮＯｘセンサを設けてこれらの検出値を相対的に比較したり、ＮＯｘセンサを取り外して固定式分析計でチェックしたりする方法が考えられる。しかし、前者の場合はコスト高となり、後者の場合はオンボードでの診断が不可能である。
【０００７】
特許文献１には、ＮＯｘ吸収剤の下流側に設けられたＮＯｘセンサの異常検出装置が開示されている。ＮＯｘセンサに到達する排気ガスのＮＯｘ濃度が強制的に変動させられ、ＮＯｘセンサ出力値の変動がセンサ正常時の変動からずれている場合にＮＯｘセンサが異常と判定される。
【０００８】
しかし、ＮＯｘセンサに到達する排気ガスがＮＯｘ吸収剤を通過した後の排気ガスであることから、その排気ガスのＮＯｘ濃度はＮＯｘ吸収剤によりＮＯｘが吸収された後の濃度となる。つまり、ＮＯｘセンサの出力値にはセンサ手前のＮＯｘ吸収剤の影響が反映されてしまい、これがＮＯｘセンサの異常診断の精度を低下させる原因となる。
【０００９】
なお、他の従来技術として、例えば、特許文献２には、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを強制的に放出させ、この状態にてＮＯｘ吸蔵触媒の実際のＮＯｘ低減率を演算し、この実際のＮＯｘ低減率を、エンジン運転状態に基づき予め設定された基準のＮＯｘ低減率と比較し、ＮＯｘセンサの異常を判定する装置が開示されている。特許文献３には、排気浄化装置の下流側に配置された排気センサの劣化を検出する時、排気浄化装置をバイパスさせて排気ガスを排気センサへ導くことが開示されている。これだと排気浄化装置をバイパスするバイパス通路を別途設ける必要がある。特許文献４には、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側にＮＯｘセンサが配置されている内燃機関において、ＮＯｘ吸蔵触媒がＮＯｘ吸蔵能力を発揮しない状態において、ＮＯｘセンサの信号を、ＮＯｘ吸蔵触媒上流側のＮＯｘ濃度に対する尺度と比較し、ＮＯｘセンサ信号の補正を行うことが開示されている。これは吸蔵型ＮＯｘ触媒に関する技術であり、選択還元型ＮＯｘ触媒に直ちに適用することはできない。
【００１０】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの異常を好適に検出することができるＮＯｘセンサの異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する触媒後ＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ触媒に還元剤を選択的に添加するための還元剤添加手段と、
前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出又は推定する触媒前ＮＯｘ濃度取得手段と、
前記還元剤添加手段による還元剤の添加停止中に前記触媒後ＮＯｘセンサ及び前記触媒前ＮＯｘ濃度取得手段によってそれぞれ検出又は推定されたＮＯｘ濃度同士を比較して前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とするＮＯｘセンサの異常診断装置が提供される。
【００１２】
還元剤の添加を停止すると、ＮＯｘ触媒がＮＯｘの還元が行えなくなり、ＮＯｘ触媒上流のＮＯｘはＮＯｘ触媒を素通りしてＮＯｘ触媒下流に至る。よって、ＮＯｘ触媒上流のＮＯｘ濃度と、ＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ濃度とが概ね等しくなる。それ故、触媒後ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ触媒上流側のＮＯｘ濃度に対してずれていた場合に、触媒後ＮＯｘセンサを異常と判定することができる。ＮＯｘ触媒があたかも無いような状態で異常診断を実行するので、異常診断におけるＮＯｘ触媒の影響を取り除くことができ、触媒後ＮＯｘセンサの異常を好適に検出することができ、高い診断精度を確保することができる。触媒後ＮＯｘセンサが異常な値を検出した場合であっても、ＮＯｘ触媒が異常なのか触媒後ＮＯｘセンサが異常なのかを混同することが無く、確実に触媒後ＮＯｘセンサの異常として検出することができる。
【００１３】
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、
前記内燃機関のアイドル運転時に、前記還元剤添加手段が還元剤の添加を停止し、且つ、前記異常判定手段が前記触媒後ＮＯｘセンサの異常判定を行う
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の形態は、前記第１又は第２の形態において、
前記内燃機関を停止させるための停止要求信号を発生する停止要求信号発生手段と、
前記停止要求信号発生手段により停止要求信号が発生されたときに前記内燃機関を所定の遅延時間だけ遅らせて停止させるための停止遅延手段とを備え、
前記遅延時間中に、前記還元剤添加手段が還元剤の添加を停止し、且つ、前記異常判定手段が前記触媒後ＮＯｘセンサの異常判定を行う
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の形態は、前記第３の形態において、
前記遅延時間中に前記内燃機関を強制的にアイドル運転させるための強制アイドル制御を実行する強制アイドル制御手段を備えた
ことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第５の形態は、前記第１乃至第４いずれかの形態において、
前記還元剤添加手段が、前記ＮＯｘ触媒が所定の温度域にないときに還元剤の添加を停止する
ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第６の形態は、前記第１乃至第５いずれかの形態において、
前記触媒前ＮＯｘ濃度取得手段が、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を推定する推定手段、及び前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する触媒前ＮＯｘセンサの少なくとも一方からなる
ことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第７の形態は、前記第６の形態において、
前記触媒前ＮＯｘ濃度取得手段が前記推定手段及び前記触媒前ＮＯｘセンサの両方からなり、
前記異常判定手段が、前記触媒後ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値、前記触媒前ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値及び前記推定手段によるＮＯｘ濃度の推定値を比較して前記触媒後ＮＯｘセンサ、前記触媒前ＮＯｘセンサ及び前記内燃機関の異常を区別して判定する
ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第８の形態は、前記第７の形態において、
前記推定手段によるＮＯｘ濃度の推定値が所定のマップから算出され、前記異常判定手段により前記内燃機関の異常が判定されたとき、前記マップのデータが、前記触媒後ＮＯｘセンサの検出値及び前記触媒前ＮＯｘセンサの検出値の少なくとも一方に基づいて修正される
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第９の形態は、前記第１乃至第８いずれかの形態において、
前記触媒後ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出が、前記還元剤添加手段による還元剤の添加停止時から所定時間経過した後に実行される
ことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１０の形態は、前記第１乃至第９いずれかの形態において、
前記還元剤が尿素であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１１の形態によれば、
排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられると共にその下流側に触媒後ＮＯｘセンサが設けられ、前記ＮＯｘ触媒に還元剤が選択的に添加される内燃機関において、前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を診断する方法であって、
前記還元剤の添加を停止するステップと、
前記還元剤の添加停止中に、前記触媒後ＮＯｘセンサにより触媒後ＮＯｘ濃度を検出し、且つ、前記ＮＯｘ触媒の上流側の触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定するステップと、
これら触媒後ＮＯｘ濃度と触媒前ＮＯｘ濃度とを比較して前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を判定するステップと
を備えたことを特徴とするＮＯｘセンサの異常診断方法が提供される。
【００２３】
本発明の第１２の形態は、前記第１１の形態において、
前記還元剤の添加を停止するステップが、前記内燃機関のアイドル運転時に前記還元剤の添加を停止することを含む
ことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第１３の形態は、前記第１１又は第１２の形態において、
前記還元剤の添加を停止するステップが、前記内燃機関を停止させるための停止要求信号の発生時から前記内燃機関が停止されるまでの間の所定の遅延時間中に前記還元剤の添加を停止することを含む
ことを特徴とする。
【００２５】
本発明の第１４の形態は、前記第１３の形態において、
前記遅延時間中に前記内燃機関を強制的にアイドル運転させるステップを備える
ことを特徴とする。
【００２６】
本発明の第１５の形態は、前記第１１乃至第１４いずれかの形態において、
前記還元剤の添加を停止するステップが、前記ＮＯｘ触媒が所定の温度域にないときに前記還元剤の添加を停止することを含む
ことを特徴とする。
【００２７】
本発明の第１６の形態は、前記第１１乃至第１５いずれかの形態において、
前記触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定することが、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を推定すること、及び前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を触媒前ＮＯｘセンサにより検出することとの少なくとも一方からなる
ことを特徴とする。
【００２８】
本発明の第１７の形態は、前記第１６の形態において、
前記触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定することが、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を推定すること、及び前記ＮＯｘ触媒の上流側における排気ガスのＮＯｘ濃度を触媒前ＮＯｘセンサにより検出することの両方からなり、
前記触媒後ＮＯｘセンサの異常を判定するステップが、前記触媒後ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値、前記触媒前ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出値及び前記ＮＯｘ濃度の推定値を比較して前記触媒後ＮＯｘセンサ、前記触媒前ＮＯｘセンサ及び前記内燃機関の異常を区別して判定することを含む
ことを特徴とする。
【００２９】
本発明の第１８の形態は、前記第１７の形態において、
前記ＮＯｘ濃度の推定値が、前記内燃機関の運転状態に基づき所定のマップから算出される値であり、
前記内燃機関の異常が判定されたとき、前記触媒後ＮＯｘセンサの検出値及び前記触媒前ＮＯｘセンサの検出値の少なくとも一方に基づき、前記マップのデータを修正するステップを備える
ことを特徴とする。
【００３０】
本発明の第１９の形態は、前記第１１乃至第１８いずれかの形態において、
前記触媒後ＮＯｘセンサによる触媒後ＮＯｘ濃度の検出が、前記還元剤の添加停止時から所定時間経過した後に実行される
ことを特徴とする。
【００３１】
本発明の第２０の形態は、前記第１１乃至第１９いずれかの形態において、
前記還元剤が尿素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの異常を好適に検出することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。図中、１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料がインジェクタ１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。エンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
【００３５】
他方、エアクリーナ２０から吸気通路２１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ２２、ターボチャージャ１９、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４を順に通過して吸気マニフォルド１１に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２４には電子制御式のものが採用されている。
【００３６】
排気通路１５には、上流側から順に、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒３０と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒３２と、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒、特に選択還元型ＮＯｘ触媒３４とが直列に設けられている。
【００３７】
そして、ＮＯｘ触媒３４とＤＰＲ触媒３２との間、即ちＤＰＲ触媒３２の下流側且つＮＯｘ触媒３４の上流側の排気通路１５に、ＮＯｘ触媒３４に還元剤としての尿素を選択的に添加するための添加弁４０が設けられている。尿素は尿素水溶液の形で使用され、添加弁４０から下流側のＮＯｘ触媒３４に向かって排気通路１５内に噴射供給される。添加弁４０には、これに尿素水溶液を供給するための供給装置４２が接続され、供給装置４２には尿素水溶液を貯留するタンク４４が接続される。
【００３８】
また、エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ１４、高圧ポンプ１７、スロットルバルブ２４等を制御する。またＥＣＵ１００は、尿素添加量を制御すべく、添加弁４０及び供給装置４２を制御する。ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ２２の他、ＮＯｘ触媒３４の下流側に設けられたＮＯｘセンサ即ち触媒後ＮＯｘセンサ５０、ＮＯｘ触媒３４の上流側と下流側にそれぞれ設けられた触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４が含まれる。触媒後ＮＯｘセンサ５０は、その設置位置における排気ガスのＮＯｘ濃度即ち触媒後ＮＯｘ濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４は、それら設置位置における排気ガスの温度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。なお触媒前排気温センサ５２はＤＰＲ触媒３２の下流側且つＮＯｘ触媒３４の上流側の排気通路１５に設置される。
【００３９】
また他のセンサ類として、クランク角センサ２６、アクセル開度センサ２７及びエンジンスイッチ２８がＥＣＵ１００に接続されている。クランク角センサ２６はクランク角の回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１０のクランク角を検出すると共に、エンジン１０の回転速度を計算する。アクセル開度センサ２７は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。エンジンスイッチ２８はユーザによってエンジン始動時にオン、エンジン停止時にオフされる。
【００４０】
選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）３４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２）を担持させたもの等が例示できる。選択還元型ＮＯｘ触媒３４は、その触媒温度が活性温度域にあり、且つ、還元剤としての尿素が添加されているときにＮＯｘを還元浄化する。尿素が触媒に添加されると、触媒上でアンモニアが生成され、このアンモニアがＮＯｘと反応してＮＯｘが還元される。
【００４１】
ＮＯｘ触媒３４の温度は、触媒に埋設した温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態ではそれを推定することとしている。具体的には、ＥＣＵ１００が、触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４によりそれぞれ検出された触媒前排気温及び触媒後排気温に基づき、触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。
【００４２】
ＮＯｘ触媒３４に対する尿素添加量は、触媒後ＮＯｘセンサ５０により検出される触媒後ＮＯｘ濃度に基づき制御される。具体的には、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値が常にゼロになるように添加弁４０からの尿素噴射量が制御される。この場合、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値のみに基づいて尿素噴射量を設定してもよく、或いは、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度とアクセル開度）に基づく基本尿素噴射量を、触媒後ＮＯｘセンサ５０の検出値に基づきフィードバック補正してもよい。ＮＯｘ触媒３４が尿素添加時のみＮＯｘを還元可能なので、通常、尿素は常時添加される。また、エンジンから排出されるＮＯｘを還元するのに必要な最小限の量しか尿素が添加されないよう、制御が行われる。過剰に尿素を添加するとアンモニアが触媒下流に排出されてしまい（所謂ＮＨ３スリップ）、異臭等の原因となるからである。
【００４３】
ここで、エンジンから排出されるＮＯｘの全量を還元するのに必要な最小の尿素量をＡ、実際に添加された尿素量をＢとすると、これらの比Ｂ／Ａは当量比と称される。当量比ができるだけ１に近づくように尿素添加制御が実行されてはいるものの、実際にはエンジンの運転状態が時々刻々と変化することから、実際の当量比は必ずしも１とならない。当量比が１より小さい場合、尿素供給量が不足しており、触媒下流側にＮＯｘが排出されるので、これを触媒後ＮＯｘセンサ５０により検知して尿素供給量を増量するようにしている。なお当量比が１より大きいときには尿素供給量が過剰となる。添加された尿素がＮＯｘ触媒３４に付着することもあり、この場合、尿素の添加を停止しても、付着した尿素により暫くの間はＮＯｘを還元できる。
【００４４】
また、ＮＯｘ触媒３４の触媒温度（本実施形態では推定値）に応じて尿素添加の実行・停止が制御される。具体的には、触媒温度が所定の最小活性温度（例えば２００℃）以上のときに尿素添加が実行され、触媒温度がその最小活性温度未満のときには尿素添加が停止される。触媒温度が最小活性温度に達する前は尿素添加を行ってもＮＯｘを効率良く還元できないからである。また、触媒温度が最小活性温度より高い所定の上限温度（例えば６００℃）以上になったときにも尿素添加が停止される。この場合も、尿素添加を行ったとしてもＮＯｘを効率良く還元できないからである。もっとも、一般にディーゼルエンジンの場合にはガソリンエンジンよりも排気温が低く、触媒温度がそのような上限温度に達する頻度は比較的少ない。結局、触媒温度が、最小活性温度以上且つ上限温度未満のときに尿素添加が実行され、この温度域にないとき尿素添加が停止される。
【００４５】
エンジン暖機時、ＮＯｘ触媒３４がエンジンからの排気熱で昇温するのに対し、触媒後ＮＯｘセンサ５０は内蔵ヒータの加熱により比較的早く昇温する。従って、通常は、ＮＯｘ触媒３４よりも早く触媒後ＮＯｘセンサ５０が活性化する。ＥＣＵ１００は、触媒後ＮＯｘセンサ５０のインピーダンスを検知すると共に、このインピーダンスが、触媒後ＮＯｘセンサ５０の活性温度に対応する所定値になるように、ヒータを制御する。
【００４６】
本実施形態では上流側から順に酸化触媒３０、ＤＰＲ触媒３２及びＮＯｘ触媒３４が配列されているが、配列順序はこれに限られない。ＤＰＲ触媒３２はディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；DPF）の一種であり、フィルタ構造であると共に表面に貴金属を有し、フィルタで捕集した粒子状物質を貴金属を利用して連続的に酸化（燃焼）する連続再生式である。ＤＰＦとして、このようなＤＰＲ触媒３２に限らず、あらゆるタイプのＤＰＦが使用可能である。なお、酸化触媒３０及びＤＰＲ触媒３２の少なくとも一方を省略した実施形態も可能である。
【００４７】
次に、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断について説明する。
【００４８】
概して、本実施形態における触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断の特徴は、異常診断時に尿素の添加を停止し（即ち、当量比をゼロとし）、この停止中に、触媒後ＮＯｘセンサ５０により触媒後ＮＯｘ濃度を検出すると共に、ＮＯｘ触媒上流側における触媒前ＮＯｘ濃度を検出又は推定し、これら触媒後ＮＯｘ濃度と触媒前ＮＯｘ濃度とを互いに比較して触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常を判定する点にある。
【００４９】
前述したように、尿素の添加を停止するとＮＯｘ触媒３４が働かなくなり、ＮＯｘの還元が行えなくなる。よってＮＯｘ触媒３４の上流側のＮＯｘはＮＯｘ触媒３４を素通りしてＮＯｘ触媒３４の下流側に至る。ＮＯｘ触媒３４の上流側のＮＯｘ濃度即ち触媒前ＮＯｘ濃度と、ＮＯｘ触媒３４の下流側のＮＯｘ濃度即ち触媒後ＮＯｘ濃度とは概ね等しくなる。よって触媒後ＮＯｘ濃度の検出値が触媒前ＮＯｘ濃度に対して一定値以上ずれていれば触媒後ＮＯｘセンサ５０を異常と判定することができ、逆に、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値が触媒前ＮＯｘ濃度に対して一定値以上ずれていなければ触媒後ＮＯｘセンサ５０を正常と判定することができる。ＮＯｘ触媒が働かない状態、即ちＮＯｘ触媒があたかも無いような状態で異常診断を実行するので、異常診断におけるＮＯｘ触媒の影響を取り除くことができ、高い診断精度を確保することができる。触媒後ＮＯｘセンサが異常な値を検出した場合であっても、ＮＯｘ触媒が異常なのか触媒後ＮＯｘセンサが異常なのかを混同することが無く、確実に触媒後ＮＯｘセンサの異常を検出することが可能である。
【００５０】
触媒前ＮＯｘ濃度は、好ましくは、エンジン１０の燃焼室１３から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度であってエンジン１０の運転状態に基づき推定されるＮＯｘ濃度（以下、触媒前推定ＮＯｘ濃度という）、及び、ＮＯｘ触媒３４の上流側に設けられたＮＯｘセンサ即ち触媒前ＮＯｘセンサ（図６の符号６０参照）により検出されたＮＯｘ濃度（以下、触媒前検出ＮＯｘ濃度という）、の少なくとも一方からなる。
【００５１】
本実施形態では、触媒前ＮＯｘ濃度として前者の触媒前推定ＮＯｘ濃度が用いられる。ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態を表すパラメータ（例えばエンジン回転速度ＮＥ及びアクセル開度ＡＣ）の検出値に基づき、所定のマップに従って、触媒前推定ＮＯｘ濃度を算出する。なお、この触媒前推定ＮＯｘ濃度を通常の尿素添加量制御に用いることもでき、こうするとデータの共用化を図ることができる。他方、触媒前ＮＯｘ濃度として後者の触媒前検出ＮＯｘ濃度を用いた場合には、実際の検出値を用いることになるため、マップデータが経時的に不適切になった場合の推定誤差を排除できる可能性がある。前者と後者の両方を用いれば、２値との比較になるため診断精度を向上できる可能性がある。
【００５２】
触媒後ＮＯｘセンサ５０の正常・異常が触媒前ＮＯｘ濃度を基準として判定されるため、触媒前ＮＯｘ濃度は正確な値である必要がある。エンジン１０の他の部位（インジェクタ等）についてもＥＣＵ１００により異常診断がなされており、他の部位の異常が検出されていなければ、触媒前推定ＮＯｘ濃度は正確な値とみなすことができる。これによって触媒前ＮＯｘ濃度の正確性が保証される。
【００５３】
なお、触媒前検出ＮＯｘ濃度のみを触媒前ＮＯｘ濃度とする場合には、触媒前ＮＯｘセンサが正常でその検出値が正確であることが保証されていなければならない。本実施形態ではＮＯｘ触媒３４の上流に酸化触媒３０とＤＰＲ触媒３２とがあるが、これらにより、エンジン１０から排出されたＮＯｘは消費されず、また消費されたとしても無視し得る程度である。よって触媒前推定ＮＯｘ濃度は触媒後ＮＯｘ濃度と概ね等しいとみなして差し支えない。
【００５４】
次に、ＥＣＵ１００によって実行される触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断処理について説明する。
【００５５】
図２に、異常診断処理の第１の態様を示す。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００５６】
最初のステップＳ１０１では、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断を行うのに適した所定条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（ａ）触媒後ＮＯｘセンサ５０が活性温度に達している、（ｂ）エンジン１０が定常運転状態にある、（ｃ）エンジン１０の暖機が終了している、の全ての条件が満たされたとき、条件成立となる。なお、（ｂ）の条件については、例えばエアフローメータ２２により検出される吸入空気量の変動量が一定値以内にあるとき定常とみなすことができる。（ｄ）ＮＯｘ触媒３４の触媒温度が所定の最小活性温度（例えば２００℃）以上で且つ所定の上限温度（例えば６００℃）未満のとき、という条件を含めてもよい。
【００５７】
所定条件が成立していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、所定条件が成立していると判断された場合、ステップＳ１０２において、添加弁４０が閉状態に制御され、尿素の添加が停止される。
【００５８】
次のステップＳ１０３においては、尿素添加停止時から所定時間が経過したか否かが判断される。この所定時間は比較的短い時間である。このように所定時間の経過を待つ理由は、尿素添加停止直後はＮＯｘ触媒３４に付着した尿素によってＮＯｘが還元され、ＮＯｘ触媒３４の下流に排出されるＮＯｘ量がその上流のＮＯｘ量より減少する可能性があるからである。所定時間の経過を待てば、ＮＯｘ触媒３４に残存付着した尿素を排気ガスによりパージした後に触媒後ＮＯｘ濃度を検出することができる。言い換えれば、所定時間は、そのようなパージが実現されるような時間に予め設定される。
【００５９】
この所定時間は、ＥＣＵ１００に装備されたタイマで計測することができる。或いは、ＮＯｘ触媒３４を通過した排気ガス量が所定値に達した時に所定時間経過としてもよい。この場合、吸入空気量が排気ガス量の相関値であることから、エアフローメータ２２で検出された吸入空気量の積算値が所定値に達した時に所定時間経過とすることができる。触媒温度が高いほどパージが早期に完了するとも考えられるので、触媒温度と吸入空気量との積の積算値が所定値に達した時に所定時間経過とすることもできる。
【００６０】
ステップＳ１０３で所定時間が経過していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。
【００６１】
他方、所定時間が経過したと判断された場合、ＮＯｘ触媒３４でＮＯｘが還元されてないとみなされ、ステップＳ１０４において、触媒後ＮＯｘセンサ５０により触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒが検出され、その検出値が取得される。次にステップＳ１０５において、エンジン１０から排出された排気ガスのＮＯｘ濃度である触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅが推定され、その推定値が取得される。
【００６２】
この後、ステップＳ１０６において、これら触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅとが比較される。具体的には、これら触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅとの差即ち濃度差ΔＣが、式：ΔＣ＝｜Ｃｒ−Ｃｅ｜により計算され、この濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓより大きいか否かが判断される。
【００６３】
濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓ以下の場合、触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒは触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅと略等しいとみなされ、ステップＳ１０８にて触媒後ＮＯｘセンサ５０は正常と判定される。他方、濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓより大きい場合、触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒが触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅから比較的大きくずれているとみなされ、ステップＳ１０７にて触媒後ＮＯｘセンサ５０は異常と判定される。以上で本ルーチンが終了される。
【００６４】
このように、尿素の添加を停止してその間の触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅとを比較して触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常を判定するので、介在するＮＯｘ触媒３４の影響を受けずに異常診断を実施することができる。よって、診断精度の高い好適な異常診断を実現することができる。しかも、ＮＯｘセンサ等の特定部品の追加も必要ないので、コスト的に有利であり、複雑な制御を追加する必要もない。オンボードでの診断にも勿論適している。
【００６５】
また、尿素添加停止時から所定時間が経過した後に触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅとを取得するので、ＮＯｘ触媒３４に付着した尿素の影響を受けずに、確実な触媒不作動状態の下で濃度値取得を実現することができる。
【００６６】
次に、異常診断処理の第２の態様を図３を参照しつつ説明する。図３に示されるルーチンもＥＣＵ１００により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００６７】
最初のステップＳ２０１では、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断を行うのに適した所定条件が成立しているか否かが判断される。但しここでの条件は前記ステップＳ１０１と異なり、例えば、（ａ）触媒後ＮＯｘセンサ５０が活性温度に達している、（ｂ）エンジン１０が定常運転状態にある、の２条件が満たされれば条件成立となる。所定条件が成立していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。
【００６８】
他方、所定条件が成立していると判断された場合、ステップＳ２０２において、尿素の添加が停止中であるか否かが判断される。ここでの停止操作は通常の尿素添加制御に基づく停止操作である。即ち、前述したように、通常制御によれば、ＮＯｘ触媒３４の触媒温度が所定の最小活性温度（例えば２００℃）未満のとき、尿素添加が停止される。例えば、ＮＯｘ触媒３４が暖機中で未だ未活性のときや、ＮＯｘ触媒３４が一旦活性化したが、その後の運転状態や触媒雰囲気状態（例えばフューエルカット、アイドル、低外気温、触媒への水、雪等の付着）により、触媒が再度未活性となったとき、尿素添加が停止される。またエンジンが暖機中のとき尿素添加が停止されるようにしてもよい。さらに、ＮＯｘ触媒３４の触媒温度が所定の上限温度（例えば６００℃）以上のときにも尿素添加が停止される。
【００６９】
本態様では、こうした通常制御に従う尿素添加停止中に、同時に触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断を行う。これによって異常診断の頻度をより多く確保することが可能になる。
【００７０】
尿素添加停止中でないと判断された場合、本ルーチンが終了される。
【００７１】
他方、尿素添加停止中であると判断された場合、ステップＳ２０３において、前記ステップＳ１０４同様、触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒが取得される。次にステップＳ２０４において、前記ステップＳ１０５同様、触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅが取得される。この後、ステップＳ２０５において、前記ステップＳ１０６同様、触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅとの濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓより大きいか否かが判断される。濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓ以下の場合、ステップＳ２０７にて触媒後ＮＯｘセンサ５０は正常と判定される。他方、濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓより大きい場合、ステップＳ２０６にて触媒後ＮＯｘセンサ５０は異常と判定される。以上で本ルーチンが終了される。
【００７２】
次に、異常診断処理の第３の態様を図４を参照しつつ説明する。図４に示されるルーチンもＥＣＵ１００により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７３】
最初のステップＳ３０１では、前記ステップＳ１０１同様、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断を行うのに適した所定条件が成立しているか否かが判断される。所定条件が成立していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。
【００７４】
他方、所定条件が成立していると判断された場合、ステップＳ３０２において、現在のエンジン運転状態がアイドル運転か否かが判断される。
【００７５】
即ち、異常診断のため尿素の添加を停止すると、ＮＯｘ触媒３４がＮＯｘを還元できなくなり、ＮＯｘがＮＯｘ触媒３４の下流側に排出され、エミッションが悪化してしまう。しかしながら、アイドル運転時には、エンジンからの排気ガス量及びＮＯｘ排出量が最小なので、このときに異常診断を実行することによりエミッションの悪化を最小限に止めることができる。アイドル運転時に異常診断を行えば、アイドル運転時以外に異常診断を行うよりもエミッションを向上することが可能である。また、アイドル運転時にはエンジン１０が確実に定常運転状態であるので、異常診断の精度を確保する上でも有利である。
【００７６】
エンジン運転状態がアイドル運転でないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、エンジン運転状態がアイドル運転であると判断された場合、前記ステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様なステップＳ３０３〜Ｓ３０９が実行され、触媒後ＮＯｘセンサ５０の正常・異常が判定される。
【００７７】
次に、異常診断処理の第４の態様を図５を参照しつつ説明する。図５に示されるルーチンもＥＣＵ１００により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７８】
概して、この第４の態様では、エンジン１０の停止時にその停止が遅延され、この遅延時間中に尿素の添加が停止され、触媒後ＮＯｘ濃度と触媒前推定ＮＯｘ濃度とが取得され、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常が判定される。エンジン１０の停止時には、多くの場合、ＮＯｘ触媒３４と触媒後ＮＯｘセンサ５０とが活性化しており、且つエンジンもアイドル運転している。よって、異常診断のための各種条件を容易に満たすことが可能であり、異常診断のタイミングとして好適である。しかも、エンジン停止時に必ず異常診断が実行されるので、異常診断の実行頻度も確保可能である。先のアイドル運転時と同様、異常診断時のエミッション悪化も最小限に止めることができる。
【００７９】
このエンジン停止遅延時間中の異常診断を実行する場合、その遅延時間中に、エンジンを強制的にアイドル運転させるための強制アイドル制御を行うのが好ましい。遅延時間中に、希とは思われるが、ユーザによりアクセルペダルが踏み込まれ、アイドル状態でなくなるのを確実に阻止することができるからである。
【００８０】
この強制アイドル制御時の目標回転速度は、エンジン暖機後の値である通常の目標アイドル回転速度に等しく設定することができるが、代替的に、その通常の目標アイドル回転速度より若干高い所定のファーストアイドル回転速度に設定することもできる。ファーストアイドル回転速度に設定すると尿素添加停止後のパージ速度が速くなり、異常診断を早期に終了してエンジン停止遅延時間を短縮できる可能性がある。
【００８１】
図５に示されるように、最初のステップＳ４０１では、ユーザによりエンジンスイッチ２８がオフされたか否かが判断される。このエンジンスイッチ２８のオフによりオフ信号が発生され、ＥＣＵ１００に送出される。このオフ信号がエンジンを停止させるための停止要求信号となる。
【００８２】
エンジンスイッチ２８がオフされてない場合、本ルーチンが終了される。他方、エンジンスイッチ２８がオフされた場合、ステップＳ４０２において、強制アイドル制御が実行される。これによりエンジンは確実にアイドル運転状態に保持される。
【００８３】
続くステップＳ４０３〜Ｓ４０９は前記ステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様である。ステップＳ４０３〜Ｓ４０９により、尿素の添加が停止され、触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅとが取得され、これらの濃度差ΔＣが所定値ΔＣｓと比較されて、触媒後ＮＯｘセンサ５０の正常・異常が判定される。
【００８４】
最後に、ステップＳ４１０でエンジンが停止され、本ルーチンが終了される。ステップＳ４０１のエンジンスイッチオフからステップＳ４１０のエンジン停止までの間の遅延時間だけ、エンジンの停止が遅延される。ユーザによる違和感を低減するため、ステップＳ４０４の所定時間はできるだけ短いのが望ましい。
【００８５】
次に、異常診断処理の第５の態様を説明する。この第５の態様では、図６に示すように、ＮＯｘ触媒３４の上流側にＮＯｘセンサ即ち触媒前ＮＯｘセンサ６０が追加して設けられる。触媒前ＮＯｘセンサ６０は、ＮＯｘ触媒３４とＤＰＲ触媒３２との間、即ちＤＰＲ触媒３２の下流側且つＮＯｘ触媒３４の上流側の排気通路１５に設けられ、その設置位置における排気ガスのＮＯｘ濃度を検出し、この検出濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。以下、この触媒前ＮＯｘセンサ６０によって検出されたＮＯｘ濃度を触媒前検出ＮＯｘ濃度という。触媒前ＮＯｘセンサ６０は、好ましくは図示されるように添加弁４０の上流側に設けられるが、必ずしもそうでなくてもよい。
【００８６】
概して、この第５の態様では、触媒後ＮＯｘセンサ５０により検出された触媒後ＮＯｘ濃度、触媒前ＮＯｘセンサ６０により検出された触媒前検出ＮＯｘ濃度、及びエンジン運転状態に基づき推定された触媒前推定ＮＯｘ濃度の比較、即ち３点での比較が行われる。そして、この比較結果に基づき、触媒後ＮＯｘセンサ５０、触媒前ＮＯｘセンサ６０及びエンジン１０の異常が区別して判定される。
【００８７】
触媒後ＮＯｘ濃度が、触媒前推定ＮＯｘ濃度だけでなく、触媒前検出ＮＯｘ濃度とも比較されるので、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常診断の信頼性が向上する。例えば触媒後ＮＯｘ濃度と触媒前推定ＮＯｘ濃度との比較だけだと、触媒後ＮＯｘ濃度が触媒前推定ＮＯｘ濃度から大きくずれていた場合に、触媒後ＮＯｘセンサ５０が異常なのか、或いはエンジンが異常のため排出ＮＯｘ量が異常なのかを区別できない。この第５の態様によれば、触媒前検出ＮＯｘ濃度も比較対象に加えられるので、例えば触媒前推定ＮＯｘ濃度と触媒前検出ＮＯｘ濃度とがほぼ等しく、且つ触媒後ＮＯｘ濃度のみがずれている場合に、触媒後ＮＯｘセンサ５０の異常と判定できる。同じ要領で、触媒前ＮＯｘセンサ６０及びエンジン１０の異常も検出することができる。外れた値を示す一つのみが異常と判定されるのである。
【００８８】
結局、触媒後ＮＯｘセンサ５０だけでなく、触媒前ＮＯｘセンサ６０及びエンジン１０の異常をも検出することができる。よって異常診断の幅を拡大することが可能となる。さらに、触媒前ＮＯｘセンサ６０の検出値を通常の尿素添加制御に利用できるので、尿素添加制御の精度をも向上することができる。
【００８９】
この第５の態様の具体的処理を図７を参照しつつ説明する。図７に示されるルーチンもＥＣＵ１００により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００９０】
ステップＳ５０１〜Ｓ５０３は前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。ステップＳ５０３で所定時間が経過したと判断された場合、ステップＳ５０４において、触媒後ＮＯｘセンサ５０の検出値である触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒと、触媒前ＮＯｘセンサ６０の検出値である触媒前検出ＮＯｘ濃度Ｃｆとが取得される。次にステップＳ５０５において、エンジン１０から排出された排気ガスのＮＯｘ濃度の推定値である触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅが取得される。
【００９１】
この後、ステップＳ５０６において、これら触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒ、触媒前検出ＮＯｘ濃度Ｃｆ及び触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅの濃度差、即ち第１濃度差ΔＣ１、第２濃度差ΔＣ２及び第３濃度差ΔＣ３が次式により計算される（図６参照）。
ΔＣ１＝｜Ｃｆ−Ｃｅ｜
ΔＣ２＝｜Ｃｒ−Ｃｅ｜
ΔＣ３＝｜Ｃｒ−Ｃｆ｜
次に、これら第１〜第３濃度差ΔＣ１〜ΔＣ３が第１〜第３所定値ΔＣ１ｓ〜ΔＣ３ｓとそれぞれ比較される。まず、ステップＳ５０７において、第１濃度差ΔＣ１と第１所定値ΔＣ１ｓとが比較され、且つ、第２濃度差ΔＣ２と第２所定値ΔＣ２ｓとが比較される。
【００９２】
第１濃度差ΔＣ１が第１所定値ΔＣ１ｓより大きく、且つ、第２濃度差ΔＣ２が第２所定値ΔＣ２ｓより大きい場合（ΔＣ１＞ΔＣ１ｓ＆ΔＣ２＞ΔＣ２ｓ）、触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅのみが他の二つの値即ち触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒ及び触媒前検出ＮＯｘ濃度Ｃｆからずれているとみなされる。よって、ステップＳ５０８にて、エンジン１０が異常と判定される。なお、前述したようにエンジンの異常はＥＣＵ１００による通常の異常診断でも検出可能であるが、このステップでもエンジン１０の異常を検出することで二重診断が可能となり、信頼性が高まる。
【００９３】
エンジン１０の異常判定後、ステップＳ５０９において、触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅを算出するためのマップが修正或いは更新される。即ち、経年変化等によりマップデータの最適値が新品時から変化することもあり得るので、ここでは現状で実際に得られたＮＯｘ濃度値がマップに学習される。具体的には、ステップＳ５０５で触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅを取得したときのエンジンパラメータ（例えば回転速度及びアクセル開度）に対応するマップ上の値が、ステップＳ５０４で取得された触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒ及び触媒前検出ＮＯｘ濃度Ｃｆの少なくとも一方に基づく値（いずれか一方の値、又は両方の平均値等）に置き換えられる。こうして本ルーチンが終了される。
【００９４】
他方、ステップＳ５０７においてΔＣ１＞ΔＣ１ｓ且つΔＣ２＞ΔＣ２ｓの関係が満たされない場合、ステップＳ５１０において、第１濃度差ΔＣ１と第１所定値ΔＣ１ｓとが比較され、且つ、第３濃度差ΔＣ３と第３所定値ΔＣ３ｓとが比較される。
【００９５】
第１濃度差ΔＣ１が第１所定値ΔＣ１ｓより大きく、且つ、第３濃度差ΔＣ３が第３所定値ΔＣ３ｓより大きい場合（ΔＣ１＞ΔＣ１ｓ＆ΔＣ３＞ΔＣ３ｓ）、触媒前検出ＮＯｘ濃度Ｃｆのみが他の二つの値即ち触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒ及び触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅからずれているとみなされる。よって、ステップＳ５１１にて、触媒前ＮＯｘセンサ６０が異常と判定される。以上で本ルーチンが終了される。
【００９６】
他方、ステップＳ５１０においてΔＣ１＞ΔＣ１ｓ且つΔＣ３＞ΔＣ３ｓの関係が満たされない場合、ステップＳ５１２において、第２濃度差ΔＣ２と第２所定値ΔＣ２ｓとが比較され、且つ、第３濃度差ΔＣ３と第３所定値ΔＣ３ｓとが比較される。
【００９７】
第２濃度差ΔＣ２が第２所定値ΔＣ２ｓより大きく、且つ、第３濃度差ΔＣ３が第３所定値ΔＣ３ｓより大きい場合（ΔＣ２＞ΔＣ２ｓ＆ΔＣ３＞ΔＣ３ｓ）、触媒後ＮＯｘ濃度Ｃｒのみが他の二つの値即ち触媒前検出ＮＯｘ濃度Ｃｆ及び触媒前推定ＮＯｘ濃度Ｃｅからずれているとみなされる。よって、ステップＳ５１３にて、触媒後ＮＯｘセンサ５０が異常と判定される。以上で本ルーチンが終了される。
【００９８】
他方、ステップＳ５１２においてΔＣ２＞ΔＣ２ｓ且つΔＣ３＞ΔＣ３ｓの関係が満たされない場合、ステップＳ５１４において、エンジン１０、触媒前ＮＯｘセンサ６０及び触媒後ＮＯｘセンサ５０のいずれもが正常と判定される。そして本ルーチンが終了される。
【００９９】
次に、異常診断処理の第６の態様を説明する。この第６の態様は、前記第５の態様（図７）に前記第４の態様（図５）を組み合わせたものである。触媒後ＮＯｘセンサ５０、触媒前ＮＯｘセンサ６０及びエンジン１０の異常判定が、エンジン停止遅延時間中に実行される。
【０１００】
この第６の態様の具体的処理は図８に示す通りである。ステップＳ６０１〜Ｓ６０３は第４の態様のステップＳ４０１〜Ｓ４０３と同様である。その後のステップＳ６０４〜Ｓ６１４は第５の態様のステップＳ５０４〜Ｓ５１４と同様である。ステップＳ６０９、Ｓ６１１、Ｓ６１３、Ｓ６１４の後、ステップＳ６１５でエンジン１０が停止され、本ルーチンが終了される。
【０１０１】
このように前記第１〜第６の各態様は、矛盾が生じない限りにおいて、部分的に又は全体的に組み合わせることが可能である。
【０１０２】
以上の説明で理解されるように、本実施形態では、ＥＣＵ１００が、異常判定手段、停止遅延手段、強制アイドル制御手段及び推定手段をなす。また添加弁４０及び供給装置４２が還元剤添加手段をなし、エンジンスイッチ２８が停止要求信号発生手段をなす。
【０１０３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、還元剤として尿素以外のものを用いることも可能であり、例えばアンモニア、炭化水素（ＨＣ）、アルコール、水素、一酸化炭素などを用いることができる。前記実施形態では触媒後ＮＯｘ濃度と触媒前ＮＯｘ濃度との比較をこれらの差に基づいて行ったが、比較方法はこれに限定されず、例えばこれらの比に基づいて行ってもよい。本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関、特に直噴リーンバーンガソリンエンジンにも適用可能である。
【０１０４】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図２】異常診断処理の第１の態様のフローチャートである。
【図３】異常診断処理の第２の態様のフローチャートである。
【図４】異常診断処理の第３の態様のフローチャートである。
【図５】異常診断処理の第４の態様のフローチャートである。
【図６】異常診断処理の第５の態様に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図７】異常診断処理の第５の態様のフローチャートである。
【図８】異常診断処理の第６の態様のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  エンジン
１５  排気通路
２６  クランク角センサ
２７  アクセル開度センサ
２８  エンジンスイッチ
３４  ＮＯｘ触媒
４０  添加弁
４２  供給装置
５０  触媒後ＮＯｘセンサ
６０  触媒前ＮＯｘセンサ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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