(57)【要約】【課題】内燃機関の運転による影響を受けることなく、安定した診断条件が確保され、診断精度が高いＮＯｘセンサの診断装置を提供する。【解決手段】制御部１７を構成する診断部は、エンジンシステム１０が停止して十分な期間が経過し、排気系１６が十分に冷却された後、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施している。診断部は、外気温センサ１３で検出した外気温と温度センサ３５で検出した排気通路２７の温度との差がほぼ同一の温度になると、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する。排気通路２７の温度と外気温とがほぼ同一の温度になるとき、エンジンシステム１０は十分に冷却され、ＮＯｘセンサ３６および排気系１６の温度は安定した状態となる。そのため、ＮＯｘセンサ３６のヒータの加熱性能の診断は、エンジンシステム１０の運転状態あるいは排気系１６に残存する余熱などによる影響が排除される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気に含まれるＮＯｘの濃度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子を活性温度に加熱するヒータとを備えるＮＯｘセンサの診断装置であって、
前記ＮＯｘセンサの温度を検出するセンサ温度検出手段と、
前記ＮＯｘセンサの外部の外気温を検出する外気温検出手段と、
前記内燃機関が運転を停止し、前記センサ温度検出手段で検出した前記ＮＯｘセンサの温度と前記外気温検出手段で検出した外気温との差が所定値以下であるとき、前記ヒータに通電し、前記ヒータによる前記センサ素子の加熱性能を診断する診断手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項２】
前記診断手段は、予め設定された通電期間で到達した前記ヒータの到達温度に基づいて、前記ヒータの加熱性能を診断することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項３】
前記診断手段は、前記ヒータが予め設定されている到達温度に到達するまでの通電期間に基づいて、前記ヒータの加熱性能を診断することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項４】
前記診断手段は、前記外気温検出手段で検出した外気温によって前記通電期間または前記到達温度を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項２または３記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項５】
前記センサ温度検出手段は、前記内燃機関の運転が停止されてからの期間に基づいて前記ＮＯｘセンサの温度を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項６】
前記センサ温度検出手段は、前記内燃機関の排気が流れる排気通路の温度を直接または間接に検出する排気通路温度センサを有し、
前記診断手段は、前記排気通路温度センサで検出した前記排気通路の温度と、前記外気温センサで検出した外気温との差に基づいて、前記ヒータの加熱性能の診断を実施するか否かを判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項７】
前記診断手段は、前記センサ温度検出手段で検出した前記ＮＯｘセンサの温度と、前記外気温センサで検出した外気温とがほぼ同一のとき、前記ヒータの加熱性能の診断を実施することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項８】
前記診断手段は、前記外気温センサで検出した外気温が所定値以下のとき、前記ヒータの加熱性能の診断を停止することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【請求項９】
前記診断手段は、バッテリ電圧が所定値以下のとき、前記ヒータの加熱性能の診断を停止することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のＮＯｘセンサの診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘセンサの診断装置に関し、特に内燃機関の排気に含まれるＮＯｘを検出するＮＯｘセンサの診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサは、その精度を維持し、故障の有無を早期に発見するために定期的に診断を実施する必要がある。一方、内燃機関の運転中は、内燃機関の負荷の変動などによって排気の温度が変化し、診断条件が不安定となりやすい。そのため、内燃機関の運転中におけるＮＯｘセンサの診断は、その精度の確保が困難である。そこで、内燃機関の運転停止後における制御装置の余動期間内にＮＯｘセンサの診断を実施することが提案されている（特許文献１参照）。内燃機関は、運転を停止した後であっても、制御装置の作動が所定の期間継続している余動状態にある。そこで、特許文献１では、この制御装置の余動期間中にＮＯｘセンサの診断を行っている。内燃機関が運転を停止した後は、内燃機関の運転中に比較して、排気の温度などの変化が小さく診断条件が安定する。
【特許文献１】特開２００６−１０５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、内燃機関が運転を停止した後は、運転中に比較して診断条件が安定するものの、内燃機関が運転を停止する直前の排気の温度、運転を停止した後に排気系に残存する余熱、あるいは外気温などの影響を受けるという問題がある。また、内燃機関の運転を停止した後の余熱がＮＯｘセンサの診断に十分な熱量を有しているか否かを判断するのは困難である。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、内燃機関の運転による影響を受けることなく、安定した診断条件が確保され、診断精度が高いＮＯｘセンサの診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１または７記載の発明では、診断手段は、内燃機関が運転を停止し、ＮＯｘセンサと外気温との温度差が所定値以下となったとき、ＮＯｘセンサの診断を実施する。内燃機関が運転を停止すると、ＮＯｘセンサの温度は徐々に低下する。そして、センサ温度検出手段で検出したＮＯｘセンサの温度が、外気温センサで検出した外気温に近似したとき、診断手段によるＮＯｘセンサの診断が実施される。ここで、ＮＯｘセンサの温度と外気温とは、ほぼ同一であることが望ましいものの、要求するＮＯｘセンサの診断精度に応じて、数十℃程度の温度差を設定してもよい。ＮＯｘセンサの温度が外気温に近似しているとき、内燃機関およびＮＯｘセンサの温度は安定し、その変化はほとんど生じない。そのため、ＮＯｘセンサのヒータによる加熱性能を診断する場合、周囲の熱的影響、特に排気の熱による影響が排除される。したがって、内燃機関の運転による影響を受けることがなく、安定した診断条件を確保することができ、ＮＯｘセンサの診断精度を高めることができる。
【０００６】
請求項２または３記載の発明では、ヒータへの通電期間と到達温度との関係に基づいてヒータの加熱性能を診断している。すなわち、請求項２記載の発明の場合、予め設定された通電期間内で到達したヒータの温度に基づいて、請求項３記載の発明の場合、ヒータが予め設定されている到達温度に到達するまでの通電期間に基づいてヒータの加熱性能が診断される。したがって、簡単な構成でヒータの加熱性能、すなわちＮＯｘセンサの診断を実施することができる。
【０００７】
請求項４記載の発明では、診断手段は外気温によってヒータへの通電期間またはヒータの到達温度を補正する補正手段を有している。例えば外気温が低いとき、外気温が高いときと比較して、同一の通電期間内にヒータが到達する温度は低くなる。このように、ヒータの通電期間および到達期間は、外気温の影響を受ける。そこで、請求項４記載の発明では、外気温センサで検出した外気温に基づいて、補正手段によってヒータへの通電期間またはヒータの到達温度を補正している。したがって、外気温によるＮＯｘセンサの診断精度の影響を低減することができる。
【０００８】
請求項５記載の発明では、センサ温度検出手段は、内燃機関の運転が停止されてからの期間に基づいてＮＯｘセンサの温度を検出している。内燃機関は、運転が停止されることにより、期間の経過とともに温度が低下する。すなわち、内燃機関の運転が停止されてから十分な期間が経過すると、ＮＯｘセンサが設けられている内燃機関の排気系と外気温との温度差は小さくなる。これにより、センサ温度検出手段として例えばＮＯｘセンサの温度を検出する温度センサを起動することなく、内燃機関が運転を停止してからの経過期間に基づいてＮＯｘセンサの温度が推定される。また、この場合、温度センサは構成として必須とされない。したがって、短期間でＮＯｘセンサの診断を実施することができるとともに、部品点数の増加および構造の複雑化を抑えることができる。
【０００９】
請求項６記載の発明では、センサ温度検出手段は、排気が流れる排気通路の温度と外気温との差に基づいてＮＯｘセンサの診断の実施を判定している。排気通路温度センサは、例えば排気通路の内部に設けられることにより排気通路の温度を直接的に検出したり、排気通路を形成する排気管の温度を検出することにより排気通路の温度を間接的に検出する。ＮＯｘセンサは排気通路に設けられているため、排気通路の温度はＮＯｘセンサの温度を間接的に示している。これにより、センサ温度検出手段は、ＮＯｘセンサの温度の検出精度が向上する。したがって、ＮＯｘセンサの診断精度をより高めることができる。
【００１０】
請求項８記載の発明では、診断手段は外気温が所定値以下のときヒータの加熱性能の診断を停止する。例えば零下など外気温が極めて低きとき、ＮＯｘセンサのヒータで消費される電力は増大する。そのため、バッテリの負荷が増大し、次回の内燃機関の始動に影響を与えるおそれがある。そこで、外気温が低いとき、診断手段はヒータの加熱性能の診断を停止する。したがって、バッテリを保護することができる。
【００１１】
請求項９記載の発明では、バッテリの電圧が所定値以下のときヒータの加熱性能の診断を停止する。ヒータは、消費する電力が比較的大きい。そのため、バッテリの充電量の低下や劣化などによってバッテリの電圧が低下しているとき、ヒータへ通電すると、バッテリにさらなる負荷を加えることになる。そのため、次回の内燃機関の始動に影響を与えるおそれがある。そこで、バッテリの電圧が所定値以下のとき、診断手段はヒータの加熱性能の診断を停止する。したがって、バッテリを保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明によるＮＯｘセンサの診断装置を適用したエンジンシステムの実施形態について図面に基づいて説明する。
（エンジンシステムの構成）
まず、図１に示す本発明のＮＯｘセンサの診断装置を適用したエンジンシステムの一実施形態について説明する。
エンジンシステム１０は、内燃機関としてのエンジン１１、排気浄化装置１２、および外気温センサ１３を備えている。エンジン１１は、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどのピストンエンジン、あるいはガスタービンエンジンなどの任意の内燃機関を適用することができる。本実施形態では、エンジンとしてガソリンエンジンを適用する例について説明する。エンジン１１は、エンジン本体１４、吸気系１５、排気系１６および制御部１７を有している。エンジン本体１４は、シリンダ１８の内部を往復するピストン１９を有している。シリンダ１８には、燃料を噴射するインジェクタ２１が設けられている。インジェクタ２１は、シリンダ１８とピストン１９との間に形成されている燃焼室２２へ燃料を噴射する。インジェクタ２１は、図示しない燃料タンクから燃料が供給される。本実施形態の場合、エンジン１１は、インジェクタ２１から燃焼室２２へ燃料を噴射するいわゆる直噴式について示している。なお、エンジン１１の燃料供給形式は、直噴式に限らずいわゆる予混合式など任意の方式を選択することができる。
【００１３】
吸気系１５は、吸気通路２３を形成する吸気管部２４を有している。吸気管部２４は、一方の端部がエンジン本体１４に接続し、他方の端部が大気に開放されている。吸気管部２４は、大気に開放されている側の端部にエアフィルタ２５を有している。吸気は、エアフィルタ２５で異物が除去された後、吸気管部２４が形成する吸気通路２３を経由してエンジン本体１４へ吸入される。吸気系１５は、スロットル２６を有している。スロットル２６は、吸気通路２３を開閉して、吸気通路２３を流れる吸気の流量を制御する。吸気通路２３の燃焼室２２側の端部には、図示しない吸気バルブが設けられている。吸気バルブが開閉することにより、吸気通路２３から燃焼室２２への吸気の流入が断続される。なお、燃焼室２２へ吸入される吸気の流量は、スロットル２６に代えて吸気バルブの開閉タイミングおよび開閉量に応じて制御する構成としてもよい。
【００１４】
排気系１６は、排気通路２７を形成する排気管部２８を有している。排気管部２８は、一方の端部がエンジン本体１４に接続し、他方の端部が図示しないマフラーを経由して大気に開放されている。排気は、エンジン本体１４から排気管部２８が形成する排気通路２７を経由して大気へ排出される。排気通路２７の燃焼室２２側の端部には、図示しない排気バルブが設けられている。排気バルブが開閉することにより、燃焼室２２から排気通路２７への排気の流出が断続される。
【００１５】
制御部１７は、エンジン１１および排気浄化装置１２をはじめとするエンジンシステム１０の全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部１７は、図２に示すようにＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３を有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部１７は、図示しない車内ＬＡＮを経由してエンジンシステム１０の他の制御装置と接続している。制御部１７は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量などに基づいて、インジェクタ２１に駆動信号を出力する。制御部１７は、インジェクタ２１に駆動信号を出力することにより、インジェクタ２１の開閉期間すなわち燃料の噴射量を制御する。
【００１６】
排気浄化装置１２は、図１に示すように三元触媒３４、温度センサ３５、およびＮＯｘセンサ３６を備えている。三元触媒３４、温度センサ３５およびＮＯｘセンサ３６は、いずれも排気系１６に設けられている。三元触媒３４は、活性温度に達すると、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）を水（Ｈ２Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化する。また、三元触媒３４は、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）に還元する。
温度センサ３５は、排気通路２７を形成する排気管部２８に設けられている。温度センサ３５は、例えばサーミスタなどの検温素子から構成されている。温度センサ３５は、排気通路２７の温度に応じて電気信号を出力する。制御部１７は、温度センサ３５から出力された電気信号に基づいて排気通路２７の温度を検出する。
【００１７】
ＮＯｘセンサ３６は、排気系１６における排気の流れ方向において三元触媒３４の下流側に設けられている。ＮＯｘセンサ３６は、排気通路２７を流れる排気に含まれるＮＯｘの濃度を検出する。ＮＯｘセンサ３６は、図２に示すようにセンサ素子４１およびヒータ４２からなる公知の構造を有している。センサ素子４１は、例えば図示しない一対の電極を有している。センサ素子４１の一対の電極の間には、固体の電解質が挟み込まれている。ヒータ４２は、センサ素子４１を加熱する。これにより、センサ素子４１は、ヒータ４２によって活性温度に加熱される。
【００１８】
外気温センサ１３は、図１に示すエンジンシステム１０の外部における気温を検出する。例えばエンジンシステム１０が車両に搭載されている場合、外気温センサ１３は車両の外気温を検出する。外気温センサ１３は、外気温に応じて電気信号を出力する。制御部１７は、外気温センサ１３から出力された電気信号に基づいて外気温を検出する。したがって、外気温センサ１３および制御部１７は、特許請求の範囲の外気温検出手段を構成している。外気温センサ１３は、例えば図示しない車両の空調機器などに設けられている外気温センサと共用することができる。
【００１９】
次に、ＮＯｘセンサ３６の診断装置の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、診断装置５０は、エンジンシステム１０の制御部１７、外気温センサ１３、温度センサ３５およびＮＯｘセンサ３６から構成されている。制御部１７は、上述のようにＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２およびＲＡＭ３３を有するマイクロコンピュータである。制御部１７は、センサ出力読取部５１、通電制御部５２、ヒータ温度検出部５３、外気温検出部５４、排気通路温度検出部５５および診断部５６を有している。センサ出力読取部５１は、ＮＯｘセンサ３６のセンサ素子４１に接続している。センサ素子４１から出力されたＮＯｘ濃度に応じた電気信号は、センサ出力読取部５１に入力される。制御部１７は、このセンサ出力読取部５１に入力された電気信号に基づいて排気通路２７を流れる排気に含まれるＮＯｘの濃度を検出する。
【００２０】
通電制御部５２は、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２に接続している。通電制御部５２は、このヒータ４２への通電をオンまたはオフする。これにより、ヒータ４２には、図示しないバッテリからの電力の供給が断続される。ヒータ温度検出部５３は、ヒータ４２の温度を検出する。本実施形態の場合、ヒータ温度検出部５３は、通電制御部５２からヒータ４２へ印加される電圧およびヒータ４２へ供給される電流を検出する。ヒータ温度検出部５３は、ヒータ４２へ印加される電圧とヒータ４２へ供給される電流との関係からヒータ４２の温度を検出する。外気温検出部５４は、外気温センサ１３に接続している。外気温に応じて外気温センサ１３から出力された電気信号は、外気温検出部５４に入力される。制御部１７は、この外気温検出部５４に入力された電気信号に基づいて外気温を検出する。
【００２１】
排気通路温度検出部５５は、温度センサ３５に接続している。温度センサ３５から出力された排気通路２７の温度に応じた電気信号は、排気通路温度検出部５５に入力される。制御部１７は、この排気通路温度検出部５５に入力された電気信号に基づいて排気通路２７の温度を検出する。温度センサ３５は、排気通路２７に配置して排気通路２７の温度を直接検出する構成としてもよく、排気管部２８の温度から排気通路２７の温度を間接的に検出する構成としてもよい。ＮＯｘセンサ３６は、排気通路２７に設けられている。そのため、温度センサ３５および制御部１７で検出した排気通路２７の温度は、ＮＯｘセンサ３６の温度とほぼ一致する。これにより、本実施形態における温度センサ３５および制御部１７は、特許請求の範囲のセンサ温度検出手段に相当する。
【００２２】
診断部５６は、ＲＯＭ３２に記録されているコンピュータプログラムにしたがってＮＯｘセンサ３６の診断を実施する。診断部５６は、特許請求の範囲の診断手段を構成している。以下、診断部５６におけるＮＯｘセンサ３６の診断の流れを説明する。
【００２３】
（ＮＯｘセンサ診断の第１実施形態）
図３および図４に基づいてＮＯｘセンサ３６の診断の第１実施形態について説明する。
制御部１７の図示しないメインリレーは、エンジンシステム１０の図示しないイグニッションスイッチがオフされると、所定の間隔で自立的に起動する。メインリレーが起動すると、制御部１７はＮＯｘセンサ３６の診断を含む各種のコンピュータプログラムを実行する。このとき、メインリレーが起動する間隔は、例えば数分から数十分の範囲など任意に設定することができる。
【００２４】
診断部５６は、メインリレーの起動によってコンピュータプログラムが実行されると、エンジンシステム１０が運転中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。例えばイグニッションスイッチがオフであるとき、エンジンシステム１０は運転を停止している可能性が高いものの、診断部５６は確認のためにエンジンシステム１０が運転中であるか否か、およびエンジンシステム１０が始動状態にあるか否かを判定する。診断部５６は、例えばインジェクタ２１からの燃料の噴射量、あるいは図示しない回転センサで検出したエンジン１１の回転数などからエンジンシステム１０の状態を検出する。
【００２５】
診断部５６は、ステップＳ１０１においてエンジンシステム１０が停止していると判定すると、エンジンシステム１０の停止後にＮＯｘセンサ３６の診断が実施されたか否かを判定する（Ｓ１０２）。ＮＯｘセンサ３６の診断は、エンジンシステム１０の停止から次の始動までの間に一回実施すれば足りる。そのため、エンジンシステム１０の停止後にＮＯｘセンサ３６の診断が一回実施されていれば、さらなるＮＯｘセンサ３６の診断は不要である。したがって、ＮＯｘセンサ３６の診断がエンジンシステム１０の停止後に一回実施されていれば、診断部５６は処理を終了する。
【００２６】
診断部５６は、ステップＳ１０２においてエンジンシステム１０の停止後にＮＯｘセンサ３６の診断が実施されていないと判定すると、診断実施条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。ここで、診断部５６は、診断実施条件として、外気温と排気通路２７の温度との差が所定値以下であるか否かを判定する。すなわち、診断部５６は、外気温センサ１３で検出した外気温と、温度センサ３５で検出した排気通路２７の温度との差が所定値以下であるか否かを判定する。上述のようにＮＯｘセンサ３６は排気通路２７に設けられているため、排気通路２７の温度はＮＯｘセンサ３６の温度に近似している。そのため、診断部５６は、排気通路２７の温度をＮＯｘセンサ３６の温度とみなして診断実施条件が成立しているか否かを判定する。なお、診断部５６は、温度センサ３５で検出した排気通路２７の温度に所定の係数を乗ずることにより、ＮＯｘセンサ３６の温度を推定する構成としてもよい。
【００２７】
外気温と排気通路２７の温度との差が所定値以下のとき、エンジンシステム１０の排気系１６およびＮＯｘセンサ３６は十分に冷却され、温度が安定していると考えられる。そこで、診断部５６は、エンジンシステム１０の排気系の温度が外気温に近似し、十分に冷却されているか否かを判定する。この場合、外気温と排気通路２７の温度との差は、ほとんど０、すなわち外気温と排気通路２７の温度とがほぼ一致することが望ましい。外気温と排気通路２７の温度とがほぼ一致しているとき、エンジンシステム１０の排気系１６は十分に冷却されていると考えられるからである。但し、外気温センサ１３および温度センサ３５の検出誤差を考慮して、外気温と排気通路２７の温度との差の所定値は例えば数℃から数十℃程度に設定してもよい。すなわち、ここで設定している外気温と排気通路２７の温度との差の所定値は、ＮＯｘセンサ３６の診断に要求される精度、ならびに外気温センサ１３や温度センサ３５の検出精度などに応じて０℃から数十℃の範囲で任意に設定してもよい。
【００２８】
また、診断部５６は、外気温センサ１３および温度センサ３５で検出した温度差に基づいて診断条件を判定するのに代えて、エンジンシステム１０の停止後の経過期間に基づいて診断条件を判定してもよい。すなわち、エンジンシステム１０は、停止後に十分な期間が経過すると、排気系１６が十分に冷却され、排気系１６の温度が安定した状態となる。そこで、診断部５６は、エンジンシステム１０が停止されてから所定の期間が経過したか否かによって診断条件の成立を判定してもよい。具体的には、ステップＳ１０１におけるメインリレーのオンおよびオフの回数をカウントすることにより、イグニッションがオフになってからの経過期間を検出することができる。エンジンシステム１０が停止されてからの経過期間に基づいて診断条件を判定する場合、温度センサ３５の起動が不要となる。したがって、より簡単かつ短期間でＮＯｘセンサ３６の診断を実施することができる。
【００２９】
さらに、診断部５６は、排気系１６の温度に基づく診断実施条件の判定に加えて、図示しないバッテリの状態あるいは外気温に応じて診断実施条件を判定してもよい。具体的には、診断部５６は、バッテリの充電量が低下しているとき、あるいはバッテリが劣化しているとき、診断実施条件が不成立であると判定する。ＮＯｘセンサ３６の診断は、比較的消費電力の大きなヒータ４２への通電をともなう。そのため、バッテリの充電量が低下、あるいはバッテリが劣化しているとき、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施すると、バッテリに与える負荷が大きくなる。その結果、次回のエンジンシステム１０の始動に支障をきたすおそれがある。したがって、診断部５６は、バッテリの充電量が低下しているとき、あるいはバッテリが劣化しているとき、診断実施条件が不成立であると判定し、診断を停止する。また、例えば零下など外気温センサ１３で検出した外気温が極めて低いとき、診断部５６は診断実施条件が不成立であると判定し、診断を停止する。外気温が極めて低いとき、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２で消費される電力が過大となり、バッテリに与える負荷が大きくなるおそれがあるからである。
【００３０】
診断部５６は、以上のようにステップＳ１０３においてＮＯｘセンサ３６の診断実施条件が成立していると判定すると、カウンタを初期化し、Ｃ＝０とする（Ｓ１０４）。診断部５６は、その構成において図示しないカウンタを有している。診断部５６は、ステップＳ１０３においてＮＯｘセンサ３６の診断実施条件が成立していると判定すると、診断実行フラグをオンにする。診断部５６は、診断実行フラグをオンすることにより、ヒータ４２への通電を開始する。診断部５６は、通電制御部５２を経由してヒータ４２への通電をオンする（Ｓ１０５）。このヒータ４２への通電が開始された時点は、図４に示すｔ０である。
【００３１】
診断部５６は、ヒータ４２への通電をオンすると、ヒータ４２の温度Ｔｈを検出する（Ｓ１０６）。ヒータ４２の温度Ｔｈは、通電期間の経過とともに上昇する。ヒータ４２の温度Ｔｈは、上述のように通電制御部５２からヒータ４２へ印加される電圧とヒータ４２へ供給される電流との関係に基づいてヒータ温度検出部５３で検出される。ここで検出されるヒータ４２の温度Ｔｈは、特許請求の範囲における到達温度である。なお、ヒータ４２の温度Ｔｈの検出は、ヒータ４２の電圧と電流との関係に基づく検出に限らず、例えばヒータ４２に設けた温度センサ、あるいはヒータ４２の近傍に設けた素子の抵抗で検出する構成としてもよい。
【００３２】
診断部５６は、ステップＳ１０６で検出したヒータ４２の温度Ｔｈすなわちヒータ４２の到達温度があらかじめ設定された設定温度Ｔ１より高くなったか否かを判定する（Ｓ１０７）。ここで、設定温度Ｔ１は、ＮＯｘセンサ３６の活性温度に設定することが望ましい。ＮＯｘセンサ３６の活性温度は、例えば７００℃などの高温に設定されている。なお、設定温度Ｔ１は、ＮＯｘセンサ３６の活性温度に限らず任意の温度に設定してもよい。ＮＯｘセンサ３６の診断精度が確保される範囲で設定温度Ｔ１を低下させることにより、ヒータ４２における消費電力を低減することができる。
【００３３】
診断部５６は、ステップＳ１０７においてヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ１に到達していないと判定すると、カウンタを進め、Ｃ＝Ｃ＋１とする（Ｓ１０８）。そして、診断部５６は、ステップＳ１０８で進めたカウンタのカウントＣが所定値Ｃ１より大きいか否かを判定する（Ｓ１０９）。診断部５６は、判定の結果、Ｃ＞Ｃ１でないとき、ステップＳ１０６へリターンし、ステップＳ１０６からステップＳ１０９を繰り返す。このカウントの所定値Ｃ１は、予め設定されているヒータ４２への通電期間に対応し、図４における通電を開始するｔ０から通電期間が経過したタイミングｔ１までに対応する。
【００３４】
診断部５６は、ステップＳ１０９において、Ｃ＞Ｃ１と判定したとき、ヒータ４２を異常と判定し、ヒータ異常フラグをオンにする（Ｓ１１０）。ヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ１に到達することなく、カウンタのカウントＣがＣ１より大きくなる場合、ヒータ４２が設定温度Ｔ１に到達するまでの通電期間が予め設定されたカウントの所定値Ｃ１に対応する通電期間よりも長いことを意味する。そのため、ヒータ４２に異常が生じ、ヒータ４２の加熱性能が低下していると考えられる。したがって、診断部５６は、ヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ１に到達することなく、カウントＣが所定値Ｃ１より大きくなるとき、ヒータ４２の異常と判定する。
【００３５】
一方、診断部５６は、ステップＳ１０７において、所定値Ｃ１に達することなくヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ１より高くなると、ヒータ４２が正常であると判定し、ヒータ正常フラグをオンする（Ｓ１１１）。ステップＳ１０６とステップＳ１０９との間は、ステップＳ１０９においてカウンタのカウントＣがＣ１より大きいか否かが判定されつつループしている。そのため、このループ中にステップＳ１０７においてヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ１に到達していれば、ヒータ４２への通電期間すなわちカウンタのカウントＣはＣ１以下である。その結果、ヒータ４２には異常が生じていないと考えられる。したがって、診断部５６は、ヒータ正常フラグをオンする。
診断部５６は、ステップＳ１１０でヒータ異常フラグをオン、またはステップＳ１１１でヒータ正常フラグをオンすると、ヒータ４２への通電をオフにする（Ｓ１１２）。そして、診断部５６は、診断完了フラグをオンにする（Ｓ１１３）。診断完了フラグをオンにすることにより、次回以降のルーチンでは、ステップＳ１０２においてＮＯｘセンサ３６の診断が完了していると判定される。
【００３６】
以上説明したようにＮＯｘセンサ３６の診断の第１実施形態では、エンジンシステム１０が停止して十分な期間が経過し、排気系１６が十分に冷却された後、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施している。排気通路２７の温度が外気温とほぼ同一の温度になることにより、ＮＯｘセンサ３６および排気系１６の温度は安定した状態となる。そのため、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２の加熱性能の診断は、エンジンシステム１０の運転状態あるいは排気系１６に残存する余熱などによる影響が排除される。したがって、エンジンシステム１０の運転状態などの影響を受けることなく、安定した診断条件を確保することができ、ＮＯｘセンサ３６の診断精度を高めることができる。
【００３７】
本実施形態では、ヒータ４２の温度が所定の設定温度Ｔ１に到達するまでの期間、すなわちカウンタのカウントに基づいてヒータ４２の加熱性能を診断している。これにより、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２がＮＯｘセンサ３６の機能を発揮するために必要な加熱能力を有しているか否かが診断される。したがって、ＮＯｘセンサ３６の診断を確実かつ高精度に実施することができる。また、この場合、ヒータ４２に印加する電圧とヒータ４２に供給する電流との関係からヒータ４２の温度を検出することにより、例えばヒータ４２の温度を検出するセンサなどが不要となる。したがって、部品点数の増加および構造の複雑化を招くことなく、ＮＯｘセンサ３６の診断を高精度に実施することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、温度センサ３５で検出した排気通路２７の温度と外気温センサ１３で検出した外気温との温度差に基づいて、ＮＯｘセンサ３６の診断実施条件を判定している。排気通路２７の温度と外気温との温度差が所定値以下のとき、排気系１６は十分に冷却され、排気通路２７に設けられているＮＯｘセンサ３６の温度は安定していると考えられる。そのため、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、排気系１６に残存する熱の影響が低減される。一方、温度センサ３５による排気通路２７の温度の検出に代えて、エンジンシステム１０の停止からの経過期間に基づいて診断実施条件を判定してもよい。この場合、排気通路２７の温度を検出する温度センサ３５の起動は不要になる。したがって、より短期間およびより簡単な処理でＮＯｘセンサ３６の診断を実施することができる。
【００３９】
（ＮＯｘセンサの診断の第２実施形態）
次に、図５に基づいてＮＯｘセンサ３６の診断の第２実施形態について説明する。なお、ＮＯｘセンサ３６の診断の第１実施形態と実質的に同一の手順については説明を省略する。
診断部５６は、メインリレーの起動によってコンピュータプログラムが実行されると、エンジンシステム１０が運転中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。診断部５６は、エンジンシステム１０が停止している判定すると、ＮＯｘセンサ３６の診断が過去に実施されたか否かを判定する（Ｓ２０２）。診断部５６は、ＮＯｘセンサ３６の診断が実施されていないと判定すると、診断実施条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ２０３）。そして、診断部５６は、診断実施条件が成立していると判定すると、カウンタを初期化してＣ＝０とするとともに（Ｓ２０４）、ヒータ４２への通電をオンする（Ｓ２０５）。
【００４０】
診断部５６は、ヒータ４２への通電をオンすると、カウンタのカウントをＣ＝Ｃ＋１に進める（Ｓ２０６）。そして、診断部５６は、ステップＳ２０６において進められたカウントＣが所定値Ｃ２より大きいか否かを判定する（Ｓ２０７）。診断部５６は、カウントＣが所定値Ｃ２より大きくなるまでステップＳ２０６およびＳ２０７を繰り返す。診断部５６は、ステップＳ２０７においてカウントＣがＣ２より大きいと判定すると、ヒータ４２の温度Ｔｈを検出する（Ｓ２０８）。ヒータ４２の温度Ｔｈの検出は、上述の第１実施形態と同様に実施される。
【００４１】
診断部５６は、ステップＳ２０８で検出したヒータ４２の温度Ｔｈすなわち到達温度があらかじめ設定された設定温度Ｔ２より高いか否かを判定する。診断部５６は、ステップＳ２０９においてヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ２に到達していないと判定すると、ヒータ異常フラグをオンにする（Ｓ２１０）。一方、診断部５６は、ステップＳ２０９においてヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ２に到達していると判定すると、ヒータ正常フラグをオンにする（Ｓ２１１）。
【００４２】
診断部５６は、ステップＳ２０６とステップＳ２０７とを繰り返すことにより、ヒータ４２へ通電した期間すなわち通電期間が所定値Ｃ２になると、ヒータ４２の温度Ｔｈを検出している。そのため、診断部５６は、所定の通電期間内にヒータ４２の温度Ｔｈすなわちヒータ４２の到達温度が設定温度Ｔ２に達したか否かを判定することができる。このとき、ステップＳ２０９においてヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ２に到達していれば、ヒータ４２の加熱性能は十分に確保され、ヒータ４２は正常であると判定される。一方、ステップＳ２０９においてヒータ４２の温度Ｔｈが設定温度Ｔ２に到達していなければ、ヒータ４２の加熱性能は不十分であり、ヒータ４２は異常であると判定される。
診断部５６は、ステップＳ２０９における判定の結果、ステップＳ２１０でヒータ異常フラグをオン、またはステップＳ２１１でヒータ正常フラグをオンすると、ヒータ４２への通電をオフにする（Ｓ２１２）。そして、診断部５６は、診断完了フラグをオンにする（Ｓ２１３）。
【００４３】
以上説明したにように、ＮＯｘセンサ３６の診断の第２実施形態では、ヒータ４２の温度Ｔｈが所定期間、すなわちカウンタのカウントがＣ２に達するまでのヒータ４２の通電期間に、設定温度Ｔ２に到達しているか否かに基づいてヒータ４２の加熱性能を診断している。これにより、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２がＮＯｘセンサ３６の機能を発揮するために必要な加熱能力を有しているか否かが診断される。したがって、ＮＯｘセンサ３６の診断を確実かつ高精度に実施することができる。
ヒータ４２の診断は、第１実施形態のようにヒータ４２の温度が設定温度Ｔ１に到達するまでの通電期間に基づいて判定してもよく、第２実施形態のようにヒータ４２の所定の通電期間内にヒータ４２の温度が設定温度Ｔ２に到達するか否かに基づいて判定してもよい。
【００４４】
（ＮＯｘセンサの診断の変形例）
上述の第１実施形態ではヒータ４２の温度を判定する条件として設定温度Ｔ１を設定し、通電期間を判定する条件として所定値Ｃ１を設定した。また、第２実施形態では、ヒータ４２の温度を判定する条件として設定温度Ｔ２を設定し、通電期間を判定する条件として所定値Ｃ２を設定した。上述の実施形態では、これらの設定温度Ｔ１、Ｔ２および通電期間の所定値Ｃ１、Ｃ２は、定数であるとして説明した。
しかし、設定温度Ｔ１、Ｔ２および通電期間の所定値Ｃ１、Ｃ２は、変数であってもよく、必要に応じて補正を加えた補正値であってもよい。具体的には、設定温度Ｔ１、Ｔ２および通電期間の所定値Ｃ１、Ｃ２は、外気温センサ１３で検出した外気温に応じて変化してもよい。また、設定温度Ｔ１、Ｔ２および通電期間の所定値Ｃ１、Ｃ２を外気温センサ１３で検出した外気温に応じて補正する構成としてもよい。
【００４５】
ヒータ４２は、通電によって温度が上昇するため、外気温の影響を受けやすい。例えば外気温が低いとき、所定の温度に到達するまでにヒータ４２に通電する期間は外気温が高いときに比較して長くなる。そのため、図６に示すように、診断部５６によるＮＯｘセンサ３６の診断に必要な期間は外気温に応じて変化する。その結果、設定温度Ｔ１、Ｔ２および通電期間の所定値Ｃ１、Ｃ２を一定の値とすると、外気温に応じて診断結果に誤差が生じるおそれがある。そこで、診断部５６に補正部を設け、補正部が外気温センサ１３で検出した外気温に応じて設定温度Ｔ１、Ｔ２および通電期間の所定値Ｃ１、Ｃ２を補正する構成としてもよい。これにより、ヒータ４２の加熱性能の診断精度が向上する。したがって、ＮＯｘセンサ３６の診断を外気温の条件に関わらず、高精度に実施することができる。
【００４６】
また、上記の複数の実施形態では、排気通路２７の温度からＮＯｘセンサ３６の温度を間接的に検出する構成について説明した。しかし、ＮＯｘセンサ３６に別途温度センサを設け、ＮＯｘセンサ３６の温度を直接検出する構成としてもよい。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態によるＮＯｘセンサの診断装置を適用したエンジンシステムを示す概略図
【図２】本発明の一実施形態によるＮＯｘセンサの診断装置を示すブロック図
【図３】本発明の一実施形態によるＮＯｘセンサの診断装置によるＮＯｘセンサの診断の第１実施形態の流れを示す概略図
【図４】図３に示すＮＯｘセンサの診断の第１実施形態におけるタイミングチャートを示す概略図
【図５】本発明の一実施形態によるＮＯｘセンサの診断装置によるＮＯｘセンサの診断の第２実施形態の流れを示す概略図
【図６】外気温と診断期間との関係を示す概略図
【符号の説明】
【００４８】
図面中、１１はエンジン（内燃機関）、１３は外気温センサ（外気温検出手段）、１７は制御部（センサ温度検出手段、外気温検出手段）、２７は排気通路、３５は温度センサ（センサ温度検出手段、排気通路温度センサ）、３６はＮＯｘセンサ、４１はセンサ素子、４２はヒータ、５０は診断装置、５６は診断部（診断手段、補正手段）を示す。
【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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