(57)【要約】【課題】排気に含まれるＮＯｘの影響を低減し、特に０点付近におけるＮＯｘセンサの診断精度を向上する内燃機関のＮＯｘセンサ診断装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘセンサ３６の診断を実施するとき、エアポンプ３７は排気通路２７へ新鮮な空気を供給し、ＮＯｘを含む排気を排気通路２７から大気中へ排出している。そのため、ＮＯｘセンサ３６の近傍には、ＮＯｘを含む排気がほとんど残存せず、ＮＯｘセンサ３６により検出した排気通路２７のＮＯｘの濃度はほぼ０になる。これにより、ＮＯｘセンサ３６の診断は、排気通路２７のＮＯｘの影響が低減される。一方、排気通路２７にＮＯｘがほとんど残存しないにも関わらずＮＯｘセンサ３６の出力値が基準値以上であるとき、ＮＯｘセンサ３６に異常が生じている可能性が高く、０点付近における診断精度が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気が流れる排気通路に設けられ、排気に含まれるＮＯｘを検出するＮＯｘセンサと、
前記排気通路に空気を供給する空気供給手段と、
前記内燃機関が停止しているとき、前記空気供給手段により空気が供給された前記排気通路におけるＮＯｘを前記ＮＯｘセンサにより検出し、前記ＮＯｘセンサの出力値が予め設定された基準値以上であれば前記ＮＯｘセンサの異常と判断するセンサ判断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項２】
前記排気通路における排気の流れ方向において前記ＮＯｘセンサの上流側に設けられ、前記排気通路を流れる排気を浄化する触媒をさらに備え、
前記空気供給手段は、
前記排気通路に空気を送るエアポンプと、
前記エアポンプと排気の流れ方向において前記触媒の上流側とを接続し前記エアポンプから吐出された空気が流れる触媒側通路部と、
前記エアポンプと排気の流れ方向において前記触媒の下流側とを接続し前記エアポンプから吐出された空気が流れるセンサ側通路部と、
前記エアポンプから吐出された空気の流れを前記触媒側通路部または前記センサ側通路部に切り替え可能であって、前記センサ判断手段で前記ＮＯｘセンサの異常を判断するとき前記エアポンプから吐出された空気の流れを前記センサ側通路部へ切り替える切替弁と、
を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項３】
前記内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気通路を開閉する弁手段をさらに備え、
前記弁手段は、前記センサ判断手段で前記ＮＯｘセンサの異常を判断するとき前記吸気通路を閉鎖することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関のＮＯｘセンサ診断装置。
【請求項４】
前記空気供給手段に電力を供給するバッテリをさらに備え、
前記センサ判断手段は、前記バッテリの電圧が予め設定された所定電圧以下であれば前記ＮＯｘセンサの異常の判断を停止することを特徴とする請求項１、２または３記載の内燃機関のＮＯｘセンサ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＮＯｘセンサ診断装置に関し、特に排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中のＮＯｘ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。特許文献１では、内燃機関が運転を停止した後、運転を再開するまでの間にＮＯｘセンサの出力の診断を実施している。特許文献１では、内燃機関が運転を停止した後に、内燃機関の排気通路における空気過剰率が十分に大きくなったとき、ＮＯｘセンサの出力の診断を実施している。
【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、ＮＯｘセンサでは排気に含まれる微量のＮＯｘの検出が要求される。特に、近年では排気に含まれる微量のＮＯｘの処理が必要であり、ＮＯｘセンサにはＮＯｘの濃度が０となる０点付近において高い検出精度が要求されている。特許文献１のように、内燃機関が運転を停止し排気通路における空気過剰率が十分に大きくなった場合でも、排気通路内にはＮＯｘが残存する。すなわち、排気通路における空気過剰率が十分に大きくても、そのままＮＯｘ濃度が低いとは限らない。そのため、特許文献１の場合、ＮＯｘセンサの診断の際、排気通路に残存するＮＯｘの影響を受けやすく、診断の精度の確保が困難であるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、排気に含まれるＮＯｘの影響を低減し、特に０点付近におけるＮＯｘセンサの診断精度を向上する内燃機関のＮＯｘセンサ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記載の発明では、排気通路には内燃機関が停止しているとき、空気供給手段から空気が供給される。これにより、排気通路に残存するＮＯｘを含む排気は、空気供給手段から供給された空気によって排気通路から排出される。センサ判断手段は、空気が供給された排気通路のＮＯｘをＮＯｘセンサで検出し、検出したＮＯｘの濃度に基づいてＮＯｘセンサの異常の有無を判断する。ＮＯｘを含む排気は空気供給手段が供給した空気によって排気通路から排出されている。そのため、ＮＯｘセンサは、ＮＯｘの影響をほとんど受けない。センサ判断手段は、排気通路の排気が空気によって排出されたにも関わらず、ＮＯｘセンサの出力値が基準値以上であるとき、ＮＯｘセンサに異常があると判断する。したがって、排気に含まれるＮＯｘの影響を低減することができ、特に０点付近におけるＮＯｘセンサの診断精度を向上することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明では、空気供給手段は排気通路に空気を供給するエアポンプを有している。エアポンプから吐出された空気は、触媒側通路部を経由して触媒の上流側へ供給され、センサ側通路部を経由して触媒の下流側へ供給される。ここで、上流および下流とは、排気通路における排気の流れ方向を基準とする。すなわち、内燃機関が排気の流れ方向において最も上流側であり、順に触媒、ＮＯｘセンサおよび排気口が位置する。内燃機関は、触媒の活性を確保するために排気通路に新鮮な空気を供給するエアポンプを備えている場合がある。この場合、エアポンプから吐出された空気は、触媒の上流側に供給する必要がある。一方、触媒の上流側にエアポンプから空気を供給する場合、ＮＯｘセンサ付近の排気を排出するためにはエアポンプからの空気の供給量が増大する。そこで、ＮＯｘセンサの診断を実施する場合、触媒の下流側かつＮＯｘセンサの上流側にエアポンプからの空気を供給する。これにより、ＮＯｘセンサ付近の排気を排出するために必要なエアポンプからの空気の供給量は低減される。したがって、より短期間でＮＯｘセンサの診断を実施することができるとともに、エアポンプの消費電力を低減することができる。
【０００７】
請求項３記載の発明では、吸気通路を開閉する弁手段はＮＯｘセンサの異常を判断するとき吸気通路を閉鎖する。ＮＯｘセンサの異常を判断するとき、空気供給手段によって排気通路へ空気が供給される。一方、例えば吸気バルブあるいは排気バルブの位置によっては、燃焼室を経由して排気通路と吸気通路とは接続するおそれがある。この場合、空気供給手段によって排気通路に供給された空気は、燃焼室を経由して吸気通路側へ流れ、排気通路における排気の排出が不十分になるおそれがある。そこで、請求項３記載の発明では、ＮＯｘセンサの異常を判断するとき、吸気通路を開閉する弁手段で吸気通路を閉鎖する。これにより、空気供給手段から供給された空気は、吸気通路側へ流れることがなく、排気通路の排気を排出する。したがって、ＮＯｘセンサの診断精度を高めることができる。
【０００８】
請求項４記載の発明では、空気供給手段の電源となるバッテリの電圧が所定電圧以下のとき、センサ判断手段はＮＯｘセンサの異常の判断を停止する。例えばエアポンプなどの空気供給手段は、比較的大きな電力を消費する。一方、ＮＯｘセンサの診断は、内燃機関が運転を停止しているときに実施されるため、空気供給手段はバッテリからの電力によって駆動される。そのため、バッテリの電圧が低下しているとき、ＮＯｘセンサの異常の判断を実施すると、バッテリへの負荷が過大となる。その結果、内燃機関の再始動に影響を及ぼすおそれがある。請求項４記載の発明では、バッテリの電圧が所定電圧以下のとき、ＮＯｘセンサの異常の判断を停止することにより、バッテリへの負荷が低減される。したがって、バッテリの保護を図ることができ、内燃機関の再始動への影響を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明によるＮＯｘセンサ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。複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
まず、図２に示す本発明の第１実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置を適用したエンジンシステムについて説明する。
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および空気供給手段としての空気供給装置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１１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の燃料供給方式は、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。
【００１０】
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。スロットル２６は、特許請求の範囲の弁手段を構成している。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。この場合、吸気バルブは、特許請求の範囲の弁手段を構成する。
【００１１】
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。
【００１２】
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１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の開閉時期すなわち燃料の噴射量を制御する。
【００１３】
排気浄化装置１２は、図２に示すように三元触媒３４およびＮＯｘセンサ３６を備えている。三元触媒３４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。なお、排気通路２７には、三元触媒３４だけでなく、例えばアンモニア酸化触媒、ＮＯｘ選択還元触媒あるいはＮＯｘ吸蔵触媒などのその他の触媒を配置してもよい。
【００１４】
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１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。
【００１５】
空気供給装置１３は、エアポンプ３７および吐出通路部３８を有している。エアポンプ３７は、制御部１７を経由してバッテリ３９から供給された電力によって駆動される。エアポンプ３７は、電力が供給されると、大気に開放した吸入口３７１から空気を吸入する。そして、エアポンプ３７は、吸入した空気を加圧して吐出する。
エアポンプ３７は、排気中の酸素濃度が低下したとき新鮮な空気を触媒へ供給する。これにより、三元触媒３４は、エアポンプ３７から供給された新鮮な空気いわゆる二次エアによって酸化反応または還元反応が維持される。このように、エンジンシステム１０には、二次エアを供給するためにエアポンプ３７を備えている場合がある。この場合、エンジンシステムのエアポンプ３７は、二次エアの供給だけでなく、本実施形態によるＮＯｘセンサ３６の診断にも共用される。
【００１６】
吐出通路部３８は、エアポンプ３７と排気通路２７とを接続している。具体的には、吐出通路部３８は、エンジン本体１４と三元触媒３４との間の排気通路２７に接続している。これにより、エアポンプ３７から吐出された空気は、吐出通路部３８を経由して排気の流れ方向において三元触媒３４の上流側に供給される。
【００１７】
次に、ＮＯｘセンサ３６の診断装置５０の構成について詳細に説明する。
図１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、ＮＯｘセンサ３６および空気供給装置１３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、ポンプ駆動部５４および判断部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濃度を検出する。
【００１８】
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、バッテリ３９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。ポンプ駆動部５４は、バッテリ３９からエアポンプ３７への電力の供給を断続する。ポンプ駆動部５４がバッテリ３９からエアポンプ３７への電力の供給を許容すると、エアポンプ３７は駆動する。判断部５６は、ＲＯＭ３２あるいはその他の記憶部に記憶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の異常の有無を判断する。判断部５６は、特許請求の範囲のセンサ判断手段を構成している。
【００１９】
以下、図３および図４に基づいて判断部５６によるＮＯｘセンサ３６の異常判断を含むＮＯｘセンサ３６の診断の流れについて説明する。
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ても、所定の期間、起動状態を維持する。メインリレーが起動している間に、制御部１７はＮＯｘセンサ３６の異常判断を含む各種のＮＯｘセンサ３６の診断に関する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状態を維持する期間は、例えば数分程度の任意に設定することができる。
【００２０】
判断部５６は、メインリレーの起動中に診断実行フラグがオンになると、ＲＯＭ３２に記憶されているコンピュータプログラムを実行する。これにより、判断部５６は、まずエンジンシステム１０が運転中であるか否かを判断する（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、判断部５６は確認のためエンジンシステム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断する。判断部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回転したエンジン本体１４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。
【００２１】
判断部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断すると、診断実施条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、判断部５６は、診断実施条件として、バッテリ３９の電圧が予め設定された下限値以上であるか否かを判断する。例えばバッテリ３９の充電量が低下したり、バッテリ３９が劣化したりしているとき、バッテリ３９の電圧は下限値を下回ることがある。ＮＯｘセンサ３６の診断は、エアポンプ３７への通電およびＮＯｘセンサ３６のヒータ４２への通電をともなう。そのため、バッテリ３９の充電量が低下、あるいはバッテリ３９の劣化によってバッテリ３９の電圧が下限値以下のとき、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施すると、バッテリ３９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、判断部５６は、バッテリ３９の電圧が下限値を下回っているとき、診断実施条件が不成立と判断し、ＮＯｘセンサ３６の診断を停止する。また、図示しない外気温センサで検出した外気温が例えば零下などのように極めて低いとき、判断部５６は診断実施条件が不成立であると判断し、ＮＯｘセンサ３６の診断を停止する構成としてもよい。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増大し、バッテリ３９に与える負荷が大きくなるおそれがあるからである。
【００２２】
判断部５６は、以上のようにステップＳ１０２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断すると、カウンタを初期化し、Ｃ＝０とする（Ｓ１０３）。判断部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。判断部５６は、ステップＳ１０２においてＮＯｘセンサ３６の診断実施条件が成立している判断すると、ステップＳ１０３においてカウンタを初期化するとともに、ＮＯｘセンサ３６の作動を開始させる（Ｓ１０４）。ＮＯｘセンサ３６は、イグニッションスイッチのオフによって一旦オフされる。一方、ＮＯｘセンサ３６は、診断実施条件が成立すると、再びオンされる。判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６がオンされると、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２への通電を開始する。判断部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。
【００２３】
判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６の活性をチェックし、ＮＯｘセンサ３６が活性状態であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２が所定の活性温度に到達し、ＮＯｘセンサ３６のセンサ素子４１から検出信号が出力されているとき、ＮＯｘセンサ３６が活性状態にあると判断する。ヒータ４２の温度は、ヒータ温度検出部５３によって検出される。ヒータ温度検出部５３は、上述のように通電制御部５２からヒータ４２へ印加する電圧およびヒータ４２へ供給する電流の値から検出してもよく、ヒータ４２の近傍に配置した温度センサによって検出してもよい。
【００２４】
判断部５６は、ステップＳ１０５においてＮＯｘセンサ３６が活性状態にあると判断すると、エアポンプ３７を作動させる（Ｓ１０６）。判断部５６は、ポンプ駆動部５４を経由してバッテリ３９からエアポンプ３７へ電力を供給する。エアポンプ３７の作動の開始は、図４に示すタイミングチャートのｔ０に対応する。これにより、エアポンプ３７から吐出された空気は、排気通路２７へ供給される。エアポンプ３７により排気通路２７へ空気を供給することにより、エンジン１１の停止後に排気通路２７に残存していた排気は供給された空気によって追い出される。これにより、排気通路２７の排気は外部へ排出される。判断部５６は、エアポンプ３７を作動させると所定の間隔でカウンタを進め、Ｃ＝Ｃ＋１とする（Ｓ１０７）。判断部５６は、エアポンプ３７への通電期間が所定値Ｃ１に到達するまで、すなわちカウンタのカウントがＣ＞Ｃ１となるまでエアポンプ３７へ通電を継続する（Ｓ１０８）。カウンタのカウントがＣ１になるまでエアポンプ３７から排気通路２７へ空気を供給することにより、排気通路２７の排気は十分に排出される。これにより、排気通路２７は、エアポンプ３７から供給された新鮮な空気によって満たされる。このとき、エアポンプ３７への通電期間に対応するカウンタの所定値Ｃ１は、排気通路２７の長さ、排気通路２７の容量、吐出通路部３８と排気通路２７との接続部からＮＯｘセンサ３６までの距離などに応じて設定される。これにより、エアポンプ３７からの空気の供給期間がカウンタの所定値Ｃ１になると、排気通路２７のＮＯｘセンサ３６の近傍にはＮＯｘを含む排気がほとんど残存しない。
【００２５】
判断部５６は、エアポンプ３７への通電期間が所定値Ｃ１に到達すると、ＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘを検出する（Ｓ１０９）。ＮＯｘセンサ３６は、排気通路２７におけるＮＯｘの濃度に応じてセンサ出力読取部５１へ電気信号を出力する。判断部５６は、センサ出力読取部５１へ出力された電気信号からＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘを検出する。そして、判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが予め設定された基準値Ｄ１より小さいか否かを判断する（Ｓ１１０）。
【００２６】
判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１より小さいとき、ＮＯｘセンサ３６は正常と判断し、正常フラグをオンにする（Ｓ１１１）。一方、判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１以上のとき、ＮＯｘセンサ３６が異常と判断し、異常フラグをオンにする（Ｓ１１２）。判断部５６が取得するＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘは、排気通路２７におけるＮＯｘの濃度に対応する。ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、上述のステップＳ１０６においてエアポンプ３７から排気通路２７へ新鮮な空気を供給している。そのため、排気通路２７にはＮＯｘを含む排気はほとんど残存していない。このように排気通路２７にＮＯｘを含む排気がほとんど残存していないにも関わらず、ＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１以上となるとき、ＮＯｘセンサ３６は異常が生じている可能性が高い。したがって、判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１以上のとき、ＮＯｘセンサ３６が異常と判断する。
【００２７】
判断部５６は、ステップＳ１１１で正常フラグをオン、またはステップＳ１１２で異常フラグをオンすると、エアポンプ３７を停止する（Ｓ１１３）。判断部５６は、ポンプ駆動部５４からエアポンプ３７への電力の供給を停止し、エアポンプ３７を停止させる。また、判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６の作動を停止させる（Ｓ１１４）。判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６のヒータ４２への通電を停止し、ＮＯｘセンサ３６を停止させる。さらに、判断部５６は、チェック完了フラグをオンにする（Ｓ１１５）。これにより、ＮＯｘセンサ３６の診断が完了する。このＮＯｘセンサ３６の診断が完了した状態は、図４に示すタイミングチャートのｔ１に対応する。
【００２８】
以上説明したように、第１実施形態では、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施するとき、エアポンプ３７から排気通路２７へ新鮮な空気を供給している。これにより、ＮＯｘを含む排気は排気通路２７から大気中へ排出される。そのため、ＮＯｘセンサ３６の近傍には、ＮＯｘを含む排気がほとんど残存しない。ＮＯｘセンサ３６の診断を実施するとき、ＮＯｘセンサ３６により検出した排気通路２７のＮＯｘの濃度はほぼ０になる。その結果、ＮＯｘセンサ３６の診断は、排気通路２７のＮＯｘの影響が低減される。一方、排気通路２７にＮＯｘがほとんど残存しないにも関わらずＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１以上であるとき、ＮＯｘセンサ３６に異常が生じている可能性が高い。したがって、ＮＯｘセンサ３６において、特に０点付近における診断精度を向上することができる。
【００２９】
また、第１実施形態では、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施するとき、吸気通路２３をスロットル２６で閉鎖している。そのため、エアポンプ３７から排気通路２７へ供給された空気が燃焼室２２および吸気通路２３を経由して大気中へ排出されることはない。その結果、エアポンプ３７から吐出された空気は、排気通路２７に残存する排気の排出に利用される。したがって、短期間で排気通路２７の排気を大気中へ排出することができる。
【００３０】
さらに、第１実施形態では、バッテリ３９の電圧によってＮＯｘセンサ３６の診断を実施するか否かを判断している。ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、エアポンプ３７の作動およびヒータ４２の作動を必要とする。エアポンプ３７及びヒータ４２は、いずれも消費電力が比較的大きく、バッテリ３９に与える負荷が大きくなる。充電量の低下や劣化によってバッテリ３９の電圧が低下しているとき、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施すると、次回のエンジンシステム１０の始動に影響を及ぼすおそれがある。そこで、バッテリ３９の電圧によってＮＯｘセンサ３６の診断を実施するか否かを判断することにより、バッテリ３９に与える負荷の軽減を図っている。したがって、エンジンシステム１０を確実に再始動させることができる。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置を適用したエンジンシステムを図５に示す。
図５に示すように、エンジンシステム１０の空気供給装置６０は、エアポンプ６１、触媒通路部６２、センサ通路部６３および切替弁６４を有している。触媒通路部６２は、エアポンプ６１と排気通路２７とを接続している。具体的には、触媒通路部６２は、エンジン本体１４と三元触媒３４との間の排気通路２７に接続している。これにより、エアポンプ６１から吐出された空気は、触媒通路部６２を経由して排気の流れ方向において三元触媒３４の上流側に供給される。
【００３２】
センサ通路部６３は、エアポンプ６１と排気通路２７とを接続している。具体的には、センサ通路部６３は、三元触媒３４とＮＯｘセンサ３６との間の排気通路２７に接続している。これにより、エアポンプ６１から吐出された空気は、センサ通路部６３を経由して排気の流れ方向においてＮＯｘセンサ３６の上流側かつ三元触媒３４の下流側に供給される。切替弁６４は、触媒通路部６２とセンサ通路部６３との分岐部に設けらている。切替弁６４は、エアポンプ６１から吐出された空気の流路を触媒通路部６２またはセンサ通路部６３へ切り替える。
【００３３】
ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、ＮＯｘセンサ３６付近における排気通路２７のＮＯｘ濃度が低下すればよい。一方、上述の第１実施形態の場合、エアポンプ３７から吐出された空気は三元触媒３４の上流側へ供給される。そのため、ＮＯｘセンサ３６付近における排気通路２７に残存する排気を排出するためには、エアポンプ３７からは比較的大量の空気を排気通路２７に供給する必要がある。そこで、第２実施形態では、エアポンプ６１の吐出側は触媒通路部６２とセンサ通路部６３とに分岐している。そして、この触媒通路部６２とセンサ通路部６３との分岐部に切替弁６４を設けることにより、エアポンプ６１から吐出された空気の流れを三元触媒３４の上流側またはＮＯｘセンサ３６の上流側に切り替えている。これにより、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、エアポンプ６１から排気通路２７へ供給される空気の流量は低減される。
【００３４】
次に、図６に基づいて第２実施形態によるＮＯｘセンサ３６の異常判断の流れについて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の手順については、手順の概略のみを説明する。
判断部５６は、まずエンジンシステム１０が運転中であるか否かを判断する（Ｓ２０１）。判断部５６は、ステップＳ２０１においてエンジンシステム１０が停止していると判断すると、診断実施条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ２０２）。ここで、判断部５６は、診断実施条件として、バッテリ３９の電圧が予め設定された下限値以上であるか否かを判断する。判断部５６は、以上のようにステップＳ２０２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断すると、カウンタを初期化し、Ｃ＝０とする（Ｓ２０３）。判断部５６は、ステップＳ２０２においてＮＯｘセンサ３６の診断実施条件が成立している判断すると、ステップＳ２０３においてカウンタを初期化するとともに、ＮＯｘセンサ３６の作動を開始させる（Ｓ２０４）。
【００３５】
判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６の活性をチェックし、ＮＯｘセンサ３６が活性状態であるか否かを判断する（Ｓ２０５）。判断部５６は、ステップＳ２０５においてＮＯｘセンサ３６が活性状態にあると判断すると、切替弁６４によってエアポンプ６１から吐出された空気の流路をセンサ通路部６３へ切り替える（Ｓ２０６）。エアポンプ６１は、エンジンシステム１０の運転中、三元触媒３４へ二次エアを供給する。そのため、エンジンシステム１０が運転中であれば、エアポンプ６１から吐出された空気は、触媒通路部６２を経由して排気通路２７における三元触媒３４の上流側へ供給される。すなわち、切替弁６４は、エンジンシステム１０の運転中、空気の通路を触媒通路部６２へ切り替えている。そこで、ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、判断部５６は切替弁６４によりエアポンプ６１から吐出された空気の流路を触媒通路部６２からセンサ通路部６３へ切り替える。
【００３６】
切替弁６４で空気の流路が切り替えられると、判断部５６はエアポンプ６１を作動させる（Ｓ２０７）。これにより、エアポンプ６１から吐出された空気は、排気通路２７の三元触媒３４とＮＯｘセンサ３６との間へ供給される。エアポンプ６１により排気通路２７へ空気を供給することにより、エンジン１１の停止後に排気通路２７に残存していた排気、特にＮＯｘセンサの近傍に残存していた排気はエアポンプ６１から供給された空気によって追い出される。判断部５６は、エアポンプ６１を作動させると所定の間隔でカウンタを進め、Ｃ＝Ｃ＋１とする（Ｓ２０８）。判断部５６は、エアポンプ６１への通電期間が所定値Ｃ１に到達するまで、すなわちカウンタのカウンタＣ＞Ｃ１となるまでエアポンプ６１へ通電を継続する（Ｓ２０９）。
【００３７】
判断部５６は、エアポンプ６１への通電期間が所定値Ｃ１に到達すると、ＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘを検出する（Ｓ２１０）。そして、判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが予め設定された基準値Ｄ１より小さいか否かを判断する（Ｓ２１１）。判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１より小さいとき、ＮＯｘセンサ３６は正常と判断し、正常フラグをオンにする（Ｓ２１２）。一方、判断部５６は、検出したＮＯｘセンサ３６の出力値Ｉｎｏｘが基準値Ｄ１以上のとき、ＮＯｘセンサ３６が異常と判断し、異常フラグをオンにする（Ｓ２１３）。
【００３８】
判断部５６は、ステップＳ２１２で正常フラグをオン、またはステップＳ２１３で異常フラグをオンすると、エアポンプ６１を停止する（Ｓ２１４）。また、判断部５６は、切替弁６４を切り替えて、エアポンプ６１から吐出された空気の流路をセンサ通路部６３から触媒通路部６２へ切り替える。これにより、エンジンシステム１０が再始動されたとき、エアポンプ６１からは必要に応じて三元触媒３４へ二次エアが供給される。さらに、判断部５６は、ＮＯｘセンサ３６の作動を停止させる（Ｓ２１５）。そして、判断部５６は、チェック完了フラグをオンにする（Ｓ２１６）。これにより、ＮＯｘセンサ３６の診断が完了する。
【００３９】
以上のように、第２実施形態では、エアポンプ６１の吐出側における空気の流路を切替弁６４により触媒通路部６２またはセンサ通路部６３へ切り替えている。ＮＯｘセンサ３６の診断を実施する場合、ＮＯｘセンサ３６の近傍において排気を除去すればよい。通常の二次エアを供給する場合のように三元触媒３４の上流側にエアポンプ６１から空気を供給すると、ＮＯｘセンサ３６の診断であっても、三元触媒３４からＮＯｘセンサ３６までの容積に相当する空気を余分に供給する必要がある。一方、エアポンプ６１は、比較的消費電力が大きい。第２実施形態の場合、エアポンプ６１から吐出された空気は、ＮＯｘセンサ３６付近へ供給される。そのため、三元触媒３４からＮＯｘセンサ３６までの容積に相当する余分な空気は供給する必要がない。これにより、エアポンプ６１からはＮＯｘセンサ３６の診断に必要な最小限の空気を供給すれば足りる。したがって、より短期間でＮＯｘセンサ３６の診断を実施することができるとともに、エアポンプ６１の消費電力を低減することができる。
【００４０】
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】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置を示すブロック図
【図２】本発明の第１実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置を適用したエンジンシステムを示す概略図
【図３】本発明の第１実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置の作動の流れを示す概略図
【図４】本発明の第１実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置のタイミングチャートを示す概略図
【図５】本発明の第２実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置を適用したエンジンシステムを示す概略図
【図６】本発明の第２実施形態によるＮＯｘセンサ診断装置の作動の流れを示す概略図
【符号の説明】
【００４２】
図面中、１１はエンジン（内燃機関）、１３、６０は空気供給装置（空気供給手段）、１７は制御部、２３は吸気通路、２６はスロットル（弁手段）、２７は排気通路、３４は三元触媒、３６はＮＯｘセンサ、３７、６１はエアポンプ、３９はバッテリ、５０は診断装置、５６は判断部（センサ判断手段）、６２は触媒通路部、６３はセンサ通路部、６４は切替弁を示す。
【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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