(57)【要約】【課題】バッテリー寿命やＮＯｘセンサの寿命を延ばすことができるＮＯｘセンサの診断システムを提供すること。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサ１００の診断システムであって、前記内燃機関の稼働中に、前記ＮＯｘセンサ１００が異常であるか否を診断する第１診断手段１７０と、前記第１診断手段１７０が前記ＮＯｘセンサ１００を異常と診断した場合、前記内燃機関が停止しているときに前記ＮＯｘセンサ１００が異常であるか否かを診断する第２診断手段１７０と、を備えることを特徴とするＮＯｘセンサ１００の診断システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中におけるＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサの診断システムであって、
前記内燃機関の稼働中に、前記ＮＯｘセンサが異常であるか否を診断する第１診断手段と、
前記第１診断手段が前記ＮＯｘセンサを異常と診断した場合、前記内燃機関が停止しているときに前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを診断する第２診断手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘセンサの診断システム。
【請求項２】
前記ＮＯｘセンサが、
チャンバーに導入した排気ガス中の酸素を排出又は汲み込むためのポンプセルと、ポンプセルを通過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出するためのセンサセルと、チャンバー内の残留酸素濃度を検出するためのモニタセルとを備え、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流からＮＯｘ濃度を検知する限界電流式のＮＯｘセンサであって、
前記第１診断手段は、
前記内燃機関が予め設定された稼働状態にあるとき、前記ＮＯｘセンサにより検知したＮＯｘ濃度が、前記予め設定された稼働状態に応じて予め設定された、基準ＮＯｘ濃度範囲内にあるか否かに基づき、前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判断するものであるとともに、
前記第２診断手段は、
予め規定した印加電圧特性を用い、その都度のポンプセル電流に応じてポンプセル電圧を初期設定する手段と、前記初期設定したポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のモニタセル電流の変化量を検出する手段と、前記モニタセル電流の変化量に基づいて前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判断する手段と、を備えるものであることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの診断システム。
【請求項３】
前記第１診断手段は、前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを診断するとともに、前記異常のうち、予め設定された特定異常であるか否かを診断し、
前記第２診断手段は、前記第１診断手段が前記ＮＯｘセンサを前記特定異常と診断した場合、診断を行わないことを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘセンサの診断システム。
【請求項４】
前記第１診断手段は、前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを診断するとともに、前記異常のうち、予め設定された特定異常であるか否かを診断し、
前記第１診断手段が前記ＮＯｘセンサを前記特定異常と診断した場合、前記ＮＯｘセンサにより検知したＮＯｘ濃度の使用を停止する第１停止手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘセンサの診断システム。
【請求項５】
前記第２診断手段が、前記ＮＯｘセンサを異常と診断した場合、前記ＮＯｘセンサにより検知したＮＯｘ濃度の使用を停止する第２停止手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＮＯｘセンサの診断システム。
【請求項６】
前記第２診断手段は、診断中に前記内燃機関が始動した場合、診断を中止することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＮＯｘセンサの診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気中におけるＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサの診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路にＮＯｘセンサを配置し、そのＮＯｘセンサで検知したＮＯｘ濃度に基づき、様々な制御を行う技術が知られている。例えば、排気通路に取り付けられたＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサを配置し、それで検出したＮＯｘ濃度に基づき、排気の空燃比を調整し、ＮＯｘ触媒を制御する技術や、ＮＯｘ触媒の上流側に設置したＮＯｘセンサで検知したＮＯｘ濃度に基づき、ＮＯｘ触媒に添加する尿素量を制御する技術が知られている。
【０００３】
ところで、排気中のＮＯｘは低濃度であり、その低濃度のＮＯｘを検知するＮＯｘセンサは非常にセンシティブである。そのため、ＮＯｘセンサの劣化（センサ出力のドリフト）が問題となりやすい。そこで、内燃機関が停止後、余動中にＮＯｘセンサの診断を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。
【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】
【０００４】
しかしながら、余動中にＮＯｘセンサの診断を行う場合、内燃機関が停止している状態で、ＮＯｘセンサの活性状態維持のためにＮＯｘセンサに通電する必要があり、これを毎回実施するとバッテリー寿命が短くなってしまう。また、ＮＯｘセンサの通電時間も延びるため、ＮＯｘセンサの寿命も短くなってしまう。
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、バッテリー寿命やＮＯｘセンサの寿命を延ばすことができるＮＯｘセンサの診断システム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】
【０００６】
（１）請求項１の発明は、
内燃機関の稼働中に、ＮＯｘセンサが異常であるか否を診断し、異常であると判断した場合、内燃機関が停止しているときに、ＮＯｘセンサが異常であるか否かを診断する。そのため、内燃機関の停止後に、毎回、ＮＯｘセンサの異常を診断する場合に比べて、ＮＯｘセンサに通電するバッテリー寿命が長くなり、また、ＮＯｘセンサの通電時間が短くなるため、ＮＯｘセンサの寿命が長くなる。
【０００７】
また、本発明では、内燃機関の稼働中に、ＮＯｘセンサが異常であると判断した場合、内燃機関の停止後に、再度、ＮＯｘセンサが異常であるか否かを診断する。内燃機関の停止後における診断は、内燃機関が稼働中の診断に比べ、外乱が少ないので、精度良く診断を行うことができる。
（２）請求項２の発明では、
ＮＯｘセンサが、チャンバーに導入した排気ガス中の酸素を排出又は汲み込むためのポンプセルと、ポンプセルを通過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出するためのセンサセルと、チャンバー内の残留酸素濃度を検出するためのモニタセルとを備え、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流からＮＯｘ濃度を検知する限界電流式のＮＯｘセンサである。
【０００８】
そして、本発明では、請求項２記載の手段でＮＯｘセンサが異常であるか否かを診断するので、早期診断が可能になり、その結果として、ＮＯｘセンサの寿命が長くなり、ＮＯｘセンサに通電するバッテリーの寿命が長くなる。
（３）請求項３の発明では、
内燃機関の稼働中に、予め設定された特定異常と診断した場合、内燃機関の停止後における診断を行わない。このことにより、内燃機関の稼働中に、明らかな異常（例えば断線）を検出した場合は、内燃機関の停止後における診断を無駄に行わなくて済む。
【０００９】
内燃機関の稼働中に、予め設定された特定異常と診断した場合、例えば、エラー信号を出力するようにすれば、早期に、ＮＯｘセンサが異常であることをドライバーに伝えることができる。
（４）請求項４の発明では、
内燃機関の稼働中に、予め設定された特定異常と診断した場合、ＮＯｘセンサにより検知したＮＯｘ濃度の使用を停止する。このことにより、ＮＯｘセンサの異常により生じ得る（不正確なＮＯｘ値を用いることで生じ得る）２次故障を防止できる。
（５）請求項５の発明では、
内燃機関の停止後に、特定異常と診断した場合、ＮＯｘセンサにより検知したＮＯｘ濃度の使用を停止する。このことにより、ＮＯｘセンサの異常により生じ得る２次故障を防止できる。
【００１０】
ＮＯｘ濃度の使用を停止する方法としては、ＮＯｘセンサの制御を停止し、ＮＯｘ濃度を検知しないようにする方法や、検知したＮＯｘ濃度を各種制御に使用しないようにする方法が挙げられる。
（６）請求項６の発明では、
内燃機関の停止後、ＮＯｘセンサを診断しているときに、内燃機関が始動した場合、診断を中止する。こうすることにより、内燃機関の始動、及びそれにともなう排気ガスの流入により、ＮＯｘセンサの診断が不正確になってしまうことがない。また、ＮＯｘセンサの状態を、早期に、ＮＯｘ濃度を検出する状態に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．ＮＯｘセンサの診断システムの構成
ＮＯｘセンサの診断システムの全体構成を図１及び図２に基づいて説明する。ＮＯｘセンサの診断システムは、車両に搭載されたエンジンの排気ガス中におけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを診断するシステムであり、図１に示すように、ＮＯｘセンサ１００、センサ制御回路１７０、エンジンＥＣＵ１８０から構成される。
【００１２】
ＮＯｘセンサ１００は、エンジンの排気通路２００（図２参照）に配置され、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知するためのセンサである。なお、ＮＯｘセンサ１００の構成及び作用は後に詳述する。
【００１３】
センサ制御回路１７０は、図示しない車両のバッテリーを用いて、ＮＯｘセンサ１００への印加電圧、及びヒータ電力供給を行うとともに、ＮＯｘセンサ１００のセンサ出力を取得する。また、センサ制御回路１７０は、後述するＮＯｘセンサ１００の診断、異常判定、及び補正の各処理を実行する。
【００１４】
エンジンＥＣＵ１８０は、エンジン情報（水温、速度、回転数等）を取得し、そのエンジン情報に基づき、  センサ制御回路１７０に対し、各種要求（センサ駆動開始要求、ゼロ検出要求、センサ診断要求、センサ停止要求）等を行う。また、エンジンＥＣＵ１８０は、センサ制御回路１７０から取得したＮＯｘセンサ１００の出力値に基づき、排気ガスへの尿素添加量を算出し、尿素の添加量が算出した値となるように、尿素の添加弁１９０（図２参照）を駆動する。また、エンジンＥＣＵ１８０は、センサ制御回路１７０から、ＮＯｘセンサ１００の異常有無情報を受信し、異常がある場合は、図示しないダイアグを点灯する。
【００１５】
次に、ＮＯｘセンサ１００、尿素の添加弁１９０のエンジンの排気通路における配置を図２に基づいて説明する。図２（ａ）に示すように、エンジンの排気通路２００には、上流側から順に、添加弁１９０、触媒２１０、ＮＯｘセンサ１００、及びＤＯＣ２２０が直列に取り付けられている。触媒２１０は、ＮＯｘ触媒であって、さらに詳しくは、ＳＣＲ（Selective catalytic reduction）触媒である。なお、図２（ｂ）に示すように、ＮＯｘセンサ１００を、触媒２１０よりも上流側に取り付けても良い。
【００１６】
次に、ＮＯｘセンサ１００の構成を図３に基づいて詳細に説明する。ＮＯｘセンサ１００は、ポンプセル、モニタセル及びセンサセルからなる３セル構造を有し、排気ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度とを同時に検出可能な、いわゆる限界電流式の複合型ガスセンサとして具体化されている。
【００１７】
ＮＯｘセンサ１００において、酸素イオン伝導性材料からなる固体電解質（固体電解質素子）１４１、１４２は板状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ１４３を介して図３の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図３の上側の固体電解質１４１にはピンホール１４１ａが形成されており、このピンホール１４１ａを介して当該センサ周囲の排気ガスが第１チャンバー１４４内に導入される。第１チャンバー１４４は、拡散通路としての絞り部１４５を介して第２チャンバー１４６に連通している。符号１４７は多孔質拡散層である。
【００１８】
また、図３の下側の固体電解質１４２には、ポンプセル１１０及びモニタセル１２０が設けられており、ポンプセル１１０は、第１チャンバー１４４内に導入した排気ガス中の酸素を排出又は汲み込む働きをすると共に、その際に排気ガス中の酸素濃度を検出する。モニタセル１２０は、第２チャンバー１４６内の酸素濃度に応じた起電力、又は電圧印加時に電流出力を発生する。ここで、ポンプセル１１０は、固体電解質１４２を挟んで上下一対の電極１１１、１１２を有し、そのうち特に第１チャンバー１４４側の電極１１１はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）である。また、モニタセル１２０も同様に、固体電解質１４２を挟んで上下一対の電極１２１、１２２を有し、そのうち特に第２チャンバー１４６側の電極１２１はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）である。これらポンプセル１１０及びモニタセル１２０は、チャンバー１４４、１４６内に存在する酸素を分解して電極１１２、１２２より大気通路１５０側に排出する。
【００１９】
センサセル１３０は、前記モニタセル１２０に対向して設けられており、固体電解質１４１を挟んで上下一対の電極１３１、１３２を有する。センサセル１３０は、ポンプセル１１０を通過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出するものであり、第２チャンバー１４６内でＮＯｘを分解した時に発生する酸素を電極１３２より大気通路１４８側に排出する。
【００２０】
固体電解質１４２の図３における下面には絶縁層１４９が設けられ、この絶縁層１４９により大気通路１５０が形成されている。また、絶縁層１４９には、センサ全体を加熱するためのヒータ１５１が埋設されている。
【００２１】
次に、ＮＯｘセンサ１００によるＮＯｘの測定原理を説明する。上記構成のＮＯｘセンサ１００において、排気ガスは多孔質拡散層１４７及びピンホール１４１ａを通って第１チャンバー１４４に導入される。そして、この排気ガスがポンプセル１１０近傍を通過する際、ポンプセル１１０の電極１１１、１１２間に電圧を印加することで分解反応が起こり、第１チャンバー１４４内の酸素濃度に応じてポンプセル１１０を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第１チャンバー１４４側の電極１１１がＮＯｘ不活性電極であるので、ポンプセル１１０では排気ガス中のＮＯｘは分解されず、酸素のみが分解されて大気通路１５０に排出される。
【００２２】
その後、ポンプセル１１０近傍を通過した排気ガスは第２チャンバー１４６に流れ込み、モニタセル１２０では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル１２０の出力は、該モニタセル１２０の電極１２１、１２２間に所定の電圧を印加することで、モニタセル電流として検出される。また、センサセル１３０の電極１３１、１３２間に所定の電圧を印加することでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生する酸素が大気通路１４８に排出される。その際、センサセル１３０に流れた電流が排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度として検出される。
【００２３】
また、センサ制御回路１７０は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器等を備える周知の論理演算回路で構成されている。ポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０はそれぞれに電源回路を有しており、各電源回路において、ポンプセル電流Ｉｐが電流検出器１７１で測定され、モニタセル電流Ｉｍが電流検出器１７２で測定され、センサセル電流Ｉｓが電流検出器１７３で測定される。これら各電流検出器１７１〜１７３で測定された電流値はそれぞれセンサ制御回路１７０に取り込まれる。
【００２４】
センサ制御回路１７０は、電流検出器１７１で測定したポンプセル電流Ｉｐにより排気ガス中の酸素濃度を検出すると共に、予め規定した印加電圧特性を用い、ポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐを随時設定する。また、センサ制御回路１７０は、電流検出器１７３で測定したセンサセル電流Ｉｓにより排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
【００２５】
次に、ＮＯｘセンサ１００の出力特性について図４を用いて説明する。図４において、（ａ）にはポンプセル電圧Ｖｐに対するポンプセル電流Ｉｐの特性（Ｖｐ−Ｉｐ特性）を示し、（ｂ）には同じくポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの特性（Ｖｐ−Ｉｍ特性、Ｖｐ−Ｉｓ特性）を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）は、酸素濃度及びＮＯｘ濃度が一定のもとでの特性を示す。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、ポンプセル１１０に流れるポンプセル電流Ｉｐはポンプセル電圧Ｖｐに対して限界電流特性を有している。限界電流域はＶ軸に対して僅かに右上がりの直線部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど（リーンであるほど）ポンプセル電流Ｉｐが大きくなる方向にシフトする。限界電流域よりも低Ｖｐ側は抵抗支配域であり、その抵抗支配域の傾きは概ねポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐに一致する。
【００２７】
ポンプセル１１０の印加電圧特性として印加電圧直線ＬＸ１が規定されており、印加電圧直線ＬＸ１上でその時々のポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐが可変に制御される。因みに、ポンプセル１１０の電極１１１（第１チャンバー１４４側の電極）はＮＯｘ不活性電極であるが、ポンプセル電圧Ｖｐが大きすぎるとＮＯｘが分解されてしまうことから、印加電圧直線ＬＸ１はポンプセル１１０でＮＯｘガスを分解しないことを条件に設定される。実際には、第１チャンバー１４４内を所定の低酸素濃度（ストイキ近傍）に保持するべく印加電圧直線ＬＸ１が設定されており、例えば数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ程度の僅かな残留酸素（余剰酸素）が第１チャンバー１４４内に残るようポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【００２８】
また、図４（ｂ）において、ポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍの特性（Ｖｐ−Ｉｍ特性）を見ると、ポンプセル電圧Ｖｐが低い領域ではモニタセル電流Ｉｍが急激に増大し、ポンプセル電圧Ｖｐがある程度高くなるとモニタセル電流Ｉｍがほぼ一定になる。つまり、図４（ａ）の特性からも分かるように低Ｖｐ領域（抵抗支配域）ではポンプセル電流Ｉｐが小さく、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が増大する。また、ポンプセル特性の限界電流域ではポンプセル電流Ｉｐがほぼ一定になることから第１チャンバー１４４内の残留酸素量がほぼ一定となる。それ故、ポンプセル電圧Ｖｐに対してモニタセル電流Ｉｍが図示の如く変化する。この場合、モニタセル電流Ｉｍが急変する変曲点（図４のＡ）が存在する。なお、モニタセル電流Ｉｍの特性上どこを変曲点とみなすかは、基準となるモニタセル電流Ｉｍの変化率（傾き）を適宜設定し、その基準の変化率を満たすかどうかにより判断されれば良い。
【００２９】
また、ポンプセル電圧Ｖｐに対するセンサセル電流Ｉｓの特性（Ｖｐ−Ｉｓ特性）を見ると、ポンプセル電圧Ｖｐに対して平坦な電流域（平坦領域）があり、その平坦領域ではセンサセル電流Ｉｓが安定する。故に、図４の制御点Ｂでポンプセル電圧Ｖｐが制御されれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度が精度良く検出できる。この場合、モニタセル電流Ｉｍの変曲点Ａは、センサセル電流Ｉｓの平坦領域から僅かに離れて存在している。また、変曲点Ａと制御点Ｂとは「オフセット値」だけ離れており、このオフセット値はセンサ機種毎に固有の数値である。但し、オフセット値は、如何なる基準でモニタセル電流Ｉｍの変曲点が設定されるかに応じて変わるものである。
【００３０】
次に、ＮＯｘセンサ１００の個体差や経時変化（劣化）等によりポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが増加又は減少した場合について、ＮＯｘセンサ１００の出力特性を図６に基づいて説明する。なお、図６において、実線で示す特性は前記図４で説明した基本特性であり、一点鎖線で示す特性はインピーダンス増加時の特性である。
【００３１】
ポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが増加した場合、図６（ａ）のようにポンプセル特性が図示の如く傾くため、ポンプセル電流Ｉｐが低下する。すると、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が増大することから、図６（ｂ）に示すように、モニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓが一点鎖線のように変化するようになる。この場合、センサセル電流Ｉｓの値が上昇し、センサセル電流Ｉｓの検出精度が低下する。
【００３２】
また、ポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが減少した場合には、ポンプセル特性が図示の如く立ち上がるため、ポンプセル電流Ｉｐが上昇する。すると、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が減少することから、図６（ｂ）の場合とは反対に、モニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓが変化するようになる。この場合、センサセル電流Ｉｓの値が低下し、やはりセンサセル電流Ｉｓの検出精度が低下する。
【００３３】
上記の通り、ポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが不用意に変化すると、センサセル電流Ｉｓの検出精度が低下し、ひいてはＮＯｘ濃度が誤検出されてしまう。これは、素子インピーダンスＲｉｐの変化に伴いセンサセル電流Ｉｓの平坦領域が変動し、所定のポンプセル電圧Ｖｐを印加してもセンサセル電流Ｉｓが正しく検出できないことによる。
【００３４】
２．ＮＯｘセンサの診断システムが実行する診断処理
ＮＯｘセンサの診断システムが実行する処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。本処理は、所定時間毎（例えば、数秒毎）に、センサ制御回路１７０により実施される。本処理は、ＮＯｘ濃度を検出するためのガス濃度検出期間とは異なる「ポンプセル電圧診断期間」に、センサ制御回路１７０により実施される。つまり、通常のガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきその時々のポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐが制御されて定期的（例えば４ｍｓｅｃ毎）にＮＯｘ濃度が検出される。また、ポンプセル電圧診断期間では、ＮＯｘ濃度検出が一時的に中断され、後述する処理が実行される。
【００３５】
ステップ１０では、エンジンの稼働状態について、検出条件が成立したか否かを判断する。検出条件とは、減速時に燃料供給がカットされた状態、またはアイドリング時である。検出条件が成立した場合はステップ２０に進み、成立しない場合はステップ１０に留まる。
【００３６】
ステップ２０では、検出条件におけるＮＯｘセンサ１００の実際の出力値（ＮＯｘ濃度）Ａと、検出条件が成立したときの出力値として予め設定された基準出力値（ＮＯｘ濃度）Ｂとの偏差を算出する。
【００３７】
ステップ３０では、前記ステップ２０で算出した偏差に基づき、ＮＯｘセンサ１００が異常であるか否かを判断する。すなわち、上記偏差が所定の基準値Ｌ１を超えていれば、ＮＯｘセンサ１００が異常であると判断し、上記偏差が所定の基準値Ｌ１を超えていなければ、ＮＯｘセンサ１００が正常であると判断する。ＮＯｘセンサ１００が異常であると判断した場合はステップ４０に進み、正常であると判断した場合はステップ１０に戻る。
【００３８】
ステップ４０では、前記ステップ２０で算出した偏差に基づき、ＮＯｘセンサ１００に対し本診断を行うことが必要であるか否かを判断する。具体的には、上記偏差が、特定異常基準値Ｌ２（上述した基準値Ｌ１よりも大きい値）を超えていなければ、本診断が必要であると判断し、上記偏差が所定の特定異常基準値Ｌ２を超えていれば、明らかな異常であるから、本診断が必要でないと判断する。本診断が必要であると判断した場合はステップ５０に進み、本診断が必要でないと判断した場合はステップ９０に進む。なお、上記偏差が所定の特定異常基準値Ｌ２を超えている場合としては、ＮＯｘセンサ１００の配線が断線している場合がある。
【００３９】
ステップ５０ではエンジンが停止しているか否かを判断する。エンジンが停止していると判断した場合はステップ６０に進み、エンジンが停止していないと判断した場合はステップ５０に留まる。
【００４０】
ステップ６０では、ＮＯｘセンサ１００を、エンジン停止後でも継続駆動するようにする。つまり、バッテリーにより、ＮＯｘセンサ１００への通電を続ける。
ステップ７０では、エンジン停止後の余動中に、ＮＯｘセンサ異常検出（本診断）を行う。このＮＯｘセンサ異常検出については、後に詳述する。
【００４１】
ステップ８０では、前記ステップ７０のＮＯｘセンサ異常検出の結果、ＮＯｘセンサ１００が異常であると判断されたか否かを判断する。ＮＯｘセンサ１００が異常であると判断された場合はステップ１００に進み、ＮＯｘセンサ１００が異常ではないと判断された場合は本処理を終了する。
【００４２】
一方、前記ステップ４０にて本診断が必要でないと判断された場合はステップ９０にてエラー信号を出力する。そのエラー信号に応じて、車内の図示しないダイアグを点灯させることにより、エラー報知がなされる。
【００４３】
また、前記ステップ８０にてＮＯｘセンサ１００が異常であるとされた場合は、ステップ１００にて、ＮＯｘセンサ１００の制御を停止する。すなわち、ＮＯｘセンサ１００によるＮＯｘ濃度の検出は、この時点以降、行われなくなる。
【００４４】
ステップ１１０では、エラー信号を出力する。そして、そのエラー信号に応じて、車内の図示しないダイアグを点灯させることによりエラー報知がなされる。
次に、図７のフローチャートに基づき、前記ステップ７０において実行される、停止時のＮＯｘセンサ異常検出処理を詳細に説明する。この処理は、モニタセル電流Ｉｍの変曲点とセンサセル電流Ｉｓの平坦領域との相関関係が素子インピーダンスＲｉｐの変化によらず不変であることに着目し、モニタセル電流Ｉｍの変曲点の位置に応じて診断を行うものである。
【００４５】
図７において、先ずステップ２１０では、図４に示した印加電圧直線ＬＸ１（印加電圧特性）を用い、その都度のポンプセル電流Ｉｐに対応するポンプセル電圧Ｖｐを初期設定する（マップ演算する）。そして、そのポンプセル電圧Ｖｐをポンプセル１１０に印加する。また、ステップ２２０は、ポンプセル電圧Ｖｐを所定の振幅ΔＶで正負両側に掃引させる。ステップ２３０では、その都度のモニタセル電流の変化量ΔＩｍを計測する。この場合、例えば２００ｍｓｅｃ以下の周期（周波数５Ｈｚ以上）でポンプセル電圧Ｖｐを掃引させることとし、より望ましくは１００ｍｓｅｃ以下の周期（周波数１０Ｈｚ以上）で掃引させると良い。
【００４６】
ステップ２４０では、前記ステップ２３０で計測したモニタセル電流の変化量ΔＩｍが、所定の基準値を超えていれば、ＮＯｘセンサ１００が異常であると判定し、基準値以下であれば、正常であると判定する。
【００４７】
次に、上記図７の処理についてその動作手順をより具体的に説明する。図８に示すように、先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定され、その時の電圧値Ｖ１を基準にポンプセル電圧Ｖｐが正負両側に一時的に振られる。すなわち、ポンプセル電圧Ｖｐに短時間の掃引波形が加えられる。このとき、センサ個体差や経時変化等によりモニタセル電流Ｉｍの特性が変化すると、モニタセル電流Ｉｍの変曲点が電圧値Ｖ１に近づき、Ｖｐ掃引に伴いモニタセル電流Ｉｍが大きく変化する。
【００４８】
例えば、電圧値Ｖ１の近くに変曲点が存在しない場合（変曲点が電圧値Ｖ１に近づいていない場合）、図９（ａ）に示すように、Ｖｐ掃引に伴いモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓが僅かに変化する。この場合、ＮＯｘセンサ１００が正常であると判定される。
【００４９】
これに対し、電圧値Ｖ１の近くに変曲点が存在する場合（変曲点が電圧値Ｖ１に近づいた場合）、図９（ｂ）に示すように、Ｖｐ掃引に伴いモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの変化が正負両側で不均一となる。この場合、ＮＯｘセンサ１００が異常であると判定される。
【００５０】
なお、ステップ２４０の後、前記ステップ２３０で計測したモニタセル電流の変化量ΔＩｍに基づき、ＮＯｘセンサ１００の出力を補正してもよい。この補正は以下のようにして行うことができる。
【００５１】
すなわち、前記ステップ２３０で計測したモニタセル電流の変化量ΔＩｍ応じて電圧補正値ＫＶを算出する。このとき、例えば図１０の関係を用い、モニタセル電流の変化量ΔＩｍに応じて電圧補正値ＫＶを算出する。次に、電圧補正値ＫＶを用いて印加電圧特性を補正する。なおこの場合、電圧補正値ＫＶをバックアップＲＡＭやフラッシュＲＯＭ等のバックアップメモリに記憶保持しても良いし、或いは、電圧補正値ＫＶにより印加電圧特性自体を更新しても良い。
【００５２】
上記の如く補正又は更新された結果は、それ以降のＮＯｘ濃度検出時に適用される。すなわち、ガス濃度検出期間におけるポンプセル電圧制御に際し、センサ制御回路１７０は、バックアップＲＡＭ等に格納された電圧補正値ＫＶを用いてポンプセル電圧Ｖｐを補正する。あるいは、センサ制御回路１７０は、特性更新済みの印加電圧特性を用い、その時々のポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐを制御する。
【００５３】
３．ＮＯｘセンサの診断システムが奏する効果
ＮＯｘセンサの診断システムが奏する効果を説明する。
（１）ＮＯｘセンサの診断システムは、エンジン稼働中に、ＮＯｘセンサ１００が異常であるか否を診断し（図５のステップ１０〜４０）、異常であると判断した場合のみ、エンジン停止後に、ＮＯｘセンサ異常検出（本診断、図５のステップ７０）を行う。そのため、エンジン停止後に、毎回、ＮＯｘセンサ異常検出を行う場合に比べて、ＮＯｘセンサ１００に通電するバッテリーの寿命が長くなり、また、ＮＯｘセンサ１００の通電時間が短くなるため、ＮＯｘセンサ１００の寿命も長くなる。
（２）ＮＯｘセンサの診断システムは、エンジン稼働中に、ＮＯｘセンサ１００が異常であると判断した場合、エンジン停止後に、再度、ＮＯｘセンサ異常検出を行う。エンジン停止後のＮＯｘセンサ異常検出は、エンジン稼働中の診断に比べ、外乱が少ないので、精度良く診断を行うことができる。
（３）ＮＯｘセンサの診断システムは、図７のフローチャートに示す方法で、ＮＯｘセンサ異常検出を行う。そのことにより、早期診断が可能になり、その結果として、ＮＯｘセンサ１００の寿命が長くなり、ＮＯｘセンサ１００に通電するバッテリーの寿命が長くなる。
（４）ＮＯｘセンサの診断システムは、ＮＯｘセンサ１００の実際の出力値Ａと、検出条件が成立したときの出力値として予め設定された基準出力値Ｂとの偏差が、特定異常基準値Ｌ２を超えていれば、エンジン停止後のＮＯｘセンサ異常検出を行わず、エラー信号を出力する（図５のステップ４０、９０）。つまり、エンジン稼働中の診断結果から、明らかに異常であると判断される場合は、エンジン停止後のＮＯｘセンサ異常検出を行わず、直ちにエラー信号を出力する。このことにより、早期に、ＮＯｘセンサ１００が異常であることをドライバーに伝えることができる。
（５）ＮＯｘセンサの診断システムは、エンジン停止後のＮＯｘセンサ異常検出により、ＮＯｘセンサ１００が異常であると判断した場合は、ＮＯｘセンサ１００の制御を停止する（図５のステップ８０、１００）。このことにより、ＮＯｘセンサ１００の異常により生じ得る２次故障を防止できる。
【００５４】
４．変形例１
ＮＯｘセンサの診断システムは、図５のフローチャートに示す処理の代わりに、図１１のフローチャートに示す処理を実行するものであってもよい。
【００５５】
図１１のフローチャートにおいて、ステップ３１０〜３８０の処理は、図５のフローチャートにおけるステップ１０〜８０と同様である。また、図１１のフローチャートにおいて、ステップ４００〜４２０の処理は、図５のフローチャートにおけるステップ９０〜１１０と同様である。
【００５６】
図１１に示すフローチャートでは、ステップ３４０においてＮＯｘセンサ１００の本診断が必要と判断した場合、ＮＯｘセンサ１００の制御を停止する。すなわち、ＮＯｘセンサ１００によるＮＯｘ濃度の検出は、これ時点以降、行われなくなる。このように、エンジン稼働中に明らかな異常を検出した場合は、ＮＯｘセンサ１００の制御を停止し、この時点以降、ＮＯｘセンサ１００によるＮＯｘ濃度の検出は行われなくなるから、ＮＯｘセンサ１００の異常により生じ得る２次故障を早期に防止できる。
【００５７】
５．変形例２
ＮＯｘセンサの診断システムは、図５のフローチャートに示す処理の代わりに、図１２のフローチャートに示す処理を実行するものであってもよい。
【００５８】
図１２のフローチャートにおいて、ステップ５１０〜５６０の処理は、図５のフローチャートにおけるステップ１０〜６０と同様である。また、図１２のフローチャートにおいて、ステップ６００〜６３０の処理は、図５のフローチャートにおけるステップ８０〜１１０と同様である。
【００５９】
図１２に示すフローチャートでは、ＮＯｘセンサ異常検出（ステップ５８０）を実行しているとき、所定時間ごとに、そのＮＯｘセンサ異常検出が終了したか否かを判断し（ステップ５９０）、終了していなければ、エンジン始動の有無を判断し、エンジンが始動していれば、ＮＯｘセンサ異常検出を、たとえ途中であっても終了する（ステップ５７０）。こうすることにより、ＮＯｘセンサ異常検出の途中での、エンジンの始動、及びそれにともなう排気ガスの流入により、ＮＯｘセンサ異常検出が不正確になってしまうことがない。また、エンジンの始動後、ＮＯｘセンサ１００の状態を、早期に、ＮＯｘ濃度を検出する状態に戻すことができる。
【００６０】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ＮＯｘセンサの診断システムを適用した車両の構成を表すブロック図である。
【図２】排気通路におけるＮＯｘセンサ１００の配置を表す説明図である。
【図３】ＮＯｘセンサ１００の概要を示す構成図である。
【図４】ＮＯｘセンサ１００の出力特性を示す説明図である。
【図５】ＮＯｘセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。
【図６】ＮＯｘセンサ１００の出力特性を示す説明図である。
【図７】ＮＯｘセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。
【図８】ポンプセル電圧に対するモニタセル電流の変化を示す特性図である。
【図９】ポンプセル電圧の変化に伴うモニタセル電流、センサセル電流の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】電圧補正値ＫＶを設定するための図である。
【図１１】ＮＯｘセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。
【図１２】ＮＯｘセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１００・・・ＮＯｘセンサ、１１０・・・ポンプセル、１１１、１１２・・・電極、
１２０・・・モニタセル、１２１・・・電極、１３０・・・センサセル、
１３１、１３２・・・電極、１４１・・・固体電解質、１４１ａ・・・ピンホール、
１４２・・・固体電解質、１４３・・・スペーサ、１４４・・・第１チャンバー、
１４５・・・絞り部、１４６・・・第２チャンバー、１４７・・・符号、
１４８、１５０・・・大気通路、１４９・・・絶縁層、１５１・・・ヒータ、
１７０・・・センサ制御回路、１７１、１７２、１７３・・・電流検出器、
１９０・・・添加弁、２００・・・排気通路、２１０・・・触媒、２２０・・・ＤＯＣ、
１８０・・・エンジン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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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