(57)【要約】【課題】ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出するとともに、異常検出時に排出されるＮＯｘ量を極力低減するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムを提供する。【解決手段】ＮＯｘセンサ異常検出装置は、ＮＯｘセンサが検出するＮＯｘ濃度の変化量を積算する（Ｓ３１４）。ＮＯｘセンサ異常検出装置は、所定の過渡運転状態を経験済みであれば（Ｓ３１６：Ｙｅｓ）、Ｓ３１８において、ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲内であるかを判定する。ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲から外れていると（Ｓ３１８：Ｎｏ）、ＮＯｘセンサ異常検出装置は、尿素水の添加を強制的に停止し（Ｓ３２０）、その後のＮＯｘセンサの出力信号からＮＯｘセンサの異常を確認する（Ｓ３２４、Ｓ３２６、Ｓ３２８）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記運転状態が過渡状態であるかを判定する過渡状態判定手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づき前記ＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量を取得するＮＯｘ量取得手段と、
前記過渡状態を含む前記運転状態の所定期間においてＮＯｘ量取得手段が取得する前記ＮＯｘ量に基づき前記ＮＯｘセンサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項２】
前記過渡状態判定手段は、少なくとも前記内燃機関に噴射する燃料噴射量の変化量が所定値以上のときに前記運転状態が過渡状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項３】
前記所定期間における前記ＮＯｘ量の積算値を算出するＮＯｘ量積算手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記ＮＯｘ量積算手段が算出した前記積算値に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項４】
前記所定期間における前記ＮＯｘ量の変化量の積算値を算出するＮＯｘ量積算手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記ＮＯｘ量積算手段が算出した前記積算値に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ除去装置はＮＯｘ触媒に添加装置から還元剤を添加してＮＯｘを還元し、
前記添加装置から前記ＮＯｘ触媒に添加する還元剤の添加量をエンジン回転数および燃料噴射量に基づきマップから算出する添加量算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項６】
前記異常検出手段が前記ＮＯｘセンサの異常を検出すると、前記ＮＯｘ除去装置のＮＯｘ除去作動を停止または低減する除去作動調整手段と、
前記除去作動調整手段が前記ＮＯｘ除去装置のＮＯｘ除去作動を停止または低減した後、前記ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を検出する異常確認手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置と、
前記ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサと、
請求項１から６のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を検出するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを除去するＮＯｘ除去装置の下流側にＮＯｘセンサを設置し、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいてＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去量を判定する排気浄化システムが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去量を高精度に検出するために、劣化または故障等によるＮＯｘセンサの異常を検出することが求められる。
【０００４】
特許文献１では、例えばフューエルカット状態になり内燃機関からのＮＯｘ排出量が０と推定される運転状態において、ＮＯｘセンサの出力信号がＮＯｘ排出量の０に相当する値であるかを判定することによりＮＯｘセンサを含む排気浄化装置の異常を検出している。
【０００５】
また、特許文献２には、ＮＯｘセンサの異常を検出するためにＮＯｘ触媒への還元剤の添加を強制的に停止し、そのときにＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度の値を判定して排気浄化システムの異常を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−４７９７９号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、内燃機関からのＮＯｘ排出量が０と推定される運転状態において、ＮＯｘセンサの出力信号がＮＯｘ排出量の０に相当する値であるかを判定することによりＮＯｘセンサの異常を検出する方式では、ＮＯｘセンサが正常であっても出力信号のレベルが低いので、ＮＯｘセンサの正常と異常とを高精度に判別することが困難である。
【０００７】
また、特許文献２に開示されているように、異常検出毎にＮＯｘ触媒への還元剤の添加を強制的に停止すると、還元されないＮＯｘが異常検出毎に排出されるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出するとともに、異常検出時に排出されるＮＯｘ量を極力低減するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化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】
【０００９】
内燃機関の運転状態が定常状態であれば、内燃機関から排出されるＮＯｘ量は一定であるから、ＮＯｘ除去装置でＮＯｘが除去されることにより、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサで検出するＮＯｘ量はほぼ０にすることができる。
【００１０】
これに対し、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、内燃機関から排出される排気中のＮＯｘ量が変化する。通常、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去作動は内燃機関から排出されるＮＯｘ量の変化に遅れて追随するので、内燃機関から排出される排気中のＮＯｘ量が変化する過渡状態において、内燃機関から排出される排気中のＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置が除去するＮＯｘ量とのずれにより、定常状態よりも多くのＮＯｘがＮＯｘ除去装置から除去されずに排出される傾向にある。つまり、過渡状態においては、運転状態の変化により、望ましくはないがＮＯｘ除去装置からＮＯｘが排出される。
【００１１】
そこで、請求項１から７に記載の発明によると、内燃機関の過渡状態を含む運転状態の所定期間においてＮＯｘセンサの出力信号に基づいてＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量に基づきＮＯｘセンサの異常を検出する。
【００１２】
前述したように、過渡状態では定常状態よりも多くのＮＯｘがＮＯｘ除去装置から除去されずに排出される。その結果、ＮＯｘセンサが正常に作動していれば、ＮＯｘセンサの出力信号のレベルは検出の容易な所定範囲内になる。一方、ＮＯｘセンサに劣化または故障等による異常が発生していると、過渡状態においてＮＯｘセンサの出力信号のレベルは、所定範囲より小さくなるか、あるいは所定範囲を超えて大きくなる。
【００１３】
したがって、過渡状態を含む運転状態の所定期間においてＮＯｘセンサの出力信号に基づいてＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量に基づき、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出できる。
【００１４】
また、過渡状態においてＮＯｘ除去装置から排出されるＮＯｘは、ＮＯｘセンサの異常検出のために強制的に排出されるものではなく、過渡状態においてＮＯｘ除去装置による除去作動の追随遅れにより仕方なく排出されるものである。これにより、ＮＯｘセンサの異常検出時においてＮＯｘ排出量を極力低減できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、少なくとも燃料噴射量の変化量が所定値以上のときに運転状態が過渡状態であると判定する。
内燃機関から排出されるＮＯｘ量は内燃機関への燃料噴射量に応じて変化するので、燃料噴射量の変化量が所定値以上のときに運転状態が過渡状態であると判定できる。
【００１６】
ところで、過渡状態においてＮＯｘ除去装置から排出されるＮＯｘ量が少ないと、ＮＯｘセンサが検出するＮＯｘ量に基づいてＮＯｘセンサの異常を判定することが困難な場合がある。
【００１７】
そこで、請求項３に記載の発明によると、過渡状態を含む運転状態の所定期間におけるＮＯｘ量の積算に基づいてＮＯｘセンサの異常を検出する。
ＮＯｘセンサが検出する瞬時毎のＮＯｘ量ではなくＮＯｘ量を積算することにより、ＮＯｘセンサが検出する瞬時毎のＮＯｘ量よりも大きな値である積算値に基づいてＮＯｘセンサの異常を容易に検出できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によると、過渡状態を含む運転状態の所定期間におけるＮＯｘ量の変化量の積算に基づいてＮＯｘセンサの異常を検出する。
ＮＯｘ量そのものではなくＮＯｘ量の変化量を積算することにより、過渡状態を含む運転状態の所定期間において、少なくとも変化量が０のときのＮＯｘ量は積算値としてカウントされない。これにより、運転状態の過渡状態に起因してＮＯｘ除去装置から除去されずに排出されたＮＯｘの変化部分だけを積算できる。
【００１９】
尚、ＮＯｘ量の変化量を積算する場合、変化量の増加部分または減少部分の一方だけを積算してもよい。
請求項５に記載の発明によると、ＮＯｘ除去装置はＮＯｘ触媒に添加装置から還元剤を添加してＮＯｘを還元するものであり、ＮＯｘセンサ異常検出装置の添加量算出手段は、添加装置からＮＯｘ触媒に添加する還元剤の添加量をエンジン回転数および燃料噴射量に基づきマップから算出する。
【００２０】
エンジン回転数および燃料噴射量は内燃機関の運転状態として基本的な要素であるから、どのような構成の内燃機関においても既存のセンサから取得できる。したがって、新たにセンサを設置することなく、添加装置からＮＯｘ触媒に添加する還元剤の添加量を算出できる。
【００２１】
ところで、ＮＯｘ除去装置による除去作動の追随の遅れ程度によっては、過渡状態において、所定量以上のＮＯｘがＮＯｘ除去装置から排出されるとは限らない場合がある。このような場合に、ＮＯｘセンサが検出するＮＯｘ量に基づいてＮＯｘセンサの異常を検出すると、正常なＮＯｘセンサを異常であると誤判定するおそれがある。
【００２２】
そこで、請求項６に記載の発明によると、異常検出手段がＮＯｘセンサの異常を検出すると、除去作動調整手段がＮＯｘ除去装置のＮＯｘ除去作動を停止または低減し、その後に、異常確認手段がＮＯｘセンサの出力信号に基づいてＮＯｘセンサの異常を検出する。
【００２３】
異常検出手段によってＮＯｘセンサの異常を検出した後にＮＯｘ除去装置のＮＯｘ除去作動を停止または低減することにより、ＮＯｘ除去装置からＮＯｘが強制的に排出される。そして、強制的に排出されたＮＯｘ量を検出することにより、ＮＯｘセンサの異常を二重に確認できる。したがって、ＮＯｘセンサの異常の誤判定を防止できる。
【００２４】
また、過渡状態を含む運転状態の所定期間においてＮＯｘセンサの異常を検出したときにだけＮＯｘ除去装置からＮＯｘを強制的に排出させるので、ＮＯｘセンサの異常検出時にＮＯｘ除去装置から排出されるＮＯｘ量を極力低減できる。
【００２５】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による排気浄化システムを図１に示す。
（排気浄化システム１０）
本実施形態の排気浄化システム１０は、ＮＯｘ触媒１２、尿素添加弁１４、ポンプ１６、尿素水タンク１８、レベルセンサ２０、ＮＯｘセンサ３０、電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）４０等から構成されている。排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２から排気通路１００に排出される排気を浄化するシステムである。エンジン２には、コモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁から噴射される。
【００２７】
ＮＯｘ触媒１２は、排気通路１００に設置されている。添加装置としての尿素添加弁１４はＮＯｘ触媒１２の上流側に設置されている。ＮＯｘ触媒１２および尿素添加弁１４は、特許請求の範囲に記載した「ＮＯｘ除去装置」に相当する。
【００２８】
尿素添加弁１４は、尿素水を還元剤としてＮＯｘ触媒１２の上流側に噴射する電磁駆動式の開閉弁である。尿素添加弁１４から噴射された尿素水は、ＮＯｘ触媒１２に吸着され、排気温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される。そして加水分解により発生したアンモニアがＮＯｘ触媒１２においてＮＯｘを還元する。
【００２９】
ポンプ１６は、尿素水タンク１８内の尿素水を尿素添加弁１４に供給する。レベルセンサ２０は、尿素水タンク１８内の尿素水の残量を検出する。
ＮＯｘセンサ３０は、ＮＯｘ触媒１２の下流側に設置されており、ＮＯｘ触媒１２の下流側におけるＮＯｘ量としてＮＯｘ濃度を検出する。ＮＯｘセンサ３０はヒータにより所定温度以上になると活性化し、ＮＯｘ濃度に応じた検出信号を出力する。
【００３０】
ＮＯｘセンサ異常検出装置としてのＥＣＵ４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き換え可能な記憶装置等から構成されている。ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
【００３１】
（運転状態取得手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０、図示しないエンジン回転数センサ、およびアクセル開度センサ等の各種センサの検出信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ４０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁の噴射時期および噴射量、ならびに他装置の挙動を制御する。
【００３２】
（添加量算出手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサの検出信号からエンジン回転数を取得し、アクセル開度センサの検出信号から燃料噴射弁に指令する燃料噴射量を算出して取得する。そして、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいてマップからエンジン２から排出されるＮＯｘ量を算出する。また、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいてマップからＮＯｘ排出量に応じた尿素水の添加量を算出する。
【００３３】
エンジン回転数および燃料噴射量は、ディーゼルエンジン２以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジンにおいてもエンジン構成に関わらず基本的に設置されているセンサから検出できるエンジン運転状態である。したがって、新たにセンサを設置することなく、エンジン２から排出されるＮＯｘ量および尿素水の添加量を算出できる。
【００３４】
エンジン運転状態が定常状態であれば、エンジン２から排出されるＮＯｘ量はほぼ一定である。したがって、ＮＯｘ触媒１２においてＮＯｘを還元するために必要な尿素水量が尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加されることにより、ＮＯｘ触媒１２から排出されるＮＯｘ量はほぼ０になる。
【００３５】
これに対し、アクセルを踏み込んだり、踏み込んだアクセルを戻したりすると、アクセル開度に応じて燃料噴射量が増減するので、エンジン運転状態は過渡状態になる。過渡状態においても定常状態と同様に、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいてマップからＮＯｘ排出量に応じた尿素水量を算出し、尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に尿素水を添加するものの、マップから尿素水量を算出し、算出した量の尿素水を尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加するまでに応答遅れがある。さらに、尿素水がＮＯｘ触媒１２に添加されてから、ＮＯｘ触媒１２で尿素水が加水分解されてＮＯｘを還元するまでに応答遅れがある。その結果、過渡状態においては、定常状態よりも多くのＮＯｘが還元されずにＮＯｘ触媒１２から排出される傾向にある。
【００３６】
ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation）弁が設置されている場合には、ＥＧＲ弁の開度からＥＧＲ量を取得し、エンジン回転数と燃料噴射量とＥＧＲ量とに基づいてマップからエンジン２から排出されるＮＯｘ量および尿素水の添加量を算出することが望ましい。ＥＧＲ量が増加するとＮＯｘ排出量は減少し、ＥＧＲ量が減少するとＮＯｘ排出量は増加する。
【００３７】
ＥＣＵ４０は、尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加する尿素水の添加量をオープン制御してもよいし、ＮＯｘセンサ３０の検出信号をフィードバックし、尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加する尿素水の添加量を制御してもよい。
【００３８】
また、ＥＣＵ４０はＮＯｘセンサ３０の検出信号に基づき、経時変化等による尿素添加弁１４の添加量特性を学習してもよい。
（過渡状態判定手段）
ＥＣＵ４０は、燃料噴射量の変化量が所定値以上のときにエンジン運転状態が過渡状態であると判定する。図４では、アクセル開度の変化量を燃料噴射量の変化量と見なしている。そして、図４においてＥＣＵ４０は、アクセル開度の変化量が正方向に所定値以上増加している状態を過渡状態と判定している。
【００３９】
ただし本実施形態では、運転状態の変化に対するＮＯｘセンサの検出遅れを考慮して、図４に示すように、アクセル開度の変化量が正方向に所定値以上増加している状態と、この状態に続きアクセル開度の変化量が正から０以下に変化している期間とを含んだ所定期間を過渡状態と判定している。
【００４０】
これに対し、アクセル開度の変化量が負方向に所定値以上低下している状態と、この状態に続きアクセル開度の変化量が負から０以上に変化している期間とを含んだ所定期間を過渡状態と判定してもよい。この過渡状態においても、マップから算出した量の尿素水を尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加するまでの応答遅れ、ならびにＮＯｘ触媒１２で尿素水が加水分解されてＮＯｘを還元するまでの応答遅れにより、ＮＯｘ触媒１２からＮＯｘが還元されずに排出されることがある。
【００４１】
（ＮＯｘ量取得手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力信号に基づき、ＮＯｘ触媒１２の下流側のＮＯｘ量を算出し、ＮＯｘ量として取得する。
【００４２】
（ＮＯｘ量積算手段）
ＥＣＵ４０は、過渡状態を含むエンジン運転状態の所定期間において、ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量そのものの積算値、あるいはＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量の変化量の積算値を算出する。
【００４３】
図４では、ＥＣＵ４０は、アクセル開度の変化量が正方向に所定値以上増加している状態を含む過渡状態において、ＮＯｘセンサ３０が検出するＮＯｘ濃度の変化量が正の場合はＮＯｘ濃度の変化量を積算し、ＮＯｘ濃度の変化量が０以下の場合はＮＯｘ濃度の変化量を積算していない。
【００４４】
ＮＯｘ濃度の変化量が正の場合とは、図４に示すように、アクセル開度の変化量が正方向に所定値以上増加している、つまり燃料噴射量の変化量が正方向に所定値以上増加している状態において、燃料噴射量の増加に遅れてＮＯｘセンサ３０が検出するＮＯｘ濃度が増加している状態である。ＮＯｘ量を積算する所定期間に含まれる過渡状態は、１回でもよいし、複数回でもよい。
【００４５】
ＥＣＵ４０は、アクセル開度の変化量が負方向に所定値以上低下している状態を含む過渡状態において、ＮＯｘセンサ３０が検出するＮＯｘ濃度の変化量が負の場合はＮＯｘ濃度の変化量を積算し、ＮＯｘ濃度の変化量が０以上の場合はＮＯｘ濃度の変化量を積算しない方式でもよい。
【００４６】
（異常検出手段）
ＥＣＵ４０は、過渡状態を含むエンジン運転状態の所定期間において、ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量に基づきＮＯｘセンサ３０の異常を検出する。ＥＣＵ４０は、所定期間においてＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量が所定範囲よりも大きいかまたは小さいと、ＮＯｘセンサ３０の異常と判定する。ＮＯｘ量が所定範囲よりも大きい場合は、例えばＮＯｘセンサの出力信号のレベルがゲインずれにより過大になっている異常を表している。また、ＮＯｘ量が所定範囲よりも小さい場合は、例えばＮＯｘセンサの出力信号のレベルがゲインずれにより過小になっている異常を表している。
【００４７】
ＥＣＵ４０は、前述したＮＯｘ量積算手段が算出したＮＯｘ量の積算値、あるいはＮＯｘ量の変化量の積算値に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を検出してもよい。この場合、ＥＣＵ４０は、複数回の過渡状態において算出した積算値の合計に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を検出してもよい。また、複数回の過渡状態において算出した積算値の平均、あるいは所定の複数回の過渡状態において算出した積算値を１グループとして複数グループの積算値から１グループの積算値の平均を算出し、この平均値に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を検出してもよい。
【００４８】
（除去作動調整手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量に基づいて異常検出手段がＮＯｘセンサ３０の異常を検出すると、ＮＯｘセンサ３０の異常をさらに確認してもよい。
【００４９】
異常をさらに確認する場合、ＥＣＵ４０は、尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２への尿素水の添加を停止するか、または尿素水の添加量をマップから算出した添加量よりも低減する。これにより、ＮＯｘ触媒１２においてＮＯｘを還元するために必要な尿素水量が不足するので、還元されなかったＮＯｘがＮＯｘ触媒１２から排出される。
【００５０】
（異常確認手段）
ＥＣＵ４０は、除去作動調整手段により尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２への尿素水の添加を停止するか、または尿素水の添加量をマップから算出した尿素水の添加量よりも低減した後、ＮＯｘセンサ３０の出力信号に基づいて、ＮＯｘセンサ３０の異常を検出して確認する。
【００５１】
ＮＯｘセンサ３０が正常であれば、ＮＯｘ触媒１２への尿素水の添加を停止するか添加量を低減した後、ＮＯｘ触媒１２から排出されるＮＯｘ濃度に応じたレベルの出力信号が出力される。ＮＯｘセンサ３０に劣化または故障が生じていれば、適正なレベルの範囲よりも大きいかまたは小さい出力信号が出力される。
【００５２】
次に、排気浄化システム１０における尿素水の添加制御について、図２の尿素水の添加制御ルーチンに基づいて説明し、排気浄化システム１０におけるＮＯｘセンサの異常検出について、図３のＮＯｘセンサの異常検出ルーチンおよび図４の異常検出タイムチャートに基づいて説明する。図２および図３のルーチンは常時実行される。図２および図３において「Ｓ」はステップを表している。図２および図３に示すルーチンは、ＥＣＵ４０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている。
【００５３】
（尿素水の添加制御）
図２の尿素水の添加制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、後述する異常検出ルーチンにおいて尿素水の供給が強制的に停止されているかを判定する（Ｓ３００）。尿素水の供給が強制的に停止されている場合（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
【００５４】
尿素水の供給が強制的に停止されていない場合（Ｓ３００：Ｎｏ）、Ｓ３０２においてＥＣＵ４０は、レベルセンサ２０の出力信号に基づいて、尿素水タンク１８内の尿素水の残量が所定値以下かを判定する。尿素水タンク１８内の尿素水の残量が所定値以下の場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
【００５５】
尿素水タンク１８内の尿素水の残量が所定値よりも多い場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、Ｓ３０４においてＥＣＵ４０は、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいて、エンジン２から排出されるＮＯｘ量に応じて尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加する尿素水量を算出する。
【００５６】
Ｓ３０６においてＥＣＵ４０は、算出した量の尿素水を尿素添加弁１４からＮＯｘ触媒１２に添加し、本ルーチンを終了する。
（ＮＯｘセンサの異常検出）
図３の異常検出ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずＳ３１０において、ＮＯｘセンサ３０が活性済みであるかを判定する。ＮＯｘセンサ３０が活性済みであるかは、ＮＯｘセンサ３０のヒータに所定時間以上通電したかどうか等で判定する。ＮＯｘセンサ３０が活性化されていない場合（Ｓ３１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
【００５７】
ＮＯｘセンサ３０が活性済みであれば（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、Ｓ３１２においてＥＣＵ４０は、レベルセンサ２０の出力信号に基づいて、尿素水タンク１８内の尿素水の残量が所定値以下かを判定する。尿素水タンク１８内の尿素水の残量が所定値以下の場合（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、尿素添加弁１４から目標量の尿素水を添加できずＮＯｘセンサ３０の異常を正しく検出できないと判断し、本ルーチンを終了する。
【００５８】
尿素水タンク１８内の尿素水の残量が所定値よりも多い場合（Ｓ３１２：Ｎｏ）、Ｓ３１４においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０が検出するＮＯｘ濃度の変化量が正の場合、ＮＯｘ濃度の変化量を積算する。ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ濃度の変化量が０以下の場合、ＮＯｘ濃度の変化量を積算しない。
【００５９】
Ｓ３１６においてＥＣＵ４０は、例えば所定回数の過渡運転状態が実施されたか等、所定の過渡運転状態を経験済みかを判定する。所定の過渡運転状態を経験済みでなければ（Ｓ３１６：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の異常検出タイミングではないと判断し、本ルーチンを終了する。
【００６０】
所定の過渡運転状態を経験済みであれば（Ｓ３１６：Ｙｅｓ）、Ｓ３１８においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲内であるかを判定する。ここで変化量の積算値とは、複数回の過渡状態において算出した変化量の積算値の合計でもよい。また、複数回の過渡状態において算出した変化量の積算値の平均、あるいは所定の複数回の過渡状態において算出した変化量の積算値を１グループとして複数グループから１グループの変化量の積算値の平均を、異常検出の判定対象である変化量の積算値としてもよい。
【００６１】
また、変化量の積算値が所定範囲内とは、ｋ１＜ｋ２である所定値ｋ１、ｋ２に対し、ｋ１≦ＮＯｘ濃度の変化量の積算値≦ｋ２を満たしているかを表す。ＥＣＵ４０は、所定値ｋ１、ｋ２を、アクセル開度の変化量に基づいて設定するか、あるいは固定値として設定する。
【００６２】
ｋ１≦ＮＯｘ濃度の変化量の積算値≦ｋ２となり、ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲内であれば（Ｓ３１８：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、過渡状態においてＮＯｘ触媒１２によるＮＯｘの還元応答遅れによりＮＯｘ触媒１２から排出されたＮＯｘ量をＮＯｘセンサ３０が正常に検出していると判断し、本ルーチンを終了する。
【００６３】
ＮＯｘ濃度の変化量の積算値＜ｋ１、あるいはＮＯｘ濃度の変化量の積算値＞ｋ２となり、ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲から外れていると（Ｓ３１８：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、過渡状態においてＮＯｘ触媒１２によるＮＯｘの還元応答遅れによりＮＯｘ触媒１２から排出されたＮＯｘ量をＮＯｘセンサ３０が正常に検出していないのではないかと判断する。そして、Ｓ３２０においてＥＣＵ４０は、尿素添加弁１４からの尿素水の添加を強制的に停止する。尿素添加弁１４からの尿素水の添加を停止すると、ＮＯｘ触媒１２でＮＯｘを還元できないので、ＮＯｘ触媒１２に流入したＮＯｘはそのままＮＯｘ触媒１２から排出される。
【００６４】
ここで、Ｓ３２０は本ルーチンの実行毎に実施されるのではなく、Ｓ３１８においてＮＯｘセンサ３０の異常が疑われたときにだけ実施される。これにより、ＮＯｘセンサ３０の異常検出時にＮＯｘ触媒１２から排出されるＮＯｘ量を極力低減できる。
【００６５】
Ｓ３２２においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０が検出するＮＯｘ濃度の変化量を所定時間（Ｓ３２４）算出する。そして、Ｓ３２６においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲内であるかを再び判定することにより、ＮＯｘセンサ３０の異常を確認する。
【００６６】
ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲内であれば（Ｓ３２６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、尿素添加弁１４からの尿素水の添加を強制的に停止した状態において、ＮＯｘ触媒１２から排出されたＮＯｘ量をＮＯｘセンサ３０が正常に検出していると判断し、本ルーチンを終了する。
【００６７】
ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲内から外れていると（Ｓ３２６：Ｎｏ）、Ｓ３２８においてＥＣＵ４０は、尿素添加弁１４からの尿素水の添加を強制的に停止した状態において、ＮＯｘ触媒１２から排出されたＮＯｘ量をＮＯｘセンサ３０が正常に検出しておらずＮＯｘセンサ３０が異常であると判定する。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態では、過渡状態を含む所定期間において取得したＮＯｘ量に基づきＮＯｘセンサ３０の異常を検出する。過渡状態では定常状態よりも多くのＮＯｘがＮＯｘ触媒１２から除去されずに排出されるので、取得したＮＯｘ量に基づきＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に検出できる。
【００６９】
また、過渡状態においてＮＯｘ触媒１２から排出されるＮＯｘは、ＮＯｘセンサ３０の異常検出のために強制的に排出されるものではなく、過渡状態において尿素添加弁１４およびＮＯｘ触媒１２による除去作動の追随遅れにより仕方なく排出されるものである。これにより、ＮＯｘセンサ３０の異常検出時においてＮＯｘ排出量を極力低減できる。
【００７０】
［他の実施形態］
上記実施形態では、過渡状態を含む運転状態の所定期間におけるＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定範囲から外れ、所定範囲よりも小さいか、または大きいとＮＯｘセンサの異常と判定した。これに対し、所定期間におけるＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定値以上であればＮＯｘセンサを正常と判定し、ＮＯｘ濃度の変化量の積算値が所定値よりも小さい場合にＮＯｘセンサを異常と判定してもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、１回目にＮＯｘセンサ３０の異常を検出した後に、尿素水の添加を強制的に停止または低減することによりＮＯｘセンサ３０の異常を再度確認した。これに対し、１回目にＮＯｘセンサ３０の異常を検出したときに、ＮＯｘセンサ３０が異常であると判定してもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、ＥＣＵ４０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムが、運転状態取得手段、過渡状態判定手段、ＮＯｘ量取得手段、ＮＯｘ量積算手段、異常検出手段、添加量算出手段、除去作動調整手段、異常確認手段としてＥＣＵ４０を機能させた。これに対し、これら手段の少なくとも一部の機能を、ＥＣＵ４０の回路ロジックにより構成してもよい。
【００７３】
本発明のＮＯｘ異常検出装置は、燃料を燃焼してＮＯｘを排出する内燃機関であれば、ディーゼルエンジン以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジン等の排気浄化システムにも適用できる。
【００７４】
このように、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】
【００７５】
【図１】一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】尿素水の添加制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】ＮＯｘセンサの異常検出を示すフローチャート。
【図４】ＮＯｘセンサの異常検出時のタイムチャート。
【符号の説明】
【００７６】
２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１０：排気浄化システム、１２：ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ除去装置）、１４：尿素添加弁（添加装置、ＮＯｘ除去装置）、３０：ＮＯｘセンサ、４０：ＥＣＵ（ＮＯｘセンサ異常検出装置、運転状態取得手段、過渡状態判定手段、ＮＯｘ量取得手段、ＮＯｘ量積算手段、異常検出手段、添加量算出手段、除去作動調整手段、異常確認手段）、１００：排気通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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