JP2003293844A - 酸素濃度センサの劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンの排気系に設けられた酸
素濃度センサについて、正確な劣化診断を行うことので
きる酸素濃度センサの劣化診断装置を提供する。 【解決手段】 ディーゼルエンジン１の運転状態を統括
制御する電子制御装置９０は、エンジン１のアイドル期
間中、燃料添加弁を通じて所定量の燃料（還元剤）を排
気系４０の酸素濃度センサ７３上流に添加供給し、その
添加供給に対するセンサ出力の応答性に基づき、酸素濃
度センサ７３の劣化度合いを診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排気系に設けられ、排気中酸素濃度を検出する酸素
濃度センサの劣化度合いを診断する診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンのように、広い運転
領域において高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃
焼に供して機関運転を行う内燃機関として、排気特性の
向上や機関燃焼状態の安定化を図るべく、排気中の酸素
濃度が高い状態（リーンな状態）ではＮＯｘを吸収する
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や、排気の一部を吸気系に還流さ
せ燃焼ガの不活性ガス量を調整する排気還流（ＥＧＲ：
Exhaust Gas Recirculation）装置等を搭載するものが
広く知られるようになった。吸蔵還元型触媒やＥＧＲ装
置の機能を十分活用するためには、当該機関の排気系に
設けられ排気中の酸素濃度を逐次モニタする酸素濃度セ
ンサの役割が極めて重要となる。

【０００３】酸素濃度センサの検出素子は、高温下にお
いて酸素イオンを透過させる性質を有する固体電解質材
料（例えばジルコニア等）から形成される。例えばこの
検出素子の両側に電極を設け、一方の電極側を検出対象
ガス（排気）に晒し、他方の電極側を大気側に晒すよう
な構成を用いれば、排気中の酸素濃度と大気中の酸素濃
度との差に応じた起電力が両電極間に発生する。そこ
で、大気中の酸素濃度を基準値として、排気中の酸素濃
度を定量的に把握することができる。

【０００４】ところで、酸素濃度センサは、その検出素
子が常時高温の排気に晒されるため、その使用に伴い劣
化が比較的早く進行する。そこで、その劣化度合いがあ
る程度進行した場合には、これを速やかに把握して適切
な処置を講ずるのが好ましい。

【０００５】例えば特開平１０−１６９４９３号公報に
記載された診断装置は、ガソリンエンジンの排気系に設
けられた酸素濃度センサの劣化を診断するために、空燃
比の目標値（理論空燃比）を切り換える制御を実施す
る。酸素濃度センサの検出素子は、機関燃焼に供される
空燃比が理論空燃比近傍にある場合に最も信頼性の高い
検出信号を出力するため、空燃比を理論空燃比近傍にお
いて切り換え、そのときの酸素濃度センサの出力変化を
観測すれば、酸素濃度センサの劣化を有無を判別するこ
とが可能になるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ガソリンエン
ジンでは、排気系に設けられた酸素濃度センサの出力に
基づき、機関燃焼に供される混合気の酸素濃度（空燃
比）を目標値（理論空燃比）に保持する運転制御を行う
のが一般的であるため、上記公報に記載された装置のよ
うに、理論空燃比近傍において空燃比を切り換える制御
を実施することもさして難しくはない。

【０００７】ところが、ディーゼルエンジンは、通常の
運転条件下では、リーン雰囲気の混合気を燃焼に供して
機関運転を行う必要があるため、機関燃焼に供する空燃
比を理論空燃比近傍に移行すれば、排気特性や機関出力
を良好な状態に保持することができなくなる。

【０００８】このため、排気系に設けられた酸素濃度セ
ンサの劣化度合いを正確に把握するのが困難であった。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、ディーゼル
エンジンの排気系に設けられた酸素濃度センサについ
て、正確な劣化診断を行うことのできる酸素濃度センサ
の劣化診断装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、酸素濃度センサの劣化診断装置であっ
て、ディーゼルエンジンの排気系に設けられ排気中の酸
素濃度に応じた信号を出力する酸素濃度センサと、前記
排気系における前記酸素濃度センサの上流に還元剤を供
給する還元剤供給手段と、当該エンジンの定常運転時に
前記還元剤の供給を実行するように前記還元剤供給手段
を制御する制御手段と、当該エンジンの定常運転時にお
ける前記還元剤の供給に対応する前記酸素濃度センサの
信号の出力変化の応答性に基づいて、前記酸素濃度セン
サの劣化度合いを診断する診断手段と、を備えることを
要旨とする。

【００１１】ここで、「還元剤の供給に対応する」と
は、前記還元剤供給手段を通じた前記還元剤の供給動作
に関連するパラメータを広く意味し、例えば前記還元剤
供給手段の動作そのものや、前記制御手段による前記還
元剤供給手段への指令信号等を意味する。

【００１２】また、前記診断手段は、劣化度合いとし
て、劣化の程度を診断することにしてもよいし、劣化の
有無のみを診断することにしてもよい。

【００１３】また、当該エンジンの定常運転時に前記制
御手段が前記還元剤供給手段を制御している条件を選択
して、前記診断手段が前記酸素濃度センサの劣化度合い
を診断する制御構造を適用してもよいし、前記制御手段
の方が、当該エンジンの定常運転時において積極的に前
記還元剤供給手段を制御し、前記診断診断手段に診断の
機会を与えるような制御構造を適用してもよい。

【００１４】また、前記診断手段は、当該エンジンがア
イドル運転を行っている時に、前記酸素濃度センサの劣
化度合いを診断するのがよい。またこれに準じ、例えば
当該エンジンを搭載した車両等が定速走行を行っている
条件を選択することとしてもよい。

【００１５】また、前記診断手段は、当該エンジンがア
イドル運転を行っている時を当該エンジンの定常運転時
とみなし、診断を行ってもよいが、より好ましくは、
「当該エンジンがアイドル運転を行っている状態」と、
「当該エンジンの負荷、回転数、トルク特性等に基づい
て別途定義づけた当該エンジンの定常状態」との両者が
成立している場合に、前記酸素濃度センサの劣化度合い
を診断するのがよい。

【００１６】酸素濃度センサは、理論空燃比の燃焼ガス
に由来する排気中酸素濃度を検出する場合に最もばらつ
きの少ない（再現性の高い）検出信号を出力するとこ
ろ、ディーゼルエンジンでは、機関出力や排気特性を最
適な状態に保ちつつ、そのような条件を得る機会を得る
ことは難しい。

【００１７】同構成によれば、酸素濃度センサの基準出
力が安定する当該エンジンの定常運転時を選択し、排気
中酸素濃度を特定値（理論空燃比の混合気に対応する排
気中酸素濃度）近傍に移行させるといった条件を設定し
て酸素濃度センサの劣化診断を行うことになる。

【００１８】このため、診断対象となる酸素濃度センサ
が、ほとんどの運転条件下でリーン雰囲気の混合気を燃
焼に供して機関運転を行うディーゼルエンジンの排気系
に設けられているにも関わらず、当該エンジンの機関出
力や排気特性の低下を招くことなく、当該酸素濃度セン
サの劣化度合いについて、信頼性の高い診断結果を得る
ことができる。

【００１９】また、他の発明は、酸素濃度センサの劣化
診断装置であって、ディーゼルエンジンの排気系に設け
られ、還元成分の存在下において排気中のＮＯｘを還元
するＮＯｘ触媒と、前記排気系における前記ＮＯｘ触媒
の下流に設けられ排気中の酸素濃度に応じた信号を出力
する酸素濃度センサと、前記排気系における前記ＮＯｘ
触媒の上流に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該
エンジンの運転状態を制御して排気中の還元成分量を増
大させる還元成分増量制御手段と、当該エンジンの定常
運転時であって、且つ、前記還元成分増量制御手段によ
って排気中の還元成分が増大されている条件下におい
て、前記還元剤の供給を実行するように前記還元剤供給
手段を制御する還元剤供給制御手段と、前記還元剤の供
給に対応する前記酸素濃度センサの信号の出力変化の応
答性に基づいて、前記酸素濃度センサの劣化度合いを診
断する診断手段と、を備えることを要旨とする。

【００２０】また、他の発明は、酸素濃度センサの劣化
診断装置であって、ディーゼルエンジンの排気系に設け
られ、還元成分の存在下において排気中のＮＯｘを還元
するＮＯｘ触媒と、前記排気系における前記ＮＯｘ触媒
の下流に設けられ排気中の酸素濃度に応じた信号を出力
する酸素濃度センサと、前記排気系における前記ＮＯｘ
触媒の上流に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該
エンジンの運転状態を制御して排気中の還元成分量を増
大させ、さらに前記還元剤の供給を断続的に実行するよ
うに前記還元剤供給手段を制御することにより前記ＮＯ
ｘ触媒に蓄積したＳＯｘを放出させる制御を行うＳＯｘ
放出制御手段と、当該エンジンの定常運転時、前記断続
的な前記還元剤の供給に対応する前記酸素濃度センサの
信号の出力変化の応答性に基づいて、前記酸素濃度セン
サの劣化度合いを診断する診断手段と、を備えることを
要旨とする。

【００２１】同構成によれば、還元成分量を増大させる
制御が行われることにより、ＮＯｘ触媒がその酸素スト
レージ能力を一時的に喪失するため、燃料添加の開始後
には、酸素濃度センサの出力波形を定量的に評価する上
で必要となる基準出力がＮＯｘ触媒の酸素ストレージ能
力によって変動する懸念がなくなる。

【００２２】そしてその上で、酸素濃度センサの基準出
力が安定する当該エンジンの定常運転時を選択し、排気
中酸素濃度を特定値（理論空燃比の混合気に対応する排
気中酸素濃度）近傍に移行させるといった条件を設定し
て酸素濃度センサの劣化診断を行うことになる。

【００２３】このため、診断対象となる酸素濃度センサ
が、ほとんどの運転条件下でリーン雰囲気の混合気を燃
焼に供して機関運転を行うディーゼルエンジンの排気系
において、しかもＮＯｘ触媒の下流に設けられているに
も関わらず、当該ＮＯｘ触媒の酸素ストレージ能力に基
づく影響を受けずに、当該エンジンの機関出力や排気特
性も良好な状態に保持しつつ、当該酸素濃度センサの劣
化度合いについて、信頼性の高い診断結果を得ることが
できる。

【００２４】なお、上記各構成は可能な限り組み合わせ
ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸素濃度センサの
劣化診断装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用し
た一実施の形態について説明する。

【００２６】〔エンジンシステムの構造及び機能〕図１
において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃
料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０
等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエ
ンジンシステムである。

【００２７】先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ
１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、遮断弁１
４、調量弁１６、燃料添加弁１７、機関燃料通路Ｐ１及
び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。

【００２８】サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示
略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１
を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１
２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所
定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、
この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料
噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を
備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料
を噴射供給する。

【００２９】他方、サプライポンプ１１は、燃料タンク
から汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して
燃料添加弁１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２には、サ
プライポンプ１１から燃料添加弁１７に向かって遮断弁
１４及び調量弁１６が順次配設されている。遮断弁１４
は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供
給を停止する。調量弁１６は、燃料添加弁１７に供給す
る燃料の圧力（燃圧）ＰＧを制御する。燃料添加弁１７
は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁
弁であり、還元剤として機能する燃料を、適宜の量、適
宜のタイミングで排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング４
２上流に添加供給する。

【００３０】吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給され
る吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気
系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路
（排気通路）を形成する。

【００３１】また、このエンジン１には、周知の過給機
（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチ
ャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された回転
体５２，５３を備える。一方の回転体（タービンホイー
ル）５２は排気系４０内の排気に晒され、他方の回転体
（コンプレッサホイール）５３は、吸気系３０内の吸気
に晒される。このような構成を有するターボチャージャ
５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気
圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、
吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。

【００３２】吸気系３０において、ターボチャージャ５
０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇
温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よ
りもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その
開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉
弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を
変更し、同吸入空気の供給量（流量）を調整する機能を
有する。

【００３３】また、エンジン１には、吸気系３０と排気
系４０とを連通する排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が
形成されている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を
適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０に
は、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れ
る排気（ＥＧＲガス）の流量を自在に調整することがで
きるＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（還流）す
る排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられて
いる。

【００３４】また、排気系４０において、同排気系４０
及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒及びパティキュレートフィルタを収容したＮ
Ｏｘ触媒ケーシング４２が設けられている。また、排気
系４０のＮＯｘ触媒ケーシング下流には、酸化触媒を収
容した酸化触媒ケーシング４３が設けられている。

【００３５】また、エンジン１の各部位には、各種セン
サが取り付けられており、当該部位の環境条件や、エン
ジン１の運転状態に関する信号を出力する。

【００３６】すなわち、レール圧センサ７０は、コモン
レール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出
信号を出力する。燃圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２
内を流通する燃料のうち、調量弁１６を介して燃料添加
弁１７に導入される燃料の圧力（燃圧）ＰＧに応じた検
出信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０
内のコンプレッサホイール５３上流において吸入空気の
流量（吸気量）ＧＡに応じた検出信号を出力する。酸素
濃度センサ７３は、排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング
４２上流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変
化する検出信号を出力する。また、酸素濃度センサ７５
は、排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング４２下流（酸化
触媒ケーシング４３上流）において排気中の酸素濃度に
応じて連続的に変化する検出信号を出力する。酸素濃度
センサ７３，７５の検出信号は、エンジン１の機関燃焼
に供される混合気中の空燃比Ａ／Ｆを演算するためのパ
ラメータとして活用される。排気温度センサ７４は、排
気系４０においてＮＯｘ触媒ケーシング４２内の所定部
位（後述するハニカム構造体４２ａとパティキュレート
フィルタ４２ｂとの間）に取り付けられ、当該部位にお
ける排気温度（フィルタ入りガス温度）に応じた検出信
号を出力する。

【００３７】また、アクセルポジションセンサ７６はア
クセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルの踏
み込み量ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク
角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフ
ト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力
する。これら各センサ７０〜７７は、電子制御装置（Ｅ
ＣＵ）９０と電気的に接続されている。

【００３８】ＥＣＵ９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）９
１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）９２、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）９３及びバックアップＲＡＭ９
４、タイマーカウンタ９５等を備え、これら各部９１〜
９５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路９６と、外部
出力回路９７とが双方向性バス９８により接続されて構
成される論理演算回路を備える。

【００３９】このように構成されたＥＣＵ９０は、上記
各種センサの検出信号の処理、例えば酸素濃度センサ７
３，７５の検出信号に基づいて機関燃焼に供される混合
気中の空燃比Ａ／Ｆを算出するといった演算処理等を行
う他、これら各種センサの検出信号等に基づき、燃料噴
射弁１３の開閉弁動作に関する制御や、ＥＧＲ弁６１の
開度調整、或いはスロットル弁３２の開度調整等、エン
ジン１の運転状態に関する各種制御を実施する。

【００４０】〔ＮＯｘ触媒ケーシングの構造及び機能〕
次に、以上説明したエンジン１の構成要素のうち、排気
系４０に設けられたＮＯｘ触媒ケーシング４２につい
て、その構造及び機能を詳しく説明する。

【００４１】ＮＯｘ触媒ケーシング４２の内部には、ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とするストレートフロー型
のハニカム構造体４２ａと、多孔質材料を主成分とする
ウォールフロー型のパティキュレートフィルタ（以下、
単にフィルタという）４２ｂとが、各々排気浄化用触媒
として、所定の間隔をあけて直列に配置されている。

【００４２】ハニカム構造体４２ａを形成する複数の通
路には、例えばアルミナからなる担体の層が形成されて
おり、その担体層の表面にＮＯｘ吸蔵剤として機能する
例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム
（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バ
リウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ
土類、ランタン（Ｌａ）或いはイットリウム（Ｙ）のよ
うな希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する
例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されてい
る。なお、担体（ここではアルミナからなる担体層が形
成されたハニカム構造体）４２ａ上に混在するよう担持
されたこれらＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒は、併せてＮ
Ｏｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を構成する。

【００４３】ＮＯｘ吸蔵剤は、排気中の酸素濃度が高い
状態ではＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低い状態
（還元成分の濃度が高い状態）ではＮＯｘを放出する特
性を有する。また、排気中にＮＯｘが放出されたとき、
排気中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒が
これらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸
化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両
者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ₂やＨ₂Ｏに
酸化され、ＮＯｘはＮ₂に還元される。

【００４４】一方、ＮＯｘ吸蔵剤は排気中の酸素濃度が
高い状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸蔵す
ると、それ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなる。エンジン１で
は、ポスト噴射や燃料添加を通じて排気通路のＮＯｘ触
媒ケーシング４２上流に断続的に還元成分が供給され、
排気中の還元成分の濃度が高まる。ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ
吸蔵剤）のＮＯｘ吸蔵量が限界量に達する前に、この還
元成分がＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを周期的に放出
および還元浄化することになり、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ
吸蔵能力を回復させることになる。

【００４５】一方、フィルタ４２ｂを形成する多孔質材
料は、例えばコージライト等のセラミック材料にアルミ
ナ、チタニア、ジルコニア若しくはゼオライト等のコー
ト材をウォッシュコートしたものであり、排気を透過す
る性質を有する。また、フィルタ４２ｂは、互いに平行
をなして延びる上流端が開放され下流端が閉ざされた排
気流入通路と、上流端が閉ざされ下流端が開放された排
気流出通路とを備えるいわゆるウォールフロー型であ
る。そして、両排気通路間に位置する隔壁の表面及び内
部に形成された細孔内に、表面に上記ＮＯｘ吸蔵剤と貴
金属触媒とを担持するアルミナ等のコート層（担体層）
が形成されている。

【００４６】このような構造を有するフィルタ４２ｂ
は、排気中に含まれる煤等の微粒子やＮＯｘ等の有害成
分を、以下のメカニズムに基づいて浄化する。

【００４７】ＮＯｘ吸蔵剤が、貴金属触媒との協働によ
り、排気中の酸素濃度や還元成分量に応じてＮＯｘの吸
蔵、放出及び浄化を繰り返し行うことは上述した通りで
ある。その一方、ＮＯｘ吸蔵剤は、このようなＮＯｘの
浄化を行う過程で、副次的に活性酸素を生成する特性を
有する。フィルタ４２ｂを排気が透過過する際、その排
気中に含まれる煤等の微粒子は構造体（多孔質材料）に
捕捉される。ここで、ＮＯｘ吸蔵剤の生成する活性酸素
は、酸化剤として極めて高い反応性（活性）を有してい
るため、捕捉された微粒子のうちＮＯｘ触媒の表面や近
傍に堆積した微粒子は、この活性酸素と（輝炎を発する
ことなく）速やかに反応し、浄化されることになる。

【００４８】また、ＮＯｘ触媒ケーシング４２内の上流
側に配置されたハニカム構造体（同構造体に担持された
ＮＯｘ触媒）４２ａから発生する反応熱は、下流側に配
置されたフィルタ４２ｂを効率的に昇温し、当該フィル
タ４２ｂによる微粒子の分解作用を高めることになる。

【００４９】〔燃料噴射制御の概要〕ＥＣＵ９０は、各
種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転条
件に基づき燃料噴射制御を実施する。本実施の形態にお
いて燃料噴射制御とは、各燃料噴射弁１３を通じた各燃
焼室２０内への燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量
Ｑ、噴射タイミング、噴射パターンといったパラメータ
を設定し、これら設定されたパラメータに基づいて個々
の燃料噴射弁１３の開閉弁操作を実行する一連の処理を
いう。

【００５０】ＥＣＵ９０は、このような一連の処理を、
エンジン１の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃料の
噴射量Ｑ及び噴射タイミングは、基本的にはアクセルペ
ダルの踏み込み量ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥ（ク
ランク角センサのパルス信号に基づいて演算することが
できるパラメータ）に基づき、予め設定されたマップ
（図示略）を参照して決定する。

【００５１】また、燃料の噴射パターンの設定に関し、
ＥＣＵ９０は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射と
して各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴
射に先立つ燃料噴射（以下、パイロット噴射という）
や、主噴射に後続する燃料噴射（以下、ポスト噴射とい
う）を、副噴射として適宜選択された時期、選択された
気筒について行う。

【００５２】〔パイロット噴射〕ディーゼルエンジンで
は一般に、圧縮行程終期において、燃焼室内が燃料の自
己着火を誘発する温度に達する。とくにエンジンの運転
状態が中高負荷領域にある場合、燃焼に供される燃料が
燃焼室内に一括して噴射供給されると、この燃料は騒音
を伴い爆発的に燃焼する。パイロット噴射を実行するこ
とにより、主噴射に先立って供給された燃料が熱源（或
いは火種）となり、その熱源が燃焼室内で徐々に拡大し
て燃焼に至るようになるため、燃焼室内における燃料の
燃焼状態が比較的緩慢となり、しかも着火遅れ時間が短
縮されるようになる。このため、機関運転に伴う騒音が
軽減され、さらには排気中のＮＯｘ量も低減される。

【００５３】また、パイロット噴射を伴う燃料噴射の形
態を適用すると、消費燃料に対する機関出力は減少する
傾向にある。このため、主噴射において要求される燃料
噴射量が増大し、排気の温度が上昇する。また、燃焼室
２０内において完全に燃焼せず排気系４０に排出される
軽質なＨＣやＣＯの量が増大し、これらのＨＣやＣＯが
ＮＯｘ触媒を介して発熱反応を起こす。すなわち、パイ
ロット噴射を実施することにより、ＮＯｘ触媒ケーシン
グ４２内のＮＯｘ触媒を昇温させることもできる。

【００５４】〔ポスト噴射〕ポスト噴射によって燃焼室
２０内に供給される燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに
改質され、排気系４０に排出される。すなわち、還元剤
として機能する軽質なＨＣが、ポスト噴射を通じて排気
系４０に添加され、排気中の還元成分濃度を高めること
となる。排気系４０に添加された還元成分は、ＮＯｘ触
媒ケーシング４２内のＮＯｘ触媒を介し、同ＮＯｘ触媒
から放出されるＮＯｘや、排気中に含まれるその他の酸
化成分と反応する。このとき発生する反応熱は、ＮＯｘ
触媒の床温を上昇させる。

【００５５】〔ＥＧＲ制御の概要〕ＥＣＵ８０は、各種
センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態
に基づきＥＧＲ制御を実施する。本実施の形態において
ＥＧＲ制御とは、ＥＧＲ通路に設けられた電子制御式の
開閉弁（ＥＧＲ弁）６１を操作して、ＥＧＲ通路を通過
するガスの流量、言い換えれば排気系４０から吸気系３
０に還流される排気の流量調整を行う処理をいう。

【００５６】目標となるＥＧＲ弁６１の開弁量（以下、
目標開弁量）は、基本的にはエンジン１の負荷や回転数
等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ（図示
略）を参照して決定される。ＥＣＵ８０は、この目標開
弁量をエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、
ＥＧＲ弁６１の実際の開弁量が更新された目標開弁量に
合致するよう同ＥＧＲ弁６１の駆動回路に指令信号を出
力する。

【００５７】〔ＥＧＲ制御に基づく低温燃焼〕こうした
一連の処理により排気の一部が吸気系３０に還流される
と、その還流量に応じ機関燃焼に供される混合気中の不
活性ガス成分が増量することになる。この結果、エンジ
ン１の燃焼温度が低下し（エンジン１がいわゆる低温燃
焼の状態となり）、排気中のＮＯｘ量が低減される他、
例えばＥＧＲ率（ＥＧＲガスの流量／（ＥＧＲガスの流
量＋吸入空気の流量））が５５％程度を上回る条件下に
おいてスモークがほとんど発生しなくなる。

【００５８】また、低温燃焼の実施に伴い排気中の未燃
ＨＣ（還元成分）が増量することになるため、結果とし
て、還元剤として機能する軽質なＨＣが排気系４０に添
加され排気中の還元成分濃度を高めることとなる。すな
わち、ＥＧＲ制御（低温燃焼）の実施によっても、ポス
ト噴射と同様、ＮＯｘ触媒の床温を上昇させる効果を得
ることもできる。

【００５９】〔燃料添加〕燃料添加弁１７を通じ、噴霧
状態の燃料（還元剤）を排気系４０に直接添加すること
によっても、ポスト噴射と同様、排気中の還元成分濃度
を高め、結果として排気やＮＯｘ触媒の温度を上昇させ
ることができる。燃料添加弁１７によって添加された燃
料は、ポスト噴射によるものに比べ、排気中においてよ
り高分子の状態を保持しつつ不均一に分布する傾向があ
る。また、燃料添加弁１７による燃料添加では、一度に
添加することのできる燃料量や添加タイミングの自由度
が、ポスト噴射による場合よりも大きい。ただし、燃料
添加を通じて供給される噴霧状態の燃料が効率的な昇温
機能を発揮するためには、当該噴霧状態（高分子状態）
の燃料が反応を起こしやすいように、排気の温度が予め
ある程度まで高められている必要がある。

【００６０】〔ＳＯｘ被毒回復制御〕またエンジン１で
は、機関運転の継続に伴って徐々にハニカム構造体４２
ａやフィルタ４２ｂに堆積するＳＯｘ等を除去するため
に、これらＳＯｘ等を熱分解することができる程度にま
でＮＯｘ触媒を昇温する制御（ＳＯｘ被毒回復制御）
を、所定周期で実施する。ＳＯｘ被毒回復制御では、先
ずパイロット噴射、ポスト噴射、或いは低温燃焼等を実
施することにより、ＮＯｘ触媒ケーシング４２内の温度
を所定値（例えば３００℃程度）まで上昇させる。その
上で、断続的且つ継続的に燃料添加を行うことにより、
ＮＯｘ触媒ケーシング４２の内部を高温（例えば６００
℃程度）に晒し、ハニカム構造体４２ａやフィルタ４２
ｂに堆積したＳＯｘ等を熱分解する。

【００６１】〔排気中酸素濃度の検出方法〕図２（ａ）
には、排気系４０に設けられた酸素濃度センサ７３（酸
素濃度センサ７５も同等）の検出素子主要部の断面構造
を示す。

【００６２】同図２（ａ）に示すように、酸素濃度セン
サ７３の検出素子は、ジルコニア（Ｚｒ₂Ｏ₃）等、酸素
イオン伝導性及び耐熱性を有する多孔質絶縁材料（板
材）７３ａ，７３ｂ，７３ｃを積層して形成される。こ
れら板材７３ａ，７３ｂ，７３ｃの積層体内部には、大
気と連通する大気導入空間Ｓ１が形成されている。ま
た、板材７３ａの両面、すなわち検出素子の外部空間
（排気通路内の空間）Ｓ２に臨む板面と、検出素子の内
部に形成された大気導入空間Ｓ１に臨む板面とには、電
極７３ｄ，７３ｅが取り付けられている。また、板材７
３ｃには、図示しない電熱式ヒータが内蔵され、検出素
子の温度を所定値に保持する。両電極７３ｄ，７３ｅの
間に所定電圧が印加されると、両電極７３ｄ，７３ｅ近
傍に存在する酸素分子がイオン化され、矢指α方向に沿
って板材７３ａを透過する。このとき両電極７３ｄ，７
３ｅ間を流れる電流値は、空間Ｓ１及び空間Ｓ２におけ
る酸素濃度の差と、定量的に関連する。また、空間Ｓ１
内の酸素濃度は、大気中の酸素濃度（例えば２１％）と
して既知であることから、両電極７３ｄ，７３ｅ間に所
定電圧を印加したときに両電極７３ｄ，７３ｅ間を流れ
る電流値を観測することにより、空間Ｓ２内の酸素濃度
（排気中の酸素濃度）を把握することができる。

【００６３】例えば図３は、電極７３ｄ，７３ｅ間の印
加電圧及び電流の関係を示すグラフである。なお、同グ
ラフ中には、空間Ｓ２内（検出対象ガス中）の酸素濃度
（酸素過剰率）が異なる複数の条件（酸素過剰率λ＝
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：ただし、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に対応する
印加電圧及び電流間の関係が示されている。

【００６４】同図３に示すように、印加電圧が高くなる
ほど電流値も高くなる傾向があるものの、印加電圧が特
定範囲にある場合には、電流値がほとんど変化しないこ
とがわかる。このような特定範囲における電流値Ｉ１，
Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を、酸素過剰率λ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄに
対応する限界電流値という。そこで、電極７３ｄ，７３
ｅ間を流れる電流値をこのような限界電流値に保持させ
るための印加電圧（例えば図中に示す電圧値Ｖｘ）を適
宜設定し、限界電流値を測定することにより、検出対象
ガス中の酸素濃度（酸素過剰率）を定量的に把握するこ
とができる。

【００６５】図４は、空間Ｓ２内の酸素濃度と限界電流
値との対応関係を概略的に示すグラフである。同図４に
示すように、空間Ｓ２内の酸素濃度（排気中の酸素濃
度）が高くなるほど限界電流値も高くなる。そこで、同
図４中に示す点Ａ、点Ｂのように、排気中の酸素濃度と
限界電流値との対応関係が明らかな２座標を予め決定し
ておけば、当該２座標を結ぶ線（特性線）を基に、酸素
濃度センサ７３の検出信号（限界電流値）から、排気中
の酸素濃度を定量することができる。

【００６６】図５には、酸素濃度センサの出力に基づい
て演算（推定）される空燃比の誤差範囲（ばらつき）と
空燃比の真値との関係を示す。なお、同図において、横
軸は空燃比Ａ／Ｆの真値（以下、実空燃比という）に相
当し、縦軸は酸素濃度センサ７３の検出信号に基づいて
推定される空燃比（以下、換算空燃比という）と実空燃
比との偏差ΔＡ／Ｆに相当する。また、実空燃比に対す
る換算空燃比の誤差範囲は、特性線Ｌ１及び特性線Ｌ２
間の距離として示される。

【００６７】同図５に示すように、換算空燃比及び実空
燃比間の誤差範囲は、実空燃比が理論空燃比に近づくほ
ど小さくなり、実空燃比が理論空燃比から乖離するにつ
れ拡がる傾向にある。言い換えると、酸素濃度センサ
は、実空燃比が理論空燃比に近接するほど、再現性の高
い信号を出力する特性を有する。

【００６８】〔酸素濃度センサの劣化診断〕酸素濃度セ
ンサ７３や酸素濃度センサ７５の出力する信号は、排気
特性（酸素濃度）の変化を監視する他、パイロット噴
射、ポスト噴射、燃料添加、或いはＥＧＲ制御等々、Ｎ
Ｏｘ触媒ケーシング４２内のＮＯｘ触媒の排気浄化機能
や排気性状に影響を及ぼす各種制御の効果を評価するた
めのパラメータとして用いられる。

【００６９】エンジン１を搭載した車両の走行距離数が
長くなり、或いは酸素濃度センサ７３，７５の使用期間
が長期に及んでくると、電極凝集等により当該センサ７
３，７５の検出素子自体の性能が低下したり、検出素子
の保護カバー（図示略）が煤等によって目詰まりするこ
と等が原因で、酸素センサ７３による酸素濃度の検出性
能（感度や応答性）は、徐々に低下することになる。

【００７０】このような酸素濃度センサ７３，７５の劣
化（経時劣化）が進行すると、排気中の酸素濃度に対す
る感度や、酸素濃度の変化に対する出力変化の遅れ（応
答遅れ）が大きくなる。このため、排気中酸素濃度に基
づく各種運転制御の精度が低下し、結果として、ＮＯｘ
触媒の排気浄化機能が十分に発揮されず、エンジン１の
排気特性が悪化するようになる。また、エンジン１のド
ライバビリティを低下させる懸念も生じる。

【００７１】本実施の形態にかかるエンジン１では、以
下の原理に基づき、酸素濃度センサ７３，７５の劣化度
合いを診断する制御を行う。

【００７２】燃料添加を行うと、排気中において添加燃
料起源のＨＣ濃度が一時的に高まる一方、この添加燃料
が排気中の酸素と反応することにより、酸素濃度は一時
的に低下するようになる。

【００７３】例えば図６（ａ）〜（ｅ）は、燃料添加の
実施に際してＥＣＵ９０が燃料添加弁に出力する指令信
号（図６（ａ））、燃料添加弁１７を通じた燃料の添加
率（単位時間当たりの添加量：図６（ｂ））、酸素濃度
センサ７３の出力（図６（ｃ））、換算空燃比（図６
（ｄ））、及び実空燃比（図６（ｅ））の変化を同一時
間軸上に示すタイムチャートである。ただし、同タイム
チャート上に示される期間中、ＥＧＲ弁４２やスロット
ル弁３２の開度や、燃料噴射弁１３を通じた燃焼室２０
への燃料噴射量Ｑは、略一定であるものとする。なお、
このようにＥＧＲ弁４２及びスロットル弁３２の開度
や、燃料噴射量が略一定に保たれた状態を、エンジン１
の定常状態という。例えばアイドル運転時等において、
エンジン１は定常状態にある場合が多い。

【００７４】ＥＣＵ９０が開弁信号を出力している期間
Ｔ０、燃料添加弁１７は継続的に開弁して排気系４０内
に燃料を添加する。酸素濃度センサ７３の出力は、排気
中の酸素と反応するＨＣ量、すなわち添加燃料の量に直
接的に関係するパラメータである。このため、エンジン
１が定常状態にあり、且つ、酸素濃度センサ７３が正常
に機能している場合、燃料添加弁１７から添加された燃
料が酸素濃度センサ７３に到達するまでの期間や排気中
の酸素が酸素濃度センサ７３の検出素子（板材７３ａ）
を透過するのに要する期間等を含む微少な応答遅れ時間
（応答時間）Ｔ１を無視すれば、酸素濃度センサ７３の
出力は、燃料添加率とほぼ同期して推移する。また、換
算空燃比は、酸素濃度センサ７３の出力と空燃比との間
に線形な関係が成立するとの前提で、酸素濃度センサ７
３の出力（図６（ｃ）においてベースライン（基準出
力）ＢＳ上に現れる出力変化）に基づいて算出される
（図４参照）。このことから、換算空燃比は、酸素濃度
センサ７３の出力とほぼ同期して推移する。すなわち、
ＥＣＵ９０の指令信号に応じて燃料添加弁１７が燃料を
添加する期間Ｔ０、燃料添加の実施に伴いセンサ出力が
変化する期間（センサ出力がベースラインＢＳから乖離
した後、再度ベースライン上に戻るまでの期間）Ｔ２、
及び燃料添加が開始されてから酸素濃度センサ７３の出
力変化が終了するまで（定常な状態に戻る）までの期間
Ｔ３は、ほぼ同等になる。

【００７５】実際、エンジン１が定常状態にあり、且
つ、酸素濃度センサ７３が正常に機能している条件下に
おいては、換算空燃比が時間軸上に示す波形は、実空燃
比が時間軸上に示す波形とほぼ同一になることが、発明
者らによって確認されている。

【００７６】これに対し、図７（ａ）〜（ｅ）は、酸素
濃度センサ７３が劣化している状態で燃料添加を実施し
た場合について、ＥＣＵ９０が燃料添加弁に出力する指
令信号（図７（ａ））、燃料添加弁１７を通じた燃料の
添加率（単位時間当たりの添加量：図７（ｂ））、酸素
濃度センサ７３の出力（図７（ｃ））、換算空燃比（図
７（ｄ））、及び実空燃比（図７（ｅ））の変化を同一
時間軸上に示すタイムチャートである。ただし、同タイ
ムチャート上に示される期間中、エンジン１は定常状態
にあるものとする。

【００７７】酸素濃度センサ７３が劣化すると、検出素
子（板材７３ａ）を透過する排気中酸素の透過効率が低
下する等の理由から、検出素子の感度や応答性が低下す
るようになる。このため、ＥＣＵ９０の指令信号の出力
開始から酸素濃度センサ７３の出力変化が始まるまでの
応答時間Ｔ１、燃料添加の実施に伴いセンサ出力が変化
する期間（センサ出力がベースラインＢＳから乖離した
後、再度ベースライン上に戻るまでの期間）Ｔ２、及び
燃料添加が開始されてから酸素濃度センサ７３の出力変
化が終了する（定常な状態に戻る）までの期間Ｔ３が長
くなり、換算空燃比が時間軸上に示す波形と、実空燃比
が時間軸上に示す波形とが一致しなくなる。すなわち、
酸素濃度センサ７３の出力に基づいて算出される排気中
酸素濃度（換算空燃比）が実際の酸素濃度（実空燃比）
と異なるようになってしまう。

【００７８】エンジン１のＥＣＵ９０は、燃料添加に伴
う酸素濃度センサ７３の出力の変化、言い換えればＥＣ
Ｕ９０の開弁指令信号に対する酸素濃度センサ７３の出
力の応答性を反映するパラメータＴ１、Ｔ２、Ｔ３等を
監視し、これらパラメータが所定値を上回った場合に
は、酸素濃度センサ７３が劣化しているものと診断す
る。また、酸素濃度センサ７３の劣化の有無に関わらず
ＥＣＵ９０の指令信号（燃料添加弁１７の動作）に対応
する酸素濃度センサ７３の出力波形の再現性が高い条件
として、時間軸上におけるベースラインＢＳの変動が小
さなアイドル運転時を選択し、診断を行う。

【００７９】〔劣化診断の具体的な手順〕以下、酸素濃
度センサ７３の劣化診断について、その具体的な処理手
順を説明する。

【００８０】図８は、ＥＣＵ９０を通じて実行される
「酸素濃度センサの劣化診断ルーチン」を示すフローチ
ャートである。本ルーチンは、エンジン１の始動後、所
定時間毎に繰り返し実行される。

【００８１】本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ９
０は先ずステップＳ１０１において、エンジン１がアイ
ドル運転を行っているか否かを判断する。そして、その
判断が肯定であれば処理をステップＳ１０２に移行し、
その判断が否定であれば本ルーチンを一旦抜ける。すな
わち、ＥＣＵ９０は、燃料カットの開始時において本ル
ーチンに処理を移行した場合にのみ、ステップＳ１０２
以降の処理（酸素濃度センサ７３の劣化診断）を行うこ
とになる。

【００８２】ステップＳ１０２においては、燃料添加弁
７３を駆動して所定量の燃料を排気系４０に添加する一
方、酸素濃度センサ７３の出力変化を観測する。

【００８３】続くステップＳ１０３においては、ＥＣＵ
９０の開弁指令信号（燃料添加弁１７の開弁動作）に対
する酸素濃度センサ７３の出力の応答性を反映するパラ
メータ、例えば応答時間Ｔ１（図６、図７を参照）を認
識する。

【００８４】ステップＳ１０４においては、上記ステッ
プＳ１０３で認識した応答時間Ｔ１が予め設定された判
定値ＴＳＴＤを下回っているか否かを判断する。そし
て、応答時間Ｔ１が判定値ＴＳＴＤを下回っている場
合、酸素濃度センサ７３は正常である（劣化していな
い）と判断し（ステップＳ１０５）、本ルーチンを一旦
抜ける。一方、応答時間Ｔ１が判定値ＴＳＴＤを下回っ
ている場合、酸素濃度センサ７３に異常がある（劣化し
ている）と判断し（ステップＳ１０６）、警告灯の点灯
等を通じてエンジン１の運転者にその旨を通知した上
で、本ルーチンを一旦抜ける。

【００８５】以上説明したように、本実施の形態では、
アイドル運転時に燃料添加を実施し、当該燃料添加の実
施に伴う酸素濃度センサ７３の出力変化（応答性）を基
に当該センサの劣化の有無を判断する。

【００８６】排気中の還元成分濃度（酸素濃度）を積極
的に変化させ、これに対応する酸素濃度センサの出力の
応答性を評価すれば、酸素濃度センサの劣化の有無を診
断することはできる。しかし、酸素濃度センサは、排気
中酸素濃度の真値が特定値（理論空燃比の混合気に対応
する排気中酸素濃度）から乖離するほど測定誤差が大き
くなる特性を有するため、例えばリーン雰囲気の混合気
に由来する排気に対応するセンサ出力（センサ出力の応
答性）を基に酸素濃度センサの劣化診断を行っても、信
頼性の高い診断結果を得るのは難しい。

【００８７】この点、本実施の形態によれば、酸素濃度
の出力のベースラインが安定するアイドル運転時におい
て、排気中酸素濃度を特定値（理論空燃比の混合気に対
応する排気中酸素濃度）近傍で変化させるといった条件
を設定して酸素濃度センサの劣化診断を行う。このた
め、診断対象となる酸素濃度センサが、ほとんどの運転
条件下でリーン雰囲気の混合気を燃焼に供して機関運転
を行うディーゼルエンジンの排気系に設けられているに
も関わらず、当該センサの劣化の有無について、信頼性
の高い診断結果を得ることができる。

【００８８】〔触媒下流の酸素濃度センサの劣化診断〕
排気系４０において、ＮＯｘ触媒ケーシング４２下流に
設けられた酸素濃度センサ７５の劣化の有無を診断する
にあたっても、基本的には、先の図６〜図８において説
明した制御構造を適用することができる。ただし、ＮＯ
ｘ触媒は、排気中の酸素濃度が比較的高い条件下におい
て一定量酸素を吸収し、排気中の酸素濃度が比較的低い
条件下において吸収した酸素を放出するいわゆる酸素ス
トレージ能力を有する。このため、通常の運転条件下で
一定量の燃料を添加しても、時間軸上においてＥＣＵ９
０の指令信号に対応する酸素濃度センサ７３の出力波形
に、十分な再現性を保証することができない。燃料添加
によって多量の還元成分が触媒ケーシン４２内に流入す
ると、ＮＯｘ触媒が酸素を放出し、この放出された酸素
に酸素濃度センサ７３の検出素子が応答してしまうから
である。しかも、燃料添加の実施に起因してＮＯｘ触媒
から放出される酸素の量は、その時点でＮＯｘ触媒が吸
収している酸素量（酸素ストレージ量）に応じて変動す
るため、時間軸上に現れる酸素濃度センサ７５の出力波
形を定量的に評価する上で必要となるベースラインを通
常の条件下で決定することは極めて難しい。

【００８９】そこで、本実施の形態にかかるエンジン１
では、ＳＯｘ被毒回復制御の実施に併せてＮＯｘ触媒ケ
ーシング４２下流に設けられた酸素濃度センサ７５の劣
化診断を行う。

【００９０】ＳＯｘ被毒回復制御の実施に先立ち、パイ
ロット噴射、ポスト噴射、或いは低温燃焼等が行われる
ことで、ＮＯｘ触媒ケーシング４２内部の温度が上昇す
る他、軽質な（反応性の高い還元成分）がＮＯｘ触媒ケ
ーシング４２内に流入するため、ＮＯｘ触媒に吸収され
ている酸素が一掃される。しかもその後には断続的な燃
料添加が行われるため、この燃料添加に対応する酸素濃
度センサ７５の出力変化を観測することにより、酸素濃
度センサ７３の劣化診断と同様の原理に基づいて酸素濃
度センサ７５の劣化の有無を診断することができる。

【００９１】図９は、ＳＯｘ被毒回復制御の実施に伴う
酸素濃度センサ７５の出力変化（図９（ａ））と、ＮＯ
ｘ触媒ケーシング４２内の温度推移（図９（ｂ））とを
同一時間軸上に示すタイムチャートである。

【００９２】同図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すよう
に、ＳＯｘ被毒回復制御の実施に先立ちパイロット噴
射、ポスト噴射、或いは低温燃焼等（以下、昇温制御と
いう）が開始されると（時刻ｔ１）、燃焼ガスの未燃成
分が排気系４０に流入してＮＯｘ触媒ケーシング４２内
で反応し、ケーシング４２内のＮＯｘ触媒の床温を上昇
させる。また、この温度上昇と併行してＮＯｘ触媒ケー
シング４２下流の排気中酸素濃度は徐々に低下し（リッ
チ雰囲気になる）、その後は所定値を保持するようにな
る。ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを熱分解すべく断続的
な燃料添加が開始されると（時刻ｔ２）、各回の燃料添
加に対応する酸素濃度センサ７５の出力変化が時間軸上
に現れる。ここで、ＮＯｘ触媒に吸収されている酸素は
昇温制御によって一掃されるため、燃料添加の開始後に
は、酸素濃度センサ７５の出力波形を定量的に評価する
上で必要となるベースラインＢＳがＮＯｘ触媒の酸素ス
トレージ能力によって変動するおそれもない。よって、
各回の燃料添加のうち、何れかの燃料添加に伴う酸素濃
度センサ７５の出力の変化（応答性）を評価することに
より（図６〜図８を参照）、酸素濃度センサ７５の劣化
の有無を正確に診断することができる。

【００９３】なお、ＳＯｘ被毒回復制御にかかる各回の
燃料添加のうち、何れの燃料添加に伴うセンサ出力の変
化を基に酸素濃度センサ７５の劣化診断を行うのかを、
予め設定しておく方が、診断結果の信頼性を高める上で
はより好ましい。

【００９４】また、上記実施の形態では、酸素濃度セン
サ７３若しくは酸素濃度センサ７５の劣化の有無を診断
することとしたが、燃料添加に対応する各センサ７３，
７５の応答性に基づき、劣化の進行度合いを診断するよ
うにしてもよい。

【００９５】また、上記実施の形態では、エンジン１の
アイドル運転時に酸素濃度センサ７３や酸素濃度センサ
７５の劣化診断を行うこととした。これに限らず、例え
ばエンジン１を搭載した車両が定速走行を行っている場
合等、エンジン１が定常状態にある条件下であれば、各
酸素濃度センサの劣化診断を行い上記実施の形態に準ず
る効果を奏することができる。

【００９６】また、積極的に燃料添加やＳＯｘ被毒回復
制御を実施して診断を行うよりも、むしろ、エンジン１
が定常状態にあって、且つ、燃料添加やＳＯｘ被毒回復
制御が実施されるタイミングに合わせて各酸素濃度セン
サの劣化診断をするように制御構造を構築すれば、燃料
添加によって排気系に添加される還元剤（燃料）の量を
総体的に低減することもできる。

【００９７】また、ＳＯｘ被毒回復制御の実施に合わせ
なくとも酸素濃度センサ７５の劣化診断を行うことはで
きる。すなわちＳＯｘ被毒回復の目的に限らず、エンジ
ン１が定常状態にある条件下で、ＮＯｘ触媒の酸素スト
レージ能力を一時的に喪失させるべく、上記昇温制御の
如き排気中の還元成分量を増大させる制御を積極的に実
施した上で、燃料添加を行い酸素濃度センサ７５の劣化
度合いを診断するといった制御構造を適用しても、上記
実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。

【００９８】また、上記実施の形態では、酸素濃度セン
サ７３，７５の出力の応答性に関するパラメータとし
て、期間Ｔ１、Ｔ２若しくはＴ３を観測することによ
り、酸素濃度センサ７３，７５の劣化度合い（劣化の有
無）を診断することとした。しかしこれに限らず、他の
基準に基づいて、各酸素濃度センサの劣化度合いを診断
することもできる。

【００９９】例えば、ＥＣＵ９０の指令信号或いは燃料
添加弁１７の開弁動作に対応する酸素濃度センサ７３，
７５の出力変化を、一次遅れ時間及び無駄時間を含むス
テップ応答として近似する。そして例えば、その近似式
についての時定数を求めれば、この時定数を評価するこ
とにより各酸素濃度センサの劣化度合いを診断すること
ができる。例えば、時定数が所定値を上回った場合、酸
素濃度センサ７３若しくは７５が劣化しているものと判
断するようにすればよい。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
診断対象となる酸素濃度センサが、ほとんどの運転条件
下でリーン雰囲気の混合気を燃焼に供して機関運転を行
うディーゼルエンジンの排気系に設けられているにも関
わらず、当該エンジンの機関出力や排気特性の低下を招
くことなく、当該酸素濃度センサの劣化度合いについ
て、信頼性の高い診断結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエ
ンジンシステムを示す概略構成図。

【図２】 同実施の形態において適用される酸素濃度セ
ンサの検出素子主要部の断面構造を示す略図。

【図３】 同実施の形態において適用される酸素濃度セ
ンサの二電極間の印加電圧及び電流の関係を示すグラ
フ。

【図４】 同実施の形態において適用される酸素濃度セ
ンサの限界電流値と酸素濃度との対応関係を概略的に示
すグラフ。

【図５】 同実施の形態において適用される酸素濃度セ
ンサの検出誤差範囲と、実空燃比との関係を示すグラ
フ。

【図６】 同実施の形態において、燃料添加弁への指令
信号、燃料の添加率、酸素濃度センサの出力等の変化を
同一時間軸上に示すタイムチャート。

【図７】 同実施の形態において、燃料添加弁への指令
信号、燃料の添加率、酸素濃度センサの出力等の変化を
同一時間軸上に示すタイムチャート。

【図８】 同実施の形態における酸素濃度センサの劣化
診断手順を示すフローチャート。

【図９】 同実施の形態においてＳＯｘ被毒回復制御に
伴う酸素濃度センサの出力変化と、ＮＯｘ触媒の温度推
移とを同一時間軸上に示すタイムチャート。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン １０ 燃料供給系 １１ サプライポンプ １２ コモンレール １３ 燃料噴射弁 １６ 調量弁 １７ 燃料添加弁 ２０ 燃焼室 ３０ 吸気系 ３１ インタークーラ ３２ スロットル弁 ４０ 排気系 ４２ ＮＯｘ触媒ケーシング ４３ 酸化触媒ケーシング ５０ ターボチャージャ ５１ シャフト ５２ タービンホイール ５３ コンプレッサホイール ６０ ＥＧＲ通路 ６１ ＥＧＲ弁 ６２ ＥＧＲクーラ ７０ レール圧センサ ７１ 燃圧センサ ７２ エアフロメータ ７３，７５ 酸素濃度センサ ７４ 排気温度センサ ７６ アクセルポジションセンサ ７７ クランク角センサ ９０ 電子制御装置（ＥＣＵ） Ｐ１ 機関燃料通路 Ｐ２ 添加燃料通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/36 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ａ Ｆターム(参考） 3G084 BA24 CA03 DA27 EA07 EA11 EB22 FA00 FA07 FA10 FA27 FA29 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB09 AB13 BA00 BA11 BA14 BA15 BA19 CA18 CB01 EA00 EA05 EA07 EA17 GA06 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB17X HA09 HA12 HA15 HA16 HA36 HA37 HB05 HB06 4D048 AA06 AB02 AB07 AC02 BB02 BC01 BD02 CC32 CC41 CC47 CC61 DA01 DA02 DA10 DA20 EA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気系に設けられ
   排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素濃度セン
   サと、 前記排気系における前記酸素濃度センサの上流に還元剤
   を供給する還元剤供給手段と、 前記還元剤の供給を実行するように前記還元剤供給手段
   を制御する制御手段と、 当該エンジンの定常運転時における前記還元剤の供給に
   対応する前記酸素濃度センサの信号の出力変化の応答性
   に基づいて、前記酸素濃度センサの劣化度合いを診断す
   る診断手段と、 を備えることを特徴とする酸素濃度センサの劣化診断装
   置。
2. 【請求項２】 前記診断手段は、当該エンジンがアイド
   ル運転を行っている時に、前記酸素濃度センサの劣化度
   合いを診断することを特徴とする請求項１記載の酸素濃
   度センサの劣化診断装置。
3. 【請求項３】 ディーゼルエンジンの排気系に設けら
   れ、還元成分の存在下において排気中のＮＯｘを還元す
   るＮＯｘ触媒と、 前記排気系における前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ排
   気中の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素濃度センサ
   と、 前記排気系における前記ＮＯｘ触媒の上流に還元剤を供
   給する還元剤供給手段と、 当該エンジンの運転状態を制御して排気中の還元成分量
   を増大させる還元成分増量制御手段と、 当該エンジンの定常運転時であって、且つ、前記還元成
   分増量制御手段によって排気中の還元成分が増大されて
   いる条件下において、前記還元剤の供給を実行するよう
   に前記還元剤供給手段を制御する還元剤供給制御手段
   と、 前記還元剤の供給に対応する前記酸素濃度センサの信号
   の出力変化の応答性に基づいて、前記酸素濃度センサの
   劣化度合いを診断する診断手段と、 を備えることを特徴とする酸素濃度センサの劣化診断装
   置。
4. 【請求項４】 ディーゼルエンジンの排気系に設けら
   れ、還元成分の存在下において排気中のＮＯｘを還元す
   るＮＯｘ触媒と、 前記排気系における前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ排
   気中の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素濃度センサ
   と、 前記排気系における前記ＮＯｘ触媒の上流に還元剤を供
   給する還元剤供給手段と、 当該エンジンの運転状態を制御して排気中の還元成分量
   を増大させ、さらに前記還元剤の供給を断続的に実行す
   るように前記還元剤供給手段を制御することにより前記
   ＮＯｘ触媒に蓄積したＳＯｘを放出させる制御を行うＳ
   Ｏｘ放出制御手段と、 当該エンジンの定常運転時、前記断続的な前記還元剤の
   供給に対応する前記酸素濃度センサの信号の出力変化の
   応答性に基づいて、前記酸素濃度センサの劣化度合いを
   診断する診断手段と、 を備えることを特徴とする酸素濃度センサの劣化診断装
   置。