JP2008190383A - Ｎｏｘセンサの故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転中に意図的に診断モードを作ることなく、ドライバビリティ性や燃費の悪化を伴わずに、適時に故障診断を行うことができるＮＯ_Xセンサの故障診断装置及び故障診断方法を提供する。
【解決手段】単位時間当たりに内燃機関から排出される排出ＮＯ_X流量を演算し記憶するための排出ＮＯ_X流量演算記憶手段と、ＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度を記憶するための検出ＮＯ_X濃度記憶手段と、排出ＮＯ_X流量の経時変化の基準としての基準パターン及びＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度の経時変化の基準としての追従パターンが規定され、内燃機関が通常運転モードにある場合に排出ＮＯ_X流量が基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、検出ＮＯ_X濃度が追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判別することにより、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定する故障判定手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＮＯ_Xセンサの故障診断装置及びＮＯ_Xセンサの故障診断方法に関する。特に、ＮＯ_Xセンサの故障診断を精度良く行うためのＮＯ_Xセンサの故障診断装置及びＮＯ_Xセンサの故障診断方法に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境に影響を及ぼすおそれのある黒煙微粒子（以下、ＰＭと称する）やＮＯ_X（ＮＯやＮＯ₂）等が含まれている。このうち、ＮＯ_Xを浄化するために用いられる排気浄化システムとして、排気通路中に配設したＮＯ_X触媒を備えた排気浄化システムがある。

このような排気浄化システムとしては、ＮＯ_X吸蔵触媒を用いた排気浄化システムや、選択還元触媒を用いたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。ＮＯ_X吸蔵触媒を用いた排気浄化システムは、排気ガスの空燃比がリーンの状態で排気ガス中のＮＯ_Xを吸収し、排気ガスの空燃比がリッチに変わったときにＮＯ_Xを放出しつつ、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）によってＮＯ_Xを還元反応させ、排気ガスの浄化を行うものである。また、ＳＣＲシステムは、排気ガス中のＮＯ_Xを選択的に還元する触媒を用い、排気ガス中に尿素やＨＣを主成分とする還元剤を供給することにより、ＮＯ_Xを触媒で還元反応させ、排気ガスの浄化を行うものである。

これらの排気浄化システムでは、通常、ＮＯ_X触媒の上流側又は下流側の排気通路中にＮＯ_Xセンサが配置され、ＮＯ_Xの浄化が効率的に行われるように還元剤の噴射量を決定したり、内燃機関の運転状態を制御したりするために用いられている。また、ＮＯ_Xセンサは、排気浄化システムが正常に作動しているかの診断を行う際にも用いられる場合がある。したがって、ＮＯ_Xセンサの出力には高い信頼性が要求されている。

そこで、排気浄化システムに用いられているＮＯ_Xセンサの異常を判定するための装置が提案されている。
例えば、図１０に示すフローを実施すべく、ＮＯ_X吸蔵触媒の適切な再生を行うべく、ＮＯ_Xセンサの異常を判定するためのＮＯ_Xセンサの異常判定装置であって、ＮＯ_X吸蔵触媒の排気下流側にＮＯ_Xセンサを設け、ＮＯ_X吸蔵触媒中のＮＯ_Xを放出した状態を強制的に生じさせるＮＯ_X放出手段と、ＮＯ_X放出手段によりＮＯ_Xが放出された状態でＮＯ_X吸蔵触媒の実際のＮＯ_X低減率を演算する実ＮＯ_X低減率設定手段と、エンジン運転状態に基づき、基準のＮＯ_X低減率を予め設定する基準ＮＯ_X低減率設定手段と、実際のＮＯ_X低減率と基準のＮＯ_X低減率とを比較し、ＮＯ_Xセンサの異常を判定する異常判定手段とを備えたＮＯ_Xセンサの異常判定装置が開示されている（特許文献１参照）。

また、内燃機関の排気経路中に備えられるセンサとしては、他にも、空燃比センサやガスセンサ等があるが、これらのセンサについての劣化診断を行う方法も提案されている。
例えば、図１１に示すフローを実施すべく、空燃比フィードバック制御中に予備診断を実行し、その結果に応じて強制変動を伴う劣化診断を行うようにした空燃比センサの劣化診断装置が提案されている。より具体的には、混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、空燃比センサの検出信号に基づき混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、空燃比センサの検出信号に基づき空燃比センサの検出能力を判定する検出能力判定手段と、所定条件下で空燃比制御手段に優先して混合気の空燃比を強制変動させる強制変動手段と、強制変動手段により強制変動を行ったときの空燃比センサの検出信号に基づき、空燃比センサの劣化を判定する劣化判定手段とを備えた劣化診断装置が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００４−２７０４６８号公報 （特許請求の範囲） 特許第３１３４６９８号 （特許請求の範囲）

しかしながら、特許文献１に記載されたＮＯ_Xセンサの異常判定装置や特許文献２に記載された空燃比センサの劣化診断装置は、いずれも診断時において、センサの検知対象であるＮＯ_X量や空燃比を強制的に変化させて、望まれる検出値が得られるかを判定するものである。すなわち、内燃機関の運転中であっても、センサの応答性の適正判定のために、あえて運転状態を変動させる必要があり、ドライバビリティ性に影響を与えたり、燃費を悪化させたりするおそれがあった。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、ＮＯ_Xセンサの故障診断を実施する際に、排気ガス中のＮＯ_X流量を強制的に変化させるのではなく故障診断に適した排出ＮＯ_X流量の経時変化の基準パターンをあらかじめ設定し、この基準パターンにあてはまる場合にＮＯ_Xセンサの応答性を判定することにより、このような問題を解決できることを見出し本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、内燃機関の運転中に意図的に診断モードを作ることなく、ドライバビリティ性や燃費の悪化を伴わずに、適時に故障診断を行うことができるＮＯ_Xセンサの故障診断装置及びＮＯ_Xセンサの故障診断方法を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気通路中を通過する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するためのＮＯ_Xセンサの故障診断装置であって、単位時間当たりに内燃機関から排出される排出ＮＯ_X流量を演算し記憶するための排出ＮＯ_X流量演算記憶手段と、ＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度を記憶するための検出ＮＯ_X濃度記憶手段と、排出ＮＯ_X流量の経時変化の基準としての基準パターン及びＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度の経時変化の基準としての追従パターンが規定され、内燃機関が通常運転モードにある場合に排出ＮＯ_X流量が基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、検出ＮＯ_X濃度が追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判別することにより、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定する故障判定手段と、を備えたＮＯ_Xセンサの故障診断装置が提供され上述した問題を解決することができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、基準パターンは、第１の基準値が一定時間継続する定常領域と所定の増加率で増加する傾斜領域とを含むパターンであり、追従パターンは、所定の増加率で増加する追従傾斜領域を含むパターンであり、故障判定手段は、排出ＮＯ_X流量が基準パターンの傾斜領域の値を下回らないように推移したときに、検出ＮＯ_X濃度が追従パターンの追従傾斜領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、故障判定手段は、排出ＮＯ_X流量が所定の基準値を上回らないように一定時間以上推移した後、所定の基準値の値に到達したときに判定モードに移行することが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、検出ＮＯ_X濃度比較手段は、判定モード移行時の検出ＮＯ_X濃度の値を、追従パターンの追従傾斜領域の初期値とすることが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、故障判定手段は、排出ＮＯ_X流量が所定の基準値を超えた後、基準パターンの傾斜領域の値を下回ったときに、判定モードを中止することが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、基準パターンは、定常領域と傾斜領域との間に、傾斜領域の開始位置を所定時間遅らせる遅延領域を有することが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、基準パターンは、傾斜領域の後に第１の基準値よりも大きい第２の基準値が一定時間継続する後段定常領域を含み、追従パターンは、追従傾斜領域の後に第３の基準値が一定時間継続する後段追従定常領域を含み、故障判定手段は、排出ＮＯ_X流量が規準パターンの傾斜領域の値及び後段定常領域の値を下回らないように推移したときに、検出ＮＯ_X濃度が追従パターンの追従傾斜領域の値及び後段追従定常領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、故障判定手段は、さらに、判定モードが有効とされる間、検出ＮＯ_X濃度が、排出ＮＯ_X流量が第１の基準値を超えたときの値に対して所定値以上増加しない状態で所定時間経過したか否かを判別することにより、ＮＯ_Xセンサの固着状態を判定することが好ましい。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置を提供するにあたり、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気通路中を通過する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するためのＮＯ_Xセンサの故障診断方法であって、内燃機関から排出される排出ＮＯ_X流量の経時変化の基準としての基準パターンと、ＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度の経時変化の基準としての追従パターンと、をあらかじめ設定し、排出ＮＯ_X流量が基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、検出ＮＯ_X濃度が追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判別することにより、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定することを特徴とするＮＯ_Xセンサの故障診断方法である。

本発明によれば、通常の運転モードにおいて、内燃機関からの排出ＮＯ_X流量が所定の基準パターンに対して所定の関係をもって変化したときに、ＮＯ_Xセンサの検出ＮＯ_X濃度が排出ＮＯ_X流量の変化に追従して推移したか否かを判別する故障判定手段を備えることにより、意図的に診断モードを作ることなく通常運転状態中に適時にＮＯ_Xセンサの故障診断を行うことができる。したがって、ドライバビリティ性や燃費を悪化させることなく、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定することができる。その結果、ＮＯ_Xセンサの信頼性が向上され、ＮＯ_Xの浄化効率やＮＯ_Xセンサを用いた排気浄化システムの故障診断等の信頼性を向上させることができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、基準パターン及び追従パターンを所定のパターンとすることにより、ＮＯ_Xセンサでの検出ＮＯ_X濃度が排出ＮＯ_X流量の変化に追従しているかの判別を容易に行うことができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、所定の条件を満たしたときに判定モードに移行することにより、排出ＮＯ_X流量が比較的安定した状態から過渡的に変化した状態を正確に見極めた上で判定モードに移行されるため、判定モードのオンオフが頻繁に繰り返されることなく通常運転状態での故障診断を効率的に行うことができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、判定モード移行時の検出ＮＯ_X濃度の値を追従パターンの初期値とすることにより、検出ＮＯ_X濃度が排出ＮＯ_X流量の過渡的な増加に追従しているかの判別を容易に行うことができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、判定モードに移行後、排出ＮＯ_X流量が傾斜領域の値を下回ったときに判定モードを中止することにより、検出ＮＯ_X濃度が排出ＮＯ_X流量の過渡的な変化に追従しているかの判別が困難な状態において診断が行われることがなくなり、診断結果の信頼性を高めることができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、基準パターンが、定常領域と傾斜領域との間に遅延領域を有することにより、判定モードに移行後、一時的に排出ＮＯ_X流量が減少した場合であっても故障診断が中止されることなく継続させることができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、基準パターン及び追従パターンがそれぞれ後段定常領域を含むことにより、ＮＯ_Xセンサによる検出ＮＯ_X濃度が排出ＮＯ_X流量の変化に追従しているかの判別をさらに容易に判別することができる。

また、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断方法によれば、強制的に診断モードを作ることなく、通常の運転モードで適時にＮＯ_Xセンサの故障診断を行うことができる。したがって、ドライバビリティ性や燃費を悪化させることなく故障診断を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断装置及びＮＯ_Xセンサの故障診断方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．ＮＯ_Xセンサの故障診断装置
（１）排気浄化システムの全体構成
まず、本発明の第１の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断装置を備えた排気浄化システム（以下、単に「システム」と称する場合がある。）の構成例について図１を参照しつつ説明する。
図１に示す排気浄化システム１０は、尿素水溶液を還元剤として用い、排気ガスを還元剤とともにＮＯ_X触媒１３を通過させてＮＯ_Xを選択的に還元する排気浄化システム１０である。この排気浄化システム１０は、内燃機関に接続された排気通路１１の途中に配設され、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元するためのＮＯ_X触媒１３と、ＮＯ_X触媒１３の上流側で排気通路１１中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁３１を含む還元剤供給装置２０とが備えられている。また、排気通路１１のＮＯ_X触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ１５、１６が配置されるとともに、ＮＯ_X触媒１３の下流側には下流側ＮＯ_X濃度検出手段としてのＮＯ_Xセンサ１７が配置されている。このうち、ＮＯ_X触媒１３や温度センサ１５、１６、ＮＯ_Xセンサ１７の構成は特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。
ただし、少なくともＮＯ_Xセンサ１７はセンサ自身の故障診断機能を備えており、異常状態が検知されると後述するＣＡＮ（Controller Area Network）６５に対してエラー情報が出力されるようになっている。

また、還元剤供給装置２０は、還元剤噴射弁３１を含む噴射モジュール３０と、還元剤が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤噴射弁３１に対して圧送するポンプ４１を含むポンプモジュール４０と、還元剤噴射弁３１から噴射する還元剤の噴射量を制御するために、噴射モジュール３０やポンプモジュール４０の制御を行うコントロールユニット（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０を備えている。また、貯蔵タンク５０とポンプモジュール４０とは第１の供給経路５７によって接続され、ポンプモジュール４０と噴射モジュール３０とは第２の供給経路５８によって接続され、さらに、噴射モジュール３０と貯蔵タンク５０とは循環経路５９によって接続されている。

また、図１に示す排気浄化システム１０の例では、ＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５に接続されている。このＣＡＮ６５には、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ：Engine Control Unit」と称する場合がある。）７０が接続されており、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関の運転状態に関する情報が書き込まれるようになっているだけでなく、排気浄化システム１０に備えられたあらゆるセンサ等の情報も書き込まれるようになっている。また、ＣＡＮ６５では入力される信号値がＣＡＮ６５の規格範囲内にあるか否かを判別できるようになっている。そして、ＣＡＮ６５に接続されたＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５上の情報を読み込み、また、ＣＡＮ６５上に情報を出力できるようになっている。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが別のコントロールユニットからなり、ＣＡＮ６５を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とを一つのコントロールユニットとして構成しても構わない。

貯蔵タンク５０には、タンク内の還元剤の温度を検知するための温度センサ５１や還元剤の残量を検知するためのレベルセンサ５５、還元剤の粘度や濃度等の品質を検知するための品質センサ５３が備えられている。これらのセンサによって検知された値は信号として出力されＣＡＮ６５上に書き込まれるようになっている。これらのセンサについては、公知のものを適宜使用することができる。
なお、貯蔵される還元剤としては、主として尿素水溶液や未燃燃料（ＨＣ）が挙げられるが、本実施形態の排気浄化システムの例は、尿素水溶液を用いた場合の構成例である。

また、ポンプモジュール４０は、ポンプ４１と、ポンプ４１の下流側の第２の供給経路５８内の圧力（以下、「還元剤の圧力」と称する場合がある。）を検知するための圧力検知手段としての圧力センサ４３と、圧送される還元剤の温度を検知するための温度センサ４５と、ポンプ４１の下流側の第２の供給経路５８の途中に配置された異物捕集フィルタ４７と、ポンプ４１の下流側の還元剤の圧力が所定値を越えたときに、還元剤の一部をポンプ４１の下流側から上流側に戻して圧力を低下させるための圧力制御弁４９を備えている。
ポンプ４１は、例えば電動ポンプからなり、ＤＣＵ６０から送られてくる信号によって駆動されるようになっている。また、圧力センサ４３や温度センサ４５についても公知のものを適宜使用することができ、これらのセンサによって検出された値についても信号として出力され、ＣＡＮ６５上に書き込まれるようになっている。さらに、圧力制御弁４９としては、例えば、公知のチェック弁等を用いることができる。

また、噴射モジュール３０は、ポンプモジュール４０側から圧送されてくる還元剤が貯留される貯留室３３と、貯留室３３に接続された還元剤噴射弁３１と、貯留室３３から循環経路５９に通じる経路の途中に配設されたオリフィス３５と、オリフィス３５の直前に配置された温度センサ３７を備えている。
還元剤噴射弁３１は、例えば、ｄｕｔｙ制御により開弁のＯＮ−ＯＦＦを制御するＯＮ−ＯＦＦ弁からなるものである。また、貯留室３３ではポンプモジュール４０から圧送されてきた還元剤が所定の圧力で蓄えられるようになっており、ＤＣＵ６０から送られてくる制御信号によって還元剤噴射弁３１が開かれたときに還元剤が排気通路１１中に噴射されるようになっている。また、貯留室３３の下流側の経路にオリフィス３５が配設されていることにより、オリフィス３５よりも上流側の貯留室３３、第２の供給経路５８の内圧が低下しにくくなっており、ポンプモジュール４０の出力を低く抑えることができるようにされている。図示しないものの、このオリフィス３５を設ける代わりに、循環経路５９の途中に還元剤の循環制御を行う弁を備えることもできる。

また、噴射モジュール３０と貯蔵タンク５０との間に配設された循環経路５９は、ポンプモジュール４０によって圧送される還元剤のうち噴射モジュール３０の還元剤噴射弁３１から噴射される還元剤以外の還元剤が排気熱等の影響を受けて高温に晒されることがないように、貯蔵タンク５０に還流させるために備えられている。

また、ＤＣＵ６０は、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射されるように、ＣＡＮ６５上に存在する様々な情報をもとに還元剤噴射弁３１の動作制御が行われるようになっている。また、本発明の実施の形態におけるＤＣＵ６０は、さらにＮＯ_Xセンサ１７の故障診断装置（以下、単に「故障診断装置」と称する場合がある。）としての機能を備えている。

このＤＣＵ６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、図１では、還元剤噴射弁３１の動作制御及びポンプ４１の駆動制御、さらに排気浄化システム１０の故障診断に関する部分について、機能的なブロックに表された構成例が示されている。
すなわち、本発明の実施の形態におけるＤＣＵ６０は、ＣＡＮ情報取出生成部（図２では「CAN情報取出生成」と表記）と、ＮＯ_Xセンサ１７の故障診断部（図１では「故障診断」と表記）と、ポンプ駆動制御部（図１では「ポンプ駆動制御」と表記）と、還元剤噴射弁動作制御部（図１では「Udv動作制御」と表記）等を主要な構成要素として構成されている。そして、これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現されるものである。

ＣＡＮ情報取出生成部は、ＥＣＵ７０から出力されたエンジンの運転状態に関する情報やＮＯ_Xセンサ１７から出力されたセンサ情報をはじめとして、ＣＡＮ６５上に存在する情報を読み込み、各部に対して出力するようになっている。
また、ポンプ駆動制御部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、第２の供給経路５８内の還元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込み、この圧力情報をもとにポンプ４１をフィードバック制御し、第２の供給経路５８及び貯留室３３内の還元剤の圧力がほぼ一定の状態に維持されるようになっている。例えば、ポンプ４１が電動ポンプである場合には、出力される圧力値が目標値よりも低い場合には、圧力を上昇させるべく、電動ポンプのデューティ比が大きくなるように制御され、逆に、出力される圧力値が目標値を超える場合には、圧力を低下させるべく、電動ポンプのデューティ比が小さくなるように制御される。

還元剤噴射弁動作制御部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、貯蔵タンク５０内の還元剤に関する情報や排気ガス温度、ＮＯ_X触媒温度、ＮＯ_X触媒下流側でのＮＯ_X濃度に関する情報、さらにはエンジンの運転状態に関する情報等を読み込み、排気ガスに含まれるＮＯ_Xを還元するために必要な量の還元剤を還元剤噴射弁３１から噴射させるための制御信号を生成し、還元剤噴射弁３１を操作するための還元剤噴射弁操作装置（図１では「Udv操作装置」と表記）６７に対して出力するように構成されている。

この図１に示す構成の排気浄化システム１０による排気ガスの浄化は以下のとおり行われる。
内燃機関の運転時において、貯蔵タンク５０内の還元剤は、ポンプ４１によって汲み上げられ、噴射モジュール３０側に圧送される。このとき、ポンプモジュール４０に備えられたポンプ４１の下流側の圧力センサ４５による検出値をフィードバックし、検出値が所定値未満の場合にはポンプ４１の出力を高める一方、圧力値が所定値を超える場合には圧力制御弁４９によって減圧される。これによって、噴射モジュール３０側に圧送される還元剤の圧力がほぼ一定の値に維持されるように制御される。

また、ポンプモジュール４０から噴射モジュール３０に圧送された還元剤は、還元剤の貯留室３３に流入してほぼ一定の圧力に維持され、還元剤噴射弁３１が開いたときに常に排気通路１１内に噴射されるようになっている。一方、還元剤は循環経路５９を介して貯蔵タンク５０に還流しているため、排気通路１１中に噴射されない還元剤が貯留室３３に滞留し、排気熱によって高温に晒されることがないようになっている。

還元剤が、ほぼ一定の圧力値で貯留室３３中に貯留している状態で、ＤＣＵ６０は、内燃機関の運転状態や排気温度、ＮＯ_X触媒１３の温度、さらにはＮＯ_X触媒１３の下流側で測定される、還元されずにＮＯ_X触媒１３を通過したＮＯ_X量等の情報をもとに噴射すべき還元剤量を決定し、それに応じた制御信号を生成して還元剤噴射弁制御装置６７に対して出力する。そして、還元剤噴射弁操作装置６７によって還元剤噴射弁３１のｄｕｔｙ制御が行われ、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射される。排気通路１１中に噴射された還元剤は、排気ガスに混合された状態でＮＯ_X触媒１３に流入し、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xの還元反応に用いられる。このようにして、排気ガスの浄化が行われるものである。

なお、本実施形態の排気浄化システムでは、後述する故障診断装置の診断対象とされるＮＯ_XセンサがＮＯ_X触媒の下流側に配置されているが、診断対象としてはこの位置に配置されたＮＯ_Xセンサに限られるものではなく、ＮＯ_X触媒の上流側に配置されたＮＯ_Xセンサであっても構わない。

（２）故障診断装置
ここで、本発明の実施の形態のＤＣＵ６０では、ＮＯ_Xセンサ１７の故障診断部が備えられている。ＮＯ_Xセンサ１７の故障診断部は、強制的に診断モードを作ることなく、通常の運転モードにおいて、ＮＯ_Xセンサ１７が正確に応答しているか否かを診断するように構成されたものである。

このＮＯ_Xセンサ１７の故障診断部は、図２に示すように、排気ガスの質量流量を算出するための排ガス質量流量演算手段（図２では「排ガス質量流量演算」と表記）と、ＮＯ_X触媒上流側のＮＯ_X濃度を演算するための排出ＮＯ_X濃度演算手段（図２では「排出ＮＯ_X濃度演算」と表記）と、単位時間当たりのＮＯ_X触媒上流側のＮＯ_X流量を演算するための排出ＮＯ_X流量演算手段（図２では「排出ＮＯ_X流量演算」と表記）と、算出された排出ＮＯ_X流量やＮＯ_Xセンサによる検出ＮＯ_X濃度を記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）と、所定の基準パターン及び追従パターンを用いて検出ＮＯ_X濃度が排出ＮＯ_X流量の変化に追従して推移したか否かを判別することによりＮＯ_Xセンサの応答性を判定する故障判定手段（図２では「故障判定」と表記）を含むものである。

排ガス質量流量演算手段は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、内燃機関の運転状態に関する情報を読み込み、演算することによって内燃機関から排出される排気ガスの流量を算出するようになっている。
また、排出ＮＯ_X濃度演算手段は、排ガス質量流量算出手段と同様に、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、内燃機関の運転状態に関する情報を読み込み、演算することによって、内燃機関から排出されるＮＯ_X濃度を算出するようになっている。
排ガス質量流量の算出や内燃機関から排出されるＮＯ_X濃度の算出に用いられる、ＣＡＮ上に存在する内燃機関の運転状態に関する情報としては、燃料噴射量、回転数、排気循環装置（以下、「ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation」と称する。）のステータス、排気循環量、空気吸入量、冷却水温度等が挙げられる。これらの情報をもとに、排ガス質量流量や排出ＮＯ_X濃度を算出することは公知の方法によって行うことができる。

排出ＮＯ_X流量演算手段は、上述の排出ＮＯ_X濃度演算手段によって算出されたＮＯ_X濃度と排ガス質量流量演算手段によって算出された排気ガスの質量流量とをもとに、単位時間あたりに内燃機関から排出される排出ＮＯ_X流量を算出するようになっている。
ＲＡＭは、排出ＮＯ_X流量演算手段から出力される単位時間当たりの排出ＮＯ_X流量やＣＡＮ情報取出生成部から出力されるＮＯ_Xセンサの検出ＮＯ_X濃度を記憶するようになっており、後述の故障判定手段に対してこれらの情報を出力し、故障判定に用いられるようにされている。

故障判定手段は、ＲＡＭに記憶された排出ＮＯ_X流量や検出ＮＯ_X濃度の値を読み込み、排出ＮＯ_X流量があらかじめ規定された基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、検出ＮＯ_X濃度があらかじめ規定された追従パターンに対して所定の関係をもって推移するか否かを判別することにより、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定するようになっている。すなわち、本発明の故障診断装置は、ＮＯ_Xセンサの故障診断を行うために、強制的に排出ＮＯ_X流量を増加させて診断モードを作るのではなく、通常の運転モードにおいて診断に適した排出ＮＯ_X流量の経時変化を検知し、この変化に追従してＮＯ_Xセンサが応答しているかを判定するようになっている。したがって、ＮＯ_Xセンサの故障診断を行うために内燃機関の排出ＮＯ_X濃度を増加させるべく運転状態を制御するような機能を持った制御手段は備えられていない。そして、故障判定手段は、排出ＮＯ_X流量推移比較手段によって比較される排出ＮＯ_X流量が基準パターンに対して所定の条件を満たす状態になったときに判定モードに移行されるようになっている。

また、本実施形態の故障判定手段は、排出ＮＯ_X流量が過渡的に変化してから所定の時間経過しているにもかかわらず検出ＮＯ_X濃度に追従した変化が見られない場合に、ＮＯ_Xセンサが排気ガス中のすす等により固着しているものと判定する機能も有している。
このほか、本実施形態の故障診断部には、故障診断を行う際に計時を行うタイマカウンタが備えられている。

（３）タイミングチャート
次に、本実施形態の故障診断装置において、所定の基準パターン及び追従パターンを用いて排出ＮＯ_X流量の過渡的な変化に追従して検出ＮＯ_X濃度が変化するかを確認し、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定する点について、図３に例示されるタイミングチャートを参照して詳細に説明する。

この図３のタイミングチャートでは、基準パターンは定常領域（前段定常領域）と傾斜領域と後段定常領域とを含んでいる。また、この基準パターンは、タイマ３によって傾斜領域の開始位置が遅延処理される遅延領域を含んでいる。また、追従パターンは追従傾斜領域と追従後段定常領域とを含んでいる。

まず、ＲＡＭに継続的に記憶される排出ＮＯ_X流量Nfu及び検出ＮＯ_X濃度Ndを継続的に読み出し、排出ＮＯ_X流量Nfuの値が基準パターンの定常領域の基準値MINを下回った時点ｔ１でタイマ１を作動させる。排出ＮＯ_X流量Nfuが基準値MINを下回ったままでタイマ１が終了したｔ２の時点からは待機状態に入り、排出ＮＯ_X流量Nfuが基準値MINを超えるまで待機する。
このとき、タイマ１と同時に別途タイマを作動させて待機状態の最大時間を定め、所定時間経過するまでに排出ＮＯ_X流量Nfuが基準値MINを超えない場合に診断を終了させるようにすることもできる。このようにすれば、診断プログラムが動作しない不安定な状態が長時間継続することを避けることができる。

その後、排出ＮＯ_X流量Nfuが基準値MINを超えたｔ３の時点で、タイマ２、タイマ３、タイマ５及びタイマ６を作動させるとともにｔ３の時点での検出ＮＯ_X濃度の値をNd₀として記憶する。すなわち、このｔ３において、故障判定手段が判定モードに移行されるとともに追従パターンの追従傾斜領域の開始値がNd₀に設定される。

この図３の例では、ｔ３以降、タイマ３が終了するｔ４の時点までの間は、排出ＮＯ_X流量Nfuの値と基準パターンの値との比較は行われず、ｔ４の時点が規準パターンの傾斜領域の開始位置とされている。このように遅延領域を設けることにより、判定モードに移行されたｔ３の後、排出ＮＯ_X流量Nfuが一時的に基準値MINを下回った場合であっても故障診断が中断されることがなく継続されるようになっている。

ｔ４の時点以降、排出ＮＯ_X流量Nfuについては、タイマ２が終了するｔ５までの間は排出ＮＯ_X流量の値Nfuが傾斜領域の値SLOPEよりも大きくなっているかが判別され、ｔ５以降タイマ４が終了するまでの間は排出ＮＯ_X流量の値Nfuが後段定常領域の値MAXよりも大きい値となっているかが判別される。すなわち、排出ＮＯ_X流量Nfuがこれらの傾斜領域の値SLOPEや後段定常領域の値MAXを上回る状態で推移した場合には、強制的に診断モードを作ることなく、運転モードの中でＮＯ_Xセンサの故障診断に適した排出ＮＯ_X流量Nfuの変化があったことを知ることができる。一方で、このｔ３以降、いずれかの時点で排出ＮＯ_X流量の値Nfuが基準パターンの値SLOPE、MAXを下回ったときには、ＮＯ_Xセンサの故障診断を適確に判定できる状態にないと判断され、故障判定手段の判定モードがリセットされる。

一方、検出ＮＯ_X濃度Ndについては、ｔ３の時点以降、ｔ３で作動させたタイマ５がｔ６の時点で終了すると、タイマ４が終了するまでの間、検出ＮＯ_X濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp及び追従後段定常領域の値maxよりも大きい値となっているかが判別される。タイマ５が終了した後、タイマ４が終了するまでの間、検出ＮＯ_X濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp及び追従後段定常領域の値maxよりも大きい値を示していれば、ＮＯ_Xセンサは排出ＮＯ_X流量Nfuの過渡的な変化に追従して応答していると判定される。一方、タイマ５が終了した後、タイマ４が終了するまでの間、検出ＮＯ_X濃度Ndが追従傾斜領域の値Ramp及び追従後段定常領域の値maxを下回ったときには、ＮＯ_Xセンサの応答性に何らかの異常が生じているものと判定される。

また、同時に、ｔ３の時点でタイマ６を作動させ、検出ＮＯ_X濃度Ndがタイマ６が終了するｔ７までの間に開始値Nd₀を基準として規定値ABS以上変化しなかった場合には、ＮＯ_Xセンサが排気ガス中のすす等によって固着しているものと判定される。この規定値ABSの値は、ＮＯ_Xセンサの固着性を判定するための基準として設定されるものである。

２．故障診断方法
次に、ＮＯ_Xセンサの故障診断方法の具体的なルーチンの一例を図４〜図６のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。

まず、スタート後、ステップＳ１００においてＮＯ_X触媒の下流側に備えられたＮＯ_Xセンサからのエラー情報がなく、かつ、ＮＯ_Xセンサからの入力値がＣＡＮの規格範囲内にあるか否かが判別される。これらの条件を満たしていない場合にはスタート位置に戻される一方、すべての条件を満足している場合にはステップＳ１０１に進む。

ステップＳ１０１ではＮＯ_Xセンサからの検出信号Nsを認識し、次いで、ステップＳ１０２ではステップＳ１００で判別した条件と併せて、エンジンスピードが規定以上であり、かつ、排気ブレーキがＯＦＦになっているか否か（以下「テスト環境条件TE」と称する。）が判別される。これらの条件を満たしていない場合にはスタート位置に戻される一方、すべての条件を満たしている場合にはステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、排出ＮＯ_X流量Nfuを読み込み、排出ＮＯ_X流量Nfuが規定値MIN未満であるか否かが判別される。排出ＮＯ_X流量Nfuが規定値MIN以上となっている場合にはスタート位置に戻される一方、規定値MIN未満となっている場合にはステップＳ１０４に進む。

排出ＮＯ_X流量Nfuが規定値MIN未満となったステップＳ１０４ではタイマ１を作動させてステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、上述のテスト環境条件を満たしているか否かが判別され、テスト環境条件を満たしていない場合には、ステップＳ１０６でタイマ１をリセットした後スタート位置に戻される一方、テスト環境条件を満たしている場合にはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、排出ＮＯ_X流量Nfuが基準パターンの第１の定常領域の基準値MIN未満の値となっているかが判別される。排出ＮＯ_X流量NfuがMIN以上であれば、ステップＳ１０８でタイマ１をリセットした後スタート位置に戻される。一方、排出ＮＯ_X流量NfuがMIN未満であれば、ステップＳ１０９に進み、タイマ１が終了しているか否かが判別される。タイマ１が終了していなければステップＳ１０５に戻される一方、タイマ１が終了している場合にはステップＳ１１０に進む。

排出ＮＯ_X流量NfuがMIN未満の状態でタイマ１の期間を終了して進んだステップＳ１１０では、再びテスト環境条件を満たしているか否かが判別される。テスト環境条件を満たしていない場合にはスタート位置に戻される一方、テスト環境条件を満たしている場合にはステップＳ１１１に進み、排出ＮＯ_X流量NfuがMIN以上であるか否かが判別される。排出ＮＯ_X流量NfuがMIN未満である場合にはステップＳ１１０に戻される一方、排出ＮＯ_X流量NfuがMIN以上となっている場合には、ステップＳ１１２に進みこの時点でのＮＯ_Xセンサによる検出ＮＯ_X濃度の値Ndを開始値Nd₀として記憶するとともに、ステップＳ１１３に進みタイマ２、３、５、６を作動させる。

次いでステップＳ１１４では、ＮＯ_Xセンサによる検出ＮＯ_X濃度Ndの値と記憶された開始値Nd₀との差の絶対値Dの演算を開始する。次いでステップＳ１１５では、テスト環境条件を満たしているか否かが判別され、満たしていない場合にはステップＳ１１６でタイマ２、３、５、６をすべてリセットした後スタート位置に戻される。一方、テスト環境条件を満たしている場合には、ステップＳ１１７で演算により算出される絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS未満であればそのままステップＳ１１９に進む一方、絶対値Dが規定値ABS以上であれば、ステップＳ１１８でタイマ６を停止させるとともに固着性TestOKフラグを立てた後、ステップＳ１１９に進む。

次いで、ステップＳ１１９ではタイマ３が終了したか否かが判別され、タイマ３が終了していなければステップＳ１１５に戻される一方、タイマ３が終了している場合にはステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、テスト環境条件を満たしているか否かが判別され、満たしていない場合にはステップＳ１２１でタイマ２、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される。一方、テスト環境条件を満たしている場合にはステップＳ１２２に進み、タイマ２が終了しているか否かが判別される。タイマ２が終了していない場合にはステップＳ１２３で排出ＮＯ_X流量Nfuが基準パターンの傾斜領域の値SLOPE以上となっているか否かが判別される。排出ＮＯ_X流量NfuがSLOPE未満である場合には、ステップＳ１２４に進みタイマ２、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される。

一方、排出ＮＯ_X流量NfuがSLOPE以上となっている場合には、ステップＳ１２５に進み、検出ＮＯ_X濃度Ndと開始値Nd₀との差の絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS未満である場合にはそのままステップＳ１２０に戻される。一方、絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ステップＳ１２６で固着性TestOKフラグが立てられているか否かを判別し、固着性TestOKフラグが立てられている場合にはそのままステップＳ１２０に戻される一方、固着性TestOKフラグが立っていない場合には、ステップＳ１２７でタイマ６を停止させるとともに固着性TestOKフラグを立てた後、ステップＳ１２０に戻される。

上記のステップＳ１２２でタイマ２が終了している場合には、ステップＳ１２８でタイマ４を作動させるとともに、ステップＳ１２９でテスト環境条件を満たしているか否かが判別される。テスト環境条件を満たしていない場合にはステップＳ１３０でタイマ４、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される一方、テスト環境条件を満たしている場合には、ステップＳ１３１に進み、排出ＮＯ_X流量Nfuが基準パターンの後段定常領域の値MAX以上となっているか否かが判別される。排出ＮＯ_X流量NfuがMAX未満である場合にはステップＳ１３２でタイマ４、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される。一方、排出ＮＯ_X流量NfuがMAX以上となっている場合には、ステップＳ１３３に進みタイマ５が終了しているか否かが判別される。タイマ５が終了していない場合にはステップＳ１３４に進み、絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。

ステップＳ１３４では、ステップＳ１２５と同様、絶対値Dが規定値ABS未満である場合にはそのままステップＳ１２９に戻される。一方、絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、上記と同様、ステップＳ１３５で固着性TestOKフラグが立てられているか否かを判別し、固着性TestOKフラグが立てられている場合にはそのままステップＳ１２９に戻される一方、固着性TestOKフラグが立っていない場合には、ステップＳ１３６でタイマ６を停止させるとともに固着性TestOKフラグを立てた後、ステップＳ１２９に戻される。

一方、ステップＳ１３３でタイマ５が終了している場合には、ステップＳ１３７に進み検出ＮＯ_X濃度Ndが追従パターンの追従傾斜領域の値Ramp又は追従後段定常領域の値max以上となっているか否かが判別される。検出ＮＯ_X濃度NdがRamp又はmax未満となっている場合には、さらにステップＳ１３８で絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ＮＯ_Xセンサは固着を生じていないものの排出ＮＯ_X流量の変化に対応して適正に追従していないものとして応答性TestErrorと判定され、診断を終了する。一方、絶対値Dが規定値ABS未満である場合には、ステップＳ１３９に進み、固着性TestOKフラグが立てられているか否かが判別され、固着性TestOKフラグが立てられている場合には、やはりＮＯ_Xセンサは固着を生じていないものの排出ＮＯ_X流量の変化に対応して適正に追従していないものとして応答性TestErrorと判定され、診断を終了する。

ステップＳ１３９において固着性TestOKフラグが立てられていない場合には、ステップＳ１４０でタイマ６が終了しているか否かが判別される。タイマ６が終了している場合には、所定時間経過してもＮＯ_Xセンサがほとんど反応していないものとして固着性TestErrorと判定され、診断を終了する。一方、タイマ６が作動している場合にはステップＳ１４１に進みテスト環境条件を満たしているか否かが判別され、満たしている場合にはステップＳ１３８に戻される一方、満たしていない場合には固着性を判定するに至らない状態でテスト環境条件を外れてしまったとして、応答性Errorとして処理され、診断を終了する。

一方、ステップＳ１３７で、検出ＮＯ_X濃度NdがRamp又はmax以上となっている場合には、ステップＳ１４２に進みタイマ４が終了しているか否かが判別される。そして、タイマ４が終了していない場合にはステップＳ１３７に戻される一方、タイマ４が終了している場合には、ＮＯ_Xセンサは固着を生じておらず、かつ、排出ＮＯ_X流量の変化に応じて適正に追従しているものとして、TestOKと判定され、診断を終了する。

これまで説明した第１の実施の形態のＮＯ_Xセンサの故障診断方法の例では、判定モードに移行した後、基準パターンにおける傾斜領域が終了するまでの時間（タイマ２の経過時間）よりも、追従パターンにおける追従傾斜領域の開始位置までの時間（タイマ５の経過時間）が長く設定されている。すなわち、本実施形態は、大型車両等、排気通路中に配置されるＮＯ_X触媒の容量が大きいＳＣＲシステムにおけるＮＯ_Xセンサの故障診断方法について説明したものであり、ＮＯ_X触媒の容量が大きくなっている分、排気ＮＯ_X流量が増加してからＮＯ_X触媒下流側に配置されたＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X流量が追従するまでの時間が長くなっている。
ただし、タイマ２及びタイマ５の経過時間の設定は、ＮＯ_X触媒下流側のＮＯ_Xセンサの追従性に応じて適宜設定することができ、ＮＯ_X触媒の容量が相対的に小さいＳＣＲシステムにおけるＮＯ_Xセンサの故障診断方法については第２の実施の形態で説明する。

［第２の実施の形態］
本実施形態のＮＯ_Xセンサの故障診断方法は、上述のとおり、ＮＯ_X触媒の容量が相対的に小さいＳＣＲシステムにおけるＮＯ_Xセンサの故障診断方法である。すなわち、排気ＮＯ_X流量が増加してからＮＯ_X触媒下流側に配置されたＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X流量が追従するまでの時間が短く、タイマ２の経過時間がタイマ５の経過時間よりも長く設定された実施形態である。
以下、図７〜図９のフローチャートに沿って、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態においても、タイマ２、３、５、６を作動させるところまでは、第１の実施の形態のステップＳ１００〜ステップＳ１１３までと同様の工程が行われる（図４を参照）。タイマ２、３、５、６を作動させた後、さらに、ステップＳ１５４〜ステップＳ１６１までの工程を第１の実施の形態のステップＳ１１４〜ステップＳ１２１までの工程（図５を参照）と同様に行い、ステップＳ１６２に進む。
ステップＳ１６２ではタイマ２が終了しているか否かが判別される。タイマ２が終了していない場合にはステップＳ１６３で排出ＮＯ_X流量Nfuが基準パターンの傾斜領域の値SLOPE以上となっているか否かが判別される。排出ＮＯ_X流量NfuがSLOPE未満である場合には、ステップＳ１６４に進みタイマ２、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される。

一方、排出ＮＯ_X流量NfuがSLOPE以上となっている場合には、ステップＳ１６５に進み、検出ＮＯ_X濃度Ndと開始値Nd₀との差の絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS未満である場合にはそのままステップＳ１６８に進む一方、絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ステップＳ１６６で固着性TestOKフラグが立てられているか否かが判別される。固着性TestOKフラグが立てられている場合にはそのままステップＳ１６８に進む一方、固着性TestOKフラグが立っていない場合には、ステップＳ１６７でタイマ６を停止させるとともに固着性TestOKフラグを立てた後、ステップＳ１６８に進む。

ステップＳ１６８では、タイマ５が終了しているか否かが判別され、タイマ５が作動中である場合にはステップＳ１６０に戻される一方、タイマ５が終了している場合にはステップＳ１６９に進む。タイマ５が終了していると判別され進んだステップＳ１６９では、検出ＮＯ_X濃度Ndが追従パターンの追従傾斜領域の値Ramp以上となっているか否かが判別される。検出ＮＯ_X濃度NdがRamp以上の値となっている場合にはステップＳ１６０に戻される一方、検出ＮＯ_X濃度NdがRamp未満となっている場合にはステップＳ１７０で絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ＮＯ_Xセンサは固着を生じていないものの排出ＮＯ_X流量の変化に対応して適正に追従していないものとして応答性TestErrorと判定され、診断を終了する。一方、絶対値Dが規定値ABS未満である場合には、ステップＳ１７１に進み、固着性TestOKフラグが立てられているか否かが判別され、固着性TestOKフラグが立てられている場合には、やはりＮＯ_Xセンサは固着を生じていないものの排出ＮＯ_X流量の変化に対応して適正に追従していないものとして応答性TestErrorと判定され、診断を終了する。

ステップＳ１７１において固着性TestOKフラグが立てられていない場合には、ステップＳ１７２でタイマ６が終了しているか否かが判別される。タイマ６が終了している場合には、所定時間経過してもＮＯ_Xセンサがほとんど反応していないものとして固着性TestErrorと判定され、診断を終了する。一方、タイマ６が作動している場合にはステップＳ１７３に進みテスト環境条件を満たしているか否かが判別され、満たしている場合にはステップＳ１７０に戻される一方、満たしていない場合には固着性を判定するに至らない状態でテスト環境条件を外れてしまったとして、応答性Errorとして処理され、診断を終了する。

上記のステップＳ１６２でタイマ２が終了している場合には、ステップＳ１７４でタイマ４を作動させるとともに、ステップＳ１７５でテスト環境条件を満たしているか否かが判別される。テスト環境条件を満たしていない場合にはステップＳ１７６でタイマ４、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される一方、テスト環境条件を満たしている場合には、ステップＳ１７７に進み、排出ＮＯ_X流量Nfuが基準パターンの後段定常領域の値MAX以上となっているか否かが判別される。排出ＮＯ_X流量NfuがMAX未満である場合にはステップＳ１７８でタイマ４、５、６をリセットした後、スタート位置に戻される。一方、排出ＮＯ_X流量NfuがMAX以上となっている場合にはステップＳ１７９に進み、検出ＮＯ_X濃度Ndが追従パターンの追従傾斜領域の値Ramp又は追従後段定常領域の値max以上となっているか否かが判別される。検出ＮＯ_X濃度NdがRamp又はmax以上となっている場合には、ステップＳ１８０に進みタイマ４が終了しているか否かが判別される。そして、タイマ４が終了していない場合にはステップＳ１７５に戻される一方、タイマ４が終了している場合には、ＮＯ_Xセンサは固着を生じておらず、かつ、排出ＮＯ_X流量の変化に応じて適正に追従しているものとして、TestOKと判定される。

一方、ステップＳ１７９で検出ＮＯ_X濃度NdがRamp又はmax未満となっている場合には、上述と同様にステップＳ１７０に進み、絶対値Dが規定値ABS未満であるか否かが判別される。絶対値Dが規定値ABS以上である場合には、ＮＯ_Xセンサは固着を生じていないものの排出ＮＯ_X流量の変化に対応して適正に追従していないものとして応答性TestErrorと判定され、診断を終了する。一方、絶対値Dが規定値ABS未満である場合には、ステップＳ１７１に進み、固着性TestOKフラグが立てられているか否かが判別され、固着性TestOKフラグが立てられている場合には、やはりＮＯ_Xセンサは固着を生じていないものの排出ＮＯ_X流量の変化に対応して適正に追従していないものとして応答性TestErrorと判定され、診断を終了する。

ステップＳ１７１において固着性TestOKフラグが立てられていない場合には、ステップＳ１７２でタイマ６が作動しているか否かが判別される。タイマ６が終了している場合には、所定時間経過してもＮＯ_Xセンサがほとんど反応していないものとして固着性TestErrorと判定され、診断を終了する。一方、タイマ６が作動している場合にはステップＳ１７３に進みテスト環境条件を満たしているか否かが判別され、満たしている場合にはステップＳ１７０に戻される一方、満たしていない場合には固着性を判定するに至らない状態でテスト環境条件を外れてしまったとして、応答性Errorとして処理され、診断を終了する。

以上説明したフローチャートによるＮＯ_Xセンサの故障診断方法であれば、意図的に診断モードを作ることなく通常の運転状態において適時にＮＯ_Xセンサの故障診断を行うことができる。したがって、ドライバビリティ性や燃費を悪化させることなく、ＮＯ_Xセンサの応答性を判定することができる。

なお、排気浄化システムの構成はあくまでも一例であり、本発明のＮＯ_Xセンサの故障診断方法を実施することができる排気浄化システムは、かかる構成の排気浄化システムに限られるものではない。例えば、ＣＡＮを省略したり、ＤＣＵをエンジンＥＣＵと一体化して構成したりすることができる。また、別の例として、還元剤の温度制御を目的として備えられた循環経路が省略された構成の排気浄化システムであっても構わない。
また、故障診断方法のフローについても、種々の変更が可能である。

本発明の第１の実施の形態にかかる排気浄化システムの構成例を示す図である。 ＮＯ_Xセンサの故障診断装置の構成例を説明するためのブロック図である。 排出ＮＯ_X流量及び検出ＮＯ_X濃度の経時変化による故障診断を説明するためのタイミングチャートである。 第１の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その１）。 第１の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その２）。 第１の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その３）。 第２の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その１）。 第２の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その２）。 第２の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その３）。 従来のＮＯ_Xセンサの故障診断方法のフローを示す図である。 従来のセンサの劣化診断方法のフローを示す図である。

符号の説明

１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：ＮＯ_X触媒、１５・１６：温度センサ、１７：ＮＯ_Xセンサ、２０：還元剤供給システム、３０：噴射モジュール、３１：還元剤噴射弁、３３：貯留室、４０：ポンプモジュール、４１：圧送ポンプ、４３：圧力センサ、４５：温度センサ、４７：異物捕集フィルタ、４９：圧力制御弁、５０：貯蔵タンク、５１：温度センサ、５３：レベルセンサ、５５：品質センサ、５７：第１の供給経路、５８：第２の供給経路、５９：循環経路、６０：コントロールユニット（ＤＣＵ）、６５：ＣＡＮ、６７：還元剤噴射弁操作装置、７０：エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路中に備えられ、前記排気通路中を通過する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するためのＮＯ_Xセンサの故障診断装置において、
   単位時間当たりに前記内燃機関から排出される排出ＮＯ_X流量を演算し記憶するための排出ＮＯ_X流量演算記憶手段と、
   前記ＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度を記憶するための検出ＮＯ_X濃度記憶手段と、
   前記排出ＮＯ_X流量の経時変化の基準としての基準パターン及び前記ＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度の経時変化の基準としての追従パターンが規定され、前記内燃機関が通常運転モードにある場合に前記排出ＮＯ_X流量が前記基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、前記検出ＮＯ_X濃度が前記追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判別することにより、前記ＮＯ_Xセンサの応答性を判定する故障判定手段と、
   を備えることを特徴とするＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
2. 前記基準パターンは、所定の第１の基準値が一定時間継続する定常領域と所定の増加率で増加する傾斜領域とを含むパターンであり、
   前記追従パターンは、所定の増加率で増加する追従傾斜領域を含むパターンであり、
   前記故障判定手段は、前記排出ＮＯ_X流量が前記基準パターンの前記傾斜領域の値を下回らないように推移したときに、前記検出ＮＯ_X濃度が前記追従パターンの前記追従傾斜領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
3. 前記故障判定手段は、前記排出ＮＯ_X流量が前記所定の基準値を上回らないように前記一定時間以上推移した後、前記所定の基準値の値に到達したときに判定モードに移行することを特徴とする請求項２に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
4. 前記故障判定手段は、前記判定モード移行時の前記検出ＮＯ_X濃度の値を、前記追従パターンの前記追従傾斜領域の初期値とすることを特徴とする請求項３に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
5. 前記故障判定手段は、前記排出ＮＯ_X流量が前記所定の基準値を超えた後、前記基準パターンの前記傾斜領域の値を下回ったときに、前記判定モードを中止することを特徴とする請求項３又は４に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
6. 前記基準パターンは、前記定常領域と前記傾斜領域との間に、前記傾斜領域の開始位置を所定時間遅らせる遅延領域を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
7. 前記基準パターンは、前記傾斜領域の後に前記第１の基準値よりも大きい第２の基準値が一定時間継続する後段定常領域を含み、
   前記追従パターンは、前記追従傾斜領域の後に第３の基準値が一定時間継続する後段追従定常領域を含み、
   前記故障判定手段は、前記排出ＮＯ_X流量が前記規準パターンの前記傾斜領域の値及び前記後段定常領域の値を下回らないように推移したときに、前記検出ＮＯ_X濃度が前記追従パターンの前記追従傾斜領域の値及び前記後段追従定常領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
8. 前記故障判定手段は、さらに、前記検出ＮＯ_X濃度が、前記排出ＮＯ_X流量が前記第１の基準値を超えたときの値に対して所定値以上の増加しない状態で所定時間経過したか否かを判別することにより、ＮＯ_Xセンサの固着状態を判定することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のＮＯ_Xセンサの故障診断装置。
9. 内燃機関の排気通路中に備えられ、前記排気通路中を通過する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するためのＮＯ_Xセンサの故障診断方法において、
   前記内燃機関から排出される排出ＮＯ_X流量の経時変化の基準としての基準パターンと、前記ＮＯ_Xセンサによって検出される検出ＮＯ_X濃度の経時変化の基準としての追従パターンと、をあらかじめ設定し、
   前記排出ＮＯ_X流量が前記基準パターンに対して所定の関係をもって推移したときに、前記検出ＮＯ_X濃度が前記追従パターンに対して所定の関係をもって推移したか否かを判別することにより、前記ＮＯ_Xセンサの応答性を判定することを特徴とするＮＯ_Xセンサの故障診断方法。

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