JP2009162181A - ＮＯｘセンサ診断装置およびそれを用いた排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】異常診断によるエンジン運状態の変動を極力低減し、ＮＯｘセンサの異常を高精度に診断するＮＯｘセンサ診断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センサ診断装置は、エンジン運転状態に基づき、噴射量指令値を目標噴射量指令値２００、２１０から減量する変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）を算出する。ＮＯｘセンサ診断装置は、噴射量指令値を変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分変更する前にエンジンから排出されるＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）と、噴射量指令値を変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分変更したことにより低下したＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）とを、ＮＯｘセンサの出力値から検出する。ＮＯｘセンサ診断装置は、ＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）と、ＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）との変化量である差分が所定範囲からずれていると、ＮＯｘセンサを異常であると診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設置されているＮＯｘセンサの異常を診断するＮＯｘセンサ診断装置およびそれを用いた排気浄化システムに関する。
従来、内燃機関の排気通路に設置されたＮＯｘセンサの出力値に基づいて、排気通路のＮＯｘ濃度を検出する排気浄化システムが公知である（例えば、特許文献１、２参照。）。
このような排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ濃度を高精度に検出するために、劣化または故障等によるＮＯｘセンサの異常を診断することが求められる。
特許文献１では、燃焼室に循環させる排気量または排気温度、あるいは燃料の点火タイミングを通常制御中よりも大きく変動させることにより、排気通路に排出されるＮＯｘ濃度を強制的に変動させ、そのときのＮＯｘセンサの出力値の変動がＮＯｘセンサが正常であるときに取りうる範囲からずれている場合にＮＯｘセンサに異常があると判定する。
また、特許文献２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センサの出力値が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。
特開２００３−１２０３９９号公報 特開２００２−４７９７９号公報
しかしながら、特許文献１では、ＮＯｘセンサの異常を診断する期間中、燃焼室に循環させる排気量または排気温度、あるいは燃料の点火タイミングを通常制御中よりも大きく、繰り返し変更している。その結果、ＮＯｘセンサの異常診断中において、エンジン運転状態が通常制御中よりも大きく変動するという問題がある。
また、特許文献２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センサの出力値が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センサの異常を診断する方式では、ＮＯｘセンサが正常であっても出力値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は困難である。
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、異常診断によるエンジン運状態の変動を極力低減し、ＮＯｘセンサの異常を高精度に診断するＮＯｘセンサ診断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。
請求項１から５に記載の発明によると、内燃機関の複数気筒のうち特定気筒に対する噴射特性を変更し、特定気筒に対する噴射特性を変更することにより変化するＮＯｘセンサの出力値に基づいてＮＯｘセンサの異常を診断する。
ここで、噴射特性の変更とは、気筒に噴射する燃料の噴射量、噴射時期、ならびに１燃焼サイクルで多段噴射を実施する場合は、噴射段数や噴射インターバル、あるいは多段噴射における各噴射の噴射量等を変更することを表している。
全気筒ではなく、全気筒のうちの一部の特定気筒に対する噴射特性を変更するだけであるから、噴射特性の変更により燃焼状態が変化するのも全気筒ではなく一部の特定気筒だけである。これにより、噴射特性の変更により生じるエンジン運転状態の変化を極力低減できる。
さらに、ＮＯｘセンサの異常診断のために噴射特性を変更するのは全気筒ではなく一部の特定気筒だけであるから、特定気筒に対する噴射特性の変更と、噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサの出力値の変化特性との関係が明確である。これにより、噴射特性の変更と、噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサの出力値とに基づいて、ＮＯｘセンサの異常を高精度に診断できる。
さらに、特定気筒に対する噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサの出力値に基づいてＮＯｘセンサの異常を診断するので、特定気筒に対する噴射特性の変更量を適切に設定することにより、内燃機関からのＮＯｘ排出量が０付近におけるＮＯｘセンサの出力値に基づいて異常を診断する場合に比べ、ＮＯｘセンサの異常を高精度に診断できる。
請求項２に記載の発明によると、特定気筒に対する噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサの出力値の変化量に基づいてＮＯｘセンサの異常を診断する。
例えば、特定気筒に対する噴射特性の変更量に対して出力値の変化量が所定の正常範囲からずれているかを判定することにより、ＮＯｘセンサの出力異常を容易に診断できる。
請求項３に記載の発明によると、特定気筒に対する噴射特性の変更に応じてＮＯｘセンサの出力値が変化する応答時間に基づいてＮＯｘセンサの異常を診断する。
例えば、特定気筒に対する噴射特性の変更を開始してからＮＯｘセンサの出力値が変化を開始するまでの応答時間、あるいは特定気筒に対する噴射特性の変更を終了してからＮＯｘセンサの出力値の変化が終了するまでの応答時間に基づき、ＮＯｘセンサの応答異常を容易に診断できる。
請求項４に記載の発明によると、特定気筒に対する噴射特性を変更することにより変化するＮＯｘセンサの出力値に基づいてＮＯｘセンサの出力特性を補正し、出力特性の補正量に基づいてＮＯｘセンサの異常を診断する。
これにより、補正量が所定範囲内であればＮＯｘセンサの出力特性を補正し、補正量が所定の正常範囲から外れるとＮＯｘセンサが異常であると診断できる。
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。
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、３２、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、内燃機関としての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。４気筒のエンジン２の各気筒には、コモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁４から噴射される。
燃料噴射弁４は、噴射遮断方向にノズルニードルに燃料圧力を加える制御室と低圧側との連通状態が電磁制御されることにより、ノズルニードルによる噴孔の開閉作動を制御する公知の電磁弁である。
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、「ＮＯｘ除去装置」を構成している。
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。
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、３２は同じ構造のセンサであり、ＮＯｘセンサ３０、３２の出力値はＮＯｘ濃度に応じて変化する。ＮＯｘセンサ３０は、ＮＯｘ触媒１２の上流側に設置され、エンジン２から排出される排気中のＮＯｘ濃度を検出する。ＮＯｘセンサ３２は、ＮＯｘ触媒１２の下流側に設置されており、ＮＯｘ触媒１２で還元されずにＮＯｘ触媒１２から排出される排気中のＮＯｘ濃度を検出する。
ＮＯｘセンサ診断装置としての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、ＮＯｘセンサ３０、３２を含む各種センサの検出信号に基づいてエンジン運転状態を取得し、取得したエンジン運転状態に基づいて、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。ＥＣＵ４０は、噴射パルス信号により、燃料噴射弁４の噴射時期、噴射量および噴射パターンを制御する。
噴射パルス信号のパルス幅が長くなると、燃料噴射弁４の制御室が低圧側に開放されている時間が長くなるので、噴射量は増加する。ＥＣＵ４０は、噴射パルス幅と噴射量との関係をコモンレール圧毎に噴射特性マップとして記憶装置に記憶している。また、噴射パルス信号の立ち上がり時期により燃料噴射弁４の噴射時期が決定される。
また、ＥＣＵ４０はＢ、１燃焼サイクル中において燃料噴射弁４に噴射を指令する噴射パルス信号の段数により、１燃焼サイクル中において多段噴射を実施する燃料噴射弁４の噴射パターンを制御する。
さらに、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０、３２の出力値とＮＯｘ濃度との関係、ならびに燃料噴射弁４の噴射特性を変更してから、噴射特性の変化に伴うＮＯｘ濃度の変化をＮＯｘセンサ３０、３２が検出し出力するまでの応答時間を、ＮＯｘセンサ３０、３２の初期出力特性として記憶装置に記憶している。ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０、３２から出力値を取得し、ＮＯｘセンサ３０、３２の出力特性から出力値に応じたＮＯｘ濃度を取得する。
またＥＣＵ４０は、取得したＮＯｘセンサ３０、３２の出力値に基づいてＮＯｘセンサ３０、３２の異常診断を実施する。ただし、ＮＯｘ触媒１２の下流側に設置されたＮＯｘセンサ３２の異常診断は、尿素水が加水分解してアンモニアを生成する活性温度に排気温度が達していない低温時にだけ実施できる。通常は、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ触媒１２の上流側に設置されたＮＯｘセンサ３０の異常診断だけを実施する。以下、ＮＯｘ触媒１２の上流側に設置されたＮＯｘセンサ３０の異常診断について説明する。
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。
（運転状態取得手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０、３２、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。
（出力値取得手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力信号を出力値として取得する。ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力値に基づいて、ＮＯｘ触媒１２の上流側における排気中のＮＯｘ濃度、ならびに燃料噴射弁４の噴射特性の変化に伴うＮＯｘ濃度の変化をＮＯｘセンサ３０が検出し出力するまでの応答時間を、ＮＯｘセンサ３０の出力特性から算出する。
（噴射特性変更手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の異常診断時において、エンジン２の４気筒のうち全気筒ではなく一部の特定気筒に対して、エンジン運転状態から算出される目標値とは異なる噴射特性を設定し、噴射特性を変更する。本実施形態では、＃１気筒を４気筒のうちの特定気筒として説明する。ただし、４気筒のうちの特定気筒は＃１気筒に限らず、他の気筒であってもよい。
ＥＣＵ４０は、特定気筒に噴射する燃料の進角または遅角による噴射時期の変更、噴射量の増減、ならびに１燃焼サイクルで多段噴射を実施する場合は、噴射段数や多段噴射における各噴射間の無噴射期間である噴射インターバル、あるいは多段噴射における各噴射の噴射量等を変更することにより噴射特性を変更する。例えば、図２に示すように、ＥＣＵ４０は、エンジン運転状態から算出される＃１気筒の目標噴射量指令値２００、２１０を変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量し、＃１気筒に対する噴射量指令値を変更する。ＥＣＵ４０は、現在のエンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）を算出する。ＥＣＵ４０が＃１気筒に対する燃料噴射量を変更することにより、エンジン２の燃焼状態が変化し、エンジン２から排出されるＮＯｘ濃度が変化する。
このように、４気筒のうち特定の＃１気筒に対する噴射特性を変更するだけであるから、噴射特性の変更によりエンジン２の燃焼室において燃焼状態が変化するのも＃１気筒だけである。これにより、噴射特性の変更によるエンジン運転状態の変化を極力低減できる。
さらに、ＮＯｘセンサ３０の異常診断のために噴射特性を変更するのは特定の＃１気筒だけであるから、＃１気筒に対する噴射特性の変更と、噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサ３０の出力値の変化特性との関係が明確である。これにより、噴射特性の変更と、噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサ３０の出力値とに基づいて、後述する診断手段により、ＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に診断できる。
さらに、特定の＃１気筒に対する噴射特性の変更により変化するＮＯｘセンサ３０の出力値に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を診断するので、特定の＃１気筒に対する噴射特性の変更量を適切に設定することにより、後述する診断手段により、ＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に診断できる。
（診断手段）
ＥＣＵ４０は、噴射特性変更手段が４気筒のうち特定の１気筒に対する噴射特性を変更することにより変化するＮＯｘセンサ３０の出力値の変化に基づいて、下記の（１）〜（３）に記載するようにＮＯｘセンサ３０の異常を診断する。
（１）ＮＯｘセンサ３０の出力値の変化量
ＥＣＵ４０は、噴射特性の変更により変化するＮＯｘの出力値の変化量に基づいてＮＯｘセンサ３０が異常であるかを診断する。例えば、ＥＣＵ４０は、前述したように、＃１気筒の燃料噴射弁４に対する噴射量指令値を、エンジン運転状態から算出される目標噴射量指令値から変更して＃１気筒における噴射特性を変更し、その結果生じるＮＯｘの出力値の変化量に基づいてＮＯｘセンサ３０が異常であるかを診断する。
具体的には、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数および燃料噴射量等が一定の定常安定状態におけるエンジン運転状態に基づき、噴射量指令値を目標噴射量指令値２００、２１０（図２の点線参照）から減量する変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）を算出する。噴射量指令値を目標噴射量指令値２００、２１０から減量する代わりに増量する変更噴射量を算出してもよい。また、定常安定状態とは、例えば燃料噴射量およびエンジン回転数が変化せず一定のエンジン運転状態である。
さらに、ＥＣＵ４０は、定常安定状態定においてエンジン２から排出されるＮＯｘ値としてのＮＯｘ濃度の平均値（ＣＡＮＯｘＡＶＥ）と、＃１気筒の噴射量指令値を変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量したことにより＃１気筒から排出されるＮＯｘ濃度（ＣＡＮＯｘ１）とを、エンジン運転状態から算出する。
そして、ＥＣＵ４０は、噴射量指令値を目標噴射量指令値から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分変更する前にエンジン２から排出されるＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）と、噴射量指令値を目標噴射量指令値から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分変更したことにより低下したＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）２０２、２１２とを、ＮＯｘセンサ３０の出力値から検出する。
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力値から検出したＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）と、ＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）との変化量である差分が図２の前半のように所定範囲内であれば、ＮＯｘセンサ３０を正常であると診断する。この所定範囲は、ＥＣＵ４０が算出したＮＯｘ濃度の平均値（ＣＡＮＯｘＡＶＥ）と、変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量したときのＮＯｘ濃度（ＣＡＮＯｘ１）とに基づいて算出される。
一方、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）とＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）との差分が図２の後半のように所定範囲からずれていると、ＮＯｘセンサ３０を異常であると診断する。
（２）ＮＯｘセンサ３０の出力値の応答時間
ＥＣＵ４０は、噴射特性の変更に応じて変化するＮＯｘの出力値の応答時間に基づいてＮＯｘセンサ３０が異常であるかを診断する。
まずＥＣＵ４０は、前述したように、エンジン回転数および燃料噴射量等が一定の定常安定状態におけるエンジン運転状態に基づき、噴射量指令値を目標噴射量指令値２００、２１０から減量する変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）を算出する。
さらに、ＥＣＵ４０は、＃１気筒の燃料噴射弁４に対し、目標噴射量から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分を減量する噴射指令を開始してからＮＯｘセンサ３０の出力値が低下を開始する低下時期（ＣＡＴＮＯｘＩＬ）、ならびに、＃１気筒の燃料噴射弁４に対し、目標噴射量から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分を減量する噴射指令を終了し、次の＃３気筒の燃料噴射弁４が噴射を開始することによりＮＯｘセンサ３０の出力値の変化が終了し上昇を開始する復帰時期（ＣＡＴＮＯｘＩＨ）を、ＮＯｘセンサ３０の応答時間に関する初期出力特性から算出する。
そして、ＥＣＵ４０は、＃１気筒の燃料噴射弁４に対し、目標噴射量から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分を減量する噴射指令を開始してからＮＯｘセンサ３０の出力値が低下を開始する実際の低下時期（ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ）、ならびに、＃１気筒の燃料噴射弁４に対し、目標噴射量から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分を減量する噴射指令を終了し、次の＃３気筒の燃料噴射弁４が噴射を開始することによりＮＯｘセンサ３０の出力値の変化が終了し上昇を開始する実際の復帰時期（ＲＥＴＮＯｘＩＨ）を、ＮＯｘセンサ３０の出力値から検出する。
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力値の復帰時期（ＲＥＴＮＯｘＩＨ）と低下時期（ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ）との差分が図２の前半のように所定範囲内であれば、ＮＯｘセンサ３０は正常であると診断する。この所定範囲は、ＥＣＵ４０が算出したＮＯｘセンサ３０の出力値の低下時期（ＣＡＴＮＯｘＩＬ）と、ＮＯｘセンサ３０の出力値の復帰時期（ＣＡＴＮＯｘＩＨ）とに基づいて算出される。
一方、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力値の復帰時期（ＲＥＴＮＯｘＩＨ）と低下時期（ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ）との差分が図２の後半のように所定範囲からずれていると、ＮＯｘセンサ３０は異常であると診断する。
（３）ＮＯｘセンサ３０の出力値の補正量
ＥＣＵ４０は、後述する補正手段が、ＮＯｘセンサ３０の出力特性を補正する補正量に基づいてＮＯｘセンサ３０が異常であるかを診断する。
ＥＣＵ４０は、補正手段による補正量が所定範囲内であればＮＯｘセンサ３０は正常であると診断し、補正手段による補正量が所定範囲からずれているとＮＯｘセンサ３０は異常であると診断する。
（補正手段）
ＥＣＵ４０は、特定の１気筒に対する噴射特性を変更することにより変化するＮＯｘセンサ３０の出力値に基づいて、ＮＯｘセンサ３０の出力特性を補正する。
例えばＥＣＵ４０は、＃１気筒の燃料噴射量を、１噴射毎にＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢの間で交互に変更し、燃料噴射量ＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢにおいてエンジン２から排出されるＮＯｘ濃度を燃料噴射量ＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢに基づいて算出する。ＮＯｘセンサ３０が劣化または故障する前の初期状態においては、燃料噴射量ＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢに基づいて算出されるＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサ３０の出力値に基づいて初期出力特性から算出されるＮＯｘ濃度とはほぼ一致する。
そこで、ＥＣＵ４０は、燃料噴射量をＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢに変更したときに検出するＮＯｘセンサ３０の出力値２３２、２３４（図３参照）と、燃料噴射量ＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢにおいてＮＯｘ濃度に応じてＮＯｘセンサ３０の初期出力特性２２０から算出したＮＯｘセンサ３０の予想出力値２２２、２２４（図３参照）との差分を算出する。この差分に基づいて、ＥＣＵ４０は初期出力特性２２０を補正して現在のＮＯｘセンサ３０の出力特性２３０を求める補正量を算出する。この場合の補正量は、ＮＯｘセンサ３０の出力特性の傾きである。
（異常診断ルーチン）
次に、排気浄化システム１０において、ＮＯｘセンサ３０の出力値の変化に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を診断する図４〜図６の各診断ルーチンについて説明する。図４〜図６のルーチンは常時実行される。図４〜図６において「Ｓ」はステップを表している。図４〜図６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。尚、下記に説明する図４〜図６のルーチンは、少なくとも一つ実行されればよい。
（ＮＯｘセンサ３０の出力値の変化量）
図４の異常診断ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずエンジン運転状態が定常安定状態であるかを判定する（Ｓ３００）。エンジン運転状態が定常安定状態でなければ（Ｓ３００：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
エンジン運転状態が定常安定状態であれば（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、Ｓ３０２において、前述した＃１気筒の変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）と、定常安定状態におけるＮＯｘ濃度の平均値（ＣＡＮＯｘＡＶＥ）と、変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量したことにより＃１気筒から排出されるＮＯｘ濃度（ＣＡＮＯｘ１）とをエンジン運転状態に基づいて算出する。
Ｓ３０４においてＥＣＵ４０は、＃１気筒の燃料噴射弁４の噴射量を変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量する。
Ｓ３０６においてＥＣＵ４０は、変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分変更する前にエンジン２から排出されるＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）と、噴射量指令値を目標噴射量指令値から変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分変更したことにより低下したＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）とを、ＮＯｘセンサ３０の出力値から検出する。
そして、ＮＯｘ濃度の平均値（ＲＥＮＯｘＡＶＥ）と、ＮＯｘ濃度の最低値（ＲＥＮＯｘ１）との差分｜ＲＥＮＯｘＡＶＥ−ＲＥＮＯｘ１｜が次式（１）を満たすかを判定する（Ｓ３０８）。
Ａ１＜｜ＲＥＮＯｘＡＶＥ−ＲＥＮＯｘ１｜＜Ａ２・・・（１）
式（１）の定数Ａ１、Ａ２は、Ｓ３０２において算出したＮＯｘ濃度の平均値（ＣＡＮＯｘＡＶＥ）と、変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量後のＮＯｘ濃度（ＣＡＮＯｘ１）とに基づいて、ＮＯｘセンサ３０が正常であれば取り得る範囲を表している。
｜ＲＥＮＯｘＡＶＥ−ＲＥＮＯｘ１｜が式（１）を満たしていれば（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０は正常であると診断する（Ｓ３１０）。
｜ＲＥＮＯｘＡＶＥ−ＲＥＮＯｘ１｜が式（１）を満たしていない場合（Ｓ３０８：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０は異常であると診断する。
（ＮＯｘセンサ３０の出力値の応答時間）
図５の異常診断ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずエンジン運転状態が定常安定状態であるかを判定する（Ｓ３２０）。エンジン運転状態が定常安定状態でなければ（Ｓ３２０：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
エンジン運転状態が定常安定状態であれば（Ｓ３２０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、Ｓ３２２において、前述した＃１気筒の変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）と、ＮＯｘセンサ３０の出力値の低下時期（ＣＡＴＮＯｘＩＬ）と、ＮＯｘセンサ３０の出力値の復帰時期（ＣＡＴＮＯｘＩＨ）とを、エンジン運転状態およびＮＯｘセンサ３０の応答時間に関する初期出力特性に基づいて算出する。
Ｓ３２４においてＥＣＵ４０は、＃１気筒の燃料噴射弁４の噴射量を変更噴射量（ＤＥＬＱＦＩＮ）分減量する。
Ｓ３２６においてＥＣＵ４０は、前述したＮＯｘセンサ３０の出力値の実際の低下時期（ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ）と、ＮＯｘセンサ３０の出力値の実際の復帰時期（ＲＥＴＮＯｘＩＨ）とを、ＮＯｘセンサ３０の出力値から検出する。
そして、ＥＣＵ４０は、検出した低下時期（ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ）と算出した低下時期（ＣＡＴＮＯｘ１Ｌ）との差分｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｌ｜が次式（２）を満たすかを判定する（Ｓ３２８）。
Ｂ１＜｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｌ｜＜Ｂ２・・・（２）
式（２）の定数Ｂ１、Ｂ２は、Ｓ３２２において算出した低下時期（ＣＡＴＮＯｘ１Ｌ）に基づいて、ＮＯｘセンサ３０が正常であれば取りうる範囲を表している。
｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｌ｜が式（２）を満たしていない場合（Ｓ３２８：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の低下特性は異常であると診断し（Ｓ３３０）、本ルーチンを終了する。
｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｌ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｌ｜が式（２）を満たしていれば（Ｓ３２８：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の低下特性は正常であると診断し（Ｓ３３２）、Ｓ３３４に処理を移行する。
Ｓ３３４においてＥＣＵ４０は、検出した復帰時期（ＲＥＴＮＯｘ１Ｈ）と算出した復帰時期（ＣＡＴＮＯｘ１Ｈ）との差分｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｈ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｈ｜が次式（３）を満たすかを判定する。
Ｃ１＜｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｈ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｈ｜＜Ｃ２・・・（３）
式（３）の定数Ｃ１、Ｃ２は、Ｓ３３２において算出した復帰時期（ＣＡＴＮＯｘ１Ｈ）に基づいて、ＮＯｘセンサ３０が正常であれば取り得る範囲を表している。
｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｈ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｈ｜が式（３）を満たしていれば（Ｓ３３４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の復帰特性は正常であると診断し（Ｓ３３６）、本ルーチンを終了する。
｜ＲＥＴＮＯｘ１Ｈ−ＣＡＴＮＯｘ１Ｈ｜が式（３）を満たしていない場合（Ｓ３３４：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の復帰特性は異常であると診断し（Ｓ３３８）、本ルーチンを終了する。
（ＮＯｘセンサ３０の補正量）
図６の補正ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずエンジン運転状態が定常安定状態であるかを判定する（Ｓ３４０）。エンジン運転状態が定常安定状態でなければ（Ｓ３４０：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
エンジン運転状態が定常安定状態であれば（Ｓ３４０：Ｙｅｓ）、Ｓ３４２においてＥＣＵ４０、特定気筒である＃１気筒の噴射量ＱＦＩＮを、１噴射毎にＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢと交互に変更する。
Ｓ３４４においてＥＣＵ４０は、噴射量ＱＦＩＮの変更に伴い変化するＮＯｘセンサ３０の取得出力値と、ＱＦＩＮＡ、ＱＦＩＮＢに対応して初期出力特性２２０（図３参照）から得られるＮＯｘセンサ３０の予想出力値との差に基づいて、初期出力特性２２０の傾きを補正する補正量を算出する。
Ｓ３４６においてＥＣＵ４０は、Ｓ３４６で算出した補正量が所定の設定値よりも大きいかを判定する。
Ｓ３４６で算出した補正量が所定の設定値以下の場合（Ｓ３４６：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力特性は正常であると診断し、本ルーチンを終了する。
Ｓ３４６で算出した補正量が所定の設定値よりも大きい場合（Ｓ３４６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力特性は異常であると診断し、本ルーチンを終了する。
以上説明した本実施形態では、エンジン２の特定気筒である＃１気筒の噴射特性を変更することより変化するＮＯｘセンサ３０の出力値に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を診断する。これにより、エンジン運転状態の変化を極力低減するとともに、ＮＯｘセンサの異常を高精度に診断できる。
尚、エンジン運転状態の変化を許容できる場合は、単一気筒のみならず、全気筒のうち、全気筒ではない複数の特定気筒の噴射特性を同時に変更してもよい。
［他の実施形態］
上記実施形態では、ＮＯｘ触媒１２の上流側に設置されたＮＯｘセンサ３０の異常診断について説明した。これに対し、ＮＯｘ触媒１２の下流側に設置されたＮＯｘセンサ３０の異常診断は、尿素水が加水分解されない排気温度の低温時、あるいは強制的に尿素添加弁１４からの尿素水の添加を停止する等の、ＮＯｘ触媒１２においてＮＯｘが還元されないときに実施できる。
ＮＯｘ除去装置としては、尿素水等の還元剤を添加してＮＯｘ触媒で還元する構成に限るものではなく、例えば、吸着剤でＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを排気中の燃料により還元する構成でもよい。
上記実施形態では、特定気筒である＃１気筒の燃料噴射弁４の噴射量を変更したときの、ＮＯｘセンサ３０の出力値の変化量、応答時間または補正量に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を診断した。これに対し、＃１気筒の燃料噴射弁４の噴射時期、噴射パターン等の他の噴射特性を変更したときの、ＮＯｘセンサ３０の出力値の変化量、応答時間または補正量に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を診断してもよい。
上記実施形態では、エンジン回転数および燃料噴射量が一定のエンジン運転状態が定常安定状態のときにＮＯｘセンサ３０の異常を診断した。これ以外にも、エンジン２から排出されるＮＯｘ濃度がエンジン運転状態から算出できるのであれば、例えば減速運転状態においてＮＯｘセンサ３０の異常を診断してもよい。
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、出力値取得手段、噴射特性変更手段、診断手段、補正手段として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。
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、出力値取得手段、噴射特性変更手段、診断手段、補正手段として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。
本発明のＮＯｘ診断装置は、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。
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。
一実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。 特定気筒の噴射特性の変更に伴うＮＯｘ値の変化を示すタイムチャート。 ＮＯｘセンサの出力特性の変化を示す特性図。 ＮＯｘセンサの異常診断を示すフローチャート。 ＮＯｘセンサの他の異常診断を示すフローチャート。 ＮＯｘセンサの他の異常診断を示すフローチャート。
符号の説明
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センサ診断装置、運転状態取得手段、出力値取得手段、噴射特性変更手段、診断手段、補正手段）、１００：排気通路

Claims (5)

  1. 内燃機関の排気通路に設置されているＮＯｘセンサの出力値を取得する出力値取得手段と、
    前記内燃機関の複数気筒のうち特定気筒に対する噴射特性を変更する噴射特性変更手段と、
    前記噴射特性変更手段が前記特定気筒に対する噴射特性を変更することにより変化する前記出力値に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を診断する診断手段と、
    を備えることを特徴とするＮＯｘセンサ診断装置。
  2. 前記診断手段は、前記特定気筒に対する噴射特性の変更により変化する前記出力値の変化量に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を診断することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサ診断装置。
  3. 前記診断手段は、前記特定気筒に対する噴射特性の変更に応じて前記出力値が変化する応答時間に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を診断することを特徴とする請求項１または２に記載のＮＯｘセンサ診断装置。
  4. 前記特定気筒に対する噴射特性の変更により変化する前記出力値に基づいて前記ＮＯｘセンサの出力特性を補正する補正手段をさらに備え、
    前記診断手段は、前記補正手段による補正量に基づいて前記ＮＯｘセンサの異常を診断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ診断装置。
  5. 内燃機関の排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置と、
    前記ＮＯｘ除去装置の少なくとも上流側の前記排気通路に設置されているＮＯｘセンサと、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ診断装置と、
    を備えることを特徴とする排気浄化システム。
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