JP2010174695A - ＮＯｘセンサの故障診断システム及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサにおいて、その出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かをより正確に診断することを課題とする。
【解決手段】選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下しているときに選択還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給を停止し（Ｓ１０２）、その後の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じているか否かを診断する（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサの故障を診断するシステム及び方法に関する。

内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられる場合がある。選択還元型ＮＯｘ触媒は、還元剤が供給されることにより排気中のＮＯｘを連続的に還元する触媒である。また、排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサ（以下、下流側ＮＯｘセンサと称する）の検出値に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給量を制御する場合がある。

下流側ＮＯｘセンサを設けた場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給が停止されているときに、選択還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気のＮＯｘ濃度と下流側ＮＯｘセンサの検出値との差に基づいて下流側ＮＯｘセンサの故障を診断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような故障診断によれば、下流側ＮＯｘセンサのセンサ素子部の機能低下により該センサの出力値が低下する故障（以下、ゲイン故障と称する）が生じているか否かを診断することが出来る。

ところが、下流側ＮＯｘセンサの故障としては、ゲイン故障以外に、センサ素子部のカバーの目詰まりを起因とするセンサの出力値の応答性が低下する故障（以下、応答性故障と称する）が考えられる。センサ素子部のカバーの目詰まりが生じると、センサ素子部を通過する排気の速度が低下するため、センサの出力値の応答性が低下する。

このような応答性故障の場合、排気のＮＯｘ濃度が変化したときのセンサの出力値の変化速度は正常時と比較して低下するが、その変化が収束した後のセンサの出力値は正常時と同等となる。そのため、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じていても、選択還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給が停止されているときの選択還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気のＮＯｘ濃度と下流側ＮＯｘセンサの検出値との差が正常時と同等となる場合がある。従って、上記のような故障診断方法では、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じているか否かを診断することは困難な場合がある。

特開２００８−１３３７８０号公報 特開２００８−２４４０号公報 特許３６０７９６２号公報

本発明は、内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサにおいて、その出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かをより正確に診断することが出来る技術を提供することを目的とする。

本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下しているときに選択還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給を停止し、その後の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じているか否かを診断するも
のである。

より詳しくは、第一の発明に係るＮＯｘセンサの故障診断システムは、
内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサの故障を診断するシステムであって、
前記排気通路における前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加弁と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下しているか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が前記所定レベル以下に低下していると判定されたときに前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止させ、その後の前記ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かを診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする。

選択還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給が停止され、該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元が行われなくなると、その下流側の排気のＮＯｘ濃度が上昇する。その結果、下流側ＮＯｘセンサの出力値が上昇する。

しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒は還元剤吸着能力を有する。選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が吸着していると、還元剤添加弁からの還元剤の添加が停止されても、暫くの間、吸着された還元剤を用いてＮＯｘの還元が行われる。このように、還元剤の添加停止後においてもＮＯｘの還元が行われていると、選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側の排気のＮＯｘ濃度の上昇速度が低下する。そのため、下流側ＮＯｘセンサに出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じているか否かを診断することが困難となる。

そこで、本発明では、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下している時に還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止する。ここで、所定レベルは、選択還元型ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元量が、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障の診断が可能な程度に抑えられる還元剤吸着能力の閾値である。この所定レベルを、選択還元型ＮＯｘ触媒が還元剤吸着能力を発揮していないレベルとしてもよい。そして、還元剤の添加停止後の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じているか否かを診断する。

従って、本発明によれば、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じているか否かをより正確に診断することが出来る。

尚、選択還元型ＮＯｘ触媒は、ある程度以上の温度となると温度の上昇に伴って還元剤吸着能力が低下する。そこで、判別手段は、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より高いときに、該選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下していると判定してもよい。

本発明において、診断手段は、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止してから所定時間が経過した時点で、下流側ＮＯｘセンサの出力値が所定判定値に達していない場合、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じていると診断してもよい。ここでの所定時間は、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じているときに、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止してから下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化が収束するまでの時間よりも短い時間である。

また、診断手段は、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止してから所定時間が経過し
た時点で、下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化量が所定判定量に達していない場合、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じていると診断してもよい。

また、診断手段は、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止した後、下流側ＮＯｘセンサの出力値が第一所定値から第二所定値まで変化する時間が所定変化時間より長い場合、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じていると診断してもよい。この場合、第一所定値を、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止した時点の下流側ＮＯｘセンサの出力値としてもよい。また、第二所定値を、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側における排気のＮＯｘ濃度の値としてもよい。

本発明においては、下流側ＮＯｘセンサの出力値が変化するときの変化速度を算出する変化速度算出手段をさらに備えてもよい。この場合、診断手段は、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止してから所定時間が経過するまでの間に下流側ＮＯｘセンサの出力値の上昇速度が所定速度まで達しないときに、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じていると診断してもよい。ここでの所定時間は、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障が生じているときにおいて、還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止してから下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化が収束するまでの時間以下の時間である。

上記において、所定判定値、所定判定量、所定変化時間及び所定速度は、下流側ＮＯｘセンサの出力値の応答性が正常であると判断出来る閾値であってもよい。

第二の発明に係るＮＯｘセンサの故障診断方法は、
内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサの故障を診断する方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下しているか否かを判別するステップと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が前記所定レベル以下に低下していると判定されたときに前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止させるステップと、
前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止した後の前記ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かを診断するステップと、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、下流側ＮＯｘセンサにおいて応答性故障が生じているか否かをより正確に診断することが出来る。

本発明によれば、内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサにおいて、その出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かをより正確に診断することが出来る。

実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 尿素添加弁からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化を示す図である。 選択還元型ＮＯｘ触媒の尿素吸着能力と温度との関係を示す図である。 選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が吸着上限温度より高いときに尿素添加弁からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化を示す図である。 実施例１に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。 選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が吸着上限温度より高いときに尿素添加弁からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化及びその変化量の変化を示す図である。 実施例１の変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。 選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が吸着上限温度より高いときに尿素添加弁からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化を示す図である。 実施例２に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。 選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が吸着上限温度より高いときに尿素添加弁からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化を示す図である。 実施例２の変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。 選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が吸着上限温度より高いときに尿素添加弁からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化及びその上昇速度の変化を示す図である。 実施例３に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。

以下、本発明に係るＮＯｘセンサの故障診断システム及び故障診断方法の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
（内燃機関およびその吸排気系の概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。

吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。

吸気通路に４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１１が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも下流側にはスロットル弁１２が設けられている。

排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側にはディーゼルパティキュレートフィルタ９が設けられている。また、排気通路６におけるディーゼルパティキュレートフィルタ９より下流側には選択還元型ＮＯｘ触媒１０が設けられている。選択還元型ＮＯｘ触媒１０はアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する触媒である。尚、ディーゼルパティキュレートフィルタ９には酸化触媒等の酸化機能を有する触媒が担持されていてもよい。

排気通路６におけるディーゼルパティキュレートフィルタ９より下流側且つ選択還元型ＮＯｘ触媒１０より上流側には、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁１３が設けられている。選択還元型ＮＯｘ触媒１５は尿素吸着能力を有し、
尿素添加弁１３から添加され選択還元型ＮＯｘ触媒１５に供給された尿素水溶液中の尿素は選択還元型ＮＯｘ触媒１５に一旦吸着する。そして、該吸着した尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。

排気通路６におけるディーゼルパティキュレートフィルタ９より下流側且つ尿素添加弁１３より上流側には、上流側ＮＯｘセンサ１４及び上流側温度センサ１６が設けられている。排気通路６における選択還元型ＮＯｘ触媒１０より下流側には、下流側ＮＯｘセンサ１５及び下流側温度センサ１７が設けられている。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１１、上流側ＮＯｘセンサ１４、上流側温度センサ１６、下流側ＮＯｘセンサ１５、下流側温度センサ１７、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、上流側温度センサ１６及び下流側温度センサ１７の出力値に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度を導出する。ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。

また、ＥＣＵ２０には、各燃料噴射弁３、スロットル弁１２及び尿素添加弁１３が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。

（下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断）
次に、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの故障診断方法について説明する。本実施例においては、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じているか否かを診断する。

図２は、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化を示す図である。図２において、縦軸は下流側ＮＯｘセンサの出力値Ｒｎｄを表しており、横軸は時間ｔを表している。時間ｔｓは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止したタイミングを表している。

また、図２において、実線Ｌ１及び破線Ｌ２は選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮している場合を示しており、実線Ｌ３及び破線Ｌ４は選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない場合を示している。また、実線Ｌ１及び実線Ｌ３は下流側ＮＯｘセンサ１５が正常な場合を示しており、破線Ｌ２及び破線Ｌ４は下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じている場合を示している。

尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加が停止されると、選択還元型ＮＯｘ触媒１０への尿素の供給が停止されることになる。その結果、選択還元型ＮＯｘ触媒１０においてＮＯｘの還元が行われなくなり、その下流側の排気のＮＯｘ濃度が上昇する。その結果、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が上昇する。

しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒１０に尿素が吸着していると、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加が停止された後も、暫くの間、吸着された尿素から生じるアンモニアを用いて選択還元型ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘの還元が行われる。この場合、尿素水溶液の添加停止後における選択還元型ＮＯｘ触媒１０より下流側の排気のＮＯｘ濃度の上昇速度が低下する。

そのため、選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮している状態で尿素水溶液の添加を停止した場合、下流側ＮＯｘセンサ１５が正常の場合であっても、図２における実線Ｌ１に示すように、その出力値の上昇速度は低くなる。その結果、正常な場合（実線Ｌ１）と応答性故障が生じている場合（破線Ｌ２）とにおける下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の差が小さくなる。そのため、尿素水溶液の添加停止後における下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化の応答遅れが、吸着された尿素から生じるアンモニアを用いた選択還元型ＮＯｘ触媒１０でのＮＯｘの還元に起因するものであるのか、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障に起因するものであるのかを区別することは困難である。

ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の尿素吸着能力と温度との関係について図３に基づいて説明する。図３において、縦軸は選択還元型ＮＯｘ触媒１０の尿素吸着能力Ｃａを表しており、横軸は選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを表している。

図３に示すように、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度がある程度高くなると、その尿素吸着能力Ｃａは温度Ｔｃの上昇に伴って低下する。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度ＴｃがＴｃ０より高くなると、選択還元型ＮＯｘ触媒１０は尿素吸着能力を発揮しなくなる。以下、この温度Ｔｃ０を吸着上限温度と称する。尚、本実施例においては、吸着上限温度Ｔｃ０が本発明に係る所定温度に相当する。

そこで、本実施例では、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いとき、即ち選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない状態のときに、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させる。そして、その後の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じているか否かを診断する。

選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない状態であれば、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加が停止されると選択還元型ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘの還元が直ちに行われなくなる。そのため、下流側ＮＯｘセンサ１５が正常であれば、図２における実線Ｌ３に示すように、その出力値も直ちに上昇する。その結果、正常な場合（実線Ｌ３）と応答性故障が生じている場合（破線Ｌ４）とにおける下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の差が大きくなる。

従って、このときの下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化に基づいて故障診断を行うことにより、下流側ＮＯｘセンサ１５において応答性故障が生じているか否かをより正確に診断することが出来る。

（応答性故障診断の具体的方法）
以下、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断の具体的な方法について図４及び５に基づいて説明する。図４は、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いときに尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化を示す図である。図４において、縦軸は下流側ＮＯｘセンサの出力値Ｒｎｄを表しており、横軸は時間ｔを表している。時間ｔｓは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止したタイミングを表している。

また、実線は下流側ＮＯｘセンサ１５が正常な場合を示しており（図２における実線Ｌ３と同様）、破線は下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じている場合（図２における破線Ｌ４と同様）を示している。

図４に示すように、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから所定時間Δｔｓ０経過時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄが正常時に比べて小さくなる。そこで、本実施例では、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから所定時間Δｔｓ０が経過した時点で下流側ＮＯｘセンサの出力値Ｒｎｄが所定判定値Ｒｎｄ０に達していない場合、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断する。

ここで、所定時間Δｔｓ０は、下流側ＮＯｘセンサ１５において応答性故障が生じているときに、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化が収束するまでの時間よりも短い時間である。また、所定判定値Ｒｎｄ０は、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の応答性が正常であると判断出来る閾値である。所定時間Δｔｓ０及び所定判定値Ｒｎｄ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。

図５は、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが吸着上限温度Ｔｃ０より高いか否かが判別される。ステップＳ１０１において肯定判定された場合、選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない状態であると判断出来る。この場合、次にステップＳ１０２の処理が実行される。

ステップＳ１０２においては、尿素添加弁１３からの尿素の添加が停止される。これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒１０への尿素水溶液の供給が停止される。

次にステップＳ１０３において、尿素添加弁１３からの尿素の添加が停止されてから所定時間Δｔｓ０が経過したか否かが判別される。ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。

ステップＳ１０４においては、現時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄが所定判定値Ｒｎｄ０より小さいか否かが判別される。

ステップＳ１０４において肯定判定された場合、ステップＳ１０５において下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断される。一方、ステップＳ１０４において否定判定された場合、ステップＳ１０６において下流側ＮＯｘセンサ１５は正常であると診断される。

尚、本実施例においては、尿素添加弁１３からの尿素の添加が停止されてから所定時間Δｔｓ０が経過するまでにおける下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄの積算値を応答性故障診断のパラメータとしてもよい。

（本実施例と本発明の構成要件との関係）
本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサ１５が本発明に係るＮＯｘセンサに相当し、尿素添加弁１３が本発明に係る還元剤添加弁に相当する。本実施例においては、下流側Ｎ
Ｏｘセンサの応答性故障診断のフローにおけるステップＳ１０１の処理を実行するＥＣＵ２０が本発明に係る判別手段に相当する。また、本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローにおけるステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を実行するＥＣＵ２０が本発明に係る診断手段に相当する。

（変形例）
本実施例の変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断の具体的な方法について図６及び７に基づいて説明する。図６の上段は、図４と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いときに尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化を示す図である。図６の下段は、図６の上段のように下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が変化したときの、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した時点を基準とした下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化量の変化を示す図である。

図６の下段において、縦軸は下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化量ΔＲｎｄを表しており、横軸は時間ｔを表している。時間ｔｓは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止したタイミングを表している。また、実線は下流側ＮＯｘセンサ１５が正常な場合を示しており、破線は下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じている場合を示している。

図６の下段に示すように、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから所定時間Δｔｓ０経過時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化量ΔＲｎｄが正常時に比べて当然小さくなる。そこで、本実施例では、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから所定時間Δｔｓ０が経過した時点で下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化量ΔＲｎｄが所定判定量ΔＲｎｄ０に達していない場合、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断する。

ここで、所定判定量ΔＲｎｄ０は、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の応答性が正常であると判断出来る閾値である。所定判定量ΔＲｎｄ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。

図７は、本変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって実行される。尚、本フローは、図５に示すフローのステップＳ１０４をステップＳ２０４及びＳ２０５に置き換えたものである。そのため、ここではステップＳ２０４及びＳ２０５についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ２０４において、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値を現時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値から減算することで変化量ΔＲｎｄが算出される。

次に、ステップＳ２０５において、ステップＳ２０４で算出された変化量ΔＲｎｄが所定判定量ΔＲｎｄ０より小さいか否かが判別される。

ステップＳ２０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０５において下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断される。一方、ステップＳ２０５において否定判定された場合、ステップＳ１０６において下流側ＮＯｘセンサ１５は正常であると診断される。

尚、本実施例においては、尿素添加弁１３からの尿素の添加が停止されてから所定時間
Δｔｓ０が経過するまでにおける下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化量ΔＲｎｄの積算値を応答性故障診断のパラメータとしてもよい。

（本変形例と本発明の構成要件との関係）
本変形例においては、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローにおけるステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る診断手段に相当する。

＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いとき、即ち選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない状態のときに、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させる。そして、その後の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサ１５において応答性故障が生じているか否かを診断する。

（応答性故障診断の具体的方法）
以下、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断の具体的な方法について図８及び９に基づいて説明する。図８は、図４と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いときに尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化を示す図である。

図８においても、時間ｔｓは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止したタイミングを表している。また、実線は下流側ＮＯｘセンサ１５が正常な場合を示しており、破線は下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じている場合を示している。

選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いときに尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させると、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の上流側と下流側との排気のＮＯｘ濃度が同一となる。そのため、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値は上流側ＮＯｘセンサ１４の出力値に収束する。

このとき、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると、図８に示すように、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が上流側ＮＯｘセンサ１４の出力値に収束するまでの時間（以下、収束時間と称する）Δｔａが正常時に比べて長くなる。そこで、本実施例では、収束時間Δｔａが所定収束時間Δｔａ０より長い場合、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断する。

ここで、所定収束時間Δｔａ０は、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の応答性が正常であると判断出来る閾値である。所定収束時間Δｔａ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。

尚、本実施例においては、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させた時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が本発明に係る第一所定値に相当し、上流側ＮＯｘセンサ１４の出力値が本発明に係る第二所定値に相当する。また、本実施例においては、所定収束時間Δｔａ０が本発明に係る所定変化時間に相当する。

図９は、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって実行される。尚、本フローは、図５に示すフローのステップＳ１０３及びＳ１０４をステップＳ３０３〜Ｓ３０５に置き換えたものである。そのため、ここではステップＳ３０３〜Ｓ
３０５についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ３０３において、現時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄが上流側ＮＯｘセンサ１４の出力値Ｒｎｕに達したか否かが判別される。尚、ステップＳ３０３においては、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄが上流側ＮＯｘセンサ１４の出力値Ｒｎｕと略同等と判断出来る範囲内であるか否かを判別するとしてもよい。ステップＳ３０３において肯定判定された場合、次にステップＳ３０４の処理が実行される。

ステップＳ３０４においては、収束時間Δｔａが算出される。

次に、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で算出された収束時間Δｔａが所定収束時間Δｔａ０より長いか否かが判別される。

ステップＳ３０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０５において下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断される。一方、ステップＳ３０５において否定判定された場合、ステップＳ１０６において下流側ＮＯｘセンサ１５は正常であると診断される。

（本実施例と本発明の構成要件との関係）
本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローにおけるステップＳ１０２、Ｓ３０３〜Ｓ３０５、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る診断手段に相当する。

（変形例）
本実施例の変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断の具体的な方法について図１０及び１１に基づいて説明する。図１０は、図４と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いときに尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化を示す図である。

図１０においても、時間ｔｓは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止したタイミングを表している。また、実線は下流側ＮＯｘセンサ１５が正常な場合を示しており、破線は下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じている場合を示している。

図１０に示すように、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加停止後において下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が上昇している最中に、その値が第一所定値Ｒｎｄ１から第二所定値Ｒｎｄ２まで変化する時間（以下、変化時間と称する）Δｔｂが正常時に比べて長くなる。そこで、本実施例では、変化時間Δｔｂが所定変化時間Δｔｂ０より長い場合、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断する。

ここで、第一所定値Ｒｎｄ１は、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値以上の値である。また、第二所定値Ｒｎｄ２は、第一所定値Ｒｎｄ１より大きく且つ上流側ＮＯｘセンサ１４の出力値（即ち、下流側ＮＯｘセンサ１４の出力値の収束値）以下の値である。また、所定変化時間Δｔｂ０は、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の応答性が正常であると判断出来る閾値である。第一所定値Ｒｎｄ１、第二所定値Ｒｎｄ２及び所定変化時間Δｔｂ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。

尚、本実施例においては、第一所定値Ｒｎｄ１が本発明に係る第一所定値に相当し、第
二所定値Ｒｎｄ２が本発明に係る第二所定値に相当する。また、本実施例においては、所定変化時間Δｔｂ０が本発明に係る所定変化時間に相当する。

図１１は、本変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって実行される。尚、本フローは、図９に示すフローのステップＳ３０３〜Ｓ３０５をステップＳ４０３〜Ｓ４０７に置き換えたものである。そのため、ここではステップＳ４０３〜Ｓ４０７についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ４０３において、現時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄが第一所定値Ｒｎｄ１に達したか否かが判別される。ステップＳ４０３において肯定判定された場合、ステップＳ４０４において、変化時間Δｔｂのカウントが開始される。

次に、ステップＳ４０５において、現時点の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値Ｒｎｄが第二所定値Ｒｎｄ２に達したか否かが判別される。ステップＳ４０５において肯定判定された場合、ステップＳ４０６において、変化時間Δｔｂのカウントが終了される。

次に、ステップＳ４０７において、ステップＳ４０６で算出された変化時間Δｔｂが所定変化時間Δｔｂ０より長いか否かが判別される。

ステップＳ４０７において肯定判定された場合、ステップＳ１０５において下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断される。一方、ステップＳ４０７において否定判定された場合、ステップＳ１０６において下流側ＮＯｘセンサ１５は正常であると診断される。

（本変形例と本発明の構成要件との関係）
本変形例においては、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローにおけるステップＳ１０２、Ｓ４０３〜Ｓ４０７、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る診断手段に相当する。

＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いとき、即ち選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない状態のときに、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させる。そして、その後の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化に基づいて下流側ＮＯｘセンサ１５において応答性故障が生じているか否かを診断する。

（応答性故障診断の具体的方法）
以下、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断の具体的な方法について図１２及び１３に基づいて説明する。図１２の上段は、図４と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いときに尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止した際の下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化を示す図である。図１２の下段は、図６の上段のように下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が変化したときの、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の上昇速度の変化を示す図である。

図１２の下段において、縦軸は下流側ＮＯｘセンサの出力値の上昇速度Ｖｒｎｄを表しており、横軸は時間ｔを表している。時間ｔｓは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止したタイミングを表している。また、実線は下流側ＮＯｘセンサ１５が正常な場
合を示しており、破線は下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じている場合を示している。

図１２の下段に示すように、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加停止後において下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値が上昇しているときの上昇速度の最大値Ｖｒｎｄｍａｘが正常時に比べて低くなる。そこで、本実施例では、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから所定時間Δｔｓ１が経過するまでの間に下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の上昇速度Ｖｒｎｄが所定速度Ｖｒｎｄ０まで達しないと場合、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断する。

ここで、所定時間Δｔｓ１は、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じているときにおいて、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の変化が収束するまでの時間以下の時間である。また、該所定時間Δｔｓ１を、下流側ＮＯｘセンサ１５が正常であるときにおいて、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止してから下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の上昇速度が最大となるまでの時間以上の時間としてもよい。また、所定速度Ｖｒｎｄ０は、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の応答性が正常であると判断出来る閾値である。所定時間Δｔｓ１及び所定速度Ｖｒｎｄ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。

図１３は、本変形例に係る下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって実行される。尚、本フローは、図５に示すフローのステップＳ１０３及びＳ１０４をステップＳ５０３〜Ｓ５０６置き換えたものである。そのため、ここではステップＳ５０３〜Ｓ５０６についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ５０３において、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の上昇速度Ｖｒｎｄが算出される。該上昇速度Ｖｒｎｄは、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させてから所定時間Δｔｓ１が経過するまで所定の間隔で繰り返し算出され、その値がＥＣＵ２０に記憶される。

次に、ステップＳ５０４において、尿素添加弁１３からの尿素水溶液の添加を停止させてから所定時間Δｔｓ１が経過したか否かが判別される。ステップＳ５０４において肯定判定された場合、次にステップＳ５０５の処理が実行される。

ステップＳ５０５においては、ステップＳ５０３において算出されＥＣＵ２０に記憶された上昇速度の最大値Ｖｒｎｄｍａｘが算出される。

次に、ステップＳ５０６において、ステップＳ５０５で算出された上昇速度の最大値Ｖｒｎｄｍａｘが所定速度Ｖｒｎｄ０より小さいか否かが判別される。

ステップＳ５０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０５において下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じていると診断される。一方、ステップＳ５０５において否定判定された場合、ステップＳ１０６において下流側ＮＯｘセンサ１５は正常であると診断される。

（本実施例と本発明の構成要件との関係）
本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値の上昇速度Ｖｒｎｄを算出するＥＣＵ２０が、本発明に係る変化速度算出手段に相当する。また、本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサの応答性故障診断のフローにおけるステップＳ１０２、Ｓ５０３〜Ｓ
５０６、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る診断手段に相当する。

尚、上記各実施例においては、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度が吸着上限温度Ｔｃ０より高いとき、即ち選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していない状態のときに、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じているか否かを診断するとした。しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒１０が尿素吸着能力を発揮していたとしても、そのレベルが低ければ、選択還元型ＮＯｘ触媒１０でのＮＯｘの還元量が抑えられるため、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じているか否かの診断は可能である。

そこで、下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障の診断が可能な程度にＮＯｘの還元量が抑えられる選択還元型ＮＯｘ触媒１０の還元剤吸着能力の閾値を所定レベルとする。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の尿素吸着能力が所定レベル以下に低下しているときに、上記と同様の方法で下流側ＮＯｘセンサ１５の応答性故障が生じているか否かの診断を行ってもよい。この場合も、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の尿素吸着能力が所定レベル以下であるか否かについては、選択還元型ＮＯｘ触媒１０の温度に基づいて判断することが出来る。

上記各実施例は可能な限り組み合わせることが出来る。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
６・・・排気通路
１０・・選択還元型ＮＯｘ触媒
１３・・尿素添加弁
１４・・上流側ＮＯｘセンサ
１５・・下流側ＮＯｘセンサ
１６・・上流側温度センサ
１７・・下流側温度センサ
２０・・ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサの故障を診断するシステムであって、
   前記排気通路における前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加弁と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下しているか否かを判別する判別手段と、
   前記判別手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が前記所定レベル以下に低下していると判定されたときに前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止させ、その後の前記ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かを診断する診断手段と、
   を備えたことを特徴とするＮＯｘセンサの故障診断システム。
2. 前記診断手段が、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止させてから所定時間が経過した時点で、前記ＮＯｘセンサの出力値が所定判定値に達していない場合または前記ＮＯｘセンサの出力値の変化量が所定判定量に達していない場合、前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じていると診断することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサの故障診断システム。
3. 前記診断手段が、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止した後、前記ＮＯｘセンサの出力値が第一所定値から第二所定値まで変化する時間が所定変化時間より長い場合、前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じていると診断することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサの故障診断システム。
4. 前記ＮＯｘセンサの出力値が変化するときの変化速度を算出する変化速度算出手段をさらに備え、
   前記診断手段が、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止してから所定時間が経過するまでの間に前記ＮＯｘセンサの出力値の上昇速度が所定速度まで達しない場合、前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じていると診断することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサの故障診断システム。
5. 前記判別手段が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より高いときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下していると判定す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センサの故障診断システム。
6. 内燃機関の排気通路における選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側に設けられたＮＯｘセンサの故障を診断する方法であって、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が所定レベル以下に低下しているか否かを判別するステップと、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着能力が前記所定レベル以下に低下していると判定されたときに前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止させるステップと、
   前記還元剤添加弁からの還元剤の添加を停止した後の前記ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて前記ＮＯｘセンサの出力値の応答性が低下する故障が生じているか否かを診断するステップと、
   を有することを特徴とするＮＯｘセンサの故障診断方法。

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