JP2016035233A - ＮＯｘセンサの異常判定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒の下流に配置されるＮＯｘセンサの異常判定の精度向上が図られる。
【解決手段】ＮＯｘセンサの異常判定装置において、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気空燃比を理論空燃比よりリッチ空燃比にし、該ＮＯｘ触媒より下流にアンモニアを流出可能とする所定空燃比制御が行われている期間に対応するＮＯｘセンサの第１検出期間を少なくとも含む所定検出期間における、ＮＯｘセンサの検出値の積算量である出力積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行う。この場合、ＮＯｘセンサの出力以外の所定劣化パラメータに基づいて取得されるＮＯｘ触媒の劣化程度にかかわらず出力積算量が所定の許容範囲内に収まるように、ＮＯｘ触媒の劣化程度に基づいて所定空燃比制御に関する所定実行パラメータを決定し、その上で該所定空燃比制御を行うことで、ＮＯｘ触媒で生成されるアンモニア生成量を調整する。
【選択図】図７

Description

本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置されるＮＯｘセンサに関する異常判定を行う異常判定装置に関する。
内燃機関のリーン燃焼時に排出される排気中のＮＯｘを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう。）で吸蔵し、その後、空燃比を一時的にリッチとすることでＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させると共に窒素へ還元させることができる。ここで、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元を制御するために、ＮＯｘ触媒の下流に排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサが配置され、そのセンサ検出に基づいて、上記空燃比のリッチ化等の制御が可能となる。
このように利用されるＮＯｘセンサであるが、当該ＮＯｘセンサに異常が発生すると、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元を想定通りに実行することが困難となり、エミッションの悪化を招くことになるため、当該異常の発生を適切に判定することが求められる。例えば、特許文献１に開示の技術では、異常判定時に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに適した量以上の還元剤をＮＯｘ触媒に供給し、そのときのＮＯｘセンサの出力に基づいてＮＯｘセンサの異常判定が行われる。すなわち、当該技術は、余剰となる還元剤量を予め把握した状態で、その余剰還元剤に対応したＮＯｘセンサの出力を利用して異常判定を行うものである。
特開２００９−４６９９２号公報 特開２００３−１２０３９９号公報 特開２０１２−８２７１０号公報 特開２００９−１５６２０６号公報 特開２０１２−２３３４１９号公報
従来技術のようにＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに適した量以上の還元剤をＮＯｘ触媒に供給した場合、ＮＯｘ触媒においてアンモニアが生成されやすくなる。そこで、従来技術では、その生成アンモニアがＮＯｘとともにＮＯｘセンサによって検出され、その検出値を利用してＮＯｘセンサの異常判定が行われることになる。しかし、ＮＯｘ触媒によるアンモニアの生成能力は、当該ＮＯｘ触媒の劣化程度に応じて変化するものであるため、従来技術によるＮＯｘセンサの異常判定では、ＮＯｘ触媒の劣化程度の影響を受け、精度の高い異常判定を実現することが容易ではない。
また、ＮＯｘセンサは、一般にＮＯｘ触媒の劣化を判断するためにも利用されるものであるから、ＮＯｘ触媒の劣化程度から受ける影響を可及的に抑制した状態で、当該ＮＯｘセンサの異常判定を行うことが望まれるが、従来技術は、上記の通りＮＯｘ触媒の劣化程度の影響を強く受けるため、やはり好適なＮＯｘセンサの異常判定の実現は困難と言わざるを得ない。
本願発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置されるＮＯｘセンサの異常判定の精度向上を目的とする。
本発明において、上記課題を解決するために、ＮＯｘセンサの異常判定時に還元剤がＮＯｘ触媒に供給される状況において、当該ＮＯｘ触媒の劣化程度に基づいて、ＮＯｘ触媒によって生成されるアンモニア量を調整する構成を採用した。この場合、ＮＯｘ触媒の劣化程度は、ＮＯｘセンサの検出値以外の所定劣化パラメータにより算出されるものである。このような構成に従ってＮＯｘセンサの異常判定を行うことで、ＮＯｘ触媒の劣化程度の影響を軽減でき、ＮＯｘセンサの異常判定の精度向上を図ることが可能となる。
詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路において排気中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵していたＮＯｘを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置され、且つ排気中のＮＯｘ及びアンモニアを検出可能に構成されたＮＯｘセンサの異常判定装置である。そして、当該異常判定装置は、前記内燃機関から排出され前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気空燃比を理論空燃比よりリッチ空燃比にし、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によりアンモニアを生成させる所定空燃比制御を行う空燃比制御手段と、前記空燃比制御手段により前記所定空燃比制御が行われている期間に対応する前記ＮＯｘセンサの第１検出期間を少なくとも含む所定検出期間における、該ＮＯｘセンサの検出値の積算量である出力積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行う異常判定手段と、前記ＮＯｘセンサの出力以外の所定劣化パラメータに基づいて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度を取得する取得手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度に基づいて前記所定空燃比制御に関する所定実行パラメータを決定し、該決定された所定実行パラメータに従って該所定空燃比制御を行うことで、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度にかかわらず前記出力積算量が所定の許容範囲内に収まるように、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で生成されるアンモニア生成量を調整する、調整手段と、を備える。
本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置は、排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の下流に配置されたＮＯｘセンサに関する異常判定を行う装置である。ここで、ＮＯｘ触媒は、流れ込む排気によってリーン雰囲気に置かれると排気中のＮＯｘを吸蔵し、また、空燃比制御手段によってＮＯｘ触媒に流れ込む排気の空燃比を理論空燃比よりリッチ空燃比とし、ＮＯｘ触媒をリッチ雰囲気に置く所定空燃比制御が行われて、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されることで、吸蔵していたＮＯｘを放出し還元する。また、所定空燃比制御時においては、後述するようにＮＯｘ触媒によりアンモニアが生成される。この所定空燃比制御は、それに関連する所定実行パラメータに従って行われる制御であり、例えば、所定実行パラメータは、上記のリッチ雰囲気の形成やアンモニアの生成に関連するパラメータである。なお、空燃比制御手段は、内燃機関からの排気に含まれるＨＣ等の還元剤量を調整し、排気の空燃比を制御する。
ＮＯｘ触媒は、一般に、白金等の貴金属とＮＯｘ吸蔵剤として機能するＢａ等の塩基性の強い金属とが存在した状態となっている。ＮＯｘ触媒が正常に本来の機能を発揮し得る状態（以下、「正常状態」という）である場合には、上述したようなリーン雰囲気でのＮＯｘの吸蔵と、リッチ雰囲気での吸蔵ＮＯｘの放出及びその還元作用が最大限に発揮されるとともに、供給された還元剤とＮＯｘとの反応によるアンモニアの生成能力も最大限に発揮されることになる。
また、ＮＯｘ触媒の下流に置かれているＮＯｘセンサは、ＮＯｘ触媒から流れ出る排気中のＮＯｘとアンモニアを検出可能に構成されている。そして、ＮＯｘセンサは、排気中のＮＯｘとアンモニアを区別することなく、排気中のＮＯｘとアンモニアに対して同等の出力をする。ここで、空燃比制御手段によって所定空燃比制御が行われると、上記の通り、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、Ｎ２に還元されるとともに、その放出ＮＯｘや内燃機関から流れてくる排気中のＮＯｘに起因してアンモニアが生成される。ま
た、放出ＮＯｘの一部はそのままＮＯｘ触媒から流れ出る可能性がある（本願では、当該流れ出たＮＯｘを「浸みだしＮＯｘ」と称する）。しかし、ＮＯｘセンサは、上記の検出特性を有することにより、浸みだしＮＯｘ及び生成アンモニアを検出可能である。
そこで、本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置では、異常判定手段が、所定空燃比制御が行われている期間に対応する第１検出期間、換言すると、当該浸みだしＮＯｘと生成アンモニアの検出が可能な期間である第１検出期間を含む所定検出期間における、ＮＯｘセンサの検出値の積算量に基づいて異常判定を行う。当該所定検出期間には第１検出期間が含まれるため、所定検出期間におけるＮＯｘセンサの出力積算量は、所定空燃比制御が行われた際の浸みだしＮＯｘと生成アンモニアの総量に少なくとも対応する値である。したがって、異常判定手段は、所定空燃比制御によりＮＯｘ触媒で生じる事象を考慮して、ＮＯｘセンサの異常判定を行うものである。例えば、ＮＯｘ触媒が正常であれば一般には生成アンモニアの量は浸みだしＮＯｘよりも比較的多いことから、所定空燃比制御の実行パラメータが予め把握可能であれば、実際の出力積算量と、当該実行パラメータから想定されるアンモニア生成量を反映した、ＮＯｘセンサが正常と想定される場合の出力積算量とを比較することで、異常判定手段による異常判定が実現できる。
しかし、実際には、ＮＯｘ触媒はその使用とともに劣化し、上述したＮＯｘの還元能力やアンモニア生成能力が低下していく。そのため、ＮＯｘ触媒が常に正常であるとの仮定の下で、異常判定手段による異常判定を行っても、実際にはＮＯｘ触媒の劣化程度に応じて出力積算量がばらつくため、その判定精度を向上させることは困難である。そこで、本願発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置では、調整手段による所定空燃比制御に関する所定実行パラメータの決定を介した、所定空燃比制御下でのアンモニア生成量の調整が行われる。当該調整手段による調整では、所定空燃比制御下でＮＯｘセンサに検出されるのは、浸みだしＮＯｘと生成アンモニアが主であることが考慮される。ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの浸みだしは、ＮＯｘ触媒の劣化による還元反応性の低下に起因するものであるから、浸みだしＮＯｘ量はＮＯｘ触媒の劣化程度が直接的に反映されるものであり、その制御余地は少ない。一方で、アンモニア生成量は所定空燃比制御に関する所定実行パラメータを変更することである程度調整が可能な、比較的制御余地の大きい要素である。そこで、本出願人は、この調整可能なアンモニア生成量に着目して調整手段を構成した。すなわち、調整手段は、ＮＯｘ触媒の劣化程度にかかわらず上記出力積算量が所定の許容範囲内に収まるように、換言すれば、上記出力積算量がＮＯｘ触媒の劣化程度から受ける影響を可及的に軽減できるように、所定空燃比制御に関する所定実行パラメータを決定する。そして、その決定された所定実行パラメータに従って所定空燃比制御が行われることで、ＮＯｘ触媒で生成されるアンモニア量が調整される。
なお、上記調整手段による所定実行パラメータの決定において用いられるＮＯｘ触媒の劣化程度は、取得手段によってＮＯｘセンサの出力以外の所定劣化パラメータに基づいて取得される。このようにＮＯｘセンサの出力を利用しないのは、本願発明に係る異常判定装置が、ＮＯｘセンサの異常判定を、ＮＯｘ触媒の劣化程度に影響されにくいように行うことを目的とするからである。仮に、ＮＯｘセンサの出力を利用してＮＯｘ触媒の劣化程度を算出し、それを調整手段による調整に利用すると、ＮＯｘセンサに異常があれば当該調整にＮＯｘセンサの異常が反映されることになり、ＮＯｘ触媒の劣化程度に影響されにくいＮＯｘセンサの異常判定の実現が困難となる。なお、ＮＯｘセンサの出力以外の所定劣化パラメータに基づいたＮＯｘ触媒の劣化程度算出の態様としては、内燃機関の運転履歴に基づいた劣化程度の算出や、ＮＯｘ触媒の下流に設けられた空燃比センサの出力を利用した算出等、様々な公知の技術が例示できる。
このように構成されるＮＯｘセンサの異常判定装置によれば、ＮＯｘセンサの出力以外の所定劣化パラメータに基づいて取得されるＮＯｘ触媒の劣化程度に基づいて、異常判定
のために行われる所定空燃比制御の所定実行パラメータが決定される。この結果、所定空燃比制御によるアンモニア生成量が調整され、出力積算量が所定の許容範囲内に収まることになる。したがって、所定検出期間における出力積算量は、異常判定の実行時のＮＯｘ触媒の劣化程度の影響を可及的に軽減させた状態での、ＮＯｘセンサ検出値の積算量となり、以て、当該劣化程度に影響されにくいＮＯｘセンサの異常判定が実現可能となる。
ここで、上記のＮＯｘセンサの異常判定装置において、所定の許容範囲が狭まるほど、ＮＯｘ触媒の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が狭まることになるため、異常判定手段によるＮＯｘセンサの異常判定精度を向上させることができる。そこで、好ましくは、前記所定の許容範囲は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の最大劣化時に想定される前記出力積算量と略同等とされる範囲とされる。すなわち、当該構成は、所定の許容範囲を可及的に小さくするものであり、以て、ＮＯｘ触媒の劣化程度の影響を可及的に排除したＮＯｘセンサの異常判定を実現し得る。
また、上述までのＮＯｘセンサの異常判定装置において、前記所定空燃比制御の所定実行パラメータは、該所定空燃比制御が開始される時点において前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量、該所定空燃比制御において到達する前記リッチ空燃比の値、該所定空燃比制御において該リッチ空燃比が継続される制御期間のうち少なくとも何れか１つであってよい。すなわち、これらの所定実行パラメータは、所定空燃比制御によるアンモニア生成量を決定するものである。例えば、ＮＯｘ触媒の劣化程度が同じであれば、概略的には、上記ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどアンモニア生成量は増加する傾向があり、また、上記リッチ空燃比の値が小さくなるほど（すなわち、よりリッチ側の空燃比となるほど）アンモニア生成量は増加する傾向があり、また、上記制御時間が長くなるほどアンモニア生成量は増加する傾向がある。そこで、これらの傾向を踏まえて、上記出力積算量が所定の許容範囲に収まるようにアンモニア生成量を調整することで、ＮＯｘセンサの異常判定精度を向上させることが可能となる。
ここで、調整手段による所定実行パラメータの決定の具体的な態様について言及する。まず、第１の態様では、前記異常判定手段は、前記第１検出期間を前記所定検出期間として、該所定検出期間における前記ＮＯｘセンサの出力値の積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行う。この場合、前記調整手段による調整が行われた場合の前記アンモニア生成量は、該調整手段による調整が行われない場合のアンモニア生成量と比べて減らされ、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合の該アンモニア生成量の減少幅は、該該劣化程度が大きい場合の該アンモニア生成量の減少幅より大きく設定される。
この第１の態様では、第１検出期間が所定検出期間とされる。したがって、この場合、ＮＯｘセンサの出力積算量は、所定空燃比制御に起因する浸みだしＮＯｘ量とアンモニア生成量の総量を反映するものとなる。ここで、ＮＯｘ触媒の劣化程度が大きくなるほど、アンモニア生成量は減少するとともに浸みだしＮＯｘ量は増加する傾向が見出せる。そして、アンモニア生成量の減少幅は、浸みだしＮＯｘ量の増加幅よりも大きくなるため、ＮＯｘ触媒の劣化程度に対する出力積算量は、ＮＯｘ触媒の劣化程度が大きくなるほど減少する傾向がある。そこで、上記のように調整手段が、ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合の減少幅が、該劣化程度が大きい場合の減少幅と比べて大きくなるように所定実行パラメータを決定することで、劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制でき、以てＮＯｘセンサの異常判定精度の向上を図ることができる。
そして、この第１の態様における具体的な調整手段による所定実行パラメータの設定としては、上述したＮＯｘ吸蔵量、リッチ空燃比の値、制御期間とアンモニア生成量との相関を踏まえ、以下の調整態様が例示できる。第１には、前記所定空燃比制御の所定実行パ
ラメータとして前記ＮＯｘ吸蔵量が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該ＮＯｘ吸蔵量をより少なくしてもよい。第２に、前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記リッチ空燃比の値が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該リッチ空燃比の値をより大きく、すなわち排気空燃比をリーン化してもよい。また、第３には、前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記制御期間が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該制御期間をより短くしてもよい。
次に、調整手段による所定実行パラメータの決定に関する第２の態様では、前記異常判定手段は、前記第１検出期間及び該第１検出期間の前であって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気の空燃比が理論空燃比よりリーン空燃比とされる期間に対応する第２検出期間の両期間を前記所定検出期間として、該所定検出期間における前記ＮＯｘセンサの出力の積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行う。この場合、前記調整手段による調整が行われた場合の前記アンモニア生成量は、該調整手段による調整が行われない場合のアンモニア生成量と比べて増やされ、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合の該アンモニア生成量の増加幅は、該該劣化程度が大きい場合の該アンモニア生成量の増加幅より大きく設定される。
この第２の態様では、第１検出期間と第２検出期間の両期間が所定検出期間とされる。この第２検出期間は、所定空燃比制御が行われる前のリーン空燃比の排気が流れ込む期間、すなわち、ＮＯｘ触媒が正常であれば、ＮＯｘ触媒によって排気中のＮＯｘが吸蔵されている期間である。ただし、ＮＯｘ触媒が劣化することによってそのＮＯｘ吸蔵能力が低下してくれば、第２検出期間において本来であれば吸蔵されるべきＮＯｘが、ＮＯｘ触媒の下流にすり抜けて、ＮＯｘセンサに検出される可能性がある。なお、このすり抜けたＮＯｘを本願ではすり抜けＮＯｘと称する。したがって、この場合、ＮＯｘセンサの出力積算量は、所定空燃比制御に起因する浸みだしＮＯｘ量とアンモニア生成量の総量に加えて、ＮＯｘ触媒の劣化程度に起因したすり抜けＮＯｘ量を反映するものとなる。
そして、この第２の態様においては、第１の態様と同じように、ＮＯｘ触媒の劣化程度が大きくなるほど、アンモニア生成量は減少するとともに浸みだしＮＯｘ量は増加する傾向が見出せる。更に、ＮＯｘ触媒の劣化程度が大きくなるほど、すり抜けＮＯｘ量が増加する傾向が見出せる。このすり抜けＮＯｘ量は、換言すれば、窒素に還元されずに排出されてしまうＮＯｘ量であるから、上記アンモニア生成量と浸みだしＮＯｘ量を考慮しても、ＮＯｘセンサの出力積算量をＮＯｘ触媒の劣化程度が大きくなるほど増加させる傾向がある。そこで、上記のように調整手段が、ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合の増加幅が該劣化程度が大きい場合の増加幅と比べて大きくなるように所定実行パラメータを設定することで、劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制でき、以てＮＯｘセンサの異常判定精度の向上を図ることができる。
そして、この第２の態様における具体的な調整手段による所定実行パラメータの設定としては、上述したＮＯｘ吸蔵量、リッチ空燃比の値、制御期間とアンモニア生成量との相関を踏まえ、以下の調整態様が例示できる。第１には、前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記ＮＯｘ吸蔵量が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該ＮＯｘ吸蔵量をより多くしてもよい。第２には、前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記リッチ空燃比の値が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該リッチ空燃比の値をより小さく、すなわち排気空燃比をリッチ化してもよい。また、第３には、前記所定空燃比制御の所定実行
パラメータとして前記制御期間が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該制御期間をより長くしてもよい。
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置されるＮＯｘセンサの異常判定の精度向上が図られる。
本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置が配置される内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御が行われる際の、ＮＯｘセンサの出力、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量、リッチスパイクフラグ、還元剤供給量、排気空燃比の推移を示す図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御が行われる際のＮＯｘセンサの出力の推移を、ＮＯｘ触媒の劣化程度ごとに示した図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御が行われた際の、排気中の各種成分のＮＯｘ触媒への流入量及び流出量を、ＮＯｘ触媒の劣化程度ごとに示した図である。 ＮＯｘセンサの異常判定のための当該センサの出力積算量を説明するための図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御時に行われるリッチスパイク制御の各実行パラメータと、該制御時のアンモニア生成量との相関を示す図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御での、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整例を示す第１の図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御での、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整例を示す第２の図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御での、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整例を示す第３の図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御時に行われるリッチスパイク制御の各実行パラメータの調整変化と、排気中の各種成分の変動との相関を示す図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置において、出力積算期間をリッチスパイクに対応した第１検出期間とした場合の、リッチスパイク制御の各実行パラメータの調整に対応するＮＯｘセンサの出力推移を示す図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御に関するフローチャートである。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置による異常判定制御において、出力積算期間をリッチスパイクに対応した第１検出期間と当該リッチスパイク以前のリーン運転期間に対応する第２検出期間の両期間とした場合のＮＯｘセンサの出力推移を、ＮＯｘ触媒の劣化程度ごとに示した図である。 図１３に示す異常判定制御における、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整例を示す第１の図である。 図１３に示す異常判定制御における、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整例を示す第２の図である。 図１３に示す異常判定制御における、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整例を示す第３の図である。 本発明に係るＮＯｘセンサの異常判定装置において、出力積算期間をリッチスパイクに対応した第１検出期間と当該リッチスパイク以前のリーン運転期間に対応する第２検出期間の両期間とした場合の、リッチスパイク制御の各実行パラメータの調整に対応するＮＯｘセンサの出力推移を示す図である。 図１３に示す異常判定制御に関するフローチャートである。
以下、本発明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。
図１は、本発明の実施例に係るＮＯｘセンサの異常判定装置を搭載する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、車両用多気筒エンジンであり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。ただし、本発明が適用される内燃機関は火花点火式内燃機関に限られず、例えば圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであってもよい。そして、内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）３が備えられている。
ＮＯｘ触媒３は、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体とし、その担体上に、たとえばＮＯｘ吸収成分としてのバリウム（Ｂａ）及び触媒成分としての白金（Ｐｔ）を担持して構成されている。このＮＯｘ触媒３は、流入する排気の酸素濃度が高いとき（すなわち、排気空燃比がリーン空燃比の状態にあるとき）は排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するとき（すなわち、排気空燃比がリッチ空燃比の状態にあるとき）は吸蔵していたＮＯｘを放出し窒素に還元する機能を有する。なお、本願における吸蔵とは、一時的なＮＯｘ吸着も含む用語として使用している。
また、ＮＯｘ触媒３よりも下流の排気通路２には、排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ４が設けられている。ＮＯｘセンサ４は、排気のＮＯｘ濃度に比例した電流信号を出力する。特にＮＯｘセンサ４は、排気中のＮＯｘだけでなく、排気中のアンモニアも検出可能なものであり、いわゆる限界電流式ＮＯｘセンサである。ＮＯｘセンサ４は、その内部で排気中のＮＯｘ（特にＮＯ）を窒素と酸素に分解し、その酸素に基づく酸素イオンの電極間移動により酸素イオン量に比例した電流出力を発生する。その一方で、ＮＯｘセンサ４は、その内部で排気中のアンモニアをＮＯと水に分解し、さらにそのＮＯを窒素と酸素に分解し、あとはＮＯｘの場合と同様の原理で電流出力を発生する。そのため、ＮＯｘセンサ４は、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との合計濃度に比例した出力を発するものであり、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを区別して出力を発することはできない。
また、ＮＯｘ触媒の下流と上流のそれぞれに、排気の空燃比を検出するための空燃比センサ５、６が設置されている。空燃比センサ５、６はいわゆる広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した信号を出力する。
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
ここで、内燃機関１では、燃費低減等の観点から、目標空燃比が理論空燃比より高い値即ちリーンな値に設定されるリーンバーン運転（以下、単に「リーン運転」という）が行われる。リーン運転時は、空燃比センサ６により検出された空燃比が目標空燃比（リーン空燃比）となるように、燃料噴射量等の燃焼条件がフィードバック制御される。リーン運転時に内燃機関１から排出されるＮＯｘは、ＮＯｘ触媒３によって還元浄化されることになる。すなわち、リーン運転中では、排気空燃比が理論空燃比よりリーンであるので、ＮＯｘ触媒３は排気中のＮＯｘの吸蔵を行う。一方、ＮＯｘ触媒３がＮＯｘを飽和状態まで吸蔵すると、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘを放出させて還元浄化すべく、内燃機関１において膨張行程後期又は排気行程で燃料を噴射し、未燃燃料を排気中に多く含ませるいわゆるポスト噴射等により、ＮＯｘ触媒３に一時的に理論空燃比よりリッチな排気を供給するための排気空燃比制御、すなわちリッチスパイク制御が実行される。このリッチな排気に含まれる還元成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２）が、ＮＯｘ触媒３から吸蔵ＮＯｘを放出させ、その放出ＮＯｘを還元浄化する還元剤として機能する。
なお、リッチスパイク制御について、上記以外の態様も採用可能である。例えば、ＮＯｘ触媒３の上流側に還元剤供給弁を別途設け、還元剤供給弁を開弁制御して排気中に還元剤を供給する方法がある。還元剤としては、排気中でＨＣやＣＯ等の還元成分を発生するものであればよく、例えば、内燃機関１の燃料が使用できる。
ところで、リッチスパイク制御によってＮＯｘ触媒３に還元剤を供給した場合、ＮＯｘ触媒３内で還元成分と排気中の窒素が反応してアンモニアが生成される。そしてこのアンモニアが、ＮＯｘ触媒３から放出されたＮＯｘと反応し、この結果ＮＯｘが還元されて窒素となる。その一方で、過剰の還元剤が供給されると、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されていたＮＯｘが全て放出還元されるほかに、ＮＯｘの放出還元に使用されなかった余剰の還元成分によりアンモニアが生成され、ＮＯｘ触媒３の下流側に流出することになる。この流れ出たアンモニアは、上記の通りＮＯｘセンサ４によって検出される。
本実施例に係るＮＯｘセンサ４の異常判定装置は、上記ＮＯｘセンサ４の検出特性を利用してその異常判定制御を実行する。すなわち、当該異常判定制御では、ＮＯｘ触媒３に所定量のＮＯｘを吸蔵させるとともに、上記リッチスパイク制御を通して、この吸蔵ＮＯｘを放出還元するのに適した量（以下「適量」という）よりも過剰の量の還元剤をＮＯｘ触媒３に供給し、このときのＮＯｘセンサ４の出力に基づいてＮＯｘセンサ４の異常が判定される。過剰量の還元剤がＮＯｘ触媒３に供給されると、吸蔵ＮＯｘの放出還元に使用されなかった余剰量の還元剤によってアンモニアが生成され、これがＮＯｘセンサ４によって検知される。リッチスパイク制御が開始される初期のＮＯｘ吸蔵量（以下、「初期ＮＯｘ吸蔵量」という）は、異常判定制御において既知であり、またこの初期ＮＯｘ吸蔵量に対応する適量の還元剤量（すなわち、リッチスパイク制御が開始された際に吸蔵されているＮＯｘを放出還元するのに適した過不足のない還元剤量）についても、予め実験等で初期ＮＯｘ吸蔵量との相関関係を求めておくことができる。そこで、異常判定制御時のリッチスパイク制御においては、その適量に加えて所定の余剰量の還元剤をＮＯｘ触媒３に供給することで、その余剰量の還元剤に対応した出力をＮＯｘセンサ４が発することになり、以て、このＮＯｘセンサ４の出力を監視することでその異常判定を行うことが可能である。
そこで、当該異常判定制御の概略的な制御内容について、図２に基づいて説明する。図２は、異常判定制御が行われる際の、（ａ）ＮＯｘセンサ４の出力推移、（ｂ）ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵量の推移、（ｃ）リッチスパイク制御の実行状態を示すリッチスパイクフラグの推移、（ｄ）リッチスパイク制御を通してＮＯｘ触媒３に供給される還元剤の累積供給量の推移、（ｅ）ＮＯｘ触媒３下流の排気空燃比（すなわち、空燃比センサ５によって検出される空燃比）の推移を実線で示している。なお、図２（ａ）における破
線は、ＮＯｘ触媒３へ流入する排気（すなわち、内燃機関１から排出される排気）に含まれるＮＯｘ量の推移を表し、図２（ｅ）における破線は、当該ＮＯｘ触媒３へ流入する排気の空燃比の推移を表している。また、図２に示す各推移は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度の場合のものである。
具体的には、異常判定制御が開始される時刻ｔ１までは、内燃機関１においてはリーン運転が行われている。この間、ＮＯｘ触媒３には、流入排気中のＮＯｘが吸蔵されていき、その吸蔵量が所定の初期吸蔵量Ｘ０に到達したときに（時刻ｔ１）、リッチスパイクフラグがＯＮとされ、ＥＣＵ１０はリッチスパイク制御が実行可能であることを検知する。そこで、ＥＣＵ１０は、時刻ｔ１においてリッチスパイク制御を開始し、ＮＯｘ触媒３への還元剤供給を開始する。なお、ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵量の推移は、内燃機関１の運転状態（機関負荷、機関回転速度等）より推定される排気中のＮＯｘ量の推移に基づいて算出することができる。
このリッチスパイク制御が行われている際にＮＯｘ触媒３に流入する排気空燃比は、図２（ｅ）に示すように所定のリッチ空燃比とされ、ＮＯｘ触媒３での吸蔵ＮＯｘの放出還元、及びアンモニアの生成が促進される。そして、図２（ｄ）に示されるリッチスパイク制御における供給還元剤の累積量が、初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ０に対応する過剰供給量Ｘ１に到達したとき（時刻ｔ２）、リッチスパイクフラグがＯＦＦに戻され、それを検知したＥＣＵ１０はリッチスパイク制御を終了することになる。また、リッチスパイク制御が終了したことをもって、時刻ｔ２において供給還元剤の累積量はリセットされる。なお、図２（ｅ）に示すように、ＮＯｘ触媒３において吸蔵ＮＯｘの還元反応が行われている際には、ＮＯｘ触媒３下流の排気空燃比は理論空燃比近傍に維持されているが、当該還元反応が終了するとその排気空燃比がリッチ側に推移していくので、その推移を検知することでリッチスパイク制御の終了時期を判断してもよい。リッチスパイク制御の終了後は再びリーン運転が行われる。
このように時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に上記リッチスパイク制御が行われることで、ＮＯｘ触媒３で吸蔵ＮＯｘの放出還元及びアンモニア生成が行われ、その際にＮＯｘ触媒３から流出する排気中のアンモニアをＮＯｘセンサ４によって検出し、その出力を利用してＮＯｘセンサ４の異常判定が行われる。なお、実際には、吸蔵ＮＯｘの放出還元の際に、放出されたＮＯｘが完全には還元されずそのまま下流側へ流れ出してしまう場合があり、このようなＮＯｘもＮＯｘセンサ４によって検出されることになる。そこで、このようにリッチスパイク制御時に下流側に流れ出すＮＯｘを、本願明細書では「浸みだしＮＯｘ」と称し、生成アンモニアとともにＮＯｘセンサ４により検出され、その出力が異常判定制御に利用される。
そして、異常判定制御では、上記のリッチスパイク制御を通して得られるＮＯｘセンサ４の出力、すなわち生成アンモニアと浸みだしＮＯｘを検出することによるＮＯｘセンサ４の出力を、所定の検出期間において積算し、その積算量に基づいて異常判定を行う。当該積算量は、リッチスパイク制御を通してＮＯｘセンサ４に所定量の検出対象成分が供給されたときの、実際のＮＯｘセンサ４の検出結果を示すものであるから、当該積算量を所定の判定用閾値（例えば、後述する図６に示すＸ２、Ｘ３）と比較することで、ＮＯｘセンサ４の異常判定を行うことが可能となる。このような異常判定制御を適切に行うために、リッチスパイク制御を通して生成されたアンモニアを好適にＮＯｘセンサ４で検出する必要があり、そのために所定の検出期間が設定される。リッチスパイク制御を通してＮＯｘ触媒３に供給される還元剤に起因して生成されるアンモニアがＮＯｘセンサ４で検出されるためには、リッチスパイク制御（供給）の開始時点から所定の時間経過が必要となる。そこで、所定の検出期間の一例としては、リッチスパイク制御の開始時刻ｔ１から、その終了時刻ｔ２より一定時間経過後の時刻ｔ３までの期間を採用することができる。この
時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間は、本発明に係る所定空燃比制御であるリッチスパイク制御が行われている期間に対応する第１検出期間に相当する。なお、所定の検出期間の他の例については、第２の実施例で後述する。
このようにＮＯｘセンサ４の異常判定のためのリッチスパイク制御では、過剰量の還元剤をＮＯｘ触媒３に供給しアンモニアを生成させる必要がある。このときのアンモニア生成量は、リッチスパイク制御の実行パラメータと相関を有するものであり、実行パラメータが変化するとアンモニア生成量も変化することになる。そのため、従来技術では、ＮＯｘセンサ４の異常判定制御時のアンモニア生成条件を一定にするために、リッチスパイク制御の実行パラメータは特定の条件に固定されている場合がある。なお、アンモニア生成と相関を有するリッチスパイクの実行パラメータとしては、上記の初期ＮＯｘ吸蔵量、リッチスパイク制御時に到達するリッチ空燃比の値（以下、「リッチスパイク時空燃比」という）、リッチスパイク制御において該リッチスパイク時空燃比が継続される制御期間（以下、「リッチスパイク時間」という）等が挙げられる。
ここで、ＮＯｘ触媒３は、その内部の触媒成分の熱劣化によるシンタリングや硫黄成分被毒による劣化が生じることで、その触媒性能が低下していく。したがって、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が大きくなるほど、ＮＯｘの吸蔵能力や還元能力、アンモニアの生成能力が低下する。そのため、図３に示すように、ＮＯｘセンサ４の異常判定に際し、リッチスパイク制御におけるＮＯｘセンサ４の出力はＮＯｘ触媒３の劣化程度に大きく影響されることが見出された。図３は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に応じた、リッチスパイク制御時のＮＯｘセンサ４の出力の推移を実線で示し、詳細には、上段（ａ）はＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小程度の場合（正常状態）のセンサ出力推移を示し、中段（ｂ）はＮＯｘ触媒３の劣化程度が中程度の場合のセンサ出力推移を示し、下段（ｃ）はＮＯｘ触媒３の劣化程度が最大程度の場合のセンサ出力推移を示している。なお、図３（ａ）、（ｂ）に破線で示されるのは、ＮＯｘ触媒３に流入する排気のＮＯｘ量の推移である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、リッチスパイク制御が開始された当初の時期（時刻ｔ１直後の時期）では、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されていたＮＯｘの放出に伴い、浸みだしＮＯｘがＮＯｘセンサ４によって検出されるが、その後、放出ＮＯｘの還元とともに生成されるアンモニアがＮＯｘセンサ４により検出される。そのため、ＮＯｘ触媒３が触媒性能を適切に有している状態では、異常判定を行うためのＮＯｘセンサ４の出力を積算する所定の検出期間（図３に示す所定の検出期間は、本発明に係る第１検出期間に一致する）に、センサ出力推移において特徴的な２つのピークが現れる。一番目のピークが浸みだしＮＯｘに対応し、二番目のピークが生成アンモニアに対応する。
ＮＯｘ触媒３が正常状態にある場合には、図３（ａ）に示すように浸みだしＮＯｘに対応するピークは比較的小さく、ＮＯｘ触媒３の触媒作用によるアンモニア生成が活発に行われることから生成アンモニアに対応するピークが大きくなる。そして、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が次第に大きくなると、図３（ｂ）に示すように、劣化による還元作用の低下等に起因して浸みだしＮＯｘに対応するピークが大きくなるとともに、劣化によるアンモニア生成作用の低下等に起因して生成アンモニアに対応するピークが小さくなっていく。そして、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最大の状態となりその触媒作用が失われた場合には、リッチスパイク制御時にＮＯｘ触媒３に流れ込んだ排気に含まれるＮＯｘがそのままＮＯｘ触媒３を通過しＮＯｘセンサ４によって検出されることになるため、図３（ｃ）に示す出力推移が現れることになる。
このように異常判定のためのリッチスパイク制御時におけるＮＯｘセンサ４の出力は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度の影響を大きく受ける。当該劣化程度がＮＯｘセンサ４の異常判定に用いられる該ＮＯｘセンサ４の出力積算量にどのような影響を及ぼすのか、図４に基
づいて説明する。図４は、ＮＯｘ触媒３が正常状態（図３（ａ）の出力推移を示し得る状態）にある場合と、劣化程度が最大（図３（ｃ）の出力推移を示し得る状態）である場合において、内燃機関の運転条件（リーン運転とリッチスパイクの条件）を同じにしたときの各種成分の、ＮＯｘ触媒３への流入量とＮＯｘ触媒３からの流出量を対比して例示している。各種成分におけるリーン運転中のＮＯｘは、内燃機関１においてリーン運転が行われている際に内燃機関１から流出するＮＯｘであり、基本的には、ＮＯｘ触媒３によって吸蔵の対象となるＮＯｘである。また、リッチスパイク中のＮＯｘについては、ＮＯｘ触媒３への流入に関しては、ＮＯｘセンサ４の異常判定のためのリッチスパイク制御が行われている際に内燃機関１から流出するＮＯｘであり、ＮＯｘ触媒３からの流出に関しては、上記浸みだしＮＯｘに相当する。また、リッチスパイク中の窒素は、当該リッチスパイク制御により放出された吸蔵ＮＯｘが還元されて生成されＮＯｘ触媒３から流出する窒素である。また、リッチスパイク中のアンモニアは、当該リッチスパイク制御により生成されＮＯｘ触媒３から流出するアンモニアである。ＮＯｘセンサの出力積算量は、ＮＯｘセンサ４を通過する排気中のＮＯｘとアンモニアの合算量を示す。
図４から理解できるように、ＮＯｘ触媒３が正常状態である場合、リーン運転中に排出されるＮＯｘ１００ｍｏｌはＮＯｘ触媒３に吸蔵される。そして、その後、リッチスパイク制御が行われると、排気空燃比のリッチ化に伴いＮＯｘが５０ｍｏｌ流入してくるが、ＮＯｘ触媒３による還元反応とアンモニア生成により、６０ｍｏｌの窒素と８０ｍｏｌのアンモニアが生成される。このとき、浸みだしＮＯｘの量は比較的少ない１０ｍｏｌとなる。一方で、ＮＯｘ触媒の劣化程度が最大である場合、同じようにリーン運転とリッチスパイク制御が行われると、リーン運転中に排出されるＮＯｘ１００ｍｏｌはそのままＮＯｘ触媒３をすり抜けてしまう。なお、本願では、このようにリーン運転中にＮＯｘ触媒３をすり抜けたＮＯｘを「すり抜けＮＯｘ」と称する。そして、劣化程度が最大であるため、リッチスパイク中のＮＯｘは、内燃機関１から排出されたＮＯｘ５０ｍｏｌがそのままＮＯｘ触媒３をすり抜けることになる。なお、劣化時が最大の場合は、ＮＯｘ吸蔵がほぼ行われないため、浸みだしＮＯｘは発生せず、また、還元反応による窒素及びアンモニアも生成されないことになる。
ここで、異常判定のためにＮＯｘセンサ４の出力を積算する期間である所定の検出期間は、リッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間（図２に示す時刻ｔ１〜ｔ３の期間）であるから、ＮＯｘ触媒３が正常状態である場合のＮＯｘセンサ４の出力積算量は、浸みだしＮＯｘの１０ｍｏｌと生成アンモニアの８０ｍｏｌの合計である９０ｍｏｌ相当の積算量となる。一方で、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最大である場合のＮＯｘセンサ４の出力積算量は、リッチスパイク中にＮＯｘ触媒３をすり抜けたすり抜けＮＯｘ５０ｍｏｌ相当の積算量となる。このように異常判定のためのＮＯｘセンサ４の出力積算量は、その上流側に位置するＮＯｘ触媒３の劣化程度の影響を受けて、該劣化程度に対して一定の値とはならない。
図４に示す比較結果を踏まえ、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が上記出力積算量に及ぼす影響を、図５に基づいてより詳細に説明する。内燃機関１におけるリッチスパイク制御の実行パラメータを同一とした場合に、リッチスパイク制御によりＮＯｘ触媒３で生成されるアンモニア量は、図５（ａ）に示すようにＮＯｘ触媒３の劣化程度が大きくなるほど少なくなり、最大劣化時に零となる。一方で、リッチスパイク制御時にＮＯｘ触媒３で生じるＮＯｘの浸みだし量は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が大きくなるほど多くなる。ただし、アンモニア生成量及び浸みだしＮＯｘ量の、触媒劣化程度に対する変動幅は、アンモニア生成量の方が大きいため、ＮＯｘセンサ４の出力の観点からアンモニア生成量と浸みだしＮＯｘ量の変動を重ねると、図５（ｃ）に示すように、リッチスパイク制御が行われている期間に対応する所定の検出期間において異常判定のために積算されたＮＯｘセンサ４の出力積算量は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が大きくなるほど低下していく傾向がある。なお、図
５（ｃ）においてＳ１で示される領域がアンモニア生成量に対応する出力積算量であり、Ｓ２で示される領域が浸みだしＮＯｘ量に対応する出力積算量である。
このようにＮＯｘ触媒３の劣化程度に対してＮＯｘセンサ４の出力積算量が大きくばらつく場合に（例えば、図４に示すケースでは、ＮＯｘ触媒３の正常時の出力積算量は、劣化最大時の出力積算量の１．８倍となる）、ＮＯｘ触媒３の全劣化程度の範囲においてＮＯｘセンサ３の異常判定を可能にするためには、出力積算量の最大値と最小値に対して所定のマージンを持たせた異常判定用の閾値を設定する必要がある。例えば、図４に示すケースでは、ＮＯｘ触媒３の正常状態における出力積算量９０ｍｏｌとＮＯｘ触媒３の最大劣化時における出力積算量５０ｍｏｌを踏まえて、例えば、上限側の閾値として１００ｍｏｌ、下限側の閾値として４０ｍｏｌを設定する。そのため、このようにＮＯｘセンサ４の出力積算量が大きくばらつくと、そのばらつきを考慮して上下限の閾値幅が広く設定されるため、ＮＯｘセンサ４の異常判定の精度を高めることが困難となる。
上記出力積算量に基づいたＮＯｘセンサ４の異常判定の精度を向上させるためには、ＮＯｘ触媒３の劣化程度にかかわらずＮＯｘセンサ４の出力積算量を、判定精度を確保するために許容される所定の範囲内に納めることが有用である。そして、ＮＯｘ触媒の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制されるほど（すなわち、小さくなるほど）上記所定の許容範囲を狭く設定でき、以てＮＯｘセンサ４の異常判定の精度を向上させることができる。そこで、本願発明に係るＮＯｘセンサ４の異常判定装置では、ＮＯｘ触媒３の劣化程度にかかわらずＮＯｘセンサ４の出力積算量を許容範囲に収めるために、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するように異常判定のためのリッチスパイク制御の実行パラメータを調整することとした。
また、異常判定の精度向上の観点から、理想的には、図５（ｄ）に示すように、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきが無いように、すなわち、出力積算量がＮＯｘ触媒３の劣化程度にかかわらず一定となるのが好ましい。このようにすることで、異常判定のための下限閾値Ｘ２と上限閾値Ｘ３の幅を可及的に狭めることができ、判定精度の向上に資する。なお、このようにＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきが無いようにする場合、その積算量の値として、ＮＯｘ触媒３について想定される劣化程度が最大となる場合の出力積算量を採用するのが好ましい。これは、最大劣化時には、ＮＯｘ触媒３の触媒作用が大きく低下しており、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整代を十分に確保することができないからである。この点については、その詳細は後述する。
ここで、図４に基づいて説明したとおり、異常判定のための出力積算量には、アンモニア生成量、浸みだしＮＯｘ量、すり抜けＮＯｘ量が反映されている。このうち、浸みだしＮＯｘ量とすり抜けＮＯｘ量は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度によって直接決定される値であるため、これらの値を調整することは困難である。一方で、アンモニア生成量は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度を受けるものの、リッチスパイク制御の実行パラメータによっても変動し得る値である。そこで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑えるためのリッチスパイク制御の実行パラメータの調整態様について、図６に基づいて説明する。
上記の通り、アンモニア生成量に相関を有するリッチスパイク制御の実行パラメータとして、初期ＮＯｘ吸蔵量、リッチスパイク時空燃比、リッチスパイク時間が挙げられる。図６の上段（ａ）には初期ＮＯｘ吸蔵量とアンモニア生成量との概略的な相関が示されており、中段（ｂ）にはリッチスパイク時空燃比とアンモニア生成量との概略的な相関が示されており、下段（ｃ）にはリッチスパイク時間とアンモニア生成量との概略的な相関が示されている。なお、図６の各図における縦軸のアンモニア生成量は、リッチスパイク制
御が行われている期間で生成されるアンモニア量の累積量である。また、図６に示す相関は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最大劣化程度ではない、所定の劣化程度の場合のものである。
ここで、図６（ａ）に示すように、初期ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどアンモニア生成量は増加する傾向にある。そこで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきが無いようにするために、当該劣化程度に応じてアンモニア生成量を減らす必要がある場合には、リッチスパイク制御時の開示タイミングを決定する初期ＮＯｘ吸蔵量を低減すればよく、逆に当該劣化程度に応じてアンモニア生成量を増やす必要がある場合には、初期ＮＯｘ吸蔵量を増加すればよい。また、図６（ｂ）に示すように、リッチスパイク時空燃比は、所定の空燃比ＡＦ１の近傍で、アンモニア生成量がピークを迎え、当該所定の空燃比から離れるほどアンモニア生成量は減少していく。これは、ＮＯからのアンモニア生成がリッチ雰囲気下で行われ、且つそのアンモニア生成のための水素消費量が所定の空燃比ＡＦ１でピークを迎えるからである。そこで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきが無いようにするために、当該劣化程度に応じてアンモニア生成量を減らす必要がある場合には、リッチスパイク時空燃比を、ＡＦ１から理論空燃比までの間でリーン側に移行すればよく、逆に当該劣化程度に応じてアンモニア生成量を増やす必要がある場合には、リッチスパイク時空燃比を、ＡＦ１から理論空燃比までの間でリッチ側に移行すればよい。
また、図６（ｃ）に示すように、リッチスパイク時間が長くなるほどアンモニア生成量は増加する傾向にあるが、時間ＲＳ１より長くなってしまうと、アンモニア生成量の増加は止まる。これは、アンモニア生成のためには、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＮＯｘが利用されるため、リッチスパイク時間が長くなり吸蔵ＮＯｘが消費されてしまうとアンモニアが生成されなくなることによる。したがって、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に応じてアンモニア生成量を調整するためには、リッチスパイク時間の変化に応じてアンモニア生成量が変動する領域内、すなわちリッチスパイク時間がＲＳ１以下となる領域内で、リッチスパイク時間が調整される。そして、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきが無いようにするために、当該劣化程度に応じてアンモニア生成量を減らす必要がある場合にはリッチスパイク時間を短くし、逆にアンモニア生成量を増やす必要がある場合にはリッチスパイク時間を長くする。
ここで、所定の検出期間がリッチスパイク制御が行われている期間に対応する第１検出期間とされる場合の、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑えるためのリッチスパイク制御の実行パラメータの調整態様について、図７−図９に基づいて説明する。
（１）第１の調整態様
第１の調整態様として、図７に基づいて、リッチスパイク制御の実行パラメータである初期ＮＯｘ吸蔵量の調整を介した出力積算量の変動幅抑制について説明する。図７の上段（ａ）は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきを示す図であり、図５（ｃ）に示す内容と実質的に同じである。このようにＮＯｘ触媒３の劣化程度に対して出力積算量がばらつくことで、ＮＯｘセンサ４の故障判定精度の向上が妨げられるのは上記の通りである。本調整態様では、この劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するために、図６(ａ)に示す初期ＮＯｘ吸蔵量とアンモニア生成量との相関を踏まえて、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さいほど、リッチスパイク制御によるアンモニア生成量の減少幅が大きくなるように、初期ＮＯｘ吸蔵量の調整が行われる。ここでいう減少幅とは、調整前のアンモニア生成量から調整後のアンモニア生成量に至る際の減少の程度を表す。この点については、後述の第２及び第３の調整態様でも同様である。なお、図７（ａ）に示す矢印は、その長さが上記アンモニア生成量の減少幅を反映するようにイメージ化したものである。このようなアンモニア生成量の減少を実現することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に
対する出力積算量の変動幅が抑制されることになる。
具体的な初期ＮＯｘ吸蔵量の調整について、図７（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図７（ｂ）は、上記出力積算量の変動幅抑制のための調整が施される前の、リッチスパイク制御における初期ＮＯｘ吸蔵量の設定値であり、図７（ｃ）は、上記調整が行われた場合のリッチスパイク制御における初期ＮＯｘ吸蔵量の設定値である。図７（ｂ）に示すように、調整前は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから最大劣化程度Ｄｍａｘ近くのＤ１までの領域では、初期ＮＯｘ吸蔵量はＸ４に維持されている。そして、ＮＯｘ触媒３の劣化程度がＤ１からＤｍａｘまでの領域は、初期ＮＯｘ吸蔵量は徐々に減少していく。このように初期ＮＯｘ吸蔵量が設定されるのは、ＮＯｘ触媒３の劣化程度がＤ１を超えると、ＮＯｘ触媒３内に実際に吸蔵できるＮＯｘ量が著しく減少し、劣化程度がＤ１以下のときに想定しているＮＯｘ量を吸蔵できなくなるからである。このように比較的劣化程度が大きいＮＯｘ触媒３では、吸蔵可能なＮＯｘ量の低下に応じて初期ＮＯｘ吸蔵量を低下させ、リッチスパイク制御が早期に実行されるようにする。これにより、すり抜けＮＯｘの発生を抑制しつつ排気中のＮＯｘ還元が行われることになる。
そして、図７（ｂ）に示すように設定されている初期ＮＯｘ吸蔵量に対して、出力積算量の変動幅を抑制するために、劣化程度と初期ＮＯｘ吸蔵量との相関が図７（ｃ）に示すようになるよう調整が行われる。この調整後の初期ＮＯｘ吸蔵量においては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎのときの初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ５が上記Ｘ４より小さく設定され、劣化程度が大きくなるに従い初期ＮＯｘ吸蔵量がＸ４に向かって増加していく。より具体的には、図７（ｃ）に示す劣化程度と初期ＮＯｘ吸蔵量との相関は、最小劣化程度Ｄｍｉｎと初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ５で表される点と、最大劣化程度Ｄｍａｘと初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ４で表される点とを結ぶ直線Ｌ１と、劣化程度がＤ１からＤｍａｘまでの領域における直線Ｌ２とによって形成される。なお、直線Ｌ１と直線Ｌ２の交点をＰ１とする。このように初期吸蔵ＮＯｘ量の設定を調整することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が交点Ｐ１に対応する劣化程度より小さい領域において、劣化程度が小さいほど初期ＮＯｘ吸蔵量が小さく調整される。その結果、劣化程度が小さい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の減少幅が、劣化程度が大きい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の減少幅より大きくなり、以て劣化程度に対する出力積算量が略一定となり、当該劣化程度に対する出力積算量の変動幅を小さくすることができる。
なお、本調整態様では、直線Ｌ１を、最大劣化程度Ｄｍａｘのときに初期ＮＯｘ吸蔵量がＸ４となる点を通るように設定しているが、これは仮に高劣化領域（Ｄ１〜Ｄｍａｘ）における初期ＮＯｘ吸蔵量の落ち込みがなかったとした場合に、最大劣化程度Ｄｍａｘでのアンモニア生成量の調整量（減少幅）が零となるように、すなわち、アンモニア生成量の調整は行わないようにするためである。これは、最大劣化時にはＮＯｘ触媒３によるアンモニア生成作用は極めて低く、その調整代が確保しにくいことを考慮したものである。
また、本調整態様では、劣化程度が交点Ｐ１に対応する劣化程度から最大劣化程度Ｄｍａｘまでの領域では、上記の通り触媒劣化に起因して初期ＮＯｘ吸蔵量は劣化程度の増加に伴い落ち込んでいく状態のままであり、初期ＮＯｘ吸蔵量に対する調整処理は実質的に行われていない。そのため、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が当該領域にある場合には、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を十分に調整することができない。しかし、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから上記交点Ｐ１に対応する劣化程度までの比較的広い領域に属している場合は、上記の通り、劣化程度に対する出力積算量を略一定とすることができるため、ＮＯｘセンサ４の異常判定のための上下限の閾値の幅を可及的に狭めることができ、以て異常判定精度の向上を図ることができると言える。
（２）第２の調整態様
第２の調整態様として、図８に基づいて、リッチスパイク制御の実行パラメータであるリッチスパイク時空燃比の調整を介した出力積算量の変動幅抑制について説明する。図８の上段（ａ）は、図７（ａ）に示す内容と同一であるから、その詳細な説明は割愛する。本調整態様では、この劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するために、図６(ｂ)に示すリッチスパイク時空燃比とアンモニア生成量との相関を踏まえて、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さいほど、リッチスパイク制御によるアンモニア生成量の減少幅が大きくなるように、リッチスパイク時空燃比の調整が行われる。このようなアンモニア生成量の減少を実現することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制されることになる。
具体的なリッチスパイク時空燃比の調整について、図８（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図８（ｂ）は、上記出力積算量の変動幅抑制のための調整が施される前の、リッチスパイク制御におけるリッチスパイク時空燃比の設定値であり、図８（ｃ）は、上記調整が行われた場合のリッチスパイク制御におけるリッチスパイク時空燃比の設定値である。図８（ｂ）に示すように、調整前は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから最大劣化程度Ｄｍａｘまでの全劣化領域で、リッチスパイク時空燃比はＸ６に維持されている。なお、当該Ｘ６は、図６（ｂ）に示すＡＦ１よりもリーン側の空燃比である。
そして、図８（ｂ）に示すように設定されているリッチスパイク時空燃比に対して、出力積算量の変動幅を抑制するために、劣化程度とリッチスパイク時空燃比との相関が図８（ｃ）に示すようになるよう調整が行われる。この調整後のリッチスパイク時空燃比においては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎのときのリッチスパイク時空燃比Ｘ７が上記Ｘ６より大きく（リーン側の値に）設定され、劣化程度が大きくなるに従いリッチスパイク時空燃比がＸ６に向かって減少（リッチ化）していく。なお、当該Ｘ７は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である。より具体的には、図８（ｃ）に示す劣化程度とリッチスパイク時空燃比との相関は、最小劣化程度Ｄｍｉｎとリッチスパイク時空燃比Ｘ７で表される点と、最大劣化程度Ｄｍａｘとリッチスパイク時空燃比Ｘ６で表される点とを結ぶ直線で形成される。このようにリッチスパイク時空燃比の設定を調整することで、劣化程度が小さいほどリッチスパイク時空燃比が大きく（リーン側の値に）調整される。その結果、劣化程度が小さい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の減少幅が、劣化程度が大きい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の減少幅より大きくなり、以て劣化程度に対する出力積算量が略一定となり、当該劣化程度に対する出力積算量の変動幅を小さくすることができる。
なお、本調整態様では、上記直線を、最大劣化程度Ｄｍａｘのときにリッチスパイク時空燃比がＸ６となる点を通るように設定しているが、これは、初期ＮＯｘ吸蔵量の場合と同じように、最大劣化時にはＮＯｘ触媒３によるアンモニア生成作用は極めて低く、その調整代が確保しにくいことを考慮したものである。
（３）第３の調整態様
第３の調整態様として、図９に基づいて、リッチスパイク制御の実行パラメータであるリッチスパイク時間の調整を介した出力積算量の変動幅抑制について説明する。図９の上段（ａ）は、図７（ａ）に示す内容と同一であるから、その詳細な説明は割愛する。本調整態様では、この劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するために、図６(ｃ)に示すリッチスパイク時間とアンモニア生成量との相関を踏まえて、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さいほど、リッチスパイク制御によるアンモニア生成量の減少幅が大きくなるように、リッチスパイク時間の調整が行われる。このようなアンモニア生成量の減少を実現することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制されることになる。
具体的なリッチスパイク時間の調整について、図９（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する
。図９（ｂ）は、上記出力積算量の変動幅抑制のための調整が施される前の、リッチスパイク制御におけるリッチスパイク時間の設定値であり、図９（ｃ）は、上記調整が行われた場合のリッチスパイク制御におけるリッチスパイク時間の設定値である。図９（ｂ）に示すように、調整前は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから最大劣化程度Ｄｍａｘまでの全劣化領域で、リッチスパイク時間はＸ８に維持されている。なお、当該Ｘ８は、図６（ｃ）に示すＲＳ１よりも短い時間である。
そして、図９（ｂ）に示すように設定されているリッチスパイク時間に対して、出力積算量の変動幅を抑制するために、劣化程度とリッチスパイク時間との相関が図９（ｃ）に示すようになるよう調整が行われる。この調整後のリッチスパイク時間においては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎのときのリッチスパイク時間Ｘ９が上記Ｘ８より短く設定され、劣化程度が大きくなるに従いリッチスパイク時間がＸ８に向かって延びていく。より具体的には、図９（ｃ）に示す劣化程度とリッチスパイク時間との相関は、最小劣化程度Ｄｍｉｎとリッチスパイク時間Ｘ９で表される点と、最大劣化程度Ｄｍａｘとリッチスパイク時間Ｘ８で表される点とを結ぶ直線で形成される。このようにリッチスパイク時間の設定を調整することで、劣化程度が小さいほどリッチスパイク時間が短く調整される。その結果、劣化程度が小さい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の減少幅が、劣化程度が大きい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の減少幅より大きくなり、以て劣化程度に対する出力積算量が略一定となり、当該劣化程度に対する出力積算量の変動幅を小さくすることができる。
なお、本調整態様では、上記直線を、最大劣化程度Ｄｍａｘのときにリッチスパイク時間がＸ８となる点を通るように設定しているが、これは、初期ＮＯｘ吸蔵量の場合と同じように、最大劣化時にはＮＯｘ触媒３によるアンモニア生成作用は極めて低く、その調整代が確保しにくいことを考慮したものである。
このように図７−図９に示したリッチスパイク制御の実行パラメータの調整態様（第１−第３調整態様）を採用することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑え、ＮＯｘセンサ４の異常判定精度を向上させることができる。なお、ＮＯｘセンサ４の異常判定精度が許容される限りにおいて、当該出力積算量の変動幅抑制のために第１−第３調整態様の何れかを採用してもよく、または、そのうち２つ又は３つの調整態様を適宜組み合わせて採用してもよい。
＜リッチスパイク制御の実行パラメータの調整に関する詳細な検討＞
ここで、上記調整形態では、リッチスパイク制御の実行パラメータ調整を通してリッチスパイク中のアンモニア生成量を当該劣化程度に応じて調整することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅の抑制が図られている。しかし、これらの調整形態において、リッチスパイク制御の上記実行パラメータが調整された場合、アンモニアの生成量だけではなく、リーン運転中又はリッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ量にも影響が及ぼされる。これらのリーン運転中又はリッチスパイク制御中のＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサ４の異常判定のための所定の検出期間に応じて、それぞれＮＯｘセンサ４の出力積算量に反映されるものである。なお、本第１実施例では、所定の検出期間は上記の通りリッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間であるため、出力積算量にはリッチスパイク制御中のＮＯｘが反映される。リーン運転中のＮＯｘの出力積算量への反映については、後述する第２実施例において詳細に説明する。
以上を踏まえ、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅をより好適に抑制するためには、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整がリーン運転中又はリッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ量に及ぼす影響を考慮した上で、当該調整が行われるのが好ましいと言える。そこで、上述した実行パラメータの調整が行
われることで、リッチスパイク制御中のアンモニア生成量、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量、リーン運転中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量がどのように変動するか、その変動傾向を図１０に示す。
図６（ａ）に示すように初期ＮＯｘ吸蔵量が増えるとリッチスパイク制御中のアンモニア生成量は増え、逆に初期ＮＯｘ吸蔵量が減ると当該アンモニア生成量は減る。この初期ＮＯｘ吸蔵量は、リッチスパイク制御の開始時期を決定する要素でもあるので、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量に対して変動傾向を付与するものではない。一方で、初期ＮＯｘ吸蔵量が増えるとリッチスパイク制御の開始時期が遅れ、その分リーン運転期間が延びることになるため、リーン運転中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は増え、初期ＮＯｘ吸蔵量が減るとリーン運転中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は減る。
次に、リッチスパイク時空燃比については、図６（ｂ）に示すように空燃比ＡＦ１よりリーン側の空燃比領域において、リッチスパイク時空燃比がリッチ化されるとリッチスパイク制御中のアンモニア生成量は増え、逆にリッチスパイク時空燃比がリーン化されると当該アンモニア生成量は減る。また、リッチスパイク時空燃比がリッチ化されると、内燃機関１の燃焼室内での酸素量が少ない状態で燃焼が行われることになるため、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は減り、逆にリッチスパイク時空燃比がリーン化されると、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は増える。なお、リッチスパイク時空燃比は、リーン運転中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量に対して変動傾向を付与するものではない。
次に、リッチスパイク時間については、図６（ｃ）に示すように時間ＲＳ１より短い時間領域において、リッチスパイク時間が長くされるとリッチスパイク制御中のアンモニア生成量は増え、逆にリッチスパイク時間が短くされると当該アンモニア生成量は減る。また、リッチスパイク時間が長くされると、リッチスパイクによる増えたＮＯｘが長い時間にわたってＮＯｘ触媒３に供給されることになるため、当然にリッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は増え、逆にリッチスパイク時間が短くされると、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は減る。なお、リッチスパイク時間は、リーン運転中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量に対して変動傾向を付与するものではない。
この図１０に示された変動傾向を踏まえて、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整に関する詳細な検討を行う。本第１実施例では、所定の検出期間は上記の通りリッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間であり、この場合、図７−図９で示したように、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するためには、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さくなるに従い、初期ＮＯｘ吸蔵量を減少調整し、またはリッチスパイク時空燃比をリーン調整し、またはリッチスパイク時間を短縮調整するのが好ましい。そこで、図１１に、これらの各調整が行われたときのＮＯｘセンサ４の出力推移を実線で示し、ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量の推移を破線で示す。詳細には、図１１（ａ）は実行パラメータの調整が無い場合の各推移を示し、図１１（ｂ）は初期ＮＯｘ吸蔵量を減少調整した場合の各推移を示し、図１１（ｃ）はリッチスパイク時空燃比をリーン調整した場合の各推移を示し、図１１（ｄ）はリッチスパイク時間を短縮調整した場合の推移を示す。
初期ＮＯｘ吸蔵量を減少調整した場合、図１１（ｂ）に示すように、リッチスパイク制御が開始される時刻ｔ１’が、他の実行パラメータを調整した場合の開始時刻ｔ１よりも早められることになる。このとき、初期ＮＯｘ吸蔵量が低減されていることにより、浸みだしＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と比べてやや減るとともに、アンモニ
ア生成量も減る。しかし、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量については、実行パラメータの調整無しの場合と変わりはない。
次に、リッチスパイク時空燃比をリーン調整した場合、図１１（ｃ）に示すように、リッチスパイク制御の開始時刻は、実行パラメータの調整無しの場合と同じである。そして、浸みだしＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と変わりはないが、アンモニア生成量は実行パラメータの調整無しの場合よりも減ることになる。一方で、リッチスパイク時空燃比がリーン調整されることで、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合よりも増えることになる。
次に、リッチスパイク時間を短縮調整した場合、図１１（ｄ）に示すように、リッチスパイク制御の開始時刻は、実行パラメータの調整無しの場合と同じである。そして、浸みだしＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と変わりはないが、アンモニア生成量は実行パラメータの調整無しの場合よりも減ることになる。一方で、リッチスパイク時間が短縮調整されることで、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合よりも減ることになる。
ここで、図４や図５（ｃ）に示したように、所定の検出期間をリッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間にした場合の、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対してＮＯｘセンサ４の出力積算量がばらつく要因は、アンモニア生成量、浸みだしＮＯｘ量、すり抜けＮＯｘ量が劣化程度に応じて変化することである。そこで、出力積算量の変動幅を抑制するためには、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が比較的小さい場合に生成アンモニア量を低減させ、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が比較的多い場合にすり抜けＮＯｘ量を増加させる、リッチスパイク時空燃比のリーン調整が最も好ましいと考えられる。なお、当該リーン調整によりリッチスパイク制御中の流入ＮＯｘ量が増えても、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が比較的小さい場合には、その触媒作用により適切にＮＯｘが還元されるため、すり抜けＮＯｘは発生しにくい。
また、リッチスパイク時空燃比のリーン調整に続いては、リッチスパイク制御中の流入ＮＯｘ量は変わらないがアンモニア生成量を減らせる初期ＮＯｘ吸蔵量の減少調整が好ましい。また、リッチスパイク時間の短縮調整では、リッチスパイク制御中の流入ＮＯｘ量が低減されてしまうため、リッチスパイク時間の短縮調整とリッチスパイク時空燃比のリーン調整とを同時に行う調整、または、リッチスパイク時間の短縮調整と初期ＮＯｘ吸蔵量の減少調整とを同時に行う調整が好ましく採用できる。なお、このことはリッチスパイク時間の短縮調整を単独で採用することを妨げるものではなく、ＮＯｘセンサ４の異常判定精度が所望の好適な状態に至る限りにおいては、リッチスパイク時間の短縮調整を単独で採用し、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制し、その出力積算量を所定の許容範囲に収めるようにしてもよい。
＜異常判定制御のフロー＞
ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するための上述までのリッチスパイク制御の実行パラメータの調整態様を踏まえて、図１２に、ＮＯｘセンサ４の異常判定制御のフローを示す。当該異常判定制御は、ＥＣＵ１０によって適宜繰り返し実行されるものである。まず、Ｓ１０１では、ＮＯｘセンサ４の異常判定を行うための前提条件が成立しているか否か判定される。当該前提条件としては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度の推定完了が挙げられる。本制御は、リッチスパイク制御の実行パラメータをＮＯｘ触媒３の劣化程度に応じて決定することでＮＯｘセンサ４の異常判定を行うものであるから、本制御のために用いられるＮＯｘ触媒３の劣化程度は、判定の対象となっているＮＯｘセンサ４を利用して推定することは好ましくない。したがって、本制御のためのＮＯｘ触媒３の劣化程度は、ＮＯｘセンサ４を使用せずに行われるべきものである。
ＮＯｘ触媒３の劣化程度の推定態様として、例えば、特開２０００−３４９４６号公報等に開示されているように、リッチスパイク制御が行われている際の空燃比センサ５の出力を利用して算出されるＮＯｘ吸蔵量を利用した劣化程度の推定が挙げられる。
また、ＮＯｘ触媒３の劣化程度の推定の別法として、内燃機関１の運転履歴に基づいて当該推定を行ってもよい。ＮＯｘ触媒３において高温度雰囲気に晒された時間が長くなるほど、熱劣化が発生しＮＯｘ還元能力が低下していく。そこで、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気温度が所定の温度以上となる運転履歴に基づいて、ＮＯｘ触媒３における熱劣化の程度を推定することができる。
そして、Ｓ１０１で肯定判定されると、処理はＳ１０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。次にＳ１０２では、Ｓ１０１で肯定判定された根拠となるＮＯｘ触媒３の推定劣化程度に基づいて、ＮＯｘセンサ４の異常判定のためのリッチスパイク制御の実行パラメータが決定される。当該実行パラメータの決定については、上述した図７（ｃ）、図８（ｃ）、図９（ｃ）に示す調整後の劣化程度と各実行パラメータとの相関や図１２に基づいて説明した調整後の実行パラメータの組み合わせを考慮した当該相関を格納した、ＥＣＵ１０上の制御マップに基づいて行われる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
Ｓ１０３では、ＮＯｘセンサ４の異常判定のためのリッチスパイク制御が実行可能な状態にあるか否かが判定される。具体的には、ＮＯｘ触媒３においてリッチスパイク制御によるアンモニア生成の観点から、ＮＯｘ触媒３の温度が所定の活性温度以上であること、及びＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵量がリッチスパイク制御の実行パラメータの一つとして設定されている初期ＮＯｘ吸蔵量以上となっていること等が判定されることになる。なお、Ｓ１０２において決定された初期ＮＯｘ吸蔵量に従って、Ｓ１０３の判定は行われる。Ｓ１０３で肯定判定されるとＳ１０４へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
Ｓ１０４では、決定された実行パラメータに従ってリッチスパイク制御が実行され、そして、Ｓ１０５において、ＮＯｘセンサ４の出力の積算が行われる。その後、Ｓ１０６では、リッチスパイク時間の経過を踏まえ、リッチスパイク制御を終了したか否かが判定される。Ｓ１０６で肯定判定されるとＳ１０７へ進み、否定判定されると再びＳ１０４以降の処理が繰り返される。なお、Ｓ１０６で肯定判定された直後は、ＮＯｘセンサ４の出力の積算は継続されている状態である。
Ｓ１０７では、Ｓ１０４で実行されているＮＯｘセンサ４の出力積算が終了したか否か、すなわち所定の検出期間が経過したか否かが判定される。所定の検出期間については、上記の通り、リッチスパイク制御によってＮＯｘ触媒３に供給された還元剤がＮＯｘ触媒３で反応するために要し、且つその反応結果がＮＯｘセンサ４によって検出されるのに要する時間である。そこで、例えば、リッチスパイク制御が終了してから所定の時間が経過した時点、すなわち図２で示すｔ３−ｔ２の時間が経過した時点で、ＮＯｘセンサ４の出力積算を終了するように判定してもよい。Ｓ１０７で肯定判定されるとＳ１０８へ進み、否定判定されると、再びＳ１０７の処理が繰り返される。
次に、Ｓ１０８では、今までの処理で得られたＮＯｘセンサ４の出力積算量に基づいて、ＮＯｘセンサ４の異常判定が行われる。当該出力積算量は、上記リッチスパイク制御の実行パラメータの決定を経て得られたものであるから、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅は好適に抑制された状態となっており、例えば、図５（ｄ）に示す状態となっている。そこで、例えば、当該出力積算量がＸ２以上Ｘ３以下の範囲に属している場合は、ＮＯｘセンサ４は正常であると判定される。一方で、当該出力積算量がＸ２未
満である場合には、ＮＯｘセンサ４が、ゲイン縮小による異常、すなわち本来得られるべき出力よりも小さな出力となってしまう異常を有している状態であると判定される。また、当該出力積算量がＸ３を超える場合には、ＮＯｘセンサ４が、ゲイン拡大による異常、すなわち本来得られるべき出力よりも大きな出力となってしまう異常を有している状態であると判定される。
本制御によれば、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制された状態で、ＮＯｘセンサ４の異常判定が行われるため、当該異常判定の精度が好適に向上されることになる。
本発明に係るＮＯｘセンサ４の異常判定制御の第２の実施例について、図１３−図１８に基づいて説明する。第２の実施例に係る異常判定制御では、異常判定のためのＮＯｘセンサ４の出力積算が行われる期間が、リッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間（当該対応する期間が、本発明に係る第１検出期間に相当する。）と、当該対応する期間の前に行われているリーン運転期間（当該リーン運転期間が、本発明に係る第２検出期間に相当する。）の両期間とされる点で、第１の実施例に係る異常判定制御と異なる。具体的には、図１３（ａ）に、図２（ａ）と同等のＮＯｘセンサ４の出力推移（実線）と、ＮＯｘ触媒３に流入する排気に含まれるＮＯｘ量の推移（破線）を示す。図１３（ａ）に対応するＮＯｘ触媒３の劣化程度は、最小の劣化程度である。そして、本実施例における所定の検出期間は、リーン運転中の期間（時刻ｔ４−時刻ｔ１）と、リッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間（時刻ｔ１−時刻ｔ３）の両期間であり、その積算量は、図１３（ａ）において斜線が施された領域の面積に相当する。
なお、第２検出期間が始まる時刻ｔ４は、時刻ｔ１−時刻ｔ２で行われたリッチスパイク制御の前のリッチスパイク制御が行われた期間に対応する期間が終了した時刻である。そして、第２検出期間は、第１検出期間よりも前の期間であるが、リーン運転により継続的にＮＯｘがＮＯｘ触媒３に流れ込むことで、後述するように、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に応じてＮＯｘセンサ４の積算検出量に影響が及ぼされる程度の長さを有する期間である。これらの条件を満たす限りにおいて、第２検出期間は、第１検出期間と連続していてもよく、または第１検出期間とは離れて設定された期間でもよい。
そして、図１３（ｂ）には、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最大の劣化程度である場合のＮＯｘセンサ４による出力積算量を、斜線を施した領域で示している。なお、図１３（ｂ）に示すＮＯｘセンサ４の出力推移は、図１３（ａ）に破線で示したＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ量の推移に一致する。図１３（ａ）と図１３（ｂ）を比較して理解できるように、所定の検出期間を第１検出期間と第２検出期間の両期間とした場合、ＮＯｘ触媒３の劣化程度によって、異常判定のためのＮＯｘセンサ４の出力積算量に明らかな違いが存在する。
そこで、図１３（ｃ）に、所定の検出期間を第１検出期間と第２検出期間の両期間としたときに、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小程度である場合とその劣化程度が最大程度である場合に内燃機関の運転条件（リーン運転とリッチスパイクの条件）を同じにしたときの、各種成分の、ＮＯｘ触媒３への流入量とＮＯｘ触媒３からの流出量を対比して例示している。なお、各種成分の説明、及び各種成分の流入量及び流出量については、図４に示したものと同じであるので、その詳細な説明は割愛する。
ここで、所定の検出期間は、第１検出期間と第２検出期間の両期間であるから、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小程度である場合のＮＯｘセンサ４の出力積算量は、すり抜けＮＯｘは考慮する必要はなく、浸みだしＮＯｘの１０ｍｏｌと生成アンモニアの８０ｍｏｌの
合計である９０ｍｏｌ相当の積算量となる。一方で、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最大である場合のＮＯｘセンサ４の出力積算量は、リーン運転中とリッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３をすり抜けたすり抜けＮＯｘ１５０ｍｏｌ相当の積算量となる。このように異常判定のためのＮＯｘセンサ４の出力積算量は、その上流側に位置するＮＯｘ触媒３の劣化程度の影響を受けて、該劣化程度に対して一定の値とはならない。
そこで、この結果を踏まえ、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が上記出力積算量に及ぼす影響を、図１４（ａ）に基づいてより詳細に説明する。なお、図１４（ａ）における領域Ｓ１、Ｓ２は、図５（ｃ）に示したものと同じであるので、その詳細な説明は割愛する。すなわち、本実施例における出力積算量には、第１の実施例における出力積算量に対して、領域Ｓ３に相当する積算量が加算されていることになる。この領域Ｓ３は、リーン運転中にＮＯｘ触媒３をすり抜けたＮＯｘ量の積算値を意味する。図１３（ｃ）に示す例を用いれば、ＮＯｘ触媒３が最小劣化時にはＳ３に対応する出力積算量は零であり、ＮＯｘ触媒３が最大劣化時にはＳ３に対応する出力積算量は１５０ｍｏｌ相当となる。このようにすり抜けＮＯｘ量は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が大きくなるに従い多くなる。したがって、領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に対応する出力積算量を重ねると、図１４（ａ）に示すように、所定の検出期間において異常判定のために積算されたＮＯｘセンサ４の出力積算量は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が大きくなるほど上昇していく傾向がある。
そこで、本実施例では、第１の実施例と同じ目的で、上述したＮＯｘ触媒の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するように、異常判定のためのリッチスパイク制御の実行パラメータの調整が行われる。そして、その調整態様について、図１４−図１６に基づいて説明する。
（１）第１の調整態様
第１の調整態様として、図１４に基づいて、リッチスパイク制御の実行パラメータである初期ＮＯｘ吸蔵量の調整を介した出力積算量の変動幅抑制について説明する。図１４の上段（ａ）は、上記の通り、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量のばらつきを示す図である。本調整態様では、この劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するために、図６(ａ)に示す初期ＮＯｘ吸蔵量とアンモニア生成量との相関を踏まえて、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さいほど、リッチスパイク制御によるアンモニア生成量の増加幅が大きくなるように、初期ＮＯｘ吸蔵量の調整が行われる。ここでいう増加幅とは、調整前のアンモニア生成量から調整後のアンモニア生成量に至る際の増加の程度を表す。この点については、後述の第２及び第３の調整態様でも同様である。なお、図１４（ａ）に示す矢印は、その長さが上記アンモニア生成量の増加幅を反映するようにイメージ化したものである。このようなアンモニア生成量の増加を実現することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制されることになる。
具体的な初期ＮＯｘ吸蔵量の調整について、図１４（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図１４（ｂ）は、上記出力積算量の変動幅抑制のための調整が施される前の、リッチスパイク制御における初期ＮＯｘ吸蔵量の設定値であり、第１の実施例の図７（ｂ）と同じ内容である。そして、図１４（ｃ）は、上記調整が行われた場合のリッチスパイク制御における初期ＮＯｘ吸蔵量の設定値である。そして、図１４（ｂ）に示すように設定されている初期ＮＯｘ吸蔵量に対して、出力積算量の変動幅を抑制するために、劣化程度と初期ＮＯｘ吸蔵量との相関が図１４（ｃ）に示すようになるよう調整が行われる。この調整後の初期ＮＯｘ吸蔵量においては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎのときの初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ５’が上記Ｘ４より大きく設定され、劣化程度が大きくなるに従い初期ＮＯｘ吸蔵量がＸ４に向かって低下していく。より具体的には、図１４（ｃ）に示す劣化程度と初期ＮＯｘ吸蔵量との相関は、最小劣化程度Ｄｍｉｎと初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ５’で表される点と、最大劣化程度Ｄｍａｘと初期ＮＯｘ吸蔵量Ｘ４で表される点とを結ぶ直線Ｌ３と、劣化程度がＤ１からＤｍａｘまでの領域における直線を含む直線Ｌ４とによ
って形成される。なお、直線Ｌ３と直線Ｌ４の交点をＰ２とする。このように初期吸蔵ＮＯｘ量の設定を調整することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度がＤ１より小さい領域において、劣化程度が小さいほど初期ＮＯｘ吸蔵量が大きく調整される。その結果、劣化程度が小さい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の増加幅が、劣化程度が大きい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の増加幅より大きくなり、以て劣化程度に対する出力積算量が略一定となり、当該劣化程度に対する出力積算量の変動幅を小さくすることができる。
なお、本調整態様では、直線Ｌ３を、最大劣化程度Ｄｍａｘのときに初期ＮＯｘ吸蔵量がＸ４となる点を通るように設定しているが、これは仮に高劣化領域（Ｄ１〜Ｄｍａｘ）における初期ＮＯｘ吸蔵量の落ち込みがなかったとした場合に、最大劣化程度Ｄｍａｘでのアンモニア生成量の調整量（増加幅）が零となるように、すなわち、アンモニア生成量の調整は行わないようにするためである。これは、最大劣化時にはＮＯｘ触媒３によるアンモニア生成作用は極めて低く、その調整代が確保しにくいことを考慮したものである。
また、本調整態様では、劣化程度がＤ１から最大劣化程度Ｄｍａｘまでの領域では、上記の通り触媒劣化に起因して初期ＮＯｘ吸蔵量は劣化程度の増加に伴い落ち込んでいく状態のままであり、初期ＮＯｘ吸蔵量に対する調整処理は実質的に行われていない。そのため、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が当該領域にある場合には、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を十分に調整することができない。しかし、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから劣化程度Ｄ１までの比較的広い領域に属している場合は、上記の通り、劣化程度に対する出力積算量を略一定とすることができるため、ＮＯｘセンサ４の異常判定のための上下限の閾値の幅を可及的に狭めることができ、以て異常判定精度の向上を図ることができると言える。
（２）第２の調整態様
第２の調整態様として、図１５に基づいて、リッチスパイク制御の実行パラメータであるリッチスパイク時空燃比の調整を介した出力積算量の変動幅抑制について説明する。図１５の上段（ａ）は、図１４（ａ）に示す内容と同一であるから、その詳細な説明は割愛する。本調整態様では、この劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するために、図６(ｂ)に示すリッチスパイク時空燃比とアンモニア生成量との相関を踏まえて、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さいほど、リッチスパイク制御によるアンモニア生成量の増加幅が大きくなるように、リッチスパイク時空燃比の調整が行われる。このようなアンモニア生成量の増加を実現することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制されることになる。
具体的なリッチスパイク時空燃比の調整について、図１５（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図１５（ｂ）は、上記出力積算量の変動幅抑制のための調整が施される前の、リッチスパイク制御におけるリッチスパイク時空燃比の設定値であり、第１の実施例の図８（ｂ）と同じ内容である。そして、図１５（ｃ）は、上記調整が行われた場合のリッチスパイク制御におけるリッチスパイク時燃比の設定値である。図１５（ｂ）に示すように、調整前は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから最大劣化程度Ｄｍａｘまでの全劣化領域で、リッチスパイク時空燃比はＸ６に維持されている。なお、当該Ｘ６は、図６（ｂ）に示すＡＦ１よりもリーン側の空燃比である。
そして、図１５（ｂ）に示すように設定されているリッチスパイク時空燃比に対して、出力積算量の変動幅を抑制するために、劣化程度とリッチスパイク時空燃比との相関が図１５（ｃ）に示すようになるよう調整が行われる。この調整後のリッチスパイク時空燃比においては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎのときのリッチスパイク時空燃比Ｘ７’が上記Ｘ６より小さく（リッチ側の値に）設定され、劣化程度が大きくなる
に従いリッチスパイク時空燃比がＸ６に向かって増加（リーン化）していく。より具体的には、図１５（ｃ）に示す劣化程度とリッチスパイク時空燃比との相関は、最小劣化程度Ｄｍｉｎとリッチスパイク時空燃比Ｘ７’で表される点と、最大劣化程度Ｄｍａｘとリッチスパイク時空燃比Ｘ６で表される点とを結ぶ直線で形成される。このようにリッチスパイク時空燃比の設定を調整することで、劣化程度が小さいほどリッチスパイク時空燃比が小さく（リッチ側の値に）調整される。その結果、劣化程度が小さい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の増加幅が、劣化程度が大きい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の増加幅より大きくなり、以て劣化程度に対する出力積算量が略一定となり、当該劣化程度に対する出力積算量の変動幅を小さくすることができる。
なお、本調整態様では、上記直線を、最大劣化程度Ｄｍａｘのときにリッチスパイク時空燃比がＸ６となる点を通るように設定しているが、これは、初期ＮＯｘ吸蔵量の場合と同じように、最大劣化時にはＮＯｘ触媒３によるアンモニア生成作用は極めて低く、その調整代が確保しにくいことを考慮したものである。
（３）第３の調整態様
第３の調整態様として、図１６に基づいて、リッチスパイク制御の実行パラメータであるリッチスパイク時間の調整を介した出力積算量の変動幅抑制について説明する。図１６の上段（ａ）は、図１４（ａ）に示す内容と同一であるから、その詳細な説明は割愛する。本調整態様では、この劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するために、図６(
ｃ)に示すリッチスパイク時間とアンモニア生成量との相関を踏まえて、ＮＯｘ触媒３の
劣化程度が小さいほど、リッチスパイク制御によるアンモニア生成量の増加幅が大きくなるように、リッチスパイク時間の調整が行われる。このようなアンモニア生成量の増加を実現することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制されることになる。
具体的なリッチスパイク時間の調整について、図１６（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図１６（ｂ）は、上記出力積算量の変動幅抑制のための調整が施される前の、リッチスパイク制御におけるリッチスパイク時間の設定値であり、第１の実施例の図９（ｂ）と同じ内容である。そして、図１６（ｃ）は、上記調整が行われた場合のリッチスパイク制御におけるリッチスパイク時間の設定値である。図１６（ｂ）に示すように、調整前は、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎから最大劣化程度Ｄｍａｘまでの全劣化領域で、リッチスパイク時間はＸ８に維持されている。なお、当該Ｘ８は、図６（ｃ）に示すＲＳ１よりも短い時間である。
そして、図１６（ｂ）に示すように設定されているリッチスパイク時間に対して、出力積算量の変動幅を抑制するために、劣化程度とリッチスパイク時間との相関が図１６（ｃ）に示すようになるよう調整が行われる。この調整後のリッチスパイク時間においては、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が最小劣化程度Ｄｍｉｎのときのリッチスパイク時間Ｘ９’が上記Ｘ８より長く設定され、劣化程度が大きくなるに従いリッチスパイク時間がＸ８に向かって短縮されていく。なお、Ｘ９’は、図６（ｃ）に示すＲＳ１よりも短い時間とする。より具体的には、図１６（ｃ）に示す劣化程度とリッチスパイク時間との相関は、最小劣化程度Ｄｍｉｎとリッチスパイク時間Ｘ９’で表される点と、最大劣化程度Ｄｍａｘとリッチスパイク時間Ｘ８で表される点とを結ぶ直線で形成される。このようにリッチスパイク時間の設定を調整することで、劣化程度が小さいほどリッチスパイク時間が長く調整される。その結果、劣化程度が小さい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の増加幅が、劣化程度が大きい場合のリッチスパイク制御時のアンモニア生成量の増加幅より大きくなり、以て劣化程度に対する出力積算量が略一定となり、当該劣化程度に対する出力積算量の変動幅を小さくすることができる。
なお、本調整態様では、上記直線を、最大劣化程度Ｄｍａｘのときにリッチスパイク時間がＸ８となる点を通るように設定しているが、これは、初期ＮＯｘ吸蔵量の場合と同じように、最大劣化時にはＮＯｘ触媒３によるアンモニア生成作用は極めて低く、その調整代が確保しにくいことを考慮したものである。
このように図１４−図１６に示したリッチスパイク制御の実行パラメータの調整態様（第１−第３調整態様）を採用することで、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑え、ＮＯｘセンサ４の異常判定精度を向上させることができる。なお、ＮＯｘセンサ４の異常判定精度が許容される限りにおいて、当該出力積算量の変動幅抑制のために第１−第３調整態様の何れかを採用してもよく、または、そのうち２つ又は３つの調整態様を適宜組み合わせて採用してもよい。
＜リッチスパイク制御の実行パラメータの調整に関する詳細な検討＞
なお、本実施例においても、図１０に示された変動傾向を踏まえて、リッチスパイク制御の実行パラメータの調整に関する詳細な検討を行う。本実施例では、所定の検出期間は上記の通りリーン運転期間とリッチスパイク制御が行われている期間に対応する期間の両期間とであり、この場合、図１４−図１６で示したように、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するためには、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が小さくなるに従い、初期ＮＯｘ吸蔵量を増加調整し、またはリッチスパイク時空燃比をリッチ調整し、またはリッチスパイク時間を延長調整するのが好ましい。そこで、図１７に、これらの各調整が行われたときのＮＯｘセンサ４の出力推移を実線で示し、ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量の推移を破線で示す。詳細には、図１７（ａ）は実行パラメータの調整が無い場合の各推移を示し、図１７（ｂ）は初期ＮＯｘ吸蔵量を増加調整した場合の各推移を示し、図１７（ｃ）はリッチスパイク時空燃比をリッチ調整した場合の各推移を示し、図１７（ｄ）はリッチスパイク時間を延長調整した場合の推移を示す。
初期ＮＯｘ吸蔵量を増加調整した場合、図１７（ｂ）に示すように、リッチスパイク制御が開始される時刻ｔ１’が、他の実行パラメータを調整した場合の開始時刻ｔ１よりも遅くなることになる。このとき、初期ＮＯｘ吸蔵量が増加されていることにより、浸みだしＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と比べてやや増えるとともに、アンモニア生成量も増える。また、リッチスパイク制御の開始が遅れることにより、リーン運転期間が延び、リーン運転中のＮＯｘ量も増えることになる。
次に、リッチスパイク時空燃比をリッチ調整した場合、図１７（ｃ）に示すように、リッチスパイク制御の開始時刻は、実行パラメータの調整無しの場合と同じである。そして、浸みだしＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と変わりはないが、アンモニア生成量は実行パラメータの調整無しの場合よりも増えることになる。一方で、リッチスパイク時空燃比がリッチ調整されることで、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合よりも減ることになる。なお、リーン運転中のＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と同じである。
次に、リッチスパイク時間を延長調整した場合、図１７（ｄ）に示すように、リッチスパイク制御の開始時刻は、実行パラメータの調整無しの場合と同じである。そして、浸みだしＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と変わりはないが、アンモニア生成量は実行パラメータの調整無しの場合よりも増えることになる。一方で、リッチスパイク時間が延長調整されることで、リッチスパイク制御中にＮＯｘ触媒３に流れ込むＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合よりも増えることになる。なお、リーン運転中のＮＯｘ量は、実行パラメータの調整無しの場合と同じである。
ここで、図１４（ａ）等に示したように、所定の検出期間をリーン運転期間とリッチス
パイク制御が行われている期間に対応する期間の両期間にした場合の、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対してＮＯｘセンサ４の出力積算量がばらつく要因は、アンモニア生成量、浸みだしＮＯｘ量、すり抜けＮＯｘ量が劣化程度に応じて変化することである。そこで、出力積算量の変動幅を抑制するためには、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が比較的小さい場合に生成アンモニア量を増加させ、ＮＯｘ触媒３の劣化程度が比較的多い場合にすり抜けＮＯｘ量を低減させる、リッチスパイク時空燃比のリッチ調整が最も好ましいと考えられる。
また、初期ＮＯｘ吸蔵量の増加調整又はリッチスパイク時間の延長調整については、リーン運転中又はリッチスパイク制御中の流入ＮＯｘ量が増加してしまうため、初期ＮＯｘ吸蔵量の増加調整とリッチスパイク時空燃比のリッチ調整とを同時に行う調整、または、リッチスパイク時間の延長調整とリッチスパイク時空燃比のリッチ調整とを同時に行う調整が好ましく採用できる。なお、このことは初期ＮＯｘ吸蔵量の増加調整又はリッチスパイク時間の延長調整を単独で採用することを妨げるものではなく、ＮＯｘセンサ４の異常判定精度が所望の好適な状態に至る限りにおいては、初期ＮＯｘ吸蔵量の増加調整又はリッチスパイク時間の延長調整を単独で採用し、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制し、その出力積算量を所定の許容範囲に収めるようにしてもよい。
＜異常判定制御のフロー＞
本実施例におけるＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅を抑制するための上述までのリッチスパイク制御の実行パラメータの調整態様を踏まえて、図１８に、ＮＯｘセンサ４の異常判定制御のフローを示す。当該異常判定制御は、ＥＣＵ１０によって適宜繰り返し実行されるものである。なお、図１８に示す異常判定制御に含まれる処理のうち図１２に示す異常判定制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。
本異常判定制御においては、Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ２０１へ進む。そして、Ｓ２０１では、内燃機関１がリーン運転中にあるときに、異常判定のためのＮＯｘセンサ４の出力積算を開始する条件が成立したか否かが判定される。すなわち、Ｓ２０１の処理は、所定の検出期間のうち第２検出期間の開始を判断する処理である。本実施例では、直近に行われたリッチスパイク制御に対応する検出期間（すなわち、以前の第１検出期間）の終了時点をもって、当該出力積算開始条件が成立したものと判定される。Ｓ２０１で肯定判定されるとＳ２０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。そして、Ｓ２０２では、図１２に示したＳ１０５の処理と同じように、ＮＯｘセンサ４の出力の積算が行われる。そして、Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ１０３以降の処理が行われることになる。なお、本制御では、上記Ｓ２０２においてセンサ出力の積算を開始しているため、Ｓ１０５の処理自体は含まれない。
本制御によれば、ＮＯｘ触媒３の劣化程度に対する出力積算量の変動幅が抑制され、その出力積算量が所定の許容範囲に収まった状態でＮＯｘセンサ４の異常判定が行われるため、当該異常判定の精度が好適に向上されることになる。
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
４ ＮＯｘセンサ
５ 空燃比センサ
６ 空燃比センサ
１０ ＥＣＵ
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ

Claims (11)

  1. 内燃機関の排気通路において排気中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵していたＮＯｘを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置され、且つ排気中のＮＯｘ及びアンモニアを検出可能に構成されたＮＯｘセンサの異常判定装置であって、
    前記内燃機関から排出され前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気空燃比を理論空燃比よりリッチ空燃比にし、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によりアンモニアを生成させる所定空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
    前記空燃比制御手段により前記所定空燃比制御が行われている期間に対応する前記ＮＯｘセンサの第１検出期間を少なくとも含む所定検出期間における、該ＮＯｘセンサの検出値の積算量である出力積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行う異常判定手段と、
    前記ＮＯｘセンサの出力以外の所定劣化パラメータに基づいて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度を取得する取得手段と、
    前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度に基づいて前記所定空燃比制御に関する所定実行パラメータを決定し、該決定された所定実行パラメータに従って該所定空燃比制御を行うことで、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度にかかわらず前記出力積算量が所定の許容範囲内に収まるように、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で生成されるアンモニア生成量を調整する
    、調整手段と、
    を備える、ＮＯｘセンサの異常判定装置。
  2. 前記所定の許容範囲は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の最大劣化時に想定される前記出力積算量と略同等とされる範囲である、
    請求項１に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  3. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータは、該所定空燃比制御が開始される時点において前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量、該所定空燃比制御において到達する前記リッチ空燃比の値、該所定空燃比制御において該リッチ空燃比が継続される制御期間のうち少なくとも何れか１つである、
    請求項１又は請求項２に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  4. 前記異常判定手段は、前記第１検出期間を前記所定検出期間として、該所定検出期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行い、
    前記調整手段による調整が行われた場合の前記アンモニア生成量は、該調整手段による調整が行われない場合のアンモニア生成量と比べて減らされ、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合の該アンモニア生成量の減少幅は、該該劣化程度が大きい場合の該アンモニア生成量の減少幅より大きく設定される、
    請求項３に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  5. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記ＮＯｘ吸蔵量が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該ＮＯｘ吸蔵量をより少なくする、
    請求項４に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  6. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記リッチ空燃比の値が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該リッチ空燃比の値をより大きくする、
    請求項４に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  7. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記制御期間が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該制御期間をより短くする、
    請求項４に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  8. 前記異常判定手段は、前記第１検出期間、及び該第１検出期間の前であって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気の空燃比が理論空燃比よりリーン空燃比とされる期間に対応する第２検出期間の両期間を前記所定検出期間として、該所定検出期間における前記ＮＯｘセンサの検出値の積算量に基づいて、該ＮＯｘセンサの異常判定を行い、
    前記調整手段による調整が行われた場合の前記アンモニア生成量は、該調整手段による調整が行われない場合のアンモニア生成量と比べて増やされ、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合の該アンモニア生成量の増加幅は、該該劣化程度が大きい場合の該アンモニア生成量の増加幅より大きく設定される、
    請求項３に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  9. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記ＮＯｘ吸蔵量が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該ＮＯｘ吸蔵量をより多くする、
    請求項８に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  10. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記リッチ空燃比の値が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該リッチ空燃比の値をより小さくする、
    請求項８に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
  11. 前記所定空燃比制御の所定実行パラメータとして前記制御期間が含まれる場合、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が小さい場合は、該劣化程度が大きい場合と比べて該制御期間をより長くする、
    請求項８に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
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