JP2020002928A

JP2020002928A - Ｎｏｘセンサの故障検出方法

Info

Publication number: JP2020002928A
Application number: JP2018125841A
Authority: JP
Inventors: 憲治古井; Kenji Furui; 洋孝齋藤; Hirotaka Saito; 靖志岩崎; Yasushi Iwasaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2020-01-09

Abstract

【課題】ＮＯＸセンサの故障を正確に検出する。【解決手段】機関排気通路内にＮＯＸ吸着能を有する排気処理触媒（１０）が配置される。排気処理触媒（１０）の下流にＮＯＸセンサ（１１）が配置され、このＮＯＸセンサ（１１）の出力値は、排気ガス中のＮＯＸ濃度が高くなると高くなる。機関燃焼室（２）内の燃料の供給が停止されたときにＮＯＸセンサ（１１）の出力値が閾値よりも高い場合には、ＮＯＸセンサ（１１）に異常が生じていると判定される。排気処理触媒（１０）の劣化度を推定し、劣化度が高いと推定されるほど、閾値が低下せしめられる。【選択図】図７

Description

本発明は、ＮＯ_Ｘセンサの故障検出方法に関する。

機関排気通路にＮＯ_Ｘ選択還元触媒を配置すると共に、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒の上流に尿素水供給弁を配置し、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒の上流側と下流側に夫々上流側ＮＯ_Ｘセンサと下流側ＮＯ_Ｘセンサとを配置し、これらＮＯ_Ｘセンサに基づいて尿素水の供給制御を行うようにした内燃機関において、これらＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行うために、車両の点検時に、尿素水供給弁からの尿素水の供給を停止した状態で機関を高負荷高速運転させ、それによりＮＯ_Ｘ選択還元触媒に吸着しているアンモニアをＮＯ_Ｘ選択還元触媒から完全に脱離させ、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒に吸着しているアンモニアがＮＯ_Ｘセンサの出力値に影響を与えることがないようにして、上流側ＮＯ_Ｘセンサおよび下流側ＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行うようにしたＮＯ_Ｘセンサの故障検出方法が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１６−２２３３２２号公報

ところで、ＮＯ_Ｘセンサの出力値は排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度に応じて変化する。この場合、ＮＯ_Ｘセンサが正常である場合には、排気ガス中にＮＯ_Ｘが含まれていないときのＮＯ_Ｘセンサの出力値は、基準値、例えば、零となり、排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度が高くなると、ＮＯ_Ｘセンサの出力値は排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度に比例して上昇する。一方、ＮＯ_Ｘセンサが故障した場合には、排気ガス中にＮＯ_Ｘが含まれていないときのＮＯ_Ｘセンサの出力値は、基準値に対しオフセットし、例えば、基準値よりも高くなる。従って、ＮＯ_Ｘセンサの出力値に対して、基準値よりも少し高い適切な値の閾値を予め設定しておけば、排気ガス中にＮＯ_Ｘが含まれていないときのＮＯ_Ｘセンサの出力値がこの閾値よりも低いときには、ＮＯ_Ｘセンサが正常であると判別でき、排気ガス中にＮＯ_Ｘが含まれていないときのＮＯ_Ｘセンサの出力値がこの閾値よりも高いときには、ＮＯ_Ｘセンサが異常であると判別できることになる。

ところで、機関排気通路内に排気処理触媒が配置されており、排気処理触媒の下流にＮＯ_Ｘセンサが配置されている場合において、排気ガス中にＮＯ_Ｘが含まれていないときのＮＯ_Ｘセンサの出力値に基づき、上述の閾値を用いて、車両走行中に、ＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行う場合には、ＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行うときに、排気ガス中にＮＯ_Ｘが含まれないように、燃焼室内への燃料の供給を停止する必要がある。この場合、通常、減速運転中には、燃焼室内への燃料の供給が停止されるので、このときにＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行うことが考えられる。

ところが、排気処理触媒としてＮＯ_Ｘ吸着能を有する排気処理触媒を用いた場合には、車両走行中に機関から排出されたＮＯ_Ｘが排気処理触媒に吸着し、減速運転が開始されると、排気処理触媒に吸着したＮＯ_Ｘが排気処理触媒から脱離する。その結果、減速運転時に燃焼室内への燃料の供給が停止されたとしても、排気ガス中にはＮＯ_Ｘが含まれているために、ＮＯ_Ｘセンサの出力値が上昇し、このときＮＯ_Ｘセンサの出力値が上述の閾値を越えると、ＮＯ_Ｘセンサが実際には異常でないにもかかわらずにＮＯ_Ｘセンサが異常であると誤判断してしまうことになる。このように、排気処理触媒にＮＯ_Ｘが吸着している場合には、燃焼室内への燃料の供給を停止しているときにＮＯ_Ｘセンサの出力値に基づいてＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行うと、誤診断を行う危険性がある。なお、この場合、排気処理触媒の劣化の度合い、即ち、劣化度が大きいほど、排気処理触媒へのＮＯ_Ｘの吸着量が減少し、排気処理触媒から脱離するＮＯ_Ｘ量も減少することが確かめられている。従って、排気処理触媒の劣化度が大きいほど、燃焼室内への燃料の供給が停止されたときの排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度は低くなり、その結果、排気処理触媒の劣化度が大きいほど、ＮＯ_Ｘセンサの出力値が低くなる。従って、ＮＯ_Ｘセンサの故障を正確に診断するためには、排気処理触媒の劣化度が大きいほど、上述の閾値を低くする必要がある。

そこで、本発明によれば、機関排気通路内に配置されたＮＯ_Ｘ吸着能を有する排気処理触媒と、排気処理触媒の下流に配置されたＮＯ_Ｘセンサとを備え、排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度が高くなるとＮＯ_Ｘセンサの出力値が高くなり、機関燃焼室内の燃料の供給が停止されたときにＮＯ_Ｘセンサの出力値が閾値よりも高い場合には、ＮＯ_Ｘセンサに異常が生じていると判定されるＮＯ_Ｘセンサの故障検出方法において、排気処理触媒の劣化度を推定し、劣化度が高いと推定されるほど、閾値を低下させるようにしている。

排気処理触媒の劣化度が高いと推定されるほど、閾値を低下させることによって、ＮＯ_Ｘセンサの故障を正確に診断することができる。

図１は内燃機関の全体図である。図２は、ＮＯ_Ｘ濃度変化とＮＯ_Ｘセンサの出力値の関係を示す図である。図３は、ＮＯ_Ｘセンサの出力値の変化を示す図である。図４は、排気処理触媒へのＮＯ_Ｘ吸着量に応じて変化するＮＯ_Ｘセンサの出力値を示す図である。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、排気処理触媒へのＮＯ_Ｘの吸着量と、排気処理触媒の劣化度との関係を説明するための図である。図６は、排気処理触媒の劣化度と、閾値との関係を示す図である。図７は、排気処理触媒へのＮＯ_Ｘ吸着量に応じて変化するＮＯ_Ｘセンサの出力値を示す図である。図８は、ＮＯ_Ｘセンサの故障検出方法を説明するための図である。図９は、ＮＯ_Ｘセンサの故障診断を行うためのフローチャートである。

図１に内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各気筒に対して夫々設けられた燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５はスロットル弁、６は吸入空気量検出器、７はエアクリーナ、８は排気マニホルドを夫々示す。図１に示される例では、排気マニホルド８は第１の排気処理触媒９の入口に連結され、第１の排気処理触媒９の出口は第２の排気処理触媒１０の入口に連結される。これら第１の排気処理触媒９および第２の排気処理触媒１０の少なくとも一方は、ＮＯ_Ｘ吸着能を有する触媒からなり、これら排気処理触媒９、１０として、例えば、酸化触媒、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型三元触媒又はパティキュレートフィルタが用いられる。この場合、第１の排気処理触媒９を省略し、ＮＯ_Ｘ吸着能を有する第２の排気処理触媒１０のみとすることもできる。なお、図１に示される例では、第１の排気処理触媒９は、ＮＯ_Ｘ吸着能を有する酸化触媒からなり、第２の排気処理触媒１０はＮＯ_Ｘ吸着能を有するパティキュレートフィルタからなる。また、図１に示される例では、第２の排気処理触媒、即ち、パティキュレートフィルタ１０の下流にＮＯ_Ｘセンサ１１が配置されており、パティキュレートフィルタ１０には、パティキュレートフィルタ１０の温度を検出するための温度センサ１２が取り付けられている。

電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。ＮＯ_Ｘセンサ１１、温度センサ１２および吸入空気量検出器６の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。また、アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。ＣＰＵ２４では、このクランク角センサ３２の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁５の駆動用アクチュエータ（図示せず）等に接続される。

図２は、ＮＯ_Ｘセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯ_Ｘ濃度をパルス状に変化させたときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の変化を示している。なお、詳細な説明は省略するが、ＮＯ_Ｘセンサ１１では、ＮＯ_Ｘセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯ_Ｘ濃度が変化すると電極間を流れる電流値が変化する。この電流値が変化は電圧値の変化として取り出すこともできる。図２におけるＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値は、これら電流値又は電圧値を示している。さて、図２に示されるＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値において、実線はＮＯ_Ｘセンサ１１が正常であるときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の変化を示している。ＮＯ_Ｘセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯ_Ｘ濃度が零のときには、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値は、図２において実線で示されるように基準値となる。図２に示される例では、この基準値は零とされている。

ＮＯ_Ｘセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯ_Ｘ濃度が図２に示されるように増大すると、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値は、図２において実線で示されるように徐々に上昇し、ＮＯ_Ｘセンサ１１周りを流れるガス中のＮＯ_Ｘ濃度が再び零になると、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値は、図２において実線で示されるように、徐々に減少して零となる。一方、ＮＯ_Ｘセンサ１１が劣化すると、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値のゲインが低下し、或いはＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値がオフセットし、或いはＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が零に張り付き、或いはＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の応答性が低下する等の種々の変化の形で現れる。図２における破線は、ＮＯ_Ｘセンサ１１が劣化してＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値がオフセットしたときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の変化を示している。

即ち、ＮＯ_Ｘセンサ１１が劣化すると、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値は、正常時のＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値に対してずれを生じ、図２に示される例では、破線で示されるように、ＮＯ_Ｘセンサ１１が劣化するとＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値は、ＮＯ_Ｘ濃度にかかわらずに上昇する。この場合、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が基準値、即ち、零よりも高いときに、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が基準値、即ち、零よりも高いのはＮＯ_Ｘセンサ１１の劣化に起因していると判別できるのは、ＮＯ_Ｘ濃度が零のときだけである。そこで本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ濃度が零のときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値からＮＯ_Ｘセンサ１１が劣化しているか、即ち、ＮＯ_Ｘセンサ１１に異常があるかを判別している。具体的に言うと、ＮＯ_Ｘセンサ１１の製造公差によるＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の最大変化量、又は、この最大変化量よりも若干大きい値を閾値ＲＸ（図２）として予め設定しておき、ＮＯ_Ｘ濃度が零のときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が、図２において実線で示されるように、閾値ＲＸよりも小さいときには、ＮＯ_Ｘセンサ１１が正常であると判別され、ＮＯ_Ｘ濃度が零のときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が、図２において破線で示されるように、閾値ＲＸよりも大きいときには、ＮＯ_Ｘセンサ１１に異常があると判別される。

このように本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ濃度が零のときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値からＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断を行っている。この場合、ＮＯ_Ｘ濃度が零になるのは燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときである。一方、減速運転時には、通常、燃焼室２内への燃料の供給が停止される。そこで本発明による実施例では、減速運転時に燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときに、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断を行っている。次にこのことについて、図３を参照しつつ説明する。なお、図３には、ＮＯ_Ｘセンサ１１が正常であるときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の変化と、減速運転時において燃焼室２内への燃料の供給を停止すべきときにセットされる燃料供給停止フラグの変化が示されている。なお、この燃料供給停止フラグは、例えば、機関回転数が設定回転数よりも高いときに減速運転が開始されたときにセットされ、機関回転数が復帰回転数以下まで低下したときにリセットされ、燃料供給停止フラグがセットされている間、燃料の供給が停止される。

さて、図３において、ｔ_０は、減速運転時において燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときを示している。一方、図３において、Δｔ₁ は、燃焼室２内のガスがＮＯ_Ｘセンサ１１に到達するまでのガス輸送時間を表しており、図３において、Δｔ_２は、ＮＯ_Ｘセンサ１１の応答時間を示している。従って、図３において、時刻ｔ₁ になると、ＮＯ_Ｘセンサ１１周りのガス中のＮＯ_Ｘ濃度が零となり、従って、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が零に向けて低下し始める。一方、図３において、Δｔ_３は、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値をなましたり、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の平均値を計算したりするのに要する時間であり、本発明による実施例では、この時間Δｔ_３を経過した時刻ｔ_３において、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値に基づき、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断が行われる。

ところで、本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘセンサ１１上流の機関排気通路内には、ＮＯ_Ｘ吸着能を有する酸化触媒９やＮＯ_Ｘ吸着能を有するパティキュレートフィルタ１０が、即ち、ＮＯ_Ｘ吸着能を有する排気処理触媒９、１０が配置されている。このように機関排気通路内にＮＯ_Ｘ吸着能を有する排気処理触媒９、１０が配置されていると、機関運転時には、排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘが排気処理触媒９、１０に吸着される。一方、このように排気処理触媒９、１０上にＮＯ_Ｘが吸着しているときに、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止されると、排気処理触媒９、１０に吸着されているＮＯ_Ｘが_、排気処理触媒９、１０から脱離し、脱離したＮＯ_Ｘを含むガスがＮＯ_Ｘセンサ１１の周りに送り込まれる。その結果、燃焼室２からはＮＯ_Ｘが排出されていないにもかかわらず、ＮＯ_Ｘセンサ１１周りのＮＯ_Ｘ濃度が増大することになる。

この場合、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が多いほど、排気処理触媒９、１０から脱離するＮＯ_Ｘ吸着量も多くなる。従って、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が多いほど、ＮＯ_Ｘセンサ１１周りのＮＯ_Ｘ濃度が増大することになる。図４は、減速運転時において燃焼室２内への燃料の供給が停止されたときのＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値の変化（実線はＮＯ_Ｘセンサ正常時、破線はＮＯ_Ｘセンサ異常時）を示している。なお、図４において、（Ａ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が多いときを示しており、（Ｂ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が、（Ａ）のときに比べれば少ないときを示しており、（Ｃ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が零のときを示している。

図４から、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が多いほど、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断が行われる時刻ｔ_３におけるＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が高くなることがわかる。従って、図４からわかるように、閾値ＲＸが、図２に示される閾値ＲＸに固定されていると、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が増大したときに、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値と閾値ＲＸから、ＮＯ_Ｘセンサ１１の異常を正確に検出することができなくなる。

ところで、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行すると、それにつれて排気処理触媒９、１０のＮＯ_Ｘ吸着能力が次第に低下し、それにより排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が次第に少なくなる。次に、このことについて、図５Ａから図５Ｃを参照しつつ説明する。さて、通常運転時には、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いはほとんど進行せず、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行するのは、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生制御が行われたときである。即ち、パティキュレートフィルタ１０を再生するときには、パティキュレートフィルタ１０上に堆積したパティキュレートを燃焼除去するために、パティキュレートフィルタ１０の温度が５００℃ 以上に保持され、このとき排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行する。パティキュレートフィルタ１０を再生するためにパティキュレートフィルタ１０の温度が５００℃ 以上に保持される時間を再生時間と称すると、排気処理触媒９、１０は、再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の温度が高いほど、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行し、再生時間が長いほど、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行する。

図５Ａは、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量と、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生時間の積算値である積算再生時間ｔｒとの関係を示している。なお、図５Ａにおいて、積算再生時間ｔｒが零のときは排気処理触媒９、１０が全く劣化していないとき、即ち、排気処理触媒９、１０が新品であるときを示している。一方、図５Ａにおいて、黒丸は実測値を示しており、破線は黒丸を通る直線を示している。また、図５Ａにおいて、破線Ｘは，パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が７５０℃ に保持された場合を示しており、破線Ｙは，パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が６５０℃ に保持された場合を示している。従って、図５Ａから、再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の温度が高いほど、積算再生時間ｔｒの増大につれて排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が急速に低下することがわかる。

一方、図５Ａにおいて、ｔmax (６５０℃) は、パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が６５０℃ に保持された場合において、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が零になったときの積算再生時間ｔｒを示しており、図５Ａにおいて、ｔmax (７５０℃) は、パティキュレートフィルタ１０の再生時にパティキュレートフィルタ１０の温度が７５０℃ に保持された場合において、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が零になったときの積算再生時間ｔｒを示している。なお、上述したように、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いが進行するにつれて排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が少なくなる。この場合、排気処理触媒９、１０が劣化すると排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量は零となる。従って、図５Ａにおいて、ｔmax (６５０℃) およびｔmax (６５０℃) は夫々、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔｒを表していると言える。

図５Ｂは、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax と、再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の再生温度との関係を示している。図５Ｂからわかるように、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax は、パティキュレートフィルタ１０の再生温度が高くなるほど短くなる。一方、排気処理触媒９、１０の劣化の度合いは、積算再生時間ｔｒに比例して進行し、従って、排気処理触媒９、１０の劣化の度合い、即ち、排気処理触媒９、１０の劣化度は、積算再生時間ｔｒを、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax でもって除算した値（ｔｒ/ｔmax）で表すことができる。この場合、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が大きくなるほど、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量は減少する。図５Ｃは、この排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）と、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量との関係を示している。

ところで、排気処理触媒９、１０の種類および容量が定まると、排気処理触媒９、１０が新品のときの排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が定まる。一方、パティキュレートフィルタ１０の再生温度が決定されると、それに応じて、排気処理触媒９、１０が劣化するまでの積算再生時間ｔmax が定まる。その結果、図５Ｃにおける排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）と、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量との関係が定まることになる。本発明による実施例では、定まったこれらの関係に基づいて、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値と閾値ＲＸから、ＮＯ_Ｘセンサ１１の異常を正確に検出することができるように、閾値ＲＸが決定される。

図６は、このようにして決定された排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）と閾値ＲＸとの関係を示しており、図７は、図６に示される閾値ＲＸが用いられた場合を示している。なお、図６において、閾値ＲＸ_０は、排気処理触媒９、１０が新品のときのＮＯ_Ｘ吸着量排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量に基づいて、計算により、或いは、実験により求められた初期値である。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と同様に、図７において、（Ａ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が多いときを示しており、（Ｂ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が、（Ａ）のときに比べれば少ないときを示しており、（Ｃ）は、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が零のときを示している。

本発明による実施例では、図６に示されるように、積算再生時間ｔｒから排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が推定され、推定された排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）に基づいて、図６に示される関係から、閾値ＲＸが算出される。従って、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が高いと推定されるほど、閾値ＲＸが低下せしめられる。このときの閾値ＲＸは、図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、排気処理触媒９、１０へのＮＯ_Ｘ吸着量が高くても、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断が行われる時刻ｔ_３における正常時のＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値よりも少し高い値とされ、従って、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値と閾値ＲＸから、ＮＯ_Ｘセンサ１１の異常を正確に検出することができることになる。

図８は、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障検出方法を説明するためのタイムチャートを示している。なお、図８には、排気処理触媒１０、即ち、パティキュレートフィルタ１０の再生処理のタイミングと、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）の変化と、故障診断条件が成立したタイミングと、閾値ＲＸの変化が示されている。図８に示されるように、パティキュレートフィルタ１０の再生処理が行われる毎に、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が増大する。一方、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止され、かつ温度センサ１２により検出された排気処理触媒１０、即ちパティキュレートフィルタ１０の温度が活性化温度以上のときに、故障診断条件が成立したと判別される。図８からわかるように、このように故障診断条件が成立したと判別されるのは、パティキュレートフィルタ１０の再生処理が行われていないときである。故障診断条件が成立すると、前回故障診断条件が成立したと判別されたときに比べて排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が増大しているときには、閾値ＲＸが減少せしめられる。

図９はＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断ルーチンを示している。このルーチンは一定時間Δｔｚ毎の割り込みによって実行される。図９を参照すると、まず初めにステップ４０において、パティキュレートフィルタ１０の再生処理中であるか否かが判別される。パティキュレートフィルタ１０の再生処理中である場合には、ステップ４１に進んで積算再生時間ｔｒに割り込み時間Δｔｚが加算される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、パティキュレートフィルタ１０の再生処理中でない場合には、ステップ４２に進んで、故障診断条件が成立したか否かが判別される。上述したように、減速運転が行われて燃焼室２内への燃料の供給が停止され、かつ温度センサ１２により検出された排気処理触媒１０、即ちパティキュレートフィルタ１０の温度が活性化温度以上のときに、故障診断条件が成立したと判別される。

故障診断条件が成立していないと判別されたときには処理サイクルを終了する。これに対し、故障診断条件が成立したと判別されたときには、ステップ４３に進んで、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断が完了したか否かが判別される。ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断が既に完了しているときには、処理サイクルを終了する。これに対して、ＮＯ_Ｘセンサ１１の故障診断が完了していないときには、ステップ４４に進んで、図３に示される一定時間（Δｔ_１＋ Δｔ_２＋ Δｔ_３）が経過したか否かが判別される。一定時間（Δｔ_１＋ Δｔ_２＋ Δｔ_３）が経過していないときには、処理サイクルを終了する。これに対し、一定時間（Δｔ_１＋ Δｔ_２＋ Δｔ_３）が経過したときにはステップ４５に進む。

ステップ４５では、排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）が算出される。次いで、ステップ４６では、この排気処理触媒９、１０の劣化度（ｔｒ/ｔmax）に基づいて、図６に示される関係を用いて、閾値ＲＸが算出される。次いで、ステップ４７では、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低いか否かが判別される。ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低いときにはステップ４８に進んで、ＮＯ_Ｘセンサ１１が正常であると判別される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力値が閾値ＲＸよりも低くないときにはステップ４９に進んで、ＮＯ_Ｘセンサ１１が異常であると判別される。次いで処理サイクルを終了する。

１機関本体
２燃焼室
３燃料噴射弁
４吸気マニホルド
８排気マニホルド
９第１の排気処理触媒
１０第２の排気処理触媒
１１ＮＯ_Ｘセンサ
１２温度センサ

Claims

機関排気通路内に配置されたＮＯ_Ｘ吸着能を有する排気処理触媒と、該排気処理触媒の下流に配置されたＮＯ_Ｘセンサとを備え、排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度が高くなるとＮＯ_Ｘセンサの出力値が高くなり、機関燃焼室内の燃料の供給が停止されたときにＮＯ_Ｘセンサの出力値が閾値よりも高い場合には、ＮＯ_Ｘセンサに異常が生じていると判定されるＮＯ_Ｘセンサの故障検出方法において、該排気処理触媒の劣化度を推定し、劣化度が高いと推定されるほど、該閾値が低下せしめられるＮＯ_Ｘセンサの故障検出方法。