JP6338063B2 - 内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室から排出される排ガス中のＮＯｘをアンモニアにより浄化する排気浄化触媒の故障を診断する故障診断装置に関する。

内燃機関の燃焼室から排出される排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）をＮＨ_３（アンモニア）により浄化する排気浄化触媒（ＳＣＲ触媒）が公知である。この触媒のＮＯｘ浄化率が低下してしまった故障を診断する手法として、触媒の下流位置に配設されたＮＯｘ濃度センサを用いる手法がある。

このＮＯｘ濃度センサとしては、例えば、特許文献１に記載されたＮＯｘ濃度センサを用いることができる。このＮＯｘ濃度センサは、排ガス中のＮＯｘ及びＮＨ_３の量に応じた出力値（電流値）を出力する。

そこで、このＮＯｘ濃度センサを用いたＳＣＲ触媒の故障診断においては、まず、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が一定の浄化率まで低下した場合にこの触媒から流出するであろう「ＮＯｘ及びＮＨ_３」の濃度を計算によって推定する。加えて、推定した濃度の「ＮＯｘ及びＮＨ_３」を含む排ガスがＮＯｘ濃度センサに到達した場合にＮＯｘ濃度センサが出力するであろう出力値を推定する。そして、ＮＯｘ濃度センサの実際の出力値が上記推定した出力値以上となった場合、ＳＣＲ触媒が故障していると診断する。

特開平９−２８８０８４号公報

ところで、特許文献１に記載されたタイプのＮＯｘ濃度センサの出力値には、
（１）排ガス中のＮＯの濃度に応じた出力値、
（２）ＮＯｘ濃度センサにおいて排ガス中のＮＯ_２から生成されるＮＯの濃度に応じた出力値、及び、
（３）ＮＯｘ濃度センサにおいて排ガス中のＮＨ_３から生成されるＮＯの濃度に応じた出力値、
が含まれている。

従って、ＮＯｘ濃度センサに到達する排ガス中のＮＯ_２の濃度が一定であっても、ＮＯｘ濃度センサにおいてＮＯ_２から生成されるＮＯの量が変われば、ＮＯｘ濃度センサの出力値も変わる。同様に、ＮＯｘ濃度センサに到達する排ガス中のＮＨ_３の濃度が一定であっても、ＮＯｘ濃度センサにおいてＮＨ_３から生成されるＮＯの量が変われば、ＮＯｘ濃度センサの出力値も変わる。

このため、先に述べたように、ＮＯｘ濃度センサが出力するであろう出力値を正確に推定するためには、その推定に「ＮＯｘ濃度センサにおいてＮＯ_２から生成されるＮＯの量」及び「ＮＯｘ濃度センサにおいてＮＨ_３から生成されるＮＯの量」を考慮することが必要である。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、上記排気浄化触媒（ＳＣＲ触媒）が故障した場合にＮＯｘ濃度センサが出力するであろう出力値を正確に推定することができる内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置を提供することにある。

本発明に係る排気浄化触媒の故障診断装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）は、燃焼室と、排気通路と、該排気通路に配設された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の下流位置において前記排気通路に配設されたＮＯｘ濃度センサとを備えた内燃機関に適用される。前記排気浄化触媒が前記燃焼室から前記排気通路に排出された排ガス中のＮＯｘをアンモニアにより還元浄化する触媒である。

前記ＮＯｘ濃度センサが前記排気浄化触媒から前記排気通路に流出した排ガスが通過可能な多孔質材料からなる拡散層と、該拡散層を通過した排ガス中のＮＯを還元してＮ _２ に変換する電極部とを有している。前記ＮＯｘ濃度センサが前記電極部における前記ＮＯの還元量に応じた出力値を出力するセンサである。

本発明装置は、前記排気浄化触媒のＮＯｘ浄化率が所定浄化率まで低下したときに前記排気浄化触媒から流出すると推定される排ガス中のＮＯの濃度を前記ＮＯｘ濃度センサの出力値以外の機関パラメータに基づいて推定ＮＯ濃度として推定する。更に、本発明装置は、ＮＯ以外の成分であって、前記電極部に到達するＮＯの量を変動させる反応を前記拡散層にて行う成分である特定成分が前記排気浄化触媒から流出して前記ＮＯｘ濃度センサに到達する場合において、前記ＮＯｘ浄化率が前記所定浄化率まで低下したときに前記排気浄化触媒から流出すると推定される排ガス中の前記特定成分の濃度を前記機関パラメータに基づいて推定特定成分濃度として推定する。

更に、本発明装置は、前記推定ＮＯ濃度のＮＯ及び前記推定特定成分濃度の前記特定成分を含む排ガスが前記ＮＯｘ濃度センサに到達した場合に前記ＮＯｘ濃度センサから出力される出力値を推定出力値として推定し、前記拡散層における前記特定成分の前記反応の速度に影響する影響パラメータであって、該影響パラメータが大きいと前記特定成分の前記反応の速度が大きくなる影響パラメータに基づいて、前記影響パラメータが大きくなると前記推定出力値が大きくなるように前記推定出力値を補正する。

本発明において、前記特定成分は、例えば、二酸化窒素（ＮＯ_２）及び／又はアンモニア（ＮＨ_３）である。

そして、本発明装置は、ＮＯｘ濃度センサの実際の出力値が前記補正後の推定出力値に基づいて定まる故障診断閾値以上である場合、排気浄化触媒が故障していると診断する。

このように、本発明装置は、拡散層における特定成分の反応に起因して電極部に到達するＮＯの量が変動すること、そして、その変動量が影響パラメータに応じて変化することを考慮して、排気浄化触媒のＮＯｘ浄化率が所定浄化率まで低下した場合にＮＯｘ濃度センサが出力するであろう出力値を推定している。従って、本発明装置は、排気浄化触媒のＮＯｘ浄化率が所定浄化率まで低下した場合にＮＯｘ濃度センサが出力するであろう出力値を正確に推定することができる。

更に、本発明装置において、前記影響パラメータは、例えば、ＮＯｘ濃度センサに到達する排ガス中の酸素濃度、同排ガスの温度、水分濃度、及び、前記拡散層の温度、のうちの少なくとも１つである。

更に、本発明装置において、前記影響パラメータは、例えば、排気浄化触媒の拡散層における前記特定成分の滞在時間を変化させるパラメータであり、より具体的には、例えば、ＮＯｘ濃度センサに到達する排ガスの流量、及び、排ガスが排気浄化触媒の電極部に向かって拡散層を通過する経路に沿った方向における前記拡散層の厚み、のうちの少なくとも１つである。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化触媒の故障診断装置が適用される内燃機関の全体図である。 図２は、下流側ＮＯｘ濃度センサの内部構造を示す図である。 図３は、下流側ＮＯｘ濃度センサ内部におけるＮＯｘの電気化学反応を示す図である。 図４は、下流側ＮＯｘ濃度センサ内部におけるＮＨ_３の電気化学反応を示す図である。 図５の（Ａ）は排ガス中の酸素濃度と酸素補正係数との関係を示した図であり、（Ｂ）は排ガス流量と流量補正係数との関係を示した図であり、（Ｃ）は保護層厚さと厚み補正係数との関係を示した図であり、（Ｄ）は保護層温度と温度補正係数との関係を示した図であり、（Ｅ）は排ガス温度と排ガス温度補正係数との関係を示した図であり、（Ｆ）は排ガス流量と消費補正係数との関係を示した図である。 図６の（Ａ）は排ガス中の酸素濃度と酸素補正係数との関係を示した図であり、（Ｂ）は排ガス中の水分濃度と水分補正係数との関係を示した図であり、（Ｃ）は排ガス流量と流量補正係数との関係を示した図であり、（Ｄ）は保護層厚さと厚み補正係数との関係を示した図であり、（Ｅ）は保護層温度と温度補正係数との関係を示した図であり、（Ｆ）は排ガス温度と排ガス温度補正係数との関係を示した図であり、（Ｇ）は排ガス流量と消費補正係数との関係を示した図である。 図７は、排ガス流量と消費補正係数との関係を示した図である。 図８は、図１に示したＣＰＵが実行する補正係数取得ルーチンを示したフローチャートである。 図９は、図１に示したＣＰＵが実行する酸素濃度取得ルーチンを示したフローチャートである。 図１０は、図１に示したＣＰＵが実行する水分濃度取得ルーチンを示したフローチャートである。 図１１は、図１に示したＣＰＵが実行する保護層温度取得ルーチンを示したフローチャートである。 図１２は、図１に示したＣＰＵが実行するセンサ温度制御ルーチンを示したフローチャートである。 図１３は、図１に示したＣＰＵが実行する故障診断ルーチンを示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置（以下、「本診断装置」とも称呼する。）」について説明する。

＜内燃機関の構成＞
本診断装置は、図１に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給システム３０、吸気システム４０、排気システム５０、及び、ＥＧＲシステム６０を含んでいる。

機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を含む。本体２１には、４つの気筒（燃焼室）♯１乃至♯４が形成されている。各気筒♯１乃至♯４の上部には、それぞれ、燃料噴射弁（インジェクタ）２３が配設されている。各燃料噴射弁２３は、後述するエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）８０の指示に応答して開弁し、対応する気筒♯１乃至♯４内に燃料を直接噴射するようになっている。

燃料供給システム３０は、燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１、燃料送出管３２及びコモンレール（蓄圧室）３３を含む。燃料加圧ポンプ３１の吐出口は燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２はコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は燃料噴射弁２３に接続されている。

燃料加圧ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。

吸気システム４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、エアクリーナ４３、過給機４４のコンプレッサ４４ａ、インタークーラ４５、スロットル弁４６、及び、スロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。

インテークマニホールド４１は、「各気筒♯１乃至♯４に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含む。吸気管４２はインテークマニホールド４１の集合部に接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。

吸気管４２には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ４３、コンプレッサ４４ａ、インタークーラ４５及びスロットル弁４６が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ４７は、ＥＣＵ８０の指示に応じてスロットル弁４６の開度を変更するようになっている。

排気システム５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、過給機４４のタービン４４ｂ、排気浄化装置５３及び尿素水添加装置５４を含んでいる。

エキゾーストマニホールド５１は、「各気筒♯１乃至♯４に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含む。排気管５２はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１及び排気管５２は排気通路を構成している。

排気管５２には、排ガスの流れの上流から下流に向け、タービン４４ｂ及び排気浄化装置５３が配設されている。

排気浄化装置５３は、酸化触媒５３ａ、触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＲ」と称呼する。）５３ｂ、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称呼する。）５３ｃ、及び、ＮＨ_３酸化触媒（ＡＳＣ）５３ｄを含んでいる。

酸化触媒５３ａは、過給機４４のタービン４４ｂの下流位置の排気管５２内に配設されている。ＤＰＲ５３ｂは、酸化触媒５３ａの下流位置の排気管５２内に配設されている。ＳＣＲ触媒５３ｃは、ＤＰＲ５３ｂの下流位置の排気管５２内に配設されている。ＮＨ_３酸化触媒５３ｄは、ＳＣＲ触媒５３ｃの下流位置の排気管５２内に配設されている。

尿素水添加装置５４は、尿素水タンク５５、第１接続管５６、尿素水加圧装置５７、第２接続管５８及び尿素水噴射弁５９を含んでいる。第１接続管５６は、尿素水タンク５５と尿素水加圧装置５７とを接続している。第２接続管５８は、尿素水加圧装置５７と尿素水噴射弁５９とを接続している。尿素水噴射弁５９は、ＳＣＲ触媒５３ｃの上流位置の排気管５２に配設されている。

尿素水噴射弁５９は、ＥＣＵ８０の指示に応答して尿素水タンク５５内の尿素水を排気管５２内に噴射する。これにより、尿素水がＳＣＲ触媒５３ｃに供給される。ＳＣＲ触媒５３ｃに供給された尿素水は、下記の（１）式に示した加水分解反応を経てＮＨ_３に変換される。
ＣＯ（ＮＨ_２）_２＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２ …（１）

各気筒（各燃焼室）♯１乃至♯４内における燃焼に伴い、ＮＯｘが発生する。このＮＯｘは、排気通路に排出され、ＳＣＲ触媒５３ｃに流入する。ＳＣＲ触媒５３ｃに流入したＮＯｘは、前記尿素水から生成されたＮＨ_３を還元剤として、下記の（２）式乃至（４）式に示した化学反応の何れかを経てＳＣＲ触媒５３ｃにより還元浄化される。
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ …（２）
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ …（３）
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ …（４）

ところで、ＳＣＲ触媒５３ｃに適量の尿素水（ＮＨ_３の原料）が供給されている場合、その尿素水から生成されるＮＨ_３はＮＯｘの浄化に使用されるので、ＳＣＲ触媒５３ｃからＮＨ_３が流出することはない。しかしながら、ＳＣＲ触媒５３ｃに過剰な量の尿素水が供給されると、ＳＣＲ触媒５３ｃからＮＨ_３が流出することがある。

ＮＨ_３酸化触媒５３ｄは、その活性時において、このようにＳＣＲ触媒５３ｃから流出するＮＨ_３を下記の（５）式に示した反応により酸化処理する。
４ＮＨ_３＋３Ｏ_２→２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ …（５）

酸化触媒５３ａは、そこに流入する排ガス中の未燃炭化水素（未燃ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する。加えて、酸化触媒５３ａには、そこに流入する排ガス中のＮＯ_２濃度を増大させる働きもある。

ＤＰＲ５３ｂは、排ガス中のパティキュレート（煤）を捕集するフィルタであり、その表面に貴金属が担持されている。ＤＰＲ５３ｂに捕集されたパティキュレートは、ＤＰＦ５３ｂの温度が高くなると貴金属の触媒作用によって燃焼処理される。

過給機４４は、周知の可変容量型過給機であり、そのタービン４４ｂには図示しない複数のノズルベーン（可変ノズル）が設けられている。このノズルベーンは、ＥＣＵ８０の指示に応じて開度が変更され、その結果、過給圧が変更（制御）されるようになっている。

ＥＧＲシステム６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２、及び、ＥＧＲクーラ６３を含んでいる。

排気還流管６１は、タービン４４ｂの上流位置の排気通路（エキゾーストマニホールド５１）と、スロットル弁４６の下流位置の吸気通路（インテークマニホールド４１）と、を連通している。排気還流管６１はＥＧＲガス通路を構成している。

ＥＧＲ制御弁６２は排気還流管６１に配設されている。ＥＧＲ制御弁６２は、ＥＣＵ８０からの指示に応じてＥＧＲガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量（ＥＧＲガス量）を変更し得るようになっている。

ＥＧＲクーラ６３は排気還流管６１に介装され、排気還流管６１を通過するＥＧＲガスの温度を低下するようになっている。

ＥＣＵ８０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース等を含む。ＥＣＵ８０は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、ＥＣＵ８０は、各種アクチュエータ（燃料噴射弁２３及び尿素水噴射弁５９等）に指示（駆動）信号を送出するようになっている。

ＥＣＵ８０は、エアフローメータ７１、スロットル弁開度センサ７２、ＥＧＲ制御弁開度センサ７３、クランク角度センサ７４、水温センサ７５、ＮＯｘ濃度センサ７６、ＮＯｘ濃度センサ７７、アクセル操作量センサ７８、車速センサ７９、温度センサ８１、及び、温度センサ８２と接続されている。

エアフローメータ７１は、吸気管４２に配設されている。このエアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（吸入空気量）を測定し、その吸入空気量Ｇａを表す信号を出力する。

スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁４６の開度（スロットル弁開度）を検出し、そのスロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力する。

ＥＧＲ制御弁開度センサ７３は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を検出し、その開度を表す信号を出力する。

クランク角度センサ７４は、機関本体部２０に配設されている。このクランク角度センサ７４は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角度）に応じた信号を出力する。

ＥＣＵ８０は、クランク角度センサ７４及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）を取得する。更に、ＥＣＵ８０は、クランク角度センサ７４からの信号に基づいて、機関回転速度ＮＥを取得する。

水温センサ７５は、機関１０の冷却水の温度（冷却水温度）を検出し、その冷却水温度ＴＨＷを表す信号を出力する。

ＮＯｘ濃度センサ７６は、ＤＰＲ５３ｂの下流位置であって且つＳＣＲ触媒５３ｃの上流位置の排気管５２に配設されている。このセンサ（以下、「上流側ＮＯｘ濃度センサ」とも称呼する。）７８は、後述するように、そこに到達する排ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、そのＮＯｘ濃度を表す信号（電流）を出力する。

ＮＯｘ濃度センサ７７は、ＳＣＲ触媒５３ｃの下流位置であって且つＮＨ_３酸化触媒５３ｄの上流位置の排気管５２に配設されている。このセンサ（以下、「下流側ＮＯｘ濃度センサ」とも称呼する。）７７は、後述するように、そこに到達する排ガス中の「ＮＯｘ及びＮＨ_３濃度」を測定し、その「ＮＯｘ及びＮＨ_３濃度」を表す信号（電流）を出力する。

アクセル操作量センサ７８は、図示しないアクセルペダルの操作量を検出し、その操作量Ａccpを表す信号を出力する。
車速センサ７９は、機関１０が搭載されている車両の走行速度を検出し、その走行速度（車速）ＳＰＤを表す信号を出力する。

温度センサ８１は、ＳＣＲ触媒５３ｃに配設されている。この温度センサ８１は、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度を検出し、その温度ＴＳＣＲを表す信号を出力する。

温度センサ８２は、ＳＣＲ触媒５３ｃの下流位置であって且つＮＨ_３酸化触媒５３ｄの上流位置の排気管５２に配設されている。この温度センサ８２は、ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する排ガスの温度（排ガス温度）を検出し、その排ガス温度ＴＥＸを表す信号を出力する。

＜尿素水噴射制御＞
更に、本例においては、機関１０の運転中、ＥＣＵ８０は、ＳＣＲ触媒５３ｃに「所定範囲の量」のＮＨ_３を吸着させた状態が維持されるように、ＳＣＲ触媒５３ｃに吸着されているＮＨ_３の量（以下、「ＮＨ_３吸着量」と称呼する。）ＱＮＨ３に基づいて尿素水噴射弁５９から噴射する尿素水の量を制御する。

より具体的に述べると、ＥＣＵ８０は、「ＳＣＲ触媒５３ｃに流入する排ガス中のＮＯｘ濃度（以下、「流入ＮＯｘ濃度」と称呼する。）ＣＮＯＸin」と「吸入空気量Ｇａ」とに基づいて「ＳＣＲ触媒５３ｃに流入するＮＯｘの量（以下、「流入ＮＯｘ量」と称呼する。）ＱＮＯＸを推定する。流入ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸinは、上流側ＮＯｘ濃度センサ７６により測定される。吸入空気量Ｇａは、エアフローメータ７１により測定される。

更に、ＥＣＵ８０は、「流入ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸin」と「ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する排ガス中のＮＯｘ濃度（以下、「流出ＮＯｘ濃度」と称呼する。）ＣＮＯＸout」と、に基づいて、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸを推定する。流出ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸoutは、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７により測定される。

ＥＣＵ８０は、これら推定した「流入ＮＯｘ量ＱＮＯＸ」及び「ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸ」に基づいて「ＳＣＲ触媒５３ｃにてＮＯｘの還元に消費されるＮＨ_３の量（以下、「ＮＨ_３消費量」と称呼する。）ｄＱＮＨ３ｄ」を推定する。ＥＣＵ８０は、「この推定したＮＨ_３消費量ｄＱＮＨ３ｄ」を「現在のＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３」から減ずることにより得られる値を新たに現在のＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３とする。

一方、現在のＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３が前記所定範囲の量よりも少ない場合、ＥＣＵ８０は、「現在のＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３と前記所定範囲の量との差ΔＱＮＨ３」に基づいてＮＨ_３吸着量を前記所定範囲の量とすることができる量の尿素水を尿素水噴射弁５９から噴射させる。

このとき、ＥＣＵ８０は、尿素水噴射弁５９から噴射された尿素水の量に基づいて「ＳＣＲ触媒５３ｃに新たに吸着するＮＨ_３の量（以下、「新規ＮＨ_３吸着量」と称呼する。）ｄＱＮＨ３ｉを推定する。そして、ＥＣＵ８０は、「この推定した新規ＮＨ_３吸着量ｄＱＮＨ３ｉ」を「現在のＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３」に加えることにより得られる値を新たに現在のＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３とする。

尚、前記ＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３が多いほど、ＳＣＲ触媒５３ｃによるＮＯｘ還元率ＲＮＯｘは高くなる傾向にあるが、ＮＨ_３吸着量ＱＮＨ３が過剰に多いとＳＣＲ触媒５３ｃからＮＨ_３が流出する「いわゆるアンモニアスリップ」が生じてしまう。そこで、前記所定範囲の上限値ＱＮＨ３upperは、アンモニアスリップが生じない程度の値に設定される。一方、前記所定範囲の下限値ＱＮＨ３lowerは、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが最小限要求される浄化率となる値に設定される。

＜下流側ＮＯｘ濃度センサの内部構造＞
次に、図２を参照しながら、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の内部構造について説明する。尚、上流側ＮＯｘ濃度センサ７６の内部構造も、以下で説明する下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の内部構造と同じである。

下流側ＮＯｘ濃度センサ７７は、その内部にセンサ素子７７ａを有する。このセンサ素子７７ａは、図２に示したように、２つの固体電解質層９０ａ及び９０ｂ、６つのアルミナ層９１ａ乃至９１ｆ、１つのヒータ層９２、１つの拡散抵抗層９３、５つの電極９４ａ乃至９４ｅ、並びに、保護層（拡散層）９９を含む。

固体電解質層９０ａ及び９０ｂは、ジルコニア等からなる酸素イオン伝導性を有する薄板体である。アルミナ層９１ａ乃至９１ｆは、アルミナからなる緻密層（ガス不透過性の板体）である。これら層は、図２において下方から上方に向かって、アルミナ層９１ｆ、アルミナ層９１ｅ、アルミナ層９１ｄ、固体電解質層９０ｂ、アルミナ層９１ｃ、固体電解質層９０ａ、アルミナ層９１ｂ、及び、アルミナ層９１ａの順で積層されている。

拡散抵抗層９３は、多孔質の層であり、排ガスを通すことができる。この拡散抵抗層９３は、固体電解質層９０ａと固体電解質層９０ｂとの間に配設されている。

「固体電解質層９０ａ及び９０ｂ」と「拡散抵抗層９３」と「アルミナ層９１ｃ」との間には、これら層の壁面により空間９８ａが画成されている。この空間９８ａには、センサ素子７７ａの外部から拡散抵抗層９３を通って排ガスが流入する（以下、この空間を「排ガス室」と称呼する。）。

更に、「固体電解質層９０ａ」と「アルミナ層９１ａ及び９１ｂ」との間には、これら層の壁面により空間９８ｂが画成されている。この空間９８ｂは、大気に通流している（以下、この空間を「大気室」と称呼する。）。

加えて、「固体電解質層９０ｂ」と「アルミナ層９１ｄ及び９１ｅ」との間には、これら層の壁面により空間９８ｃが画成されている。この空間９８ｃは、基準ガスとしての大気に通流している（以下、この空間を「大気室」又は「基準ガス室」と称呼する。）。

ヒータ層９２は、アルミナ層９１ｅとアルミナ層９１ｆとの間に配設されている。ヒータ層９２は、ＥＣＵ８０からの駆動（指示）信号に応答して発熱し、センサ素子７７ａの温度を上昇させる。

保護層９９は、多孔質の層であり、排ガスが通ることができる。この保護層９９は、アルミナ層９１ａの外面、「固体電解質層９０ａ及び９０ｂ、アルミナ層９１ａ乃至９１ｆ、拡散抵抗層９３」の端面、並びに、アルミナ層９１ｆの外面上に配設されている。

保護層９９は、排ガス中に混入した凝縮水が「固体電解質層９０ａ及び９０ｂ、アルミナ層９１ａ乃至９１ｆ、アルミナ層９１ｄ乃至９１ｆ、並びに、拡散抵抗層９３」に付着することにより、これら層にクラックが生じることを防止する。

更に、保護層９９は、排ガス中に含まれている「センサ素子７７ａを劣化させる成分」を捕捉することにより、センサ素子７７ａの劣化を防止する。

電極９４ｂは、排ガス室９８ａ内に配置されるように固体電解質層９０ａの一方の壁面に配設されている。電極９４ａは、固体電解質層９０ａを挟んで電極９４ｂに対向するように、固体電解質層９０ａの他方の壁面に配設されている。この電極９４ａは、大気室９８ｂ内に配設されている。

電極９４ａは、配線９５ｄを介して電圧源９５ｂの正極に接続されている。配線９５ｄには、電極９４ａから電圧源９５ｂに向かう方向に順に、電気抵抗９５ｃ及び電流測定器９５ａが介装されている。電流測定器９５ａはＥＣＵ８０と接続されていて、電流測定器９５ａが測定する電流（後述する「ポンプ電流」）はＥＣＵ８０に送出される。一方、電極９４ｂは、配線９５ｅを介して電圧源９５ｂの負極に接続されている。

これら「電極９４ａ及び９４ｂ、固体電解質層９０ａ、電流測定器９５ａ、電圧源９５ｂ、電気抵抗９５ｃ、並びに、配線９５ｄ及び９５ｅ」は、ポンプ部９５を構成している。

電極９４ｃは、排ガスの流れの方向に沿って前記電極９４ｂの下流側において排ガス室９８ａ内に配置されるように固体電解質層９０ｂの一方の壁面に配設されている。電極９４ｄは、固体電解質層９０ｂを挟んで電極９４ｃに対向するように、固体電解質層９０ｂの他方の壁面に配設されている。この電極９４ｄは、大気室９８ｃ内に配置されている。

電極９４ｃは、配線９６ｂを介して電圧測定器９６ａに接続されている。一方、電極９４ｄは、配線９６ｃを介して電圧測定器９６ａに接続されている。電圧測定器９６ａはＥＣＵ８０と接続されていて、電圧測定器９６ａが測定する電圧はＥＣＵ８０に送出される。これら「電極９４ｃ及び９４ｄ、電圧測定器９６ａ、並びに、配線９６ｂ及び９６ｃ」は、酸素濃度検出回路９６を構成している。

電極９４ｅは、排ガスの流れの方向に沿って前記電極９４ｃの下流側において排ガス室９８ａ内に配置されるように固体電解質層９０ｂの一方の壁面に配設されている。この電極９４ｅは、固体電解質層９０ｂを挟んで電極９４ｄに対向するように固体電解質層９０ｂの壁面に配設されている。

電極９４ｄは、配線９７ｃを介して電圧源９７ｂの正極に接続されている。一方、電極９４ｅは、配線９７ｄを介して電圧源９７ｂの負極に接続されている。配線９７ｄには、電流測定器９７ａが介装されている。電流測定器９７ａはＥＣＵ８０と接続されていて、電流測定器９７ａが測定する電流（後述する「センサ電流」）はＥＣＵ８０に送出される。これら「電極９４ｄ及び９４ｅ、電流測定器９７ａ、電圧源９７ｂ、並びに、配線９７ｃ及び９７ｄ」は、センサ部９７を構成している。

＜ＮＯｘ濃度測定＞
次に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７による排ガス中のＮＯｘ濃度の測定について図３を参照しながら説明する。尚、上流側ＮＯｘ濃度センサ７６による排ガス中のＮＯｘ濃度の測定原理も、以下で説明する「下流側ＮＯｘ濃度センサ７７による排ガス中のＮＯｘ濃度の測定」と同じである。

下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達した排ガスは、「保護層９９及び拡散抵抗層９３」を順に通って排ガス室９８ａに流入する。ポンプ部９５を構成する「電極９４ａと電極９４ｂと」の間には、電圧源９５ｂにより電圧が印加されている。これにより、図３に示したように、排ガス中の酸素（Ｏ_２）は、電極９４ｂにおいて電子（ｅ⁻）を受け取り、酸素イオン（Ｏ^２−）となる。このＯ^２−は、固体電解質層９０ａを通って電極９４ａに到達する。電極９４ａに到達したＯ^２−は、同電極９４ａにおいて電子を放出し、酸素（Ｏ_２）となってセンサ素子７７ａの大気室９８ｂに放出される。

このように、固体電解質層９０ａ内をＯ^２−が通過することにより、ポンプ部９５に電流が流れる。

更に、排ガス中に二酸化窒素（ＮＯ_２）が含まれている場合、このＮＯ_２は、電極９４ｂにおいて還元されてＮＯとなる。このＮＯ_２の還元に起因してＯ_２が生成される。このＯ_２も電極９４ｂにおいてＯ^２−となり、このＯ^２−も固体電解質層９０ａを通って電極９４ａに到達する。この電極９４ａに到達したＯ^２−も、同電極９４ａにおいて電子（ｅ⁻）を放出し、Ｏ_２となってセンサ素子７７ａの大気室９８ｂに放出される。

このように、ＮＯ_２の還元に起因して生成されるＯ^２−が固体電解質層９０ａ内を通過することによっても、ポンプ部９５に電流が流れる。

電流測定器９５ａは、上述したようにポンプ部９５を流れる電流ＩＰを検出する。この電流（以下、「ポンプ電流」とも称呼する。）ＩＰは、固体電解質層９０ａ内を通過するＯ^２−の量が多いほど大きい。つまり、このポンプ電流ＩＰは、排ガス室９８ａに流入する排ガス中の酸素濃度が高いほど大きく、同排ガス中のＮＯ_２濃度が高いほど大きい。

尚、電極９４ａと電極９４ｂとの間には、これら電極間に流れる電流が酸素の限界電流（酸素に対する限界電流）となる値の電圧が印加されている。このため、センサ素子７７ａの外部から「保護層９９及び拡散抵抗層９３」を通って排ガス室９８ａに流入した排ガス中の酸素濃度は、ポンプ部９５により極めて小さい一定の濃度（本例において、略「０」と見做せる数ｐｐｍの濃度）にまで低下される。

酸素濃度検出回路９６を構成する「電極９４ｃと電極９４ｄと」の間には、「ポンプ部９５により酸素濃度が低下された排ガス中の酸素濃度」と「大気室９８ｃ内の酸素濃度」との差に起因して電圧（起電力）が発生する。電圧測定器９６ａはこの電圧を測定する。ＥＣＵ８０は、この測定された電圧に基づいて「ポンプ部９５により酸素濃度が低下された排ガス中の酸素濃度」を推定する。この酸素濃度は、後述するようにＮＯｘ濃度を算出（推定）する際の「センサ電流の補正」に用いられる。

センサ部９７を構成する「電極９４ｄと電極９４ｅと」の間には、センサ部９７の電圧源９７ｂにより一定の電圧が印加されている。これにより、電極９４ｅに到達した排ガス中にＮＯが含まれている場合、このＮＯは、電極９４ｅにおいて還元されて窒素（Ｎ_２）となる。

このＮＯの還元に起因してＯ_２が生成される。このＯ_２は、電極９４ｅにおいてＯ^２−となり、このＯ^２−は固体電解質層９０ｂを通って電極９４ｄに到達する。この電極９４ｄに到達したＯ^２−は、同電極９４ｄにおいて電子（ｅ⁻）を放出してＯ_２となってセンサ素子７７ａの大気室９８ｃに放出される。

このように、ＮＯの還元に起因して生成されるＯ^２−が固体電解質層９０ｂ内を通過することにより、センサ部９７に電流ＩＳが流れる。電流測定器９７ａは、この電流ＩＳを検出する。この電流（以下、「センサ電流」とも称呼する。）ＩＳは、固体電解質層９０ｂ内を通過するＯ^２−の量が多いほど大きい。つまり、このセンサ電流ＩＳは、電極９４ｅに到達した排ガス中のＮＯ濃度（ＮＯｘ濃度）が高いほど大きい。

＜酸素濃度推定＞
ところで、センサ部９７の電極９４ｅ（以下、「センサ電極９４ｅ」と称呼する。）に到達した排ガス中にＯ_２が含まれている場合、センサ電極９４ｅにおいて、排ガス中のＯ_２もＯ^２−に変換され、このＯ^２−も固体電解質層９０ｂを通って電極９４ｄに到達する。この場合、センサ電流ＩＳには、「ＮＯの還元に起因して生成されたＯ_２に起因する電流」と、「電極９４ｅに到達した排ガスに元々含まれていたＯ_２に起因する電流」と、が含まれている。

一方、センサ電極９４ｅに到達した排ガスに元々含まれていたＯ_２の量は、前記酸素濃度検出回路９６により検出される酸素濃度に基づいて推定することができる。そこで、本例においては、ＥＣＵ８０は、「センサ電極９４ｅに到達した排ガスに元々含まれていたＯ_２に起因して発生したセンサ電流」をセンサ電流ＩＳから減じ（補正し）、これにより得られるセンサ電流ＩＳに基づいて「ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する排ガス中のＮＯｘ濃度」を推定（測定）する。

但し、前述したように、「保護層９９及び拡散抵抗層９３」を通って排ガス室９８ａに流入した排ガス中の酸素濃度は、ポンプ部９５により極めて小さい一定の濃度にまで低下されている。従って、酸素濃度検出回路９６により検出される酸素濃度に基づくセンサ電流ＩＳの補正量は微小な一定値に設定することができ、場合によってはそのような補正は行わなくてもよい。

上流側ＮＯｘ濃度センサ７６も、同様にして、ＳＣＲ触媒５３ｃに流入する排ガス中のＮＯｘ濃度を推定（測定）する。

＜ＮＨ_３流入量＞
ところで、ＳＣＲ触媒５３ｃに過剰な尿素水が供給されると、排ガス室９８ａにＮＨ_３が流入することがある。その排ガス室９８ａに流入した排ガス中のＮＨ_３は、図４に示したように、ポンプ部９５の電極９４ｂ（以下、「ポンプ電極９４ｂ」とも称呼する。）において排ガス中に多量に含まれているＯ_２の一部と反応して一酸化窒素（ＮＯ）とＨ_２Ｏとに変換される。

更に、ＮＨ_３から生成されたＮＯは、その後、センサ電極９４ｅに到達し、上述したように、このセンサ電極９４ｅにおいてＮ_２に還元される。そして、このＮＯの還元に起因してＯ_２が生成される。このＯ_２は、センサ電極９４ｅにおいてＯ^２−となり、このＯ^２−は固体電解質層９０ｂを通って電極９４ｄに到達する。この電極９４ｄに到達したＯ^２−は、同電極９４ｄにおいて電子を放出してＯ_２となってセンサ素子７７ａの大気室９８ｃに放出される。

このように、ＮＨ_３から生成されたＮＯの還元により放出されたＯ^２−が固体電解質層９０ｂ内を通過することにより、センサ部９７に電流（センサ電流）ＩＳが流れる。このセンサ電流ＩＳは、固体電解質層９０ｂ内を通過するＯ^２−の量が多いほど大きい。つまり、このセンサ電流ＩＳは、センサ電極９４ｅに到達する排ガス中のＮＯ量が多いほど、言い換えると、排ガス室９８ａに流入する排ガス中のＮＨ_３量が多いほど大きい。

＜本診断装置の作動の概要＞
次に、本診断装置の作動の概要について説明する。本診断装置は、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合に下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳを推定する。

より具体的に述べると、本診断装置は、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろう「ＮＯｘ及びＮＨ_３」の排ガス中の濃度を推定する。前記所定浄化率は、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障していると診断するべきときの「ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸ」であり、本例においては、予め設定されている。

本診断装置は、上記推定に続いて、ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する「ＮＯｘ及びＮＨ_３」の濃度が上記推定した「ＮＯｘ及びＮＨ_３」の濃度である場合に下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ（以下、「推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ」と称呼する。）を、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の実際のセンサ電流値ＩＳ以外のパラメータに基づいて推定する。

そして、本診断装置は、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の実際のセンサ電流値ＩＳが上記推定したセンサ電流値ＩＳ以上となった場合、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障したものと診断する。

＜センサ電流値推定＞
次に、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合に下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳの推定（推定センサ電流値ＩＳ_Ｓの取得）について説明する。

本診断装置は、ＳＣＲ触媒５３ｃの現在のＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろう「ＮＯ、ＮＯ_２及びＮＨ_３」の濃度を、「ＳＣＲ触媒５３ｃに流入する排ガス中のＮＯｘ濃度（上記流入ＮＯｘ濃度ＲＮＯＸin）」及び「尿素水添加装置５４から排ガス中に添加される尿素の量（即ち、ＳＣＲ触媒５３ｃに供給されるＮＨ_３の量）」に基づいて推定する。

更に、本診断装置は、これら推定した「ＮＯ、ＮＯ_２及びＮＨ_３」の濃度を以下のように変換することによって推定センサ電流値ＩＳ_Ｓを取得する。

先に述べたように、センサ電流値ＩＳには、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中のＮＯの濃度に対応して発生する電流値が含まれている。

更に、先に述べたように、排ガス中のＮＯ_２は、ポンプ電極９４ｂにおいて下記の（６）式の反応を経てＮＯを生成し、このＮＯがセンサ電極９４ｅにおいて下記の（７）式の反応により酸素を放出する。従って、センサ電流値ＩＳには、ポンプ電極９４ｂにおいて排ガス中のＮＯ_２から生成されたＮＯの濃度に対応して発生する電流値も含まれている。
２ＮＯ_２→２ＮＯ＋Ｏ_２ …（６）
２ＮＯ→Ｎ_２＋Ｏ_２ …（７）

加えて、先に述べたように、排ガス中のＮＨ_３は、ポンプ電極９４ｂにおいて下記の（８）式の反応を経てＮＯを生成し、このＮＯがセンサ電極９４ｅにおいて下記の（９）式の反応により酸素を放出する。従って、センサ電流値ＩＳには、ポンプ電極９４ｂにおいて排ガス中のＮＨ_３から生成されたＮＯの濃度に対応して発生する電流値も含まれている。
４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ …（８）
２ＮＯ→Ｎ_２＋Ｏ_２ …（９）

従って、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中の「ＮＯ_２及びＮＨ_３」の濃度が一定であっても、ポンプ電極９４ｂに到達する排ガス中の「ＮＯ_２及びＮＨ_３」の濃度が変われば、センサ電流値ＩＳも変わる。

＜ＮＯ_２感度補正＞
これに関連し、本願の発明者は、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達した排ガスが保護層９９を通過するときに排ガス中のＮＯ_２の一部が下記の（１０）式の反応を経てＮＯに変換されるとの知見を得た。従って、センサ電流値ＩＳは、保護層９９においてＮＯ_２から変換されたＮＯの分だけ大きくなる。
２ＮＯ_２→２ＮＯ＋Ｏ_２ …（１０）

更に、ＮＯ_２から変換されるＮＯの量は、
（１）下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中の酸素濃度ＣＯＸ、
（２）下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの流量ＳＶ、
（３）ＮＯ_２が保護層９９を通過するときの経路に沿った方向における保護層９９の厚みＡＴ、
（４）保護層９９の温度ＴＨ、及び、
（５）下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの温度ＴＥＸ、
に応じて変わる。

更に、ＮＯ_２から変換されたＮＯのうち、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量は、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に流入する排ガス中のＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の量に応じて変わる。

即ち、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中の酸素濃度ＣＯＸ（以下、単に「排ガス中の酸素濃度ＣＯＸ」と称呼する。）が高いと、上記の（１０）式の反応が進み難い（反応速度が小さくなる）。従って、ＮＯ_２から変換されるＮＯの量は、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが大きいほど少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。このように、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸは、ＮＯ_２からそれとは別の成分（本例においては、ＮＯ）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

更に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの流量（以下、「排ガス流量」と称呼する。）ＳＶが多いと、ＮＯ_２が保護層９９を通過するのに要する時間（ＮＯ_２が保護層９９内に滞在する時間）が短くなる。従って、上記の（１０）式の反応によって生成されるＮＯの量が少なくなる。このため、ＮＯ_２から変換されるＮＯの量は、排ガス流量ＳＶが多いほど少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。このように、排ガス流量ＳＶは、保護層９９におけるＮＯ_２の滞在時間を変化させるパラメータである。

更に、ＮＯ_２が保護層９９を通過するときの経路に沿った方向における保護層９９の厚み（以下、「保護層厚さ」と称呼する。）ＡＴが大きいと、ＮＯ_２が保護層９９を通過するのに要する時間が長くなる。従って、上記の（１０）式の反応によって生成されるＮＯの量が多くなる。従って、ＮＯ_２から変換されるＮＯの量は、保護層厚さＡＴが大きいほど多くなり、その結果、センサ電流値ＩＳが大きくなる。このように、保護層厚さＡＴは、保護層９９におけるＮＯ_２の滞在時間を変化させるパラメータである。

更に、保護層９９の温度（以下、「保護層温度」と称呼する。）ＴＨが高いと、上記の（１０）式の反応が進み易い（反応速度が大きくなる）。従って、ＮＯ_２から変換されるＮＯの量は、保護層温度ＴＨが高いほど多くなり、その結果、センサ電流値ＩＳが大きくなる。このように、保護層温度ＴＨは、ＮＯ_２からそれとは別の成分（本例においては、ＮＯ）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

更に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの温度（以下、単に「排ガス温度」と称呼する。）ＴＥＸが高いと、上記の（１０）式の反応が進み易い（反応速度が大きくなる）。従って、ＮＯ_２から変換されるＮＯの量は、排ガス温度ＴＥＸが高いほど多くなり、その結果、センサ電流値ＩＳが大きくなる。このように、排ガス温度ＴＥＸは、ＮＯ_２からそれとは別の成分（本例においては、ＮＯ）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

加えて、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が大気導入孔を有していない場合、ＨＣ及びＣＯを含んだ排ガスが下流側ＮＯｘ濃度センサ７７内に流入する。これらＨＣ及びＣＯは、ＮＯ_２から生成されたＮＯを還元する。言い方を換えれば、ＮＯ_２から生成されたＮＯは、ＨＣ及びＣＯの酸化に消費されてしまう。

更に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７内に流入する「ＨＣ及びＣＯ」の量は、排ガス流量ＳＶが大きいほど多くなる。従って、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が大気導入孔を有していない場合、排ガス流量ＳＶが大きいほど、ＮＯ_２から生成されたＮＯのうち、ＨＣ及びＣＯの酸化に消費されるＮＯが多くなる。このため、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。

そこで、本例においては、
（１）排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが基準酸素濃度であり、且つ、
（２）排ガス流量ＳＶが基準流量であり、且つ、
（３）保護層厚さＡＴが基準厚さであり、且つ、
（４）保護層温度ＴＨが基準保護層温度であり、且つ、
（５）排ガス温度ＴＥＸが基準排ガス温度である場合において、
ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する排ガス中のＮＯ_２濃度ＣＮＯ２をそれに対応するセンサ電流値ＩＳに変換する変換係数（以下、「ＮＯ_２変換係数」と称呼する。）ＫＮＯ２を実験等により求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

そして、本診断装置は、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろうＮＯ_２の濃度として推定した値（以下、「推定ＮＯ_２濃度」と称呼する。）ＣＮＯ２_Ｓに「上記ＮＯ_２変換係数ＫＮＯ２」を乗じることにより、基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを取得（推定）する（ＩＳ_Ｎｂ＝ＣＮＯ２_Ｓ・ＫＮＯ２）。

更に、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸの変化に起因する「ＮＯ_２から生成されるＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを補正する補正係数（以下、「酸素補正係数」と称呼する。）ＫＯＸ_Ｎを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎは、図５の（Ａ）に示したように、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが所定酸素濃度ＣＯＸst以上である範囲（排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであって理論空燃比を含む範囲）において、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが大きくなるほど小さくなる。このときの酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。

一方、酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎは、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが前記所定酸素濃度ＣＯＸstよりも小さい範囲（排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである範囲）において、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸに係わらず一定の値である。このときの酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎは、「１」よりも大きい値であって且つ酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎの中で最も大きい値である。

このように排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合において酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎが一定の値である理由は、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合、排ガス中の酸素濃度は極めて小さく（略「０」）、上記の（１０）式の反応が進行しないことにある。

尚、酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎの値は、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが基準酸素濃度である場合、「１」である。

更に、排ガス流量ＳＶの変化に起因する「ＮＯ_２から生成されるＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを補正する補正係数（以下、「排ガス流量補正係数」と称呼する。）ＫＳＶ_Ｎを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ｎは、図５の（Ｂ）に示したように、排ガス流量ＳＶが大きくなるほど小さくなる。この排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ｎは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ｎの値は、排ガス流量ＳＶが基準流量である場合、「１」である。

更に、保護層厚さＡＴの違いに起因する「ＮＯ_２から生成されるＮＯの量の違い」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを補正する補正係数（以下、「厚み補正係数」と称呼する。）ＫＡＴ_Ｎを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎは、図５の（Ｃ）に示したように、保護層厚さＡＴが大きくなるほど大きくなる。この厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎの値は、保護層厚さＡＴが基準厚さである場合、「１」である。

更に、保護層温度ＴＨの変化に起因する「ＮＯ_２から生成されるＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを補正する補正係数（以下、「温度補正係数」と称呼する。）ＫＴＨ_Ｎを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この温度補正係数ＫＴＨ_Ｎは、図５の（Ｄ）に示したように、保護層温度ＴＨが高くなるほど大きくなる。この温度補正係数ＫＴＨ_Ｎは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、温度補正係数ＫＴＨ_Ｎの値は、保護層温度ＴＨが基準保護層温度である場合、「１」である。

更に、排ガス温度ＴＥＸの変化に起因する「ＮＯ_２から生成されるＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを補正する補正係数（以下、「排ガス温度補正係数」と称呼する。）ＫＴＥＸ_Ｎを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎは、図５の（Ｅ）に示したように、排ガス温度ＴＥＸが高くなるほど大きくなる。この排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎの値は、排ガス温度ＴＥＸが基準排ガス温度である場合、「１」である。

更に、排ガス流量ＳＶの変化（下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に流入するＨＣ及びＣＯの量の変化）に起因する「センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂを補正する補正係数（以下、「消費補正係数」と称呼する。）ＫＴＫ_Ｎを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この消費補正係数ＫＴＫ_Ｎは、図５の（Ｆ）に示したように、排ガス流量ＳＶが大きくなるほど小さくなる。この消費補正係数ＫＴＫ_Ｎは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、消費補正係数ＫＴＫ_Ｎの値は、排ガス流量ＳＶが基準流量である場合、「１」である。

そして、本診断装置は、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸに基づいて酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎを取得し、排ガス流量ＳＶに基づいて排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ｎを取得し、保護層厚さＡＴに基づいて厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎを取得し、保護層温度ＴＨに基づいて温度補正係数ＫＴＨ_Ｎを取得し、排ガス温度ＴＥＸに基づいて排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎを取得し、排ガス流量ＳＶに基づいて消費補正係数ＫＴＫ_Ｎを取得する。

そして、本診断装置は、これら取得した「補正係数ＫＯＸ_Ｎ、ＫＳＶ_Ｎ、ＫＡＴ_Ｎ、ＫＴＨ_Ｎ、ＫＴＥＸ_Ｎ及びＫＴＫ_Ｎ」を上記基準センサ電流値ＩＳ_Ｎｂに乗ずる。これにより、本診断装置は、「ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下しているとした場合に排ガス中のＮＯ_２濃度に対応して下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ（以下、「推定センサ電流値ＩＳ_Ｎ」と称呼する。）」を推定する（ＩＳ_Ｎ＝ＩＳ_Ｎｂ・ＫＯＸ_Ｎ・ＫＳＶ_Ｎ・ＫＡＴ_Ｎ・ＫＴＨ_Ｎ・ＫＴＥＸ_Ｎ・ＫＴＫ_Ｎ）。

＜ＮＨ_３感度補正＞
更に、本願の発明者は、排ガスが保護層９９を通過するときに排ガス中のＮＨ_３の一部が下記の（１１）式の反応を経てＮ_２に変換されるとの知見を得た。従って、センサ電流値ＩＳは、保護層９９においてＮ_２に変換されたＮＨ_３の分だけ小さくなる。
４ＮＨ_３＋３Ｏ_２→２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ …（１１）

更に、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、
（１）排ガス中の酸素濃度ＣＯＸ、
（２）下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中の水分濃度ＣＳＢ、
（３）排ガス流量ＳＶ、
（４）保護層厚さＡＴ、
（５）保護層温度ＴＨ、及び、
（６）排ガス温度ＴＥＸ、
に応じて変わる。

更に、ＮＨ_３から変換されたＮＯのうち、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量は、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に流入する排ガス中のＨＣ及びＣＯの量に応じて変わる。

即ち、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが高いと、上記の（１１）式の反応が進み易い（反応速度が大きくなる）。従って、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが高くなるほど多くなり、その結果、ポンプ電極９４ｂに到達するＮＨ_３の量が少なくなる。このため、ポンプ電極９４ｂにおいてＮＨ_３から生成されるＮＯの量が少なくなる。従って、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。このように、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸは、ＮＨ_３からそれとは別の成分（本例においては、Ｎ_２）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

更に、排ガス中の水分濃度ＣＳＢが高いと、上記の（１１）式の反応が進み難い（反応速度が小さくなる）。従って、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、排ガス中の水分濃度ＣＳＢが高くなるほど少なくなり、その結果、ポンプ電極９４ｂに到達するＮＨ_３の量が多くなる。このため、ポンプ電極９４ｂにおいてＮＨ３から生成されるＮＯの量が多くなる。従って、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が多くなり、その結果、センサ電流値ＩＳが大きくなる。このように、排ガス中の水分濃度ＣＳＢは、ＮＨ_３からそれとは別の成分（本例においては、Ｎ_２）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

更に、排ガス流量ＳＶが多いと、ＮＨ_３が保護層９９を通過するのに要する時間（ＮＨ_３が保護層９９内に滞在する時間）が短くなる。従って、上記の（１１）式の反応によってＮ_２に変換されるＮＨ_３の量は、少なくなる。従って、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、排ガス流量ＳＶが多いほど少なくなり、その結果、ポンプ電極９４ｂに到達するＮＨ_３の量が多くなる。このため、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が多くなり、その結果、センサ電流値ＩＳが大きくなる。このように、排ガス流量ＳＶは、保護層９９におけるＮＨ_３の滞在時間を変化させるパラメータである。

更に、保護層厚さＡＴが大きいと、ＮＨ_３が保護層９９を通過するのに要する時間が長くなる。従って、上記の（１１）式の反応によってＮ_２に変換されるＮＨ_３の量は、多くなる。従って、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、保護層厚さＡＴが大きいほど多くなり、その結果、ポンプ電極９４ｂに到達するＮＨ_３の量が少なくなる。このため、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。このように、保護層厚さＡＴは、保護層９９におけるＮＨ_３の滞在時間を変化させるパラメータである。

更に、保護層温度ＴＨが高いと、上記の（１１）式の反応が進み易い（反応速度が大きくなる）。従って、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、保護層温度ＴＨが高いほど多くなり、その結果、ポンプ電極９４ｂに到達するＮＨ_３の量が少なくなる。このため、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。このように、保護層温度ＴＨは、ＮＨ_３からそれとは別の成分（本例においては、Ｎ_２）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

更に、排ガス温度ＴＥＸが高いと、上記の（１１）式の反応が進み易い（反応速度が大きくなる）。従って、Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量は、排ガス温度ＴＥＸが高いほど多くなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。このように、排ガス温度ＴＥＸは、ＮＨ_３からそれとは別の成分（本例においては、Ｎ_２）が生成される反応速度を変化させるパラメータである。

加えて、先に述べたように、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が大気導入孔を有していない場合、ＨＣ及びＣＯを含んだ排ガスが下流側ＮＯｘ濃度センサ７７内に流入する。これらＨＣ及びＣＯは、ＮＨ_３から生成されたＮＯを還元する。言い方を換えれば、ＮＨ_３から生成されたＮＯは、ＨＣ及びＣＯの酸化に消費されてしまう。

更に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７内に流入する「ＨＣ及びＣＯ」の量は、排ガス流量ＳＶが大きいほど多くなる。従って、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が大気導入孔を有していない場合、排ガス流量ＳＶが大きいほど、ＮＨ_３から生成されたＮＯのうち、ＨＣ及びＣＯの酸化に消費されるＮＯが多くなる。このため、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量が少なくなり、その結果、センサ電流値ＩＳが小さくなる。

そこで、本例においては、
（１）排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが基準酸素濃度であり、且つ、
（２）排ガス中の水分濃度ＣＳＢが基準水分濃度であり、且つ、
（３）排ガス流量ＳＶが基準流量であり、且つ、
（４）保護層厚さＡＴが基準厚さであり、且つ、
（５）保護層温度ＴＨが基準保護層温度であり、且つ、
（６）排ガス温度ＴＥＸが基準排ガス温度である場合において、
ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する排ガス中のＮＨ_３濃度ＣＮＨ３をそれに対応するセンサ電流値ＩＳに変換する変換係数（以下、「ＮＨ_３変換係数」と称呼する。）ＫＮＨ３を実験等により求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

そして、本診断装置は、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろうＮＨ_３の濃度として推定した値（以下、「推定ＮＨ_３濃度」と称呼する。）ＣＮＨ３_Ｓに「上記ＮＨ_３変換係数ＫＮＨ３」を乗じることにより、基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを取得（推定）する（ＩＳ_Ａｂ＝ＣＮＨ３_Ｓ・ＫＮＨ３）。

更に、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸの変化に起因する「Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「酸素補正係数」と称呼する。）ＫＯＸ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この酸素補正係数ＫＯＸ_Ａは、図６の（Ａ）に示したように、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが所定酸素濃度ＣＯＸst以上である範囲（排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであって理論空燃比を含む範囲）において、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが大きくなるほど小さくなる。このときの酸素補正係数ＫＯＸ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。

このように排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合において酸素補正係数ＫＯＸ_Ａが一定の値である理由は、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合、排ガス中の酸素濃度は極めて小さく（略「０」）、上記の（１１）式の反応が進行しないことにある。

一方、酸素補正係数ＫＯＸ_Ａは、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが前記所定酸素濃度ＣＯＸstよりも小さい範囲（排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである範囲）において、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸに係わらず一定の値である。このときの酸素補正係数ＫＯＸ_Ａは、「１」よりも大きい値であって且つ酸素補正係数ＫＯＸ_Ａの中で最も大きい値である。

尚、酸素補正係数ＫＯＸ_Ａの値は、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸが基準酸素濃度である場合、「１」である。

更に、排ガス中の水分濃度ＣＳＢの変化に起因する「Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「水分補正係数」と称呼する。）ＫＳＢ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この水分補正係数ＫＳＢ_Ａは、図６の（Ｂ）に示したように、排ガス中の水分濃度ＣＳＢが大きくなるほど大きくなる。この水分補正係数ＫＳＢ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、水分補正係数ＫＳＢ_Ａの値は、排ガス中の水分濃度ＣＳＢが基準水分濃度である場合、「１」である。

更に、排ガス流量ＳＶの変化に起因する「Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「排ガス流量補正係数」と称呼する。）ＫＳＶ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ａは、図６の（Ｃ）に示したように、排ガス流量ＳＶが大きくなるほど大きくなる。この排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ａの値は、排ガス流量ＳＶが基準流量である場合、「１」である。

更に、保護層厚ＡＴの違いに起因する「Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量の違い」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「厚み補正係数」と称呼する。）ＫＡＴ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この厚み補正係数ＫＡＴ_Ａは、図６の（Ｄ）に示したように、保護層厚さＡＴが大きくなるほど小さくなる。この厚み補正係数ＫＡＴ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、厚み補正係数ＫＡＴ_Ａの値は、保護層厚さＡＴが基準厚さである場合、「１」である。

更に、保護層温度ＴＨの変化に起因する「Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「温度補正係数」と称呼する。）ＫＴＨ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この温度補正係数ＫＴＨ_Ａは、図６の（Ｅ）に示したように、保護層温度ＴＨが高くなるほど小さくなる。この温度補正係数ＫＴＨ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、温度補正係数ＫＴＨ_Ａの値は、保護層温度ＴＨが基準保護層温度である場合、「１」である。

更に、排ガス温度ＴＥＸの変化に起因する「Ｎ_２に変換されるＮＨ_３の量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「排ガス温度補正係数」と称呼する。）ＫＴＥＸ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａは、図６の（Ｆ）に示したように、排ガス温度ＴＥＸが高くなるほど小さくなる。この排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａの値は、排ガス温度ＴＥＸが基準排ガス温度である場合、「１」である。

更に、排ガス流量ＳＶの変化（下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に流入するＨＣ及びＣＯの量の変化）に起因する「センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂを補正する補正係数（以下、「消費補正係数」と称呼する。）ＫＴＫ_Ａを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この消費補正係数ＫＴＫ_Ａは、図６の（Ｇ）に示したように、排ガス流量ＳＶが大きくなるほど小さくなる。この消費補正係数ＫＴＫ_Ａは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、消費補正係数ＫＴＫ_Ａの値は、排ガス流量ＳＶが基準流量である場合、「１」である。

本診断装置は、排ガス中の酸素濃度ＣＯＸに基づいて酸素補正係数ＫＯＸ_Ａを取得し、排ガス中の水分濃度ＣＳＢに基づいて水分補正係数ＫＳＢ_Ａを取得し、排ガス流量ＳＶに基づいて排ガス流量補正係数ＫＳＶ_Ａを取得し、保護層厚さＡＴに基づいて厚み補正係数ＫＡＴ_Ａを取得し、保護層温度ＴＨに基づいて温度補正係数ＫＴＨ_Ａを取得し、排ガス温度ＴＥＸに基づいて排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａを取得し、排ガス流量ＳＶに基づいて消費補正係数ＫＴＫ_Ａを取得する。

そして、本診断装置は、これら取得した「補正係数ＫＯＸ_Ａ、ＫＳＢ_Ａ、ＫＳＶ_Ａ、ＫＡＴ_Ａ、ＫＴＨ_Ａ、ＫＴＥＸ_Ａ及びＫＴＫ_Ａ」を上記基準センサ電流値ＩＳ_Ａｂに乗ずる。これにより、本診断装置は、「ＳＣＲ触媒５３ｃの現在のＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下しているとした場合に排ガス中のＮＨ_３濃度に対応して下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ（以下、「推定センサ電流値ＩＳ_Ａ」と称呼する。）」を推定する（ＩＳ_Ａ＝ＩＳ_Ａｂ・ＫＯＸ_Ａ・ＫＳＢ_Ａ・ＫＳＶ_Ａ・ＫＡＴ_Ａ・ＫＴＨ_Ａ・ＫＴＥＸ_Ａ・ＫＴＫ_Ａ）。

更に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達した排ガス中に元々含まれていたＮＯのうち、センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量は、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に流入する排ガス中のＨＣ及びＣＯの量に応じて変わる。

そこで、本例においては、ＳＣＲ触媒５３ｃから流出する排ガス中のＮＯ濃度ＣＮＯをそれに対応するセンサ電流値ＩＳに変換する変換係数（以下、「ＮＯ変換係数」と称呼する。）ＫＮＯを実験等により求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

そして、本診断装置は、先に述べたように、ＳＣＲ触媒５３ｃの現在のＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下しているとした場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろうＮＯの濃度として推定した値（以下、「推定ＮＯ濃度」と称呼する。）ＣＮＯ_Ｓに上記ＮＯ変換係数ＫＮＯを乗じることにより、基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯｂを取得（推定）する（ＩＳ_ＮＯｂ＝ＣＮＯ_Ｓ・ＫＮＯ）。

更に、排ガス流量ＳＶの変化（下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に流入するＨＣ及びＣＯの量の変化）に起因する「センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量の変化」を補償するために上記基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯｂを補正する補正係数（以下、「消費補正係数」と称呼する。）ＫＴＫ_ＮＯを実験等により予め求めてＥＣＵ８０のＲＯＭに格納しておく。

この消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯは、図７に示したように、排ガス流量ＳＶが大きくなるほど小さくなる。この消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯは、「１」よりも小さい正の値から「１」よりも大きい値の範囲の値である。尚、消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯの値は、排ガス流量ＳＶが基準流量である場合、「１」である。

本診断装置は、排ガス流量ＳＶに基づいて消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯを取得する。そして、本診断装置は、この取得した消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯを上記基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯｂに乗ずる。これにより、本診断装置は、「ＳＣＲ触媒５３ｃの現在のＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下しているとした場合に排ガス中のＮＯ濃度に対応して下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ（以下、「推定センサ電流値ＩＳ_ＮＯ」と称呼する。）」を推定する（ＩＳ_ＮＯ＝ＩＳ_ＮＯｂ・ＫＴＫ_ＮＯ）。

最終的には、本診断装置は、「上記推定センサ電流値ＩＳ_ＮＯ」に「上記推定センサ電流値ＩＳ_Ｎ」と「上記推定センサ電流値ＩＳ_Ａ」とを加えた値を、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下しているとした場合に下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ（以下、「推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ」と称呼する。）として取得する（ＩＳ_Ｓ＝ＩＳ_ＮＯ＋ＩＳ_Ｎ＋ＩＳ_Ａ）。

本診断装置は、各時点における実際のセンサ電流値ＩＳが上記推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ以上となった場合、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障しているものと診断する。

以上が本診断装置によるＳＣＲ触媒５３ｃの故障診断の概要である。本診断装置は、「保護層９９においてＮＯ_２から生成されたＮＯの量の変化」、「保護層９９においてＮ_２に変換されたＮＨ_３の量の変化」、及び、「センサ電極９４ｅに到達するＮＯの量の変化」を考慮して、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障した場合において下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ（推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ）を取得する。このため、本診断装置は、正確な推定センサ電流値ＩＳ_Ｓを取得することができる。

（本診断装置の具体的な作動）
次に、本診断装置の具体的な作動について説明する。本診断装置は、図８にフローチャートにより示した補正係数取得ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＥＣＵ８０のＣＰＵは、図８のステップ８００から処理を開始してステップ８０５に進み、取得条件が成立しているか否かを判定する。この取得条件は、
（１）機関１０の温度が所定温度以上であり（機関１０の暖機が完了しており）、且つ、
（２）ＳＣＲ触媒５３ｃが活性化しており（ＳＣＲ触媒５３ｃの暖機が完了しており）、且つ、
（３）下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が活性化している（下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の暖機が完了している）、
ときに成立する。

ＣＰＵがステップ８０５の処理を実行する時点において取得条件が成立していない場合、ＣＰＵはそのステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ＣＰＵがステップ８０５の処理を実行する時点において取得条件が成立している場合、ＣＰＵはそのステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ８１０乃至ステップ８６０の処理を順に実行し、その後、ステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ８１０：ＣＰＵは、図９にフローチャートにより示した酸素濃度取得ルーチンを実行することによって下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中の酸素濃度ＣＯＸを取得する。

ステップ８１５：ＣＰＵは、ステップ８１０にて取得した酸素濃度ＣＯＸをルックアップテーブルMapKOX_N(COX)及びルックアップテーブルMapKOX_A(COX)にそれぞれ適用することにより、酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎ及び酸素補正係数ＫＯＸ_Ａを取得する。テーブルMapKOX_N(COX)によれば、図５の（Ａ）に示した関係に従い、酸素濃度ＣＯＸに対応する酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎが取得される。テーブルMapKOX_A(COX)によれば、図６の（Ａ）に示した関係に従い、酸素濃度ＣＯＸに対応する酸素補正係数ＫＯＸ_Ａが取得される。

ステップ８２０：ＣＰＵは、図１０にフローチャートにより示した水分濃度取得ルーチンを実行することによって下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガス中の水分濃度ＣＳＢを取得する。

ステップ８２５：ＣＰＵは、ステップ８２０にて取得した水分濃度ＣＳＢをルックアップテーブルMapKSB_A(CSB)に適用することにより、水分補正係数ＫＳＢ_Ａを取得する。テーブルMapKSB_A(CSB)によれば、図６の（Ｂ）に示した関係に従い、水分濃度ＣＳＢに対応する水分補正係数ＫＳＢ_Ａが取得される。

ステップ８３０：ＣＰＵは、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの流量（排ガス流量）ＳＶとして吸入空気量Ｇａを取得する。吸入空気量Ｇａは、ＣＰＵが別途実行する処理によりエアフローメータ７１の出力信号に基づいて取得されてＥＣＵ８０のバックアップＲＡＭに格納されている。

ステップ８３５：ＣＰＵは、ステップ８３０にて取得した排ガス流量ＳＶをルックアップテーブルMapKSV_N(SV)及びルックアップテーブルMapKSV_A(SV)にそれぞれ適用することにより、流量補正係数ＫＳＶ_Ｎ及び流量補正係数ＫＳＶ_Ａを取得する。テーブルMapKSV_N(SV)によれば、図５の（Ｂ）に示した関係に従い、排ガス流量ＳＶに対応する流量補正係数ＫＳＶ_Ｎが取得される。テーブルMapKSV_A(SV)によれば、図６の（Ｃ）に示した関係に従い、排ガス流量ＳＶに対応する流量補正係数ＫＳＶ_Ａが取得される。

ステップ８４０：ＣＰＵは、ステップ８３０にて取得した排ガス流量ＳＶをルックアップテーブルMapKTK_N(SV)、ルックアップテーブルMapKTK_A(SV)、及び、ルックアップテーブルMapKTK_NO(SV)にそれぞれ適用することにより、消費補正係数ＫＴＫ_Ｎ、消費補正係数ＫＴＫ_Ａ、及び、消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯを取得する。

上記テーブルMapKTK_N(SV)によれば、図５の（Ｆ）に示した関係に従い、排ガス流量ＳＶに対応する消費補正係数ＫＴＫ_Ｎが取得される。上記テーブルMapKTK_A(SV)によれば、図６の（Ｇ）に示した関係に従い、排ガス流量ＳＶに対応する消費補正係数ＫＴＫ_Ａが取得される。上記テーブルMapKTK_NO(SV)によれば、図７に示した関係に従い、排ガス流量ＳＶに対応する消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯが取得される。

ステップ８４５：ＣＰＵは、保護層厚さＡＴをルックアップテーブルMapKAT_N(AT)及びルックアップテーブルMapKAT_A(AT)にそれぞれ適用することにより、厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎ及び厚み補正係数ＫＡＴ_Ａを取得する。保護層厚さＡＴは、ＥＣＵ８０のＲＯＭに予め格納されている。

上記テーブルMapKAT_N(AT)によれば、図５の（Ｃ）に示した関係に従い、保護層厚さＡＴに対応する厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎが取得される。上記テーブルMapKAT_A(AT)によれば、図６の（Ｄ）に示した関係に従い、保護層厚さＡＴに対応する厚み補正係数ＫＡＴ_Ａが取得される。

ステップ８５０：ＣＰＵは、図１１にフローチャートにより示した保護層温度取得ルーチンを実行することによって保護層温度ＴＨを取得する。

ステップ８５５：ＣＰＵは、ステップ８５０にて取得した保護層温度ＴＨをルックアップテーブルMapKTH_N(TH)及びルックアップテーブルMapKTH_A(TH)にそれぞれ適用することにより、温度補正係数ＫＴＨ_Ｎ及び温度補正係数ＫＴＨ_Ａを取得する。

上記テーブルMapKTH_N(TH)によれば、図５の（Ｄ）に示した関係に従い、保護層温度ＴＨに対応する温度補正係数ＫＴＨ_Ｎが取得される。上記テーブルMapKTH_A(TH)によれば、図６の（Ｅ）に示した関係に従い、保護層温度ＴＨに対応する温度補正係数ＫＴＨ_Ａが取得される。

ステップ８６０：ＣＰＵは、排ガス温度ＴＥＸをルックアップテーブルMapKTEX_N(TEX)及びルックアップテーブルMapKTEX_A(TEX)にそれぞれ適用することにより、排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎ及び排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａを取得する。排ガス温度ＴＥＸは、ＣＰＵが別途実行する処理により温度センサ８２の出力信号に基づいて取得されてＥＣＵ８０のバックアップＲＡＭに格納されている。

上記テーブルMapKTEX_N(TEX)によれば、図５の（Ｅ）に示した関係に従い、排ガス温度ＴＥＸに対応する排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎが取得される。上記テーブルMapKTEX_A(TEX)によれば、図６の（Ｆ）に示した関係に従い、排ガス温度ＴＥＸに対応する排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａが取得される。

以上が本診断装置による補正係数の取得である。

＜酸素濃度取得＞
次に、本診断装置による排ガス中の酸素濃度の取得について説明する。先に述べたように、ＣＰＵは、図８のステップ８１０に進むと、図９にフローチャートにより示した酸素濃度取得ルーチンを実行するようになっている。従って、ＣＰＵは、図８のステップ８１０に進むと、図９のステップ９００から処理を開始し、以下に述べるステップ９０５乃至ステップ９１５の処理を順に実行し、その後、ステップ９９５を経由して図８のステップ８１５に進む。

ステップ９０５：ＣＰＵは、ポンプ電流値ＩＰを取得する。
ステップ９１０：ＣＰＵは、ポンプ電流値ＩＰを酸素相当ポンプ電流値ＩＰoxとしてＥＣＵ８０のバックアップＲＡＭに格納する。

ステップ９１５：ＣＰＵは、下記の（１２）式に従って酸素濃度ＣＯＸを取得する。（１２）式において、「ＩＰ」はステップ９０５にて取得したポンプ電流値であり、「Ａcox」及び「Ｂcox」は、それぞれ、ポンプ電流値ＩＰから酸素濃度ＣＯＸを算出するために実験等により予め求められている定数である。
ＣＯＸ＝Ａcox・ＩＰ＋Ｂcox …（１２）

＜水分濃度取得＞
次に、本診断装置による水分濃度の取得について説明する。先に述べたように、ＣＰＵは、図８のステップ８２０に進むと、図１０にフローチャートにより示した水分濃度取得ルーチンを実行するようになっている。従って、ＣＰＵは、図８のステップ８２０に進むと、図１０のステップ１０００から処理を開始し、水分濃度ＣＳＢを取得するための準備として、以下に述べるステップ１００５乃至ステップ１０１５の処理を順に実行する。

ステップ１００５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの上昇を開始する。

ステップ１０１０：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰが水分分解電圧ＶＳＢに達したか否かを判定する。ＣＰＵがステップ１０１０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰが水分分解電圧ＶＳＢに達していない場合、ＣＰＵはそのステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０１０の処理を再度実行する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１０１０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰが水分分解電圧ＶＳＢに達している場合、ＣＰＵはそのステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１５に進む。

ステップ１０１５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの上昇を停止する。

次に、ＣＰＵは、水分濃度ＣＳＢを取得するために、以下に述べるステップ１０２０乃至ステップ１０３０の処理を順に実行する。

ステップ１０２０：ＣＰＵは、ポンプ電流値ＩＰを取得する。
ステップ１０２５：ＣＰＵは、酸素相当ポンプ電流値ＩＰoxを取得する。酸素相当ポンプ電流値ＩＰoxは、図９のルーチンにより取得されてＥＣＵ８０のバックアップＲＡＭに格納されている。

ステップ１０３０：ＣＰＵは、下記の（１３）式に従って水分濃度ＣＳＢを取得する。（１３）式において、「ＩＰ」はステップ１０２０にて取得されたポンプ電流値であり、「ＩＰox」はステップ１０２５にて取得された酸素相当ポンプ電流値であり、「Ａｓｂ」及び「Ｂｓｂ」は、それぞれ、ポンプ電流値ＩＰと酸素相当ポンプ電流値ＩＳoxとの差分から水分濃度ＣＳＢを算出するために実験等により予め求められている定数である。
ＣＳＢ＝Ａｓｂ・（ＩＰ−ＩＰox）＋Ｂｓｂ …（１３）

次に、ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰをポンピング用電圧ＶＰＭＰに戻すために、以下に述べるステップ１０３５乃至ステップ１０４５の処理を順に実行し、その後、ステップ１０９５を経由して図８のステップ８２５に進む。

ステップ１０３５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの低下を開始する。

ステップ１０４０：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達したか否かを判定する。ＣＰＵがステップ１０４０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達していない場合、ＣＰＵはそのステップ１０４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０４０を再度実行する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１０４０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達している場合、ＣＰＵはそのステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４５に進む。

ステップ１０４５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの低下を停止する。

以上が本診断装置による水分濃度の取得である。

＜保護層温度取得＞
次に、本診断装置による保護層温度ＴＨの取得について説明する。先に述べたように、ＣＰＵは、図８のステップ８５０に進むと、図１１にフローチャートにより示した保護層温度取得ルーチンを実行する。従って、ＣＰＵは、図８のステップ８５０に進むと、図１１のステップ１１００から処理を開始し、保護層温度ＴＨを取得するための準備として、以下に述べるステップ１１０５乃至ステップ１１１５の処理を順に実行する。

ステップ１１０５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの低下を開始する。

ステップ１１１０：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰがインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰに達したか否かを判定する。このインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰは、限界電流領域に対応する電圧よりも低い電圧である。

ＣＰＵがステップ１１１０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰに達していない場合、ＣＰＵはそのステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１１０を再度実行する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１１１０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰに達している場合、ＣＰＵはそのステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１５に進む。

ステップ１１１５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの低下を終了する。

次に、ＣＰＵは、保護層温度ＴＨを取得するために、以下に述べるステップ１１２０乃至ステップ１１３０の処理を順に実行する。

ステップ１１２０：ＣＰＵは、ポンプ電流値ＩＰを取得する。
ステップ１１２５：ＣＰＵは、ステップ１１２０にて取得したポンプ電流値ＩＰ及びポンプ電圧値ＶＰに基づいて周知の計算式によりインピーダンスＩＮＰを取得する。

ステップ１１３０：ＣＰＵは、ステップ１１２５にて取得したインピーダンスＩＮＰをルックアップテーブルMapTH(INP)に適用することにより、保護層温度ＴＨを取得する。テーブルMapTH(IMP)によれば、保護層温度ＴＨは、インピーダンスＩＮＰが高いほど小さい値として取得される。

次に、ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰをポンピング用電圧ＶＰＭＰに戻すために、以下に述べるステップ１１３５乃至ステップ１１４５の処理を順に実行し、その後、ステップ１１９５を経由して図８のステップ８５５に進む。

ステップ１１３５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの上昇を開始する。

ステップ１１４０：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達したか否かを判定する。ＣＰＵがステップ１１４０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達していない場合、ＣＰＵはそのステップ１１４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１４０の処理を再度実行する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１１４０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達している場合、ＣＰＵはそのステップ１１４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１４５に進む。

ステップ１１４５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの上昇を終了する。

以上が本診断装置による保護層温度ＴＨの取得である。

更に、ＥＣＵ８０のＣＰＵは、図１２にフローチャートにより示したセンサ温度制御ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１２のステップ１２００から処理を開始し、新たな目標インピーダンスＩＮＰtgtを設定するために、以下に述べるステップ１２０５乃至ステップ１２２０の処理を順に実行する。

ステップ１２０５：ＣＰＵは、ヒータ層９２を発熱させるために図示しない電力源からヒータ層９２に投入（供給）されている電力の量（ヒータ投入電力量）Ｐｈｔを「ヒータ層９２に印加されている電圧及びヒータ層９２に流れている電流」に基づいて取得する。

ステップ１２１０：ＣＰＵは、ステップ１２０５にて取得したヒータ投入電力量ＰｈｔをルックアップテーブルMapINPref(Pht)に適用することにより、参照インピーダンスＩＮＰrefを取得する。

参照インピーダンスＩＮＰrefは、ステップ１２０５にて取得したヒータ投入電力量Ｐｈｔの電力をヒータ層９２に投入しているときに、ポンプ部９５の「電極９４ａ及び電極９４ｂ（図２を参照。）」に熱凝集等に起因する劣化が生じていなければ、ポンプ部９５が電極９４ａ及び電極９４ｂ間に印加する電圧及びポンプ部９５に流れる電流から取得されるであろうインピーダンスである。

更に、テーブルMapINPref(Pht)によれば、図１２のブロックＢ１に示したように、参照インピーダンスＩＮＰrefは、ヒータ投入電力量Ｐｈｔが大きいほど小さい値として取得される。

ステップ１２１５：ＣＰＵは、ステップ１２１０にて取得した参照インピーダンスＩＮＰrefを目標インピーダンスＩＮＰtgtから減じることにより、参照インピーダンス偏差ΔＩＮＰrefを取得する。この参照インピーダンス偏差ΔＩＮＰrefは、電極９４ａ及び／又は電極９４ｂの劣化に起因する「センサ素子７７ａ（保護層温度ＴＨ）とインピーダンスとの関係の変化」を表している。

ステップ１２２０：ＣＰＵは、ステップ１２１５にて取得した参照インピーダンス偏差ΔＩＮＰrefを現在の目標インピーダンスＩＮＰtgtに加えることにより、新たに目標インピーダンスＩＮＰtgtを設定（補正）する。

次に、ＣＰＵは、インピーダンスＩＮＰを取得するために、以下に述べるステップ１２２５乃至ステップ１２４５の処理を順に実行する。

ステップ１２２５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの低下を開始する。

ステップ１２３０：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰがインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰに達したか否かを判定する。このインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰは、限界電流領域に対応する電圧よりも低い電圧である。

ＣＰＵがステップ１２３０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰに達していない場合、ＣＰＵはそのステップ１２３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２３０の判定を再度実行する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１２３０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがインピーダンス取得用電圧ＶＩＮＰに達している場合、ＣＰＵはそのステップ１２３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２３５に進む。

ステップ１２３５：ＣＰＵは、ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの低下を終了する。
ステップ１２４０：ＣＰＵは、ポンプ電流値ＩＰを取得する。
ステップ１２４５：ＣＰＵは、ステップ１２４０にて取得したポンプ電流値ＩＰ及びポンプ電圧ＶＰに基づいて周知の計算式によりインピーダンスＩＮＰを取得する。

次に、ＣＰＵは、インピーダンスＩＮＰを目標インピーダンスＩＮＰtgtと一致させるために補正すべき現在のヒータ投入電力量Ｐｈｔの量（投入電力補正量）ΔＰｈｔを取得するために、以下に述べるステップ１２５０及びステップ１２５５の処理を順に実行する。

ステップ１２５０：ＣＰＵは、ステップ１２４５にて取得したインピーダンスＩＮＰを目標インピーダンスＩＮＰtgtから減じることにより、インピーダンス偏差ΔＩＮＰを取得する。

ステップ１２５５：ＣＰＵは、ステップ１２５０にて取得したインピーダンス偏差ΔＩＮＰをルックアップテーブルMapΔPht(ΔINP)に適用することにより、投入電力補正量ΔＰｈｔを取得する。

上記テーブルMapΔPht(ΔINP)によれば、投入電力補正量ΔＰｈｔは、インピーダンス偏差ΔＩＮＰが正の値である場合、インピーダンス偏差ΔＩＮＰの絶対値が大きいほど絶対値が大きい負の値として取得され、インピーダンス偏差ΔＩＮＰが負の値である場合、インピーダンス偏差ΔＩＮＰの絶対値が大きいほど絶対値が大きい正の値として取得される。

次に、ＣＰＵはステップ１２６０に進み、ステップ１２６０にて取得した投入電力補正量ΔＰｈｔに従って「ヒータ層９２に電力を供給する図示しない電力源」に指示信号を送出する。この場合、投入電力補正量ΔＰｈｔが正の値である場合、ヒータ層９２に供給される電力量が増大され、投入電力補正量ΔＰｈｔが負の値である場合、ヒータ層９２に供給される電力量が減少される。

次に、ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰをポンピング用電圧ＶＰＭＰに戻すために、以下に述べるステップ１２６５乃至ステップ１２７５の処理を順に実行し、その後、ステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１２６５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの上昇を開始する。

ステップ１２７０：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧ＶＰＭＰに達したか否かを判定する。

ステップ１２７０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧値ＶＰＭＰに達していない場合、ＣＰＵはそのステップ１２７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２７０の判定を再度実行する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１２７０の処理を実行する時点においてポンプ電圧ＶＰがポンピング用電圧値ＶＰＭＰに達している場合、ＣＰＵはそのステップ１２７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２７５に進む。

ステップ１２７５：ＣＰＵは、ポンプ電圧ＶＰの上昇を終了する。

以上が本実施形態に係るセンサ温度制御である。このセンサ温度制御によれば、ポンプ部９５の「電極９４ａ及び電極９４ｂ」の熱凝集等の劣化によって生じるインピーダンス特性（即ち、センサ素子７７ａの温度とインピーダンスＩＮＰとの関係）の変化を補償しつつ（図１２のステップ１２１５を参照。）、センサ素子７７ａの温度（以下、「センサ素子温度」と称呼する。）が制御される。

一方、先に述べたように、本診断装置は、保護層温度ＴＨ（センサ素子温度）を考慮して「ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下しているとした場合に下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が出力するであろうセンサ電流値ＩＳ_Ｎ及びセンサ電流値ＩＳ_Ａを取得している。

従って、これらセンサ電流値ＩＳ_Ｎ及びＩＳ_Ａの取得には、ポンプ部９５の「電極９４ａ及び電極９４ｂ」の熱凝集等の劣化によって生じるインピーダンス特性の変化が補償されたセンサ素子温度（即ち、保護層温度ＴＨ）が用いられる。

このため、結果的に、本診断装置は、ポンプ部９５の「電極９４ａ及び電極９４ｂ」の熱凝集等の劣化によって生じるインピーダンス特性の変化に基づいて基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯｂ及びＩＳ_Ａｂを補正していることになる。

更に、上述したセンサ温度制御によれば、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの熱によるセンサ７７の温度上昇を含めてセンサ素子温度が目標温度に制御される。従って、本診断装置は、この排ガスの熱によるセンサ素子温度の上昇分に基づいて基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯｂ及びＩＳ_Ａｂを補正していることにもなる。

加えて、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７に到達する排ガスの温度が非常に高く、ヒータ層９２への電力の供給を停止したとしても、センサ素子温度（保護層温度ＴＨ）が目標温度よりも高いことがある。この場合においても、センサ素子温度はインピーダンスの値として正確に現れる。従って、ヒータ層９２への電力の供給を停止したとしても、センサ素子温度（保護層温度ＴＨ）が目標温度よりも高い場合、本診断装置は、排ガスによって加熱された結果としてのセンサ素子温度に基づいて基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯｂ及びＩＳ_Ａｂを補正していることになる。

＜故障診断＞
次に、本診断装置による故障診断について説明する。ＣＰＵは、図１３にフローチャートにより示した故障診断ルーチンを所定時間が経過毎に実行するようになっている。従って、ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１３のステップ１３００から処理を開始してステップ１３０５に進み、診断条件が成立しているか否かを判定する。

この診断条件は、
（１）機関１０の温度が所定温度以上であり（機関１０の暖機が完了しており）、且つ、
（２）ＳＣＲ触媒５３ｃが活性化しており（ＳＣＲ触媒５３ｃの暖機が完了しており）、且つ、
（３）下流側ＮＯｘ濃度センサ７７が活性化している（下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の暖機が完了している）、
ときに成立する。

ＣＰＵがステップ１３０５の処理を実行する時点において診断条件が成立していない場合、ＣＰＵはそのステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１３０５の処理を実行する時点において診断条件が成立している場合、ＣＰＵはそのステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１３１０乃至ステップ１３３０の処理を順に実行する。

ステップ１３１０：ＣＰＵは、「ＳＣＲ触媒５３ｃに流入する排ガス中のＮＯｘ濃度（流入ＮＯｘ濃度）ＣＮＯＸin」、「尿素水添加装置５４から添加される尿素水量ＱＮＹ」、及び、「ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲ」を取得する。

ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸinは、ＣＰＵが別途実行する処理により上流側ＮＯｘ濃度センサ７６の出力値に基づいて取得されてＥＣＵ８０のバックアップＲＡＭに格納されている。ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲは、ＣＰＵが別途実行する処理により温度センサ８１の出力信号に基づいて取得されてＥＣＵ８０のバックアップＲＡＭに格納されている。

ステップ１３１５：ＣＰＵは、「流入ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸin」、「尿素水添加装置５４から添加される尿素水量ＱＮＹ」及び「ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲ」をルックアップテーブルMapCNO_S(CNOXin,QNY、TSCR)、ルックアップテーブルMapCNO2_S(CNOXin,QNY、TSCR)、及び、ルックアップテーブルMapCNH3_S(CNOXin,QNY、TSCR)にそれぞれ適用することにより、ＮＯ濃度ＣＮＯ_Ｓ、ＮＯ_２濃度ＣＮＯ２_Ｓ、及び、ＮＨ_３濃度ＣＮＨ３_Ｓを取得する。

このステップ１３１５において取得されるＮＯ濃度ＣＮＯ_Ｓは、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろうＮＯの排ガス中の濃度である。

上記テーブルMapCNO_S(CNOXin,QNY、TSCR)によれば、ＮＯ濃度ＣＮＯ_Ｓ（以下、「推定ＮＯ濃度」と称呼する。）は、流入ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸinが大きいほど大きい値として取得される。

更に、推定ＮＯ濃度ＣＮＯ_Ｓは、尿素水量ＱＮＹが一定量以下の範囲において多いほど小さい値として取得され、尿素水量ＱＮＹが上記一定量よりも多い範囲においては最も小さい一定値として取得される。

加えて、推定ＮＯ濃度ＣＮＯ_Ｓは、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲが活性開始温度以上で且つ一定温度以下の範囲において高いほど小さい値として取得され、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲが上記一定温度よりも高く且つ活性限界温度以下の範囲において高いほど大きい値として取得される。

更に、ステップ１３１５において取得されるＮＯ_２濃度ＣＮＯ２_Ｓは、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろうＮＯ_２の排ガス中の濃度である。

上記テーブルMapCNO2_S(CNOXin,QNY、TSCR)によれば、ＮＯ_２濃度ＣＮＯ２_Ｓ（以下、「推定ＮＯ_２濃度」と称呼する。）は、流入ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸinが高いほど大きい値として取得される。

更に、推定ＮＯ_２濃度ＣＮＯ２_Ｓは、尿素水量ＱＮＹが一定量以下の範囲において多いほど小さい値として取得され、尿素水量ＱＮＹが上記一定量よりも多い範囲においては最も小さい一定値として取得される。

加えて、推定ＮＯ_２濃度ＣＮＯ２_Ｓは、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲが活性開始温度以上で且つ一定温度以下の範囲において高いほど小さい値として取得され、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲが上記一定温度よりも高く且つ活性限界温度以下の範囲において高いほど大きい値として取得される。

加えて、ステップ１３１５において取得されるＮＨ_３濃度ＣＮＨ３_Ｓは、ＳＣＲ触媒５３ｃのＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが所定浄化率まで低下した場合にＳＣＲ触媒５３ｃから流出するであろうＮＨ_３の排ガス中の濃度である。

上記テーブルMapCNH3_S(CNOXin,QNY、TSCR)によれば、ＮＨ_３濃度ＣＮＨ３_Ｓ（以下、「推定ＮＨ_３濃度」と称呼する。）は、流入ＮＯｘ濃度ＣＮＯＸinが高いほど大きい値として取得される。

更に、推定ＮＨ_３濃度ＣＮＨ３_Ｓは、尿素水量ＱＮＹが多いほど大きい値として取得される。

加えて、推定ＮＨ_３濃度ＣＮＨ３_Ｓは、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲが活性開始温度以上で且つ一定温度以下の範囲において高いほど小さい値として取得され、ＳＣＲ触媒５３ｃの温度ＴＳＣＲが上記一定温度よりも高く且つ活性限界温度以下の範囲において高いほど大きい値として取得される。

ステップ１３２０：ＣＰＵは、図８のルーチンにより取得されている「酸素補正係数ＫＯＸ_Ｎ、酸素補正係数ＫＯＸ_Ａ、水分補正係数ＫＳＢ_Ａ、流量補正係数ＫＳＶ_Ｎ、流量補正係数ＫＳＶ_Ａ、厚み補正係数ＫＡＴ_Ｎ、厚み補正係数ＫＡＴ_Ａ、温度補正係数ＫＴＨ_Ｎ、温度補正係数ＫＴＨ_Ａ、排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ｎ、排ガス温度補正係数ＫＴＥＸ_Ａ、消費補正係数ＫＴＫ_Ｎ、消費補正係数ＫＴＫ_Ａ、及び、消費補正係数ＫＴＫ_ＮＯ」を取得する。

ステップ１３２５：ＣＰＵは、ステップ１３２０にて取得した補正係数を用いて、下記の（１４）式乃至（１６）式に従って、それぞれ、「推定センサ電流値ＩＳ_ＮＯ」、「推定センサ電流値ＩＳ_ＮＯ２」、及び、「推定センサ電流値ＩＳ_ＮＨ３」を取得する。下記の式（１４）乃至式（１６）において、「ＫＮＯ」はＮＯ変換係数であり、「ＫＮＯ２」はＮＯ_２変換係数であり、「ＫＮＨ３」はＮＨ_３変換係数である。

ＩＳ_ＮＯ＝ＣＮＯ_Ｓ・ＫＮＯ・ＫＴＫ_ＮＯ …（１４）
ＩＳ_ＮＯ２＝ＣＮＯ２_Ｓ・ＫＮＯ２・ＫＯＸ_Ｎ・ＫＳＶ_Ｎ・ＫＡＴ_Ｎ・ＫＴＨ_Ｎ・ＫＴＥＸ_Ｎ・ＫＴＫ_Ｎ …（１５）
ＩＳ_ＮＨ３＝ＣＮＨ３_Ｓ・ＫＮＨ３・ＫＯＸ_Ａ・ＫＳＢ_Ａ・ＫＳＶ_Ａ・ＫＡＴ_Ａ・ＫＴＨ_Ａ・ＫＴＥＸ_Ａ・ＫＴＫ_Ａ …（１６）

ステップ１３３０：ＣＰＵは、下記の（１７）に従い、ステップ１３２５にて取得した「推定センサ電流値ＩＳ_ＮＯ、推定センサ電流値ＩＳ_ＮＯ２、及び、推定センサ電流値ＩＳ_ＮＨ３」を合計することにより、推定センサ電流値ＩＳ_Ｓを取得する。
ＩＳ_Ｓ＝ＩＳ_ＮＯ＋ＩＳ_ＮＯ２＋ＩＳ_ＮＨ３ …（１７）

次に、ＣＰＵは、ステップ１３３５に進み、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の実際のセンサ電流値ＩＳが推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ以上であるか否かを判定する。ＣＰＵがステップ１３３５の処理を実行する時点においてセンサ電流値ＩＳが推定センサ電流値ＩＳ_Ｓよりも小さい場合、ＣＰＵはそのステップ１３３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、ＳＣＲ触媒５３ｃは故障しておらず正常である。

これに対し、ＣＰＵがステップ１３３５の処理を実行する時点においてセンサ電流値ＩＳが推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ以上である場合、ＣＰＵはそのステップ１３３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３４０に進み、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障していることを図示しない表示装置により表示する。

その後、ＣＰＵは、ステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上が本診断装置によるＳＣＲ触媒５３ｃの故障診断である。

上述した実施形態においては、実際のセンサ電流値ＩＳが推定センサ電流値ＩＳ_Ｓ以上である場合、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障していると診断している。しかしながら、実際のセンサ電流値ＩＳが推定センサ電流値ＩＳ_Ｓよりも所定値だけ大きい或いは小さい閾値以上である場合に、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障していると診断してもよい。即ち、実際のセンサ電流値ＩＳが推定センサ電流値ＩＳ_Ｓに基づいて定まる故障診断閾値以上である場合、ＳＣＲ触媒５３ｃが故障していると診断すればよい。

更に、上述した実施形態においては、推定センサ電流値ＩＳ_Ｓの取得に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の保護層９９における「ＮＯ_２及びＮＨ_３」の反応を考慮している。しかしながら、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の拡散抵抗層９３において、ＮＯ_２からＮＯが生成され、ＮＨ_３がＮ_２に変換される場合、上述した実施形態と同様にして、推定センサ電流値ＩＳ_Ｓの取得に、拡散抵抗層９３における「ＮＯ_２及びＮＨ_３」の反応を考慮するようにしてもよい。

更に、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の拡散抵抗層９３において、ＮＯ_２からＮＯが生成され、ＮＨ_３がＮ_２に変換される場合、本診断装置は、保護層９９がない下流側ＮＯｘ濃度センサ７７を備えた内燃機関にも適用可能である。この場合、上述した実施形態と同様にして、推定センサ電流値ＩＳ_Ｓの取得に、拡散抵抗層９３における「ＮＯ_２及びＮＨ_３」の反応を考慮する。

更に、本診断装置は、ポンプ部９５を有していないＮＯｘ濃度センサを備えた内燃機関、及び、センサ電極９４ｅにおいてＮＨ_３からＮＯを生成することができるＮＯｘ濃度センサを備えた内燃機関にも適用可能である。

更に、本診断装置は、大気導入孔を有している下流側ＮＯｘ濃度センサ７７を備えた内燃機関にも適用可能である。この場合、下流側ＮＯｘ濃度センサ７７の内部にＨＣ及びＣＯはない（或いは殆どない）ので、「消費補正係数ＫＴＫ_Ｎ、ＫＴＫ_Ａ及びＫＴＫ_ＮＯ」による「基準センサ電流値ＩＳ_ＮＯ、ＩＳ_Ｎ及びＩＳ_Ａ」の補正を行わなくてよい。

更に、上述した実施形態において、排ガス流量ＳＶの代わりに、排ガスの流速を用いてもよい。この場合、排ガスの流速として、吸入空気量に排ガス温度を乗じた値を用いてもよい。

更に、本診断装置は、ガソリンエンジンにも適用可能である。

１０…内燃機関、５３ｃ…ＳＣＲ触媒、５４…尿素水添加装置、７６…上流側ＮＯｘ濃度センサ、７７…下流側ＮＯｘ濃度センサ、８０…エンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 燃焼室と、排気通路と、該排気通路に配設された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の下流位置において前記排気通路に配設されたＮＯｘ濃度センサとを備えた内燃機関であって、前記排気浄化触媒が前記燃焼室から前記排気通路に排出された排ガス中のＮＯｘをアンモニアにより還元浄化する触媒であり、前記ＮＯｘ濃度センサが前記排気浄化触媒から前記排気通路に流出した排ガスが通過可能な多孔質材料からなる拡散層と、該拡散層を通過した排ガス中のＮＯを還元してＮ _２ に変換する電極部とを有しており、前記ＮＯｘ濃度センサが前記電極部における前記ＮＯの還元量に応じた出力値を出力するセンサである内燃機関に適用される故障診断装置において、
   前記排気浄化触媒のＮＯｘ浄化率が所定浄化率まで低下したときに前記排気浄化触媒から流出すると推定される排ガス中のＮＯの濃度を前記ＮＯｘ濃度センサの出力値以外の機関パラメータに基づいて推定ＮＯ濃度として推定し、
   ＮＯ以外の成分であって、前記電極部に到達するＮＯの量を変動させる反応を前記拡散層にて行う成分である特定成分が前記排気浄化触媒から流出して前記ＮＯｘ濃度センサに到達する場合において、前記ＮＯｘ浄化率が前記所定浄化率まで低下したときに前記排気浄化触媒から流出すると推定される排ガス中の前記特定成分の濃度を前記機関パラメータに基づいて推定特定成分濃度として推定し、
   前記推定ＮＯ濃度のＮＯ及び前記推定特定成分濃度の前記特定成分を含む排ガスが前記ＮＯｘ濃度センサに到達した場合に前記ＮＯｘ濃度センサから出力される出力値を推定出力値として推定し、
   前記拡散層における前記特定成分の前記反応の速度に影響する影響パラメータであって、該影響パラメータが大きいと前記特定成分の前記反応の速度が大きくなる影響パラメータに基づいて、前記影響パラメータが大きくなると前記推定出力値が大きくなるように前記推定出力値を補正し、
   前記ＮＯｘ濃度センサの実際の出力値が前記補正後の推定出力値に基づいて定まる故障診断閾値以上である場合、前記排気浄化触媒が故障していると診断する、
   故障診断装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置において、
   前記特定成分がアンモニアである、
   故障診断装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置において、
   前記特定成分がＮＯ_２である、
   故障診断装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置において、
   前記影響パラメータは、前記ＮＯｘ濃度センサに到達する排ガス中の酸素濃度、同排ガスの温度、水分濃度、及び、前記拡散層の温度、のうちの少なくとも１つである、
   故障診断装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置において、
   前記影響パラメータは、前記拡散層における前記特定成分の滞在時間を変化させるパラメータである、
   故障診断装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気浄化触媒の故障診断装置において、
   前記影響パラメータは、前記ＮＯｘ濃度センサに到達する排ガスの流量、及び、前記排ガスが前記電極部に向かって前記拡散層を通過する経路に沿った方向における前記拡散層の厚み、のうちの少なくとも１つである、
   故障診断装置。
   

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