ＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システム
【課題】ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムを提供する。
【解決手段】ＮＯｘセンサ異常検出装置は、エンジンから排出されるＮＯｘ量が所定値以上の高ＮＯｘ運転状態であり（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、エンジン運転状態が定常状態であれば（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、尿素添加弁にＮＯｘ触媒への尿素水の添加を停止させる（Ｓ３０６）。尿素添加弁からの尿素水の添加が停止すると、ＮＯｘ触媒に吸着されている尿素量が減少する。そして、ＮＯｘセンサ異常検出装置は、ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が０になり（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑに基づいて推定したＮＯｘ量の推定値と、ＮＯｘセンサの出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値を超えると（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、ＮＯｘセンサが異常であると判定する。
【解決手段】ＮＯｘセンサ異常検出装置は、エンジンから排出されるＮＯｘ量が所定値以上の高ＮＯｘ運転状態であり（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、エンジン運転状態が定常状態であれば（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、尿素添加弁にＮＯｘ触媒への尿素水の添加を停止させる（Ｓ３０６）。尿素添加弁からの尿素水の添加が停止すると、ＮＯｘ触媒に吸着されている尿素量が減少する。そして、ＮＯｘセンサ異常検出装置は、ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が０になり（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑに基づいて推定したＮＯｘ量の推定値と、ＮＯｘセンサの出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値を超えると（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、ＮＯｘセンサが異常であると判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を検出するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを除去するＮＯｘ除去装置の下流側にＮＯｘセンサを設置し、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいてＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去量を判定する排気浄化システムが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去量を高精度に検出するために、劣化または故障等によるＮＯｘセンサの異常を検出することが求められる。
【０００４】
特許文献１では、例えばフューエルカット状態になり内燃機関からのＮＯｘ排出量が０と推定される運転状態において、ＮＯｘセンサの出力信号がＮＯｘ排出量の０に相当する値であるかを判定することによりＮＯｘセンサの異常を検出している。
【特許文献１】特開２００２−４７９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＮＯｘセンサの正常時にＮＯｘセンサの出力信号に基づいて検出するＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサの出力信号にゲインずれ等の誤差が発生している異常時にＮＯｘセンサの出力信号に基づいて検出するＮＯｘ量とのずれ量は、ＮＯｘセンサが検出するＮＯｘ量が減少するにしたがい小さくなる。
【０００６】
したがって、特許文献１のように、内燃機関からのＮＯｘ排出量が０と推定される運転状態において、ＮＯｘセンサの出力信号がＮＯｘ排出量の０に相当する値であるかを判定することによりＮＯｘセンサの異常を検出する方式では、ＮＯｘセンサの正常と異常との判別が困難である。その結果、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出することが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
内燃機関から排気通路にＮＯｘを排出し、排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置がＮＯｘ除去を停止している状態では、内燃機関から排気通路に排出されるＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置を通過したＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量とはほぼ等しいはずである。しかし、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号にゲインずれ等の異常がある場合には、内燃機関から排出されるＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得されるＮＯｘ量とにずれが生じる。このずれ量は、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加すると大きくなる。
【０００９】
そこで、請求項１から８に記載の発明では、内燃機関から排気通路に排出されるＮＯｘ量が所定値以上であり、かつエンジン運転状態が定常状態のときにＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去を停止させ、内燃機関が排気通路に排出するＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得したＮＯｘ量とに基づき、ＮＯｘセンサの異常を検出する。
【００１０】
ＮＯｘセンサにゲインずれ等の異常がある場合に、内燃機関が排出するＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得するＮＯｘ量とのずれ量が大きくなる状態、請求項１の記載ではＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量が所定値以上である状態でＮＯｘセンサの異常を検出するので、ＮＯｘセンサの正常と異常との判別が容易である。これにより、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出できる。
【００１１】
また、内燃機関の運転状態が定常状態のときは内燃機関から排出されるＮＯｘ量はほぼ一定であるから、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止している状態では、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得するＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量もほぼ一定である。これにより、内燃機関が排出するＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得するＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量とに基づいて、高精度にＮＯｘセンサの異常を検出できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、ＮＯｘ排出量取得手段は、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定しＮＯｘ量を取得する。
内燃機関の運転状態は既に設置されている各種センサの出力信号から取得できるので、ＮＯｘ排出量取得手段は、新たにセンサを設置することなく、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定して取得できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、ＮＯｘ排出量取得手段は、内燃機関の運転状態として、少なくともエンジン回転数および内燃機関への燃料噴射量に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定する。
【００１４】
エンジン回転数および燃料噴射量は内燃機関の運転状態として基本的な要素であるから、どのような構成の内燃機関においても既存のセンサから取得できる。
請求項６に記載の発明では、ＮＯｘ除去制御手段は、エンジン回転数の変動および内燃機関への燃料噴射量の変動がそれぞれ所定値以下の状態を内燃機関の運転状態の定常状態とする。
【００１５】
前述したように、エンジン回転数および燃料噴射量は内燃機関の運転状態として基本的な要素であるから、どのような構成の内燃機関においても、エンジン回転数および燃料噴射量の変動から内燃機関の運転状態の定常状態を判定できる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、ＮＯｘ除去停止判定手段は、ＮＯｘ除去制御手段によるＮＯｘ除去装置に対するＮＯｘ除去停止制御後、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号が一定状態になるとＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止したと判定する。
【００１７】
ＮＯｘセンサの出力信号にゲインずれ等の異常があっても、ＮＯｘ量が変化せず一定であれば、ＮＯｘセンサの出量力信号のレベルは一定状態になる。これにより、ＮＯｘセンサに異常があっても、ＮＯｘ除去装置に対するＮＯｘ除去停止制御後、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止したと正確に判定できる。
【００１８】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による排気浄化システムを図１に示す。
【００２０】
（排気浄化システム１０）
第１実施形態の排気浄化システム１０は、酸化触媒１２、排気温センサ１４、ＮＯｘ触媒２０、尿素添加弁２２、ＮＯｘセンサ３０、電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）４０等から構成されている。排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２から排気通路１００に排出される排気を浄化するシステムである。エンジン２には、コモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁から噴射される。
【００２１】
酸化触媒１２は、ハニカム構造体にプラチナ等の酸化触媒を担持した構造体であり、排気中の炭化水素、一酸化炭素等の有害物質を酸化する。酸化触媒１２は排気通路１００の上流側と下流側とにそれぞれ設置されている。上流側に設置されている酸化触媒１２の上流側および下流側、ならびに下流側に設置されている酸化触媒１２の下流側に排気温センサ１４が設置されている。
【００２２】
ＮＯｘ触媒２０は、２個の酸化触媒１２の間に設置されている。ＮＯｘ触媒２０の上流側に添加装置としての尿素添加弁２２が設置されている。ＮＯｘ触媒２０および尿素添加弁２２は、特許請求の範囲に記載した「ＮＯｘ除去装置」に相当する。尿素添加弁２２は、図示しないタンクに蓄えられている尿素水を還元剤としてＮＯｘ触媒２０の上流側に噴射する。尿素添加弁２２から噴射された尿素水はＮＯｘ触媒２０に吸着され、排気温が所定温度異常になると加水分解されることによりアンモニアと二酸化炭素とに分解される。そして加水分解により発生したアンモニアがＮＯｘ触媒２０においてＮＯｘを還元する。
【００２３】
ＮＯｘセンサ３０は、ＮＯｘ触媒２０の下流側に設置されており、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量を検出する。
ＮＯｘ異常検出装置としてのＥＣＵ４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き換え可能な記憶装置等から構成されている。ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ４、アクセル開度センサ６、ＮＯｘセンサ３０等の各種センサの検出信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ４０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁の噴射時期および噴射量、尿素添加弁２２からＮＯｘ触媒２０に添加する尿素水の添加量等を制御する。
【００２４】
ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
（ＮＯｘ排出量取得手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ４の検出信号からエンジン回転数を取得し、アクセル開度センサ６の検出信号から燃料噴射弁に指令する燃料噴射量を算出して取得する。そして、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいてエンジン２から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ排出量として取得する。
【００２５】
エンジン回転数および燃料噴射量は、ディーゼルエンジン２以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジンにおいてもエンジン構成に関わらず基本的に設置されているセンサから検出できるエンジン運転状態である。したがって、新たにセンサを設置することなく、エンジン２から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ排出量として取得できる。
【００２６】
ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation）弁が設置されている場合には、ＥＧＲ弁の開度からＥＧＲ量を取得し、エンジン回転数および燃料噴射量に加えＥＧＲ量に基づいてエンジン２から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ排出量として取得することが望ましい。ＥＧＲ量が増加するとＮＯｘ排出量は減少し、ＥＧＲ量が減少するとＮＯｘ排出量は増加する。
【００２７】
（下流側ＮＯｘ量取得手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力信号に基づき、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量を算出し、ＮＯｘ量として取得する。
【００２８】
（運転状態取得手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ４、アクセル開度センサ６、排気温センサ１４、ＮＯｘセンサ３０等の各種センサの検出信号からエンジン運転状態を取得する。そしてＥＣＵ４０は、取得したエンジン運転状態に基づいて、エンジン２に燃料を噴射する燃料噴射弁、尿素添加弁２２等の作動を適切に制御する。
【００２９】
（検出条件判定手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上であり、かつエンジン運転状態が定常状態である検出条件が成立しているかを判定する。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、図２の符号２００に示すエンジン２の高負荷領域２００において、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上であると判定する。ディーゼルエンジン２では、出力トルクと燃料噴射量とはほぼ比例関係にあるので、図２におけるエンジン回転数と出力トルクとの関係は、エンジン回転数と燃料噴射量との関係と見なすことができる。
【００３１】
高負荷領域２００は、エンジン回転数および出力トルクが所定値以上の領域であり、エンジン負荷がハーフロードよりも高いことを表している。高負荷領域２００は、エンジン２からのＮＯｘの排出量が大きい高ＮＯｘ領域である。
【００３２】
高負荷領域２００は、ＮＯｘセンサ３０の出力信号をＮＯｘ量に変換する際の誤差を考慮しても、ＮＯｘセンサ３０の正常時と異常時とを判定できる偏差が生じるエンジン運転状態の領域であるということもできる。
【００３３】
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数および燃料噴射量の変動が所定値以下になると、エンジン運転状態が定常状態であると判定する。
前述したように、エンジン回転数および燃料噴射量は、ディーゼルエンジン２以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジンにおいてもエンジン構成に関わらず基本的に設置されているセンサから検出できるエンジン運転状態である。したがって、新たにセンサを設置することなく、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいてエンジン運転状態が定常状態であると判定できる。
【００３４】
（ＮＯｘ除去制御手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン運転状態に基づいて、尿素添加弁２２から噴射する尿素水の量を調整する。例えば、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ排出量取得手段が取得したエンジン２から排出されるＮＯｘ量と、下流側ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量との差に基づいてＮＯｘ触媒に吸着されている尿素量を推定し、尿素添加弁２２から噴射する尿素水の量を調整する。
【００３５】
尿素の加水分解は所定温度以上、例えば１７０℃以上で生じるので、ＥＣＵ４０は、排気温センサ１４の出力信号から排気温が１７０℃未満の場合には、尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する。
【００３６】
また、ＥＣＵ４０は、前述した検出条件判定手段により検出条件が成立していると判定すると、尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する。尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止すると、ＮＯｘ触媒２０に尿素が補充されなくなる。その結果、ＮＯｘ触媒２０に吸着している尿素がＮＯｘの還元に使用され吸着量が０になると、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘの還元は停止する。
【００３７】
（ＮＯｘ除去停止判定手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ除去制御手段による尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する制御後、ＮＯｘセンサ３０によるＮＯｘ量の検出値が一定状態になると、ＮＯｘ触媒２０に吸着されている尿素量が０になり、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元が停止したと判定する。
【００３８】
ここで、ＮＯｘセンサ３０の出力信号にゲインずれ等の異常があっても、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量が一定であれば、ＮＯｘセンサ３０によるＮＯｘ量の検出値は一定状態になる。したがって、ＮＯｘセンサ３０に異常があっても、尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する制御後、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元が停止したと正確に判定できる。
【００３９】
（異常検出手段）
ＥＣＵ４０は、検出条件判定手段が検出条件が成立していると判定し、ＮＯｘ除去停止判定手段がＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元が停止したと判定すると、エンジン２から排出されるＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサ３０の出力信号に基づいて取得したＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量とに基づいて、本実施形態ではその差の絶対値に基づいて、ＮＯｘ触媒２０が正常であるか、異常であるかを判定する。
【００４０】
図３に、ＮＯｘ触媒２０の下流側の実際の実ＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサ３０の出力信号から算出する検出ＮＯｘ濃度との関係を示す。ＮＯｘセンサ３０の異常検出時においては、ＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）を図２の実ＮＯｘ濃度と見なすことができる。
【００４１】
実線２１０は、実ＮＯｘ濃度と検出ＮＯｘ濃度とが一致するＮＯｘセンサ３０が正常時の特性である。これに対し、ゲインずれ等の出力誤差がＮＯｘセンサ３０に生じると、実線２１０に対し、検出ＮＯｘ濃度は点線２１２、２１４に示すように高側または低側にずれる。
【００４２】
そして、実ＮＯｘ濃度と検出ＮＯｘ濃度とのずれは、実線２１０に対し検出ＮＯｘ濃度の高側および低側の両方において、ＮＯｘ濃度が増加するにしたがい大きくなり、ＮＯｘ濃度が低下するにしたがい小さくなる。したがって、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上になり、ＮＯｘ濃度が所定値以上の範囲でＮＯｘセンサ３０の出力を判定すれば、ＮＯｘセンサ３０に異常がある場合に、正常値と異常値との判別が容易になる。その結果、ＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に検出できる。ＮＯｘ濃度が所定値以上の範囲とは、前述したように、エンジン２の負荷がハーフロードよりも高い高負荷のときである。
【００４３】
（ＮＯｘセンサの異常検出）
次に、排気浄化システム１０におけるＮＯｘセンサの異常検出について、図４の異常検出ルーチンおよび図５の異常検出タイムチャートに基づいて説明する。図４の異常検出ルーチンは常時実行される。図４において「Ｓ」はステップを表している。図４に示すルーチンは、ＥＣＵ４０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている。
【００４４】
図４の異常検出ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずＳ３００において、エンジン回転数センサ４からエンジン回転数ＮＥを、アクセル開度センサ６から指令噴射量Ｑをそれぞれ取得する。
【００４５】
エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑが上昇すると、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が増加し、ＮＯｘ濃度が上昇する（図５参照）。図５に示すＮＯｘ濃度を示す実線２２０は、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑのエンジン運転状態に基づいてＥＣＵ４０が算出した推定値である。
【００４６】
Ｓ３０２においてＥＣＵ４０は、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑがそれぞれ所定値以上であり、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上の高ＮＯｘ運転状態であるかを判定する。高ＮＯｘ運転状態でなければ（Ｓ３０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０はＳ３００に処理を戻す。
【００４７】
図５に示すように、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑがそれぞれ所定値以上になると、ＥＣＵ４０は高ＮＯｘ運転状態であると判定し（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、高ＮＯｘフラグをオンにする（図５参照）。
【００４８】
そして、ＥＣＵ４０は、Ｓ３０４においてエンジン運転状態が定常状態であるかを判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、図５に示すように、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑがそれぞれ所定値以上になった状態で、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑの変動が所定値以下であれば定常運転状態と判定する。
【００４９】
ＥＣＵ４０はＳ３０４において定常運転状態になるまで待機し、定常運転状態になると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、定常運転判定フラグをオンにする（図５参照）。そして、Ｓ３０６においてＥＣＵ４０は、尿素添加弁２２に尿素水の添加を停止させ、尿素添加禁止フラグをオンにする（図５参照）。
【００５０】
尿素添加弁２２からの尿素水の添加が停止すると、ＮＯｘ触媒２０に吸着されている尿素量がＮＯｘの還元のために減少する一方、補充されないので、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元量が減少する。これにより、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量が増加する（図５の実線２２２参照）。すると、ＮＯｘセンサ３０にゲインずれ等の出力異常が発生していても、ＮＯｘセンサ３０の出力は上昇する（図５参照）。
【００５１】
尿素の吸着量が０になりＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘ還元量が０になると、ＮＯｘ触媒２０の上流側と下流側とにおいてＮＯｘ濃度は等しくなる。そして、エンジン運転状態が定常状態であれば、ＮＯｘ濃度は一定である。したがって、ＮＯｘセンサ３０にゲインずれ等の出力異常が発生していても、ＮＯｘセンサ３０の出力は一定状態になる（図５参照）。
【００５２】
そこで、Ｓ３０８においてＥＣＵ４０は、Ｓ３０６において尿素水の添加を停止させてからＮＯｘセンサ３０の出力が一定状態になるかを判定することにより、ＮＯｘ触媒２０における尿素の吸着量が０になるまで待機する。
【００５３】
ＮＯｘ触媒２０における尿素の吸着量が０になると（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、Ｓ３１０においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の故障診断許可フラグをオンにする（図５参照）。
【００５４】
Ｓ３１２においてＥＣＵ４０は、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑのエンジン運転状態から推定したＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度と言い換えてもよい。）の推定値と、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が符号２３０（図５参照）で示す所定値を超えているかを判定する。
【００５５】
ＮＯｘセンサ３０が正常でありＮＯｘセンサ３０の出力から検出するＮＯｘ濃度が図５の実線２２２に示すように正常であれば、ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値は所定値（符号２３０）以内である。一方、ＮＯｘセンサ３０の出力が図５の点線２２４に示すように異常であれば、ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値は所定値（符号２３０）を超える。
【００５６】
図５では、正常値よりも高側の点線２２４を、ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値を超えるＮＯｘセンサ３０の出力の異常値とした。これに対し、正常値よりも低側においてＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値を超えるのであれば、低側のＮＯｘ量の検出値を異常値とする。
【００５７】
ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値（符号２３０）以下の場合（Ｓ３１２：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値（符号２３０）を超えると（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０はＮＯｘセンサ３０が異常であり故障が発生していると判断し、Ｓ３１４においてＮＯｘセンサ３０の故障判定フラグをオンにする（図５参照）。
【００５８】
そして、Ｓ３１６においてＥＣＵ４０はＮＯｘセンサの故障ランプを点灯し、本ルーチンを終了する。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を図６に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００５９】
第２実施形態の排気浄化システム５０では、ＮＯｘ触媒２０の下流側に加え、上流側にもＮＯｘセンサ３０が設置されている。これにより、エンジン２から排出されるＮＯｘ量をエンジン回転数および燃料噴射量に基づいて推定し、ＮＯｘ量を取得する代わりに、ＮＯｘ触媒２０の上流側に設置されたＮＯｘセンサ３０の出力信号によりエンジン２から排出されるＮＯｘ量を検出し、ＮＯｘ量を取得する。
【００６０】
したがって、第２実施形態のＥＣ４０は、第１実施形態の図４に示す異常検出ルーチンのＳ３１２において、ＮＯｘ触媒２０の上流側のＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値と、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値（図５の符号２３０参照）を超えているかを判定する。
【００６１】
ＮＯｘ触媒２０の上流側および下流側に設置されたＮＯｘセンサ３０が両方とも異常である確率は非常に低いので、正常なＮＯｘセンサ３０と異常なＮＯｘセンサ３０との出力に基づいて検出されたＮＯｘ量の絶対値の差が所定値を超えている場合に、上流側または下流側のＮＯｘセンサ３０の一方が異常であると判定できる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン２から排出されるＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）が所定値以上の高ＮＯｘ運転状態において、還元剤である尿素水の添加を停止することによりＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元量を０にし、エンジン運転状態に基づいて推定されるＮＯｘ量の推定値、あるいはＮＯｘ触媒３０の上流側に設置したＮＯｘセンサの出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値と、ＮＯｘ触媒３０の下流側に設置したＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を判定した。
【００６３】
これにより、ＮＯｘセンサ３０にゲインずれ等の出力異常がある場合に、正常値と異常値との偏差が大きい高ＮＯｘ運転状態でＮＯｘセンサ３０の異常を判定できる。その結果、ＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に判定できる。
【００６４】
［他の実施形態］
上記実施形態では、高ＮＯｘ運転状態になるまでＮＯｘセンサ３０の異常検出を待機した。これに対し、エンジン運転状態が高ＮＯｘ運転状態ではないときに、燃料噴射弁からの噴射圧の上昇、噴射時期の進角、パイロット噴射の停止、ＥＧＲの停止等をＥＣＵ４０から指令することにより、エンジン運転状態を積極的に高ＮＯｘ運転状態に変化させてもよい。これにより、所望の時期にＮＯｘセンサの異常検出を実施できる。
【００６５】
本発明のＮＯｘ異常検出装置は、燃料を燃焼してＮＯｘを排出する内燃機関であれば、ディーゼルエンジン以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジン等の排気浄化システムにも適用できる。
【００６６】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図２】エンジン回転数と出力トルク（燃料噴射量）との関係を示す特性図。
【図３】実ＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサが検出する性女児および異常時のＮＯｘ濃度との関係を示す特性図。
【図４】ＮＯｘセンサの異常検出時のタイムチャート。
【図５】ＮＯｘセンサの異常検出を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【符号の説明】
【００６８】
２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１０、５０：排気浄化システム、２０：ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ除去装置）、２２：尿素添加弁（添加装置、ＮＯｘ除去装置）、３０：ＮＯｘセンサ、４０：ＥＣＵ（ＮＯｘセンサ異常検出装置、ＮＯｘ排出量取得手段、下流側ＮＯｘ量取得手段、運転状態取得手段、検出条件判定手段、ＮＯｘ除去制御手段、ＮＯｘ除去停止判定手段、異常検出手段）、１００：排気通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を検出するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを除去するＮＯｘ除去装置の下流側にＮＯｘセンサを設置し、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいてＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去量を判定する排気浄化システムが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去量を高精度に検出するために、劣化または故障等によるＮＯｘセンサの異常を検出することが求められる。
【０００４】
特許文献１では、例えばフューエルカット状態になり内燃機関からのＮＯｘ排出量が０と推定される運転状態において、ＮＯｘセンサの出力信号がＮＯｘ排出量の０に相当する値であるかを判定することによりＮＯｘセンサの異常を検出している。
【特許文献１】特開２００２−４７９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＮＯｘセンサの正常時にＮＯｘセンサの出力信号に基づいて検出するＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサの出力信号にゲインずれ等の誤差が発生している異常時にＮＯｘセンサの出力信号に基づいて検出するＮＯｘ量とのずれ量は、ＮＯｘセンサが検出するＮＯｘ量が減少するにしたがい小さくなる。
【０００６】
したがって、特許文献１のように、内燃機関からのＮＯｘ排出量が０と推定される運転状態において、ＮＯｘセンサの出力信号がＮＯｘ排出量の０に相当する値であるかを判定することによりＮＯｘセンサの異常を検出する方式では、ＮＯｘセンサの正常と異常との判別が困難である。その結果、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出することが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出するＮＯｘセンサ異常検出装置およびそれを用いた排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
内燃機関から排気通路にＮＯｘを排出し、排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置がＮＯｘ除去を停止している状態では、内燃機関から排気通路に排出されるＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置を通過したＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量とはほぼ等しいはずである。しかし、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号にゲインずれ等の異常がある場合には、内燃機関から排出されるＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得されるＮＯｘ量とにずれが生じる。このずれ量は、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加すると大きくなる。
【０００９】
そこで、請求項１から８に記載の発明では、内燃機関から排気通路に排出されるＮＯｘ量が所定値以上であり、かつエンジン運転状態が定常状態のときにＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去を停止させ、内燃機関が排気通路に排出するＮＯｘ量と、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得したＮＯｘ量とに基づき、ＮＯｘセンサの異常を検出する。
【００１０】
ＮＯｘセンサにゲインずれ等の異常がある場合に、内燃機関が排出するＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得するＮＯｘ量とのずれ量が大きくなる状態、請求項１の記載ではＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量が所定値以上である状態でＮＯｘセンサの異常を検出するので、ＮＯｘセンサの正常と異常との判別が容易である。これにより、ＮＯｘセンサの異常を高精度に検出できる。
【００１１】
また、内燃機関の運転状態が定常状態のときは内燃機関から排出されるＮＯｘ量はほぼ一定であるから、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止している状態では、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得するＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量もほぼ一定である。これにより、内燃機関が排出するＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて取得するＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量とに基づいて、高精度にＮＯｘセンサの異常を検出できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、ＮＯｘ排出量取得手段は、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定しＮＯｘ量を取得する。
内燃機関の運転状態は既に設置されている各種センサの出力信号から取得できるので、ＮＯｘ排出量取得手段は、新たにセンサを設置することなく、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定して取得できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、ＮＯｘ排出量取得手段は、内燃機関の運転状態として、少なくともエンジン回転数および内燃機関への燃料噴射量に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定する。
【００１４】
エンジン回転数および燃料噴射量は内燃機関の運転状態として基本的な要素であるから、どのような構成の内燃機関においても既存のセンサから取得できる。
請求項６に記載の発明では、ＮＯｘ除去制御手段は、エンジン回転数の変動および内燃機関への燃料噴射量の変動がそれぞれ所定値以下の状態を内燃機関の運転状態の定常状態とする。
【００１５】
前述したように、エンジン回転数および燃料噴射量は内燃機関の運転状態として基本的な要素であるから、どのような構成の内燃機関においても、エンジン回転数および燃料噴射量の変動から内燃機関の運転状態の定常状態を判定できる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、ＮＯｘ除去停止判定手段は、ＮＯｘ除去制御手段によるＮＯｘ除去装置に対するＮＯｘ除去停止制御後、ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号が一定状態になるとＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止したと判定する。
【００１７】
ＮＯｘセンサの出力信号にゲインずれ等の異常があっても、ＮＯｘ量が変化せず一定であれば、ＮＯｘセンサの出量力信号のレベルは一定状態になる。これにより、ＮＯｘセンサに異常があっても、ＮＯｘ除去装置に対するＮＯｘ除去停止制御後、ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止したと正確に判定できる。
【００１８】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による排気浄化システムを図１に示す。
【００２０】
（排気浄化システム１０）
第１実施形態の排気浄化システム１０は、酸化触媒１２、排気温センサ１４、ＮＯｘ触媒２０、尿素添加弁２２、ＮＯｘセンサ３０、電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）４０等から構成されている。排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２から排気通路１００に排出される排気を浄化するシステムである。エンジン２には、コモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁から噴射される。
【００２１】
酸化触媒１２は、ハニカム構造体にプラチナ等の酸化触媒を担持した構造体であり、排気中の炭化水素、一酸化炭素等の有害物質を酸化する。酸化触媒１２は排気通路１００の上流側と下流側とにそれぞれ設置されている。上流側に設置されている酸化触媒１２の上流側および下流側、ならびに下流側に設置されている酸化触媒１２の下流側に排気温センサ１４が設置されている。
【００２２】
ＮＯｘ触媒２０は、２個の酸化触媒１２の間に設置されている。ＮＯｘ触媒２０の上流側に添加装置としての尿素添加弁２２が設置されている。ＮＯｘ触媒２０および尿素添加弁２２は、特許請求の範囲に記載した「ＮＯｘ除去装置」に相当する。尿素添加弁２２は、図示しないタンクに蓄えられている尿素水を還元剤としてＮＯｘ触媒２０の上流側に噴射する。尿素添加弁２２から噴射された尿素水はＮＯｘ触媒２０に吸着され、排気温が所定温度異常になると加水分解されることによりアンモニアと二酸化炭素とに分解される。そして加水分解により発生したアンモニアがＮＯｘ触媒２０においてＮＯｘを還元する。
【００２３】
ＮＯｘセンサ３０は、ＮＯｘ触媒２０の下流側に設置されており、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量を検出する。
ＮＯｘ異常検出装置としてのＥＣＵ４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き換え可能な記憶装置等から構成されている。ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ４、アクセル開度センサ６、ＮＯｘセンサ３０等の各種センサの検出信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ４０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁の噴射時期および噴射量、尿素添加弁２２からＮＯｘ触媒２０に添加する尿素水の添加量等を制御する。
【００２４】
ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
（ＮＯｘ排出量取得手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ４の検出信号からエンジン回転数を取得し、アクセル開度センサ６の検出信号から燃料噴射弁に指令する燃料噴射量を算出して取得する。そして、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいてエンジン２から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ排出量として取得する。
【００２５】
エンジン回転数および燃料噴射量は、ディーゼルエンジン２以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジンにおいてもエンジン構成に関わらず基本的に設置されているセンサから検出できるエンジン運転状態である。したがって、新たにセンサを設置することなく、エンジン２から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ排出量として取得できる。
【００２６】
ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation）弁が設置されている場合には、ＥＧＲ弁の開度からＥＧＲ量を取得し、エンジン回転数および燃料噴射量に加えＥＧＲ量に基づいてエンジン２から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ排出量として取得することが望ましい。ＥＧＲ量が増加するとＮＯｘ排出量は減少し、ＥＧＲ量が減少するとＮＯｘ排出量は増加する。
【００２７】
（下流側ＮＯｘ量取得手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の出力信号に基づき、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量を算出し、ＮＯｘ量として取得する。
【００２８】
（運転状態取得手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ４、アクセル開度センサ６、排気温センサ１４、ＮＯｘセンサ３０等の各種センサの検出信号からエンジン運転状態を取得する。そしてＥＣＵ４０は、取得したエンジン運転状態に基づいて、エンジン２に燃料を噴射する燃料噴射弁、尿素添加弁２２等の作動を適切に制御する。
【００２９】
（検出条件判定手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上であり、かつエンジン運転状態が定常状態である検出条件が成立しているかを判定する。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、図２の符号２００に示すエンジン２の高負荷領域２００において、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上であると判定する。ディーゼルエンジン２では、出力トルクと燃料噴射量とはほぼ比例関係にあるので、図２におけるエンジン回転数と出力トルクとの関係は、エンジン回転数と燃料噴射量との関係と見なすことができる。
【００３１】
高負荷領域２００は、エンジン回転数および出力トルクが所定値以上の領域であり、エンジン負荷がハーフロードよりも高いことを表している。高負荷領域２００は、エンジン２からのＮＯｘの排出量が大きい高ＮＯｘ領域である。
【００３２】
高負荷領域２００は、ＮＯｘセンサ３０の出力信号をＮＯｘ量に変換する際の誤差を考慮しても、ＮＯｘセンサ３０の正常時と異常時とを判定できる偏差が生じるエンジン運転状態の領域であるということもできる。
【００３３】
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数および燃料噴射量の変動が所定値以下になると、エンジン運転状態が定常状態であると判定する。
前述したように、エンジン回転数および燃料噴射量は、ディーゼルエンジン２以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジンにおいてもエンジン構成に関わらず基本的に設置されているセンサから検出できるエンジン運転状態である。したがって、新たにセンサを設置することなく、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいてエンジン運転状態が定常状態であると判定できる。
【００３４】
（ＮＯｘ除去制御手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン運転状態に基づいて、尿素添加弁２２から噴射する尿素水の量を調整する。例えば、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ排出量取得手段が取得したエンジン２から排出されるＮＯｘ量と、下流側ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量との差に基づいてＮＯｘ触媒に吸着されている尿素量を推定し、尿素添加弁２２から噴射する尿素水の量を調整する。
【００３５】
尿素の加水分解は所定温度以上、例えば１７０℃以上で生じるので、ＥＣＵ４０は、排気温センサ１４の出力信号から排気温が１７０℃未満の場合には、尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する。
【００３６】
また、ＥＣＵ４０は、前述した検出条件判定手段により検出条件が成立していると判定すると、尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する。尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止すると、ＮＯｘ触媒２０に尿素が補充されなくなる。その結果、ＮＯｘ触媒２０に吸着している尿素がＮＯｘの還元に使用され吸着量が０になると、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘの還元は停止する。
【００３７】
（ＮＯｘ除去停止判定手段）
ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ除去制御手段による尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する制御後、ＮＯｘセンサ３０によるＮＯｘ量の検出値が一定状態になると、ＮＯｘ触媒２０に吸着されている尿素量が０になり、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元が停止したと判定する。
【００３８】
ここで、ＮＯｘセンサ３０の出力信号にゲインずれ等の異常があっても、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量が一定であれば、ＮＯｘセンサ３０によるＮＯｘ量の検出値は一定状態になる。したがって、ＮＯｘセンサ３０に異常があっても、尿素添加弁２２からの尿素水の噴射を停止する制御後、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元が停止したと正確に判定できる。
【００３９】
（異常検出手段）
ＥＣＵ４０は、検出条件判定手段が検出条件が成立していると判定し、ＮＯｘ除去停止判定手段がＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元が停止したと判定すると、エンジン２から排出されるＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサ３０の出力信号に基づいて取得したＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量とに基づいて、本実施形態ではその差の絶対値に基づいて、ＮＯｘ触媒２０が正常であるか、異常であるかを判定する。
【００４０】
図３に、ＮＯｘ触媒２０の下流側の実際の実ＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサ３０の出力信号から算出する検出ＮＯｘ濃度との関係を示す。ＮＯｘセンサ３０の異常検出時においては、ＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）を図２の実ＮＯｘ濃度と見なすことができる。
【００４１】
実線２１０は、実ＮＯｘ濃度と検出ＮＯｘ濃度とが一致するＮＯｘセンサ３０が正常時の特性である。これに対し、ゲインずれ等の出力誤差がＮＯｘセンサ３０に生じると、実線２１０に対し、検出ＮＯｘ濃度は点線２１２、２１４に示すように高側または低側にずれる。
【００４２】
そして、実ＮＯｘ濃度と検出ＮＯｘ濃度とのずれは、実線２１０に対し検出ＮＯｘ濃度の高側および低側の両方において、ＮＯｘ濃度が増加するにしたがい大きくなり、ＮＯｘ濃度が低下するにしたがい小さくなる。したがって、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上になり、ＮＯｘ濃度が所定値以上の範囲でＮＯｘセンサ３０の出力を判定すれば、ＮＯｘセンサ３０に異常がある場合に、正常値と異常値との判別が容易になる。その結果、ＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に検出できる。ＮＯｘ濃度が所定値以上の範囲とは、前述したように、エンジン２の負荷がハーフロードよりも高い高負荷のときである。
【００４３】
（ＮＯｘセンサの異常検出）
次に、排気浄化システム１０におけるＮＯｘセンサの異常検出について、図４の異常検出ルーチンおよび図５の異常検出タイムチャートに基づいて説明する。図４の異常検出ルーチンは常時実行される。図４において「Ｓ」はステップを表している。図４に示すルーチンは、ＥＣＵ４０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている。
【００４４】
図４の異常検出ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずＳ３００において、エンジン回転数センサ４からエンジン回転数ＮＥを、アクセル開度センサ６から指令噴射量Ｑをそれぞれ取得する。
【００４５】
エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑが上昇すると、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が増加し、ＮＯｘ濃度が上昇する（図５参照）。図５に示すＮＯｘ濃度を示す実線２２０は、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑのエンジン運転状態に基づいてＥＣＵ４０が算出した推定値である。
【００４６】
Ｓ３０２においてＥＣＵ４０は、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑがそれぞれ所定値以上であり、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が所定値以上の高ＮＯｘ運転状態であるかを判定する。高ＮＯｘ運転状態でなければ（Ｓ３０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０はＳ３００に処理を戻す。
【００４７】
図５に示すように、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑがそれぞれ所定値以上になると、ＥＣＵ４０は高ＮＯｘ運転状態であると判定し（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、高ＮＯｘフラグをオンにする（図５参照）。
【００４８】
そして、ＥＣＵ４０は、Ｓ３０４においてエンジン運転状態が定常状態であるかを判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、図５に示すように、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑがそれぞれ所定値以上になった状態で、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑの変動が所定値以下であれば定常運転状態と判定する。
【００４９】
ＥＣＵ４０はＳ３０４において定常運転状態になるまで待機し、定常運転状態になると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、定常運転判定フラグをオンにする（図５参照）。そして、Ｓ３０６においてＥＣＵ４０は、尿素添加弁２２に尿素水の添加を停止させ、尿素添加禁止フラグをオンにする（図５参照）。
【００５０】
尿素添加弁２２からの尿素水の添加が停止すると、ＮＯｘ触媒２０に吸着されている尿素量がＮＯｘの還元のために減少する一方、補充されないので、ＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘ還元量が減少する。これにより、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘ量が増加する（図５の実線２２２参照）。すると、ＮＯｘセンサ３０にゲインずれ等の出力異常が発生していても、ＮＯｘセンサ３０の出力は上昇する（図５参照）。
【００５１】
尿素の吸着量が０になりＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘ還元量が０になると、ＮＯｘ触媒２０の上流側と下流側とにおいてＮＯｘ濃度は等しくなる。そして、エンジン運転状態が定常状態であれば、ＮＯｘ濃度は一定である。したがって、ＮＯｘセンサ３０にゲインずれ等の出力異常が発生していても、ＮＯｘセンサ３０の出力は一定状態になる（図５参照）。
【００５２】
そこで、Ｓ３０８においてＥＣＵ４０は、Ｓ３０６において尿素水の添加を停止させてからＮＯｘセンサ３０の出力が一定状態になるかを判定することにより、ＮＯｘ触媒２０における尿素の吸着量が０になるまで待機する。
【００５３】
ＮＯｘ触媒２０における尿素の吸着量が０になると（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、Ｓ３１０においてＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ３０の故障診断許可フラグをオンにする（図５参照）。
【００５４】
Ｓ３１２においてＥＣＵ４０は、エンジン回転数ＮＥおよび指令噴射量Ｑのエンジン運転状態から推定したＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度と言い換えてもよい。）の推定値と、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が符号２３０（図５参照）で示す所定値を超えているかを判定する。
【００５５】
ＮＯｘセンサ３０が正常でありＮＯｘセンサ３０の出力から検出するＮＯｘ濃度が図５の実線２２２に示すように正常であれば、ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値は所定値（符号２３０）以内である。一方、ＮＯｘセンサ３０の出力が図５の点線２２４に示すように異常であれば、ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値は所定値（符号２３０）を超える。
【００５６】
図５では、正常値よりも高側の点線２２４を、ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値を超えるＮＯｘセンサ３０の出力の異常値とした。これに対し、正常値よりも低側においてＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値を超えるのであれば、低側のＮＯｘ量の検出値を異常値とする。
【００５７】
ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値（符号２３０）以下の場合（Ｓ３１２：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
ＮＯｘ量の推定値とＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値（符号２３０）を超えると（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０はＮＯｘセンサ３０が異常であり故障が発生していると判断し、Ｓ３１４においてＮＯｘセンサ３０の故障判定フラグをオンにする（図５参照）。
【００５８】
そして、Ｓ３１６においてＥＣＵ４０はＮＯｘセンサの故障ランプを点灯し、本ルーチンを終了する。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を図６に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００５９】
第２実施形態の排気浄化システム５０では、ＮＯｘ触媒２０の下流側に加え、上流側にもＮＯｘセンサ３０が設置されている。これにより、エンジン２から排出されるＮＯｘ量をエンジン回転数および燃料噴射量に基づいて推定し、ＮＯｘ量を取得する代わりに、ＮＯｘ触媒２０の上流側に設置されたＮＯｘセンサ３０の出力信号によりエンジン２から排出されるＮＯｘ量を検出し、ＮＯｘ量を取得する。
【００６０】
したがって、第２実施形態のＥＣ４０は、第１実施形態の図４に示す異常検出ルーチンのＳ３１２において、ＮＯｘ触媒２０の上流側のＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値と、ＮＯｘ触媒２０の下流側のＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値が所定値（図５の符号２３０参照）を超えているかを判定する。
【００６１】
ＮＯｘ触媒２０の上流側および下流側に設置されたＮＯｘセンサ３０が両方とも異常である確率は非常に低いので、正常なＮＯｘセンサ３０と異常なＮＯｘセンサ３０との出力に基づいて検出されたＮＯｘ量の絶対値の差が所定値を超えている場合に、上流側または下流側のＮＯｘセンサ３０の一方が異常であると判定できる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン２から排出されるＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）が所定値以上の高ＮＯｘ運転状態において、還元剤である尿素水の添加を停止することによりＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元量を０にし、エンジン運転状態に基づいて推定されるＮＯｘ量の推定値、あるいはＮＯｘ触媒３０の上流側に設置したＮＯｘセンサの出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値と、ＮＯｘ触媒３０の下流側に設置したＮＯｘセンサ３０の出力信号から検出したＮＯｘ量の検出値との差の絶対値に基づいてＮＯｘセンサ３０の異常を判定した。
【００６３】
これにより、ＮＯｘセンサ３０にゲインずれ等の出力異常がある場合に、正常値と異常値との偏差が大きい高ＮＯｘ運転状態でＮＯｘセンサ３０の異常を判定できる。その結果、ＮＯｘセンサ３０の異常を高精度に判定できる。
【００６４】
［他の実施形態］
上記実施形態では、高ＮＯｘ運転状態になるまでＮＯｘセンサ３０の異常検出を待機した。これに対し、エンジン運転状態が高ＮＯｘ運転状態ではないときに、燃料噴射弁からの噴射圧の上昇、噴射時期の進角、パイロット噴射の停止、ＥＧＲの停止等をＥＣＵ４０から指令することにより、エンジン運転状態を積極的に高ＮＯｘ運転状態に変化させてもよい。これにより、所望の時期にＮＯｘセンサの異常検出を実施できる。
【００６５】
本発明のＮＯｘ異常検出装置は、燃料を燃焼してＮＯｘを排出する内燃機関であれば、ディーゼルエンジン以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジン等の排気浄化システムにも適用できる。
【００６６】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図２】エンジン回転数と出力トルク（燃料噴射量）との関係を示す特性図。
【図３】実ＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサが検出する性女児および異常時のＮＯｘ濃度との関係を示す特性図。
【図４】ＮＯｘセンサの異常検出時のタイムチャート。
【図５】ＮＯｘセンサの異常検出を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【符号の説明】
【００６８】
２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１０、５０：排気浄化システム、２０：ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ除去装置）、２２：尿素添加弁（添加装置、ＮＯｘ除去装置）、３０：ＮＯｘセンサ、４０：ＥＣＵ（ＮＯｘセンサ異常検出装置、ＮＯｘ排出量取得手段、下流側ＮＯｘ量取得手段、運転状態取得手段、検出条件判定手段、ＮＯｘ除去制御手段、ＮＯｘ除去停止判定手段、異常検出手段）、１００：排気通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排気通路に排出されるＮＯｘ量を取得するＮＯｘ排出量取得手段と、
前記排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づき前記ＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量を取得する下流側ＮＯｘ量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記ＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量が所定値以上であり、かつ前記運転状態が定常状態である検出条件が成立しているかを判定する検出条件判定手段と、
前記検出条件が成立している場合、前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去を停止するＮＯｘ除去制御手段と、
前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去が停止すると、前記ＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量と前記下流側ＮＯｘ量取得手段が取得するＮＯｘ量とに基づき前記ＮＯｘセンサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ除去装置はＮＯｘ触媒と前記ＮＯｘ触媒に還元剤を添加する添加装置とを備え、
前記ＮＯｘ除去制御手段は、前記添加装置から前記ＮＯｘ触媒への前記還元剤の添加を停止することにより前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去を停止することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項３】
前記還元剤は尿素であることを特徴とする請求項２に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ排出量取得手段は、前記運転状態取得手段が取得する前記運転状態に基づいて前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定してＮＯｘ量を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ排出量取得手段は、前記運転状態として少なくともエンジン回転数および前記内燃機関への燃料噴射量に基づいて前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定してＮＯｘ量を取得することを特徴とする請求項４に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項６】
前記検出条件判定手段は、エンジン回転数の変動および前記内燃機関への燃料噴射量の変動がそれぞれ所定値以下の状態を前記運転状態の前記定常状態とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ除去制御手段による前記ＮＯｘ除去装置に対するＮＯｘ除去停止制御後、前記ＮＯｘ除去装置の下流側に設置された前記ＮＯｘセンサによるＮＯｘ量検出値が一定状態になると前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止したと判定するＮＯｘ除去停止判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置と、
前記ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサと、
請求項１から７のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項１】
内燃機関から排気通路に排出されるＮＯｘ量を取得するＮＯｘ排出量取得手段と、
前記排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサの出力信号に基づき前記ＮＯｘ除去装置の下流側のＮＯｘ量を取得する下流側ＮＯｘ量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記ＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量が所定値以上であり、かつ前記運転状態が定常状態である検出条件が成立しているかを判定する検出条件判定手段と、
前記検出条件が成立している場合、前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去を停止するＮＯｘ除去制御手段と、
前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去が停止すると、前記ＮＯｘ排出量取得手段が取得するＮＯｘ量と前記下流側ＮＯｘ量取得手段が取得するＮＯｘ量とに基づき前記ＮＯｘセンサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ除去装置はＮＯｘ触媒と前記ＮＯｘ触媒に還元剤を添加する添加装置とを備え、
前記ＮＯｘ除去制御手段は、前記添加装置から前記ＮＯｘ触媒への前記還元剤の添加を停止することにより前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘの除去を停止することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項３】
前記還元剤は尿素であることを特徴とする請求項２に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ排出量取得手段は、前記運転状態取得手段が取得する前記運転状態に基づいて前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定してＮＯｘ量を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ排出量取得手段は、前記運転状態として少なくともエンジン回転数および前記内燃機関への燃料噴射量に基づいて前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量を推定してＮＯｘ量を取得することを特徴とする請求項４に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項６】
前記検出条件判定手段は、エンジン回転数の変動および前記内燃機関への燃料噴射量の変動がそれぞれ所定値以下の状態を前記運転状態の前記定常状態とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ除去制御手段による前記ＮＯｘ除去装置に対するＮＯｘ除去停止制御後、前記ＮＯｘ除去装置の下流側に設置された前記ＮＯｘセンサによるＮＯｘ量検出値が一定状態になると前記ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去が停止したと判定するＮＯｘ除去停止判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設置されたＮＯｘ除去装置と、
前記ＮＯｘ除去装置の下流側に設置されたＮＯｘセンサと、
請求項１から７のいずれか一項に記載のＮＯｘセンサ異常検出装置と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１３３２８５（Ｐ２００９−１３３２８５Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１１５３７（Ｐ２００７−３１１５３７）
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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