JP5545019B2 - NOx sensor failure detection device - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘセンサの故障を検出する故障検出装置に関する。   The present invention relates to a failure detection device that detects a failure of a NOx sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.

内燃機関の排気通路には、排気のＮＯｘ濃度を検出すべくＮＯｘセンサが設けられる場合がある。また、特許文献１及び２には、このようなＮＯｘセンサの故障を検出するための技術が記載されている。   An NOx sensor may be provided in the exhaust passage of the internal combustion engine to detect the NOx concentration of the exhaust. Patent Documents 1 and 2 describe techniques for detecting such a failure of the NOx sensor.

特許文献１及び２に記載の技術では、ＮＯｘセンサの故障の有無を判定する際に、内燃機関におけるＥＧＲ率を変動させ、これによって排気のＮＯｘ濃度を変動させる。そして、このときのＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて、該ＮＯｘセンサの故障の有無を判定する。   In the techniques described in Patent Documents 1 and 2, when determining the presence or absence of a failure of the NOx sensor, the EGR rate in the internal combustion engine is varied, thereby varying the NOx concentration of the exhaust gas. Based on the change in the output value of the NOx sensor at this time, it is determined whether or not the NOx sensor has failed.

特開２００３−１２０３９９号公報JP 2003-120399 A 特開２００８−００２４４０号公報JP 2008-002440 A 特開２００８−１９０３８３号公報JP 2008-190383 A

内燃機関におけるＥＧＲ率を変動させると、該内燃機関から排出される排気のＮＯｘ濃度が変動する。その結果、ＮＯｘセンサによってＮＯｘ濃度が検出される排気のＮＯｘ濃度も変化する。この時のＮＯｘセンサの出力値の実際の変化と正常時におけるＮＯｘセンサの出力値の変化とを比較することで、ＮＯｘセンサの故障の有無を判定することができる。   When the EGR rate in the internal combustion engine is changed, the NOx concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is changed. As a result, the NOx concentration of the exhaust gas whose NOx concentration is detected by the NOx sensor also changes. By comparing the actual change in the output value of the NOx sensor at this time with the change in the output value of the NOx sensor at the normal time, it is possible to determine whether or not the NOx sensor has failed.

しかしながら、内燃機関におけるＥＧＲ率を変動させると、内燃機関の運転状態が変化する虞がある。内燃機関の運転状態が変化することで、内燃機関を搭載した車両の運転者の意図と異なる運転状態となると、ドライバビリティの悪化を招くこととなる。   However, if the EGR rate in the internal combustion engine is changed, the operating state of the internal combustion engine may change. If the operating state of the internal combustion engine changes and the driving state is different from the intention of the driver of the vehicle equipped with the internal combustion engine, the drivability is deteriorated.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ドライバビリティの悪化を伴うことなくＮＯｘセンサの故障を検出することが可能な技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of detecting a failure of a NOx sensor without deteriorating drivability.

本発明は、ＮＯｘセンサの故障の有無を判定する際に、内燃機関での燃焼に供される混合気の性状を変化させることなく、排気のＮＯｘ濃度を変化させるものである。   The present invention changes the NOx concentration of exhaust gas without changing the property of the air-fuel mixture used for combustion in the internal combustion engine when determining the presence or absence of a failure of the NOx sensor.

より詳しくは、本発明に係るＮＯｘセンサの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘセンサの故障を検出する故障検出装置であって、
前記ＮＯｘセンサよりも上流側の排気通路において排気のＮＯｘ濃度を変動させるＮＯｘ濃度変動手段と、
前記ＮＯｘ濃度変動手段によって排気のＮＯｘ濃度を変動させた時の前記ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて前記ＮＯｘセンサの故障の有無を判定する故障判定手段と、
を備える。 More specifically, the NOx sensor failure detection apparatus according to the present invention includes:
A failure detection device for detecting a failure of a NOx sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
NOx concentration changing means for changing the NOx concentration of the exhaust in the exhaust passage upstream of the NOx sensor;
Failure determination means for determining whether or not the NOx sensor has failed based on a change in the output value of the NOx sensor when the NOx concentration of the exhaust gas is changed by the NOx concentration changing means;
Is provided.

本発明に係るＮＯｘ濃度変動手段によれば、排気通路において排気のＮＯｘ濃度を変動させる。そのため、内燃機関の運転状態に影響を与えることなく、ＮＯｘセンサによってＮＯｘ濃度が検出される排気のＮＯｘ濃度を変動させることができる。従って、本発明によれば、ドライバビリティの悪化を伴うことなくＮＯｘセンサの故障を検出することができる。   According to the NOx concentration varying means according to the present invention, the NOx concentration of the exhaust is varied in the exhaust passage. Therefore, the NOx concentration of the exhaust gas whose NOx concentration is detected by the NOx sensor can be varied without affecting the operating state of the internal combustion engine. Therefore, according to the present invention, it is possible to detect a failure of the NOx sensor without deteriorating drivability.

本発明に係るＮＯｘ濃度変動手段は、酸化触媒及び燃料供給手段を有してもよい。酸化触媒はＮＯｘセンサより上流側の排気通路に設けられる。燃料供給手段は酸化触媒に燃料を供給する。この場合、ＮＯｘ濃度変動手段は、燃料供給手段によって酸化触媒に燃料を一時的に供給することで、排気のＮＯｘ濃度を変動させる。これによれば、排気通路において排気のＮＯｘ濃度を変動させることができる。   The NOx concentration variation means according to the present invention may include an oxidation catalyst and a fuel supply means. The oxidation catalyst is provided in the exhaust passage upstream of the NOx sensor. The fuel supply means supplies fuel to the oxidation catalyst. In this case, the NOx concentration variation means varies the NOx concentration of the exhaust gas by temporarily supplying fuel to the oxidation catalyst by the fuel supply means. According to this, the NOx concentration of the exhaust can be varied in the exhaust passage.

本発明に係る故障判定手段は、ＮＯｘ濃度変動手段によって排気のＮＯｘ濃度を変動させた時のＮＯｘセンサの実際の出力値と、ＮＯｘセンサが正常と仮定したときの出力値とを比較することで、ＮＯｘセンサの故障の有無を判定してもよい。このとき、ＮＯｘセンサが正常と仮定したときの出力値は、内燃機関の運転状態等に基づいて求めることができる。   The failure determination means according to the present invention compares the actual output value of the NOx sensor when the NOx concentration of the exhaust is changed by the NOx concentration changing means and the output value when the NOx sensor is assumed to be normal. The presence or absence of a failure in the NOx sensor may be determined. At this time, the output value when the NOx sensor is assumed to be normal can be obtained based on the operating state of the internal combustion engine or the like.

本発明によれば、ドライバビリティの悪化を伴うことなくＮＯｘセンサの故障を検出することができる。   According to the present invention, it is possible to detect a failure of the NOx sensor without accompanying deterioration in drivability.

実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the intake / exhaust system of the internal combustion engine which concerns on an Example. 排気の空燃比に応じた酸化触媒におけるＮＯｘの吸着・脱離の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of adsorption | suction and desorption of NOx in the oxidation catalyst according to the air fuel ratio of exhaust gas. 酸化触媒に燃料が供給された時の化学反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the chemical reaction when a fuel is supplied to the oxidation catalyst. 燃料添加弁からの燃料添加を実行した際の、酸化触媒に流入する排気の空燃比とＮＯｘセンサの出力値との推移を示す第１のタイムチャートである。It is a 1st time chart which shows transition of the air fuel ratio of the exhaust_gas | exhaustion which flows into an oxidation catalyst, and the output value of a NOx sensor at the time of performing fuel addition from a fuel addition valve. 実施例に係るＮＯｘセンサの故障検出のフローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a failure detection of the NOx sensor which concerns on an Example. 燃料添加弁からの燃料添加を実行した際の、酸化触媒に流入する排気の空燃比とＮＯｘセンサの出力値との推移を示す第２のタイムチャートである。6 is a second time chart showing transitions of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst and the output value of the NOx sensor when fuel addition from the fuel addition valve is executed. 燃料添加弁からの燃料添加を実行した際の、酸化触媒に流入する排気の空燃比とＮＯｘセンサの出力値との推移を示す第３のタイムチャートである。It is a 3rd time chart which shows transition of the air fuel ratio of the exhaust_gas | exhaustion which flows into an oxidation catalyst, and the output value of a NOx sensor at the time of performing fuel addition from a fuel addition valve. 燃料添加弁からの燃料添加を実行した際の、酸化触媒に流入する排気の空燃比とＮＯｘセンサの出力値との推移を示す第４のタイムチャートである。FIG. 10 is a fourth time chart showing the transition of the air-fuel ratio of exhaust flowing into the oxidation catalyst and the output value of the NOx sensor when fuel addition from the fuel addition valve is executed.

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。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

＜実施例＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンの排気通路に設けられたＮＯｘセンサの故障検出に適用した場合を例に挙げて説明する。尚、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンであってもよい。 <Example>
Here, a case where the present invention is applied to detection of a failure of a NOx sensor provided in an exhaust passage of a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example. In addition, the internal combustion engine which concerns on this invention is not restricted to a diesel engine, A gasoline engine may be sufficient.

［内燃機関の吸排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。 [Schematic configuration of intake and exhaust system of internal combustion engine]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an intake / exhaust system of an internal combustion engine according to the present embodiment. The internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle. An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the internal combustion engine 1.

吸気通路２にはエアフローメータ４及びスロットル弁５が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、該吸気通路２を流通する吸気の流量を調節する。   An air flow meter 4 and a throttle valve 5 are provided in the intake passage 2. The air flow meter 4 detects the intake air amount of the internal combustion engine 1. The throttle valve 5 adjusts the flow rate of the intake air flowing through the intake passage 2 by changing the cross-sectional area of the intake passage 2.

排気通路３には、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ７が設けられている。パティキュレートフィルタ７より上流側の排気通路３には酸化触媒６が設けられている。排気通路３における酸化触媒６よりもさらに上流側には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁８が設けられている。また、パティキュレートフィルタ７より下流側の排気通路３には、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１３が設けられている。   The exhaust passage 3 is provided with a particulate filter 7 that collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) in the exhaust. An oxidation catalyst 6 is provided in the exhaust passage 3 upstream of the particulate filter 7. A fuel addition valve 8 for adding fuel to the exhaust is provided further upstream of the oxidation catalyst 6 in the exhaust passage 3. Further, a NOx sensor 13 for detecting the NOx concentration of the exhaust is provided in the exhaust passage 3 on the downstream side of the particulate filter 7.

本実施例に係る内燃機関１の吸排気系には排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２に導入するためのＥＧＲ通路２１が設けられている。ＥＧＲ通路２１の一端は、排気通路３の内燃機関１への接続部分に設けられたエキゾーストマニホールド（図示略）に接続されている。ＥＧＲ通路２１の他端は、吸気通路２の内燃機関１への接続部分に設けられたインテークマニホールド（図示略）も接続されている。ＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁２２が設置されている。   The intake / exhaust system of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment is provided with an EGR passage 21 for introducing a part of the exhaust gas into the intake passage 2 as EGR gas. One end of the EGR passage 21 is connected to an exhaust manifold (not shown) provided at a connection portion of the exhaust passage 3 to the internal combustion engine 1. The other end of the EGR passage 21 is also connected to an intake manifold (not shown) provided at a connection portion of the intake passage 2 to the internal combustion engine 1. An EGR valve 22 for controlling the flow rate of EGR gas is installed in the EGR passage 21.

また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４及びＮＯｘセンサ１３が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１のクランクポジションセンサ１１、及び内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出することができる。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出することができる。   The internal combustion engine 1 is also provided with an electronic control unit (ECU) 10 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 10 is electrically connected to the air flow meter 4 and the NOx sensor 13. Further, the ECU 10 is electrically connected to a crank position sensor 11 of the internal combustion engine 1 and an accelerator opening sensor 12 of a vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted. And the output signal of each sensor is input into ECU10. The ECU 10 can derive the engine speed of the internal combustion engine 1 based on the output signal of the crank position sensor 11. Further, the ECU 10 can derive the engine load of the internal combustion engine 1 based on the output signal of the accelerator opening sensor 12.

ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）、スロットル弁５、燃料添加弁８及びＥＧＲ弁２２が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によってこれらの装置の動作が制御される。   A fuel injection valve (not shown) of the internal combustion engine 1, a throttle valve 5, a fuel addition valve 8, and an EGR valve 22 are electrically connected to the ECU 10. The operation of these devices is controlled by the ECU 10.

［ＮＯｘセンサの故障検出］
以下、本実施例に係る、ＮＯｘセンサの故障検出方法について説明する。排気通路３を流れる排気のＮＯｘ濃度が変動した場合、ＮＯｘセンサ１３が正常であれば、それに応じてＮＯｘセンサ１３の出力値も変化する。そこで、本実施例では、排気のＮＯｘ濃度を一時的に変動させて、その時のＮＯｘセンサ１３の出力値の変化に基づいてＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定する。 [NOx sensor failure detection]
The NOx sensor failure detection method according to this embodiment will be described below. When the NOx concentration of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 3 fluctuates, if the NOx sensor 13 is normal, the output value of the NOx sensor 13 changes accordingly. Therefore, in this embodiment, the NOx concentration of the exhaust gas is temporarily changed, and whether or not the NOx sensor 13 has failed is determined based on the change in the output value of the NOx sensor 13 at that time.

ここで、排気のＮＯｘ濃度を変動させる方法として、スロットル弁５又はＥＧＲ弁２２の開度を変更することで内燃機関１における吸気のＥＧＲ率を変動させる方法が考えられる。吸気のＥＧＲ率を上昇させると、内燃機関１から排出される排気のＮＯｘ濃度を上昇させることができる。これにより、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度も上昇する。   Here, as a method of changing the NOx concentration of the exhaust, a method of changing the EGR rate of the intake air in the internal combustion engine 1 by changing the opening degree of the throttle valve 5 or the EGR valve 22 can be considered. When the EGR rate of intake air is increased, the NOx concentration of exhaust discharged from the internal combustion engine 1 can be increased. Thereby, the NOx concentration of the exhaust gas that reaches the NOx sensor 13 also increases.

しかしながら、内燃機関１における吸気のＥＧＲ率を変動させると、内燃機関１の運転
状態が変化することにより、車両のドライバビィティの悪化を招く虞がある。そこで、本実施例においては、ＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定すべく排気のＮＯｘ濃度を変動させるときに、燃料添加弁８から排気中に燃料を添加する。 However, if the EGR rate of the intake air in the internal combustion engine 1 is varied, the operating state of the internal combustion engine 1 may change, which may lead to a deterioration in the vehicle driveability. In this embodiment, therefore, fuel is added into the exhaust gas from the fuel addition valve 8 when the NOx concentration of the exhaust gas is varied to determine whether or not the NOx sensor 13 has failed.

図２（ａ）に示すように、酸化触媒６に流入する排気（以下、流入排気と称する）の空燃比がリーンの時には、酸化触媒６に排気中のＮＯｘが吸着する。燃料添加弁８から燃料が添加されると該燃料が酸化触媒６に供給される。その結果、流入排気の空燃比がリッチとなる。流入排気の空燃比がリッチとなると、図２（ｂ）に示すように、酸化触媒６に吸着していたＮＯｘが脱離し排気中に放出される。   As shown in FIG. 2A, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 6 (hereinafter referred to as inflowing exhaust gas) is lean, NOx in the exhaust gas is adsorbed on the oxidation catalyst 6. When fuel is added from the fuel addition valve 8, the fuel is supplied to the oxidation catalyst 6. As a result, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, as shown in FIG. 2B, NOx adsorbed on the oxidation catalyst 6 is desorbed and released into the exhaust gas.

また、酸化触媒６に燃料が供給されると、図３に示すように、酸化触媒６における水性ガスシフト反応によりＨ２が生成され、さらに、Ｈ２が排気中のＮ２と反応することによりＮＨ３及びＮＯｘが生成される。ＮＯｘセンサ１３は、排気中のＮＨ３もＮＯｘとして検出する。 Further, when fuel is supplied to the oxidation catalyst 6, as shown in FIG. 3, H 2 is generated by the water gas shift reaction in the oxidation catalyst 6, further, NH by H 2 is reacted with N 2 in the exhaust 3 and NOx are generated. The NOx sensor 13 also detects NH 3 in the exhaust as NOx.

燃料添加弁８から排気中に燃料を添加すると、これらに起因して、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度を上昇させることができる。   When fuel is added into the exhaust gas from the fuel addition valve 8, the NOx concentration of the exhaust gas that reaches the NOx sensor 13 can be increased due to these.

図４は、燃料添加弁８からの燃料添加を実行した際の、流入排気の空燃比とＮＯｘセンサ１３の出力値との推移を示すタイムチャートである。図４（ａ）は燃料添加弁８に対してＥＣＵ１０から発信される駆動信号を示している。図４（ｂ）は流入排気の空燃比Ａ／Ｆを示している。図４（ｃ）はＮＯｘセンサ１３の出力値を示している。   FIG. 4 is a time chart showing the transition of the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas and the output value of the NOx sensor 13 when the fuel addition from the fuel addition valve 8 is executed. FIG. 4A shows a drive signal transmitted from the ECU 10 to the fuel addition valve 8. FIG. 4B shows the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust. FIG. 4C shows the output value of the NOx sensor 13.

燃料添加弁８に対する駆動信号がＯＮとなると燃料添加弁８からの燃料添加が実行される。この時の燃料添加量及び燃料添加期間は予め定められている。燃料添加弁８からの燃料添加が実行されると、図４（ｂ）に示すように、流入排気の空燃比が一時的に低下する。   When the drive signal for the fuel addition valve 8 is turned ON, fuel addition from the fuel addition valve 8 is executed. The fuel addition amount and the fuel addition period at this time are determined in advance. When the fuel addition from the fuel addition valve 8 is executed, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas temporarily decreases as shown in FIG.

また、酸化触媒６に燃料が供給されることにより、酸化触媒６から流出する排気中のＮＯｘ（及びＮＨ３）が増加する。そのため、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度が上昇する。その結果、図４（ｃ）に示すように、ＮＯｘセンサ１３の出力値が一時的に上昇する。 Further, when fuel is supplied to the oxidation catalyst 6, NOx (and NH 3 ) in the exhaust gas flowing out from the oxidation catalyst 6 increases. Therefore, the NOx concentration in the exhaust gas that reaches the NOx sensor 13 increases. As a result, as shown in FIG. 4C, the output value of the NOx sensor 13 temporarily increases.

ここで、図４（ｃ）において、実線Ｌ１は、ＮＯｘセンサ１３に故障が生じたときの出力値の推移を表しており、破線Ｌ２は、ＮＯｘセンサ１３が正常のときの出力値を表している。図４（ｃ）に示すように、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度が上昇した時のＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値に、ＮＯｘセンサ１３の故障時と正常時とでは差が生じる。本実施例では、この差ΔＲｐの大きさに基づいてＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定する。   Here, in FIG. 4C, the solid line L1 represents the transition of the output value when the failure occurs in the NOx sensor 13, and the broken line L2 represents the output value when the NOx sensor 13 is normal. Yes. As shown in FIG. 4C, the peak value of the output value of the NOx sensor 13 when the NOx concentration of the exhaust gas that reaches the NOx sensor 13 increases is different between when the NOx sensor 13 is faulty and when it is normal. . In this embodiment, the presence / absence of a failure in the NOx sensor 13 is determined based on the magnitude of the difference ΔRp.

［故障検出フロー］
以下、本実施例に係るＮＯｘセンサの故障検出のフローについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。 [Failure detection flow]
Hereinafter, the failure detection flow of the NOx sensor according to the present embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG. This flow is stored in advance in the ECU 10 and is repeatedly executed by the ECU 10 at predetermined intervals.

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、故障検出実行条件が成立しているか否かが判別される。ここで、故障検出実行条件とは、例えば、内燃機関１の運転状態が定常運転である時間が一定時間以上継続しており、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気の空燃比及びＮＯｘ濃度が安定していることである。   In this flow, first, in step S101, it is determined whether or not a failure detection execution condition is satisfied. Here, the failure detection execution condition is, for example, that the time during which the operation state of the internal combustion engine 1 is in a steady operation continues for a certain time or more, and the air-fuel ratio and NOx concentration of the exhaust gas that reaches the NOx sensor 13 are stable. It is that you are.

ステップＳ１０１において故障検出実行条件が成立していると判定された場合、次にステップＳ１０２において、燃料添加弁８によって故障検出用の燃料添加が実行される。上述したように、この時の燃料添加量及び燃料添加期間は予め定められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。   If it is determined in step S101 that the failure detection execution condition is satisfied, fuel addition for failure detection is executed by the fuel addition valve 8 in step S102. As described above, the fuel addition amount and the fuel addition period at this time are determined in advance and stored in the ECU 10.

次に、ステップＳ１０３において、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇した時のピーク値の基準である基準ＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐｂａｓｅが算出される。基準ＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐｂａｓｅは、ＮＯｘセンサ１３が正常と仮定した場合の出力値のピーク値である。基準ＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐｂａｓｅは、現時点（即ち、燃料添加弁８からの燃料添加実行時）の内燃機関１の運転状態及び燃料添加弁８からの燃料添加量及び燃料添加期間等に基づいて算出することができる。また、ＮＯｘセンサ１３が故障していない初期の状態のときに燃料添加弁８から燃料を添加し、その際のＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値を記憶しておいてもよい。この場合、内燃機関１の運転状態が所定の運転状態にあるときのＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値を記憶しておけば、内燃機関１の運転状態が所定の運転状態とは異なるときの基準ＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐｂａｓｅを該記憶した値から推定することもできる。   Next, in step S103, the reference NOx concentration peak value Rpbase, which is a reference for the peak value when the output value of the NOx sensor 13 increases due to the fuel addition from the fuel addition valve 8, is calculated. The reference NOx concentration peak value Rpbase is a peak value of the output value when the NOx sensor 13 is assumed to be normal. The reference NOx concentration peak value Rpbase is calculated based on the operation state of the internal combustion engine 1 at the present time (that is, when fuel is added from the fuel addition valve 8), the amount of fuel added from the fuel addition valve 8, the fuel addition period, and the like. be able to. Further, fuel may be added from the fuel addition valve 8 when the NOx sensor 13 is in an initial state where no failure has occurred, and the peak value of the output value of the NOx sensor 13 at that time may be stored. In this case, if the peak value of the output value of the NOx sensor 13 when the operation state of the internal combustion engine 1 is in a predetermined operation state is stored, the operation state of the internal combustion engine 1 is different from the predetermined operation state. The reference NOx concentration peak value Rpbase can also be estimated from the stored value.

次に、ステップＳ１０４において、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇した時の実際のピーク値であるＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐが読み込まれる。   Next, in step S104, the NOx concentration peak value Rp, which is the actual peak value when the output value of the NOx sensor 13 is increased by executing fuel addition from the fuel addition valve 8, is read.

次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３で算出された基準ＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐｂａｓｅと、ステップＳ１０４で読み込まれたＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐとの差であるＮＯｘ濃度ピーク差ΔＲｐが算出される。ここで、ＮＯｘ濃度ピーク差ΔＲｐは絶対値として算出される。   Next, in step S105, a NOx concentration peak difference ΔRp that is a difference between the reference NOx concentration peak value Rpbase calculated in step S103 and the NOx concentration peak value Rp read in step S104 is calculated. Here, the NOx concentration peak difference ΔRp is calculated as an absolute value.

次に、ステップＳ１０６において、ＮＯｘ濃度ピーク差ΔＲｐが正常判定閾値ΔＲｐ０より大きいか否かが判別される。ここで、正常判定閾値ΔＲｐ０は、ＮＯｘセンサ１３が正常であると判定できるＮＯｘ濃度ピーク差の閾値である。正常判定閾値ΔＲｐ０は、実験等に基づいて予め定められている。   Next, in step S106, it is determined whether or not the NOx concentration peak difference ΔRp is greater than a normal determination threshold value ΔRp0. Here, the normality determination threshold value ΔRp0 is a threshold value of the NOx concentration peak difference that can be determined that the NOx sensor 13 is normal. The normality determination threshold value ΔRp0 is determined in advance based on experiments or the like.

ステップＳ１０６において肯定判定された場合、ステップＳ１０７において、ＮＯｘセンサ１３が故障していると判定される。一方、ステップＳ１０７において否定判定された場合、ステップＳ１０８において、ＮＯｘセンサ１３は正常であると判定される。   If an affirmative determination is made in step S106, it is determined in step S107 that the NOx sensor 13 has failed. On the other hand, if a negative determination is made in step S107, it is determined in step S108 that the NOx sensor 13 is normal.

尚、本実施例においては、本発明に係るＮＯｘ濃度変動手段が燃料添加弁８及び酸化触媒６を含んで構成される。また、本実施例においては、燃料添加弁８が本発明に係る燃料供給手段に相当する。また、本実施例においては、燃料添加弁８からの燃料添加に代えて、内燃機関１において副燃料噴射を実行することで酸化触媒６に燃料を供給してもよい。この場合、副燃料噴射は、主燃料噴射よりも後の時期であって、噴射された燃料が燃焼室での燃焼に供され難い時期（例えば、膨張行程後期）に実行される。また、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０６〜Ｓ１０８が本発明に係る故障判定手段に相当する。   In this embodiment, the NOx concentration fluctuation means according to the present invention includes the fuel addition valve 8 and the oxidation catalyst 6. In this embodiment, the fuel addition valve 8 corresponds to the fuel supply means according to the present invention. In this embodiment, fuel may be supplied to the oxidation catalyst 6 by executing sub fuel injection in the internal combustion engine 1 instead of adding fuel from the fuel addition valve 8. In this case, the auxiliary fuel injection is performed at a time later than the main fuel injection and at a time when the injected fuel is difficult to be used for combustion in the combustion chamber (for example, late in the expansion stroke). In the present embodiment, steps S106 to S108 in the above flow correspond to the failure determination means according to the present invention.

本実施例においては、ＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定すべくＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度を変動させる際に、内燃機関１の吸気のＥＧＲ率を変動させることなく、排気通路３において排気のＮＯｘ濃度を変動させる。これにより、内燃機関１の運転状態に影響を与えることなく、ＮＯｘセンサ１３によってＮＯｘ濃度が検出される排気のＮＯｘ濃度を変動させることができる。従って、本実施例によれば、ドライバビリティの悪化を伴うことなくＮＯｘセンサ１３の故障を検出することができる。   In the present embodiment, when the NOx concentration of the exhaust gas reaching the NOx sensor 13 is varied to determine whether or not the NOx sensor 13 has failed, the exhaust passage 3 is not varied without varying the EGR rate of the intake air of the internal combustion engine 1. The NOx concentration in the exhaust gas is varied in step. Thereby, the NOx concentration of the exhaust gas whose NOx concentration is detected by the NOx sensor 13 can be varied without affecting the operating state of the internal combustion engine 1. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to detect a failure of the NOx sensor 13 without deteriorating drivability.

［変形例］
本実施例に係る、ＮＯｘセンサの故障検出方法の変形例について、図６〜８に基づいて説明する。図６〜８は、図４と同様、燃料添加弁８からの燃料添加を実行した際の、流入排気の空燃比とＮＯｘセンサ１３の出力値との推移を示すタイムチャートである。図４（ｃ）と同様、各図（ｃ）において、実線Ｌ１は、ＮＯｘセンサ１３に故障が生じたときの出力値の推移を表しており、破線Ｌ２は、ＮＯｘセンサ１３が正常のときの出力値を表している。 [Modification]
A modification of the NOx sensor failure detection method according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8 are time charts showing transitions of the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas and the output value of the NOx sensor 13 when the fuel addition from the fuel addition valve 8 is executed as in FIG. As in FIG. 4C, in each figure (c), the solid line L1 represents the transition of the output value when a failure occurs in the NOx sensor 13, and the broken line L2 indicates that the NOx sensor 13 is normal. Represents the output value.

先ず、本実施例の第１の変形例について図６に基づいて説明する。図６（ｃ）に示すように、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度が上昇した時のＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値のみならず、その発生時期に、ＮＯｘセンサ１３の故障時と正常時とでは差が生じる。そこで、本実施例の第１の変形例では、このＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値の差Δｔｐの大きさに基づいてＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定する。   First, the 1st modification of a present Example is demonstrated based on FIG. As shown in FIG. 6 (c), not only the peak value of the output value of the NOx sensor 13 when the NOx concentration of the exhaust gas reaching the NOx sensor 13 increases, There is a difference from normal. Therefore, in the first modification of the present embodiment, the presence or absence of a failure in the NOx sensor 13 is determined based on the magnitude of the difference Δtp in the peak value of the output value of the NOx sensor 13.

この場合、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇した時のピーク値の発生時期の基準である基準ＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐｂａｓｅが算出される。基準ＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐｂａｓｅは、燃料添加弁８からの燃料添加実行時の内燃機関１の運転状態及び燃料添加弁８からの燃料添加量及び燃料添加期間等に基づいて算出することができる。また、基準ＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐｂａｓｅは、ＮＯｘセンサ１３が故障していない初期の状態のときに燃料添加弁８から燃料を添加して、その時期を検出することで取得してもよい。   In this case, a reference NOx concentration peak generation timing tpbase is calculated, which is a reference for the generation timing of the peak value when the output value of the NOx sensor 13 is increased by executing fuel addition from the fuel addition valve 8. The reference NOx concentration peak generation timing tpbase can be calculated based on the operating state of the internal combustion engine 1 when fuel is added from the fuel addition valve 8, the amount of fuel added from the fuel addition valve 8, the fuel addition period, and the like. Further, the reference NOx concentration peak occurrence timing tpbase may be obtained by adding fuel from the fuel addition valve 8 and detecting the timing when the NOx sensor 13 is in an initial state where the NOx sensor 13 is not malfunctioning.

さらに、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇した時の実際のピーク値の発生時期であるＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐが読み込まれる。そして、基準ＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐｂａｓｅとＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐとの差Δｔｐが所定の閾値（正常判定閾値）よりも大きいときに、ＮＯｘセンサ１３が故障していると判定される。   Further, the NOx concentration peak generation timing tp, which is the actual generation timing of the peak value when the output value of the NOx sensor 13 is increased by executing the fuel addition from the fuel addition valve 8, is read. When the difference Δtp between the reference NOx concentration peak occurrence timing tpbase and the NOx concentration peak occurrence timing tp is larger than a predetermined threshold (normal determination threshold), it is determined that the NOx sensor 13 has failed.

次に、本実施例の第２の変形例について図７に基づいて説明する。上述したように、ＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ濃度が上昇した時のＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値及びその発生時期に、ＮＯｘセンサ１３の故障時と正常時とでは差が生じる。そのため、図７（ｃ）に示すように、ＮＯｘセンサの出力値が上昇し始めた時点の出力値と、ＮＯｘセンサ１３の出力値のピーク値とを結ぶ直線（以下、ピーク直線と称する）の傾きにも、ＮＯｘセンサ１３の故障時と正常時とでは差が生じる。そこで、本実施例の第２の変形例では、このピーク直線の傾きの差Δαの大きさに基づいてＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定する。   Next, a second modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. As described above, there is a difference between the peak value of the output value of the NOx sensor 13 when the NOx concentration of the exhaust gas reaching the NOx sensor 13 and the generation timing thereof are different between when the NOx sensor 13 is faulty and when it is normal. Therefore, as shown in FIG. 7C, a straight line connecting the output value at the time when the output value of the NOx sensor starts to increase and the peak value of the output value of the NOx sensor 13 (hereinafter referred to as a peak straight line). A difference also occurs in the inclination between when the NOx sensor 13 is in failure and when it is normal. Therefore, in the second modification of the present embodiment, the presence or absence of a failure in the NOx sensor 13 is determined based on the magnitude of the difference Δα in the slope of the peak straight line.

この場合、燃料添加弁８からの燃料添加が開始された時期及びその時点のＮＯｘセンサ１３の出力値と、基準ＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐｂａｓｅ及び基準ＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐｂａｓｅと、に基づいてピーク直線の傾きの基準値である傾き基準値αｂａｓｅが算出される。また、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が実際に上昇し始めた時期及びその時点のＮＯｘセンサ１３の実際の出力値と、実際のＮＯｘ濃度ピーク発生時期ｔｐ及びＮＯｘ濃度ピーク値Ｒｐと、に基づいて実際のピーク直線の傾きαが算出される。そして、傾き基準値αｂａｓｅと傾きαとの差Δαが所定の閾値（正常判定閾値）よりも大きいときに、ＮＯｘセンサ１３が故障していると判定される。   In this case, the peak straight line is based on the start of fuel addition from the fuel addition valve 8 and the output value of the NOx sensor 13 at that time, the reference NOx concentration peak generation timing tpbase, and the reference NOx concentration peak value Rpbase. An inclination reference value αbase, which is an inclination reference value, is calculated. Further, when the fuel addition from the fuel addition valve 8 is executed, the time when the output value of the NOx sensor 13 actually starts to rise, the actual output value of the NOx sensor 13 at that time, and the actual NOx concentration peak occurrence Based on the timing tp and the NOx concentration peak value Rp, the actual slope α of the peak straight line is calculated. When the difference Δα between the inclination reference value αbase and the inclination α is larger than a predetermined threshold (normal determination threshold), it is determined that the NOx sensor 13 has failed.

次に、本実施例の第３の変形例について図８に基づいて説明する。図８（ｃ）に示すように、燃料添加弁８から燃料を添加することでＮＯｘセンサ１３に到達する排気のＮＯｘ
濃度を上昇させた時において、ＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇し始める時期に、ＮＯｘセンサ１３の故障時と正常時とで差が生じる場合がある。そこで、本実施例の第３の変形例では、このＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇し始める時期の差Δｔｓの大きさに基づいてＮＯｘセンサ１３の故障の有無を判定する。 Next, a third modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8 (c), the NOx of the exhaust that reaches the NOx sensor 13 by adding fuel from the fuel addition valve 8.
When the concentration is increased, there may be a difference between when the NOx sensor 13 fails and when the output value of the NOx sensor 13 starts increasing. Therefore, in the third modification of the present embodiment, the presence / absence of a failure in the NOx sensor 13 is determined based on the magnitude of the difference Δts in the timing when the output value of the NOx sensor 13 starts to rise.

この場合、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇する時の上昇開始時期の基準である基準ＮＯｘ濃度上昇開始時期ｔｓｂａｓｅが算出される。基準ＮＯｘ濃度上昇開始時期ｔｓｂａｓｅは、燃料添加弁８からの燃料添加実行時の内燃機関１の運転状態及び燃料添加弁８からの燃料添加量及び燃料添加期間等に基づいて算出することができる。また、基準ＮＯｘ濃度上昇開始時期ｔｓｂａｓｅは、ＮＯｘセンサ１３が故障していない初期の状態のときに燃料添加弁８から燃料を添加して、その時期を検出することで取得してもよい。   In this case, a reference NOx concentration increase start timing tsbase, which is a reference for an increase start timing when the output value of the NOx sensor 13 increases by executing fuel addition from the fuel addition valve 8, is calculated. The reference NOx concentration increase start timing tsbase can be calculated based on the operating state of the internal combustion engine 1 when fuel is added from the fuel addition valve 8, the amount of fuel added from the fuel addition valve 8, the fuel addition period, and the like. The reference NOx concentration increase start timing tsbase may be acquired by adding fuel from the fuel addition valve 8 and detecting the timing when the NOx sensor 13 is in an initial state where the NOx sensor 13 has not failed.

さらに、燃料添加弁８からの燃料添加が実行されることでＮＯｘセンサ１３の出力値が上昇した時の実際の上昇開始時期であるＮＯｘ濃度上昇開始時期ｔｓが読み込まれる。そして、基準ＮＯｘ濃度上昇開始時期ｔｓｂａｓｅとＮＯｘ濃度上昇開始時期ｔｓとの差Δｔｓが所定の閾値（正常判定閾値）よりも大きいときに、ＮＯｘセンサ１３が故障していると判定される。   Furthermore, the NOx concentration increase start timing ts, which is the actual increase start timing when the output value of the NOx sensor 13 is increased by executing fuel addition from the fuel addition valve 8, is read. When the difference Δts between the reference NOx concentration increase start timing tsbase and the NOx concentration increase start timing ts is larger than a predetermined threshold value (normal determination threshold value), it is determined that the NOx sensor 13 has failed.

１・・・内燃機関
３・・・排気通路
６・・・酸化触媒
７・・・パティキュレートフィルタ
８・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１３・・ＮＯｘセンサ
２１・・ＥＧＲ通路
２２・・ＥＧＲ弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 3 ... Exhaust passage 6 ... Oxidation catalyst 7 ... Particulate filter 8 ... Fuel addition valve 10 ... ECU
13. NOx sensor 21 EGR passage 22 EGR valve

Claims (2)

内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘセンサの故障を検出する故障検出装置であって、
前記ＮＯｘセンサよりも上流側の排気通路において排気のＮＯｘ濃度を変動させるＮＯｘ濃度変動手段と、
前記ＮＯｘ濃度変動手段によって排気のＮＯｘ濃度を変動させた時の前記ＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいて前記ＮＯｘセンサの故障の有無を判定する故障判定手段と、
を備え、
前記ＮＯｘ濃度変動手段が、
前記ＮＯｘセンサより上流側の排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、を有し、
前記燃料供給手段によって前記酸化触媒に燃料を一時的に供給することで前記酸化触媒から脱離したＮＯｘ及び前記酸化触媒において生成されたＮＯｘにより排気のＮＯｘ濃度を変動させるＮＯｘセンサの故障検出装置。 A failure detection device for detecting a failure of a NOx sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
NOx concentration changing means for changing the NOx concentration of the exhaust in the exhaust passage upstream of the NOx sensor;
Failure determination means for determining whether or not the NOx sensor has failed based on a change in the output value of the NOx sensor when the NOx concentration of the exhaust gas is changed by the NOx concentration changing means;
With
The NOx concentration varying means is
An oxidation catalyst provided in an exhaust passage upstream of the NOx sensor;
Fuel supply means for supplying fuel to the oxidation catalyst,
A NOx sensor failure detection device that fluctuates the NOx concentration of exhaust gas by NOx desorbed from the oxidation catalyst and NOx generated in the oxidation catalyst by temporarily supplying fuel to the oxidation catalyst by the fuel supply means . 前記故障判定手段が、前記ＮＯｘ濃度変動手段によって排気のＮＯｘ濃度を変動させた時の前記ＮＯｘセンサの実際の出力値と、前記ＮＯｘセンサが正常と仮定したときの出力値とを比較することで、前記ＮＯｘセンサの故障の有無を判定するものである請求項１に記載のＮＯｘセンサの故障検出装置。 The failure determination means compares the actual output value of the NOx sensor when the NOx concentration of the exhaust gas is varied by the NOx concentration fluctuation means and the output value when the NOx sensor is assumed to be normal. , failure detection device of the NOx sensor according to claim 1 is intended to determine the presence or absence of a failure of the NOx sensor.
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