CN105673164B - 催化剂劣化判断系统及催化剂劣化判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够以良好的精度进行氧化催化剂的劣化判断的方法。一种用于对设置在内燃机的排气路径上，并对包含排气中的HC及CO中的至少一者的对象气体进行氧化或吸附的催化剂的劣化程度进行判断的系统，其具备：温度传感器，其用于在排气路径的催化剂的上游侧测量排气的温度；气体传感器，其用于在排气路径的下游侧检测对象气体，并输出与浓度相对应的输出值；及控制单元，其用于判断催化剂的劣化，根据催化剂的温度记录着用于催化剂的劣化判断的阈值的阈值数据在被预先确定之后，保存在规定的存储部中，控制单元至少基于气体传感器中的输出值、根据温度传感器中的测量值而确定的催化剂的温度、以及阈值数据所记述的该催化剂的温度下的阈值，对催化剂中的劣化程度进行判断。

Description

催化剂劣化判断系统及催化剂劣化判断方法
技术领域
本发明涉及一种用于判断催化剂的劣化程度的系统，其中所述催化剂用于对未燃烧的烃气体进行氧化或吸附。
背景技术
在现有技术中，关于汽车用的尾气净化系统的OBD(功能判断)，即关于在该系统中用于判断催化剂是否在正常工作的功能，以汽车厂商为核心，申请了数量众多的专利，其大部分采用尾气温度传感器、氧传感器、宽域氧浓度传感器(λ传感器)、NOx传感器、PM传感器，判断对象为三效催化剂、氧化催化剂、NOx储存催化剂、NOx选择性还原催化剂、柴油烟灰捕集过滤器(DPF)(例如，参照专利文献1至专利文献5)。
另一方面，作为汽车尾气检测用的烃气体传感器(HC传感器)，研究开发了各种各样原理、类型的产品。例如，能够选择性地检测出可以适用于沸石催化剂中NOx的净化控制的大分子量的HC(烃)的半导体型的HC传感器已经被人们所公知(例如，参照专利文献6)。作为HC传感器，其他的接触燃烧型、氧浓度差检测型、极限电流型、混合电位型的产品等被广泛所知，数量众多的专利被申请，并在公历2000年前后达到顶峰。
但却是设想将这些HC传感器主要用在搭载于理论当量比(空气过剩率λ＝1)燃烧或稀薄燃烧(稀燃模式，λ>1)的汽油机的尾气净化装置(TWC：三效催化剂，NSC：NOx储存催化剂)的净化性能检查或柴油发动机中未燃烧的烃喷射量的控制等中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-263048号公报
专利文献2：日本特开2005-240716号公报
专利文献3：日本特开2012-036860号公报
专利文献4：日本特开2012-241594号公报
专利文献5：日本特开平7-103039号公报
专利文献6：日本特许第2876793号公报
发明内容
发明所要解决的课题
进入公历2010年代，在北美加强了对尾气的限制，在其中，针对柴油发动机车辆的氧化催化剂的OBD在将来会义务化。具体来说，相对于柴油发动机用的氧化催化剂，在作为柴油发动机的排气气氛的O2(氧)过剩气氛下，有必要实施以NMHC(Nom MethaneHydroCarbon：非甲烷烃)为对象的OBD。
但是，如专利文献1至专利文献5所公开的在使用现有技术中公知的传感器方法的情况下，存在无法应对这种OBD，或者仅仅能够间接地进行判断的问题。
例如，专利文献1中公开了利用如下关系性的方法，在氧化催化剂中未燃烧的烃的变换(氧化燃烧)性能降低的情况下，发热能量也降低。简单来说，在配置于排气路径中的氧化催化剂前后(上游侧及下游侧)的尾气温度传感器上，测量燃料喷射时产生的温度差△T，根据该值来间接判断氧化催化剂中未燃烧的烃的变换(氧化燃烧)性能的劣化程度。
但是，在这种方法的情况下，存在实际使用时的尾气温度及尾气流量的变化导致误差因子过大的问题、或用于促进发热的燃料喷射量较大，从而无法避免燃料效率差的问题。
另外，专利文献2中公开了利用如下情况的方法，在氧化催化剂中未燃烧的烃的变换性能降低的情况下，氧化燃烧时的氧的消耗量会发生变化。简单来说，基于配置在排气路径中的氧化催化剂前后的两个宽域氧浓度传感器(λ传感器)的输出值λF、λR的差△λ或者两个氧传感器的输出值(电动势值)的差，测量氧化催化剂中氧的消耗量，根据该值的变化来间接判断氧化催化剂上未燃烧的烃的变换性能的劣化程度。
但是，相对于O2过剩气氛的柴油排气中的氧浓度为10％(＝100000ppm)的情况，氧化催化剂所变换的(使其氧化燃烧)烃的量(浓度)通常为数百ppm，使这种微量的烃燃烧的情况下所消耗的氧的量(浓度)只不过最多数百ppm。这种情况即意味着为了利用空燃比传感器或氧传感器判断氧化催化剂的劣化，需要精确地算出相当于ppm级的氧的消耗量变化的△λ或电动势差，但原本在空燃比传感器及氧传感器上，无法获得达到此程度的测量精度。
另外，专利文献3中公开了如下方法，关于对NO进行氧化制成NO2的氧化催化剂，在排气路径上将NOx传感器配置在该氧化催化剂的下游侧，基于其输出值(电动势值)与预先规定的图，对氧化催化剂的劣化程度进行判定。
但是，通过这种方法即使能够判断氧化催化剂的NO氧化性能，但无法将这样的判断结果适用于未燃烧的烃的变换(氧化燃烧)性能的判断上。其原因在于，由于相对于各种气体(例如，HC、CO、NO等)，贵金属催化剂及吸藏材料的功能不同，因此各气体中的尾气温度与变换率(氧化性能)的关系也不相同，在它们之间不存在明确的相关性。
此外，由于将推断值用于发动机刚排出的尾气中的NOx值或者在设定这种推断值时，没有考虑发动机转速及发动机负载之外的要素等，因此可以知晓根据使用状况也有推断精度显著降低的可能性。
另外，专利文献4中公开了如下方法，将尾气温度传感器与λ传感器一并配置在氧化催化剂的前后，基于从氧化催化剂在正常时的HC吸藏能量的推断值得到的必要氧量与基于传感器的输出值而计算的氧化催化剂实际消耗的氧的量即实际氧消耗量的推断值，判断氧化催化剂的劣化程度。
但是，这种方法仅仅不过是基于推断值进行判断，存在无法避免来自各传感器的信号的误差的影响，判断精度低的问题。
另外，专利文献5中公开了以汽油机的TWC或NSC为判断对象的系统。在专利文献5中，对于O2过剩状态下柴油排气中的氧化催化剂判断没有做任何公开。
本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够精确地对氧化催化剂的劣化程度进行判断的方法。
用于解决课题的技术方案
为解决上述课题，第一方案是一种如下的对催化剂的劣化程度进行判断的催化剂劣化判断系统，该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中所含的烃气体及一氧化碳气体的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所述催化剂劣化判断系统的特征在于，具备：
温度传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的上游侧，且在所述上游侧测量含有所述对象气体的所述排气的温度；
第一气体传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的下游侧，且在所述下游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输出值；以及
控制单元，其用于判断所述催化剂的劣化，
规定的存储部中保存有预先确定的阈值数据，所述阈值数据由对应于催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值，
所述控制单元至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中对应于该催化剂温度的所述阈值，对所述催化剂的劣化程度进行判断。
第二方案是根据第一方案所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu，将所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，将使用由变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催化剂中发生的氧化或吸附的程度，所述阈值是基于所述计算式而确定的。
第三方案是根据第二方案所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂可取的温度而确定的，并且，在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与进行所述催化剂的劣化判断时所述催化剂的上游侧所述对象气体可取的浓度范围即上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为所述阈值，在基于所述第一气体传感器中的所述输出值所确定的所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度为小于等于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中没有发生超过容许的程度的劣化，在基于所述第一气体传感器中的所述输出值所确定的所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度大于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中发生了超过容许程度的劣化。
第四方案是根据第二方案所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，所述内燃机响应来自所述控制单元的喷射指示，能有意地生成含有浓度比所述内燃机处于稳定运转状态时的所述对象气体的浓度更高的对象气体的判断用气体气氛，所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂可取的温度及劣化判断时所述催化剂的上游侧所述对象气体可取的浓度范围而确定的，并且，在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述内燃机处于稳定运转状态时所述催化剂的所述上游侧所述对象气体可取的浓度范围即稳定时上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第一所述阈值，并且，将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述判断用气体气氛在所述上游侧可取的浓度范围即判断时上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中而算出的所述Nl的值规定为第二所述阈值，
可选择性地实施如下的第一劣化判断和第二劣化判断中的一方或双方：
所述第一劣化判断，在所述内燃机处于稳定运转状态下的任意时点可实施，基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的该时点上所述催化剂的温度、及所述阈值数据所记录的该催化剂的温度下的所述第一所述阈值，来判断所述催化剂中的劣化程度；所述第二劣化判断，在使所述判断用气体气氛导入至所述催化剂之后实施，基于在所述判断用气体从所述催化剂排出的时点上所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述判断用气体气氛在导入时点上所述催化剂的温度、及与该时点上所述催化剂的温度相对应的所述第二所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
第五方案是根据第一至第四方案中的任一个所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，所述第一气体传感器是混合电位型烃气体传感器，所述混合电位型烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且所述检测电极中的催化活性被失效。
第六方案是根据第一方案所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，所述催化剂劣化判断系统还具备第二气体传感器，该第二气体传感器设置在所述排气路径上所述催化剂的上游侧，用于在所述上游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度对应的输出值，所述控制单元基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中对应于该催化剂温度的所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
第七方案是根据第六方案所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu，将所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，将使用变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催化剂中发生的氧化或吸附的程度，在此情况下，所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂的可取温度而确定的，并且，在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将该温度下所述容许变换率范围的下限值规定为所述阈值，在基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值算出的变换率小于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中发生了超过容许的程度的劣化。
第八方案是根据第六或第七方案所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，所述第一气体传感器及所述第二气体传感器是混合电位型的烃气体传感器，所述混合电位型烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且所述检测电极中的催化活性被失效。
第九方案是一种如下的催化剂劣化判断方法，其用于对催化剂的劣化程度进行判断，该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中所含的烃气体及一氧化碳气体中的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所述催化剂劣化判断方法的特征在于，实施如下工序：
阈值数据保存工序：将预先确定的阈值数据保存于规定的存储部中，所述阈值数据由对应于催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值；温度测量工序：在所述排气路径的所述催化剂的上游侧，通过温度传感器测量含有所述对象气体的所述排气的温度；第一气体检测工序：在所述排气路径的所述催化剂的下游侧通过第一气体传感器检测所述对象气体，并将与所述对象气体的浓度相应的输出值输出；以及判断工序：至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、基于所述温度传感器中的测量值所确定的所述催化剂的温度、及该催化剂的温度下的所述阈值，判断所述催化剂中的劣化程度。
第十方案是根据第九方案所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu，将所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，将使用变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催化剂中发生的氧化或吸附的程度，所述阈值是基于所述计算式而确定的。
第十一方案是根据第十方案所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂的可取温度而确定的，并且，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值、及进行所述催化剂的劣化判断时在所述催化剂的上游侧所述对象气体可取的浓度范围即上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为所述阈值，在所述判断工序中，在基于所述第一气体传感器中的所述输出值而确定的所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度小于等于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中没有发生超过容许的程度的劣化，在基于所述第一气体传感器中的所述输出值而确定的所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度大于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中发生了超过容许的程度的劣化。
第十二方案是根据第九方案所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，所述催化剂劣化判断方法还包括第二气体检测工序，在所述排气路径的所述催化剂的上游侧通过第二气体传感器检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输出值，基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及该催化剂的温度下的所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
第十三方案是根据第十二方案所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu，将所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，在将使用变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催化剂中氧化或吸附的程度的情况下，所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂的可取温度而确定的，并且，在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将该温度下所述容许变换率范围的下限值规定为所述阈值，在所述判断工序中，在基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值算出的变换率大于等于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中没有发生超过容许程度的劣化，在基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值算出的变换率小于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂发生了超过容许程度的劣化。
第十四方案是根据第九至第十三方案中的任一个记述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，在所述对象气体的检测中使用混合电位型的烃气体传感器，该混合电位型的烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且所述检测电极中的催化活性被失效。
发明效果
根据第一至第十四方案，对于设置在发动机系统中来自于作为柴油机的发动机主体部的排气管的中途，并且用于使排气中未燃烧的烃气体氧化或吸附的氧化催化剂中的催化性能的劣化程度，基于通过排气管中设置在氧化催化剂的下游侧位置的烃气体传感器所直接测量的该位置上的未燃烧的烃气体浓度，能够实时且以优良的精度判断该催化性能的劣化程度。
尤其是根据第三、第四、及第十一方案，无需基于测量值实际算出作为催化性能的指标的变换率，能够实时且以优良的精度进行判断。
另外，根据第六至第八、第十二、及第十三方案，由于能够基于第一及第二烃气体传感器的测量值判断催化性能的劣化程度，因此能够实时且以优良的精度进行判断。
附图说明
图1是示意性示出包括第一实施方式所涉及的氧化催化剂判断系统DS1而构成的柴油发动机系统1000的示意性结构的图。
图2是简要地表示HC传感器100的结构的一例的剖面示意图。
图3示意性示出氧化催化剂600的温度与变换率的关系的图。
图4是示出在使用Fresh品与Aged品的情况下，从上游侧使未燃烧的烃气体浓度大致相同的实际尾气(含有HC、CO、O2)作为实验用气体流动时的HC传感器100生成的输出值的图。
图5是示出在通过图4所示的HC传感器100进行检测时，在HC传感器100的下游侧，利用气体分析计进行气体分析的结果的曲线图。
图6是示意性示出变换率特性Pa的其他例的图。
图7是将作为氧化催化剂600，以一定条件运转设置有Aged品的发动机系统1000的中途，从燃料喷射阀301短时间喷射极微量的燃料时的HC传感器100上输出值的变化与附设在HC传感器100附近的气体分析计上烃气体浓度的变化一并示出的图。
图8是示出为了适用△T法所需的输出值的变化状况的图。
图9是示出为了适用△λ法所需的输出值的变化状况的图。
图10是示出通过Passive OBD进行判断的步骤的一例的图。
图11是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度处于高于温度T2的氧化区域情况下上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系的图。
图12是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度处于小于等于温度T1的吸附区域情况下上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系的图。
图13是示出通过Active OBD进行判断的步骤的一例的图。
图14是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度处于氧化区域情况下上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系的图。
图15是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度处于吸附区域的情况下上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系的图。
图16是举例示出在氧化催化剂600的温度为200℃时，以Fresh品与Aged品为对象，通过Active OBD进行判断时的HC传感器输出的判断前后的时间变化的图。
图17是举例示出在氧化催化剂600的温度为150℃时，以Fresh品与Aged品为对象，通过Active OBD进行判断时的HC传感器输出的判断前后的时间变化的图。
图18是示出针对Fresh品与Aged品，利用气体分析计对取得图16中举例示出的HC传感器输出时的排气G的成分进行分析的结果的图。
图19是示意性示出包括第二实施方式所涉及的氧化催化剂判断系统DS2而构成的发动机系统2000的示意性结构的图。
图20是示出通过氧化催化剂判断系统DS2实施Passive OBD情况下的步骤的一例的图。
图21是举例示出氧化催化剂600的温度为200℃情况下Fresh品上的HC传感器输出的图。
图22是举例示出氧化催化剂600的温度为200℃情况下Aged品上的HC传感器输出的图。
符号说明
10 检测电极
20 基准电极
60 电位差计
100、100A、100B HC(烃气体)传感器
101 传感器元件
110 温度传感器
200 电子控制装置
300 发动机主体部
301 燃料喷射阀
400 燃料喷射指示部
500 排气管
510 排气口
600 氧化催化剂
700 净化装置
1000、2000 (柴油)发动机系统
DS1、DS2 氧化催化剂判断系统
G 排气
Pa(Aged品的) 变换率特性
Pf(Fresh品的) 变换率特性
T 阈值特性
sg1 燃料喷射指示信号
sg2 燃料喷射要求信号
sg3 监控信号
sg11 检测信号
sg12 排气温度检测信号
sg21 检测信号
具体实施方式
(第一实施方式)
(系统概要)
图1是示意性示出包括本发明的第一实施方式所涉及的包括氧化催化剂判断系统DS1而构成的柴油发动机系统(下面，也仅称作发动机系统)1000的示意性结构的图。
氧化催化剂判断系统DS1主要具备：烃气体传感器(下面，也称作HC传感器)100、温度传感器110、及用于控制发动机系统1000整体动作的控制装置即电子控制装置200。
除氧化催化剂判断系统DS1之外，发动机系统1000主要具备：发动机主体部300，其为内燃机的一种的柴油机；多个燃料喷射阀301，其用于将燃料喷射至发动机主体部300；燃料喷射指示部400，其用于对燃料喷射阀301进行燃料喷射的指示；排气管500，其形成用于将发动机主体部300上产生的排气(发动机排气)G向外部排出的排气路径；以及使排气G中的未燃烧的烃气体氧化或吸附的铂或钯等氧化催化剂600，其设置在排气管500的中途。此外，在本实施方式中，在相对的意义上，将排气管500中靠近其一端侧的发动机主体部300的位置称作上游侧，将靠近在与发动机主体部300相反的一侧具备的排气口510的位置称作下游侧。
典型地，发动机系统1000是搭载在汽车内的系统，在这种情况下，燃料喷射指示部400为加速器踏板。
在发动机系统1000上，电子控制装置200对燃料喷射阀301发送燃料喷射指示信号sg1。燃料喷射指示信号sg1通常根据在发动机系统1000动作时(运转时)从燃料喷射指示部400对电子控制装置200赋予的要求规定量燃料的喷射的燃料喷射要求信号sg2而发送(例如，踏下加速器踏板，要求考虑到加速器开度、进氧量、发动机转速及扭矩等多个参数的最合适的燃料喷射)，在此基础上，也有为了氧化催化剂判断系统DS1的动作，发送燃料喷射指示信号sg1的情况。
另外，从发动机主体部300对电子控制装置200赋予用于监控发动机主体部300内部的各种状况的监控信号sg3。
此外，在发动机系统1000上，从柴油机的发动机主体部300排出的排气G为氧浓度为10％的O2(氧)过剩气氛的气体。具体来说，除氧及未燃烧的烃气体之外，这种排气G包含氮氧化物或碳黑(石墨)等。此外，在本说明书中，氧化催化剂600中成为吸附或氧化的处理对象的气体(对象气体)即未燃烧的烃气体中，在C2H4、C3H6、n-C8等典型的烃气体(化学式上被分类在烃中)的基础上，还包含一氧化碳(CO)。另外，HC传感器100是能够对包含CO的对象气体适宜进行检测的传感器。但是，CH4除外。
此外，在发动机系统1000中，除氧化催化剂600之外，在排气管500的中途可以具备一个或多个其他净化装置700。
氧化催化剂判断系统DS1将氧化催化剂600的劣化程度(更详细来说，氧化催化剂600的催化性能的劣化程度)作为判断对象。氧化催化剂600被设置为通过对从上游侧流动来的排气G中的未燃烧的烃气体进行吸附或氧化，来抑制该未燃烧的烃气体从排气管500前端的排气口510流出的情况，其催化性能(具体来说是吸附性能及氧化性能)随着时间经过而劣化。若发生这种劣化，则未被氧化催化剂600捕集流向下游侧的未燃烧的烃气体的量增加，因此并不令人满意。本实施方式中所涉及的氧化催化剂判断系统DS1通过利用HC传感器100检测通过了氧化催化剂600的未燃烧的烃气体，来判断氧化催化剂600的催化性能的劣化程度。
如上所述，氧化催化剂判断系统DS1包括HC传感器100、和温度传感器110，但前者配设在排气管500中氧化催化剂600的下游侧，并用于检测该部位的未燃烧的烃气体浓度，后者配设在氧化催化剂600的上游侧，并用于检测该部位的排气G的温度(排气温度)。HC传感器100和温度传感器110均以一侧端部插入排气管500内的方式进行配设。
概括地说，在氧化催化剂判断系统DS1上，电子控制装置200基于从HC传感器100发出的HC检测信号sg11与从温度传感器110发出的排气温度检测信号sg12来判断氧化催化剂600中是否发生了劣化。关于HC传感器100的构成例及劣化判断的详细内容将在下面进行说明。另一方面，对温度传感器110而言，只要使用在一般的发动机系统中用于排气温度测量的现有技术中公知的传感器即可。
此外，电子控制装置200具有例如由内存或HDD等构成的未图示的存储部，在该存储部中，除用于控制发动机系统1000及氧化催化剂判断系统DS1的动作的程序之外，还存储有后述的在判断氧化催化剂600的劣化程度时使用的阈值数据等。
(HC传感器的构成例)
图2是示意性示出在本实施方式中使用的、HC传感器100的构成的一例的剖面示意图。图2(a)是HC传感器100的主要构成要素即传感器元件101沿长度方向的垂直剖面图。另外，图2(b)是包括与图1(a)的A-A’位置上的传感器元件101的与长度方向垂直的截面的图。
本实施方式中使用的HC传感器100是所谓的混合电位型的气体传感器。简单来说，HC传感器100是利用在检测电极10与基准电极20之间，基于混合电位的原理，由于两个电极附近的测量对象的气体成分浓度的不同的原因产生电位差的情况，求得被测量气体中的该气体成分浓度的传感器，其中，所述检测电极10设置在以作为氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质的陶瓷为主要构成材料的传感器元件101的表面，所述基准电极20设置在该传感器元件101内部。
此外，在被测量气体中存在多种未燃烧的烃气体的情况下，由于检测电极10与基准电极20之间产生的电位差是所有这些多种未燃烧的烃气体作用下的值，因此求得的浓度值也是这些多种未燃烧的烃气体的浓度的总和。
另外，在传感器元件101中，在上述的检测电极10及基准电极20的基础上，主要设置有基准气体导入层30、基准气体导入空间40、以及表面保护层50。
此外，在本实施方式中，传感器元件101具有从附图视角看，将分别由氧离子传导性固体电解质构成的第一固体电解质层1、第二固体电解质层2、第三固体电解质层3、第四固体电解质层4、第5固体电解质层5、第六固体电解质层6这六层从下侧起按该顺序进行层叠后的结构，并且，主要在这些层之间或元件外周面上设置有其他构成要素。此外，用于形成这六个层的固体电解质是致密的气密的固体电解质。该传感器元件101是通过例如如下的方法而制造的：在对应于各层的陶瓷生片上进行规定的加工及电路图案的印刷等之后，将其层叠，进而进行烧成并使其一体化。
在以下的说明中，为了方便，将从附图视角看位于第六固体电解质层6上侧的面称作传感器元件101的表面Sa，将位于第一固体电解质层1下侧的面称作传感器元件101的背面Sb。另外，在使用HC传感器100求取被测量气体中未燃烧的烃气体的浓度时，从传感器元件101的一侧端部的前端部E1到至少包括检测电极10的规定范围设置在被测量气体气氛中，并且包括另一侧端部的基端部E2的其他部分被配置为与被测量气体气氛不接触。
检测电极10是用于检测被测量气体的电极。检测电极10是作为以规定比例包括Au的Pt的，即Pt-Au合金与氧化锆的多孔金属陶瓷电极而形成的。该检测电极10为在传感器元件101的表面Sa，在靠近长度方向的一侧端部的前端部E1的位置设置为俯视呈大致矩形形状。
另外，对检测电极10而言，通过适当地确定其构成材料Pt-Au合金的成分，使得针对未燃烧的烃气体的催化活性失效。即，使得检测电极10上的未燃烧的烃气体的分解反应得到抑制。由此，HC传感器100中检测电极10的电位相对于该未燃烧的烃气体，选择性地根据其浓度而变动(具有相关性)。换句话说，检测电极10设置成具有如下特性：对于未燃烧的烃气体，其电位的浓度依赖性较高，而与之相反，对于其他被测量气体的成分，其电位的浓度依赖性较小。这是通过如下方式实现的，作为检测电极10的导电性成分(贵金属成分)，在作为主成分的铂(Pt)的基础上，使其含有金(Au)。
具体来说，以使检测电极10中Au的存在比(Au存在比)大于等于0.3的方式来形成检测电极10。通过按照该方案形成检测电极10，从而在HC传感器100中，与和基准电极20同样地，与将检测电极10形成为Pt与氧化锆的金属陶瓷电极的情况相比，检测灵敏度得到了提高。由此，在HC传感器100上，如上所述，即使在发动机主体部300上产生的氧过剩气氛的排气G中包括的未燃烧的烃气体为检测对象的情况下，也能够以良好的检测灵敏度检测出该未燃烧的烃气体。
此外，在本说明书中，Au存在比是指，用于构成检测电极10的贵金属粒子的表面中，覆盖有Au的部分相对于Pt露出的部分的面积比例。在Pt露出的部分的面积与由Au覆盖的部分的面积相等时，Au存在比为1。在本说明书中，根据通过XPS(X射线光电子分光法)得到的Au与Pt的检测峰值的峰值强度，使用相对灵敏度系数法算出Au存在比。
此外，在Au存在比大于等于0.3的情况下，在检测电极10中，在用于构成检测电极10的贵金属粒子的表面上，Au呈富集状态。更具体而言，在富含Pt的Pt-Au合金粒子的表面附近，呈形成有富含Au的Pt-Au合金的状态。在形成该状态的情况下，适合使检测电极10中的催化活性失效，也能够提高检测电极10的电位的未燃烧的烃气体浓度依赖性。
此外，检测电极10中的贵金属成分与氧化锆的体积比为从5：5～8：2即可。
另外，为了合适地发挥HC传感器100的功能，优选检测电极10的气孔率大于等于10％且小于等于30％，并且检测电极10的厚度大于等于5μm。尤其，更加优选气孔率大于等于15％且小于等于25％，并且厚度大于等于25μm且小于等于45μm。
另外，检测电极10的平面尺寸可以适当的进行设定，但例如，只要传感器元件长度方向的长度为0.2mm～10mm，与其垂直的方向上的长度为1mm～5mm即可。
基准电极20为设置在传感器元件101内部的、在求取被测量气体的浓度时作为基准的俯视呈大致矩形形状的电极。基准电极20作为Pt与氧化锆的多孔金属陶瓷电极而形成。
基准电极20只要形成气孔率大于等于10％且小于等于30％、厚度大于等于5μm且小于15μm即可。另外，如图2的例示，基准电极20的平面尺寸可以小于检测电极10，也可以与检测电极10大小相同。
基准气体导入层30为由多孔的氧化铝构成的层，该基准气体导入层30被设置成在传感器元件101内部覆盖基准电极20，基准气体导入空间40为设置在传感器元件101的基端部E2侧的内部空间。将求取未燃烧的烃气体浓度时作为基准气体的大气(氧)从外部导入基准气体导入空间40。
由于这些基准气体导入空间40与基准气体导入层30彼此连通，因此在使用HC传感器100时，经过基准气体导入空间40及基准气体导入层30，基准电极20的周围一直由大气(氧)充满。因此，在HC传感器100使用时，基准电极20一直具有一定的电位。
此外，由于通过周围的固体电解质使得基准气体导入空间40及基准气体导入层30与被测量气体不接触，因此即使在检测电极10暴露于被测量气体中的状态下，基准电极20也不会与被测量气体接触。
在图2中例示的情况下，在传感器元件101的基端部E2的一侧，作为第5固体电解质层5的一部分与外部连通的空间，设置有基准气体导入空间40。另外，在第5固体电解质层5与第六固体电解质层6之间，以沿传感器元件101的长度方向延伸的方式，设置有基准气体导入层30。而且，在传感器元件101的重心的从附图视角看的下方的位置，设置有基准电极20。
表面保护层50为以至少覆盖检测电极10的方式设置在传感器元件101的表面Sa上的由氧化铝构成的多孔质层。表面保护层50是作为用于抑制HC传感器100在使用时由于连续暴露在被测量气体中而导致的检测电极10劣化的电极保护层而设置的。在图2所例示的情况下，表面保护层50以不仅覆盖检测电极10，而且覆盖传感器元件101的表面Sa中除从前端部E1起的规定范围之外几乎所有的部分的方式而设置。
另外，如图2(b)所示，在HC传感器100上，具备能够测量检测电极10与基准电极20之间的电位差的电位差计60。此外，在图2(b)中，简化示出了检测电极10及基准电极20与电位差计60之间的布线，但在实际的传感器元件101上，与各个电极相对应地，设置有基端部E2侧的表面Sa或背面Sb中未图示的连接端子，并且用于连接各个电极和与之相对应的连接端子的未图示的布线图案形成于表面Sa及元件内部。而且，检测电极10及基准电极20与电位差计60通过布线图案及连接端子电连接。在本实施方式中，利用电位差计60测量的检测电极10与基准电极20之间的电位差成为HC检测信号sg11。此外，将该电位差还称作HC传感器的输出。
另外，为提高固体电解质的氧离子传导性，传感器元件101具备用于发挥对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用的加热部70。加热部70具备加热电极71、加热器72、通孔73、加热器绝缘层74、及压力放散孔75。
加热电极71是以与传感器元件101的背面Sb(在图2中，为第一固体电解质层1的下表面)接触的方式而形成的电极。通过使加热电极71与未图示的外部电源连接，能够从外部向加热部70供电。
加热器72为设置在传感器元件101的内部的电阻体。加热器72经由通孔73与加热电极71连接，通过经该加热电极71由外部供电而进行发热，对用于形成传感器元件101的固体电解质进行加热与保温。
若为图2中例示的情况，加热器72以被第二固体电解质层2与第三固体电解质层3上下夹持的形态，并且，埋设于从基端部E2直至前端部E1附近的检测电极10的下方的位置。由此，能够将传感器元件101整体调整为固体电解质活性化的温度。
加热器绝缘层74是通过氧化铝等绝缘体在加热器72的上下表面形成的绝缘层。加热器绝缘层74是以取得第二固体电解质层2与加热器72之间的电绝缘性、以及第三固体电解质层3与加热器72之间的电绝缘性为目的而形成的。
压力放散孔75是设置成贯通第三固体电解质层3，并与基准气体导入空间40连通的部位，其是以缓和伴随着加热器绝缘层74内的温度上升带来的内压上升为目的而形成的。
在使用具有以上构成的HC传感器100来求取作为被测量气体的来自于发动机主体部300的排气G中未燃烧的烃气体浓度时，如上所述，仅将传感器元件101中从前端部E1到至少包括检测电极10的规定范围配置在发动机系统1000的排气管500内，另一方面，使基端部E2的一侧与该空间隔绝来配置，并向基准气体导入空间40供应大气(氧)。另外，通过加热器72，将传感器元件101加热至适宜的温度300℃～800℃，优选加热至400℃～700℃，更优选加热至400℃～600℃。
在该状态下，暴露在被测量气体(排气G)中的检测电极10与配置于大气中的基准电极20之间产生电位差。但是，如上所述，配置在大气(氧浓度固定)气氛下的基准电极20的电位保持为固定，另一方面，由于对于被测量气体(排气G)中的未燃烧的烃气体，检测电极10的电位选择性地具有浓度依赖性，因此其电位差(HC传感器的输出)实质上是与存在于检测电极10的周围的被测量气体的浓度相应的值。因此，在未燃烧的烃气体浓度与传感器的输出之间，固定的函数关系(称其为灵敏度特性)是成立的。
因此，在氧化催化剂判断系统DS1中，在该函数关系成立的前提下，使用来自于HC传感器100的输出的HC检测信号sg11，进行氧化催化剂600的劣化判断。
即，各未燃烧的烃气体浓度预先是已知的，将不同的多个混合气体作为被测量气体，通过测量传感器的输出，实验性地确定灵敏度特性，并使其存储在电子控制装置200中。而且，通过在电子控制装置200中基于灵敏度特性将根据被测量气体中未燃烧的烃气体的浓度时刻变化的HC传感器输出换算成未燃烧的烃气体浓度，从而能够几乎实时地求得氧化催化剂600下游侧的未燃烧的烃气体浓度。在电子控制装置200上，基于该未燃烧的烃气体浓度，判断氧化催化剂600的劣化程度。
或者，省略向未燃烧的烃气体浓度的换算，也可以将作为HC检测信号sg11赋予的HC传感器输出值(电位差值)本身用于劣化判断中。
(氧化催化剂的特性与劣化判断的基本构思)
下面，对作为本实施方式中通过该氧化催化剂判断系统DS1进行劣化判断的对象的氧化催化剂600的特性与劣化判断的基本构思进行说明。
首先，对氧化催化剂600的特性进行说明。图3是示意性示出氧化催化剂600的温度(催化剂温度)与变换率的关系(变换率特性)的图。在图3中，示意性示出了使用初期(未使用或刚开始使用的)的氧化催化剂600(称作Fresh品或仅称作Fresh)的变换率特性Pf与使用一段时间后的氧化催化剂600(称作Aged品或仅称作Aged)的变换率特性Pa。
此外，变换率是指作为氧化催化剂600中的催化性能的指标的值，将氧化催化剂600的上游侧的未燃烧的烃气体的浓度表示为上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu，将下游侧的未燃烧的烃气体的浓度表示为下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl时，其由以下的(式1)定义。
变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu (式1)
即，变换率表示从氧化催化剂600的上游侧流入的未燃烧的烃气体中，未从氧化催化剂600向下游侧流出的该气体的比率。越是变换率高的氧化催化剂600，则越具有优异的催化性能。
更具体来说，在小于等于某温度T1(大约150℃)的温度范围(图3中的吸附区域)中，氧化催化剂600具有专门吸附未燃烧的烃气体的作用(吸附性能)，在大于等于某温度T2(通常为150℃与200℃之间)的温度范围(图3中的氧化区域)中，适合发挥作为本来的功能的使未燃烧的烃气体氧化的性能(氧化性能)。而且，在温度T1与温度T2之间的温度范围(图3中的中间区域)中，温度变得越高，则吸附性能变弱，氧化性能变强。因此，变换率是表示从上游侧流入氧化催化剂600的未燃烧的烃气体中，在氧化催化剂600上被吸附或被氧化的比例的值。
如图3所示，Fresh品的变换率特性Pf为：通常，在氧化区域变换率最高(大概90％左右)，吸附区域上的变换率小于氧化区域。而且，在吸附区域的上限温度T1(大约150℃)下，变换率最小，在中间区域，温度越高，则变换率呈变高的趋势。
但是，氧化催化剂600的温度根据从发动机主体部300排出并经过排气管500流入的排气G的温度(排气温度)时刻变化，因此，实际的变换率也在时刻变化。
若持续使用下去，则Fresh品时具有较高变换率的氧化催化剂600也不久将劣化下去。即，随着持续使用而成为Aged品，氧化催化剂600的变换率将不依赖于温度而下降。关于吸附区域与氧化区域之间的变换率的大小关系，Aged品的变换率特性Pa与Fresh品的变换率特性Pf大致相同，在相同温度看，变换率低于变换率特性Pf。
这样，作为持续使用氧化催化剂600的结果，若变换率降低至超过规定水平，则氧化催化剂600将不能发挥预期的功能。例如，若发动机系统1000为搭载在汽车上的部件，则将发生该汽车不符合环境标准等问题。基于规定基准，通过判断Aged品的氧化催化剂600中是否发生了视为问题(需要更换等)的劣化，本实施方式所涉及的氧化催化剂判断系统DS1使得发动机系统1000中从Aged品向Fresh品的氧化催化剂600的更换能够实时地进行。
概念性地说，预先准备图3所示的相当于按照每种温度确定了变换率阈值的阈值特性T的数据(阈值数据)，并在将其存储在用于构成氧化催化剂判断系统DS1的电子控制装置200中的基础上，若针对作为判断对象的氧化催化剂600，求取温度及变换率，则在所得到的变换率小于该温度下该阈值的情况下，可以判断为该氧化催化剂600发生了劣化。
但是，为了实际算出变换率，需要求氧化催化剂600的上下游侧双方的未燃烧的烃气体的浓度，本实施方式所涉及的氧化催化剂判断系统DS1在氧化催化剂600的上游侧不具备HC传感器。在本实施方式中，利用氧化催化剂600的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu在某一定的范围的情况，基于依据设置在氧化催化剂600的下游侧的HC传感器100中的输出值(HC检测信号sg11)求得的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl、通过来自于设置在上游侧的温度传感器110的排气温度检测信号sg12而确定的氧化催化剂600的温度、以及预先根据该温度确定之后，存储在电子控制装置200的存储部的与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl相关的阈值数据，来判断氧化催化剂600的劣化程度。即，将经由氧化催化剂600的排气G中的未燃烧的烃气体的浓度作为直接判断对象进行劣化判断。对具体的判断内容将在下面进行说明。
图4是针对在相同的柴油发动机系统1000中使用Fresh品的氧化催化剂600情况与使用Aged品的氧化催化剂600的情况的二者，示出从上游侧将未燃烧的烃气体浓度大致相同的实际尾气(含有HC、CO、O2)作为实验用气体流动时的HC传感器100的输出值的图。此外，使氧化催化剂600的温度为200℃。如图4所示，相对于Fresh品时输出几乎接近于0mV的情况，Aged品时得到了200mV的输出。该结果表示：相对于Fresh品中未燃烧的烃气体几乎全部被氧化的情况，Aged品中未燃烧的烃气体未完全氧化而残留下来，并被直接排出。
另外，图5是示出在图4所示的基于HC传感器100的检测时，在HC传感器100的下游侧使用气体分析计进行气体分析的结果的曲线。此外，图5的左纵轴的“THC”是指除CO之外的烃气体(典型的烃气体)的总体之意(在下面的图中也一样)。从图5能够确认：分别对THC及CO而言，Aged品中的测量浓度值比Fresh品中的测量浓度值大△HC及△CO。由于上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu是固定的，因此图4及图5中所示的结果表示：在使用本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1的情况下，基于通过HC传感器100针对排气G中未燃烧的烃气体直接测量的结果，能够检测Aged品中氧化催化剂600的变换率发生了劣化的情况。关于具体的判断方法的详细内容将在下面进行说明。
此外，由于Fresh品时未燃烧的烃气体被较多的氧化，因此严格的说，Fresh品的氧浓度应该变大，但在图5中，Fresh的情况下与Aged品的情况下，却几乎没有差异。这是由于与从上游侧流入的实验用气体中原本存在的氧的浓度(％级)相比，通过氧化产生的氧的浓度(ppm级)足够小。
另外，图3所示的Aged品的变换率特性Pa与所有的温度下变换率特性Pf中的值相比小于大致固定的值，但这仅仅是例示。图6是示意性示出变换率特性Pa的其他例的图。即，关于Aged品，对其变换率特性Pa而言，如图6(a)所示，与氧化区域相比，吸附区域上的劣化程度较大，与之相反，如图6(b)所示，与吸附区域相比，氧化区域上的劣化程度较大。因此，若为图6(a)所示的情况，优选实时地检测小于等于温度T1的温度区域上发生的劣化，若为图6(b)所示的情况，优选实时地检测大于等于温度T2的温度区域上发生的劣化。
(与其他方法的对比)
下面，对本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1中利用HC传感器100直接测量排气G中未燃烧的烃气体的方法所达到的相对于其他氧化催化剂判断方法的有益效果进行说明。
图7是一并示出在一定条件下运转设置有Aged品作为氧化催化剂600的发动机系统1000的中途，短时间从燃料喷射阀301喷射极微量的燃料时的HC传感器100中的输出值变化与附设在HC传感器100附近的气体分析计中的烃气体浓度变化的图。此外，图7的右纵轴的单位“ppmc”是指示出了将以碳原子为基准的烃气体浓度用ppm单位进行表示的情况。
若进行该极微量的燃料喷射，伴随着发动机主体部300的运转，由于在正常地排出的排气G的基础上，喷射的燃料在发动机主体部300的内部被气化，并重叠地向排气管500排出，因此未燃烧的烃气体以比稳定状态高的浓度瞬间被送向氧化催化剂600。此外，更具体而言，在发动机转速为2500rpm、扭矩为20Nm的发动机系统1000上，燃料的喷射是利用后喷射，在延迟角度为88°、喷射量为1mg/1冲程、喷射时间为6秒的条件下进行的。此外，从温度传感器110的输出值确定的氧化催化剂600的温度为200℃。
从图7可见，在HC传感器100的输出特性及气体分析计的输出特性两个方面，能够看到与燃料喷射对应的峰值，并且相对于时间轴二者的特性形状几乎一致。这表示本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1在对于未燃烧的烃气体的浓度变动的响应性上比较优异，能够以优良的精度且实时地检测未燃烧的烃气体，进而，意味着能够迅速地进行氧化催化剂600的劣化判断。
另一方面，图8及图9分别是为了比较示出的与图7所示的结果相同条件下得到的为适用△T法及△λ法所需的输出值的变化情况的图。
图8所示的结果是通过温度传感器110测量氧化催化剂600上游侧的温度，并通过在氧化催化剂600的下游侧也附设评价用的另一个温度传感器，测量该下游侧上的温度而得到的结果。从图8可见，在上下游双方检测到了与燃料喷射相对应的温度上升的发生，但在峰值位置除产生了由于配置位置的不同引起的不可避免的偏差外，在下游侧，相对于时间轴，峰值是宽的。另外，温度峰值的差几乎不存在。此外，虽省略了图示，但在增大燃料喷射量的情况下，最终确认到两个峰值的温度值中的不同。
从该结果可见，与△T法相比，通过本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1进行的判断方法在测量精度及判断的迅速性上比较优异。
另外，图9所示的结果是，通过在氧化催化剂600的上下游侧分别附设评价用的λ传感器，并通过在氧化催化剂600的上下游侧分别附设图7所示的用于测量的气体分析计，并利用这些λ传感器及气体分析计进行测量而得到的结果。图9所示的四个特性中，若将上下游的气体分析计的输出特性进行对比，则从燃料喷射带来的氧浓度的减少量在下游侧更大的情况可以确认：由于氧化催化剂600中的未燃烧的烃气体的氧化，发生了氧减少的情况。但是，若将上下游的λ传感器的输出特性进行对比，则可以看出在燃料喷射所带来的λ值的减少的程度上没有差异。由于λ传感器用于测量未燃烧的烃与氧燃烧后的残留氧浓度，因此，原理上，在上下游的λ传感器上，不会产生输出差。
该结果表示通过两个λ传感器，没有捕捉到由于氧化催化剂600上未燃烧的烃气体的氧化而发生的氧减少的情况。即，这意味着本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1可以实现通过△λ法所无法进行的氧化催化剂600的劣化程度的判断。
(具体的判断方法Passive OBD与Active OBD)
下面，对本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1中进行氧化催化剂600的劣化程度的判断的具体方法进行说明。本实施方式中进行的判断方法大致分为Passive OBD与Active OBD两种，并根据目的适当地区别使用或者并用。
在本实施方式中，简单来说，Passive OBD是指，直接利用通常运转中的发动机主体部300通过排气管500将排气G连续排出的状态，进行判断的方法。因此，Passive OBD中用于判断的未燃烧的烃气体仅是包含在该排气G中的气体。
对Passive OBD而言，只要发动机主体部300处于通常的运转状态，则在任意的时点都可以进行。或者，即使不给予特别的执行指示，氧化催化剂判断系统DS1也可以自动断续或连续地运行。但是，由于作为HC传感器100的检测对象的未燃烧的烃气体的浓度不会有超过从发动机主体部300排出的排气G中的浓度的情况，因此，特别是即使是Aged品，在变换率比较高的氧化区域中，其检测量也有变小的趋势。根据情况，这一点有时会影响判断精度。
另一方面，在本实施方式中，简单来说，Active OBD是指，通过在发动机主体部300运转中有意地产生极微量且短时间的燃料喷射，生成判断用的烃气体，由此，以所形成的该判断用的烃气体气氛为对象进行判断的方法。即，在Active OBD中用于判断的烃气体气氛是在通常的排气G中所含的未燃烧的烃气体中叠加该判断用的烃气体后的气体气氛。但是，在下面的说明中，为了方便，针对判断用的烃气体有称作未燃烧的烃气体的情况。若进行Active OBD，即使氧化催化剂600是变换率高的Fresh品，由于与Passive OBD相比，HC传感器100中未燃烧的烃气体的检测量变大，因此能够更加可靠地进行判断。
此外，为了在Active OBD上有意地进行燃料喷射，从发动机系统1000中的燃料效率确保方面观察乍看是不利的，但如下面所述，与发动机系统1000中以其他目的进行的燃料喷射或实施其他判断方法时的燃料喷射的情况相比，在本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1中进行的燃料喷射的总量足够小，对油耗的影响停留在最小限度。
(Passive OBD的步骤例)
图10是示出通过Passive OBD进行判断的步骤的一例的图。通过Passive OBD实施的判断首先从通过温度传感器110确认氧化催化剂600上游侧的排气G的温度(排气温度)开始(步骤S1)。更具体而言，电子控制装置200通过取得温度传感器110发出的排气温度检测信号sg12来确定排气温度。该排气温度被视为该时点下的氧化催化剂600的温度。
接着，电子控制装置200从预先存储在该存储部中的Passive OBD用的阈值数据调出与该排气温度对应的Passive OBD用的未燃烧的烃气体浓度的阈值(步骤S2)。阈值是在氧化催化剂600的可取温度范围(大概-40℃～1000℃)内的所有温度下预先确定的。由于对阈值的赋予方式没有特别的限制，因此可以作为氧化催化剂600的温度(排气温度)的连续函数赋予，也可以在每个温度范围作为固定值来赋予。
然后，在HC传感器100中，测量氧化催化剂600的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl(步骤S3)。更具体而言，通过温度传感器110测量过温度后的排气G到达氧化催化剂600，在内部未燃烧的烃气体发生吸附或氧化后，在其残留气体向下游侧排出的时点，电子控制装置200将在HC传感器100中检测电极10与基准电极20之间产生的电位差(HC传感器输出)作为HC检测信号sg11取得，并基于该电位差值与预先确定的HC传感器100的灵敏度特性，算出下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl。
此外，通过温度传感器110进行排气温度的确认与通过HC传感器100进行下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量可以并行进行。
若进行下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量与阈值的调出，则电子控制装置200对测量值与阈值进行比较(步骤S4)，在前者大的情况下(在步骤S4中，为YES)，判断为在氧化催化剂600中发生了视为问题(需要更换等)的劣化(为NG)(步骤S5)，在后者大的情况下(在步骤S4中，为NO)，判断为这样的劣化没有发生(为OK)(步骤S6)。
不论判断为NG还是判断为OK，在判断完成后进一步重复进行判断的情况下(在步骤S7上为YES)，再次从通过温度传感器110进行排气温度的确认开始重复进行处理。在非此情况下，直接完成判断(在步骤S7上为NO)。
(通过Passive OBD进行判断的详细内容)
基于图11及图12，对通过图10所示的步骤能够判断氧化催化剂600的劣化程度的理由，特别是，对通过对下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量值与阈值进行比较能够进行判断的理由进行说明。
首先，图11是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度在高于温度T2的氧化区域下的情况下的(以下，使该温度为Ta)上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl之间的关系的图。例如，Ta＝200℃。
另一方面，图12是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度在小于等于温度T1的吸附区域下的情况下的(以下，使该温度为Tb)上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl之间的关系的图。例如，Tb＝150℃。
由于变换率是通过上述的(式1)定义的，因此如图11及图12所示，在横轴上取上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu、纵轴上取下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的情况下，变换率为直线斜率的函数。具体来说，存在氧化催化剂600的变换率越高，则直线的斜率越小的关系。此外，在图11及图12中，将上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu记作上游HC浓度，将下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl记作下游HC浓度(在图14及图15中也一样)。
此外，在本实施方式中，将规定氧化催化剂600中没有发生视为问题的劣化的(被容许)变换率的范围称作容许变换率范围。容许变换率范围可以根据氧化催化剂600的状态任意地确定，但通常由于上限为100％，因此实质上仅下限值可以任意地确定。
在示出温度Ta下的示例的图11中，对变换率为90％、70％、20％的情况下的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系分别使用细实线、虚线、粗实线来表示。此外，在温度Ta的情况下，变换率为90％的是Fresh品。例如，在变换率90％的Fresh品的情况下，氧化催化剂600的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu为1000ppm时，氧化催化剂600的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl为100ppm。
另一方面，在示出温度Tb下的例的图12中，对变换率为50％、30％、10％的情况下的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系分别使用细实线、虚线、粗实线进行表示。此外，在温度Tb的情况下，变换率为50％的为Fresh品。另外，如上所述，吸附区域中的变换率通常小于氧化区域中的变换率。
另外，如上所述，在本实施方式中，尽管上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu根据发动机主体部300的运转状况不断变动，但从经验可知是在大致固定的浓度范围内变动。在图11及图12中，大于等于400ppm且小于等于1000ppm的范围为上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的变动范围(以下，称作上游HC浓度变动范围)R1。这意味着：由于在本实施方式中不进行测量，尽管通过Passive OBD进行判断时的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的具体值没有确定，但可以视作该浓度值必定是上游HC浓度变动范围R1的范围内的值。
现在，在图11所示的温度Ta的情况下，若变换率大于等于70％，则规定该氧化催化剂600中没有发生视为问题的劣化。在此情况下，大于等于70％的范围成为容许变换率范围。满足该容许变换率范围的氧化催化剂600的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量值为小于等于300ppm。其原因在于，在变换率大于等于70％的情况下，在图11中相当于(式1)的直线的斜率必定小于通过(1000，300)的点的变换率为70％时的直线的斜率。
这意味着：即，若将与通过HC传感器100进行的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量值进行比较的阈值确定为300ppm，实际的变换率为大于等于70％的处于容许变换率范围的氧化催化剂600全部在Passive OBD中被可靠地判断为OK。
此外，在该温度Ta的情况下，通过将阈值确定为300ppm，在实际的变换率为不到20％的氧化催化剂600中，不论上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu是上游HC浓度变动范围R1内怎样的值，下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值都大于300ppm。这意味着：即，在将阈值确定为300ppm的情况下，实际的变换率为不到20％的氧化催化剂600全部在Passive OBD中被可靠地判断为NG。
另一方面，在图12所示的温度Tb的情况下，鉴于氧化催化剂600的温度在吸附区域中的情况，使大于等于30％的变换率的范围为容许变换率范围，使阈值为比温度Ta的情况高的700ppm。在该情况下，只要变换率满足大于等于30％的容许变换率范围，则判断为氧化催化剂600中没有发生视为问题的劣化，并可靠地判断为OK。
但是，在该温度Tb的情况下，假设即使氧化催化剂600的变换率为0％，也能够判断为OK。其原因在于，在变换率为0％的情况下，下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的可取的值与上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu相同，为大于等于400ppm且小于等于1000ppm，比阈值700ppm小。因此，与温度Ta的情况不同，可靠地判断为NG的状况不会发生。
相对于这些，例如，如在图11中双点划线所示的直线L那样，在温度Ta下的氧化催化剂600的实际变换率为大于等于20％小于70％的情况下，在Passive OBD中判断为NG还是判断为OK，作为值，依赖于不明确的判断时的实际的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu。更具体而言，以下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值为300ppm的情况为分界线，在上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值接近400ppm的情况下，由于下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值不到300ppm(在直线L上，为不到300ppm的范围)，因此判断为OK，在上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值接近1000ppm的情况下，由于下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值大于等于300ppm(在直线L上，为大于等于300ppm的范围)，因此判断为NG。
同样地，在温度Tb下的变换率为大于等于0％小于30％的情况下，在Passive OBD中判断为NG还是判断为OK，依赖于判断时实际的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值。更具体而言，以下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值为700ppm的情况为分界线，在上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值接近400ppm的情况下，由于下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值不到700ppm(在直线L上，为不到700ppm的范围)，因此判断为OK，在上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值接近1000ppm的情况下，由于下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值大于等于700ppm(在直线L中，为大于等于700ppm的范围)，因此判断为NG。
这意味着：尽管氧化催化剂600的实际的变换率小于针对下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl确定阈值时的基准的容许变换率范围的下限值(在温度Ta的情况下为70％，在温度Tb的情况下为30％)，但可以发生针对于该氧化催化剂600判断为OK的情况。但是，在上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值在上游HC浓度变动范围R1的范围内任意变动时，从实际的变换率越小，则上游HC浓度变动范围R1中被判断为NG的浓度范围越大推测被判断为NG的概率也较大。即，可以知晓的是被误判断为OK的频度较高的情况是实际的变换率接近于确定阈值时的基准值的容许变换率范围的下限值的情况。这种情况提供如下的启示：通过PassiveOBD进行判断时的阈值是根据任意可以确定的容许变换率范围确定的，若预先将下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的阈值设定的略小的话(即，将用于赋予阈值的变换率设定的略大)，即，若将阈值设定在安全侧的话，则即使发生一些误判断，实际使用上的问题也较小。
或者，可以知晓：即使在一次判断中偶尔有被误判断为OK的情况，若根据需要进行重复判断的话，劣化继续进行，越是实际的变换率小的氧化催化剂600，则被判断为NG的频度(概率)越大。因此，可以考虑到如下的对策：通过在图10的步骤中选择进行重复判断，并在每次进行判断时将其结果存储在电子控制装置200未图示的存储部中，基于该存储结果判断氧化催化剂600的劣化程度，从而提高了实际使用上的检测精度。例如，在规定判断次数中被判断为NG的频度小于等于基准次数的情况下，可以判断为氧化催化剂600中没有发生视为问题的劣化，在超过某基准次数的情况下，可以判断为氧化催化剂600中发生了视为问题的劣化。此外，在进行重复判断的情况下，由于每次判断时氧化催化剂600的温度有可能变动，因此所使用的阈值在每次判断时有可能不同。
或者，从Fresh品的阶段若断续地(随着时间的推进)进行判断，考虑到会有最初被连续判断为OK，不久便被判断为NG的情况的发生，尽管在该时点会发生一些先后的情况，但也能够捕捉到氧化催化剂600的劣化的发生。
以上意味着：如本实施方式中通过Passive OBD进行的判断一样，即使仅针对下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl设定阈值，也能够按照要求的判断精度在实际使用中以足够的精度进行氧化催化剂600的劣化程度的判断。
(Active OBD的步骤例)
图13是示出通过Active OBD进行判断的步骤的一例的图。对通过Active OBD进行的判断而言，首先，与Passive OBD相同，从通过温度传感器110确认氧化催化剂600上游侧的排气G的温度(排气温度)开始(步骤S11)。更具体而言，通过电子控制装置200取得从温度传感器110发出的排气温度检测信号sg12，来确定排气温度。该排气温度被视为该时点下的氧化催化剂600的温度。
接着，电子控制装置200从预先存储在该存储部中的Active OBD用的阈值数据调出与该排气温度对应的Active OBD用的未燃烧的烃气体浓度的阈值(步骤S12)。在ActiveOBD的情况下，阈值也是在氧化催化剂600的可取温度范围(大概-40℃～1000℃)内的所有的温度下预先确定的。由于对阈值的赋予方式没有特别的限定，因此既可以作为氧化催化剂600的温度(排气温度)的连续函数赋予，也可以按每个温度范围作为固定值赋予。
接着，通过由电子控制装置200针对燃料喷射阀301发送燃料喷射指示信号sg1，从而从燃料喷射阀301产生极微量且短时间的燃料喷射(步骤S13)。更具体而言，该燃料喷射在发动机主体部300的发动机周期中的后喷射的时点进行。另外，单位喷射量优选为1～3(mg/injection)，喷射时间优选为1～6(sec)，总喷射量优选为15～130(mg)。尤其，总喷射量优选为50～65(mg)。在该情况下，在抑制燃料喷射量的同时，也适合通过Active OBD进行判断。此外，总喷射量由以下的(式2)算出。
总喷射量(mg)＝单位喷射量(mg/injection)×喷射时间(sec)×发动机转速(rpm)/120 (式2)
另外，在表1中示出了总喷射量的主要例。
【表1】
如表1所示，在排气温度为大约150℃、发动机转速为2000(rpm)的情况下以及排气温度为大约200℃、发动机转速为2500(rpm)的情况下，并且在单位喷射量为3(mg/injection)、喷射时间为1(sec)的情况下，总喷射量为50～65(mg)范围内的值。
此外，表1中为了进行比较，对以汽车的排气管中通常安装的DPF(柴油微粒子捕集过滤器)为对象进行的用于再生该DPF的燃料喷射的情况(DPF再生模式)的例子一并进行了记载。如表1中进行的例示，在排气温度为大约150℃、发动机转速为2000(rpm)的状况下进行该DPF再生模式的情况下，单位喷射量为6(mg/injection)左右的喷射以150(sec)长的喷射时间进行。该情况下的总喷射量为15000(mg)左右。由于该值为本实施方式中通过ActiveOBD进行判断的情况下的总喷射量的数百倍，因此可以使本实施方式中进行的Active OBD中的燃料消耗量在实际使用上极少。
若进行这种极微量的燃料喷射，则在伴随着发动机主体部300的运转而稳定地排出的排气G的基础上，喷射的燃料在发动机主体部300的内部也被气化而重叠地向排气管500排出，浓度高于稳定状态的未燃烧的烃气体被送向氧化催化剂600。
进而，在与该燃料喷射关联的时点，更具体而言，包含伴随燃料喷射产生的高浓度的未燃烧的烃气体的排气G到达氧化催化剂600，在内部发生针对该排气G中未燃烧的烃气体的吸附或氧化之后，在其残留气体向下游侧排出的时点，与Passive OBD的情况相同，在HC传感器100中，测量氧化催化剂600的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl(步骤S14)。
之后的步骤与Passive OBD的情况相同。即，若进行下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量与阈值的调出，则电子控制装置200将测量值与阈值进行比较(步骤S15)，在前者大的情况下(在步骤S15中，为YES)，判断为在氧化催化剂600中发生了视为问题(需要更换等)的劣化(为NG)(步骤S16)，在后者大的情况下(在步骤S15中，为NO)，判断为没有发生这种劣化(为OK)(步骤S17)。
不论判断为NG还是判断为OK，在判断完成后，进一步重复进行判断的情况下(在步骤S18中，为YES)，再次从通过温度传感器110进行排气温度的确认开始重复进行处理。在非此情况下，则直接完成判断(在步骤S18中为NO)。
(通过Active OBD进行判断的详细内容)
关于通过图13所示的步骤进行的利用Active OBD的判断，依据图14至图18对其特征进行说明。
首先，图14是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度在氧化区域的情况下(以下，使该温度为Tc)上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl之间的关系的图。例如，Tc＝200℃。在图14中，针对变换率为90％、80％、70％的情况下上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系分别用细实线、虚线、粗实线进行表示。此外，在温度Tc的情况下，变换率为90％的是Fresh品。
另一方面，图15是针对几个变换率，示出氧化催化剂600的温度在吸附区域的情况下(以下，使该温度为Td)上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系的图。例如，Td＝150℃。在图15中，针对变换率为50％、30％、10％的情况下上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的关系分别用细实线、虚线、粗实线进行表示。此外，在温度Td的情况下，变换率为50％的是Fresh品。
此外，在图14及图15中，将坐标范围扩展到了比图11及图12高浓度的一侧，但由于氧化催化剂600的变换率始终遵从(式1)，因此即使上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值变大，下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl也相对于上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu具有线性。因此，如图14及图15所示，氧化催化剂600的变换率的大小与图11及图12相同，由直线的斜率的大小来表示。
对进行基于Active OBD的判断而言，在根据下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl是否超过了预先确定的阈值来判断是NG还是OK这一点上，与进行基于Passive OBD的判断是共通的。
但是，在进行基于Active OBD的判断的情况下，由于是在进行了燃料喷射的基础上实施判断，因此实施判断时的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu高于进行基于Passive OBD的判断时利用的上游HC浓度变动范围R1。
图16及图17是举例示出以Fresh品与Aged品为对象进行基于Active OBD的判断时来自HC传感器100的输出值(HC传感器输出)判断前后的时间变化的图。图16是氧化催化剂600的温度属于氧化区域的200℃时的图，图17是氧化催化剂600的温度属于吸附区域的150℃时的图。此外，前者的燃料喷射的条件是单位喷射量为1(mg/injection)、喷射时间为6(sec)，后者的燃料喷射的条件是单位喷射量为3(mg/injection)、喷射时间为1(sec)。
图16及图17均为：在横轴的时间为大约20秒处，进行燃料喷射，在其之后数秒的时点HC传感器输出增大。在该输出值增大的时点，通过电子控制装置200取得HC传感器输出，用于基于Active OBD的判断。此外，图16及图17的纵轴为实际的HC传感器输出电压值的单位“mV”。在实施Active OBD时，如上所述，像这样，根据作为电压值表示的HC传感器输出计算浓度值，并与阈值进行比较。
在实施Active OBD时，像这样，鉴于HC传感器输出中发生了大的变动，在图14及图15中，将实施该Active OBD时上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu取得的浓度范围作为燃料喷射时的上游HC浓度变动范围R2来表示。即，在基于Active OBD的判断中，在上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu处于该上游HC浓度变动范围R2的范围内时，通过HC传感器100测量的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量值将与规定阈值进行对比。
在图14及图15中，作为燃料喷射时的上游HC浓度变动范围R2，举例示出了大于等于3850ppm且小于等于4150ppm的范围。此外，预先从经验上可知：关于燃料喷射时的上游HC浓度变动范围R2，根据燃料喷射的条件，能够确定其中心值以及该中心值与上下限值的差分值的值。在图14及图15中所例示的情况下，以4000ppm为中心的±150ppm的范围被规定为燃料喷射时的上游HC浓度变动范围R2。
这样，在基于Active OBD的判断的情况下，由于作为对象的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的浓度范围，与基于Passive OBD的判断的情况相比位于更高浓度一侧，因此用于判断时的下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的阈值也是比基于Passive OBD的判断的情况高的值。
例如，在图14中，例示了关于温度Tc的基于Passive OBD及Active OBD进行判断时的阈值分别为300ppm、1000ppm的情况。在此情况下，关于变换率为70％的氧化催化剂600，由于在上游HC浓度变动范围R2的范围内，下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量值超过1000ppm，因此在Active OBD中可靠地判断为NG。
另外，在图15中，例示了关于温度Td的基于Passive OBD及Active OBD进行判断时的阈值分别为700ppm、3000ppm的情况。在此情况下，关于变换率为10％的氧化催化剂600，由于在上游HC浓度变动范围R2的范围内，下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的测量值超过3000ppm，因此在Active OBD中可靠地判断为NG。
此外，对于在图14所示的温度Tc的情况下，在Active OBD中可靠地判断为NG的变换率70％的氧化催化剂600而言，在实施阈值为300ppm的Passive OBD的情况下，被可靠地判断为OK。
同样地，对于在图15所示的温度Td的情况下，在Active OBD中可靠地判断为NG的变换率10％的氧化催化剂600而言，在实施阈值为700ppm的Passive OBD的情况下，根据上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的实际的值判断为OK与判断为NG的情况都有可能。
在前者中实施Passive OBD的情况下，可靠地判断为NG的限于变换率不到20％的情况，而到后者时，鉴于在Passive OBD中没有可靠地判断为NG的情况，因此可以说与Passive OBD相比，根据Active OBD，能够以更好的精度(以严格的基准)进行劣化程度的判断。这是在由于上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值较大，因而下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl的值必然变大的Active OBD中，变换率的差对HC传感器100中测量值的差影响较大所带来的效果。
这些情况提供了如下启示：通过在适当设定基于Passive OBD的判断与基于Active OBD的判断的各自的阈值的同时，将二者并用实施，可以以更好的精度进行氧化催化剂600的劣化的判断。
此外，该并用的方法尤其在氧化催化剂600的温度在氧化区域时有效果。其原因在于，与在吸附区域时不同，即使是Aged品，氧化催化剂600的温度在氧化区域时的变换率也比较高，另外，尤其是，由于在稳定运转时，上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu的值较小，在大多数情况下，相对于在氧化区域中，进行Passive OBD时的Fresh品与Aged品的HC传感器输出的差分(例如，图16中的△1)有变小的趋势，在实施Active OBD的情况下，Fresh品与Aged品之间的HC传感器输出的差分变大(例如，图16中的△2)。
另外，氧化催化剂600的温度在吸附区域时也同样地，比起实施Passive OBD时的Fresh品与Aged品的HC传感器输出的差分(例如，图17中的△3)，实施Active OBD的情况下的差分(例如，图17中的△4)有变大的趋势，但由于前者的绝对值原本比较大，因此在Passive OBD与Active OBD上的差异与在氧化区域上的情况相比较小。
另外，在Active OBD中，通过使燃料喷射时的总喷射量不同，也能取得效果。例如，在图14所示的温度Tc的情况下，在比上游HC浓度变动范围R2高浓度的大于等于5000ppm且小于等于5300ppm的范围内，上游HC浓度变动范围R3是确定的。与上述的以上游HC浓度变动范围R2为对象的情况相同，在阈值的值为1000ppm的情况下，在以上游HC浓度变动范围R2为对象的情况下有可能判断为OK的变换率不到80％的氧化催化剂600被可靠地判断为NG。这意味着：通过并用上游HC浓度变动范围R2与上游HC浓度变动范围R3，可以辨别变换率不到70％的氧化催化剂600、变换率大于等于70％且不到80％的氧化催化剂600及变换率大于等于80％的氧化催化剂600。
同样地，在图15所示的温度Td的情况下，在比上游HC浓度变动范围R2高浓度的大于等于5350ppm且小于等于5650ppm的范围内，上游HC浓度变动范围R4是确定的。与上述的以上游HC浓度变动范围R2为对象的情况相同，在阈值的值为3000ppm的情况下，针对变换率不到30％的氧化催化剂600，也判断为NG。
这样，通过实施使燃料喷射时的总喷射量不同的多次Active OBD，可以进行在passive OBD中难以实施的、更加详细的劣化的判断。
另外，图18是示出针对Fresh品与Aged品，利用气体分析计对取得图16中举例示出的HC传感器输出时的排气G的成分进行分析的结果的图。
虽然在图16中，受到为了实施Active OBD而进行燃料喷射的影响，HC传感器输出值发生了变动，但在图18中，也发生了与燃料喷射相对应的变动。但是，在图18所示的情况下，包含在未燃烧的烃气体中的气体成分中，根据燃料发生较大变动的仅仅是关于Aged品的除CO之外的典型的烃气体即THC的曲线。从该结果可以推测Aged品的氧化区域中的氧化的劣化主要是由对该烃的氧化性能的劣化而导致的。此外，可以知晓，氧化催化剂600的催化性能的温度依赖性是根据对象的气体成分不同而不同的，可以说图18所示的结果对其进行了证实。另外，该结果提供了如下启示：在氧化区域实施Active OBD时，在有意地使氧化催化剂600的温度不同的情况下，对于特定的气体成分对应的氧化性能的劣化程度，是可以分辨的。
以上，如以上所述，根据本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统，对于设置在发动机系统中来自于作为柴油机的发动机主体部的排气管的中途，用于使排气中的未燃烧的烃气体氧化或吸附的氧化催化剂中的催化性能的劣化程度，无需算出作为该催化性能的指标的变换率，基于通过排气管中设置在氧化催化剂的下游侧位置的烃气体传感器直接测量的该位置上的未燃烧的烃气体浓度，便能够实时地且以优良的精度进行判断。
尤其是，根据直接利用发动机主体部处于通常的运转状态时进行判断的PassiveOBD，在发动机主体部运转过程中的任意的时点，并且，无需为了判断而消耗燃料，便能够针对氧化催化剂的劣化进行判断。另外，通过反复进行判断，能够进一步提高判断的精度。
另外，根据在有意地提高通过喷射极微量的燃料而流入氧化催化剂的未燃烧的烃气体的浓度的状态下进行判断的Active OBD，可以以比Passive OBD更优异的精度针对氧化催化剂的劣化进行判断。
(第二实施方式)
上述的第一实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1是无需实际算出变换率而进行氧化催化剂600的劣化程度的判断的系统，在本实施方式中，对通过实际算出变换率，从而进行氧化催化剂600的劣化程度的判断的方案进行说明。
图19是示意性示出包含本发明的第二实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS2而构成的发动机系统2000的示意性结构的图。
对本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS2及发动机系统2000而言，除了在排气管500中、在作为氧化催化剂判断系统DS2中的判断对象的氧化催化剂600的上下游侧双方分别设置HC传感器100A及100B之外，与第一实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1及发动机系统1000具有相同的构成。因此，在本实施方式中，省略关于关于各构成要素的详细的说明。此外，在氧化催化剂判断系统DS2上，与第一实施方式涉及的HC传感器100相同，设置在氧化催化剂600的下游侧的HC传感器100B对电子控制装置200发送HC检测信号sg11，对设置在氧化催化剂600的上游侧的HC传感器100A而言，也对电子控制装置200发送HC检测信号sg21。
图20是示出通过氧化催化剂判断系统DS2实施Passive OBD情况下的步骤的一例的图。
首先，与第一实施方式中的Passive OBD相同，从通过温度传感器110确认氧化催化剂600的上游侧的排气G的温度(排气温度)开始(步骤S21)。更具体而言，通过由电子控制装置200取得从温度传感器110发送的排气温度检测信号sg12，对排气温度进行确定。该排气温度被视为该时点下的氧化催化剂600的温度。
接着，电子控制装置200从预先存储在其存储部中的Passive OBD用的阈值数据中调出与该排气温度对应的变换率的阈值(步骤S22)。在本实施方式中，与变换率相关的阈值，是在氧化催化剂600的可取温度范围(大致-40℃～1000℃)内的所有温度中预先确定的值。另外，在本实施方式中，容许变换率范围的下限值直接成为阈值。由于对阈值的赋予方式没有特别的限制，因此可以作为氧化催化剂600的温度(排气温度)的连续函数赋予，也可以是按每个温度范围作为固定值赋予。此外，该情况下的阈值是鉴于氧化催化剂600的催化性能中存在图3所示的温度依赖性而设定的。通常，氧化区域中的阈值设定得比吸附区域上的阈值略大。
接着，通过两个HC传感器100A、100B，测量氧化催化剂600的上游侧未燃烧的烃气体浓度Nu与下游侧未燃烧的烃气体浓度Nl(步骤S23)。更具体而言，在通过温度传感器110测量温度后的排气G即将到达氧化催化剂600的时点上，通过HC传感器100A进行测量，在氧化催化剂600中产生针对该排气G中的未燃烧的烃气体的吸附或氧化之后，在其残留气体向下游侧排出的时点，通过HC传感器100B进行测量。
图21及图22是分别举例示出氧化催化剂600的温度为200℃的情况下的Fresh品与Aged品中的HC传感器输出的图。从图21及图22可以确认：Aged品的上下游的输出的差异较大。
若取得两个HC传感器100A、100B中的测量值，则电子控制装置200利用这些值并基于(式1)算出变换率(步骤S24)。
然后，电子控制装置200对算出的变换率与阈值进行比较(步骤S25)，在前者大的情况下(在步骤S25中，为YES)，判断为在氧化催化剂600中发生了视为问题(需要更换等)的劣化(为NG)(步骤S26)，在后者大的情况下(在步骤S25中，为NO)，判断为没有发生这样的劣化(为OK)(步骤S27)。
不论判断为NG还是判断为OK，在判断完成后进一步重复进行判断的情况下(在步骤S28中，为YES)，再次从通过温度传感器110确认排气温度开始重复进行处理。在非此情况下，直接完成判断(在步骤S28中，为NO)。
这样，在本实施方式中的Passive OBD的情况下，由于实际算出变换率，来判断有无视为问题的劣化，因此与第一实施方式中的Passive OBD相比，能够进行可靠性更高的判断。例如，虽然在图20中，对一个阈值与变换率进行比较，但也可以是将阈值设定为多级，阶段式地判断氧化催化剂600的劣化程度的方式。
此外，与第一实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS1同样地，在本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统DS2中，通过Active OBD进行判断在构成上也是可能的，但如上所述，由于通过Passive OBD能够以良好的精度进行判断，因此与第一实施方式相比，虽说是极微量的燃料喷射，但可以说积极实施伴随着该极微量的燃料喷射的Active OBD的优点较小。
综上所述，如以上所说明，根据本实施方式涉及的氧化催化剂判断系统，通过在氧化催化剂的上下游侧双方配置烃气体传感器，在发动机主体部的通常运转过程中，基于两个烃气体传感器的测量值算出氧化催化剂的变换率，并基于对该算出值与预先设定的阈值进行比较的结果，能够对氧化催化剂中是否发生了视为问题的劣化进行判断，因此在不进行燃料喷射的Passive OBD上，可以进行可靠性高的判断。

Claims (9)

1.一种用于对催化剂的劣化程度进行判断的催化剂劣化判断系统，该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中所含的烃气体及一氧化碳气体的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所述催化剂劣化判断系统的特征在于，具备：
温度传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的上游侧，且在所述上游侧测量含有所述对象气体的所述排气的温度；
第一气体传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的下游侧，且在所述下游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输出值；以及
控制单元，其用于判断所述催化剂的劣化，
所述控制单元具备存储部，
规定的存储部中保存有预先确定的阈值数据，所述阈值数据由对应于催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值，
所述控制单元至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中对应于该催化剂温度的所述阈值，对所述催化剂的劣化程度进行判断，
其中，
当将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu、将所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，将使用由变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催化剂中发生的氧化或吸附的程度，
所述阈值是基于所述计算式而确定的；并且，
所述内燃机响应来自所述控制单元的喷射指示，能有意地生成含有浓度比所述内燃机处于稳定运转状态时所述对象气体的浓度更高的对象气体的判断用气体气氛，
所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂可取的温度及劣化判断时所述催化剂的上游侧所述对象气体可取的浓度范围而确定的，并且，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述内燃机处于稳定运转状态时所述催化剂的所述上游侧所述对象气体可取的浓度范围即稳定时上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第一所述阈值，并且，
将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述判断用气体气氛在所述上游侧可取的浓度范围即判断时上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第二所述阈值，
可选择性地实施如下的第一劣化判断和第二劣化判断中的一方或双方：
所述第一劣化判断，在所述内燃机处于稳定运转状态下的任意时点可实施，基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的该时点上所述催化剂的温度、及所述阈值数据所记录的该催化剂的温度下的所述第一所述阈值，来判断所述催化剂中的劣化程度；
所述第二劣化判断，在使所述判断用气体气氛导入至所述催化剂之后实施，基于所述判断用气体从所述催化剂排出的时点上所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述判断用气体气氛在导入时点上所述催化剂的温度、及与该时点上所述催化剂的温度相对应的所述第二所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
2.根据权利要求1所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
所述第一气体传感器是混合电位型烃气体传感器，
所述混合电位型烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且所述检测电极中的催化活性被失效。
3.根据权利要求1所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
所述催化剂劣化判断系统还具备第二气体传感器，该第二气体传感器设置在所述排气路径上所述催化剂的上游侧，用于在所述上游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度对应的输出值，
所述控制单元基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中对应于该催化剂温度的所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
4.根据权利要求3所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将该温度下所述容许变换率范围的下限值规定为所述阈值，
在基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值算出的变换率小于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中发生了超过容许的程度的劣化。
5.根据权利要求3或4所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
所述第一气体传感器及所述第二气体传感器是混合电位型的烃气体传感器，
所述混合电位型烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且所述检测电极中的催化活性被失效。
6.一种催化剂劣化判断方法，其用于对催化剂的劣化程度进行判断，该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中所含的烃气体及一氧化碳气体中的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所述催化剂劣化判断方法的特征在于，实施如下工序：
阈值数据保存工序：
将预先确定的阈值数据保存于规定的存储部中，所述阈值数据由对应于催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值；
温度测量工序：
在所述排气路径的所述催化剂的上游侧，通过温度传感器测量含有所述对象气体的所述排气的温度；
第一气体检测工序：
在所述排气路径的所述催化剂的下游侧通过第一气体传感器检测所述对象气体，并将与所述对象气体的浓度相应的输出值输出；以及
判断工序：
至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、基于所述温度传感器中的测量值所确定的所述催化剂的温度、及该催化剂的温度下的所述阈值，判断所述催化剂中的劣化程度，
其中，
当将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu、将所述催化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，将使用变换率(％)＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催化剂中发生的氧化或吸附的程度，
所述阈值是基于所述计算式而确定的；并且，
所述内燃机响应来自控制单元的喷射指示，能有意地生成含有浓度比所述内燃机处于稳定运转状态时所述对象气体的浓度更高的对象气体的判断用气体气氛，
所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先根据所述催化剂可取的温度及劣化判断时所述催化剂的上游侧所述对象气体可取的浓度范围而确定的，并且，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述内燃机处于稳定运转状态时所述催化剂的所述上游侧所述对象气体可取的浓度范围即稳定时上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第一所述阈值，并且，
将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述判断用气体气氛在所述上游侧可取的浓度范围即判断时上游侧气体浓度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第二所述阈值，
在所述判断工序中，选择性地实施如下的第一劣化判断和第二劣化判断中的一方或双方：
所述第一劣化判断，在所述内燃机处于稳定运转状态下的任意时点可实施，基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的该时点上所述催化剂的温度、及所述阈值数据所记录的该催化剂的温度下的所述第一所述阈值，来判断所述催化剂中的劣化程度；
所述第二劣化判断，在使所述判断用气体气氛导入至所述催化剂之后实施，基于所述判断用气体从所述催化剂排出的时点上所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述判断用气体气氛在导入时点上所述催化剂的温度、及与该时点上所述催化剂的温度相对应的所述第二所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
7.根据权利要求6所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，
所述催化剂劣化判断方法还包括第二气体检测工序，在所述排气路径的所述催化剂的上游侧通过第二气体传感器检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输出值，
基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及该催化剂的温度下的所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
8.根据权利要求7所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将该温度下所述容许变换率范围的下限值规定为所述阈值，
在所述判断工序中，在基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值算出的变换率大于等于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂中没有发生超过容许程度的劣化，
在基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的所述输出值算出的变换率小于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂发生了超过容许程度的劣化。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的催化剂劣化判断方法，其特征在于，
在所述对象气体的检测中使用混合电位型的烃气体传感器，该混合电位型的烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且催化活性被失效。
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