CN110886638A - 催化器劣化诊断方法及催化器劣化诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种催化器劣化诊断方法及催化器劣化诊断系统。该催化器劣化诊断方法能够基于通过催化器后的废气中的NOx浓度高精度地进行催化器劣化诊断。催化器劣化诊断方法用于包括气体传感器(702)的系统，该气体传感器(702)测定从催化器(601)通过的废气的空燃比及氮氧化物浓度，且具有氨干扰性。当通过气体传感器(702)最新得到的空燃比大于预先确定的比理论空燃比大的临界空燃比的情况下，燃料喷射装置(501)在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器(702)检测出的氮氧化物浓度的暂时增大，由此取得氮氧化物浓度的暂时增大量。判定暂时增大量是否大于临界量。

Description

催化器劣化诊断方法及催化器劣化诊断系统
技术领域
本发明涉及催化器劣化诊断方法及催化器劣化诊断系统，特别涉及用于供来自内燃机的废气导入的催化器的催化器劣化诊断方法及催化器劣化诊断系统。
背景技术
从汽油发动机中排出含有有害物质、即NOx(氮氧化物)、THC(总烃：TotalHydrocarbon)以及CO(一氧化碳)的废气。将这3种含有物一同除去的催化器、即三元催化器(TWC：Three Way Catalyst)搭载于许多的汽油发动机车。三元催化器具有蜂窝体。蜂窝体主要具有：包含CeO2(二氧化铈)的陶瓷的部分、以及包含Pt(铂)、Pd(钯)以及Rh(铑)等贵金属的部分。Pt、Pd主要用于通过氧化使HC及CO变为CO2(二氧化碳)及H2O(水)。Rh主要用于还原NOx。二氧化铈用于使O2(氧)吸附或脱离。
用于汽油发动机的TWC需要在废气中的氧含量较高时积存将HC及CO氧化所需要的氧。这是因为：汽油发动机以化学计量状态为中心进行运转，所以来自汽油发动机的废气与来自柴油发动机的废气不同，通常具有较低的氧含量。
所谓化学计量状态下的运转，换言之，是指以空燃比、即A/F(空气/燃料：Air/Fuel)为约14.6进行运转。这种情况下，假设被导入至发动机汽缸内的燃料完全燃烧，来设定向汽缸内导入的空气量。具体而言，假设C(碳)及H(氢)通过完全燃烧而完全被氧化，来设定向汽缸内导入的空气量。在实际运转时，在A/F＝约14.6的附近微调A/F。A/F相对高的状态称为稀薄，来自发动机的废气含有相对多的氧。相反的状态称为过浓。汽油发动机中，以化学计量状态为中心，实施朝向稀薄状态及过浓状态的精密控制。
TWC对NOx的净化性能在过浓运转时(还原气氛)相对较高，在稀薄运转时(氧过剩气氛)相对较低。这是因为：过浓运转时，废气中的氧含量较低，所以容易使NOx还原。反之，TWC对HC及CO的净化性能在稀薄运转时相对较高，在过浓运转时相对较低。这是因为：稀薄运转时，废气中的氧含量较高，所以容易使HC及CO氧化。TWC的净化性能劣化有各种情况，主要的劣化模式为：过浓及稀薄时的整体净化效率降低、稀薄时的净化效率降低、过浓时的净化效率降低等。
近年来，在车辆(典型的为汽车)中，有时按照法律法规的要求而进行OBD(车载故障诊断：On－Board Diagnostics)。根据OBD，利用对车辆自身赋予的功能进行故障诊断。在检测出故障的情况下，可以对司机进行警告。
TWC的OBD可以通过例如OSC法(储氧能力：Oxygen Storage Capacity)来进行。OSC法中，使用在TWC的上游侧及下游侧所设置的O2传感器来间接地测定TWC中的二氧化铈的比表面积。在TWC的上游侧，换言之，在发动机与TWC之间通常设置有极限电流式的A/F(空气/燃料：Air/Fuel)传感器，以便测定空燃比，该极限电流式的A/F传感器是一种O2传感器。在TWC的下游侧，换言之，在TWC与排气口之间通常设置有电压式的O2传感器。
OSC法中，进行从化学计量状态朝向稀薄状态及过浓状态各自的、比通常要大的变更。如果发动机处于稀薄状态，则废气中的氧浓度升高，该浓度变化开始通过TWC的上游侧的O2传感器立刻检测出。在该时刻，TWC的下游侧的O2传感器仍然检测出化学计量状态或过浓状态。这是因为：TWC中的二氧化铈对废气中的氧进行吸附。由于二氧化铈能够吸附的氧量有限，所以，如果发动机的稀薄状态持续片刻，则TWC的下游侧的O2传感器也开始检测出稀薄状态。然后，如果发动机处于过浓状态，则该变化通过TWC的上游侧的O2传感器而立刻检测出。在该时刻，TWC的下游侧的O2传感器仍然检测出稀薄状态。这是因为：TWC中的二氧化铈释放氧。由于从二氧化铈释放的氧量有限，所以，如果发动机的过浓状态持续片刻，则TWC的下游侧的O2传感器也开始检测出过浓状态。然后，发动机再次处于稀薄状态。像这样的发动机在稀薄状态与过浓状态之间反复进行状态变化中，检测出在上游侧的O2传感器与下游侧的O2传感器之间过浓/稀薄的检测结果不同的时间。根据该时间和气体流量，来估算二氧化铈的氧吸储量的最大值。基于该估算，判定二氧化铈的OSC是否发生了劣化。在判定为二氧化铈的OSC发生了劣化的情况下，OBD得到如下诊断结果，即，TWC发生了劣化。
TWC中，二氧化铈部分的劣化和贵金属部分的劣化未必以同样的程度发生。二氧化铈为助催化剂且有害物质(特别是NOx)的净化主要通过贵金属来进行，因此，为了以高精度进行TWC的劣化诊断，希望更准确地评价贵金属部分的劣化。根据上述的OSC法，针对二氧化铈部分进行测定，而没有针对贵金属部分进行。由此，TWC的性能、特别是NOx净化率的估算的误差有可能增大。
另外，OSC法容易受到因TWC的上游侧及下游侧的O2传感器的劣化而引起的测定误差带来的影响。特别是，在TWC的下游侧的O2传感器为电压式的情况下，因氢等附着于传感器电极，有时过浓/稀薄的判定产生偏差。该偏差容易受到汽油或发动机油的组成的影响，所以很难通过校正来应对。过浓/稀薄的判定误差直接导致OSC法的诊断误差。另外，因TWC中产生的氢等的影响，有时下游侧的O2传感器作出偏向过浓的判定。另外，如果发动机长期停止，则大量CO2吸附到用于吸附O2的位点。在发动机起动后，如果以该CO2的脱离不充分的状态开始诊断，则诊断误差增大。另外，在发动机的进气量增大时，进气中的氧中的未被二氧化铈吸附的比例增大，因此，OSC的估算误差有可能增大。这种情况特别是在使用EGR(排气再循环：Exhaust Gas Recirculation)时容易构成问题。O2的吸附比例减少还受到废气温度的影响，这也有可能导致OSC的估算误差。
另外，OSC法中，满足适合诊断的条件(例如进气量、废气的温度、以及发动机转速等)的机会有限。具体而言，如果发动机转速高达某一程度的状态、且是速度为大致恒定状态(例如60km/h～90km/h)的状态没有持续某一程度的时间，则无法以足够的精度进行诊断。另一方面，例如有时推荐IUPR(In Use Monitor Performance.Ratios：使用时监测执行率)，即，在进行10次行驶时，在3次以上的行驶中适当地进行诊断。上述OSC法有可能不满足所要求的IUPR。
作为用于解决上述的诸课题的方法，考虑更直接地评价净化性能的方法。具体而言，考虑通过测定TWC的下游侧的NOx量来估算NOx的净化程度。
根据日本特开2010－1781号公报(专利文献1)，为了使向TWC供给的废气中的NOx浓度发生变化，使气门重叠度发生变化。并且，基于来自TWC的下游侧的传感器的输出达到规定值的时刻的重叠量，判定催化器的劣化。由此，该方法中，有别于司机的驾驶操作，另外执行用于OBD的发动机控制。换言之，执行主动OBD。从驾驶性能的观点考虑，不优选主动OBD。另外，该主动OBD能够适用的运转状态(进气量、废气的温度、以及发动机转速等)相当有限，因此，执行诊断的机会也相当有限。由此，希望有其他OBD方法。
根据日本特开2012－219740号公报(专利文献2)，公开了催化器的净化性能评价方法。具体而言，在放置有催化器的气氛的空燃比为稀薄且催化器处于显示催化活性的规定温度域时，使发动机运转，以便向催化器供给空燃比过浓的废气。在该状态下，求出催化器的下游侧的NOx浓度降低量的时间变化率、即NOx净化速度。另外，求出NOx浓度降低量在规定期间内的积算值、即NOx净化量。基于NOx净化速度及NOx净化量，来评价催化器的劣化。该方法中，NOx浓度通过NOx传感器来检测。
根据日本特开2004－138486号公报(专利文献3)，公开了除了能够检测NOx浓度、还能够检测空燃比的NOx传感器。该NOx传感器具有层叠结构，该层叠结构包括具有氧离子传导性的作为固体电解质的氧化氧化锆。该层叠结构中设置有第一室、以及配置于第一室的下游侧的第二室。在面对第一室的面上形成有针对NOx具有低还原性的泵电极，以便除去O2且检测出空燃比。空燃比根据该电极的泵氧量来计算。在面对第二室的面上形成有针对NOx具有高还原性的泵电极，以便检测出NOx。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－1781号公报
专利文献2：日本特开2012－219740号公报
专利文献3：日本特开2004－138486号公报
发明内容
上述日本特开2004－138486号公报中记载的、广泛用于汽车的NOx传感器通常被NH3干扰。典型的为：传感器的第一室中，NH3变为NO，该NO在传感器的第二室被检测出，由此NOx浓度过高地被检测出。用于净化废气的催化器、特别是三元催化器(TWC)中，已知有可能产生NH3(氨)。由此，日本特开2012－219740号公报中记载的催化器性能评价方法中，有可能在通过催化器后的废气中混入有NH3。在利用如上所述的NOx传感器对混入有NH3的废气的NOx浓度进行检测的情况下，由于NOx传感器的NH3干扰性，使得NOx浓度的检测精度有可能降低。由此，很难以高精度评价由催化器的劣化所引起的性能降低。
本发明是为了解决如上课题而实施的，其目的在于，提供一种催化器劣化诊断方法及催化器劣化诊断系统，其能够基于通过催化器后的废气中的NOx浓度，以高精度进行催化器劣化诊断。
本发明的催化器劣化诊断方法用于如下系统，该系统包括：内燃机，该内燃机具有燃料喷射装置；催化器，该催化器供来自内燃机的废气导入；以及气体传感器，该气体传感器测定从催化器通过的废气的空燃比及氮氧化物浓度，且具有氨干扰性。催化器劣化诊断方法具有以下工序。通过气体传感器最新得到的空燃比大于预先确定的比理论空燃比大的临界空燃比的情况下，燃料喷射装置在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大，由此取得氮氧化物浓度的暂时增大量。判定暂时增大量是否大于临界量。
本发明的催化器劣化诊断系统用于对供来自具有燃料喷射装置的内燃机的废气导入的催化器的劣化程度进行诊断。催化器劣化诊断系统具有：气体传感器及控制装置。气体传感器能够测定从催化器通过的废气的空燃比及氮氧化物浓度，且具有氨干扰性。控制装置使内燃机运转。控制装置具有：空燃比判定部、燃料喷射控制部、监测部、以及增大量判定部。燃料喷射控制部控制燃料喷射装置的动作。空燃比判定部判定通过气体传感器得到的空燃比是否大于预先确定的比理论空燃比大的临界空燃比。由空燃比判定部得到的关于通过气体传感器得到的空燃比是否大于临界空燃比的最新判定结果为通过气体传感器得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，燃料喷射控制部指示燃料喷射装置恢复燃料切断后的燃料喷射时，监测部开始监测由气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大，由此取得氮氧化物浓度的暂时增大量。增大量判定部判定通过监测部取得的暂时增大量是否大于临界量。
发明效果
根据本发明，能够基于通过催化器后的废气中的NOx浓度，以高精度进行催化器劣化诊断。本发明的目的、特征、方案以及优点通过以下的详细说明和附图而变得更加明了。
附图说明
图1是概略性地示出本发明的实施方式的车辆的构成的图。
图2是概略性地示出本发明的实施方式的催化器劣化诊断方法的流程图。
图3是概略性地示出本发明的实施方式的催化器劣化诊断方法中的取得NOx浓度的暂时增大量的工序的流程图。
图4是针对第一期间示出使用了车辆的实验中的、速度、转速、实际NOx排出量、空燃比、以及实际NH3排出量的测定结果的曲线图。
图5是针对第二期间示出使用了车辆的实验中的、速度、转速、实际NOx排出量、空燃比、以及实际NH3排出量的测定结果的曲线图。
图6是针对第三期间示出使用了车辆的实验中的、速度、转速、实际NOx排出量、空燃比、以及实际NH3排出量的测定结果的曲线图。
图7是表示使用了车辆的实验中的、实际NOx排出量与催化器的老化时间之间的相关性的曲线图。
符号说明
100…ECU(控制装置)、110…空燃比判定部、120…燃料喷射控制部、130…监测部、140…变速控制部、150…增大量判定部、160…临界量设定部、170…存储部、180…诊断部、190…车辆状态检测部、200…显示部、300…油门踏板、400…有级变速器、500…汽油发动机(内燃机)、501…燃料喷射装置、601…TWC(催化器)、602…追加催化器、701…空燃比传感器、702…气体传感器、800…加速度检测器。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。
(构成)
图1是概略性地示出本实施方式的车辆(系统)的构成的图。本实施方式中，车辆是由司机DR驾驶的汽车。汽车具备：具有燃料喷射装置501的汽油发动机500(内燃机)、与汽油发动机500连接的有级变速器400、TWC601(催化器)、以及后述的催化器劣化诊断系统。
车辆可以进一步具备：由司机DR操作的油门踏板300(驾驶操作装置)、追加催化器602、空燃比传感器701、以及加速度检测器800。油门踏板300由司机DR操作，以便使车辆运转。追加催化器602配置于TWC601的下游侧。追加催化器602是：例如TWC、GPF(汽油颗粒过滤器：Gasoline Particulate Filter)或SCR(选择性还原催化器：Selective CatalyticReduction)。空燃比传感器701配置于汽油发动机500与TWC601之间。空燃比传感器701主要用于控制汽油发动机500。加速度检测器800是用于检测车辆的加速度的装置。加速度检测器800是测定最终能够计算出加速度的物理量的任意装置。应予说明，该计算处理可以在加速度检测器800的外部进行，也可以在催化器劣化诊断系统内进行。优选为，加速度检测器800是能够以其自身检测出与加速度相对应的值的元件、即加速度传感器。
催化器劣化诊断系统用于诊断供来自汽油发动机500的废气导入的TWC601的劣化程度。催化器劣化诊断系统具有：ECU(电子控制单元：Electronic Control Unit)100(控制装置)、以及气体传感器702。催化器劣化诊断系统可以进一步具有显示部200。显示部200是：例如灯或显示器装置。
气体传感器702能够测定从TWC601通过的废气的空燃比及NOx浓度。气体传感器702针对NOx浓度的测定具有NH3干扰性。具体而言，如果通过气体传感器702来检测的气体中混有NH3，则NOx浓度的检测值被误认为更大的值。具有NH3干扰性可能是因为NH3通过传感器内的氧化反应而变为NOx(典型的为NO)。特别是在气体传感器702中的含有贵金属(例如Pt)的电极可能发生该氧化反应。
作为典型的例子，气体传感器702具有层叠结构，该层叠结构包括具有氧离子传导性的作为固体电解质的氧化锆。该层叠结构中设置有第一室、以及配置于第一室的下游侧的第二室。在面对第一室的面上设置有针对NOx具有低还原性的第一泵电极(例如含有Pt的电极)，以便除去O2且检测出空燃比。空燃比根据第一泵电极的泵氧量来计算。在面对第二室的面上设置有针对NOx具有高还原性的第二泵电极(例如含有Rh的电极)。根据第二泵电极的泵氧量，检测出NOx浓度。第二泵电极与第一泵电极相比，具有针对NOx的高还原性。应予说明，可以在面对第二室的面上附加有用于使第二室中的O2浓度降低的辅助泵电极(例如含有Pt的电极)。
上述的例子中，气体传感器702是电流式的传感器。电流式的NOx传感器不易受到中毒物质吸附的影响，特别是，通过进行高温动作来抑制硫中毒的影响。与此相对，例如电动势式的O2传感器容易因中毒物质的吸附而产生误差。
ECU100使汽油发动机500运转。ECU100具有：空燃比判定部110、燃料喷射控制部120、监测部130、变速控制部140、增大量判定部150、临界量设定部160、结果存储部170、以及诊断部180。另外，ECU100可以包括车辆状态检测部190。
ECU100由包括至少1个IC(集成电路)的电路构成。电路包括至少1个处理器(未图示)。ECU100具有的各功能可以通过处理器执行软件来实现。软件是作为程序记述的，并存储于存储器(未图示)。用于存储程序的存储器可以包含在ECU100中，例如为非易失性或易失性的半导体存储器。
燃料喷射控制部120控制燃料喷射装置501的动作。变速控制部140控制有级变速器400的动作。有级变速器400是：使变速比不连续地变化的动力传递机构。
空燃比判定部110判定通过气体传感器702得到的空燃比是否大于临界空燃比。临界空燃比可以为预先确定的比值。临界空燃比大于理论空燃比(本实施方式中为约14.6)，优选大于50。以下，也将空燃比大于临界空燃比的状态称为强稀薄状态。
监测部130参照由空燃比判定部110得到的关于通过气体传感器702得到的空燃比是否大于临界空燃比的最新判定结果。最新结果为通过气体传感器702得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，燃料喷射控制部120指示燃料喷射装置501恢复燃料切断后的燃料喷射时，监测部130开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。由此，监测部130取得NOx浓度的暂时增大量。暂时增大量是例如在监测开始后得到的NOx浓度的最大值(峰值)。
优选为，由空燃比判定部110得到的最新判定结果为通过气体传感器702得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，随着车辆减速中的有级变速器400的降档，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，监测部130开始监测NOx浓度的暂时增大。是否在减速中可以基于加速度检测器800的检测结果来判定。
监测部130可以构成为：仅在车辆的状态包含在预先确定的规定范围内时进行动作。车辆的状态由车辆状态检测部190取得。
增大量判定部150判定通过监测部130取得的暂时增大量是否大于通过临界量设定部160设定的临界量。判定结果存储于结果存储部170。
临界量设定部160设定如上所述被增大量判定部150使用的临界量。临界量设定部160可以通过选择预先确定的多个量中的一个量来设定临界量。该选择可以基于监测部130取得上述暂时增大量时的车辆的状态来进行。车辆的状态由车辆状态检测部190取得。例如，燃料喷射量越多，可以设定越高的临界量。应予说明，临界量可以固定为一个值，这种情况下，不需要如上所述的选择，临界量设定部160可以为仅保持一个值的存储器(存储部)。
结果存储部170是存储由增大量判定部150得到的判定结果的存储器(存储部)。诊断部180基于存储于结果存储部170的判定结果，来诊断TWC601是否超过限度而劣化。此时，诊断部180可以根据需要对所存储的判定结果进行统计处理。例如，在预先确定的次数的判定结果中的暂时增大量大于临界量的判定结果为预先确定的比例以上的情况下，诊断部180诊断为TWC601超过限度而劣化。
车辆状态检测部190是检测车辆的状态的部分。车辆的状态可以包括进气量、燃料喷射量、发动机转速、EGR率、增压压力(涡轮发动机的情况下)之类汽油发动机500的状态。另外，车辆的状态可以包含有级变速器400的档位选择状态。上述状态可以通过传感器等来检测。或者，上述状态可以参照ECU100内部生成的指令内容来检测，例如，燃料喷射量可以参照燃料喷射控制部120的输出，档位选择状态可以参照变速控制部140的输出。另外，通过车辆状态检测部190检测出的车辆的状态可以包含上述以外的状态，例如可以包含速度、加速度、TWC601的温度等。车辆速度可以通过速度检测器(未图示)来检测。温度可以通过温度计(未图示)来检测。
(诊断方法)
图2是概略性地示出本实施方式中的、使用了上述催化器劣化诊断系统的催化器劣化诊断方法的流程图。
步骤S100中，监测部130取得NOx浓度的暂时增大量。应予说明，下文中，参照图3，对步骤S100的详细情况进行说明。
步骤S200中，临界量设定部160设定临界量。临界量设定部160可以通过选择预先确定的多个量中的一个量来设定临界量。该选择可以基于监测部130取得NOx浓度的暂时增大量时的车辆的状态来进行。例如，燃料喷射量越多，可以设定越高的临界量。应予说明，临界量可以固定为一个值，这种情况下，不需要如上所述的选择。
步骤S300中，增大量判定部150判定暂时增大量是否大于临界量。步骤S400中，结果存储部170存储判定结果。
步骤S500中，诊断部180基于存储于结果存储部170的判定结果，来诊断TWC601是否超过限度而劣化。此时，诊断部180可以根据需要对所存储的判定结果进行统计处理。另外，在所存储的判定结果的次数过少的情况下，处理从步骤S500返回到步骤S100，由此可以进一步取得判定结果。诊断结果优选通过显示部200进行显示而通知给司机DR。
上述步骤S100中，通过气体传感器702最新得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。由此，取得NOx浓度的暂时增大量。图3是概略地示出用于执行步骤S100(图2)的工序的流程图。
步骤S110中，监测部130判定燃料喷射装置501是否实施了燃料切断。换言之，监测部130判定燃料喷射控制部120是否指示了燃料切断。在没有实施燃料切断的情况下，处理返回到步骤S110。在实施了燃料切断的情况下，处理前进到步骤S120。
步骤S120中，监测部130判定燃料喷射装置501是否恢复了燃料喷射。换言之，监测部130判定燃料喷射控制部120是否恢复了燃料喷射的指示。在燃料喷射没有恢复的情况下，处理返回到步骤S120本身。在燃料喷射得到恢复的情况下，处理前进到步骤S130。
步骤S130中，监测部130使空燃比判定部110判定通过气体传感器702最新得到的空燃比是否为强稀薄状态。由此，监测部130判定在燃料喷射装置501恢复了燃料喷射时空燃比是否为强稀薄状态。虽然通过燃料喷射的恢复而使得空燃比朝向过浓侧变化，但是，通过着眼于在燃料喷射得到恢复的时刻最新得到的空燃比是否为强稀薄状态，能够掌握几乎不会受到燃料喷射的恢复所带来的影响的空燃比。在所掌握的空燃比不是强稀薄状态的情况下，处理返回到步骤S110。在所掌握的空燃比为强稀薄状态的情况下，处理前进到步骤S140。
步骤S140中，监测部130开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。具体而言，监测部130处于等待NOx浓度出现暂时增大的状态。
步骤S150中，监测部130取得NOx浓度的暂时增大量。暂时增大量是：例如通过步骤S140开始等待NOx浓度出现暂时增大后最初得到的NOx浓度的最大值(峰值)。
优选限定于：上述步骤S120中的燃料喷射的恢复随着车辆减速中的有级变速器400的降档而进行。这种情况下，通过气体传感器702最新得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，随着车辆减速中的有级变速器400的降档，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，执行上述步骤S140。车辆减速中的有级变速器400的降档通常为了调整转速而伴随有燃料切断及燃料切断后的燃料喷射的恢复。由此，在不是以诊断自身为目的的运转的通常的运转中也容易以高频率得到执行上述步骤S140的机会。
应予说明，上述步骤S140可以仅在车辆的状态包含在预先确定的规定范围内时执行。在车辆的状态没有包含在规定范围内时，处理可以返回到步骤S110。
上述步骤S150中，优选为，监测部130仅在通过气体传感器702得到的空燃比与化学计量相比为稀薄的期间，监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。在该期间中没有取得NOx浓度的暂时增大量的情况下，处理可以返回到步骤S110。
(实验与考察)
图4～图6分别是表示具有TWC601(图1)的车辆的行驶实验(台架试验)中所测定的、速度、发动机转速、NOx排出量、空燃比、以及NH3排出量在第一～第三期间的时间变化的曲线图。应予说明，各测定数据的采样周期为1秒(水平刻度的一半)，曲线中，得到的数据点之间以直线连结。
图示的NOx排出量及NH3排出量不是通过气体传感器702(图1)得到的，而是通过为了实验目的而设置于气体传感器702的下游侧的气体分析仪得到的。气体分析仪与气体传感器702不同，不具有NH3干扰性。由此，气体分析仪能够始终检测出实际NOx排出量及实际NH3排出量。应予说明，像这样不具有NH3干扰性的气体分析仪是实验用的测定装置，通常难以搭载于一般的汽车。
准备出经过了0h(小时：hour)、2h、4h、以及10h的水热老化处理的4个TWC601，对它们分别进行行驶实验。对于水热老化处理，使用电炉，在不活泼气体中混合2％的O2和10％的H2O而得的气氛中，于温度1000℃进行水热老化处理。作为具有TWC601(图1)的车辆，使用由大众汽车公司于2014年制造的、搭载有1.4升汽油发动机及6速自动变速器的汽车、即“Golf 7”。TWC601也使用“Golf 7”的正品。作为行驶实验用的行驶模式，使用EPA(UnitedStates Environmental Protection Agency:美国环境保护局)的FTP－75(Federal TestProcedure－75)。
图4～图6各自的中部的曲线中，在14.6(化学计量)与约50之间的范围表示由气体传感器702检测出的空燃比的值。参照图4～图6的中部，箭头AF1、箭头AF5以及箭头AF11表示空燃比向50以上增大的时机。另外，箭头AF2、箭头AF6以及箭头AF12表示空燃比向小于50减少的时机。另外，箭头AF3、箭头AF7以及箭头AF9表示空燃比向14.6(化学计量)以下减少的时机。另外，箭头AF4、箭头AF8以及箭头AF10表示空燃比超过了14.6(化学计量)的时机。
参照图4及图6的中部，时机NE1～NE4分别对应于：随着车辆减速中的降档，燃料喷射装置501(图1)在燃料切断后刚恢复燃料喷射后的、向过浓状态(空燃比＜14.6)变化之前的时机。时机NE1～NE4处，检测出NOx排出量的暂时增大。图7是表示时机NE1～NE4各处的、老化时间与NOx排出量之间的相关性的曲线图。由这些结果可知：时机NE1～NE4各处，NOx排出量的峰值与老化时间大致成正比例。
此外，再参照图4及图6的下部，时机NE1～NE4各处，NH3排出量大致为零。由此，时机NE1～NE4处，即便为具有NH3干扰性的气体传感器702(图1)，也不会受到干扰，能够检测出与气体分析仪同样的准确的值。在以下表中给出：时机NE1～NE4处的、由气体分析仪得到的检测值(ppm)、以及来自气体传感器702(图1)的检测信号(V)。
表1
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由以上结果可知：通过在时机NE1～NE4中的任一处利用气体传感器702(图1)检测NOx排出量，可得到与老化时间成正比例的测定值。时机NE1～NE4是：随着车辆减速中的降档，燃料喷射装置501(图1)在燃料切断后刚恢复燃料喷射后的、向过浓状态(空燃比＜14.6)变化之前的时机。由此，为了得到时机NE1～NE4处的NOx排出量，在随着车辆减速中的降档而使燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射的时刻，开始监测NOx浓度的暂时增大即可。监测开始后、NOx排出量达到最大值的时机对应于时机NE1～NE4。
应予说明，时机NE3之后，如箭头AF7所示，空燃比从稀薄状态向过浓状态变化，然后，如图4的下部的括弧HE1所示，观测到NH3的排出。由此，为了使用具有NH3干扰性的气体传感器702以高精度检测出NOx浓度，优选仅在稀薄状态的期间监测NOx浓度的暂时增大。
参照图5，时机Q1～Q3也对应于：随着车辆减速中的降档，燃料喷射装置在燃料切断后刚恢复燃料喷射后的时机。时机Q1～Q3处，NOx排出量的峰值与老化时间之间的比例关系越是在时机NE1～NE4处越不能明确地看到。认为其理由是：由于即将到时机Q1～Q3之前的燃料切断的期间较短，所以，在即将到时机Q1～Q3之前，空燃比不太大，或者，空燃比较大的时间较短。在空燃比不太大、或者空燃比较大的时间较短的情况下，推测：在TWC601(图1)中，氧没有充分吸储于二氧化铈部分，这导致比例关系如上所述降低。由此认为，为了提高NOx排出量的峰值与老化时间之间的比例关系，仅在检测出足够大的空燃比之后取得NOx排出量的峰值即可。空燃比的变化不是瞬间产生的，而是以某一程度连续地产生的，因此，认为：如果使临界空燃比足够大，则即便空燃比为临界空燃比以上的时间较短，氧吸储也会充分地进行。根据本发明的发明人的研究，如果使临界空燃比大于50，则能够显著提高比例关系。
应予说明，即将到时机NE2(图4)之前的空燃比小于即将到时机Q1～Q3等之前的空燃比，不过，时机NE2处可充分得到上述比例关系。认为其理由是：即将到时机NE2之前的空燃比较高的状态在某一程度的较长时间(2秒左右)内持续。考虑这些情况，在燃料切断后恢复燃料喷射时开始监测NOx浓度的暂时增大的处理可以在如下情况下进行，即，通过气体传感器702得到的空燃比大于临界空燃比的状态持续预先确定的时间以上的情况(例如2秒左右)。认为：这种情况下，能够维持诊断精度，且能够将临界空燃比设定得更低。
(效果)
根据本实施方式，通过气体传感器702最新得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。并且，由此取得NOx浓度的暂时增大量。该暂时增大量与TWC601的劣化具有相关性。另外，通过如上所述设定取得NOx浓度的暂时增大量的时机，使得取得NOx浓度的暂时增大量的时机偏离由TWC601产生大量的NH3的时机。由此，由于NH3对NOx浓度测定的干扰变小，所以能够更精确地测定NOx浓度。由此，能够基于通过TWC601后的废气中的NOx浓度以高精度进行催化器劣化诊断。
通常，在车辆的减速运转时多数情况下实施燃料切断，由此产生强稀薄气氛。在停止燃料切断时(换言之、恢复燃料喷射时)，通常进行从强稀薄气氛向过浓气氛的控制。进行该控制的理由是：在催化器因强稀薄气氛而以最大限度吸储有氧的状态下，无法确保NOx净化性能。通过利用过浓气氛使氧以某一程度脱离，能够确保NOx净化性能。在通常的运转时发生多次停止燃料切断的动作。特别是在随着减速运转而进行降档时，出于调整发动机转速的目的，进行燃料切断后的燃料喷射的恢复。由此，以高频率得到车辆的适合本实施方式的OBD的状态，无需出于OBD的目的而特意地进行发动机控制。由此，本实施方式的OBD适合用作没有出于OBD的目的而特意地进行发动机控制的OBD、即被动OBD。
与前述的OSC法相比，本实施方式中的诊断基于NOx浓度来进行，因此，能够得到更直接地反映NOx的净化性能的诊断结果。另外，本实施方式中的诊断与OSC法相比，能够以短时间(典型的为1秒以下)执行。
在临界空燃比大于50的情况下，NOx浓度的暂时增大量与气体传感器702的劣化程度之间的相关性变得更高。由此，能够进一步提高催化器劣化诊断的精度。应予说明，由于如果在某一程度的时间内持续进行燃料切断、则会产生空燃比大于50的状态，所以，通常的运转中能够频繁地产生该状态。由此，即便使临界空燃比大于50，OBD的机会也没有大幅受损。
优选为，通过气体传感器702最新得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，随着车辆减速中的有级变速器400的降档，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。车辆减速所伴有的有级变速器400的降档在车辆的通常行驶中频繁地进行。由此，通过在该降档时开始监测NOx浓度的暂时增大，能够以高频率进行催化器劣化诊断。另外，在降档时，通常进行燃料切断和随后的燃料喷射的恢复。由此，无需仅为了执行催化器劣化诊断的目的而进行燃料切断和随后的燃料喷射的恢复。从而，能够将催化器劣化诊断以被动OBD的形式进行执行。另外，在减速中的降档时，容易得到车辆的状态接近于规定状态的状态。特别是，自动挡汽车中，可以通过ECU100的处理器执行特定的程序来进行减速中的降档。由此，OBD时的车辆的状态的偏差较小。从而，能够抑制因车辆的状态不同而导致NOx浓度的暂时增大量与气体传感器702的劣化程度之间的相关系数发生偏差。由此，能够进一步提高催化器劣化诊断的精度。
增大量判定部150中与暂时增大量进行比较的临界量可以基于取得NOx浓度的暂时增大量时的车辆的状态来设定。由此，能够对由车辆的状态不同所引起的、NOx浓度的暂时增大量与气体传感器702的劣化程度之间的相关系数的不同进行校正。从而，能够进一步提高催化器劣化诊断的精度。
可以仅在车辆的状态包含在预先确定的规定范围内时，开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。这种情况下，能够抑制因车辆状态的不同而导致NOx浓度的暂时增大量与气体传感器702的劣化程度之间的相关系数发生偏差。由此，能够进一步提高催化器劣化诊断的精度。
优选为，仅在通过气体传感器702得到的空燃比与化学计量相比为稀薄的期间，检测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。这种情况下，能够更可靠地抑制通过气体传感器702得到的空燃比从稀薄向过浓变化后产生的NH3对气体传感器702造成的影响。由此，能够进一步提高催化器劣化诊断的精度。
(变速器的变形例)
可以使用无级变速器(CVT：Continuously Variable Transmission)来代替有级变速器400(图1)。CVT与有级变速器400不同，其是能够使变速比连续地变化的动力传递机构。具有CVT的车辆中，有时通过ECU对CVT的控制而模拟实现与有级变速器400的变速同样的离散性的传动比变化。本说明书中，将通过该方法模拟实现的降档称为模拟降档。特别是，具有换挡拨片的车辆中，可以与司机DR(图1)对换挡拨片的操作相对应地执行模拟降档。
本变形例中，由空燃比判定部110得到的最新判定结果为通过气体传感器702得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，随着车辆减速中的CVT的模拟降档，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，监测部130开始监测NOx浓度的暂时增大。由此，通过气体传感器702(图1)最新得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，随着车辆减速中的模拟降档，燃料喷射装置501(图1)在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。
根据本变形例，通过气体传感器702最新得到的空燃比大于临界空燃比的情况下，随着车辆减速中的模拟降档，燃料喷射装置501在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由气体传感器702检测出的NOx浓度的暂时增大。在模拟降档时，通常进行燃料切断和随后的燃料喷射的恢复。由此，无需仅为了执行催化器劣化诊断方法的目的而进行燃料切断和随后的燃料喷射的恢复。从而，可以将催化器劣化诊断方法以被动OBD的形式进行执行。
(其他变形例)
上述实施方式中，进行TWC601(图1)的催化器劣化诊断，不过，可以除此以外还通过与上述实施方式同样的方法进行追加催化器602的催化器劣化诊断，或者，也可以取而代之，通过与上述实施方式同样的方法进行追加催化器602的催化器劣化诊断。
上述实施方式中，对能够测定空燃比及NOx浓度这两者的气体传感器702进行了说明，不过，气体传感器可以由彼此独立形成的、空燃比传感器元件、以及具有NH3干扰性的NOx元件构成。
上述实施方式中，对车辆由司机DR来驾驶的情况进行了说明，不过，车辆也可以自动运转。这种情况下，显示部200可以设置成对乘客(不是司机DR)进行显示，或者可以省略显示部200。另外，在车辆自动运转的情况下，可以省略油门踏板300。
虽然对本发明详细地进行了说明，不过，上述的说明在所有方案中都是示例，从而本发明并不限定于此。可解释为：可以不偏离本发明的范围地假设未例示的无数个变形例。

Claims (14)

1.一种催化器劣化诊断方法，其是用于如下系统的催化器劣化诊断方法，该系统包括：内燃机，该内燃机具有燃料喷射装置；催化器，该催化器供来自所述内燃机的废气导入；以及气体传感器，该气体传感器测定从所述催化器通过的废气的空燃比及氮氧化物浓度，且具有氨干扰性，
所述催化器劣化诊断方法的特征在于，具备如下工序：
通过所述气体传感器最新得到的空燃比大于预先确定的比理论空燃比大的临界空燃比的情况下，所述燃料喷射装置在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由所述气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大，由此取得氮氧化物浓度的暂时增大量的工序；以及
判定所述暂时增大量是否大于临界量的工序。
2.根据权利要求1所述的催化器劣化诊断方法，其特征在于，
所述催化器为三元催化器。
3.根据权利要求1或2所述的催化器劣化诊断方法，其特征在于，
所述临界空燃比大于50。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的催化器劣化诊断方法，其特征在于，
仅在通过所述气体传感器得到的空燃比与化学计量相比为稀薄的期间，监测由所述气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的催化器劣化诊断方法，其特征在于，
所述系统为包括与所述内燃机连接的有级变速器或无级变速器的车辆，
通过所述气体传感器最新得到的空燃比大于所述临界空燃比的情况下，随着所述车辆减速中的所述有级变速器的降档或所述无级变速器的模拟降档，所述燃料喷射装置在燃料切断后恢复燃料喷射时，开始监测由所述气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的催化器劣化诊断方法，其特征在于，
所述系统为车辆，所述催化器劣化诊断方法还具备：基于进行取得所述暂时增大量的工序时的所述车辆的状态来设定所述临界量的工序。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的催化器劣化诊断方法，其特征在于，
所述系统为车辆，仅在所述车辆的状态包含在预先确定的规定范围内时，开始监测由所述气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大。
8.一种催化器劣化诊断系统，其对供来自具有燃料喷射装置的内燃机的废气导入的催化器的劣化程度进行诊断，
所述催化器劣化诊断系统的特征在于，具备：
气体传感器，该气体传感器能够测定从所述催化器通过的废气的空燃比及氮氧化物浓度，且具有氨干扰性；以及
控制装置，该控制装置使所述内燃机运转，
所述控制装置包括：
燃料喷射控制部，该燃料喷射控制部控制所述燃料喷射装置的动作；
空燃比判定部，该空燃比判定部判定通过所述气体传感器得到的空燃比是否大于预先确定的比理论空燃比大的临界空燃比；
监测部，由所述空燃比判定部得到的关于通过所述气体传感器得到的空燃比是否大于所述临界空燃比的最新判定结果为通过所述气体传感器得到的空燃比大于所述临界空燃比的情况下，所述燃料喷射控制部指示所述燃料喷射装置恢复燃料切断后的燃料喷射时，该监测部开始监测由所述气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大，由此取得氮氧化物浓度的暂时增大量；以及
增大量判定部，该增大量判定部判定通过所述监测部取得的所述暂时增大量是否大于临界量。
9.根据权利要求8所述的催化器劣化诊断系统，其特征在于，
所述催化器为三元催化器。
10.根据权利要求8或9所述的催化器劣化诊断系统，其特征在于，
所述临界空燃比大于50。
11.根据权利要求8至10中的任意一项所述的催化器劣化诊断系统，其特征在于，
所述监测部仅在通过所述气体传感器得到的空燃比与化学计量相比为稀薄的期间，监测由所述气体传感器检测出的氮氧化物浓度的暂时增大。
12.根据权利要求8至11中的任意一项所述的催化器劣化诊断系统，其特征在于，
所述催化器劣化诊断系统用于具有有级变速器或无级变速器的车辆，
由所述空燃比判定部得到的关于通过所述气体传感器得到的空燃比是否大于所述临界空燃比的最新判定结果为通过所述气体传感器得到的空燃比大于所述临界空燃比的情况下，随着所述车辆减速中的所述有级变速器的降档或所述无级变速器的模拟降档，所述燃料喷射装置在燃料切断后恢复燃料喷射时，所述监测部开始监测氮氧化物浓度的暂时增大。
13.根据权利要求8至12中的任意一项所述的催化器劣化诊断系统，其特征在于，
所述催化器劣化诊断系统用于车辆，
所述控制装置包括临界量设定部，所述临界量设定部基于所述监测部取得所述暂时增大量时的所述车辆的状态来设定所述临界量。
14.根据权利要求8至13中的任意一项所述的催化器劣化诊断系统，其特征在于，
所述催化器劣化诊断系统用于车辆，
所述监测部仅在所述车辆的状态包含在预先确定的规定范围内时进行动作。
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