JP4211444B2 - 排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から排気規制の強化に合わせて、排気ガスの排出に影響を及ぼす機能部品（排気ガス浄化触媒等）の診断を行ない、これを改善させることで排気ガスの悪化を未然に防いでいる。
【０００３】
排気ガスの低減において、排気ガス浄化触媒は重要な役割を持ち、排気ガス成分中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減に寄与している。
【０００４】
内燃機関において、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンでは、排気ガスの空燃比がリーンのときに排出されるＮＯｘを処理するため、エンジンから排出される排気ガスの空燃比がリーンのとき、排気ガス成分中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気ガスの空燃比がリッチのときに脱離し、浄化する機能を有したＮＯｘトラップ触媒を排気ガス通路内に具備した排気ガス浄化装置が開発されている。このような排気ガス浄化装置において、ＮＯｘトラップ触媒の浄化機能は、特許文献１に開示されているように、触媒の有する酸素ストレージ機能を用いて診断されている。この診断は、触媒が活性状態にあるときに行われる。
【０００５】
近年、大気汚染の深刻化、地球温暖化に対応するため、排気規制はさらに強化される傾向にあり、触媒が活性状態のときの排気ガス浄化もさることながら、機関の冷間時における排気ガス浄化も重要視されてきており、冷間時の触媒浄化機能の診断も必要となってくる。
【０００６】
ここで、機関の冷間時における触媒の浄化機能の診断としては、特許文献２に開示されているように、触媒のＣＯ酸化性能を用いたものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３５２３０７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３６４１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる触媒の浄化機能の診断において、触媒には一般にＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈのような貴金属が担持されており、機関の冷間時には触媒貴金属上にＣＯが吸着被毒し、見かけ上、ＣＯの転化性能が発現されているように見えるため、真のＣＯ転化性能を判断することができない。加えて、ＣＯの吸着による見かけ上のＣＯ転化性能によって他の排気ガス成分であるＨＣ、ＮＯｘに対する転化性能を判定することは、実際のＨＣ、ＮＯｘ転化性能とギャップを生じることになるので、見かけ上、該触媒は劣化していないと判定されても、ＨＣ、ＮＯｘに対する浄化機能は劣化しているため、ＨＣ、ＮＯｘが大気中に放出してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑み、排気ガス浄化触媒の浄化機能を適切に診断することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、機関冷間時に、前記触媒の前後の酸素濃度が同じになってからその触媒後の酸素濃度が変化し始めるまでに要する時間に基づいて、前記触媒の浄化機能を診断する。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、機関の冷間時において触媒が活性化すると、排気ガス浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素は、触媒貴金属上で生じるＨＣやＣＯの酸化反応によって消費され、触媒活性の開始と同時に、触媒入口の酸素濃度に対する触媒出口の酸素濃度が低下するので、この変化に基づいて触媒の低温作動機能を診断することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置の構成図である。
【００１３】
ディーゼル機関１には、各気筒に対して燃料噴射弁２が各々配置され、これらはコモンレール式燃料噴射装置に取り付けられている。
ディーゼル機関１の排気ガス通路３には、排気ガス浄化触媒４が配置されており、この前後（上流及び下流）には空燃比（酸素濃度）を検出するため、入口空燃比センサ５及び出口空燃比センサ６がそれぞれ配置されている。そして、排気ガス浄化触媒４の内部温度を検出するために、触媒４の内部に温度センサ８を設けている。機関１には、冷却水の温度を検出するための水温センサ９が配置されている。さらに、入口空燃比センサ５及び出口空燃比センサ６の内部には、これらのセンサ５，６を昇温させるためのヒーター１０ａ、１０ｂがそれぞれ配置されている。
【００１４】
排気ガス浄化触媒４は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型リーンＮＯｘ触媒、ＨＣトラップ触媒のうち少なくとも１つ以上、またはそれらを組み合わせて構成される。これらの触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つ以上を含んでいる。そして、いずれの触媒においても、その活性は、例えばＨＣ、ＣＯのような還元ガスと酸素との酸化反応（燃焼反応）によって開始される。
【００１５】
入口空燃比センサ５は、ディーゼル機関１から排気ガス浄化触媒４に流入する排気ガス中の空燃比に応じた信号を出力する。一方、出口空燃比センサ６は、触媒４を通過した排気ガス中の空燃比に応じた信号を出力する。これらの空燃比センサ５，６の信号は、エンジン制御装置１１に送られる。
【００１６】
触媒温度センサ８は、触媒４の内部温度に応じた信号を出力する。この温度センサ８の信号は、エンジン制御装置１１に送られる。
水温センサ９は、機関１の冷却水温度に応じた信号を出力する。この水温センサ９の信号は、エンジン制御装置１１に送られる。
【００１７】
エンジン制御装置１１は、前述のセンサ５，６，８，９からの出力信号に基づいて、触媒４の入口空燃比（Ｖｉｎ）、出口空燃比（Ｖｏｕｔ）、内部温度（Ｔｅｍｐ）、及び冷却水温度（Ｔｗ）をそれぞれ検出する。そして、機関１の運転状態を制御するため、燃料噴射弁２の燃料噴射時期及び燃料噴射量等を制御する。さらに、機関１の始動開始後、ヒーター１０ａ、１０ｂをＯＮにして空燃比センサ５，６を昇温させる。
【００１８】
次に、エンジン制御装置１１が行う低温作動機能診断処理について、図２及び図３に示すフローチャートを用いて説明する。なお図２に示す通り、この処理は、ディーゼル機関１のキースイッチがＯＮとなり、通電が開始した後に行われる。図４は、機関１の始動開始後の経過時間（秒）に対する、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ、排気ガス濃度をそれぞれ示した図である。図５〜図９は、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔに応じた排気ガス転化性能（排気ガス浄化率）を示した図である。
【００１９】
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、空燃比センサ５，６のヒーター１０ａ，１０ｂをＯＮにする。これは、ヒーター１０ａ，１０ｂをＯＮにすることにより、排気ガス浄化触媒４が活性開始する前に空燃比センサ５，６の素子自体の温度を早期に上昇させて活性化させ、触媒４の低温時における空燃比の測定精度を良くするためである。
【００２０】
ステップ２では、水温センサ９の出力信号に基づいて検出されたディーゼル機関１の冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔw0未満（Ｔｗ＜Ｔw0）であるか否かを判別する。これにより、ディーゼル機関１がコールド（冷機）状態であるか否かを判定する。冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔw0未満（Ｔｗ＜Ｔw0）である場合には、ステップ３へ進む。一方、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔw0以上（Ｔｗ≧Ｔw0）である場合には、ステップ５へ進み、機関１が高温状態にあると判定し、処理を終了する。これは、機関１が高温状態（Ｔｗ≧Ｔw0）の時には、触媒４が十分に活性した状態にあり、排気ガスの浄化が行われるためである。
【００２１】
ステップ３では、機関１がコールド状態であると判定してステップ４へ進む。
ステップ４では、図３に示す低温作動機能診断を行う。
図３のステップ６では、低温診断フラグをＯＮにする。
【００２２】
ステップ７では、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとが同じ値（Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ）であるか否かを判別する。ここで、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じ値（Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ）である場合には、排気ガス浄化触媒４がコールド状態にあり、浄化機能が不十分である状態（非活性状態）にあると判定し、ステップ８へ進む。一方、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じ値でない（Ｖｉｎ≠Ｖｏｕｔ）場合には、ステップ１８へ進み、触媒４の劣化度合が劣化上限性能範囲内、すなわち触媒４が排気ガスを浄化可能な状態（活性状態）にあると診断し、低温作動機能診断を終了する。
【００２３】
ステップ８では、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じ状態になってから出力値Ｖｏｕｔが変化するまでの経過時間Δｔｓをカウントする（図５参照）。
【００２４】
ステップ９では、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔに変化があったか否かを判別する。出力値Ｖｏｕｔが変化した場合には、ステップ１０へ進む。一方、出力値Ｖｏｕｔが一定である場合には、ステップ８へ戻り、処理を繰り返す。
【００２５】
ステップ１０では、温度センサ８の出力信号に基づいて、排気ガス浄化触媒４の内部温度Ｔｅｍｐを算出する。
ステップ１１では、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから出力値Ｖｏｕｔが一定となるまでの経過時間Δｔｃをカウントする（図６参照）。
【００２６】
ステップ１２では、ステップ１１での経過時間Δｔｃにおける入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）の累積値（積分値）Ｓを算出する（図７参照）。
【００２７】
ステップ１３では、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になったか否かを判別する。出力値Ｖｏｕｔが一定である場合には、ステップ１４へ進む。一方、一定でない場合には、ステップ１１へ戻り、前述の処理を繰り返す。
【００２８】
ステップ１４では、排気ガス浄化触媒４の下流の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化しているときの変化速度、すなわち出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから一定になるまでの経過時間Δｔｃにおける出力値Ｖｏｕｔの傾きθを算出する（図８参照）。
【００２９】
ステップ１５では、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）ΔＶを算出し、ステップ１６へ進む。
【００３０】
ステップ１６では、経過時間Δｔｓ、Δｔｃ、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ、累積値Ｓ、傾きθ、及び空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶに基づいて、排気ガス浄化触媒４が劣化上限を超えているか否かを判別する。劣化上限を超えている場合には、ステップ１７へ進む。
【００３１】
ここで、ステップ１６における触媒４の劣化上限の判断は、各パラメータ（経過時間Δｔｓ、Δｔｃ、内部温度Ｔｅｍｐ、累積値Ｓ、傾きθ、及び出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶ）について行われる。
【００３２】
すなわち、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じくなってから出力値Ｖｏｕｔが変化するまでの経過時間Δｔｓが所定時間以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。
【００３３】
または、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから出力値Ｖｏｕｔが一定となるまでの経過時間Δｔｃが所定時間（Δｔｓに基づいて劣化上限を判断するための所定時間とは異なる）以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が早期に活性するためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３４】
また、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じくなってから出力値Ｖｏｕｔが変化する際の触媒４の内部温度Ｔｅｍｐが所定温度以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が低温で活性を開始するためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３５】
また、経過時間Δｔｃにおける入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）の累積値Ｓが所定値以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が早期に活性し、その活性状態が安定するまでの時間（空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になるまでの時間）が短いためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３６】
また、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから一定になるまでの経過時間ΔＴｃにおける出力値Ｖｏｕｔの傾きθが所定値未満である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと判別する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が早期に活性し、その活性状態が安定するまでの時間が短く、その変化が著しいためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３７】
また、触媒４が活性開始し、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが安定した際の、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）ΔＶが所定値未満である場合には、触媒４が劣化上限を超えたと判別する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４において燃焼反応が促進され、触媒４の下流の排気ガス中の酸素濃度が著しく低下するためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３８】
なお、前述の経過時間Δｔｓ、Δｔｃにより触媒４の劣化状態を診断するための所定時間や、その他のパラメータ（Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）に対する所定値は、実験などによって予め設定しておくことが好ましい。そして、排気ガス浄化触媒４の劣化上限の診断は、複数のパラメータ（Δｔｓ、Δｔｃ、Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）による診断のうち１つのみを行っても良く、また複数のパラメータによる診断を組み合わせることによって行っても良い。
【００３９】
一方、ステップ１６で、劣化上限を超えていない場合には、ステップ１８へ進み、劣化上限の範囲内であると診断して処理を終了する。
ステップ１７では、排気ガス浄化触媒４の劣化状態を回復させるため、ディーゼル機関１の空燃比リーンでの運転を禁止し、ストイキ（理論空燃比）での運転をする。なお、運転者に対して警告を表示しても良い。
【００４０】
次に、前述の各パラメータ（Δｔｓ、Δｔｃ、Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）と、排気ガス転化性能との関係について、図４〜図９を用いて説明する。
図４は、機関１の冷間始動時において、始動開始からの経過時間（秒）に対する空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、排気ガス浄化触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ（℃）、及び排気ガス濃度の変化を示す図である。図４（イ）の実線は入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎ、破線は出口空燃比センサ５の出力値Ｖｏｕｔをそれぞれ示している。図４（ロ）の実線は触媒４の内部温度Ｔｅｍｐを示し、破線は現在の触媒４の劣化度合に応じた活性温度を示している。
【００４１】
ディーゼル機関１は、始動直後から空燃比がリーンで運転するため、排気ガス浄化触媒４に流入する排気ガス中には酸素が多く存在する。このため、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔは高くなっている（図４（イ）参照）。触媒４が非活性状態であるとき、ＨＣ、ＣＯのような還元ガスの酸化反応による酸素の消費がないため、触媒４の下流の出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔは入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと同じ出力値（Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ）となる（図４（イ）参照）。この状態では、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐは低く、排気ガスの浄化も不十分である（図４（ロ）、（ハ）参照）。
【００４２】
そして、触媒４の内部温度が活性温度に達した際（図４（ロ）参照）、触媒４の内部で、酸素が、ＨＣ、ＣＯのような還元ガスとの酸化反応によって消費されるため、出口空燃比センサ６の出力値が低下する（図４（イ）参照）。触媒４が活性すると排気ガスの浄化が行われるため、排気ガス濃度が低下する（図４（ハ）参照）。
【００４３】
その後、触媒４の内部温度は上昇し（図４（ロ）参照）、排気ガスが安定して浄化されるため、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定となる（図４（イ）参照）。
【００４４】
図５（イ）〜図９（イ）は、図４（イ）に各パラメータ（Δｔｓ、Δｔｃ、Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）を示した図である。図５（ロ）〜図９（ロ）は、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐと排気ガス転化性能（排気ガス浄化率）とを示しており、実線αは触媒４がフレッシュ（新品）状態、実線βは触媒４の劣化回復が必要である状態（劣化上限）をそれぞれ示している。
【００４５】
図５（イ）では、触媒４の着火開始温度、すなわち触媒４の活性開始温度を評価するため、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じくなってから出力値Ｖｏｕｔが変化するまでの経過時間Δｔｓを検出する。これにより図５（ロ）に示す実線βの活性開始温度（矢印で示している）より右側に活性開始温度があれば、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４６】
図６（イ）では、触媒４の着火性、すなわち触媒４の内部温度Ｔｅｍｐの上昇速度を評価するため、触媒４が活性開始してから内部温度が十分に上昇するまでの経過時間Δｔｃを検出する。これにより図６（ロ）に示す実線βの活性開始から内部温度が十分に上昇するまでの温度範囲（矢印で示している幅）より大きければ、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４７】
図７（イ）では、触媒４が活性するのに必要な熱エネルギーを評価するため、触媒４が活性開始してから出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になるまでの累積値Ｓを算出する。これにより図７（ロ）に示す実線βの活性開始から内部温度が十分に上昇するまでの累積値（斜線で示している範囲）より大きければ、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４８】
図８（イ）では、触媒４の着火開始から活性完了への速度を評価するため、触媒４が活性開始してから内部温度Ｔｅｍｐが十分に上昇するまでの出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔの傾きθを算出する。これにより図８（ロ）に示す実線βの傾きより小さければ、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４９】
図９（イ）では、触媒４が消費する酸素量の多少を検出することで触媒４の酸化活性度合を評価するため、触媒４が活性開始してから出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になった後に、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）ΔＶを算出する。これにより図９（ロ）に示す実線βより実線が右下に現れた場合に、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００５０】
本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前後での酸素濃度の変化に基づいて、触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１５，１６）。このため、機関１の冷間時において触媒４が活性化すると、排気ガス浄化触媒４に流入する排気ガス中の酸素は、触媒貴金属上で生じるＨＣやＣＯの酸化反応によって消費され、触媒４の活性開始と同時に、触媒４の入口の酸素濃度に対する触媒４の出口の酸素濃度が低下するので、触媒４の低温作動機能を診断することができる。
【００５１】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前後での酸素濃度の変化によって生ずる空燃比Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１５，１６）。このため、排気ガス浄化触媒４の低温作動機能によって生じる酸素濃度の差によって、触媒４の入口の空燃比Ｖｉｎに対して出口の空燃比Ｖｏｕｔが低下するので、これらの空燃比の変化を読み取ることにより触媒４の低温作動機能を診断することができる。
【００５２】
また本実施形態によれば、空燃比は、排気ガス浄化触媒４の前後に配置された空燃比センサ５，６により検出される。このため、空燃比センサ５，６を用いて読み取ることにより触媒４の低温作動機能を診断することができる。
【００５３】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し、それらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１５，１６）。このため、触媒４が消費する酸素量の多少を検出することで触媒４の酸化活性を評価することができる。よってその差分ΔＶがある所定値よりも小さくなると、触媒４が劣化して、所望とする低温作動機能が得られないと診断することができる。
【００５４】
また本実施形態によれば、機関１の冷間始動後に、排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めるまでに要する時間Δｔｓにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ８，１６）。このため、触媒４の着火開始温度を評価することができる。よって出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化するまでに要する時間Δｔｓが定められた時間よりも長いときには、触媒４の劣化により触媒４の着火温度（触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ）が上昇して、所望とする低温作動機能が得られないと診断することができる。
【００５５】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し、それらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶが一定になるまでに要する時間Δｔｃにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１１，１６）。このため、触媒４の着火性を評価することができる。よって、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し、それらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶが一定になるまでに要する時間Δｔｃが定められた時間よりも長いときには、触媒４の劣化により触媒４の着火性が悪化して、所望とする低温作動機能が得られないと診断することができる。
【００５６】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化しているときの変化速度（傾きθ）により触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１４，１６）。このため、触媒４の着火開始から活性完了までの速度を評価することができる。よって、変化速度が定められた速度よりも低い（傾きθが所定値未満）ときには、触媒４の劣化により所望とする活性速度が得られないと診断することができる。
【００５７】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化するときのそれらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶの累積値Ｓにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１２，１６）。このため、触媒４が活性するのに必要な熱エネルギーを評価することができる。よって熱エネルギーが定められた値以上に必要なときには、触媒４はその劣化により所望のエネルギーだけでは活性できないと診断することができる。
【００５８】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４の前後の空燃比センサ５，６に、機関１の冷間時に、触媒４よりも早期に活性化させる機能（ヒーター１０ａ、１０ｂ）を設ける。このため、空燃比センサ５，６のセンサ素子（Ｐｔなどの貴金属）の温度を早期に上昇させ、排気ガス浄化触媒４の活性開始までにセンサ５，６自体が活性化し、触媒４の低温作動機能を精度よく診断することができる。
【００５９】
また本実施形態によれば、更に前記排気ガス浄化触媒４の温度（内部温度）Ｔｅｍｐを検出する手段（温度センサ８）を設け、触媒４の前後で空燃比が変化したときの触媒４の温度Ｔｅｍｐにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１０，１６）。このため、空燃比センサ５，６だけでなく温度センサ８に基づく触媒４の浄化機能の診断が可能となる。
【００６０】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型リーンＮＯｘ触媒、ＨＣトラップ触媒のうち少なくとも１つ以上、またはそれらの組み合わせである。このため、いずれの触媒においても触媒の活性は、例えばＨＣ、ＣＯのような還元ガスの酸化反応（燃焼反応）による酸素の消費によって開始され、この開始時期等に基づいて触媒４の浄化機能の診断が可能となる。
【００６１】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つ以上を含む触媒である。このため、空燃比がリーンのときに酸素を蓄えられ、空燃比がリッチのときにＨＣ、ＣＯなどを還元させることができる。
【００６２】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４は、ＮＯｘトラップ触媒であり、その浄化機能が低下したと診断した際に、空燃比リーンを禁止し、理論空燃比（ストイキ）にする（ステップ１６，１７）。このため、触媒４が劣化上限を超えていた場合に、触媒４の劣化を回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置の構成図
【図２】低温作動機能診断処理のフローチャート
【図３】低温作動機能診断処理のフローチャート
【図４】機関の始動時間に対する、空燃比センサの出力値、触媒の内部温度、排気ガス濃度をそれぞれ示す図
【図５】出口空燃比センサの出力値の変化し始めるまでの時間に基づく排気ガス転化性能を示す図
【図６】出口空燃比センサの出力値の変化している時間に基づく排気ガス転化性能を示す図
【図７】出口空燃比センサの出力値の差の累積分に基づく排気ガス転化性能を示す図
【図８】出口空燃比センサの出力値の変化の傾きに基づく排気ガス転化性能を示す図
【図９】出口空燃比センサの出力値の差に基づく排気ガス転化性能を示す図
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
２ 燃料噴射弁
３ 排気ガス通路
４ 排気ガス浄化触媒
５ 入口空燃比センサ
６ 出口空燃比センサ
８ 温度センサ
９ 水温センサ
１０ａ、１０ｂ ヒーター
１１ エンジン制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から排気規制の強化に合わせて、排気ガスの排出に影響を及ぼす機能部品（排気ガス浄化触媒等）の診断を行ない、これを改善させることで排気ガスの悪化を未然に防いでいる。
【０００３】
排気ガスの低減において、排気ガス浄化触媒は重要な役割を持ち、排気ガス成分中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減に寄与している。
【０００４】
内燃機関において、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンでは、排気ガスの空燃比がリーンのときに排出されるＮＯｘを処理するため、エンジンから排出される排気ガスの空燃比がリーンのとき、排気ガス成分中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気ガスの空燃比がリッチのときに脱離し、浄化する機能を有したＮＯｘトラップ触媒を排気ガス通路内に具備した排気ガス浄化装置が開発されている。このような排気ガス浄化装置において、ＮＯｘトラップ触媒の浄化機能は、特許文献１に開示されているように、触媒の有する酸素ストレージ機能を用いて診断されている。この診断は、触媒が活性状態にあるときに行われる。
【０００５】
近年、大気汚染の深刻化、地球温暖化に対応するため、排気規制はさらに強化される傾向にあり、触媒が活性状態のときの排気ガス浄化もさることながら、機関の冷間時における排気ガス浄化も重要視されてきており、冷間時の触媒浄化機能の診断も必要となってくる。
【０００６】
ここで、機関の冷間時における触媒の浄化機能の診断としては、特許文献２に開示されているように、触媒のＣＯ酸化性能を用いたものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３５２３０７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３６４１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる触媒の浄化機能の診断において、触媒には一般にＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈのような貴金属が担持されており、機関の冷間時には触媒貴金属上にＣＯが吸着被毒し、見かけ上、ＣＯの転化性能が発現されているように見えるため、真のＣＯ転化性能を判断することができない。加えて、ＣＯの吸着による見かけ上のＣＯ転化性能によって他の排気ガス成分であるＨＣ、ＮＯｘに対する転化性能を判定することは、実際のＨＣ、ＮＯｘ転化性能とギャップを生じることになるので、見かけ上、該触媒は劣化していないと判定されても、ＨＣ、ＮＯｘに対する浄化機能は劣化しているため、ＨＣ、ＮＯｘが大気中に放出してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑み、排気ガス浄化触媒の浄化機能を適切に診断することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、機関冷間時に、前記触媒の前後の酸素濃度が同じになってからその触媒後の酸素濃度が変化し始めるまでに要する時間に基づいて、前記触媒の浄化機能を診断する。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、機関の冷間時において触媒が活性化すると、排気ガス浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素は、触媒貴金属上で生じるＨＣやＣＯの酸化反応によって消費され、触媒活性の開始と同時に、触媒入口の酸素濃度に対する触媒出口の酸素濃度が低下するので、この変化に基づいて触媒の低温作動機能を診断することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置の構成図である。
【００１３】
ディーゼル機関１には、各気筒に対して燃料噴射弁２が各々配置され、これらはコモンレール式燃料噴射装置に取り付けられている。
ディーゼル機関１の排気ガス通路３には、排気ガス浄化触媒４が配置されており、この前後（上流及び下流）には空燃比（酸素濃度）を検出するため、入口空燃比センサ５及び出口空燃比センサ６がそれぞれ配置されている。そして、排気ガス浄化触媒４の内部温度を検出するために、触媒４の内部に温度センサ８を設けている。機関１には、冷却水の温度を検出するための水温センサ９が配置されている。さらに、入口空燃比センサ５及び出口空燃比センサ６の内部には、これらのセンサ５，６を昇温させるためのヒーター１０ａ、１０ｂがそれぞれ配置されている。
【００１４】
排気ガス浄化触媒４は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型リーンＮＯｘ触媒、ＨＣトラップ触媒のうち少なくとも１つ以上、またはそれらを組み合わせて構成される。これらの触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つ以上を含んでいる。そして、いずれの触媒においても、その活性は、例えばＨＣ、ＣＯのような還元ガスと酸素との酸化反応（燃焼反応）によって開始される。
【００１５】
入口空燃比センサ５は、ディーゼル機関１から排気ガス浄化触媒４に流入する排気ガス中の空燃比に応じた信号を出力する。一方、出口空燃比センサ６は、触媒４を通過した排気ガス中の空燃比に応じた信号を出力する。これらの空燃比センサ５，６の信号は、エンジン制御装置１１に送られる。
【００１６】
触媒温度センサ８は、触媒４の内部温度に応じた信号を出力する。この温度センサ８の信号は、エンジン制御装置１１に送られる。
水温センサ９は、機関１の冷却水温度に応じた信号を出力する。この水温センサ９の信号は、エンジン制御装置１１に送られる。
【００１７】
エンジン制御装置１１は、前述のセンサ５，６，８，９からの出力信号に基づいて、触媒４の入口空燃比（Ｖｉｎ）、出口空燃比（Ｖｏｕｔ）、内部温度（Ｔｅｍｐ）、及び冷却水温度（Ｔｗ）をそれぞれ検出する。そして、機関１の運転状態を制御するため、燃料噴射弁２の燃料噴射時期及び燃料噴射量等を制御する。さらに、機関１の始動開始後、ヒーター１０ａ、１０ｂをＯＮにして空燃比センサ５，６を昇温させる。
【００１８】
次に、エンジン制御装置１１が行う低温作動機能診断処理について、図２及び図３に示すフローチャートを用いて説明する。なお図２に示す通り、この処理は、ディーゼル機関１のキースイッチがＯＮとなり、通電が開始した後に行われる。図４は、機関１の始動開始後の経過時間（秒）に対する、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ、排気ガス濃度をそれぞれ示した図である。図５〜図９は、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔに応じた排気ガス転化性能（排気ガス浄化率）を示した図である。
【００１９】
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、空燃比センサ５，６のヒーター１０ａ，１０ｂをＯＮにする。これは、ヒーター１０ａ，１０ｂをＯＮにすることにより、排気ガス浄化触媒４が活性開始する前に空燃比センサ５，６の素子自体の温度を早期に上昇させて活性化させ、触媒４の低温時における空燃比の測定精度を良くするためである。
【００２０】
ステップ２では、水温センサ９の出力信号に基づいて検出されたディーゼル機関１の冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔw0未満（Ｔｗ＜Ｔw0）であるか否かを判別する。これにより、ディーゼル機関１がコールド（冷機）状態であるか否かを判定する。冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔw0未満（Ｔｗ＜Ｔw0）である場合には、ステップ３へ進む。一方、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔw0以上（Ｔｗ≧Ｔw0）である場合には、ステップ５へ進み、機関１が高温状態にあると判定し、処理を終了する。これは、機関１が高温状態（Ｔｗ≧Ｔw0）の時には、触媒４が十分に活性した状態にあり、排気ガスの浄化が行われるためである。
【００２１】
ステップ３では、機関１がコールド状態であると判定してステップ４へ進む。
ステップ４では、図３に示す低温作動機能診断を行う。
図３のステップ６では、低温診断フラグをＯＮにする。
【００２２】
ステップ７では、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとが同じ値（Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ）であるか否かを判別する。ここで、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じ値（Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ）である場合には、排気ガス浄化触媒４がコールド状態にあり、浄化機能が不十分である状態（非活性状態）にあると判定し、ステップ８へ進む。一方、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じ値でない（Ｖｉｎ≠Ｖｏｕｔ）場合には、ステップ１８へ進み、触媒４の劣化度合が劣化上限性能範囲内、すなわち触媒４が排気ガスを浄化可能な状態（活性状態）にあると診断し、低温作動機能診断を終了する。
【００２３】
ステップ８では、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じ状態になってから出力値Ｖｏｕｔが変化するまでの経過時間Δｔｓをカウントする（図５参照）。
【００２４】
ステップ９では、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔに変化があったか否かを判別する。出力値Ｖｏｕｔが変化した場合には、ステップ１０へ進む。一方、出力値Ｖｏｕｔが一定である場合には、ステップ８へ戻り、処理を繰り返す。
【００２５】
ステップ１０では、温度センサ８の出力信号に基づいて、排気ガス浄化触媒４の内部温度Ｔｅｍｐを算出する。
ステップ１１では、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから出力値Ｖｏｕｔが一定となるまでの経過時間Δｔｃをカウントする（図６参照）。
【００２６】
ステップ１２では、ステップ１１での経過時間Δｔｃにおける入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）の累積値（積分値）Ｓを算出する（図７参照）。
【００２７】
ステップ１３では、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になったか否かを判別する。出力値Ｖｏｕｔが一定である場合には、ステップ１４へ進む。一方、一定でない場合には、ステップ１１へ戻り、前述の処理を繰り返す。
【００２８】
ステップ１４では、排気ガス浄化触媒４の下流の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化しているときの変化速度、すなわち出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから一定になるまでの経過時間Δｔｃにおける出力値Ｖｏｕｔの傾きθを算出する（図８参照）。
【００２９】
ステップ１５では、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）ΔＶを算出し、ステップ１６へ進む。
【００３０】
ステップ１６では、経過時間Δｔｓ、Δｔｃ、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ、累積値Ｓ、傾きθ、及び空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶに基づいて、排気ガス浄化触媒４が劣化上限を超えているか否かを判別する。劣化上限を超えている場合には、ステップ１７へ進む。
【００３１】
ここで、ステップ１６における触媒４の劣化上限の判断は、各パラメータ（経過時間Δｔｓ、Δｔｃ、内部温度Ｔｅｍｐ、累積値Ｓ、傾きθ、及び出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶ）について行われる。
【００３２】
すなわち、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じくなってから出力値Ｖｏｕｔが変化するまでの経過時間Δｔｓが所定時間以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。
【００３３】
または、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから出力値Ｖｏｕｔが一定となるまでの経過時間Δｔｃが所定時間（Δｔｓに基づいて劣化上限を判断するための所定時間とは異なる）以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が早期に活性するためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３４】
また、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じくなってから出力値Ｖｏｕｔが変化する際の触媒４の内部温度Ｔｅｍｐが所定温度以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が低温で活性を開始するためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３５】
また、経過時間Δｔｃにおける入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）の累積値Ｓが所定値以上である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと診断する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が早期に活性し、その活性状態が安定するまでの時間（空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になるまでの時間）が短いためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３６】
また、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めてから一定になるまでの経過時間ΔＴｃにおける出力値Ｖｏｕｔの傾きθが所定値未満である場合に、触媒４が劣化上限を超えたと判別する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４が早期に活性し、その活性状態が安定するまでの時間が短く、その変化が著しいためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３７】
また、触媒４が活性開始し、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが安定した際の、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）ΔＶが所定値未満である場合には、触媒４が劣化上限を超えたと判別する。これは、触媒４の劣化の程度が低い場合には、触媒４において燃焼反応が促進され、触媒４の下流の排気ガス中の酸素濃度が著しく低下するためであり、この性質を用いて触媒４の劣化状態を診断するためである。
【００３８】
なお、前述の経過時間Δｔｓ、Δｔｃにより触媒４の劣化状態を診断するための所定時間や、その他のパラメータ（Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）に対する所定値は、実験などによって予め設定しておくことが好ましい。そして、排気ガス浄化触媒４の劣化上限の診断は、複数のパラメータ（Δｔｓ、Δｔｃ、Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）による診断のうち１つのみを行っても良く、また複数のパラメータによる診断を組み合わせることによって行っても良い。
【００３９】
一方、ステップ１６で、劣化上限を超えていない場合には、ステップ１８へ進み、劣化上限の範囲内であると診断して処理を終了する。
ステップ１７では、排気ガス浄化触媒４の劣化状態を回復させるため、ディーゼル機関１の空燃比リーンでの運転を禁止し、ストイキ（理論空燃比）での運転をする。なお、運転者に対して警告を表示しても良い。
【００４０】
次に、前述の各パラメータ（Δｔｓ、Δｔｃ、Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）と、排気ガス転化性能との関係について、図４〜図９を用いて説明する。
図４は、機関１の冷間始動時において、始動開始からの経過時間（秒）に対する空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、排気ガス浄化触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ（℃）、及び排気ガス濃度の変化を示す図である。図４（イ）の実線は入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎ、破線は出口空燃比センサ５の出力値Ｖｏｕｔをそれぞれ示している。図４（ロ）の実線は触媒４の内部温度Ｔｅｍｐを示し、破線は現在の触媒４の劣化度合に応じた活性温度を示している。
【００４１】
ディーゼル機関１は、始動直後から空燃比がリーンで運転するため、排気ガス浄化触媒４に流入する排気ガス中には酸素が多く存在する。このため、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔは高くなっている（図４（イ）参照）。触媒４が非活性状態であるとき、ＨＣ、ＣＯのような還元ガスの酸化反応による酸素の消費がないため、触媒４の下流の出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔは入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎと同じ出力値（Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ）となる（図４（イ）参照）。この状態では、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐは低く、排気ガスの浄化も不十分である（図４（ロ）、（ハ）参照）。
【００４２】
そして、触媒４の内部温度が活性温度に達した際（図４（ロ）参照）、触媒４の内部で、酸素が、ＨＣ、ＣＯのような還元ガスとの酸化反応によって消費されるため、出口空燃比センサ６の出力値が低下する（図４（イ）参照）。触媒４が活性すると排気ガスの浄化が行われるため、排気ガス濃度が低下する（図４（ハ）参照）。
【００４３】
その後、触媒４の内部温度は上昇し（図４（ロ）参照）、排気ガスが安定して浄化されるため、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定となる（図４（イ）参照）。
【００４４】
図５（イ）〜図９（イ）は、図４（イ）に各パラメータ（Δｔｓ、Δｔｃ、Ｔｅｍｐ、Ｓ、θ、ΔＶ）を示した図である。図５（ロ）〜図９（ロ）は、触媒４の内部温度Ｔｅｍｐと排気ガス転化性能（排気ガス浄化率）とを示しており、実線αは触媒４がフレッシュ（新品）状態、実線βは触媒４の劣化回復が必要である状態（劣化上限）をそれぞれ示している。
【００４５】
図５（イ）では、触媒４の着火開始温度、すなわち触媒４の活性開始温度を評価するため、空燃比センサ５，６の出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが同じくなってから出力値Ｖｏｕｔが変化するまでの経過時間Δｔｓを検出する。これにより図５（ロ）に示す実線βの活性開始温度（矢印で示している）より右側に活性開始温度があれば、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４６】
図６（イ）では、触媒４の着火性、すなわち触媒４の内部温度Ｔｅｍｐの上昇速度を評価するため、触媒４が活性開始してから内部温度が十分に上昇するまでの経過時間Δｔｃを検出する。これにより図６（ロ）に示す実線βの活性開始から内部温度が十分に上昇するまでの温度範囲（矢印で示している幅）より大きければ、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４７】
図７（イ）では、触媒４が活性するのに必要な熱エネルギーを評価するため、触媒４が活性開始してから出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になるまでの累積値Ｓを算出する。これにより図７（ロ）に示す実線βの活性開始から内部温度が十分に上昇するまでの累積値（斜線で示している範囲）より大きければ、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４８】
図８（イ）では、触媒４の着火開始から活性完了への速度を評価するため、触媒４が活性開始してから内部温度Ｔｅｍｐが十分に上昇するまでの出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔの傾きθを算出する。これにより図８（ロ）に示す実線βの傾きより小さければ、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００４９】
図９（イ）では、触媒４が消費する酸素量の多少を検出することで触媒４の酸化活性度合を評価するため、触媒４が活性開始してから出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが一定になった後に、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎとの差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）ΔＶを算出する。これにより図９（ロ）に示す実線βより実線が右下に現れた場合に、触媒４が劣化上限を超えているとの診断ができる。
【００５０】
本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前後での酸素濃度の変化に基づいて、触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１５，１６）。このため、機関１の冷間時において触媒４が活性化すると、排気ガス浄化触媒４に流入する排気ガス中の酸素は、触媒貴金属上で生じるＨＣやＣＯの酸化反応によって消費され、触媒４の活性開始と同時に、触媒４の入口の酸素濃度に対する触媒４の出口の酸素濃度が低下するので、触媒４の低温作動機能を診断することができる。
【００５１】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前後での酸素濃度の変化によって生ずる空燃比Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１５，１６）。このため、排気ガス浄化触媒４の低温作動機能によって生じる酸素濃度の差によって、触媒４の入口の空燃比Ｖｉｎに対して出口の空燃比Ｖｏｕｔが低下するので、これらの空燃比の変化を読み取ることにより触媒４の低温作動機能を診断することができる。
【００５２】
また本実施形態によれば、空燃比は、排気ガス浄化触媒４の前後に配置された空燃比センサ５，６により検出される。このため、空燃比センサ５，６を用いて読み取ることにより触媒４の低温作動機能を診断することができる。
【００５３】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し、それらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１５，１６）。このため、触媒４が消費する酸素量の多少を検出することで触媒４の酸化活性を評価することができる。よってその差分ΔＶがある所定値よりも小さくなると、触媒４が劣化して、所望とする低温作動機能が得られないと診断することができる。
【００５４】
また本実施形態によれば、機関１の冷間始動後に、排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し始めるまでに要する時間Δｔｓにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ８，１６）。このため、触媒４の着火開始温度を評価することができる。よって出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化するまでに要する時間Δｔｓが定められた時間よりも長いときには、触媒４の劣化により触媒４の着火温度（触媒４の内部温度Ｔｅｍｐ）が上昇して、所望とする低温作動機能が得られないと診断することができる。
【００５５】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し、それらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶが一定になるまでに要する時間Δｔｃにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１１，１６）。このため、触媒４の着火性を評価することができる。よって、入口空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、出口空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化し、それらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶが一定になるまでに要する時間Δｔｃが定められた時間よりも長いときには、触媒４の劣化により触媒４の着火性が悪化して、所望とする低温作動機能が得られないと診断することができる。
【００５６】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化しているときの変化速度（傾きθ）により触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１４，１６）。このため、触媒４の着火開始から活性完了までの速度を評価することができる。よって、変化速度が定められた速度よりも低い（傾きθが所定値未満）ときには、触媒４の劣化により所望とする活性速度が得られないと診断することができる。
【００５７】
また本実施形態によれば、機関１の冷間時における排気ガス浄化触媒４の前段の空燃比センサ５の出力値Ｖｉｎに対して、触媒４の後段の空燃比センサ６の出力値Ｖｏｕｔが変化するときのそれらの出力値Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔの差ΔＶの累積値Ｓにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１２，１６）。このため、触媒４が活性するのに必要な熱エネルギーを評価することができる。よって熱エネルギーが定められた値以上に必要なときには、触媒４はその劣化により所望のエネルギーだけでは活性できないと診断することができる。
【００５８】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４の前後の空燃比センサ５，６に、機関１の冷間時に、触媒４よりも早期に活性化させる機能（ヒーター１０ａ、１０ｂ）を設ける。このため、空燃比センサ５，６のセンサ素子（Ｐｔなどの貴金属）の温度を早期に上昇させ、排気ガス浄化触媒４の活性開始までにセンサ５，６自体が活性化し、触媒４の低温作動機能を精度よく診断することができる。
【００５９】
また本実施形態によれば、更に前記排気ガス浄化触媒４の温度（内部温度）Ｔｅｍｐを検出する手段（温度センサ８）を設け、触媒４の前後で空燃比が変化したときの触媒４の温度Ｔｅｍｐにより触媒４の浄化機能を診断する（ステップ１０，１６）。このため、空燃比センサ５，６だけでなく温度センサ８に基づく触媒４の浄化機能の診断が可能となる。
【００６０】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型リーンＮＯｘ触媒、ＨＣトラップ触媒のうち少なくとも１つ以上、またはそれらの組み合わせである。このため、いずれの触媒においても触媒の活性は、例えばＨＣ、ＣＯのような還元ガスの酸化反応（燃焼反応）による酸素の消費によって開始され、この開始時期等に基づいて触媒４の浄化機能の診断が可能となる。
【００６１】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つ以上を含む触媒である。このため、空燃比がリーンのときに酸素を蓄えられ、空燃比がリッチのときにＨＣ、ＣＯなどを還元させることができる。
【００６２】
また本実施形態によれば、排気ガス浄化触媒４は、ＮＯｘトラップ触媒であり、その浄化機能が低下したと診断した際に、空燃比リーンを禁止し、理論空燃比（ストイキ）にする（ステップ１６，１７）。このため、触媒４が劣化上限を超えていた場合に、触媒４の劣化を回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置の構成図
【図２】低温作動機能診断処理のフローチャート
【図３】低温作動機能診断処理のフローチャート
【図４】機関の始動時間に対する、空燃比センサの出力値、触媒の内部温度、排気ガス濃度をそれぞれ示す図
【図５】出口空燃比センサの出力値の変化し始めるまでの時間に基づく排気ガス転化性能を示す図
【図６】出口空燃比センサの出力値の変化している時間に基づく排気ガス転化性能を示す図
【図７】出口空燃比センサの出力値の差の累積分に基づく排気ガス転化性能を示す図
【図８】出口空燃比センサの出力値の変化の傾きに基づく排気ガス転化性能を示す図
【図９】出口空燃比センサの出力値の差に基づく排気ガス転化性能を示す図
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
２ 燃料噴射弁
３ 排気ガス通路
４ 排気ガス浄化触媒
５ 入口空燃比センサ
６ 出口空燃比センサ
８ 温度センサ
９ 水温センサ
１０ａ、１０ｂ ヒーター
１１ エンジン制御装置
Claims (11)
- 機関の排気ガス通路に配置され流入する排気ガスを浄化する機能を有する排気ガス浄化触媒を備える内燃機関において、
機関冷間時に、前記触媒の前後の酸素濃度が同じになってからその触媒後の酸素濃度が変化し始めるまでに要する時間に基づいて、前記触媒の浄化機能を診断する
ことを特徴とする排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 前記酸素濃度は、前記触媒前後に配置された空燃比センサにより検出される
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 機関の冷間時における前記触媒前段の空燃比センサの出力値に対して、前記触媒後段の空燃比センサの出力値が変化し、それらの出力値の差により前記触媒の浄化機能を診断する
ことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 機関の冷間時における前記触媒前段の空燃比センサの出力値に対して、前記触媒後段の空燃比センサの出力値が変化し、それらの出力値の差が一定になるまでに要する時間により前記触媒の浄化機能を診断する
ことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 機関の冷間時における前記触媒前段の空燃比センサの出力値に対して、前記触媒後段の空燃比センサの出力値が変化しているときの変化速度により前記触媒の浄化機能を診断する
ことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 機関の冷間時における前記触媒前段の空燃比センサの出力値に対して、前記触媒後段の空燃比センサの出力値が変化するときのそれらの出力値の差の累積値により前記触媒の浄化機能を診断する
ことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 前記触媒の前後の空燃比センサに、機関の冷間時に、前記触媒よりも早期に活性化させる機能を設ける
ことを特徴とする請求項２から６までのいずれか１つに記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 更に前記排気ガス浄化触媒の温度を検出する手段を設け、
前記触媒の前後の空燃比が同じになってから前記触媒後での空燃比が変化したときの前記触媒の温度により前記触媒の浄化機能を診断する
ことを特徴とする請求項２から７までのいずれか１つに記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 前記触媒は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒、選択還元型リーンＮＯｘ触媒、ＨＣトラップ触媒のうち少なくとも１つ以上、またはそれらの組み合わせである
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機
能診断装置。 - 前記触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つ以上を含む触媒である
ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１つに記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。 - 前記触媒は、ＮＯｘトラップ触媒であり、その浄化機能が低下したと診断した際に、空燃比リーンを禁止し、理論空燃比にする
ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１つに記載の排気ガス浄化触媒の低温作動機能診断装置。
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