JP5509628B2 - 触媒劣化診断装置及び触媒劣化診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、触媒劣化診断装置及び触媒劣化診断方法に関する。

排気通路を通流する排気中の有害成分を還元・酸化によって浄化する三元触媒などの触媒を設けた内燃機関が知られている（特許文献１参照）。このような触媒に関連して、触媒の上流と下流に設置したＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）やＯ2センサ（酸素センサ）の信号挙動をモニタリングして触媒のＯ2ストレージ効果の変化を捉えることで、触媒の劣化を診断する技術が知られている。これは、触媒が劣化して内燃機関を適切に制御できなくなることを回避するためである。

特開２００６−１６１６２５号公報

しかしながら、上記の触媒の劣化を診断する方法は、暖機後などの一定温度以上の状況下や内燃機関の機関負荷が高いときでないと精度良く触媒の劣化を診断できないという問題があった。これは、触媒は一定温度以上で活性化するものであり、また低負荷領域では触媒の活性度及び検出器の特性に左右されてモニタリングに際する精度が低下してしまうためである。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、精度良く触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置及び触媒劣化診断方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、内燃機関（２）の排気通路（２２）に設けられ、排気中の有害成分を浄化する触媒（２３）の劣化を診断する触媒劣化診断装置（１０）であって、触媒（２３）の下流に設けられた酸素センサ（１４）の素子温度を推定する第１の素子温度推定手段（１０）と、触媒（２３）の上流に設けられた空燃比センサ（１３）の素子温度を推定する第２の素子温度推定手段（１０）と、酸素センサ（１４）の素子温度と空燃比センサ（１３）の素子温度とに基づいて前記触媒（２３）の上流と下流との温度差を算出する温度差算出手段（ステップＳ１２）と、前記温度差に応じて、前記触媒（２３）が劣化したか否かを診断する劣化診断手段（ステップＳ１４）と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、触媒の劣化診断に際して、触媒の上流と下流との温度差を用いている。ここで、触媒は劣化すると自己発熱量が低下して温度低下するという特性を有するものであり、触媒の上流と下流との温度差はこのような触媒の特性を反映した指標である。このような温度差を用いるので、触媒の活性後でなくても精度良く触媒の劣化を診断することができる。

本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。 Ｏ2センサの素子温度推定に係る制御ロジックを示すフローチャートである。 図２のステップＳ１に係る所定運転状態を説明する図である。 図２のステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理を実行したときのタイムチャートである。 図２のステップＳ６に係る検索処理について説明する図である。 触媒の劣化診断に係る制御ロジックを示すフローチャートである。 図６のステップＳ１４に係る劣化診断処理について説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては本発明を、触媒２３（図１参照）の劣化の診断に適用した場合を例に説明する。

（システム全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。図１に示すシステム１は、ＥＣＵ（Engine Control Unit、触媒劣化診断装置）１０、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）１３、Ｏ2センサ（酸素濃度センサ）１４、触媒２３等により構成される触媒劣化診断システムである。このシステム１は、自動車等の車両に搭載されている。

ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２からエンジン２の運転状態を示す情報を、Ａ／Ｆセンサ１３やＯ2センサ１４から排気通路２２を通流する排気に関する情報を入力し、入力した情報に基づいてエンジン本体２１の動作を制御するマイクロコントローラである。エンジン本体２１の動作制御とは、例えば燃料噴射弁（不図示）の燃料噴射量を調整することで、燃焼室（不図示）で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるような制御である。このＥＣＵ１０の具体的な制御内容については後述する。

クランク角センサ１１は、エンジン２のクランクシャフト（不図示）の回転角度を検知するセンサである。ＥＣＵ１０は、このクランク角センサ１１を用いてエンジン２の機関回転速度を検出する。

アクセル開度センサ１２は、エンジン２のアクセルペダル（不図示）の踏込量を検知するセンサである。ＥＣＵ１０は、このアクセル開度センサ１２を用いてエンジン２の機関負荷を検出する。

Ａ／Ｆセンサ１３は、エンジン２の排気通路２２において触媒２３よりも上流側に設けられたガスセンサである。このＡ／Ｆセンサ１３は、排気通路２２を通流する排ガスの空燃比を検出する。ＥＣＵ１０は、このＡ／Ｆセンサ１３を用いて排気通路２２を通流する排ガスの空燃比を検出する。また本実施形態によればＥＣＵ１０は、このＡ／Ｆセンサ１３の出力電流の変化を検出してセンサ素子のインピーダンスを算出するとともに、算出したインピーダンスに基づいてＡ／Ｆセンサ１３の素子温度を算出する。

Ｏ2センサ１４は、エンジン２の排気通路２２において触媒２３よりも下流側に設けられたガスセンサである。このＯ2センサ１４は、検出素子１４ａとヒータ（ヒータ素子）１４ｂとを備える。検出素子１４ａとは、排気通路２２を通流する排気中の酸素ガスの濃度を検出する素子である。ＥＣＵ１０は、この検出素子１４ａを用いて排ガス中の酸素ガスの濃度に応じた起電力出力を検出する。ヒータ１４ｂとは、かかる検出素子１４ａを加熱する加熱素子である。ＥＣＵ１０は、このヒータ１４ｂへの通電を制御することで検出素子１４ａを加熱する。また本実施形態によればＥＣＵ１０は、これら検出素子１４ａやヒータ１４ｂなどを用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定する。具体的な内容は後述する。

触媒２３は、エンジン２の排気通路２２に設けられ、排気通路２２を通流する排気中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害成分を浄化する例えば三元触媒などの触媒である。本実施形態によればＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ１３の素子温度とＯ2センサ１４の素子温度とに基づいてこの触媒２３の劣化を診断する。

（ＥＣＵ１０の制御ロジック（素子温度の推定）について）
図２は、Ｏ2センサ１４の素子温度推定に係る制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、毎走行時に図２に示す制御ロジックを実行することにより、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する。

まずステップＳ１においてＥＣＵ１０は、運転状態が所定運転状態か否かを判定する（Ｓ１）。ここではＥＣＵ１０は、エンジン２の運転状態がＯ2センサ１４の素子温度を推定すべき運転状態であるか否かを判定する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ１においてＹＥＳの場合には（Ｓ１、ＹＥＳ）、ステップＳ２へ進む。また、ステップＳ１においてＮＯの場合には（Ｓ１、ＮＯ）、ステップＳ１へ戻って再び処理を繰り返す。

ステップＳ２に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力モニタを開始する（Ｓ２）。ここではまずＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）がリッチ信号とリーン信号とを交互に出力するように、制御空燃比をパータベーションさせる。この制御空燃比のパータベーションは、λ（ラムダ）ウインドウ（理論空燃比領域）内で実施する。エミッションの悪化を防ぐためである。続いてＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値をモニタリングする。具体的な内容は後述する。

続いてステップＳ３に進んでＥＣＵ１０は、ヒータ１４ｂのデューティ制御（加熱制御）を開始する（Ｓ３）。ここではＥＣＵ１０は、ヒータ１４ｂへの通電を開始するとともにこの通電に係るデューティ比（デューティ値）を０から段階的に上昇させるデューティ制御を開始する。具体的な内容は後述する。

続いてステップＳ４に進んでＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力振幅が所定幅以内か否かを判定する（Ｓ４）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ２でモニタリングを開始したＯ2センサ１４の出力値の出力振幅（リッチ側の出力値とリーン側の出力値との幅）が所定幅より小さくなったか否かを判定する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ４においてＹＥＳの場合には（Ｓ４、ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。また、ステップＳ４においてＮＯの場合には（Ｓ４、ＮＯ）、ステップＳ４へ戻って再び処理を繰り返す。

ステップＳ５に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、そのときのデューティ比を記憶する（Ｓ５）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ４においてＹＥＳと判定された際のデューティ比を記憶する。加えて、エンジン２の機関回転速度及び機関負荷に係る情報も記憶する。

続いてステップＳ６に進んでＥＣＵ１０は、記憶したデューティ比を基にマップから温度推定値を検索する（Ｓ６）。ここではＥＣＵ１０は、予めデューティ比とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップから、ステップＳ５で記憶したデューティ比に対応する素子温度を検索する。具体的な内容は後述する。

続いてステップＳ７に進んでＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する（Ｓ７）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ６で検索した温度推定値をＯ2センサ１４の素子温度として推定する。

以上のように本実施形態に係るＥＣＵ１０は、毎走行時に図２に示す制御ロジックを実行することにより、Ｏ2センサ４の素子温度を推定する。続いて、ステップＳ１乃至Ｓ６の具体的な内容について説明する。

（ステップＳ１について）
図３は、図２のステップＳ１に係る所定運転状態を説明する図である。図３における領域Ａが、図２のステップＳ１に係る所定運転状態を示す領域である。

図３に示す領域Ａは、高負荷且つ高回転速度の運転状態である。このように高負荷且つ高回転速度の運転状態にしたのは、運転安定性を維持するためである。すなわち、例えばアイドル運転時のように低負荷の運転状態ではエンジン２の回転変動が大きくなり運転安定性が低下するとともにＯ2センサ１４の素子温度の推定に係る精度が低下してしまうから、かかる低負荷の運転状態を除いている。

またこの領域Ａは、エンジン２の回転速度がヒータカット回転速度より大きい運転状態である。このヒータカット回転速度とは、エンジン２の回転速度がこのヒータカット回転速度より大きくなると、ヒータ１４ｂへの通電が自動的に停止されるような回転速度を示す。このように通電が停止されるのは、Ｏ2センサ１４の素子温度の上昇に伴う故障を防止するためである。

領域Ａの機関回転速度をこのヒータカット回転速度よりも大きくすることで、のちのステップＳ３の処理でヒータ１４ｂへの通電を制御する際の制御安定性を高めることができる。かかるヒータカット回転速度の回転速度値はＯ2センサ１４の特性に応じて決定される。

またこの領域Ａは、車速が例えば６０ｋｍ／ｈより速い高車速域である。これは、エンジン２が十分に冷機風を受けることができるようにすることでエンジン２の部品故障を保証するためである。

以上のように図３を用いてステップＳ１に係る所定運転状態について説明してきたが、ステップＳ１においてＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２を用いて検出したエンジン２の機関回転速度及び機関負荷が図３の領域Ａに含まれるか否かを判定する。

（ステップＳ２乃至Ｓ５について）
図４は、図２のステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理を実行したときのタイムチャートである。図４（ａ）はＯ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）の出力値を示す。図４（ｂ）はヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比を示す。なお、以下ではフローチャートとの対応が分かりやすくするために、フローチャートのステップ番号にＳを付して記載する。

ステップＳ２においてＯ2センサ１４の出力モニタを開始する（Ｓ２）。このとき図４（ａ）のように、Ｏ2センサ１４はリッチ信号（λ＝１よりも出力値が大）とリーン信号（λ＝１よりも出力値が小）とを交互に出力する。そして、時刻ｔ０でヒータ１４ｂのデューティ制御を開始する（Ｓ３）。

そうすると、時刻ｔ０〜ｔ１において、図４（ｂ）のように、ヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比が０から段階的に上昇する（Ｓ３）。

時刻ｔ１では、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が低下して出力振幅が所定幅以内になる（Ｓ４、ＹＥＳ、図４（ａ）参照）。そうすると、そのときのデューティ比（図では４０パーセント）を記憶する（Ｓ５）。

より具体的に説明する。時刻ｔ０〜ｔ１ではデューティ比の上昇に伴ってＯ2センサ１４の素子温度が高くなる。ここで前述のようにＯ2センサ１４は、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有している。そのため、素子温度が一定温度を超えると出力振幅が所定幅以内に小さくなる。つまり、検出素子１４ａの検出値（出力値）の極大値から極小値を引いた値が所定量（単位ｍｖ）より小さくなる又は検出素子１４ａの検出値（出力値）の周波数が所定周波数（単位Ｈｚ）より小さくなる。このときのデューティ比が記憶される。

以上のように図４を用いてステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理について説明してきたが、ステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理によりＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのデューティ比を検出している。

なお、ステップＳ２について補足する。ステップＳ２ではＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４がリッチ信号とリーン信号とを交互に出力するようにさせている。これは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高くなると上記温度特性のためにセンサ出力値がリーン側にシフトするが、このシフトがシステム１の誤学習によるものなのかくＭＲ変化（混合比）によるものなのかが特定できないのを考慮したものである。

（ステップＳ６について）
図５は、図２のステップＳ６に係る検索処理について説明する図である。図５は、デューティ比が所定値（ここでは３０パーセント）のときの各運転状態とＯ2センサ１４の素子温度（カッコ内の数値は考慮しない）とが対応付けられたマップを示している。ＥＣＵ１０は、予め図５のようなマップを保持している。

ＥＣＵ１０が予めこのようなマップを保持している場合に、１ステップ前のステップＳ５において記憶したデューティ比が３０パーセント且つ運転状態が運転状態Ａであったとする。そうすると、ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、この記憶したデューティ比（３０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。運転状態Ａは素子温度５００度を示す曲線上にあるため、ＥＣＵ１０は、素子温度（５００度）を検索結果として取得する。

一方、ＥＣＵ１０が同様にこのようなマップを保持している場合に、１ステップ前のステップＳ５において記憶したデューティ比が４０パーセント且つ運転状態が運転状態Ａであったとする。そうすると、ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、この記憶したデューティ比（４０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。ここで、運転状態Ａは素子温度５００度を示す曲線上にある。

しかしながら、図５に示すマップはデューティ比が３０パーセントのときのものであり、当回はデューティ比が４０パーセントである。このようにデューティ比が異なる場合にはＥＣＵ１０は、図５に示すマップ上の温度推定値を、デューティ比の差分（４０パーセント−３０パーセント＝１０パーセント分）だけオフセットさせる。具体的には、各曲線が示すＯ2センサ１４の素子温度を図５のカッコ内の数値に変換する。その後、デューティ比（４０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。運転状態Ａは素子温度４００度を示す曲線上にあるため、ＥＣＵ１０は、素子温度（４００度）を検索結果として取得する。

以上のように図５を用いてステップＳ６に係る検索処理について説明してきたが、ステップＳ６によりＥＣＵ１０は、ステップＳ５で記憶したデューティ比と運転状態を示す情報とを用いてＯ2センサ１４の素子温度を検索する。なお、このようにデューティ比を用いて素子温度を検索することで、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。

なお、ステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップがない場合には新たにこれを作成する。すなわち上記の例であれば、デューティ比４０パーセントとＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを新たに作成する。このようにして、デューティ比毎に運転状態とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを設定する。これにより、予め全てのデューティ比毎のマップを設定することなく、毎走行時にマップを必要に応じて追加して設定することができる。その後、次回以降のＯ2センサ１４の素子温度の推定の際に利用することが可能になる。

（ＥＣＵ１０の制御ロジック（触媒２３の劣化診断）について）
図６は、触媒２３の劣化診断に係る制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、図２に示す制御ロジックでＯ2センサ１４の素子温度を推定した後にこの図６に示す制御ロジックを実行することにより、触媒２３の劣化を診断する。

まずステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、診断条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１１）。ここではＥＣＵ１０は、診断条件すなわち触媒２３の劣化を診断すべき条件を満たすか否かを判定する。診断条件とは、具体的には、例えば触媒２３が暖機前であること、その他の環境条件（所望の水温や大気圧であること）を満たすことの２つの条件である。

ステップＳ１１においてＹＥＳの場合には（Ｓ１１、ＹＥＳ）、ステップＳ１２へ進む。また、ステップＳ１１においてＮＯの場合には（Ｓ１１、ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って再び処理を繰り返す。

ステップＳ１２に進んだ場合にＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ１３の素子温度とＯ2センサ１４の素子温度との温度偏差（絶対値）を算出する（Ｓ１２）。ここではＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ１３の素子温度と、図２のステップＳ１乃至Ｓ７（第１の素子温度推定手段）により推定したＯ2センサ１４の素子温度との温度差の絶対値を算出する。なお、Ａ／Ｆセンサ１３の素子温度は、Ａ／Ｆセンサ１３の出力電流の変化に基づき算出する既知の方法によって推定する（第２の素子温度推定手段）。

続いてステップＳ１３に進んでＥＣＵ１０は、デューティ比を記憶する（Ｓ１３）。ここではＥＣＵ１０は、図２のステップＳ４により検出されたデューティ比（ステップＳ５で記憶されるデューティ比と同一）を記憶する。加えて、エンジン２の機関回転速度及び機関負荷に係る情報も記憶する。

続いてステップＳ１４に進んでＥＣＵ１０は、温度偏差（絶対値）及びデューティ比を用いて触媒２３の劣化を診断する（Ｓ１４）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で算出した温度偏差（絶対値）とステップＳ１３で記憶したデューティ比を用いて触媒２３の劣化を診断する。具体的な内容は後述する。

続いてステップＳ１５に進んでＥＣＵ１０は、診断結果を記憶する（Ｓ１５）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ１４で診断した結果（触媒２３が劣化したか否かに関する情報）を記憶する。なお、このステップＳ１５で記憶された診断結果は、外部の故障診断ツールによってＥＣＵ１０から読み出される。このように外部の故障診断ツールを用いて触媒２３の劣化等の故障を診断することで、故障に応じて適切に触媒２３を交換すること等が可能となる。

以上のように本実施形態に係るＥＣＵ１０は、図６に示す制御ロジックを実行することにより、触媒２３の劣化を診断する。以下、ステップＳ１４の具体的な内容について説明する。

（ステップＳ１４について）
図７は、図６のステップＳ１４に係る劣化診断処理について説明する図である。図７では横軸に温度偏差（絶対値）を、縦軸にデューティ比（又はＯ2センサ１４の素子温度）を示している。また、これら温度偏差（絶対値）及びデューティ比と、触媒２３の劣化（ＮＧ）又は非劣化（ＯＫ）と、の関係を示している。ステップＳ１４に係る劣化診断処理では、このような関係を用いて触媒２３の劣化又は非劣化を診断する。

横軸の温度偏差（絶対値）のみを用いて触媒２３の劣化又は非劣化を診断する場合には、温度偏差が所定の閾値αよりも小さいときには触媒２３が劣化した（ＮＧ）と診断する。一方、所定の閾値αよりも大きいときには触媒２３が劣化していない（ＯＫ）と診断する。この所定の閾値αとは、触媒２３が非劣化である場合の温度偏差の極小値であって触媒２３の特性に応じて決定される値である。

縦軸のデューティ比（又はＯ2センサ１４の素子温度）のみを用いて触媒２３の劣化又は非劣化を診断する場合には、デューティ比（又はＯ2センサ１４の素子温度）が所定の閾値βよりも小さいときには触媒２３が劣化した（ＮＧ）と診断する。一方、所定の閾値βよりも大きいときには触媒２３が劣化していない（ＯＫ）と診断する。この所定の閾値βとは、触媒２３が非劣化である場合のデューティ比（又はＯ2センサ１４の素子温度）の極小値であってＯ2センサ１４の特性に応じて決定される値である。

横軸の温度偏差（絶対値）及び縦軸のデューティ比（又はＯ2センサ１４の素子温度）を用いて触媒２３の劣化又は非劣化を診断する場合には、温度偏差（Ｘ）とデューティ比（又はＯ2センサ１４の素子温度）（Ｙ）との和がＸ／α+Ｙ／β＜１である場合に触媒２３が劣化したと診断する。一方、Ｘ／α＋Ｙ／β≧１である場合に触媒２３が劣化していない（ＯＫ）と診断する。このように複数の指標を用いて診断することにより、診断に係る精度を向上させることができる。

以上のように図７を用いてステップＳ１４に係る劣化診断処理について説明してきたが、ステップＳ１４によりＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で算出した温度偏差（絶対値）とステップＳ１３で記憶したデューティ比とを用いて触媒２３の劣化を診断する。

（まとめ）
以上のように、本実施形態によればＥＣＵ１０は、触媒２３の劣化診断に際して、触媒２３の上流と下流との温度差を用いている。ここで、触媒２３は劣化すると自己発熱量が低下して温度低下するという特性を有するものであり、触媒２３の上流と下流との温度差はこのような触媒２３の特性を反映した指標である。このような温度差を用いるので、触媒２３の触媒の活性後でなくても精度良く触媒２３の劣化を診断することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、触媒２３の下流に設けられたＯ2センサ１４と、触媒２３の上流に設けられたＡ／Ｆセンサ１３と、を用いて触媒２３の上流と下流との温度差を算出しているので、温度検出チップ等を内蔵させることなく安価に精度良く触媒２３の劣化を診断することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのデューティ比を検出し、この検出したデューティ比を用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定しているので、Ｏ2センサ１４の温度特性を考慮して環境や固体ばらつきなどを排除してＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。また、Ｏ2センサ１４に温度検出チップ等を内蔵させないので、安価にＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。さらに、温度検出チップや素子インピーダンスモニタなどを用いることなく既存の回路構成でＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ１３のインピーダンスに基づいて空燃比センサの素子温度を推定しているので、温度推定のための回路を追加することなく既存の回路構成でＡ／Ｆセンサ１３の素子温度を推定することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ１３とＯ2センサ１４との素子温度差が所定の閾値以下のときに触媒２３が劣化したと診断する。そのため、素子温度差に応じて精度良く触媒２３の劣化を診断することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、さらに、Ｏ2センサ１４の素子温度に応じて触媒２３が劣化したか否かを診断する。そのため、素子温度差及びＯ2センサ１４の素子温度に応じて精度良く触媒２３の劣化を診断することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、さらに、記憶したデューティ比に応じて触媒２３が劣化したか否かを診断する。そのため、素子温度差及びデューティ比に応じて精度良く触媒２３の劣化を診断することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記説明においては、図２に示す制御ロジックによりＯ2センサ１４の素子温度を推定したが、この場合に限らない。例えば温度センサを用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定してもよい。

１０ ＥＣＵ（触媒劣化診断装置）
１１ クランク角センサ
１２ アクセル開度センサ
１３ Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）
１４ Ｏ2センサ（酸素センサ）
１４ａ 検出素子
１４ｂ ヒータ
２３ 触媒
ステップＳ１乃至Ｓ７ 第１の素子温度推定手段
ステップＳ１ 運転状態検出手段
ステップＳ２、Ｓ４ ガスセンサ出力値検出手段
ステップＳ３ ヒータ制御手段
ステップＳ５ デューティ比記憶手段
ステップＳ６、Ｓ７ 素子温度推定手段
ステップＳ１２ 温度差算出手段
ステップＳ１４ 劣化診断手段

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害成分を浄化する触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置であって、
   前記触媒の下流に設けられた酸素センサの素子温度を推定する第１の素子温度推定手段と、
   前記触媒の上流に設けられた空燃比センサの素子温度を推定する第２の素子温度推定手段と、
   前記酸素センサの素子温度と前記空燃比センサの素子温度とに基づいて前記触媒の上流と下流との温度差を算出する温度差算出手段と、
   前記温度差に応じて、前記触媒が劣化したか否かを診断する劣化診断手段と、
   を有することを特徴とする触媒劣化診断装置。
2. 前記酸素センサは、前記排気通路を通流する排気中の酸素ガスの濃度を検出する検出素子と、前記検出素子を加熱するヒータと、を備えており、
   前記第１の素子温度推定手段は、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段と、
   前記酸素センサがリッチ信号とリーン信号とを交互に出力する制御空燃比のパータベーション中に前記検出素子の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段と、
   記憶したデューティ比に応じて、前記酸素センサの素子温度を推定する素子温度推定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化診断装置。
3. 前記第２の素子温度推定手段は、
   前記空燃比センサのインピーダンスに基づいて空燃比センサの素子温度を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化診断装置。
4. 前記劣化診断手段は、前記温度差が所定値より小さいときには前記触媒が劣化したと診断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の触媒劣化診断装置。
5. 前記劣化診断手段は、前記温度差をＸ、前記第１の素子温度推定手段で推定した前記酸素センサの素子温度をＹ、係数をα、βとした場合に、Ｘ／α＋Ｙ／β＜１であるときには前記触媒が劣化したと診断することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の触媒劣化診断装置。
6. 前記劣化診断手段は、前記温度差をＸ、前記デューティ比をＹ、係数をα、βとした場合に、Ｘ／α＋Ｙ／β＜１であるときには前記触媒が劣化したと診断することを特徴とする請求項２に記載の触媒劣化診断装置。
7. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害成分を浄化する触媒の劣化を診断する触媒劣化診断方法であって、
   前記触媒の下流に設けられた酸素センサの素子温度を推定する第１の素子温度推定工程と、
   前記触媒の上流に設けられた空燃比センサの素子温度を推定する第２の素子温度推定工程と、
   前記酸素センサの素子温度と前記空燃比センサの素子温度とに基づいて前記触媒の上流と下流との温度差を算出する温度差算出工程と、
   前記温度差に応じて、前記触媒が劣化したか否かを診断する劣化診断工程と、
   を有することを特徴とする触媒劣化診断方法。

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