JP7071246B2 - 触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システム - Google Patents

Description

本発明は、触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システムに関し、特に、内燃機関からの排ガスが導入される触媒のための触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システムに関するものである。

ガソリンエンジンからは、有害物質であるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＴＨＣ（全炭化水素：Ｔｏｔａｌ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）およびＣＯ（一酸化炭素）を含有する排ガスが排出される。これら３つの含有物を一括除去する触媒、すなわち三元触媒（ＴＷＣ：Ｔｈｒｅｅ Ｗａｙ Ｃａｔａｌｙｓｔ）、が、多くのガソリンエンジン車に搭載されている。三元触媒はハニカム体を有する。ハニカム体は、主に、ＣｅＯ_２（セリア）のセラミックスからなる部分と、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）およびＲｈ（ロジウム）等の貴金属からなる部分とを有している。Ｐｔ、Ｐｄは、主に、ＨＣおよびＣＯを酸化によってＣＯ_２（二酸化炭素）およびＨ_２Ｏ（水）へと変化させるために用いられる。Ｒｈは、主に、ＮＯｘを還元するために用いられる。セリアは、Ｏ_２（酸素）を吸着させたり脱離させたりするために用いられる。

ガソリンエンジンのためのＴＷＣは、ＨＣおよびＣＯを酸化するために必要な酸素を、排ガス中の酸素含有量が高いときに蓄積しておくことが必要である。なぜならば、ガソリンエンジンはストイキオメトリ状態を中心に運転されるので、ガソリンエンジンからの排ガスは、ディーゼルエンジンからの排ガスとは異なり、通常、低い酸素含有量を有するからである。

近年、車両（典型的には自動車）において、法令の要請に従ってＯＢＤ（車載故障診断：Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）が行われることがある。ＯＢＤによれば、車両自体に付与されている機能によって故障診断がなされる。故障が検知された場合は、運転者に対して警告がなされ得る。

ＴＷＣのＯＢＤは、例えは、ＯＳＣ法（酸素貯蔵能力：Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ）によって行われ得る。ＯＳＣ法においては、ＴＷＣ中のセリアの比表面積が、ＴＷＣの上流側および下流側に設けられたＯ_２センサを用いて間接的に測定される。ＴＷＣの上流側、言い換えればエンジンとＴＷＣとの間、には、空燃比を測定するために、通常、限界電流式のＡ／Ｆ（空気／燃料：Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）センサが設けられており、これは一種のＯ_２センサである。ＴＷＣの下流側、言い換えればＴＷＣと排気口との間、には、通常、電圧式のＯ_２センサが設けられている。

ＯＳＣ法においては、ストイキオメトリ状態からリーン状態およびリッチ状態の各々への、通常よりも大きな変更がなされる。エンジンがリーン状態とされると、排ガス中の酸素濃度が高くなり、この濃度変化はＴＷＣの上流側のＯ_２センサによってすぐに検出され始める。この時点では、ＴＷＣの下流側のＯ_２センサは未だストイキオメトリ状態またはリッチ状態を検出している。これは、ＴＷＣ中のセリアが排ガス中の酸素を吸着するためである。セリアが吸着することができる酸素の量には限りがあるため、エンジンのリーン状態がしばらく継続すると、ＴＷＣの下流側のＯ_２センサもリーン状態を検出し始める。その後、エンジンがリッチ状態とされると、この変化はＴＷＣの上流側のＯ_２センサによってすぐに検出される。この時点ではＴＷＣの下流側のＯ_２センサは未だリーン状態を検出している。これは、ＴＷＣ中のセリアが酸素を放出するためである。セリアからの酸素の放出量には限りがあるため、エンジンのリッチ状態がしばらく継続すると、ＴＷＣの下流側のＯ_２センサもリッチ状態を検出し始める。その後、エンジンが再びリーン状態とされる。このようなエンジンの、リーン状態とリッチ状態との間での状態変化の繰り返しにおいて、上流側のＯ_２センサと下流側のＯ_２センサとの間で、リッチ／リーンの検出結果が相違している時間が検出される。この時間とガス流量とから、セリアの酸素吸蔵量の最大値が見積もられる。この見積もりに基づいて、セリアのＯＳＣが劣化しているか否かが判定される。セリアのＯＳＣが劣化していると判定された場合、ＯＢＤは、ＴＷＣが劣化しているとの診断結果を下す。

ＴＷＣにおいて、セリア部分の劣化と、貴金属部分の劣化とが、同様の程度で発生するとは限らない。セリアは助触媒であって、主たる触媒反応は貴金属部分によってなされるものであることから、ＴＷＣの劣化診断を高い精度で行うためには、貴金属部分の劣化をより正確に評価することが望まれる。上述したＯＳＣ法によれば、測定はセリア部分に対して行われており、貴金属部分に対しては行われていない。よって、ＴＷＣの性能の見積もりの誤差が大きくなる可能性がある。

またＯＳＣ法は、ＴＷＣの上流側および下流側のＯ_２センサの劣化に起因しての測定誤差による影響を受けやすい。特に、ＴＷＣの下流側のＯ_２センサが電圧式の場合、センサ電極に水素等が付着することによって、リッチ／リーンの判定にずれが生じることがある。このずれは、ガソリンまたはエンジンオイルの組成の影響を受けやすいので、補正による対処は難しい。リッチ／リーンの判定誤差はＯＳＣ法の診断誤差に直接つながる。また、ＴＷＣ中で発生した水素等の影響によって、下流側のＯ_２センサがリッチ寄りの判定をしてしまうことがある。また、エンジンが長期間停止されていると、Ｏ_２を吸着するためのサイトへＣＯ_２が多く吸着されてしまう。エンジン始動後、このＣＯ_２の脱離が不十分な状態で診断が開始されると、診断誤差が大きくなる。またエンジンの吸気量が大きくなっているときは、吸気中の酸素のうちセリアによって吸着されない割合が大きくなることから、ＯＳＣの見積もり誤差が大きくなる可能性がある。これは特にＥＧＲ（排気再循環：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が用いられるときに問題となりやすい。Ｏ_２の吸着割合の減少は、排ガスの温度の影響も受け、これがＯＳＣの見積もり誤差につながり得る。

またＯＳＣ法では、診断に適した条件（例えば、吸気量、排ガスの温度、およびエンジン回転数等）が満たされる機会が限られている。具体的には、ある程度エンジン回転数が高い状態であって、かつ速度がほぼ一定状態（例えば６０ｋｍ／ｈ～９０ｋｍ／ｈ）である状態が、ある程度の時間にわたって継続しないと、十分な精度での診断を行うことができない。一方で、例えば、１０回の走行がなされる際に３回以上の走行において適切に診断が行われるようなＩＵＰＲ（Ｉｎ Ｕｓｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｒａｔｉｏｓ：使用時モニタ実行率）が推奨されることがある。上記ＯＳＣ法は、要求されているＩＵＰＲを満たさないことがあり得る。

上記の諸課題を解決するための方法として、より直接的に浄化性能を評価する方法が考えられる。具体的には、ＴＷＣの下流側のＮＯｘ量を測定することによって、ＮＯｘの浄化の程度を見積もることが考えられる。

特開２０１０－１７８１号公報（特許文献１）によれば、ＴＷＣに供給される排ガス中のＮＯｘ濃度を変化させるために、バルブオーバーラップが変化させられる。そして、ＴＷＣの下流側のセンサからの出力が所定値に達した時点におけるオーバーラップ量に基づいて、触媒の劣化が判定される。よってこの方法においては、運転者の運転操作とは別に、ＯＢＤのためのエンジン制御が実行される。言い換えれば、アクティブＯＢＤが実行される。アクティブＯＢＤは、ドライバビリティの観点では好ましくはない。また、このアクティブＯＢＤが適用可能な運転状態（吸気量、排ガスの温度、およびエンジン回転数等）はかなり限定されるので、診断を実行する機会もかなり限定される。よって、他のＯＢＤ方法が望まれる。

特開２０１２－２１９７４０号公報（特許文献２）によれば、触媒の浄化性能評価方法が開示されている。具体的には、触媒が置かれている雰囲気の空燃比がリーンでありかつ触媒が触媒活性を示す所定の温度域にあるときに、触媒に空燃比リッチの排ガスが供給されるようにエンジンが運転される。この状態で、触媒の下流側でのＮＯｘ濃度低下量の時間変化率であるＮＯｘ浄化速度が求められる。また、ＮＯｘ濃度低下量の所定期間における積算値であるＮＯｘ浄化量が求められる。ＮＯｘ浄化速度およびＮＯｘ浄化量に基いて、触媒の劣化が評価される。この方法において、ＮＯｘ濃度はＮＯｘセンサによって検出される。

特開２００４－１３８４８６号公報（特許文献３）によれば、ＮＯｘ濃度に加えて空燃比も検出することができるＮＯｘセンサが開示されている。このＮＯｘセンサは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質としての酸化ジルコニアからなる積層構造を有している。この積層構造中には、第１室と、第１室の下流側に配置された第２室とが設けられている。第１室に面する面上には、ＮＯｘに対して低い還元性を有するポンプ電極が、Ｏ_２を除去しつつ空燃比を検出するために形成されている。空燃比は、この電極による酸素ポンプ量から算出される。第２室に面する面上には、ＮＯｘに対して高い還元性を有するポンプ電極が、ＮＯｘを検出するために形成されている。

特開２０１０－１７８１号公報 特開２０１２－２１９７４０号公報 特開２００４－１３８４８６号公報

上記特開２０１２－２１９７４０号公報に記載の触媒性能評価方法によれば、触媒のＮＯｘ浄化性能が評価される。しかしながら、触媒の劣化にともなって発生する現象は、ＮＯｘ浄化性能の低下だけではない。具体的には、触媒の劣化にともなって、触媒中（特に三元触媒（ＴＷＣ）中）でＮＨ_３（アンモニア）が発生しやすくなる現象が発生する。高濃度のＮＨ_３は毒性を有することから、ＮＨ_３発生の観点での触媒劣化診断が望まれる場合があり得る。また、ＮＨ_３の発生自体が問題ではない場合においても、触媒に求められる総合的な性能をＮＨ_３発生量に基づいて適切に評価することができるのであれば、ＮＨ_３発生の観点での触媒劣化診断は、有用な方法である。

上記のような方法を実施するためには、ＮＨ_３を検出するためのガスセンサが必要である。主にＮＨ_３に対してのみ感度を有するガスセンサであれば、ＮＨ_３以外の成分からの干渉を考慮する必要はない。しかしながら、排ガスの組成、特にその酸素割合、によっては、成分間の干渉の小さいガスセンサを用意することが難しいことがある。例えば、上記特開２００４－１３８４８６号公報に記載されたような、自動車用に広く用いられているガスセンサは、ＮＨ_３とＮＯｘとの両方に対して感度を有している。典型的には、センサの第１室において排ガスのＮＨ_３がＮＯｘへと変化することによって、ＮＨ_３とＮＯｘとの判別ができなくなる。この、成分間の干渉性は、触媒劣化診断の精度低下につながる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＮＨ_３発生の観点で、高精度で行うことができる触媒劣化診断方法と、そのための触媒劣化診断システムとを提供することである。

本発明の触媒劣化診断方法は、内燃機関に接続された有段変速機または無段変速機と、内燃機関からの排ガスが導入される触媒と、触媒を通過した排ガスの成分に対応する検出値を出力するものであってアンモニアに対する感度を有するガスセンサと、を含むシステムのためのものである。触媒劣化診断方法は、以下の工程を有している。有段変速機によるシフトアップまたは無段変速機による疑似シフトアップが行われるときにガスセンサの検出値の一時的増大をモニタし始めることによって、ガスセンサの検出値の一時的増大量が取得される。一時的増大量がしきい量よりも大きいか否かが判定される。

本発明の触媒劣化診断システムは、有段変速機または無段変速機が接続された内燃機関からの排ガスが導入される触媒の劣化の程度を診断するためのものである。触媒劣化診断システムは、ガスセンサと、制御装置とを有している。ガスセンサは、触媒を通過した排ガスの成分に対応する検出値を出力するものであって、アンモニアに対する感度を有している。制御装置は内燃機関を運転する。制御装置は、変速制御部と、モニタ部と、判定部とを有している。変速制御部は有段変速機または無段変速機の動作を制御する。モニタ部は、変速制御部が有段変速機によるシフトアップまたは無段変速機による疑似シフトアップを指示したときにガスセンサの検出値の一時的増大をモニタし始めることによって、ガスセンサの検出値の一時的増大量を取得する。判定部は、モニタ部によって取得された一時的増大量がしきい量よりも大きいか否かを判定する。

本発明によれば、触媒劣化診断を、ＮＨ_３発生の観点で、高精度で行うことができる。この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施の形態における車両の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態における触媒劣化診断方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態における触媒劣化診断方法における、ガスセンサの検出値の一時的増大量を取得する工程を概略的に示すフロー図である。 車両を用いた実験における、スピード、回転数、実際のＮＯｘ排出量、空燃比、および実際のＮＨ_３排出量の測定結果を、第１の期間について示すグラフ図である。 車両を用いた実験における、スピード、回転数、実際のＮＯｘ排出量、空燃比、および実際のＮＨ_３排出量の測定結果を、第２の期間について示すグラフ図である。 車両を用いた実験における、スピード、回転数、実際のＮＯｘ排出量、空燃比、および実際のＮＨ_３排出量の測定結果を、第３の期間について示すグラフ図である。 車両を用いた実験における、ガスセンサの出力と、触媒のエージング時間との相関を示すグラフ図である。 車両を用いた実験における、単位走行距離当たりのＮＨ_３排出量と、触媒のエージング時間との相関を示すグラフ図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

（構成）
図１は、本実施の形態における車両（システム）の構成を概略的に示す図である。本実施の形態においては、車両は運転者ＤＲによって運転される自動車である。自動車は、燃料噴射装置５０１を有するガソリンエンジン５００（内燃機関）と、ガソリンエンジン５００に接続された有段変速機４００と、ＴＷＣ６０１（触媒）と、後述する触媒劣化診断システムとを有している。

車両はさらに、運転者ＤＲによって操作されるアクセルペダル３００（運転操作装置）と、追加触媒６０２と、空燃比センサ７０１と、加速度検出器８００とを有していてよい。アクセルペダル３００は、車両を運転するために運転者ＤＲが操作するものである。追加触媒６０２は、ＴＷＣ６０１の下流側に配置されている。追加触媒６０２は、例えば、ＴＷＣ、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルター：Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｐｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）、またはＳＣＲ（選択還元触媒：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）である。空燃比センサ７０１は、ガソリンエンジン５００とＴＷＣ６０１との間に配置されており、主にガソリンエンジン５００の制御のために用いられる。加速度検出器８００は、車両の加速度を検出するための装置であり、言い換えれば、最終的に加速度を算出することができる物理量を測定する任意の装置である。この算出処理は、加速度検出器８００の外部で行なわれてもよく、触媒劣化診断システム内で行なわれてよい。好ましくは、加速度検出器８００は、それ自体で加速度に対応する値を検出することができる素子、すなわち加速度センサ、である。

触媒劣化診断システムは、ガソリンエンジン５００からの排ガスが導入されるＴＷＣ６０１の劣化の程度を診断するためのものである。触媒劣化診断システムは、ＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００（制御装置）と、ガスセンサ７０２とを有している。触媒劣化診断システムはさらに、表示部２００を有していてよい。表示部２００は、例えば、ランプまたはディスプレイ装置である。

ガスセンサ７０２は、ＴＷＣ６０１を通過した排ガスの成分に対応する検出値を出力するものである。ガスセンサ７０２は、ＮＨ_３に対する感度を有している。また本実施の形態においては、ガスセンサ７０２は、ＮＯｘに対する感度も有している。すなわち、ガスセンサ７０２は、ＮＨ_３およびＮＯｘの両方に対して感度を有する検出値を出力するものである。よって、一方の成分の検出が意図された場合に、他方の成分が干渉し得る。この干渉性は、センサ内での酸化反応によってＮＨ_３がＮＯｘ（典型的にはＮＯ）となることによって両者を互いに区別することができなくなることに起因し得る。この酸化反応は、ガスセンサ７０２中の、貴金属（例えばＰｔ）を含有する電極において特に生じ得る。またガスセンサ７０２は、上記検出値とは別に、空燃比を表す検出値を出力するものであってよい。

典型的な例として、ガスセンサ７０２は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質としての酸化ジルコニアからなる積層構造を有している。この積層構造中には、第１室と、第１室の下流側に配置された第２室とが設けられている。第１室に面する面上には、ＮＯｘに対して低い還元性を有する第１ポンプ電極（例えば、Ｐｔを含有する電極）が、Ｏ_２を除去しつつ空燃比を検出するために設けられている。空燃比は第１ポンプ電極による酸素ポンプ量から算出される。第２室に面する面上には、ＮＯｘに対して高い還元性を有する第２ポンプ電極（例えば、Ｒｈを含有する電極）が設けられている。第２ポンプ電極による酸素ポンプ量からＮＯｘ濃度が検出される。第２ポンプ電極は、第１ポンプ電極に比して、ＮＯｘに対しての高い還元性を有している。なお第２室に面する面上には、第２室中のＯ_２濃度を低下させるための補助ポンプ電極（例えば、Ｐｔを含有する電極）が付加されていてよい。

上述した例におけるガスセンサ７０２は、限界電流式のセンサであり、例えば、ＮＨ_３干渉性を有するＮＯｘセンサとして、広く入手可能である。限界電流式のＮＯｘセンサは、被毒物質の吸着による影響を受けにくく、特に、高温動作することによって硫黄被毒の影響が抑えられる。これに対して、例えば起電力式のＯ_２センサは、被毒物質の吸着に起因しての誤差を生じやすい。

ＥＣＵ１００はガソリンエンジン５００を運転する。ＥＣＵ１００は、モニタ部１３０と、変速制御部１４０と、増大量判定部１５０（判定部）と、しきい量設定部１６０と、結果蓄積部１７０と、診断部１８０とを有している。またＥＣＵ１００は、空燃比識別部１１０と、燃料噴射制御部１２０と、車両状態検出部１９０とを含んでいてよい。

ＥＣＵ１００は、少なくとも１つのＩＣ（集積回路）を含む電気回路によって構成される。電気回路は少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）を含む。ＥＣＵ１００が有する各機能は、プロセッサがソフトウェアを実行することによって実現され得る。ソフトウェアは、プログラムとして記述され、メモリ（図示せず）に格納される。プログラムを格納するためのメモリは、ＥＣＵ１００に含まれていてよく、例えば、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。

有段変速機４００は、変速比を不連続的に変化させる動力伝達機構である。変速制御部１４０は有段変速機４００の動作を制御する。燃料噴射制御部１２０は燃料噴射装置５０１の動作を制御する。

空燃比識別部１１０は、ガスセンサ７０２によって得られる空燃比を識別する。ここで識別された空燃比は、空燃比センサ７０１によって検出された空燃比と共に、車両の制御等のために利用されてよい。

モニタ部１３０は、有段変速機４００によるシフトアップを変速制御部１４０が指示したときに、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始める。これによってモニタ部１３０は、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大量を取得する。一時的増大量は、例えば、モニタ開始後に得られる検出値の極大値（ピーク値）である。

本実施の形態においては、有段変速機４００のシフトアップが車両の加速中に行われたときにのみ、モニタ部１３０はガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始める。加速中であるか否かは、加速度検出器８００の検出結果に基づいて判定されてよい。なお変形例として、モニタ部１３０は、有段変速機４００のシフトアップが行われたときに、車両が加速しているか否かを問わずにガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始めてもよい。

モニタ部１３０は、車両の状態が、予め定められた規定範囲に含まれるときにのみ動作するように構成されてよい。車両の状態は、車両状態検出部１９０から取得される。

増大量判定部１５０は、モニタ部１３０によって取得された一時的増大量が、しきい量設定部１６０によって設定されたしきい量よりも大きいか否かを判定する。判定結果は、結果蓄積部１７０に蓄積される。

しきい量設定部１６０は、増大量判定部１５０によって上記のように用いられるしきい量を設定する。しきい量設定部１６０は、予め定められた複数の量のうち一の量を選択することによってしきい量を設定してよい。この選択は、モニタ部１３０が上述した一時的増大量を取得するときの車両の状態に基づいて行なわれてよい。車両の状態は、車両状態検出部１９０から取得される。例えば、燃料噴射量が多いほど、高いしきい量が設定されてよい。なお、しきい量は一の値に固定されていてもよく、その場合は上記のような選択は不要であり、しきい量設定部１６０は、単に一の値を保持するメモリ（記憶部）であってよい。

結果蓄積部１７０は、増大量判定部１５０による判定結果を蓄積するメモリ（記憶部）である。診断部１８０は、結果蓄積部１７０に蓄積されている判定結果に基づいて、ＴＷＣ６０１が限度を超えて劣化しているか否かを診断する。その際、診断部１８０は必要に応じて、蓄積されている判定結果に対して統計的処理を行ってよい。例えば、予め定められた回数の判定結果のうち、一時的増大量がしきい量よりも大きいという判定結果が、予め定められた割合以上である場合に、診断部１８０は、ＴＷＣ６０１が限度を超えて劣化していると診断する。

車両状態検出部１９０は、車両の状態を検出する部分である。車両の状態は、吸気量、燃料噴射量、エンジン回転数、ＥＧＲ率、過給圧（ターボエンジンの場合）のように、ガソリンエンジン５００の状態を含み得る。また車両の状態は、有段変速機４００のギア選択状態を含み得る。上記状態は、センサ等によって検出されてよい。あるいは、上記状態は、ＥＣＵ１００内部で生成される指令内容を参照することによって検出されてよく、例えば、燃料噴射量は燃料噴射制御部１２０の出力が参照されてよく、ギア選択状態は変速制御部１４０の出力が参照されてよい。また車両状態検出部１９０によって検出される、車両の状態は、上記以外の状態を含んでもよく、例えば、速度、加速度、ＴＷＣ６０１の温度などを含んでもよい。車両速度は速度検出器（図示せず）によって検出されてよい。温度は温度計（図示せず）によって検出されてよい。

（診断方法）
図２は、本実施の形態における、上記触媒劣化診断システムを用いた触媒劣化診断方法を概略的に示すフロー図である。

ステップＳ１００にて、モニタ部１３０はガスセンサ７０２の検出値の一時的増大量を取得する。なおステップＳ１００の詳細については、図３を参照して後述する。

ステップＳ２００にて、しきい量設定部１６０は、しきい量を設定する。しきい量設定部１６０は、予め定められた複数の量のうち一の量を選択することによってしきい量を設定してよい。この選択は、モニタ部１３０が上記の一時的増大量を取得するときの車両の状態に基づいて行なわれてよい。例えば、燃料噴射量が多いほど、高いしきい量が設定されてよい。なお、しきい量は一の値に固定されていてもよく、その場合、上記のような選択は不要である。

ステップＳ３００にて、増大量判定部１５０は、一時的増大量がしきい量よりも大きいか否かを判定する。ステップ４００にて、結果蓄積部１７０が判定結果を蓄積する。

ステップＳ５００にて、診断部１８０が、結果蓄積部１７０に蓄積されている判定結果に基づいて、ＴＷＣ６０１が限度を超えて劣化しているか否かを診断する。その際、診断部１８０は必要に応じて、蓄積されている判定結果に対して統計的処理を行ってよい。また、蓄積されている判定結果の回数が過小である場合、処理がステップＳ５００からステップ１００に戻されることによって、判定結果がさらに取得されてよい。診断結果は、表示部２００によって表示されることによって運転者ＤＲへと通知されることが好ましい。

上記ステップＳ１００において、有段変速機４００によるシフトアップが行われるときに、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大がモニタし始められる。これによってガスセンサ７０２の検出値の一時的増大量が取得される。図３は、ステップＳ１００（図２）を実行するための工程を概略的に示すフロー図である。

ステップＳ１１０にて、モニタ部１３０は、有段変速機４００によるシフトアップが行われているか否かを判定する。言い換えれば、モニタ部１３０は、変速制御部１４０がシフトアップを指示しているか否かを判定する。シフトアップが行われていない場合、処理がステップ１１０に戻る。シフトアップが行われている場合、処理がステップＳ１３０へと進む。

ステップＳ１３０にて、モニタ部１３０は、有段変速機４００のシフトアップが車両の加速中に行われていたか否かを判定する。シフトアップが車両の加速中に行われていなかった場合は、処理がステップＳ１１０へと戻る。シフトアップが車両の加速中に行われていた場合は、処理がステップＳ１４０へと進む。

ステップＳ１４０にて、モニタ部１３０は、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始める。具体的には、モニタ部１３０は、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大の出現を待機する状態となる。上記ステップＳ１３０およびステップＳ１４０によって、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大は、有段変速機４００のシフトアップが車両の加速中に行われたときにのみ、モニタし始められる。なお変形例として、ステップＳ１３０が省略されてもよい。その場合は、有段変速機４００のシフトアップが行われたときに、車両が加速しているか否かを問わずにガスセンサ７０２の検出値の一時的増大がモニタし始められる。

ステップＳ１５０にて、モニタ部１３０は、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大量を取得する。一時的増大量は、例えば、ステップ１４０によって検出値の一時的増大の出現を待機し始めてから最初に得られる検出値の極大値（ピーク値）である。

なお、上記ステップＳ１４０は、車両の状態が、予め定められた規定範囲に含まれるときにのみ実行されてよい。車両の状態が規定範囲に含まれないときには、処理がステップＳ１１０へと戻ってよい。

（実験および考察）
図４～図６のそれぞれは、ＴＷＣ６０１（図１）を有する車両の走行実験（台上試験）において測定された、スピード、エンジン回転数、ＮＯｘ排出量、空燃比、およびＮＨ_３排出量の、第１～第３の期間における時間変化を示すグラフ図である。なお、各測定データのサンプリング周期は１秒（横目盛の半分）であり、グラフ中では、得られたデータ点の間が直線で結ばれている。

図示されているＮＯｘ排出量およびＮＨ_３排出量は、ガスセンサ７０２（図１）によって得られたものではなく、ガスセンサ７０２の下流側に実験目的のために設置されたガス分析計によって得られたものである。ガス分析計は、ガスセンサ７０２とは異なり、ＮＨ_３とＮＯｘとの間での干渉性を有していない。よってガス分析計は、実際のＮＯｘ排出量および実際のＮＨ_３排出量を常に検出することができる。なお、このように干渉性を有しないガス分析計は、実験用の測定装置であって、一般的な自動車に搭載することは通常困難である。

０ｈ（時間：ｈｏｕｒ）、２ｈ、４ｈ、および１０ｈの水熱エージング処理がなされた４つのＴＷＣ６０１が準備され、その各々について走行実験がなされた。水熱エージング処理は、電気炉を用いて、不活性ガス中に２％のＯ_２と１０％のＨ_２Ｏとが混合された雰囲気中で、温度１０００℃で行なわれた。ＴＷＣ６０１（図１）を有する車両としては、フォルクスワーゲン社により２０１４年に製造された、１．４リットルガソリンエンジンおよび６速自動変速機が搭載された自動車である「Ｇｏｌｆ ７」が用いられた。ＴＷＣ６０１も「Ｇｏｌｆ ７」の純正品が用いられた。走行実験のための走行モードとしては、ＥＰＡ（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ:アメリカ合衆国環境保護庁）のＦＴＰ－７５（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ－７５）が用いられた。

図４～図６の各々の中段のグラフにおいて、ガスセンサ７０２によって検出された空燃比の値が、１４．６（ストイキオメトリ）と約５０との間の範囲で示されている。図４および図６の中段を参照して、矢印ＡＦ１、矢印ＡＦ５および矢印ＡＦ１１は、空燃比が５０以上へ増大したタイミングを示している。また矢印ＡＦ２、矢印ＡＦ６および矢印ＡＦ１２は、空燃比が５０未満に減少したタイミングを示している。また矢印ＡＦ３、矢印ＡＦ７および矢印ＡＦ９は、空燃比が１４．６（ストイキオメトリ）以下へ減少したタイミングを示している。また矢印ＡＦ４、矢印ＡＦ８および矢印ＡＦ１０は、空燃比が１４．６（ストイキオメトリ）を超えたタイミングを示している。

図４～図６の下段を参照して、タイミングＮＥ１～ＮＥ５の各々は、車両の加速中における有段変速機４００（図１）によるシフトアップの直後のタイミングに対応している。タイミングＮＥ１～ＮＥ５において、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大が検出された。

さらに図４～図６の中段も参照して、タイミングＮＥ１～ＮＥ５の各々においてはＮＯｘ排出量がほぼゼロであった。よって、タイミングＮＥ１～ＮＥ５においては、ＮＨ_３とＮＯｘとの間での干渉性を有するガスセンサ７０２（図１）であっても、ＮＨ_３濃度をガス分析計と同様に正確に検出することができる。以下の表に、タイミングＮＥ１～ＮＥ５での、ガス分析計によって検出されたＮＨ_３排出量（ｐｐｍ）と、ガスセンサ７０２（図１）からの出力信号（Ｖ）とを示す。

なお上記の表において、ＮＨ_３排出量「＞５００」は、ガス分析計による検出結果が検出上限５００ｐｐｍを超えたことを示している。

図７は、上記の表に示された出力信号の値と、ＴＷＣ６０１のエージング時間との関係を示すグラフ図である。これらの結果からわかるように、タイミングＮＥ１～ＮＥ５の各々において、ＮＨ_３排出量のピーク値に対応するセンサ出力値は、エージング時間にほぼ比例した。

以上の結果から、タイミングＮＥ１～ＮＥ５のいずれかでガスセンサ７０２による検出を行うことによって、エージング時間にほぼ比例した測定値を得られることがわかった。タイミングＮＥ１～ＮＥ５は、車両の加速中における有段変速機４００（図１）によるシフトアップの直後のタイミングである。よって、タイミングＮＥ１～ＮＥ５でのガスセンサ７０２の検出値を得るためには、車両の加速中におけるシフトアップが行われた時点で、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始めればよい。モニタ開始後に検出値が極大値を取るタイミングが、タイミングＮＥ１～ＮＥ５に対応する。

図８は、上記実験における、ＴＷＣ６０１のエージング時間と、（ガスセンサ７０２によってではなく）ガス分析計によって測定された、単位走行距離（１．６ｋｍ（１マイル））当たりのＮＨ_３排出量との相関を示すグラフ図である。この結果からわかるように、ＮＨ_３排出量と、ＴＷＣのエージング時間との間には、非常に高い相関関係がある。よって、前述した本実施の形態による、ＮＨ_３発生の観点での触媒劣化診断は、ＮＨ_３の発生自体が問題であるか否かにかかわらず、ＴＷＣの劣化状態の診断方法として有用な方法である。

（効果）
本実施の形態によれば、有段変速機４００によるシフトアップが行われるときに、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大がモニタし始められる。そしてこれよって検出値の一時的増大量が取得される。この一時的増大量は、ＮＨ_３発生の観点でのＴＷＣ６０１の劣化と、高い相関を有している。また、一時的増大量を取得するタイミングを上記のように設定することによって、一時的増大量を取得するタイミングが、ＴＷＣ６０１からＮＯｘが多量に発生するタイミングからずらされる。これにより、ＮＨ_３濃度の測定へのＮＯｘの干渉が小さくなるので、ＮＨ_３濃度をより精確に測定することができる。よって、ＴＷＣ６０１通過後の排ガス中のＮＨ_３濃度に基づいての触媒劣化診断を高精度で行うことができる。すなわち、触媒劣化診断を、ＮＨ_３発生の観点で、高精度で行うことができる。

前述したＯＳＣ法と比較すると、本実施の形態における診断はＮＨ_３濃度に基づいているので、ＮＨ_３の発生量をより直接的に反映した診断結果を得ることができる。また本実施の形態における診断は、ＯＳＣ法に比して、短い時間（典型的には１秒以下）で実行することができる。

ガソリンエンジン５００からの排ガス中の酸素濃度は、ディーゼルエンジンと比べて極めて低い。その場合、ＮＨ_３の検出のために広く用いられている混成電位式センサは適していない。本実施の形態によれば、低酸素濃度を有する雰囲気に適したセンサを用いつつ、ＮＨ_３以外の成分からの干渉を抑えることができる。具体的には、限界電流式センサを用いつつ、ＮＨ_３以外の成分からの干渉を抑えることができる。限界電流式センサは、典型的には、多室型センサである。例えば、広く用いられている多室型ＮＯｘセンサが有するＮＨ_３干渉性を利用することで、ＮＨ_３を検出することができる。ＮＯｘセンサを用いることによって、ＮＨ_３を検出するだけでなく、主要な規制物質のひとつであるＮＯｘを検出することができる。なお、ガソリンエンジン５００に代わって天然ガスエンジンが用いられる場合も、同様の効果を得ることができる。

車両のシフトアップは、通常、加速中に行われるが、何らかの理由によって非加速中に行なわれる可能性もある。非加速中のシフトアップ時には、加速中のシフトアップ時のようにはＮＨ_３が生成されない可能性が高い。よって、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大が、加速中のシフトアップ時にのみモニタし始められることが好ましい。

車両の加速に伴う有段変速機４００のシフトアップは、車両の通常の走行において頻繁に行われる。よって、このシフトアップ時にガスセンサ７０２の検出値の一時的増大がモニタし始められることによって、触媒劣化診断を高頻度で行うことができる。またこの触媒劣化診断は、ＯＢＤを目的としての意図的なエンジン制御を行なわないＯＢＤであるパッシブＯＢＤとして実施されるのに適している。また、加速中のシフトアップ時には、車両の状態が所定の状態に近い状態を得やすい。特に、オートマチック車においては、加速中のシフトアップは、ＥＣＵ１００のプロセッサが特定のプログラムを実行することによって行われ得る。よって、ＯＢＤ時の車両の状態のばらつきが比較的小さい。よって、車両の状態の相違に起因しての、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大量とガスセンサ７０２の劣化の程度との相関係数のばらつきを抑制することができる。よって、触媒劣化診断の精度をより高めることができる。

増大量判定部１５０において一時的増大量と比較されるしきい量は、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大量が取得されるときの車両の状態に基づいて設定されてもよい。これにより、車両の状態の相違に起因しての、検出値の一時的増大量とガスセンサ７０２の劣化の程度との相関係数の相違を補正することができる。よって、触媒劣化診断の精度をより高めることができる。

車両の状態が、予め定められた規定範囲に含まれるときにのみ、ガスセンサ７０２によって検出値の一時的増大がモニタし始められてもよい。この場合、車両の状態の相違に起因しての、検出値の一時的増大量とガスセンサ７０２の劣化の程度との相関係数のばらつきを抑制することができる。よって、触媒劣化診断の精度をより高めることができる。

（変速機の変形例）
有段変速機４００（図１）に代わって無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が用いられてもよい。ＣＶＴは、有段変速機４００とは異なり、変速比を連続的に変化させることができる動力伝達機構である。ＣＶＴを有する車両において、有段変速機４００による変速と同様の離散的なギア比変化が、ＥＣＵによるＣＶＴの制御によって疑似的に実現されることがある。この方法によって疑似的に実現されるシフトアップのことを、本明細書において、疑似シフトアップと称する。特に、パドルシフトを有する車両においては、運転者ＤＲ（図１）によるパドルシフトの操作に対応して疑似シフトアップが実行され得る。

本変形例においては、無段変速機による疑似シフトアップを変速制御部１４０が指示したときに、モニタ部１３０はガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始める。具体的には、無段変速機の疑似シフトアップが車両の加速中に行われたときにのみ、モニタ部１３０は、ガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始める。なお、モニタ部１３０は、無段変速機の疑似シフトアップが行われたときに、車両が加速しているか否かを問わずにガスセンサ７０２の検出値の一時的増大をモニタし始めてもよい。

（他の変形例）
上記実施の形態においてはＴＷＣ６０１（図１）の触媒劣化診断が行われるが、それに加えてまたはそれに代わって、追加触媒６０２の触媒劣化診断が、上記実施の形態と同様の方法によって行われてよい。

上記実施の形態においては車両が運転者ＤＲによって運転される場合について説明したが、車両は自動的に運転されてもよい。その場合、表示部２００は、（運転者ＤＲではなく）乗客へ表示を行うものとして設けられていてよく、あるいは表示部２００は省略されていてよい。また車両が自動的に運転される場合、アクセルペダル３００は省略されていてよい。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１００ ＥＣＵ（制御装置）
１１０ 空燃比識別部
１２０ 燃料噴射制御部
１３０ モニタ部
１４０ 変速制御部
１５０ 増大量判定部（判定部）
１６０ しきい量設定部
１７０ 蓄積部
１８０ 診断部
１９０ 車両状態検出部
２００ 表示部
３００ アクセルペダル
４００ 有段変速機
５００ ガソリンエンジン（内燃機関）
５０１ 燃料噴射装置
６０１ ＴＷＣ（触媒）
６０２ 追加触媒
７０１ 空燃比センサ
７０２ ガスセンサ
８００ 加速度検出器

Claims (14)

1. 内燃機関に接続された有段変速機または無段変速機と、前記内燃機関からの排ガスが導入される触媒と、前記触媒を通過した排ガスの成分に対応する検出値を出力するものであってアンモニアに対する感度を有するガスセンサと、を含むシステムのための触媒劣化診断方法であって、
   前記有段変速機によるシフトアップまたは前記無段変速機による疑似シフトアップが行われるときに前記ガスセンサの検出値の一時的増大をモニタし始めることによって、前記ガスセンサの検出値の一時的増大量を取得する工程と、
   前記一時的増大量がしきい量よりも大きいか否かを判定する工程と、
   を備える、触媒劣化診断方法。
2. 前記内燃機関はガソリンエンジンまたは天然ガスエンジンである、請求項１に記載の触媒劣化診断方法。
3. 前記ガスセンサは、窒素酸化物に対する感度を有する、請求項１または２に記載の触媒劣化診断方法。
4. 前記触媒は三元触媒である、請求項１から３のいずれか１項に記載の触媒劣化診断方法。
5. 前記システムは車両であり、
   前記ガスセンサの検出値の一時的増大量を取得する工程において、前記有段変速機のシフトアップまたは前記無段変速機の疑似シフトアップが前記車両の加速中に行われたときにのみ、前記ガスセンサの検出値の一時的増大がモニタし始められる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の触媒劣化診断方法。
6. 前記システムは車両であり、
   前記一時的増大量を取得する工程が行われるときの前記車両の状態に基づいて前記しきい量を設定する工程をさらに備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の触媒劣化診断方法。
7. 前記システムは車両であり、
   前記ガスセンサの検出値の一時的増大量を取得する工程において、前記車両の状態が、予め定められた規定範囲に含まれるときにのみ、前記ガスセンサの検出値の一時的増大がモニタし始められる、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の触媒劣化診断方法。
8. 有段変速機または無段変速機が接続された内燃機関からの排ガスが導入される触媒の劣化の程度を診断する触媒劣化診断システムであって、
   前記触媒を通過した排ガスの成分に対応する検出値を出力するものであってアンモニアに対する感度を有するガスセンサと、
   前記内燃機関を運転する制御装置とを備え、前記制御装置は、
   前記有段変速機または無段変速機の動作を制御する変速制御部と、
   前記変速制御部が前記有段変速機によるシフトアップまたは前記無段変速機による疑似シフトアップを指示したときに前記ガスセンサの検出値の一時的増大をモニタし始めることによって、前記ガスセンサの検出値の一時的増大量を取得するモニタ部と、
   前記モニタ部によって取得された前記一時的増大量がしきい量よりも大きいか否かを判定する判定部と、
   を含む、
   触媒劣化診断システム。
9. 前記内燃機関はガソリンエンジンまたは天然ガスエンジンである、請求項８に記載の触媒劣化診断システム。
10. 前記ガスセンサは、窒素酸化物に対する感度を有する、請求項８または９に記載の触媒劣化診断システム。
11. 前記触媒は三元触媒である、請求項８から１０のいずれか１項に記載の触媒劣化診断システム。
12. 前記触媒劣化診断システムは車両のためのものであり、
    前記モニタ部は、前記有段変速機のシフトアップまたは前記無段変速機の疑似シフトアップが前記車両の加速中に行われたときにのみ、前記ガスセンサの検出値の一時的増大をモニタし始める、
    請求項８から１１のいずれか１項に記載の触媒劣化診断システム。
13. 前記触媒劣化診断システムは車両のためのものであり、
    前記制御装置は、しきい量設定部を含み、前記しきい量設定部は、前記モニタ部が前記一時的増大量を取得するときの前記車両の状態に基づいて前記しきい量を設定する、
    請求項８から１２のいずれか１項に記載の触媒劣化診断システム。
14. 前記触媒劣化診断システムは車両のためのものであり、
    前記モニタ部は、前記車両の状態が、予め定められた規定範囲に含まれるときにのみ動作する、
    請求項８から１３のいずれか１項に記載の触媒劣化診断システム。

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