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JP2020060120A - 触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法 - Google Patents

触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法 Download PDF

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修 中曽根
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広祐 門奈
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Abstract

【課題】ＯＳＣ（酸素吸蔵能）を利用した故障検知の問題点を解消し、短時間で触媒の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適な触媒の劣化診断装置及び方法を提供する。【解決手段】触媒１６の温度を取得する手段５２と、触媒１６と排気口１４との間に設置されたガスセンサ１８からのセンサ出力Ｓｏを取得する手段４２と、センサ出力Ｓｏが予め設定された評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒の温度Ｔｏが、評価用触媒温度Ｔｒ１以上の場合に、触媒１６を故障と判定する手段４８Ａとを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法に関する。
特許文献１記載の触媒の劣化判定装置は、三元触媒の劣化判定のための空燃比強制設定制御の際に、触媒下流側のＺ出力特性を有するＯ２センサの異常判定も行えるようにして、エミッションやドライバビリティの悪化を全体的に抑制することを目的としている（段落［００１０］、要約）。
当該目的を達成するため、特許文献１記載の触媒の劣化判定装置は、排気通路に備えられた三元触媒の劣化を判定するために、触媒上流側の制御目標空燃比を設定リーン空燃比又は設定リッチ空燃比に設定する。触媒下流側の空燃比が当初のリッチ又はリーンな空燃比からしきい値を跨いでリーン又はリッチに切り換わったことをＯ２センサで検出する。これをもとに、三元触媒の劣化の有無を判定する。また、このときにＯ２センサの検出値の変化率Δｖ／Δｔを調べる。Ｏ２センサの検出値がしきい値を跨がずに安定した値を示していた場合は、それを検出し、Ｏ２センサの故障であるとして、空燃比強制設定制御を直ちに中止する。
特開２００６−０１７０７８号公報
特許文献１記載のガスセンサは、三元触媒の上下流に取りつけられた酸素センサにより、ＯＳＣ（Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ : 酸素吸蔵能）を利用した故障検知を行っている。
特に、近年の自動車は、ＣＯ２削減のため、燃料使用量が抑えられ、触媒温度が上昇しない傾向がある。また、ハイブリッド車においては、走行時の駆動源として、バッテリーと内燃機関を併用するため、内燃機関の使用頻度が下がり、排気ガス温度が上がりづらく、触媒劣化診断に適した温度になる機会が極端に減少している。
一方、世界的な排気ガス規制により、排気ガス浄化部品の機能診断の重要性は増し、実走行における機能診断頻度（ＩＵＰＲ：Ｉｎ Ｕｓｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）の規制からも現状のＯＳＣ法では診断が困難になりつつある。
また、ＯＳＣを利用した車載式故障診断装置には以下の問題点がある。
（１）Ｏ２吸蔵能とＮＯｘ浄化率の不一致。
これは、触媒の劣化部分の存在により、Ｏ２吸蔵能とＮＯｘ浄化率との間に関係性がない場合があることに起因する。
（２）故障検知に使用する部品劣化による誤差。
これは、触媒の上流側に設置された酸素センサと、触媒の下流側に設置された酸素センサの応答速度の低下に起因する。
（３）故障検知の環境による誤差。
これは、触媒で発生したＨ２の発生による酸素センサの出力ずれが原因のＯＳＣ量の計算誤差、長期停止等によるＣＯ２吸着に基づくＯ２吸蔵量の計算誤差、ＥＧＲ量／空気量による誤診断に基づく積算Ｏ２量の計算誤差等が挙げられる。
（４）触媒劣化診断の診断機会が限られている。
正確な測定には、触媒が活性化する５００℃程度、且つ、適した空気量やエンジン回転数等の条件が必要で、走行時には非常に限られた機会となる。エンジン駆動後触媒が所定温度に到達するには数１０秒必要となる。
（５）リッチとリーン間の変化が必要なため、診断に約１０秒程度と時間がかかる。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、ＯＳＣ（酸素吸蔵能）を利用した故障検知の問題点を解消し、短時間で触媒の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適な触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、前記触媒の温度を取得する手段と、前記触媒と排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得する手段と、前記センサ出力が予め設定された評価用出力となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する。
本発明の第２の態様は、燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、前記触媒の温度を取得する手段と、前記触媒と排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得する手段と、前記触媒の温度が予め設定された評価用触媒温度になった際の前記センサ出力が予め設定された評価用出力以上の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する。
本発明の第３の態様は、燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、前記触媒の温度を取得する手段と、前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得する手段と、前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得する手段と、前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する。
本発明の第４の態様は、燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、前記触媒の温度を取得する手段と、前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得する手段と、前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得する手段と、予め設定された評価用触媒温度での前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率以下の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する。
本発明の第５の態様は、燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、前記触媒と前記排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得し、前記センサ出力が予め設定された評価用出力となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する。
本発明の第６の態様は、燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、前記触媒と前記排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得し、前記触媒の温度が予め設定された評価用触媒温度になった際の前記センサ出力が予め設定された評価用出力以上の場合に、前記触媒を故障と判定する。
本発明の第７の態様は、燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得し、前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得し、前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する。
本発明の第８の態様は、燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得し、前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得し、予め設定された評価用触媒温度での前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率以下の場合に、前記触媒を故障と判定する。
本発明に係る触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法によれば、ＯＳＣ（酸素吸蔵能）を利用した故障検知の問題点を解消し、短時間で触媒の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適となる。
第１の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（第１触媒劣化診断装置）の構成を示すブロック図である。 正常な触媒と故障状態の触媒による触媒温度−ＮＯｘ濃度の特性に基づいて、評価用触媒温度を設定する手法を示す特性図である。 第１触媒劣化診断装置の処理動作（第１の触媒劣化診断方法）を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（第２触媒劣化診断装置）の構成を示すブロック図である。 正常な触媒と故障状態の触媒による触媒温度−ＮＯｘ濃度の特性に基づいて、評価用出力を設定する手法を示す特性図である。 第２触媒劣化診断装置の処理動作（第２の触媒劣化診断方法）を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（第３触媒劣化診断装置）の構成を示すブロック図である。 正常な触媒と故障状態の触媒による触媒温度−浄化率の特性に基づいて、評価用触媒温度を設定する手法を示す特性図である。 第３触媒劣化診断装置の処理動作（第３の触媒劣化診断方法）を示すフローチャートである。 第４の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（第４触媒劣化診断装置）の構成を示すブロック図である。 正常な触媒と故障状態の触媒による触媒温度−浄化率の特性に基づいて、評価用浄化率を設定する手法を示す特性図である。 第４触媒劣化診断装置の処理動作（第４の触媒劣化診断方法）を示すフローチャートである。
以下、本発明に係る触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法の実施の形態例を図１〜図１２を参照しながら説明する。なお、本明細書において、数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
先ず、第１の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（以下、第１触媒劣化診断装置１０Ａと記す）は、図１に示すように、燃焼装置１２の排気側、すなわち、燃焼装置１２と排気口１４との間に設置された触媒１６の劣化を診断する。
第１触媒劣化診断装置１０Ａは、ガスセンサ１８から予め設定されたセンサ出力が出力された際の触媒温度に基づいて触媒１６の劣化診断、すなわち、触媒１６が正常か故障状態かを判別する。
燃焼装置１２としては、例えば自動車のエンジン、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等が挙げられる。また、触媒１６としては、例えば三元触媒（Three-Way Catalyst）等が挙げられる。
また、触媒１６と排気口１４との間にガスセンサ１８が設置されている。ガスセンサ１８は、例えばＮＯｘセンサ又はＨＣセンサにて構成することができる。
第１触媒劣化診断装置１０Ａは、図１に示すように、第１ＣＰＵ３０Ａ（中央処理装置）を有する。
第１ＣＰＵ３０Ａは、第１演算部３２Ａ、第１記憶部３４Ａ及び第１入出力部３６Ａを有する。第１演算部３２Ａは、触媒温度取得部４０と、センサ出力取得部４２と、第１評価用出力記憶部４４Ａ（図１において「Ｓｒ１」と表記）と、第１評価用触媒温度記憶部４６Ａ（図１において「Ｔｒ１」と表記）と、第１劣化診断部４８Ａとを有する。第１劣化診断部４８Ａからの診断結果は、第１入出力部３６Ａを介して劣化報知灯フラグ等の出力装置５０に出力される。例えば診断結果は、エンジンＥＣＵ内で劣化フラグが立った回数や頻度等の積算により処理され、最終的に故障診断された場合に、劣化報知灯フラグを通じて、ドライバーに故障通知ランプ点灯として通知される。もちろん、出力装置５０として、表示装置や携帯情報端末等を使用してもよい。
すなわち、第１演算部３２Ａは、第１記憶部３４Ａに記憶されたプログラムを実行することで、触媒温度取得部４０と、センサ出力取得部４２と、第１評価用出力記憶部４４Ａと、第１評価用触媒温度記憶部４６Ａと、第１劣化診断部４８Ａとして機能する。
触媒温度取得部４０は、触媒１６に直接設置された温度計５２、又は触媒１６の近傍に設置された温度計５２からの信号に基づいて触媒１６の温度Ｔｏ（以下、「触媒温度Ｔｏ」と記す）を取得する。触媒温度Ｔｏは、積算投入熱量、積算空気量等から計算される推定触媒温度でも代替可能である。以下、同様である。
センサ出力取得部４２は、触媒１６と排気口１４との間に設置されたガスセンサ１８からのセンサ出力Ｓｏを取得する。
第１評価用出力記憶部４４Ａは第１評価用出力Ｓｒ１を記憶する。この第１評価用出力Ｓｒ１は、例えば燃焼装置１２から直接出力されるＮＯｘ濃度（例えば２０００ｐｐｍ）に浄化率（例えば８０％）を乗算した値（例えば４００ｐｐｍ）等が使用される。
第１評価用触媒温度記憶部４６Ａは第１評価用触媒温度Ｔｒ１を記憶する。この第１評価用触媒温度Ｔｒ１は以下のように設定することができる。すなわち、図２に示すように、例えば予め正常な触媒１６を使用して、センサ出力Ｓｏ（ＮＯｘ濃度）が予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒温度をＴａとする。同様に、故障状態の触媒１６を使用して、センサ出力Ｓｏが予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒温度をＴｂとする。そして、第１評価用触媒温度Ｔｒ１を、Ｔａ＜Ｔｒ１＜Ｔｂの範囲から設定し、第１評価用触媒温度記憶部４６Ａに記憶する。
第１評価用触媒温度Ｔｒ１は、予め温度ＴａとＴｂの中点に対応した温度としてもよいし、温度ＴａとＴｂとの間の温度のうち、例えば燃焼装置１２の種類（気筒数等）や触媒１６の種類に応じて設定してもよい。また、燃焼装置１２からの排気に含まれる空気量、すなわち、触媒１６に投入される空気量に応じて第１評価用触媒温度Ｔｒ１を設定してもよい。例えば空気量が多くなるに従って第１評価用触媒温度Ｔｒ１を高くし、空気量が少なくなるに従って第１評価用触媒温度Ｔｒ１を低くする。空気量は、例えば車両を想定したとき、エアフローメータ（ＡＦＭ）にて求まる吸入空気量としてもよいし、アクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量との関係を表す吸入空気量マップに基づいて設定してもよい。以下同様である。
第１劣化診断部４８Ａは、センサ出力取得部４２にて取得されたセンサ出力Ｓｏが予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒温度Ｔｏが、予め設定された第１評価用触媒温度Ｔｒ１以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
次に、第１触媒劣化診断装置１０Ａの処理動作（第１の触媒劣化診断方法）を図３のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図３のステップＳ１において、センサ出力取得部４２は、ガスセンサ１８からのセンサ出力Ｓｏを取得する。
ステップＳ２において、第１劣化診断部４８Ａは、センサ出力Ｓｏが第１評価用出力Ｓｒ１と同じであるか否かを判別する。誤差範囲（例えば１ｐｐｍ以下）であれば、同じであると判別する。同じでなければ、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
センサ出力Ｓｏが第１評価用出力Ｓｒ１と同じであれば、ステップＳ３に進み、触媒温度取得部４０は、触媒温度Ｔｏを取得する。
ステップＳ４において、第１劣化診断部４８Ａは、取得された触媒１６の温度Ｔｏが、予め記憶された第１評価用触媒温度Ｔｒ１以上であるか否かを判別する。第１評価用触媒温度Ｔｒ１以上であれば、次のステップＳ５に進み、第１劣化診断部４８Ａは、触媒１６が故障状態であると判定する。
上記ステップＳ４において、触媒１６の温度Ｔｏが第１評価用触媒温度Ｔｒ１未満であると判別された場合は、ステップＳ６に進み、第１劣化診断部４８Ａは、触媒１６が正常であると判定する。
このように、第１触媒劣化診断装置１０Ａ並びに第１の触媒劣化診断方法は、燃焼装置１２と排気口１４との間に設置された触媒１６の温度Ｔｏを取得し、触媒１６と排気口１４との間に設置されたガスセンサ１８からのセンサ出力Ｓｏを取得する。そして、センサ出力Ｓｏが予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒温度Ｔｏが、予め設定された第１評価用触媒温度Ｔｒ１以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
例えばガスセンサ１８をＮＯｘセンサとした場合、燃焼装置１２から直接出力されるＮＯｘ濃度（例えば２０００ｐｐｍ）に浄化率（例えば８０％）を乗算した値（例えば４００ｐｐｍ）を評価用出力とする。
正常な触媒１６を使用して、センサ出力Ｓｏが予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒温度ＴｏをＴａとし、故障状態の触媒１６を使用して、センサ出力Ｓｏが予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒温度ＴｏをＴｂとしたとき、第１評価用触媒温度Ｔｒ１を、Ｔａ＜Ｔｒ１＜Ｔｂとする。
そして、センサ出力Ｓｏが予め設定された第１評価用出力Ｓｒ１となった際の触媒１６の温度Ｔｏが、予め設定された第１評価用触媒温度Ｔｒ１以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
この劣化診断方法によれば、上述したＯＳＣ（酸素吸蔵能）を利用した故障検知の各種問題点を解消し、短時間で触媒１６の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適となる。特に、図３のステップＳ１〜Ｓ２によるＳｏ＝Ｓｒ１の検索にかかる時間は、ＯＳＣによるリーン−リッチの切り換えステップにかかる時間よりも短い（約１秒程度）。しかも、ステップＳ３以降の処理は、ほとんどＣＰＵ上での処理になるため、その処理時間は約１秒程度未満と大幅に短い。従って、触媒１６の故障／正常を約１秒程度で検知することができる。
さらに、第１評価用触媒温度Ｔｒ１を、触媒１６に投入される空気量に応じて設定することで、更なる故障検知の精度を向上させることができる。
次に、第２の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（以下、第２触媒劣化診断装置１０Ｂと記す）について、図４〜図６を参照しながら説明する。
第２触媒劣化診断装置１０Ｂは、予め設定された触媒温度でのガスセンサ１８の出力に基づいて触媒１６の劣化診断、すなわち、触媒１６が正常か故障状態かを判別する。
第２触媒劣化診断装置１０Ｂは、図４に示すように、第２ＣＰＵ３０Ｂを有する。この第２ＣＰＵ３０Ｂは、第２演算部３２Ｂ、第２記憶部３４Ｂ及び第２入出力部３６Ｂを有する。第２演算部３２Ｂは、触媒温度取得部４０と、センサ出力取得部４２と、第２評価用出力記憶部４４Ｂ（図４において「Ｓｒ２」と表記）と、第２評価用触媒温度記憶部４６Ｂ（図４において「Ｔｒ２」と表記）と、第２劣化診断部４８Ｂとを有する。
すなわち、第２演算部３２Ｂは、第２記憶部３４Ｂに記憶されたプログラムを実行することで、触媒温度取得部４０と、センサ出力取得部４２と、第２評価用出力記憶部４４Ｂと、第２評価用触媒温度記憶部４６Ｂと、第２劣化診断部４８Ｂとして機能する。
触媒温度取得部４０及びセンサ出力取得部４２は、上述したので詳細な説明を省略する。
第２評価用触媒温度記憶部４６Ｂは、所定の第２評価用触媒温度Ｔｒ２（例えば１５０℃）を記憶する。
第２評価用出力記憶部４４Ｂは第２評価用出力Ｓｒ２を記憶する。この第２評価用出力Ｓｒ２は以下のように設定することができる。図５に示すように、例えば予め正常な触媒１６を使用して、触媒温度Ｔｏが予め設定された第２評価用触媒温度Ｔｒ２となった際のセンサ出力をＳａとし、故障状態の触媒１６を使用して、触媒温度Ｔｏが予め設定された第２評価用触媒温度Ｔｒ２となった際のセンサ出力をＳｂとしたとき、第２評価用出力Ｓｒ２を、Ｓａ＜Ｓｒ２＜Ｓｂとする。
第２評価用出力Ｓｒ２は、予めセンサ出力ＳａとＳｂの中点に対応した出力としてもよいし、センサ出力ＳａとＳｂとの間の出力のうち、例えば燃焼装置１２の種類（気筒数等）や触媒１６の種類に応じて設定してもよい。また、燃焼装置１２からの排気に含まれる空気量、すなわち、触媒１６に投入される空気量に応じて第２評価用出力Ｓｒ２を設定してもよい。例えば空気量が多くなるに従って第２評価用出力Ｓｒ２を高くし、空気量が少なくなるに従って第２評価用出力Ｓｒ２を低くする。
第２劣化診断部４８Ｂは、触媒温度取得部４０にて取得された触媒温度Ｔｏが予め設定された第２評価用触媒温度Ｔｒ２となった際のセンサ出力Ｓｏが、予め設定された第２評価用出力Ｓｒ２以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
次に、第２触媒劣化診断装置１０Ｂの処理動作（第２の触媒劣化診断方法）を図６のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図６のステップＳ１０１において、触媒温度取得部４０は、触媒１６の温度Ｔｏを取得する。
ステップＳ１０２において、第２劣化診断部４８Ｂは、取得した触媒温度Ｔｏが第２評価用触媒温度Ｔｒ２と同じであるか否かを判別する。誤差範囲（例えば５℃以下）であれば、同じであると判別する。同じでなければ、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
取得した触媒温度Ｔｏが第２評価用触媒温度Ｔｒ２と同じであれば、ステップＳ１０３に進み、センサ出力取得部４２は、ガスセンサ１８からのセンサ出力Ｓｏを取得する。
ステップＳ１０４において、第２劣化診断部４８Ｂは、取得されたセンサ出力Ｓｏが、予め記憶された第２評価用出力Ｓｒ２以上であるか否かを判別する。第２評価用出力Ｓｒ２以上であれば、次のステップＳ１０５に進み、第２劣化診断部４８Ｂは、触媒１６が故障状態であると判定する。
上記ステップＳ１０４において、取得されたセンサ出力Ｓｏが、予め記憶された第２評価用出力Ｓｒ２未満であると判別された場合は、ステップＳ１０６に進み、第２劣化診断部４８Ｂは、触媒１６が正常であると判定する。
このように、第２触媒劣化診断装置１０Ｂ及び第２の触媒劣化診断方法は、燃焼装置１２と排気口１４との間に設置された触媒１６の温度Ｔｏを取得し、触媒１６と排気口１４との間に設置されたガスセンサ１８からのセンサ出力を取得し、触媒１６の温度Ｔｏが予め設定された第２評価用触媒温度Ｔｒ２になった際のセンサ出力Ｓｏが予め設定された第２評価用出力Ｓｒ２以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
例えばガスセンサ１８をＮＯｘセンサとし、第２評価用触媒温度Ｔｒ２を例えば１５０℃とした場合、正常な触媒１６を使用して、該触媒１６の温度Ｔｏが１５０℃でのセンサ出力をＳａ、故障状態の触媒１６を使用して、触媒温度Ｔｏが１５０℃でのセンサ出力をＳｂとしたとき、第２評価用出力Ｓｒ２をＳａ＜Ｓｒ２＜Ｓｂとする。
そして、触媒１６の温度Ｔｏが予め設定された第２評価用触媒温度Ｔｒ２となった際のセンサ出力Ｓｏが、予め設定された第２評価用出力Ｓｒ２以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
この劣化診断方法によれば、ＯＳＣを利用した故障検知の問題点を解消し、短時間で触媒１６の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適となる。特に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２によるＴｏ＝Ｔｒ２の検索にかかる時間は、ＯＳＣによるリーン−リッチの切り換えステップにかかる時間よりも短い（約１秒程度）。しかも、ステップＳ１０３以降の処理は、ほとんどＣＰＵ上での処理になるため、その処理時間は約１秒未満と大幅に短い。従って、触媒１６の故障／正常を約１秒程度で検知することができる。
さらに、第２評価用出力Ｓｒ２を、触媒１６に投入される空気量に応じて設定することで、更なる故障検知の精度を向上させることができる。
次に、第３の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（以下、第３触媒劣化診断装置１０Ｃと記す）は、上述した第１触媒劣化診断装置１０Ａ及び第２触媒劣化診断装置１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、図７に示すように、燃焼装置１２と触媒１６との間に設置された第１ガスセンサ１８Ａと、触媒１６と排気口１４との間に設置された第２ガスセンサ１８Ｂを使用する点で異なる。これら第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８Ｂは、例えばＮＯｘセンサ又はＨＣセンサにて構成することができる。
第３触媒劣化診断装置１０Ｃは、第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８Ｂによって、予め設定された浄化率が達成された際の触媒温度Ｔｏに基づいて触媒１６の劣化診断、すなわち、触媒１６が正常か故障状態かを判別する。
第３触媒劣化診断装置１０Ｃは、図７に示すように、第３ＣＰＵ３０Ｃを有する。第３ＣＰＵ３０Ｃは、第３演算部３２Ｃ、第３記憶部３４Ｃ及び第３入出力部３６Ｃを有する。第３演算部３２Ｃは、触媒温度取得部４０と、第１センサ出力取得部４２Ａと、第２センサ出力取得部４２Ｂと、浄化率算出部６０と、第３評価用触媒温度記憶部４６Ｃ（図７において「Ｔｒ３」と表記）と、第１評価用浄化率記憶部６２Ａ（図７において「Ｒｃ１」と表記）と、第３劣化診断部４８Ｃとを有する。
すなわち、第３演算部３２Ｃは、第３記憶部３４Ｃに記憶されたプログラムを実行することで、触媒温度取得部４０と、第１センサ出力取得部４２Ａと、第２センサ出力取得部４２Ｂと、浄化率算出部６０と、第３評価用触媒温度記憶部４６Ｃと、第１評価用浄化率記憶部６２Ａと、第３劣化診断部４８Ｃとして機能する。なお、触媒温度取得部４０は、上述したので詳細な説明を省略する。
第１センサ出力取得部４２Ａは、燃焼装置１２と触媒１６との間に設置された第１ガスセンサ１８Ａからの第１センサ出力Ｓｏ１（ｐｐｍ）を取得する。第２センサ出力取得部４２Ｂは、触媒１６と排気口１４との間に設置された第２ガスセンサ１８Ｂからの第２センサ出力Ｓｏ２（ｐｐｍ）を取得する。
浄化率算出部６０は、下記演算式によって浄化率を算出する。
浄化率＝｛１−（Ｓｏ２／Ｓｏ１）｝×１００（％）
第１評価用浄化率記憶部６２Ａは、第１評価用浄化率Ｒｃ１として例えば５０％を記憶する。
第３評価用触媒温度記憶部４６Ｃは、第３評価用触媒温度Ｔｒ３を記憶する。この第３評価用触媒温度Ｔｒ３は以下のように設定することができる。図８に示すように、例えば予め正常な触媒１６を使用して、第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８Ｂによる浄化率が予め設定された第１評価用浄化率Ｒｃ１となった際の触媒温度をＴｃとし、故障状態の触媒１６を使用して、第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８Ｂによる浄化率が予め設定された第１評価用浄化率Ｒｃ１となった際の触媒温度をＴｄとしたとき、第３評価用触媒温度Ｔｒ３を、Ｔｃ＜Ｔｒ３＜Ｔｄとする。
第３評価用触媒温度Ｔｒ３は、予め温度ＴｃとＴｄの中点に対応した温度としてもよいし、温度ＴｃとＴｄとの間の温度のうち、例えば燃焼装置１２の種類（気筒数等）や触媒１６の種類に応じて設定してもよい。また、燃焼装置１２からの排気に含まれる空気量、すなわち、触媒１６に投入される空気量に応じて第３評価用触媒温度Ｔｒ３を設定してもよい。例えば空気量が多くなるに従って第３評価用触媒温度Ｔｒ３を高くし、空気量が少なくなるに従って第３評価用触媒温度Ｔｒ３を低くする。
第３劣化診断部４８Ｃは、第１センサ出力取得部４２Ａにて取得された第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力取得部４２Ｂにて取得された第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率が予め設定された第１評価用浄化率Ｒｃ１となった際の触媒１６の温度Ｔｏが、予め設定された第３評価用触媒温度Ｔｒ３以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
次に、第３触媒劣化診断装置１０Ｃの処理動作（第３の触媒劣化診断方法）を図９のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ステップＳ２０１において、第１センサ出力取得部４２Ａは、第１ガスセンサ１８Ａからの第１センサ出力Ｓｏ１を取得する。
ステップＳ２０２において、第２センサ出力取得部４２Ｂは、第２ガスセンサ１８Ｂからの第２センサ出力Ｓｏ２を取得する。
ステップＳ２０３において、浄化率算出部６０は、取得した第１センサ出力Ｓｏ１及び第２センサ出力Ｓｏ２に基づいて浄化率Ｒｃを算出する。
ステップＳ２０４において、第３劣化診断部４８Ｃは、算出した浄化率Ｒｃが第１評価用浄化率Ｒｃ１と同じであるか否かを判別する。誤差範囲（例えば１％以下）であれば、同じであると判別する。同じでなければ、ステップＳ２０１以降の処理を繰り返す。
浄化率Ｒｃが第１評価用浄化率Ｒｃ１と同じであれば、ステップＳ２０５に進み、触媒温度取得部４０は、触媒１６の温度Ｔｏを取得する。
ステップＳ２０６において、第３劣化診断部４８Ｃは、取得された触媒１６の温度Ｔｏが、予め記憶された第３評価用触媒温度Ｔｒ３以上であるか否かを判別する。第３評価用触媒温度Ｔｒ３以上であれば、次のステップＳ２０７に進み、第３劣化診断部４８Ｃは、触媒１６が故障状態であると判定する。
上記ステップＳ２０６において、触媒１６の温度Ｔｏが第３評価用触媒温度Ｔｒ３未満であると判別された場合は、ステップＳ２０８に進み、第３劣化診断部４８Ｃは、触媒１６が正常であると判定する。
このように、第３触媒劣化診断装置１０Ｃ（第３の触媒劣化診断方法）は、燃焼装置１２と排気口１４との間に設置された触媒１６の温度Ｔｏを取得し、燃焼装置１２と触媒１６との間に設置された第１ガスセンサ１８Ａからの第１センサ出力Ｓｏ１を取得し、触媒１６と排気口１４との間に設置された第２ガスセンサ１８Ｂからの第２センサ出力Ｓｏ２を取得し、第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率Ｒｃが予め設定された第１評価用浄化率Ｒｃ１となった際の触媒１６の温度Ｔｏが、予め設定された第３評価用触媒温度Ｔｒ３以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
例えば第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８ＢをそれぞれＮＯｘセンサとし、第１評価用浄化率Ｒｃ１を例えば５０％とする。そして、正常な触媒１６を使用して、第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率Ｒｃが５０％となった際の触媒温度をＴｃとする。故障状態の触媒１６を使用して、第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率Ｒｃが５０％となった際の触媒温度をＴｄとする。評価用触媒温度Ｔを、Ｔｃ＜Ｔ＜Ｔｄとする。
そして、第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２による浄化率Ｒｃが予め設定された第１評価用浄化率Ｒｃ１となった際の触媒１６の温度Ｔｏが、予め設定された第３評価用触媒温度Ｔｒ３以上の場合に、触媒１６を故障と判定する。
この劣化診断方法によれば、上述したＯＳＣ（酸素吸蔵能）を利用した故障検知の各種問題点を解消し、短時間で触媒１６の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適となる。特に、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４によるＲｃ＝Ｒｃ１の検索にかかる時間は、ＯＳＣによるリーン−リッチの切り換えステップにかかる時間よりも短い（約１秒程度）。しかも、ステップＳ２０５以降の処理は、ＣＰＵ上での処理になるため、その処理時間は約１秒程度と大幅に短い。従って、触媒１６の故障／正常を約１秒程度で検知することができる。
さらに、第３評価用触媒温度Ｔｒ３を、触媒１６に投入される空気量に応じて設定することで、故障検知の精度を更に向上させることができる。
次に、第４の実施の形態に係る触媒劣化診断装置（以下、第４触媒劣化診断装置１０Ｄと記す）について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
第４触媒劣化診断装置１０Ｄは、予め設定された触媒温度（例えば１５０℃）での第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８Ｂによる浄化率に基づいて触媒１６の劣化診断、すなわち、触媒１６が正常か故障状態かを判別する。
第４触媒劣化診断装置１０Ｄは、図１０に示すように、第４ＣＰＵ３０Ｄを有する。この第４ＣＰＵ３０Ｄは、第４演算部３２Ｄ、第４記憶部３４Ｄ及び第４入出力部３６Ｄを有する。第４演算部３２Ｄは、触媒温度取得部４０と、第１センサ出力取得部４２Ａと、第２センサ出力取得部４２Ｂと、浄化率算出部６０と、第４評価用触媒温度記憶部４６Ｄ（図１０において「Ｔｒ４」と表記）と、第２評価用浄化率記憶部６２Ｂ（図１０において「Ｒｃ２」と表記）と、第４劣化診断部４８Ｄとを有する。
すなわち、第４演算部３２Ｄは、第４記憶部３４Ｄに記憶されたプログラムを実行することで、触媒温度取得部４０と、第１センサ出力取得部４２Ａと、第２センサ出力取得部４２Ｂと、浄化率算出部６０と、第４評価用触媒温度記憶部４６Ｄと、第４劣化診断部４８Ｄと、第２評価用浄化率記憶部６２Ｂとして機能する。
触媒温度取得部４０、第１センサ出力取得部４２Ａ、第２センサ出力取得部４２Ｂ、浄化率算出部６０は、上述したので詳細な説明を省略する。
第４評価用触媒温度記憶部４６Ｄは、所定の第４評価用触媒温度Ｔｒ４（例えば１５０℃）を記憶する。
第２評価用浄化率記憶部６２Ｂは、第２評価用浄化率Ｒｃ２を記憶する。第２評価用浄化率Ｒｃ２は、以下のようにして設定することができる。例えば予め正常な触媒１６を使用して、触媒温度Ｔｏが予め設定された第４評価用触媒温度Ｔｒ４となった際の第１センサ出力Ｓｏ１及び第２センサ出力Ｓｏ２による浄化率をＲｃａとし、故障状態の触媒１６を使用して、触媒温度が予め設定された第４評価用触媒温度Ｔｒ４となった際の第１センサ出力Ｓｏ１及び第２センサ出力Ｓｏ２による浄化率をＲｃｂとしたとき、第２評価用浄化率Ｒｃ２を、Ｒｃｂ＜Ｒｃ２＜Ｒｃａとする。
第２評価用浄化率Ｒｃ２は、予め浄化率ＲｃａとＲｃｂの中点に対応した出力としてもよいし、浄化率ＲｃａとＲｃｂとの間の温度のうち、例えば燃焼装置１２の種類（気筒数等）や触媒１６の種類に応じて設定してもよい。また、燃焼装置１２からの排気に含まれる空気量、すなわち、触媒１６に投入される空気量に応じて第２評価用浄化率Ｒｃ２を設定してもよい。例えば空気量が多くなるに従って第２評価用浄化率Ｒｃ２を低くし、空気量が少なくなるに従って第２評価用浄化率Ｒｃ２を高くする。
第４劣化診断部４８Ｄは、触媒温度取得部４０にて取得された触媒温度Ｔｏが予め設定された第４評価用触媒温度Ｔｒ４となった際の浄化率Ｒｃが、予め設定された第２評価用浄化率Ｒｃ２以下の場合に、触媒１６を故障と判定する。
次に、第４触媒劣化診断装置１０Ｄの処理動作（第４の触媒劣化診断方法）を図１２のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図１２のステップＳ３０１において、触媒温度取得部４０は、触媒１６の温度Ｔｏを取得する。
ステップＳ３０２において、第４劣化診断部４８Ｄは、取得した触媒温度Ｔｏが第４評価用触媒温度Ｔｒ４と同じであるか否かを判別する。誤差範囲（例えば５℃以下）であれば、同じであると判別する。同じでなければ、ステップＳ３０１以降の処理を繰り返す。
取得した触媒温度Ｔｏが第４評価用触媒温度Ｔｒ４と同じであれば、ステップＳ３０３に進み、第１センサ出力取得部４２Ａは、第１ガスセンサ１８Ａからの第１センサ出力Ｓｏ１を取得する。
ステップＳ３０４において、第２センサ出力取得部４２Ｂは、第２ガスセンサ１８Ｂからの第２センサ出力Ｓｏ２を取得する。
ステップＳ３０５において、浄化率算出部６０は、取得した第１センサ出力Ｓｏ１及び第２センサ出力Ｓｏ２に基づいて浄化率Ｒｃを算出する。
ステップＳ３０６において、第４劣化診断部４８Ｄは、取得した浄化率Ｒｃが、予め記憶された第２評価用浄化率Ｒｃ２以下であるか否かを判別する。以下であれば、次のステップＳ３０７に進み、第４劣化診断部４８Ｄは、触媒１６が故障状態であると判定する。
上記ステップＳ３０６において、取得した浄化率Ｒｃが、予め記憶された第２評価用浄化率Ｒｃ２より大きいと判別された場合は、ステップＳ３０８に進み、第４劣化診断部４８Ｄは、触媒１６が正常であると判定する。
このように、第４触媒劣化診断装置１０Ｄは、燃焼装置１２と排気口１４との間に設置された触媒１６の温度Ｔｏを取得し、燃焼装置１２と触媒１６との間に設置された第１ガスセンサ１８Ａからの第１センサ出力Ｓｏ１を取得し、触媒１６と排気口１４との間に設置された第２ガスセンサ１８Ｂからの第２センサ出力Ｓｏ２を取得し、予め設定された第４評価用触媒温度Ｔｒ４での第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率Ｒｃが予め設定された第２評価用浄化率Ｒｃ２以下の場合に、触媒１６を故障と判定する。
第１ガスセンサ１８Ａ及び第２ガスセンサ１８ＢをそれぞれＮＯｘセンサとし、第４評価用触媒温度Ｔｒ４を例えば１５０℃とする。そして、正常な触媒１６を使用して、触媒温度Ｔｏが１５０℃での第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率をＲｃａとする。故障状態の触媒１６を使用して、触媒温度が１５０℃での第１センサ出力Ｓｏ１と第２センサ出力Ｓｏ２にて得られる浄化率をＲｃｂとする。第２評価用浄化率Ｒｃ２を、Ｒｃｂ＜Ｒｃ２＜Ｒｃａとする。
そして、触媒温度Ｔｏが予め設定された第４評価用触媒温度Ｔｒ４となった際の浄化率Ｒｃが、予め設定された第２評価用浄化率Ｒｃ２以下の場合に、触媒１６を故障状態と判定する。
この劣化診断方法によれば、上述したＯＳＣ（酸素吸蔵能）を利用した故障検知の問題点を解消し、短時間で触媒１６の劣化診断を高精度に実施することができ、車載式故障診断にも好適となる。特に、ステップＳ３０１〜Ｓ３０２によるＴｏ＝Ｔｒ４の検索にかかる時間は、ＯＳＣによるリーン−リッチの切り換えステップにかかる時間よりも短い（約１秒未満）。しかも、ステップＳ３０３以降の処理は、ＣＰＵ上での処理になるため、その処理時間は約１秒程度と大幅に短い。従って、触媒１６の故障／正常を約１秒程度で検知することができる。
さらに、第２評価用浄化率Ｒｃ２を、触媒１６に投入される空気量に応じて設定することで、更なる故障検知の精度を向上させることができる。
なお、本発明に係る触媒の劣化診断装置及び触媒の劣化診断方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
また、本発明の実施に当たっては、本発明の思想を損なわない範囲で自動車用部品としての信頼性向上のための諸手段が付加されてもよい。
１０Ａ〜１０Ｄ…第１触媒劣化診断装置〜第４触媒劣化診断装置
１２…燃焼装置 １４…排気口
１６…触媒 １８…ガスセンサ
１８Ａ、１８Ｂ…第１ガスセンサ、第２ガスセンサ
４０…触媒温度取得部 ４２…センサ出力取得部
４２Ａ…第１センサ出力取得部 ４２Ｂ…第２センサ出力取得部
４４Ａ、４４Ｂ…第１評価用出力記憶部、第２評価用出力記憶部
４６Ａ〜４６Ｄ…第１評価用触媒温度記憶部〜第４評価用触媒温度記憶部
４８Ａ〜４８Ｄ…第１劣化診断部〜第４劣化診断部
６０…浄化率算出部
６２Ａ、６２Ｂ…第１評価用浄化率記憶部、第２評価用浄化率記憶部

Claims (14)

  1. 燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、
    前記触媒の温度を取得する手段と、
    前記触媒と排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得する手段と、
    前記センサ出力が予め設定された評価用出力となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する、触媒の劣化診断装置。
  2. 請求項１記載の触媒の劣化診断装置において、
    前記評価用触媒温度は、前記触媒に投入される空気量に応じて設定されている、触媒の劣化診断装置。
  3. 燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、
    前記触媒の温度を取得する手段と、
    前記触媒と排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得する手段と、
    前記触媒の温度が予め設定された評価用触媒温度になった際の前記センサ出力が予め設定された評価用出力以上の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する、触媒の劣化診断装置。
  4. 請求項３記載の触媒の劣化診断装置において、
    前記評価用出力は、前記触媒に投入される空気量に応じて設定されている、触媒の劣化診断装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒の劣化診断装置において、
    前記ガスセンサがＮＯｘセンサ又はＨＣセンサである、触媒の劣化診断装置。
  6. 燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、
    前記触媒の温度を取得する手段と、
    前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得する手段と、
    前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得する手段と、
    前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する、触媒の劣化診断装置。
  7. 請求項６記載の触媒の劣化診断装置において、
    前記評価用触媒温度は、前記触媒に投入される空気量に応じて設定されている、触媒の劣化診断装置。
  8. 燃焼装置の排気側に設置された触媒の劣化診断装置において、
    前記触媒の温度を取得する手段と、
    前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得する手段と、
    前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得する手段と、
    予め設定された評価用触媒温度での前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率以下の場合に、前記触媒を故障と判定する手段とを有する、触媒の劣化診断装置。
  9. 請求項８記載の触媒の劣化診断装置において、
    前記評価用浄化率は、前記触媒に投入される空気量に応じて設定されている、触媒の劣化診断装置。
  10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載の触媒の劣化診断装置において、
    前記ガスセンサがＮＯｘセンサ又はＨＣセンサである、触媒の劣化診断装置。
  11. 燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、
    前記触媒と前記排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得し、
    前記センサ出力が予め設定された評価用出力となった際の前記触媒の温度が、予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する、触媒の劣化診断方法。
  12. 燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、
    前記触媒と前記排気口との間に設置されたガスセンサからのセンサ出力を取得し、
    前記触媒の温度が予め設定された評価用触媒温度になった際の前記センサ出力が予め設定された評価用出力以上の場合に、前記触媒を故障と判定する、触媒の劣化診断方法。
  13. 燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、
    前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得し、
    前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得し、
    前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率となった際の前記触媒の温度が予め設定された評価用触媒温度以上の場合に、前記触媒を故障と判定する、触媒の劣化診断方法。
  14. 燃焼装置と排気口との間に設置された触媒の温度を取得し、
    前記燃焼装置と前記触媒との間に設置された第１ガスセンサからの第１センサ出力を取得し、
    前記触媒と排気口との間に設置された第２ガスセンサからの第２センサ出力を取得し、
    予め設定された評価用触媒温度での前記第１センサ出力と前記第２センサ出力にて得られる浄化率が予め設定された評価用浄化率以下の場合に、前記触媒を故障と判定する、触媒の劣化診断方法。
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