(57)【要約】  電気加熱式触媒の温度が上昇したか否かを正確に検出することで電気加熱式触媒が正常であるか否かを検出する。このために、内燃機関（１）の始動時に電気加熱式触媒（４）に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする空燃比制御装置（１０）と、電気加熱式触媒（４）よりも下流側に設けられ排気中の酸素濃度を検知する下流側検知装置（６）と、内燃機関（１）の始動後であって空燃比制御装置（１０）により排気の空燃比がリッチ空燃比とされているときに下流側検知装置（６）により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化する時期に基づいて電気加熱式触媒（４）へ通電されているか否か判定する判定装置（１０）と、を備える。
2012081094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ通電により発熱して触媒を加熱する電気加熱式触媒の故障検出装置において、
前記内燃機関の始動時に前記電気加熱式触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする空燃比制御装置と、
前記電気加熱式触媒よりも下流側に設けられ排気中の酸素濃度を検知する下流側検知装置と、
前記内燃機関の始動後であって前記空燃比制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比とされているときに前記下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化する時期に基づいて前記電気加熱式触媒へ通電されているか否か判定する判定装置と、
を備える電気加熱式触媒の故障検出装置。
【請求項２】
前記判定装置は、前記内燃機関が始動されてから、前記下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化するまでの時間が、
所定時間よりも長い場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていると判定し、
所定時間以下の場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていないと判定する請求項１に記載の電気加熱式触媒の故障検出装置。
【請求項３】
前記電気加熱式触媒よりも上流側に設けられ排気中の酸素濃度を検知する上流側検知装置を備え、
前記判定装置は、前記内燃機関が始動されてから、前記上流側検知装置及び下流側検知装置により検知される酸素濃度が共にリッチ空燃比を示す値となるまでの時間が、
所定時間よりも長い場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていると判定し、
所定時間以下の場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていないと判定する請求項１に記載の電気加熱式触媒の故障検出装置。
【請求項４】
前記電気加熱式触媒へ前記内燃機関の始動前から通電する請求項１から３の何れか１項に記載の電気加熱式触媒の故障検出装置。
【請求項５】
前記電気加熱式触媒へ通電したときの該電気加熱式触媒の電気抵抗を検知する抵抗検知装置と、
前記抵抗検知装置により検知される電気抵抗に基づいて前記電気加熱式触媒の温度を推定する推定装置と、
を備え、
前記判定装置は、前記推定装置により推定される前記電気加熱式触媒の温度が所定値よりも高いときに、前記電気加熱式触媒へ通電されているか否か判定する請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒の故障検出装置。
【請求項６】
前記電気加熱式触媒へ通電したときの該電気加熱式触媒の電気抵抗を検知する抵抗検知装置と、
前記抵抗検知装置により検知される電気抵抗に基づいて前記電気加熱式触媒の温度を推定する推定装置と、
を備え、
前記判定装置が、前記電気加熱式触媒へ通電されていると判定するのは、前記推定装置により推定される前記電気加熱式触媒の温度が所定値よりも高い場合に限る請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒の故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気加熱式触媒の故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気抵抗を有する触媒担体に通電することで、内燃機関の冷間始動時に触媒の温度を上昇させて該触媒の早期活性化を図る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、触媒よりも下流側に設けられた酸素濃度センサの出力値に基づいて触媒の異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、触媒よりも下流側に設けられた酸素センサにより検出される空燃比のリッチとリーンとの反転周期が所定時間を越えたときに触媒が活性化したと判定し、機関始動時から触媒活性化までに必要とした熱量を推測し、該熱量の積算値に応じて触媒の劣化を判定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。【０００３】
ところで、電気加熱式触媒は、通電されなければ温度が上昇しない。このため、電気加熱式触媒の温度が分かれば、通電されているか否か判定できるため、該電気加熱式触媒の故障を検出することができる。ここで、電気加熱式触媒へ通電されているか否か判定するときに、たとえば発熱体に温度センサを取り付けることが考えられる。しかし、電気加熱式触媒の発熱体に用いられる例えばＳｉＣは、硬くて脆い。そして、熱膨張もし難いため温度センサを埋め込むことが困難である。また、加工する費用及び温度センサを追加する費用もかかる。さらに、発熱体の電気抵抗を測定し、該電気抵抗に基づいて発熱体の温度を推定することも考えられるが、発熱体の温度と電気抵抗との関係が変化することがあるため、温度を正確に求めることが困難な場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２４８２３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０３８２号公報
【特許文献３】特開平０９−００４４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式触媒の温度が上昇したか否かを正確に検出することで電気加熱式触媒が正常であるか否かを検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明では、
内燃機関の排気通路に設けられ通電により発熱して触媒を加熱する電気加熱式触媒の故障検出装置において、
前記内燃機関の始動時に前記電気加熱式触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする空燃比制御装置と、
前記電気加熱式触媒よりも下流側に設けられ排気中の酸素濃度を検知する下流側検知装置と、
前記内燃機関の始動後であって前記空燃比制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比とされているときに前記下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化する時期に基づいて前記電気加熱式触媒へ通電されているか否か判定する判定装置と、
を備える。【０００７】
ここで、空燃比制御装置は、判定装置が判定に要する期間において排気の空燃比をリッチ空燃比としていればよい。また、判定装置は、空燃比制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比とされている期間に限り判定を行ってもよい。電気加熱式触媒へ通電することにより触媒の温度が上昇する。そうすると、触媒に酸素が貯蔵される。触媒に貯蔵されている酸素は、該触媒を通過する排気の空燃比がリッチ空燃比となると該触媒から放出される。そして、触媒から酸素が放出されている間は、電気加熱式触媒よりも下流側の排気の空燃比が略理論空燃比となる。【０００８】
しかし、電気加熱式触媒が故障して触媒の温度が上昇しないと、触媒に酸素が貯蔵されないために、触媒を通過する排気の空燃比がリッチ空燃比となっても酸素が放出されない。このため、電気加熱式触媒よりも下流側の排気の空燃比はすぐにリッチ空燃比となる。このように、下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化する時期が、電気加熱式触媒の温度に応じて変わる。すなわち、下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化する時期に基づいて、電気加熱式触媒の温度が上昇しているか否か判定することができる。そして、電気加熱式触媒の温度が上昇していれば、電気加熱式触媒への通電は正常に行われているため、該電気加熱式触媒は正常であると判定することができる。なお、内燃機関の始動時にリッチ空燃比となるように制御しても、内燃機関の始動前には前回の内燃機関の稼働時の排気が排気通路内に残留している。このため、内燃機関の始動時には酸素を多く含んだガスが電気加熱式触媒を通過する。このときに、触媒に酸素が貯蔵される。【０００９】
また、本発明においては、前記判定装置は、前記内燃機関が始動されてから、前記下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化するまでの時間が、
所定時間よりも長い場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていると判定し、
所定時間以下の場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていないと判定することができる。【００１０】
つまり、電気加熱式触媒が正常であれば、リッチ空燃比の排気が通過するときに触媒から酸素が放出されるため、下流側の空燃比が略理論空燃比となる期間が比較的長い。一方、電気加熱式触媒の温度が上昇していないと、リッチ空燃比の排気が通過しても酸素が放出されないため、下流側の空燃比は、上流側と同じリッチ空燃比となる。また、触媒の温度の上昇量が十分でない場合には、酸素の貯蔵量がその分少なくなるため、リッチ空燃比の排気が通過したときに下流側で略理論空燃比となる時間が短くなる。このように、内燃機関が始動されてから触媒よりも下流側の空燃比がリッチ空燃比となるまでの時間は、触媒の温度と相関関係にある。この時間に基づいて、触媒の温度が上昇しているか否か判定することができるため、電気加熱式触媒の故障を検出することができる。なお、所定時間は、電気加熱式触媒が正常のときと故障しているときとの境にあるときの閾値として設定することができる。【００１１】
また、本発明においては、前記電気加熱式触媒よりも上流側に設けられ排気中の酸素濃度を検知する上流側検知装置を備え、
前記判定装置は、前記内燃機関が始動されてから、前記上流側検知装置及び下流側検知装置により検知される酸素濃度が共にリッチ空燃比を示す値となるまでの時間が、
所定時間よりも長い場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていると判定し、
所定時間以下の場合に前記電気加熱式触媒への通電が正常に行われていないと判定することができる。【００１２】
つまり、電気加熱式触媒が正常であれば、リッチ空燃比の排気が通過するときに触媒から酸素が放出されるため、電気加熱式触媒よりも上流側の空燃比がリッチ空燃比となっており、且つ、下流側の空燃比が略理論空燃比となっている期間が比較的長い。一方、電気加熱式触媒の温度が上昇していないと、リッチ空燃比の排気が通過しても酸素が放出されないため、上流側の空燃比及び下流側の空燃比はリッチ空燃比となる。また、触媒の温度の上昇量が十分でない場合には、酸素の貯蔵量がその分少なくなるため、リッチ空燃比の排気が通過したときに下流側で略理論空燃比となる時間が短くなる。このように、内燃機関が始動されてから上流側検知装置及び下流側検知装置により検知される酸素濃度が共にリッチ空燃比を示す値となるまでの時間は、触媒の温度と相関関係にある。すなわち、この時間に基づいて、触媒の温度が上昇しているか否か判定することができるため、電気加熱式触媒の故障を検出することができる。そして、所定時間は、電気加熱式触媒が正常のときと故障しているときとの境にあるときの閾値として設定することができる。【００１３】
なお、上流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値となってから、下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値となるまでの時間が所定時間よりも長いか否かに基づいて電気加熱式触媒が正常であるか否か判定してもよい。すなわち、電気加熱式触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となってから、電気加熱式触媒から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比となるまでの時間は、触媒の温度に応じて変わるため、この時間によっても電気加熱式触媒の故障検出が可能である。【００１４】
また、本発明においては、前記電気加熱式触媒へ前記内燃機関の始動前から通電することができる。【００１５】
そうすると、電気加熱式触媒が正常であれば、内燃機関の始動時には電気加熱式触媒の温度が高くなっており、酸素の吸蔵がすぐに可能となる。このため、故障検出に要する時間を短縮すると共に、検出精度を高めることができる。【００１６】
また、本発明においては、前記電気加熱式触媒へ通電したときの該電気加熱式触媒の電気抵抗を検知する抵抗検知装置と、
前記抵抗検知装置により検知される電気抵抗に基づいて前記電気加熱式触媒の温度を推定する推定装置と、
を備え、
前記判定装置は、前記推定装置により推定される前記電気加熱式触媒の温度が所定値よりも高いときに、前記電気加熱式触媒へ通電されているか否か判定することができる。【００１７】
ここで、電気加熱式触媒の電気抵抗と温度とには相関関係があるため、該電気抵抗に基づいて温度を推定することができる。しかし、このように推定される温度は精度が低いため、この温度に基づいて電気加熱式触媒の故障検出を行うと精度が低くなる。しかし、おおよその温度を推定することはできる。ここで、通電することにより電気加熱式触媒の温度が十分に高くなれば、通電の必要がなくなるため通電を停止することがある。このように通電を停止した後は、電気加熱式触媒の温度が徐々に低下する。そして、内燃機関が始動されるまでの時間が長くなると、温度の低下により触媒の活性が維持できなくなる。このような場合には、内燃機関の始動後に酸素の貯蔵量に基づいた故障検出を行うと、通電が行われなかったために酸素の貯蔵量が少ないのか、通電は行われたがその後に温度が低下したために酸素の貯蔵量が少ないのか判断できない。また、電気加熱式触媒の温度上昇に時間がかかり、内燃機関の始動時までに電気加熱式触媒の温度を十分に上昇させることができない場合もある。この場合も、電気加熱式触媒の故障検出が困難となる。【００１８】
そこで、推定装置により推定される温度が所定値よりも高いことを、電気加熱式触媒の故障検出の前提条件としている。すなわち、推定される温度が所定値よりも高いときに限り、故障検出を行う。なお、所定値は、触媒が活性化していないとされる温度の上限値としてもよい。触媒の温度がこの上限値を超えると触媒は活性化していると推定される。そして、推定される温度に基づいて、故障検出を行うか否かを判断することで、検出精度をさらに高めることができる。【００１９】
また、本発明においては、前記電気加熱式触媒へ通電したときの該電気加熱式触媒の電気抵抗を検知する抵抗検知装置と、
前記抵抗検知装置により検知される電気抵抗に基づいて前記電気加熱式触媒の温度を推定する推定装置と、
を備え、
前記判定装置が、前記電気加熱式触媒へ通電されていると判定するのは、前記推定装置により推定される前記電気加熱式触媒の温度が所定値よりも高い場合に限ることができる。【００２０】
この場合には、推定される電気加熱式触媒の温度が所定値以下であっても、電気加熱式触媒へ通電されているか否かを判定する。そして、推定される温度が所定値よりも高いことを、電気加熱式触媒へ通電されていると判定する条件の１つとしている。したがって、下流側検知装置により検知される酸素濃度がリッチ空燃比を示す値に変化する時期に基づけば電気加熱式触媒へ通電されていると考えられるような場合であっても、推定される温度が所定値以下の場合には、電気加熱式触媒が正常とは判定されない。このように、推定される温度と、電気加熱式触媒よりも下流側の酸素濃度と、に基づいて故障検出を行うことで、検出精度をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電気加熱式触媒の温度が上昇したか否かを正確に検出することで電気加熱式触媒が正常であるか否かを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例に係る内燃機関及び電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る電気加熱式触媒の故障判定フローを示したフローチャートである。
【図３】電気加熱式触媒へ通電したときの電気抵抗と温度との関係を示した図である。
【図４】実施例１に係る酸素センサを使用した故障判定処理のフローを示したフローチャートである。
【図５】実施例２に係る空燃比センサ及び酸素センサを使用した故障判定処理のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例３に係る電気加熱式触媒の仮故障判定フローを示したフローチャートである。
【図７】仮故障判定処理のフローを示したフローチャートである。
【図８】本故障判定処理のフローを示したフローチャートである。
【図９】本故障判定処理のフローを示した他のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る電気加熱式触媒の故障検出装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は可能な限り組み合わせることができる。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例に係る内燃機関及び電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。内燃機関１は、車両に搭載されており、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、本実施例では、電動モータ２を備えたハイブリッドシステムを採用してもよい。この電動モータ２により、内燃機関１のクランク軸を回転させることや車両を駆動することができる。【００２５】
内燃機関１には、排気通路３が接続されている。排気通路３の途中には、電気加熱式触媒４が設けられている。電気加熱式触媒４よりも上流側の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の空燃比を測定する空燃比センサ５が取り付けられている。また、電気加熱式触媒４よりも下流側の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の酸素濃度を測定する酸素センサ６が取り付けられている。空燃比センサ５は、排気の空燃比に応じた信号を出力する。すなわち、空燃比センサ５によれば、空燃比の値を検出することができる。また、酸素センサ６の出力信号は、理論空燃比を境に急変する。このため、酸素センサ６によれば、排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側か又はリーン側かを検出することができる。なお、本実施例においては空燃比センサ５が、本発明における上流側検知装置に相当する。また、本実施例においては酸素センサ６が、本発明における下流側検知装置に相当する。【００２６】
本実施例に係る電気加熱式触媒４は、発熱体及び触媒を備えて構成されている。発熱体には、通電により発熱する材質のものが用いられる。発熱体の材料には、たとえばＳｉＣを用いることができる。発熱体には、電極が２本接続されており、該電極間に電圧をかけることにより発熱体に通電される。この発熱体の電気抵抗により該発熱体が発熱する。【００２７】
この発熱体に触媒を担持させるか、または発熱体よりも下流側に触媒を備える。触媒は、発熱体からの熱を受けることができる範囲に備えられていればよい。触媒には、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。これらの触媒には、酸素を貯蔵する能力が備わる。【００２８】
そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。【００２９】
ＥＣＵ１０には、空燃比センサ５及び酸素センサ６が電気配線を介して接続されており、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。また、ＥＣＵ１０には、電気加熱式触媒４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０は電気加熱式触媒４への通電を制御する。【００３０】
そしてＥＣＵ１０は、電気加熱式触媒４の故障検出を行う。この故障検出では、電気加熱式触媒４への通電が正常に行われていないときに故障であると判定する。本実施例では、触媒の酸素貯蔵量に基づいた判定を行う。【００３１】
ここで、触媒が活性化すると、該触媒に排気中の酸素が貯蔵される。したがって、電気加熱式触媒４が正常であれば、通電により触媒が活性化し、酸素が貯蔵される。一方、電気加熱式触媒４が故障して触媒の温度が上昇しなければ、触媒が活性化しないため酸素が貯蔵されない。このように、電気加熱式触媒４が正常の場合と故障している場合とで触媒の酸素貯蔵量に差が生じる。この差を検出することで電気加熱式触媒４の故障検出を行うことができる。【００３２】
まず、内燃機関１の始動前に触媒が活性化するように電気加熱式触媒４へ通電を行う。その後、内燃機関１を始動させる。このときには、内燃機関１がリッチ空燃比で運転されるように、燃料噴射量または吸入空気量が調節される。そして、内燃機関１が始動してから、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すようになるまでの時間が所定時間よりも長ければ、電気加熱式触媒４が正常であると判定し、この時間が所定時間以下であれば、電気加熱式触媒４は故障していると判定する。この所定時間は、実験等により求めることができる。なお、本実施例においては内燃機関１の始動時に燃料噴射量または吸入空気量を調節することで内燃機関１をリッチ空燃比で運転させるＥＣＵ１０が、本発明における空燃比制御装置に相当する。【００３３】
すなわち、触媒が活性化していれば、電気加熱式触媒４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比のときに、触媒から酸素が放出される。この酸素により排気の空燃比が略理論空燃比となる。すなわち、電気加熱式触媒４よりも下流側では排気の空燃比が理論空燃比となる。そして、触媒から酸素が放出されている間は、酸素センサ６の出力値はリッチ空燃比を示さない。その後、触媒に貯蔵されている酸素の放出が終わると、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すようになる。このように、電気加熱式触媒４が正常であれば、内燃機関１が始動されてから酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すようになるまでには、ある程度の時間がかかる。【００３４】
一方、触媒が活性化していないと、電気加熱式触媒４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であっても触媒から酸素がほとんど放出されない。このため、電気加熱式触媒４よりも下流側の排気の空燃比はリッチ空燃比となる。したがって、内燃機関１の始動後すぐに酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すようになる。このように、電気加熱式触媒４が故障していれば、内燃機関１が始動されてから酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すようになるまでには、あまり時間がかからない。【００３５】
以上のように、内燃機関１の始動から、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すまでの時間に基づいて電気加熱式触媒４への通電が正常に行われているか否か判定することができる。すなわち、電気加熱式触媒４の故障検出を行うことができる。【００３６】
図２は、本実施例に係る電気加熱式触媒４の故障判定フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。【００３７】
ステップＳ１０１では、触媒が正常であるか否か判定される。すなわち、触媒が劣化していると酸素貯蔵能力が低下するため、電気加熱式触媒４への通電が正常に行われているか否かの判定が困難となる。このため、本ステップにおいて、触媒に酸素を貯蔵する能力があるか否か判定している。触媒が正常であるか否かは、前回の内燃機関１の稼働時に判定をしておき、この結果をＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、触媒が正常であるか否かの判定には、周知の技術を用いることができる。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には電気加熱式触媒４の故障検出を正確に行うことができない可能性があるため本ルーチンを終了させる。【００３８】
ステップＳ１０２では、電気加熱式触媒４の故障検出が未完了であるか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には電気加熱式触媒４の故障検出を行う必要はないため本ルーチンを終了させる。【００３９】
ステップＳ１０３では、電気加熱式触媒４への通電が完了しているか否か判定される。本ステップでは、電気加熱式触媒４が正常であれば、触媒が活性化するだけの電力が供給されたか否か判定している。例えば、通電開始から所定の時間が経過したときに通電を完了する。また、所定の電力を供給したときに通電を完了してもよい。さらに、電気加熱式触媒４の温度を例えば電気抵抗により推定しておき、該温度が所定の温度に達したときに通電を完了してもよい。この温度の推定については後述する。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定がなされた場合には電気加熱式触媒４の故障判定を行うことができる状態ではないため本ルーチンを終了させる。【００４０】
ステップＳ１０４では、内燃機関１の始動要求があるか否か判定される。たとえば、ハイブリッド車両では、所定の速度に達した場合に内燃機関１が始動される。すなわち、このような場合に内燃機関１の始動要求があると判定される。また、内燃機関１のみで走行する車両の場合には、例えば、内燃機関１を始動させるためのスイッチがＯＮとされたときに内燃機関１の始動要求があると判定される。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。【００４１】
ステップＳ１０５では、電気加熱式触媒４の故障判定処理がなされる。この判定については後述する。なお、本実施例においては、ステップＳ１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定装置に相当する。【００４２】
ステップＳ１０６では、電気加熱式触媒４の温度が推定される。内燃機関１の始動要求があるまで、電気加熱式触媒４の温度を推定する。この推定は、例えば電気加熱式触媒４へ通電したときの電気抵抗に基づいて行われる。なお、このときには電気加熱式触媒４へ通電されていないので、該電気加熱式触媒４の電気抵抗を検出するために該電気加熱式触媒４へ通電する。【００４３】
図３は、電気加熱式触媒４へ通電したときの電気抵抗と温度との関係を示した図である。このように、電気加熱式触媒４の電気抵抗と温度とには相関関係があり、電気加熱式触媒４の温度が低くなるほど、該電気加熱式触媒４の電気抵抗が大きくなる。この関係を予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておけば、電気加熱式触媒４へ通電したときの電気抵抗Ｒに基づいて温度Ｔを推定することができる。ただし、この温度と電気抵抗との関係は、電気加熱式触媒４の個体差や経年変化によって変わることがある。そうすると、ＥＣＵ１０に記憶させた関係と、実際の関係と、にずれが生じることがある。すなわち、電気加熱式触媒４の電気抵抗に基づいて温度を推定しても精度が低いので、推定される温度に基づいて電気加熱式触媒４の故障検出は行わない。この推定される温度は、電気加熱式触媒４の故障検出を行う前提条件が成立しているか否か判定するために用いられる。【００４４】
次に、図４は、実施例１に係る酸素センサ６を使用した故障判定処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、前記ステップＳ１０５で実行される。【００４５】
ステップＳ２０１では、ステップＳ１０６で推定された電気加熱式触媒４の温度が所定値よりも高いか否か判定される。ここでいう所定値は、触媒が活性化していないとされる温度の上限値である。すなわち、触媒の温度がこの上限値を超えると触媒は活性化しているとされる。ステップＳ１０３で通電が完了していると判定されているため、本ステップが処理されるときには電気加熱式触媒４への通電は行われていない。そうすると、触媒の温度が徐々に低下するので、該触媒の温度が活性温度よりも低くなる虞がある。このため、本ステップでは、触媒が活性化しているか否か判定している。触媒の温度が低いときには、酸素吸蔵量に基づいた故障検出が困難であるため故障検出は行わない。なお、ここで推定される温度は精度が低いために、故障検出に用いるのではなく、故障検出を行う前提条件が成立しているか否かの判定に用いている。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合には電気加熱式触媒４の故障検出を行うことができないため本ルーチンを終了させる。【００４６】
ステップＳ２０２では、酸素センサ６でリッチ空燃比が検出されたか否か判定される。すなわち、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示しているか否か判定される。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、否定判定がなされた場合には触媒から酸素が放出されている最中であるため本ルーチンを終了させる。【００４７】
ステップＳ２０３では、内燃機関１が始動してから、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すまでの時間が測定される。この時間は、ＥＣＵ１０に内蔵されているタイマによりカウントされる。【００４８】
ステップＳ２０４では、内燃機関１が始動してから、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すまでの時間が所定時間よりも長いか否か判定される。ここでいう所定時間は、電気加熱式触媒４が故障しているときに内燃機関１が始動してから、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すまでの時間の上限値である。すなわち、電気加熱式触媒４が正常であれば、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すまでにかかる時間が長くなる。【００４９】
そして、ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合には、触媒は活性化しているため、ステップＳ２０５へ進んで電気加熱式触媒４は正常であると判定される。一方、ステップＳ２０４で否定判定がなされた場合には、触媒は活性化していないため、ステップＳ２０６へ進んで電気加熱式触媒４は故障していると判定される。【００５０】
以上説明したように本実施例では、酸素センサ６の出力値に基づいて触媒が活性化しているか否か判定する。これにより、電気加熱式触媒４の温度が上昇したか否か判定することができるため、電気加熱式触媒４が正常であるか否か判定することができる。また、内燃機関１の始動時には、電気加熱式触媒４の温度が変化し難いため、このときに故障検出を行うことにより、故障検出の精度を高めることができる。【００５１】
なお、本実施例においては、内燃機関１の始動前から電気加熱式触媒４へ通電しているが、これに代えて、内燃機関１の始動後または始動と同時に電気加熱式触媒４への通電を開始してもよい。なお、電気加熱式触媒４へ通電してから触媒が活性化するまでには時間がかかるため、内燃機関１の始動前から電気加熱式触媒４へ通電しておけば、早期に排気の浄化が可能となる。また、ハイブリッド車両においては、内燃機関１を稼働させず電動モータ２のみで走行が可能であるため、内燃機関１の始動前に電気加熱式触媒４へ通電しているときであっても、電動モータ２により走行が可能である。【００５２】
また、酸素センサ６に備わる触媒が活性化するまでにも時間がかかるが、電気加熱式触媒４と同様に内燃機関１の始動前から該酸素センサ６を加熱することで、早期に排気中の酸素濃度を測定することができる。【００５３】
また、本実施例では、電気加熱式触媒４よりも下流側に酸素センサ６を備えているが、これに代えて、空燃比センサを備えていてもよい。すなわち、空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサを備え、内燃機関１の始動から、該空燃比センサによりリッチ空燃比が検出されるまでの時間に基づいて故障検出を行ってもよい。
【実施例２】
【００５４】
本実施例は、前記ステップＳ１０５で行う処理が実施例１と相違する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。なお、本実施例では、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値を用いて電気加熱式触媒４の故障検出を行う。【００５５】
ここで、図５は、実施例２に係る空燃比センサ５及び酸素センサ６を使用した故障判定処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、前記ステップＳ１０５で実行される。なお、実施例１で示したフローチャートと同じ処理がなされるステップには同じ符号を付して説明を省略する。【００５６】
ステップＳ３０１では、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値の推移が読み込まれる。すなわち、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値をＥＣＵ１０に記憶しておき、該出力値の推移を得る。【００５７】
ステップＳ３０２では、触媒が活性化しているか否か演算される。本ステップでは、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値の推移に基づいて触媒が活性化しているか否か演算する。ここで、空燃比センサ５の出力値は、電気加熱式触媒４からの影響を受けない。そして、空燃比センサ５により検出される空燃比は、電気加熱式触媒４へ流入する前の排気の空燃比である。したがって、空燃比センサ５の出力値は、内燃機関１の始動後からすぐにリッチ空燃比を示すようになり、その後もリッチ空燃比で推移する。【００５８】
一方、酸素センサ６の出力値は、実施例１で説明したように、電気加熱式触媒４からの影響を受ける。このため、触媒が活性化しているか否かにより酸素センサ６の出力値の推移は異なる。そして、内燃機関１の始動時に触媒が活性化していれば、内燃機関１が始動されてから、空燃比センサ５及び酸素センサ６で共にリッチ空燃比が検出されるまでの時間が長くなる。したがって、この時間がたとえば所定時間よりも長いときに触媒が活性化していると判定する。ここでいう所定時間は、電気加熱式触媒４が故障しているときに内燃機関１が始動してから、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示すまでの時間の上限値である。【００５９】
また、空燃比センサ５の出力値の推移と、酸素センサ６の出力値の推移と、を比較することで触媒が活性化しているか否か判定することもできる。すなわち、内燃機関１の始動時に触媒が活性化していれば、空燃比センサ５の出力値がリッチ空燃比となってから、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比となるまでの時間が長くなる。したがって、この時間を測定し、たとえば該時間が所定時間よりも長ければ触媒が活性化しているとする。【００６０】
ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２において触媒が活性化していると演算されたか否か判定される。そして、ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進んで触媒は活性化しているとして電気加熱式触媒４は正常であると判定される。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進んで触媒は活性化していないとして電気加熱式触媒４は故障していると判定される。【００６１】
以上説明したように本実施例によれば、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値に基づいて触媒が活性化しているか否か判定することで、電気加熱式触媒４の温度が上昇したか否か判定することができるため、電気加熱式触媒４が正常であるか否か判定することができる。
【実施例３】
【００６２】
本実施例では、電気加熱式触媒４の電気抵抗に基づいて推定される該電気加熱式触媒４の温度を併用して故障検出を行う。すなわち、酸素センサ６の出力値がリッチ空燃比を示す値に変化するまでの時間と、電気抵抗に基づいて推定される温度と、に基づいて故障検出を行う。このように、電気加熱式触媒４の温度が上昇しているのか否かを２つの異なる手法によりそれぞれ検出してそれらを比較することで、故障検出の精度を高めることができる。【００６３】
また、本実施例では、電気加熱式触媒４に通電後、内燃機関１の始動要求がない場合であっても内燃機関１を始動させて電気加熱式触媒４の故障検出を行う。このように、電気加熱式触媒４が高温で安定しているときに積極的に内燃機関１を始動させることで、故障検出の精度を高めることができる。【００６４】
また、本実施例では、内燃機関１に燃料を供給して始動させる前に、電気加熱式触媒４に通電させつつ電動モータ２によって内燃機関１のクランク軸を回転させる。これにより、内燃機関１から空気を排出させて、電気加熱式触媒４に空気を送り込む。そうすると、触媒に予め十分な酸素を貯蔵させておくことができるため、故障検出の精度を高めることができる。また、故障検出に要する時間を短縮することができる。【００６５】
さらに、本実施例では、内燃機関１の始動時に、排気で電気加熱式触媒４が冷却されることの抑制と、未燃燃料の排出の抑制と、短時間での故障検出の完了と、を実現するように内燃機関１を制御する。ここで、内燃機関１の始動時には温度の低い排気が電気加熱式触媒４へ流入する。この排気で電気加熱式触媒４が冷却されることを抑制すれば、排気の浄化率を高いまま維持することができる。また、未燃燃料の排出を抑制すれば、大気中に未燃燃料が放出されることを抑制できる。さらに、短時間で故障検出を完了させることができれば、内燃機関１の運転状態の影響を受け難くすることができるため、故障検出の精度を高くすることができる。そして、例えば、点火時期が上死点よりも進角側となるように、且つ、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように、内燃機関１を制御する。これにより、燃焼状態を安定させ且つ燃焼ガス温度を高くすることができるので、排気で電気加熱式触媒４が冷却されることの抑制と、未燃燃料の排出の抑制と、短時間での故障検出の完了と、を実現できる。【００６６】
その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。図６は、本実施例に係る電気加熱式触媒４の仮故障判定フローを示したフローチャートである。なお、前記実施例で示したフローチャートと同じ処理がなされるステップには同じ符号を付して説明を省略する。【００６７】
ステップＳ４０１では、電気加熱式触媒４へ通電中であるか否か判定される。すなわち、電気加熱式触媒４の温度が上昇されている最中であるか否か判定される。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。【００６８】
ステップＳ４０２では、触媒リーン化処理が実施されていないか否か判定される。触媒リーン化処理とは、内燃機関１に燃料を供給して始動させる前に、電気加熱式触媒４に空気を送り込む処理である。触媒リーン化処理では、電気加熱式触媒４に空気を送り込むために、内燃機関１への燃料供給は行わず、且つ、内燃機関１のクランク軸を電動モータ２によって回転させる。すなわち、内燃機関１から空気を排出させる。このときに、電気加熱式触媒４に通電する。これにより、電気加熱式触媒４の温度上昇に伴って、該電気加熱式触媒４へ酸素が貯蔵される。すなわち、内燃機関１の始動前に触媒に酸素を貯蔵させておくことができる。【００６９】
ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０３へ進む。また、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０４へ進む。【００７０】
ステップＳ４０３では、触媒リーン化処理が実施される。触媒リーン化処理は、電気加熱式触媒４の温度が前記所定値よりも高くなるまで実施される。【００７１】
ステップＳ４０４では、仮故障判定処理が実施される。仮故障判定処理は、電気加熱式触媒４の温度の推定値から該電気加熱式触媒４が正常であるか否か判定する処理である。電気加熱式触媒４の温度は、該電気加熱式触媒４へ通電したときの該電気加熱式触媒４の電気抵抗に基づいて推定される。詳細については後述する。【００７２】
また、ステップＳ４０１で否定判定がなされたときには、ステップＳ１０３へ進んで、電気加熱式触媒４への通電が完了しているか否か判定される。そして、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０５へ進む。【００７３】
ステップＳ４０５では、内燃機関１が始動される。このときには、内燃機関１に燃料が供給される。本ステップでは、故障検出を行うために内燃機関１を始動させている。【００７４】
ステップＳ４０６では、本故障判定処理が実施される。本故障判定処理については後述する。【００７５】
ステップＳ４０７では、内燃機関１が停止される。すなわち、本故障判定処理が実施されている間だけ内燃機関１が稼働される。【００７６】
次に、ステップＳ４０４で実施される仮故障判定処理について説明する。図７は、仮故障判定処理のフローを示したフローチャートである。【００７７】
ステップＳ５０１では、電気加熱式触媒４の電気抵抗から該電気加熱式触媒４の温度が推定される。この推定は、図３に示した関係から得られる。なお、本実施例においては電気加熱式触媒４の電気抵抗を検知するＥＣＵ１０が、本発明における抵抗検知装置に相当する。また、本実施例においてはステップＳ５０１において電気加熱式触媒４の温度を推定するＥＣＵ１０が、本発明における推定装置に相当する。【００７８】
ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１で推定される温度が所定値よりも高いか否か判定される。ここでいう所定値は、電気加熱式触媒４が故障しているとされる温度の上限値であり、予め設定しておく。【００７９】
そして、ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０３へ進み、仮判定では電気加熱式触媒４が正常であるとされる。また、ステップＳ５０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ５０４へ進み、仮判定では電気加熱式触媒４が故障しているとされる。ここで、電気加熱式触媒４の電気抵抗に基づいて温度を推定しても精度が低いため、仮判定の精度は低い。このため、温度の推定値のみによる電気加熱式触媒４の故障検出は行わず、後述する酸素センサ６の出力値を併用して故障検出を行う。【００８０】
次に、ステップＳ４０６で実施される本故障判定処理について説明する。図８は、本故障判定処理のフローを示したフローチャートである。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。【００８１】
ステップＳ６０１では、ステップＳ２０３で測定される内燃機関１が始動してからの経過時間が所定時間よりも長く、且つ、前記仮判定で正常とされたか否か判定される。この所定時間は、ステップＳ２０４で説明した所定時間と同じである。ここで、ステップＳ２０３で測定される内燃機関１が始動してからの経過時間が所定時間よりも長いということは、触媒の酸素貯蔵量が十分に多かったということであり、電気加熱式触媒４が正常である可能性が高い。また、仮判定で正常とされた場合にも、電気加熱式触媒４が正常である可能性が高い。そこで、本実施例では、ステップＳ２０３で測定される経過時間が所定時間よりも長く、且つ、前記仮判定で正常とされたときに、電気加熱式触媒４が正常であると判定している。【００８２】
すなわち、ステップＳ６０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０５へ進んで電気加熱式触媒４は正常であると判定される。一方、ステップＳ６０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ６０２へ進む。【００８３】
ステップＳ６０２では、ステップＳ２０３で測定される内燃機関１が始動してからの経過時間が所定時間よりも短く、且つ、前記仮判定で故障とされたか否か判定される。ステップＳ２０３で測定される経過時間が所定時間よりも短いということは、触媒の酸素貯蔵量が十分でないということであり、電気加熱式触媒４が故障している可能性が高い。また、仮判定で故障とされた場合にも、電気加熱式触媒４が故障している可能性が高い。そこで、本実施例では、ステップＳ２０３で測定される経過時間が所定時間よりも短く、且つ、前記仮判定で故障とされたときに、電気加熱式触媒４が故障していると判定している。【００８４】
すなわち、ステップＳ６０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０６へ進んで電気加熱式触媒４は故障していると判定される。一方、ステップＳ６０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ６０３へ進む。【００８５】
ステップＳ６０３では、電気加熱式触媒４が正常であるか否かの判定が保留される。すなわち、ステップＳ２０３で測定される内燃機関１が始動してからの経過時間と、仮判定の結果と、が矛盾しているため、最終的な判定（本判定）を保留する。例えば、内燃機関１の運転状態が悪化した場合には酸素センサ６の出力値が安定しないため、前記経過時間の測定を誤ることがある。このような場合には、故障検出を再度行うことにより、精度を高めることができる。なお、ステップＳ６０３では、電気加熱式触媒４が故障していると判定してもよい。【００８６】
なお、ステップＳ４０６で実施される本故障判定処理では、実施例２で説明したように、空燃比センサ５及び酸素センサ６の出力値を用いた判定を行うこともできる。図９は、本故障判定処理のフローを示した他のフローチャートである。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。【００８７】
ステップＳ７０１では、ステップＳ３０２で触媒が活性化しているとされ、且つ、前記仮判定で正常とされたか否か判定される。ステップＳ３０２で触媒が活性化していると演算されたということは、触媒の酸素貯蔵量が十分に多かったということであり、電気加熱式触媒４が正常である可能性が高い。また、仮判定で正常とされた場合にも、電気加熱式触媒４が正常である可能性が高い。そこで、本実施例では、ステップＳ３０２で触媒が活性化していると演算され、且つ、前記仮判定で正常とされたときに、電気加熱式触媒４が正常であると判定している。【００８８】
すなわち、ステップＳ７０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０５へ進んで電気加熱式触媒４は正常であると判定される。一方、ステップＳ７０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ７０２へ進む。【００８９】
ステップＳ７０２では、ステップＳ３０２で触媒が活性化していないとされ、且つ、前記仮判定で故障とされたか否か判定される。ステップＳ３０２で触媒が活性化していないと演算されたということは、触媒の酸素貯蔵量が十分でないということであり、電気加熱式触媒４が故障している可能性が高い。また、仮判定で故障とされた場合にも、電気加熱式触媒４が故障している可能性が高い。そこで、本実施例では、ステップＳ３０２で触媒が活性化していないと演算され、且つ、前記仮判定で故障とされたときに、電気加熱式触媒４が故障していると判定している。【００９０】
すなわち、ステップＳ７０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０６へ進んで電気加熱式触媒４は故障していると判定される。一方、ステップＳ７０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ６０３へ進んで判定が保留される。【００９１】
以上説明したように本実施例によれば、酸素センサ６に基づいた故障判定と、電気抵抗に基づいた故障判定と、を併用することで、電気加熱式触媒４の故障検出の精度をより高めることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１     内燃機関
２     電動モータ
３     排気通路
４     電気加熱式触媒
５     空燃比センサ
６     酸素センサ
１０   ＥＣＵ
【図１】
2012081094.tif 000003
【図２】
2012081094.tif 000004
【図３】
2012081094.tif 000005
【図４】
2012081094.tif 000006
【図５】
2012081094.tif 000007
【図６】
2012081094.tif 000008
【図７】
2012081094.tif 000009
【図８】
2012081094.tif 000010
【図９】
2012081094.tif 000011
【国際調査報告】
2012081094.tif 000012
2012081094.tif 000013
2012081094.tif 000014
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