(57)【要約】【課題】燃料噴射量を大幅に増加させることなく、酸化触媒の浄化効率を、連続的あるいは段階的に判定できるようにした酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置を提供する。【解決手段】酸化触媒が劣化していないと仮定して、所定期間に酸化触媒に吸蔵される正常時ＨＣ吸蔵量を推定し、正常時ＨＣ吸蔵量相当のＨＣを酸化するための必要酸素量を演算し、所定期間に実際に吸蔵されたＨＣを酸化するために消費された実酸素消費量を演算し、必要酸素量と実酸素消費量との比に基づいて酸化触媒の浄化効率を判定する。【選択図】図５
2012241594.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たＨＣ吸蔵型の酸化触媒の浄化効率を診断するための酸化触媒の機能診断装置において、
前記酸化触媒が劣化していないと仮定して、所定期間に前記酸化触媒に吸蔵される正常時ＨＣ吸蔵量を推定する正常時ＨＣ吸蔵量推定手段と、
前記正常時ＨＣ吸蔵量相当のＨＣを酸化するための必要酸素量を演算する必要酸素量演算手段と、
前記所定期間に実際に吸蔵されたＨＣを酸化するために消費された実酸素消費量を推定する実酸素消費量推定手段と、
前記必要酸素量と前記実酸素消費量との比に基づいて前記酸化触媒の浄化効率を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする酸化触媒の機能診断装置。
【請求項２】
前記所定期間を、前記内燃機関の冷間始動時から前記酸化触媒が活性温度に到達するまでの期間とすることを特徴とする請求項１に記載の酸化触媒の機能診断装置。
【請求項３】
前記正常時ＨＣ吸蔵量推定手段は、前記内燃機関の冷間始動時に前記酸化触媒が活性温度に到達するまでの瞬時吸蔵量を積算することにより前記正常時ＨＣ吸蔵量を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化触媒の機能診断装置。
【請求項４】
前記正常時ＨＣ吸蔵量推定手段は、排気温度センサを用いて検出される前記酸化触媒よりも上流側の排気温度に応じて前記瞬時吸蔵量を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化触媒の機能診断装置。
【請求項５】
前記実酸素消費量推定手段は、前記内燃機関の燃料噴射量に基づいて求められる前記酸化触媒よりも上流側での酸素濃度と、前記酸化触媒よりも下流側での酸素濃度と、の差を積算することにより、前記実酸素消費量を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化触媒の機能診断装置。
【請求項６】
前記実酸素消費量推定手段は、前記上流側での酸素濃度と前記下流側での酸素濃度との差が所定の第1閾値以上になったときに前記積算を開始するとともに、前記酸素濃度の差が所定の第２閾値以下になったときに前記積算を終了することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化触媒の機能診断装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設けられたＨＣ吸蔵型の酸化触媒の浄化効率を診断するための酸化触媒の機能診断装置において、
所定期間に前記酸化触媒に流入するＨＣ流入量を推定するＨＣ流入量推定手段と、
前記所定期間に前記酸化触媒でＨＣを酸化するために実際に消費された実酸素消費量を演算する実酸素消費量推定手段と、
前記実酸素消費量に基づいて前記所定期間に前記酸化触媒で実際に酸化されたＨＣ酸化量を推定するＨＣ酸化量推定手段と、
前記ＨＣ流入量と前記ＨＣ酸化量との比に基づいて前記酸化触媒の浄化効率を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする酸化触媒の機能診断装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載された酸化触媒の機能診断装置を備えた排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＨＣ吸蔵型の酸化触媒の機能診断をするための酸化触媒の機能診断装置及びそのような酸化触媒の機能診断装置を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載される内燃機関の排気通路には、排気の浄化に用いられる酸化触媒が備えられている。この酸化触媒の一態様として、排気中のＨＣ（未燃燃料）を触媒上で酸化（燃焼）して浄化するものがある。
【０００３】
酸化触媒は、活性温度以上の状態でＨＣを効率的に酸化する一方、活性温度未満の所定温度（以下、「吸蔵上限温度」と称する。）以下の状態ではＨＣを吸蔵する特性を有している。酸化触媒によるＨＣの酸化効率や吸蔵量は、酸化触媒の劣化が進行するにつれて低下するため、酸化触媒の劣化が進行すると排気の浄化効率が低下することになる。そのため、酸化触媒の異常を検出する装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば、酸化触媒が異常であるかの判定時期が内燃機関の運転状態によって制限されることなく、異常判定が正確に行われる触媒異常検出装置が提案されている。具体的には、排気温度調整手段が、内燃機関を制御することにより、酸化触媒の上流側排気温度を、酸化触媒が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度に調整し、上流側排気温度が判定許可温度になると、未燃燃料供給手段が未燃燃料を酸化触媒に供給し、判定手段が、酸化触媒の上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合に酸化触媒が異常であると判定するように構成した触媒異常検出装置が開示されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０３２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、環境対策への関心が高まっていることに伴って排気浄化基準がより高められている。そのため、排気浄化装置の自己診断（Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）の基準においても、より高精度に、かつ、より詳細に排気浄化装置の異常状態を把握することが求められ始めている。特に、酸化触媒の状態については、異常が生じているか否かだけでなく、浄化効率を詳細に把握することが求められ始めている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された触媒異常検出装置では、酸化触媒の上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が所定量以上か否かを判定するのみであって、酸化触媒が異常であるか否かをオンオフ的に判定することしかできない。特許文献１以外に従来提案されている種々の異常検出装置についても、酸化触媒が異常であるか否かをオンオフ的に判定するものであり、連続的あるいは段階的な浄化効率の判定を行うことができない。換言すれば、従来の酸化触媒の異常検出装置は、現在の酸化触媒の浄化効率がどの程度であるかを詳細に把握することができないものであるため、排気浄化装置の自己診断基準の要求を満足することができないおそれがある。
【０００８】
また、特許文献１に記載された触媒異常検出装置は、酸化触媒の異常判定を実施する際に供給する未燃燃料の酸化による発熱反応を利用するものであり、比較的多量の未燃燃料を酸化触媒に供給する必要があるため、燃料噴射量を増大させる必要があるとともに、診断に長時間を費やすことができない。
【０００９】
本発明の発明者らはこのような問題にかんがみて、酸化触媒でＨＣを酸化するために消費される酸素消費量を用いて浄化効率を判定することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、燃料噴射量を大幅に増やすことなく、酸化触媒の浄化効率を連続的あるいは段階的に判定できるようにした酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたＨＣ吸蔵型の酸化触媒の浄化効率を診断するための酸化触媒の機能診断装置において、前記酸化触媒が劣化していないと仮定して、所定期間に前記酸化触媒に吸蔵される正常時ＨＣ吸蔵量を推定する正常時ＨＣ吸蔵量推定手段と、前記正常時ＨＣ吸蔵量相当のＨＣを酸化するための必要酸素量を演算する必要酸素量演算手段と、前記所定期間に実際に吸蔵されたＨＣを酸化するために消費された実酸素消費量を推定する実酸素消費量推定手段と、前記必要酸素量と前記実酸素消費量との比に基づいて前記酸化触媒の浄化効率を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする酸化触媒の機能診断装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１１】
すなわち、本発明の酸化触媒の機能診断装置は、酸化触媒が劣化していないと仮定した場合に酸化触媒の非活性状態において所定期間に吸蔵されると推定される正常時ＨＣ吸蔵量を酸化するための必要酸素量と、酸素濃度に基づいて求められる、所定期間に実際に吸蔵された実ＨＣ吸蔵量を酸化するために消費された実酸素消費量との比に基づいて、酸化触媒の浄化効率を判定するように構成されている。かかる構成の酸化触媒の機能診断装置によれば、多量の燃料噴射を伴うことなく酸化触媒の浄化効率を連続的にあるいは段階的に判定することができ、排気浄化装置の自己診断基準を満足させることを可能にすることができる。
【００１２】
また、本発明の酸化触媒の機能診断装置において、前記所定期間を、前記内燃機関の冷間始動時から前記酸化触媒が吸蔵上限温度に到達するまでの期間とすることが好ましい。
【００１３】
このように、冷間始動時に酸化触媒に吸蔵されるＨＣの量をもとにして得られる必要酸素量と実酸素消費量との比に基づいて酸化触媒の浄化効率を判定することにより、排気中のＨＣを強制的に増加させることなく酸化触媒の浄化効率を診断することを可能にすることができる。また、冷間始動時に浄化効率を診断することとすれば、内燃機関を運転するごとに少なくとも１回の診断を実行する機会を確保することができる。
【００１４】
また、本発明の酸化触媒の機能診断装置において、前記正常時ＨＣ吸蔵量推定手段は、前記内燃機関の冷間始動時に前記酸化触媒が吸蔵上限温度に到達するまでの瞬時吸蔵量を積算することにより、前記正常時ＨＣ吸蔵量を推定することが好ましい。
【００１５】
このように正常時ＨＣ吸蔵量を推定することとすれば、正常時ＨＣ吸蔵量を比較的正確に、かつ、容易に推定することを可能にすることができる。
【００１６】
また、本発明の酸化触媒の機能診断装置において、前記正常時ＨＣ吸蔵量推定手段は、排気温度センサを用いて検出される前記酸化触媒よりも上流側の排気温度に応じて前記瞬時吸蔵量を求めることが好ましい。
【００１７】
このように冷間始動時の酸化触媒の瞬時吸蔵量を求めることにより、瞬時吸蔵量が正確に推定され、ひいては、正常時ＨＣ吸蔵量を正確に推定することを可能にすることができる。
【００１８】
また、本発明の酸化触媒の機能診断装置において、前記実酸素消費量推定手段は、前記内燃機関の燃料噴射量に基づいて求められる前記酸化触媒よりも上流側での酸素濃度と、前記酸化触媒よりも下流側での酸素濃度と、の差を積算することにより、前記実酸素消費量を演算することが好ましい。
【００１９】
このように実酸素消費量を演算することにより、酸化触媒において現実に消費された実酸素消費量を比較的正確に算出することを可能にすることができる。
【００２０】
また、本発明の酸化触媒の機能診断装置において、前記実酸素消費量推定手段は、前記上流側での酸素濃度と前記下流側での酸素濃度との差が所定の第1閾値以上になったときに前記積算を開始するとともに、前記酸素濃度の差が所定の第２閾値以下になったときに前記積算を終了することが好ましい。
【００２１】
このように実酸素消費量を推定することにより、所定期間に吸蔵されたＨＣが酸化され始めたときから、当該酸化が終了するまでの期間に、当該ＨＣの酸化に用いられた実酸素消費量の推定精度を高めることを可能にすることができる。
【００２２】
また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路に設けられたＨＣ吸蔵型の酸化触媒の浄化効率を診断するための酸化触媒の機能診断装置において、所定期間に前記酸化触媒に流入するＨＣ流入量を推定するＨＣ流入量推定手段と、前記所定期間に前記酸化触媒で実際に消費された実酸素消費量を推定する実酸素消費量推定手段と、前記実酸素消費量に基づいて前記所定期間に前記酸化触媒で実際に酸化されたＨＣ酸化量を推定するＨＣ酸化量推定手段と、前記ＨＣ流入量と前記ＨＣ酸化量との比に基づいて前記酸化触媒の浄化効率を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする酸化触媒の機能診断装置である。
【００２３】
すなわち、本発明の別の態様にかかる酸化触媒の機能診断装置は、酸化触媒が劣化していないと仮定した場合に所定期間に酸化触媒に流入したＨＣ流入量と、酸素濃度に基づいて求められる、所定期間に酸化触媒で実際に酸化されたＨＣ酸化量との比に基づいて、酸化触媒の浄化効率を判定するように構成されている。かかる構成の酸化触媒の機能診断装置によれば、燃料消費量を大幅に増やすことなく酸化触媒の浄化効率を連続的にあるいは段階的に判定することができ、排気浄化装置の自己診断基準を満足させることを可能にすることができる。
【００２４】
また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかの酸化触媒の機能診断装置を備えた排気浄化装置である。
【００２５】
すなわち、本発明の排気浄化装置によれば、燃料消費量を大幅に増やすことなく酸化触媒の浄化効率を連続的にあるいは段階的に判定可能な酸化触媒の機能診断装置を備えているために、排気浄化装置の自己診断基準に沿った適切な浄化効率を把握することができ、排気浄化効率を維持可能な排気浄化装置の提供を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置が備えられた内燃機関の排気浄化装置の構成を概略的に説明するために示す図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の構成を説明するために示す図である。
【図３】酸化触媒の温度とＨＣ吸蔵量との関係について説明するために示す図である。
【図４】正常時ＨＣ吸蔵量の演算方法について説明するために示す図である。
【図５】実酸素消費量の演算方法を概念的に示す図である。
【図６】酸化触媒の温度とＨＣ浄化率との関係について説明するために示す図である。
【図７】浄化効率の判定方法について説明するために示す図である。
【図８】酸化触媒の機能診断方法について説明するために示すタイミングチャート図である。
【図９】第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置によって実行される酸化触媒の機能診断方法を説明するために示すフローチャート図である。
【図１０】正常時ＨＣ吸蔵量の演算方法の一例を説明するために示すフローチャート図である。
【図１１】実酸素消費量の演算方法の一例を説明するために示すフローチャート図である。
【図１２】第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置が備えられた内燃機関の排気浄化装置の構成を概略的に説明するために示す図である。
【図１３】第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の構成を説明するために示す図である。
【図１４】第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置によって実行される酸化触媒の機能診断方法を説明するために示すフローチャート図である
【図１５】ＨＣ流入量の演算方法の一例を説明するために示すフローチャート図である。
【図１６】実酸素消費量の演算方法の一例を説明するために示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
【００２８】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置は、内燃機関の冷間始動時に酸化触媒にＨＣが吸蔵されることを利用して、酸化触媒の浄化効率を判定するように構成されたものである。
【００２９】
図１は、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置が備えられた内燃機関の排気浄化装置の構成を概略的に説明するために示す図である。図２は、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の構成を説明するために示す図である。図３は、酸化触媒の温度とＨＣ吸蔵量との関係について説明するために示す図である。図４は、正常時ＨＣ吸蔵量の演算方法について説明するために示す図である。図５は、実酸素消費量の演算方法を概念的に示す図である。図６は、酸化触媒の温度とＨＣ浄化率との関係について説明するために示す図である。図７は、浄化効率の判定方法について説明するために示す図である。図８は、酸化触媒の機能診断方法について説明するために示すタイミングチャート図である。図９〜図１１は、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置によって実行される酸化触媒の機能診断方法を説明するために示すフローチャート図である。
【００３０】
１．排気浄化装置の全体的構成
図１において、内燃機関１は、代表的にはディーゼルエンジンであって、複数の燃料噴射弁５を備えるとともに、排気を流通させる排気管３が接続されている。燃料噴射弁５は電子制御装置３０によって通電制御されるものであり、電子制御装置３０は、機関回転数Ｎｅやアクセル操作量Ａｃｃ、その他の情報に基づいて目標燃料噴射量Ｑを演算するとともに、算出された目標燃料噴射量Ｑに基づいて燃料噴射弁５の通電時期及び通電時間を決定し、燃料噴射弁５の通電制御を実行するようになっている。
【００３１】
内燃機関１に接続された排気管３には排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、排気管３の上流側から順に備えられた酸化触媒１１とパティキュレートフィルタ１２とＮＯX浄化触媒１３とを有している。また、酸化触媒１１の上流側には第1の排気温度センサ１７が設けられ、酸化触媒１１とパティキュレートフィルタ１２との間には下流側酸素濃度センサ１８が設けられ、パティキュレートフィルタ１２とＮＯX浄化触媒１３との間には第２の排気温度センサ１５が設けられている。第１の実施の形態にかかる排気浄化装置１０においては、下流側酸素濃度センサ１８としてラムダセンサを用いているが、特に限定されるものではない。これらのセンサのセンサ信号は電子制御装置３０に入力されるようになっている。
【００３２】
酸化触媒１１は、活性状態においては排気中に含まれるＣＯやＨＣを酸化（燃焼）する機能を有するとともに、非活性状態においては排気中に含まれるＨＣを吸蔵する機能を有している。この酸化触媒１１は、排気を浄化するだけでなく、パティキュレートフィルタ１２の再生制御時において、ＨＣの酸化に伴って発生する酸化熱によって排気温度を上昇させることにも用いられる。使用することができる酸化触媒１１は、公知のディーゼル酸化触媒であれば得に限定されるものではない。
【００３３】
パティキュレートフィルタ１２は、内燃機関１から排出される排気中に含まれる煤等の微粒子（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）」と称する。）を捕集する機能を有するフィルタである。パティキュレートフィルタ１２は、代表的にはハニカム構造を有するフィルタが用いられるが、このようなフィルタに限定されるものではない。
【００３４】
ＮＯX浄化触媒１３は、排気中に含まれる窒素酸化物を分解する機能を有する触媒である。ＮＯX浄化触媒１３としては、主にＮＯX選択還元触媒又はＮＯX吸蔵触媒などが用いられる。図１に示す排気浄化装置１０に備えられたＮＯX浄化触媒１３は、ポンプ２３及び還元剤噴射弁２５を有する還元剤供給装置２０から供給される還元剤を用いて窒素酸化物を選択的に還元するＮＯX選択還元触媒である。還元剤としては、尿素水溶液や未燃燃料が用いられるが、これ以外の還元剤を用いることもできる。
【００３５】
第２の排気温度センサ１５は直接的には排気温度Ｔ２を検出するものであるが、検出された排気温度Ｔ２は、ＮＯX浄化触媒１３の温度Ｔｓｃｒの推定などにも用いられるようになっている。また、推定されるＮＯX浄化触媒１３の温度Ｔｓｃｒは、例えば、還元剤供給装置２０による還元剤噴射制御に用いられる。具体的には、ＮＯX浄化触媒１３における還元剤成分等の最大吸着量は触媒温度Ｔｓｃｒに応じて変化するとともに、最大吸着量に対する現在の吸着量に応じて窒素酸化物の浄化効率も変化する。そのため、還元剤供給装置２０は、第２の排気温度センサ１５によって検出される排気温度Ｔ２から推定される触媒温度Ｔｓｃｒに基づいて、還元剤の噴射の可否や噴射量を制御するように構成されている。
【００３６】
第1の排気温度センサ１７は、直接的には酸化触媒１１よりも上流側の排気温度Ｔ１を検出するものであるが、検出される排気温度Ｔ１は、酸化触媒１１の温度Ｔｄｏｃの推定にも用いられるようになっている。また、下流側酸素濃度センサ１８は、酸化触媒１１よりも下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄを検出するために用いられる。具体的に、第１の実施の形態にかかる排気浄化装置１０においては、下流側酸素濃度センサ１８によってラムダ値が検出されるため、電子制御装置３０では、ラムダ値を基にして下流側酸素濃度Ｏ２＿Ｄを求めるようになっている。求められる酸素濃度Ｏ2＿Ｄは、燃料噴射システムの状態のモニタリングや、内燃機関１の噴射系の異常の有無の診断等に用いられる。
【００３７】
第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置においては、第1の排気温度センサ１７及び下流側酸素濃度センサ１８を用いて、酸化触媒１１の浄化効率ηの判定を行うようになっている。
【００３８】
２．電子制御装置（機能診断装置）
（１）装置の構成
図２は、排気浄化装置１０に備えられた電子制御装置３０の構成のうち、燃料噴射制御、及び、酸化触媒１１の機能診断に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。この電子制御装置３０が酸化触媒の機能診断装置としての機能を有している。
【００３９】
電子制御装置３０は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、目標燃料噴射量演算手段３１と、燃料噴射弁制御手段３３と、正常時ＨＣ吸蔵量推定手段３７と、必要酸素量演算手段３９と、実酸素消費量推定手段４１と、判定手段４３とを備えている。具体的に、これらの各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
【００４０】
また、電子制御装置３０には、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子からなる図示しない記憶手段、及び、燃料噴射弁５への通電を行うための燃料噴射弁駆動回路３５が備えられている。記憶手段には、制御プログラム及び種々の演算マップがあらかじめ記憶されるとともに、上記した各手段による演算結果等が書き込まれるようになっている。
【００４１】
目標燃料噴射量演算手段３１は、例えば、機関回転数Ｎｅの情報Ｓ１やアクセル操作量Ａｃｃの情報Ｓ２から燃料噴射量マップに基づいて目標燃料噴射量Ｑを演算する。具体的な演算方法は限定されるものではなく、従来公知の演算方法を採用することができる。また、燃料噴射弁制御手段３３は、目標燃料噴射量Ｑ、その他の内燃機関１の運転条件に基づいて、燃料噴射弁５への通電時期及び通電時間を決定し、燃料噴射弁駆動回路３５に出力する指示信号を生成する。
【００４２】
正常時ＨＣ吸蔵量推定手段３７は、内燃機関１の冷間始動時において、酸化触媒１１が劣化していないと仮定して、酸化触媒１１の温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでの期間に酸化触媒１１に吸蔵されると考えられる正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を推定する。第1の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の正常時ＨＣ吸蔵量推定手段３７は、エンジンスタートフラグの情報Ｓ３、内燃機関１の冷却水の温度Ｔｃｌの情報Ｓ４、及び触媒温度Ｔｄｏｃの情報Ｓ５に基づき、エンジンスタートフラグがＯｎであり、冷却水の温度Ｔｃｌが所定の閾値Ｔｃｌ０以下であり、かつ、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ未満のときにＨＣ吸蔵量の積算を継続する。これらの条件は、内燃機関１が冷間始動の状態にあるか否かを判別するための条件であって、冷却水の温度Ｔｃｌの閾値Ｔｃｌ０は、シミュレーション等によって求められる最適な値とすることができる。
【００４３】
一方、正常時ＨＣ吸蔵量推定手段３７は、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達したときにＨＣ吸蔵量の積算を終了して、そのときの積算値を正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０として記憶するように構成されている。
【００４４】
具体的に、酸化触媒１１は、吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ未満の状態においてＨＣを吸蔵する特性を有するとともに、ある時点における瞬時吸蔵量は、図３（ａ）に示すように、触媒温度Ｔｄｏｃが上昇するにつれて減少する特性を有している。酸化触媒１１の劣化状態にかかわらず吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａは１５０℃弱でほぼ一定であるために、内燃機関１を停止した後、比較的短時間の間に再始動するような場合を除き、冷間始動時における触媒温度Ｔｄｏｃは吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ未満となっている。また、内燃機関１の冷間始動時においては、内燃機関１の温度が低いために燃料燃焼効率が低く、排気中に含まれるＨＣ量が比較的多い状態となっており、始動後のしばらくの間、酸化触媒１１にＨＣが吸蔵されることになる。
【００４５】
通常、排気中のＨＣ量が増加する冷間始動時のおいては、ＨＣ量が酸化触媒１１のＨＣ吸蔵量よりも大きい値となるため、吸蔵されるＨＣの総量は、酸化触媒１１のＨＣ吸蔵量を積分することによって推定することができる。例えば、図３（ｂ）に示すように、触媒温度ＴｄｏｃがＴ１のときに内燃機関１が始動されたとすると、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでのＨＣ吸蔵量を積分した斜線の領域が正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を表すことになる。
【００４６】
図４は、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０の演算ロジックの一例を示している。この例では、正常時ＨＣ吸蔵量推定手段３７は、第１の排気温度センサ１７を用いて推定される触媒温度Ｔｄｏｃに基づいて単位時間当たりのＨＣ吸蔵量を求め、このＨＣ吸蔵量に酸化触媒１１の容量をかけることにより酸化触媒１１全体での単位時間当たりのＨＣ吸蔵量を求める。そこで得られた単位時間当たりのＨＣ吸蔵量を演算周期ｔで割ることで演算周期ｔごとのＨＣ吸蔵量を求めて、これを積算することによって正常時ＨＣ吸蔵量を求めるようになっている。
【００４７】
必要酸素量演算手段３９は、正常時ＨＣ吸蔵量推定手段３７で推定された正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０分のＨＣを酸化するための必要酸素量Ｖｏ2＿０を演算により求める。例えば、内燃機関１がディーゼルエンジンの場合には、理論空燃比が１４．５であるため、内燃機関１への吸入空気量Ａは、Ａ＝１４．５×燃料噴射量（Ｑ）となる。したがって、空気中の酸素質量濃度をαとすると、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０分のＨＣを酸化するための必要酸素量Ｖｏ2＿０は以下の式（１）を用いて算出することができる。
【００４８】
Ｖｏ2＿０＝α×１４．５×Ｖｈｃ＿０  …（１）
Ｖｏ2＿０：必要酸素量（ｇ）
α：空気中の酸素質量濃度（％）
Ｖｈｃ＿０：正常時ＨＣ吸蔵量（ｇ）
【００４９】
実酸素消費量推定手段４１は、冷間始動時において、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでに酸化触媒１１が実際に吸蔵したＨＣを酸化するために消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを推定する。第1の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の実酸素消費量推定手段４１は、目標燃料噴射量Ｑに基づいて推定される酸化触媒１１よりも上流側の酸素濃度Ｏ2＿０から、下流側酸素濃度センサ１８からのセンサ信号Ｓ６に基づいて求められる下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄを減算し、得られる値ΔＯ2を積算することによって実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを演算するように構成されている。
【００５０】
目標燃料噴射量Ｑに基づいて求められる上流側の酸素濃度Ｏ2＿０は、酸化触媒１１中で酸素が消費されなかった場合における下流側の酸素濃度とみなすことができるため、下流側酸素濃度センサ１８に基づいて求められる下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄとの差分ΔＯ2が、酸化触媒１１で実際に消費された酸素量とみなすことができる。したがって、図５に示すように、上流側の酸素濃度Ｏ2＿０と下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄとの差分ΔＯ2を積分した斜線の領域が、酸化触媒１１で消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを表すことになる。
【００５１】
また、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の実酸素消費量推定手段４１は、酸化触媒１１が吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達した後、酸素濃度の差分ΔＯ2が第１の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ１に到達したときに積算を開始するとともに、その後、差分ΔＯ2が第２の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ２以下になったときに積算を終了するように構成されている。ただし、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達してから所定時間以上経過しても酸素濃度の差分ΔＯ2が第1の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ１に到達しない場合には、実酸素消費量推定手段４１による実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの演算は中断される。
【００５２】
判定手段４３は、必要酸素量Ｖｏ2＿０に対する実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの比に基づいて酸化触媒１１の浄化効率ηを判定する。すなわち、必要酸素量Ｖｏ2＿０と実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとの差は、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０と酸化触媒１１に実際に吸蔵されていた実ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿ａｃｔとの差に比例することから、必要酸素量Ｖｏ2＿０に対する実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの比によって、そのときの酸化触媒１１の浄化効率ηを連続的に把握することができる。
【００５３】
図６は、ＨＣ吸蔵型の酸化触媒１１の排気エミッション（主としてＣＯ，ＨＣ）の浄化率の特性を示す図である。触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａよりも低い状態においては、排気中のＨＣが酸化触媒１１に吸蔵され、ＨＣ濃度が低減される。一方、触媒温度Ｔｄｏｃが上昇して吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａを超えると、酸化触媒１１に吸蔵されていたＨＣや排気中のＣＯ，ＨＣが酸化され始める。特に、触媒温度Ｔｄｏｃが活性温度Ｔｄｏｃ＿ＬＯ以上になると、ＣＯやＨＣの酸化効率が著しく高くなる。このとき、吸蔵されていたＨＣが酸化されるときに大量の酸素が消費される。
【００５４】
また、図６に示すように、酸化触媒１１の浄化率は、酸化触媒１１の劣化状態に応じて変化する。すなわち、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ以下の領域において、劣化が進行している酸化触媒１１の浄化率（破線）は、正常状態の酸化触媒１１の浄化率（実線）に比べて低くなる。そこで、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置では、酸化触媒１１で消費される実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを、下流側酸素濃度センサ１８を用いて推定し、酸化触媒１１が正常な状態での酸素消費量モデル（必要酸素量Ｖｏ2＿０）と比較することで、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでの期間におけるＨＣ吸蔵量の減少度合いを推定し、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定する。
【００５５】
酸化触媒１１が劣化していない場合には、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０は、内燃機関１の冷間始動時に触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでの間に酸化触媒１１に吸蔵されるＨＣ量Ｖｈｃ＿ａｃｔに相当するため、実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの値は必要酸素量Ｖｏ2＿０に近似する値を示すことになる。
【００５６】
一方、酸化触媒１１が劣化している場合には、内燃機関１の冷間始動時に触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでの間に酸化触媒１１に吸蔵されるＨＣ量Ｖｈｃ＿ａｃｔは、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０よりも少なくなる。そのため、消費される実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの値は必要酸素量Ｖｏ2＿０よりも小さくなる。このことを利用して、必要酸素量Ｖｏ2＿０に対する実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの比によって、そのときの酸化触媒１１の浄化効率ηを判定することができる。
【００５７】
ただし、演算によって求められる浄化効率ηは、診断時における種々の外乱の影響を受けて誤差を生じるおそれがあり、浄化効率ηを連続的に判定することは困難な場合が多い。そこで、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置においては、図７に示すように、浄化効率ηを判定閾値Ｔｈｒｅ１〜Ｔｈｒｅ３によって複数の段階に分けることによって浄化効率ηの判定を段階的に行うように構成されている。
【００５８】
（２）フローチャート
次に、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置としての電子制御装置３０によって実行される酸化触媒１１の機能診断方法を、図８のタイミングチャート図及び図９〜図１１のフローチャート図に沿って説明する。以下に説明する機能診断方法のルーチンは、内燃機関１の始動時において、常時、又は所定の回数ごとに割り込むことによって実行されるようになっている。
【００５９】
まず、図９のステップＳ１において、電子制御装置３０が機関回転数Ｎｅなどに基づいて内燃機関１の始動を検出するとエンジンスタートフラグをOｎにする（図８のｔ１の時点）。次いで、ステップＳ２において、電子制御装置３０は、酸化触媒１１が正常であると仮定して、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでに酸化触媒１１に吸蔵されると想定される正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を推定する（図８のｔ１〜ｔ２の期間）。
【００６０】
図１０のフローチャート図は、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を推定するための演算方法の一例を示している。この例では、まず、ステップＳ１１において、電子制御装置３０はエンジンスタートフラグがＯｎであり、かつ、内燃機関１の冷却水の温度Ｔｃｌが閾値Ｔｃｌ０以下であるか否かを判別する。これらの条件を満たしていなければ（Ｎｏの場合）、内燃機関１が冷間始動状態にはなく、排気中のＨＣ量が少ない状態であるために、電子制御装置３０は、ステップＳ１７に進んでＨＣ吸蔵量の積算値をリセットして診断を中止する。
【００６１】
一方、ステップＳ１１で条件成立と判定された場合（Ｙｅｓの場合）には、電子制御装置３０は、ステップＳ１２に進んで触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ以上となっているか否かを判別する。触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ未満であれば（Ｎｏの場合）、酸化触媒１１にＨＣが吸蔵される状態にあるため、電子制御装置３０は、ステップＳ１５に進み、触媒温度Ｔｄｏｃに基づいて、今回の演算周期ｔでのＨＣ吸蔵量を求めた後、ステップＳ１６においてＨＣ吸蔵量の積算を行う。ＨＣ吸蔵量の積算は、記憶されている積算値に対して、今回の演算周期ｔにおけるＨＣ吸蔵量を加算することによって行われる。ＨＣ吸蔵量の積算後は、再びステップＳ１１に戻ってこれまでのステップを繰り返し行う。
【００６２】
一方、ステップＳ１２において、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達している場合（Ｙｅｓの場合）、電子制御装置３０は、ステップＳ１３に進み記憶されている積算値が所定の閾値Ｖｈｃ＿ｔｈｒｅ１以上であるか否かを判別する。積算値が閾値Ｖｈｃ＿ｔｈｒｅ１未満の場合（Ｎｏの場合）には、精度よく診断を行えるだけのＨＣ量が排出されていないと考えられるため、この場合においてもステップＳ１７で積算値をリセットして診断を中止する。
【００６３】
ステップＳ１３において、積算値が閾値Ｖｈｃ＿ｔｈｒｅ１以上である場合（Ｙｅｓの場合）には、電子制御装置３０は、ステップＳ１４に進み積算値を正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０に設定して正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０の演算を終了する。
【００６４】
図９に戻り、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでに酸化触媒１１に吸蔵される正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０の演算が終了すると、電子制御装置３０は、ステップＳ３において、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を酸化させるために必要な必要酸素量Ｖｏ2＿０を、上述の式（１）に基づき演算により求める。
【００６５】
次いで、ステップＳ４において、電子制御装置３０は実際に酸化触媒１１に吸蔵されたＨＣを酸化させるために消費される実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを演算により求める（図８のｔ３〜ｔ４の期間）。
【００６６】
図１１のフローチャート図は、実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを求めるための演算方法の一例を示している。この例では、電子制御装置３０は、まずステップＳ２１において目標燃料噴射量Ｑを読み込んだ後、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で読み込んだ目標燃料噴射量Ｑに基づいて、酸化触媒１１よりも上流側の酸素濃度Ｏ2＿０を求める。次いで、電子制御装置３０は、ステップＳ２３において、下流側酸素濃度センサ１８のセンサ値に基づいて酸化触媒１１よりも下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄを求める。
【００６７】
次いで、電子制御装置３０は、ステップＳ２４において、積算開始フラグがＯｎになっているか否かを判別する。積算開始フラグがＯｎになっていなければ（Ｎｏの場合）、ステップＳ２８に進み、電子制御装置３０は上流側の酸素濃度Ｏ2＿０から下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄを減算した差分ΔＯ2が、第１の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ１以上であるか否かを判別する。酸素濃度の差分ΔＯ2が第１の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ１以上の場合には（Ｙｅｓの場合）、酸化触媒１１において酸素が消費され始めたと推定され、電子制御装置３０はステップＳ２９において積算開始フラグをＯｎにした後、ステップＳ３０において酸素濃度の差分ΔＯ2を時間積算してステップＳ２１に戻る。
【００６８】
一方、ステップＳ２８において、酸素濃度の差分ΔＯ2が第１の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ１未満の場合には（Ｎｏの場合）、電子制御装置３０はステップＳ３１においてカウンタ値を＋１にした上で、ステップＳ３２においてカウンタ値が閾値Ｃ０以上になったか否かを判別する。カウンタ値が閾値Ｃ０未満の場合には（Ｎｏの場合）そのままステップＳ２１に戻る。一方、カウンタ値が閾値Ｃ０に到達した場合には（Ｙｅｓの場合）、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達した後、所定の時間が経過しても酸素の消費が見られず、診断結果の信頼性が低いために、診断を中止する。
【００６９】
また、上述のステップＳ２４において積算開始フラグがすでにＯｎになっている場合には（Ｙｅｓの場合）、電子制御装置３０はステップＳ２５に進み酸素濃度の差分ΔＯ2が第２の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ２以下であるか否かを判別する。酸素濃度の差分ΔＯ2が第２の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ２を超える場合には（Ｎｏの場合）、酸化触媒１１中で酸素が消費されている状態であることから、電子制御装置３０はステップＳ３３に進み酸素濃度の差分ΔＯ2である酸素消費量を積算して記憶し、ステップＳ２１に戻る。
【００７０】
一方、酸素濃度の差分ΔＯ2が第２の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ２未満の場合には（Ｙｅｓの場合）、酸化触媒１１における酸素の消費が終了したと推定されるため、電子制御装置３０はステップＳ２６において積算開始フラグをＯｆｆにした後、ステップＳ２７において、記憶されている積算値を実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔに設定して、実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの推定を終了する。
【００７１】
図９に戻り、ステップＳ４において実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの演算が終了すると（図８のｔ４の時点）、電子制御装置３０は、ステップＳ５において、ステップＳ３で求めた必要酸素量Ｖｏ2＿０とステップＳ４で求めた実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとを用いて、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定する。第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置においては、必要酸素量Ｖｏ2＿０に対する実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの比を、判定閾値Ｔｈｒｅ１〜Ｔｈｒｅ３と比較して、浄化効率ηを４つの領域に当てはめて段階的に浄化効率ηが判定される。
【００７２】
以上説明したように、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置は、内燃機関１の冷間始動時において、酸化触媒１１が劣化していないと仮定した場合に触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでの期間に吸蔵されると推定される正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を酸化するための必要酸素量Ｖｏ2＿０と、同期間に実際に酸化触媒１１に吸蔵された実ＨＣ吸蔵量Ｖｏ2＿ａｃｔを酸化するために消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとの比に基づいて、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定するように構成されている。したがって、酸化触媒１１の浄化効率ηを連続的にあるいは段階的に判定することができるようになって、排気浄化装置の自己診断基準を満足させることを可能にすることができる。
【００７３】
また、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、従来の排気浄化装置の構成を大きく変更することなく、また、敢えて燃料噴射制御を変更する等して診断モードを形成することなく、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定することができる。
【００７４】
また、第1の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、内燃機関１の冷間始動時における、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでの期間における正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を酸化するための必要酸素量Ｖｏ2＿０と、実際に吸蔵された実ＨＣ吸蔵量Ｖｏ2＿ａｃｔを酸化するために消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとの比に基づいて、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定するようにしている。そのため、燃料噴射量を増加させるなどして排気中のＨＣを強制的に増加させることなく酸化触媒１１の浄化効率を判定することを可能にすることができる。また、内燃機関１の冷間始動時における必要酸素量Ｖｏ2＿０と実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとを用いて酸化触媒１１の機能診断を行うこととしているため、内燃機関１を運転するごとに少なくとも１回の診断を実行する機会を確保することができる。
【００７５】
また、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、内燃機関１の始動時における正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を推定するにあたり、酸化触媒１１が吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａに到達するまでのＨＣ吸蔵量を積算するようにしているため、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０を比較的正確に、かつ、容易に推定することが可能になっている。
【００７６】
また、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、内燃機関の燃料噴射量に基づいて求められる酸化触媒１１よりも上流側での酸素濃度Ｏ2＿０と、下流側酸素濃度センサ１８を用いて求められる酸化触媒１１よりも下流側での酸素濃度Ｏ2＿Ｄとの差を積算して実酸素消費量Ｏ2＿Ｄを算出するようにしているために、酸化触媒１１において現実に消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを比較的正確に算出することが可能になっている。
【００７７】
また、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを算出するにあたり、酸素濃度の差ΔＯ2が所定の第１の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ１以上になったときに積算を開始するとともに、所定の第２の閾値ΔＯ2＿ｔｈｒｅ２以下になったときに積算を終了することにより、酸化触媒１１に吸蔵されたＨＣが酸化され始めたときから、当該酸化が終了するまでの間に消費された酸素量を精度よく算出することが可能になっている。
【００７８】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置は、診断の基本的原理が第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の場合と同様に酸素消費量を用いるものであるものの、酸化触媒の浄化効率ηの判定を、内燃機関の冷間始動時ではなく、通常のドライビングサイクル内で実行する点で、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置とは異なっている。以下、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置について、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置と異なる点を中心に説明する。
【００７９】
図１２は、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置が備えられた内燃機関の排気浄化装置１０Ａの構成を概略的に説明するために示す図である。図１３は、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置の構成を説明するために示す図である。図１４〜図１６は、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置によって実行される酸化触媒の機能診断方法を説明するために示すフローチャート図である。
【００８０】
１．排気浄化装置の全体的構成
第２の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０Ａは、酸化触媒１１よりも上流側に上流側酸素濃度センサ１９が設けられている点と、電子制御装置５０による酸化触媒の具体的な機能診断方法とにおいて、第１の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０の構成とは異なっている。
【００８１】
第２の実施の形態にかかる排気浄化装置１０Ａにおいて、上流側酸素濃度センサ１９は、下流側酸素濃度センサ１８と同様にラムダセンサが用いられており、電子制御装置５０は、上流側酸素濃度センサ１９のセンサ値に基づいて酸化触媒１１よりも上流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｕを算出する。第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置においては、第１の排気温度センサ１７及び下流側酸素濃度センサ１８と併せて、上流側酸素濃度センサ１９を用いて、酸化触媒１１の浄化効率ηの判定を行うようになっている。
【００８２】
２．電子制御装置（機能診断装置）
（１）装置の構成
図１３は、電子制御装置５０の構成のうち、燃料噴射制御、及び、酸化触媒１１の機能診断に関連する部分を機能的なブロックで表したものであって、第１の実施の形態にかかる電子制御装置と同様に、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されている。この電子制御装置５０が、酸化触媒の機能診断装置としての機能を有している。
【００８３】
電子制御装置５０は、目標燃料噴射量演算手段５１と、燃料噴射弁制御手段５３と、ＨＣ流入量推定手段５７と、実酸素消費量推定手段５９と、ＨＣ酸化量演算手段６１と、判定手段６３とを備えるとともに、燃料噴射弁５への通電を行うための燃料噴射弁駆動回路５５を備えている。
【００８４】
目標燃料噴射量演算手段５１及び燃料噴射弁制御手段５３は、基本的に、第１の実施の形態にかかる電子制御装置の場合と同様に構成することができる。ただし、第２の実施の形態にかかる電子制御装置５０は、メイン噴射に遅れて行われる補助噴射であって、排気中のＨＣ量を増加させるための補助噴射を実行可能になっている。この補助噴射は、いわゆるポスト噴射であり、主として、パティキュレートフィルタ１２に捕集されたＰＭを燃焼してパティキュレートフィルタ１２を再生させる際に実行されるようになっている。
【００８５】
このため、目標燃料噴射量演算手段５１は、パティキュレートフィルタ１２の再生の実行指示が生成されたときには、パイロット噴射やメイン噴射等の燃焼させるための燃料噴射量Ｖｉｎｊ＿ｃｍｂと併せて補助噴射量Ｖｉｎｊ＿ＨＣを演算する。また、燃料噴射弁制御手段５３は、パイロット噴射やメイン噴射と併せて補助噴射が行われるよう、燃料噴射弁駆動回路５５に出力する指示信号を生成する。
【００８６】
パティキュレートフィルタ１２の再生の実行指示は、例えば、パティキュレートフィルタ１２よりも上流側の圧力と下流側の圧力との差が所定の閾値に到達したときや、積算されるＰＭの捕集量が所定の閾値に到達したときに生成される。
【００８７】
ＨＣ流入量推定手段５７は、燃料噴射弁５による補助噴射が実行されている期間において酸化触媒１１に流入するＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎを推定する。このＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎは、内燃機関１に噴射された全燃料のうちの未燃焼分である。第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置のＨＣ流入量推定手段５７は、補助噴射が開始された時点から終了する時点までの期間において、未燃焼分のＨＣ量を積算することによってＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎを推定するように構成されている。
【００８８】
具体的に、内燃機関１に噴射されたＨＣ総量Ｖｈｃ＿ｔｏｔと、そのうちの完全燃焼分のＨＣ量Ｖｈｃ＿ｃｍｂと、未燃焼分のＨＣ量Ｖｈｃ＿ｎｃとの関係は、以下の式（２）で表すことができる。
Ｖｉｎｊ＿ｔｏｔ＝Ｖｉｎｊ＿ｃｍｂ＋Ｖｉｎｊ＿ｎｃ  …（２）
【００８９】
ここで、上流側酸素濃度センサ１９がラムダセンサである場合、ラムダセンサのセンサ値λｕは、理論空燃比に対する実際の空燃比の比となる。例えば、内燃機関１がディーゼルエンジンの場合には、ラムダセンサのセンサ値λｕは以下の式（３）で表すことができる。
λｕ＝（Ａ／Ｖｉｎｊ＿ｃｏｍ）／１４．５  …（３）
Ａ：シリンダ吸入空気量
【００９０】
上記式（３）より、完全燃焼分のＨＣ量Vｉｎｊ＿ｃｍｂは以下の式（４）で表すことができる。
Ｖｉｎｊ＿ｃｍｂ＝Ａ／（１４．５×λｕ）  …（４）
【００９１】
したがって、上記式（２）及び式（４）より、未燃焼分のＨＣ量Ｖｉｎｊ＿ｎｃは、ＨＣ総量Ｖｉｎｊ＿ｔｏｔと、吸入空気量Ａと、上流側酸素濃度センサ１９のセンサ値λｕとを用いて、以下の式（５）によって計算することができる。
Ｖｉｎｊ＿ｎｃ＝Ｖｉｎｊ＿ｔｏｔ−Ａ／（１４．５×λｕ）  …（５）
【００９２】
この式（５）で計算される未燃焼分のＨＣ量Ｖｉｎｊ＿ｎｃは、演算周期ｔ当たりのＨＣ量であるため、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置のＨＣ流入量推定手段５７は、所定期間に上記式（５）によって計算される未燃焼分のＨＣ量Ｖｉｎｊ＿ｎｃを積算することによって、ＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎを推定する。
【００９３】
実酸素消費量推定手段５９は、実際に酸化触媒１１で消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを推定する。酸化触媒１１中で消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔは、上流側酸素濃度Ｏ2＿Ｕと下流側酸素濃度Ｏ2＿Ｄとの差分ΔＯ2を積算することで推定することができる。上流側酸素濃度Ｏ2＿Ｕ及び下流側酸素濃度Ｏ2＿Ｄは、それぞれ上流側酸素濃度センサ１９及び下流側酸素濃度センサ１８のセンサ値に基づいて求めることができる。
【００９４】
ＨＣ酸化量推定手段６１は、実酸素消費量推定手段５９で推定された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔに基づき、実際に酸化触媒１１中で酸化されたＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔを推定する。具体的には、内燃機関１がディーゼルエンジンの場合には、理論空燃比＝吸入空気量Ａ／燃料量Ｆ＝１４．５であり、酸素量＝酸素質量濃度α×吸入空気量Ａとすると、酸化触媒１１で酸化されたＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔと、ＨＣの酸化のために消費された実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとの関係は下記式（６）で表すことができる。
（Ｖｏ2＿ａｃｔ／酸素質量濃度α）／Ｖｈｃ＿ａｃｔ＝１４．５  …（６）
【００９５】
すなわち、ＨＣ酸化量推定手段６１は、以下の式（７）によってＨＣ酸化量Ｖｏ2＿ａｃｔを計算する。
Ｖｏ2＿ａｃｔ＝１４．５×酸素質量濃度α×Ｖｈｃ＿ａｃｔ  …（７）
【００９６】
判定手段６１は、ＨＣ流入量推定手段５７で推定されたＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎに対する、ＨＣ酸化量推定手段６１で推定されたＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔの比に基づいて、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定する。すなわち、酸化触媒１１に流入したＨＣ量のうちの酸化されたＨＣ量の比によって、そのときの酸化触媒１１の浄化効率ηを連続的に把握することができる。
【００９７】
第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置は、図６に示す酸化触媒１１の排気エミッションの浄化効率の特性のうち、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ以下の、酸化触媒１１にＨＣが吸蔵される領域で酸化触媒１１の機能診断を行うものであるのに対して、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置は、触媒温度Ｔｄｏｃが正常時の活性温度Ｔｄｏｃ＿ＬＯ以上の、酸化触媒１１でＨＣが酸化される領域で酸化触媒１１の機能診断を行うものである。
【００９８】
図６に示すように、触媒温度Ｔｄｏｃが吸蔵上限温度Ｔｄｏｃ＿Ａ以上の領域において、劣化が進行している酸化触媒１１の浄化率（破線）は、正常状態の酸化触媒１１の浄化率（実線）に比べて低くなる。同時に、劣化が進行している酸化触媒１１の活性温度Ｔｄｏｃ＿ＬＯ´、Ｔｄｏｃ＿ＬＯ´´は正常状態の酸化触媒１１の活性温度Ｔｄｏｃ＿ＬＯに比べて上昇する。すなわち、酸化触媒１１の劣化状態によって酸化触媒１１の浄化効率ηが変化する。そこで、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置では、酸化触媒１１で消費される実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔからＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔを推定し、ＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎと比較することで、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定する。
【００９９】
ただし、演算によって求められる浄化効率ηは、診断時における種々の外乱の影響を受けて誤差を生じるおそれがあり、浄化効率ηを連続的に判定することは困難な場合が多い。そこで、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置においても、図７に示すように、浄化効率ηを判定閾値Ｔｈｒｅ１〜Ｔｈｒｅ３によって複数の段階に分けることによって浄化効率ηの判定を段階的に行うように構成されている。
【０１００】
（２）フローチャート
次に、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置としての電子制御装置５０によって実行される酸化触媒１１の機能診断方法を、図１４〜図１６のフローチャート図に沿って説明する。以下に説明する機能診断方法のルーチンは、内燃機関１の運転中において、常時、又は所定の期間ごとに割り込むことによって実行されるようになっている。
【０１０１】
まず、図１４のステップＳ４１において、電子制御装置５０は酸化触媒１１の触媒温度Ｔｄｏｃが正常時の活性温度Ｔｄｏｃ＿ＬＯ以上になっていることを判定した後、ステップＳ４２において補助噴射を開始する。例えば、補助噴射を開始するか否かは、パティキュレートフィルタ１２の再生時期であるか否かによって判定され、例えば、パティキュレートフィルタ１２の上流側と下流側の差圧や、ＰＭの推定捕集量等に基づいて決定される。補助噴射を開始した後は、電子制御装置５０は、ステップＳ４３において、所定期間に酸化触媒１１に流入するＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎを推定する。
【０１０２】
図１５のフローチャート図は、ＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎを推定するための演算方法の一例を示している。この例では、電子制御装置３０は、まずステップＳ５１においてタイマをスタートした後、ステップＳ５２において、上流側酸素濃度センサ１９によって検出されるラムダ値λｕ及び吸入空気量Ａ、目標燃料噴射量Ｑを読み込む。さらに、電子制御装置５０は、ステップＳ５３において、ステップＳ５２で読み込んだ情報に基づいて、上記式（５）から、今回の演算周期ｔでのＨＣ流入量を算出する。
【０１０３】
次いで、電子制御装置５０は、ステップＳ５４においてＨＣ流入量を積算した後、ステップＳ５５においてタイマ値が所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別する。所定期間を定義する閾値Ｔ０の値は、診断精度が確保される程度にＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎが得られるように最適な値に設定することができる。
【０１０４】
タイマ値が閾値Ｔ０に到達していない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ５２に戻ってここまでの各ステップを繰り返す。一方、タイマ値が閾値Ｔ０に到達した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ５６に進み、電子制御装置５０は、記憶されている積算値が所定の閾値Ｖｈｃ＿ｉｎ＿ｔｈｒｅ１以上であるか否かを判別する。積算値が閾値Ｖｈｃ＿ｉｎ＿ｔｈｒｅ１未満の場合（Ｎｏの場合）には、精度よく診断を行えるだけのＨＣ流入量が得られていないと考えられるため、ステップＳ５８で積算値をリセットして診断を中止する。
【０１０５】
ステップＳ５６において、積算値が閾値Ｖｈｃ＿ｉｎ＿ｔｈｒｅ１以上である場合（Ｙｅｓの場合）には、電子制御装置５０は、ステップＳ５７に進み積算値をＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎに設定してＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎの推定を終了する。
【０１０６】
図１４に戻り、ステップＳ４３におけるＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎの推定と平行して、ステップＳ４４において、電子制御装置５０は酸化触媒１１中でＨＣを酸化させるために消費される実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを演算により求める。
【０１０７】
図１６のフローチャート図は、実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔを求めるための演算方法の一例を示している。この例では、電子制御装置５０は、まずステップＳ６１においてタイマをスタートした後、ステップＳ６２において、上流側酸素濃度センサ１９のセンサ値に基づいて、酸化触媒１１よりも上流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｕを求める。次いで、電子制御装置５０は、ステップＳ６３において、下流側酸素濃度センサ１８のセンサ値に基づいて酸化触媒１１よりも下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄを求める。
【０１０８】
次いで、電子制御装置５０は、ステップＳ６４において、上流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｕから下流側の酸素濃度Ｏ2＿Ｄを減算した差分ΔＯ2を求めた後、ステップＳ６５において、酸素濃度の差分ΔＯ2を時間積算する。
【０１０９】
次いで、電子制御装置５０は、ステップＳ６６においてタイマ値が所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別する。タイマ値が閾値Ｔ０に到達していない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ６２に戻ってここまでの各ステップを繰り返す。一方、タイマ値が閾値Ｔ０に到達した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ６７に進み、電子制御装置５０は、記憶されている積算値を実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとして記憶して、実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの推定を終了する。
【０１１０】
図１４に戻り、ステップＳ４４において実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔの演算が終了すると、電子制御装置５０は、ステップＳ４５において、ステップＳ４４で求めた実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔに基づいて、上記式（７）から、所定期間に酸化触媒１１で酸化されたＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔを推定する。
【０１１１】
次いで、電子制御装置５０は、ステップＳ４６において、ステップＳ４３で求めたＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎとステップＳ４５で求めたＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔとを用いて、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定する。第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置においては、ＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎに対するＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔの比を、判定閾値Ｔｈｒｅ１〜Ｔｈｒｅ３と比較して、浄化効率ηを４つの領域に当てはめて段階的に浄化効率ηが判定される。
【０１１２】
以上説明したように、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置は、内燃機関１の運転中において、所定期間に酸化触媒１１に流入するＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎと、上流側酸素濃度Ｏ2＿Ｕと下流側酸素濃度Ｏ2＿Ｄとの差分ΔＯ2に基づき推定される所定期間におけるＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔとの比に基づいて、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定するように構成されている。したがって、酸化触媒１１の浄化効率ηを連続的にあるいは段階的に判定することができるようになって、排気浄化装置の自己診断基準を満足させることを可能にすることができる。
【０１１３】
また、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、従来の排気浄化装置の構成を大きく変更することなく、また、敢えて燃料噴射制御を変更する等して診断モードを形成することなく、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定することができる。
【０１１４】
また、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタ１２の再生制御における補助噴射によってＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎが増加する時期を利用して、酸化触媒１１の浄化効率ηを判定するようにしている。そのため、診断のために燃料噴射量を増加させることなく酸化触媒１１の浄化効率ηを判定することを可能にすることができる。また、パティキュレートフィルタ１２の再生時期を利用して酸化触媒１１の機能診断を行うこととしているため、定期的な診断機会を確保することができる。
【０１１５】
また、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置によれば、上流側酸素濃度センサ１９を用いて求められる上流側酸素濃度Ｏ2＿Ｕと、下流側酸素濃度センサ１８を用いて求められる下流側酸素濃度Ｏ2＿Ｄとの差ΔＯ2を積算して求められる実酸素消費量Ｏ2＿Ｄに基づいてＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔを算出するようにしているために、酸化触媒１１において現実に酸化されたＨＣ酸化量Ｖｈｃ＿ａｃｔを比較的正確に算出することが可能になっている。
【０１１６】
［他の実施の形態］
以上説明した第１及び第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。第１及び第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置は、例えば、以下のように変更することができる。
【０１１７】
（１）第１及び第２の実施の形態において説明した内燃機関の排気系を構成する各構成要素や、電子制御装置３０，５０の設定値、設定条件はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
【０１１８】
（２）第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置においては、必要酸素量Ｖｏ2＿０と実酸素消費量Ｖｏ2＿ａｃｔとの比に基づいて酸化触媒１１の浄化効率ηの判定を行っているが、正常時ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿０と実ＨＣ吸蔵量Ｖｈｃ＿ａｃｔに置き換えて酸化触媒１１の浄化効率ηを判定するように構成することもできる。このような判定を行うことによっても、第１の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置等と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
（３）第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置及び排気浄化装置においては、タイマ値が所定の閾値Ｔ０を経過するまでの期間を所定期間として判定を行っているが、所定期間をタイマ値によって定義する以外にも、ＨＣ流入量Ｖｈｃ＿ｉｎが所定の閾値に到達するまでの期間として所定期間を定義してもよい。あるいは、パティキュレートフィルタの再生制御の実行期間を所定期間として定義してもよい。このように構成することによっても、第２の実施の形態にかかる酸化触媒の機能診断装置等と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１：内燃機関、３：排気管、５：燃料噴射弁、１０，１０Ａ：排気浄化装置、１１：酸化触媒、１２：パティキュレートフィルタ、１３：ＮＯX浄化触媒、１５：第２の排気温度センサ、１７：第１の排気温度センサ、１８：下流側酸素濃度センサ、１９：上流側酸素濃度センサ、２０：還元剤供給装置、２３：ポンプ、２５：還元剤噴射弁、３０：電子制御装置（機能診断装置）、３１：目標燃料噴射量演算手段、３３：燃料噴射弁制御手段、３５：燃料噴射弁駆動回路、３７：正常時ＨＣ吸蔵量推定手段、３９：必要酸素量演算手段、４１：実酸素消費量推定手段、４３：判定手段、５０：電子制御装置（機能診断装置）、５１：目標燃料噴射量演算手段、５３：燃料噴射弁制御手段、５５：燃料噴射弁駆動回路、５７：ＨＣ流入量推定手段、５９：実酸素消費量演算手段、６１：ＨＣ酸化量推定手段、６３：判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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