(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスの湿度を検出する湿度センサの故障判定装置であって、
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、
この運転状態検出手段の検出結果に応じて、前記内燃機関が前記湿度センサの故障判定を実行可能な運転状態にあるか否かを判断する故障判定実行判断手段と、
この故障判定実行判断手段が、前記湿度センサの故障判定を実行可能と判断したときに、当該湿度センサの検出結果に基づいて、当該湿度センサが故障しているか否かを判定する湿度センサ故障判定手段と、
を備え、
前記排気ガスの排気通路は、メイン排気通路と、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材を途中に配置したバイパス排気通路とに切り替えられるように構成され、
前記湿度センサは、前記バイパス排気通路の前記吸着材の下流側に配置されており、
前記故障判定実行判断手段は、前記排気通路が前記バイパス排気通路に切り替えられることで、前記吸着材が当該バイパス排気通路に導かれた前記排気ガス中の炭化水素を吸着中であるときに、前記湿度センサの故障判定を実行可能と判断することを特徴とする湿度センサの故障判定装置。
【請求項２】
前記排気通路が前記メイン排気通路に切り替わることにより、前記吸着材から炭化水素が脱離されるように構成されており、
前記吸着材からの当該炭化水素の脱離状態を検出する脱離状態検出手段を、更に備え、
前記故障判定実行判断手段は、前記吸着材からの炭化水素の脱離が前記内燃機関の前回の運転終了時に、前記脱離状態検出手段により検出された脱離状態に応じて、前記湿度センサの故障判定を実行可能か否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の湿度センサの故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスの湿度を検出する湿度センサの故障判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンエンジンなどの排気系においては、排気ガス中の有害物質（炭化水素、一酸化炭素および窒素化合物）を浄化するために、排気管の途中に三元触媒が設けられている。しかし、エンジンの冷間始動直後（例えば始動時から約３０〜４０秒）などでは、三元触媒が活性化しないことで、有害物質が十分に浄化されず、特に未燃焼成分である炭化水素が外部へ排出されてしまうことがある。このため、これを阻止するために、排気管に、三元触媒に加えて、炭化水素を吸着する吸着材を設けたものがある。このような吸着材は、三元触媒を設けた排気管のメイン排気通路の途中から分岐したバイパス排気通路に設けられている。そして、排気管の分岐部分に設けられた切替バルブが、三元触媒の状態に応じて、排気ガスの排気通路を、メイン排気通路とバイパス排気通路とに切り替える。これにより、エンジンの冷間始動直後の排気ガスは、炭化水素が吸着材に吸着されることで浄化された後、外部に排出される。
【０００３】
上記吸着材は、表面に、例えばゼオライトを有しており、排気ガスがバイパス通路を通過する際に、炭化水素の分子がゼオライトの細孔に入り込むことで、炭化水素が吸着される。また、このような吸着材は、排気ガスにより、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）に加熱されると、一旦吸着した炭化水素を脱離する。そして、脱離した炭化水素は、ＥＧＲ管などを介してエンジンに再循環されるようになっている。このように、吸着材では、炭化水素の吸着および脱離が繰り返されるものの、吸着材の長期間の使用によって、脱離しきれなかった炭化水素が吸着材に次第に残留したり、吸着材の細孔が壊れたりすることがある。その結果、吸着材が劣化、すなわち吸着材における炭化水素の吸着可能量が次第に低下する。このような状態でエンジンの始動を繰り返すと、吸着材に吸着されなかった炭化水素が外部に排出されてしまう。このため、吸着材の劣化を解消するために炭化水素を脱離させるためのエンジン制御（吸着材を高温にするなど）を行ったり、吸着材の劣化を運転者に知らせたりするなどのために、本出願人は、吸着材の劣化を検出する劣化検出装置を、特願２０００−６６４４３号において既に提案している。
【０００４】
この劣化検出装置では、バイパス排気通路の吸着材の下流側に湿度センサが設けられており、吸着材を通過した排気ガスの湿度を、湿度センサで検出し、その検出結果に基づいて、吸着材の劣化が検出される。これは、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力が互いに比例関係にあることを利用するものであり、上記湿度センサで吸着材を通過した排気ガスの湿度を検出することで、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力の低下、すなわち吸着材の劣化を検出することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記劣化検出装置では、吸着材の劣化を適正に検出することが可能であるものの、この劣化検出装置の湿度センサが故障してしまうと、吸着材の劣化を適正に検出することができないことで、上述したエンジン制御や運転者への報知などを適切に行えなくなるおそれがある。したがって、このような点において、上記劣化検出装置には改善の余地がある。
【０００６】
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、内燃機関から排出された排気ガスの湿度を検出する湿度センサの故障を、簡単な構成で適切に判定することができる湿度センサの故障判定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関１から排出された排気ガスの湿度を検出する湿度センサの故障判定装置であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２５、図７のステップ１３１、１３３および１３４）と、この運転状態検出手段の検出結果に応じて、内燃機関が湿度センサ２２の故障判定を実行可能な運転状態にあるか否かを判断する故障判定実行判断手段（ＥＣＵ２５、図７のステップ１３１、１３３および１３４）と、この故障判定実行判断手段が、湿度センサの故障判定を実行可能と判断したときに、湿度センサの検出結果に基づいて、湿度センサが故障しているか否かを判定する湿度センサ故障判定手段（ＥＣＵ２５、図１０のステップ１５１〜１５７）と、を備え、排気ガスの排気通路は、メイン排気通路１３と、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材（ＨＣ吸着材１６）を途中に配置したバイパス排気通路１４とに切り替えられるように構成され、湿度センサ２２は、バイパス排気通路の吸着材の下流側に配置されており、故障判定実行判断手段は、排気通路がバイパス排気通路に切り替えられることで、吸着材がバイパス排気通路に導かれた排気ガス中の炭化水素を吸着中であるときに、湿度センサの故障判定を実行可能と判断することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、故障判定実行判断手段が、内燃機関の運転状態に基づいて、内燃機関が湿度センサの故障判定を実行可能な運転状態にあると判断したときに、湿度センサ故障判定手段が湿度センサの検出結果に基づいて、この湿度センサの故障の有無を判定する。内燃機関の運転状態によっては、湿度センサの検出値が所定の範囲内にあるべき所定の運転状態であるにもかかわらず、その検出値が所定の範囲内にないときには、湿度センサが故障していると判定することが可能であり、これにより、湿度センサの故障を適切なタイミングで正しく判定することができる。また、湿度センサの検出値を利用して湿度センサの故障判定を行うので、格別の装置などを必要とすることなく、上記故障判定装置を比較的簡単な構成で実現することができる。
【００１０】
また、湿度センサを、バイパス排気通路の吸着材の下流側に設けるので、吸着中である吸着材を通過した排気ガス、すなわち吸着材によって炭化水素および水分が吸着された後の排気ガス（吸着後排気ガス）の湿度を検出することが可能となる。そして、バイパス排気通路に導かれた排気ガス中の炭化水素を、吸着材が吸着中であるときに、湿度センサの故障判定を実行可能と判断する。吸着材における炭化水素および水分の吸着能力は、互いに比例関係にあるので、吸着後排気ガスの湿度は、吸着材における炭化水素の実際の吸着状態に対して高い相関性を有する。これにより、吸着材が炭化水素を吸着中である場合、例えば、炭化水素の吸着の完了に近づいたときに、湿度センサの検出値が所定の範囲内にあるべきであるので、そのときの湿度センサの検出値に基づいて、湿度センサの故障判定を行うことができる。以上のように、湿度センサの故障判定に適した内燃機関の運転状態として、吸着材が炭化水素を吸着中であるときを選択することによって、湿度センサの故障判定を適切に行うことができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１の湿度センサの故障判定装置において、排気通路がメイン排気通路に切り替わることにより、吸着材から炭化水素が脱離されるように構成されており、吸着材からの炭化水素の脱離状態を検出する脱離状態検出手段（ＥＣＵ２５、図１２のステップ１６１〜１６３）を、更に備え、故障判定実行判断手段は、吸着材からの炭化水素の脱離が内燃機関の前回の運転終了時に、脱離状態検出手段により検出された脱離状態に応じて、湿度センサの故障判定を実行可能か否かを判断することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、内燃機関の前回の運転終了時に、脱離状態検出手段により検出された吸着材からの炭化水素の脱離状態に応じて、湿度センサの故障判定を実行可能か否かを判断するので、湿度センサの検出値に影響を与える吸着材の脱離状態を考慮した適切な故障判定を実行することが可能となる。すなわち、例えば、吸着材における炭化水素の脱離が前回の運転時に完了していないと、湿度センサの検出値の推移が変わってくることで、故障判定を適切に行うタイミングがずれてくるので、そのような場合には、故障判定を行わず、前回の運転時に炭化水素の脱離が完了している時にのみ故障判定を行うことによって、誤判定を回避することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態を適用した内燃機関を示している。同図に示すように、この内燃機関（以下「エンジン」という）１の排気系２は、エンジン１から排出された排気ガスを、浄化しながら外部（大気中）に排出するとともに、その一部をエンジン１に再循環（ＥＧＲ）させるように構成されており、排気マニホルド３を介してエンジン１に接続された排気管４を有している。
【００１４】
この排気管４の途中には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化触媒として、２つの三元触媒５、５を有する触媒装置６および炭化水素を吸着するための炭化水素吸着触媒装置７が設けられている。触媒装置６の２つの三元触媒５、５は、排気管４に沿って互いに隣接して配置されており、これらが所定温度（例えば３００℃）以上となることで活性化することにより、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（炭化水素、一酸化炭素および窒素化合物）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００１５】
一方、炭化水素吸着触媒装置７は、排気管４の触媒装置６の下流側に配置されており、三元触媒５、５が活性化していない状態でのエンジン１の始動期間（例えば、始動時から約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着し、これによって、外部に排出される排気ガス中の炭化水素を大幅に低減するためのものである。図１および図２に示すように、炭化水素吸着触媒装置７は、排気通路切替装置８を介して、触媒装置６の下流端部に連結されており、ほぼ円筒状の外殻を構成するケース１１と、このケース１１の内部に配置されたバイパス排気管１２と、このバイパス排気管１２の途中に充填され、バイパス排気管１２に流入した排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状のＨＣ吸着材１６（吸着材）とを備えている。
【００１６】
図２に示すように、ケース１１は、その上流端部が上下に二股になっており、上側の開口部１１ａが、排気管４の排気通路に連通するとともに、ケース１１内における上記バイパス排気管１２の外側の断面環状のスペース（メイン排気通路１３）と連通する一方、下側の開口部１１ｂが、バイパス排気管１２の内部のスペース（バイパス排気通路１４）と連通している。
【００１７】
バイパス排気管１２は、その上流端部がケース１１の下側の開口部１１ｂの内面に、下流端部がケース１１の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で接続されている。また、バイパス排気管１２の下流端寄りの位置には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、互いに周方向に等間隔で形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、ケース１１内のメイン排気通路１３およびバイパス排気通路１４の下流端部同士が連通している。
【００１８】
ＨＣ吸着材１６は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成されており、バイパス排気通路１４に流入した排気ガスがＨＣ吸着材１６の内部を通過する際に、その排気ガス中の炭化水素および水分がゼオライトに吸着する。ゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）の状態のときに、一旦吸着した炭化水素を脱離する。そして、脱離した炭化水素は、排気通路切替装置８の後述する分岐管部１８ｂ、およびエンジン１の吸気管１ａに両端部がそれぞれ接続されたＥＧＲ管１７を介して、エンジン１に再循環され、エンジン１で燃焼される。なお、上記ゼオライトは炭化水素および水分を吸着可能であれば良く、その種類は特に限定されるものではないが、本実施形態では、ＵＳＹ（Ｙ型）、Ｇａ−ＭＦＩおよびフェリエライトを混合したものを使用した。
【００１９】
排気通路切替装置８は、上記構成の炭化水素吸着触媒装置７を触媒装置６に連結するとともに、触媒装置６を通過した排気ガスの排気通路を、三元触媒５の活性状態に応じて、上記メイン排気通路１３とバイパス排気通路１４とに、選択的に切り替えるためのものである。この排気通路切替装置８は、ほぼ円筒状の連結管１８と、この連結管１８内に設けられ、排気通路を切り替えるための切替バルブ１５とを有している。連結管１８は、触媒装置６の下流端部と炭化水素吸着触媒装置７のメイン排気通路１３とを気密状態で連通させるメイン管部１８ａと、このメイン管部１８ａの上流部から分岐し、触媒装置６の下流端部と炭化水素吸着触媒装置７のバイパス排気通路１４とを気密状態で連通させる分岐管部１８ｂとで構成されている。
【００２０】
一方、切替バルブ１５は、円板状のバルブ本体１５ａと、このバルブ本体１５ａを一端部に支持する所定形状のアーム１５ｃとを有している。後述するＥＣＵ２５によって制御される切替バルブ駆動装置１９（図１参照）により、アーム１５ｃが他端部を中心に所定角度、回動駆動されることに伴い、バルブ本体１５ａも回動し、メイン管部１８ａおよび分岐管部１８ｂのいずれか一方を開放し、他方を閉鎖する。したがって、バルブ本体１５ａが、図２に示すように、メイン管部１８ａを開放しかつ分岐管部１８ｂを閉鎖しているときには、触媒装置６を通過した排気ガスがメイン管部１８ａを通って、ケース１１内のメイン排気通路１３に流れる。逆に、バルブ本体１５ａがメイン管部１８ａを閉鎖しかつ分岐管部１８ｂを開放しているときには（図２の２点鎖線参照）、触媒装置６を通過した排気ガスが分岐管部１８ｂを通って、バイパス排気通路１４に流れる。なお、アーム１５ｃの他端部には、図示しないねじりコイルばねが設けられており、このねじりコイルばねによって、バルブ本体１５ａは、常時は、図２に示すように、メイン管部１８ａを開放しかつ分岐管部１８ｂを閉鎖している。
【００２１】
このように構成された排気通路切替装置８では、通常、エンジン１の始動直後、分岐管部１８ｂを閉鎖しているバルブ本体１５ａが回動駆動されることによって、分岐管部１８ｂを開放しかつメイン管部１８ａを閉鎖する。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、分岐管部１８ｂを介して、バイパス排気通路１４に導かれて流れ、炭化水素および水分がＨＣ吸着材１６に吸着され、ＨＣ吸着材１６を通過した排気ガスが、更に下流へと流れて外部に排出される。そして、後述するように、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了したと判別されると、メイン管部１８ａを閉鎖していたバルブ本体１５ａが再度回動駆動されることによって、メイン管部１８ａを開放しかつ分岐管部１８ｂを閉鎖する。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、メイン管部１８ａを介して、ケース１１内のメイン排気通路１３に導かれて流れ、バイパス排気管１２の下流端部の連通孔１２ａを介して、バイパス排気管１２内に流入し、更に下流へと流れて外部に排出される。
【００２２】
炭化水素吸着触媒装置７のケース１１には、バイパス排気通路１４におけるＨＣ吸着材１６の下流側の湿度（以下、単に「下流側湿度」という）Ｄを検出する下流側湿度センサ２２Ａが取り付けられており、その検出信号はＥＣＵ２５に出力される。ＥＣＵ２５にはまた、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２７が接続されている。ＥＣＵ２５（運転状態検出手段、故障判定実行判断手段、湿度センサ故障判定手段、脱離状態検出手段）は、これらのセンサ２２Ａ、２７の検出結果などに基づいて、切替バルブ１５を含め、エンジン１および排気系２の各種の制御を行う。
【００２３】
下流側湿度センサ２２Ａは、先端のセンサ素子２２ａがバイパス排気管１２の連通孔１２ａの１つを介して、バイパス排気通路１４に臨むように、ケース１１の下流端部に取り付けられており、上述したように、下流側湿度Ｄを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。この検出信号は、ＥＣＵ２５において、後述するＨＣ吸着材１６による炭化水素の吸着条件が成立しているときには、相対湿度の検出信号として扱われる一方、その吸着条件が成立していないときには、絶対湿度の検出信号として扱われる。また、下流側湿度センサ２２Ａには、センサ素子２２ａを加熱するためのヒータ２８が設けられている。このヒータ２８は、ＥＣＵ２５によって制御されるようになっており、後述する所定条件が成立したときに、所定時間作動し、下流側湿度センサ２２Ａのセンサ素子２２ａを加熱する。なお、下流側湿度センサ２２Ａの詳細については、本出願人が既に提案した特願２０００−２３０８５号において説明しているので、ここでは省略する。
【００２４】
また、上記下流側湿度センサ２２Ａに加えて、図１および図２に二点鎖線で示すように、ＨＣ吸着材１６の上流側にも、下流側湿度センサ２２Ａと同じ湿度センサである上流側センサ２２Ｂが設けられる場合もある。この上流側湿度センサ２２Ｂは、バイパス排気通路１４におけるＨＣ吸着材１６の上流側の湿度（以下、単に「上流側湿度」という）ＤＦを検出する。なお、以下の説明では、下流側湿度センサ２２Ａおよび上流側湿度センサ２２Ｂを特に区別しない場合には、それらのセンサをまとめて、単に「湿度センサ２２」という。
【００２５】
また、エンジン１には、クランク角センサ３２が設けられており、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２５に出力する。ＴＤＣ信号は、例えばクランクシャフトが１８０度回転するごとに、１パルスがＥＣＵ２５に出力される。
【００２６】
ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述した湿度センサ２２および吸気温センサ２７などの各種センサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、各種センサからの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン１の運転状態を検出するとともに、検出した運転状態に応じ、各種の制御を行う。なお、ＥＣＵ２５は、例えば湿度センサ２２が故障していると判定したときには、警告ランプ２６に制御信号を出力し、これにより、警告ランプ２６が点灯することで、湿度センサ２２の故障を運転者に報知する。
【００２７】
次に、図３〜図１３を参照しながら、ＥＣＵ２５で実行される制御処理について、具体的に説明する。図３は、湿度検出の実行決定処理を示している。本処理は、エンジン１を始動させるために、イグニッションスイッチをオンにしたときに、直ちに開始される。本処理ではまず、ステップ１０１（「Ｓ１０１」と図示する。以下同じ）において、湿度センサ２２を加熱するヒータ２８が作動中か否かを判別する。この判別結果がＹｅｓ、すなわちヒータ２８が作動中であるときには、そのまま本プログラムを終了する。一方、ステップ１０１の判別結果がＮｏ、すなわちヒータ２８が作動していないときには、続くステップ１０２に進み、エンジン１が始動前か否か、具体的にはクランキングの開始前か否かを判別する。この判別結果がＹｅｓ、すなわちエンジン１が始動前であるときには、続くステップ１０３に進み、吸気温センサ２７で検出した吸気温ＴＡが、所定の判定値ＴＡ＿ＨＴ＿ＪＤＧ（例えば５０℃）よりも低いか否かを判別する。
【００２８】
ステップ１０３の判別結果がＹｅｓ、すなわち吸気温ＴＡが判定値ＴＡ＿ＨＴ＿ＪＤＧよりも小さいときには、ヒータ２８を所定時間（例えば１０秒）作動させ（ステップ１０４）、本プログラムを終了する。このようなヒータ２８の制御を行うのは、次のような理由からである。すなわち、エンジン１の始動時に雰囲気温度が低いときには、湿度センサ２２のセンサ素子２２ａに結露が生じやすく、その状態で湿度検出を実行すると、実際の値を精度良く検出することができないので、ヒータ２８を作動させることによって、結露による水滴をセンサ素子２２ａから除去するためである。一方、このステップ１０３の判別結果がＮｏ、すなわち吸気温ＴＡが判定値ＴＡ＿ＨＴ＿ＪＤＧ以上であるときには、センサ素子２２ａに結露が生じるおそれがないとして、後述するステップ１０６の湿度検出処理を実行して、本プログラムを終了する。
【００２９】
一方、上記ステップ１０２の判別結果がＮｏ、すなわちエンジン１が始動後であるときには、続くステップ１０５に進み、エンジン１のアイドリングが所定時間（例えば１０秒）以上継続したか否かを判別する。アイドリングが所定時間以上継続することで、湿度センサ２２のセンサ素子２２ａに結露が生じることがあるため、ステップ１０５の判別結果がＹｅｓのときには、上記と同様に、水滴をセンサ素子２２ａから除去すべく、ヒータ２８を所定時間作動させ（ステップ１０４）、本プログラムを終了する。上記ステップ１０５の判別結果がＮｏ、すなわちアイドリングの継続が所定時間未満であるときには、ステップ１０６に進む。
【００３０】
図４は、このステップ１０６で実行される、湿度センサ２２の検出結果に基づく湿度検出処理を示している。この処理ではまず、ステップ１１１において、下流側湿度センサ２２Ａによって検出された検出値Ｄを、下流側湿度の今回値Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）としてセットする。
【００３１】
次いで、ステップ１１２において、エンジン１が始動前か否かを判別する。この判別結果がＹｅｓ、すなわちエンジン１が始動前であるときには、続くステップ１１３において、上流側推定湿度の今回値Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）を、ステップ１１１でセットした下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）にセットする。エンジン１の始動前では、エンジン１からの排気ガスがバイパス排気通路１４に未だ流入していないので、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）をそのまま、上流側推定湿度Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）とする。また、ステップ１１３では、上流側推定湿度の前回値Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ−１）を、その今回値Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）にセットする。
【００３２】
その後、ステップ１１４において、上流側湿度センサ２２Ｂが設けられているか否かを判別する。図１および図２に二点鎖線で示すように、ＨＣ吸着材１６の上流側に、上流側湿度センサ２２Ｂが設けられている場合には、それにより検出された検出値ＤＦを、上流側湿度の今回値Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）としてセットし（ステップ１１５）、本プログラムを終了する。一方、上流側湿度センサ２２Ｂが設けられていない場合には（ステップ１１４：Ｎｏ）、ステップ１１７に進み、上記ステップ１１３でセットした、あるいは後述するステップ１１６で算出した上流側推定湿度Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）を、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）としてセットし、本プログラムを終了する。
【００３３】
上記ステップ１１２の判別結果がＮｏ、すなわちエンジン１が始動した後には、ステップ１１６に進み、相対湿度の最大値である最大湿度Ｈｕｍ＿ＭＡＸおよび上流側推定湿度の前回値Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ−１）を用い、下記の式（１）から上流側推定湿度の今回値Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）を算出する（ステップ１１６）。
Hum_F_hat(n)＝ALF×Hum_MAX＋(1−ALF)×Hum_F_hat(n−1)    …（１）
この式（１）におけるＡＬＦは、実験によって得られる重み係数であり、０＜ＡＬＦ＜１．０の範囲の値をとる。また、ステップ１１６においては、上記算出とともに、上流側推定湿度の前回値Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ−１）を、今回の本処理実行時の上流側推定湿度Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）にセットし、上記ステップ１１４に進む。
【００３４】
以上のように、この湿度検出処理では、上流側湿度センサ２２Ｂが有る場合には、上流側湿度の今回値Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）として、その上流側湿度センサ２２Ｂの検出値ＤＦを用い、逆に、上流側湿度センサ２２Ｂが無い場合には、下流側湿度センサ２２Ａの検出値Ｄに基づいて、ステップ１１３または１１６において推定した上流側推定湿度Ｈｕｍ＿Ｆ＿ｈａｔ（ｎ）を用いる。
【００３５】
また、上記両湿度センサ２２Ａ、２２Ｂが、応答性の低いものである場合には、検出値Ｄ、ＤＦに応答遅れが生じるので、これを補償するために、図５に示す湿度センサ２２の応答遅れ補償処理が実行される。同図に示すように、この補償処理では、今回の検出値Ｄ、ＤＦおよび前回の検出値Ｄ＿ｏｌｄ、ＤＦ＿ｏｌｄを用い、下記の式（２）および（３）からそれぞれ、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）および下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）を算出する（ステップ１２１）。
Hum_F(n)＝1/ALF1(DF−(1−ALF1)×DF_old)    …（２）
Hum_R(n)＝1/ALF2(D−(1−ALF2)×D_old)      …（３）
ここで、ＡＬＦ１およびＡＬＦ２は、湿度センサ２２の仕様ごとに実験によって求められ、応答遅れを補償するための補正係数であり、０＜ＡＬＦ１＜１．０、０＜ＡＬＦ２＜１．０の範囲の値をとる。例えば、上記式（２）は、
Hum_F(n)＝1/ALF1(DF−DF_old)＋DF_old
と書き換えられることからわかるように、補正係数ＡＬＦ１、ＡＬＦ２が大きいほど、補償の度合いが小さくなり、それらの値が１に近づくにつれて、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）および下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）はそれぞれ、今回値ＤＦ、Ｄに限りなく近づく。一方、補正係数ＡＬＦ１、ＡＬＦ２が小さいほど、補償の度合いがより大きくなる。
【００３６】
次いで、ステップ１２２において、次回の補償処理時に前回値として用いるために、今回値ＤＦおよびＤをそれぞれ、前回値ＤＦ＿ｏｌｄおよびＤ＿ｏｌｄとしてセットし、本プログラムを終了する。なお、上記両湿度センサ２２Ａ、２２Ｂがいずれも応答性の高いものである場合には、それぞれの検出値Ｄ、ＤＦがそのまま、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）および上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）としてそれぞれ用いられ、上記補償処理は実行されない。
【００３７】
図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、ＨＣ吸着材１６の上流側湿度について得られた実際の湿度（真値）、上流側湿度センサ２２Ｂの検出値ＤＦ、および検出値ＤＦを補償処理した後の上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）の各推移の一例を示している。同図（ａ）に示すように、例えば、エンジン１を始動させることで、排気ガスの湿度が始動直後に上昇し、その後はほぼ一定の値になるように推移する場合、応答性の低い湿度センサによって、その湿度を検出すると、検出値ＤＦは同図（ｂ）に示すように、真値よりも遅れた状態で推移する。これに対し、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）は、前述した式（２）で算出されることから、真値とほぼ同じタイミングで推移する湿度が得られ、それにより、上流側湿度センサ２２Ｂの応答遅れを補償することができる。
【００３８】
なお、上流側湿度センサ２２Ｂが無い場合には、例えば、図５のステップ１２１で算出した補償後の下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）を、図４のステップ１１３、１１６で用いることにより、応答遅れを補償した適正な上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）を得ることができる。
【００３９】
図７は、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着状態および脱離状態の推定処理、ならびに湿度センサ２２の故障判定処理の一連の実行手順のメインフローを示している。この処理は、例えば、クランク角センサ３２からのＴＤＣ信号がＥＣＵ２５に入力されるのに同期して実行される。本処理ではまず、ＨＣ吸着材１６による炭化水素の吸着条件が成立しているか否かを判別する（ステップ１３１）。具体的には、切替バルブ１５のバルブ本体１５ａが、図２に二点鎖線で示すように、メイン排気通路１３を閉鎖しかつバイパス排気通路１４を開放している状態、すなわちエンジン１からの排気ガスをバイパス排気通路１４に導く状態になっているか否かを判別する。
【００４０】
ステップ１３１の判別結果がＹｅｓ、すなわち上記吸着条件が成立しているときには、ステップ１３２に進み、ＨＣ吸着状態の推定処理を実行する。図８は、ＨＣ吸着状態の推定処理のサブルーチンを示しており、本処理により、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着状態が推定される。本処理ではまず、図４の湿度検出処理で算出した上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）および下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）を用い、下記式（４）から両湿度の差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍを算出する（ステップ１４１）。
deltsum＝deltsum＋Hum_F(n)−Hum_R(n)  …（４）
エンジン１を始動させると、上流側湿度および下流側湿度は、通常、図９に示すように推移する。すなわち、上流側湿度は、下流側湿度よりも先に立ち上がり（時刻tF）、時間の経過に従って値が次第に大きくなり、一定値に収束するように推移する。一方、下流側湿度は、上流側湿度がある程度大きくなってから、これに遅れて立ち上がり（時刻tR）、その後は、値が大きくなるように推移し、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了したときに（時刻tS）、上流側湿度とほぼ同じ値に収束する。したがって、本処理が繰り返し実行されることにより、上記式（４）によって、差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍ、すなわち図９に示す斜線部分の面積が算出され、これが、ＨＣ吸着材１６に吸着した水分吸着量に相当する。そして、この水分吸着量は、ＨＣ吸着材１６に吸着した炭化水素吸着量に比例し、これに対して高い相関性を有している。
【００４１】
次いで、ステップ１４２に進み、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）と下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）との差の絶対値が、所定の判定値Ｄ＿Ｈ＿ＪＤＧ（例えば、１０％）よりも小さいか否かを判別する。この判別結果がＮｏのときには、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）と下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）との偏差が大きいとして、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了していないと判定し（ステップ１４５）、本プログラムを終了する。一方、ステップ１４２の判別結果がＹｅｓ、すなわち上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）と下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）との偏差が小さいときには、ステップ１４３に進む。
【００４２】
このステップ１４３では、上記ステップ１４１で算出した差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍが、所定の判定値ＴＲＡＰ＿ＪＤＧ（例えば、２０００％）よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮｏのときには、差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍが小さいとして、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了していないと判定し（ステップ１４５）、本プログラムを終了する。一方、ステップ１４３の判別結果がＹｅｓ、すなわち差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍが判定値ＴＲＡＰ＿ＪＤＧを上回っているときには、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了したと判定し（ステップ１４４）、本プログラムを終了する。
【００４３】
以上のように、この推定処理では、上流側湿度Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）と下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）との偏差が判定値Ｄ＿Ｈ＿ＪＤＧよりも小さく、かつ、差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍが判定値ＴＲＡＰ＿ＪＤＧよりも大きいときには、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了したと判定する。上述したように、エンジン１の始動時に、上記偏差は、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着の完了に向かうにつれて、次第に小さくなるとともに、上記差分累積値ｄｅｌｔｓｕｍは、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着量に対して高い相関性を有している。したがって、上記のような処理により、下流側湿度センサ２２Ａ、あるいはこれに加えて上流側湿度センサ２２Ｂの検出結果に基づいて、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着状態、すなわちＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着の完了を適切に判定することができる。
【００４４】
図７に戻り、上述したステップ１３２のＨＣ吸着状態の推定処理に続くステップ１３３では、エンジン１の始動後、所定時間（例えば、１０秒）が経過したか否かを判別するとともに、前回のエンジン１の運転時（運転終了時）に、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の後述する脱離が完了していたか否かを判別する（ステップ１３４）。これらの判別結果のいずれかがＮｏのときには、湿度センサ２２の故障判定処理を実行すべき条件が成立していないとして、本プログラムを終了する。一方、ステップ１３３およびステップ１３４の判別結果がいずれもＹｅｓであるときには、湿度センサ２２の故障判定処理を実行すべき条件が成立したとして、この故障判定処理を行う（ステップ１３５）。
【００４５】
上記のように、湿度センサ２２の故障判定処理を実行するために、上記ステップ１３３および１３４の判別を行うのは、次の理由による。すなわち、まずステップ１３３において、エンジン１の始動後、所定時間が経過したことを条件としているのは、エンジン１が始動してからある程度の時間が経過することで、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了に向かい、これによって、湿度センサ２２の検出値がほぼ一定の値に安定するので（図９、図１１（ｂ）参照）、この検出値の安定時に、湿度センサ２２の故障判定を実行することで、適切な判定が可能となるからである。一方、ステップ１３４において、前回の運転時における炭化水素の脱離完了を条件としているのは、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の脱離が前回の運転時に完了していないと、湿度センサ２２の検出値の推移が変わってくることで、故障判定を適切に行うタイミングがずれてくるので、そのような場合には、故障判定を行わず、前回の運転時に炭化水素の脱離が完了している時にのみ故障判定を行うことによって、誤判定を回避するためである。
【００４６】
図１０は、上記ステップ１３５で実行される故障判定処理のサブルーチンを示しており、本処理により、下流側湿度センサ２２Ａの故障の有無が判定される。本処理ではまず、ステップ１５１において、故障判定完了フラグが「１」にセットされているか否かを判別する。この故障判定完了フラグは、イグニッションスイッチのオン時に「０」にリセットされるとともに、下流側湿度センサ２２Ａの故障判定が完了したときに、後述するステップ１５６で「１」にセットされるものである。ステップ１５１の判別結果がＹｅｓ、すなわち故障判定完了フラグが「１」にセットされているときには、そのまま本プログラムを終了する。このように、下流側湿度センサ２２Ａの故障判定が既に完了しているときには、その後は故障判定が行われず、すなわちこの故障判定は、エンジン１の始動時に１回のみ実行される。
【００４７】
ステップ１５１の判別結果がＮｏ、すなわち本処理において、下流側湿度センサ２２Ａの故障判定が完了していないときには、エンジン１の全気筒の燃料噴射時間ｔｏｕｔを用いて、その積算値ｓｇｍ＿ｔｏｕｔを下記式（５）から算出する（ステップ１５２）。
sgm_tout＝sgm_tout＋tout  …（５）
この式（５）は、エンジン１から排気系２に与えられた始動時からの総熱量を推定するためのものである。
【００４８】
次いで、上記の算出した積算値ｓｇｍ＿ｔｏｕｔが、その所定の判定値ＳＧＭ＿ＪＤＧＲよりも大きいか否かを判別する（ステップ１５３）。この判別結果がＮｏのときには、上記総熱量が小さいことで、下流側湿度センサ２２Ａのセンサ素子２２ａの温度が十分に上昇していないとして、下流側湿度センサ２２Ａの故障判定は行わず、そのまま本プログラムを終了する。
【００４９】
一方、ステップ１５３の判別結果がＹｅｓのときには、センサ素子２２ａの温度が十分に上昇したとして、ステップ１５４に進み、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が判定値Ｈ＿Ｒ＿ＪＤＧ（例えば、９０％）よりも小さいか否かを判別する。図１１（ａ）に示すように、エンジン１の始動時から時間が経過するにつれて、上記積算値ｓｇｍ＿ｔｏｕｔが増加し、判定値ＳＧＭ＿ＪＤＧＲを超えた時点（時刻ｔK）では、センサ素子２２ａの温度が十分に上昇しているとともに、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了あるいは完了に近いことで、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）は、ほぼ一定の値になっている。上記判定値Ｈ＿Ｒ＿ＪＤＧは、この一定値よりも若干低い所定の値として設定されている。したがって、ステップ１５４の判別結果がＮｏ、すなわち下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が判定値Ｈ＿Ｒ＿ＪＤＧ以上であるときには、下流側湿度センサ２２Ａが正常であると判定する一方、判別結果がＹｅｓ、すなわち下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が判定値Ｈ＿Ｒ＿ＪＤＧよりも小さいときには、下流側湿度センサ２２Ａが故障していると判定する。そして、故障判定完了フラグを「１」にセットして（ステップ１５６）、本プログラムを終了する。
【００５０】
以上の処理により、下流側湿度センサ２２Ａの故障判定を、その検出結果に基づいて、適切に行うことができる。なお、上流側湿度センサ２２Ｂが有る場合には、その故障判定処理は、上記の２つの判定値（ＳＧＭ＿ＪＤＧＲ、Ｈ＿Ｒ＿ＪＤＧ）の大きさを変えるだけで、下流側湿度センサ２２Ａの故障判定と同様に行うことができる。
【００５１】
図７に戻り、ステップ１３１の判別結果がＮｏ、すなわち吸着条件が成立していないときには、ステップ１３６に進み、ＨＣ吸着材１６による炭化水素の脱離条件が成立しているか否かを判別する。具体的には、ＥＧＲが実行中であるか否かを判別する。このステップ１３６の判別結果がＹｅｓ、すなわち脱離条件が成立しているときには、ステップ１３７に進み、ＨＣ脱離状態の推定処理を実行する。図１２は、ＨＣ脱離状態の推定処理のサブルーチンを示しており、本処理により、ＨＣ吸着材１６からの炭化水素の脱離状態が推定される。本処理では、ステップ１６１において、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が所定の判定値ＲＥＬ＿ＪＤＧ（例えば１５％）よりも小さいか否かを判別する。
【００５２】
図１１（ｂ）に示すように、ＨＣ吸着材１６からの炭化水素の脱離が開始されると、その当初は、ＨＣ吸着材１６から炭化水素とともに水分が脱離されることにより、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）は、ほぼ一定の値を保ち、その後、ＨＣ吸着材１６に残存する水分量が少なくなることに伴い、その脱離量が減少することによって、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が低下する。したがって、ステップ１６１の判別結果がＹｅｓ、すなわち下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が判定値ＲＥＬ＿ＪＤＧよりも小さいときには、下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が小さく、ＨＣ吸着材１６からの炭化水素の脱離が完了したと判定して（ステップ１６２）、本プログラムを終了する。一方、ステップ１６１の判別結果がＮｏ、すなわち下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）が判定値ＲＥＬ＿ＪＤＧ以上であるときには、炭化水素の脱離が完了していないと判定して（ステップ１６３）、本プログラムを終了する。
【００５３】
以上の推定処理により、下流側湿度センサ２２Ａの検出結果に基づいて、ＨＣ吸着材１６からの炭化水素の脱離の完了を適切に判定することができる。
【００５４】
図１３は、切替バルブの制御処理のフローチャートを示しており、本処理によって、排気通路がメイン排気通路１３とバイパス排気通路１４とに、選択的に切り替えられる。本処理では、ステップ１７１において、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了しているか否かを判別する。この判別は、上述した図８のステップ１４４が実行されているか否かに基づいて行われる。ステップ１７１の判別結果がＮｏであるときには、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了しておらず、吸着途中であるので、切替バルブ１５を現在の状態のまま保持する。すなわち、切替バルブ１５のバルブ本体１５ａで、メイン排気通路１３を閉鎖しかつバイパス排気通路を開放した状態に保持する（ステップ１７３）。
【００５５】
一方、ステップ１７１の判別結果がＹｅｓであるときには、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着が完了しているので、切替バルブ１５のバルブ本体１５ａで、メイン排気通路１３を開放しかつバイパス排気通路を閉鎖する（ステップ１７２）。なお、その後、ＥＧＲ管１７を介してＥＧＲが実行されることにより、ＨＣ吸着材１６からの炭化水素の脱離が行われる。
【００５６】
以上の処理により、切替バルブ１５を、下流側湿度センサ２２Ａの検出結果に基づいて、適正なタイミングで切替制御することができる。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の実際の吸着状態に対して高い相関性を有する下流側湿度Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）に基づいて、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着状態および、脱離状態を適切に推定することができる。そして、ＨＣ吸着材１６における炭化水素の吸着状態および脱離状態に応じて、湿度センサ２２の故障判定を、その検出結果に基づき、適切なタイミングで正しく行うことができる。また、湿度センサ２２の検出値を利用して湿度センサ２２の故障判定を行うので、格別の装置などを必要とすることなく、湿度センサの故障判定装置を、比較的簡単な構成で実現することができる。
【００５８】
なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、排気ガス浄化触媒として、三元触媒５を有する触媒装置６と、ＨＣ吸着材１６を有する炭化水素吸着触媒装置７を互いに別個に排気管４に設けたが、本発明は、これらが単一の装置として構成された、いわゆるハイブリッド型の排気ガス浄化触媒にも適用可能である。また、湿度センサ２２を、空燃比センサと同じ筐体を用いて、これらを一体化することも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の湿度センサの故障判定装置は、内燃機関から排出された排気ガスの湿度を検出する湿度センサの故障を、簡単な構成で適切に判定することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を適用した内燃機関を示す構成図である。
【図２】炭化水素吸着触媒装置を拡大して示す断面図である。
【図３】湿度検出の実行決定処理を示すフローチャートである。
【図４】湿度検出処理を示すフローチャートである。
【図５】湿度センサの応答遅れ補償処理を示すフローチャートである。
【図６】湿度センサの応答遅れ補償処理を説明するためのイメージ図であり、（ａ）は実際の湿度（真値）、（ｂ）は湿度センサの検出値、（ｃ）はその検出値を補償処理した後の上流側湿度の推移の一例を示す。
【図７】ＨＣ吸着材における炭化水素の吸着状態および脱離状態の推定処理、ならびに湿度センサの故障判定処理の実行手順を示すフローチャートである。
【図８】ＨＣ吸着状態の推定処理を示すフローチャートである。
【図９】エンジン始動時からの上流側湿度および下流側湿度の推移の一例を示すタイムチャートである。
【図１０】湿度センサの故障判定処理を示すフローチャートである。
【図１１】エンジンの始動時からの各種データの推移の一例を示す図であり、（ａ）は燃料噴射時間積算値、（ｂ）は下流側湿度、（ｃ）はセンサ素子温度を示す。
【図１２】ＨＣ脱離状態の推定処理を示すフローチャートである。
【図１３】切替バルブの制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    内燃機関
４    排気管
１３    メイン排気通路
１４    バイパス排気通路
１５    切替バルブ
１５ａ    バルブ本体
１６    ＨＣ吸着材（吸着材）
２２    湿度センサ
２２Ａ    下流側湿度センサ
２２Ｂ    上流側湿度センサ
２５    ＥＣＵ（運転状態検出手段、故障判定実行判断手段、湿度センサ故障判定手段、脱離状態検出手段）
Ｄ    下流側湿度の検出値
ＤＦ    上流側湿度の検出値
Ｈｕｍ＿Ｒ（ｎ）  下流側湿度
Ｈｕｍ＿Ｆ（ｎ）  上流側湿度
【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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