(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-02
(45)【発行日】2022-11-11
(54)【発明の名称】触媒劣化診断システムおよび触媒劣化診断方法
(51)【国際特許分類】
F01N 3/20 20060101AFI20221104BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20221104BHJP
F01N 11/00 20060101ALI20221104BHJP
F02D 41/04 20060101ALI20221104BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20221104BHJP
【ＦＩ】
F01N3/20 C ZAB
F01N3/24 R
F01N11/00
F02D41/04
F02D45/00
F02D45/00 368F
F02D45/00 376
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018177125
(22)【出願日】2018-09-21
(65)【公開番号】P2020045885
(43)【公開日】2020-03-26
【審査請求日】2021-04-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】岡本 拓
(72)【発明者】
【氏名】中曽根 修
【審査官】長清 吉範
(56)【参考文献】
【文献】特開平９－１２５９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１６８９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２４１６５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１２４８７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１６３８８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２３６１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／２０
Ｆ０１Ｎ ３／２４
Ｆ０１Ｎ １１／００
Ｆ０２Ｄ ４５／００
Ｆ０２Ｄ ４１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の、劣化度合いを診断するシステムであって、前記内燃機関から排出される前記排ガスの排気経路において、前記触媒から前記内燃機関に向かう側が前記触媒よりも上流側と定義され、前記上流側の反対側が前記触媒よりも下流側と定義され、
前記排気経路において前記触媒よりも前記下流側に設けられた下流側空燃比検出手段と、
前記排気経路において前記触媒よりも前記下流側に設けられたＮＯｘ検出手段と、
前記内燃機関に対する吸気および燃料噴射を制御することによって前記内燃機関の運転状態を制御する運転制御手段と、
前記触媒の劣化度合いを診断する診断手段と、
あらかじめ定められた診断閾値が記憶されてなる記憶手段と、
を備え、
前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも大きいときの前記内燃機関の運転状態をリーン運転状態と称するとともに前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも小さいときの前記内燃機関の運転状態をリッチ運転状態と称し、かつ、
前記下流側空燃比検出手段における検出結果に基づき特定される前記排気経路の前記触媒よりも前記下流側における前記排ガスの空燃比を下流側空燃比と称する場合において、
前記運転制御手段は、前記内燃機関が前記リーン運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリーン側閾値に到達したタイミングで、前記内燃機関を前記リッチ運転状態へと移行させ、前記内燃機関が前記リッチ運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリッチ側閾値に到達したタイミングからあらかじめ定めた所定時間が経過したタイミングで、前記内燃機関を前記リーン運転状態へと移行させることを、前記排ガスの温度を６００℃以上の所定の診断温度に保ちつつ行う診断運転を、前記内燃機関に実行させ、
前記診断手段は、前記リッチ運転状態にあるときの前記ＮＯｘ検出手段における検出結果に基づいて特定される、前記排気経路の前記触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度を、第１の前記診断閾値と比較することにより、前記触媒におけるＮＯｘ還元能の劣化の度合いを診断する、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。
【請求項2】
請求項１に記載の触媒劣化診断システムであって、前記排気経路の前記触媒よりも前記上流側において前記排ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段、
をさらに備えるとともに、
前記上流側空燃比検出手段における空燃比検出値に基づいて特定される前記触媒の前記上流側における空燃比を上流側空燃比と称するとし、
前記診断手段はさらに、前記上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以上となってから前記下流側空燃比が前記リーン側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の吸蔵での酸素吸蔵量と、前記上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以下となってから前記下流側空燃比が前記リッチ側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の放出での酸素放出量との平均値として算出される前記触媒の平均酸素吸蔵量を、第２の前記診断閾値と比較することにより、前記触媒における酸素吸蔵能の劣化の度合いを診断する、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。
【請求項3】
内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の、劣化度合いを診断する方法であって、前記内燃機関から排出される前記排ガスの排気経路において、前記触媒から前記内燃機関に向かう側を前記触媒よりも上流側と定義し、前記上流側の反対側を前記触媒よりも下流側と定義し、
前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも大きいときの前記内燃機関の運転状態をリーン運転状態と称するとともに前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも小さいときの前記内燃機関の運転状態をリッチ運転状態と称し、かつ、
前記排気経路の前記触媒よりも前記下流側における前記排ガスの空燃比を下流側空燃比と称する場合において、
前記内燃機関に対する吸気および燃料噴射を所定の制御手段によって制御することにより、前記内燃機関が前記リーン運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリーン側閾値に到達したタイミングで、前記内燃機関を前記リッチ運転状態へと移行させ、前記内燃機関が前記リッチ運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリッチ側閾値に到達したタイミングからあらかじめ定めた所定時間が経過したタイミングで、前記内燃機関を前記リーン運転状態へと移行させることを、前記排ガスの温度を６００℃以上の所定の診断温度に保ちつつ行う、診断運転工程と、
前記触媒の劣化度合いを診断する診断工程と、
を備え、
前記診断工程においては、前記リッチ運転状態にあるときの前記排気経路の前記触媒よりも前記下流側における前記排ガス中のＮＯｘの濃度を、あらかじめ定められて所定の記憶手段に記憶されてなる第１の診断閾値と比較することにより、前記触媒におけるＮＯｘ還元能の劣化の度合いを診断する、
ことを特徴とする触媒劣化診断方法。
【請求項4】
請求項３に記載の触媒劣化診断方法であって、前記診断工程においてはさらに、前記排気経路の前記触媒よりも前記上流側における空燃比である上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以上となってから前記下流側空燃比が前記リーン側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の吸蔵での酸素吸蔵量と、前記上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以下となってから前記下流側空燃比が前記リッチ側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の放出での酸素放出量との平均値として算出される前記触媒の平均酸素吸蔵量を、あらかじめ定められて前記記憶手段に記憶されてなる第２の診断閾値と比較することにより、前記触媒における酸素吸蔵能の劣化の度合いを診断する、
ことを特徴とする触媒劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、触媒の劣化度合いを診断するシステムおよび方法に関し、特に、内燃機関からの排ガスが導入される触媒のための診断システムおよび診断方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
車両（典型的には自動車）に搭載されてなるガソリンエンジンからは、その運転時、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。それゆえ、多くのガソリンエンジン車両には、これら３つの含有物を一括して除去する（浄化する）触媒、すなわち三元触媒（ＴＷＣ：Three Way Catalyst）が、搭載されている。
【0003】
三元触媒は、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、およびＲｈ（ロジウム）等の貴金属からなり、主たる触媒作用を担う部分と、ＣｅＯ２（セリア）を主としたセラミックスからなる、助触媒と位置付けられる部分とを有している。ＰｄおよびＰｔには、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化してＣＯ２（二酸化炭素）およびＨ２Ｏ（水）を生成させる作用がある。また、ＰｄおよびＲｈには、排ガス中のＮＯｘを還元してＮ２（窒素）を生成させる作用がある。セリアには、Ｏ２（酸素）を吸着・脱離させる作用があり、ＴＷＣにおいては、ＨＣおよびＣＯが酸化される際には必要な酸素がセリアから放出され、ＮＯｘが還元される際には生じた酸素がセリアに吸蔵（貯蔵）されるようになっている。
【0004】
ガソリンエンジンは、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に等しいかあるいはその近傍の値となっており、エンジンシリンダ内へ導入される燃料が完全燃焼するストイキオメトリ（ストイキ）状態を中心としつつも、車両の状況によっては、Ａ／Ｆがストイキ状態よりも高いリーン状態、あるいは、Ａ／Ｆがストイキ状態よりも低いリッチ状態にも、適宜に移行しつつ運転される。そして、ＴＷＣは、このうちのストイキ状態において、ＨＣおよびＣＯと、ＮＯｘとを全て、高い浄化率にて浄化できるようになっている。
【0005】
より具体的には、ＴＷＣにおけるＮＯｘについての浄化率は、リッチ運転時（還元雰囲気）およびストイキ運転時では相対的に高く、リーン運転時（酸素過剰雰囲気）では相対的に低い。逆に、ＴＷＣにおけるＨＣおよびＣＯについての浄化率は、リーン運転時およびストイキ運転時では相対的に高く、リッチ運転時では相対的に低い。これは、リッチ運転時は排ガスの酸素含有量が低いのでＮＯｘを還元させやく、リーン運転時は排ガスの酸素含有量が高いので、ＨＣおよびＣＯを酸化させやすいからである。
【0006】
ＴＷＣは、長期的に使用を継続するうちに劣化していく。劣化の仕方には、さまざまな場合があるが、主たる劣化モードは、リッチおよびリーン時の全体的な浄化効率低下、リーン時の浄化効率低下、リッチ時の浄化効率低下などである。
【0007】
一方で、近年、自動車に関しては、法令上の要請により、ＯＢＤ（車載故障診断：On-Board Diagnostics）の実施が義務づけられており、ＴＷＣもその対象である。
【0008】
ＴＷＣのＯＢＤは、例えば、ＯＳＣ（酸素貯蔵能力：Oxygen Storage Capacity）法によって行われ得る。これは、セリアにおける酸素吸蔵能（酸素貯蔵量）が高いほど、三元触媒の浄化能力が高く、ＴＷＣの劣化は、セリアにおける酸素吸蔵能（酸素貯蔵量）の劣化として現れる、という前提に基づいている。
【0009】
ＯＳＣ法の一態様としてのＣｍａｘ法がすでに公知である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２００６－１７０７８号公報
【文献】特許第５８３５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、Ｃｍａｘ法を初めとするＯＳＣ法ではあくまで、ＴＷＣに備わるセリアの酸素吸蔵能の劣化度合いを評価しているに過ぎず、浄化に直接に関わる酸化や還元を担う貴金属部分の劣化挙動を直接に把握することはできない。
【0012】
また、ＴＷＣに備わるセリアの酸素吸蔵量は、エンジンからの排ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等のガス成分との相関が小さいという問題もある。
【0013】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＴＷＣの貴金属成分の劣化の度合いを好適に診断することが出来るシステムおよび方法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】
【0014】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の、劣化度合いを診断するシステムであって、前記内燃機関から排出される前記排ガスの排気経路において、前記触媒から前記内燃機関に向かう側が前記触媒よりも上流側と定義され、前記上流側の反対側が前記触媒よりも下流側と定義され、前記排気経路において前記触媒よりも前記下流側に設けられた下流側空燃比検出手段と、前記排気経路において前記触媒よりも前記下流側に設けられたＮＯｘ検出手段と、前記内燃機関に対する吸気および燃料噴射を制御することによって前記内燃機関の運転状態を制御する運転制御手段と、前記触媒の劣化度合いを診断する診断手段と、あらかじめ定められた診断閾値が記憶されてなる記憶手段と、を備え、前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも大きいときの前記内燃機関の運転状態をリーン運転状態と称するとともに前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも小さいときの前記内燃機関の運転状態をリッチ運転状態と称し、かつ、前記下流側空燃比検出手段における検出結果に基づき特定される前記排気経路の前記触媒よりも前記下流側における前記排ガスの空燃比を下流側空燃比と称する場合において、前記運転制御手段は、前記内燃機関が前記リーン運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリーン側閾値に到達したタイミングで、前記内燃機関を前記リッチ運転状態へと移行させ、前記内燃機関が前記リッチ運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリッチ側閾値に到達したタイミングからあらかじめ定めた所定時間が経過したタイミングで、前記内燃機関を前記リーン運転状態へと移行させることを、前記排ガスの温度を６００℃以上の所定の診断温度に保ちつつ行う診断運転を、前記内燃機関に実行させ、前記診断手段は、前記リッチ運転状態にあるときの前記ＮＯｘ検出手段における検出結果に基づいて特定される、前記排気経路の前記触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度を、第１の前記診断閾値と比較することにより、前記触媒におけるＮＯｘ還元能の劣化の度合いを診断する、ことを特徴とする。
【0015】
本発明の第２の態様は、第１の態様に係る触媒劣化診断システムであって、前記排気経路の前記触媒よりも前記上流側において前記排ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段、をさらに備えるとともに、前記上流側空燃比検出手段における空燃比検出値に基づいて特定される前記触媒の前記上流側における空燃比を上流側空燃比と称するとし、前記診断手段はさらに、前記上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以上となってから前記下流側空燃比が前記リーン側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の吸蔵での酸素吸蔵量と、前記上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以下となってから前記下流側空燃比が前記リッチ側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の放出での酸素放出量との平均値として算出される前記触媒の平均酸素吸蔵量を、第２の前記診断閾値と比較することにより、前記触媒における酸素吸蔵能の劣化の度合いを診断する、ことを特徴とする。
【0016】
本発明の第３の態様は、内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の、劣化度合いを診断する方法であって、前記内燃機関から排出される前記排ガスの排気経路において、前記触媒から前記内燃機関に向かう側を前記触媒よりも上流側と定義し、前記上流側の反対側を前記触媒よりも下流側と定義し、前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも大きいときの前記内燃機関の運転状態をリーン運転状態と称するとともに前記内燃機関から排出される前記排ガスの空燃比がストイキ値よりも小さいときの前記内燃機関の運転状態をリッチ運転状態と称し、かつ、前記排気経路の前記触媒よりも前記下流側における前記排ガスの空燃比を下流側空燃比と称する場合において、前記内燃機関に対する吸気および燃料噴射を所定の制御手段によって制御することにより、前記内燃機関が前記リーン運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリーン側閾値に到達したタイミングで、前記内燃機関を前記リッチ運転状態へと移行させ、前記内燃機関が前記リッチ運転状態にある場合において前記下流側空燃比が所定のリッチ側閾値に到達したタイミングからあらかじめ定めた所定時間が経過したタイミングで、前記内燃機関を前記リーン運転状態へと移行させることを、前記排ガスの温度を６００℃以上の所定の診断温度に保ちつつ行う、診断運転工程と、前記触媒の劣化度合いを診断する診断工程と、を備え、前記診断工程においては、前記リッチ運転状態にあるときの前記排気経路の前記触媒よりも前記下流側における前記排ガス中のＮＯｘの濃度を、あらかじめ定められて所定の記憶手段に記憶されてなる第１の診断閾値と比較することにより、前記触媒におけるＮＯｘ還元能の劣化の度合いを診断する、ことを特徴とする。
【0017】
本発明の第４の態様は、第３の態様に係る触媒劣化診断方法であって、前記診断工程においてはさらに、前記排気経路の前記触媒よりも前記上流側における空燃比である上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以上となってから前記下流側空燃比が前記リーン側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の吸蔵での酸素吸蔵量と、前記上流側空燃比とストイキ値との差分値を前記上流側空燃比がストイキ値以下となってから前記下流側空燃比が前記リッチ側閾値に到達するまでの時間について積分することで算出される前記触媒における一度の放出での酸素放出量との平均値として算出される前記触媒の平均酸素吸蔵量を、あらかじめ定められて前記記憶手段に記憶されてなる第２の診断閾値と比較することにより、前記触媒における酸素吸蔵能の劣化の度合いを診断する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明の第１ないし第４の態様によれば、三元触媒の貴金属成分が担うＮＯｘ還元能について、劣化の度合いを診断することが出来る。
【0019】
特に、第２および４の態様によれば、三元触媒について、ＮＯｘ還元能のみならず、酸素吸蔵能についても、劣化の度合いを診断することが出来る。しかも、これらの診断は並行して行うことができ、かつ、両者の劣化の仕方には相関がないので、従来の手法に比べ、三元触媒の劣化の状態を、より詳細に把握することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】車両１０００の構成を概略的に示す図である。
【図2】本実施の形態に係る劣化診断を実行する際の、エンジン５００の制御態様を、従来の一般的なＣｍａｘ法におけるエンジン５００の制御態様と対比的に示す図である。
【図3】劣化状態の程度が異なる４つのＴＷＣ６０１それぞれを車両１０００に搭載した場合についての、ＮＯｘ濃度の時間変化を、排ガス温度ごとにまとめた図である。
【図4】排ガス温度が６００℃および７００℃の場合についての、水熱エージング時間と、リッチ運転状態におけるＮＯｘ濃度の最大値との関係を示す図である。
【図5】排ガス温度が６００℃および７００℃の場合についての、水熱エージング時間と、酸素吸蔵量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
＜システムの構成＞
図１は、本実施の形態における車両（システム）１０００の構成を概略的に示す図である。本実施の形態において、車両１０００は、運転者ＤＲによって運転される自動車である。
図１は、本実施の形態における車両（システム）１０００の構成を概略的に示す図である。本実施の形態において、車両１０００は、運転者ＤＲによって運転される自動車である。
【0022】
車両１０００は、内燃機関の一種であって動力源であるガソリンエンジン（以下、単にエンジンと称する）５００と、エンジン５００の内部（燃焼室）に燃料を噴射する燃料噴射装置５０１と、エンジン５００に対して空気を供給する吸気部４０１と、エンジン５００から排出される排ガスを浄化するＴＷＣ（三元触媒）６０１と、車両１０００の各部の動作を制御するＥＣＵ（電子制御装置）１００と、運転者ＤＲに対して車両１０００に関する種々の情報を提示するためのインパネ（インストルメントパネル）その他の表示部２００と、車両１０００を動作させるに際し運転者ＤＲによって操作される種々の操作部の一つであるアクセルペダル３００と、を主として備える。なお、操作部としては他に、ハンドルや、トランスミッション用のシフトレバー（セレクトレバー）や、ブレーキペダル（いずれも図示省略）などが例示される。
【0023】
吸気部４０１とＴＷＣ６０１とはそれぞれ、エンジン５００と相異なる配管Ｐによって接続されてなる。以降においては、吸気部４０１からエンジン５００に至るガスの経路を供給側あるいは吸気経路と称し、エンジン５００からＴＷＣ６０１に向かう側のガスの経路を排気側あるいは排気経路と称する。また、エンジン５００から排出されてＴＷＣ６０１に導入され、さらにＴＷＣ６０１から排出されるという排ガスの流れに基づき、ＴＷＣ６０１からエンジン５００に向かう側を上流側と称し、その反対側を下流側と称する。
【0024】
車両１０００においては概略、吸気部４０１を通じて外部から取り込まれた空気（吸気）と燃料噴射装置５０１から噴射された燃料との混合気を、エンジン５００の内部で圧縮し、係る圧縮された混合気をスパークプラグ（図示省略）で点火することで爆発・燃焼させて膨張させ、その際に生じる圧力でピストン（図示省略）を移動させることで、動力を発生させるようになっている。そして係る動力発生後のガスが排ガスとして排気経路に排出され、ＴＷＣ６０１により浄化されるようになっている。
【0025】
排ガスには、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）が含まれる。ＴＷＣ６０１は、これら３つの含有物を、それぞれに高い浄化率にて一括して浄化する（除去する）能力を有してなる。
【0026】
ＴＷＣ６０１は、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、およびＲｈ（ロジウム）等の貴金属からなり、主たる触媒作用を担う部分と、ＣｅＯ２（セリア）を主としたセラミックスからなる、助触媒と位置付けられる部分とを有している。ＰｄおよびＰｔには、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化してＣＯ２（二酸化炭素）およびＨ２Ｏ（水）を生成させる作用がある。ＰｄおよびＲｈには、排ガス中のＮＯｘを還元してＮ２（窒素）を生成させる作用がある。セリアには、Ｏ２（酸素）を吸着・脱離させる作用があり、ＴＷＣ６０１においては、ＨＣおよびＣＯが酸化される際には必要な酸素がセリアから放出され、ＮＯｘが還元される際には生じた酸素がセリアに吸蔵（貯蔵）されるようになっている。
【0027】
本実施の形態において、ＴＷＣ６０１は、劣化していない正常な状態で、エンジン５００がストイキ状態（排ガスの空燃比がストイキ値（約１４．７）の状態）あるいはリッチ状態（排ガスの空燃比がストイキ値よりも小さい状態）にあるときにＮＯｘを９０％以上の高い浄化率にて浄化（Ｎ２に還元）し、エンジン５００がストイキ状態あるいはリーン状態（排ガスの空燃比がストイキ値よりも大きい状態）にあるときにＨＣおよびＣＯを９０％以上の高い浄化率にて浄化（Ｈ２ＯやＣＯ２へと酸化）する能力を、有してなるものとする。
【0028】
車両１０００はさらに、ＴＷＣ６０１よりも上流側であってエンジン５００との間を接続する配管Ｐに設けられた上流側空燃比検出手段７０１と、ＴＷＣ６０１よりも下流側の配管Ｐに設けられた下流側空燃比検出手段７０２およびＮＯｘ検出手段７０３とを備える。なお、図１においては下流側空燃比検出手段７０２とＮＯｘ検出手段７０３とを別体にて示しているが、両者は一体に構成されていてもよく、さらには一の検出手段が両者における検出を並行して行える態様であってもよい。
【0029】
上流側空燃比検出手段７０１および下流側空燃比検出手段７０２はそれぞれ、ＴＷＣ６０１の上流側および下流側における排ガスの空燃比を測定するために配置されている。ＮＯｘ検出手段７０３は、ＴＷＣ６０１の下流側における排ガス中のＮＯｘの濃度を測定するために配置されている。これらの検出手段からの出力は、車両１０００の運転制御のために用いられるが、本実施の形態においては、これに加えて、ＴＷＣ６０１が有する浄化能（触媒能）の劣化の度合いを診断する際にも用いられる。
【0030】
具体的には、本実施の形態においては、これら上流側空燃比検出手段７０１、下流側空燃比検出手段７０２、およびＮＯｘ検出手段７０３と、ＥＣＵ１００とを、主たる構成要素として、ＴＷＣ６０１の劣化の度合いを診断する触媒劣化診断システムＤＳ１が構成されている。触媒劣化診断システムＤＳ１による診断の詳細については後述する。
【0031】
ＥＣＵ１００は、少なくとも１つのＩＣ（集積回路）を含む電子回路によって構成される。電子回路は少なくとも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。
【0032】
ＥＣＵ１００は、機能的構成要素として、上流側空燃比取得部１１０Ａと、下流側空燃比取得部１１０Ｂと、燃料噴射制御部１２０と、吸気制御部１３０と、統括制御部１４０と、診断運転制御部１５０と、ＮＯｘ濃度取得部１６０と、酸素吸蔵量演算部１７０と、診断部１８０と、記憶部１９０とを備える。
【0033】
上流側空燃比取得部１１０Ａと下流側空燃比取得部１１０Ｂとはそれぞれ、上流側空燃比検出手段７０１と下流側空燃比検出手段７０２からの空燃比信号を取得する。空燃比信号は必ずしも空燃比そのものとして取得される必要はなく、当該空燃比に応じた電圧値や電流値として取得される態様であってもよい。
【0034】
なお、以降においては、上流側空燃比検出手段７０１における検出結果に基づいて特定されるＴＷＣ６０１の上流側における空燃比を上流側Ａ／Ｆと称し、下流側空燃比検出手段７０２における検出結果に基づいて特定されるＴＷＣ６０１の下流側における空燃比を下流側Ａ／Ｆと称する。
【0035】
燃料噴射制御部１２０は、運転者ＤＲによるアクセルペダル３００の操作状態などに応じた統括制御部１４０からの制御指示のもと、燃料噴射装置５０１からの燃料の噴射を制御する。
【0036】
吸気制御部１３０は、運転者ＤＲによるアクセルペダル３００の操作状態などに応じた統括制御部１４０からの制御指示のもと、吸気部４０１からの吸気を制御する。
【0037】
統括制御部１４０は、運転者ＤＲによりなされる、アクセルペダル３００その他の操作部に対する操作の状態に応じて、ＥＣＵ１００の各制御部に対し制御指示を与えることにより、車両１０００全体の動作を統括的に制御する。
【0038】
診断運転制御部１５０は、統括制御部１４０からの実行指示のもと、後述するＴＷＣ６０１の劣化診断を実行する際の、車両１０００の運転を制御する。
【0039】
ＮＯｘ濃度取得部１６０は、ＮＯｘ検出手段７０３からＮＯｘ濃度信号を取得する。なお、ＮＯｘ濃度信号の示す値（ＮＯｘ濃度信号値）は必ずしも濃度値そのものである必要はなく、当該濃度値に応じた電圧値や電流値であってもよい。なお、以降においては、ＮＯｘ検出手段７０３における検出結果に基づいて特定されるＴＷＣ６０１の下流側におけるＮＯｘ濃度を単に、（排ガスの）ＮＯｘ濃度と称する。
【0040】
酸素吸蔵量演算部１７０は、診断運転制御部１５０による制御のもと、上流側空燃比検出手段７０１から与えられる空燃比信号に基づいて、ＴＷＣ６０１における酸素の吸蔵量を演算する。
【0041】
診断部１８０は、診断運転制御部１５０による制御のもと、ＮＯｘ濃度取得部１６０によって取得されるＮＯｘ濃度信号と、酸素吸蔵量演算部１７０において演算されるＴＷＣ６０１における酸素の吸蔵量とに基づいて、ＴＷＣ６０１の劣化の度合いについて診断する。
【0042】
記憶部１９０は、車両１０００の運転に際して必要な種々のプログラムやデータ、劣化診断の際の運転条件や診断閾値など、種々の情報を記憶する。
【0043】
車両１０００においては、下流側空燃比検出手段７０２およびＮＯｘ検出手段７０３のさらに下流側に、追加触媒６０２が設けられていてもよい。追加触媒６０２は例えば、もう一つのＴＷＣ、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルター：Gasoline Particulate Filter）、またはＳＣＲ（選択還元触媒：Selective Catalytic Reduction）などである。係る場合、エンジン５００からの排ガスが、より好適に浄化される。
【0044】
＜ＴＷＣの劣化診断＞
次に、本実施の形態において行われるＴＷＣ６０１の劣化診断について説明する。図２は、本実施の形態に係る劣化診断を実行する際の、エンジン５００の制御態様を、従来の一般的なＣｍａｘ法（以下、単にＣｍａｘ法と称する）におけるエンジン５００の制御態様と対比的に示す図である。
次に、本実施の形態において行われるＴＷＣ６０１の劣化診断について説明する。図２は、本実施の形態に係る劣化診断を実行する際の、エンジン５００の制御態様を、従来の一般的なＣｍａｘ法（以下、単にＣｍａｘ法と称する）におけるエンジン５００の制御態様と対比的に示す図である。
【0045】
具体的には、図２（ａ）がＣｍａｘ法の場合における上流側Ａ／Ｆの制御目標値と、下流側Ａ／Ｆの実測値と、ＮＯｘ濃度の実測値との時間変化を示しており、図２（ｂ）が本実施の形態に係る劣化診断におけるそれらの時間変化を示している。
【0046】
まず、Ｃｍａｘ法について説明する。Ｃｍａｘ法では、図２（ａ）に示すように、上流側Ａ／Ｆの制御目標値がリーン状態における設定値ＡＦａとリッチ状態における設定値ＡＦｂとの間で、ステップ状に変化するよう、エンジン５００の運転状態を制御する、アクティブ制御が実行される。このとき、排ガス温度は、６００℃以上であって、当該アクティブ制御が可能な所定温度とされる（実際の局面では当該温度±３０℃程度の温度幅は許容されてよい）。ただし、少なくとも現状では、排ガス温度が９００℃を超えるとアクティブ制御が困難となるため、実質的には排ガス温度の上限値は９００℃となる。
【0047】
以降においては、上流側Ａ／Ｆの制御目標値をＡＦａとするエンジン５００の運転状態をリーン運転状態と称し、上流側Ａ／Ｆの制御目標値をＡＦｂとするエンジン５００の運転状態をリッチ運転状態と称する。
【0048】
より詳細には、リーン運転状態とされてからしばらくの間は、エンジン５００からの排ガスに含まれる過剰な酸素はＴＷＣ６０１に備わるセリアに吸蔵されるため、下流側Ａ／Ｆはリッチ状態のまま保たれる。その後、セリアにおける酸素吸蔵量が飽和すると、排ガスに含まれる酸素はセリアによって吸蔵されずにＴＷＣ６０１の下流側へとそのまま流れていくため、下流側Ａ／Ｆの実測値が徐々に増大する。そして、係る下流側Ａ／Ｆの実測値がリーン側閾値ＴＨａに到達したタイミング（図２（ａ）においては実線矢印ＡＲ１にて示す時刻ｔａ１、ｔａ２、ｔａ３、・・・）で、上流側Ａ／Ｆの制御目標値がＡＦｂに設定されて、リッチ運転状態に移行する。
【0049】
すると今度は、エンジン５００からの排ガスに含まれる酸素の量がストイキ状態よりも少なくなるため、ＴＷＣ６０１においては、セリアに吸蔵されていた酸素が放出される。それゆえ、しばらくの間は、下流側Ａ／Ｆはリーン状態のまま保たれる。やがて、セリアから全ての酸素が放出されると、いったん増大した下流側Ａ／Ｆの実測値が徐々に減少する。
【0050】
そして、係る下流側Ａ／Ｆの実測値がリッチ側閾値ＴＨｂに到達したタイミング（図２（ａ）においては一点鎖線矢印ＡＲ２にて示す時刻ｔｂ１、ｔｂ２、ｔｂ３、・・・）で、上流側Ａ／Ｆの制御目標値が再びＡＦａに設定されて、リーン運転状態に移行する。
【0051】
なお、図２（ａ）においては図示の簡単のため、下流側Ａ／Ｆの実測値がリーン側閾値ＴＨａに到達した後リッチ側閾値ＴＨｂに到達するまでの時間（ｔｂ１－ｔａ１、ｔｂ２－ｔａ２、ｔｂ３－ｔａ３、・・・）と、係る実測値がリッチ側閾値ＴＨｂに到達した後リーン側閾値ＴＨａに到達するまでの時間（ｔａ２－ｔｂ１、ｔａ３－ｔｂ２、・・・）とを全て同じとしているが、実際には、これらの時間は相異なることがある。ただし、これらの時間は通常、せいぜい数秒程度である。
【0052】
以降は、リーン運転状態とリッチ運転状態とが必要に応じて繰り返される。そして、係る態様にてリーン運転状態とリッチ運転状態とを所定の回数あるいは時間繰り返した際の上流側Ａ／Ｆの実測値に基づいて（具体的には所定時間についての時間積分値に基づいて）、ＴＷＣ６０１に備わるセリアの酸素吸蔵量が見積もられる。そして、得られた酸素吸蔵量の値に基づいて、ＴＷＣ６０１の劣化の度合いが診断される。換言すれば、Ｃｍａｘ法においては、セリアの酸素吸蔵能力が低下していることをもって、ＴＷＣ６０１全体としての機能が劣化しているとの診断がなされるようになっている。
【0053】
次に、本実施の形態に係る劣化診断について説明する。本実施の形態に係る劣化診断は、車両１０００に備わる触媒劣化診断システムＤＳ１によって実行される。
【0054】
本実施の形態に係る劣化診断は、リーン運転状態とリッチ運転状態とが繰り返される点、および、リーン運転状態からリッチ運転状態への移行の仕方については、従来のＣｍａｘ法と同様であるが、リッチ運転状態からリーン運転状態への移行に特徴を有する。係る診断の際のエンジン５００の制御は、診断運転制御部１５０により実行される。なお、本実施の形態に係る劣化診断に際しても、排ガス温度は６００℃以上の所定温度とされる（実際の局面では当該温度±３０℃程度の温度幅は許容されてよい）。係る劣化診断の際の排ガスの温度を、診断温度と称する。ただし、上述したように少なくとも現状では排ガス温度が９００℃を超えるとアクティブ制御が困難となるため、係る診断温度についても、実質的には上限値は９００℃となる。
【0055】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、リーン運転状態からリッチ運転状態への移行については、従来のＣｍａｘ法と同様、下流側Ａ／Ｆの実測値がリーン側閾値ＴＨａに到達したタイミング（図２（ｂ）においては実線矢印ＡＲ３にて示す時刻ｔｃ１、ｔｃ２、・・・）で、上流側Ａ／Ｆの制御目標値がＡＦｂに設定されて、リッチ運転状態に移行する。
【0056】
なお、下流側Ａ／Ｆの実測値は、下流側空燃比検出手段７０２がその検出値から算出した値を下流側空燃比取得部１１０Ｂが取得し、診断運転制御部１５０に与える態様であってもよいし、下流側空燃比検出手段７０２における検出値を取得した下流側空燃比取得部１１０Ｂが算出して診断運転制御部１５０に与える態様であってもよいし、当該実測値に相当する空燃比信号が下流側空燃比検出手段７０２から下流側空燃比取得部１１０Ｂを通じて診断運転制御部１５０に与えられ、診断運転制御部１５０が当該信号値を実測値に相当する値として処理する態様であってもよい。
【0057】
リッチ運転状態が継続されるとやがて、Ｃｍａｘ法の場合と同様、セリアに吸蔵されていた酸素は全て放出され、あるタイミング（図２（ｂ）においては時刻ｔｄ１、ｔｄ２、・・・）で、下流側Ａ／Ｆの実測値がリッチ側閾値ＴＨｂに到達する。しかしながら、本実施の形態に係る劣化診断においては、このタイミングではまだ、リーン運転状態には移行せず（図２（ｂ）においてはこれをバツ印ＣＲにて示している）、当該タイミングからあらかじめ定めた所定の時間Δｔ経過したタイミング（図２（ｂ）においては一点鎖線矢印ＡＲ４にて示す時刻ｔｅ１、ｔｅ２、・・・）で、リーン運転状態へと移行するようにする。そして、以降は同様に、リーン運転状態とリッチ運転状態とを繰り返すようにする。ここで時間Δｔは、あらかじめ実験的に定められる値であり、１秒から５秒程度とされる。
【0058】
このように、リッチ運転状態を従来のＣｍａｘ法の場合よりも長く継続すると、図２（ｂ）の最下段に示すように、リッチ運転状態が継続している間におけるＮＯｘ濃度の挙動はＴＷＣ６０１の個体によって様々であり、実線にて示すようにほぼゼロを保って推移する場合もあれば、破線、一点鎖線、二点鎖線にて示すように、時間の経過とともに、ＮＯｘ濃度が徐々に増大する傾向がみられる場合もある。しかも、一点鎖線や二点鎖線にて示す場合のように、リッチ運転状態に移行後直ちに、ＮＯｘ濃度値が正の値を取る場合もある。
【0059】
ＮＯｘ検出手段７０３によって検出されるＮＯｘは、ＴＷＣ６０１において浄化されずに下流側へと排出されたものにほかならない。本発明の発明者が鋭意検討した結果、排ガスの温度が同じであれば、ＴＷＣ６０１の劣化が進行しているほど、矢印ＡＲ５にて示すように、ＮＯｘ濃度の値は大きくなる傾向がある、という知見が得られた。これはすなわち、リッチ運転状態におけるＮＯｘ濃度と、ＴＷＣ６０１のＮＯｘ還元能に係る劣化の度合いの間に、相関があることを意味している。
【0060】
一方で、リーン運転状態におけるＮＯｘ濃度については、仮に下流側Ａ／Ｆの実測値がリーン側閾値ＴＨａに到達した以降もリーン運転状態を継続したとしても、ＴＷＣ６０１の劣化の度合いとの間に特段の相関はみられないことも、確認されている。
【0061】
本実施の形態においては、以上の知見に基づき、車両１０００に備わる触媒劣化診断システムＤＳ１によって、リーン運転状態からリッチ運転状態に移行した後、再びリーン運転状態とされるまでの間に検出されるＮＯｘの濃度に基づいて、ＴＷＣ６０１の（より詳細には、貴金属成分であるＰｄおよびＲｈの）ＮＯｘ還元能に係る劣化の度合いを診断する。
【0062】
具体的には、触媒劣化診断システムＤＳ１においてはまず、診断運転制御部１５０による制御のもと、排ガスの温度を６００℃～９００℃の範囲内の診断温度に保ちつつ、上述のように、下流側Ａ／Ｆの実測値がリーン側閾値ＴＨａに到達したタイミングでのリーン運転状態とからリッチ運転状態への移行と、下流側Ａ／Ｆの実測値がリッチ側閾値ＴＨｂに到達したタイミングから所定の時間Δｔ経過したタイミングでのリッチ運転状態とからリーン運転状態への移行とが、繰り返されるようにする。係る態様でのエンジン５００の制御（アクティブ制御）を、診断運転と称する。
【0063】
そして、これに並行して、ＮＯｘ濃度取得部１６０は、エンジン５００が診断運転の状態にあるとき、少なくともそのうちのリッチ運転状態の間、ＮＯｘ検出手段７０３からＮＯｘ濃度信号を取得し、その信号値を診断部１８０に与える。
【0064】
診断部１８０は、与えられたＮＯｘ濃度信号値と記憶部１９０にあらかじめ記憶されている閾値（第１の閾値）とを比較し、ＮＯｘ濃度信号値が閾値を超えていれば、ＴＷＣ６０１のＮＯｘ還元能に許容限度を超えた劣化が生じていると診断し、ＮＯｘ濃度信号値が閾値以下であれば、ＴＷＣ６０１のＮＯｘ還元能には許容限度を超えた劣化は生じていないと診断する。当該閾値は、診断部１８０に与えられるＮＯｘ信号値の形式に応じた形式および値にて、記述されている。なお、リッチ運転状態となる都度取得されるＮＯｘ濃度信号値の平均値が、閾値と比較される態様であってもよい。あるいは、閾値が段階的に設定され、それぞれの閾値とＮＯｘ濃度値とが比較されることで、診断対象たるＴＷＣ６０１におけるＮＯｘ還元能の劣化の度合いを、段階的に診断する態様であってもよい。
【0065】
なお、上述の説明からもわかるように、Ｃｍａｘ法と本実施の形態に係る劣化診断との端的な相違の１つは、エンジン５００をリッチ運転状態に保つ時間の相違である。それゆえ、ＴＷＣ６０１におけるＮＯｘ還元能の劣化の度合いが同じであるならば、Ｃｍａｘ法の場合のようにリッチ運転状態の継続時間が短い場合であっても、実際にはＴＷＣ６０１から下流側へのＮＯｘの流出は生じているはずである。従って、一見すると、Ｃｍａｘ法によりエンジン５００の運転状態を制御しつつ、ＮＯｘ濃度を測定して劣化診断を行うことも、可能なようにも見受けられる。
【0066】
しかしながら、リッチ運転状態の時間が短いことや、ＮＯｘ検出手段７０３の応答性や検出誤差などを鑑みると、ＴＷＣ６０１におけるＮＯｘ還元能が相当程度劣化していない限りは、図２（ａ）の最下段に示すように、リッチ運転状態におけるＮＯｘ濃度は通常、ほぼゼロもしくはそれに近い値となってしまう可能性が高い。それゆえ、Ｃｍａｘ法と同じようにエンジン５００の運転状態を制御したとしても、ＮＯｘ還元能の診断を正確に行うことは難しい。
【0067】
一方で、本実施の形態に係る劣化診断においては、Ｃｍａｘ法と同様、ＴＷＣ６０１に備わるセリアの酸素吸蔵量を見積もり、その値に基づいて、セリアの酸素吸蔵能力の劣化の度合いを診断することも可能となっている。
【0068】
具体的には、図２（ｂ）の最上段において破線にて示す、エンジン５００が診断運転の状態にあるときの上流側Ａ／Ｆの実測値とストイキ値（約１４．７）との差分値を、エンジン５００がリーン運転状態にある時間、より詳細には、上流側Ａ／Ｆの制御目標値がリーン側の設定値ＡＦａに移行した後、上流側Ａ／Ｆの実測値がストイキ値以上となってからリッチ側の設定値ＡＦｂに移行するまで（下流側Ａ／Ｆの実測値がリーン閾値ＴＨａに達するまで）の時間について積分することで得られる値が、ＴＷＣ６０１に備わるセリアにおける一度の吸蔵での酸素吸蔵量に相当し、当該差分値を、エンジン５００がリッチ運転状態にあるうち、上流側Ａ／Ｆの実測値がストイキ値以下となってから下流側Ａ／Ｆの実測値がリッチ閾値ＴＨｂに達するまでの時間について積分することで得られる値の絶対値が、一度の放出での酸素放出量に相当することを利用する。例えば、図２（ｂ）の斜線部Ｍ１の面積が、一度の吸蔵での酸素吸蔵量に該当し、斜線部Ｍ２の面積の絶対値が、一度の放出での酸素放出量に該当することになる。
【0069】
そして、それら一度の吸蔵での酸素吸蔵量と一度の放出での酸素放出量に相当する面積値を、診断運転が継続しリーン運転状態とリッチ運転状態との間の反転が繰り返される都度算出し、得られた全ての算出値の平均値である平均酸素吸蔵量を、ＴＷＣ６０１に備わるセリアの酸素吸蔵能を示す、酸素吸蔵量であるとする。
【0070】
係る態様にて算出される酸素吸蔵量は、従来のＣｍａｘ法にて算出される酸素吸蔵能と同等のものである。
【0071】
それゆえ、触媒劣化診断システムＤＳ１においては、診断運転制御部１５０による制御のもと、エンジン５００が診断運転の状態とされると、上述したＮＯｘ濃度取得部１６０によるＮＯｘ濃度信号の取得と並行して、酸素吸蔵量演算部１７０が、上流側空燃比検出手段７０１からの空燃比信号に基づき、セリアにおける酸素吸蔵量および酸素放出量を上述の態様にて繰り返し算出し、その平均値である平均酸素吸蔵量を算出して診断部１８０に与える。
【0072】
診断部１８０は、上述したＮＯｘ還元能の診断と並行して、与えられた平均酸素吸蔵量と記憶部１９０にあらかじめ記憶されている閾値（第２の閾値）とを比較し、平均酸素吸蔵量が閾値を下回っていれば、ＴＷＣ６０１の酸素吸蔵能に許容限度を超えた劣化が生じていると診断し、平均酸素吸蔵量が閾値以上であれば、ＴＷＣ６０１の酸素吸蔵能には許容限度を超えた劣化は生じていないと診断する。あるいは、閾値が酸素吸蔵能の劣化の度合いに対応させて段階的に設定され、それぞれの閾値と平均酸素吸蔵量とが比較されることで、診断対象たるＴＷＣ６０１における酸素吸蔵能の劣化の度合いを、段階的に診断する態様であってもよい。
【0073】
このように、本実施の形態に係る触媒劣化診断システムＤＳ１においては、ＴＷＣ６０１の劣化診断として、ＮＯｘ還元能の診断と、従来と同様の酸素吸蔵能の診断とを、並行して行うことができる。しかも、本発明の発明者が鋭意検討したところ、両者の診断結果の間には、必ずしも相関はみられないことが確認されている。このことは、本実施の形態に係る触媒劣化診断システムＤＳ１において行う劣化診断の方が、酸素吸蔵能のみを指標とするＣｍａｘ法による劣化診断よりも、ＴＷＣ６０１の劣化状態をより適切に把握できることを意味する。
【0074】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、従来のＣｍａｘ法と同様に、エンジンにおいてリーン運転状態とリッチ運転状態とを交互に繰り返すとともに、リッチ運転状態からリーン運転状態への移行は、ＴＷＣの下流側における空燃比の実測値がリッチ側閾値に到達してから所定時間経過した後に行うようにしたうえで、リッチ運転状態にあるときにＴＷＣの下流側においてＮＯｘを検出し、これに基づいて特定されるＮＯｘ濃度値の大きさを所定の閾値と比較することで、ＴＷＣのＮＯｘ還元能について、劣化の度合いを診断することが出来る。
【0075】
加えて、ＴＷＣの上流側における空燃比の実測値を時間積分した値に基づいてＴＷＣの酸素吸蔵量を算出し、その大きさを閾値と比較することで、ＴＷＣの酸素吸蔵能についても、劣化の度合いを診断することが出来る。
【0076】
しかも、これらのＮＯｘ還元能と酸素吸蔵能の診断は並行して行うことができ、かつ、両者の劣化の仕方には相関がないので、本実施の形態によれば、従来のＣｍａｘ法に比べ、ＴＷＣの劣化の状態を、より詳細に把握することが出来る。
【実施例】
【0077】
（実施例１）
劣化の度合いが異なる４つのＴＷＣ６０１を用意し、それぞれを実際の車両１０００に搭載して、エンジン５００のアクティブ制御運転を行い、それぞれのＴＷＣ６０１について、下流側でのＮＯｘ濃度の挙動を確認した。
劣化の度合いが異なる４つのＴＷＣ６０１を用意し、それぞれを実際の車両１０００に搭載して、エンジン５００のアクティブ制御運転を行い、それぞれのＴＷＣ６０１について、下流側でのＮＯｘ濃度の挙動を確認した。
【0078】
車両１０００としては、エンジン５００の排気量が４．６Ｌのガソリン車（Ｖ８気筒ノンターボ）を使用した。ＴＷＣ６０１としては、新品（以下、freshもしくはfresh品とも称する）と、程度の異なる劣化状態を模擬的に実現するべく、fresh品に対し１０００℃でそれぞれ２時間、４時間、１０時間水熱エージングした３つの水熱エージング品とを用意した。水熱エージング時間の長いＴＷＣ６０１ほど、劣化の度合いが顕著なものに相当する。なお、水熱エージングは、Ｏ２を２％、Ｈ２Ｏを１０％含み、残余がＮ２である雰囲気で行った。
【0079】
また、上流側空燃比検出手段７０１および下流側空燃比検出手段７０２には公知の空燃比センサを用いて、ＮＯｘ検出手段７０３としては質量分析計を用いた。
【0080】
アクティブ制御運転は、エンジン５００の回転数を２０００ｒｐｍに保ちつつ、空気過剰率λ＝１．０４のリーン運転状態とλ＝０．９６のリッチ運転状態とを３０秒ずつ交互に繰り返すことにより行った。すなわち、ＡＦａ＝１．０４×１４．７≒１５．２９とし、ＡＦｂ＝０．９６×１４．７≒１４．１１とした。なお、排ガスの温度は、４００℃、５００℃、６００℃、および７００℃の４水準に違えた。それぞれの排ガス温度を実現するべく、燃料噴射装置５０１からの燃料噴射量と、吸気部４０１からの吸気とは、可変に制御した。
【0081】
図３は、４つのＴＷＣ６０１それぞれを車両１０００に搭載した場合についての、ＮＯｘ濃度の時間変化を、排ガス温度ごとにまとめた図である。
【0082】
図３に示したように、排ガス温度が６００℃の場合には、ＴＷＣの違いによらずリーン運転状態において高いＮＯｘ濃度が検出されるとともに、リッチ運転状態においても、fresh品を除き、ＮＯｘが検出された。また、排ガス温度が７００℃の場合においても、わずかながら、リッチ運転状態においてＮＯｘが検出された。一方、排ガス温度が４００℃および５００℃の場合には、水熱エージングしたＴＷＣを用いた場合であっても、リッチ運転状態においてＮＯｘは検出されなかった。
【0083】
図４は、排ガス温度が６００℃および７００℃の場合についての、水熱エージング時間（図４では「触媒エージング時間」と記載）と、リッチ運転状態におけるＮＯｘ濃度の最大値との関係を示す図である。なお、「触媒エージング時間」が０時間（０ｈｒ）のデータは、fresh品のデータである。
【0084】
図４からは、それぞれの場合について、水熱エージング時間が大きくなるほど、ＮＯｘ濃度が大きくなる傾向があることがわかる。
【0085】
係る結果は、上述の実施の形態のように、リーン運転状態とリッチ運転状態とを交互に繰り返すアクティブ制御におけるリッチ運転状態の時間を、通常のＣｍａｘ法におけるアクティブ制御においてリッチ運転状態となる時間（せいぜい数秒程度）に比して、十分に長くすることで（本実施例では３０秒）、ＴＷＣのＮＯｘ還元能について診断することが可能であることを示唆している。
【0086】
（実施例２）
実施例１において用いた、（模擬的な）劣化状態の相異なる４種類のＴＷＣ６０１につき、実施例１と同じ車両１０００に搭載し、従来のＣｍａｘ法により、排ガス温度を６００℃および７００℃とした場合の酸素吸蔵量を測定した。アクティブ制御運転は、エンジン５００の回転数を２０００ｒｐｍに保ちつつ行った。それぞれの排ガス温度を実現するべく、燃料噴射装置５０１からの燃料噴射量と、吸気部４０１からの吸気とは、可変に制御した。また、リーン運転状態とリッチ運転状態とは１０回ずつ行われるようにし、全２０回の酸素吸蔵もしくは酸素放出の際の酸素吸蔵量もしくは酸素放出量の平均値を、それぞれのＴＷＣの酸素吸蔵量とした。それぞれの運転状態の継続時間は、概ね３秒程度であった。
実施例１において用いた、（模擬的な）劣化状態の相異なる４種類のＴＷＣ６０１につき、実施例１と同じ車両１０００に搭載し、従来のＣｍａｘ法により、排ガス温度を６００℃および７００℃とした場合の酸素吸蔵量を測定した。アクティブ制御運転は、エンジン５００の回転数を２０００ｒｐｍに保ちつつ行った。それぞれの排ガス温度を実現するべく、燃料噴射装置５０１からの燃料噴射量と、吸気部４０１からの吸気とは、可変に制御した。また、リーン運転状態とリッチ運転状態とは１０回ずつ行われるようにし、全２０回の酸素吸蔵もしくは酸素放出の際の酸素吸蔵量もしくは酸素放出量の平均値を、それぞれのＴＷＣの酸素吸蔵量とした。それぞれの運転状態の継続時間は、概ね３秒程度であった。
【0087】
【0088】
図５（ａ）に示す排ガス温度が６００℃の場合、および、図５（ｂ）に示す排ガス温度が７００℃の場合のいずれにおいても、fresh品のみ他の３つの水熱エージング品に比して酸素吸蔵量が大きく、３つの水熱エージング品の間においては顕著な差異はみられなかった。係る結果は、ＴＷＣ６０１の酸素吸蔵量は、使用を開始後、比較的短時間で低下し、その後はあまり変化しないことを示している。
【0089】
そして、係る酸素吸蔵量の変化は、図４に示したＮＯｘ濃度の変化と、相関を有していないと判断される。このことは、従来行われていた酸素吸蔵能力の評価のみでは、ＴＷＣ６０１の劣化の度合いを必ずしも妥当に判断できないこと、および、酸素吸蔵能とＮＯｘ還元能とを並行に評価することが可能な、上述の実施の形態の診断手法の方が、ＴＷＣ６０１の劣化の状態をより的確に診断できることを指し示している。
【符号の説明】
【0090】
１００ ＥＣＵ
３００ アクセルペダル
４０１ 吸気部
５００ エンジン
５０１ 燃料噴射装置
６０１ ＴＷＣ
７０１ 上流側空燃比検出手段
７０２ 下流側空燃比検出手段
７０３ ＮＯｘ検出手段
１０００ 車両
ＤＳ１ 触媒劣化診断システム
Ｐ 配管
ＴＨａ （下流側Ａ／Ｆの）リーン側閾値
ＴＨｂ （下流側Ａ／Ｆの）リッチ側閾値
３００ アクセルペダル
４０１ 吸気部
５００ エンジン
５０１ 燃料噴射装置
６０１ ＴＷＣ
７０１ 上流側空燃比検出手段
７０２ 下流側空燃比検出手段
７０３ ＮＯｘ検出手段
１０００ 車両
ＤＳ１ 触媒劣化診断システム
Ｐ 配管
ＴＨａ （下流側Ａ／Ｆの）リーン側閾値
ＴＨｂ （下流側Ａ／Ｆの）リッチ側閾値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】