JP6401595B2 - 触媒劣化診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、未燃炭化水素ガスを酸化もしくは吸着する触媒の劣化の程度を診断する方法に関する。

従来、自動車用の排気ガス浄化システムのＯＢＤ（機能診断）、すなわち当該システムにおいて触媒が正常に動いているかどうかを診断する機能に関しては、自動車会社を中心に数多くの特許出願がなされていたが、大半は、排ガス温度センサ、酸素センサ、広域酸素濃度センサ（λセンサ）、ＮＯｘセンサ、ＰＭセンサを用いたもので、診断対象は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、ＮＯｘ選択還元触媒、ディーゼルすす捕集フィルタ(ＤＰＦ)であった（例えば、特許文献１ないし特許文献５参照）。

一方、自動車排気ガス測定用の炭化水素ガスセンサ（ＨＣセンサ）として、種々の原理・類型のものが、研究・開発されている。例えば、ゼオライト触媒におけるＮＯｘの浄化制御に適用可能な、分子量の大きなＨＣ（炭化水素）を選択的に検出可能な半導体型のＨＣセンサがすでに公知である（例えば、特許文献６参照）。ＨＣセンサとしてはその他、接触燃焼型、酸素濃度差検知型、限界電流型、混成電位型のものなどが広く知られており、西暦２０００年前後をピークに多数の特許出願がなされていた。

ただし、それらのＨＣセンサは主に、理論当量比（空気過剰率λ＝１）燃焼またはリーンバーン（希薄燃焼式、λ＞１）のガソリンエンジンに搭載される排気ガス浄化装置(ＴＷＣ：三元触媒、ＮＳＣ：ＮＯｘ吸蔵触媒)の浄化性能検査やディーゼルエンジンにおける未燃炭化水素噴射量の制御などに使用することが想定されていた。

特開２００１−２６３０４８号公報 特開２００５−２４０７１６号公報 特開２０１２−０３６８６０号公報 特開２０１２−２４１５９４号公報 特開平７−１０３０３９号公報 特許第２８７６７９３号公報

西暦２０１０年代に入って、北米において排気ガス規制が強化され、なかでも、ディーゼルエンジン車両に対する酸化触媒のＯＢＤが、将来的には義務付けられる状況となっている。具体的には、ディーゼルエンジン用の酸化触媒に対し、ディーゼルエンジンの排気雰囲気であるＯ_２（酸素）過剰雰囲気でＮＭＨＣ（Nom Methane HydroCarbon：非メタン炭化水素）を対象とするＯＢＤを行う必要が生じてきている。

しかしながら、特許文献１ないし特許文献５に開示されているような、従来公知のセンサを使用する手法の場合、係るＯＢＤに対応できないか、あるいは、間接的に診断を行うことができるに過ぎないという問題がある。

例えば、特許文献１に開示されているのは、酸化触媒における未燃炭化水素の変換(酸化燃焼)能力が低下した場合には発熱エネルギーも低下する、という関係性を利用する手法である。概略的にいえば、排気経路における酸化触媒の前後（上流側および下流側）に配置した排ガス温度センサにおいて燃料噴射時に生じる温度差ΔＴを測定し、その値から酸化触媒における未燃炭化水素の変換(酸化燃焼)能力の劣化度合いを間接的に診断するというものである。

しかしながら、係る方法の場合、実使用時の排気ガス温度および排気ガス流量の変化による誤差要因が大きすぎるという問題や、また発熱を促すための燃料噴射量が多量であり燃費悪化は免れないという問題がある。

また、特許文献２に開示されているのは、酸化触媒における未燃炭化水素の変換能力が低下した場合に酸化燃焼時の酸素の消費量が変化するということを利用する手法である。概略的にいえば、排気経路における酸化触媒の前後に配置された２つの広域酸素濃度センサ（λセンサ）の出力値λＦ、λＲの差Δλ、または２つの酸素センサの出力値（起電力値）の差に基づいて、酸化触媒における酸素の消費量を測定し、その値の変化から酸化触媒上での未燃炭化水素の変換能力の劣化度合いを間接的に診断するというものである。

しかしながら、Ｏ_２過剰雰囲気であるディーゼル排気における酸素濃度は１０％（＝１０００００ｐｐｍ）程度であるのに対し、酸化触媒が変換する（酸化燃焼させる）炭化水素の量（濃度）は通常、数百ｐｐｍ程度であり、係る微量の炭化水素を燃焼させる場合に消費される酸素の量（濃度）もせいぜい数百ｐｐｍ程度に過ぎない。このことはすなわち、空燃比センサもしくは酸素センサを用いて酸化触媒の劣化を診断するには、ｐｐｍオーダーの酸素の消費量変化に相当するΔλもしくは起電力差を精度よく算出する必要があることを意味するが、そもそも、空燃比センサおよび酸素センサにおいては、そこまでの測定精度が得られない。

また、特許文献３に開示されているのは、ＮＯを酸化してＮＯ_２とする酸化触媒について、排気経路に当該酸化触媒の下流側にＮＯｘセンサを配置し、その出力値（起電力値）と、あらかじめ定められたマップとに基づいて、酸化触媒の劣化度合いを判定する手法である。

しかしながら、係る手法によって酸化触媒のＮＯ酸化能力を診断することはできたとしても、係る診断の結果を、未燃炭化水素の変換（酸化燃焼）能力の診断に適用することはできない。なぜならば、貴金属触媒および吸蔵材の機能が各種ガス（例えばＨＣ、ＣＯ、ＮＯなど）に対して相異なるために、それぞれのガスにおける排ガス温度と変換率（酸化能力）の関係も異なり、それらの間に明確な相関はないからである。

加えて、エンジン排出直後の排気中のＮＯｘ値に推定値を用いていることや、係る推定値の設定に際して、エンジン回転数とエンジン負荷以外の要素を考慮していないことなどから、使用状況によっては推定精度が著しく低くなる可能性も考えられる。

また、特許文献４に開示されているのは、排ガス温度センサとλセンサとをともに酸化触媒の前後に配置し、酸化触媒の正常時におけるＨＣ吸蔵能量の推定値から得られる必要酸素量と、センサの出力値に基づいて演算される、実際に酸化触媒が消費する酸素の量である実酸素消費量の推定値とに基づいて、酸化触媒の劣化度合いを診断する方法である。

しかしながら、係る手法では、あくまで推定値に基づく診断を行っているに過ぎず、各センサからの信号の誤差の影響は免れず、診断精度が低いという問題がある。

また、特許文献５に開示されているのは、ガソリンエンジンのＴＷＣまたはＮＳＣを診断対象とするシステムである。特許文献５には、Ｏ_２過剰な状態であるディーゼル排気中における酸化触媒診断について、何ら開示されてはいない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酸化触媒の劣化の程度の診断を精度よく行える方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明は、内燃機関の排気経路に設けられて前記内燃機関からの排ガスに含まれる炭化水素ガスおよび一酸化炭素ガスの少なくとも一方を含む対象ガスを酸化もしくは吸着する触媒の、劣化の程度を診断する方法であって、前記内燃機関が定常運転状態にあるときの前記対象ガスの濃度よりも高い濃度の対象ガスを含む診断用ガス雰囲気を意図的に生成して前記触媒に導入し、その際に前記排気経路の前記触媒よりも下流側において検知される前記対象ガスの濃度と、前記診断用ガス雰囲気が導入されるタイミングでの前記触媒の温度に対応する閾値と比較することにより、前記触媒に許容される程度を越えた劣化が生じているか否かを診断する、ことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明の触媒劣化診断方法であって、前記排気経路での前記触媒の上流側近傍における前記対象ガスの濃度をＮｕとし、前記排気経路での前記触媒の下流側近傍における前記対象ガスの濃度をＮｌとするときに、前記触媒において生じる酸化もしくは吸着の程度を、変換率（％）＝１００×（Ｎｕ−Ｎｌ）／Ｎｕなる算出式で定義される変換率を指標として表すものとする場合において、前記触媒において許容される前記変換率の範囲である許容変換率範囲があらかじめ前記触媒の取り得る温度に応じて定められてなるとともに、前記触媒の取り得る温度について、当該温度における前記許容変換率範囲の下限値と、前記診断用ガス雰囲気が前記上流側近傍において取り得る濃度範囲である診断時上流側ガス濃度範囲の上限値とを、前記算出式に代入することによって算出される前記Ｎｌの値が、前記閾値として定められてなり、前記内燃機関が前記定常運転状態にある任意のタイミングで出された前記触媒の劣化診断の実行を指示する実行指示に応答して、前記上流側において前記対象ガスを含む前記排ガスの温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程における前記排ガスの温度の測定に続いて、前記内燃機関から燃料を噴射することにより前記診断用ガスを生成する噴射工程と、前記診断用ガスが前記触媒から排出されるタイミングで、前記排気経路の前記触媒よりも下流側において前記対象ガスを検知し、当該検知結果に基づいて前記下流側における前記対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程と、前記ガス濃度算出工程において算出した前記下流側における前記対象ガスの濃度と、前記温度測定工程における測定値に基づいて特定される前記触媒の温度と、当該温度での前記閾値とに基づいて、前記触媒における劣化の程度を診断する診断工程と、を行い、前記診断工程においては、前記ガス濃度算出工程において算出された前記対象ガスの濃度が前記閾値以下である場合に、前記触媒においては許容される程度を越えた劣化は生じていないと診断し、前記ガス濃度算出工程において算出された前記対象ガスの濃度が前記閾値よりも大きい場合に、前記触媒において許容される程度を越えた劣化が生じていると診断する、ことを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明の触媒劣化診断方法であって、前記実行指示が出される度に、前記噴射工程における前記燃料の総噴射量を違えることによって前記対象ガスの濃度の異なる複数の前記診断用ガス雰囲気を生成するようにしながら、前記温度測定工程と、前記噴射工程と、前記ガス濃度算出工程と、前記診断工程とをこの順に繰り返す、ことを特徴とする。

第４の発明は、第２または第３の発明の触媒劣化診断方法であって、前記噴射工程における前記燃料の総噴射量が１５ｍｇ以上１３０ｍｇ以下である、ことを特徴とする。

第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかの触媒劣化診断方法であって、前記対象ガスの検知に、検知電極がＰｔ−Ａｕ合金からなることで前記検知電極における触媒活性が不能化されてなる混成電位型の炭化水素ガスセンサを用いる、ことを特徴とする。

第１ないし第５の発明によれば、エンジンシステムにおいてディーゼル機関であるエンジン本体部からの排気管の途中に設けられてなり、排ガス中の未燃炭化水素ガスを酸化もしくは吸着させる酸化触媒における、触媒能の劣化の程度を、排気管において酸化触媒の下流側近傍位置に設けた炭化水素ガスセンサによって直接に測定した当該位置における未燃炭化水素ガス濃度に基づいて、リアルタイムにかつ優れた精度で診断することができる。

第１の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１を含んで構成されるディーゼルエンジンシステム１０００の概略構成を模式的に示す図である。 ＨＣセンサ１００の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。 酸化触媒６００の温度と変換率との関係を模式的に示す図である。 Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とを使用した場合について、上流側から未燃炭化水素ガス濃度が略同じ実排気ガス（ＨＣ、ＣＯ、Ｏ_２を含有）を試験用ガスとして流したときの、ＨＣセンサ１００による出力値を示す図である。 図４に示したＨＣセンサ１００による検出に際し、ＨＣセンサ１００よりも下流側においてガス分析計を用いてガス分析を行った結果を示すグラフである。 変換率プロファイルＰａの他の例を模式的に示す図である。 酸化触媒６００としてＡｇｅｄ品を設けたエンジンシステム１０００を一定条件で運転している途中で、燃料噴射弁３０１から極微量の燃料を短時間噴射したときの、ＨＣセンサ１００における出力値の変化を、ＨＣセンサ１００の近傍に付設したガス分析計における炭化水素ガス濃度の変化と併せて示す図である。 ΔＴ法を適用するために必要な出力値の変化の様子を示す図である。 Δλ法を適用するために必要な出力値の変化の様子を示す図である。 Passive OBDによる診断の手順の一例を示す図である。 酸化触媒６００の温度が温度Ｔ２より高い酸化領域にある場合の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率について示す図である。 酸化触媒６００の温度が温度Ｔ１以下の吸着領域にある場合の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率の場合について示す図である。 Active OBDによる診断の手順の一例を示す図である。 酸化触媒６００の温度が酸化領域にある場合の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率について示す図である。 酸化触媒６００の温度が吸着領域にある場合の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率の場合について示す図である。 酸化触媒６００の温度が２００℃のときについて、Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とを対象にActive OBDによる診断を行ったときの、ＨＣセンサ出力の診断前後における時間変化を例示する図である。 酸化触媒６００の温度が１５０℃のときについて、Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とを対象にActive OBDによる診断を行ったときの、ＨＣセンサ出力の診断前後における時間変化を例示する図である。 Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品について図１６に例示したＨＣセンサ出力を取得したときの、排ガスＧの成分をガス分析計にて分析した結果を示す図である。 第２の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ２を含んで構成されるエンジンシステム２０００の概略構成を模式的に示す図である。 酸化触媒診断システムＤＳ２によってPassive OBDを行う場合の手順の一例を示す図である。 酸化触媒６００の温度が２００℃の場合における、Ｆｒｅｓｈ品でのＨＣセンサ出力を例示する図である。 酸化触媒６００の温度が２００℃の場合における、Ａｇｅｄ品でのＨＣセンサ出力を例示する図である。

＜第１の実施の形態＞
＜システムの概要＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１を含んで構成されるディーゼルエンジンシステム（以下、単にエンジンシステムとも称する）１０００の概略構成を模式的に示す図である。

酸化触媒診断システムＤＳ１は主として、炭化水素ガスセンサ（以下、ＨＣセンサとも称する）１００と、温度センサ１１０と、エンジンシステム１０００全体の動作を制御する制御装置である電子制御装置２００とを備える。

エンジンシステム１０００は、酸化触媒診断システムＤＳ１のほか、内燃機関の一種たるディーゼル機関であるエンジン本体部３００と、エンジン本体部３００に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁３０１と、燃料噴射弁３０１に対し燃料噴射を指示するための燃料噴射指示部４００と、エンジン本体部３００で生じた排ガス（エンジン排気）Ｇを外部へと排出する排気経路をなす排気管５００と、排気管５００の途中に設けられ、排ガスＧ中の未燃炭化水素ガスを酸化もしくは吸着させる白金やパラジウムなどの酸化触媒６００とを、主として備える。なお、本実施の形態においては、相対的な意味において、排気管５００においてその一方端側であるエンジン本体部３００に近い位置を上流側と称し、エンジン本体部３００と反対側に備わる排気口５１０に近い位置を下流側と称する。

エンジンシステム１０００は、典型的には自動車に搭載されるものであり、係る場合において、燃料噴射指示部４００はアクセルペダルである。

エンジンシステム１０００においては、電子制御装置２００が燃料噴射弁３０１に対し、燃料噴射指示信号ｓｇ１を発するようになっている。燃料噴射指示信号ｓｇ１は通常、エンジンシステム１０００の動作時（運転時）に、燃料噴射指示部４００から電子制御装置２００に対し与えられる、所定量の燃料の噴射を要求する燃料噴射要求信号ｓｇ２に応じて発せられる（例えば、アクセルペダルが踏み込まれて、アクセル開度、吸気酸素量、エンジン回転数およびトルク等の多数のパラメーターを勘案した最適な燃料噴射が要求される）が、これに加えて、酸化触媒診断システムＤＳ１の動作のために、燃料噴射指示信号ｓｇ１が発せられる場合もある。

また、エンジン本体部３００から電子制御装置２００に対しては、エンジン本体部３００の内部における種々の状況をモニターするモニター信号ｓｇ３が、与えられるようになっている。

なお、エンジンシステム１０００において、ディーゼル機関であるエンジン本体部３００から排出される排ガスＧは、酸素濃度が１０％程度であるＯ_２（酸素）過剰雰囲気のガスである。係る排ガスＧは、具体的には、酸素および未燃炭化水素ガスのほか、窒素酸化物や、すす（黒鉛）などを含んでいる。なお、本明細書において、酸化触媒６００における吸着もしくは酸化の処理対象となるガス（対象ガス）である未燃炭化水素ガスには、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_３Ｈ_６、ｎ−Ｃ８などの典型的な炭化水素ガス（化学式上、炭化水素に分類されるもの）に加えて、一酸化炭素（ＣＯ）も含むものとする。また、ＨＣセンサ１００は、ＣＯを含め、対象ガスを好適に検知できるものである。ただし、ＣＨ_４は除外される。

なお、エンジンシステム１０００においては、酸化触媒６００以外にも、排気管５００の途中に一または複数の他の浄化装置７００を備えていてもよい。

酸化触媒診断システムＤＳ１は、酸化触媒６００の劣化の程度（より詳細には、酸化触媒６００の触媒能の劣化の程度）を診断対象とするものである。酸化触媒６００は、上流側から流れてきた排ガスＧ中の未燃炭化水素ガスを吸着もしくは酸化することで、該未燃炭化水素ガスが排気管５００先端の排気口５１０から流出することを抑制するべく設けられてなるが、その触媒能（具体的には吸着能および酸化能）は経時的に劣化する。係る劣化が生じると、酸化触媒６００で捕捉されずに下流側へと流れる未燃炭化水素ガスの量が増えてしまい好ましくない。本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１は、酸化触媒６００を通過した未燃炭化水素ガスをＨＣセンサ１００によって検知することで、酸化触媒６００の触媒能の劣化の程度を診断するものとなっている。

酸化触媒診断システムＤＳ１は、上述のように、ＨＣセンサ１００と、温度センサ１１０とを含んでなるが、前者は排気管５００において酸化触媒６００よりも下流側に配設されて当該箇所における未燃炭化水素ガス濃度を検知し、後者は酸化触媒６００よりも上流側に配設されて当該箇所における排ガスＧの温度（排気温度）を検知する。ＨＣセンサ１００と、温度センサ１１０とはいずれも、一方端部が排気管５００内に挿入される態様にて配設されてなる。

概略的には、酸化触媒診断システムＤＳ１においては、電子制御装置２００が、ＨＣセンサ１００から発せられたＨＣ検知信号ｓｇ１１と、温度センサ１１０から発せられた排気温度検知信号ｓｇ１２とに基づいて、酸化触媒６００に劣化が生じているか否かを診断するようになっている。ＨＣセンサ１００の構成例および劣化診断の詳細については後述する。一方、温度センサ１１０については、一般的なエンジンシステムにおいて排気温度の測定に用いられるような、従来公知のものを使用すればよい。

なお、電子制御装置２００は、例えばメモリやＨＤＤなどからなる図示しない記憶部を有してなり、係る記憶部には、エンジンシステム１０００および酸化触媒診断システムＤＳ１の動作を制御するプログラムの他、後述する酸化触媒６００の劣化の程度を診断する際に使用される閾値データなどが記憶されてなる。

＜ＨＣセンサの構成例＞
図２は、本実施の形態において使用するＨＣセンサ１００の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。図２（ａ）は、ＨＣセンサ１００の主たる構成要素であるセンサ素子１０１の長手方向に沿った垂直断面図である。また、図２（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’位置におけるセンサ素子１０１の長手方向に垂直な断面を含む図である。

本実施の形態において使用するＨＣセンサ１００は、いわゆる混成電位型のガスセンサである。ＨＣセンサ１００は、概略的にいえば、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等の酸素イオン伝導性固体電解質たるセラミックスを主たる構成材料とするセンサ素子１０１の表面に設けた検知電極１０と、該センサ素子１０１の内部に設けた基準電極２０との間に、混成電位の原理に基づいて両電極近傍における測定対象たるガス成分の濃度の相違に起因して電位差が生じることを利用して、被測定ガス中の当該ガス成分の濃度を求めるものである。

なお、被測定ガス中に複数種類の未燃炭化水素ガスが存在する場合は、検知電極１０と基準電極２０の間に生じる電位差はそれら複数種類の未燃炭化水素ガスの全てが寄与した値となるので、求められる濃度値も、それら複数種類の未燃炭化水素ガスの濃度の総和となる。

また、センサ素子１０１には、上述した検知電極１０および基準電極２０に加えて、基準ガス導入層３０と、基準ガス導入空間４０と、表面保護層５０とが主に設けられてなる。

なお、本実施の形態においては、センサ素子１０１が、それぞれが酸素イオン伝導性固体電解質からなる第１固体電解質層１と、第２固体電解質層２と、第３固体電解質層３と、第４固体電解質層４と、第５固体電解質層５と、第６固体電解質層６との６つの層を、図面視で下側からこの順に積層した構造を有し、かつ、主としてそれらの層間あるいは素子外周面に他の構成要素を設けてなるものとする。なお、それら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。

以下の説明においては、便宜上、図面視で第６固体電解質層６の上側に位置する面をセンサ素子１０１の表面Ｓａと称し、第１固体電解質層１の下側に位置する面をセンサ素子１０１の裏面Ｓｂと称する。また、ＨＣセンサ１００を使用して被測定ガス中の未燃炭化水素ガスの濃度を求める際には、センサ素子１０１の一方端部である先端部Ｅ１から少なくとも検知電極１０を含む所定の範囲が、被測定ガス雰囲気中に配置され、他方端部である基端部Ｅ２を含むその他の部分は、被測定ガス雰囲気と接触しないように配置される。

検知電極１０は、被測定ガスを検知するための電極である。検知電極１０は、Ａｕを所定の比率で含むＰｔ、つまりはＰｔ−Ａｕ合金と、ジルコニアとの多孔質サーメット電極として形成されてなる。係る検知電極１０は、センサ素子１０１の表面Ｓａであって、長手方向の一方端部たる先端部Ｅ１寄りの位置に平面視略矩形状に設けられてなる。

また、検知電極１０は、その構成材料たるＰｔ−Ａｕ合金の組成を好適に定めることによって未燃炭化水素ガスに対する触媒活性が不能化されてなる。つまりは、検知電極１０での未燃炭化水素ガスの分解反応を抑制させられてなる。これにより、ＨＣセンサ１００においては、検知電極１０の電位が、当該未燃炭化水素ガスに対して選択的に、その濃度に応じて変動する（相関を有する）ようになっている。換言すれば、検知電極１０は、未燃炭化水素ガスに対しては、電位の濃度依存性が高い一方で、他の被測定ガスの成分に対しては電位の濃度依存性が小さいという特性を有するように、設けられてなる。これは、検知電極１０の導電性成分（貴金属成分）として、主成分である白金（Ｐｔ）に加えて金（Ａｕ）を含有させることで実現される。

具体的には、検知電極１０におけるＡｕの存在比（Ａｕ存在比）が０．３以上となるように、検知電極１０を形成する。係る態様にて検知電極１０が形成されてなることで、ＨＣセンサ１００においては、検知電極１０を基準電極２０と同様にＰｔとジルコニアとのサーメット電極として形成する場合に比して、検出感度が高められてなる。これにより、ＨＣセンサ１００においては、上述したようにエンジン本体部３００で生じる酸素過剰雰囲気の排ガスＧに含まれる未燃炭化水素ガスが検知対象である場合においても、該未燃炭化水素ガスを良好な検出感度で検出できるようになっている。

なお、本明細書において、Ａｕ存在比とは、検知電極１０を構成する貴金属粒子の表面のうち、Ｐｔが露出している部分に対する、Ａｕが被覆している部分の面積比率を意味している。Ｐｔが露出している部分の面積と、Ａｕによって被覆されてなる部分の面積が等しいときに、Ａｕ存在比は１となる。本明細書においては、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により得られるＡｕとＰｔとについての検出ピークのピーク強度から、相対感度係数法を用いてＡｕ存在比を算出するものとする。

なお、Ａｕ存在比が０．３以上である場合、検知電極１０においては、検知電極１０を構成する貴金属粒子の表面にＡｕが濃化した状態となっている。より詳細には、ＰｔリッチなＰｔ−Ａｕ合金粒子の表面近傍に、ＡｕリッチなＰｔ−Ａｕ合金が形成された状態となっている。係る状態が実現されてなる場合に、検知電極１０における触媒活性が好適に不能化され、検知電極１０の電位の未燃炭化水素ガス濃度依存性が高められる。

なお、検知電極１０における貴金属成分とジルコニアとの体積比率は、５：５から８：２程度であればよい。

また、ＨＣセンサ１００がその機能を好適に発現するには、検知電極１０の気孔率が１０％以上３０％以下であり、検知電極１０の厚みは、５μｍ以上であることが好ましい。特に、気孔率が１５％以上２５％以下であり、厚みが２５μｍ以上４５μｍ以下であることがより好ましい。

また、検知電極１０の平面サイズは適宜に定められてよいが、例えば、センサ素子長手方向の長さが０．２ｍｍ〜１０ｍｍ程度で、これに垂直な方向の長さが１ｍｍ〜５ｍｍ程度であればよい。

基準電極２０は、センサ素子１０１の内部に設けられた、被測定ガスの濃度を求める際に基準となる平面視略矩形状の電極である。基準電極２０は、Ｐｔとジルコニアとの多孔質サーメット電極として形成されてなる。

基準電極２０は、気孔率が１０％以上３０％以下であり、厚みが５μｍ以上１５μｍ以下であるように形成されればよい。また、基準電極２０の平面サイズは、図２に例示するように検知電極１０に比して小さくてもよいし、検知電極１０と同程度でもよい。

基準ガス導入層３０は、センサ素子１０１の内部において基準電極２０を覆うように設けられた、多孔質のアルミナからなる層であり、基準ガス導入空間４０は、センサ素子１０１の基端部Ｅ２側に設けられた内部空間である。基準ガス導入空間４０には、未燃炭化水素ガス濃度を求める際の基準ガスとしての大気（酸素）が外部より導入される。

これら基準ガス導入空間４０と基準ガス導入層３０は互いに連通しているので、ＨＣセンサ１００が使用される際には基準ガス導入空間４０および基準ガス導入層３０を通じて基準電極２０の周囲が絶えず大気（酸素）で満たされるようになっている。それゆえ、ＨＣセンサ１００の使用時、基準電極２０は、常に一定の電位を有してなる。

なお、基準ガス導入空間４０および基準ガス導入層３０は周囲の固体電解質によって被測定ガスと接触しないようになっているので、検知電極１０が被測定ガスに曝されている状態であっても、基準電極２０が被測定ガスと接触することはない。

図２に例示する場合であれば、センサ素子１０１の基端部Ｅ２の側において第５固体電解質層５の一部が外部と連通する空間とされる態様にて基準ガス導入空間４０が設けられてなる。また、第５固体電解質層５と第６固体電解質層６との間においてセンサ素子１０１の長手方向に延在させる態様にて基準ガス導入層３０が設けられてなる。そして、センサ素子１０１の重心の図面視下方の位置に、基準電極２０が設けられてなる。

表面保護層５０は、センサ素子１０１の表面Ｓａにおいて少なくとも検知電極１０を被覆する態様にて設けられた、アルミナからなる多孔質層である。表面保護層５０は、ＨＣセンサ１００の使用時に被測定ガスに連続的に曝されることによる検知電極１０の劣化を抑制する電極保護層として設けられてなる。図２に例示する場合においては、表面保護層５０は、検知電極１０のみならず、センサ素子１０１の表面Ｓａのうち先端部Ｅ１から所定の範囲を除くほぼ全ての部分を覆う態様にて設けられてなる。

また、図２（ｂ）に示すように、ＨＣセンサ１００においては、検知電極１０と基準電極２０との間の電位差を測定可能な電位差計６０が備わっている。なお、図２（ｂ）においては検知電極１０および基準電極２０と電位差計６０との間の配線を簡略化して示しているが、実際のセンサ素子１０１においては、基端部Ｅ２側の表面Ｓａもしくは裏面Ｓｂに図示しない接続端子がそれぞれの電極に対応させて設けられてなるとともに、それぞれの電極と対応する接続端子とを結ぶ図示しない配線パターンが表面Ｓａおよび素子内部に形成されてなる。そして、検知電極１０および基準電極２０と電位差計６０とは配線パターンおよび接続端子を通じて電気的に接続されてなる。本実施の形態においては、電位差計６０で測定される検知電極１０と基準電極２０との間の電位差がＨＣ検知信号ｓｇ１１となる。なお、係る電位差をＨＣセンサ出力とも称する。

さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４、圧力放散孔７５とを備えている。

ヒータ電極７１は、センサ素子１０１の裏面Ｓｂ（図２においては第１固体電解質層１の下面）に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７１を図示しない外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。

ヒータ７２は、センサ素子１０１の内部に設けられた電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータ電極７１と接続されており、該ヒータ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

図２に例示する場合であれば、ヒータ７２は第２固体電解質層２と第３固体電解質層３とに上下から挟まれた態様にて、かつ、基端部Ｅ２から先端部Ｅ１近傍の検知電極１０の下方の位置に渡って埋設されてなる。これにより、センサ素子１０１全体を固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。

ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２固体電解質層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３固体電解質層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。

圧力放散孔７５は、第３固体電解質層３を貫通し、基準ガス導入空間４０に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。

以上のような構成を有するＨＣセンサ１００を用いて被測定ガスたるエンジン本体部３００からの排ガスＧにおける未燃炭化水素ガス濃度を求める際には、上述したように、センサ素子１０１のうち先端部Ｅ１から少なくとも検知電極１０を含む所定の範囲のみを、エンジンシステム１０００の排気管５００内に配置する一方で、基端部Ｅ２の側は当該空間とは隔絶させて配置し、基準ガス導入空間４０に対し大気（酸素）を供給する。また、ヒータ７２によりセンサ素子１０１を適宜の温度３００℃〜８００℃に、好ましくは４００℃〜７００℃、より好ましくは４００℃〜６００℃に加熱する。

係る状態においては、被測定ガス（排ガスＧ）に曝されてなる検知電極１０と大気中に配置されてなる基準電極２０との間に電位差が生じる。ただし、上述のように、大気（酸素濃度一定）雰囲気下に配置されてなる基準電極２０の電位は一定に保たれている一方で、検知電極１０の電位は、被測定ガス（排ガスＧ）中の未燃炭化水素ガスに対して選択的に濃度依存性を有するものとなっているので、その電位差（ＨＣセンサ出力）は実質的に、検知電極１０の周囲に存在する被測定ガスの濃度に応じた値となる。それゆえ、未燃炭化水素ガス濃度と、センサ出力との間には一定の関数関係（これを感度特性と称する）が成り立つ。

そこで、酸化触媒診断システムＤＳ１においては、係る関数関係が成り立つという前提のもと、ＨＣセンサ１００からの出力であるＨＣ検知信号ｓｇ１１を用いて、酸化触媒６００の劣化診断を行うようになっている。

すなわち、あらかじめそれぞれの未燃炭化水素ガス濃度が既知である、相異なる複数の混合ガスを被測定ガスとしてセンサ出力を測定することで、感度特性を実験的に特定し、電子制御装置２００に記憶させておく。そして、被測定ガス中の未燃炭化水素ガスの濃度に応じて時々刻々変化するＨＣセンサ出力を、電子制御装置２００において感度特性に基づき未燃炭化水素ガス濃度に換算することによって、酸化触媒６００の下流側における未燃炭化水素ガス濃度をほぼリアルタイムで求めることができる。電子制御装置２００においては、係る未燃炭化水素ガス濃度に基づいて、酸化触媒６００の劣化の程度が診断される。

あるいは、未燃炭化水素ガス濃度への換算を省略し、ＨＣ検知信号ｓｇ１１として与えられたＨＣセンサ出力値（電位差値）そのものを劣化診断に用いる態様であってもよい。

＜酸化触媒の特性と劣化診断の基本的考え方＞
次に、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１による劣化診断の対象たる酸化触媒６００の特性と、劣化診断の基本的な考え方について説明する。

初めに、酸化触媒６００の特性について説明する。図３は、酸化触媒６００の温度（触媒温度）と変換率との関係（変換率プロファイル）を模式的に示す図である。図３においては、使用初期（未使用もしくは使用を開始したばかりの）の酸化触媒６００（Ｆｒｅｓｈ品もしくは単にＦｒｅｓｈとも称する）の変換率プロファイルＰｆと、一定期間使用された酸化触媒６００（Ａｇｅｄ品もしくは単にＡｇｅｄとも称する）の変換率プロファイルＰａとを模式的に示している。

なお、変換率とは、酸化触媒６００における触媒能の指標となる値であり、酸化触媒６００の上流側近傍における未燃炭化水素ガスの濃度を上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕとし、下流側近傍における未燃炭化水素ガスの濃度を下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとするときに、以下の（式１）で定義される。

変換率（％）＝１００×（Ｎｕ−Ｎｌ）／Ｎｕ・・・・・（式１）
すなわち、変換率は、酸化触媒６００の上流側から流入した未燃炭化水素ガスのうち、酸化触媒６００から下流側へと流出しなかったものの比率を表す。変換率が高い酸化触媒６００ほど、優れた触媒能を有しているということになる。

より具体的には、ある温度Ｔ１（おおよそ１５０℃）以下の温度範囲（図３における吸着領域）では、酸化触媒６００は専ら未燃炭化水素ガスを吸着させる作用（吸着能）を有しており、ある温度Ｔ２（通常は１５０℃と２００℃の間）以上の温度範囲（図３における酸化領域）において、本来の機能である未燃炭化水素ガスを酸化させる能力（酸化能）を好適に発揮するものとなっている。そして、温度Ｔ１と温度Ｔ２の間の温度範囲（図３における中間領域）では、温度が高くなるほど吸着能が弱まり酸化能が強まるものとなっている。それゆえ、変換率は、上流側から酸化触媒６００に流入した未燃炭化水素ガスのうち、酸化触媒６００において吸着または酸化される割合を表す値ということになる。

図３に示すように、Ｆｒｅｓｈ品の変換率プロファイルＰｆは通常、酸化領域において最も変換率が高く（概ね９０％程度）、吸着領域における変換率は酸化領域よりも小さくなっている。しかも、吸着領域の上限温度Ｔ１（おおよそ１５０℃）において変換率は最小となり、中間領域においては温度が高いほど変換率が高くなる傾向がある。

ただし、酸化触媒６００の温度は、エンジン本体部３００から排出され排気管５００を通じて流入する排ガスＧの温度（排気温度）によって時々刻々と代わり得るものであり、それゆえ、実際の変換率も、時々刻々と変化するものとなっている。

Ｆｒｅｓｈ品の時は高い変換率を有していた酸化触媒６００も、使用を継続していくとやがて劣化していく。すなわち、使用を継続してＡｇｅｄ品となるにつれ、酸化触媒６００の変換率は温度によらず低下する。Ａｇｅｄ品の変換率プロファイルＰａは、吸着領域と酸化領域の間における変換率の大小関係についてはＦｒｅｓｈ品の変換率プロファイルＰｆと概ね同じであるものの、同じ温度でみれば変換率が変換率プロファイルＰｆよりも低下したものとなる。

このように酸化触媒６００の使用を継続した結果として、所定のレベルを超えて変換率が低下してしまうと、酸化触媒６００が本来意図された機能を発揮し得ないものとなる。例えば、エンジンシステム１０００が自動車に搭載されるものであれば、当該自動車が環境基準を満たさなくなるなどの不具合が生じる。本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１は、所定の基準に基づいて、Ａｇｅｄ品たる酸化触媒６００に問題となる程度（交換する必要がある、など）に劣化が生じているか否かを診断することで、エンジンシステム１０００におけるＡｇｅｄ品からＦｒｅｓｈ品への酸化触媒６００の交換をタイムリーに行えるようにするものである。

概念的には、図３に示すような、変換率の閾値を温度ごとに定めた閾値プロファイルＴに相当するデータ（閾値データ）をあらかじめ用意し、酸化触媒診断システムＤＳ１を構成する電子制御装置２００に記憶させておいたうえで、診断対象たる酸化触媒６００について温度および変換率を求めるようにすれば、得られた変換率が当該温度における係る閾値よりも小さい場合に、当該酸化触媒６００は劣化している、と診断することが可能である。

ただし、変換率を実際に算出するためには、酸化触媒６００の上下流側の双方における未燃炭化水素ガスの濃度を求める必要があるところ、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１は、酸化触媒６００の上流側にはＨＣセンサを備えていない。本実施の形態においては、酸化触媒６００の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕがある一定の範囲にあることを利用し、酸化触媒６００の下流側に設けたＨＣセンサ１００における出力値（ＨＣ検知信号ｓｇ１１）に基づいて求められる下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌと、上流側に設けた温度センサ１１０からの排気温度検知信号ｓｇ１２によって特定される酸化触媒６００の温度と、あらかじめ当該温度に応じて定められたうえで電子制御装置２００の記憶部に記憶されてなる下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌについての閾値データとに基づいて、酸化触媒６００の劣化の程度を診断するようになっている。すなわち、酸化触媒６００を経た排ガスＧにおける未燃炭化水素ガスの濃度を直接の診断対象として劣化診断を行うようになっている。具体的な診断の内容については後述する。

図４は、同じディーゼルエンジンシステム１０００にＦｒｅｓｈ品である酸化触媒６００を使用した場合とＡｇｅｄ品である酸化触媒６００を使用した場合の双方について、上流側から未燃炭化水素ガス濃度が略同じ実排気ガス（ＨＣ、ＣＯ、Ｏ_２を含有）を試験用ガスとして流したときの、ＨＣセンサ１００による出力値を示す図である。なお、酸化触媒６００の温度は２００℃としている。図４に示すように、Ｆｒｅｓｈ品では出力がほぼ０ｍＶに近いのに対して、Ａｇｅｄ品では２００ｍＶという出力が得られている。係る結果は、Ｆｒｅｓｈ品においては未燃炭化水素ガスがほぼ全て酸化されたのに対して、Ａｇｄｅ品においては未燃炭化水素ガスの酸化が完全にはなされずに残り、そのまま排出されたことを意味している。

また、図５は、図４に示したＨＣセンサ１００による検出に際し、ＨＣセンサ１００よりも下流側においてガス分析計を用いてガス分析を行った結果を示すグラフである。なお、図５の左縦軸の「ＴＨＣ」とは、ＣＯを除く炭化水素ガス（典型的な炭化水素ガス）のトータルという意味である（以降の図においても同様）。図５からは、ＴＨＣおよびＣＯについてそれぞれ、Ａｇｅｄ品における測定濃度値がＦｒｅｓｈ品における測定濃度値に比して、ΔＨＣおよびΔＣＯだけ大きいことが確認される。上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕは一定であるので、図４および図５に示す結果は、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１を用いた場合には、Ａｇｅｄ品において酸化触媒６００における変換率に劣化が生じていることを、ＨＣセンサ１００による排ガスＧ中の未燃炭化水素ガスに対する直接測定の結果に基づいて検知できることを示唆している。具体的な診断手法の詳細については後述する。

なお、Ｆｒｅｓｈ品の方が未燃炭化水素ガスが多く酸化されているために、厳密にいえば酸素濃度についてはＦｒｅｓｈ品の方が大きくなるはずであるが、図５においてはＦｒｅｓｈの場合とＡｇｅｄ品の場合とでほとんど差異がない。これは、酸化によって発生する酸素の濃度（ｐｐｍオーダー）が、上流側より流入させた試験用ガスにもともと存在する酸素の濃度（％オーダー）に比して十分に小さいためである。

また、図３に示したＡｇｅｄ品の変換率プロファイルＰａは、全ての温度において変換率プロファイルＰｆにおける値よりも略一定値だけ小さい値をとるものとなっているが、これはあくまで例示である。図６は、変換率プロファイルＰａの他の例を模式的に示す図である。すなわち、Ａｇｅｄ品については、その変換率プロファイルＰａが、図６（ａ）に示すように酸化領域に比して吸着領域における劣化の程度が大きいものとなることや、その逆に、図６（ｂ）に示すように吸着領域に比して酸化領域における劣化の程度が大きいものとなることもある。それゆえ、図６（ａ）に示す場合であれば、温度Ｔ１以下の温度域において生じている劣化をタイムリーに検知することが好ましく、図６（ｂ）に示す場合であれば、温度Ｔ２以上の温度域において生じている劣化をタイムリーに検知することが好ましい。

＜他手法との対比＞
次に、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１において行う、ＨＣセンサ１００による排ガスＧ中の未燃炭化水素ガスを直接測定する手法が奏する、他の酸化触媒診断手法に対する有利な効果について説明する。

図７は、酸化触媒６００としてＡｇｅｄ品を設けたエンジンシステム１０００を一定条件で運転している途中で、燃料噴射弁３０１から極微量の燃料を短時間噴射したときの、ＨＣセンサ１００における出力値の変化を、ＨＣセンサ１００の近傍に付設したガス分析計における炭化水素ガス濃度の変化と併せて示す図である。なお、図７の右縦軸の単位の「ｐｐｍｃ」とは、炭素原子を基準とした炭化水素ガス濃度をppmなる単位で表していることを示すものである。

係る極微量の燃料噴射を行うと、エンジン本体部３００の運転に伴って定常的に排出される排ガスＧに加えて、噴射された燃料がエンジン本体部３００の内部で気化されて重畳的に排気管５００へと排出されるので、瞬間的には定常状態よりも高い濃度で未燃炭化水素ガスが酸化触媒６００へと送られることになる。なお、より詳細には、燃料の噴射は、エンジン回転数が２５００ｒｐｍでトルクが２０Ｎｍであるエンジンシステム１０００において、ポスト噴射にて、遅れ角８８°、噴射量１ｍｇ／１ストローク、噴射時間６秒という条件で行った。なお、温度センサ１１０の出力値から特定される酸化触媒６００の温度は２００℃であった。

図７からは、ＨＣセンサ１００の出力プロファイルおよびガス分析計の出力プロファイルの双方に燃料噴射に対応したピークがみられるとともに、両者のプロファイル形状が時間軸に対してほぼ一致していることがわかる。このことは、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１が、未燃炭化水素ガスの濃度変動に対する応答性に優れているものであって、未燃炭化水素ガスを優れた精度でかつリアルタイムに検出できることを、指し示しており、ひいては、酸化触媒６００の劣化診断を迅速に行い得るものであることを、意味している。

一方、図８および図９はそれぞれ、比較のために示す、図７に示した結果と同じ条件のもとで得た、ΔＴ法およびΔλ法を適用するために必要な出力値の変化の様子を示す図である。

図８に示す結果は、温度センサ１１０によって酸化触媒６００の上流側の温度を測定するとともに、酸化触媒６００の下流側にも別個の温度センサを評価用に付設して該下流側での温度を測定することで、得られたものである。図８からは、上下流双方において燃料噴射に応じた温度上昇が生じたことが検知されてなるが、ピーク位置には配置位置の相違に起因した不可避的なずれが生じているほか、下流側の方が時間軸に対してピークがブロードであった。また、温度ピークの差はほとんどなかった。なお、図示は省略するが、燃料噴射量を大きくした場合にようやく、２つのピークの温度値に違いが確認された。

係る結果からは、ΔＴ法に比べ、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１によって行う診断手法の方が、測定精度および診断の迅速性において優れているということができる。

また、図９に示す結果は、酸化触媒６００の上下流側のそれぞれにλセンサを評価用に付設するとともに、図７に示す測定に用いたガス分析計についても酸化触媒６００の上下流側のそれぞれに付設し、それらλセンサおよびガス分析計による測定することで、得られたものである。図９に示す４つのプロファイルのうち、上下流のガス分析計の出力プロファイルを対比すると、燃料噴射に伴う酸素濃度の減少分が下流側の方が大きいことから、酸化触媒６００における未燃炭化水素ガスの酸化によって酸素の減少が生じていたことは確認される。ところが、上下流のλセンサの出力プロファイルを対比すると、燃料噴射に伴うλ値の減少の度合いには相違がない。λセンサは未燃炭化水素と酸素が燃焼した後の残留酸素濃度を測定するので、原理上、上下流のλセンサで出力差は発生しない。

係る結果は、２つのλセンサによっては、酸化触媒６００における未燃炭化水素ガスの酸化による酸素の減少が、捉えられていないことを指し示している。このことは、つまり、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１は、Δλ法によっては行い得ない酸化触媒６００の劣化の程度の診断を実現可能なものであるということを意味する。

＜具体的診断手法−Passive OBDとActive OBD＞
続いて、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１において行う酸化触媒６００の劣化の程度の診断の具体的な手法について説明する。本実施の形態において行う診断手法は、Passive OBDとActive OBDとの２つに大別され、目的に応じて適宜に使い分けられ、あるいは、併用される。

本実施の形態において、Passive OBDとは、概略的にいえば、通常運転中のエンジン本体部３００が排気管５００を通じて排ガスＧを連続的に排出している状態をそのまま利用して、診断を行う手法である。それゆえ、Passive OBDにおいて診断に利用される未燃炭化水素ガスは、係る排ガスＧに含まれているもののみである。

Passive OBDは、エンジン本体部３００が通常の運転状態にある限りにおいて、任意のタイミングで行い得る。あるいは、特段の実行指示を与えずとも、酸化触媒診断システムＤＳ１が自動で断続的にもしくは連続的に行う態様であってもよい。ただし、ＨＣセンサ１００による検知対象たる未燃炭化水素ガスの濃度が、エンジン本体部３００から排出された排ガスＧ中における濃度を超えることはないため、特に、Ａｇｅｄ品でも比較的変換率が高い酸化領域においては、その検出量が小さくなる傾向がある。場合によってはこの点が診断精度に影響することがある。

一方、本実施の形態において、Active OBDとは、概略的にいえば、エンジン本体部３００の運転中に意図的に極微量かつ短時間の燃料噴射を生じさせることによって診断用の炭化水素ガスを生じさせ、これによって形成された当該診断用の炭化水素ガス雰囲気を対象に、診断を行う手法である。すなわち、Active OBDにおいて診断に利用される炭化水素ガス雰囲気は、通常の排ガスＧに含まれる未燃炭化水素ガスに、係る診断用の炭化水素ガスを重畳させたものである。ただし、以降の説明においては、便宜上、診断用の炭化水素ガスについても未燃炭化水素ガスと称することがある。Active OBDを行うと、たとえ酸化触媒６００が変換率の高いＦｒｅｓｈ品であったとしても、Passive OBDに比してＨＣセンサ１００における未燃炭化水素ガスの検出量は大きくなるので、より確実に診断を行うことが可能となる。

なお、Active OBDでは意図的に燃料噴射を行うために、エンジンシステム１０００における燃費確保という点からは一見マイナスであるようにも見受けられるが、後述するように、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１において行う燃料噴射の総量は、エンジンシステム１０００において他の目的で行われる燃料噴射や、他の診断手法を実施する際の燃料噴射の場合に比して十分に小さく、燃費への影響は最小限に留まる。

＜Passive OBDの手順例＞
図１０は、Passive OBDによる診断の手順の一例を示す図である。Passive OBDによる診断は、まず、温度センサ１１０によって酸化触媒６００の上流側近傍における排ガスＧの温度（排気温度）を確認することから始まる（ステップＳ１）。より詳細には、電子制御装置２００が温度センサ１１０から発せられる排気温度検知信号ｓｇ１２を取得することにより、排気温度が特定される。係る排気温度は、その時点における酸化触媒６００の温度とみなされる。

続いて、電子制御装置２００が、あらかじめその記憶部に記憶されてなるPassive OBD用の閾値データから、係る排気温度に対応したPassive OBD用の未燃炭化水素ガス濃度の閾値を呼び出す（ステップＳ２）。閾値は、酸化触媒６００の取り得る温度範囲（概ね−４０℃〜１０００℃）内の全ての温度においてあらかじめ定められてなる。閾値の与え方には特段の制限はないことから、酸化触媒６００の温度（排気温度）の連続関数として与えられる態様であってもよいし、温度範囲ごとに固定値として与えられる態様であってもよい。

そして、ＨＣセンサ１００において、酸化触媒６００の下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌを測定する（ステップＳ３）。より詳細には、温度センサ１１０によって温度が測定された排ガスＧが酸化触媒６００に達し、内部において未燃炭化水素ガスの吸着もしくは酸化が生じた後、その残りが下流側へと排出されたタイミングで、ＨＣセンサ１００において検知電極１０と基準電極２０との間に生じている電位差（ＨＣセンサ出力）を、電子制御装置２００がＨＣ検知信号ｓｇ１１として取得し、その電位差値とあらかじめ特定されてなるＨＣセンサ１００の感度特性とに基づいて、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌを算出する。

なお、温度センサ１１０による排気温度の確認と、ＨＣセンサ１００による下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定とは、並行して行われる態様であってもよい。

下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定と閾値の呼び出しとがなされると、電子制御装置２００は測定値と閾値とを比較し（ステップＳ４）、前者の方が大きい場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、酸化触媒６００には問題となる程度（交換する必要がある、など）に劣化が生じている（ＮＧである）と診断し（ステップＳ５）、後者の方が大きい場合（ステップＳ４でＮＯ）は、そのような劣化は生じてはいない（ＯＫである）と診断する（ステップＳ６）。

ＮＧと診断されたか、ＯＫと診断されたかによらず、診断の終了後さらに診断を繰り返す場合（ステップＳ７でＹＥＳ）は、再び、温度センサ１１０による排気温度の確認から処理を繰り返す。そうでない場合は、そのまま診断を終了する（ステップＳ７でＮＯ）。

＜Passive OBDによる診断の詳細＞
図１０に示した手順によって酸化触媒６００の劣化の程度を診断できる理由を、特に、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定値と閾値との比較によって診断が行える理由を、図１１および図１２に基づいて説明する。

まず、図１１は、酸化触媒６００の温度が温度Ｔ２より高い酸化領域にある場合（以下、当該温度をＴａとする）の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率について示す図である。例えば、Ｔａ＝２００℃である。

一方、図１２は、酸化触媒６００の温度が温度Ｔ１以下の吸着領域にある場合（以下、当該温度をＴｂとする）の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率の場合について示す図である。例えば、Ｔｂ＝１５０℃である。

変換率は、上述した（式１）にて定義されることから、図１１および図１２のように横軸に上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕを取り、縦軸に下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌを取った場合、変換率は直線の傾きの関数となる。具体的には、酸化触媒６００の変換率が高いほど、直線の傾きが小さいという関係にある。なお、図１１および図１２においては上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕを上流ＨＣ濃度と記載し、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌを下流ＨＣ濃度と記載している（図１４、および図１５においても同様）。

なお、本実施の形態においては、酸化触媒６００に問題となるような劣化が生じていないものと規定される（許容される）変換率の範囲を、許容変換率範囲と称する。許容変換率範囲は酸化触媒６００の状態を踏まえて、任意に定め得るが、通常、上限は１００％であるので、実質的には、下限値のみが任意に定められる。

温度Ｔａでの例を示す図１１においては、変換率が９０％、７０％、２０％である場合の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの関係についてそれぞれ、細実線、破線、太実線にて示している。なお、温度Ｔａの場合においては、変換率が９０％であるものがＦｒｅｓｈ品であるとする。例えば、変換率９０％のＦｒｅｓｈ品の場合であれば、酸化触媒６００の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕが１０００ｐｐｍであるときに酸化触媒６００の下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌは１００ｐｐｍとなる。

一方、温度Ｔｂでの例を示す図１２においては、変換率が５０％、３０％、１０％である場合の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの関係についてそれぞれ、細実線、破線、太実線にて示している。なお、温度Ｔｂの場合においては、変換率が５０％であるものがＦｒｅｓｈ品であるとする。ちなみに、上述したように、吸着領域における変換率は通常、酸化領域における変換率よりも小さい。

また、上述したように、本実施の形態においては、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕは、エンジン本体部３００の運転状況によって絶えず変動するものの、概ね所定の濃度範囲内で変動することが経験的にわかっている。図１１および図１２においては、４００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下の範囲が、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの変動範囲（以下、上流ＨＣ濃度変動範囲と称する）Ｒ１であるとする。このことは、本実施の形態においては測定を行わないためにPassive OBDによる診断がなされる際の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの具体的な値は特定されないものの、当該濃度値は必ず上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ１の範囲内の値であるとみなせるということを意味する。

いま、図１１に示す温度Ｔａの場合において、変換率が７０％以上であれば当該酸化触媒６００には問題となるような劣化が生じていないものと規定する。この場合、７０％以上という範囲が許容変換率範囲ということになる。係る許容変換率範囲を満たす酸化触媒６００についての下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定値は、３００ｐｐｍ以下となる。なぜならば、変換率が７０％以上の場合、図１１において（式１）に相当する直線の傾きは必ず、（１０００、３００）なる点を通る変換率７０％のときの直線の傾きよりも小さくなるからである。

このことはすなわち、ＨＣセンサ１００による下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定値と比較される閾値を３００ｐｐｍと定めておけば、実際の変換率が７０％以上という許容変換率範囲にある酸化触媒６００は全て確実に、Passive OBDにおいてはＯＫと診断されるということを意味する。

なお、係る温度Ｔａの場合においては、閾値が３００ｐｐｍと定められてなることで、実際の変換率が２０％未満の酸化触媒６００においては、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕが上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ１内のどの値であろうと、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値は３００ｐｐｍより大きくなる。このことはすなわち、閾値が３００ｐｐｍと定められた場合、実際の変換率が２０％未満の酸化触媒６００については、全て確実に、Passive OBDにおいてＮＧと診断されることを意味する。

一方、図１２に示す温度Ｔｂの場合においては、酸化触媒６００の温度が吸着領域にあることに鑑みて、３０％以上という変換率の範囲が許容変換率範囲とされ、閾値が温度Ｔａの場合よりも高い７００ｐｐｍとされてなる。係る場合においても、変換率が３０％以上という許容変換率範囲をみたす限りにおいては、酸化触媒６００には問題となるような劣化は生じてはおらず、確実にＯＫと診断されることになる。

ただし、係る温度Ｔｂの場合においては、仮に酸化触媒６００の変換率が０％であってもＯＫと診断されることがあり得る。なぜならば、変換率が０％の場合、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの取り得る値は上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと同じ４００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下となるため、閾値の７００ｐｐｍより小さくなることがあるからである。それゆえ、温度Ｔａの場合とは異なり、確実にＮＧと診断されるような状況は生じない。

これらに対し、例えば、図１１において二点鎖線で示す直線Ｌのように、温度Ｔａでの酸化触媒６００の実際の変換率が２０％以上７０％未満である場合、Passive OBDにおいてＮＧと診断されるかＯＫと診断されるかは、値としては不明な診断時の実際の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕに依存する。より詳細には、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が３００ｐｐｍとなる場合を境に、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が４００ｐｐｍに近い場合には、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が３００ｐｐｍ未満となる（直線Ｌにおいて３００ｐｐｍ未満の範囲となる）ためにＯＫと診断され、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が１０００ｐｐｍに近い場合には、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が３００ｐｐｍ以上となる（直線Ｌにおいて３００ｐｐｍ以上の範囲となる）ためにＮＧと診断されることになる。

同様に、温度Ｔｂでの変換率が０％以上３０％未満の場合は、Passive OBDにおいてＮＧと診断されるかＯＫと診断されるかは、診断時の実際の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値に依存する。より詳細には、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が７００ｐｐｍとなる場合を境に、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が４００ｐｐｍに近い場合には、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が７００ｐｐｍ未満となる（直線Ｌにおいて７００ｐｐｍ未満の範囲となる）ためにＯＫと診断され、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が１０００ｐｐｍに近い場合には、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が７００ｐｐｍ以上となる（直線Ｌにおいて７００ｐｐｍ以上の範囲となる）ためにＮＧと診断されることになる。

これらは、酸化触媒６００の実際の変換率が、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌについて閾値を定める際の基準となっている許容変換率範囲の下限値（温度Ｔａの場合であれば７０％、温度Ｔｂの場合であれば３０％）よりも小さいにもかかわらず、当該酸化触媒６００についてＯＫと診断されることが起こり得ることを意味する。しかしながら、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値は上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ１の範囲内で任意に変動するところ、実際の変換率が小さいほど、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ１においてＮＧと診断される濃度範囲は大きいことから、ＮＧと診断される確率も大きいものと推定される。すなわち、ＯＫと誤診断される頻度が高いのは、実際の変換率が閾値を定める際の基準値である許容変換率範囲の下限値に近い場合であると考えられる。このことは、Passive OBDによる診断を行う際の閾値は、任意に定め得る許容変換率範囲に応じて定まるものであるところ、あらかじめ下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの閾値を小さめに（つまりは閾値を与える変換率を大きめに）設定しておけば、つまりは閾値を安全サイドに設定しておけば、多少の誤診断が生じたとしても、実使用上の問題は小さいということを、示唆している。

あるいは、たとえ一度の診断でたまたまＯＫと誤診断されてしまうことがあったとしても、必要に応じて繰り返しの診断を行うようにすれば、劣化が進んで実際の変換率が小さい酸化触媒６００ほど、ＮＧと診断される頻度（確率）は大きくなると考えられる。それゆえ、図１０の手順において繰り返しの診断を行うことを選択するとともに、診断を行うたびにその結果を電子制御装置２００の図示しない記憶部に蓄積し、係る蓄積結果に基づいて酸化触媒６００の劣化の程度を判断するようにすることで、実使用上の検出精度を高める対応も考えられる。例えば、所定の診断回数のうち、ＮＧと診断される頻度がある基準回数以下である場合には、酸化触媒６００には問題となる劣化は生じていないと診断し、ある基準回数を上回る場合には酸化触媒６００には問題となる劣化は生じていると診断する態様であってもよい。なお、繰り返しの診断を行う場合は、診断の都度、酸化触媒６００の温度は変動し得るので、用いられる閾値も、診断の都度異なり得ることになる。

もしくは、Ｆｒｅｓｈ品の段階から断続的に（経時的に）診断を行うようにすれば、当初は連続してＯＫと診断されるもののやがてはＮＧと診断される場合が起こるものと考えられ、そのタイミングに多少の先後が生じることはあるにせよ、酸化触媒６００の劣化の発生を捉えることができる。

以上のことは、本実施の形態において行うPassive OBDによる診断のように、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌに対してのみ閾値を設定する態様であっても、求められる診断精度に照らして実用上十分な精度で、酸化触媒６００の劣化の程度について診断を行うことが可能であることを意味する。

＜Active OBDの手順例＞
図１３は、Active OBDによる診断の手順の一例を示す図である。Active OBDによる診断は、まず、Passive OBDと同様、温度センサ１１０によって酸化触媒６００の上流側近傍における排ガスＧの温度（排気温度）を確認することから始まる（ステップＳ１１）。より詳細には、電子制御装置２００が温度センサ１１０から発せられる排気温度検知信号ｓｇ１２を取得することにより、排気温度が特定される。係る排気温度は、その時点における酸化触媒６００の温度とみなされる。

続いて、電子制御装置２００が、あらかじめその記憶部に記憶されてなるActive OBD用の閾値データから、係る排気温度に対応したActive OBD用の未燃炭化水素ガス濃度の閾値を呼び出す（ステップＳ１２）。Active OBDの場合も、閾値は、酸化触媒６００の取り得る温度範囲（概ね−４０℃〜１０００℃）内の全ての温度においてあらかじめ定められてなる。閾値の与え方には特段の制限はないことから、酸化触媒６００の温度（排気温度）の連続関数として与えられる態様であってもよいし、温度範囲ごとに固定値として与えられる態様であってもよい。

次に、電子制御装置２００が燃料噴射弁３０１に対し、燃料噴射指示信号ｓｇ１を発することによって、燃料噴射弁３０１から極微量かつ短時間の燃料噴射を生じさせる（ステップＳ１３）。より詳細には、係る燃料噴射は、エンジン本体部３００のエンジンサイクルにおけるポスト噴射のタイミングで行う。また、単位噴射量は１〜３（mg／injection）であることが好ましく、噴射時間は、１〜６（sec）であることが好ましく、総噴射量は、１５〜１３０（mg）であることが好ましい。特に、総噴射量が５０〜６５（mg）であることが好ましい。係る場合、燃料噴射量を抑えつつ、Active OBDによる診断を好適に行うことが可能となる。なお、総噴射量は以下の（式２）により算出される。

総噴射量（mg）＝単位噴射量（mg／injection）×噴射時間（sec）
×エンジン回転数（rpm）／１２０・・・・・・・（式２）
また、表１に、総噴射量の主な例を示す。

表１に示すように、排気温度がおおよそ１５０℃となるエンジン回転数が２０００（rpm）の場合、および、排気温度がおおよそ２００℃となるエンジン回転数が２５００（rpm）の場合であれば、ともに、単位噴射量が３（mg／injection）で噴射時間が１（sec）の場合に総噴射量は５０〜６５（mg）の範囲内の値となる。

なお、表１には比較のため、自動車の排気管に通常取り付けられてなるＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）を対象に行われる、該ＤＰＦを再生するための燃料噴射の場合（ＤＰＦ再生モード）の例についても併記している。表１に例示するように、係るＤＰＦ再生モードが、排気温度がおおよそ１５０℃となるエンジン回転数が２０００（rpm）という状況で行われる場合、単位噴射量が６（mg／injection）程度の噴射が、１５０（sec）程度の噴射時間でなされる。係る場合の総噴射量は１５０００（mg）程度となる。この値は、本実施の形態においてActive OBDによる診断を行う場合の総噴射量の数百倍であることから、本実施の形態において行うActive OBDにおける燃料消費量は、実用上極めて少ないということができる。

このような極微量の燃料噴射がなされると、エンジン本体部３００の運転に伴って定常的に排出される排ガスＧに加えて、噴射された燃料についてもエンジン本体部３００の内部で気化されて重畳的に排気管５００へと排出され、定常状態よりも高い濃度の未燃炭化水素ガスが酸化触媒６００へと送られる。

そして、係る燃料噴射にリンクさせたタイミングで、より詳細には、燃料噴射に伴って生じた高濃度の未燃炭化水素ガスを含む排ガスＧが酸化触媒６００に達し、内部において該排ガスＧ中の未燃炭化水素ガスに対する吸着もしくは酸化が生じた後、その残りが下流側へと排出されたタイミングにて、Passive OBDの場合と同様、ＨＣセンサ１００において、酸化触媒６００の下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌを測定する（ステップＳ１４）。

以降の手順は、Passive OBDの場合と同様である。すなわち、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定と閾値の呼び出しとがなされると、電子制御装置２００は測定値と閾値とを比較し（ステップＳ１５）、前者の方が大きい場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、酸化触媒６００には問題となる程度（交換する必要がある、など）に劣化が生じている（ＮＧである）と診断し（ステップＳ１６）、後者の方が大きい場合（ステップＳ１５でＮＯ）は、そのような劣化は生じてはいない（ＯＫである）と診断する（ステップＳ１７）。

ＮＧと診断されたか、ＯＫと診断されたかによらず、診断の終了後さらに診断を繰り返す場合（ステップＳ１８でＹＥＳ）は、再び、温度センサ１１０による排気温度の確認から処理を繰り返す。そうでない場合は、そのまま診断を終了する（ステップＳ１８でＮＯ）。

＜Active OBDによる診断の詳細＞
図１３に示した手順によるActive OBDでの診断について、その特徴を、図１４ないし図１８に基づいて説明する。

まず、図１４は、酸化触媒６００の温度が酸化領域にある場合（以下、当該温度をＴｃとする）の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率について示す図である。例えば、Ｔｃ＝２００℃である。図１４においては、変換率が９０％、８０％、７０％である場合の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの関係についてそれぞれ、細実線、破線、太実線にて示している。なお、温度Ｔｃの場合においては、変換率が９０％であるものがＦｒｅｓｈ品であるとする。

一方、図１５は、酸化触媒６００の温度が吸着領域にある場合（以下、当該温度をＴｄとする）の、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとの関係を、いくつかの変換率の場合について示す図である。例えば、Ｔｄ＝１５０℃である。図１５においては、変換率が５０％、３０％、１０％である場合の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの関係についてそれぞれ、細実線、破線、太実線にて示している。なお、温度Ｔｄの場合においては、変換率が５０％であるものがＦｒｅｓｈ品であるとする。

なお、図１４および図１５においては図１１および図１２よりも高濃度側にまで座標範囲を広げているが、酸化触媒６００における変換率はあくまで（式１）に従うことから、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が大きくなったとしても、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌは上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕに対し線形性を有する。それゆえ、図１４および図１５に示すように、酸化触媒６００の変換率の大小は、図１１および図１２と同様、直線の傾きの大小によって表されてなる。

Active OBDによる診断は、下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌがあらかじめ定めた閾値を超えるか否かによってＮＧかＯＫかを診断するという点においては、Passive OBDによる診断と共通する。

しかしながら、Active OBDによる診断の場合、燃料噴射がなされたうえで診断が実行されるため、診断実行時の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕは、Passive OBDによる診断の際に利用される上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ１も高くなる。

図１６および図１７は、Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とを対象にActive OBDによる診断を行ったときの、ＨＣセンサ１００からの出力値（ＨＣセンサ出力）の診断前後における時間変化を例示する図である。図１６は酸化触媒６００の温度が酸化領域に属する２００℃のときの図であり、図１７は酸化触媒６００の温度が吸着領域に属する１５０℃のときの図である。なお、前者の燃料噴射の条件は、単位噴射量が１（mg／injection）で噴射時間が６（sec）であり、後者の燃料噴射の条件は、単位噴射量が３（mg／injection）で噴射時間が１（sec）であった。

図１６および図１７のいずれも、横軸の時間が約２０秒のところで、燃料噴射がなされており、その後数秒のタイミングでＨＣセンサ出力が増大している。この出力値の増大するタイミングで、Active OBDによる診断用に電子制御装置２００によってＨＣセンサ出力が取得される。なお、図１６および図１７の縦軸は実際のＨＣセンサ出力たる電圧値の単位である「ｍＶ」となっている。Active OBDの実行に際しては、上述のように、このように電圧値として表されたＨＣセンサ出力から濃度値が演算されて、閾値と比較される。

Active OBDの実行の際にはこのようにＨＣセンサ出力に大きな変動が生じることを鑑み、図１４および図１５においては係るActive OBDの際に上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕが取り得る濃度範囲を、燃料噴射時の上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２として表している。すなわち、Active OBDによる診断では、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕが係る上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２の範囲内にあるときに、ＨＣセンサ１００によって測定される下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定値が、所定の閾値と対比されることになる。

図１４および図１５においては、燃料噴射時の上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２として、３８５０ｐｐｍ以上４１５０ｐｐｍ以下の範囲を例示している。なお、燃料噴射時の上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２については、燃料噴射の条件に応じて、その中心値と、当該中心値と上下限値との差分値の値を特定することができることが、あらかじめ経験的にわかっている。図１４および図１５に例示する場合であれば、４０００ｐｐｍを中心とする±１５０ｐｐｍの範囲が、燃料噴射時の上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２として定められていることになる。

このように、Active OBDによる診断の場合、対象となる上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの濃度範囲がPassive OBDによる診断の場合よりも高濃度側にあるため、診断の際に用いる下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの閾値も、Passive OBDによる診断の場合よりも高い値となる。

例えば、図１４には、温度ＴｃについてのPassive OBDおよびActive OBDによる診断の際の閾値がそれぞれ、３００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍとされてなる場合を例示してなる。この場合、変換率が７０％の酸化触媒６００については、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２の範囲において下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定値が１０００ｐｐｍを超えるため、Active OBDにおいては確実にＮＧと診断されることになる。

また、図１５には、温度ＴｄについてのPassive OBDおよびActive OBDによる診断の際の閾値がそれぞれ、７００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍとされてなる場合を例示してなる。この場合、変換率が１０％の酸化触媒６００については、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２の範囲において下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの測定値が３０００ｐｐｍを超えるため、Active OBDにおいては確実にＮＧと診断されることになる。

なお、図１４に示す温度Ｔｃの場合においてActive OBDでは確実にＮＧと診断される変換率７０％の酸化触媒６００は、閾値が３００ｐｐｍとされてなるPassive OBDを行った場合には確実にＯＫと診断されるものである。

同様に、図１５に示す温度Ｔｄの場合においてActive OBDでは確実にＮＧと診断される変換率１０％の酸化触媒６００は、閾値が７００ｐｐｍとされてなるPassive OBDを行った場合には、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの実際の値によってＯＫと診断されることもＮＧと診断されることもあり得るものである。

前者においてPassive OBDを行った場合に確実にＮＧとの診断がなされるのは、変換率が２０％未満の場合に限られ、後者に至ってはPassive OBDにおいて確実にＮＧと診断されることがないことを鑑みると、Active OBDによれば、劣化の程度の診断を、Passive OBDに比してより精度よく（シビアな基準で）行えるといえる。これは、上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が大きいために必然的に下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌの値が大きくなるActive OBDにおいては、変換率の差がＨＣセンサ１００における測定値の差に及ぼす影響が大きいことの効果である。

これらのことは、Passive OBDによる診断と、Active OBDによる診断とを、それぞれの閾値を適切に定めつつ併用して行うことで、酸化触媒６００の劣化の診断をより精度よく行えることを示唆している。

なお、係る併用は、特に、酸化触媒６００の温度が酸化領域にあるときに効果的なものとなる。なぜならば、酸化触媒６００の温度が酸化領域にあるときの変換率は、吸着領域にあるときとは異なりＡｇｅｄ品であっても比較的高く、また特に、定常運転時においては上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕの値が小さいために、多くの場合、酸化領域においてPassive OBDを行う際のＦｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とのＨＣセンサ出力の差分（例えば図１６におけるΔ１）は小さくなる傾向があるのに対し、Active OBDを実行した場合には、Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とのＨＣセンサ出力の差分は大きくなる（例えば図１６におけるΔ２）からである。

ちなみに、酸化触媒６００の温度が吸着領域にあるときも同様に、Passive OBDを行う際のＦｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品とのＨＣセンサ出力の差分（例えば図１７におけるΔ３）よりもActive OBDを実行した場合の差分（例えば図１７におけるΔ４）の方が大きい傾向にあるが、前者の絶対値がそもそも比較的大きいために、Passive OBDとActive OBDとでの差異は酸化領域におけるものに比べると小さい。

また、Active OBDには、燃料噴射の際の総噴射量を違えることで得られる効果もある。例えば、図１４に示す温度Ｔｃの場合においては、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２よりも高濃度である５０００ｐｐｍ以上５３００ｐｐｍ以下の範囲に、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ３が定められてなる。閾値の値が上述した上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２を対象とする場合と同様に１０００ｐｐｍであった場合、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２を対象とする場合にはＯＫと診断されることがあり得た変換率が８０％未満の酸化触媒６００が、確実にＮＧと診断されることになる。このことは、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２と上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ３とを併用することで、変換率が７０％未満の酸化触媒６００と、変換率が７０％以上８０％未満の酸化触媒６００と、変換率が８０％以上の酸化触媒６００とを、判別できることを意味する。

同様に、図１５に示す温度Ｔｄの場合においては、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２よりも高濃度である５３５０ｐｐｍ以上５６５０ｐｐｍ以下の範囲に、上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ４が定められてなる。閾値の値が上述した上流ＨＣ濃度変動範囲Ｒ２を対象とする場合と同様に３０００ｐｐｍであった場合、変換率が３０％未満の酸化触媒６００についてもＮＧと診断されることになる。

このように、燃料噴射の際の総噴射量を違えた複数回のActive OBDを行うことで、passive OBDでは行うことが困難な、より詳細な劣化の診断が可能となる。

また、図１８は、Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品について図１６に例示したＨＣセンサ出力を取得したときの、排ガスＧの成分をガス分析計にて分析した結果を示す図である。

図１６においては、Active OBDのために燃料噴射がなされたことを受けて、ＨＣセンサ出力値が変動していたが、図１８においても、燃料噴射に対応した変動が生じている。ただし、図１８に示す場合において、未燃炭化水素ガスに含まれるガス成分のうち、燃料に応じて大きく変動しているのは、Ａｇｅｄ品についての、ＣＯを除く典型的な炭化水素ガスであるＴＨＣのグラフのみである。係る結果からは、Ａｇｅｄ品の酸化領域における酸化の劣化は、主として当該炭化水素に対する酸化能の劣化によるものであると推定される。なお、酸化触媒６００の触媒能の温度依存性は、対象とするガス成分によって異なることが知られており、図１８に示す結果は、これを裏付けるものであるともいえる。また、係る結果は、Active OBDを酸化領域で実行するにあたって、酸化触媒６００の温度を意図的に違えた場合、特定のガス成分に対する酸化能の劣化の程度について、判別が可能となることを示唆している。

以上、説明したように、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムによれば、エンジンシステムにおいてディーゼル機関であるエンジン本体部からの排気管の途中に設けられてなり、排ガス中の未燃炭化水素ガスを酸化もしくは吸着させる酸化触媒における、触媒能の劣化の程度を、該触媒能の指標である変換率を算出することなく、排気管において酸化触媒の下流側近傍位置に設けた炭化水素ガスセンサによって直接に測定した当該位置における未燃炭化水素ガス濃度に基づいて、リアルタイムにかつ優れた精度で診断することができる。

特に、エンジン本体部が通常の運転状態にあるときをそのまま利用して診断を行うPassive OBDによれば、エンジン本体部の運転中の任意のタイミングで、かつ、診断のために燃料を消費することなく、酸化触媒の劣化について診断することができる。また、繰り返しの診断を行うことで、診断の精度をより高めることができる。

また、極微量の燃料を噴射することにより酸化触媒に流入する未燃炭化水素ガスの濃度を意図的に高めた状態で診断を行うActive OBDによれば、Passive OBDよりも優れた精度で酸化触媒の劣化について診断することができる。

＜第２の実施の形態＞
上述した第１の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１は、酸化触媒６００の劣化の程度の診断を、変換率を実際に算出することなく行うものであったが、本実施の形態においては、変換率を実際に算出することにより酸化触媒６００の劣化の程度の診断を行う態様について説明する。

図１９は、本発明の第２の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ２を含んで構成されるエンジンシステム２０００の概略構成を模式的に示す図である。

本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ２およびエンジンシステム２０００は、排気管５００において、酸化触媒診断システムＤＳ２での診断対象たる酸化触媒６００の上下流側近傍の双方にそれぞれＨＣセンサ１００Ａおよび１００Ｂを設けるようにしたほかは、第１の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１およびエンジンシステム１０００と同様の構成を有する。それゆえ、本実施の形態においては、各構成要素の詳細に関する説明は省略する。なお、酸化触媒診断システムＤＳ２においては、酸化触媒６００の下流側近傍に設けたＨＣセンサ１００Ｂが第１の実施の形態に係るＨＣセンサ１００と同様に、電子制御装置２００に対してＨＣ検知信号ｓｇ１１を発するものとし、酸化触媒６００の上流側近傍に設けたＨＣセンサ１００Ａについても、電子制御装置２００に対してＨＣ検知信号ｓｇ２１を発するものとする。

図２０は、酸化触媒診断システムＤＳ２によってPassive OBDを行う場合の手順の一例を示す図である。

まず、第１の実施の形態におけるPassive OBDと同様、温度センサ１１０によって酸化触媒６００の上流側近傍における排ガスＧの温度（排気温度）を確認することから始まる（ステップＳ２１）。より詳細には、電子制御装置２００が温度センサ１１０から発せられる排気温度検知信号ｓｇ１２を取得することにより、排気温度が特定される。係る排気温度は、その時点における酸化触媒６００の温度とみなされる。

続いて、電子制御装置２００が、あらかじめその記憶部に記憶されてなるPassive OBD用の閾値データから、係る排気温度に対応した変換率の閾値を呼び出す（ステップＳ２２）。本実施の形態においては、変換率に関する閾値が、酸化触媒６００の取り得る温度範囲（概ね−４０℃〜１０００℃）内の全ての温度においてあらかじめ定められてなる。また、本実施の形態においては、許容変換率範囲の下限値がそのまま閾値となる。閾値の与え方には特段の制限はないことから、酸化触媒６００の温度（排気温度）の連続関数として与えられる態様であってもよいし、温度範囲ごとに固定値として与えられる態様であってもよい。なお、係る場合の閾値は、酸化触媒６００の触媒能に図３に示したような温度依存性があることに鑑みて設定される。通常は、酸化領域における閾値は吸着領域における閾値よりも大きめに設定される。

次に、２つのＨＣセンサ１００Ａ、１００Ｂによって、酸化触媒６００の上流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｕと下流側未燃炭化水素ガス濃度Ｎｌとを測定する（ステップＳ２３）。より詳細には、温度センサ１１０によって温度が測定された排ガスＧが酸化触媒６００に達する直前のタイミングで、ＨＣセンサ１００Ａによる測定を行い、酸化触媒６００において該排ガスＧ中の未燃炭化水素ガスに対する吸着もしくは酸化が生じた後、その残りが下流側へと排出されたタイミングで、ＨＣセンサ１００Ｂによる測定を行う。

図２１および図２２はそれぞれ、酸化触媒６００の温度が２００℃の場合における、Ｆｒｅｓｈ品とＡｇｅｄ品でのＨＣセンサ出力を例示する図である。図２１および図２２からは、Ａｇｅｄ品の方が上下流の出力の差異が大きいことが確認される。

２つのＨＣセンサ１００Ａ、１００Ｂにおける測定値を取得すると、電子制御装置２００は、それらの値を用い、（式１）に基づいて変換率を算出する（ステップＳ２４）。

そして、電子制御装置２００は算出された変換率と閾値とを比較し（ステップＳ２５）、前者の方が大きい場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、酸化触媒６００には問題となる程度（交換する必要がある、など）に劣化が生じている（ＮＧである）と診断し（ステップＳ２６）、後者の方が大きい場合（ステップＳ２５でＮＯ）は、そのような劣化は生じてはいない（ＯＫである）と診断する（ステップＳ２７）。

ＮＧと診断されたか、ＯＫと診断されたかによらず、診断の終了後さらに診断を繰り返す場合（ステップＳ２８でＹＥＳ）は、再び、温度センサ１１０による排気温度の確認から処理を繰り返す。そうでない場合は、そのまま診断を終了する（ステップＳ２８でＮＯ）。

このように、本実施の形態におけるPassive OBDの場合、変換率を実際に算出して、問題となる劣化の有無を診断することから、第１の実施の形態におけるPassive OBDに比して、信頼性のより高い診断を行うことができる。例えば、図２０においては一の閾値と変換率とが比較されるが、閾値が多段に設定されて、酸化触媒６００の劣化の程度が段階的に診断される態様であってもよい。

なお、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ２においても、第１の実施の形態に係る酸化触媒診断システムＤＳ１と同様、Active OBDによる診断を行うことは構成上可能ではあるが、上述のようにPassive OBDによる診断が精度よく行えることから、第１の実施の形態と比べると、極微量とはいえ燃料噴射を伴うActive OBDを積極的に行うメリットは小さいといえる。

以上、説明したように、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムによれば、酸化触媒の上下流側双方に炭化水素ガスセンサを配置してなることで、エンジン本体部の通常運転中に両炭化水素ガスセンサの測定値に基づいて酸化触媒の変換率を算出し、係る算出値とあらかじめ設定しておいた閾値とを比較した結果に基づいて、酸化触媒に問題となる劣化が生じているか否かを診断することができるので、燃料噴射を行わないPassive OBDにおいて信頼性の高い診断を行うことが可能となる。

１０ 検知電極
２０ 基準電極
６０ 電位差計
１００、１００Ａ、１００Ｂ ＨＣ（炭化水素ガス）センサ
１０１ センサ素子
１１０ 温度センサ
２００ 電子制御装置
３００ エンジン本体部
３０１ 燃料噴射弁
４００ 燃料噴射指示部
５００ 排気管
５１０ 排気口
６００ 酸化触媒
７００ 浄化装置
１０００、２０００ （ディーゼル）エンジンシステム
ＤＳ１、ＤＳ２ 酸化触媒診断システム
Ｇ 排ガス
Ｐａ （Ａｇｅｄ品の）変換率プロファイル
Ｐｆ （Ｆｒｅｓｈ品の）変換率プロファイル
Ｔ 閾値プロファイル
ｓｇ１ 燃料噴射指示信号
ｓｇ２ 燃料噴射要求信号
ｓｇ３ モニター信号
ｓｇ１１ 検知信号
ｓｇ１２ 排気温度検知信号
ｓｇ２１ 検知信号

Claims (5)

1. 内燃機関の排気経路に設けられて前記内燃機関からの排ガスに含まれる炭化水素ガスおよび一酸化炭素ガスの少なくとも一方を含む対象ガスを酸化もしくは吸着する触媒の、劣化の程度を診断する方法であって、
   前記内燃機関が定常運転状態にあるときの前記対象ガスの濃度よりも高い濃度の対象ガスを含む診断用ガス雰囲気を意図的に生成して前記触媒に導入し、その際に前記排気経路の前記触媒よりも下流側において検知される前記対象ガスの濃度と、前記診断用ガス雰囲気が導入されるタイミングでの前記触媒の温度に対応する閾値と比較することにより、前記触媒に許容される程度を越えた劣化が生じているか否かを診断する、
   ことを特徴とする触媒劣化診断方法。
2. 請求項１に記載の触媒劣化診断方法であって、
   前記排気経路での前記触媒の上流側近傍における前記対象ガスの濃度をＮｕとし、前記排気経路での前記触媒の下流側近傍における前記対象ガスの濃度をＮｌとするときに、前記触媒において生じる酸化もしくは吸着の程度を、
   変換率（％）＝１００×（Ｎｕ−Ｎｌ）／Ｎｕ
   なる算出式で定義される変換率を指標として表すものとする場合において、
   前記触媒において許容される前記変換率の範囲である許容変換率範囲があらかじめ前記触媒の取り得る温度に応じて定められてなるとともに、
   前記触媒の取り得る温度について、当該温度における前記許容変換率範囲の下限値と、前記診断用ガス雰囲気が前記上流側近傍において取り得る濃度範囲である診断時上流側ガス濃度範囲の上限値とを、前記算出式に代入することによって算出される前記Ｎｌの値が、前記閾値として定められてなり、
   前記内燃機関が前記定常運転状態にある任意のタイミングで出された前記触媒の劣化診断の実行を指示する実行指示に応答して、前記上流側において前記対象ガスを含む前記排ガスの温度を測定する温度測定工程と、
   前記温度測定工程における前記排ガスの温度の測定に続いて、前記内燃機関から燃料を噴射することにより前記診断用ガスを生成する噴射工程と、
   前記診断用ガスが前記触媒から排出されるタイミングで、前記排気経路の前記触媒よりも下流側において前記対象ガスを検知し、当該検知結果に基づいて前記下流側における前記対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程と、
   前記ガス濃度算出工程において算出した前記下流側における前記対象ガスの濃度と、前記温度測定工程における測定値に基づいて特定される前記触媒の温度と、当該温度での前記閾値とに基づいて、前記触媒における劣化の程度を診断する診断工程と、
   を行い、
   前記診断工程においては、
   前記ガス濃度算出工程において算出された前記対象ガスの濃度が前記閾値以下である場合に、前記触媒においては許容される程度を越えた劣化は生じていないと診断し、
   前記ガス濃度算出工程において算出された前記対象ガスの濃度が前記閾値よりも大きい場合に、前記触媒において許容される程度を越えた劣化が生じていると診断する、
   ことを特徴とする触媒劣化診断方法。
3. 請求項２に記載の触媒劣化診断方法であって、
   前記実行指示が出される度に、前記噴射工程における前記燃料の総噴射量を違えることによって前記対象ガスの濃度の異なる複数の前記診断用ガス雰囲気を生成するようにしながら、
   前記温度測定工程と、前記噴射工程と、前記ガス濃度算出工程と、前記診断工程とをこの順に繰り返す、
   ことを特徴とする触媒劣化診断方法。
4. 請求項２または請求項３に記載の触媒劣化診断方法であって、
   前記噴射工程における前記燃料の総噴射量が１５ｍｇ以上１３０ｍｇ以下である、
   ことを特徴とする触媒劣化診断方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかの触媒劣化診断方法であって、
   前記対象ガスの検知に、検知電極がＰｔ−Ａｕ合金からなることで前記検知電極における触媒活性が不能化されてなる混成電位型の炭化水素ガスセンサを用いる、
   ことを特徴とする触媒劣化診断方法。