JP6163995B2

JP6163995B2 - 診断装置

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Publication number: JP6163995B2
Application number: JP2013193012A
Authority: JP
Inventors: 英和藤江; 正内山; 哲史塙; 直人村澤
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: EP3048276B1; WO2015041290A1; EP3048276A4; US9885273B2; EP3048276A1; US20160230635A1; JP2015059473A; CN105556084A

Description

本発明は、診断装置に関し、特に、内燃機関の排気系に設けられる酸化触媒の劣化診断に関する。

ディーゼルエンジン等の排気系に設けられる排気浄化触媒として、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化し、且つ、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ₂）を生成する酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）が知られている。また、尿素水を加水分解して生成されるアンモニア（ＮＨ₃）を還元剤として、排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化する選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ）等も知られている。

ＳＣＲにおいては、排気中に含まれるＮＯと、上流側のＤＯＣで生成されるＮＯ₂との比率が約１：１になると、特に低温域でＮＯｘの浄化が促進される。すなわち、ＤＯＣのＮＯ酸化能力（ＮＯ₂生成性能）が経年劣化等により低下すると、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率に影響を与える可能性がある。そのため、ＤＯＣの劣化状態を車載状態（On-Board）で診断する要請がある。

例えば、特許文献１には、ＳＣＲの下流側に設けたＮＯｘセンサの検出値に排気中に含まれるＮＯに対するＮＯ₂の比率を乗算してＮＯ₂値を推定することで、ＤＯＣの劣化状態を判定する技術が開示されている。

特開２０１２−３６８６０号公報

ところで、排気中に含まれるＮＯ₂値をセンサで直接的に検出することは困難なため、上述の従来技術のようにＮＯｘセンサの検出値にＮＯ₂の比率を乗算して推定する手法等が考えられる。しかしながら、排気中のＮＯに対するＮＯ₂の比率は運転状態に応じて変化するため、ＮＯｘセンサの検出値からＮＯ₂値を推定してＤＯＣの劣化を診断する技術では、高精度な診断を行えない可能性がある。

本発明の目的は、ＤＯＣの劣化診断を高精度に行える診断装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の診断装置は、内燃機関の排気系に設けられて、少なくとも排気中の炭化水素及び一酸化窒素を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて、アンモニアを還元剤として排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒と、前記選択的還元触媒の上流側及び下流側のＮＯｘ値に基づいて、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の低温域にある時に低温側ＮＯｘ浄化率を演算すると共に、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の高温域にある時に高温側ＮＯｘ浄化率を演算する第１浄化率演算手段と、少なくとも前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に基づいて、前記酸化触媒の炭化水素浄化率を演算する第２浄化率演算手段と、演算された前記低温側ＮＯｘ浄化率、前記高温側ＮＯｘ浄化率及び、前記炭化水素浄化率に基づいて、前記酸化触媒の劣化を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

また、前記判定手段は、前記低温側ＮＯｘ浄化率が低下、前記高温側ＮＯｘ浄化率が正常、且つ、前記炭化水素浄化率が低下した場合に、前記酸化触媒の二酸化窒素の生成性能を劣化と判定することが好ましい。

また、前記第２浄化率演算手段は、前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に、前記酸化触媒から外気に放出される熱損失量を加算して得られる炭化水素発熱量に基づいて前記炭化水素浄化率を演算することが好ましい。

また、前記第２浄化率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第１モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第２モデル式に基づいて前記熱損失量を演算するものであってもよい。

前記酸化触媒は、車体下部に設けられる筒状の触媒ケース内に収容され、前記強制対流の熱伝達率は、強制対流を前記触媒ケースの下面に影響する平板上の乱流と仮定したヌセルト数に基づいて設定されるものであってもよい。

本発明の診断装置によれば、ＤＯＣの劣化診断を高精度に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る診断装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。ＤＯＣに供給されたＨＣの酸化によるエネルギ保存を説明する模式的な図である。強制対流の影響によるＤＯＣの熱損失を説明する模式的な側面図である。ＳＣＲのＮＯｘ浄化率を上流側のＤＯＣが正常な状態と劣化した状態とで比較した図である。（ａ）は、正常なＤＯＣと劣化したＤＯＣのＮＯ酸化能力（ＮＯ₂生成性能）を比較した図、（ｂ）は、正常なＤＯＣと劣化したＤＯＣのＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化性能）を比較した図である。本実施形態の診断装置による制御内容を示すフローチャートである。他の実施形態に係る診断装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る診断装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。

吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ３０、ＭＡＦセンサ３１、過給機のコンプレッサ３２ａ、インタークーラ３３が設けられている。排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機のタービン３２ｂ、前段後処理装置１４、後段後処理装置２０が設けられている。なお、図１中において、符号３６は外気温度センサを示している。

前段後処理装置１４は、円筒状の触媒ケース１４ａ内に排気上流側から順に、ＤＯＣ１５と、ＤＰＦ１６とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ１５の上流側には排気管内噴射装置１３、ＤＯＣ１５の上流側にはＤＯＣ入口温度センサ１８、ＤＯＣ１５の下流側にはＤＯＣ出口温度センサ１９がそれぞれ設けられている。さらに、ＤＰＦ１６の前後には、ＤＰＦ１６の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ１７が設けられている。

排気管内噴射装置１３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０から出力される指示信号に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（ＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置１３を省略してもよい。

ＤＯＣ１５は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ１５は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によって未燃焼のＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。また、ＤＯＣ１５は、排気中のＮＯを酸化してＮＯ₂を生成することで、排気中のＮＯに対するＮＯ₂の比率を増加させる。

ＤＰＦ１６は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ１６は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によりＤＯＣ１５に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ１６に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）まで昇温することで行われる。ＰＭ堆積量は、差圧センサ１７のセンサ値から求めることができる。

ＤＯＣ入口温度センサ１８は、ＤＯＣ１５に流入する上流側の排気温度（以下、ＤＯＣ入口排気温度）を検出する。ＤＯＣ出口温度センサ１９は、ＤＯＣ１５から流出する下流側の排気温度（以下、ＤＯＣ出口排気温度）を検出する。これら温度センサ１８，１９の検出値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。

後段後処理装置２０は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置２１と、円筒状の触媒ケース２０ａ内に配置されたＳＣＲ２２とを備えて構成されている。また、ＳＣＲ２２の上流側にはＳＣＲ入口温度センサ２３及び、ＳＣＲ入口ＮＯｘセンサ２４が設けられると共に、ＳＣＲ２２の下流側にはＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ２５がそれぞれ設けられている。

尿素水噴射装置２１は、ＥＣＵ４０から出力される指示信号に応じて、前段後処理装置１４と後段後処理装置２０との間の排気通路１２内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてＮＨ₃に生成され、下流側のＳＣＲ２２に還元剤として供給される。

ＳＣＲ２２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ２２は、還元剤として供給されるＮＨ₃を吸着すると共に、吸着したＮＨ₃で通過する排気ガス中からＮＯｘを還元浄化する。

ＳＣＲ入口温度センサ２３は、ＳＣＲ２２に流入する上流側の排気温度（以下、ＳＣＲ入口排気温度）を検出する。ＳＣＲ入口ＮＯｘセンサ２４は、ＳＣＲ２２に流入する排気中のＮＯｘ値を検出する。ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ２５は、ＳＣＲ２２から流出する排気中のＮＯｘ値を検出する。これらセンサ２３〜２５の検出値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０や排気管内噴射装置１３、尿素水噴射装置２１等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ浄化率演算部４１と、ＨＣ発熱率演算部４２と、ＮＯｘ浄化率判定部４３と、ＨＣ浄化率判定部４４と、劣化判定部４５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

ＮＯｘ浄化率演算部４１は、本発明の第１浄化率演算手段の一例であって、以下の数式１に基づいて、ＳＣＲ２２の低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%と、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%とを演算する。低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%は、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されるＳＣＲ入口排気温度が、例えば１８０〜２８０度の範囲内にある時に演算される。また、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%は、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されるＳＣＲ入口排気温度が、例えば２８０度を超えた時に演算される。

数式１において、ＮＯｘ_inはＳＣＲ２２に流入する排気中のＮＯｘ値であって、ＳＣＲ入口ＮＯｘセンサ２４で取得される。また、ＮＯｘ_OUTはＳＣＲ２２から流出する排気中のＮＯｘ値であって、ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ２５で取得される。

ＨＣ発熱率演算部４２は、本発明の第２浄化率演算手段の一例であって、ＤＰＦ１６の強制再生時にＤＯＣ１５内で酸化されるＨＣの発熱率（浄化率）を演算する。以下、発熱率の詳細な推定演算手順を説明する。

図２に示すように、強制再生時に排気管内噴射装置１３からＤＯＣ１５に供給されたＨＣの実発熱量Ｃ_actは、ＤＯＣ１５の上流側の排気エネルギＱ_inと下流側の排気エネルギＱ_outとの排気エネルギ差ΔＱに、ＤＯＣ１５から外気に放出される熱損失量Ｑ_lostを加算することで得られる。

上流側の排気エネルギＱ_inは、以下の数式２に基づいて演算され、下流側の排気エネルギＱ_outは以下の数式３に基づいて演算される。

数式２，３において、ｃ_exhは排気比熱を示している。また、ｍ_exhは排気流量であって、ＭＡＦセンサ３１の検出値及びエンジン１０の燃料噴射量等から取得される。なお、排気流量ｍ_exhは、排気流量センサ（不図示）等から直接的に取得してもよい。Ｔ_{DOC_in}はＤＯＣ入口排気温度であって、ＤＯＣ入口温度センサ１８で取得される。Ｔ_{DOC_out}はＤＯＣ出口排気温度であって、ＤＯＣ出口温度センサ１９で取得される。

熱損失量Ｑ_lostは、自然対流による熱損失量Ｑ_naturalと、強制対流による熱損失量Ｑ_forcedとの総和（Ｑ_lost＝Ｑ_natural＋Ｑ_forced）と仮定することができる。

自然対流による熱損失量Ｑ_naturalは、以下の数式４に基づいて演算される。

数式４において、Ａ_sはＤＯＣ１５の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＯＣ１５が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。Ｔ_{DOC_brick}はＤＯＣ１５の内部温度であって、ＤＯＣ入口排気温度Ｔ_{DOC_in}とＤＯＣ出口排気温度Ｔ_{DOC_out}との平均値として取得される。Ｔ_ambientは外気温度であって、外気温度センサ３６で取得される。ｈ_nは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式５から得られる。

数式５において、ｋは空気の熱伝導率を示している。Ｌ_nはＤＯＣ１５の代表長さであって、ＤＯＣ１５の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕ_nは、自然対流のヌセルト数を示している。

一般的に、ＤＯＣ１５は円柱状であって、さらにＤＯＣ１５を収容する触媒ケース１４ａは略円筒状に形成されている。そのため、ＤＯＣ１５内で発生した酸化熱は、これらＤＯＣ１５や触媒ケース１４ａの円筒外周面の全面を介して外気に放熱されると考えられる。自然対流による放熱が、軸心を水平方向に向けた円筒外周面の全面から伝わると仮定すると、ヌセルト数Ｎｕ_nは、グラスホス数：Ｇｒ、プラントル数：Ｐｒとする以下の数式６から得られる。

強制対流による熱損失量Ｑ_forcedは、以下の数式７に基づいて演算される。

数式７において、Ａ_fはＤＯＣ１５の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＯＣ１５が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。Ｔ_{DOC_brick}はＤＯＣ１５の内部温度であって、ＤＯＣ入口排気温度Ｔ_{DOC_in}とＤＯＣ出口排気温度Ｔ_{DOC_out}との平均値として取得される。Ｔ_ambientは外気温度であって、外気温度センサ３６で取得される。ｈ_fは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式８から得られる。

数式８において、Ｌ_fはＤＯＣ１５の代表長さであって、ＤＯＣ１５の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕ_fは、強制対流のヌセルト数を示している。

図３に示すように、一般的にＤＯＣ１５を収容した触媒ケース１４ａは車体のシャシフレームＳの下部に固定され、その前方には変速機ＴＭ等が配置されている。そのため、走行時に車体前方から下部に流れ込む走行風は、ＤＯＣ１５（又は、触媒ケース１４ａ）の下面部にのみ影響を与える平板上の乱流と仮定することができる。すなわち、強制対流のヌセルト数Ｎｕ_fは、平板上の乱流熱伝達式を解いて導かれる以下の数式９から得られる。

数式９において、Ｒｅはレイノルズ数を示している。レイノルズ数Ｒｅは、空気の平均速度：ｖ、空気密度：ρ、ＤＯＣ１５の代表長さ：Ｌ、動粘性係数：μとする以下の数式１０から得られる。

ＨＣ発熱率演算部４２は、上述の数式２に基づいて演算した上流側の排気エネルギＱ_inと、上述の数式３に基づいて演算した下流側の排気エネルギＱ_outとの排気エネルギ差ΔＱに、上述の数式４〜１０に基づいて演算した熱損失量Ｑ_lostを加算することで、強制再生時におけるＤＯＣ１５内のＨＣ実発熱量Ｃ_actを演算する。そして、ＨＣ実発熱量Ｃ_actを排気管内噴射（又はポスト噴射）の理論発熱量Ｃ_theoで除算することで、ＤＯＣ１５内でのＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%を演算する。

ＮＯｘ浄化率判定部４３は、本発明の判定手段の一例であって、ＮＯｘ浄化率演算部４１で演算される低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%及び、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%に基づいて、ＳＣＲ２２におけるＮＯｘ浄化率の低下を判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた、ＳＣＲ２２に流入する排気中のＮＯ及びＮＯ₂がＤＯＣ１５を正常とした場合のＮＯｘ浄化率閾値ＮＣ_STD%（例えば、図４の実線）が記憶されている。ＮＯｘ浄化率判定部４３は、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%とＮＯｘ浄化率閾値ＮＣ_STD%との差ΔＮＣ_LOW%及び、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%とＮＯｘ浄化率閾値ＮＣ_STD%との差ΔＮＣ_HIGH%が所定の上限閾値ΔＮＣ_MAXに達すると、これら低温側及び高温側のＮＯｘ浄化率を低下と判定する。

ＨＣ浄化率判定部４４は、発明の判定手段の一例であって、ＨＣ発熱率演算部４２で演算されるＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%に基づいて、ＤＯＣ１５におけるＨＣ浄化率の低下を判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた、ＤＯＣ１５内で所定量のＨＣが略完全に酸化した場合のＨＣ発熱率閾値Ｃ_STD%が記憶されている。ＨＣ浄化率判定部４４は、ＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%とＨＣ発熱率閾値Ｃ_STD%との差ΔＣ_%が所定の上限閾値ΔＣ_MAXに達すると、ＤＯＣ２２のＨＣ浄化率を低下と判定する。

劣化判定部４５は、本発明の判定手段の一例であって、ＮＯｘ浄化率判定部４３によるＮＯｘ浄化率の判定結果及び、ＨＣ浄化率判定部４４によるＨＣ浄化率の判定結果に基づいて、ＤＯＣ１５のＮＯ₂生成性能の劣化を判定する。以下、詳細な劣化の判定手順を説明する。

一般的に、ＳＣＲ２２においては、上流側に配置されたＤＯＣ１５のＮＯ酸化能力（ＮＯ₂生成性能）が低下すると、図４に示すように、特に低温域（例えば、１８０〜２８０度）でＮＯｘ浄化性能が低下する。一方、高温域（例えば、２８０以上）では、ＮＯｘ浄化性能は低下しない傾向にある。すなわち、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%が低下しても、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%が低下していない場合は、ＳＣＲ２２は正常であって、ＤＯＣ１５のＮＯ₂生成性能が低下していると推定される。

また、一般的に、ＤＯＣ１５においては、図５（ａ）に示すように、ＮＯ₂生成性能が低下すると、図５（ｂ）に示すように、ＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化率）も同様に低下する傾向にある。すなわち、ＤＯＣ１５の劣化によりＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%が低下している場合は、付随的にＮＯ₂生成性能も低下していると推定される。

劣化判定部４５は、〔条件１〕低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%が低下、〔条件２〕高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%が低下していない、〔条件３〕ＨＣ浄化率（ＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%）が低下の３条件が成立した場合に、ＤＯＣ１５のＮＯ₂生成性能を劣化状態と判定する。

次に、図６に基づいて、本実施形態の診断装置による制御フローを説明する。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されるＳＣＲ入口排気温度Ｔ_{SCR_in}が低温判定温度（例えば、１８０度）に達したか否かが判定される。さらに、Ｓ１１０では、ＳＣＲ入口排気温度Ｔ_{SCR_in}が高温判定温度（例えば、２８０度）を超えたか否かが判定される。

Ｓ１１０で「Ｎｏ」の場合は、ＳＣＲ入口排気温度Ｔ_{SCR_in}が低温判定温度と高温判定温度（例えば、１８０〜２８０度）の範囲内にあるので、Ｓ１２０に進み低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%が演算される。一方、Ｓ１１０で「Ｙｅｓ」の場合は、ＳＣＲ入口排気温度Ｔ_{SCR_in}が２８０度を超えているので、Ｓ１３０に進み高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%が演算される。

Ｓ１４０では、ＳＣＲ２２の低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%が低下しているか否かが判定される。「Ｎｏ」の場合は、ＤＯＣ１５及びＳＣＲ２２共に正常と推定されるため、本制御はリターンされる。

Ｓ１５０では、ＳＣＲ２２の高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%が低下しているか否かが判定される。「Ｙｅｓ」の場合（低温側浄化率及び高温側浄化率共に低下）は、ＳＣＲ２２の劣化等が推定されるため、Ｓ１６０でＳＣＲ２２を異常と判定してリターンされる。一方、「Ｎｏ」の場合は、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%のみが低下しており、ＳＣＲ２２は正常と推定されるため、ＤＯＣ１５の劣化を判定すべくＳ１７０に進む。

Ｓ１７０では、ＤＰＦ１６の強制再生の実行有無が確認される。強制再生が実行された場合（Ｙｅｓ）はＳ１８０に進む。

Ｓ１８０では、ＤＯＣ１５のＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%（ＨＣ浄化率）が演算され、Ｓ１９０では、ＨＣ浄化率が低下しているか否かが判定される。「Ｎｏ」の場合は、ＤＯＣ１５の劣化以外の要因が考えられるため、本制御はリターンされる。一方、「Ｙｅｓ」の場合は、〔条件１〕低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%が低下（Ｓ１４０）、〔条件２〕高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%が正常（Ｓ１５０）、〔条件３〕ＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%が低下（Ｓ１９０）の３条件が成立している。すなわち、ＳＣＲ２２は正常で、ＤＯＣ１５はＨＣ浄化性能の低下に付随して、ＮＯ₂生成性能も低下している状態と推定される。本制御はＳ２００に進み、ＤＯＣ１５のＮＯ₂生成性能を劣化と判定して、その後リターンされる。

次に、本実施形態に係る診断装置による作用効果を説明する。

従来、排気中に含まれるＮＯ₂値をセンサで直接的に検出することは困難であり、ＤＯＣのＮＯ₂生成性能は、ＮＯｘセンサ等の検出値に排気中のＮＯ₂比を乗算して得られる推定値等に基づいて診断されている。しかしながら、排気中のＮＯとＮＯ₂との比率は、エンジンの運転状態等に応じて変化するため、ＮＯｘセンサの検出値から推定したＮＯ₂値を用いる手法では、ＤＯＣの劣化を正確に診断できない可能性がある。

これに対し、本実施形態の診断装置では、ＤＯＣ１５を通過した排気中のＮＯ₂値を推定することなく、〔条件１〕低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_LOW%、〔条件２〕高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣ_HIGH%、〔条件３〕ＨＣ実発熱率Ｃ_ACT%の３条件に基づいて、ＤＯＣ１５のＮＯ₂生成性能を診断するように構成されている。

したがって、本実施形態の診断装置によれば、運転状態の変化の影響等を受けることなく、ＤＯＣ１５のＮＯ₂生成性能を高精度に診断することができる。

また、本実施形態の診断装置では、ＤＯＣ１５の上流側及び下流側の排気エネルギ差ΔＱに外気への熱損失量Ｑ_lostを加算して得られるＨＣ実発熱量Ｃ_actに基づいて、ＤＯＣ１５のＨＣ浄化率を判定するように構成されている。

したがって、本実施形態の診断装置によれば、外部への熱損失量Ｑ_lostを考慮した高精度なＨＣ実発熱量Ｃ_actを演算することが可能となり、ＨＣ浄化率の低下を排気エネルギ差ΔＱにのみ基づいて判定する場合に比べて、判定精度を効果的に向上することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図７に示すように、前段後処理装置１４にＤＯＣ１５のみを備え、ＤＰＦ１６や排気管内噴射装置１３を省略した構造にも適用することが可能である。この場合は、図６に示すフローチャートのＳ１７０（ＤＰＦ強制再生）を省略して、エンジン１０によるポスト噴射等を実行すればよい。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。

１０エンジン
１５ＤＯＣ（酸化触媒）
２２ＳＣＲ（選択的還元触媒）
４０ＥＣＵ
４１ＮＯｘ浄化率演算部（第１浄化率演算手段）
４２ＨＣ発熱率演算部（第２浄化率演算手段）
４３ＮＯｘ浄化率判定部（判定手段）
４４ＨＣ浄化率判定部（判定手段）
４５劣化判定部（判定手段）

Claims

内燃機関の排気系に設けられて、少なくとも排気中の炭化水素及び一酸化窒素を酸化する酸化触媒と、
前記酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて、アンモニアを還元剤として排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒と、
前記選択的還元触媒の上流側及び下流側のＮＯｘ値に基づいて、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の低温域にある時に低温側ＮＯｘ浄化率を演算すると共に、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の高温域にある時に高温側ＮＯｘ浄化率を演算する第１浄化率演算手段と、
少なくとも前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に基づいて、前記酸化触媒の炭化水素浄化率を演算する第２浄化率演算手段と、
演算された前記低温側ＮＯｘ浄化率、前記高温側ＮＯｘ浄化率及び、前記炭化水素浄化率に基づいて、前記酸化触媒の劣化を判定する判定手段と、を備える
ことを特徴とする診断装置。
前記判定手段は、前記低温側ＮＯｘ浄化率が低下、前記高温側ＮＯｘ浄化率が正常、且つ、前記炭化水素浄化率が低下した場合に、前記酸化触媒の二酸化窒素の生成性能を劣化と判定する
請求項１に記載の診断装置。
前記第２浄化率演算手段は、前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に、前記酸化触媒から外気に放出される熱損失量を加算して得られる炭化水素発熱量に基づいて前記炭化水素浄化率を演算する
請求項１又は２に記載の診断装置。
前記第２浄化率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第１モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第２モデル式に基づいて前記熱損失量を演算する
請求項３に記載の診断装置。
前記酸化触媒は、車体下部に設けられる筒状の触媒ケース内に収容され、
前記強制対流の熱伝達率は、強制対流を前記触媒ケースの下面に影響する平板上の乱流と仮定したヌセルト数に基づいて設定される
請求項４に記載の診断装置。