WO2013080735A1 - エンジンの触媒劣化検出装置 - Google Patents

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WO2013080735A1
WO2013080735A1 PCT/JP2012/078212 JP2012078212W WO2013080735A1 WO 2013080735 A1 WO2013080735 A1 WO 2013080735A1 JP 2012078212 W JP2012078212 W JP 2012078212W WO 2013080735 A1 WO2013080735 A1 WO 2013080735A1
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catalyst
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弘樹 上野
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Ｕｄトラックス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a catalyst deterioration detection device that detects deterioration of an oxidation catalyst provided in an exhaust pipe of an engine.
  • Patent Document 1 discloses a device that calculates the amount of heat generated by an oxidation catalyst when fuel is added to exhaust gas, and detects deterioration of the oxidation catalyst based on the amount of generated heat.
  • the reference heat generation amount in a state where the oxidation catalyst is not deteriorated is stored in advance, and the deterioration of the oxidation catalyst is performed based on the reduction amount from the heat generation amount in the initial state. It was detected.
  • the actual amount of fuel added to the exhaust gas to generate heat with the oxidation catalyst may deviate from the indicated amount due to clogging of the fuel injection valve, etc. If the fuel used at the time of detection has different properties, the amount of heat generated in the oxidation catalyst changes regardless of the presence or absence of deterioration, leading to a problem that the accuracy of detection of deterioration is reduced.
  • the fuel property is, for example, a calorific value per unit fuel amount.
  • the present invention can suppress deterioration in the accuracy of detection of deterioration of the oxidation catalyst even if the actual injection amount or fuel properties, which are fuel addition conditions, change.
  • An object is to provide a catalyst deterioration detection device.
  • the catalyst deterioration detection apparatus includes a reference oxidation catalyst that allows exhaust to flow when performing the deterioration detection of the oxidation catalyst separately from the oxidation catalyst, and the exhaust to which fuel is added is supplied to the reference oxidation catalyst.
  • the deterioration of the oxidation catalyst is detected from the calorific value of the reference oxidation catalyst when it flows into the exhaust gas and the calorific value of the oxidation catalyst when exhaust gas added with fuel flows into the oxidation catalyst. did.
  • the calorific value in the reference oxidation catalyst and the calorific value in the oxidation catalyst are obtained under the same fuel addition conditions, it is possible to accurately determine the decrease in the calorific value due to degradation, and to deteriorate the oxidation catalyst. Can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 shows a diesel engine 10 for a vehicle to which a catalyst deterioration detection device according to the present invention is applied.
  • the diesel engine 10 sucks air through the intake pipe 14 and the intake manifold 12.
  • an air cleaner 16 that filters dust in the air in order from the upstream side
  • a compressor 18A of a turbocharger 18 that performs intake air supercharging
  • an intercooler that cools the intake air that has passed the compressor 18A and has become hot. 20 is provided.
  • the diesel engine 10 emits exhaust through the exhaust manifold 22 and the exhaust pipe 24.
  • the exhaust pipe 24 includes, in order from the upstream side, an exhaust turbine 18B of the turbocharger 18, a fuel injection apparatus 25 having an injection nozzle for injecting light oil as fuel into the exhaust pipe 24, a continuously regenerating DPF apparatus 26, a reducing agent precursor.
  • Reducing agent injection device 28 having an injection nozzle for supplying and supplying urea aqueous solution as a body, SCR catalyst 30 for reducing NOx using ammonia generated from urea aqueous solution as a reducing agent, and oxidizing ammonia passing through SCR catalyst 30
  • An ammonia oxidation catalyst 32 is provided.
  • the continuous regeneration type DPF device 26 includes a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 26A that oxidizes nitric oxide NO to nitrogen dioxide NO 2 , and a DPF (Diesel Particulate Filter) that collects and removes PM (Particulate Matter) in the exhaust gas. 26B.
  • DOC Diesel Oxidation Catalyst
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • PM Pulsate Matter
  • a CSF Catalyzed Soot Filter
  • a catalyst composed of an active component and an additive component is supported on the filter surface can be used instead of the DPF 26B.
  • the diesel engine 10 also includes an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 34 that lowers the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust to the intake side and reduces the NOx concentration in the exhaust.
  • the EGR device 34 includes an EGR pipe 34A that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 24 to the intake pipe 14, an EGR cooler 34B that cools the exhaust gas flowing through the EGR pipe 34A, and an exhaust amount that recirculates to the intake pipe 14, that is, And an EGR control valve 34C for controlling the EGR rate.
  • EGR exhaust Gas Recirculation
  • a diagnostic exhaust pipe 35 merging with the upstream exhaust pipe 24 is provided.
  • the diagnostic exhaust pipe 35 is provided with a reference oxidation catalyst 36 which is an oxidation catalyst similar to the DOC 26A.
  • a reference oxidation catalyst 36 having a capacity equal to or smaller than the capacity of the DOC 26A can be used.
  • the diagnostic exhaust pipe 35 upstream of the reference oxidation catalyst 36 is provided with an electromagnetic first on-off valve 37 that opens and closes the diagnostic exhaust pipe 35, and more than the branch portion of the diagnostic exhaust pipe 35.
  • An electromagnetic second on-off valve 38 for opening and closing the exhaust pipe 24 is provided in the exhaust pipe 24 on the downstream side and upstream from the junction.
  • the first on-off valve 37 and the second on-off valve 38 are channel switching means for switching between a state in which exhaust flows into the reference oxidation catalyst 36 and a state in which exhaust flows into the DOC 26A by bypassing the reference oxidation catalyst 36. It is an example. In place of the first on-off valve 37 and the second on-off valve 38, a position where the diagnostic exhaust pipe 35 is opened and the exhaust pipe 24 is closed at the branch portion of the diagnostic exhaust pipe 35, and the disconnecting exhaust pipe 35 is closed. A flow path switching valve that switches to a position where the exhaust pipe 24 is opened can be provided.
  • the engine control unit 42 with a built-in computer includes a rotational speed sensor 44 that detects the rotational speed NE of the diesel engine 10, a load sensor 46 that detects the load Q of the diesel engine 10, and temperature sensors 47a and 47b that detect the exhaust temperature. 47c, 47d, a vehicle speed sensor 48 for detecting the vehicle running speed (vehicle speed) VS, various sensors such as a brake switch 49 for detecting on / off of the operating state of the stop brake of the vehicle, and an output signal of the switch.
  • a rotational speed sensor 44 that detects the rotational speed NE of the diesel engine 10
  • a load sensor 46 that detects the load Q of the diesel engine 10
  • temperature sensors 47a and 47b that detect the exhaust temperature. 47c, 47d
  • a vehicle speed sensor 48 for detecting the vehicle running speed (vehicle speed) VS
  • various sensors such as a brake switch 49 for detecting on / off of the operating state of the stop brake of the vehicle, and an output signal of the switch.
  • the load sensor 46 is closely related to the torque of the diesel engine 10 such as the intake flow rate, the intake pressure, the supercharging pressure, the accelerator opening, and the intake throttle valve as a state quantity indicating the load Q of the diesel engine 10. Detect related state quantities.
  • the temperature sensor 47 a is disposed in the diagnostic exhaust pipe 35 immediately before the reference oxidation catalyst 36 and detects the temperature of the exhaust gas flowing into the reference oxidation catalyst 36, that is, the exhaust temperature at the inlet of the reference oxidation catalyst 36.
  • the temperature sensor 47 b is disposed in the diagnostic exhaust pipe 35 immediately after the reference oxidation catalyst 36 and detects the temperature of the exhaust gas that has passed through the reference oxidation catalyst 36, that is, the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36.
  • the temperature sensor 47c is disposed in the exhaust pipe 24 immediately before the DOC 26A, and detects the temperature of the exhaust gas flowing into the DOC 26A, that is, the exhaust gas temperature at the inlet of the DOC 26A.
  • the temperature sensor 47d is disposed in the exhaust pipe 24 immediately after the DOC 26A, and detects the temperature of the exhaust gas that has passed through the DOC 26A, that is, the exhaust gas temperature at the outlet of the DOC 26A.
  • the engine control unit 42 executes a control program stored in a non-volatile memory such as a built-in ROM (Read Only Memory), thereby injecting and reducing fuel to the diesel engine 10 based on signals from various sensors and switches.
  • the operation of the diesel engine 10 is controlled by outputting operation signals such as the urea aqueous solution injection by the agent injection device 28, the exhaust gas recirculation amount by the EGR device 34, and the opening of the variable nozzle in the turbocharger 18.
  • the engine control unit 42 detects the presence or absence of deterioration of DOC26A which is an oxidation catalyst by running the control program memorize
  • FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the DOC 26A deterioration detection process executed by the engine control unit 42.
  • the deterioration detection process will be described in detail with reference to this flowchart.
  • step S101 it is determined whether or not an execution condition for deterioration detection is satisfied.
  • the deterioration detection execution condition is that the vehicle is stopped.
  • the vehicle speed VS detected by the vehicle speed sensor 48 is 0 km / h, and the brake switch 49 is on and the stop brake is in an operating state, it is determined that the vehicle is in a stopped state. If the vehicle is in a stopped state, it is determined that the execution condition for the deterioration detection is satisfied, and the process proceeds to the deterioration detection process after step S102. In this way, by causing the vehicle to detect deterioration while the vehicle is stopped, torque fluctuations for detecting deterioration do not affect the drivability of the vehicle.
  • step S101 when the vehicle speed is not 0 km / h, it is determined that the execution condition for the deterioration detection is not satisfied, and the determination process of step S101 is repeated, and also when the stop brake is not activated, It is determined that the execution condition for deterioration detection is not satisfied, and the determination process in step S101 is repeated.
  • conditions for determining the stop state of the vehicle it is possible to determine that the transmission is in neutral, the accelerator pedal is in a fully closed position, and the vehicle speed, stop brake, neutral, accelerator all The stop state of the vehicle can be determined by combining a plurality of closures.
  • a condition for executing the deterioration detection in addition to the vehicle being in a stopped state, a condition that a certain period or more has elapsed since the previous deterioration detection process can be used.
  • the deterioration detection process has not been executed even once the diesel engine 10 has been started, the operation time of the diesel engine 10 from the time when the deterioration detection process was executed last time, the travel distance of the vehicle, etc. are equal to or greater than the threshold value. It can be set as an execution condition for deterioration detection. Further, the deterioration detection process can be executed in synchronization with the regeneration process of the DPF 26B.
  • the exhaust flow path is switched.
  • the first on-off valve 37 is closed and the second on-off valve 38 is kept open so that the exhaust gas does not flow into the reference oxidation catalyst 36. Is maintained in the initial state.
  • the exhaust gas passes through the DOC 26A, DPF 26B, SCR catalyst 30, and ammonia oxidation catalyst 32 in this order to be purified.
  • step S102 when the process proceeds to step S102 to detect the deterioration, the first on-off valve 37 is opened and the second on-off valve 37 is opened from the state in which the first on-off valve 37 is closed and the second on-off valve 38 is open.
  • the exhaust gas is caused to flow into the reference oxidation catalyst 36 by switching the valve 38 to the closed state.
  • the exhaust gas is purified by passing through the reference oxidation catalyst 36, the DOC 26A, the DPF 26B, the SCR catalyst 30, and the ammonia oxidation catalyst 32 in this order.
  • the exhaust gas flows into the reference oxidation catalyst 36 only when the deterioration of the DOC 26A is detected. For this reason, the period during which the exhaust gas flows into the reference oxidation catalyst 36 is significantly shorter than the DOC 26A in which the exhaust gas always flows in the operation state of the diesel engine 10. Therefore, even if the operation period of the diesel engine 10 becomes long, the reference oxidation catalyst 36 is maintained in a substantially initial state.
  • step S103 When the exhaust path is switched to a state in which the exhaust gas flows into the reference oxidation catalyst 36, the process proceeds to step S103, where operating conditions for increasing the exhaust temperature are set.
  • the target stored in advance for raising the exhaust temperature is read out regarding the engine speed, the fuel injection condition to the engine, the opening of the EGR control valve 34C, the opening of the variable nozzle in the turbocharger 18, and the like.
  • a target value such as the engine speed for exhaust gas temperature raising is determined in advance based on experiments and simulations as a value that can achieve a target temperature described later.
  • the fuel injection, the opening degree of the EGR control valve 34C, the opening degree of the variable nozzle in the turbocharger 18 and the like are controlled according to the setting in step S103, and the exhaust gas temperature is actually raised.
  • the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 is detected based on the output of the temperature sensor 47b, and the target outlet exhaust temperature that serves as a reference for the start of fuel addition is set.
  • the target outlet exhaust temperature is stored in advance as a temperature at which when the fuel is added to the exhaust gas, the added fuel can be sufficiently oxidized by the reference oxidation catalyst 36.
  • step S106 it is determined whether or not the outlet exhaust temperature of the reference oxidation catalyst 36 has exceeded the target outlet exhaust temperature, and step S105 is performed until the outlet exhaust temperature of the reference oxidation catalyst 36 exceeds the target outlet exhaust temperature. Then, the detection of the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 is repeated.
  • the process proceeds to step S107, and is stored in advance as a fuel amount to be injected from the fuel injection device 25 in order to cause the reference oxidation catalyst 36 to oxidize the fuel. Read the injection amount.
  • step S108 fuel is injected from the fuel injection device 25 based on the command injection amount read in step S107.
  • step S109 it is determined whether or not the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 detected based on the output of the temperature sensor 47b has changed to a stable state after showing an increase change.
  • the fuel in the exhaust gas undergoes an oxidation reaction at the reference oxidation catalyst 36, thereby the reference oxidation catalyst 36.
  • the temperature of the exhaust gas at the outlet of the fuel gas rises and the temperature corresponding to the amount of heat generated by the reference oxidation catalyst 36 is maintained. Therefore, when the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 is stabilized, it is determined that the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 has increased to a temperature corresponding to the amount of heat generated by the reference oxidation catalyst 36. .
  • Whether or not the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 is stable is determined by, for example, if the difference between the temperature detected this time and the temperature detected this time is below a threshold value continues for a set time or longer. It is determined that the exhaust temperature is stable. If it is determined in step S109 that the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36 has become stable, the fuel injection by the fuel injection device 25 is terminated in step S110.
  • step S111 the detected value of the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36, the detected value of the exhaust temperature at the inlet of the reference oxidation catalyst 36, and the exhaust gas flow rate in the equilibrium state immediately before the end of fuel injection are obtained.
  • step S112 the amount of heat generated in the reference oxidation catalyst 36 is calculated from the exhaust temperature at the outlet of the reference oxidation catalyst 36, the exhaust temperature at the inlet, and the exhaust gas flow rate.
  • the calorific value is calculated as the calorific value per unit time from the temperature rise in the reference oxidation catalyst 36 obtained from the inlet temperature and outlet temperature of the reference oxidation catalyst 36, the exhaust gas flow rate, and the exhaust gas specific heat stored in advance as a constant. Can be calculated.
  • the exhaust temperature at the outlet when fuel is not added to the exhaust is estimated from the exhaust temperature at the inlet of the reference oxidation catalyst 36, and the difference between the estimated exhaust temperature at the outlet and the exhaust temperature at the actual outlet is estimated.
  • the temperature rise in the reference oxidation catalyst 36 when the exhaust gas into which the fuel is added flows into the reference oxidation catalyst 36 can be obtained.
  • the exhaust gas flow rate can be substituted or estimated by a measured value of the intake flow rate.
  • step S113 the first on-off valve 37 is opened, the second on-off valve 38 is closed, and the first on-off valve 37 is closed on the exhaust passage through which the exhaust gas has flowed into the reference oxidation catalyst 36.
  • the on-off valve 38 By switching the on-off valve 38 to open, the exhaust gas bypasses the reference oxidation catalyst 36 and switches to the exhaust flow path that flows into the DOC 26A.
  • an injection amount stored in advance as a fuel amount to be injected from the fuel injection device 25 is read in order to cause the DOC 26A to oxidize the fuel.
  • step S115 fuel is injected from the fuel injection device 25 based on the command injection amount read in step S114.
  • step S116 it is determined whether or not the exhaust temperature detected at the outlet of the DOC 26A detected based on the output of the temperature sensor 47d has changed to a stable state after showing an increase change.
  • Whether or not the outlet exhaust temperature of the DOC 26A is stable can be determined by, for example, stabilizing the exhaust temperature at the outlet if the difference between the temperature detected this time and the temperature detected this time is below a threshold value continues for a set time or longer. Judged to be in a state.
  • the fuel in the exhaust gas undergoes an oxidation reaction at the DOC 26A, the exhaust temperature at the outlet of the DOC 26A rises, and the DOC 26A The temperature corresponding to the amount of heat generated at is maintained.
  • step S116 the fuel injection by the fuel injection device 25 is terminated in step S117.
  • step S118 the detected value of the exhaust temperature at the outlet of the DOC 26A, the detected value of the exhaust temperature at the inlet of the DOC 26A, and the exhaust gas flow rate in the equilibrium state immediately before the end of fuel injection are read.
  • step S119 the heat generation amount in the DOC 26A is calculated from the exhaust temperature at the outlet of the DOC 26A, the exhaust temperature at the inlet, and the exhaust gas flow rate. The calculation of the heat generation amount here is performed in the same manner as in step S112.
  • step S120 it is determined whether or not the heat generation amount in the DOC 26A is reduced from the heat generation amount in the DOC 26A and the heat generation amount in the reference oxidation catalyst 36.
  • a reference heat generation amount the ratio of the heat generation amount in the DOC 26A and the heat generation amount in the reference oxidation catalyst 36 (hereinafter referred to as a reference heat generation amount) is smaller than a threshold value for deterioration determination, that is, “heat generation amount / It is determined whether or not “reference heat generation amount” ⁇ threshold value is satisfied.
  • the function as an oxidation catalyst is reduced, and the amount of heat generated in the state where the exhaust gas into which the fuel is added flows is lower than in the initial state, that is, before the deterioration occurs.
  • the threshold value for deterioration determination is set in advance based on experiments and simulations so that the heating value / reference heating value ⁇ threshold value when the deterioration of the DOC 26A is within an allowable range. Accordingly, when the “heat generation amount / reference heat generation amount” gradually decreases as the deterioration of the DOC 26A progresses and “heat generation amount / reference heat generation amount ⁇ threshold value” is satisfied, the deterioration of the DOC 26A is allowed. This indicates that the process has progressed before the range is exceeded, in other words, the occurrence of a deterioration failure of the DOC 26A.
  • step S120 If “heat generation amount / reference heat generation amount ⁇ threshold value” is satisfied, it can be determined that the deterioration of the DOC 26A is within an allowable range and no deterioration failure has occurred, and therefore catalyst deterioration is determined from step S120. This routine is terminated by bypassing the step to be performed. On the other hand, if “heat generation amount / reference heat generation amount ⁇ threshold value” is satisfied, the process proceeds to step S121, where it is determined that deterioration exceeding the allowable level has occurred in the DOC 26A, and the deterioration indicating that the DOC 26A has deteriorated. Outputs a judgment signal.
  • the deterioration determination signal of the DOC 26A is stored as a diagnosis history, and based on the deterioration determination signal, warning means for warning the vehicle driver of the deterioration of the DOC 26A can be activated.
  • the calorific value of the DOC 26A varies depending on the properties of the fuel injected by the fuel injection device 25, specifically, the calorific value per unit amount. For example, the calorific value per unit amount is higher than the reference value.
  • both the heat generation amount in the DOC 26A and the reference heat generation amount in the reference oxidation catalyst 36 are decreased. For this reason, if the deterioration is detected based on the ratio of both heat generation amounts, it is possible to determine a decrease in the heat generation amount due to the deterioration without being influenced by the fuel properties.
  • the heat generation amount in the DOC 26A and the reference heat generation amount in the reference oxidation catalyst 36 are Both decline. For this reason, if the deterioration is detected based on the ratio of both heat generation amounts, the difference between the command injection amount and the actual injection amount in the fuel injection device 25, that is, the amount of heat generation due to deterioration is not affected by the injection amount error. You can judge the decline. As described above, when the reference oxidation catalyst 36 is provided and the deterioration detection process shown in the flowchart of FIG. 2 is executed, the deterioration of the DOC 26A is not affected by the change in the fuel properties or the injection amount error of the fuel injection device 25. Can be detected with high accuracy.
  • the reference calorific value is the calorific value when the reference fuel is used, and the fuel injection device 25 performs the command injection. It is set on the assumption that the quantity is actually injected. For this reason, when a fuel having a property different from that of the reference fuel is used or when an injection amount error occurs when the deterioration is actually detected, the reference calorific value is a fixed value that is not affected by these. The amount of heat generated in the DOC 26A changes.
  • the DOC 26A has actually deteriorated beyond the allowable level, it is erroneously determined that the deterioration has not occurred, or conversely, the DOC 26A has not deteriorated but has deteriorated. There is a possibility of misjudging it.
  • the calorific value of the reference oxidation catalyst 36 changes as affected by the properties of the fuel used at that time, as does the DOC 26A, and if an error in the amount of added fuel occurs, Since both the heat generation amount and the heat generation amount of the DOC 26A will be affected, comparing the heat generation amount of the reference oxidation catalyst 36 and the heat generation amount of the DOC 26A eliminates the influence of errors in the properties of the fuel used and the amount of added fuel. The deterioration can be detected by extracting a decrease in the heat generation amount due to the deterioration.
  • the exhaust gas is discharged into the DOC 26A at the time of detection of deterioration in which the diagnostic exhaust pipe 35 is joined between the DOC 26A and the DPF 26B and the exhaust gas flows into the reference oxidation catalyst 36. Can be bypassed to flow.
  • the diagnostic exhaust pipe 35 is joined to the upstream side of the DOC 26A, the exhaust gas to which the fuel is added passes through the reference oxidation catalyst 36 and the DOC 26A when the deterioration is detected. Even if the fuel passes through the reference oxidation catalyst 36, the fuel can be oxidized by the DOC 26A downstream of the reference oxidation catalyst 36, and the inflow of fuel to the downstream side of the DOC 26A can be suppressed. Therefore, the capacity of the reference oxidation catalyst 36 can be reduced while suppressing the inflow of fuel to the downstream side of the DOC 26A, the increase in the size of the exhaust device can be suppressed, and the cost of the catalyst can be reduced.
  • the deterioration detection device of the present invention can be applied, and the oxidation catalyst is not limited to the DOC 26A included in the continuous regeneration type DPF device 26 as a diagnostic target. .
  • the deterioration detection of the present invention is executed prior to the execution of the regeneration process, and the DPF regeneration process is performed following the end of the deterioration detection process. Can do.
  • the means for adding fuel into the exhaust is not limited to the fuel injection device 25 provided in the exhaust pipe 24, and the fuel injection device that injects fuel into the cylinder of the diesel engine 10 from the main injection timing.
  • the fuel can be added to the exhaust gas by the post injection in which the fuel is injected at the delayed timing.
  • a failure diagnosis of the fuel injection device 25 can be performed in parallel with the detection of the deterioration of the DOC 26A.
  • the heat generation amount in the reference oxidation catalyst 36 is stored in advance as a design value. Or the amount of heat generated by the reference oxidation catalyst 36 actually measured by detecting the deterioration of the DOC 26A in the initial state of the fuel injection device 25 is stored.
  • the calorific value of the reference oxidation catalyst 36 in the initial state of the fuel injection device 25 stored in advance is compared with the calorific value of the reference oxidation catalyst 36 measured by detecting the deterioration of the DOC 26A.
  • the failure determination signal of the fuel injection device 25 is stored as a diagnosis history, and based on the failure determination signal, warning means for warning the driver of the vehicle of the failure of the fuel injection device 25 can be activated.

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Abstract

　本願発明に係るエンジンの触媒劣化検出装置は、劣化検出の対象である酸化触媒とは別に、基準酸化触媒を設ける。そして、燃料を添加した排気ガスを基準酸化触媒に流入させ（S102）、そのときの基準酸化触媒での発熱量を演算する（S112）。次に、劣化検出の対象である酸化触媒に対して、燃料を添加した排気ガスを流入させ（S113）、そのときの酸化触媒での発熱量を演算する（S119）。ここで、酸化触媒での発熱量と基準酸化触媒での発熱量との比に基づき、酸化触媒での発熱量が低下したか否かを判断し（S120）、酸化触媒での発熱量が低下したときに、酸化触媒の劣化を判定する（S121）。これにより、排気に対する燃料の添加量に誤差が発生し、また、添加燃料の性状が変化しても、酸化触媒の劣化を高精度に検出できる。

Description

エンジンの触媒劣化検出装置
　本発明は、エンジンの排気管に設けられる酸化触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。
　例えば、特許文献１には、排気に対して燃料を添加したときの酸化触媒での発熱量を演算し、前記発熱量に基づいて酸化触媒の劣化を検出する装置が開示されている。
特開２００９－１９７７３５号公報
　上記の発熱量に基づく劣化検出では、酸化触媒が劣化していない状態での基準発熱量を予め記憶しておき、係る初期状態での発熱量からの低下代に基づいて、酸化触媒の劣化を検出していた。
　しかし、酸化触媒で発熱させるために排気中に添加した実際の燃料量が、燃料噴射弁の詰まりなどによって指示量からずれていたり、また、基準発熱量を設定したときに用いた燃料と、劣化検出の実施時に用いた燃料とで性状が異なっていたりすると、劣化の有無とは無関係に酸化触媒における発熱量が変化し、劣化検出の精度が低下するという問題があった。尚、燃料の性状とは、例えば、単位燃料量当たりの発熱量である。
　そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、燃料添加の条件である実噴射量や燃料性状などが変化しても、酸化触媒の劣化検出の精度が低下することを抑制できる、エンジンの触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。
　このため、本発明に係る触媒劣化検出装置は、酸化触媒とは別に、前記酸化触媒の劣化検出を行う際に排気を流入させる基準酸化触媒を備え、燃料が添加された排気を前記基準酸化触媒に流入させたときの前記基準酸化触媒における発熱量と、燃料が添加された排気を前記酸化触媒に流入させたときの前記酸化触媒における発熱量とから、前記酸化触媒の劣化を検出するようにした。
　本発明によれば、燃料添加の条件が同じ状態で、基準酸化触媒における発熱量及び酸化触媒における発熱量が求められるので、劣化による発熱量の低下を高精度に判定して、酸化触媒の劣化を精度良く検出することができる。
本発明の実施形態におけるディーゼルエンジンを示す概略図 本発明の実施形態における酸化触媒の劣化検出の流れを示すフローチャート
　以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
　図１は、本願発明に係る触媒劣化検出装置を適用する、車両用のディーゼルエンジン１０を示す。
　ディーゼルエンジン１０は、吸気管１４及び吸気マニホールド１２を介して空気を吸引する。吸気管１４には、上流側から順に、空気中の埃などをろ過するエアクリーナ１６、吸気過給を行うターボチャージャ１８のコンプレッサ１８Ａ、コンプレッサ１８Ａを通過して高温になった吸気を冷却するインタークーラ２０を設けてある。
　一方、ディーゼルエンジン１０は、排気マニホールド２２及び排気管２４を介して排気を放出する。排気管２４には、上流側から順に、ターボチャージャ１８の排気タービン１８Ｂ、燃料としての軽油を排気管２４内に噴射する噴射ノズルを有する燃料噴射装置２５、連続再生式ＤＰＦ装置２６、還元剤前駆体としての尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルを有する還元剤噴射装置２８、尿素水溶液から生成されるアンモニアを還元剤として用いてＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒３０、ＳＣＲ触媒３０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒３２を設けてある。
　連続再生式ＤＰＦ装置２６は、一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2へと酸化させるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２６Ａと、排気中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集・除去するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２６Ｂとを備える。
　尚、排気浄化フィルタとして、前記ＤＰＦ２６Ｂの代わりに、フィルタ表面に活性成分及び添加成分からなる触媒を担持させたＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）を使用できる。
　また、ディーゼルエンジン１０は、排気の一部を吸気側に還流させることで燃焼温度を低下させ、排気中のＮＯｘ濃度を低減するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置３４を備えている。
　ＥＧＲ装置３４は、排気管２４を流れる排気の一部を吸気管１４に還流させるＥＧＲ管３４Ａと、ＥＧＲ管３４Ａを流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ３４Ｂと、吸気管１４に還流させる排気量、つまり、ＥＧＲ率を制御するＥＧＲ制御弁３４Ｃとを備える。
　また、燃料噴射装置２５よりも下流側で、かつ、連続再生式ＤＰＦ装置２６よりも上流側の排気管２４から分岐し、当該分岐点よりも下流側で、かつ、連続再生式ＤＰＦ装置２６よりも上流側の排気管２４に合流する診断用排気管３５を設けてある。
　そして、診断用排気管３５には、ＤＯＣ２６Ａと同様な酸化触媒である基準酸化触媒３６を設けてある。尚、基準酸化触媒３６として、ＤＯＣ２６Ａの容量と同等又はより小さい容量のものを用いることができる。
　また、基準酸化触媒３６よりも上流側の診断用排気管３５には、診断用排気管３５を開閉する電磁式の第１開閉弁３７を設けてあり、診断用排気管３５の分岐部よりも下流側でかつ合流部よりも上流側の排気管２４には、排気管２４を開閉する電磁式の第２開閉弁３８を設けてある。
　これにより、第１開閉弁３７を開け、かつ、第２開閉弁３８を閉じると、排気タービン１８Ｂを通過した排気ガスは、基準酸化触媒３６及びＤＯＣ２６Ａをこの順に通過する。一方、第１開閉弁３７を閉じ、かつ、第２開閉弁３８を開けると、排気タービン１８Ｂを通過した排気ガスは、基準酸化触媒３６をバイパスしてＤＯＣ２６Ａを通過し、基準酸化触媒３６には排気ガスが流入しない。
　即ち、第１開閉弁３７の及び第２開閉弁３８は、基準酸化触媒３６に排気を流入させる状態と、基準酸化触媒３６をバイパスしてＤＯＣ２６Ａに排気を流入させる状態とに切り替える流路切替え手段の一例である。
　尚、第１開閉弁３７の及び第２開閉弁３８に代えて、診断用排気管３５の分岐部に、診断用排気管３５を開け排気管２４を閉じる位置と、断用排気管３５を閉じ排気管２４を開ける位置とに切り替わる流路切替え弁を設けることができる。
　コンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニット４２は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ４４、及び、ディーゼルエンジン１０の負荷Ｑを検出する負荷センサ４６、排気温度を検出する温度センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ、車両の走行速度（車速）ＶＳを検出する車速センサ４８、車両の停車ブレーキの作動状態のオン／オフを検出するブレーキスイッチ４９などの各種センサ，スイッチの出力信号を入力する。
　ここで、負荷センサ４６は、ディーゼルエンジン１０の負荷Ｑを示す状態量として、吸気流量、吸気圧力、過給圧力、アクセル開度、吸気絞り弁の開度など、ディーゼルエンジン１０のトルクと密接に関連する状態量を検出する。
　温度センサ４７ａは、基準酸化触媒３６の直前の診断用排気管３５に配置され、基準酸化触媒３６に流入する排気の温度、つまり、基準酸化触媒３６の入口での排気温度を検出する。
　温度センサ４７ｂは、基準酸化触媒３６の直後の診断用排気管３５に配置され、基準酸化触媒３６を通過した排気の温度、つまり、基準酸化触媒３６の出口での排気温度を検出する。
　温度センサ４７ｃは、ＤＯＣ２６Ａの直前の排気管２４に配置され、ＤＯＣ２６Ａに流入する排気の温度、つまり、ＤＯＣ２６Ａの入口での排気温度を検出する。
　温度センサ４７ｄは、ＤＯＣ２６Ａの直後の排気管２４に配置され、ＤＯＣ２６Ａを通過した排気の温度、つまり、ＤＯＣ２６Ａの出口での排気温度を検出する。
　エンジンコントロールユニット４２は、内蔵するＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに記憶した制御プログラムを実行することで、各種センサ，スイッチからの信号に基づいて、ディーゼルエンジン１０への燃料噴射、還元剤噴射装置２８による尿素水溶液の噴射、ＥＧＲ装置３４による排気還流量、ターボチャージャ１８における可変ノズルの開度などの操作信号を出力することで、ディーゼルエンジン１０の運転を制御する。
　また、エンジンコントロールユニット４２は、予め記憶した制御プログラムを実行することで、酸化触媒であるＤＯＣ２６Ａの劣化の有無を検出する。
　図２は、エンジンコントロールユニット４２が実行する、ＤＯＣ２６Ａの劣化検出処理の流れを示すフローチャートであり、以下では、このフローチャートを参照しつつ劣化検出処理を詳細に説明する。
　まず、ステップＳ１０１では、劣化検出の実行条件が成立しているか否かを判断する。
　例えば、車両の停車状態であることを劣化検出の実行条件とする。一例として、車速センサ４８が検出する車速ＶＳが０km/hで、かつ、ブレーキスイッチ４９がオンであって停車ブレーキの作動状態である場合に、車両が停車状態であると判断する。
　そして、車両が停車状態であれば劣化検出の実行条件が成立していると判定して、ステップＳ１０２以降の劣化検出処理に進む。このように、車両が停車状態で劣化検出を行わせるようにすることで、劣化検出のためのトルク変動などが車両の運転性に影響しないようにする。
　一方、車速が０km/hでない場合には、劣化検出の実行条件が成立していないと判定し、ステップＳ１０１の判定処理を繰り返し、また、停車ブレーキが作動していない状態である場合にも、劣化検出の実行条件が成立していないと判定して、ステップＳ１０１の判定処理を繰り返す。
　尚、車両の停車状態を判定するための条件として、変速機がニュートラルであること、アクセルペダルが全閉位置であることなどを判定させることができ、更に、車速、停車ブレーキ、ニュートラル、アクセル全閉のうちの複数を組み合わせて、車両の停車状態を判定することができる。
　また、劣化検出の実行条件として、車両が停車状態であることに加えて、前回の劣化検出処理から一定以上の期間が経過していることを条件とすることができる。
　例えば、ディーゼルエンジン１０が始動されてから一度も劣化検出処理を実行していないこと、前回に劣化検出処理を実行した時点からのディーゼルエンジン１０の運転時間や車両の走行距離などが閾値以上になっていることなどを、劣化検出の実行条件とすることができる。また、ＤＰＦ２６Ｂの再生処理に同期させて、劣化検出処理を実行させることもできる。
　劣化検出の実行条件が成立していてステップＳ１０２へ進むと、排気流路の切り替えを行う。
　劣化検出を行わない場合には、第１開閉弁３７を閉状態に、第２開閉弁３８を開状態に保持することで、排気ガスが基準酸化触媒３６に流入しないようにし、基準酸化触媒３６が初期状態に維持されるようにする。このとき、排気ガスは、ＤＯＣ２６Ａ、ＤＰＦ２６Ｂ、ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒３２をこの順に通過して浄化される。
　一方、劣化検出を行うためにステップＳ１０２へ進んだ場合には、それまでの第１開閉弁３７が閉、第２開閉弁３８が開の状態から、第１開閉弁３７が開、第２開閉弁３８が閉の状態に切り替えることで、排気ガスを基準酸化触媒３６に流入させる。このとき、排気ガスは、基準酸化触媒３６、ＤＯＣ２６Ａ、ＤＰＦ２６Ｂ、ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒３２をこの順に通過して浄化される。
　このように、基準酸化触媒３６に排気ガスが流入するのは、ＤＯＣ２６Ａの劣化検出を行う場合に限られる。このため、ディーゼルエンジン１０の運転状態で常時排気ガスが流入するＤＯＣ２６Ａに比べて、基準酸化触媒３６に排気ガスが流入する期間は大幅に短くなる。従って、ディーゼルエンジン１０の運転期間が長くなっても、基準酸化触媒３６を略初期状態に維持されることになる。
　排気ガスが基準酸化触媒３６に流入する状態に排気経路を切り替えると、続いてステップＳ１０３へ進み、排気温度を上昇させるための運転条件の設定を行う。
　例えば、エンジン回転速度、エンジンへの燃料噴射条件、ＥＧＲ制御弁３４Ｃの開度、ターボチャージャ１８における可変ノズルの開度などについて、排気昇温用に予め記憶してある目標を読み出す。
　前記排気昇温用のエンジン回転速度などの目標値は、後述する目標温度を達成し得る値として、予め実験やシミュレーションに基づき決定してある。
　そして、次のステップＳ１０４では、ステップＳ１０３での設定に従って、燃料噴射、ＥＧＲ制御弁３４Ｃの開度、ターボチャージャ１８における可変ノズルの開度などを制御し、実際に排気温度を上昇させる。
　次のステップＳ１０５では、基準酸化触媒３６の出口での排気温度を、温度センサ４７ｂの出力に基づいて検出すると共に、燃料添加開始の基準となる目標出口排気温度を設定する。
　目標出口排気温度は、排気ガスに燃料を添加したときに、添加した燃料を基準酸化触媒３６で十分に酸化反応させることができる温度として、予め記憶されている。
　ステップＳ１０６では、基準酸化触媒３６の出口排気温度が、目標出口排気温度を超えたか否かを判断し、基準酸化触媒３６の出口排気温度が目標出口排気温度を超えるようになるまでは、ステップＳ１０５へ戻って基準酸化触媒３６の出口での排気温度の検出を繰り返す。
　そして、基準酸化触媒３６の出口排気温度が目標出口排気温度を超えると、ステップＳ１０７へ進み、基準酸化触媒３６で燃料を酸化反応させるために、燃料噴射装置２５から噴射させる燃料量として予め記憶してある噴射量を読み出す。
　次にステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で読み出した指示噴射量に基づき、燃料噴射装置２５から燃料を噴射させる。
　ステップＳ１０９では、温度センサ４７ｂの出力に基づいて検出される、基準酸化触媒３６の出口での排気温度が、上昇変化を示した後に安定状態に移行したか否かを判断する。
　燃料噴射装置２５から燃料が噴射され、燃料が添加された排気ガスが基準酸化触媒３６に流入するようになると、排気ガス中の燃料が基準酸化触媒３６で酸化反応し、これによって基準酸化触媒３６の出口での排気温度が上昇し、基準酸化触媒３６での発熱量に応じた温度を維持するようになる。
　そこで、基準酸化触媒３６の出口での排気温度が安定したときに、基準酸化触媒３６での発熱量に応じた温度にまで、基準酸化触媒３６の出口での排気温度が上昇したものと判断する。
　基準酸化触媒３６の出口での排気温度が安定しているか否かは、例えば、前回検出した温度に対する今回検出した温度の差が閾値を下回る状態が、設定時間以上継続していれば、出口での排気温度の安定状態であると判断する。
　ステップＳ１０９で基準酸化触媒３６の出口での排気温度が安定したと判断すると、ステップＳ１１０で燃料噴射装置２５による燃料噴射を終了させる。
　次のステップＳ１１１では、燃料噴射の終了直前の平衡状態における、基準酸化触媒３６の出口での排気温度の検出値、基準酸化触媒３６の入口での排気温度の検出値、更に、排気ガス流量を読み込む。
　そして、ステップＳ１１２では、基準酸化触媒３６の出口での排気温度、入口での排気温度、排気ガス流量から、基準酸化触媒３６における発熱量を演算して、エンジンコントロールユニット４２に内蔵されているメモリに記憶させる。
　発熱量は、基準酸化触媒３６の入口温度，出口温度から求めた基準酸化触媒３６における温度上昇分と、排気ガス流量と、定数として予め記憶した排気ガス比熱とから、単位時間当たりの発熱量として演算できる。
　ここで、基準酸化触媒３６の入口での排気温度から、排気に燃料が添加されない場合の出口での排気温度を推定し、推定した出口での排気温度と実際の出口での排気温度との差として、基準酸化触媒３６に燃料が添加された排気が流入するときの基準酸化触媒３６での温度上昇分を求めることができる。また、排気ガス流量は、吸気流量の計測値で代用又は推定することができる。
　続いてステップＳ１１３では、第１開閉弁３７を開、第２開閉弁３８を閉として、排気ガスを基準酸化触媒３６に流入させていた排気流路を、第１開閉弁３７を閉、第２開閉弁３８を開に切り替えることで、排気ガスが基準酸化触媒３６をバイパスしてＤＯＣ２６Ａに流入する排気流路に切り替える。
　次のステップＳ１１４では、ＤＯＣ２６Ａで燃料を酸化反応させるために、燃料噴射装置２５から噴射させる燃料量として予め記憶してある噴射量を読み出す。
　そして、ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４で読み出した指示噴射量に基づき、燃料噴射装置２５から燃料を噴射させる。
　次のステップＳ１１６では、温度センサ４７ｄの出力に基づいて検出される、ＤＯＣ２６Ａの出口での排気温度が、上昇変化を示した後、安定状態に移行したか否かを判断する。
　ＤＯＣ２６Ａの出口排気温度が安定しているか否かは、例えば、前回検出した温度に対する今回検出した温度の差が閾値を下回る状態が、設定時間以上継続していれば、出口での排気温度の安定状態であると判断する。
　燃料噴射装置２５から燃料が噴射され、燃料が添加された排気ガスがＤＯＣ２６Ａに流入するようになると、排気ガス中の燃料がＤＯＣ２６Ａで酸化反応し、ＤＯＣ２６Ａの出口での排気温度が上昇し、ＤＯＣ２６Ａでの発熱量に応じた温度を維持するようになる。
　そこで、ＤＯＣ２６Ａの出口での排気温度が安定したときに、ＤＯＣ２６Ａでの発熱量に応じた温度にまで出口での排気温度が上昇したものと判断する。
　ステップＳ１１６でＤＯＣ２６Ａが安定したと判断すると、ステップＳ１１７で燃料噴射装置２５による燃料噴射を終了させる。
　次のステップＳ１１８では、燃料噴射の終了直前の平衡状態における、ＤＯＣ２６Ａの出口での排気温度の検出値、ＤＯＣ２６Ａの入口での排気温度の検出値、更に、排気ガス流量を読み込む。
　そして、ステップＳ１１９では、ＤＯＣ２６Ａの出口での排気温度、入口での排気温度、排気ガス流量から、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量を演算する。ここでの発熱量の演算は、ステップＳ１１２と同様に行われる。
　ステップＳ１２０では、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量と、基準酸化触媒３６における発熱量とから、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量が低下しているか否かを判断する。係る判断の一例として、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量と、基準酸化触媒３６における発熱量（以下、基準発熱量という）との比が、劣化判定用の閾値よりも小さいか否か、即ち、「発熱量／基準発熱量」＜閾値が成立しているか否かを判断する。
　ＤＯＣ２６Ａの劣化が進行すると、酸化触媒としての機能が低下し、燃料が添加された排気が流入する状態での発熱量が初期状態、つまり、劣化発生前よりも低下することになる。
　一方、基準酸化触媒３６は、ＤＯＣ２６Ａの劣化検出時に排気が流入するが、それ以外の運転時には排気が流入しないため、劣化の進行がＤＯＣ２６Ａに比べて大幅に遅く、略初期の触媒性能を維持することになる。
　即ち、基準酸化触媒３６における基準発熱量が、劣化の影響で低下することは殆どないのに対し、ＤＯＣ２６Ａでは、劣化の進行に伴って発熱量が低下するから、ＤＯＣ２６Ａの劣化が進行するほど、「発熱量／基準発熱量」はより小さい値に変化することになる。
　ここで、劣化判定用の閾値は、ＤＯＣ２６Ａの劣化が許容範囲内であるときに、発熱量／基準発熱量≧閾値となるように、予め実験やシミュレーションに基づき設定されている。
　従って、「発熱量／基準発熱量」が、ＤＯＣ２６Ａの劣化の進行に伴って徐々に小さくなり、「発熱量／基準発熱量＜閾値」が成立するようになった時点では、ＤＯＣ２６Ａの劣化が許容範囲を超えるまでに進行したこと、換言すれば、ＤＯＣ２６Ａの劣化故障の発生を示すことになる。
　このため、「発熱量／基準発熱量≧閾値」が成立していれば、ＤＯＣ２６Ａの劣化が許容範囲内であって、劣化故障が発生していないと判断できるので、ステップＳ１２０から触媒劣化を判定するステップを迂回して、本ルーチンを終了させる。
　一方、「発熱量／基準発熱量＜閾値」が成立していれば、ステップＳ１２１へ進み、ＤＯＣ２６Ａにおいて許容レベルを超える劣化が発生していると判定し、ＤＯＣ２６Ａが劣化していることを示す劣化判定信号を出力する。
　例えば、ＤＯＣ２６Ａの劣化判定信号は、診断履歴として記憶される他、前記劣化判定信号に基づき、ＤＯＣ２６Ａの劣化を車両の運転者に警告する警告手段を作動させることができる。
　ここで、ＤＯＣ２６Ａの発熱量は、燃料噴射装置２５によって噴射される燃料の性状、詳細には単位量当たりの発熱量が異なることで変化するが、例えば、単位量当たりの発熱量が基準値よりも小さい燃料が使用された場合、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量及び基準酸化触媒３６における基準発熱量が共に低下することになる。このため、両発熱量の比に基づいて劣化検出を行えば、燃料性状に影響されることなく、劣化による発熱量の低下を判断できることになる。
　また、例えば、燃料噴射装置２５の噴射孔の詰まりなどによって、指示噴射量に対して実際に噴射される燃料量が低下している場合、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量及び基準酸化触媒３６における基準発熱量が共に低下する。このため、両発熱量の比に基づいて劣化検出を行えば、燃料噴射装置２５における指示噴射量と実噴射量との差、つまり、噴射量誤差に影響されることなく、劣化による発熱量の低下を判断できることになる。
　このように、基準酸化触媒３６を設け、図２のフローチャートに示した劣化検出処理を実行すれば、燃料性状の変化や燃料噴射装置２５の噴射量誤差などに影響されることなく、ＤＯＣ２６Ａの劣化を高精度に検出することができる。
　これに対し、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量と予め記憶してある基準発熱量とを比較させる場合、基準発熱量は、基準燃料を用いたときの発熱量であって、かつ、燃料噴射装置２５が指示噴射量を実際に噴射することを前提として設定される。
　このため、実際に劣化検出を行うときに、基準燃料とは異なる性状の燃料が用いられたり、噴射量誤差が発生したりすると、基準発熱量はこれらに影響されない固定値であるのに対し、ＤＯＣ２６Ａにおける発熱量が変化してしまう。
　従って、実際にはＤＯＣ２６Ａに許容レベルを超える劣化が発生しているのに、劣化が発生していないと誤判定したり、逆に、実際にはＤＯＣ２６Ａが劣化していないのに、劣化していると誤判定したりする可能性がある。
　一方、基準酸化触媒３６における発熱量は、ＤＯＣ２６Ａの発熱量と同様に、そのときの使用燃料の性状に影響されて変化し、また、添加燃料量の誤差が発生すれば、基準酸化触媒３６の発熱量及びＤＯＣ２６Ａの発熱量の双方に影響することになるから、基準酸化触媒３６の発熱量とＤＯＣ２６Ａの発熱量とを比較すれば、使用燃料の性状及び添加燃料量の誤差の影響を排除し、劣化による発熱量の低下分を抽出して劣化検出を行える。
　以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
　例えば、基準酸化触媒３６が十分な容量を備える場合には、診断用排気管３５を、ＤＯＣ２６ＡとＤＰＦ２６Ｂとの間に合流させ、基準酸化触媒３６に排気を流入させる劣化検出時に、排気ガスがＤＯＣ２６Ａをバイパスして流れるようにすることができる。
　但し、図１に示したように、診断用排気管３５を、ＤＯＣ２６Ａの上流側に合流させるようにすれば、劣化検出時に、燃料が添加された排気が基準酸化触媒３６及びＤＯＣ２６Ａを通過するから、基準酸化触媒３６を燃料が通過することがあっても、その下流のＤＯＣ２６Ａで燃料を酸化させることが可能で、ＤＯＣ２６Ａよりも下流側への燃料の流入を抑制することができる。
　従って、ＤＯＣ２６Ａよりも下流側への燃料の流入を抑制しつつ、基準酸化触媒３６の容量を小さく抑制することができ、排気装置の大型化を抑制し、また、触媒のコストを削減できる。
　また、診断対象としての酸化触媒を備えるエンジンであれば、本発明の劣化検出装置の適用が可能であり、診断対象として酸化触媒を連続再生式ＤＰＦ装置２６に含まれるＤＯＣ２６Ａに限定するものではない。
　また、ＤＰＦ２６Ｂを備えるディーゼルエンジン１０において、ＤＰＦ２６Ｂの再生処理を行うときに、再生処理の実行に先立って本発明の劣化検出を実行させ、劣化検出処理の終了に続けてＤＰＦ再生処理を行わせることができる。
　また、排気中に燃料を添加する手段は、排気管２４に設ける燃料噴射装置２５に限定されるものではなく、ディーゼルエンジン１０のシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射装置により、メインの噴射時期から遅らせたタイミングで燃料を噴射させるポスト噴射によって、排気中に燃料を添加させることができる。
　また、ＤＯＣ２６Ａの劣化検出に並行して、燃料噴射装置２５の故障診断を行うことができる。
　燃料噴射装置２５の故障診断においては、まず、基準酸化触媒３６における発熱量として、燃料噴射装置２５の初期状態であって噴射量誤差が十分に小さいときの発熱量を、設計値として予め記憶しておくか、又は、燃料噴射装置２５の初期状態におけるＤＯＣ２６Ａの劣化検出で実際に計測した、基準酸化触媒３６での発熱量を記憶する。
　そして、予め記憶してある燃料噴射装置２５の初期状態における基準酸化触媒３６での発熱量と、ＤＯＣ２６Ａの劣化検出で計測した基準酸化触媒３６での発熱量とを比較し、基準酸化触媒３６での発熱量の所定以上の低下が認められた場合に、燃料噴射装置２５の噴口部の詰まりなどによって、燃料噴射装置２５から噴射される燃料量が指令値よりも少なくなっている、即ち、燃料噴射装置２５が故障していると判定することができる。
　燃料噴射装置２５の故障判定信号は、例えば、診断履歴として記憶される他、前記故障判定信号に基づき、燃料噴射装置２５の故障を車両の運転者に警告する警告手段を作動させることができる。
　　１０　ディーゼルエンジン
　　２４　排気管
　　２５　燃料噴射装置
　　２６　連続再生式ＤＰＦ装置
　　２６Ａ　ＤＯＣ
　　２６Ｂ　ＤＰＦ
　　２８　還元剤噴射装置
　　３０　ＳＣＲ触媒
　　３２　アンモニア酸化触媒
　　３５　診断用排気管
　　３６　基準酸化触媒
　　３７　第１開閉弁
　　３８　第２開閉弁
　　４２　コントロールユニット
　　４７ａ～４７ｄ　温度センサ

Claims (9)

  1. 　エンジンの排気管に設けられる酸化触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
    　前記酸化触媒とは別に、前記酸化触媒の劣化検出を行う際に排気を流入させる基準酸化触媒を備え、
    　燃料が添加された排気を前記基準酸化触媒に流入させたときの前記基準酸化触媒における発熱量と、燃料が添加された排気を前記酸化触媒に流入させたときの前記酸化触媒における発熱量とから、前記酸化触媒の劣化を検出する、エンジンの触媒劣化検出装置。
  2. 　前記酸化触媒の上流側の排気管から分岐する診断用排気管に、前記基準酸化触媒を設けると共に、前記基準酸化触媒に排気を流入させる状態と、前記基準酸化触媒をバイパスして前記酸化触媒に排気を流入させる状態とに切り替える流路切替え手段を備えた、請求項１記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  3. 　前記診断用排気管の下流側は、前記分岐点よりも下流側であってかつ前記酸化触媒の上流側の排気管に合流する、請求項２記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  4. 　前記酸化触媒の入口排気温度及び出口排気温度、及び、前記酸化触媒に流入する排ガス流量から、前記酸化触媒での発熱量を演算し、
    　前記基準酸化触媒の入口排気温度及び出口排気温度、及び、前記基準酸化触媒に流入する排ガス流量から、前記基準酸化触媒での発熱量を演算する、請求項１記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  5. 　前記基準酸化触媒における発熱量と前記酸化触媒における発熱量との比と、閾値との比較に基づき、前記酸化触媒における劣化の有無を判定する、請求項１記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  6. 　前記酸化触媒における発熱量が、前記基準酸化触媒における発熱量に対して所定以上に低下したときに、前記酸化触媒の劣化を判定する、請求項１記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  7. 　前記酸化触媒の劣化検出を、前記エンジンを搭載する車両の停車状態で行う、請求項１記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  8. 　前記診断用排気管の分岐部よりも上流側の排気管に、排気中に燃料を噴射する燃料噴射装置を備える、請求項２記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
  9. 　前記基準酸化触媒における発熱量の低下に基づき、前記燃料噴射装置の故障を判定する、請求項８記載のエンジンの触媒劣化検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6115494B2 (ja) * 2014-02-18 2017-04-19 マツダ株式会社 排気ガス浄化触媒の劣化診断装置
JP6287896B2 (ja) * 2015-03-06 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 触媒の劣化診断装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0512620U (ja) * 1991-07-25 1993-02-19 東京瓦斯株式会社 触媒劣化原因判定装置
JP2009197735A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Toyota Motor Corp 触媒の劣化診断装置
JP2010159727A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0512620U (ja) * 1991-07-25 1993-02-19 東京瓦斯株式会社 触媒劣化原因判定装置
JP2009197735A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Toyota Motor Corp 触媒の劣化診断装置
JP2010159727A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

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