JP2015059475A - 診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】診断装置に関し、ＤＰＦの劣化診断を高精度に行う。【解決手段】排気中に含まれるＨＣを酸化するＤＯＣ１５と、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ１６と、ＤＯＣ１５にＨＣを供給可能な排気管内噴射装置１３と、ＤＯＣ１５の入口排気温度、出口排気温度、外気温度、ＨＣ供給量に基づいて、外気への熱損失量を考慮したＤＯＣ１５内でのＨＣ発熱率を演算するＤＯＣ発熱率演算部４１と、ＨＣ発熱率及びＨＣ供給量に基づいて、ＤＯＣ１５を通過するＨＣスリップ量を演算するＨＣスリップ量演算部４３と、ＤＰＦ１６の入口排気温度、出口排気温度、外気温度、ＨＣスリップ量に基づいて、外気への熱損失量を考慮したＤＰＦ１６内でのＨＣ発熱率を演算するＤＰＦ発熱率演算部４４と、ＤＰＦ１６内でのＨＣ発熱率に基づいて、ＤＰＦ１６の劣化を判定するＤＰＦ劣化判定部４５とを備えた。【選択図】図１
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排気浄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）、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化する酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）が知られている。また、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）等も知られている。
ＤＯＣのＨＣ酸化能力が劣化すると、ＤＰＦの強制再生時に排気管内噴射等によってＤＯＣに供給されたＨＣの一部は、酸化されずに下流側のＤＰＦにスリップする。ＤＰＦもＨＣ酸化能を有するため、ＤＯＣからスリップしたＨＣはＤＰＦで酸化浄化され得る。しかしながら、ＤＰＦのＨＣ酸化性能も劣化すると、ＤＯＣからスリップした未燃焼のＨＣがＤＰＦを通過して大気に放出され、エミッションの悪化を招く可能性がある。そのため、ＤＯＣやＤＰＦのＨＣ酸化能力を車載状態（On-Board）で診断する要請がある（例えば、特許文献１参照）。
ＨＣ酸化性能を診断する手法としては、ＤＯＣやＤＰＦの上流側及び下流側に排気温度センサを設け、これら排気温度センサの検出値から推定したＨＣ発熱量に基づいて診断する技術がある。しかしながら、ＤＯＣやＤＰＦは車体下部に配置された排気管（触媒ケース）内に収容されるため、ＨＣの酸化熱は走行風等の影響を受けてその一部が外気に放熱される。すなわち、排気温度センサの検出値のみに基づいた診断手法では、外気への熱損失量を考慮していないため、高精度な診断を行えない可能性がある。
本発明の目的は、ＤＰＦの触媒機能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、本発明の内燃機関の診断装置は、内燃機関の排気系に設けられて、排気中に含まれる少なくとも炭化水素を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒の排気下流側に設けられて、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記酸化触媒に炭化水素を供給可能な供給手段と、少なくとも前記酸化触媒の入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、前記供給手段から供給される炭化水素供給量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記酸化触媒内での炭化水素発熱率を演算する第１発熱率演算手段と、演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率及び、前記炭化水素供給量に基づいて、前記酸化触媒を通過する未燃焼の炭化水素スリップ量を演算するスリップ量演算手段と、少なくとも前記フィルタの入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、演算された前記炭化水素スリップ量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記フィルタ内での炭化水素発熱率を演算する第２発熱率演算手段と、演算された前記フィルタ内での炭化水素発熱率に基づいて、前記フィルタ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、前記第１及び第２発熱率演算手段は、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ことが好ましい。
また、前記酸化触媒及び前記フィルタは、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ことが好ましい。
また、前記判定手段は、さらに、演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率に基づいて、前記酸化触媒の劣化を判定してもよい。
本発明の診断装置によれば、ＤＰＦの触媒機能の劣化診断を高精度に行うことができる。
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１７、ＤＯＣ１５とＤＰＦ１６との間にはＤＯＣ出口温度センサ１８、ＤＰＦ１６の下流側にはＤＰＦ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３７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（主に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、排気ガス中の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。また、ＤＰＦ１６は、上流側のＤＯＣ１５で酸化されずにスリップした未燃焼のＨＣを酸化する能力を有している。
ＤＯＣ入口温度センサ１７は、ＤＯＣ１５に流入する上流側の排気温度（以下、ＤＯＣ入口排気温度という）を検出する。ＤＯＣ出口温度センサ１８は、ＤＯＣ１５から流出する下流側の排気温度（以下、ＤＯＣ出口排気温度又は、ＤＰＦ入口排気温度という）を検出する。ＤＰＦ出口温度センサ１９は、ＤＰＦ１６から流出する下流側の排気温度（以下、ＤＰＦ出口排気温度という）を検出する。これら温度センサ１７〜１９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が設けられている。
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鉄ゼオライト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。
ＥＣＵ４０は、エンジン１０や排気管内噴射装置１３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、ＤＯＣ発熱率演算部４１と、ＤＯＣ劣化判定部４２と、ＨＣスリップ量演算部４３と、ＤＰＦ発熱率演算部４４と、ＤＰＦ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。
ＤＯＣ発熱率演算部４１は、本発明の第１発熱率演算手段の一例であって、ＤＰＦ１６の強制再生時にＤＯＣ１５で酸化されるＨＣの実発熱率ＣDOC_act%を演算する。以下、ＤＯＣ１５内のＨＣ発熱率の詳細な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ＣDOC_actは、ＤＯＣ１５の上流側の排気エネルギＱDOC_inと下流側の排気エネルギＱDOC_outとの排気エネルギ差に、ＤＯＣ１５から外気に放出される熱損失量ＱDOC_lostを加算することで得られる。
上流側の排気エネルギＱDOC_inは、以下の数式１に基づいて演算され、下流側の排気エネルギＱDOC_outは以下の数式２に基づいて演算される。
数式１，２において、ｃexhは排気比熱を示している。また、ｍexh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ｍexh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。ＴDOC_inはＤＯＣ入口排気温度であって、ＤＯＣ入口温度センサ１７で取得される。ＴDOC_outはＤＯＣ出口排気温度であって、ＤＯＣ出口温度センサ１８で取得される。
熱損失量ＱDOC_lostは、自然対流による熱損失量ＱDOC_naturalと、強制対流による熱損失量ＱDOC_forcedとの総和（ＱDOC_lost＝ＱDOC_natural＋ＱDOC_forced）と仮定することができる。
自然対流による熱損失量ＱDOC_naturalは、以下の数式３に基づいて演算される。
数式３において、Ａs_DOC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。ＴDOC_brickはＤＯＣ１５の内部温度であって、ＤＯＣ入口排気温度ＴDOC_inとＤＯＣ出口排気温度ＴDOC_outとの平均値として取得される。Ｔambientは外気温度であって、外気温度センサ３６で取得される。ｈn_DOCは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式４から得られる。
数式４において、ｋは空気の熱伝導率を示している。Ｌn_DOC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。Ｎｕn_DOC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Ｎｕn_DOCは、グラスホス数：Ｇｒ、プラントル数：Ｐｒとする以下の数式５から得られる。
強制対流による熱損失量ＱDOC_forcedは、以下の数式６に基づいて演算される。
数式６において、Ａf_DOC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。ｈf_DOCは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式７から得られる。
数式７において、Ｌf_DOC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。Ｎｕf_DOC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Ｎｕf_DOCは、平板上の乱流熱伝達式を解いて導かれる以下の数式８から得られる。
数式８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：Ｌf_DOC、動粘性係数：μとする以下の数式９から得られる。
ＤＯＣ発熱率演算部４１は、上述の数式１に基づいて演算した上流側の排気エネルギＱDOC_inと、上述の数式２に基づいて演算した下流側の排気エネルギＱDOC_outとの排気エネルギ差に、上述の数式３〜９に基づいて演算した熱損失量ＱDOC_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ＣDOC_actを演算する。そして、ＨＣ実発熱量ＣDOC_actを排気管内噴射（又はポスト噴射）の理論発熱量ＣDOC_theoで除算することで、ＤＯＣ１５内でのＨＣ実発熱率ＣDOC_act%を演算するように構成されている（ＣDOC_act%＝ＣDOC_act／ＣDOC_theo）。理論発熱量ＣDOC_theoは、排気管内噴射量（又はポスト噴射量）ＨＣinj_qtyにＨＣの理論発熱率Ｃtheo%を乗算することで得られる（ＣDOC_theo＝ＨＣinj_qty・Ｃtheo%）。
ＤＯＣ劣化判定部４２は、本発明の判定手段の一例であって、ＨＣ発熱率演算部４１で演算されたＨＣ実発熱率ＣDOC_ACT%に基づいて、ＤＯＣ１５の劣化状態を判定する。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ＣDOC_STD%が記憶されている。ＤＯＣ劣化判定部４２は、ＨＣ発熱率閾値ＣDOC_STD%とＨＣ実発熱率ＣDOC_ACT%との差ΔＣDOC_%がＤＯＣ１５の劣化を示す所定の上限閾値ΔＣMAXに達すると、ＤＯＣ１５のＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化性能）を劣化状態と判定する。なお、ＤＯＣ１５のＨＣ浄化性能が劣化した状態とは、図４に示すように、例えば、経年劣化や破損等により正常時のＨＣ浄化率に対して差が生じる（触媒活性温度が高温側にシフトする）状態をいう。
ＨＣスリップ量演算部４３は、本発明のスリップ量演算手段の一例であって、ＨＣ発熱率演算部４１で演算されたＨＣ実発熱率ＣDOC_ACT%及び、排気管内噴射量（又はポスト噴射量）ＨＣinj_qtyに基づいて、ＤＯＣ１５で酸化されずに下流側のＤＰＦ１６に流れ込む未燃焼ＨＣのスリップ量ＨＣslp_qtyを演算する。スリップ量ＨＣslp_qtyは、排気管内噴射量ＨＣinj_qtyにＨＣ実発熱率ＣDOC_ACT%を乗算することで得られる（ＨＣslp_qty＝ＨＣinj_qty×（１−ＣDOC_ACT%））。
ＤＰＦ発熱率演算部４４は、本発明の第２発熱率演算手段の一例であって、強制再生時にＤＯＣ１５をスリップしてＤＰＦ１６に流れ込んだＨＣの実発熱率ＣDPF_act%を演算する。以下、ＤＰＦ１６内のＨＣ発熱率の詳細な演算手順を説明する。
図２に示すように、ＤＯＣ１５をスリップしてＤＰＦ１６で酸化されるＨＣの実発熱量ＣDPF_actは、ＤＰＦ１６の上流側の排気エネルギＱDPF_inと下流側の排気エネルギＱDPF_outとの排気エネルギ差に、ＤＰＦ１６から外気に放出される熱損失量ＱDPF_lostを加算することで得られる。
上流側の排気エネルギＱDPF_inは、以下の数式１０に基づいて演算され、下流側の排気エネルギＱDPF_outは以下の数式１１に基づいて演算される。
数式１０，１１において、ＴDPF_inはＤＰＦ入口排気温度であって、ＤＯＣ出口温度センサ１８で取得される。ＴDPF_outはＤＰＦ出口排気温度であって、ＤＰＦ出口温度センサ１９で取得される。なお、ＤＰＦ出口排気温度ＴDPF_outは、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されてもよい。
熱損失量ＱDPF_lostは、自然対流による熱損失量ＱDPF_naturalと、強制対流による熱損失量ＱDPF_forcedとの総和（ＱDPF_lost＝ＱDPF_natural＋ＱDPF_forced）と仮定することができる。
自然対流による熱損失量ＱDPF_naturalは、以下の数式１２に基づいて演算される。
数式１２において、Ａs_DPFはＤＰＦ１６の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＰＦ１６が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。ＴDPF_brickはＤＰＦ１６の内部温度であって、ＤＰＦ入口排気温度ＴDPF_inとＤＰＦ出口排気温度ＴDPF_outとの平均値として取得される。ｈn_DPFは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式１３から得られる。
数式１３において、Ｌn_DPFはＤＰＦ１６の代表長さであって、ＤＰＦ１６の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕn_DPFは、自然対流のヌセルト数であって、上述の数式５と同様に、ＤＰＦ１６や触媒ケース１４ａの円筒外周面の全面から放熱されると仮定すると、以下の数式１４から得ることができる。
強制対流による熱損失量ＱDPF_forcedは、以下の数式１５に基づいて演算される。
数式１５において、Ａf_DPFはＤＰＦ１６の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＰＦ１６が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。ｈf_DPFは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式１６から得られる。
数式１６において、Ｌf_DPFはＤＰＦ１６の代表長さであって、ＤＰＦ１６の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕf_DPFは、強制対流のヌセルト数であって、上述の数式８と同様に、強制対流がＤＰＦ１６（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と、以下の数式１７から得ることができる。
数式１７のレイノルズ数Ｒｅは、空気の平均速度：ｖ、空気密度：ρ、ＤＰＦ１６の代表長さ：Ｌf_DPF、動粘性係数：μとする以下の数式１８から得られる。
ＤＰＦ発熱率演算部４４は、上述の数式１０に基づいて演算した上流側の排気エネルギＱDPF_inと、上述の数式１１に基づいて演算した下流側の排気エネルギＱDPF_outとの排気エネルギ差に、上述の数式１２〜１８に基づいて演算した熱損失量ＱDPF_lostを加算することで、ＤＰＦ１６内のＨＣ実発熱量ＣDPF_actを演算する。そして、ＨＣ実発熱量ＣDPF_actをＤＯＣ１５からスリップしたＨＣの理論発熱量ＣDPF_theoで除算することで、ＤＰＦ１６内でのＨＣ実発熱率ＣDPF_act%を演算するように構成されている（ＣDPF_act%＝ＣDPF_act／ＣDPF_theo）。理論発熱量ＣDPF_theoは、スリップ量ＨＣslp_qtyにＨＣの理論発熱率Ｃtheo%を乗算することで得られる（ＣDPF_theo＝Ｃslp_qty×Ｃtheo%）。
ＤＰＦ劣化判定部４５は、本発明の判定手段の一例であって、ＤＰＦ発熱率演算部４４で演算されたＨＣ実発熱量ＣDPF_actT%に基づいて、ＤＰＦ１６の劣化状態を判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた、ＤＰＦ１６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ＣDPF_STD%が記憶されている。ＤＰＦ劣化判定部４５は、ＨＣ発熱率閾値ＣDPF_STD%とＨＣ実発熱率ＣDPF_act%との差ΔＣDPF_%がＤＰＦ１６の劣化を示す所定の上限閾値ΔＣMAXに達すると、ＤＰＦ１６のＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化性能）を劣化状態と判定する。
次に、図５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、例えば、ＤＰＦ１６の前後差圧に基づいて、ＤＰＦ１６に堆積したＰＭ堆積量ＰＭdepoが上限値ＰＭMAXに達したか否かが判定される。ＰＭ堆積量ＰＭdepoが上限値ＰＭMAXに達した場合、本制御はＳ１１０に進む。
Ｓ１１０では、排気管内噴射装置１３による排気管内噴射（又は、ポスト噴射）が開始されて、ＤＰＦ１６の強制再生が実行される。
Ｓ１２０では、上流側の排気エネルギＱDOC_inと下流側の排気エネルギＱDOC_outとの排気エネルギ差に、外気に放熱される熱損失量ＱDOC_lostを加算することで、ＤＯＣ１５内のＨＣ実発熱量ＣDOC_actが演算される。さらに、Ｓ１３０では、Ｓ１２０で演算した実発熱量ＣDOC_actを排気管内噴射（又はポスト噴射）の理論発熱量ＣDOC_theoで除算することで、ＤＯＣ１５内でのＨＣ実発熱率ＣDOC_act%が演算される。理論発熱量ＣDOC_theoは、排気管内噴射量（又はポスト噴射量）ＨＣinj_qtyにＨＣの理論発熱率Ｃtheo%を乗算することで得られる。
Ｓ１４０では、Ｓ１３０で演算したＨＣ実発熱率ＣDOC_act%とＨＣ発熱率閾値ＣDOC_STD%とを比較するＤＯＣ１５の劣化判定が実行される。ＨＣ発熱率閾値ＣDOC_STD%とＨＣ実発熱率ＣDOC_act%との差ΔＣDOC_%が上限閾値ΔＣMAXに達していない場合（Ｎｏ）は、ＤＯＣ１５のＨＣ酸化性能が正常なため、本制御はＳ１００に戻される。すなわち、次回の強制再生までＤＯＣ１５の劣化判定は保留される。一方、差ΔＣDOC_%が上限閾値ΔＣMAXに達している場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１５０でＤＯＣ１５のＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化性能）を劣化状態と判定する。
Ｓ１５０でＤＯＣ１５を劣化と判定した場合は、強制再生時にＤＯＣ１５に供給されたＨＣがＤＰＦ１６にスリップしている。そのため、本制御はＳ１６０に進み、スリップ量ＨＣslp_qtyが演算される。スリップ量ＨＣslp_qtyは、排気管内噴射量ＨＣinj_qtyにＨＣ実発熱率ＣDOC_ACT%を乗算することで得られる。
Ｓ１７０では、上流側の排気エネルギＱDPF_inと下流側の排気エネルギＱDPF_outとの排気エネルギ差に、外気に放熱される熱損失量ＱDPF_lostを加算することで、ＤＰＦ１６内のＨＣ実発熱量ＣDPF_actが演算される。さらに、Ｓ１８０では、Ｓ１７０で演算したＨＣ実発熱量ＣDPF_actをＤＯＣ１５からスリップしたＨＣの理論発熱量ＣDPF_theoで除算することで、ＤＰＦ１６内でのＨＣ実発熱率ＣDPF_act%が演算される。理論発熱量ＣDPF_theoは、スリップ量ＨＣslp_qtyにＨＣの理論発熱率Ｃtheo%を乗算することで得られる。
Ｓ１９０では、Ｓ１７０で演算したＨＣ実発熱率ＣDPF_act%とＨＣ発熱率閾値ＣDPF_STD%とを比較するＤＰＦ１６の劣化判定が実行される。ＨＣ発熱率閾値ＣDPF_STD%とＨＣ実発熱率ＣDPF_act%との差ΔＣDPF_%が上限閾値ΔＣMAXに達していない場合（Ｎｏ）は、ＤＰＦ１６のＨＣ酸化性能が正常なため、本制御はＳ１００に戻される。一方、差ΔＣDPF_%が上限閾値ΔＣMAXに達している場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ２００でＤＰＦ１６のＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化性能）を劣化状態と判定して、本制御は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。
本実施形態の診断装置では、強制再生時にＤＯＣ１５に供給されたＨＣの実発熱量は、ＤＯＣ１５の上流側及び下流側の排気エネルギ差と、ＤＯＣ１５から外気に放熱される熱損失量とに基づいて演算される。さらに、ＤＯＣ１５からスリップしてＤＰＦ１６で酸化されるＨＣの実発熱量は、ＤＰＦ１６の上流側及び下流側の排気エネルギ差と、ＤＰＦ１６から外気に放熱される熱損失量とに基づいて演算される。
すなわち、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６のＨＣ発熱量を上流側及び下流側の排気温度差のみに基づいて演算する手法に比べて、外気への熱損失量を考慮することで高精度に演算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、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６のＨＣ酸化能力の劣化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、外気への熱損失量は、自然対流の熱伝達率を含むモデル式（数式３〜５，１２〜１４）と、強制対流の熱伝達率を含むモデル式（数式６〜９，１５〜１８）とに基づいて演算される。このうち、自然対流の熱伝達率は、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６の円筒外周面の全面から放熱されると仮定したヌセルト数から設定され、強制対流の熱伝達率は、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６の下面部に影響を与える平板上の乱流と仮定したヌセルト数から設定される。
すなわち、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６、触媒ケース１４ａ等の形状、配置位置、走行風の影響等を考慮したモデル式に基づいて、外気への熱損失量を正確に演算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、形状や配置、強制対流等の影響を考慮した正確なＨＣ実発熱量を演算することが可能となり、診断精度を確実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、劣化診断はＤＰＦ１６の強制再生時に行われるものとして説明したが、強制再生時以外に行ってもよい。この場合は、排気管内噴射（又は、ポスト噴射）をＤＰＦ１６のＰＭ堆積量に関係なく実行すればよい。また、ＤＰＦ１６の劣化診断は、ＤＯＣ１５からＨＣがスリップしている場合に行われるものとして説明したが、ＤＯＣ１５が劣化していない場合にも行うように構成してもよい。この場合は、排気管内噴射（又は、ポスト噴射）の噴射量を増加させて、ＤＯＣ１５からＨＣを意図的にスリップさせればよい。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
１３ 排気管内噴射装置（供給手段）
１５ ＤＯＣ（酸化触媒）
１６ ＤＰＦ（フィルタ）
４０ ＥＣＵ
４１ ＤＯＣ発熱率演算部（第１発熱量推定手段）
４２ ＤＯＣ劣化判定部（判定手段）
４３ ＨＣスリップ量演算部（スリップ量演算手段）
４４ ＤＰＦ発熱率演算部（第２発熱量推定手段）
４５ ＤＰＦ劣化判定部（判定手段）
１３ 排気管内噴射装置（供給手段）
１５ ＤＯＣ（酸化触媒）
１６ ＤＰＦ（フィルタ）
４０ ＥＣＵ
４１ ＤＯＣ発熱率演算部（第１発熱量推定手段）
４２ ＤＯＣ劣化判定部（判定手段）
４３ ＨＣスリップ量演算部（スリップ量演算手段）
４４ ＤＰＦ発熱率演算部（第２発熱量推定手段）
４５ ＤＰＦ劣化判定部（判定手段）
Claims (4)
- 内燃機関の排気系に設けられて、排気中に含まれる少なくとも炭化水素を酸化する酸化触媒と、
前記酸化触媒の排気下流側に設けられて、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記酸化触媒に炭化水素を供給可能な供給手段と、
少なくとも前記酸化触媒の入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、前記供給手段から供給される炭化水素供給量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記酸化触媒内での炭化水素発熱率を演算する第１発熱率演算手段と、
演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率及び、前記炭化水素供給量に基づいて、前記酸化触媒を通過する未燃焼の炭化水素スリップ量を演算するスリップ量演算手段と、
少なくとも前記フィルタの入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、演算された前記炭化水素スリップ量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記フィルタ内での炭化水素発熱率を演算する第２発熱率演算手段と、
演算された前記フィルタ内での炭化水素発熱率に基づいて、前記フィルタ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。 - 前記第１及び第２発熱率演算手段は、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１に記載の診断装置。 - 前記酸化触媒及び前記フィルタは、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２に記載の診断装置。 - 前記判定手段は、さらに、演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率に基づいて、前記酸化触媒の劣化を判定する
請求項１から３の何れか一項に記載の診断装置。
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2014
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