JP2020190221A - 還元触媒の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元触媒の異常の誤診断の回避を図る。【解決手段】還元触媒の異常診断装置１０は、ＳＣＲ５と、添加弁６と、上流ＮＯｘ量を取得するＮＯｘセンサ１４と、上流ＮＯｘ量に基づいて、尿素水の添加量を取得する添加量取得部２２と、ＳＣＲ５の下流のＮＨ３量の実測スリップ量を検出するＮＨ３センサ１５と、ＳＣＲ５の物理モデルを用いて、ＳＣＲ５の下流のＮＨ３量の仮想値である仮想スリップ量を算出する仮想スリップ量算出部２３と、実測スリップ量と仮想スリップ量とに基づいて、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を行う診断部２４と、を備える。仮想スリップ量算出部２３は、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第１モデルを用いて、仮想スリップ量である第１仮想スリップ量を算出する。診断部２４は、第１仮想スリップ量が許可閾値以上である場合に、診断を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、還元触媒の異常診断装置に関する。

従来の還元触媒の異常診断装置として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の技術では、還元触媒の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量に基づいて還元触媒のＮＨ_３吸着量が推定され、このＮＨ３吸着量が規定量以上であるときに、異常診断処理が実行される。

特許６０８７８６６号公報

この技術分野では、還元触媒の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量又はＮＨ_３量の実測値である実測スリップ量に着目し、還元触媒の異常の診断を行う場合がある。このような還元触媒の異常の診断を行う際、還元触媒の異常の誤診断を未然に回避するために、例えば還元触媒の物理モデルを用いて算出した仮想スリップ量を利用して、還元触媒が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量が増加していることを適切に推定することが望まれる。

本発明は、還元触媒の異常の誤診断の回避を図ることを目的とする。

本発明の一態様に係る還元触媒の異常診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒と、還元触媒の上流に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、還元触媒の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量である上流ＮＯｘ量を取得する上流ＮＯｘ量取得部と、上流ＮＯｘ量に基づいて、尿素水の添加量を取得する添加量取得部と、還元触媒の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量又はＮＨ_３量の実測値である実測スリップ量を検出する実測スリップ量検出部と、少なくとも上流ＮＯｘ量及び添加量を入力とする還元触媒の物理モデルを用いて、還元触媒の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量又はＮＨ_３量の仮想値である仮想スリップ量を算出する仮想スリップ量算出部と、実測スリップ量と仮想スリップ量とに基づいて、還元触媒の異常の有無の診断を行う診断部と、を備え、仮想スリップ量算出部は、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第１モデルを用いて、診断部による診断の実行可否を判定するための仮想スリップ量である第１仮想スリップ量を算出し、診断部は、第１仮想スリップ量が所定の許可閾値以上である場合に、診断を実行する。

本発明の一態様に係る還元触媒の異常診断装置では、第１仮想スリップ量が所定の許可閾値以上である場合に、診断部により診断が実行される。第１仮想スリップ量は、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第１モデルを用いて算出されている。よって、例えば還元触媒の異常状態において実測スリップ量が立ち上がるときに、診断の実行可否を判定するための第１仮想スリップ量が所定の許可閾値以上となっていれば、還元触媒が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量がすでに増加しているものと想定することができる。その結果、還元触媒の異常の誤診断の回避を図ることができる。

一実施形態では、第１モデルは、同一の入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルであってもよい。この場合、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも第１仮想スリップ量の立ち上がりが遅くなると共に、遅れて立ち上がった後のピークが高くなるようなシャープなピーク特性とすることができる。よって、遅延立上り型として好適な第１モデルを用いることができる。

一実施形態では、第１モデルは、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルであってもよい。この場合、触媒段数の増加分に応じて、第１仮想スリップ量の立ち上がりを遅らせることができる。

一実施形態では、第１モデルは、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、仮想スリップ量のスリップ速度が大きい物理モデルであってもよい。この場合、仮想スリップ量のスリップ速度の増加分に応じて、遅らせた立ち上がり後の第１仮想スリップ量を増加させ易くなる。

一実施形態では、仮想スリップ量算出部は、還元触媒の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第２モデルを用いて、診断部による診断を一時停止させるための仮想スリップ量である第２仮想スリップ量を算出し、診断部は、第１仮想スリップ量が許可閾値以上であって、且つ、第２仮想スリップ量が所定の停止閾値以上である場合に、診断を一時的に停止してもよい。この場合、第２仮想スリップ量が所定の停止閾値以上である場合に、診断部により診断が一時的に停止される。第２仮想スリップ量は、還元触媒の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第２モデルを用いて算出されている。よって、例えば還元触媒の正常状態においても実測スリップ量が発生するときに、診断を一時停止させるための第２仮想スリップ量が所定の停止閾値以上となっていれば、第１仮想スリップ量が許可閾値以上であったとしても、当該実測スリップ量の増加は還元触媒の異常に起因する増加ではないとして診断を一時的に停止することができる。その結果、還元触媒の異常の誤診断の回避を、より精度良く図ることができる。

本発明によれば、還元触媒の異常の誤診断の回避が図られる。

実施形態に係る還元触媒の異常診断装置を示す概略構成図である。 図１のＥＣＵに関する構成のブロック図である。 物理モデルのＮＨ_３スリップ速度の設定例を示す図である。 第１仮想スリップ量を例示するタイミングチャートである。 第２仮想スリップ量を例示するタイミングチャートである。 図１のＥＣＵによる還元触媒診断処理を例示するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

［還元触媒の異常診断装置の構成］
図１は、実施形態に係る還元触媒の異常診断装置を示す概略構成図である。図１において、還元触媒の異常診断装置１０は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１に設けられた還元触媒の異常の有無を診断する装置であり、例えば車両に搭載されている。ディーゼルエンジン１は、吸気通路２と、排気通路３と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ（図示省略）とを有している。ディーゼルエンジン１では、排気通路３に設けられた各触媒により、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガスが浄化される。

還元触媒の異常診断装置１０は、触媒として、排気通路３に設けられたディーゼル排気微粒子除去フィルタ（微粒子フィルタ）［ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter］４と選択還元触媒［ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction］（還元触媒）５とを備えている。ＤＰＦ４は、排気通路３におけるＳＣＲ５の上流に設けられている。ＤＰＦ４は、排気ガスに含まれる粒子状物質［ＰＭ：Particulate Matter］を捕集することで、排気ガスからＰＭを取り除く。ＳＣＲ５は、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元して浄化する。

還元触媒の異常診断装置１０は、排気通路３におけるＳＣＲ５の上流側、具体的にはＤＰＦ４とＳＣＲ５との間の排気通路３に配設された添加弁６を備えている。添加弁６は、供給管を介して尿素水タンクと接続され（図示省略）、ＳＣＲ５に尿素水を添加する。添加弁６により尿素水がＳＣＲ５に添加されると、尿素水がＮＨ_３となってＳＣＲ５に吸着され、そのＮＨ_３が排気ガス中のＮＯｘと反応することで、ＮＯｘが還元される。

ＳＣＲ５に吸着可能なＮＨ_３の量には、上限がある。例えば、その上限に対して過剰な量のＮＨ_３がＳＣＲ５に供給されると、ＳＣＲ５に吸着されなかったＮＨ_３がＳＣＲ５から流出（スリップ）する場合がある。

ＳＣＲ５には、ＳＣＲ５の浄化性能及び吸着性能に関し、正常状態と異常状態とを有する。ＳＣＲ５の正常状態とは、例えば、ＳＣＲ５の下流側のＮＯｘ濃度が法令による排気ガス規制を満たす程度にＳＣＲ５の浄化性能及び吸着性能が保たれている状態を意味する。ＳＣＲ５の異常状態とは、例えば、ＳＣＲ５の下流側のＮＯｘ濃度が法令による排気ガス規制を満たさないおそれがある程度にＳＣＲ５の浄化性能及び吸着性能が劣化した状態を意味する。ＳＣＲ５の異常状態においては、ＳＣＲ５の正常状態と比べて吸着可能なＮＨ_３の量が低下し、ＮＨ_３のスリップ量が増加し易くなる。

図２は、図１のＥＣＵに関する構成のブロック図である。図１及び図２に示されるように、還元触媒の異常診断装置１０は、吸気量センサ１１と、エンジン状態センサ１２と、排気温度センサ１３と、ＮＯｘセンサ（上流ＮＯｘ量取得部）１４と、ＮＨ_３センサ（実測スリップ量検出部）１５と、ＥＣＵ［Electronic Control Unit］２０と、を備えている。ＥＣＵ２０には、上記各センサ１１〜１５、及び、添加弁６が接続されている。

吸気量センサ１１は、例えばディーゼルエンジン１の吸気通路２に設けられ、ディーゼルエンジン１の吸入空気量を検出する検出器である。吸気量センサ１１は、検出した吸入空気量の検出信号をＥＣＵ２０に送信する。

エンジン状態センサ１２は、エンジン状態を取得するためのセンサである。エンジン状態センサ１２は、例えば、ディーゼルエンジン１の回転数（以下、エンジン回転数という）、ディーゼルエンジン１の負荷等を検出する検出器である。エンジン状態センサ１２は、検出したエンジン状態に関する検出信号をＥＣＵ２０に送信する。

排気温度センサ１３は、排気通路３におけるＤＰＦ４とＳＣＲ５との間の排気ガスの温度（入口温度）を排気温度として検出する検出器である。排気温度センサ１３は、検出した排気温度の検出信号をＥＣＵ２０に送信する。

ＮＯｘセンサ１４は、排気通路３におけるＤＰＦ４とＳＣＲ５との間の排気ガスの上流ＮＯｘ濃度を検出する検出器である。上流ＮＯｘ濃度は、ＳＣＲ５の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量）である。ＮＯｘセンサ１４は、検出した上流ＮＯｘ濃度の検出信号をＥＣＵ２０に送信する。

ＮＨ_３センサ１５は、排気通路３におけるＳＣＲ５の下流の排気ガスのＮＨ_３濃度を検出する検出器である。ここでのＮＨ_３濃度は、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＨ_３濃度（ＮＨ_３量）の実測値である実測スリップ量である。ＮＨ_３センサ１５は、検出した実測スリップ量の検出信号をＥＣＵ２０に送信する。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ２０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ２０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。

ＥＣＵ２０は、機能的構成として、エンジン状態取得部２１と、添加量取得部２２と、仮想スリップ量算出部２３と、診断部２４と、を有している。

エンジン状態取得部２１は、吸気量センサ１１、エンジン状態センサ１２、排気温度センサ１３、ＮＯｘセンサ１４、及びＮＨ_３センサ１５の検出信号に基づいて、各種エンジン状態を取得する。

エンジン状態取得部２１は、排気温度センサ１３の検出信号に基づいて、排気通路３におけるＤＰＦ４とＳＣＲ５との間の排気温度をＳＣＲ５の温度として取得する。あるいは、エンジン状態取得部２１は、エンジン回転数と負荷とから燃料噴射量を算出し、燃料噴射量と吸入空気量とからＳＣＲ５の推定温度を取得してもよい。この場合、排気温度センサ１３が省略されてもよい。

エンジン状態取得部２１は、ＮＯｘセンサ１４の検出信号に基づいて、上流ＮＯｘ濃度を取得する。あるいは、エンジン状態取得部２１は、エンジン回転数と負荷とから燃料噴射量を算出し、燃料噴射量と吸入空気量とから上流ＮＯｘ濃度の推定値をエンジン状態として取得してもよい。この場合、エンジン状態取得部２１が上流ＮＯｘ量取得部として機能し、ＮＯｘセンサ１４が省略されてもよい。

エンジン状態取得部２１は、ＮＨ_３センサ１５の検出信号に基づいて、ＮＨ_３の実測スリップ量を取得する。ＮＨ_３の実測スリップ量は、後述のＳＣＲ５の異常の有無の診断に用いられる。

添加量取得部２２は、上流ＮＯｘ濃度に基づいて、添加弁６による尿素水の添加量を取得する。添加量取得部２２は、例えば、取得した上流ＮＯｘ濃度又は推定した上流ＮＯｘ濃度に応じて、ＳＣＲ５の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘの浄化に必要な尿素水の添加量を取得する。添加量取得部２２は、ＳＣＲ５に対するＮＨ_３吸着量の維持に必要な予め設定された尿素水の添加量を取得してもよい。添加量は、例えば、ＮＯｘセンサ１４で検出されたＮＯｘ濃度のＮＯｘを全て浄化するために必要となるＮＨ_３の量に対応する量であってもよい。添加量取得部２２は、取得した尿素水の添加量で、所定の添加タイミングにて添加弁６に尿素水を添加させる。

仮想スリップ量算出部２３は、少なくとも上流ＮＯｘ量及び添加量を入力とするＳＣＲ５の物理モデルを用いて、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＨ_３量（ここではＮＨ_３濃度）の仮想値である仮想スリップ量を算出する。仮想スリップ量算出部２３は、例えば、ＳＣＲ５の物理モデルを用いた公知の演算手法に準じて、上流ＮＯｘ量、添加量、及びＳＣＲ５の温度を入力として、ＳＣＲ５におけるＮＯｘ還元反応に伴うＮＨ_３の収支と、ＳＣＲ５におけるＮＨ_３吸着量の上限値とから、ＮＨ_３の仮想吸着量及び仮想スリップ量を算出する。ここでのＮＨ_３の仮想吸着量及び仮想スリップ量は、例えば後述の診断部２４による診断の実行可否を判定する等のために、一般的なＳＣＲ５の設計仕様に則った物理モデルとは異なった物理モデルを用いることにより、実際のＮＨ_３の吸着量及びスリップ量の近似値とは意図的に異ならせて算出されるものである。

ＳＣＲ５の設計仕様に則った物理モデルとは、実物のＳＣＲ５の特性と同様の特性を示すようにモデル設計上のパラメータが決定されたＳＣＲ５の物理モデルを意味する。ＳＣＲ５の特性としては、例えば入力として上流ＮＯｘ量及びＳＣＲ５の温度を一定とした場合の添加量の一定の変化（以下、単に「添加量変化入力」と記す）に対する、ＮＨ_３スリップ量の立上がり応答及び当該立上がり後のピークが挙げられる。

ＳＣＲ５の設計仕様に則った物理モデルとしては、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルと、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルと、が挙げられる。ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルとは、例えば新品状態あるいは法規上正常な劣化の範疇とされる状態（例えば４キロマイル又は１２０キロマイル走行相当劣化品）の実物のＳＣＲ５の特性と同様の特性を示すように、モデル設計上のパラメータが決定されたＳＣＲ５の物理モデルを意味する。ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルとは、例えば故障レベルの劣化促進耐久運転等により異常状態を作り出された実物のＳＣＲ５の特性と同様の特性を示すように、モデル設計上のパラメータが決定されたＳＣＲ５の物理モデルを意味する。

仮想スリップ量算出部２３は、ＳＣＲ５の物理モデルとして第１モデルを用いて、上流ＮＯｘ量、添加量、及びＳＣＲ５の温度を入力として、診断部２４による診断の実行可否を判定するための仮想スリップ量である第１仮想スリップ量を算出する。

第１モデルは、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである。遅延立上り型とは、第１仮想スリップ量の方が、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルでの仮想スリップ量（以下、単に「異常仮想スリップ量」と記す）よりも、同一の添加量変化入力に対して遅れて立ち上がるような立上がり応答の特性を意味する。第１モデルは、遅延立上り型に加えて、第１仮想スリップ量の方が異常仮想スリップ量よりも同一の添加量変化入力に対して遅れて立ち上がった後のピークが高くなるようなシャープなピーク特性とされた物理モデルであってもよい。

一例として、第１モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルであってもよい。

このような特性とするために、具体的には、第１モデルは、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルであってもよい。例えば、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルにおける触媒段数が１段である場合には、第１モデルの触媒段数は、例えば２段とすることができる。なお、第１モデルの触媒段数は、２段以上であってもよい。

また、具体的には、第１モデルは、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、ＮＨ_３スリップ速度（仮想スリップ量のスリップ速度）が大きい物理モデルであってもよい。図３は、物理モデルのＮＨ_３スリップ速度の設定例を示す図である。図３に示されるように、ＳＣＲ５の温度が一定で比較した場合、ＮＨ_３吸着量が大きいほどＮＨ_３スリップ速度が大きくなる。図３において、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルのＮＨ_３スリップ速度が、例えば曲線Ｌ１で表される場合、第１モデルのＮＨ_３スリップ速度は、曲線Ｌ２で表されるものであってもよい。第１モデルのＮＨ_３スリップ速度は、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルのＮＨ_３スリップ速度の略２倍であってもよい。なお、第１モデルの触媒段数が２段以上である場合には、第１モデルのＮＨ_３スリップ速度は、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルのＮＨ_３スリップ速度の２倍以上であってもよい。

図４は、第１仮想スリップ量を例示するタイミングチャートである。図４には、同一の添加量変化入力に対して、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が実線で示されており、異常仮想スリップ量ＳＬ_ＭＡＬが破線で示されている。図４に示されるように、第１モデルを用いることで、異常仮想スリップ量ＳＬ_ＭＡＬと比べて、第１仮想スリップ量ＳＬ_１の波形を、上述したような遅延立上り型に加えてシャープなピーク特性とすることができる。よって、例えば、診断の実行可否を判定するための第１仮想スリップ量ＳＬ_１の閾値である許可閾値ＴＨ_１を、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が増加したシャープなピーク部分の第１仮想スリップ量ＳＬ_１の値で適宜設定することにより、例えば実物のＳＣＲ５の異常状態において実測スリップ量が立ち上がるときに、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上となっていれば、ＳＣＲ５が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量がすでに増加しているものと想定することができる。

仮想スリップ量算出部２３は、ＳＣＲ５の物理モデルとして第２モデルを用いて、上流ＮＯｘ量、添加量、及びＳＣＲ５の温度を入力として、診断部２４による診断を一時停止させるための仮想スリップ量である第２仮想スリップ量を算出する。

第２モデルは、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである。早期立上り型とは、第２仮想スリップ量の方が、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルでの仮想スリップ量（以下、単に「正常仮想スリップ量」と記す）よりも、同一の添加量変化入力に対して早期に立ち上がるような立上がり応答の特性を意味する。第２モデルは、早期立上り型に加えて、第２仮想スリップ量の方が正常仮想スリップ量よりも同一の添加量変化入力に対して早期に立ち上がった後のピークが低くなだらかになるようなブロードなピーク特性とされた物理モデルであってもよい。

一例として、第２モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが低く且つ半値幅が大きいインパルス応答波形となるような物理モデルであってもよい。

このような特性とするために、具体的には、第２モデルは、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルと同じ触媒段数の物理モデルであって、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルよりも、ＮＨ_３スリップ速度が小さい物理モデルであってもよい。例えば、図３に示されるように、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルのＮＨ_３スリップ速度が、例えば曲線Ｌ３で表される場合、第２モデルのＮＨ_３スリップ速度は、曲線Ｌ４で表されるものであってもよい。第２モデルのＮＨ_３スリップ速度は、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルのＮＨ_３スリップ速度の略半分であってもよい。なお、上述のように、ＳＣＲ５の異常状態においては、ＳＣＲ５の正常状態と比べて吸着可能なＮＨ_３の量が低下してＮＨ_３のスリップ量が増加し易くなることから、第１モデルのＮＨ_３スリップ速度と第２モデルのＮＨ_３スリップ速度とは、互いに特性が異なっている。より詳しくは、ＳＣＲ５の温度が一定で比較した場合、曲線Ｌ１で表される第１モデルのＮＨ_３スリップ速度は、曲線Ｌ３で表される第２モデルのＮＨ_３スリップ速度よりも、大きい値となっている。

図５は、第２仮想スリップ量を例示するタイミングチャートである。図５には、同一の添加量変化入力に対して、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が実線で示されており、正常仮想スリップ量ＳＬ_ＮＲＭが破線で示されている。図５に示されるように、第２モデルを用いることで、正常仮想スリップ量ＳＬ_ＮＲＭと比べて、第２仮想スリップ量ＳＬ_２の波形を、上述したような早期立上り型に加えてブロードなピーク特性とすることができる。よって、例えば、診断を一時停止させるための第２仮想スリップ量ＳＬ_２の閾値である停止閾値ＴＨ_２を、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が増加したブロードなピーク部分の第２仮想スリップ量ＳＬ_２の値で適宜設定することにより、例えばＳＣＲ５の正常状態においても実測スリップ量が発生するときに第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２以上となっていれば、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であったとしても、当該実測スリップ量の増加はＳＣＲ５の異常に起因する増加ではない（つまり、正常なＳＣＲ５でもスリップが生じるため異常ではない）として診断を一時的に停止することができる。

診断部２４は、実測スリップ量と仮想スリップ量とに基づいて、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を行う。診断部２４は、例えば、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が上述の許可閾値ＴＨ_１以上である場合に、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を実行する。診断部２４は、例えば、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であって、且つ、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が上述の停止閾値ＴＨ_２以上である場合に、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を一時的に停止してもよい。

診断部２４は、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を実行する場合（例えば、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であって、且つ、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が上述の停止閾値ＴＨ_２未満である場合）、ＮＨ_３の実測スリップ量と所定の異常判定閾値とを比較し、例えば実測スリップ量が異常判定閾値以上である場合に、ＳＣＲ５が異常であると診断する。診断部２４は、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を実行する場合、例えば実測スリップ量が異常判定閾値以上である状態が一定時間継続した場合に、ＳＣＲ５が異常であると診断してもよい。

［ＥＣＵによる処理］
次に、ＥＣＵ２０による処理の一例について、図６を参照して説明する。図６は、ＥＣＵ２０による還元触媒診断処理を例示するフローチャートである。還元触媒の異常診断装置１０のＥＣＵ２０は、ディーゼルエンジン１の暖機後などの一定条件下の運転中（例えば車両の走行中）において、図６に示される還元触媒診断処理を繰り返し実行する。

図６に示されるように、ＥＣＵ２０は、Ｓ０１において、エンジン状態取得部２１により、上流ＮＯｘ濃度の取得を行う。ＥＣＵ２０は、Ｓ０２において、添加量取得部２２により、添加弁６による尿素水の添加量の取得を行う。ＥＣＵ２０は、Ｓ０３において、ＮＨ_３センサ１５により、ＮＨ_３の実測スリップ量の検出を行う。

ＥＣＵ２０は、Ｓ０４において、仮想スリップ量算出部２３により、第１モデルを用いて第１仮想スリップ量ＳＬ_１の算出を行う。ＥＣＵ２０は、Ｓ０５において、診断部２４により、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であるか否かの判定を行う。

第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であると診断部２４により判定された場合（Ｓ０５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、Ｓ０６において、仮想スリップ量算出部２３により、第２モデルを用いて第２仮想スリップ量ＳＬ_２の算出を行う。ＥＣＵ２０は、Ｓ０７において、診断部２４により、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２未満であるか否かの判定を行う。第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２未満であると診断部２４により判定された場合（Ｓ０７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、Ｓ０８において、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を実行する。その後、ＥＣＵ２０は、図６の処理を終了する。

一方、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１未満であると診断部２４により判定された場合（Ｓ０５：ＮＯ）、ＥＣＵ２０は、診断部２４によるＳＣＲ５の異常の有無の診断を実行することなく、図６の処理を終了する。

また、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であると診断部２４により判定された場合であって第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２以上であると診断部２４により判定された場合（Ｓ０５：ＹＥＳ且つＳ０７：ＮＯ）、ＥＣＵ２０は、診断部２４によるＳＣＲ５の異常の有無の診断を一時的に停止するとして、図６の処理を終了する。

［作用及び効果］
以上説明したように、還元触媒の異常診断装置１０では、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が所定の許可閾値ＴＨ_１以上である場合に、診断部２４により診断が実行される。第１仮想スリップ量ＳＬ_１は、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第１モデルを用いて算出されている。よって、例えばＳＣＲ５の異常状態において実測スリップ量が立ち上がるときに、診断の実行可否を判定するための第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上となっていれば、ＳＣＲ５が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量がすでに増加しているものと想定することができる。その結果、ＳＣＲ５の異常の誤診断の回避を図ることができる。

還元触媒の異常診断装置１０では、第１モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルである。これにより、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも第１仮想スリップ量ＳＬ_１の立ち上がりが遅くなると共に、遅れて立ち上がった後のピークが高くなるようなシャープなピーク特性とすることができる。よって、遅延立上り型として好適な第１モデルを用いることができる。

還元触媒の異常診断装置１０では、第１モデルは、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルである。これにより、触媒段数の増加分に応じて、第１仮想スリップ量ＳＬ_１の立ち上がりを遅らせることができる。

還元触媒の異常診断装置１０では、第１モデルは、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、ＮＨ_３スリップ速度が大きい物理モデルである。これにより、ＮＨ_３スリップ速度の増加分に応じて、遅らせた立ち上がり後の第１仮想スリップ量ＳＬ_１を増加させ易くなる。

還元触媒の異常診断装置１０では、仮想スリップ量算出部２３は、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第２モデルを用いて、診断部２４による診断を一時停止させるための仮想スリップ量である第２仮想スリップ量ＳＬ_２を算出し、診断部２４は、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であって、且つ、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２以上である場合に、診断を一時的に停止する。これにより、第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２以上である場合に、診断部２４により診断が一時的に停止される。第２仮想スリップ量ＳＬ_２は、ＳＣＲ５の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第２モデルを用いて算出されている。よって、例えばＳＣＲ５の正常状態においても実測スリップ量が発生するときに、診断を一時停止させるための第２仮想スリップ量ＳＬ_２が停止閾値ＴＨ_２以上となっていれば、第１仮想スリップ量ＳＬ_１が許可閾値ＴＨ_１以上であったとしても、当該実測スリップ量の増加はＳＣＲ５の異常に起因する増加ではないとして診断を一時的に停止することができる。その結果、ＳＣＲ５の異常の誤診断の回避を、より精度良く図ることができる。

［変形例］
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、第１モデルは、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルとされ、ＮＨ_３スリップ速度が大きい物理モデルとされたが、これに限定されない。また、第１モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルであったが、これに限定されない。要は、第１モデルが、ＳＣＲ５の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルとなるものであれば、上述とは別の物理モデルパラメータ設定を用いて第１モデルとしてもよい。

上記実施形態では、ＮＯｘ量として上流ＮＯｘ濃度を例示したが、ＮＯｘ量は、ＳＣＲ５の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘの質量流量、質量等、種々の物理量であってもよい。

上記実施形態では、ＮＨ_３量としてＮＨ_３濃度を例示したが、ＮＨ_３量は、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＨ_３の質量流量、質量等、種々の物理量であってもよい。

上記実施形態では、実測スリップ量及び仮想スリップ量として、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＨ_３量の実測値及び仮想値を例示したが、実測スリップ量及び仮想スリップ量は、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量の実測値及び仮想値であってもよい。つまり、ＳＣＲ５からのＮＯｘのスリップ量に着目して、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を行ってもよい。この場合、実測スリップ量検出部は、ＮＨ_３センサ１５に代えて、例えば、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量の実測値を検出するＮＯｘセンサであってもよい。仮想スリップ量算出部２３は、ＮＨ_３の仮想スリップ量に代えて、少なくとも上流ＮＯｘ量及び添加量を入力とするＳＣＲ５の物理モデルを用いて、ＳＣＲ５の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量の仮想値（ＮＯｘの仮想スリップ量）を算出してもよい。また、診断部２４は、ＮＨ_３の実測スリップ量に代えて、例えばＮＯｘの実測スリップ量に基づいて、ＳＣＲ５の異常の有無の診断を行ってもよい。

診断部２４は、第１仮想スリップ量が許可閾値以上であって、且つ、第２仮想スリップ量が停止閾値以上である場合に、診断を一時的に停止したが、例えば、第１仮想スリップ量が許可閾値以上ではなくとも、第２仮想スリップ量が停止閾値以上であれば、診断を実行しないようにしてもよい。この場合、図６においてＳ０６及びＳ０７の処理が、Ｓ０４とＳ０５との間に行われてもよい。

仮想スリップ量算出部２３は、必ずしも、第２モデルを用いて第２仮想スリップ量を算出しなくてもよい。診断部２４は、必ずしも、第１仮想スリップ量が許可閾値以上であって、且つ、第２仮想スリップ量が停止閾値以上である場合に、診断を一時的に停止しなくてもよい。

上記実施形態では、内燃機関として４気筒直列型エンジンのディーゼルエンジン１を例示したが、内燃機関は、これに限定されない。

３…排気通路、５…ＳＣＲ（選択還元触媒、還元触媒）、６…添加弁、１０…還元触媒の異常診断装置、１４…ＮＯｘセンサ（上流ＮＯｘ量取得部）、１５…ＮＨ_３センサ（実測スリップ量検出部）、２２…添加量取得部、２３…仮想スリップ量算出部、２４…診断部。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒と、
   前記還元触媒の上流に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、
   前記還元触媒の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量である上流ＮＯｘ量を取得する上流ＮＯｘ量取得部と、
   前記上流ＮＯｘ量に基づいて、前記尿素水の添加量を取得する添加量取得部と、
   前記還元触媒の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量又はＮＨ_３量の実測値である実測スリップ量を検出する実測スリップ量検出部と、
   少なくとも前記上流ＮＯｘ量及び前記添加量を入力とする前記還元触媒の物理モデルを用いて、前記還元触媒の下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量又はＮＨ_３量の仮想値である仮想スリップ量を算出する仮想スリップ量算出部と、
   前記実測スリップ量と前記仮想スリップ量とに基づいて、前記還元触媒の異常の有無の診断を行う診断部と、
   を備え、
   前記仮想スリップ量算出部は、前記還元触媒の異常状態に設計上相当する前記物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた前記物理モデルである第１モデルを用いて、前記診断部による前記診断の実行可否を判定するための前記仮想スリップ量である第１仮想スリップ量を算出し、
   前記診断部は、前記第１仮想スリップ量が所定の許可閾値以上である場合に、前記診断を実行する、還元触媒の異常診断装置。
2. 前記第１モデルは、同一の前記入力に対する前記仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、前記還元触媒の異常状態に設計上相当する前記物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さい前記インパルス応答波形となるような前記物理モデルである、請求項１に記載の還元触媒の異常診断装置。
3. 前記第１モデルの触媒段数は、前記還元触媒の異常状態に設計上相当する前記物理モデルよりも多い、請求項１又は２に記載の還元触媒の異常診断装置。
4. 前記第１モデルの前記仮想スリップ量のスリップ速度は、前記還元触媒の異常状態に設計上相当する前記物理モデルよりも大きい、請求項３に記載の還元触媒の異常診断装置。
5. 前記仮想スリップ量算出部は、前記還元触媒の正常状態に設計上相当する前記物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた前記物理モデルである第２モデルを用いて、前記診断部による前記診断を一時停止させるための前記仮想スリップ量である第２仮想スリップ量を算出し、
   前記診断部は、前記第１仮想スリップ量が前記許可閾値以上であって、且つ、前記第２仮想スリップ量が所定の停止閾値以上である場合に、前記診断を一時的に停止する、請求項１〜４の何れか一項に記載の還元触媒の異常診断装置。

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