JP4983825B2

JP4983825B2 - 触媒異常検出装置

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Publication number: JP4983825B2
Application number: JP2009046629A
Authority: JP
Inventors: 安浩苅谷; 啓二若原; 司窪島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: DE102010000542A1; JP2010203238A

Description

本発明は、内燃機関の排気通路において排気中の有害成分を燃焼するために設けられた酸化触媒が異常であるかを判定する触媒異常検出装置に関するものである。

従来から、内燃機関の排気中におけるＣＯやＮＯ_X、ＨＣ、粒状物質（ＰＭ）等の有害成分を抑制する目的で、排気通路に酸化触媒を設けることが知られている。この酸化触媒は、所定の活性温度で未燃燃料と酸化反応することにより、排気中の有害成分を燃焼して浄化する。

ところで、近年、環境対策への関心が高まっており、酸化触媒が劣化すると活性温度が上昇して排気中の有害成分が有効に浄化され難くなることから、酸化触媒が劣化しているか（つまり異常であるか）否かを正確に判定することが求められている。このような酸化触媒の劣化を判定する装置としては、例えば、特許文献１に示される如き構成が知られている。

この判定装置では、排気通路における酸化触媒の上流側と下流側にそれぞれ温度検出手段を設けて、エンジン始動後の酸化触媒の上流温度と下流温度との検出値を比較し、上流温度と下流温度が略等しくなった温度を酸化触媒の活性温度と判断して、かかる活性温度が所定の基準値を超えた場合に酸化触媒が劣化したと判定するようになっている。

特許第２５９３５０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の判定装置では、酸化触媒の上流温度と下流温度が略等しくなった状態でしか劣化判定することが出来ないことから、劣化の判定時期が著しく制限されてしまい、実用的でなかった。

つまり、上述の判定装置において、例えば、エンジン始動後、アイドル運転の継続に起因して排気温度がなかなか上昇しないような場合には、酸化触媒の活性温度を検出することが出来ず、その結果、酸化触媒の劣化判定を正確に行うことが出来なかったのである。

本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、酸化触媒が異常であるかの判定時期が内燃機関の運転状態によって制限されることなく、異常判定が正確に行われる、新規な構成の触媒異常検出装置を提供することにある。

本発明者は、前述の課題を解決するために多くの実験と検討を加えた結果、酸化触媒の上流側排気温度を所定の温度条件に設定して、酸化触媒に未燃燃料を供給すると、酸化触媒における正常品と劣化品（異常品）との態様に大きな差が現れるという新たな知見を得たのであって、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。

つまり、酸化触媒は、未燃燃料と酸化反応して排気中の有害成分を燃焼する結果、排気温度を上昇させる。このことから、酸化触媒の上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が次第に大きくなって略平衡になった状態を、酸化触媒の活性状態とみなすことが出来る。

ここで、図４（ａ）にも示されるように、酸化触媒の活性化に基づく有害成分の浄化性能が低下した劣化品においては、活性温度（Ｔ１）が正常品の活性温度（Ｔ２）に比して高温側に移行されるため、正常品が活性化する温度条件下、活性化しないこととなる。

ところが、内燃機関の運転の高速乃至は高負荷状態等による排気温度の上昇に伴い、酸化触媒の上流側排気温度が劣化品の活性温度：Ｔ１に達していると、正常品は勿論のこと、劣化品も活性化することとなり、浄化性能の点において、正常品と劣化品とを明確に区別することが出来ない問題が生じる（図４（ｂ）参照。）。

一方、内燃機関の定速、低速又は低負荷運転状態等に起因して、上流側排気温度が正常品の活性温度にも達していない低温条件（Ｔ３）では、正常品と劣化品の何れも活性化しておらず、その結果、上記上流側排気温度が劣化品の活性温度に達する高温条件と同様に、正常品と劣化品とを明確に区別することが出来ない。

そこにおいて、請求項１から１３に記載の本発明の触媒異常検出装置では、排気温度調整手段が、内燃機関を制御することにより、酸化触媒の上流側排気温度を、酸化触媒が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度に調整する。即ち、酸化触媒の正常品と劣化品における各温度とＨＣ浄化率との関係を示す図４（ａ）においては、判定許可温度がＴ２に相当する。そして、上流側排気温度が判定許可温度になると、未燃燃料供給手段が未燃燃料を酸化触媒に供給し、判定手段が、酸化触媒の上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合に酸化触媒が異常であると判定する。

これにより、図４（ｃ）にも示されているように、正常品と劣化品において上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が明らかに異なることとなり、正常品と劣化品を明確に区別することが出来るのである。

要するに、本発明は、内燃機関の運転状態の如何に拘わらず、酸化触媒が異常であるか否かを正確に判定するために、先ず酸化触媒の上流側排気温度を判定に望ましい特定の温度に調整し、その後、未燃燃料を酸化触媒に供給することで、正常品と劣化品における上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量の明らかな違いを酸化触媒の劣化判定に利用した点に、大きな技術的特徴を有する。

また請求項１および４に記載の発明によると、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が、判定手段により所定時間間隔を空けて複数求められた上流側排気温度と前記下流側排気温度との温度差における差又は比とされる。それによって、酸化触媒の異常判定に際して、上流側排気温度の変化量と下流側排気温度の変化量とを個別に検出して判定値と比較するような複雑な判定が回避される。

ところで、酸化触媒を通過する排気量や排気通路における排気の空燃比が大きい場合には、酸化触媒の反応熱が多量の空気で奪われ易くなって、所期の上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が変化してしまい、酸化触媒の劣化判定が出来なくなるおそれがある。

そこで、請求項２に記載の発明では、酸化触媒に供給する未燃燃料量を、酸化触媒を通過する排気量又は排気空燃比に応じて変更する。この結果、上記変化量を検知する際の排気量や排気空燃比による変化の影響が抑えられて、酸化触媒の劣化判定が精度良く行われる。

具体的に、排気量又は排気空燃比が大きい場合には、請求項３に記載のように、未燃燃料量を増加すれば良い。
一方、上記変化量を検知する際の排気量や排気空燃比による変化の影響を抑えるには、上記未燃燃料量の変更に限定されるものでなく、例えば、請求項５および６に記載のように、酸化触媒の異常判定に際して、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量の閾値を、排気空燃比又は排気量に応じて補正することによっても達成される。

具体的に、排気空燃比又は排気量が小さい場合には、請求項７に記載のように、上記閾値を大きくすれば良い。
ところで、酸化触媒に未燃燃料を供給する前に、換言すると酸化触媒が未燃燃料と酸化反応していない状態にも拘わらず、上流側排気温度と下流側排気温度にある程度の差が生じている場合には、上流側排気温度と下流側排気温度との各検出手段に誤差があることが考えられる。このような誤差があると、酸化触媒の異常判定に際して、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量を正確に求めることが出来ないおそれがある。

そこにおいて、請求項８および９に記載の発明によれば、内燃機関の運転状態下、酸化触媒への未燃燃料供給前に、上流側排気温度と下流側排気温度との差を学習手段により学習しておき、かかる学習値に基づいて酸化触媒の異常判定の閾値を補正する。

これにより、上流側排気温度の検出手段と下流側排気温度の検出手段との誤差を考慮して、酸化触媒の異常判定の閾値が設定される結果、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が正確に求められて、異常判定の精度が向上される。

請求項１０に記載の発明によると、排気温度調整手段は、内燃機関の燃焼室で噴射するメイン噴射又はポスト噴射による時期と期間と回数との少なくとも一つを制御する。
具体的に、判定許可温度よりも低温領域にある上流側排気温度を判定許可温度に調整する場合には、例えば、ポスト噴射をメイン噴射に近いタイミングで行って、燃焼室における未燃燃料の燃焼量を増加させたり、メイン噴射の噴射時期を遅らせて、内燃機関の動力効率を下げる分だけ未燃燃料の排気熱への変換量を多くしたりすること等によって、上流側排気温度を上昇させて判定許可温度に調整することが出来る。

すなわち、請求項１０に記載の発明によれば、排気温度調整手段が内燃機関の制御を利用して構成され、その結果、排気温度調整手段を内燃機関の制御手段と別に設ける必要がないことから、判定装置の構成が簡単になる。

請求項１１に記載の発明によると、内燃機関の燃焼室と排気通路における酸化触媒の上流側との少なくとも一方に未燃燃料を噴射する噴射弁を用いて、未燃燃料が酸化触媒に供給される。これにより、未燃燃料供給手段が、内燃機関乃至は排気処理装置に予め設けられた噴射弁を利用して、未燃燃料を酸化触媒に供給することが可能になり、判定装置の構成が簡単になる。

ところで、上流側排気温度の温度検出手段と下流側排気温度の温度検出手段は酸化触媒を挟んで排気通路上に配されていることから、酸化触媒の熱容量や酸化反応、酸化触媒を通過する排気量等に応じて、下流側排気温度の変化が上流側排気温度の変化に対して遅れを生じる。このため、酸化触媒の活性化状態において、実際には下流側排気温度が上流側排気温度よりも高くなっているにも拘わらず、上記遅れを考慮していないが故に、所定時間に検出した際の上流側排気温度が下流側排気温度よりも高くなるという誤検出がなされる可能性がある。

そこで、請求項１２に記載の発明では、上流側排気温度と下流側排気温度との何れか一方の推定値を、温度検出手段により検出された上流側排気温度の変化に対する下流側排気温度の変化を表わす伝達関数を用いて算出し、上流側排気温度に対する下流側排気温度の推定変化量を判定値と比較して異常判定する。

上流側排気温度の変化と下流側排気温度の変化との関係は、酸化触媒の熱容量や排気流量等に基づく温度変化の遅れを考慮してなる伝達関数を用いて表される。この伝達関数を用いて、上流側排気温度から下流側排気温度の推定値を算出することによって、上記遅れを考慮した上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量が時系列的に求められる結果、酸化触媒の劣化判定が精度良く行われるのである。

また、好適には、請求項１３に記載されているように、上記伝達関数は、上流側排気温度の変化に対する下流側排気温度の変化の一次遅れとムダ時間で表される。
つまり、本発明者等が、酸化触媒の上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量について検討を加えたところ、かかる変化量は一次遅れとムダ時間という簡単な系と近似することが判明した。それ故、これら一次遅れとムダ時間で表されて、例えば上記伝達関数の逆数となる逆伝達関数を用いて、上流側及び下流側排気温度におけるムダ時間分の過去の温度情報または複数回検出された下流側排気温度から所定時間先の下流側排気温度の予測値に基づいて、下流側排気温度の推定値を算出することによって、酸化触媒の劣化判定が高精度に且つ容易に行われる。

あるいは、上述の下流側排気温度（センサ出力）を、逆伝達関数を用いて上流側排気温度の時系列に揃える場合とは逆に、上流側排気温度変化を上記伝達関数を使って計算上で遅らせて、下流側排気温度変化の時系列に揃えることも可能である。

要するに、上記伝達関数は、上流側排気温度変化を遅らせて下流側排気温度変化の時系列に揃えるための伝達関数と、下流側排気温度変化を遅れがないものとして上流側排気温度変化の時系列に揃えるための逆伝達関数とを含む。

本発明の触媒異常検出装置が適用されたディーゼルエンジンの制御系全体の構成を示すブロック図。図１の触媒異常検出装置を用いた異常判定ルーチン１を示すフローチャート。図１の触媒異常検出装置を用いた異常判定ルーチン２を示すフローチャート。（ａ）は酸化触媒の正常品と劣化品における各温度とＨＣ浄化率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は所定の温度条件（Ｔ１）で酸化触媒に未燃燃料を供給した時の正常品と劣化品における各上流側排気温度と下流側排気温度の差の変化量を示すグラフであり、（ｃ）は（ｂ）と異なる温度条件（Ｔ２）で酸化触媒に未燃燃料を供給した時の正常品と劣化品における各上流側排気温度と下流側排気温度の差の変化量を示すグラフ。第一排気温センサ及び第二排気温センサにて実測した場合の上流側排気温度及び下流側排気温度と実測しないで逆伝達関数を用いて推定した場合の下流側排気温度の推定値とにおける各時間毎の温度変化を示すグラフ。下流側排気温度の推定値の算出方法をモデル的に示す説明図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１には、本発明の一実施形態としての触媒異常検出装置１０が適用された、内燃機関としてのディーゼルエンジン１２の全体構成が示されている。触媒異常検出装置１０は、ディーゼルエンジン１２の排気管１４内の排気通路上に設けられた酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:ＤＯＣ)１６が目的とする活性化温度で正常に機能するか否かを判定し、正常品と劣化品を見分けるものである。

なお、ディーゼルエンジン（以下、エンジンともいう。）１２やＤＯＣ１６等には、公知の構造が採用されることから、初めにそれらの説明を簡単にする。
エンジン１２の各気筒には、燃料噴射弁１８が設けられており、燃料噴射弁１８を介して、図示しないコモンレールから所定の圧力に蓄圧された未燃燃料が供給される。エンジン１２の上流側に吸気管２０が接続されていると共に、エンジン１２の下流側に排気管１４が接続されている。吸気管２０には、エンジン１２の各気筒への吸気量を検出するエアフロメータ２２が設置されている。

排気管１４において、エンジン１２の下流側にＤＯＣ１６が設置され、かかるＤＯＣ１６の下流側にパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）２４が設置されている。

ＤＯＣ１６は、コーディエライトのハニカム構造体等からなるセラミックス製担体の表面に酸化触媒を担持して形成されている。ＤＯＣ１６は、排気管１４に供給される未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）と酸化反応して、排気中の有害成分を燃焼すると共に、排気温度を上昇させてＤＰＦ２４を昇温する。

ＤＰＦ２４は、セラミックス製のフィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形し、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして形成されている。エンジン１２の排気はＤＰＦ２４の多孔性の隔壁を通過しながら下流側に流れ、その際に排気中のパティキュレート（Particulate Matter：ＰＭ）がＤＰＦ２４に捕集される。特に本実施形態のＤＰＦ２４は、酸化触媒（ＤＯＣ）が担持された酸化触媒付ＤＰＦ２４とされており、かかるＤＯＣと未燃燃料との酸化反応による燃焼作用で、ＤＰＦ２４に堆積したパティキュレートが焼却される。

また、ディーゼルエンジン１２や排気管１４等には、第一、第二及び第三排気温センサ２６，２８，３０や燃料噴射弁１８、エアフロメータ２２、排気空燃比センサ３２、差圧センサ３４、ＥＣＵ３６、エンジン回転数センサ３８、アクセル開度センサ４０、車速センサ４２等が設けられている。

第一排気温センサ２６は、排気管１４のＤＯＣ１６の上流側に設置されており、ＤＯＣ１６の入ガス温度（上流側排気温度）を検出してＥＣＵ３６に出力する。
第二排気温センサ２８は、排気管１４におけるＤＯＣ１６の下流側に且つＤＰＦ２４の上流側に設置されており、ＤＯＣ１６の出ガス温度（下流側排気温度）またはＤＰＦ２４の入ガス温度の検出信号をＥＣＵ３６に出力する。

第三排気温センサ３０は、排気管１４のＤＰＦ２４の下流側に設置され、ＤＰＦ２４の出ガス温度を検出してＥＣＵ３６に出力する。これにより、ＤＰＦ２４が品質保持上、適正な温度で燃焼しているかを検知することが可能になる。

差圧センサ３４は、ＤＰＦ２４の上流側および下流側の排気管１４に設置されている。差圧センサ３４がＤＰＦ２４の上流側と下流側との差圧を検出してＥＣＵ３６に出力する。この差圧に基づいて、ＤＰＦ２４に捕集されたＰＭ堆積量が検知される。

排気空燃比センサ３２は、ＤＯＣ１６の下流側に且つＤＰＦ２４の上流側の排気管１４に設置されており、ＤＯＣ１６を通過した排気の空燃比を検出してＥＣＵ３６に出力する。

エンジン回転数センサ３８は、エンジン１２の出力軸付近に設置され、エンジン１２の回転数を検出してＥＣＵ３６に出力する。
アクセル開度センサ４０は、エンジン１２を動力に利用して走行する図示しない車両において、運転者の要求トルク等を車両側に知らせるためのアクセルペダルに設置されており、アクセルペダルの開度（変位量）に応じた電気信号をＥＣＵ３６に出力する。

車速センサ４２は、エンジン１２と共に車両のパワーユニットを構成する図示しない変速機に設置されて、エンジン１２の出力軸の回転速度に基づき車速を検出してＥＣＵ３６に出力する。

ＥＣＵ３６は、主としてＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を含むマイクロコンピュータからなる。ＥＣＵ３６は、エンジン回転数センサ３８やアクセル開度センサ４０、車速センサ４２からの各検出信号に基づいて、アイドリング状態を含む低速、低負荷状態や高速、高負荷状態等のエンジン１２の運転状態を検知し、エンジン運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射回数等を算出して燃料噴射弁１８の燃料噴射を制御する。また、ＥＣＵ３６は、吸気管２０のエアフロメータ２２の下流側に設置された図示しない吸気絞り弁の弁開度を制御することによって、エンジン１２の各気筒への吸気量を制御する。

本実施形態の触媒異常検出装置１０を用いて、ＤＯＣ１６が正常であるか否かを判定するには、図２に示される異常判定ルーチン１と図３に示される異常判定ルーチン２を実行する。図２及び図３において「Ｓ」はステップを表している。

なお、本実施形態のＥＣＵ３６は、車両が所定距離走行すると、異常判定ルーチン１，２を実行するようにプログラミングされているが、その他エンジン１２の運転時間等の任意の条件で異常判定ルーチン１，２を実行するようにしても良い。
［異常判定ルーチン１］
先ず、図２のＳ１００においてＥＣＵ３６は、エンジン回転数センサ３８やアクセル開度センサ４０、車速センサ４２からエンジン回転数やアクセル開度、車速等を求めて、予め設定したエンジン回転数やアクセル開度、車速等に基づく所定のアイドリング条件と比較し、エンジン１２がアイドリング状態であるか否かを判断する。ＥＣＵ３６は、アイドリング状態の場合（Ｓ１００：Ｙ）、処理をＳ１０２に移行する。

一方、アイドリング状態でない場合（Ｓ１００：Ｎ）に、ＥＣＵ３６は、処理をＳ１３２に移行して、Ｓ１２２のポスト噴射ＯＮを実行しているか否かを判定する。ポスト噴射ＯＮの場合（Ｓ１３２：Ｙ）、ＥＣＵ３６は、Ｓ１３４にて別途燃料噴射制御で噴射制御実行時にポスト噴射ＯＦＦに設定して、異常判定ルーチン１を終了し、ＯＮでない場合（Ｓ１３２：Ｎ）、そのまま異常判定ルーチン１を終了する。そして、所定の処理間隔Δτで、Ｓ１００のアイドリング状態の判断処理を実行する。

Ｓ１０２においてＥＣＵ３６は、第一排気温センサ２６の出力値（センサ出力Ａ）と第二排気温センサ２８の出力値（センサ出力Ｂ）を取得し、センサ出力Ａとセンサ出力Ｂとの出力誤差に相当する出力Ａに対する出力Ｂのずれ度合いを、Ｂ／Ａ又はＢ−Ａで表される学習値Ｃとして得て、Ｓ１０４に処理を移行する。学習値Ｃは、後述するＳ１０８やＳ１１２、Ｓ１１６等の処理の判定内容に応じて更新される。

次に、ＥＣＵ３６は、Ｓ１０４においてＤＯＣ１６の上流側排気温度の上昇制御を実行する。かかる上昇制御の実行としては、燃料噴射弁１８によるポスト噴射をメイン噴射に近いタイミングで行い、燃焼室における未燃燃料の燃焼量を増加させる。

つまり、ＥＣＵ３６は、Ｓ１００にてエンジン１２をアイドリング状態と判定しており、アイドリング状態下の排気温度は正常な酸化触媒に未燃燃料を供給しても活性反応を生じさせないような低い温度であるため、Ｓ１０４にて上流側排気温度の上昇制御を行うのである。

また、ＥＣＵ３６は、Ｓ１０６において第一排気温センサ２６により上流側排気温度を検出し、Ｓ１０８で上流側排気温度が予め設定された所定値１〜所定値２の温度範囲内にあるか判定する。これら所定値１と所定値２は、判定許可温度を基準として判定許可温度の温度範囲を表す下限温度と上限温度の値であり、上流側排気温度が、この範囲内にあれば、精度良く判定ができるため、判定許可温度にあるとする。

判定許可温度は、目的の所定温度で活性化する正常な酸化触媒の活性化温度であり、且つ劣化した酸化触媒は活性化しない温度であって、本実施形態では図４（ａ）中のＴ２（例えば、２５０℃）に相当する。

ＥＣＵ３６は、上流側排気温度が判定許可温度の範囲内にあれば（Ｓ１０８：Ｙ）処理をＳ１１０に移行し、判定許可温度の範囲内になければ（Ｓ１０８：Ｎ）処理を上流側排気温度と下流側排気温度との差の学習実行（Ｓ１０２）に戻す。

Ｓ１１０では、判定許可温度である上流側排気温度の変動量を算出する。Ｓ１１２においてＥＣＵ３６は、上流側排気温度の変動量が予め設定された所定の変動量（Ｓ１１２の所定値）未満であれば（Ｓ１１２：Ｙ）、処理をＳ１１４に移行する一方、変動量が当該所定値以上になれば（Ｓ１１２：Ｎ）、処理をＳ１０２に戻す。

Ｓ１１４にてＥＣＵ３６は、上流側排気温度の変動量の計測時間をカウントＵＰし、続くＳ１１６において、この計測時間が予め設定された所定時間（Ｓ１１６の所定値）よりも大きくなると（Ｓ１１６：Ｙ）、処理をＳ１１８に移行し、計測時間が当該所定値以下であれば（Ｓ１１６：Ｎ）、処理をＳ１０２に戻す。

要するに、Ｓ１０４〜Ｓ１１６においてＥＣＵ３６は、排気温度を上昇させて、判定許可温度に調整されたＤＯＣ１６の上流側排気温度の変動量を安定させることにより、ＤＯＣ１６の温度を判定許可温度に調整する。

次いで、ＥＣＵ３６は、Ｓ１１８においてエアフロメータ２２により検出された吸気量から排気量を算出する。ここで算出する排気量は、排気の質量流量（ｇ／ｓｅｃ）であり、エアフロメータ２２は、通常、吸気の質量流量（ｇ／ｓｅｃ）を検出するので、吸気量＝排気量とみなすことが出来る。

Ｓ１２０にてＥＣＵ３６は、Ｓ１１８で算出した排気量に基づいて、ＤＯＣ１６に未燃燃料を供給するためのポスト噴射量を設定する。例えば、かかる排気量が予め設定された所定量よりも大きい場合には、ＤＯＣ１６が多量の空気に晒されることによる未燃燃料とＤＯＣ１６との反応熱の低下を防止するために、ポスト噴射量（ポスト噴射時間）を通常よりも大きく設定する。或いは、予め求めたポスト噴射量と排気量との関係に基づいて、排気量が多ければ多いほど、ポスト噴射量が連続的に多くなるように設定してもよい。

さらに、ＥＣＵ３６は、Ｓ１２２において別途燃料噴射制御で制御実行時にポスト噴射ＯＮを設定する。これにより、燃料噴射弁１８を用いて燃料が膨張行程で噴射されるため燃焼室内で燃焼することなく燃焼室から排気通路に吐出されて、排気通路の上流側から下流側に向かう排気の流れに沿ってＤＯＣ１６に供給される。

ＥＣＵ３６は、Ｓ１２４においてポスト噴射実行期間をカウントＵＰする。ポスト噴射実行期間は、ポスト噴射を実行して、ＤＯＣ１６の温度変化を監視する期間、換言すればＤＯＣ１６の劣化判定に必要な期間をいう。つまり、ＤＯＣ１６の温度変化は、排気量やＤＯＣ１６の熱容量等の関係により、ポスト噴射を開始して直ぐに始まるわけでなく、所定の期間を要するのであり、従って、ＤＯＣ１６を劣化判定するために、ポスト噴射実行期間が所定の時間を越えているか判断する必要がある。

このカウントＵＰしたポスト噴射実行期間が所定値を越えていれば（Ｓ１２６：Ｙ）、ＥＣＵ３６は、ＤＯＣ１６を劣化判定する状態にあるため、Ｓ１２８で酸化触媒劣化検出フラグをＯＮにして、異常判定ルーチン１を終了する。

一方、Ｓ１２４でカウントＵＰしたポスト噴射実行期間が所定値以下の場合には（Ｓ１２６：Ｎ）、ＥＣＵ３６は、ＤＯＣ１６を劣化判定するに際してＤＯＣ１６の温度変化が不十分であるため、Ｓ１３０にて酸化触媒劣化検出フラグをＯＦＦにして、異常判定ルーチン１を終了する。

そして、ＥＣＵ３６は、所定の処理間隔Δτで再びＳ１００のアイドル状態の判断処理から異常判定ルーチン１を実行する。ここで、Ｓ１００においてディーゼルエンジンがアイドル状態でない場合には（Ｓ１００：Ｎ）、処理を１３２に移行してポスト噴射が実行中であるか否かを判定することとなるが、Ｓ１２２にてポスト噴射がＯＮに設定されていることにより、Ｓ１３４にてポスト噴射をＯＦＦに設定し、異常判定ルーチン１を終了する。即ち、ポスト噴射ＯＮの状態が継続すると、ＤＯＣ１６の温度は上昇を続けてやがて平衡状態になることから、ＤＯＣ１６の劣化判定に際して温度変化の情報を更新させるために、Ｓ１３４でポスト噴射をＯＦＦに設定するのである。
［異常判定ルーチン２］
異常判定ルーチン２においては、ＤＯＣ１６が異常であるか否か劣化判定する。

先ず、図３のＳ２００に示されるように、異常判定ルーチン１のＳ１２８及びＳ１３０で検出した酸化触媒劣化検出フラグがＯＮであるかを判定する。ＥＣＵ３６は、酸化触媒劣化検出フラグがＯＮの場合（Ｓ２００：Ｙ）、処理をＳ２０２に移行する。

酸化触媒劣化検出フラグがＯＮでない場合（Ｓ２００：Ｎ）、ＥＣＵ３６は、異常判定ルーチン２を終了し、所定の処理間隔Δτで再びＳ１００のアイドル状態の判断処理から異常判定ルーチン２を実行する。

Ｓ２０２においてＥＣＵ３６は、第一排気温センサ２６と第二排気温センサ２８からＤＯＣ１６の上流側排気温度と下流側排気温度を検出する。
次に、Ｓ２０４では、ＤＯＣ１６の上流側排気温度と下流側排気温度との差の変化量（傾き）を算出する。

ところで、第一排気温センサ２６と第二排気温センサ２８はＤＯＣ１６を挟んで排気管１４に配されていることから、第一排気温センサ２６と第二排気温センサ２８にてそれぞれ上流側排気温度と下流側排気温度を同時期に検出しても、一般に、下流側排気温度の変化が上流側排気温度の変化に対して遅れを生じる（図５参照。）。

そこで、Ｓ２０４においては、時系列的に揃えた上流側排気温度と下流側排気温度との差の変化量、換言すれば上流側排気温度に対する下流側排気温度の推定変化量を求めるために、先ず、下流側排気温度の変化が上流側排気温度の変化に対して遅れを生じないとした場合の下流側排気温度を推定する。

この下流側排気温度の推定値は、上流側排気温度が変化してから所定時間の遅れを経て下流側排気温度が変化した際に、下流側排気温度の実測値の変化量に基づいて、更に所定時間先の下流側排気温度の予測値を算出し、この予測値と、前記実測値から予測値に至る時間や上流側温度変化に対する下流側排気温度変化の遅れを考慮した伝達関数の逆数である逆伝達関数とを用いることで、精度良く求められる。

すなわち、逆伝達関数は、上流側排気温度の変化に対する下流側排気温度の変化の一次遅れとムダ時間で表現される。
Ｔを一次遅れの時定数、Ｌをムダ時間とすると、上流側排気温度変化に対する下流側排気温度変化の伝達関数は、ｅ―^LS／（１＋Ｔｓ）となる。この時定数Ｔとムダ時間Ｌは、第一排気温センサ２６にて検出した上流側排気温度と第二排気温センサ２８にて検出した下流側排気温度との各経時プロファイルを基に算出することが出来るが、経時プロファイルは排気量によって変化する。

具体的に、例えば、排気量が大きい程、排気とＤＯＣ１６との単位時間あたりの熱伝達が多くなるため、時定数Ｔ及びムダ時間Ｌは小さくなる。また、排気量が所定値以上の範囲では、時定数Ｔ及びムダ時間Ｌは略一定となる。このため、ＥＣＵ３６では、先ずＤＯＣ１６を通過する排気量を算出し、かかる排気量に応じて設定された一次遅れの時定数Ｔとムダ時間Ｌに基づいて、伝達関数を設定する。

また、ＥＣＵ３６は、上記下流側排気温度の実測値の変化量、即ち現在読み込まれた下流側排気温度と新たに読み込まれた下流側排気温度との差又は比から、上記ムダ時間Ｌと同じ時間先の下流側排気温度の予測値Ｆを式（１）に従って算出する。式（１）中、Ｔ（ｉ−１）は現在読み込まれた下流側排気温度であり、Ｔ（ｉ）は新たに読み込まれた下流側排気温度である。

Ｆ＝Ｔ（ｉ）＋Ｌ｛Ｔ（ｉ）−Ｔ（ｉ−１）｝・・・式（１）
そして、ＥＣＵ３６は、図６に示されるように、下流側排気温度の予測値（Ｆ）から、上記伝達関数の逆数である逆伝達関数を用いて、上流側排気温度と時系列を揃えた下流側排気温度の推定値を求める。

而して、ＥＣＵ３６は、図４（ｃ）に示されるように、第一排気温センサ２６にて検出した上流側排気温度と上記逆伝達関数により求めた下流側排気温度の推定値とから、上流側排気温度と下流側排気温度の差の推定値である第一推定差ｄ１を求める。更に、ＥＣＵ３６は、第一推定差を求めてから所定時間経た後に、上流側排気温度と下流側排気温度の差の推定値である第二推定差ｄ２を求めて、第一推定差と第二推定差との比（傾き）、換言すると上流側排気温度に対する下流側排気温度の推定変化量を算出する。

次に、ＥＣＵ３６は、Ｓ２０６において排気空燃比センサ３２の検出信号を読み込んで、排気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出し、処理をＳ２０８に移行する。
Ｓ２０８では、異常判定ルーチン１のＳ１０２で算出した学習値Ｃと本ルーチン２のＳ２０６で検出した排気空燃比に基づいて、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量の閾値を補正して、所定の傾きで表される判定値を算出する。

Ｓ２１０においてＥＣＵ３６は、Ｓ２０４にて求めた傾きが、Ｓ２０８で算出した判定値未満であるかを判定する。
傾きが判定値未満の場合（Ｓ２１０：Ｙ）、上流側排気温度を判定許可温度（Ｔ２）に調整してＤＯＣ１６に未燃燃料を供給したにも拘わらず、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量（本実施形態では上昇量）が見られない若しくは小さいことから、ＥＣＵ３６は、Ｓ２１２においてＤＯＣ１６が目的とする所定の温度（Ｔ２）で活性化しない劣化品であると判定する。

そして、ＥＣＵ３６は、Ｓ２１４において運転者が視認出来る場所等に設置された図示しない酸化触媒の劣化判定報知用ランプを点灯制御して（ＭＩＬ点灯）、処理をＳ２１６に移行する。

一方、傾きが判定値以上の場合（Ｓ２１０：Ｎ）、上流側排気温度を判定許可温度（Ｔ２）に調整してＤＯＣ１６に未燃燃料を供給したことで、上流側排気温度に対する下流側排気温度の所定の変化量が得られたことから、ＤＯＣ１６は目的とする所定の温度（Ｔ２）で活性化する正常品であることが認められる。そして、ＥＣＵ３６は、処理をＳ２１６に移行する。

Ｓ２１６では、異常判定ルーチン１のＳ１３２、Ｓ１３４と同様に、異常判定ルーチン１のＳ１２２のポスト噴射ＯＮを実行しているか否かを判定する。ＥＣＵ３６は、ポスト噴射ＯＮの場合（Ｓ２１６：Ｙ）、ＥＣＵ３６は、Ｓ２１８にて別途燃料噴射制御で噴射制御実行時にポスト噴射ＯＦＦに設定して、異常判定ルーチン２を終了し、ＯＮでない場合（Ｓ２１６：Ｎ）、そのまま異常判定ルーチン２を終了する。そして、所定の処理間隔Δτで、再び異常判定ルーチン２を実行する。

従って、本実施形態の触媒異常検出装置１０によれば、エンジン１２の運転状態に応じて、例えば、排気温度が、正常な酸化触媒が活性化しない低温領域（図４（ａ）のＴ３参照）や、或いは劣化した酸化触媒でも活性化する高温領域（図４（ａ），（ｂ）のＴ１参照）にあった場合でも、ＥＣＵ３６によるエンジン１２制御に基づいて、ＤＯＣ１６の上流側排気温度が判定許可温度（図４（ａ），（ｃ）のＴ２参照）に調整される。

そして、このように上流側排気温度が判定許可温度に調整された後に、未燃燃料を酸化触媒に供給することによって、ＤＯＣ１６の正常品と劣化品において、上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量に明らかな違いが認められる。

それ故、本実施形態の触媒異常検出装置１０においては、エンジン１２の運転状態に大きく影響されることなく、ＤＯＣ１６の正常品と劣化品とを精度良く判定することが出来るのである。

なお、上述の説明からも明らかなように、本実施形態における第一排気温センサ２６と第二排気温センサ２８は、排気通路（排気管１４）におけるＤＯＣ１６の上流側排気温度と下流側排気温度とを検出する温度検出手段に相当する。

また、ＥＣＵ３６は、以下（イ）〜（二）の手段として機能する。
（イ）上流側排気温度がＤＯＣ１６が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度となるように、エンジン１２を制御する排気温度調整手段（図２中、Ｓ１０４〜Ｓ１１６）。
（ロ）排気温度調整手段によって上流側排気温度が判定許可温度に調整された後に、未燃燃料をＤＯＣ１６に供給する未燃燃料供給手段（図２中、Ｓ１１８〜Ｓ１３０）。
（ハ）未燃燃料供給手段により未燃燃料がＤＯＣ１６に供給された後に、第一及び第二排気温センサ２６，２８による検出に基づき上流側排気温度に対する下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合にＤＯＣ１６が異常であると判定する判定手段（図３中、Ｓ２００〜Ｓ２１４）。
（二）エンジン１２の運転状態において、未燃燃料供給手段が未燃燃料をＤＯＣ１６に供給する前に、ＤＯＣ１６の上流側排気温度と下流側排気温度との差を学習する学習手段（図２中、Ｓ１０２）。

以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、かかる実施形態における具体的な記載によって、本発明は、何等限定されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様で実施可能である。また、そのような実施態様が本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

例えば、前記実施形態の触媒異常検出装置１０では、排気通路におけるＤＰＦ２４の上流側に配されたＤＯＣ１６の異常判定を行っていたが、このＤＯＣ１６の異常判定に代えて或いは加えて、第一又は二排気温センサ２６，２８と第三排気温センサ３０とを用いて、ＤＰＦ２４に担持されたＤＯＣの異常判定を行っても良い。このことからも、ＤＯＣ１６やＤＰＦ２４、第一乃至は第三排気温センサ２６，２８，３０における配置や数、構造等は、例示の如きものに限定されない。

具体的に、前記実施形態の触媒異常検出装置１０において、ＤＰＦ２４に担持されたＤＯＣを異常判定する場合には、例えば、排気温度調整手段としてのＥＣＵ３６を用いてＤＰＦ２４の上流側排気温度を判定許可温度に調整する際に、ＤＰＦ２４の上流側に設置されたＤＯＣ１６における未燃燃料との酸化反応熱を利用して、ＤＰＦ２４の上流側排気温度を上昇させることも可能である。

また、前記実施形態の未燃燃料供給手段では、燃料噴射弁１８による燃料のポスト噴射を用いていたが、例えば、排気管１４におけるＤＯＣ１６の上流側に新たに燃料噴射弁を設置し、かかる燃料噴射弁による燃料の噴射を用いても良い。この場合、燃焼室内でなく直接排気管内に燃料が噴射されるため、ＤＯＣ１６へ必要な未燃燃料がより確実に供給される。

また、前記実施形態では、未燃燃料供給手段としてのＥＣＵ３６がＤＯＣ１６に未燃燃料を供給する際に、供給量を排気量に応じて変更していたが、例えば、排気空燃比センサ３２にて検出したＤＯＣ１６を通過した排気の空燃比（Ａ／Ｆ）が予めＥＣＵ３６にて設定した所定値よりも高い場合（所謂、空燃比リーンの場合）に、ＥＣＵ３６が、供給量を大きくすることも可能である。

また、前記実施形態では、本発明の触媒異常検出装置を、ディーゼルエンジン１２の車両における酸化触媒の異常判定に適用したものの具体例が示されていたが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、ガソリンエンジン車や車両以外の酸化触媒を備えた各種装置に適用可能であることは、勿論である。

１０…触媒異常検出装置、１２…ディーゼルエンジン、１６…酸化触媒（ＤＯＣ）、２６…第一排気温センサ、２８…第二排気温センサ、３６…ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路において排気中の有害成分を燃焼するために設けられた酸化触媒が異常であるかを判定する触媒異常検出装置において、
前記排気通路における前記酸化触媒の上流側の排気温度と下流側の排気温度とを検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出された前記上流側排気温度が、前記酸化触媒が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度となるように、前記内燃機関を制御する排気温度調整手段と、
前記排気温度調整手段によって前記上流側排気温度が前記判定許可温度に調整された後に、未燃燃料を前記酸化触媒に供給する未燃燃料供給手段と、
前記未燃燃料供給手段により前記未燃燃料が前記酸化触媒に供給された後に、前記温度検出手段による検出に基づき前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合に該酸化触媒が異常であると判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、前記未燃燃料が前記酸化触媒に供給された後に、前記温度検出手段により検出された前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との温度差を、所定時間間隔を空けて複数求めて、それら複数の温度差の差又は比を該上流側排気温度に対する該下流側排気温度の変化量とする、
ことを特徴とする触媒異常検出装置。
内燃機関の排気通路において排気中の有害成分を燃焼するために設けられた酸化触媒が異常であるかを判定する触媒異常検出装置において、
前記排気通路における前記酸化触媒の上流側の排気温度と下流側の排気温度とを検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出された前記上流側排気温度が、前記酸化触媒が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度となるように、前記内燃機関を制御する排気温度調整手段と、
前記排気温度調整手段によって前記上流側排気温度が前記判定許可温度に調整された後に、未燃燃料を前記酸化触媒に供給する未燃燃料供給手段と、
前記未燃燃料供給手段により前記未燃燃料が前記酸化触媒に供給された後に、前記温度検出手段による検出に基づき前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合に該酸化触媒が異常であると判定する判定手段と、
を備え、
前記未燃燃料供給手段は、前記未燃燃料の前記酸化触媒への供給量を、該酸化触媒を通過する排気量又は排気空燃比に応じて変更する、
ことを特徴とする触媒異常検出装置。
前記未燃燃料供給手段は、前記未燃燃料の前記酸化触媒への供給量を、該酸化触媒を通過する前記排気量又は前記排気空燃比が大きい程に増加させることを特徴とする請求項２に記載の触媒異常検出装置。
前記判定手段は、前記未燃燃料が前記酸化触媒に供給された後に、前記温度検出手段により検出された前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との温度差を、所定時間間隔を空けて複数求めて、それら複数の温度差の差又は比を該上流側排気温度に対する該下流側排気温度の変化量とすることを特徴とする請求項２または３に記載の触媒異常検出装置。
前記判定手段は、前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量の閾値を、前記未燃燃料供給手段によって該酸化触媒に前記未燃燃料を供給した時の排気空燃比又は排気量に応じて補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の触媒異常検出装置。
内燃機関の排気通路において排気中の有害成分を燃焼するために設けられた酸化触媒が異常であるかを判定する触媒異常検出装置において、
前記排気通路における前記酸化触媒の上流側の排気温度と下流側の排気温度とを検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出された前記上流側排気温度が、前記酸化触媒が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度となるように、前記内燃機関を制御する排気温度調整手段と、
前記排気温度調整手段によって前記上流側排気温度が前記判定許可温度に調整された後に、未燃燃料を前記酸化触媒に供給する未燃燃料供給手段と、
前記未燃燃料供給手段により前記未燃燃料が前記酸化触媒に供給された後に、前記温度検出手段による検出に基づき前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合に該酸化触媒が異常であると判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量の閾値を、前記未燃燃料供給手段によって該酸化触媒に前記未燃燃料を供給した時の排気空燃比又は排気量に応じて補正する、
ことを特徴とする触媒異常検出装置。
前記判定手段は、前記排気空燃比又は前記排気量が小さい程に、前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量の閾値を大きくすることを特徴とする請求項５又は６に記載の触媒異常検出装置。
前記内燃機関の運転状態において、前記未燃燃料供給手段が前記未燃燃料を前記酸化触媒に供給する前に、該酸化触媒の前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との差を学習する学習手段を備え、
前記判定手段は、該学習手段による該上流側排気温度と該下流側排気温度との差の学習値に基づいて該上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量の閾値を補正することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の触媒異常検出装置。
内燃機関の排気通路において排気中の有害成分を燃焼するために設けられた酸化触媒が異常であるかを判定する触媒異常検出装置において、
前記排気通路における前記酸化触媒の上流側の排気温度と下流側の排気温度とを検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出された前記上流側排気温度が、前記酸化触媒が正常であると活性化し異常であると活性化しない判定許可温度となるように、前記内燃機関を制御する排気温度調整手段と、
前記排気温度調整手段によって前記上流側排気温度が前記判定許可温度に調整された後に、未燃燃料を前記酸化触媒に供給する未燃燃料供給手段と、
前記内燃機関の運転状態において、前記未燃燃料供給手段が前記未燃燃料を前記酸化触媒に供給する前に、該酸化触媒の前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との差を学習する学習手段と、
前記未燃燃料供給手段により前記未燃燃料が前記酸化触媒に供給された後に、前記温度検出手段による検出に基づき前記上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量を求めて、かかる変化量が判定値よりも小さい場合に該酸化触媒が異常であると判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、該学習手段による該上流側排気温度と該下流側排気温度との差の学習値に基づいて該上流側排気温度に対する前記下流側排気温度の変化量の閾値を補正する、
ことを特徴とする触媒異常検出装置。
前記排気温度調整手段による前記内燃機関の制御は、該内燃機関の燃焼室において噴射するメイン噴射若しくは該メイン噴射後に噴射するポスト噴射による時期と期間と回数との少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の触媒異常検出装置。
前記未燃燃料供給手段は、前記内燃機関の前記燃焼室と前記排気通路における前記酸化触媒の上流側との少なくとも一方に前記未燃燃料を噴射する噴射弁を用いて、該酸化触媒に該未燃燃料を供給することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の触媒異常検出装置。
前記判定手段は、前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との何れか一方の推定値を、前記温度検出手段により検出された前記上流側排気温度の変化に対する該下流側排気温度の変化を表わす伝達関数を用いて算出し、該上流側排気温度に対する該下流側排気温度の推定変化量が前記判定値よりも小さい場合に、該酸化触媒が異常であると判定することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の触媒異常検出装置。
前記伝達関数は、前記上流側排気温度の変化に対する該下流側排気温度の変化の一次遅れとムダ時間で表現されることを特徴とする請求項１２に記載の触媒異常検出装置。