WO2020195249A1 - エンジン - Google Patents

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WO2020195249A1
WO2020195249A1 PCT/JP2020/005133 JP2020005133W WO2020195249A1 WO 2020195249 A1 WO2020195249 A1 WO 2020195249A1 JP 2020005133 W JP2020005133 W JP 2020005133W WO 2020195249 A1 WO2020195249 A1 WO 2020195249A1
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WO
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oxidation catalyst
exhaust temperature
exhaust
temperature
vector
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/005133
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English (en)
French (fr)
Inventor
佑樹 垣地
Original Assignee
ヤンマー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ヤンマー株式会社 filed Critical ヤンマー株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to an engine. More specifically, the present invention relates to a configuration in which an oxidation catalyst is installed in the exhaust passage of the engine.
  • Patent Document 1 discloses an engine of this type.
  • Patent Document 1 consists of an oxidation catalyst installed in the exhaust pipe, a first exhaust temperature sensor installed on the upstream side of the oxidation catalyst in the exhaust pipe, and a second installed on the downstream side of the oxidation catalyst in the exhaust pipe. It is equipped with an exhaust temperature sensor. Then, after the post-injection is executed, is the oxidation catalyst abnormal based on the upstream exhaust temperature detected by the first exhaust temperature sensor and the downstream exhaust temperature detected by the second exhaust temperature sensor? Whether or not it is deteriorated, that is, whether or not it is deteriorated is determined.
  • Patent Document 1 requires the execution of post-injection for determining an abnormality of the oxidation catalyst.
  • post-injection causes deterioration of fuel efficiency and deterioration of the oxidation catalyst, it has been desired to suppress the number of times.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is whether or not the oxidation catalyst is functioning normally without performing post-injection, that is, without supplying unburned fuel to the oxidation catalyst.
  • the purpose is to provide an engine capable of determining.
  • the engine includes an oxidation catalyst, an upstream exhaust temperature sensor, a downstream exhaust temperature sensor, and a control device.
  • the oxidation catalyst is installed in an exhaust passage through which exhaust gas can flow.
  • the upstream exhaust temperature sensor is installed on the upstream side of the oxidation catalyst in the direction in which the exhaust gas flows, and detects the exhaust temperature.
  • the downstream exhaust temperature sensor is installed on the downstream side of the oxidation catalyst in the direction in which the exhaust gas flows, and detects the exhaust temperature.
  • the control device correlates between the exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor and the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor during engine operation in a state where unburned fuel is not supplied to the oxidation catalyst. Based on the relationship, it is determined whether or not the oxidation catalyst is functioning normally.
  • the above engine preferably has the following configuration. That is, the control device includes a vector calculation unit and a determination unit.
  • the vector calculation unit calculates the temperature change rate vector on the upstream side and the temperature change rate vector on the downstream side.
  • the temperature change rate vector on the upstream side is based on the change in the exhaust temperature detected by the exhaust gas temperature sensor on the upstream side in a predetermined time.
  • the downstream temperature change rate vector is based on the change in the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor in a predetermined time.
  • the temperature change velocity vector is expressed as the sum of the first vector and the second vector orthogonal to each other.
  • the length of the first vector indicates the predetermined time.
  • the direction and length of the second vector indicate the direction and magnitude of the change in the exhaust temperature.
  • the first determination unit determines whether or not a parameter that increases as the angle formed by the temperature change rate vector on the upstream side and the temperature change rate vector on the downstream side increases is larger than a predetermined threshold value. Make a judgment.
  • the above engine preferably has the following configuration. That is, the control device includes a temperature difference calculation unit.
  • the temperature difference calculation unit determines the exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor and the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor in a state where unburned fuel is not supplied to the oxidation catalyst during engine operation. Calculate the temperature difference of.
  • the determination unit makes a second determination to determine whether or not the absolute value of the temperature difference calculated by the temperature difference calculation unit is larger than a predetermined temperature threshold value.
  • the control device performs the oxidation catalyst when the state in which the oxidation catalyst is not determined to be functioning normally by the first determination or the second determination continues for a predetermined time. It is preferable to supply unburned fuel to the engine to diagnose the function of the oxidation catalyst.
  • the final determination that the oxidation catalyst is not functioning normally will be made using post-injection after the first and second determinations have been made with temporal continuity. Therefore, the opportunity for post injection can be reliably reduced. In addition, it is possible to prevent erroneous determination that the oxidation catalyst is not functioning normally even though it is actually functioning normally.
  • the flowchart which shows the process of determining the presence or absence of an oxidation catalyst.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the engine 1.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main electrical configuration of the engine 1.
  • the engine 1 includes an intake unit 2, a power generation unit 3, an exhaust unit 4, and an ECU 5 as a control device.
  • the intake unit 2 sucks air from the outside.
  • the intake unit 2 includes an intake pipe 11, an intake manifold 12, a throttle valve 13, and a supercharger 14.
  • the intake pipe 11 constitutes an intake passage.
  • the intake pipe 11 is connected to the combustion chamber 23 described later via an intake manifold 12, and air sucked from the outside can flow inside.
  • the intake manifold 12 is connected to the downstream end of the intake pipe 11 in the direction in which intake air flows in the intake passage.
  • the intake manifold 12 distributes the air supplied through the intake pipe 11 according to the number of cylinders of the power generation unit 3.
  • the distributed air is supplied to the combustion chambers 23 formed in each cylinder.
  • the throttle valve 13 is arranged in the middle of the intake passage.
  • the throttle valve 13 changes the cross-sectional area of the intake passage by changing its opening degree according to a control command from the ECU 5. Thereby, the amount of air supplied to the intake manifold 12 can be adjusted.
  • the power generating unit 3 includes a cylinder block and a cylinder head 21.
  • a piston, a crankshaft, and the like are arranged inside the cylinder block.
  • a plurality of cylinders 22 (four in the present embodiment) are formed on the upper part of the cylinder block.
  • the cylinder head 21 is arranged on the upper side of the cylinder block.
  • the cylinder head 21 and the cylinder block are provided with intake manifolds 12 corresponding to the respective cylinders 22.
  • An injector 25 or the like that injects fuel into the intake manifold 12 is attached to the cylinder head 21.
  • each combustion chamber 23 after the air from the intake manifold 12 is compressed, the fuel supplied from the fuel supply unit (not shown) is injected by the injector 25. As a result, the fuel can be burned in the intake manifold 12 to reciprocate the piston up and down. The power thus obtained is transmitted to an appropriate device on the downstream side of the power via a crankshaft or the like.
  • the supercharger 14 includes a turbine 27, a shaft 28, and a compressor 29.
  • the compressor 29 is connected to the turbine 27 via a shaft 28.
  • the exhaust unit 4 discharges the exhaust gas generated in the combustion chamber 23 to the outside.
  • the exhaust unit 4 includes an exhaust pipe 31, an exhaust manifold 32, and an exhaust purification device 33.
  • the exhaust pipe 31 constitutes an exhaust passage.
  • the exhaust pipe 31 is connected to the combustion chamber 23 via the exhaust manifold 32, and the exhaust gas discharged from the combustion chamber 23 can flow inside.
  • the exhaust manifold 32 is connected to the upstream end of the exhaust pipe 31 in the direction in which the exhaust gas flows.
  • the exhaust manifold 32 collectively guides the exhaust gas generated in each combustion chamber 23 to the exhaust pipe 31.
  • the upstream side in the exhaust gas flow direction may be simply referred to as the upstream side
  • the downstream side in the exhaust gas flow direction may be simply referred to as the downstream side
  • the exhaust purification device 33 is arranged in the middle of the exhaust passage.
  • the exhaust gas purification device 33 includes a storage case 35, an oxidation catalyst 36, and a filter 37.
  • the storage case 35 can introduce the exhaust gas into the inside and send the exhaust gas to the outside.
  • the oxidation catalyst 36 and the filter 37 are housed in a storage case 35.
  • the oxidation catalyst 36 is arranged in the storage case 35 on the upstream side of the filter 37.
  • the exhaust purification device 33 introduces the exhaust gas discharged from the combustion chamber 23 into the storage case 35, and the carbon monoxide, nitric oxide, and particles contained in the exhaust gas pass through the oxidation catalyst 36 and the filter 37. Remove state substances, etc.
  • the oxidation catalyst 36 is a catalyst composed of platinum or the like and for oxidizing (combusting) unburned fuel, carbon monoxide, nitric oxide and the like contained in the exhaust gas.
  • the filter 37 is arranged on the downstream side of the oxidation catalyst, and is configured as, for example, a fall flow type filter. The filter collects particulate matter contained in the exhaust gas treated with the oxidation catalyst.
  • the ECU 5 controls the drive of the engine 1. As shown in FIG. 2, the upstream side exhaust temperature sensor 56, the downstream side exhaust temperature sensor 57, and the engine speed sensor 58 are connected to the ECU 5. Further, the injector solenoid valve 61 and the notification device 62 are connected to the ECU 5.
  • the upstream exhaust temperature sensor 56 is installed in a region upstream of the oxidation catalyst 36 in the housing case 35, and detects the temperature (exhaust temperature) of the exhaust gas in this upstream region.
  • the upstream exhaust temperature sensor 56 outputs the detected exhaust gas temperature to the ECU 5.
  • the downstream exhaust temperature sensor 57 is installed in the storage case 35 in a region downstream of the oxidation catalyst 36, and detects the exhaust temperature in this downstream region.
  • the downstream exhaust temperature sensor 57 outputs the detected exhaust gas temperature to the ECU 5.
  • the temperature of the exhaust gas in the region upstream of the oxidation catalyst 36 in the storage case 35 may be referred to as the exhaust temperature on the upstream side. Further, the temperature of the exhaust gas in the region of the storage case 35 on the downstream side of the oxidation catalyst 36 may be referred to as the exhaust gas temperature on the downstream side.
  • the engine speed sensor 58 is installed near the crankshaft and detects the engine speed based on the speed of the crankshaft.
  • the engine speed sensor 58 outputs the detected engine speed to the ECU 5.
  • the injector solenoid valve 61 is provided in the injector 25 and enables the injector 25 to inject fuel into the combustion chamber 23.
  • the injector solenoid valve 61 opens and closes in response to an instruction from the ECU 5. By this opening and closing, the fuel injection state is controlled.
  • the notification device 62 is attached to the machine that uses the engine 1 and notifies the operator of various situations to be noted.
  • the notification device 62 for example, a lamp, a buzzer, or the like is used.
  • the ECU 5 includes a vector calculation unit 50, an index calculation unit 51, a temperature difference calculation unit 52, and a determination unit 53.
  • the ECU 5 is configured as a computer including a calculation unit composed of a CPU and the like and a storage unit composed of a ROM and a RAM or the like.
  • the calculation unit sends control commands to various actuators based on information from various sensors, and controls various parameters (for example, fuel injection amount, air intake amount, etc.) for operating the engine 1.
  • the storage unit stores various programs and also stores a plurality of preset control information regarding the control of the engine 1.
  • the ECU 5 can operate as a vector calculation unit 50, an index calculation unit 51, a temperature difference calculation unit 52, and a determination unit 53 by the cooperation of the hardware and software.
  • the upstream exhaust temperature sensor 56 and the downstream exhaust temperature sensor 57 are the same in a state where unburned fuel is not supplied to the oxidation catalyst 36 (a state in which post injection is not performed). Based on each temperature change detected over time, the upstream temperature change rate vector and the downstream temperature change rate vector are calculated.
  • the upstream temperature change rate vector is obtained based on the change in the upstream exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor 56 in a predetermined time.
  • the downstream temperature change rate vector is obtained based on the change in the downstream exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor 57 in a predetermined time.
  • the temperature change velocity vectors on the upstream side and the downstream side can both be expressed as the sum of the first vector and the second vector orthogonal to each other.
  • the first vector means the horizontal component of the temperature change velocity vector shown in FIG. 3, and its length represents a predetermined time when the temperature change is measured. This predetermined time is arbitrary, but can be, for example, 1 second.
  • the second vector means the vertical component of the temperature change velocity vector, and its length and direction represent the direction and magnitude of the temperature change in the predetermined time. In the example of FIG. 3, if the temperature change is positive, the second vector is upward, and if the temperature change is negative, the second vector is downward. If the temperature change is gradual, the direction of the temperature change velocity vector is close to the horizontal direction. If the temperature change is rapid, the direction of the temperature change velocity vector makes a large angle with respect to the horizontal direction.
  • the index calculation unit 51 calculates the index I (parameter) based on the angle difference ⁇ between the two temperature change speed vectors based on the upstream side and downstream temperature change speed vectors obtained by the vector calculation unit 50.
  • This index I has the property of increasing as the angle difference ⁇ of the temperature change velocity vector increases. Therefore, the index I substantially represents the strength of the correlation between the exhaust temperature on the upstream side and the exhaust temperature on the downstream side. Further, due to the above weighting, even if the angle difference ⁇ is the same, if the temperature change of one of the upstream side and the downstream side is slow to follow the temperature change of the other, the value of the calculated index is It's getting bigger.
  • FIG. 4 shows the results of comparing the temperature change rates on the upstream side and the downstream side with and without the oxidation catalyst 36.
  • the temperature of the exhaust gas fluctuates according to the fluctuation of the load, for example. Therefore, the temperature change rate on the upstream side oscillates between plus and minus with an amplitude depending on the situation.
  • the temperature change on the downstream side is slower than the temperature change on the upstream side because of the heat capacity of the catalyst. Therefore, since the angle difference ⁇ of the temperature change velocity vector becomes large between the upstream side and the downstream side, the above index I becomes large.
  • the oxidation catalyst 36 is extracted for some reason, the temperature change on the downstream side follows the temperature change on the upstream side well and fluctuates greatly, as shown in the lower graph of FIG. Therefore, since the angle difference ⁇ of the temperature change velocity vector becomes small between the upstream side and the downstream side, the above index I becomes small.
  • the temperature difference calculation unit 52 of FIG. 2 shows the upstream exhaust temperature sensor 56 and the downstream exhaust temperature in a state where unburned fuel is not supplied to the oxidation catalyst 36 (a state in which post injection is not performed) during operation of the engine 1.
  • the temperature difference is calculated from each exhaust temperature detected by the sensor 57.
  • the temperature difference calculation unit 52 calculates the temperature difference between the exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor 56 and the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor 57 at the same timing.
  • FIG. 5 shows the results of comparing the transition of the difference in the exhaust temperature between the upstream side and the downstream side with and without the oxidation catalyst 36.
  • the temperature on the downstream side does not easily follow the temperature change on the upstream side, so that a temperature difference is likely to occur as shown in the upper graph of FIG.
  • the temperature on the downstream side changes well following the temperature on the upstream side, so that a temperature difference is unlikely to occur as shown in the lower graph of FIG.
  • the determination unit 53 in FIG. 2 determines whether or not the oxidation catalyst 36 is functioning normally. This determination includes determining whether or not the oxidation catalyst 36 is installed in the exhaust passage. If the oxidation catalyst 36 is not installed in the exhaust passage for some reason, the determination unit 53 determines that the oxidation catalyst 36 is not functioning normally.
  • the determination unit 53 compares the index I obtained by the index calculation unit 51 with a predetermined threshold value. The determination unit 53 determines that the catalyst is installed when the index I is larger than the threshold value, and that the catalyst is not installed when the index I is smaller than the threshold value.
  • the determination unit 53 compares the temperature difference obtained by the temperature difference calculation unit 52 with a predetermined threshold value. The determination unit 53 determines that the oxidation catalyst 36 is installed when the temperature difference is larger than the threshold value, and that the oxidation catalyst 36 is not installed when the temperature difference is smaller than the threshold value.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a process for determining the installation state of the oxidation catalyst 36.
  • the determination unit 53 included in the ECU 5 makes a first determination and a second determination to determine whether or not the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage. Make a judgment.
  • the control performed by the ECU 5 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
  • the above-mentioned normal operating state is not an idling state, but a state in which the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed due to combustion of fuel in the combustion chamber 23.
  • Both the first determination and the second determination are performed in a state in which unburned fuel is not supplied to the oxidation catalyst 36 (a state in which post-injection is not performed).
  • the flow shown in FIG. 6 is started at an appropriate timing after the engine 1 is started.
  • the ECU 5 first determines whether or not a predetermined determination condition is satisfied (step S101).
  • This determination condition includes that the engine is in a normal operating state.
  • the operating state of the engine 1 is determined based on the engine speed detected by the engine speed sensor 58.
  • step S101 determines whether the engine speed detected by the engine speed sensor 58 is equal to or higher than a predetermined speed. Specifically, when the engine speed detected by the engine speed sensor 58 is equal to or higher than a predetermined speed, it is determined that the engine 1 is not in the idling state and the engine 1 is in the normal operating state. .. When the engine speed is less than a predetermined speed, it is determined that the engine 1 is not in a normal operating state. If the above determination condition is not satisfied, the determination in step S101 is repeated.
  • step S101 the ECU 5 acquires the upstream exhaust temperature based on the detection result of the upstream exhaust temperature sensor 56, and obtains the detection result of the downstream exhaust temperature sensor 57. Based on this, the exhaust temperature on the downstream side is acquired (step S102).
  • the vector calculation unit 50 calculates the temperature change rate vector of the exhaust temperature on the upstream side and the temperature change rate vector on the exhaust side on the downstream side as described above (step S103).
  • the index calculation unit 51 calculates the index I according to the above formula using the angle difference ⁇ between the vectors. Based on this index I, the determination unit 53 determines whether or not the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage (first determination, step S104). Specifically, when the index I is larger than the threshold value, it is determined that the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage. On the other hand, when the index I is equal to or less than the threshold value, it is determined that the oxidation catalyst 36 may not be normally installed in the exhaust passage. As the threshold value, an appropriate value may be set by an experiment or the like.
  • the ECU 5 examines the result of the above first determination (step S105). If the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage, the value of the counter is reset to zero (step S106).
  • the counter relates to the conditions for diagnosing the oxidation catalyst 36 with post-injection described later, and the details will be described later. After that, the process returns to step S101.
  • the temperature difference calculation unit 52 determines the current upstream exhaust temperature and the downstream exhaust. Calculate the temperature difference between the temperature.
  • the determination unit 53 determines whether or not the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage based on this temperature difference (second determination, step S107). Specifically, when the absolute value of the temperature difference is larger than the threshold value, it is determined that the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage. On the other hand, when the absolute value of the temperature difference is equal to or less than the threshold value, it is determined that the oxidation catalyst 36 may not be normally installed in the exhaust passage.
  • the threshold value an appropriate value may be set by an experiment or the like.
  • the ECU 5 examines the result of the above second determination (step S108). If the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage, the value of the counter is reset to zero (step S106). After that, the process returns to step S101.
  • step S109 If it is determined in step S108 that the oxidation catalyst 36 may not be normally installed in the exhaust passage, the ECU 5 increments the counter value by 1 (step S109). After that, the ECU 5 determines whether or not the value of the counter is equal to or greater than the threshold value (step S110).
  • This threshold value is arbitrary, but for example, assuming that the determination cycle from step S101 to step S110 is repeated once per second, the value of the counter when the determination cycle continues for about several hours is assumed. Can be done.
  • step S111 If the value of the counter is equal to or greater than the threshold value in the judgment of step S110, the oxidation catalyst 36 is diagnosed by post-injection (step S111). If the value of the counter is less than the threshold value, the process of step S111 is not performed. In either case, the process returns to step S101.
  • the ECU 5 first performs post injection (step S201).
  • the post-injection means that the fuel is injected from the injector 25 at the timing after the combustion of the fuel so that the unburned fuel is supplied to the oxidation catalyst 36 via the exhaust passage.
  • the ECU 5 acquires the exhaust temperature on the upstream side based on the detection result of the upstream exhaust temperature sensor 56, and acquires the exhaust temperature on the downstream side based on the detection result of the downstream exhaust temperature sensor 57 (step). S202).
  • the ECU 5 makes a diagnosis regarding the oxidation catalyst 36 using the temperature (step S203).
  • This diagnosis includes not only deterioration of the oxidation catalyst 36 but also determination of the presence or absence of the oxidation catalyst 36.
  • the ECU 5 operates the notification device 62 to notify the operator and call attention.
  • the engine 1 may be automatically and forcibly shifted to restricted operation in which the output of the engine 1 is partially restricted.
  • the definitive determination of the absence of the oxidation catalyst 36 is made by post-injection, but before the definitive determination, if it can be confirmed in the first and second determinations that the oxidation catalyst 36 is present, post-injection is performed. Without doing this, the determination of the presence or absence of the oxidation catalyst 36 is completed.
  • the post-injection is actually performed for a time (for example, a number) corresponding to the count threshold value in step S110 when it is determined in both the first determination and the second determination that the oxidation catalyst 36 is not present. It will be the case if it continues for only time). Therefore, since the chance of post-injection can be greatly reduced, it is possible to prevent deterioration of fuel consumption and acceleration of deterioration of the oxidation catalyst 36.
  • the engine 1 of the present embodiment includes an oxidation catalyst 36, an upstream exhaust temperature sensor 56, a downstream exhaust temperature sensor 57, and an ECU 5.
  • the oxidation catalyst 36 is installed in an exhaust passage through which exhaust gas can flow.
  • the upstream exhaust temperature sensor 56 is installed on the upstream side of the oxidation catalyst 36 in the direction in which the exhaust gas flows, and detects the exhaust temperature.
  • the downstream exhaust temperature sensor 57 is installed on the downstream side of the oxidation catalyst 36 in the direction in which the exhaust gas flows, and detects the exhaust temperature.
  • the ECU 5 has a correlation between the exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor 56 and the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor 57 when the oxidation catalyst 36 is not supplied with unburned fuel during engine operation. Based on this, it is determined whether or not the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage (whether or not it is functioning normally).
  • the ECU 5 includes a vector calculation unit 50 and a determination unit 53.
  • the vector calculation unit 50 calculates the temperature change rate vector on the upstream side and the temperature change rate vector on the downstream side.
  • the upstream temperature change rate vector is based on the change in the exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor 56 in a predetermined time.
  • the downstream temperature change velocity vector is based on the change of the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor 57 in a predetermined time.
  • the temperature change velocity vector is expressed as the sum of the first vector and the second vector orthogonal to each other.
  • the length of the first vector indicates a predetermined time.
  • the direction and length of the second vector indicate the direction and magnitude of the change in exhaust temperature.
  • the determination unit 53 determines whether or not the index I, which increases as the angle (angle difference ⁇ ) formed by the temperature change rate vector on the upstream side and the temperature change rate vector on the downstream side increases, is larger than a predetermined threshold value. Judgment The first judgment is performed.
  • the ECU 5 includes a temperature difference calculation unit 52.
  • the temperature difference calculation unit 52 determines the exhaust temperature detected by the upstream exhaust temperature sensor 56 and the exhaust temperature detected by the downstream exhaust temperature sensor 57 when the oxidation catalyst 36 is not supplied with unburned fuel during engine operation. Calculate the temperature difference of.
  • the determination unit 53 makes a second determination to determine whether or not the absolute value of the temperature difference calculated by the temperature difference calculation unit 52 is larger than a predetermined temperature threshold value.
  • the oxidation catalyst 36 is normally installed based on the exhaust temperature on the upstream side and the exhaust temperature on the downstream side. Further, since the relationship between the exhaust temperature on the upstream side and the exhaust temperature on the downstream side is comprehensively determined from two different viewpoints, the accuracy of the determination result can be improved.
  • the ECU 5 determines that the oxidation catalyst 36 is not normally installed in the exhaust passage by both the first determination and the second determination, and the oxidation catalyst 5 continues for a predetermined time. Unburned fuel is supplied to 36 to perform a diagnosis regarding the installation state of the oxidation catalyst 36 (diagnosis of the function of the oxidation catalyst 36).
  • the final determination that the oxidation catalyst 36 is absent is made after the first determination and the second determination have been made (repeatedly) with temporal continuity. , Will be done using post-injection. Therefore, the opportunity for post injection can be reliably reduced. Further, it is possible to prevent erroneous determination that the oxidation catalyst 36 is not installed even though it is actually installed.
  • both the first determination and the second determination are performed in order to determine whether or not the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage.
  • only the first determination may be made.
  • the order of the first judgment and the second judgment is arbitrary.
  • the determination unit 53 may first make a second determination, and when the second determination does not determine that the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage, the first determination may be made.
  • the determination conditions shown in step S101 are not limited to the above, and can be appropriately determined.
  • the determination condition can be changed to determine the operating state of the engine and the state of atmospheric pressure.
  • the exhaust gas purification device 33 is not limited to the above, and may be configured to further include, for example, an SCR (Selective Catalytic Reduction) device.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • the formula of the index I related to the first determination may be changed so as not to consider the weighting.
  • normalization may be omitted.
  • the ECU 5 may calculate, for example, a correlation coefficient representing the strength of the correlation between the temperature change rate on the upstream side and the temperature change rate on the downstream side.
  • the determination unit 53 compares the obtained correlation coefficient with the threshold value, and if it is equal to or less than the threshold value, determines that the oxidation catalyst 36 is normally installed.
  • the post-injection may not be performed, and the final judgment as to whether or not the oxidation catalyst 36 is normally installed in the exhaust passage may be made based on the result of at least one of the first judgment and the second judgment.

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Abstract

エンジンは、酸化触媒と、上流側排気温度センサと、下流側排気温度センサと、ＥＣＵと、を備える。酸化触媒は、排気ガスが流通可能な排気通路に設置される。上流側排気温度センサは、排気ガスが流れる方向で酸化触媒よりも上流側に設置され、排気温度を検出する。下流側排気温度センサは、排気ガスが流れる方向で酸化触媒よりも下流側に設置され、排気温度を検出する。ＥＣＵは、エンジン運転時、酸化触媒に未燃燃料が供給されない状態で、上流側排気温度センサが検出した排気温度と、下流側排気温度センサが検出した排気温度と、の相関関係に基づいて、酸化触媒が正常に機能しているか否かを判定する。

Description

エンジン
　本発明は、エンジンに関する。詳細には、エンジンの排気通路に酸化触媒が設置された構成に関する。
　従来から、排気通路に酸化触媒が設置されたエンジンが知られている。特許文献１は、この種のエンジンを開示する。
　特許文献１の構成は、排気管に設置された酸化触媒と、排気管において酸化触媒の上流側に設置された第一排気温センサと、排気管において酸化触媒の下流側に設置された第二排気温センサと、を備える。そして、ポスト噴射の実行後、第一排気温センサにより検出された上流側の排気温度と、第二排気温センサにより検出された下流側の排気温度とに基づいて、酸化触媒が異常であるか否か、即ち劣化しているか否かの判定が行われるようになっている。
特開２０１０－２０３２３８号公報
　上記特許文献１の構成は、酸化触媒の異常判定のためにポスト噴射の実行を必要とする。しかしながら、ポスト噴射は、燃費が悪化及び酸化触媒の劣化の原因となるので、回数を抑制することが望まれていた。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ポスト噴射を行わずとも、即ち酸化触媒に未燃燃料を供給せずとも、酸化触媒が正常に機能しているか否かを判定することができるエンジンを提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、エンジンは、酸化触媒と、上流側排気温度センサと、下流側排気温度センサと、制御装置と、を備える。前記酸化触媒は、排気ガスが流通可能な排気通路に設置される。前記上流側排気温度センサは、排気ガスが流れる方向で前記酸化触媒よりも上流側に設置され、排気温度を検出する。前記下流側排気温度センサは、排気ガスが流れる方向で前記酸化触媒よりも下流側に設置され、排気温度を検出する。前記制御装置は、エンジン運転時、前記酸化触媒に未燃燃料が供給されない状態で、前記上流側排気温度センサが検出した排気温度と、前記下流側排気温度センサが検出した排気温度と、の相関関係に基づいて、前記酸化触媒が正常に機能しているか否かを判定する。
　これにより、エンジンの運転時、酸化触媒に未燃燃料を供給しなくても（ポスト噴射を行わなくても）、酸化触媒に対する上流側の排気温度と下流側の排気温度との相関関係に基づいて、酸化触媒が正常に機能しているか否かの判定を行うことができる。よって、ポスト噴射の機会を減らすことができるので、ポスト噴射に起因する燃費の悪化、及び酸化触媒の劣化の促進を防止することができる。
　前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御装置は、ベクトル計算部と、判定部と、を備える。前記ベクトル計算部は、上流側の温度変化速度ベクトルと、下流側の温度変化速度ベクトルと、を計算する。前記上流側の温度変化速度ベクトルは、前記上流側排気温度センサが検出した排気温度の所定時間での変化に基づく。前記下流側の温度変化速度ベクトルは、前記下流側排気温度センサが検出した排気温度の所定時間での変化に基づく。前記温度変化速度ベクトルは、互いに直交する第１ベクトルと第２ベクトルの和として表現される。前記第１ベクトルの長さが前記所定時間を示す。前記第２ベクトルの向き及び長さが前記排気温度の変化の向き及び大きさを示す。前記判定部は、前記上流側の温度変化速度ベクトルと前記下流側の温度変化速度ベクトルとがなす角度が大きくなるに従って大きくなるパラメータが予め定められた閾値よりも大きいか否かを判定する第１判定を行う。
　これにより、上流側の排気温度の変化速度と、下流側の排気温度の変化速度と、に基づいて、酸化触媒が正常に機能しているか否かを判定することができる。
　前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御装置は、温度差計算部を備える。前記温度差計算部は、エンジン運転時、前記酸化触媒に未燃燃料が供給されない状態で、前記上流側排気温度センサが検出した排気温度と、前記下流側排気温度センサが検出した排気温度と、の温度差を計算する。前記判定部は、前記温度差計算部が計算した温度差の絶対値が予め定められた温度閾値よりも大きいか否かを判定する第２判定を行う。
　これにより、上流側の排気温度と、下流側の排気温度と、に基づいて、酸化触媒が正常に機能しているか否かを判定することができる。また、上流側の排気温度と下流側の排気温度の関係について、２つの異なる観点から総合的に判定を行うので、判定結果の正確さを向上させることができる。
　前記のエンジンにおいては、前記制御装置は、前記第１判定によっても前記第２判定によっても前記酸化触媒が正常に機能していると判定されなかった状態が所定時間継続した場合に、前記酸化触媒に未燃燃料を供給して、前記酸化触媒の機能についての診断を行うことが好ましい。
　これにより、酸化触媒が正常に機能していないことの最終的な判断は、第１判定及び第２判定が時間的な継続性をもって行われた後に、ポスト噴射を用いて行われることになる。従って、ポスト噴射の機会を確実に減らすことができる。また、酸化触媒が実際に正常に機能しているのに正常に機能していないと誤って判定するのを防止することができる。
本発明の一実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示す図。 エンジンの主要な電気的構成を示すブロック図。 上流側排気温度センサの検出結果に関する温度変化速度ベクトルと、下流側排気温度の検出結果に関する温度変化速度ベクトルと、の関係を示す図。 触媒がある場合とない場合とで、上流側及び下流側での温度変化速度の推移を比較して示すグラフ。 触媒がある場合とない場合とで、上流側及び下流側の温度差の推移を比較して示すグラフ。 酸化触媒の有無について判定する処理を示すフローチャート。 ポスト噴射により酸化触媒を診断するサブルーチンを示すフローチャート。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。初めに図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジン１の基本的な構成について説明する。図１は、エンジン１の全体的な構成を示す図である。図２は、エンジン１の主要な電気的構成を示すブロック図である。
　図１に示すように、エンジン１は、吸気部２と、動力発生部３と、排気部４と、制御装置としてのＥＣＵ５と、を備えている。
　吸気部２は、外部から空気を吸入する。吸気部２は、吸気管１１と、吸気マニホールド１２と、スロットル弁１３と、過給機１４と、を備えている。
　吸気管１１は、吸気通路を構成する。吸気管１１は、後述の燃焼室２３に吸気マニホールド１２を介して接続され、外部から吸入された空気を内部で流すことができる。
　吸気マニホールド１２は、吸気通路で吸気が流れる方向において、吸気管１１の下流側端部に接続されている。吸気マニホールド１２は、吸気管１１を介して供給された空気を、動力発生部３のシリンダの数に応じて分配する。分配後の空気は、それぞれのシリンダに形成された燃焼室２３に供給される。
　スロットル弁１３は、吸気通路の中途部に配置されている。スロットル弁１３は、ＥＣＵ５からの制御指令に従ってその開度を変更することにより、吸気通路の断面積を変化させる。これにより、吸気マニホールド１２へ供給する空気量を調整することができる。
　動力発生部３は、シリンダブロックと、シリンダヘッド２１と、を備えている。シリンダブロックの内部には、ピストン及びクランクシャフト等が配置されている。シリンダブロックの上部には、複数（本実施形態では４つ）のシリンダ２２が形成されている。
　シリンダブロックの上側に、シリンダヘッド２１が配置されている。シリンダヘッド２１及びシリンダブロックには、それぞれのシリンダ２２に対応して吸気マニホールド１２が設けられている。シリンダヘッド２１には、吸気マニホールド１２へ燃料を噴射するインジェクタ２５等が取り付けられている。
　各燃焼室２３では、吸気マニホールド１２からの空気が圧縮された後に、図略の燃料供給部から供給された燃料がインジェクタ２５により噴射される。これにより、吸気マニホールド１２で燃料を燃焼させて、ピストンを上下往復運動させることができる。こうして得られた動力は、クランク軸等を介して、動力下流側の適宜の装置へ伝達される。
　過給機１４は、タービン２７と、シャフト２８と、コンプレッサ２９と、を備えている。コンプレッサ２９は、シャフト２８を介してタービン２７と連結されている。この構成で、燃焼室２３から排出された排気ガスの流れによりタービン２７が回転すると、コンプレッサ２９が回転する。これにより、図略のエアクリーナによって浄化された空気が圧縮され強制的に吸入される。
　排気部４は、燃焼室２３内で発生した排気ガスを外部に排出する。排気部４は、排気管３１と、排気マニホールド３２と、排気浄化装置３３と、を備えている。
　排気管３１は、排気通路を構成する。排気管３１は、燃焼室２３に排気マニホールド３２を介して接続され、燃焼室２３から排出された排気ガスを内部で流すことができる。
　排気マニホールド３２は、排気ガスが流れる方向において、排気管３１の上流側端部に接続されている。排気マニホールド３２は、各燃焼室２３で発生した排気ガスをまとめて排気管３１へ導く。
　なお、以下の説明では、排気ガスが流れる方向において上流側を単に上流側と呼び、排気ガス流れる方向において下流側を単に下流側と呼ぶことがある。
　排気浄化装置３３は、排気通路の中途部に配置されている。排気浄化装置３３は、収容ケース３５と、酸化触媒３６と、フィルタ３７と、を有している。収容ケース３５は、内部に排気ガスを導入し、外部へ排気ガスを送り出すことができる。酸化触媒３６及びフィルタ３７は、収容ケース３５に収容されている。
　酸化触媒３６は、収容ケース３５内においてフィルタ３７よりも上流側に配置されている。こうして、排気浄化装置３３は、燃焼室２３から排出された排気ガスを収容ケース３５内に導入し、酸化触媒３６、フィルタ３７を介して、排気ガスに含まれる一酸化炭素、一酸化窒素、粒子状物質等を除去する。
　酸化触媒３６は、白金等で構成され、排気ガスに含まれる未燃燃料、一酸化炭素、一酸化窒素等を酸化（燃焼）するための触媒である。フィルタ３７は、酸化触媒よりも下流側に配置され、例えばフォールフロー型のフィルタとして構成される。フィルタは、酸化触媒で処理された排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する。
　ＥＣＵ５は、エンジン１の駆動を制御する。図２に示すように、ＥＣＵ５には、上流側排気温度センサ５６と、下流側排気温度センサ５７と、エンジン回転数センサ５８と、が接続されている。また、ＥＣＵ５には、インジェクタ電磁弁６１と、報知装置６２と、が接続されている。
　上流側排気温度センサ５６は、収容ケース３５内において酸化触媒３６よりも上流側の領域に設置され、この上流側の領域における排気ガスの温度（排気温度）を検出する。上流側排気温度センサ５６は、検出した排気ガスの温度をＥＣＵ５へ出力する。
　下流側排気温度センサ５７は、収容ケース３５内において酸化触媒３６よりも下流側の領域に設置され、この下流側の領域における排気温度を検出する。下流側排気温度センサ５７は、検出した排気ガスの温度をＥＣＵ５へ出力する。
　なお、以下の説明では、収容ケース３５内のうち酸化触媒３６よりも上流側の領域における排気ガスの温度を、上流側の排気温度と呼ぶことがある。また、収容ケース３５内のうち酸化触媒３６よりも下流側の領域における排気ガスの温度を、下流側の排気温度と呼ぶことがある。
　エンジン回転数センサ５８は、クランクシャフトの近傍に設置され、このクランクシャフトの回転数に基づいてエンジン回転数を検出する。エンジン回転数センサ５８は、検出したエンジン回転数をＥＣＵ５へ出力する。
　インジェクタ電磁弁６１は、インジェクタ２５に設けられ、インジェクタ２５による燃焼室２３への燃料の噴射を可能にする。インジェクタ電磁弁６１は、ＥＣＵ５からの指示に応じて開閉する。この開閉により、燃料の噴射状態が制御される。
　報知装置６２は、エンジン１を使用する機械に取り付けられ、オペレータに、注意すべき各種の状況を知らせる。報知装置６２としては、例えば、ランプ、ブザー等が用いられる。
　ＥＣＵ５について詳細に説明する。ＥＣＵ５は、ベクトル計算部５０と、指標計算部５１と、温度差計算部５２と、判定部５３と、を備える。
　具体的に説明すると、ＥＣＵ５は、ＣＰＵ等から構成される演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される記憶部と、を備えるコンピュータとして構成されている。演算部は、様々なセンサからの情報に基づいて、様々なアクチュエータに制御指令を送り、エンジン１を動作させるための各種のパラメータ（例えば、燃料噴射量や、空気吸入量等）を制御する。記憶部は、各種プログラムを記憶するとともに、エンジン１の制御に関して予め設定された複数の制御情報を記憶している。ＥＣＵ５は、前記のハードウェアとソフトウェアの協働により、ベクトル計算部５０、指標計算部５１、温度差計算部５２、及び判定部５３として動作することができる。
　ベクトル計算部５０は、エンジン１の運転時、酸化触媒３６に未燃燃料が供給されない状態（ポスト噴射が行われていない状態）で、上流側排気温度センサ５６及び下流側排気温度センサ５７が同じ時間にわたって検出したそれぞれの温度の変化に基づいて、上流側温度変化速度ベクトル及び下流側温度変化速度ベクトルを計算する。
　上流側温度変化速度ベクトルは、上流側排気温度センサ５６が検出した上流側の排気温度の所定時間での変化に基づいて求められる。下流側温度変化速度ベクトルは、下流側排気温度センサ５７が検出した下流側の排気温度の所定時間での変化に基づいて求められる。
　上流側及び下流側の温度変化速度ベクトルは、何れも、図３に示すように、互いに直交する第１ベクトルと第２ベクトルの和として表現することができる。第１ベクトルは、図３に示す温度変化速度ベクトルの水平方向成分を意味し、その長さは、温度の変化が計測される所定時間を表している。この所定時間は任意であるが、例えば１秒とすることができる。第２ベクトルは、温度変化速度ベクトルの垂直方向成分を意味し、その長さ及び向きは、当該所定時間における温度変化の向き及び大きさを表している。図３の例では、温度変化がプラスであれば第２ベクトルは上向きとなり、温度変化がマイナスであれば第２ベクトルは下向きとなる。温度変化が緩やかであれば、温度変化速度ベクトルの向きは、水平方向に近くなる。温度変化が急激であれば、温度変化速度ベクトルの向きは、水平方向に対して大きな角度をなす。
　指標計算部５１は、ベクトル計算部５０が求めた上流側及び下流側の温度変化速度ベクトルに基づいて、２つの温度変化速度ベクトルの角度差θに基づいた指標Ｉ（パラメータ）を計算する。
　具体的に説明すると、指標Ｉは、以下の式で示すように、ラジアン単位で表された角度差θを正規化のために円周率で除算し、更に、重み付けのために、上流側と下流側での温度変化速度の差の絶対値を乗算することにより得られる。
　Ｉ＝θ×｜上流側と下流側での温度変化速度の差｜／π
　この指標Ｉは、温度変化速度ベクトルの角度差θが大きくなる程、大きくなる性質を有する。従って、当該指標Ｉは、上流側の排気温度と、下流側の排気温度と、の相関の強弱を実質的に表すものである。また、上記の重み付けにより、同一の角度差θであっても、上流側と下流側のうち一方の温度変化に対して他方の温度変化の追従が鈍い場合には、計算される指標の値が大きくなっている。
　図４には、上流側と下流側の温度変化速度について、酸化触媒３６がある場合とない場合を比較した結果が示されている。エンジン１を使用する機械によって作業を行うと、例えば負荷の変動に応じて、排気ガスの温度が変動する。従って、上流側の温度変化速度は、状況に応じた振幅で、プラスとマイナスの間を振動する。
　酸化触媒３６がある場合は、図４の上側のグラフに示すように、触媒の熱容量があるため、下流側の温度変化は、上流側の温度変化と比べて緩やかになる。従って、上流側と下流側とで温度変化速度ベクトルの角度差θが大きくなるので、上記の指標Ｉは大きくなる。一方、仮に酸化触媒３６が何らかの理由で抜き取られている場合は、図４の下側のグラフに示すように、下流側の温度変化は、上流側の温度変化に良く追従して大きく変動する。従って、上流側と下流側とで温度変化速度ベクトルの角度差θが小さくなるので、上記の指標Ｉは小さくなる。
　図２の温度差計算部５２は、エンジン１の運転時、酸化触媒３６に未燃燃料が供給されない状態（ポスト噴射が行われていない状態）で、上流側排気温度センサ５６及び下流側排気温度センサ５７が検出したそれぞれの排気温度から温度差を計算する。具体的には、温度差計算部５２は、上流側排気温度センサ５６が検出した排気温度と、同一のタイミングで下流側排気温度センサ５７が検出した排気温度と、の温度差を計算する。
　図５には、上流側と下流側の排気温度の差の推移について、酸化触媒３６がある場合とない場合を比較した結果が示されている。酸化触媒３６がある場合は、下流側の温度は上流側の温度変化に追従しにくいので、図５の上側のグラフに示すように、温度差が発生し易い。一方、酸化触媒３６がない場合は、下流側の温度は上流側の温度に良く追従して変化するので、図５の下側のグラフに示すように、温度差が発生しにくい。
　図２の判定部５３は、酸化触媒３６が正常に機能しているか否かを判定する。この判定には、酸化触媒３６が排気通路に設置されているか否かの判定が含まれる。何らかの理由により酸化触媒３６が排気通路に設置されていない場合、判定部５３は、酸化触媒３６が正常に機能していないと判定する。
　具体的には、判定部５３は、指標計算部５１により得られた指標Ｉを、予め定めた閾値と比較する。判定部５３は、指標Ｉが閾値より大きければ触媒が設置されており、閾値より小さければ触媒が設置されていないと判定する。
　また、判定部５３は、温度差計算部５２により得られた温度差を、予め定めた閾値と比較する。判定部５３は、温度差が閾値より大きければ酸化触媒３６が設置されており、閾値より小さければ酸化触媒３６が設置されていないと判定する。
　続いて、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かを判定するための処理について、図６を参照して詳細に説明する。図６は、酸化触媒３６の設置状態の判定を行うための処理を示すフローチャートである。
　本実施形態では、エンジン１が通常の運転状態であるとき、ＥＣＵ５が備える判定部５３は、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かを判定するために第１判定及び第２判定を行う。以下では、このＥＣＵ５が行う制御について、図６のフローチャートを参照して詳細に説明する。
　上記の通常の運転状態とは、アイドリング状態ではなく、燃焼室２３での燃料の燃焼によりエンジン回転数が所定の回転数以上になっている状態である。第１判定及び第２判定は、何れも、酸化触媒３６に未燃燃料が供給されない状態（ポスト噴射が行われていない状態）で行われる。
　図６に示すフローは、エンジン１の始動後の適宜のタイミングで開始される。処理がスタートすると、ＥＣＵ５は、先ず、所定の判定条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この判定条件には、エンジンが通常の運転状態であることが含まれる。エンジン１の運転状態は、エンジン回転数センサ５８が検知したエンジン回転数に基づいて判定される。
　具体的には、エンジン回転数センサ５８により検出されたエンジン回転数が所定の回転数以上である場合には、エンジン１がアイドリング状態ではなく、エンジン１が通常の運転状態であると判定される。エンジン回転数が所定の回転数未満の場合、エンジン１が通常の運転状態ではないと判定される。上述の判定条件が成立していない場合は、ステップＳ１０１の判定が繰り返される。
　ステップＳ１０１の判断で、判定条件が成立していた場合、ＥＣＵ５は、上流側排気温度センサ５６の検出結果に基づいて上流側の排気温度を取得するとともに、下流側排気温度センサ５７の検出結果に基づいて下流側の排気温度を取得する（ステップＳ１０２）。
　次に、ベクトル計算部５０は、上流側の排気温度の温度変化速度ベクトルと、下流側の排気側の温度変化速度ベクトルを、上述したように計算する（ステップＳ１０３）。
　２つの温度変化速度ベクトルが求められると、指標計算部５１が、ベクトルの間の角度差θを用いて指標Ｉを上述の式に従って計算する。この指標Ｉに基づいて、判定部５３は、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かを判定する（第１判定、ステップＳ１０４）。具体的には、当該指標Ｉが閾値よりも大きい場合、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていると判定される。一方、指標Ｉが閾値以下である場合、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていない可能性があると判定される。閾値としては、実験等により適宜の値を定めれば良い。
　ＥＣＵ５は、上記の第１判定の結果を調べる（ステップＳ１０５）。酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されている場合は、カウンタの値をゼロにリセットする（ステップＳ１０６）。カウンタは、後述のポスト噴射を伴う酸化触媒３６の診断の条件に関するものであり、詳細は後述する。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。
　ステップＳ１０５の判断で、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていない可能性があると判定された場合は、温度差計算部５２が、現在の上流側の排気温度と、下流側の排気温度と、の間の温度差を計算する。判定部５３は、この温度差に基づいて、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かを判定する（第２判定、ステップＳ１０７）。具体的には、温度差の絶対値が閾値よりも大きい場合、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていると判定される。一方、温度差の絶対値が閾値以下である場合、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていない可能性があると判定される。閾値としては、実験等により適宜の値を定めれば良い。
　ＥＣＵ５は、上記の第２判定の結果を調べる（ステップＳ１０８）。酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されている場合は、カウンタの値をゼロにリセットする（ステップＳ１０６）。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。
　ステップＳ１０８の判断で、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていない可能性があると判定された場合は、ＥＣＵ５は、カウンタの値を１増加させる（ステップＳ１０９）。その後、ＥＣＵ５は、カウンタの値が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この閾値は任意であるが、例えば、ステップＳ１０１からステップＳ１１０までの判定サイクルを例えば１秒に１回反復したとして、当該判定サイクルが数時間程度継続した場合のカウンタの値を想定して定めることができる。
　ステップＳ１１０の判断で、カウンタの値が閾値以上である場合には、ポスト噴射による酸化触媒３６の診断が行われる（ステップＳ１１１）。カウンタの値が閾値未満である場合は、ステップＳ１１１の処理は行われない。何れの場合も、処理はステップＳ１０１に戻る。
　ポスト噴射による酸化触媒３６の診断は公知であるが、図７を参照して簡単に説明する。
　図６のステップＳ１１１により図７のサブルーチンが呼び出されると、ＥＣＵ５は、先ず、ポスト噴射を行う（ステップＳ２０１）。ポスト噴射とは、未燃燃料が排気通路を経て酸化触媒３６に供給されるように、燃料の燃焼後のタイミングでインジェクタ２５から燃料を噴射させることを意味する。
　続いて、ＥＣＵ５は、上流側排気温度センサ５６の検出結果に基づいて上流側の排気温度を取得するとともに、下流側排気温度センサ５７の検出結果に基づいて下流側の排気温度を取得する（ステップＳ２０２）。
　温度の情報が得られると、ＥＣＵ５は、当該温度を用いて、酸化触媒３６に関する診断を行う（ステップＳ２０３）。この診断には、酸化触媒３６の劣化等のほか、酸化触媒３６の有無の判定も含まれる。この診断において、酸化触媒３６がないと判定された場合は、ＥＣＵ５は報知装置６２を作動させてオペレータに報知し、注意を促す。このとき、エミッションの悪化を防止するために、エンジン１の出力が一部制限される制限運転に自動的かつ強制的に移行しても良い。
　以上の制御が行われることにより、エンジン１が通常の運転状態であるときに、酸化触媒３６が正常に設置されているか否かに関して、第１判定及び第２判定を行うことができる。即ち、酸化触媒３６がないことの確定的な判断はポスト噴射によって行うが、その確定的な判断の前に、第１判定及び第２判定で酸化触媒３６があることを確認できれば、ポスト噴射を行わずに、酸化触媒３６の有無の判定を完了させる。
　本実施形態において実際にポスト噴射が行われるのは、第１判定及び第２判定の何れにおいても酸化触媒３６がないと判定される状況が、ステップＳ１１０のカウント閾値に相当する時間（例えば、数時間）だけ継続した場合となる。従って、ポスト噴射の機会を大きく減少させることができるので、燃費の悪化及び酸化触媒３６の劣化の促進を防止することができる。
　以上に説明したように、本実施形態のエンジン１は、酸化触媒３６と、上流側排気温度センサ５６と、下流側排気温度センサ５７と、ＥＣＵ５と、を備える。酸化触媒３６は、排気ガスが流通可能な排気通路に設置される。上流側排気温度センサ５６は、排気ガスが流れる方向で酸化触媒３６よりも上流側に設置され、排気温度を検出する。下流側排気温度センサ５７は、排気ガスが流れる方向で酸化触媒３６よりも下流側に設置され、排気温度を検出する。ＥＣＵ５は、エンジン運転時、酸化触媒３６に未燃燃料が供給されない状態で、上流側排気温度センサ５６が検出した排気温度と、下流側排気温度センサ５７が検出した排気温度と、の相関関係に基づいて、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否か（正常に機能しているか否か）を判定する。
　これにより、エンジン１の運転時、酸化触媒３６に未燃燃料を供給しなくても（ポスト噴射を行わなくても）酸化触媒３６に対する上流側の排気温度と下流側の排気温度との相関関係に基づいて、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かの判定を行うことができる。従って、ポスト噴射の機会を減らすことができるので、ポスト噴射に起因する燃費の悪化、及び酸化触媒３６の劣化の促進を防止することができる。
　また、本実施形態のエンジン１において、ＥＣＵ５は、ベクトル計算部５０と、判定部５３と、を備える。ベクトル計算部５０は、上流側の温度変化速度ベクトルと、下流側の温度変化速度ベクトルと、を計算する。上流側の温度変化速度ベクトルは、上流側排気温度センサ５６が検出した排気温度の所定時間での変化に基づく。下流側の温度変化速度ベクトルは、下流側排気温度センサ５７が検出した排気温度の所定時間での変化に基づく。温度変化速度ベクトルは、互いに直交する第１ベクトルと第２ベクトルの和として表現される。第１ベクトルの長さが、所定時間を示す。第２ベクトルの向き及び長さが、排気温度の変化の向き及び大きさを示す。判定部５３は、上流側の温度変化速度ベクトルと下流側の温度変化速度ベクトルとがなす角度（角度差θ）が大きくなるに従って大きくなる指標Ｉが予め定められた閾値よりも大きいか否かを判定する第１判定を行う。
　これにより、上流側の排気温度の変化速度と、下流側の排気温度の変化速度と、に基づいて、酸化触媒３６が正常に設置されているか否かを判定することができる。
　また、本実施形態のエンジン１において、ＥＣＵ５は、温度差計算部５２を備える。温度差計算部５２は、エンジン運転時、酸化触媒３６に未燃燃料が供給されない状態で、上流側排気温度センサ５６が検出した排気温度と、下流側排気温度センサ５７が検出した排気温度と、の温度差を計算する。判定部５３は、温度差計算部５２が計算した温度差の絶対値が予め定められた温度閾値よりも大きいか否かを判定する第２判定を行う。
　これにより、上流側の排気温度と、下流側の排気温度と、に基づいて、酸化触媒３６が正常に設置されているか否かを判定することができる。また、上流側の排気温度と下流側の排気温度の関係について、２つの異なる観点から総合的に判定を行うので、判定結果の正確さを向上させることができる。
　本実施形態のエンジン１において、ＥＣＵ５は、第１判定によっても第２判定によっても酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていると判定されなかった状態が所定時間継続した場合に、酸化触媒３６に未燃燃料を供給して、酸化触媒３６の設置状態に関する診断（酸化触媒３６の機能についての診断）を行う。
　これにより、酸化触媒３６がない（酸化触媒３６が正常に機能していない）ことの最終的な判断は、第１判定及び第２判定が時間的な継続性をもって（繰り返して）行われた後に、ポスト噴射を用いて行われることになる。従って、ポスト噴射の機会を確実に減らすことができる。また、酸化触媒３６が実際に設置されているのに設置されていないと誤って判定するのを防止することができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
　上記の実施形態では、エンジン１が通常の運転状態のとき、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かを判定するために第１判定及び第２判定の双方が行われる。しかしながら、これに代えて、第１判定のみが行われるようにしても良い。
　第１判定と第２判定の順番は任意である。判定部５３が第２判定を先ず行って、第２判定で酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されていると判定されなかった場合に、第１判定を行っても良い。
　ステップＳ１０１に示す判定条件は、上記に限定されず、適宜に定めることができる。例えば、判定条件は、エンジンの運転状態と、大気圧の状態と、を判定するものに変更することができる。
　排気浄化装置３３は、上記に限定されず、例えばＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）装置を更に備える構成であっても良い。
　第１判定に係る指標Ｉの式は、重み付けを考慮しないように変更しても良い。また、正規化を省略しても良い。
　ＥＣＵ５は、指標Ｉに代えて、例えば、上流側の温度変化速度と、下流側の温度変化速度と、の間の相関の強さを表す相関係数を計算しても良い。この場合、判定部５３は、得られた相関係数を閾値と比較し、閾値以下であれば酸化触媒３６が正常に設置されていると判定する。ただし、計算処理の簡素化の観点からは、上記のようにベクトルの角度差θを求める方が好ましい。
　ポスト噴射を行わず、第１判定及び第２判定のうち少なくとも一方の結果に基づいて、酸化触媒３６が排気通路に正常に設置されているか否かの最終的な判断を行っても良い。
　上述の教示を考慮すれば、本発明が多くの変更形態及び変形形態をとり得ることは明らかである。従って、本発明が、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。
　１　エンジン
　５　ＥＣＵ（制御装置）
　３６　酸化触媒
　５０　ベクトル計算部
　５２　温度差計算部
　５３　判定部
　５６　上流側排気温度センサ
　５７　下流側排気温度センサ
　θ　角度差（角度）

Claims (4)

  1. 　排気ガスが流通可能な排気通路に設置された酸化触媒と、
    　排気ガスが流れる方向で前記酸化触媒よりも上流側に設置され、排気温度を検出する上流側排気温度センサと、
    　排気ガスが流れる方向で前記酸化触媒よりも下流側に設置され、排気温度を検出する下流側排気温度センサと、
    　エンジン運転時、前記酸化触媒に未燃燃料が供給されない状態で、前記上流側排気温度センサが検出した排気温度と、前記下流側排気温度センサが検出した排気温度と、の相関関係に基づいて、前記酸化触媒が正常に機能しているか否かを判定する制御装置と、
    を備えることを特徴とするエンジン。
  2. 　請求項１に記載のエンジンであって、
    　前記制御装置は、ベクトル計算部と、判定部と、を備え、
    　前記ベクトル計算部は、
    　前記上流側排気温度センサが検出した排気温度の所定時間での変化に基づく上流側の温度変化速度ベクトルと、
    　前記下流側排気温度センサが検出した排気温度の所定時間での変化に基づく下流側の温度変化速度ベクトルと、
    を計算し、
    　前記温度変化速度ベクトルは、互いに直交する第１ベクトルと第２ベクトルの和として表現され、
    　前記第１ベクトルの長さが前記所定時間を示し、
    　前記第２ベクトルの向き及び長さが前記排気温度の変化の向き及び大きさを示し、
    　前記判定部は、前記上流側の温度変化速度ベクトルと前記下流側の温度変化速度ベクトルとがなす角度が大きくなるに従って大きくなるパラメータが予め定められた閾値よりも大きいか否かを判定する第１判定を行うことを特徴とするエンジン。
  3. 　請求項２に記載のエンジンであって、
    　前記制御装置は、温度差計算部を備え、
    　前記温度差計算部は、エンジン運転時、前記酸化触媒に未燃燃料が供給されない状態で、前記上流側排気温度センサが検出した排気温度と、前記下流側排気温度センサが検出した排気温度と、の温度差を計算し、
    　前記判定部は、前記温度差計算部が計算した温度差の絶対値が予め定められた温度閾値よりも大きいか否かを判定する第２判定を行うことを特徴とするエンジン。
  4. 　請求項３に記載のエンジンであって、
    　前記制御装置は、前記第１判定によっても前記第２判定によっても前記酸化触媒が正常に機能していると判定されなかった状態が所定時間継続した場合に、前記酸化触媒に未燃燃料を供給して、前記酸化触媒の機能についての診断を行うことを特徴とするエンジン。
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