(57)【要約】【課題】気温度を検出する排気温度センサにおける故障などの異常の有無を幅広い条件下において診断可能な排気温度センサの異常診断装置を提供する。【解決手段】内燃機関（１）の排気通路（４）に酸化触媒（５）と、ＤＰＦ（６）と、前記酸化触媒の上下流にそれぞれ排気温度センサ（１１a、１１ｂ）がそれぞれ設けられており、本発明の排気温度センサの異常診断装置は、上流側排気温度センサの検出値に基づいて下流側排気温度センサにおける排気温度を推定し、該推定値を下流側温度センサの実測値と比較し、その偏差が所定値より大きい場合に、排気温度センサに異常があると診断する。【選択図】図１
2014222021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に酸化触媒と、該酸化触媒より下流側に設けられたＤＰＦと、前記酸化触媒の上流側に設けられた上流側排気温度センサと、前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間に設けられた下流側排気温度センサとを備えた排気後処理システムにおける排気温度センサ異常診断装置であって、
前記酸化触媒へのＨＣ添加量を検出するＨＣ添加量検出手段と、
前記ＨＣ添加量から前記酸化触媒における酸化燃焼熱量を算出する酸化燃焼熱量算出手段と、
前記酸化触媒と該酸化触媒を流れる排気との間における熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、
前記上流側排気温度センサの検出値、前記酸化燃焼熱量及び熱交換量に基づいて、前記下流側排気温度センサの検出値を推定する推定手段と、
前記下流側排気温度センサの実測値と前記推定手段によって推定された値との偏差が所定値以上である場合に異常があると判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする排気温度センサの異常診断装置。
【請求項２】
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記外気と前記酸化触媒との温度差から、前記酸化触媒から外気への放熱量を算出する放熱量算出手段と
を備え、
前記熱交換量算出手段は、前記放熱量に基づいて前記熱交換量を算出することを特徴とする請求項１に記載の排気温度センサの異常診断装置。
【請求項３】
前記酸化燃焼熱量算出手段では、前記酸化触媒温度をパラメータとするアレニウス則を用いて前記酸化触媒で反応可能なＨＣ最大反応量を求め、前記ＨＣ添加量が前記ＨＣ最大反応量より大きい場合、前記ＨＣ最大反応量を前記ＨＣ添加量として酸化燃焼熱を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気温度センサの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路において排気温度を検知する排気温度センサについて、故障などの異常の有無を診断する排気温度センサの異常診断装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気に含まれる大気汚染物質の削減は、近年、大きな課題となっている。そこで排気通路には、排気中に含まれる酸素を利用して排気中の炭化水素（ＨＣ）を主とした未燃焼物質を酸化して水（Ｈ２０）と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解する酸化触媒（ＤＯＣ）や、排気中の未燃焼微細物質（ＰＭ）を捕集することによって浄化を行うディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）などからなる排気後処理システムが設けられている。この種の排気後処理システムでは、ＤＰＦにおけるＰＭの蓄積量が増えると浄化能力が低下することから、所定のタイミングで再生処理を実施することによって、蓄積したＰＭの燃焼処理が行われる。
【０００３】
この種の排気後処理システムでは、その性能確保のために内燃機関からの排気の温度管理が重要である。特に酸化触媒では十分な浄化能力が発揮できるように活性温度以上に昇温する必要がある一方で、過昇温が生じると劣化や破損が生じるおそれがあるため、適切な温度範囲に管理する必要がある。そのため、排気通路に設けられた酸化触媒の前後には、それぞれ排気温度センサが設置されることがある。
【０００４】
しかしながら、このような排気温度センサに故障などに起因する異常が発生した場合には、排気温度の正確な検知が不能となってしまうため、温度管理ができず、結果的に重大な故障をもたらすおそれがある。そこで、排気温度センサの異常を診断するための技術として、例えば特許文献１及び２がある。これらの技術では、排気通路に設置された酸化触媒の上流側と下流側にそれぞれ設けられた排気温度センサのうち、一方の温度検出値に基づいて他方の排気温度センサにおける検出温度を計算により算出（推定）し、実測値との偏差を評価することによって、異常の有無が診断される。
特に、特許文献１では触媒が活性温度に達していない運転条件、又は、高速高負荷条件下において、伝達関数を用いることによって、触媒の下流側の排気温度を推定できることが記載されている。また特許文献２では、内燃機関の運転状態が所定の安定状態にある場合に、その運転状態に基づいて排気温度を推定できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４００６９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１では触媒が活性温度に達していない運転条件、又は、高速高負荷条件が成立した場合に限って、又は、特許文献２では運転安定状態に限って、排気温度の推定が可能であるため、その他の状況下においては排気温度の推定を行うことができない。このように従来技術では、ごく限られた条件が成立した場合にのみ排気温度の推定が可能であるため、例えばＤＰＦ再生中や過渡的な運転状態では推定できない場合があり、内燃機関の運転中に定常的に使用される排気後処理システムに用いられる排気温度センサの異常診断として、十分とは言えない。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、排気後処理システムで用いられる排気温度センサにおける故障などの異常の有無を幅広い条件下において診断可能な排気温度センサの異常診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る排気温度センサの異常診断装置は上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に酸化触媒と、該酸化触媒より下流側に設けられたＤＰＦと、前記酸化触媒の上流側に設けられた上流側排気温度センサと、前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間に設けられた下流側排気温度センサとを備えた排気後処理システムにおける排気温度センサ異常診断装置であって、前記酸化触媒へのＨＣ添加量を検出するＨＣ添加量検出手段と、前記ＨＣ添加量から前記酸化触媒における酸化燃焼熱量を算出する酸化燃焼熱量算出手段と、前記酸化触媒と該酸化触媒を流れる排気との間における熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、前記上流側排気温度センサの検出値、前記酸化燃焼熱量及び熱交換量に基づいて、前記下流側排気温度センサの検出値を推定する推定手段と、前記下流側排気温度センサの実測値と前記推定手段によって推定された値との偏差が所定値以上である場合に異常があると判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ポスト噴射等によるＨＣ添加量から求められる酸化燃焼熱量や、酸化触媒と排気との間における熱交換量を算出することにより、推定手段において、酸化触媒における熱収支モデルを構築し、上流側排気温度センサの検出値に基づいて下流側排気温度センサにおける検出値を推定することができる。このような温度推定は内燃機関の運転状態に関わらず適用可能な熱収支モデルに基づいて行われるため、幅広い条件下で行うことができる。そして、異常判定手段では、前記推定値と下流側排気温度センサにおける実測値の偏差を異常判定の基準値である所定値と比較することによって、幅広い条件下において下流側排気温度センサ及び上流側排気温度センサについて異常の有無を診断することができる。
【００１０】
特に推定手段では、酸化触媒に流入前の排気温度である上流側排気温度センサの検出値に基づいて、酸化触媒から排出された排気温度を推定することによって、逆の場合（酸化触媒から排出された排気温度である下流側排気温度センサの検出値に基づいて、酸化触媒に流入前の排気温度を推定する場合）に比べて、推定値の算出精度を高くすることができる。これは、下流側排気温度センサの検出値は、酸化触媒の熱容量による温度上昇遅れを含んでいるため、その値を元に上流側排気温度を推定するよりも、上流側排気温度センサの検出値に基づき、酸化触媒の熱容量も考慮して下流側排気温度を推定した方が、より精度の高い推定ができるためである。その結果、正確な異常診断が可能となる。
【００１１】
本発明の一態様では、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記外気と前記酸化触媒との温度差から、前記酸化触媒から外気への放熱量を算出する放熱量算出手段とを備え、前記熱交換量算出手段は、前記放熱量に基づいて前記熱交換量を算出してもよい。
この態様によれば、熱収支モデルに酸化触媒から外気への放熱量を組み込むことによって、下流側排気温度センサの検出値をより精度よく推定することができる。
【００１２】
また、前記酸化燃焼熱量算出手段では、前記酸化触媒温度をパラメータとするアレニウス則を用いて前記酸化触媒で反応可能なＨＣ最大反応量を求め、前記ＨＣ添加量が前記ＨＣ最大反応量より大きい場合、前記ＨＣ最大反応量を前記ＨＣ添加量として酸化燃焼熱を算出してもよい。
この態様によれば、ポスト噴射等によってＨＣが過剰に添加された場合に酸化触媒で反応することなく下流側へ流出する分を考慮し、ＨＣ最大反応量（酸化触媒で反応可能なＨＣ量の最大値）に基づいて酸化燃焼熱を算出することで、下流側排気温度センサの検出値を更に精度よく推定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ポスト噴射等によるＨＣ添加量から求められる酸化燃焼熱量や、酸化触媒と排気との間における熱交換量を算出することにより、推定手段において、酸化触媒における熱収支モデルを構築し、上流側排気温度センサの検出値に基づいて下流側排気温度センサにおける検出値を推定することができる。このような温度推定は内燃機関の運転状態に関わらず適用可能な熱収支モデルに基づいて行われるため、幅広い条件下で行うことができる。そして、異常判定手段では、前記推定値と下流側排気温度センサにおける実測値の偏差を異常判定の基準値である所定値と比較することによって、幅広い条件下において下流側排気温度センサ及び上流側排気温度センサについて異常の有無を診断することができる。
【００１４】
特に推定手段では、酸化触媒に流入前の排気温度である上流側排気温度センサの検出値に基づいて、酸化触媒から排出された排気温度を推定することによって、逆の場合（酸化触媒から排出された排気温度である下流側排気温度センサの検出値に基づいて、酸化触媒に流入前の排気温度を推定する場合）に比べて、熱収支モデルが複雑化しないため、推定値の算出精度を高くすることができ、その結果、正確な異常診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例に係る排気温度センサの異常診断装置を搭載した車両の内部構造を示す構成図である。
【図２】ＥＣＵにおいて実施される異常診断方法が採用するＤＯＣの熱収支モデルを概念的に示す図である。
【図３】本実施例に係る異常診断方法の実施プロセスを示すフローチャートである。
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
（全体構成）
図１は本実施例に係る排気温度センサの異常診断装置を搭載した車両の内部構造を示す構成図である。
符号１はコモンレール式の燃料噴霧装置を備えた内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、適宜「エンジン」と称する）であり、各気筒の燃焼室内には燃料噴射弁から燃料が直接噴射され、圧縮着火燃焼が行われる。燃料噴射弁の燃料噴射時期及び噴射量は電子制御ユニット（以下、適宜「ＥＣＵ」と称する）１０によって電気的に制御されている。
【００１８】
外部からエアクリーナ２を介して導入された吸気は吸気管３を介してエンジン１に取り込まれ、燃焼室にて圧縮着火燃焼によって発生した排気は排気管４に排出される。排気管４には上流側から順に酸化触媒（ＤＯＣ）５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）６を備えている。
【００１９】
ＤＯＣ５では、排気中に含まれる酸素を利用して、排気中の炭化水素（ＨＣ）を主とした未燃焼物質を酸化して水（Ｈ２０）と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解する。
ＤＰＦ６では、排気中の未燃焼微細物質（ＰＭ）を捕集することによって浄化を行う。ＤＰＦ６に捕集されたＰＭの蓄積量が増えると浄化能力が低下することから、所定のタイミングでＤＰＦ６の再生処理が実施される。再生処理時には、ＤＯＣ５の上流側に設けられたＨＣ添加装置７によって排気管４中に燃料（ＨＣ）を噴射し、ＤＯＣ５で当該排気中に含まれる燃料を酸化させて排気を昇温し、高温になった排気をＤＰＦ６に送り込むことによって、蓄積したＰＭを燃焼処理する。
【００２０】
このようにＤＯＣ５及びＤＰＦ６で浄化された排気は、更に下流側に配置された不図示のＮＯｘ選択還元型触媒において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を水（Ｈ２０）と窒素（Ｎ２）に分解浄化した後、外部に排出される。
【００２１】
吸気管３には吸気流量Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］を検出するための吸気流量センサ８が設けられている。ＤＯＣ５の上流側の排気管４にはＤＯＣ５の入口圧力Ｐｉｎを検出するための圧力センサ９と、ＤＯＣ５の上流側の排気温度Ｔｉｎ［Ｋ］を検出するための上流側排気温度センサ１１ａが設けられている。排気管４のうちＤＯＣ５及びＤＰＦ６間にはＤＯＣ５の下流側の排気温度Ｔｏｕｔ［Ｋ］を検出するための下流側排気温度センサ１１ｂが設けられている。また車両には外気温度Ｔａｍｂ［Ｋ］を検出するための外気温度センサ１２、及び、車速Ｖｖｅｈｉｃｌｅ［ｋｍ／ｈ］を検出するための車速センサ１３が設けられている。
吸気流量センサ８の検出値Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］、入口圧力センサ９の検出値Ｐｉｎ［Ｐａ］、上流側排気温度センサ１１ａの検出値Ｔｉｎ［Ｋ］、下流側排気温度センサ１１ｂの検出値Ｔｏｕｔ［Ｋ］、外気温度センサ１２の検出値Ｔａｍｂ［Ｋ］、及び、車速センサ１３の検出値Ｖｖｅｈｉｃｌｅ［ｋｍ／ｈ］は、それぞれ演算装置であるＥＣＵ１０に送られ、後述の異常診断の演算に利用される。
【００２２】
ＥＣＵ１０はエンジン１をはじめとする車両全体の制御を統括するコントロールユニットであり、一般的なエンジン制御に加えて、本実施例ではＤＯＣ５の上流側に配置された上流側排気温度センサ１１ａの検出値に基づいて、ＤＯＣ５の下流側に配置された下流側排気温度センサ１１ｂにおける排気温度を推定し、該推定値を下流側排気温度センサ１１ｂの実測値と比較することによって、双方の排気温度センサにおける故障などの異常の有無を診断する排気温度センサの異常診断装置として機能する。尚、当該方法の実施に必要な制御ロジックはＥＣＵ１０が備えるメモリ等の記憶部に予めプログラムとして記憶されており、演算装置によって適宜読みだされることによって実施可能に構成されている。
【００２３】
図１では特に、ＥＣＵ１０の内部構成として、該ＥＣＵ１０で実施される後述の異常診断方法の各ステップに対応する機能ブロックを示しており、ＨＣ添加装置７によるＨＣ添加量を検出するＨＣ添加検出手段１５と、酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］を算出する酸化燃焼熱量算出手段１６と、放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を算出する放熱量算出手段１７と、熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出する熱交換量算出手段１８と、排気温度の推定結果を求める排気温度推定手段１９と、該推定結果に基づいて排気温度センサにおける異常の有無を判定する異常判定手段２０とを含んで構成されている。
尚、本実施例では、ＨＣ添加装置７を用いてＨＣを添加する場合を示しているが、これに代えてエンジン燃焼室内に設けられた燃料インジェクタによるポスト噴射を用いてＨＣ添加を行ってもよい。
【００２４】
尚、異常判断手段２０において排気温度センサに異常があると判定された場合には、警告手段２１に制御信号を送信することによって、ブザーなどのオペレータの知覚可能な手法によって警報が報知されるように構成されている。
【００２５】
続いてＥＣＵ１０において実施される排気温度センサの異常診断の具体的内容について説明する。この診断方法では、ＤＯＣ５における熱収支モデルを構築することによって、上流側排気温度センサ１１ａの検出値に基づいて、下流側排気温度センサ１１ｂにおける排気温度を推定して、下流側排気温度センサ１１ｂの実測値と比較することによって異常診断がなされる。
尚、本実施例とは逆に、下流側排気温度センサ１１ｂの検出値に基づいて、上流側排気温度センサ１１ａにおける排気温度を推定し、上流側排気温度センサ１１ａの実測値と比較することによって同様の考え方に基づいて異常診断を行ってもよい。
【００２６】
図２はＥＣＵ１０において実施される異常診断方法が採用するＤＯＣ５の熱収支モデルを概念的に示す図である。ＤＯＣ５には上流側でＨＣ添加装置７によって添加された燃料が酸化することによって酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］が与えられる一方で、該ＤＯＣ５を流れる排気との間に生じる温度差に基づいた熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］が生じる。また酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］や熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］に比べて排気温度に与える影響は小さいものの、ＤＯＣ５と外気との間の温度差に基づいて放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］が生じる。本実施例における診断方法では、これら３つの熱量の移動を考慮することによって、ＤＯＣ５を熱収支モデル化して排気温度の推定を行う。
【００２７】
図３は本実施例に係る異常診断方法の実施プロセスを示すフローチャートである。
まずＥＣＵ１０は各センサ類の検出値（吸気流量Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］、入口圧力Ｐｉｎ［Ｐａ］、上流側排気温度センサ１１ａの検出値Ｔｉｎ［Ｋ］、外気温度Ｔａｍｂ［Ｋ］、車速Ｖｖｅｈｉｃｌｅ［ｋｍ／ｈ］）を取得する（ステップＳ１０１）。そして、取得した検出値を用いて、ＤＯＣ５の上流側に設けられたＨＣ添加装置７から添加された燃料が酸化されることによって与えられる酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］を算出し（ステップＳ１０２）、ＤＯＣ５から外気への放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を算出し（ステップＳ１０３）、ＤＯＣ５及び排気間の熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の算出結果に基づいて、ＤＯＣ５の下流側における排気温度Ｔｏｕｔ＿ｅｓｔ［Ｋ］の推定が行われる（ステップＳ１０５）。
【００２８】
そして、ステップＳ１０５で推定されたＤＯＣ５の下流側における排気温度Ｔｏｕｔ＿ｅｓｔ［Ｋ］と、当該箇所に配置された下流側排気温度センサ１１ｂの実測値Ｔｏｕｔ＿ｍｅａｓｕｒｅとの偏差ΔＴｏｕｔを、判定閾値である所定値ΔＴｏｕｔ１と比較することで排気温度センサにおける異常の有無を判定する（ステップＳ１０６）。
偏差ΔＴｏｕｔが所定値ΔＴｏｕｔ１より大きい場合、実測値と推定値との間に誤差があるため、温度センサに故障があると判定し、警報手段２１を作動する（ステップＳ１０７）。一方、偏差ΔＴｏｕｔが所定値ΔＴｏｕｔ１以下である場合、実測値と推定値との間の誤差が十分小さいため、温度センサに故障がないと判定する（ステップＳ１０８）。
尚、ステップＳ１０６で使用される所定値ΔＴｏｕｔ１は、例えば実験等にて予め異常の可能性が高くなる値を選択し、メモリ等の記憶手段に記憶させたものを適宜読み出すようにするとよい。
【００２９】
以下、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５における排気温度の具体的な推定方法について詳しく説明する。尚、図３ではステップＳ１０２〜Ｓ１０４を順に実施するように示しているが、これらのステップは同時に実施してもよい。
【００３０】
（酸化燃焼熱量ＱＨＣの算出方法）
ＥＣＵ１０の酸化燃焼熱量算出手段１６において、酸化燃焼熱量はＨＣ添加装置７によって排気中に添加されたＨＣがＤＯＣ５で酸化反応した際に発生する熱量であり、大まかにはＨＣ添加量ｑＨＣ［ｋｇ／ｓ］と燃料の低位発熱量Ｈｕｆｕｅｌ［Ｊ／ｋｇ］とに基づいて次式
ＱＨＣ１＝（ｑＨＣ＋ｑＨＣ＿ｅｘｈ）・Ｈｕｆｕｅｌ      （１）
から求められる。ここでＨＣ添加量ｑＨＣ［ｋｇ／ｓ］はＥＣＵ１０のＨＣ添加装置７に対する指示値を用い（機能ブロック的に言えば、図１に示すようにＨＣ添加量検出手段１５によってＨＣ添加装置７の添加量を取得する）、燃料の低位発熱量Ｈｕｆｕｅｌ［Ｊ／ｋｇ］は予めメモリ等の記憶部に記憶された代表値を読み出すことによって取得したものを用いるとよい。またｑＨＣｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］は、エンジンから排出された排気に含まれるＨＣ含有量であり、不図示のエンジン回転数センサの検出値であるエンジン回転数Ｎｅｎｇと、ＥＣＵ１０の指示値である燃料噴射量ｑｆｕｅｌ［ｋｇ／ｓ］をパラメータとする任意関数により算出される。
【００３１】
ところでＨＣ添加装置７から過剰に燃料が添加された場合には、その一部が未反応のままＤＯＣ５の下流側に流出する。このような未燃分を加味することによって、より精度よく酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］を求めることができる。ＤＯＣ５で反応可能な添加燃料の最大反応値は、アレニウス則を用いて次式
ＱＨＣ２＝Ａ・ＮＨＣ・ＮＯ２・ｅｘｐ（−Ｅ／（Ｒ・Ｔｓｕｂ（ｉ−１））        （２）
により得られる。ここでＡ及びＥは適合係数であり、Ｒは気体定数である。また、ＮＨＣ［ｍｏｌ／Ｌ］及びＮＯ２［ｍｏｌ／Ｌ］はそれぞれ排気中の燃料濃度及び酸素濃度であり、吸気流量センサ８の検出値Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］、ＥＣＵ１０のＨＣ添加装置７に対するＨＣ添加量指示値ｑＨＣ［ｋｇ／ｓ］、エンジンから排出された排気に含まれるＨＣ含有量ｑＨＣｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］、ＥＣＵ１０の燃料噴射装置（図１において不図示）に対する燃料噴射量指示値ｑｆｕｅｌ［ｋｇ／ｓ］、当該方法の前回実施時に求められたＤＯＣ５の温度推定値（触媒温度の前回推定値）Ｔｓｕｂ（ｉ−１）に基づいて算出することができる。
【００３２】
ＥＣＵ１０は、ＨＣ添加量に基づいた算出値ＱＨＣ１［Ｗ］とＤＯＣ５で反応可能な添加燃料の最大反応値ＱＨＣ２［Ｗ］とを比較し、より大きい方を酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］として特定する。
ＱＨＣ＝ｍａｘ（ＱＨＣ１，ＱＨＣ２）      （３）
これにより、ＨＣ添加装置７から過剰に添加された場合にＤＯＣ５で反応せずに下流側へ流出する分を考慮し、精度よく酸化燃焼熱量を求めることができる。
【００３３】
ＤＯＣ５に与えられる酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］は、所定の割合ｄＨＣｓｕｂ（０≦ｄＨＣｓｕｂ≦１）でＤＯＣ５及び該ＤＯＣ５を流れる排気に分配される。ＤＯＣ５及び排気に分配される熱量をそれぞれＱＨＣｓｕｂ［Ｗ］及びＱＨＣｅｘｈ［Ｗ］とすると、
ＱＨＣｓｕｂ＝ｄＨＣｓｕｂ・ＱＨＣ        （４）
ＱＨＣｅｘｈ＝（１−ｄＨＣｓｕｂ）・ＱＨＣ        （５）
となる。
【００３４】
ここで分配係数ｄＨＣｓｕｂは排気流量Ｇｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］をパラメータとする任意の関数として次式
ｄＨＣｓｕｂ＝ｆ（Ｇｅｘｈ）        （６）
により得られる。
尚、排気流量Ｇｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］は、吸気流量センサ８の検出値Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］及びエンジン制御パラメータであるエンジン燃料噴射量ｑｆｕｅｌ［ｋｇ／ｓ］に基づいて次式
Ｇｅｘｈ＝Ｇａｉｒ＋ｑｆｕｅｌ      （７）
により得られる。
【００３５】
（放熱量Ｑｒａｄの算出方法）
ＥＣＵ１０の放熱量算出手段１７はＤＯＣ５と外気との温度差や、ＤＯＣ５の周りの外気の流れを考慮することにより、放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を算出する。
まずＥＣＵ１０は、外気の特性を規定するパラメータである動粘度νａｉｒ［ｍ２／ｓ］、比熱Ｃａｉｒ［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、密度ρａｉｒ［ｋｇ／ｍ３］、熱伝導率λａｉｒ［Ｗ／ｍ・Ｋ］、体積膨張係数βａｉｒ［１／Ｋ］について、それぞれ外気温度センサ１２の検出値Ｔａｍｂ［Ｋ］をパラメータとする任意関数を用いて、次式
νａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （８）
Ｃａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （９）
ρａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （１０）
λａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （１１）
βａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （１２）
により求める。
【００３６】
続いて、ＤＯＣ５の周りを流れる外気について、流体の熱伝達性を特徴付けるパラメータであるレイノルズ数Ｒｅａｍｂ、プラントル数Ｐｒａｍｂ、グラスホフ数Ｇｒａｍｂ、ヌッセルト数Ｎｕａｍｂを算出する。
Ｒｅａｍｂ＝ｖｖｅｈｉｃｌｅ・Ｌｓｕｂ／νａｉｒ      （１３）
Ｐｒａｍｂ＝Ｃａｉｒ・ρａｉｒ・νａｉｒ／λａｉｒ      （１４）
Ｇｒａｍｂ＝Ｌｓｕｂ３・ｇ・βａｉｒ・（Ｔｓｕｂ（ｉ−１）−Ｔａｍｂ）／νａｉｒ２      （１５）
Ｎｕａｍｂ＝ｃ０・（Ｇｒａｍｂ・Ｐｒａｍｂ）１／３      （ｖｖｅｈｉｃｌｅ＝０）      （１６−１）
Ｎｕａｍｂ＝ｃ１・Ｒｅａｍｂｍ１・Ｐｒａｍｂｎ１        （ｖｖｅｈｉｃｌｅ＞０）      （１６−２）
ここでｖｖｅｈｉｃｌｅは車速センサ１３の検出値［ｋｍ／ｈ］であり、Ｌｓｕｂは酸化触媒の長さ［ｍ］であり、ｇは重力加速度（≒９．８０）［ｍ／ｓ２］であり、Ｔｓｕｂ（ｉ−１）は当該方法で求めたＤＯＣ５の触媒温度Ｔｓｕｂの前回推定値［Ｋ］である。ｃ０は任意の適合定数である。またｃ１、ｍ１、ｎ１はヌッセルト数Ｎｕａｍｂの補関数であり任意関数ｆを用いて
ｃ１＝ｆ（Ｒｅａｍｂ）      （１７）
ｍ１＝ｆ（Ｒｅａｍｂ）      （１８）
ｎ１＝ｆ（Ｒｅａｍｂ）      （１９）
により表わされる。
【００３７】
上記計算結果を用いて、外気の熱伝達係数ｈａｍｂ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］は次式
ｈａｍｂ＝Ｎｕａｍｂ・λａｉｒ／Ｌｓｕｂ        （２０）
で表わされ、ＤＯＣ５及び外気間の熱伝達係数ｋは、ＤＯＣ５のカバー外径ｄｃｏｖ［ｍ］、ＤＯＣ５の外径ｄｓｕｂ［ｍ］を用いて次式
ｋ＝１／（ｌｎ（ｄｃｏｖ／ｄｓｕｂ）／（２・λｃｏｖ）＋１／（ｈａｍｂ・ｄｃｏｖ））      （２１）
により表わされる。従って、ＤＯＣ５から外気への放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］は
Ｑｒａｄ＝ｋ・π・Ｌｓｕｂ・（Ｔｓｕｂ（ｉ−１）−Ｔａｍｂ）      （２２）
となる。
【００３８】
（熱交換量Ｑｅｘｈの算出方法）
ＥＣＵ１０の熱交換量算出手段１８は、ＤＯＣ５と該ＤＯＣ５を流れる排気との温度差を考慮することにより、熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出する。
まずＥＣＵ１０は、排気の特性を規定するパラメータである動粘度νｅｘｈ［ｍ２／ｓ］、比熱Ｃｅｘｈ［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、密度ρｅｘｈ［ｋｇ／ｍ３］、熱伝導率λｅｘｈ［Ｗ／ｍ・Ｋ］について、それぞれ上流側排気温度センサ１１aの検出値Ｔｉｎをパラメータとする任意関数を用いて、次式
νｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ）      （２３）
Ｃｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ）      （２４）
ρｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ）      （２５）
λｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ）      （２６）
により求める。
【００３９】
続いて、ＤＯＣ５を流れる排気について、流体の熱伝達性を特徴付けるパラメータであるレイノルズ数Ｒｅｅｘｈ、プラントル数Ｐｒｅｘｈ、ヌッセルト数Ｎｕｅｘｈを算出する。
Ｒｅｅｘｈ＝ｕｅｘｈ・Ｌｓｕｂ／νｅｘｈ      （２７）
ｖｅｘｈ＝Ｇｅｘｈ・（Ｒ／Ｍｅｘｈ）・Ｔｉｎ／Ｐｉｎ      （２８）
ｕｅｘｈ＝ｖｅｘｈ／（ｎｓｕｂ・ｐｓｕｂ２）        （２９）
Ｐｒｅｘｈ＝Ｃｅｘｈ・ρｅｘｈ・νｅｘｈ／λｅｘｈ      （３０）
Ｎｕｅｘｈ＝ｃ２・Ｒｅｅｘｈｍ２・Ｐｒｅｘｈｎ２      （３１）
ここでｃ２、ｍ２、ｎ２はヌッセルト数Ｎｕｅｘｈの補関数であり任意関数ｆを用いて
ｃ２＝ｆ（Ｒｅｅｘｈ）      （３２）
ｍ２＝ｆ（Ｒｅｅｘｈ）      （３３）
ｎ２＝ｆ（Ｒｅｅｘｈ）      （３４）
により表わされる。
【００４０】
上記計算結果を用いて、排気の熱伝達係数ｈａｍｂ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］は次式
ｈｅｘｈ＝Ｎｕｅｘｈ・λｅｘｈ／Ｌｓｕｂ      （３５）
で表わされ、ＤＯＣ５から排気への熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］は
Ｑｅｘｈ＝ｈｅｘｈ・ｎｓｕｂ・４・ｐｓｕｂ・Ｌｓｕｂ・（Ｔｓｕｂ（ｉ−１）−Ｔｉｎ）      （３６）
となる。
尚、ｎｓｕｂはＤＯＣ５のセル数、ｐｓｕｂはＤＯＣ５のセルピッチ［ｍ］であり、予めメモリ等の記憶部に記憶された設計値を読み出すことによって取得するとよい。
【００４１】
（排気温度Ｔｏｕｔの推定方法）
ＥＣＵ１０の排気温度推定手段１９では、上述の演算により得られた酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］、放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］及び熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を、図２に示す熱収支モデルに適用することにより、ＤＯＣ５の下流側の排気温度Ｔｏｕｔ［Ｋ］は次式
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉｎ＋（ＱＨＣｅｘｈ＋Ｑｅｘｈ）／（Ｇｅｘｈ・Ｃｅｘｈ）      （３７）
により推定される。
またＤＯＣ５の触媒温度Ｔｓｕｂ［Ｋ］もまた次式
Ｔｓｕｂ＝Ｔｓｕｂ（ｉ−１）＋（ＱＨＣｓｕｂ−Ｑｒａｄ−Ｑｅｘｈ）／（ｍｓｕｂ・Ｃｓｕｂ）      （３８）
により推定される。尚、ｍｓｕｂはＤＯＣ５の質量［ｋｇ］であり、ＣｓｕｂはＤＯＣ５の特性温度［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］であり、予めメモリ等の記憶部に記憶された設計値を読み出すことによって取得するとよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施例によれば、ＥＣＵ１０において異常診断方法を実施することで、ＨＣ添加装置７からのＨＣ添加量に基づいて求められる酸化燃焼熱量ＱＨＣや、ＤＯＣ５と排気との間における熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出することにより、ＤＯＣ５における熱収支モデルを構築し、上流側排気温度センサ１１aの検出値に基づいて、下流側排気温度センサ１１bにおける排気温度を推定し、その推定結果を下流側排気温度センサ１１bの実測値と比較することにより、これらの温度センサにおける故障の有無を、エンジン１の運転状態に関わらず幅広い条件下において診断することが可能となる。
特に、熱収支モデルにＤＯＣ５から外気への放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を組み込むことによって、より高精度に排気温度を推定することができる。
また、このような熱収支モデルは、従来技術のような１次遅れフィルタ等の伝達関数を用いた場合に比べて実体に近いため、良好な推定精度を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、内燃機関の排気通路において排気温度を検知する排気温度センサについて、故障などの異常の有無を診断する排気温度センサ異常診断装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  エンジン
２  エアクリーナ
３  吸気管
４  排気管
５  酸化触媒（ＤＯＣ）
６  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
７  ＨＣ添加装置
８  吸気流量センサ
９  入口圧力センサ
１０  ＥＣＵ
１１  排気温度センサ
１２  外気温度センサ
１３  車速センサ
１５  ＨＣ添加量検出手段
１６  酸化燃焼熱量算出手段
１７  放熱量算出手段
１８  熱交換量算出手段
１９  排気温度推定手段
２０  故障判定手段
２１  警報手段
【図１】
2014222021.tif 000003
【図２】
2014222021.tif 000004
【図３】
2014222021.tif 000005