(57)【要約】【課題】診断装置に関し、ＤＯＣの劣化診断を高精度に行う。【解決手段】排気中のＨＣ及びＮＯを酸化するＤＯＣ１５と、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ１６と、排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化するＳＣＲ２２と、ＳＣＲ２２の上流側及び下流側のＮＯｘ値に基づいて低温側ＮＯｘ浄化率と高温側ＮＯｘ浄化率とを演算するＮＯｘ浄化率演算部４１と、少なくともＤＯＣ１５の上流側及び下流側の排気熱量差に基づいてＤＯＣ１５のＨＣ浄化率を演算するＤＯＣ発熱率演算部４２と、少なくともＤＰＦ１６の上流側及び下流側の排気熱量差に基づいてＤＰＦ１６のＨＣ浄化率を演算するＤＰＦ発熱率演算部４４と、演算された低温側ＮＯｘ浄化率、高温側ＮＯｘ浄化率及、ＤＯＣ１５のＨＣ浄化率、ＤＰＦ１６のＨＣ浄化率に基づいて、ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６の劣化を判定する劣化判定部４８とを備えた。【選択図】図１
2015059474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられて、少なくとも排気中の炭化水素及び一酸化窒素を酸化する酸化触媒と、
前記酸化触媒の排気下流側に設けられて、排気中に含まれる粒子状物質を捕集すると共に、少なくとも炭化水素及び一酸化窒素を酸化するフィルタと、
前記フィルタの排気下流側に設けられて、アンモニアを還元剤として排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒と、
前記選択的還元触媒の上流側及び下流側のＮＯｘ値に基づいて、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の低温域にある時に低温側ＮＯｘ浄化率を演算すると共に、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の高温域にある時に高温側ＮＯｘ浄化率を演算する第１浄化率演算手段と、
少なくとも前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に基づいて、前記酸化触媒の炭化水素浄化率を演算する第２浄化率演算手段と、
少なくとも前記フィルタの上流側及び下流側の排気熱量差に基づいて、前記フィルタの炭化水素浄化率を演算する第３浄化率演算手段と、
演算された前記低温側ＮＯｘ浄化率、前記高温側ＮＯｘ浄化率、前記酸化触媒の炭化水素浄化率及び、前記フィルタの炭化水素浄化率に基づいて、前記酸化触媒及び前記フィルタの劣化を判定する判定手段と、を備える
ことを特徴とする診断装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記低温側ＮＯｘ浄化率が低下、前記高温側ＮＯｘ浄化率が正常、且つ、前記酸化触媒又は前記フィルタの少なくとも一方の炭化水素浄化率が正常な場合は、二酸化窒素の生成性能を正常と判定する
請求項１に記載の診断装置。
【請求項３】
前記第２浄化率演算手段は、前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に、前記酸化触媒から外気に放出される熱損失量を加算して得られる炭化水素発熱量に基づいて、当該酸化触媒の炭化水素浄化率を演算する
請求項１又は２に記載の診断装置。
【請求項４】
前記第２浄化率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第１モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第２モデル式に基づいて前記熱損失量を演算する
請求項３に記載の診断装置。
【請求項５】
前記第３浄化率演算手段は、前記フィルタの上流側及び下流側の排気熱量差に、前記フィルタから外気に放出される熱損失量を加算して得られる炭化水素発熱量に基づいて、当該フィルタの炭化水素浄化率を演算する
請求項１から４の何れか一項に記載の診断装置。
【請求項６】
前記第３浄化率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第３モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第４モデル式に基づいて前記熱損失量を演算する
請求項５に記載の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断装置に関し、特に、内燃機関の排気系に設けられる排気浄化触媒の診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の排気系に設けられる排気浄化触媒として、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化し、且つ、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）を生成する酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）が知られている。また、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）や、尿素水を加水分解して生成されるアンモニア（ＮＨ3）を還元剤として排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化する選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ）等も知られている。
【０００３】
ＳＣＲにおいては、排気中に含まれるＮＯと、上流側のＤＯＣやＤＰＦで生成されるＮＯ2との比率が約１：１になると、特に低温域でＮＯｘの浄化が促進される傾向にある。すなわち、ＤＯＣやＤＰＦのＮＯ酸化能力（ＮＯ2生成性能）が破損等により劣化すると、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率に影響を与える可能性がある。そのため、ＤＯＣやＤＰＦの劣化状態を車載状態（On-Board）で診断する要請がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３６８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＤＯＣやＤＰＦのＮＯ2生成性能を診断する技術としては、下流側に配置したＮＯｘセンサの検出値に基づいて判定する手法がある。一般的に、ＮＯｘセンサでは、排気中のＮＯ2値を直接的に検出することが困難なため、ＮＯ2値はセンサ値にＮＯ2の比率を乗算して推定する必要がある。しかしながら、排気中のＮＯに対するＮＯ2の比率は運転状態に応じて変化するため、センサ値から推定したＮＯ2量を用いる手法では、ＤＯＣやＤＰＦの劣化状態を高精度に診断できない可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、ＤＯＣやＤＰＦのＮＯ2生成性能を高精度に診断できる診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明の診断装置は、内燃機関の排気系に設けられて、少なくとも排気中の炭化水素及び一酸化窒素を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒の排気下流側に設けられて、排気中に含まれる粒子状物質を捕集すると共に、少なくとも炭化水素及び一酸化窒素を酸化するフィルタと、前記フィルタの排気下流側に設けられて、アンモニアを還元剤として排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒と、前記選択的還元触媒の上流側及び下流側のＮＯｘ値に基づいて、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の低温域にある時に低温側ＮＯｘ浄化率を演算すると共に、前記選択的還元触媒の触媒温度が所定の高温域にある時に高温側ＮＯｘ浄化率を演算する第１浄化率演算手段と、少なくとも前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に基づいて、前記酸化触媒の炭化水素浄化率を演算する第２浄化率演算手段と、少なくとも前記フィルタの上流側及び下流側の排気熱量差に基づいて、前記フィルタの炭化水素浄化率を演算する第３浄化率演算手段と、演算された前記低温側ＮＯｘ浄化率、前記高温側ＮＯｘ浄化率、前記酸化触媒の炭化水素浄化率及び、前記フィルタの炭化水素浄化率に基づいて、前記酸化触媒及び前記フィルタの劣化を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記判定手段は、前記低温側ＮＯｘ浄化率が低下、前記高温側ＮＯｘ浄化率が正常、且つ、前記酸化触媒又は前記フィルタの少なくとも一方の炭化水素浄化率が正常な場合は、二酸化窒素の生成性能を正常と判定することが好ましい。
【０００９】
また、前記第２浄化率演算手段は、前記酸化触媒の上流側及び下流側の排気熱量差に、前記酸化触媒から外気に放出される熱損失量を加算して得られる炭化水素発熱量に基づいて、当該酸化触媒の炭化水素浄化率を演算することが好ましい。
【００１０】
また、前記第２浄化率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第１モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第２モデル式に基づいて前記熱損失量を演算することが好ましい。
【００１１】
また、前記第３浄化率演算手段は、前記フィルタの上流側及び下流側の排気熱量差に、前記フィルタから外気に放出される熱損失量を加算して得られる炭化水素発熱量に基づいて、当該フィルタの炭化水素浄化率を演算することが好ましい。
【００１２】
また、前記第３浄化率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第３モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第４モデル式に基づいて前記熱損失量を演算することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の診断装置によれば、ＤＯＣやＤＰＦのＮＯ2生成性能を高精度に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る診断装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】ＤＯＣに供給されたＨＣの酸化及び、ＤＯＣをスリップしてＤＰＦに流れ込むＨＣの酸化によるエネルギ保存を説明する模式的な図である。
【図３】強制対流の影響によるＤＯＣ及び、ＤＰＦの熱損失を説明する模式的な側面図である。
【図４】ＳＣＲのＮＯｘ浄化率を上流側のＤＯＣ又はＤＰＦが正常な状態と劣化した状態とで比較した図である。
【図５】（ａ）は、正常なＤＯＣと劣化したＤＯＣのＮＯ酸化能力（ＮＯ2生成性能）を比較した図、（ｂ）は、正常なＤＯＣと劣化したＤＯＣのＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化性能）を比較した図である。
【図６】本実施形態の診断装置による制御内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る診断装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。
【００１７】
吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ３０、ＭＡＦセンサ３１、過給機のコンプレッサ３２ａ、インタークーラ３３が設けられている。排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機のタービン３２ｂ、前段後処理装置１４、後段後処理装置２０が設けられている。なお、図１中において、符号３６は外気温度センサを示している。
【００１８】
前段後処理装置１４は、円筒状の触媒ケース１４ａ内に排気上流側から順に、ＤＯＣ１５と、ＤＰＦ１６とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ１５の上流側には排気管内噴射装置１３、ＤＯＣ１５の上流側にはＤＯＣ入口温度センサ１７、ＤＯＣ１５とＤＰＦ１６との間にはＤＯＣ出口温度センサ１８、ＤＰＦ１６の下流側にはＤＰＦ出口温度センサ１９がそれぞれ設けられている。さらに、ＤＰＦ１６の前後には、ＤＰＦ１６の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ３７が設けられている。
【００１９】
排気管内噴射装置１３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０から出力される指示信号に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置１３を省略してもよい。
【００２０】
ＤＯＣ１５は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ１５は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。また、ＤＯＣ１５は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成することで、排気中のＮＯに対するＮＯ2の比率を増加させる。
【００２１】
ＤＰＦ１６は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ１６は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によりＤＯＣ１５に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ１６に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）まで昇温することで行われる。また、ＤＰＦ１６は、上流側のＤＯＣ１５で酸化されずにスリップした未燃焼のＨＣを酸化するＨＣ酸化能及び、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成するＮＯ酸化能を有している。
【００２２】
ＤＯＣ入口温度センサ１７は、ＤＯＣ１５に流入する上流側の排気温度（以下、ＤＯＣ入口排気温度という）を検出する。ＤＯＣ出口温度センサ１８は、ＤＯＣ１５から流出する下流側の排気温度（以下、ＤＯＣ出口排気温度又は、ＤＰＦ入口排気温度という）を検出する。ＤＰＦ出口温度センサ１９は、ＤＰＦ１６から流出する下流側の排気温度（以下、ＤＰＦ出口排気温度という）を検出する。これら温度センサ１７〜１９の検出値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。
【００２３】
後段後処理装置２０は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置２１と、円筒状の触媒ケース２０ａ内に配置されたＳＣＲ２２とを備えて構成されている。また、ＳＣＲ２２の上流側にはＳＣＲ入口温度センサ２３及び、ＳＣＲ入口ＮＯｘセンサ２４が設けられると共に、ＳＣＲ２２の下流側にはＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ２５がそれぞれ設けられている。
【００２４】
尿素水噴射装置２１は、ＥＣＵ４０から出力される指示信号に応じて、前段後処理装置１４と後段後処理装置２０との間の排気通路１２内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてＮＨ3に生成され、下流側のＳＣＲ２２に還元剤として供給される。
【００２５】
ＳＣＲ２２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ２２は、還元剤として供給されるＮＨ3を吸着すると共に、吸着したＮＨ3で通過する排気ガス中からＮＯｘを還元浄化する。
【００２６】
ＳＣＲ入口温度センサ２３は、ＳＣＲ２２に流入する上流側の排気温度（以下、ＳＣＲ入口排気温度）を検出する。ＳＣＲ入口ＮＯｘセンサ２４は、ＳＣＲ２２に流入する排気中のＮＯｘ値を検出する。ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ２５は、ＳＣＲ２２から流出する排気中のＮＯｘ値を検出する。これらセンサ２３〜２５の検出値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。
【００２７】
ＥＣＵ４０は、エンジン１０や排気管内噴射装置１３、尿素水噴射装置２１等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ浄化率演算部４１と、ＤＯＣ発熱率演算部４２と、ＨＣスリップ量演算部４３と、ＤＰＦ発熱率演算部４４と、ＳＣＲ浄化率判定部４５と、ＤＯＣ浄化率判定部４６と、ＤＰＦ浄化率判定部４７と、劣化判定部４８とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２８】
ＮＯｘ浄化率演算部４１は、本発明の第１浄化率演算手段の一例であって、以下の数式１に基づいて、ＳＣＲ２２の低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%と、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%とを演算する。低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%は、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されるＳＣＲ入口排気温度が、例えば１８０〜２８０度の範囲内にある時に演算される。また、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%は、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されるＳＣＲ入口排気温度が、例えば２８０度を超えた時に演算される。
【００２９】
【数１】
2015059474.tif 000003
【００３０】
数式１において、ＮＯｘinはＳＣＲ２２に流入する排気中のＮＯｘ値であって、ＳＣＲ入口ＮＯｘセンサ２４で取得される。また、ＮＯｘOUTはＳＣＲ２２から流出する排気中のＮＯｘ値であって、ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ２５で取得される。
【００３１】
ＤＯＣ発熱率演算部４２は、本発明の第２浄化率演算手段の一例であって、ＤＰＦ１６の強制再生時にＤＯＣ１５で酸化されるＨＣの発熱率（浄化率）を演算する。以下、ＤＯＣ１５内のＨＣ発熱率の詳細な演算手順を説明する。
【００３２】
図２に示すように、強制再生時に排気管内噴射装置１３からＤＯＣ１５に供給されたＨＣの実発熱量ＣDOC_actは、ＤＯＣ１５の上流側の排気エネルギＱDOC_inと下流側の排気エネルギＱDOC_outとの排気エネルギ差に、ＤＯＣ１５から外気に放出される熱損失量ＱDOC_lostを加算することで得られる。
【００３３】
上流側の排気エネルギＱDOC_inは、以下の数式２に基づいて演算され、下流側の排気エネルギＱDOC_outは以下の数式３に基づいて演算される。
【００３４】
【数２】
2015059474.tif 000004
【００３５】
【数３】
2015059474.tif 000005
【００３６】
数式２，３において、ｃexhは排気比熱を示している。また、ｍexhは排気流量であって、ＭＡＦセンサ３１の検出値及びエンジン１０の燃料噴射量等から取得される。なお、排気流量ｍexhは、排気流量センサ（不図示）等から直接的に取得してもよい。ＴDOC_inはＤＯＣ入口排気温度であって、ＤＯＣ入口温度センサ１７で取得される。ＴDOC_outはＤＯＣ出口排気温度であって、ＤＯＣ出口温度センサ１８で取得される。
【００３７】
熱損失量ＱDOC_lostは、自然対流による熱損失量ＱDOC_naturalと、強制対流による熱損失量ＱDOC_forcedとの総和（ＱDOC_lost＝ＱDOC_natural＋ＱDOC_forced）と仮定することができる。
【００３８】
自然対流による熱損失量ＱDOC_naturalは、以下の数式４に基づいて演算される。
【００３９】
【数４】
2015059474.tif 000006
【００４０】
数式４において、Ａs_DOCはＤＯＣ１５の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＯＣ１５が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。ＴDOC_brickはＤＯＣ１５の内部温度であって、ＤＯＣ入口排気温度ＴDOC_inとＤＯＣ出口排気温度ＴDOC_outとの平均値として取得される。Ｔambientは外気温度であって、外気温度センサ３６で取得される。ｈn_DOCは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式５から得られる。
【００４１】
【数５】
2015059474.tif 000007
【００４２】
数式５において、ｋは空気の熱伝導率を示している。Ｌn_DOCはＤＯＣ１５の代表長さであって、ＤＯＣ１５の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕn_DOCは、自然対流のヌセルト数を示している。
【００４３】
一般的に、ＤＯＣ１５は円柱状であって、さらにＤＯＣ１５を収容する触媒ケース１４ａは略円筒状に形成されている。そのため、ＤＯＣ１５内で発生した酸化熱は、これらＤＯＣ１５や触媒ケース１４ａの円筒外周面の全面を介して外気に放熱されると考えられる。自然対流による放熱が、軸心を水平方向に向けた円筒外周面の全面から伝わると仮定すると、ヌセルト数Ｎｕn_DOCは、グラスホス数：Ｇｒ、プラントル数：Ｐｒとする以下の数式６から得られる。
【００４４】
【数６】
2015059474.tif 000008
【００４５】
強制対流による熱損失量ＱDOC_forcedは、以下の数式７に基づいて演算される。
【００４６】
【数７】
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【００４７】
数式７において、Ａf_DOCはＤＯＣ１５の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＯＣ１５が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。ｈf_DOCは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式８から得られる。
【００４８】
【数８】
2015059474.tif 000010
【００４９】
数式８において、Ｌf_DOCはＤＯＣ１５の代表長さであって、ＤＯＣ１５の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕf_DOCは、強制対流のヌセルト数を示している。
【００５０】
図３に示すように、一般的にＤＯＣ１５を収容した触媒ケース１４ａは車体のシャシフレームＳの下部に固定され、その前方には変速機ＴＭ等が配置されている。そのため、走行時に車体前方から下部に流れ込む走行風は、ＤＯＣ１５（又は、触媒ケース１４ａ）の下面部にのみ影響を与える平板上の乱流と仮定することができる。すなわち、強制対流のヌセルト数Ｎｕf_DOCは、平板上の乱流熱伝達式を解いて導かれる以下の数式９から得られる。
【００５１】
【数９】
2015059474.tif 000011
【００５２】
数式９において、Ｒｅはレイノルズ数を示している。レイノルズ数Ｒｅは、空気の平均速度：ｖ、空気密度：ρ、ＤＯＣ１５の代表長さ：Ｌf_DOC、動粘性係数：μとする以下の数式１０から得られる。
【００５３】
【数１０】
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【００５４】
ＤＯＣ発熱率演算部４２は、上述の数式２に基づいて演算した上流側の排気エネルギＱDOC_inと、上述の数式３に基づいて演算した下流側の排気エネルギＱDOC_outとの排気エネルギ差に、上述の数式４〜１０に基づいて演算した熱損失量ＱDOC_lostを加算することで、強制再生時におけるＤＯＣ１５内のＨＣ実発熱量ＣDOC_actを演算する。そして、ＨＣ実発熱量ＣDOC_actを排気管内噴射（又はポスト噴射）の理論発熱量ＣDOC_theoで除算することで、ＤＯＣ１５内でのＨＣ実発熱率ＣDOC_act%を演算するように構成されている（ＣDOC_act%＝ＣDOC_act／ＣDOC_theo）。理論発熱量ＣDOC_theoは、排気管内噴射量（又はポスト噴射量）ＨＣinj_qtyにＨＣの理論発熱率Ｃtheo%を乗算することで得られる（ＣDOC_theo＝ＨＣinj_qty・Ｃtheo%）。
【００５５】
ＨＣスリップ量演算部４３は、ＤＯＣ発熱率演算部４２で演算されたＨＣ実発熱率ＣDOC_act%及び、排気管内噴射量（又はポスト噴射量）ＨＣinj_qtyに基づいて、ＤＯＣ１５で酸化されずに下流側のＤＰＦ１６に流れ込む未燃焼ＨＣのスリップ量ＨＣslp_qtyを演算する。スリップ量ＨＣslp_qtyは、排気管内噴射量ＨＣinj_qtyにＨＣ実発熱率ＣDOC_act%を乗算することで得られる（ＨＣslp_qty＝ＨＣinj_qty×（１−ＣDOC_ACT%））。
【００５６】
ＤＰＦ発熱率演算部４４は、本発明の第３浄化率演算手段の一例であって、強制再生時にＤＯＣ１５をスリップしてＤＰＦ１６に流れ込んだＨＣの発熱率（浄化率）を演算する。以下、ＤＰＦ１６内のＨＣ発熱率の詳細な演算手順を説明する。
【００５７】
図２に示すように、ＤＯＣ１５をスリップしてＤＰＦ１６で酸化されるＨＣの実発熱量ＣDPF_actは、ＤＰＦ１６の上流側の排気エネルギＱDPF_inと下流側の排気エネルギＱDPF_outとの排気エネルギ差に、ＤＰＦ１６から外気に放出される熱損失量ＱDPF_lostを加算することで得られる。
【００５８】
上流側の排気エネルギＱDPF_inは、以下の数式１１に基づいて演算され、下流側の排気エネルギＱDPF_outは以下の数式１２に基づいて演算される。
【００５９】
【数１１】
2015059474.tif 000013
【００６０】
【数１２】
2015059474.tif 000014
【００６１】
数式１１，１２において、ＴDPF_inはＤＰＦ入口排気温度であって、ＤＯＣ出口温度センサ１８で取得される。ＴDPF_outはＤＰＦ出口排気温度であって、ＤＰＦ出口温度センサ１９で取得される。なお、ＤＰＦ出口排気温度ＴDPF_outは、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されてもよい。
【００６２】
熱損失量ＱDPF_lostは、自然対流による熱損失量ＱDPF_naturalと、強制対流による熱損失量ＱDPF_forcedとの総和（ＱDPF_lost＝ＱDPF_natural＋ＱDPF_forced）と仮定することができる。
【００６３】
自然対流による熱損失量ＱDPF_naturalは、以下の数式１３に基づいて演算される。
【００６４】
【数１３】
2015059474.tif 000015
【００６５】
数式１３において、Ａs_DPFはＤＰＦ１６の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＰＦ１６が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。ＴDPF_brickはＤＰＦ１６の内部温度であって、ＤＰＦ入口排気温度ＴDPF_inとＤＰＦ出口排気温度ＴDPF_outとの平均値として取得される。ｈn_DPFは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式１４から得られる。
【００６６】
【数１４】
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【００６７】
数式１４において、Ｌn_DPFはＤＰＦ１６の代表長さであって、ＤＰＦ１６の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕn_DPFは、自然対流のヌセルト数であって、上述の数式５と同様に、ＤＰＦ１６や触媒ケース１４ａの円筒外周面の全面から放熱されると仮定すると、以下の数式１５から得ることができる。
【００６８】
【数１５】
2015059474.tif 000017
【００６９】
強制対流による熱損失量ＱDPF_forcedは、以下の数式１６に基づいて演算される。
【００７０】
【数１６】
2015059474.tif 000018
【００７１】
数式１６において、Ａf_DPFはＤＰＦ１６の外周面（又は、触媒ケース１４ａのＤＰＦ１６が設けられた部分の外周面）の有効面積を示している。ｈf_DPFは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式１７から得られる。
【００７２】
【数１７】
2015059474.tif 000019
【００７３】
数式１７において、Ｌf_DPFはＤＰＦ１６の代表長さであって、ＤＰＦ１６の容量等に応じて適宜設定される。Ｎｕf_DPFは、強制対流のヌセルト数であって、上述の数式８と同様に、強制対流がＤＰＦ１６（又は、触媒ケース１４ａ）の下面部にのみ影響を与える平板上の乱流と仮定すると、以下の数式１８から得ることができる。
【００７４】
【数１８】
2015059474.tif 000020
【００７５】
数式１８のレイノルズ数Ｒｅは、空気の平均速度：ｖ、空気密度：ρ、ＤＰＦ１６の代表長さ：Ｌf_DPF、動粘性係数：μとする以下の数式１９から得られる。
【００７６】
【数１９】
2015059474.tif 000021
【００７７】
ＤＰＦ発熱率演算部４４は、上述の数式１１に基づいて演算した上流側の排気エネルギＱDPF_inと、上述の数式１２に基づいて演算した下流側の排気エネルギＱDPF_outとの排気エネルギ差に、上述の数式１３〜１９に基づいて演算した熱損失量ＱDPF_lostを加算することで、ＤＰＦ１６内のＨＣ実発熱量ＣDPF_actを演算する。そして、ＨＣ実発熱量ＣDPF_actをＤＯＣ１５からスリップしたＨＣの理論発熱量ＣDPF_theoで除算することで、ＤＰＦ１６内でのＨＣ実発熱率ＣDPF_act%を演算するように構成されている（ＣDPF_act%＝ＣDPF_act／ＣDPF_theo）。理論発熱量ＣDPF_theoは、スリップ量ＨＣslp_qtyにＨＣの理論発熱率Ｃtheo%を乗算することで得られる（ＣDPF_theo＝Ｃslp_qty×Ｃtheo%）。
【００７８】
ＳＣＲ浄化率判定部４５は、本発明の判定手段の一例であって、ＮＯｘ浄化率演算部４１で演算される低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%及び、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%に基づいて、ＳＣＲ２２におけるＮＯｘ浄化率の低下を判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた、ＳＣＲ２２に流入する排気中のＮＯ及びＮＯ2がＤＯＣ１５を正常とした場合のＮＯｘ浄化率閾値ＮＣSTD%（例えば、図４の実線）が記憶されている。ＳＣＲ浄化率判定部４５は、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%とＮＯｘ浄化率閾値ＮＣSTD%との差ΔＮＣLOW%及び、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%とＮＯｘ浄化率閾値ＮＣSTD%との差ΔＮＣHIGH%が所定の上限閾値ΔＮＣMAXに達すると、これら低温側及び高温側のＮＯｘ浄化率を低下と判定する。
【００７９】
ＤＯＣ浄化率判定部４６は、発明の判定手段の一例であって、ＤＯＣ発熱率演算部４２で演算されるＨＣ実発熱率ＣDOC_act%に基づいて、ＤＯＣ１５におけるＨＣ浄化率の低下を判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた、ＤＯＣ１５内で所定量のＨＣが略完全に酸化した場合のＨＣ発熱率閾値ＣDOC_STD%が記憶されている。ＤＯＣ浄化率判定部４６は、ＨＣ実発熱率ＣDOC_act%とＨＣ発熱率閾値ＣDOC_STD%との差ΔＣDOC_%が所定の上限閾値ΔＣMAXに達すると、ＤＯＣ１５のＨＣ浄化率を低下と判定する。
【００８０】
ＤＰＦ浄化率判定部４７は、発明の判定手段の一例であって、ＤＰＦ発熱率演算部４４で演算されるＨＣ実発熱率ＣDPF_act%に基づいて、ＤＰＦ１６におけるＨＣ浄化率の低下を判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた、ＤＰＦ１６内で所定量のＨＣが略完全に酸化した場合のＨＣ発熱率閾値ＣDPF_STD%が記憶されている。ＤＰＦ浄化率判定部４７は、ＨＣ実発熱率ＣDPF_act%とＨＣ発熱率閾値ＣDPF_STD%との差ΔＣDPF_%が所定の上限閾値ΔＣMAXに達すると、ＤＰＦ１６のＨＣ浄化率を低下と判定する。
【００８１】
劣化判定部４８は、本発明の判定手段の一例であって、ＳＣＲ浄化率判定部４３によるＳＣＲ２２のＮＯｘ浄化率の判定結果、ＤＯＣ浄化率判定部４６によるＤＯＣ１５のＨＣ浄化率の判定結果及び、ＤＰＦ浄化率判定部４７によるＤＰＦ１６のＨＣ浄化率の判定結果に基づいて、ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能の劣化を判定する。以下、詳細な劣化の判定手順を説明する。
【００８２】
一般的に、ＳＣＲ２２においては、上流側に配置されたＤＯＣ１５又はＤＰＦ１６のＮＯ酸化能力（ＮＯ2生成性能）が低下すると、図４に示すように、特に低温域（例えば、約１８０〜２８０度）でＮＯｘ浄化性能が低下する一方、高温域（例えば、約２８０度以上）ではＮＯｘ浄化性能は低下しない傾向がある。すなわち、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%が低下しても、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%が低下していない場合は、ＳＣＲ２２自体は正常と推定される。
【００８３】
また、一般的に、ＤＯＣ１５においては、図５（ａ）に示すように、ＮＯ2生成性能が低下すると、図５（ｂ）に示すように、ＨＣ酸化能力（ＨＣ浄化率）も同様に低下する傾向がある。すなわち、ＤＯＣ１５の劣化によりＨＣ実発熱率ＣDOC_act%が低下している場合は、付随的にＮＯ2生成性能も低下していると推定される。同様に、ＤＰＦ１６においても、ＨＣ実発熱率ＣDPF_act%が低下した場合は、ＮＯ2生成性能も付随して低下していると推定される。
【００８４】
すなわち、〔条件１〕低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%が低下、〔条件２〕高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%が正常の２条件が成立する場合は、ＳＣＲ２２自体は正常であり、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%の悪化は、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能の低下が要因と考えることができる。
【００８５】
劣化判定部４８は、上述の〔条件１〕，〔条件２〕に加え、〔条件３〕ＤＯＣ１５又はＤＰＦ１６の少なくとも一方のＨＣ浄化率（ＨＣ実発熱率）が低下する３条件が成立した場合は、ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６を含む前段後処理装置１４のＮＯ2生成性能を正常と判定する。一方、上述の〔条件１〕，〔条件２〕に加え、〔条件３〕ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６の何れのＨＣ浄化率（ＨＣ実発熱率）も低下する３条件が成立した場合は、ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能を劣化と判定する。以下、詳細な判定の組み合わせを表１に示す。
【００８６】
【表１】
2015059474.tif 000022
【００８７】
次に、図６に基づいて、本実施形態の診断装置による制御フローを説明する。
【００８８】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、ＳＣＲ入口温度センサ２３で取得されるＳＣＲ入口排気温度ＴSCR_inが低温判定温度と高温判定温度（例えば、１８０〜２８０度）の範囲内にあるか否かが判定される。ＳＣＲ入口排気温度ＴSCR_inが低温判定温度と高温判定温度（例えば、１８０〜２８０度）の範囲内にある場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１１０に進み、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%が演算される。
【００８９】
Ｓ１２０では、ＳＣＲ２２の低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%が低下しているか否かが判定される。低下していない場合（Ｎｏ）は、排気中のＮＯに対するＮＯ2量が多いと推定されるため、Ｓ２５０でＤＯＣ１５又はＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能を正常と判定してリターンされる。一方、低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%が低下している場合は、Ｓ１３０に進み、ＤＰＦ１６の強制再生が開始されたか否かが判定される。
【００９０】
ＤＰＦ１６の強制再生が開始された場合は、Ｓ１４０で、ＳＣＲ入口排気温度ＴSCR_inが高温判定温度（例えば、２８０度）を超えたか否かが判定される。高温判定温度（例えば、２８０度）を超えた場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１５０に進み、ＳＣＲ２２の高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%が演算される。
【００９１】
Ｓ１６０では、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%が低下しているか否かが判定される。低下している場合（Ｙｅｓ）は、低温側浄化率及び高温側浄化率共に低下しており、ＳＣＲ２２の劣化等が推定されるため、Ｓ１７０でＳＣＲ２２を異常と判定してリターンされる。
【００９２】
一方、高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%が低下していない場合（Ｎｏ）は、〔条件１〕低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%が低下、〔条件２〕高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%が正常の２条件が成立するため、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能を判定すべくＳ２００に進む。
【００９３】
Ｓ２００では、ＤＯＣ１５のＨＣ実発熱率ＣDOC_act%が演算され、Ｓ２１０では、ＤＯＣ１５のＨＣ実発熱率ＣDOC_act%（ＨＣ浄化率）が低下しているか否かが判定される。低下していない場合（Ｎｏ）は、Ｓ２５０でＤＯＣ１５のＮＯ2生成性能を正常と判定してリターンされる。一方、低下している場合（Ｙｅｓ）は、下流側のＤＰＦ１６にＨＣがスリップしている状態のため、Ｓ２２０に進んでＤＰＦ１６のＨＣ実発熱率ＣDPF_act%が演算される。
【００９４】
Ｓ２３０では、ＤＰＦ１６のＨＣ実発熱率ＣDPF_act%（ＨＣ浄化率）が低下しているか否かが判定される。低下していない場合（Ｎｏ）は、Ｓ２５０でＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能を正常と判定してリターンされる。一方、低下している場合（Ｙｅｓ）は、〔条件１〕，〔条件２〕に加え、〔条件３〕ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６の何れのＨＣ浄化率（ＨＣ実発熱率）も低下する３条件が成立するため、Ｓ２４０でＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能を劣化と判定してリターンされる。
【００９５】
次に、本実施形態に係る診断装置による作用効果を説明する。
【００９６】
ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６の下流側のＮＯ2値をＮＯｘセンサで直接的に検出することは困難なため、ＮＯｘセンサのセンサ値から排気中のＮＯ2値を推定する従来の手法では、運転状態の変化の影響を受けて劣化診断を高精度に行えない可能性がある。
【００９７】
これに対し、本実施形態の診断装置では、ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能は、〔条件１〕ＳＣＲ２２の低温側ＮＯｘ浄化率ＮＣLOW%、〔条件２〕ＳＣＲ２２の高温側ＮＯｘ浄化率ＮＣHIGH%、〔条件３〕ＤＯＣ１５のＨＣ実発熱率ＣDOC_act%又はＤＰＦ１６のＨＣ実発熱率ＣDPF_act%の３条件に基づいて診断される。すなわち、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６を通過した排気中のＮＯ2値を推定することなく、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６の劣化診断を行えるように構成されている。
【００９８】
したがって、本実施形態の診断装置によれば、運転状態の変化の影響等を受けることなく、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６のＮＯ2生成性能を高精度に診断することができる。
【００９９】
また、本実施形態の診断装置では、ＤＯＣ１５及びＤＰＦ１６のＨＣ浄化率は、上流側及び下流側の排気エネルギ差に外気への熱損失量を加算して得られるＨＣ実発熱量に基づいて判定される。すなわち、上流側及び下流側の排気エネルギ差にのみ基づいてＨＣ発熱量を演算する構成に比べ、外気への熱損失量を考慮することで、ＨＣ発熱率を高精度に演算できるように構成されている。
【０１００】
したがって、本実施形態の診断装置によれば、ＤＯＣ１５やＤＰＦ１６のＨＣ発熱率の低下を高精度に判定することが可能となり、ＮＯ2生成性能の劣化を確実に診断することができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【０１０２】
例えば、劣化診断はＤＰＦ１６の強制再生時に行われるものとして説明したが、強制再生時以外に行ってもよい。この場合は、排気管内噴射（又は、ポスト噴射）をＤＰＦ１６のＰＭ堆積量に関係なく実行すればよい。また、ＤＰＦ１６の劣化診断は、ＤＯＣ１５からＨＣがスリップしている場合に行われるものとして説明したが、ＤＯＣ１５が劣化していない場合も行うように構成してもよい。この場合は、排気管内噴射（又は、ポスト噴射）の噴射量を増加させて、ＤＯＣ１５からＨＣを意図的にスリップさせればよい。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  エンジン
１３  排気管内噴射装置
１４  前段後処理装置
１４ａ  触媒ケース
１５  ＤＯＣ（酸化触媒）
１６  ＤＰＦ（フィルタ）
２０  後段後処理装置
２２  ＳＣＲ（選択的還元触媒）
４０  ＥＣＵ
４１  ＮＯｘ浄化率演算部（第１浄化率演算手段）
４２  ＤＯＣ発熱率演算部（第２浄化率演算手段）
４３  ＨＣスリップ量演算部
４４  ＤＰＦ発熱率演算部（第３浄化率演算手段）
４５  ＳＣＲ浄化率判定部（判定手段）
４６  ＤＯＣ浄化率判定部（判定手段）
４７  ＤＰＦ浄化率判定部（判定手段）
４８  劣化判定部（判定手段）
【図１】
2015059474.tif 000023
【図２】
2015059474.tif 000024
【図３】
2015059474.tif 000025
【図４】
2015059474.tif 000026
【図５】
2015059474.tif 000027
【図６】
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