(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガス中の有害成分を浄化する排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒の劣化状態を検出する触媒劣化検出装置において、
（ａ）前記触媒よりも上流側の排気温度を計測する上流排気温度センサと、
（ｂ）前記触媒よりも下流側の排気温度を計測する下流排気温度センサと、
（ｃ）前記上下流排気温度を除くその他のエンジン情報を検出するエンジン情報検出手段と、
（ｄ）前記上下流排気温度および前記その他のエンジン情報に基づいて、前記触媒ケース内で可燃物が前記触媒と反応して発生する、可燃物の発熱量を推定し、この推定した可燃物の発熱量が判定値よりも小さい時に、前記触媒が劣化状態にあると判定する触媒劣化判定手段と
を備え、
前記触媒ケース内で発生する可燃物が前記触媒と反応して生じる発熱量は、前記触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量として推定し、
前記その他のエンジン情報とは、大気温度または外気温度であり、
前記可燃物単位流量当たりの発熱量は、前記上下流排気温度の温度差を変数とする関数、および前記上流または下流排気温度と大気温度または外気温度との温度差を変数とする関数により求められることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒劣化検出装置において、
前記可燃物単位流量当たりの発熱量とは、触媒浄化率と可燃物の発熱量とを掛け合わせた値であることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項３】
エンジンの排気ガス中の有害成分を浄化する排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒の劣化状態を検出する触媒劣化検出装置において、
（ａ）前記触媒よりも上流側の排気温度を計測する上流排気温度センサと、
（ｂ）前記触媒よりも下流側の排気温度を計測する下流排気温度センサと、
（ｃ）前記上下流排気温度を除くその他のエンジン情報を検出するエンジン情報検出手段と、
（ｄ）エンジンの排気ガス中の可燃物排出量が異なる２つの第１、第２運転モードを所定時間に亘って交互に行う運転モード切替手段と、
（ｅ）前記上下流排気温度および前記その他のエンジン情報に基づいて、前記触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量を前記２つの第１、第２運転モードに応じてそれぞれ推定し、これらの推定した前記第１運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量と前記第２運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量との差が判定値よりも小さい時に、前記触媒が劣化状態にあると判定する触媒劣化判定手段と
を備え、
前記その他のエンジン情報とは、大気温度または外気温度であり、
前記可燃物単位流量当たりの発熱量は、前記上下流排気温度の温度差を変数とする関数、および前記上流または下流排気温度と大気温度または外気温度との温度差を変数とする関数により求められることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれかに記載の触媒劣化検出装置において、
前記可燃物単位流量当たりの発熱量の推定には、吸入空気流量または排気ガス流量と車両の走行速度とによって補正される過程があることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれかに記載の触媒劣化検出装置において、
前記可燃物単位流量当たりの発熱量の推定は、前記エンジンの定常運転状態または準定常運転状態において実行されることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれかに記載の触媒劣化検出装置において、
前記可燃物単位流量当たりの発熱量とは、触媒浄化率と可燃物の発熱量とを掛け合わせた値であることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれかに記載の触媒劣化検出装置において、
前記上流または下流排気温度センサとして、前記上流または下流排気温度によって生じる評価関数誤差が±１５％以下のサーミスタあるいは金属抵抗からなる高精度型の排気温度センサを用いたことを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項８】
請求項３に記載の触媒劣化検出装置において、
前記エンジンは、直接噴射式ディーゼルエンジンであり、
前記直接噴射式ディーゼルエンジンの排気ガス中の可燃物濃度の変更は、メイン噴射のみを行う第１運転条件と、メイン噴射およびこのメイン噴射よりも所定のクランク角度だけ遅れた燃料噴射であるポスト噴射を行う第２運転条件との切り替えによって成されることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の触媒劣化検出装置において、
前記触媒は、前記直接噴射式ディーゼルエンジンの排気ガス中の有害成分のうちの炭化水素（ＨＣ）を酸化する酸化触媒または三元触媒で、
前記触媒ケースは、前記直接噴射式ディーゼルエンジンより排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタの表面に前記触媒を担持した構成であることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス中の有害成分を浄化する排気ガス浄化装置に関するもので、特にディーゼルエンジンの排気ガス中の可燃物（ＨＣ）を酸化させる触媒の劣化状態を精度良く検出して警報を発する触媒劣化検出装置および触媒劣化警報装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガソリンエンジンにおいては、酸素濃度センサを用いて三元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定方法が実用化されているが、ディーゼルエンジンは理論混合気よりリーンの領域を使って運転されるため、ガソリンエンジンと同様の触媒劣化判定方法を用いることができない。また、炭化水素（ＨＣ）センサを使用して触媒の劣化状態を判定する方法も提案されているが、実用できるに足る炭化水素センサが未だ開発されていない。あるいは、実用化されたとしてもその検出機構より推定して高価な装置となると思われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
触媒コンバータの上下流の排気温度センサの温度差を用いて触媒の劣化状態を判定する触媒劣化判定方法は、元々触媒容器に取り付けられている排気温度センサを用いることができるので、非常に安価であり、特許第２５９３５０６号公報により提案されているが、エンジンとして使用されるあらゆる運転モードにおいて誤検出なく実用できなければならないことや、使用する排気温度センサの有する計測誤差を許容したとしても誤検出なく検出することが必要であることを考慮すると、未だ実用に至ってないという問題があった。また、特開平３−５０３１５号公報には、触媒コンバータ内の排気温度検出位置を工夫して精度を上げようとしたものや、特開平７−１８０５３６号公報には、２つの排気温度センサの出力を特定の条件において互いに補正し排気温度センサの計測誤差の影響を減じる方法が述べられているが、上記の課題を解決するためには未だ不十分であった。
【０００４】
ここで、図１１はエミッションモード運転領域において触媒コンバータに流入する可燃物（ＨＣ）の濃度と触媒浄化率（η）を変えて実験し、上下流排気温度の温度差（℃）と単位時間当たりの可燃物（ＨＣ）流量（ｇ／ｈｒ）と触媒浄化率（η）との関係を示したグラフである。この場合の上下流排気温度の計測は高精度で行っており、排気温度センサの計測誤差は無視できるにも拘らず、この図１１からも分かるように、単に上下流排気温度の温度差のみで、触媒の劣化状態を判定することは難しく、排気温度センサの計測誤差を考慮すると全く不可能であると言える。さらに、述べれば、ディーゼルエンジンより排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと言う）に、可燃物（ＨＣ）を酸化させる触媒を担持して直接噴射式ディーゼルエンジンに用いる場合には、ＤＰＦ内の触媒温度を計測することは困難となるので、ＤＰＦの上下流排気温度の温度差から触媒の劣化を検出する必要があり、これを前提にした高精度で、且つ安価な触媒劣化検出装置の出現が望まれている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、触媒ケース内で発生する可燃物の発熱量、あるいは触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量を推定することにより、触媒の劣化状態を精度良く検出することのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。また、排気温度センサの計測誤差の影響を排除して、より精度の高い触媒の劣化状態を検出することのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、上下流排気温度およびその他のエンジン情報に基づいて、排気ガス浄化装置の触媒ケース内で可燃物が触媒と反応して発生する、可燃物の発熱量を推定し、その推定した可燃物の発熱量が判定値よりも小さい時に、触媒が劣化状態にあると判定することにより、排気ガス浄化装置の触媒ケースに装着された触媒の劣化状態を精度良く検出することができる。これにより、高精度で且つ安価な触媒劣化検出装置を提供することができる。
また、排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量は、触媒ケースを有する排気ガス浄化装置の熱移動モデルを考え、この熱移動モデルから上下流排気温度の温度差を変数とする関数、および上流または下流排気温度と大気温度または外気温度との温度差を変数とする関数により求められることにより、排気ガス浄化装置の触媒ケース内で発生する可燃物単位流量当たりの発熱量を精度良く推定でき、可燃物単位流量当たりの発熱量が判定値よりも小さい時に触媒の劣化状態であると判定できる。
【０００７】
請求項１および請求項２に記載の発明によれば、排気ガス浄化装置の触媒ケース内で発生する可燃物が触媒と反応して生じる発熱量は、触媒浄化率と可燃物の発熱量とを掛け合わせた値であり、排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量として推定することにより、可燃物濃度を正確に制御して、可燃物単位流量当たりの発熱量を推定すれば触媒浄化率を精度良く求めることができる。例えば５０％等の触媒浄化率線を境に高浄化のプロットと低浄化のプロットとが精度良く区別でき、触媒の劣化状態の判定が可能となる。
【０００８】
請求項３に記載の発明によれば、エンジンの排気ガス中の可燃物排出量が異なる２つの第１、第２運転モードを所定時間に亘って交互に行う運転モード切替手段を備え、上下流排気温度およびその他のエンジン情報に基づいて、触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量を２つの第１、第２運転モードに応じてそれぞれ推定し、これらの推定した第１運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量と第２運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量との差が判定値よりも小さい時に、触媒が劣化状態にあると判定することにより、排気ガス浄化装置の触媒ケースに装着された触媒の劣化状態を精度良く検出することができる。この場合には、同じ排気温度センサにより計測した２点間の排気温度を減算して温度差を求めるため、排気温度センサの計測誤差の影響はほぼ相殺され、より精度の高い判定が可能となる。
【０００９】
また、排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量は、触媒ケースを有する排気ガス浄化装置の熱移動モデルを考え、この熱移動モデルから上下流排気温度の温度差を変数とする関数、および上流または下流排気温度と大気温度または外気温度との温度差を変数とする関数により求められることにより、排気ガス浄化装置の触媒ケース内で発生する可燃物単位流量当たりの発熱量を精度良く推定でき、可燃物単位流量当たりの発熱量が判定値よりも小さい時に触媒の劣化状態であると判定できる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量の推定、すなわち、上下流排気温度の温度差を変数とする関数、上流または下流排気温度と大気温度または外気温度との温度差を変数とする関数には、吸入空気流量または排気ガス流量と車両の走行速度とによって補正される過程があることを特徴としている。また、請求項５に記載の発明によれば、排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量の推定は、エンジンの定常運転状態または準定常運転状態において実行されることを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の発明によれば、排気ガス浄化装置の触媒ケース内に装着された触媒に供給される可燃物単位流量当たりの発熱量とは、触媒浄化率と可燃物の発熱量とを掛け合わせた値であることを特徴としている。また、請求項７に記載の発明によれば、上流または下流排気温度センサとして、上流または下流排気温度によって生じる評価関数誤差が±１５％以下のサーミスタあるいは金属抵抗からなる高精度型の排気温度センサを用いたことを特徴としている。これにより、評価関数の誤差を±２１％以下に抑えることができ、単位時間当たりの可燃物（ＨＣ）流量５０ｇ／ｈｒを与えて触媒浄化率８０％の触媒を５０％以上の正常な状態であると判定することができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明によれば、直接噴射式ディーゼルエンジンの排気ガス中の可燃物濃度の変更は、メイン噴射のみを行う第１運転条件と、メイン噴射およびこのメイン噴射よりも所定のクランク角度だけ遅れた燃料噴射であるポスト噴射を行う第２運転条件との切り替えによって成されることを特徴としている。また、請求項９に記載の発明によれば、触媒は、直接噴射式ディーゼルエンジンの排気ガス中の有害成分のうちの炭化水素（ＨＣ）を酸化する酸化触媒または三元触媒である。そして、排気ガス浄化装置の触媒ケースは、直接噴射式ディーゼルエンジンより排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタの表面に触媒を担持した構成であることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施例の構成］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１ないし図１０は本発明の実施例を示したもので、図１はディーゼルエンジン制御システムの全体構成を示した図である。
【００１４】
本実施例のディーゼルエンジン制御システムは、自動車用エンジン、特にディーゼルエンジン（以下エンジンと略す）１の各気筒の燃焼室内に燃料を噴射供給するためのコモンレール式燃料噴射装置と、エンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の酸化を行い、無害な二酸化炭素（ＣＯ2 ）および水蒸気（Ｈ2 Ｏ）に清浄化するディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置（排気浄化装置：以下触媒コンバータと呼ぶ）２と、エンジンの排気ガス中の可燃物（ＨＣ）を酸化する触媒の劣化状態を検出し、その触媒が劣化状態である時に警報ランプ４１を用いて警報を発する触媒劣化検出装置および触媒劣化警報装置とを備えている。エンジン１は、シリンダヘッドとピストンの頂部との間に形成された単一の燃焼室内へ高圧燃料を噴射し、噴霧束および空気渦流によって混合させる直接噴射式ディーゼルエンジンである。
【００１５】
ディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置は、エンジン１の運転状態、自動車の走行状態およびドライバーの操作量を各種センサにより検出して、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３に伝えて、各種センサからの情報により最適な噴射量および噴射時期を演算し、それぞれ制御するアクチュエータに指令するように構成されている。ここで、コモンレール式燃料噴射装置の燃料配管系には、自動車に搭載された燃料タンク４内の燃料を燃料フィルタ５を介して汲み上げるフィードポンプを内蔵し、このフィードポンプにより吸い出された燃料を加圧して高圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプ（高圧供給ポンプ）６と、この高圧供給ポンプ６より圧送された高圧燃料を蓄圧する蓄圧室であるコモンレール７とが配設されている。
【００１６】
そして、高圧供給ポンプ６に取り付けられたアクチュエータとしての調量用電磁弁８は、ＥＣＵ３からの制御信号により電子制御されることにより、高圧供給ポンプ６から配管を経てコモンレール７への高圧燃料の圧送量を調整することで、燃料噴射圧力（コモンレール圧力）を変更する。ここで、燃料タンク４内の燃料は、高圧供給ポンプ６によって吸引され燃料フィルタ５を通り高圧供給ポンプ６に至り、コモンレール７に加圧、供給される。コモンレール７内の燃料圧力は、コモンレール７に装着された燃料圧力センサ２０により検出し、運転状態に応じてＥＣＵ３より高圧供給ポンプ６に装着された調量用電磁弁８を制御して調圧される。
【００１７】
さらに、高圧燃料は、配管を通り、エンジン１の各気筒の燃焼室直上に取り付けられた複数個の燃料噴射弁（以下インジェクタと言う）９に分配される。各インジェクタ９は、配管を介してコモンレール７に接続されて、ＥＣＵ３が、アクセル開度センサ１９のアクセル開度信号（ＡＣＣＰ）から算出したエンジン要求トルク（Ｔ）とエンジン回転数（Ｎｅ）に基づいて求めた指令信号により、所定の噴射時期（θ）において、所定の噴射量（ｑｆ）の高圧燃料をエンジン１の各気筒毎の燃焼室内に噴射し、最適な燃焼をさせる。
【００１８】
ここで、本実施例では、エンジン仕事を発生させるための燃焼に使われ、上死点（ＴＤＣ）近傍で噴射されるメイン噴射とは別に、図２（ａ）に示すようなクランク角度の遅い噴射タイミングで燃料噴射するポスト噴射を行うことによって、排気温度を上げると共に、未燃ＨＣを後述するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２１に送り、ＤＰＦ表面の触媒と反応させて更に排気温度を上げ、後述するパティキュレート（ＰＭ）が急速に酸化、燃焼する温度以上にＤＰＦ温度を上げてＤＰＦの再生処理を行うようにしている。また、上死点近傍で噴射されるメイン噴射とは別に、上死点後２０〜５０°ＣＡのクランク角度で追加して燃料噴射させるポスト噴射を行うことによって、噴射した燃料が膨張行程中に燃焼するため、燃焼が不安定となり、未燃ＨＣを多く排出する。この現象を利用して排気ガス中の可燃物（ＨＣ）濃度をメイン噴射のみの運転モードと比べて高く設定することもできる。
【００１９】
一方、エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ１０から取り込まれ、ターボチャージャー１１により加圧され、インタクーラ１２、吸気絞り弁（スロットルバルブ）１３を通り、各気筒の吸気管に至り、エンジン１に吸入される。エンジン１内の燃焼により生成した排気ガスは排気管に排出される。そして、排気管に排出された排気ガスは、ターボチャージャー１１のところで吸入空気を加圧する仕事をした後に排出され、触媒が担持されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと言う）２１を内蔵した触媒コンバータ２を通って大気に放出される。
【００２０】
ここで、本実施例のディーゼルエンジン制御システムは、エンジン１の排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気管内の吸気通路へ再循環させるようにして、排気ガス中に含まれる有害物質（例えば窒素酸化物：ＮＯｘ）の低減を図るための排気ガス再循環装置を備えている。したがって、排気ガスの一部は、ＥＧＲクーラ１４、ＥＧＲバルブ１５を通り、吸気管に再循環（還流）される。この排気再循環ガス（ＥＧＲガス）の流量は、複数のエンジン情報がＥＣＵ３に集められ、ＥＣＵ３がそれらの信号に基づいて最適なＥＧＲガス流量を求め、ＥＧＲバルブ１５と吸気絞り弁１３を調節することにより制御される。さらに、排気管に装着した酸素濃度センサ１８からの信号により目標Ｏ2 濃度になるようにＥＧＲバルブ１５の開度をフィードバック制御して微調整している。
【００２１】
次に、本実施例の触媒コンバータ２の構造を図１および図２に基づいて簡単に説明する。ここで、図２（ｂ）は触媒コンバータ２の詳細を示した図である。
【００２２】
触媒コンバータ２は、触媒が担持されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと言う）２１が排気通路を構成する金属製の触媒ケース（触媒容器）２２に保持されている。ＤＰＦ２１は、エンジン１から排出される微粒子（主成分はカーボンスーツと未燃燃料、オイル等の高分子炭化水素（ＨＣ））であるパティキュレート（以下ＰＭと言う）を捕集する、多孔質のセラミックからなり表面に触媒をコートしたウォールフロータイプのものである。なお、ＤＰＦ２１として、セラミック系のハニカムフィルタ、フォームフィルタ、ファイバーフィルタ等を用いても良い。また、金属系フィルタを用いても良い。
【００２３】
その触媒ケース２２には、後述する第１排気温度センサ２３が取り付けられる円錐台筒状の上流側部、内部にＤＰＦ２１を保持する円筒状の収容保持部、および後述する第２排気温度センサ２４が取り付けられる円錐台筒状の上流側部が設けられている。なお、排気ガスは矢印の方向に流れる。そして、ＤＰＦ２１の上下流の位置に圧力を検出する導孔が空いており、それぞれ配管２８、２９により上下流差圧センサ（上下流差圧検出手段）２６に接続され、ＤＰＦ２１の上流圧力（Ｐｕ）と下流圧力（Ｐｄ）が伝えられる。
【００２４】
そして、ＤＰＦ２１の直上流には、ＤＰＦ２１よりも上流排気温度を測定する第１排気温度センサ（上流排気温度センサ）２３が装着され、且つＤＰＦ２１の直下流には、ＤＰＦ２１よりも下流排気温度を測定する第２排気温度センサ（下流排気温度センサ）２４が装着されて、各排気温度センサ２３、２４からはＥＣＵ３にＤＰＦ２１の上流、下流排気温度信号が送られる構成となっている。また、ＤＰＦ２１の上下流には、圧力を取り出す穴が開口しており、配管を介して上下流差圧センサ２６に接続され、上下流差圧センサ２６の信号は、ＥＣＵ３に接続されている。
【００２５】
なお、第１、第２排気温度センサ２３、２４は、触媒コンバータ２内のＤＰＦ２１の直上流、直下流の排気温度（触媒温度）を検出する排気温度センサで、触媒コンバータ２の触媒ケース２２に取り付けられる保護パイプ、この保護パイプ内の先端に取り付けたサーミスタまたはＰｔ等の金属抵抗、およびこのサーミスタまたはＰｔ等の金属抵抗からの出力を取り出す信号線より構成されている。また、上下流差圧センサ２６は、ＤＰＦ２１の上下流差圧を検出する上下流差圧検出手段である。
【００２６】
ＥＣＵ３は、本発明のエンジン情報検出手段に相当するもので、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムや各種データを保存するメモリー（ＲＡＭ、ＲＯＭ）、タイマーおよびＩ／Ｏポート等の機能を含んで構成されるマイクロコンピュータが内蔵されている。そして、ＥＣＵ３は、エアフロメータ１６、吸気温センサ１７、アクセル開度センサ１９、酸素濃度センサ１８、エンジン回転数センサ、吸気圧センサ、第１、第２排気温度センサ２３、２４等からの複数のエンジン情報、および上下流差圧センサ２６からのＤＰＦ２１の上下流差圧信号がＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
【００２７】
なお、本実施例のＥＣＵ３は、エンジンの触媒コンバータ２のＤＰＦ２１に担持され、特にエンジンの排気ガス中の可燃物（ＨＣ）を酸化する触媒の劣化状態を検出し、触媒が劣化状態である時に警報ランプ４１を用いて警報を発する触媒劣化検出手段および触媒劣化警報手段を構成する。また、本実施例のＥＣＵ３は、エンジン１の排気ガス中の可燃物（未燃ＨＣ）排出量、つまり可燃物（ＨＣ）濃度が異なる２つの第１、第２運転モードを所定時間に亘って交互に行う運転モード切替手段を構成している。第１運転モードとは、メイン噴射とは別にポスト噴射のある運転モードで、また、第２運転モードとは、メイン噴射のみのポスト噴射のない運転モードである。第１運転モードよりも第２運転モードの方が、排気ガス中の可燃物（未燃ＨＣ）排出量、つまり可燃物（ＨＣ）濃度が高く設定される。
【００２８】
ここで、第１、第２排気温度センサ２３、２４を除くその他のエンジン情報とは、エンジン１の吸入空気流量を検出するエアフロメータ（吸入空気流量検出手段）１６、エンジン１の吸気温を検出する吸気温センサ１７、エンジン１の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度（λ）センサ（オーツーセンサ）１８、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度：ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ１９、エンジン回転速度（エンジン回転数：Ｎｅ）を検出するエンジン回転数センサ（図示せず）、およびエンジン１の吸気圧を検出する吸気圧センサ（図示せず）などである。また、ＥＣＵ３は、内部に大気温度（外気温）を検出する大気温度センサ２５を内蔵している。その他に、ＥＣＵ３には、自動車等の車両の走行速度（車両速度）を検出する車両速度（車速）センサ２７の車速信号が入力され、制御システムの重大な故障をドライバーに知らせるための警報ランプ４１をＥＣＵ３が点灯制御できるように構成されている。
【００２９】
［実施例の触媒劣化検出方法］
図３はＥＣＵ３による触媒劣化検出方法の一例（第１の発明を実現するため、ＥＣＵ３に内蔵されたマイクロコンピュータを動作させる第１の制御方法）を示したフローチャートである。なお、このフローチャートは、予め定めたマイクロコンピュータの演算タイミング毎に実行される。
【００３０】
先ず、自動車等の車両が準定常運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定結果がＮＯの場合には、リターンする。
また、ステップＳ１の判定結果がＹＥＳの場合、つまりエンジン回転数と噴射量がほぼ一定値で運転されている時には、自動車等の車両が準定常運転モードで運転されていると判断して、上流排気温度（Ｔｉｎ）、下流排気温度（Ｔｏｕｔ）、車両速度（車速信号）、大気温度（Ｔａ）、吸入空気流量（Ｇａ）を取り込む（ステップＳ２）。次に、エンジン１の排気ガス中に含まれる可燃物（未燃ＨＣ）濃度（ｒ）を、図４のマップに示すようなエンジン回転数（Ｎｅ）と噴射量（ｑｒ）のマップより検索して求める（ステップＳ３）。
【００３１】
次に、Ｃ２を、図５に示すマップより検索して求める（ステップＳ４）。次に、可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ／ｒ）の計算を行う（ステップＳ５）。次に、可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ／ｒ）が予め定めた判定値（Ｄ）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定結果がＮＯの場合、つまり可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ／ｒ）が予め定めた判定値（Ｄ）以上の時には、警報ランプ４１を消灯する（ステップＳ７）。その後に、リターンする。
【００３２】
また、ステップＳ６の判定結果がＹＥＳの場合、つまり可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ／ｒ）が予め定めた判定値（Ｄ）よりも小さい時には、判定値（Ｄ）以下が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。この判定結果がＮＯの場合には、判定回数＝前回までの判定回数＋１とする（ステップＳ９）。その後に、リターンする。また、ステップＳ８の判定結果がＹＥＳの場合、つまり判定値（Ｄ）以下が所定回数以上である時には、触媒劣化を示す触媒劣化故障コードをメモリーに記憶し（ステップＳ１０）、警報ランプ４１を点灯する（ステップＳ１１）。その後に、リターンする。
【００３３】
以上のように、本実施例の第１の制御法によれば、触媒コンバータ２の触媒ケース２２内のＤＰＦ２１に担持され、可燃物（ＨＣ）を酸化させる触媒の劣化を検出し警報を発する触媒劣化検出装置および触媒劣化警報装置（ＯＢＤ技術：オンボードダイアグノーシス）において、後述するように、エンジン１の排気ガス中の炭化水素を酸化する触媒を含む排気ガス浄化装置の熱移動モデルを考え、この熱移動モデルから合理的に導かれる関数を用いて触媒の発熱量を精度良く推定している。具体的には、可燃物（ＨＣ）を酸化する触媒の上下流排気温度と大気温度等のその他のエンジン情報に基づいて、触媒ケース２２内において可燃物（ＨＣ）その他が反応して生じる可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ／ｒ）を精度良く推定している。
【００３４】
そして、その推定した可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ／ｒ）が判定値（Ｄ）よりも小さいと判定される回数が所定回数以上になった時に、可燃物（ＨＣ）を酸化する触媒が劣化状態であると判定し、触媒劣化故障コードをメモリーに記憶させ、同時に警報ランプ４１を点灯させるようにすることにより、特に直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて高精度の劣化検出を行うことができ、且つ実用化を可能にすることができる。
【００３５】
図６および図７はＥＣＵ３による触媒劣化検出方法の他の例（第２の発明を実現するため、ＥＣＵ３に内蔵されたマイクロコンピュータを動作させる第２の制御方法）を示したフローチャートである。なお、予め定めたマイクロコンピュータの演算タイミング毎にこのフローチャートが実行される。ここで、図６は排気ガス中の可燃物濃度と可燃物単位流量当たりの発熱量を求めるプログラムを示したフローチャートで、図７は触媒の劣化判定を実行するプログラムを示したフローチャートである。
【００３６】
先ず、自動車等の車両が準定常運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。この判定結果がＮＯの場合には、リターンする。
また、ステップＳ２１の判定結果がＹＥＳの場合、つまりエンジン回転数と噴射量がほぼ一定値で運転されている時には、自動車等の車両が準定常運転モードで運転されていると判断して、上流排気温度（Ｔｉｎ）、下流排気温度（Ｔｏｕｔ）、車両速度（車速信号）、大気温度（Ｔａ）、吸入空気流量（Ｇａ）を取り込む（ステップＳ２２）。
【００３７】
次に、可燃物（ＨＣ）濃度を高くするために行うポスト噴射がある第１運転モードが実行されているか否かを判定する（ステップＳ２３）。ここで、図８はポスト噴射のあるなしによるエンジン可燃物排出量（未燃ＨＣ濃度）特性を示したグラフである。なお、この図８の実験のエンジンの運転条件は排気量が２．０Ｌ、エンジン回転数が１７００ｒｐｍ、エンジントルクが１５Ｎｍである。この図８のグラフからも分かるように、メイン噴射のみのポスト噴射なしの第２運転モードに比べて、メイン噴射に加えてポスト噴射がある第１運転モードの方が可燃物（ＨＣ）濃度が高い。
【００３８】
このステップＳ２３の判定結果がＹＥＳの場合、つまりポスト噴射が実行されている時には、可燃物排出量、つまり可燃物（未燃ＨＣ）濃度（ｒ１）を図４のマップと同様のマップより検索して求め（ステップＳ２４）、図５に示すマップより検索してＣ２を求める（ステップＳ２５）。次に、排気単位流量当たりの発熱量（ｑｒ１）を計算し（ステップＳ２６）、それらを漸化式を用いて前回の値と平均化し（ステップＳ２７）、それらの結果、ｒ１ｍとｑｒ１ｍをメモリーに格納する（ステップＳ２８）。
【００３９】
また、ステップＳ２３の判定結果がＮＯの場合、つまりポスト噴射が実行されていない時には、可燃物排出量、つまり可燃物（未燃ＨＣ）濃度（ｒ２）を図４のマップと同様のマップより検索して求め（ステップＳ２９）、図５に示すマップより検索してＣ２を求める（ステップＳ３０）。次に、排気単位流量当たりの発熱量（ｑｒ２）を計算し（ステップＳ３１）、それらを漸化式を用いて前回の値と平均化し（ステップＳ３２）、それらの結果、ｒ２ｍとｑｒ２ｍをメモリーに格納する（ステップＳ３３）。
【００４０】
次に、図７のフローチャートに示したように、ｑｒ１ｍ、ｑｒ２ｍ、ｒ１ｍ、ｒ２ｍを取り込む（ステップＳ３４）。次に、ポスト噴射モードありの第１運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ１ｍ／ｒ１ｍ）とポスト噴射なしの第２運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量（ｑｒ２ｍ／ｒ２ｍ）とのそれぞれの計算を行う（ステップＳ３５）。次に、可燃物（ＨＣ）単位流量当たりの発熱量の差（Δｑ／ｒ）を求めるために、ステップＳ３５にて求めた上記２つのモードにおける発熱量の差｛（ｑｒ１ｍ／ｒ１ｍ）−（ｑｒ２ｍ／ｒ２ｍ）｝を演算する（ステップＳ３６）。次に、可燃物（ＨＣ）単位流量当たりの発熱量の差（Δｑ／ｒ）が、予め定めた判定値（Ｄ’）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３７）。この判定結果がＮＯの場合には、警報ランプ４１を消灯する（ステップＳ３８）。その後に、リターンする。
【００４１】
また、ステップＳ３７の判定結果がＹＥＳの場合には、判定値（Ｄ’）以下が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ３９）。この判定結果がＮＯの場合には、判定回数＝前回までの判定回数＋１とする（ステップＳ４０）。その後に、リターンする。また、ステップＳ３９の判定結果がＹＥＳの場合、つまり判定値（Ｄ’）以下が所定回数以上である時には、触媒劣化を示す触媒劣化故障コードをメモリーに記憶し（ステップＳ４１）、警報ランプ４１を点灯する（ステップＳ４２）。その後に、リターンする。
【００４２】
以上のように、ポスト噴射のある第１運転モード時に求めたｒ１ｍとｑｒ１ｍ、およびポスト噴射のない第２運転モード時に求めたｒ２ｍとｑｒ２ｍを取り込み、ポスト噴射の有無による可燃物単位流量当たりの発熱量の差（Δｑ／ｒ）を求めて、予め定めた判定値（Ｄ’）よりも小さいと判定された回数が所定回数以上の時に、触媒が劣化状態であると判定し、触媒劣化故障コードをメモリーに記憶させ、同時に警報ランプ４１を点灯させるようにしている。
【００４３】
ここで、ポスト噴射とは、上述したように、エンジン仕事を発生させるための燃焼に使われ、上死点近傍で噴射されるメイン噴射とは別に上死点後２０〜５０°ＣＡのクランク角度で追加して噴射させるもので、噴射した燃料が膨張行程中に燃焼するため、燃焼が不安定となり、未燃ＨＣを多く排出する。この現象を利用して排気ガス中の可燃物（ＨＣ）濃度をメイン噴射のみの運転モードと比べて高く設定しようとするものである。予め定めた触媒劣化を判定する運転領域（運転モード）に入った時に、メイン噴射に加えてポスト噴射のある運転モードとポスト噴射のない運転モード（メイン噴射のみの運転モード）を所定時間に亘って交互に行わせて図６および図７のフローチャートを実行させる。
【００４４】
以上のように、本実施例の第２の制御法によれば、触媒に与える可燃物（ＨＣ）濃度の異なる２つの第１、第２運転モードで所定時間に亘って交互に運転して、ポスト噴射の有無による可燃物単位流量当たりの発熱量の差（Δｑ／ｒ）を求めて、予め定めた判定値（Ｄ’）よりも小さいと判定された回数が所定回数以上の時に、触媒が劣化状態であると判定している。これにより、触媒に与える可燃物（ＨＣ）濃度の異なる２つの第１、第２運転モード時の可燃物単位流量当たりの発熱量の差（Δｑ／ｒ）を求めることによって、排気温度センサ２３、２４の計測誤差の影響を排除して、より精度の高い触媒の劣化検出を実施することのできる触媒劣化検出装置を提供できる。
【００４５】
［実施例の特徴］
図９は触媒コンバータ２の熱移動モデルを表した図である。触媒を中心に見た場合、図９に示す６つの熱移動があり、これらを図９に示すように立式して解くと、定常運転状態にある場合には、図９に示した（１）式を得る。
【００４６】
先ず、可燃物（ＨＣ）の濃度（ｒ）と排気ガス流量（Ｇｅ：Ｇｅは吸入空気流量（Ｇａ）に比例する）とを掛け合わせた可燃物流入量（ｒ×Ｇｅ）を得る。次に、可燃物の酸化反応による発生熱量（Ｑｒ）は、触媒浄化率（η）と可燃物（ＨＣ）の発熱量（Ｈ）と可燃物（ＨＣ）の濃度（ｒ）と排気ガス流量（Ｇｅ）とを掛け合わせた値（η×Ｈ×ｒ×Ｇｅ）である。また、流入熱量（Ｑｉｎ）は、排気ガスの比熱（Ｃｐ）と排気ガス流量（Ｇｅ）と上流排気温度（Ｔｉｎ）とを掛け合わせた値（Ｃｐ×Ｇｅ×Ｔｉｎ）である。
【００４７】
また、排気ガスから触媒ケース２２への熱伝達（Ｑｅｃ）は、上流排気温度（Ｔｉｎ）と触媒ケース温度（Ｔｃ）との温度差（Ｔｉｎ−Ｔｃ）に、排気ガスから触媒ケース２２への熱伝達係数（αｅ）と排気ガスから触媒ケース２２への放熱面積（Ａｅ）とを掛け合わせた値｛αｅ×Ａｅ×（Ｔｉｎ−Ｔｃ）｝であり、また、下流排気温度（Ｔｏｕｔ）と触媒ケース温度（Ｔｃ）との温度差（Ｔｏｕｔ−Ｔｃ）に、排気ガスから触媒ケース２２への熱伝達係数（αｅ）と排気ガスから触媒ケースへの放熱面積（Ａｅ）とを掛け合わせた値｛αｅ×Ａｅ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｃ）｝である。
【００４８】
また、流出熱量（Ｑｏｕｔ）は、排気ガスの比熱（Ｃｐ）と排気ガス流量（Ｇｅ）と下流排気温度（Ｔｏｕｔ）とを掛け合わせた値（Ｃｐ×Ｇｅ×Ｔｏｕｔ）である。また、触媒から触媒ケース２２への伝熱（Ｑｄｃ）は、下流排気温度（Ｔｏｕｔ）と触媒ケース温度（Ｔｃ）との温度差（Ｔｏｕｔ−Ｔｃ）に、触媒から触媒ケース２２への熱伝導率（λ）と熱伝導長さ×面積（Ｖ）とを掛け合わせた値｛λ×Ｖ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｃ）｝である。また、大気放熱量（Ｑｌ）は、触媒ケース温度（Ｔｃ）と大気温度（Ｔａ）との温度差（Ｔｃ−Ｔａ）に、触媒ケース２２から大気への熱伝達係数（αａ）と触媒ケース２２から大気への放熱面積（Ａａ）とを掛け合わせた値｛αａ×Ａａ×（Ｔｃ−Ｔａ）｝である。
【００４９】
したがって、図９に（１）式で示したように、排気単位流量当たりの発熱量（ｑｒ）を、発生熱量（Ｑｒ）／排気ガス流量（Ｇｅ）すると、触媒浄化率（η）と可燃物（ＨＣ）の発熱量（Ｈ）と可燃物（ＨＣ）の濃度（ｒ）とを掛け合わせた値（η×Ｈ×ｒ）、つまり排気単位流量当たりの発熱量（ｑｒ）は、上流排気温度（Ｔｉｎ）と下流排気温度（Ｔｏｕｔ）との温度差（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）と下流排気温度（Ｔｏｕｔ）と大気温度（Ｔａ）との温度差（Ｔｏｕｔ−Ｔａ）の関数｛Ｃ１×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）＋Ｃ２×（Ｔｏｕｔ−Ｔａ）｝として表されることが分かる。
【００５０】
さらには、図９に（１）〜（３）式で示したように、可燃物（ＨＣ）の発熱量（Ｈ）とＣ１は定数（Ｃ１＝Ｃｐ：Ｃｐは排気ガスの比熱）、Ｃ２は計測可能な車両速度の関数（αａ）と排気ガス流量（Ｇｅ：Ｇｅは吸入空気流量（Ｇａ）に比例する）の関数とであるから、図５に示したような車両速度と吸入空気流量のマップよりＣ２を求め、排気ガス中の可燃物（ＨＣ）の濃度を正確に制御して、下流排気温度（Ｔｏｕｔ）、上流排気温度（Ｔｉｎ）、大気温度（Ｔａ）を計測すれば、図９の（１）式を用いて触媒浄化率（η）を容易に求めることができる。
【００５１】
ここで、図１０はすでに図１１で示したのと同様のデータを評価関数（ｑｒ／Ｃｐ）と排気ガス中の可燃物（ＨＣ）流量、実際には単位時間当たりの可燃物（ＨＣ）流量（ｇ／ｈｒ）により整理し直した結果を示したグラフである。
【００５２】
５０％等浄化率線を境に高浄化のプロットと低浄化のプロットが精度良く区別できており、特に可燃物（ＨＣ）を酸化する触媒の劣化判定が可能であることを示している。排気ガス中の可燃物（ＨＣ）流量（５０ｇ／ｈｒ）を与えて浄化率８０％の触媒を５０％以上の正常な状態であると判定するためには、評価関数の誤差を±２１％以下にすることが必要である。この要件を満たすためには、上流排気温度（Ｔｉｎ）、下流排気温度（Ｔｏｕｔ）それぞれの計測精度を±１５％以下に押さえる必要があり、この触媒劣化判定方法を成立させる重要な要件となる。この要件に適するものとしては、サーミスタまたはＰｔ等の金属抵抗からなる高精度型の排気温度センサがある。
【００５３】
また、図１０のグラフ中のＡ、Ｂの２点間で評価関数を求めその傾きを評価することによって、触媒劣化判定が可能であることも容易に分かり、すなわち、ＥＣＵ３、特に触媒劣化検出装置による触媒劣化検出方法の他の例（第２の制御法）による触媒劣化判定においても、充分な精度が得られることが分かる。この場合には、同じ排気温度センサにより計測した２点間の温度を減算して、上流排気温度（Ｔｉｎ）と下流排気温度（Ｔｏｕｔ）との温度差（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）を求めるため、排気温度センサの検出誤差の影響は、ほぼ相殺され、より精度の高い触媒劣化判定が可能となる。
【００５４】
［変形例］
本実施例では、エンジン１の排気ガス中の有害成分を無害化する触媒コンバータ２として、エンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の酸化を行い、無害な二酸化炭素（ＣＯ2 ）および水蒸気（Ｈ2 Ｏ）に清浄化する酸化触媒コンバータを使用した例を説明したが、触媒コンバータ２として、エンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害三成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ2 ）、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）および窒素（Ｎ2 ）に清浄化する三元触媒コンバータを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼルエンジン制御システムの全体構成を示した概略図である（実施例）。
【図２】（ａ）はクランク角度に対するメイン噴射量とポスト噴射量を示した説明図で、（ｂ）は触媒コンバータの詳細を示した概略図である（実施例）。
【図３】ＥＣＵによる触媒劣化検出方法の一例を示したフローチャートである（実施例）。
【図４】ＨＣ濃度とエンジン回転数と噴射量との関係を示したグラフである（実施例）。
【図５】Ｃ２と車両速度と吸入空気流量との関係を示したグラフである（実施例）。
【図６】ＥＣＵによる触媒劣化検出方法の他の例を示したフローチャートである（実施例）。
【図７】ＥＣＵによる触媒劣化検出方法の他の例を示したフローチャートである（実施例）。
【図８】ポスト噴射のあるなしによるＨＣ濃度特性を示したグラフである（実施例）。
【図９】触媒コンバータの熱移動モデルを表した説明図である。
【図１０】ｑｒ／Ｃｐと単位時間当たりのＨＣ流量と触媒浄化率との関係を示したグラフである（実施例）。
【図１１】上下流排気温度の温度差と単位時間当たりのＨＣ流量と触媒浄化率との関係を示したグラフである（従来の技術）。
【符号の説明】
１  エンジン
２  触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
３  ＥＣＵ（エンジン情報検出手段、触媒劣化判定手段、運転モード切替手段）
１６  エアフロメータ（吸入空気流量検出手段）
２１  ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
２２  触媒ケース
２３  第１排気温度センサ（上流排気温度センサ）
２４  第２排気温度センサ（下流排気温度センサ）
２７  車両速度センサ
４１  警報ランプ
【図１】
0004122849.tif 000002
【図２】
0004122849.tif 000003
【図３】
0004122849.tif 000004
【図４】
0004122849.tif 000005
【図５】
0004122849.tif 000006
【図６】
0004122849.tif 000007
【図７】
0004122849.tif 000008
【図８】
0004122849.tif 000009
【図９】
0004122849.tif 000010
【図１０】
0004122849.tif 000011
【図１１】
0004122849.tif 000012