(57)【要約】  本発明は、パティキュレートフィルタの故障をより好適に検出することを目的とする。本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置は、パティキュレートフィルタから流出する排気中のＰＭ量を取得する取得部と、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行する再生処理実行部と、再生処理実行部によるフィルタ再生処理の実行が終了した時点から所定の期間中に、前記取得部によって取得される排気中のＰＭ量が所定の基準量以上減少しない場合は、パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定部と、を備える。
2012063364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの故障を検出する故障検出装置であって、
前記パティキュレートフィルタから流出する排気中のＰＭ量を取得する取得部と、
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行する再生処理実行部と、
前記再生処理実行部によるフィルタ再生処理の実行が終了した時点から所定の期間中に、前記取得部によって取得される排気中のＰＭ量が所定の基準量以上減少しない場合は、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定部と、
を備えたパティキュレートフィルタの故障検出装置。
【請求項２】
前記故障判定部が、前記所定の期間中における内燃機関の運転状態が略同一の時の少なくとも二点で前記取得部によって取得される排気中のＰＭ量を比較し、該ＰＭ量が前記所定の基準量以上減少していない場合は、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障検出装置。
【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設けられたパティキュレートフィルタの故障を検出する故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を設ける技術が知られている。【０００３】
また、特許文献１には、内燃機関の排気通路にＰＭトラッパ（フィルタに相当）を設けた場合において、内燃機関の運転状態の変化に伴うＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいて、ＰＭトラッパの故障を検出する技術が開示されている。【０００４】
特許文献２には、フィルタより下流側の排気通路に設けられたパティキュレート量検出センサの検出値に基づいてフィルタの故障診断を行なう技術が開示されている。この特許文献２に記載の技術では、フィルタのＰＭ捕集効率が所定値よりも低下する条件が成立したときは、フィルタの故障診断を禁止する。【０００５】
また、特許文献２には、再生終了後しばらくの間は、フィルタの目より小さい粒径のＰＭはフィルタをすり抜けるため、フィルタのＰＭ捕集効率が低くなり、一定量のＰＭが堆積してフィルタの目が埋まってくるとＰＭ捕集効率が回復する、ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２７３９２号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フィルタの前後差圧がフィルタの正常時と故障時とで明確に異なる値となるためには、フィルタにある程度の量のＰＭが堆積する必要がある。フィルタに堆積したＰＭを除去するフィルタ再生処理の実行終了直後は、フィルタにおけるＰＭ堆積量は非常に少ない。そのため、フィルタ再生処理の実行終了直後においては、フィルタの前後差圧に基づいてフィルタの故障を検出することは困難である。また、フィルタの前後差圧を検出するためには、フィルタの上流側と下流側との両方に圧力センサを設ける必要がある。【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、フィルタの故障をより好適に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、フィルタ再生処理の実行終了直後における、フィルタから流出する排気中のＰＭ量（以下、流出ＰＭ量と称する場合もある）の変化に基づいて、フィルタの故障を検出するものである。【００１０】
より詳しくは、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの故障を検出する故障検出装置であって、
前記パティキュレートフィルタから流出する排気中のＰＭ量を取得する取得部と、
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行する再生処理実行部と、
前記再生処理実行部によるフィルタ再生処理の実行が終了した時点から所定の期間中に、前記取得部によって取得される排気中のＰＭ量が所定の基準量以上減少しない場合は、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定部と、
を備えている。【００１１】
フィルタ再生処理の実行が終了した時点では、フィルタのＰＭ捕集効率は低くなっている。そして、フィルタ再生処理の実行終了直後から、フィルタにＰＭが捕集され堆積することで、そのＰＭ捕集効率は上昇する。そのため、フィルタが正常であれば、フィルタ再生処理の実行直後は、流出ＰＭ量が時間の経過とともに減少する。【００１２】
しかしながら、フィルタの故障が発生した場合は、フィルタ再生処理の実行終了後、フィルタのＰＭ捕集効率がほとんど上昇しない。そのため、流出ＰＭ量も減少しない。【００１３】
そこで、本発明においては、フィルタ再生処理の実行が終了した時点から所定の期間中に、取得部によって取得される流出ＰＭ量が所定量以上減少しない場合は、故障判定部が、フィルタが故障していると判定する。ここで、所定の期間とは、フィルタが正常の場合、そのＰＭ捕集効率が時間の経過と共に上昇する期間の少なくとも一部を含んだ期間である。また、所定の基準量とは、フィルタが正常と判断できる流出ＰＭ量の減少量の閾値である。【００１４】
本発明によれば、フィルタ再生処理の実行終了後、直ぐにフィルタの故障を検出することができる。また、フィルタの故障をより高精度で検出することができる。【００１５】
本発明において、故障判定部は、前記所定の期間中における内燃機関の運転状態が略同一の時の少なくとも二点で取得部によって取得される流出ＰＭ量を比較し、該流出ＰＭ量が前記所定の基準量以上減少していない場合は、パティキュレートフィルタが故障していると判定してもよい。【００１６】
フィルタの状態が同一であっても、内燃機関の運転状態が異なると、流出ＰＭ量が異なる量となる場合がある。上記によれば、同一の運転状態における流出ＰＭ量を比較することで、フィルタが故障しているか否かを判別する。そのため、フィルタの故障検出の精度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィルタの故障をより好適に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る、フィルタにおけるＰＭ堆積量とフィルタのＰＭ捕集効率との関係を示す図である。
【図３】実施例に係る、フィルタ再生処理の実行終了時からの流出ＰＭ量と内燃機関を搭載した車両の車速との推移を示すタイムチャートである。
【図４】実施例に係るフィルタの故障検出方法のフローを示すフローチャートの一部である。
【図５】実施例に係るフィルタの故障検出方法のフローを示すフローチャートの一部である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
＜実施例＞
［内燃機関の排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンであってもよい。
【００２１】
内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２にはフィルタ４が設けられている。フィルタ４は排気中のＰＭを捕集する。フィルタ４より上流側の排気通路２には前段触媒として酸化触媒３が設けられている。
【００２２】
酸化触媒３より上流側の排気通路２には燃料添加弁５が設けられている。燃料添加弁５は、還元剤となる燃料を排気中に添加する。フィルタ４より下流側の排気通路２にはＰＭセンサ６が設けられている。ＰＭセンサ６は、フィルタ４から流出する排気中のＰＭ量（流出ＰＭ量）に対応した電気信号を出力するセンサである。
【００２３】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。該ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、ＰＭセンサ６の他、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１の機関回転速度に対応したパルス信号を出力するセンサである。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度に対応した電気信号を出力するセンサである。各センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００２４】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。
【００２５】
また、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁５が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって該燃料添加弁５が制御される。
【００２６】
［フィルタ再生処理］
フィルタ４には、捕集されたＰＭが堆積する。本実施例では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態の履歴に基づいて、フィルタ４におけるＰＭ堆積量を推定する。そして、その推定値が所定の閾値以上となったときに、ＥＣＵ１０はフィルタ再生処理を実行する。
【００２７】
フィルタ再生処理は、燃料添加弁５から燃料を添加することで実現される。燃料添加弁５から添加された燃料は酸化触媒３に供給される。該燃料が酸化触媒３において酸化されることで生じる酸化熱によって排気が昇温される。その結果、フィルタ４の温度が上昇し、該フィルタ４に堆積したＰＭが酸化され除去される。
【００２８】
尚、フィルタ再生処理は、フィルタ４をＰＭの酸化が可能な温度まで昇温することができれば、周知のどのような方法で実現してもよい。
【００２９】
［フィルタ再生処理実行終了後のＰＭ捕集効率等の推移］
次に、フィルタ再生処理の実行終了後における、ＰＭ堆積量、ＰＭ捕集効率、及び流出ＰＭ量の推移について図２及び３に基づいて説明する。図２は、フィルタ４におけるＰＭ堆積量とフィルタ４のＰＭ捕集効率との関係を示す図である。図２において、横軸はフィルタ４におけるＰＭ堆積量Ｑｐｍを表しており、縦軸はフィルタ４のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍを表している。ここで、ＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍとは、フィルタ４に流入する単位時間当たりのＰＭ量に対するフィルタ４によって捕集される単位時間当たりのＰＭ量の割合を示す値である。また、図２において、Ｌ１はフィルタ４が正常な場合のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍ推移を示しており、Ｌ２はフィルタが正常な場合のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍ推移の推移を示している。
【００３０】
フィルタ再生処理の実行が終了した時点では、フィルタ４におけるＰＭ堆積量Ｑｐｍは略零となる。ＰＭ堆積量Ｑｐｍが略零となると、粒径の小さいＰＭがフィルタ４をすり抜け易くなる。そのため、図２に示すように、フィルタ４におけるＰＭ堆積量Ｑｐｍが略零のときは、フィルタ４にＰＭが堆積しているときに比べて、フィルタ４のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍが低くなる。
【００３１】
そして、フィルタ再生処理の実行終了直後からフィルタ４に新たなＰＭが捕集され始め、フィルタ４におけるＰＭ堆積量が時間の経過とともに増加する。フィルタ４が正常であれば、ＰＭ捕集量が増加すると、ＰＭがフィルタ４をすり抜け難くなる。そのため、図２のＬ１に示すように、フィルタ４におけるＰＭ堆積量Ｑｐｍが略零からある程度の量に達するまでの期間（図２においてΔｔ１で示す期間）は、ＰＭ堆積量Ｑｐｍの増加に応じて、フィルタ４のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍが上昇する。
【００３２】
しかしながら、フィルタ再生処理の実行中はフィルタ４の温度が高温となるため、溶損又は破損等のフィルタ４の故障が発生し易い。このようなフィルタ４の故障が発生すると、フィルタ４全体におけるＰＭ堆積量が増加しても、フィルタ４における故障箇所からある程度の量のＰＭがすり抜ける。そのため、図２のＬ２に示すように、ＰＭ堆積量Ｑｐｍが略零の状態から増加したとしても、フィルタ４のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍはほとんど上昇しない。
【００３３】
図３は、フィルタ再生処理の実行終了時からの流出ＰＭ量と内燃機関１を搭載した車両の車速との推移を示すタイムチャートである。図３において、上段はフィルタ４に故障が発生したときの流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔの推移を表しており、中段はフィルタ４が正常のときの流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔの推移を表しており、下段は車速Ｖｖの推移を表している。
【００３４】
上述したように、フィルタ４が正常であれば、フィルタ再生処理の実行終了から時間の経過とともにＰＭ堆積量が増加し、フィルタ４のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍが上昇する。そのため、図３の中段に示すように、フィルタ４が正常のときは、フィルタ再生処理の実行終了直後（図３においてｔ１で示す時）の流出ＰＭ量と、その後に車速Ｖｖがｔ１の時と略同一となった時（図３においてｔ２で示す時）の流出ＰＭ量とを比較すると、ｔ２の時の流出ＰＭ量の方が少ない。
【００３５】
一方、フィルタ４に異常が発生してると、フィルタ再生処理の実行終了から時間の経過とともにＰＭ堆積量が増加しても、フィルタ４のＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍはほとんど変化しない。そのため、図３の上段に示すように、ｔ１の時とｔ２の時とでは、流出ＰＭ量がほぼ同じ量となる。
【００３６】
［フィルタの故障検出方法］
そこで、本実施例では、フィルタ再生処理の実行終了後における流出ＰＭ量の変化に基づいてフィルタの故障を検出する。つまり、フィルタ再生処理の実行終了直後の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１と、その後の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ２とを比較する。そして、それらの間での流出ＰＭ量の減少量が所定の基準量に達していなければ、フィルタ４が故障していると判定する。
【００３７】
以下、本実施例に係るフィルタの故障検出方法のフローについて、図４及び５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
【００３８】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、フィルタ再生処理の実行が終了したか否かが判別される。ステップＳ１０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０２において、内燃機関１の運転状態が所定範囲内であるか否かが判別される。ここで、所定範囲とは、内燃機関１から排出されるＰＭ量が比較的多く、フィルタ４が正常であれば、フィルタ４におけるＰＭ堆積量に応じて流出ＰＭ量に明確な差が生じる運転状態の範囲である。該所定範囲は、実験等に基づいて予め定められている。
【００３９】
ステップＳ１０２において否定判定された場合、ステップＳ１０２の処理が再度実行される。ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次にステップＳ１０３において、この時点でＰＭセンサ６によって検出される流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１が読み込まれる。ここで、流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１が検出された時の内燃機関の運転状態をＯＳ１とする。次に、ステップＳ１０４において、流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１が検出された時点からの内燃機関１での燃料噴射量の積算値ΣＱｆが算出される。
【００４０】
次に、ステップＳ１０５において、内燃機関１での燃料噴射量の積算値ΣＱｆが所定の積算値ΣＱｆ０以上であるか否かが判別される。ここで、所定の積算値ΣＱｆ０とは、フィルタ４が正常であれば、流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１が検出された時点に比べてフィルタ４のＰＭ捕集効率が明確に上昇するほど、フィルタ４におけるＰＭ堆積量が増加している、と判断できる値である。該所定の積算値ΣＱｆ０は、実験等に基づいて予め定められている。
【００４１】
ステップＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ１０４の処理が再度実行される。ステップＳ１０５において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０６において、内燃機関１の運転状態がＯＳ１と略同一であるか否かが判別される。ここでの略同一の範囲は、内燃機関１から排出されるＰＭ量が略同一となる範囲である。
【００４２】
ステップＳ１０６において否定判定された場合、ステップＳ１０６の処理が再度実行される。ステップＳ１０６において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０７において、この時点でＰＭセンサ６によって検出される流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ２が読み込まれる。
【００４３】
次に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０３で読み込まれた流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１から、ステップＳ１０６で読み込まれた流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ２を減算することで、流出ＰＭ量の減少量ΔＱｐｍｏｕｔを算出する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０９において、流出ＰＭ量の減少量ΔＱｐｍｏｕｔが所定の基準量ΔＱｐｍｏｕｔｂ以上であるか否かを判別する。ここで、所定の基準量ΔＱｐｍｏｕｔｂは、フィルタ４が正常と判断できる流出ＰＭ量の減少量の閾値である。該所定の基準量ΔＱｐｍｏｕｔｂは、実験等に基づいて予め定められている。尚、所定の基準量ΔＱｐｍｏｕｔｂを、流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１、Ｑｐｍｏｕｔ２が検出された時の内燃機関１の運転状態に応じて変更してもよい。
【００４５】
ステップＳ１０９において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１１０において、フィルタ４が正常であると判定される。一方、ステップＳ１０９において否定判定された場合、次に、ステップＳ１１１において、フィルタ４に故障が発生していると判定される。
【００４６】
フィルタ４が正常であれば、フィルタ再生処理の実行終了後、フィルタ４のＰＭ捕集効率は直ちに上昇し始める。そのため、上記のようなフィルタの故障検出方法によれば、フィルタ４の故障が発生し易いフィルタ再生処理の実行が終了した後、直ぐにフィルタ４の故障を検出することができる。また、フィルタ４に故障が発生しているか否かの判定自体も非常に短い時間で行なうことができる。
【００４７】
フィルタ再生実行終了後の流出ＰＭ量の減少量の変化は、フィルタ４の前後差圧の変化に比べて、フィルタ４の故障の程度に対する感度が高い。つまり、フィルタ４における溶損又は破損した箇所が小さくても、フィルタ再生実行終了後の流出ＰＭ量の減少量の値はフィルタ４が正常なときに比べて差が生じ易い。従って、フィルタ４の故障をより高精度で検出することができる。
【００４８】
上記フローにおいては、最初の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１を読み込んだ後、次の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ２を読み込みの実行する時期を、内燃機関１での燃料噴射量の積算値ΣＱｆに基づいて決定した。しかしながら、この時期は、単に経過時間に基づいて決定することもできる。また、フィルタ４が正常であると仮定した場合のフィルタ４におけるＰＭ堆積量の推定値に基づいて決定することもできる。
【００４９】
本実施例においては、最初の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１を読み込む時期と、次の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ２を読み込む時期との間に、フィルタ４におけるＰＭ堆積量Ｑｐｍの増加に応じてそのＰＭ捕集効率Ｒｔｐｍが上昇する期間（つまり、図２においてΔｔ１で示す期間）の少なくとも一部が含まれていればよい。例えば、最初の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１と次の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ２とをが、いずれも、図２においてΔｔ１で示す期間中に読み込まれてよい。また、フィルタ再生実行終了後、三点以上で流出ＰＭ量を読み込んで、それらの値に基づいて、流出ＰＭ量の減少量を算出してもよい。
【００５０】
さらに、上記フローでは、最初の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１を読み込む時期を、フィルタ再生処理の実行終了後、内燃機関１の運転状態が所定範囲内であると判定された時とした。しかしながら、必ずしも内燃機関１の運転状態が所定範囲内である必要はなく、フィルタ再生処理の実行が終了した時点で、最初の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１を読み込んでもよい。ただし、最初の流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔ１を読み込む時期を、内燃機関１の運転状態が所定範囲内である時とすることで、フィルタ４の故障検出の精度をより向上させることができる。
【００５１】
また、上記フローにおいては、内燃機関１の運転状態が略同一のときの二点の流出ＰＭ量に基づいて流出ＰＭ量の減少量を算出した。しかしながら、必ずしも、その二点の流出ＰＭ量を検出する時の内燃機関１の運転状態が略同一である必要はない。例えば、異なる運転状態で検出された二点の流出ＰＭ量に基づいて、その運転状態の違いを考慮して流出ＰＭ量の減少量を算出し、その算出値に基づいて、フィルタ４に故障が発生しているか否かを判定することもできる。ただし、内燃機関１の運転状態が略同一のときの二点の流出ＰＭ量に基づいて流出ＰＭ量の減少量を算出し、その算出値に基づいて、フィルタ４に故障が発生しているか否かを判定することで、フィルタ４の故障検出の精度をより向上させることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・酸化触媒
４・・・パティキュレートフィルタ
５・・・燃料添加弁
６・・・ＰＭセンサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012063364.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012063364.tif 000007
【国際調査報告】
2012063364.tif 000008
2012063364.tif 000009