(57)【要約】【課題】粒子状物質を捕集するフィルタの状態を検出するための部品数を削減する。【解決手段】  内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、応答時間が、６０／（アイドリング回転数×所定の測定点数）［秒］以下の応答性能を有し、前記排気通路に設けられ前記排気通路内の圧力に応じた信号を出力する圧力センサと、前記圧力センサの信号波形と、前記フィルタが正常な場合に得られる前記圧力センサの信号波形とに基づいて、前記フィルタの異常の有無を判定する異常判定部と、を備える内燃機関の制御装置。【選択図】図１
2020101117.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、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
応答時間が、６０／（アイドリング回転数×所定の測定点数）［秒］以下の応答性能を有し、前記排気通路に設けられ前記排気通路内の圧力に応じた信号を出力する圧力センサと、
前記圧力センサの信号波形と、前記フィルタが正常な場合に得られる前記圧力センサの信号波形とに基づいて、前記フィルタの異常の有無を判定する異常判定部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中に含まれる、カーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ））が大気中に排出されることを抑制するために、ＰＭを捕集するフィルタを排気通路に設けることが主流となっている。
【０００３】
特許文献１では、フィルタの上流側及び下流側に圧力センサを設け、当該２つの圧力センサの出力値を用いた演算により、フィルタの状態を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１３２６２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、フィルタの状態を検出するために、フィルタの上流側及び下流側に圧力センサを設けなければならず、部品数が増加してしまう。
【０００６】
そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、粒子状物質を捕集するフィルタの状態を検出するための部品数を削減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、応答時間が、６０／（アイドリング回転数×所定の測定点数）［秒］以下の応答性能を有し、前記排気通路に設けられ前記排気通路内の圧力に応じた信号を出力する圧力センサと、前記圧力センサの信号波形と、前記フィルタが正常な場合に得られる前記圧力センサの信号波形とに基づいて、前記フィルタの異常の有無を判定する異常判定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、粒子状物質を捕集するフィルタの状態を検出するための部品数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、ＥＣＵが実行する異常判定処理の原理について説明する図である。
【図３】図３は、ＥＣＵが実行する異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、エンジン運転状態の違いによる圧力センサの出力信号の違いを示す図である。
【図５】図５は、ＥＣＵが実行する異常判定処理の別例を示すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）は、排気通路内の圧力センサ設置位置を示す図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の位置Ａに配置した圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）の位置Ｂに配置した圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）の位置Ｃに配置した圧力センサの出力信号の一例を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、あるエンジン運転状態において、微粒子捕集フィルタが正常な場合及び異常な場合における圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す信号のフーリエ変換結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
【００１１】
まず、図１を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム５００の構成を示す概略図である。
【００１２】
エンジンシステム５００は、ガソリンエンジンからなる内燃機関としてのエンジン１０を備えている。図１に示すように、エンジン１０のエンジン本体１２の内部に燃焼室１３が形成される。エンジン本体１２の内部には、ピストン１４、コンロッド１５、およびクランクシャフト１６が配置されている。ピストン１４はコンロッド１５によりクランクシャフト１６に連結されている。エンジン本体１２には、クランク角センサ１７、点火プラグ１８および燃料噴射弁１９が設けられている。クランク角センサ１７はクランクシャフト１６の回転に応じた検出信号を出力する。燃料噴射弁１９は燃焼室１３に燃料を供給（筒内噴射）する。点火プラグ１８は燃焼室１３内の混合器に点火する。なお、燃料噴射弁１９は吸気通路４０に設けられ、ポート噴射を行ってもよい。
【００１３】
エンジン本体１２には、吸気通路４０および排気通路５０が接続されている。不図示のカムシャフトが回転することにより、吸気バルブ４６および排気バルブ４７が開閉する。吸気バルブ４６が開くことで、空気が吸気通路４０から燃焼室１３へと導入される。燃料噴射弁１９から噴射された燃料と空気とは混合気を形成し、ピストン１４で圧縮され、点火プラグ１８は混合気に点火する。点火によりピストン１４は燃焼室１３内を上下に往復運動し、クランクシャフト１６が回転する。燃焼後の排気は排気通路５０から排出される。
【００１４】
排気通路５０には触媒５１、微粒子捕集フィルタ５２、サブマフラ５３、及びメインマフラ５４が設けられている。触媒５１は例えば三元触媒であり、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する。
【００１５】
微粒子捕集フィルタ５２は、排気ガス中の粒子状物質を捕集する、いわゆるＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）である。
【００１６】
また、排気通路５０には、圧力センサ６０が設けられている。圧力センサ６０は、排気通路５０内の圧力に応じた検出信号を出力する。本実施形態では、圧力センサ６０は、触媒５１よりも下流側、かつ微粒子捕集フィルタ５２よりも上流側の位置に設けられている。
【００１７】
また、エンジンシステム５００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備えている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、後述する異常判定処理を実行する。ＥＣＵ１００は、異常判定部の一例である。
【００１８】
ＥＣＵ１００の出力側には、前述の点火プラグ１８、燃料噴射弁１９、スロットルバルブ等の種々のアクチュエータが接続されている。
【００１９】
ＥＣＵ１００の入力側には、上述したクランク角センサ１７、圧力センサ６０のほか、エアフローメータ、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３３等が接続されている。ＥＣＵ１００は、各センサから入力されるエンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報及び信号に基づいて、微粒子捕集フィルタ５２の異常、より具体的には、微粒子捕集フィルタ５２の有無を判定する異常判定処理を実行する。
【００２０】
（異常判定処理の原理）
次に、ＥＣＵ１００が実行する異常判定処理の原理について説明する。図２は、排気通路５０内に設置した圧力センサの出力信号の一例を示す図である。図２において、微粒子捕集フィルタ５２が正常である場合の圧力センサの出力信号（フィルタ正常時圧力信号）を実線で示し、微粒子捕集フィルタ５２が異常である（微粒子捕集フィルタ５２が無い）場合の圧力センサの出力信号（フィルタ異常時圧力信号）を点線で示している。
【００２１】
図２から明らかなように、圧力センサの出力信号は、クランク角度に対して周期的に変化する。そして、微粒子捕集フィルタ５２が正常である場合の圧力センサの出力信号の最大値と最小値との差（以後、振幅と称する）Ａｎと、微粒子捕集フィルタ５２が異常である場合の圧力センサの出力信号の振幅Ａａとは、大きく異なっている。したがって、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、微粒子捕集フィルタ５２が正常である場合の圧力センサの出力信号の振幅Ａｎと、微粒子捕集フィルタ５２が異常である場合の圧力センサの出力信号の振幅Ａａとの差に基づいて、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判断する。
【００２２】
このため、本実施形態において、圧力センサ６０は、排気通路５０内の圧力脈動の振幅を捉えることができる程度の応答性能を有する。具体的には、圧力センサ６０は、応答時間が、６０／（アイドリング回転数×所定の測定点数）［秒］以下の応答性能を少なくとも有する。所定の測定点数は、例えば、３気筒の４ストロークエンジンの場合、クランク角度２４０度周期の信号の振幅を捉えることが可能な値に設定される。また、例えば、４気筒の４ストロークエンジンの場合、クランク角度１８０度周期の信号の振幅を捉えることが可能な値に設定される。また、Ｎ気筒（Ｎは正の整数）の４ストロークエンジンの場合、クランク角度（７２０／Ｎ）度周期の信号の振幅を捉えることが可能な値に設定される。例えば、圧力センサ６０は、アイドリング運転状態において、クランク角度３度ごとに圧力を検出できる応答性能を有する。
【００２３】
図３は、ＥＣＵ１００が実行する異常判定処理の一例を示すフローチャートである。図３の処理は、例えばエンジン１０が始動すると開始される。
【００２４】
ＥＣＵ１００は、まず、現在のエンジンの運転状態を検出する（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジンの運転状態を検出する。ＥＣＵ１００は、例えば、アクセル開度、又は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて、エンジン負荷を算出する。また、ＥＣＵ１００は、例えば、クランク角センサ１７からの入力値に基づいてエンジン回転数を算出する。
【００２５】
次に、ＥＣＵ１００は、検出したエンジンの運転状態が、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定可能な運転状態であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００２６】
例えば、検出したエンジンの運転状態がアイドル運転状態である場合、ＥＣＵ１００は、エンジンの運転状態が微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定可能な運転状態であると判断し（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進む。一方、ＥＣＵ１００は、検出したエンジンの運転状態が、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定可能な運転状態ではない場合、ステップＳ１１からの処理を再度実行する。
【００２７】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ１００は、圧力センサ６０の出力信号を取得する。
【００２８】
次に、ＥＣＵ１００は、圧力センサ６０の出力信号の振幅を算出する（ステップＳ１７）。
【００２９】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１７で算出した振幅と、現在のエンジン運転状態において微粒子捕集フィルタ５２が正常な場合に得られる圧力信号の振幅との差（振幅差）を算出する（ステップＳ１８）。なお、微粒子捕集フィルタ５２が正常な場合に得られる圧力信号の振幅は、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定可能な各運転状態に対してＥＣＵ１００が備えるメモリ等に予め記憶されている。
【００３０】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１８で算出した振幅差が、閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。そして、振幅差が閾値以上である場合（ステップＳ１９／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、微粒子捕集フィルタ５２に異常が発生している（微粒子捕集フィルタ５２が無い）と判断し、異常を出力する（ステップＳ２１）。例えば、ＥＣＵ１００は、警報音によって微粒子捕集フィルタ５２の異常を報知したり、メータパネル等に異常を表示する。
【００３１】
一方、振幅差が閾値未満の場合（ステップＳ１９／ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１からの処理を再度実行する。
【００３２】
微粒子捕集フィルタの異常判定は、例えば、微粒子捕集フィルタの前後に圧力センサを設け、当該圧力センサの出力信号から得られる平均圧力の差（差圧）に基づいて行うことが一般的である。しかしながら、この場合、２つの圧力センサが必要となり、部品数が増加してしまう。
【００３３】
一方、本実施形態のエンジンシステム５００によれば、エンジン１０の排気通路５０に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタ５２と、応答時間が、６０／（アイドリング回転数×所定の測定点数）［秒］以下の応答性能を有し、排気通路５０に設けられ排気通路５０内の圧力に応じた信号を出力する圧力センサ６０と、圧力センサ６０の信号波形と、微粒子捕集フィルタ５２が正常な場合に得られる圧力センサ６０の信号波形とに基づいて、微粒子捕集フィルタ５２の異常の有無を判定するＥＣＵ１００と、を備える。圧力センサ６０が、応答時間が、６０／（アイドリング回転数×所定の測定点数）［秒］以下の応答性能を有するため、すなわち、圧力センサ６０が排気通路５０内の圧力脈動の最大値と最小値を取得可能な応答性能を有するため、圧力センサ６０の信号波形を用いて微粒子捕集フィルタ５２の状態を判断することができる。さらに、微粒子捕集フィルタ５２の状態を判断するために設置する圧力センサ６０の数が１つとなるため、微粒子捕集フィルタ５２の状態を判断するための部品数を削減することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態において、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定可能な運転状態として、アイドリング運転状態を例示したが、これに限られるものではない。
【００３５】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、触媒５１の下流かつ微粒子捕集フィルタ５２の上流に圧力センサ６０を設置した場合におけるエンジン運転状態の違いによる圧力センサの出力信号の違いを示す図である。図４（Ａ）は、エンジン回転数が低回転域にある場合における圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図４（Ｂ）は、エンジン回転数が中回転域にある場合における圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図４（Ｃ）は、エンジン回転数が高回転域にある場合における圧力センサの出力信号の一例を示す図である。
【００３６】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）から明らかなように、フィルタ正常時圧力信号の振幅と、フィルタ異常時圧力信号の振幅との差が大きな運転状態が存在する。したがって、このような運転状態を、異常判定を行う運転状態として設定することができる。
【００３７】
（変形例）
上記実施形態において、ＥＣＵ１００は、図５に示す異常判定処理を行ってもよい。
【００３８】
図５において、まず、ＥＣＵ１００は、圧力センサ６０の出力信号を取得し（ステップＳ３１）、その振幅を算出する（ステップＳ３２）。
【００３９】
次に、ＥＣＵ１００は、圧力センサ６０の出力信号の振幅が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。圧力センサ６０の出力信号の振幅が閾値未満の場合（ステップＳ３３／ＮＯ）、ステップＳ３１に戻る。
【００４０】
圧力センサ６０の出力信号の振幅が閾値以上である場合（ステップＳ３３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、現在のエンジン運転状態を検出する（ステップＳ３５）。
【００４１】
次に、ＥＣＵ１００は、現在のエンジン運転状態において、微粒子捕集フィルタ５２が正常な場合に得られる圧力センサ６０の出力信号の振幅（正常時圧力振幅）をＥＣＵ１００のメモリ等から読み出す（ステップＳ３７）。なお、ＥＣＵ１００のメモリには、各エンジン運転状態における正常時圧力振幅が記憶されている。
【００４２】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３２で算出した振幅と、ステップＳ３７で読み出した正常時圧力振幅との差（振幅差）を算出する（ステップＳ３９）。
【００４３】
次に、ＥＣＵ１００は、振幅差が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。振幅差が閾値以上である場合（ステップＳ４１／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、微粒子捕集フィルタ５２に異常が発生している（微粒子捕集フィルタ５２が無い）と判断し、異常を出力する（ステップＳ４３）。例えば、ＥＣＵ１００は、警報音によって微粒子捕集フィルタ５２の異常を報知したり、メータパネル等に異常を表示する。
【００４４】
一方、振幅差が閾値未満の場合（ステップＳ４１／ＮＯ）、ステップＳ３１に戻り、ステップＳ３１からの処理を再度実行する。
【００４５】
ＥＣＵ１００が図５に示す異常判定処理を行う場合であっても、微粒子捕集フィルタ５２の状態を判断することができるとともに、微粒子捕集フィルタ５２の状態を判断するために設置する圧力センサ６０の数が１つとなるため、微粒子捕集フィルタ５２の状態を判断するための部品数を削減することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態及び変形例において、圧力センサ６０を触媒５１よりも下流側であって微粒子捕集フィルタ５２よりも上流側に設けていたが、圧力センサ６０の設置位置はこれに限られるものではない。
【００４７】
図６（Ａ）は、排気通路５０内の圧力センサ設置位置を示す図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の位置Ａに配置した圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）の位置Ｂに配置した圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）の位置Ｃに配置した圧力センサの出力信号の一例を示す図である。図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）から明らかなように、各位置において、フィルタ正常時圧力信号の振幅とフィルタ異常時圧力信号の振幅とが異なっている。したがって、圧力センサ６０は、排気通路５０内の任意の箇所に設けることができる。ただし、各位置における圧力センサの出力信号は、エンジンの運転状態及び排気管全体のレイアウトにより異なる。したがって、例えば図３に示す異常判定処理を行う場合、異常判定を行う運転状態において、微粒子捕集フィルタ５２を設けた場合と、微粒子捕集フィルタ５２を設けない場合とで圧力センサ６０の出力信号を予め検出しておき、フィルタ正常時圧力信号とフィルタ異常時圧力信号の振幅差が大きい箇所に圧力センサ６０を設けることが好ましい。
【００４８】
なお、上記実施形態及び変形例において、圧力センサ６０の出力信号の振幅（最大値と最小値との差）を用いて、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、圧力センサ６０の出力信号の最大値と、フィルタ正常時圧力信号の最大値との差が閾値以上であるか否かに基づいて、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定してもよい。また、例えば、圧力センサ６０の出力信号の最小値と、フィルタ正常時圧力信号の最小値との差が閾値以上であるか否かに基づいて、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定してもよい。また、例えば、所定のクランク角度における圧力センサ６０の出力信号の値とフィルタ正常時圧力信号の値との差が閾値以上であるか否かに基づいて、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定してもよい。
【００４９】
また、例えば、異常判定処理を行うエンジンの運転状態において、フィルタ正常時圧力信号とフィルタ異常時圧力信号との振幅差が小さい場合には、ＥＣＵ１００は、フィルタ正常時圧力信号及びフィルタ異常時圧力信号に対してフーリエ変換を行い、当該フーリエ変換の結果を用いて、微粒子捕集フィルタ５２の異常を判定してもよい。
【００５０】
図７（Ａ）は、あるエンジン運転状態におけるフィルタ正常時圧力信号とフィルタ異常時圧力信号の一例を示す図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のフィルタ正常時圧力信号及びフィルタ異常時圧力信号のフーリエ変換結果を示す図である。図７（Ａ）の例では、フィルタ正常時圧力信号とフィルタ異常時圧力信号との振幅差が小さい。このような場合に、図７（Ｂ）に示すように、フーリエ変換後の強度を比較すると、特定の次数（図７（Ｂ）では、“４”）において、フィルタ正常時とフィルタ異常時との間の強度の差が大きくなっている。そこで、ＥＣＵ１００は、特定の次数成分において判定閾値を設け、特定の次数におけるフーリエ変換強度が閾値未満である場合に、微粒子捕集フィルタ５２に異常が生じていると判定してもよい。
【００５１】
なお、上記実施形態では、エンジン１０がガソリンエンジンの場合について説明したが、エンジン１０は、ディーゼルエンジンでもよい。この場合、微粒子捕集フィルタ５２は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である  。
【００５２】
なお、上記実施形態では、酸化触媒と微粒子捕集フィルタとが別々に構成された例を説明したが、種々の触媒と微粒子捕集フィルタとが一体化された触媒（微粒子捕集フィルタ）を用いてもよい。
【００５３】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  エンジン
５０  排気通路
５２  微粒子捕集フィルタ
６０  圧力センサ
１００  ＥＣＵ
５００  エンジンシステム（内燃機関の制御装置）
【図１】
2020101117.tif 000003
【図２】
2020101117.tif 000004
【図３】
2020101117.tif 000005
【図４】
2020101117.tif 000006
【図５】
2020101117.tif 000007
【図６】
2020101117.tif 000008
【図７】
2020101117.tif 000009