(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流側に設置され、該パティキュレートフィルタを通過した排気微粒子が堆積し、該堆積量を検出する排気微粒子検出手段と、
該排気微粒子検出手段に堆積した排気微粒子量が、前記排気微粒子検出手段の検出精度を低下させるか又は前記排気微粒子検出手段による検出を不能にさせる所定量になったとき、該堆積した排気微粒子を除去して前記排気微粒子検出手段をリセットするリセット手段と、
該リセット手段による所定期間中のリセット回数をカウントするカウント手段と、
該カウント手段によりカウントされたリセット回数が所定回数以上であるとき、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手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記パティキュレートフィルタに所定量の排気微粒子が蓄積したとき、該蓄積した排気微粒子を除去して、前記パティキュレートフィルタを再生処理するフィルタ再生手段を備え、
前記故障判定手段は、前記フィルタ再生手段による再生処理の非実行時に前記パティキュレートフィルタの故障判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記リセット手段がリセットを行うときの前記排気微粒子検出手段における排気微粒子の堆積量は、前記フィルタ再生手段による再生処理が行われるときの前記パティキュレートフィルタにおける排気微粒子の蓄積量よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記所定期間は、車両の走行距離が所定距離に達すること、車両の走行時間が所定時間に達すること、排気ガスの累積流量が所定量に達すること、又は排気微粒子の累積発生量予測値が所定値に達することのうち少なくとも１つが成立する期間であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置に関し、エンジンの排気浄化技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン、特にディーゼルエンジンの排気規制が強化され、排気ガス中に含まれる微粒子（以下、「排気微粒子」ともいう。）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」ともいう。）の搭載が要求されている。
【０００３】
ＤＰＦには、捕集した排気微粒子が徐々に蓄積されていくため、蓄積された排気微粒子を除去しなければ、目詰まりが生じることにより、排気抵抗が増大して、燃費の悪化を招いてしまう。
【０００４】
また、ＤＰＦにおける排気微粒子の蓄積量が増加し、排気抵抗が増大すると、ＤＰＦの上、下流側の圧力差（差圧）が上昇する。そこで、この点に着目して、差圧センサにより検出された差圧が所定の閾値を超えたとき、ＤＰＦに蓄積された排気微粒子を除去するための再生処理が行われる。
【０００５】
具体的に、ＤＰＦの再生処理が行われる際は、エンジンの燃焼室に燃焼用の燃料に加えてＤＰＦ再生用の燃料が供給される。該再生用の燃料は未燃燃料となって排気系に排出され、該排気系においてＤＰＦの上流側に設けられた酸化触媒で酸化される。このとき生じる酸化熱によりＤＰＦは温度上昇し、これにより、ＤＰＦに蓄積された排気微粒子は焼失し、ＤＰＦが再生される。
【０００６】
ところで、このＤＰＦは、再生処理中の過度の温度上昇等により一部が破損または溶損することがあり、この場合、捕集能力が低下し、排気微粒子が下流側へすり抜けて外気に放出されやすくなる。そのため、このようなＤＰＦの故障を精度よく判定することが重要となっている。
【０００７】
特許文献１に、ＤＰＦの故障判定方法の従来例が開示されている。この特許文献１の判定方法では、所定時間にＤＰＦを通過した排気微粒子の量に基づいてＤＰＦの故障判定が行われる。具体的に、特許文献１の方法では、ＤＰＦの下流側に設けたＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）センサにより、ＤＰＦを通過した排気微粒子量を所定期間検出し、該検出された排気微粒子量が所定の閾値以上であれば、ＤＰＦが故障していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２９３５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の方法のようにＰＭセンサの検出に基づいてＤＰＦの故障判定を行う場合は、次の問題がある。
【００１０】
一般的に、ＰＭセンサは、該センサに設けられた電極または小型フィルタに、ＤＰＦをすり抜けた排気微粒子が堆積し、この堆積量を検知するように構成されている。この種のＰＭセンサは、該センサに堆積した排気微粒子量が所定量以上になると、検出精度が低下し或いは検出不能となるので、堆積した排気微粒子を例えば電気的な加熱により焼失させて除去する処理（リセット）が行われる。また、ＰＭセンサは比較的小型であり、検出精度を維持し得る堆積量は多くないため、ＰＭセンサのリセットは比較的頻繁に実行される。
【００１１】
そして、特許文献１の故障判定を行うためのＰＭセンサの検出は、該ＰＭセンサのリセット期間（リセット処理をされてから次にリセット処理されるまでの期間）の一部の短い時間しか行われないため、この検出時の運転状態の影響を受けやすい。また、ＤＰＦをすり抜ける排気微粒子量は運転状態に応じて変化するため、ＰＭセンサの出力値には、運転状態によるばらつきが生じやすい。よって、特許文献１の方法によってＤＰＦの故障判定を正確に行うことは困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、パティキュレートフィルタの故障判定を正確に行うことができるエンジンの排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１４】
まず、本願の請求項１に記載の発明に係るエンジンの排気浄化装置は、
エンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流側に設置され、該パティキュレートフィルタを通過した排気微粒子が堆積し、該堆積量を検出する排気微粒子検出手段と、
該排気微粒子検出手段に堆積した排気微粒子量が、前記排気微粒子検出手段の検出精度を低下させるか又は前記排気微粒子検出手段による検出を不能にさせる所定量になったとき、該堆積した排気微粒子を除去して前記排気微粒子検出手段をリセットするリセット手段と、
該リセット手段による所定期間中のリセット回数をカウントするカウント手段と、
該カウント手段によりカウントされたリセット回数が所定回数以上であるとき、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手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明に係るエンジンの排気浄化装置は、前記請求項１に記載の発明において、
前記パティキュレートフィルタに所定量の排気微粒子が蓄積したとき、該蓄積した排気微粒子を除去して、前記パティキュレートフィルタを再生処理するフィルタ再生手段を備え、
前記故障判定手段は、前記フィルタ再生手段による再生処理の非実行時に前記パティキュレートフィルタの故障判定を行うことを特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の発明において、
前記リセット手段がリセットを行うときの前記排気微粒子検出手段における排気微粒子の堆積量は、前記フィルタ再生手段による再生処理が行われるときの前記パティキュレートフィルタにおける排気微粒子の蓄積量よりも小さいことを特徴とする。
【００１７】
またさらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、
前記所定期間は、車両の走行距離が所定距離に達すること、車両の走行時間が所定時間に達すること、排気ガスの累積流量が所定量に達すること、又は排気微粒子の累積発生量予測値が所定値に達することのうち少なくとも１つが成立する期間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
まず、請求項１に記載の発明によれば、エンジンの排気通路においてパティキュレートフィルタの下流側に設けられた排気微粒子検出手段の所定期間中のリセット回数が所定回数以上であるときにパティキュレートフィルタが故障していると判定される。したがって、パティキュレートフィルタの故障時に該フィルタを通過する排気微粒子量が増加することに伴い排気微粒子検出手段が頻繁にリセットされるようになることを利用して、フィルタの故障を正確に判定することができる。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの故障判定は該フィルタの再生処理の非実行時に行われるため、再生処理時に排気微粒子検出手段のリセット頻度が上昇することによる影響を排除することができ、フィルタの故障判定を一層正確に行うことができる。
【００２０】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、排気微粒子検出手段のリセットはパティキュレートフィルタの再生処理よりも高い頻度で行われるため、排気微粒子検出手段のリセット回数に基づくパティキュレートフィルタの故障判定を精度よく行うことができる。
【００２１】
またさらに、請求項４に記載の発明によれば、排気微粒子検出手段のリセット回数がカウントされる期間を、車両の走行距離が所定距離に達すること、車両の走行時間が所定時間に達すること、排気ガスの累積流量が所定量に達すること、又は排気微粒子の累積発生量予測値が所定値に達することのうち少なくとも１つが成立する期間とすることで、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明を効果的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す図である。
【図２】ＰＭセンサのリセット頻度をＤＰＦの正常時と故障時とを比較して示す図である。
【図３】ＤＰＦの再生処理に伴うＰＭセンサのリセット頻度の変化の態様を示す図である。
【図４】ＤＰＦの故障判定の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】別の実施形態に係るＤＰＦ故障判定の処理の流れの一部を示すフローチャートである。
【図６】別の実施形態に係るＤＰＦ故障判定の処理の流れの一部を示すフローチャートである。
【図７】別の実施形態に係るＤＰＦ故障判定の処理の流れの一部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】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、車両に搭載されるエンジン２の排気系１を示す。エンジン２は、例えばディーゼルエンジンであり、このエンジン２には吸気通路４と排気通路６とが接続されている。また、エンジン２には、図示しない燃料タンクから供給される燃料を該エンジン２の燃焼室に直接噴射するインジェクタ８が設けられている。
【００２５】
排気通路６には、酸化触媒１２が設けられるとともに、該酸化触媒１２の下流側にパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１４が設けられている。酸化触媒１２は、排気ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）を酸化反応によって浄化する機能を有する。一方、ＤＰＦ１４は、排気ガスに含まれる排気微粒子を捕集するとともに、ＨＣ及びＣＯを浄化する機能を有する。
【００２６】
また、排気通路６には、該排気通路６におけるＤＰＦ１４の上流側と下流側との圧力差ΔＰ（ＤＰＦ上流側の圧力Ｐ１−ＤＰＦ下流側の圧力Ｐ２）を検出する差圧センサ（圧力差検出手段）２０が設けられ、該差圧センサ２０の下流側に、ＰＭセンサ（排気微粒子量検出手段）２４が設けられている。該ＰＭセンサ２４には、ＤＰＦ１４を通過した排気微粒子が堆積し、該堆積した排気微粒子量ＭがＰＭセンサ２４により検出される。
【００２７】
差圧センサ２０は、排気通路６におけるＤＰＦ１４の上流側に設けられ、該上流側部分の圧力を検出する上流側圧力センサ２１と、排気通路６におけるＤＰＦ１４の下流側に設けられ、該下流側部分の圧力を検出する下流側圧力センサ２２とで構成されている。
【００２８】
ＰＭセンサ２４の種類は特に限定されないが、例えば、一対の電極が設けられた基板を有し、該基板に付着した排気微粒子を介して電極間に流れる電流の大きさに基づいて排気微粒子量Ｍを検出するタイプや、排気微粒子を捕集する小型のフィルタを有し、該フィルタによる捕集量に応じて変化する該フィルタの上、下流側の圧力差に基づいて排気微粒子量Ｍを検出するタイプのＰＭセンサが用いられる。
【００２９】
いずれのタイプのＰＭセンサ２４も、排気微粒子の堆積量が所定量Ｒを超えると、検出精度が低下し或いは検出不能となるため、堆積した排気微粒子を除去するための処理（リセット）が行われる。このＰＭセンサ２４のリセットは、例えば、堆積した排気微粒子を電気的な加熱により焼失させることで行われる。
【００３０】
また、いずれのタイプのＰＭセンサ２４も比較的小型であり、リセットされるときのＰＭセンサ２４における排気微粒子の堆積量は、後述の再生処理が行われるときのＤＰＦ１４における排気微粒子の蓄積量よりも小さい。すなわち、ＰＭセンサ２４のリセットは、ＤＰＦ１４の再生処理よりも頻繁に実行される。
【００３１】
ＤＰＦ１４の再生処理は、目詰まりによるエンジン２の背圧上昇を防止するために、排気微粒子の捕集量が所定量を超えたときに、これを除去するための処理である。このＤＰＦ１４の再生処理は、差圧センサ２０の出力値が所定の閾値を超えたときに、排気微粒子の捕集量が所定量を超えたと判定されて、実行される。ＤＰＦ１４の再生処理が実行されると、インジェクタ８からエンジン２の燃焼室へ例えばポスト噴射することにより未燃燃料が排気通路６に排出され、この未燃燃料が酸化触媒１２で酸化される。そして、このとき生じる酸化熱でＤＰＦ１４が温度上昇することで、ＤＰＦ１４に蓄積された排気微粒子は焼失し、これにより、ＤＰＦ１４が再生される。
【００３２】
このように、ＤＰＦ１４は、再生処理の際に温度上昇するが、該温度上昇が過剰になると一部が破損または溶損して、捕集能力が著しく低下するおそれがある。そのため、ＤＰＦ１４が故障したときに、該故障を乗員に報知して新品との交換を促すために、後述するように所定のタイミングでＤＰＦ１４の故障判定が行われる。
【００３３】
ＤＰＦ１４の再生処理および故障判定は、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０により行われる。このＥＣＵ３０には、上述のインジェクタ８、差圧センサ２０、ＰＭセンサ２４及び報知装置４０に電気的に接続されている。
【００３４】
ＥＣＵ３０は、ＰＭセンサ２４の出力値に基づきＤＰＦ１４を通過した排気微粒子量Ｍを検出する排気微粒子量検出部３１と、差圧センサ２０の出力値に基づきＤＰＦ１４の上流側と下流側との圧力差ΔＰを検出する差圧検出部３２と、インジェクタ８からの燃料噴射を制御するインジェクタ制御部３３と、ＰＭセンサ２４のリセットを制御するリセット制御部３４と、ＰＭセンサ２４の所定期間中のリセット回数をカウントするカウント部３５と、ＤＰＦ１４の故障の有無を判定するＤＰＦ故障判定部３６とを有する。また、ＥＣＵ３０は、各種制御に用いられる閾値等のデータが保存されたデータ保存部３７を有する。
【００３５】
次に、図２及び図３を参照しながら、ＰＭセンサ２４のリセット頻度について説明する。
【００３６】
図２（ａ）はＤＰＦ１４が正常である場合、図２（ｂ）はＤＰＦ１４が故障している場合について、いずれもＤＰＦ１４の再生処理を実行していないときのＰＭセンサ２４の出力値を示している。両図を比較すると明らかなように、ＤＰＦ１４が故障している場合、正常である場合に比べて、多くの排気微粒子がＤＰＦ１４を通過し、ＰＭセンサ２４の出力値の増加速度が大きくなることから、ＰＭセンサ２４のリセットが頻繁に行われる。
【００３７】
このことに着目して、本発明では、ＰＭセンサ２４の所定期間中のリセット回数Ｎに基づいて、ＤＰＦ１４の故障判定が行われる。具体的に、所定期間中のリセット回数Ｎが所定の閾値Ｎ１よりも大きければＤＰＦ１４が故障していると判定され、閾値Ｎ１以下であればＤＰＦ１４が正常であると判定される。この所定期間中のリセット回数Ｎは、従来の判定基準であったリセット期間（リセット処理をされてから次にリセット処理されるまでの期間）内の所定期間で検出される排気微粒子量Ｍに比べて、非常に長い時間をかけて得られる値であるため、故障判定時の運転状態によるばらつきを排除して、正確な判定を行うことができる。
【００３８】
続く図３は、ＤＰＦ１４が正常である場合において、該ＤＰＦ１４の再生処理時およびその前後のＰＭセンサ２４の出力値を示している。この図３から明らかなように、ＤＰＦ１４の再生処理が行われると、ＤＰＦ１４を通過する排気微粒子量が増加するため、ＰＭセンサ２４の出力値の増加速度が増加する。そのため、再生処理の開始時Ｔ１から終了時Ｔ２までの期間は、ＰＭセンサ２４のリセット頻度が高くなる。一方、再生処理が終了すると、ＤＰＦ１４における排気微粒子の蓄積量が増加するのに伴って、該ＤＰＦ１４を通過する排気微粒子量が減少し、ＰＭセンサ２４のリセット頻度が徐々に低くなる。このように、ＤＰＦ１４の再生処理中は、ＤＰＦ１４が故障していなくてもＰＭセンサ２４のリセット頻度が高くなるため、上記のＤＰＦ１４の故障判定は、ＤＰＦ１４の再生処理の非実行時の所定期間にカウントされるリセット回数Ｎに基づいて行うことが好ましく、これにより、一層正確な判定を行うことができる。
【００３９】
以下、図４を参照しながら、ＤＰＦ１４の故障の有無を判定するための各処理の流れについて説明する。
【００４０】
先ず、ステップＳ１では、ＤＰＦ１４の再生処理が終了したか否かが判定され、ＤＰＦ１４の再生処理が終了したと判定された場合のみステップＳ２以降の処理に進む。これにより、ＤＰＦ１４の故障判定が再生処理の非実行時にのみ行われることになるため、ＤＰＦ１４の再生処理中にＰＭセンサ２４のリセット頻度が高くなることによる影響を排除して、正確な判定を行うことができる。
【００４１】
ただし、ＤＰＦ１４の故障判定のための処理は、必ずしもＤＰＦ１４の再生処理終了をトリガーとする必要はなく、ＤＰＦ１４の再生処理の非実行時であれば、別の条件をトリガーとしてもよい。
【００４２】
ステップＳ２では、ＰＭセンサ２４の所定期間中のリセット回数Ｎのカウントが開始され、ステップＳ３で、車両の走行距離の積算が開始される。
【００４３】
次のステップＳ４では、ステップＳ３で開始された積算により得られた走行距離が、予めデータ保存部３７に保存された所定距離以上になったか否かが判定される。
【００４４】
このステップＳ４の判定は、走行距離が所定距離に達するまで繰り返し実行され、判定の結果、車両の走行距離が所定距離に達していると、ステップＳ５以降の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ５では、ＰＭセンサ２４のリセット回数Ｎのカウントが終了し、これにより、ＤＰＦ１４の再生処理が終了してから車両が所定距離走行するまでのＰＭセンサ２４のリセット回数Ｎが得られる。
【００４６】
次のステップＳ６では、ステップＳ５で得られたリセット回数Ｎが、予めデータ保存部３７に保存された所定回数Ｎ１よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ６）。
【００４７】
ステップＳ６の判定の結果、リセット回数Ｎが所定回数Ｎ１よりも大きい場合、ＤＰＦ１４は故障していると判定される（ステップＳ７）。この場合、車両の所定位置に設置された報知装置４０により、ＤＰＦ１４が故障している旨が報知され、乗員にＤＰＦ１４の交換を促すようになっている。一方、この判定の結果、リセット回数Ｎが所定回数Ｎ１以下である場合、ＤＰＦ１４は正常であると判定されて（ステップＳ８）、処理が終了する。
【００４８】
以上のように判定することにより、ＤＰＦ１４の故障時に該ＤＰＦ１４を通過する排気微粒子量Ｍが増加することに伴いＰＭセンサ２４が頻繁にリセットされるようになることを利用して、ＤＰＦ１４の故障を正確に判定することができる。
【００４９】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、上述の本実施形態では、図４のステップＳ３及びステップＳ４に示すように、車両の走行距離が所定距離に達するまでＰＭセンサ２４のリセット回数Ｎをカウントする構成について説明したが、本発明において、リセット回数Ｎをカウントする期間は、ＤＰＦ１４の再生処理の実行時を含まない限り、これに限定されない。
【００５１】
具体的には、例えば、図５に示すように、車両の走行時間が所定時間経過するまでリセット回数Ｎをカウントしたり、図６に示すように、排気ガスの累積流量が所定流量に達するまでリセット回数Ｎをカウントしたり、図７に示すように、排気微粒子の累積発生量予測値が所定値に達するまでリセット回数Ｎをカウントしたりするようにしてもよい。なお、排気ガスの累積流量、及び、排気微粒子の累積発生量予測値は、車両の運転状態を表す所定のパラメータを積分することによって算出される。
【００５２】
また、図４〜図７に示す構成は、車両の走行距離が所定距離に達すること、車両の走行時間が所定時間に達すること、排気ガスの累積流量が所定量に達すること、又は排気微粒子の累積発生量予測値が所定値に達することのうちいずれか１つのみを条件として、該条件が成立する期間が、リセット回数Ｎをカウントする期間とされるものであるが、本発明は、上記の条件を複数設定した上で、該複数の条件のうちいずれか１つ又は複数の条件が最初に成立するまでの期間をリセット回数Ｎのカウント期間としたり、前記複数の条件全てが成立するまでの期間をリセット回数Ｎのカウント期間としたりしてもよい。
【００５３】
このように、ＤＰＦ１４の再生処理が終了してから次の再生処理が開始されるまでの全期間Ｔのうち、一部の期間だけリセット回数Ｎをカウントし、このカウント結果に基づいてＤＰＦ１４の故障判定を行うことで、全期間Ｔに亘ってリセット回数Ｎをカウントする場合に比べて、高い頻度で故障判定を行うことができ、ＤＰＦ１４が故障した場合に該故障を迅速に報知することができる。
【００５４】
ただし、本発明では、全期間Ｔに亘ってリセット回数Ｎをカウントし、このカウント結果に基づいてＤＰＦ１４の故障判定を行うようにしてもよく、この場合、ＤＰＦ１４における排気微粒子の蓄積量や運転状態によるリセット回数Ｎのばらつきを抑制できるため、精度の高い故障判定を行うことができる。
【００５５】
また、上述の実施形態では、ディーゼルエンジンの排気系に設けられたパティキュレートフィルタの故障判定について説明したが、本発明は、ディーゼルエンジン以外のエンジンの排気系に設けられたパティキュレートフィルタについても同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明によれば、パティキュレートフィルタの故障判定を正確に行うことが可能となるから、エンジンの排気浄化技術分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００５７】
１    エンジンの排気系
２    エンジン
６    排気通路
１２  酸化触媒
１４  ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
２０  差圧センサ（圧力差検出手段）
２４  ＰＭセンサ（排気微粒子量検出手段）
３３  インジェクタ制御部（フィルタ再生手段）
３４  リセット制御部（リセット手段）
３５  カウント部（カウント手段）
３６  ＤＰＦ故障判定部（フィルタ故障判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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