(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に後処理用の燃料を添加する後処理用燃料添加装置であって、
燃料供給源からの燃料供給通路と、空気供給源からの空気供給通路と、これら両通路を合流させた合流通路と、この合流通路の端部に接続されて前記排気通路に臨む噴射ノズルと、前記燃料供給通路の上流側に介装された燃料カットオフバルブと、前記燃料供給通路の下流側に介装された燃料添加バルブと、前記空気供給通路に介装された空気パージバルブと、前記燃料カットオフバルブ、前記燃料添加バルブ及び前記空気パージバルブの作動を制御する制御ユニットと、前記燃料供給通路における前記燃料カットオフバルブと前記燃料添加バルブとの間の圧力を検出する圧力センサと、を含んで構成され、
前記制御ユニットは、
前記燃料カットオフバルブを閉じ、前記空気パージバルブを閉じた後、前記燃料添加バルブを一時的に開いて再び閉じた状態で、前記圧力センサにより検出される圧力に基づき、しきい値との比較で、故障の有無を診断する第１の故障診断モードと、
前記燃料カットオフバルブを閉じ、前記空気パージバルブ及び前記燃料添加バルブを開いた状態で、前記圧力センサにより検出される圧力に基づき、しきい値との比較で、故障の有無を診断する第２の故障診断モードと、を有し、
少なくとも、エンジン始動直後に、前記第１の故障診断モード、前記第２の故障診断モードの順で、故障診断を行う
ことを特徴とする後処理用燃料添加装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記燃料カットオフバルブを閉じ、前記空気パージバルブを閉じ、前記燃料添加バルブを開いた状態で、前記圧力センサにより検出される圧力に基づき、しきい値との比較で、故障の有無を診断する第３の故障診断モードを更に有することを特徴とする請求項１記載の後処理用燃料添加装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、少なくとも、エンジン始動直後に、前記第１の故障診断モード、前記第２の故障診断モード、前記第３の故障診断モードの順で、故障診断を行うことを特徴とする請求項２記載の後処理用燃料添加装置。
【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後処理用の燃料を添加する後処理用燃料添加装置（ＡＨＩ；After treatment Hydrocarbon Injector）に関し、特に、その故障診断技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（特にディーゼルエンジン）では、排気通路にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を配置して、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集している。
後処理用燃料添加装置は、ＤＰＦを強制的に再生する際に、ＤＰＦの上流側に燃料を添加し、これにより排気温度を上昇させて、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するために用いられる。
【０００３】
かかる後処理用燃料添加装置の故障は、後処理用燃料の排気通路への漏洩や触媒劣化を招くため、定期的に診断する必要がある。
特許文献１には、燃料添加バルブの故障診断において、燃料添加の非実行時に、当該バルブ下流側の空燃比センサ出力に基づいて、バルブの漏洩異常を診断している。
【０００４】
また、特許文献２では、燃料添加バルブの故障診断において、所定空燃比を燃料添加により得たときの添加量を、エンジン用燃料インジェクタのポスト噴射により得たときの噴射量と比較して、バルブの故障を診断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３２９９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、後処理用燃料添加装置の故障診断は、内燃機関の始動時に実行可能であることが望まれる。
しかし、始動時に燃料添加を実際に行ってしまうと、添加した燃料が燃焼することなく滞留してしまう。このため、始動時の故障診断を可能とするためには、燃料添加を実際に行うことなく故障診断できるようにする必要がある。
【０００７】
この点、特許文献１に記載の技術では、燃料添加の非実行時に、空燃比センサ出力に基づいて、バルブの漏洩異常を診断しているが、始動時には空燃比センサが活性化していないので、空燃比センサを用いて始動時に故障診断することは困難である。
特許文献２に記載の技術では、燃料添加を実際に行う必要があり、始動時の故障診断は困難である。
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑み、後処理用燃料添加装置の故障診断を燃料添加を実際に行うことなく始動時から実行可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る後処理用燃料添加装置は、燃料供給源からの燃料供給通路と、空気供給源からの空気供給通路と、これら両通路を合流させた合流通路と、この合流通路の端部に接続されて前記排気通路に臨む噴射ノズルと、前記燃料供給通路の上流側に介装された燃料カットオフバルブと、前記燃料供給通路の下流側に介装された燃料添加バルブと、前記空気供給通路に介装された空気パージバルブと、これらのバルブの作動を制御する制御ユニットと、前記燃料供給通路における前記燃料カットオフバルブと前記燃料添加バルブとの間の圧力を検出する圧力センサと、を含んで構成される。
【００１０】
そして、前記制御ユニットは、下記（１）、（２）の故障診断モードを有する構成とする。
（１）前記燃料カットオフバルブを閉じ、前記空気パージバルブを閉じた後、前記燃料添加バルブを一時的に開いて再び閉じた状態で、前記圧力センサにより検出される圧力に基づき、しきい値との比較で、故障の有無を診断する第１の故障診断モード
（２）前記燃料カットオフバルブを閉じ、前記空気パージバルブ及び前記燃料添加バルブを開いた状態で、前記圧力センサにより検出される圧力に基づき、しきい値との比較で、故障の有無を診断する第２の故障診断モード
そして、前記制御ユニットは、少なくとも、エンジン始動直後に、前記第１の故障診断モード、前記第２の故障診断モードの順で、故障診断を行う。
【００１１】
更には、下記（３）の故障診断モードを有する構成とすることが望ましい。
（３）前記燃料カットオフバルブを閉じ、前記空気パージバルブを閉じ、前記燃料添加バルブを開いた状態で、前記圧力センサにより検出される圧力に基づき、しきい値との比較で、故障の有無を診断する第３の故障診断モード
この場合、前記制御ユニットは、少なくとも、エンジン始動直後に、前記第１の故障診断モード、前記第２の故障診断モード、前記第３の故障診断モードの順で、故障診断を行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料カットオフバルブを閉じた状態で故障診断するため、燃料添加を実行することなく、診断でき、しかも圧力センサを用いて診断するので、始動時から故障診断が可能となる。また、特に空気パージバルブを用い、空気圧力で診断することにより、正確な診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示す後処理用燃料添加装置のシステム図
【図２】第１〜第３の故障診断モードを説明するためのタイムチャート
【図３】診断診断のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す後処理用燃料添加装置のシステム図である。
【００１５】
燃料供給源からの燃料供給通路１と、空気供給源からの空気供給通路２とが設けられ、これらは合流して、合流通路３をなしている。合流通路３の端部には噴射ノズル４が接続され、噴射ノズル４は図示しない内燃機関の排気通路のＤＰＦ上流側に臨んでいる。
【００１６】
燃料供給通路１には、その上流側に燃料遮断用の燃料カットオフバルブ（Fuel Cut-off Valve；以下「ＦＣＶ」という）５が設けられ、下流側に添加流量制御用の燃料添加バルブ（Fuel Dosing Valve ；以下「ＦＤＶ」という）６が設けられる。
空気供給通路２には、空気パージ制御用の空気パージバルブ（Air Purge Valve ；以下「ＡＰＶ」という）」７が設けられる。
【００１７】
また、燃料供給通路１におけるＦＣＶ５とＦＤＶ６との間に逆流防止用のチェックバルブ８が設けられ、空気供給通路２におけるＡＰＶ７下流に逆流防止用のチェックバルブ９が設けられる。
また、燃料供給通路１におけるＦＣＶ５とＦＤＶ６との間で、チェックバルブ８の下流、従って、チェックバルブ８とＦＤＶ６との間に、当該部位の圧力を検出する圧力センサ１０が設けられる。
【００１８】
前記ＦＣＶ５、ＦＤＶ６及びＡＰＶ７は、いずれも電磁バルブであり、これらの作動は、制御ユニット１１により制御される。この制御ユニット１１には、内燃機関の運転条件やＤＰＦの強制再生の要否の判断のために、図示しない各種のセンサからの信号が入力されると共に、前記圧力センサ１０からの信号も入力されている。
尚、図１に点線Ｍで囲んで示すように、ＦＣＶ５、ＦＤＶ６、ＡＰＶ７、チェックバルブ８、９及び圧力センサ１０は、１つのケーシング内に収容されて、モジュール化されている。
【００１９】
上記の後処理用燃料添加装置では、制御ユニット１１により、ＤＰＦの強制再生の要否を判断して、強制再生時には、空気供給通路２のＡＰＶ７を閉じ、燃料供給通路１のＦＣＶ５及びＦＤＶ６を開いて、噴射ノズル４に燃料を供給し、噴射ノズル４から排気通路内に燃料を添加する。これにより、排気通路内で添加燃料を酸化させて昇温し、ＤＰＦに堆積しているＰＭを燃焼除去する。
【００２０】
強制再生のための燃料添加の終了時は、燃料供給通路１のＦＣＶ５及びＦＤＶ６を閉じて、燃料噴射を停止させる。その後、空気供給通路２のＡＰＶ７を一時的に開いて、パージ空気を供給し、合流通路３及び噴射ノズル４に残っている燃料をパージする。これにより、合流通路３及び噴射ノズル４内の燃料が炭化して付着し、詰まり等を生じないようにする。
【００２１】
また、燃料添加を実行しないときは、定期的に、空気供給通路２のＡＰＶ７を開いて、合流通路３及び噴射ノズル４にパージ空気を供給する。これは、排気通路から排気が噴射ノズル４内に逆流して排気中の煤が内部に付着したり、ノズル４に煤が堆積するのを防止するためである。内燃機関の停止時（キーＯＦＦ時）も同様に煤除去のためのパージを行う。
【００２２】
次に制御ユニット１１による故障診断について説明する。
制御ユニット１１は、ＦＣＶ５、ＦＤＶ６及びＡＰＶ７の開閉を制御しつつ、圧力センサ１０からの信号に基づいて、後処理用燃料添加装置の故障の有無を診断する機能を備えている。
【００２３】
図２は制御ユニット１１による故障診断のタイムチャートである。
故障診断は、（１）第１の故障診断モード、（２）第２の故障診断モード、（３）第３の故障診断モードの順で実行する。
【００２４】
（１）第１の故障診断モード
ＦＣＶ５、ＦＤＶ６、ＡＰＶ７の閉弁状態から、ＦＤＶ６を一定期間開いて、再び閉じる。これは、ＦＤＶ６を開くことで、ＦＣＶ５とＦＤＶ６との間の圧力を逃がし、再びＦＤＶ６を閉じることで、ＦＣＶ５とＦＤＶ６との間を低圧状態に保つようにする。そして、図２中の（１）のタイミングで、圧力センサ１０により検出される圧力を読込み、しきい値と比較して、低圧状態か否かを判定する。低圧状態であれば、正常であるが、高圧状態であれば、ＦＣＶ５の開故障（リーク）、ＦＤＶ６の開故障、ＡＰＶ７の開故障が考えられる。尚、ここでいう「開故障」とは、開状態のまま固着してしまったような故障をいい、「閉故障」とは、閉状態のまま固着してしまったような故障をいう。
【００２５】
（２）第２の故障診断モード
引き続きＦＣＶ５を閉じたまま、ＡＰＶ７を開き、次いでＦＤＶ６を開く。これは、ＡＰＶ７とＦＤＶ６を開くことで、ＡＰＶ７からの空気をＦＣＶ５とＦＤＶ６との間に導いて、圧力センサ１０部の圧力が上昇していく状況を作り出している。尚、ＡＰＶ７からの空気は噴射ノズル４より流出するが、噴射ノズル４は一種のオリフィスとして機能するので、圧力センサ１０部の圧力は上昇する。そして、この状態、すなわち、図２中の（２）のタイミングで、圧力センサ１０により検出される圧力を読込み、しきい値と比較して、高圧状態か否かを判定する。高圧状態であれば、正常であるが、低圧状態であれば、ＦＤＶ６の閉故障、ＡＰＶ７の閉故障が考えられる。
【００２６】
（３）第３の故障診断モード
引き続きＦＣＶ５を閉じたまま、先ずＦＤＶ６を閉じ、これと同時又は遅らせてＡＰＶ７を閉じ、しかる後、ＦＤＶ６を開く。これは、ＦＤＶ６を閉じて、圧力センサ１０部を高圧状態に保持し、これと同時又は遅らせてＡＰＶ７を閉じて空気供給を停止し、その後にＦＤＶ６を開くことで、圧力センサ１０部の圧力が低下していく状況を作り出している。そして、この状態、すなわち、図２中の（３）のタイミングで、圧力センサ１０により検出される圧力を読込み、しきい値と比較して、低圧状態になったか否かを判定する。低圧状態であれば、正常であるが、高圧状態であれば、ＦＣＶ５の開故障、ＦＤＶ６の開故障、ＡＰＶ７の開故障が考えられる。
【００２７】
図３は制御ユニット１１による上記第１〜第３の故障診断モードを用いた故障診断ルーチンのフローチャートであり、本ルーチンはエンジン始動直後に実行される。
【００２８】
Ｓ１では、予め定めた診断開始条件が成立しているか否かを判定する。ここでいう診断開始条件とは、例えば、燃料供給源の燃料圧力、及び、空気供給源（圧縮空気源）の空気圧力が確保されていることを条件とする。燃料を添加しないが、燃料の漏洩を見るために、エンジンと連動して作動する燃料ポンプにより燃料圧力が上昇している必要があるからである。また、パージ空気を用いるために空気圧力が確保されている必要があり、長時間エンジンを運転していないと、空気供給源（圧縮空気タンク）が空になっている恐れがあり、エンジンと連動して作動する圧縮空気ポンプ（コンプレッサ）により充填してからでないと診断を行えないからである。診断開始条件が成立した場合は、Ｓ２へ進む。
【００２９】
Ｓ２では、第１の故障診断モード（ＦＣＶリークチェック等）を実行する。すなわち、ＦＣＶ５を閉じ、ＡＰＶ７を閉じた後、ＦＤＶ６を一時的に開いて再び閉じる。そして、Ｓ３では、圧力センサ１０により検出される圧力を読込み、しきい値と比較して、圧力は予測範囲内（低圧状態）か否かを判定する。
この判定で、予測範囲内（低圧状態）の場合は、Ｓ５へ進み、予測範囲外（高圧状態）の場合は、Ｓ４へ進んで、ＦＣＶ５の開故障、ＦＤＶ６の開故障、ＡＰＶ７の開故障の疑いありと記憶した後、Ｓ５へ進む。
【００３０】
Ｓ５では、第２の故障診断モード（空気圧上昇チェック等）を実行する。すなわち、ＦＣＶ５を閉じたまま、ＡＰＶ７を開き、次いでＦＤＶ６を閉状態から一定期間開く。そして、Ｓ６では、ＦＤＶ６の開期間において、圧力センサ１０により検出される圧力を読込み、しきい値と比較して、圧力は予測範囲内（高圧状態）か否かを判定する。
この判定で、予測範囲内（高圧状態）の場合は、Ｓ８へ進み、予測範囲外（低圧状態）の場合は、Ｓ７へ進んで、ＦＤＶ６の閉故障、ＡＰＶ７の閉故障の疑いありと記憶した後、Ｓ８へ進む。
【００３１】
Ｓ８では、第３の故障診断モード（空気圧下降チェック等）を実行する。すなわち、ＦＣＶ５を閉じたまま、ＡＰＶ７を閉じ、ＦＤＶ６を閉状態から一定期間開く。そして、Ｓ９では、ＦＤＶ６の開期間において、圧力センサ１０により検出される圧力を読込み、しきい値と比較して、圧力は予測範囲内（低圧状態）か否かを判定する。
この判定で、予測範囲内（低圧状態）の場合は、Ｓ１１へ進み、予測範囲外（高圧状態）の場合は、Ｓ１０へ進んで、ＦＣＶ５の開故障、ＦＤＶ６の開故障、ＡＰＶ７の開故障の疑いありと記憶した後、Ｓ１１へ進む。
【００３２】
Ｓ１１では、以上の第１〜第３の故障診断モードで、故障の疑いありであったか否かを判定し、疑いありの場合は、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、診断回数を予め定めたしきい値と比較する。診断回数は、Ｓ２〜Ｓ１１のループを回る毎に、１アップされ、しきい値未満の場合は、Ｓ２へ戻って、Ｓ２〜Ｓ１１のループを繰り返す。
【００３３】
Ｓ１１、Ｓ１２の判定で、故障の疑いありで、かつ、診断回数がしきい値に達した場合は、Ｓ１３へ進んで、故障コードをセットし、ユーザー又はサービスマン向けに適宜表示する。また同時にフェイルセーフモードに入る。フェイルセーフモードでは、全てのバルブ５、６、７に対し閉弁を指令する。
Ｓ１１での判定で、故障の疑いなしの場合は、Ｓ１４へ進んで、故障コードをクリアする。
【００３４】
本実施形態によれば、第１〜第３の故障診断モードのいずれにおいても、ＦＣＶ５を閉じた状態で故障診断するため、燃料添加を実行することなく、診断でき、しかも圧力センサ１０を用いて診断するので、エンジン始動直後から故障診断が可能となる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、ＦＣＶ５を閉じ、ＡＰＶ７及びＦＤＶ６を更に閉じた状態で、ＦＣＶ５、ＦＤＶ６間の圧力センサ１０により検出される圧力に基づいて、故障の有無を診断する第１の故障診断モードと、ＦＣＶ５を閉じ、ＡＰＶ７及びＦＤＶ６を開いた状態で、前記圧力センサ１０により検出される圧力に基づいて、故障の有無を診断する第２の故障診断モードと、を有することにより、ＦＣＶ５，ＦＤＶ６及びＡＰＶ７の各種故障を検知・診断することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、ＦＣＶ５を閉じ、ＡＰＶ７を閉じ、ＦＤＶ６を開いた状態で、前記圧力センサ１０により検出される圧力に基づいて、故障の有無を診断する第３の故障診断モードを更に有することにより、更に多くの各種故障を検知・診断することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、前記第１の故障診断モード、前記第２の故障診断モード、前記第３の故障診断モードの順で、故障診断を行うことにより、一連の診断を効率的に行うことが可能となる。
【００３８】
尚、以上では、エンジン始動直後の故障診断について説明したが、これに限るものではない。すなわち、本発明による故障診断は、エンジン始動直後に極めて有効であることは言うまでもないが、エンジン始動直後のみでなく、エンジン運転中やキーＯＦＦ時に実行することもできる。もちろん、エンジン運転中は、燃料添加を実際に行いながら診断することが可能であるので、エンジン始動直後とは別に、ＦＣＶ５及びＦＤＶ６を開いて燃料添加を実行しながら行う故障診断モードによって故障診断を行うようにしてもよい。
【００３９】
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料供給通路
２  空気供給通路
３  合流通路
４  噴射ノズル
５  燃料カットオフバルブ（ＦＣＶ）
６  燃料添加バルブ（ＦＤＶ）
７  空気パージバルブ（ＡＰＶ）
８、９  チェックバルブ
１０  圧力センサ
１１  制御ユニット
【図１】
0005634249.tif 000002
【図２】
0005634249.tif 000003
【図３】
0005634249.tif 000004