(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に設けられるＰＭを捕集するフィルタの故障を精度良く検出できる故障検出装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理を行なうフィルタ再生手段と、フィルタより下流側の排気通路から分岐する第１の分岐通路及び第２の分岐通路と、第１の分岐通路に設けられ排気中のＰＭに含まれる揮発性粒子を除去する揮発性粒子除去装置と、揮発性粒子除去装置より下流側の第１の分岐通路に設けられ排気中のＰＭの量を検出する第１のセンサと、第２の分岐通路に設けられ排気中のＰＭの量を検出する第２のセンサと、フィルタ再生処理の実行中に揮発性粒子除去装置を作動させ、第１のセンサによる検出値と第２のセンサによる検出値との差に基づいてフィルタの故障を検出する故障検出手段と、を備える。【選択図】図３
2011185090.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ＰＭを捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理を行なうフィルタ再生手段と、
前記フィルタ再生処理を実行中の前記フィルタから排出されるＰＭに含まれる揮発性粒子の量に基づいて前記フィルタの故障を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の故障検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィルタより下流側の排気通路から分岐する第１の分岐通路及び第２の分岐通路と、
前記第１の分岐通路に設けられ排気中のＰＭに含まれる揮発性粒子を除去する揮発性粒子除去装置と、
前記揮発性粒子除去装置より下流側の第１の分岐通路に設けられ排気中のＰＭの量を検出する第１のセンサと、
前記第２の分岐通路に設けられ排気中のＰＭの量を検出する第２のセンサと、
を備え、
前記故障検出手段は、前記フィルタ再生処理の実行中に、前記揮発性粒子除去装置を作動させ、前記第１のセンサによる検出値と前記第２のセンサによる検出値との差に基づいて前記フィルタの故障を検出することを特徴とする内燃機関の故障検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記故障検出手段は、前記第１のセンサによる検出値と前記第２のセンサによる検出値との差が所定の基準値より小さい場合に、前記フィルタが故障していると判断することを特徴とする内燃機関の故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路に排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタを備えた内燃機関において、フィルタの上流と下流にそれぞれＰＭセンサを設け、フィルタに流入するＰＭ量及びフィルタから流出するＰＭ量を検出することによって、フィルタをすり抜けるＰＭ量を算出し、算出したすり抜けＰＭ量とフィルタが正常な場合にフィルタをすり抜けるＰＭ量との比較に基づいてフィルタの故障を検出する技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３２２９０号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献３】特開２００８−２６１３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィルタを備えた内燃機関では、フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理を行なう必要があるが、フィルタ再生処理の実行中はフィルタが正常であってもフィルタから排出されるＰＭ量が増大する。従って、フィルタから排出されるＰＭ量に基づく上記従来技術の故障検出では、特にフィルタ再生処理中に精度良く故障を検出できない可能性がある。
【０００５】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に設けられるＰＭを捕集するフィルタの故障を精度良く検出できる故障検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため、本発明の内燃機関の故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理を行なうフィルタ再生手段と、
前記フィルタ再生処理を実行中の前記フィルタから排出されるＰＭに含まれる揮発性粒子の量に基づいて前記フィルタの故障を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
フィルタが正常な場合と故障している場合とでは、フィルタ再生処理の実行中のフィルタから排出されるＰＭに含まれる揮発性粒子の量が、フィルタが正常の場合にはフィルタ再生処理を実行していないときより増大するのに対し、フィルタが故障している場合にはフィルタ再生処理を実行していないときと同程度という違いがある。このことから、フィルタ再生処理の実行中のフィルタから排出されるＰＭに含まれる揮発性粒子の量に基づくことによって、フィルタ再生処理の実行中においても精度良くフィルタの故障を検出することができる。
【０００８】
本発明において、前記フィルタより下流側の排気通路から分岐する第１の分岐通路及び第２の分岐通路と、
前記第１の分岐通路に設けられ排気中のＰＭに含まれる揮発性粒子を除去する揮発性粒子除去装置と、
前記揮発性粒子除去装置より下流側の第１の分岐通路に設けられ排気中のＰＭの量を検出する第１のセンサと、
前記第２の分岐通路に設けられ排気中のＰＭの量を検出する第２のセンサと、
を備え、
前記故障検出手段は、前記フィルタ再生処理の実行中に、前記揮発性粒子除去装置を作動させ、前記第１のセンサによる検出値と前記第２のセンサによる検出値との差に基づいて前記フィルタの故障を検出する構成とすることができる。
【０００９】
フィルタ再生処理の実行中に揮発性粒子除去装置を作動させることにより、第１のセンサによる検出値は揮発性粒子以外のＰＭの粒子の量を表すのに対し、第２のセンサによる検出値は揮発性粒子も含むＰＭの全ての性状の粒子の量を表す。従って、第１のセンサによる検出値と第２のセンサによる検出値との差は、ＰＭに含まれる揮発性粒子の量を表している。従って、フィルタ再生処理の実行中に揮発性粒子除去装置を作動させているときの第１のセンサによる検出値と第２のセンサによる検出値との差に基づくことによって、フィルタ再生処理の実行中においても精度良くフィルタの故障を検出することができる。
【００１０】
上記構成において、前記故障検出手段は、前記第１のセンサによる検出値と前記第２のセンサによる検出値との差が所定の基準値より小さい場合に、前記フィルタが故障していると判断することができる。所定の基準値は、フィルタが正常な場合の第１のセンサによる検出値と第２のセンサによる検出値との差の下限値に基づいて定めることができる。
【００１１】
揮発性粒子除去装置は、例えば第１の分岐通路を流れる排気を加熱することによりＰＭに含まれる揮発性粒子を除去することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられるＰＭを捕集するフィルタの故障を精度良く検出できる故障検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】排気中のＰＭの量（固体粒子の量及び揮発性粒子の量の和）と固体粒子の量の時間変化の例を示す図である。
【図３】実施例に係るフィルタの故障検出処理を表すフローチャートである。
【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。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。
【００１５】
図１は、本発明に係る内燃機関の故障検出装置の一実施態様の概略構成を示す図である。図１においてエンジン１は４つの気筒２を備え、各気筒２には気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１９が備えられている。エンジン１には、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ２０と、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を測定するアクセル開度センサ２１と、が備えられている。各気筒２は吸気マニホールド５及び排気マニホールド６に連通している。
【００１６】
吸気マニホールド５には吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、吸気を冷却するインタークーラ１０が備えられている。インタークーラ１０より上流側の吸気通路３に
は、ターボチャージャ１８のコンプレッサ７が備えられている。
【００１７】
排気マニホールド６には排気中に燃料を添加する燃料添加弁９が備えられている。排気マニホールド６には排気通路４が接続されている。排気通路４には、ターボチャージャ１８のタービン８が備えられている。タービン８より下流側の排気通路４には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１７が設けられる。フィルタ１７に所定量を超えるＰＭが捕集されたと判断されたときに、燃料添加弁９から排気中に燃料を供給することによって、フィルタ１７に捕集されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理が行なわれる。フィルタ再生処理（フィルタ１７に捕集されたＰＭ量の検出や燃料添加弁９の制御など）は公知であるから詳細な説明を省略する。フィルタ再生処理はＥＣＵ２２によって行なわれる。本実施例では、燃料添加弁９を制御してフィルタ再生処理を実行するＥＣＵ２２が本発明におけるフィルタ再生手段として機能する。
【００１８】
フィルタ１７より下流側において排気通路４は２つの分岐通路を有する。すなわち、第１分岐通路１１及び第２分岐通路１２である。２つの分岐通路はさらに下流側の排気通路４において合流する。各分岐通路には排気中のＰＭの量を検出するＰＭ粒子数センサが備わる。各ＰＭ粒子数センサは、例えば光散乱方式や電圧電荷方式などの公知の方式のセンサを用いることができる。第１分岐通路１１には第１センサ１５、第２分岐通路１２には第２センサ１６がそれぞれ備わる。第１センサ１５より上流側の第１分岐通路１１には、第１分岐通路１１を流れる排気を加熱する加熱装置１４が備わる。
【００１９】
エンジン１にはエンジン１の運転を制御するコンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２には、上述した第１センサ１５、第２センサ１６、クランク角度センサ２０、アクセル開度センサ２１その他各種のセンサが接続されており、これら各センサによる検出値がＥＣＵ２２に入力される。また、ＥＣＵ２２には、上述した燃料噴射弁１９、燃料添加弁９、加熱装置１４その他各種の機器が接続されており、これら各機器の動作がＥＣＵ２２からの指令により制御される。ＥＣＵ２２はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えた既知の構成を有し、接続された上記各センサから入力される検出値からエンジン１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上記各機器の制御目標値を算出し、各機器の動作を制御する。
【００２０】
フィルタ再生処理の実行中は、フィルタから排出されるＰＭ量が増加する。そのため、従来あるフィルタから排出されるＰＭ量の大小でフィルタの故障を判定する方法によっては、フィルタ再生処理の実行中は精度良く故障を検出できない可能性があった。
【００２１】
ＰＭは主に揮発性粒子と固体粒子から構成されるが、フィルタ再生処理中のＰＭ量の増加は主に揮発性粒子の量が増加することに起因する。図２は、一定期間エンジン１に所定の運転をさせた場合のフィルタ１７から排出されるＰＭ量の時間変化を示す図である。図２において、破線は車速を表し、細実線は固体粒子の粒子数濃度を表し、太実線は全ＰＭの粒子数濃度すなわち固体粒子と揮発性粒子の粒子数濃度の和を表す。従って、太実線と細実線の間の幅が揮発性粒子の粒子数濃度を表す。図２に示すように、時間軸の中央付近でフィルタ再生処理が開始されると、排気中の固体粒子の量はフィルタ再生処理開始前と大きく変化しないが、排気中の揮発性粒子の量はフィルタ再生処理開始前と比較して大幅に増加する。
【００２２】
フィルタ再生処理の実行中に、加熱装置１４を作動させて第１分岐通路１１を流れる排気を加熱すると、第１分岐通路１１を流れる排気中のＰＭに含まれる揮発性粒子が除去されるので、第１センサ１５は固体粒子の量を検出する。すなわち図２の細実線に対応する量が第１センサ１５によって検出される。一方、第２分岐通路１２を流れる排気中のＰＭに含まれる揮発性粒子は除去されないので、第２センサ１６は固体粒子及び揮発性粒子の
量を検出する。すなわち図２の太実線に対応する量が第２センサ１６によって検出される。このことから、フィルタ再生処理の実行中に加熱装置１４を作動させると、フィルタ再生処理の実行によるフィルタ１７から排出されるＰＭ中の揮発性粒子の増加に対応して、第２センサ１６による検出値Ｍ２が第１センサ１５による検出値Ｍ１より大きくなる。発明者の行なった実験では、第２センサ１６による検出値Ｍ２は第１センサ１５による検出値Ｍ１より１桁程度大きくなった。なお、図２の時間軸の中央付近より左側ではフィルタ再生処理は行なわれていないが、その場合、図２に示すように、固体粒子の量と全ての性状の粒子（固体粒子及び揮発性粒子）の量とは同程度である。従って、フィルタ再生処理を実行していない場合は、第１センサ１５による検出値Ｍ１と第２センサ１６による検出値Ｍ２とは同程度の値になる。
【００２３】
ところで、フィルタ１７が故障している場合は、フィルタ再生処理を実行してもフィルタ１７から排出されるＰＭ中の揮発性粒子の量はそれほど増加しない。従って、フィルタ再生処理の実行中に加熱装置１４を作動させても、第１センサ１５による検出値Ｍ１と第２センサ１６による検出値Ｍ２とは同程度に値になる。
【００２４】
このように、フィルタ１７が正常の場合と故障している場合とでは、フィルタ再生処理を実行中のＰＭに含まれる揮発性粒子の量の変化に相違があるので、フィルタ再生処理を実行中のフィルタ１７から排出されるＰＭに含まれる揮発性粒子の量に基づいてフィルタ１７の故障を検出することができる。
【００２５】
図３は、具体的なフィルタ１７の故障検出処理を表すフローチャートである。このフローチャートの処理はＥＣＵ２２によって実行される。
【００２６】
この処理が実行されると、ＥＣＵ２２はまずステップ１０１においてエンジン１の運転状態を検出する。ここでは、クランク角度センサ２０及びアクセル開度センサ２１による検出値に基づいてエンジン１の回転数及び負荷を検出する。続くステップ１０２において、ＥＣＵ２２はフィルタ再生処理を実行中であるか否かを判定する。この処理は、フィルタ再生処理に関する別ルーチンにおいてフィルタ再生処理を実行中か否かを表すフラグを立てるようにしておき、当該フラグを参照することによって行なうことができる。フィルタ再生処理中と判断した場合はステップ１０３に進み、フィルタ再生処理中ではないと判断した場合はこのフローチャートの処理を一旦抜ける。
【００２７】
ステップ１０３において、ＥＣＵ２２は第１センサ１５による検出値Ｍ１及び第２センサ１６による検出値Ｍ２を取得し、ステップ１０４において第２センサ１６による検出値Ｍ２と第１センサ１５による検出値Ｍ１との差が所定の基準値より小さいか否か判定する。この基準値は、フィルタ１７が正常な場合の第２センサ１６による検出値Ｍ２と第１センサ１５による検出値Ｍ１との差の下限値に基づいて予め実験などで定められる値である。第２センサ１６による検出値Ｍ２と第１センサ１５による検出値Ｍ１との差が基準値以上であれば、ステップ１０５に進みフィルタ１７は正常と判断する。一方、第２センサ１６による検出値Ｍ２と第１センサ１５による検出値Ｍ１との差が基準値より小さければ、ステップ１０６に進みフィルタ１７は故障していると判断する。
【００２８】
以上説明したように、本実施例に係るフィルタの故障検出処理によれば、フィルタ再生処理の実行中においても、精度良くフィルタ１７の故障を判定することができる。本実施例では加熱装置１４が本発明における揮発性粒子除去装置として機能し、上記フローチャートを実行するＥＣＵ２２が本発明における故障検出手段として機能している。
【００２９】
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例では
フィルタ１７の下流において排気通路４から２つの分岐通路１１、１２が分岐する構成を例示したが、排気通路４が２つの通路に分岐する構成でも良い。その場合も、各分岐通路にＰＭセンサを備え、一方のＰＭセンサの上流に揮発性粒子を除去するための加熱装置を備えればよい。
【００３０】
また本発明は、フィルタ再生処理を実行中のフィルタから排出されるＰＭに含まれる揮発性粒子の量がフィルタが正常な場合と故障している場合とで異なることを利用した判定方法であれば、上記実施例の判定方法に限定されない。例えば、フィルタから排出されるＰＭの全性状の粒子量に対する揮発性粒子量の比率を取得し、フィルタ再生処理の実行中における当該比率が予め定めた基準値より小さければ故障と判定しても良い。また、より単純に、第２センサ１６による検出値Ｍ２が第１センサ１５による検出値Ｍ１よりも大きければフィルタ１７は正常、そうでなければ故障と判断するようにしても良い。また、フィルタ再生処理は排気燃料添加によるもの以外の、例えばポスト噴射などの燃料噴射制御によるものであっても良い。また、フィルタ１７はＰＭとＮＯｘとを同時に低減する触媒システム（ＤＰＲ、ＤＰＮＲ）であっても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１     エンジン
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
５     吸気マニホールド
６     排気マニホールド
７     コンプレッサ
８     タービン
９     燃料添加弁
１０   インタークーラ
１１   第１分岐通路
１２   第２分岐通路
１４   加熱装置
１５   第１センサ
１６   第２センサ
１７   フィルタ
１８   ターボチャージャ
１９   燃料噴射弁
２０   クランク角度センサ
２１   アクセル開度センサ
２２   ＥＣＵ
【図１】
2011185090.tif 000003
【図２】
2011185090.tif 000004
【図３】
2011185090.tif 000005