(57)【要約】【課題】フィルターの故障診断を正確かつ迅速に行うことができる排気浄化装置および内燃機関を提供すること。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、フィルターによる粒子状物質の捕集効率をリアルタイムで算出する捕集効率算出部と、フィルターの再生時における前記捕集効率の時間変化量に基づいてフィルターの故障診断を実行する故障診断部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記フィルターによる前記粒子状物質の捕集効率をリアルタイムで算出する捕集効率算出部と、
前記フィルターの再生時における前記捕集効率の時間変化量に基づいてフィルターの故障診断を実行する故障診断部と、
を備える、排気浄化装置。
【請求項２】
前記故障診断部は、前記捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下の場合に、前記フィルターを故障と判定する、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気浄化装置および内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するフィルターとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。
【０００３】
ＤＰＦの再生は、燃料を消費して、排気ガスの温度を上げ、捕集されたＰＭを燃焼することにより行われる。
【０００４】
例えば、ＤＰＦの再生時における熱衝撃などによりＤＰＦが破損した場合に、ＰＭがＤＰＦをすり抜けてしまうことがある。これにより、ＰＭの捕集効率が低下する。
【０００５】
ＤＰＦを通過するＰＭを検出するＰＭセンサーが設けられている。ＰＭセンサーの検出結果に基づいて、ＤＰＦの故障診断が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】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】
ところで、ＤＰＦの再生によりＰＭがＤＰＦをすり抜けてしまうブローオフ現象を生じることが知られている。ブローオフ現象が発生した場合にＰＭの捕集効率が低下する。
【０００８】
つまり、ＰＭの捕集効率の低下の原因が、ＤＰＦの故障およびブローオフ現象の発生のいずれであるかを判断することが困難である。
【０００９】
もしＤＰＦが故障してしまった場合には、大気汚染物質であるＰＭの大気への放出抑制が適切に行えなくなる恐れがある。そのため、運転者等に対しＤＰＦの故障を知らせることで、ＤＰＦの修理を促すことが望ましい。
【００１０】
本開示の目的は、フィルターの故障診断を正確かつ迅速に行うことができる排気浄化装置および内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の排気浄化装置は、
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記フィルターによる前記粒子状物質の捕集効率をリアルタイムで算出する捕集効率算出部と、
前記フィルターの再生時における前記捕集効率の時間変化量に基づいてフィルターの故障診断を実行する故障診断部と、
を備える。
【００１２】
本開示の内燃機関は、
上記排気浄化装置を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、フィルターの故障診断を正確かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の一実施の形態に係る内燃装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】再生時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集効率を表すグラフ
【図３】再生時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集効率の時間変化量を表すグラフ
【図４】ＤＰＦの故障診断処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１６】
まず、本実施の形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構造について説明する。図１は、実施の形態に係るエンジン１の排気系の一例を示す概略構成図である。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１の排気マニホールド１２には排気管２０が連結されている。排気管２０にはエンジン１からの排気ガスが流入する。排気管２０内には、排気上流側から順に酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）３１、ＤＰＦ３２およびＰＭセンサー３５が設けられている。
【００１８】
ＤＯＣ３１は、燃料が供給された場合、これを酸化して排気ガスを昇温させる。
【００１９】
ＤＰＦ３２は多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを有している。セルは排気ガスの流れ方向に沿って配置されている。セルの上流側と下流側とは交互に目封止されている。ＤＰＦ３２は、排気ガス中に含まれるＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集する。ＤＰＦ３２に捕集されたＰＭを燃焼することにより、ＤＰＦ３２が再生される。ＤＰＦ３２の再生は、ＤＰＦ３２よりも上流側のＤＯＣ３１に燃料を供給し、排気ガスをＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。
【００２０】
ＰＭセンサー３５は、ＤＰＦ３２を通過した後の排気ガス中に含まれるＰＭをリアルタイムで検出する。具体的に、ＰＭセンサー３５は、素子に堆積したＰＭの堆積量に応じた検出値を出力する。なお、ＰＭセンサー３５は、ＰＭの堆積量が所定値を超えた場合に素子に高電圧の電流を流して、素子に堆積したＰＭを燃焼除去しても良い。
【００２１】
エンジン１の運転制御を電気的な補助装置を用いて行う際に、それらを総合的に制御するＥＣＵ１００が設けられている。
【００２２】
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ１００の入力回路には、ＰＭセンサー３５が接続されている。
【００２３】
ＥＣＵ１００は、図１に示すように、捕集効率算出部１０１、故障診断部１０２および記憶部１０３を有する。
【００２４】
記憶部１０３は、エンジンの運転状態とＰＭの排出量との予め定められた関係を示すＰＭ排出量マップを記憶する。エンジンの運転状態には、例えばエンジン回転数、燃料噴射量が含まれる。ＰＭ排出量マップは、例えばシミュレーター又は実験結果に基づいて作成される。
【００２５】
捕集効率算出部１０１は、エンジンの運転状態に基づいて、上述のＰＭ排出量マップを参照してＰＭの排出量を算出する。なお、ＰＭの排出量がＤＰＦ３２に流入する排気ガス中のＰＭの流入量に対応する。
【００２６】
捕集効率算出部１０１は、算出したＰＭ排出量およびＰＭセンサー３５により検出されたＰＭの堆積量に基づいて、ＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率をリアルタイムで算出する。なお、捕集効率（％）とは、ＤＰＦ３２から流出する排気ガス中のＰＭの流出量をＤＰＦ３２へ流入する排気ガス中のＰＭの流入量（ＰＭの排出量）で除算した値を、１から減算した数値で示される。
【００２７】
以下、ＰＭの捕集効率に基づいてＤＰＦ３２の故障診断を行う場合に、ＤＰＦ３２の故障診断を正確に行うことができるか否かについて図２を参照して説明する。
【００２８】
図２は再生時におけるＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率を表すグラフである。図２に示す実線は正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率η１の一例を表す。また、図２に示す破線は故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率η２の一例を表す。
【００２９】
図２に示すように、正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率η１は再生開始時ｔ１のη１１から所定時間経過時ｔ３にη１３に低下する。捕集効率η１の低下は、再生によりＤＰＦ３２にブローオフ現象が発生するためである。
【００３０】
一方、故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率η２は再生開始時ｔ１のη２１から再生進行途中時ｔ２にη２２に低下し、さらに所定時間経過時ｔ３時にη２３に低下する。捕集効率η２の低下は、再生時における熱衝撃などによりＤＰＦ３２に例えばクラックが発生し、ＰＭがＤＰＦ３２をすり抜けてしまうためである。発生したクラックが微細な場合は，そのクラックはＰＭの堆積により埋まってしまい，図２のη１１，η１２が同じになり，再生前では検出が出来ない場合も有る。
【００３１】
仮に、捕集効率が所定の閾値（η２２）以下の場合に、ＤＰＦ３２が故障と判定されるとすると、正常なＤＰＦ３２においても捕集効率は、所定時間経過時ｔ３にη１３（＜η２２）に低下するため、故障と判定される。これより、ＤＰＦ３２の故障診断を正確に行うことができない。クラックが微細な場合でも埋まっているＰＭの燃焼により捕集効率の低下率に正常品と差が生じる。
【００３２】
また、仮に、捕集効率が所定の閾値（η２３）以下の場合に、ＤＰＦ３２が故障と判定される場合が考えられる。この場合、正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率は、所定時間経過時ｔ３にη１３に低下するが、η１３はη２３より大きいため（η１３＞η２３）、故障と判定されない。しかしながら、ＤＰＦ３２の故障診断を所定時間経過時ｔ３まで待つ必要があるため、故障診断を迅速に行うことができない。
【００３３】
本実施の形態では、故障診断部１０２はＰＭの捕集効率の時間変化量を算出する。故障診断部１０２は、再生時におけるＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量に基づいて、ＤＰＦ３２の故障診断を実行する。具体的に、故障診断部１０２は、捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下の場合に、ＤＰＦ３２を故障と判定する。
【００３４】
図３は再生時におけるＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量を表すグラフである。図３に、正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量δ１の一例を実線で示し、故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量δ２の一例を破線で示す。
【００３５】
図３に示すように、正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量δ１は、再生開始時ｔ１のδ１ｍａｘから再生進行途中時ｔ２’の付近で最低値δ１ｍｉｎまで低下し、その後増加する。また、故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量δ２は、再生開始時ｔ１のδ２ｍａｘから再生進行途中時ｔ２’の付近で最低値δ２ｍｉｎまで低下し、その後増加する。なお、捕集効率の時間変化量の最低値および再生進行途中時ｔ２’は、シミュレーター又は実験結果により求められる。
【００３６】
故障診断部１０２は、再生進行途中時ｔ２’に捕集効率の時間的変化量が所定の閾値δＴ（δ２ｍｉｎ≦δＴ＜δ１ｍｉｎ）以下の場合に、ＤＰＦ３２を故障と判定する。
【００３７】
例えば、故障診断部１０２が正常なＤＰＦ３２を診断する場合、正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量はδ１ｍｉｎまで低下するが、閾値δＴ以下には低下しない。これにより、故障診断部１０２は正常なＤＰＦ３２を故障と判定しない。
【００３８】
一方、故障診断部１０２が故障したＤＰＦ３２を診断する場合、故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量がδ２ｍｉｎ（≦δＴ）まで低下する。これにより、故障診断部１０２は故障したＤＰＦ３２を故障と判定する。
【００３９】
以上により、故障診断部１０２は、ＤＰＦ３２の故障診断を正確にかつ所定時間経過時ｔ３（図２参照）まで待たずに迅速に行うことができる。
【００４０】
＜ＤＰＦ３２の故障診断処理＞
次に、ＤＰＦ３２の故障診断処理の一例について図４を参照して説明する。ＤＰＦ３２の故障診断処理は、ＤＰＦ３２の再生開始で開始される。以下、捕集効率算出部１０１および故障診断部１０２をＥＣＵ１００として説明する。
【００４１】
ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００はエンジン１の運転状態に基づいて、ＰＭ排出量マップを参照してＰＭの排出量を算出する。
【００４２】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１００は、ＰＭセンサー３５からＰＭセンサー上の堆積量（検出値）を取得する。
【００４３】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１００は、ＰＭの排出量（ＤＰＦ３２に流入する排気ガス中のＰＭの流入量）およびＰＭセンサー上の堆積量に基づいてＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率を算出する。
【００４４】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１００は、ＰＭの捕集効率の時間変化量を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、ＰＭの捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。
【００４５】
捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下である場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ＤＰＦ３２を故障と判定する（ステップＳ１４０）。その後、処理は終了する。
【００４６】
捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下でない場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、処理は終了する。
【００４７】
＜本実施の形態の効果＞
以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置は、エンジン１からの排気ガスに含まれるＰＭを捕集し、ＰＭが燃焼されることにより再生されるＤＰＦ３２と、ＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率をリアルタイムで算出する捕集効率算出部１０１と、ＤＰＦ３２の再生時におけるＰＭの捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下の場合に、ＤＰＦ３２を故障と判定する故障診断部１０２と、を備える。再生時における正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量は閾値以下にならず、故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量は閾値以下となるため、ＤＰＦ３２の故障を正確に判定することができる。また、ＤＰＦ３２の故障判定を所定時間経過時ｔ３まで待つ必要がないため、故障判定を迅速に行うことができる。また、故障判定時間を短くすることでＤＰＦ３２の再生のための燃料の無駄な消費を抑えることができる。ＤＰＦの故障診断が困難であった微細なクラックも検出が可能である。
【００４８】
なお、上記の実施の形態において、捕集効率算出部１０１は、算出したＰＭ排出量およびＰＭセンサー３５により検出されたＰＭの堆積量に基づいて、ＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率を算出する。本発明はこれに限らず、ＤＰＦ３２の排気上流側にＤＰＦ３２に流入するＰＭの流入量を検出する検出部（ＰＭセンサー）が設けられてもよい。これにより、捕集効率算出部１０１は、検出部により検出されたＰＭの流入量およびＰＭセンサー３５により検出された堆積量に基づいてＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率を算出する。
【００４９】
また、上記実施の形態では、ＤＰＦ３２を再生する技術について説明したが、本発明はこれに限らず、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を再生する技術にも適用することができる。
【００５０】
また、上記実施の形態では、ＤＰＦ３２の再生時におけるＰＭの捕集効率の時間変化量が予め定められた閾値以下の場合に、故障診断部１０２がＤＰＦ３２を故障と判定するが、本発明はこれに限らない。例えば、再生時における捕集効率の時間変化量の傾き（減少率）が予め定められた傾き以下の場合に、故障診断部１０２がＤＰＦ３２を故障と判定してもよい。再生時における正常なＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量の傾き（減少率）は所定の傾き以下にならず、故障したＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量の傾きは所定の傾き以下となる。なお、所定の傾きは、シミュレーター又は実験結果により求められる。これにより、捕集効率の時間変化量の傾きに基づいて、ＤＰＦ３２の故障を正確に判定することができる。また、上記の再生進行途中時ｔ２’（図３参照）まで待たずに故障判定ができる場合があり、故障診断をより迅速に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本開示の排気浄化装置は、フィルターの故障診断を正確かつ迅速に行うことが要求されるエンジンを搭載した車両として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  エンジン
２０  排気管
３１  ＤＯＣ
３２  ＤＰＦ
３５  ＰＭセンサー
１００  ＥＣＵ
１０１  捕集効率算出部
１０２  故障診断部
１０３  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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