(57)【要約】【課題】簡単な構成でもって、PM堆積層が形成される過程で規制値を超えるようなパティキュレートフィルタの異常を精緻かつ迅速に検出することのできる異常検出装置を提供する。【解決手段】内燃機関１００の排気通路５に配設されて排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ５２と、パティキュレートフィルタ５２の下流に配設されてパティキュレートフィルタ５２を通過した粒子状物質の量を検出する粒子センサ５４と、を備え、粒子センサ５４の検出値の時間的変化と予め定められた判定閾値を比較してパティキュレートフィルタ５２の異常を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設されて排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの下流に配設されて前記パティキュレートフィルタを通過した粒子状物質の量を検出する粒子センサと、を備え、前記粒子センサの検出結果に基づいて前記パティキュレートフィルタの異常を検出する異常検出装置であって、
前記異常検出装置は、前記粒子センサの検出値の時間的変化と予め定められた判定閾値を比較して前記パティキュレートフィルタの異常を検出する異常検出装置。
【請求項２】
前記粒子センサの検出値の時間的変化は、前記パティキュレートフィルタの再生処理を実施した後に該パティキュレートフィルタの粒子状物質の堆積量が所定量となる第１の時間と、該第１の時間よりも所定時間だけ以前の第２の時間とにおける前記粒子センサの検出値から算出されるようになっている、請求項１に記載の異常検出装置。
【請求項３】
前記判定閾値は、前記粒子センサの検出値の時間的変化と前記パティキュレートフィルタの状態の関係を規定するマップを用いて定められるようになっている、請求項１または２に記載の異常検出装置。
【請求項４】
前記異常検出装置は、前記パティキュレートフィルタの異常を検出した際に、その異常に関する情報を発信する、内燃機関の燃焼室への燃料噴射量を制限する、あるいは、その検出後のパティキュレートフィルタの再生処理において該パティキュレートフィルタに粒子状物質が残留した状態で再生処理を終了させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の異常検出装置。
【請求項５】
前記所定量は、正常なパティキュレートフィルタにおいて粒子状物質のすり抜け率が１％未満となる際の該パティキュレートフィルタの粒子状物質の堆積量である、請求項２に記載の異常検出装置。
【請求項６】
前記所定時間は、前記パティキュレートフィルタの再生処理の終了時間から前記第１の時間までの時間の１０％以内の時間である、請求項２に記載の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異常検出装置に関し、たとえばパティキュレートフィルタを通過する粒子状物質の量を検出することによりパティキュレートフィルタの破損等の異常を検出する異常検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種産業界においては、環境影響負荷低減に向けた様々な取り組みが世界規模でおこなわれており、中でも、自動車産業においては、燃費性能に優れたガソリンエンジン車は勿論のこと、ハイブリッド車や電気自動車等のいわゆるエコカーの普及とその更なる性能向上に向けた開発が日々進められている。
【０００３】
ここで、ディーゼル車を取り挙げた場合、ディーゼル車から排出される排ガス中には、煤を主成分とする多量の粒子状物質（PM: Particulate Matter）が含まれており、このPM排出を抑制するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF；Diesel Particulate Filter）が設置されている。
【０００４】
上記DPFは、一般に、耐熱性に優れた多孔質セラミックスからなり、多数の細孔を有する隔壁に排ガスを通過させてPMを捕捉する。さらに、DPFにおけるPM捕集量が規定量を超えると、ヒータ加熱あるいはポスト噴射等により高温の燃焼排ガスをDPF内に導入し、堆積したPMを燃焼除去してDPFを再生させるようになっている。
【０００５】
ところで、上記DPFは、例えば、再生処理時の過堆積PM燃焼（過昇温燃焼）に伴う溶損等により故障することが知られており、例えば、特許文献１には、DPF前後の差圧と排ガスの体積流量に基づき算出されたPM捕集量の時間的変化に基づいてそのようなDPFの故障判定を行う技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術は、フィルタの前後圧損を差圧計測により計測する方式であるため、例えばクラック発生等のようなDPFの微小な故障を的確に判定することが困難である。
【０００７】
そこで、近年では、電気抵抗式のセンサをDPFの下流に設置し、DPFをすり抜けるPM量を検出することにより、DPFの作動状態の監視、劣化や破損等の判定を行う技術が提案されており、このようなDPFの故障もしくは異常判定を行う従来技術が特許文献２に開示されている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている異常検出装置は、内燃機関の排気通路に配設されて排出ガス中の微粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの下流に設置されて、排出ガス中の微粒子状物質の量を検出する排出微粒子センサと、該排出微粒子センサの検出結果に基づいて、上記パティキュレートフィルタの異常を検出する異常検出部を備え、上記排出微粒子センサは、絶縁性基体の表面に一対の検出電極を形成した検出部と、該検出部を所定温度に加熱するヒータ部を有し、上記一対の検出電極間に付着する微粒子状物質の量に応じて電気抵抗値が変化する構成であり、上記異常検出部は、上記排出ガスの温度をＴ１、上記検出部の上記一対の検出電極の温度をＴ２とした時に、上記一対の検出電極の温度Ｔ２と上記排出ガスの温度Ｔ１が等しい第１の温度条件における上記検出部の出力値と、上記一対の検出電極の温度Ｔ２が上記排出ガスの温度Ｔ１より高い第２の温度条件における上記検出部の出力値とを比較し、その差分値または比の値が所定値を超えた時に、パティキュレートフィルタの異常と判定する判定手段を備えた装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２８４６４４号公報
【特許文献２】特開２０１１−０８０４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に開示されている異常検出装置によれば、電気抵抗式のセンサを用いた比較的簡易な構成で、大量のマップや温度補正を不要としながら、パティキュレートフィルタの異常を判定することができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に開示されている異常検出装置においては、異なる温度条件における検出部の出力値を比較し、その差分値または比の値に基づいてパティキュレートフィルタの異常を判定しており、その検出方法が煩雑であるといった課題がある。また、特許文献２に開示されている異常検出装置においては、いわゆるPM堆積層が形成された後にパティキュレートフィルタの異常判定を行うことを前提としており、例えば、PM堆積層が形成される過程で規制値を超えるようなパティキュレートフィルタの異常を精緻かつ迅速に検出することが難しいといった課題がある。
【００１２】
本発明は上記する課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でもって、PM堆積層が形成される過程で規制値を超えるようなパティキュレートフィルタの異常を精緻かつ迅速に検出することのできる異常検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成すべく、本発明による異常検出装置は、内燃機関の排気通路に配設されて排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの下流に配設されて前記パティキュレートフィルタを通過した粒子状物質の量を検出する粒子センサと、を備え、前記粒子センサの検出結果に基づいて前記パティキュレートフィルタの異常を検出する異常検出装置であって、前記異常検出装置は、前記粒子センサの検出値の時間的変化と予め定められた判定閾値を比較して前記パティキュレートフィルタの異常を検出するものである。
【００１４】
上記する形態の異常検出装置によれば、粒子センサの検出値の時間的変化と予め定められた判定閾値を比較してパティキュレートフィルタの異常を検出することにより、簡単な構成でもって、PM堆積層が形成される過程で規制値を超えるようなパティキュレートフィルタの異常を精緻かつ迅速に検出することができる。
【００１５】
ここで、前記粒子センサの検出値の時間的変化は、前記パティキュレートフィルタの再生処理を実施した後に該パティキュレートフィルタの粒子状物質の堆積量が所定量となる第１の時間と、該第１の時間よりも所定時間だけ以前の第２の時間とにおける前記粒子センサの検出値から算出されるようになっていることが好ましい。
【００１６】
上記する形態の異常検出装置によれば、パティキュレートフィルタの再生処理後且つ粒子状物質の堆積過程後の適宜のときに、粒子状物質の堆積に起因するパティキュレートフィルタの破損等の異常を確実に検出することができる。
【００１７】
また、前記判定閾値は、前記粒子センサの検出値の時間的変化と前記パティキュレートフィルタの状態の関係を規定するマップを用いて定められるようになっていることが好ましい。
【００１８】
ここで、前記マップにおけるパティキュレートフィルタの状態としては、例えば、パティキュレートフィルタに発生し得るクラックの大きさやパティキュレートフィルタの劣化度合い等が挙げられる。
【００１９】
また、上記する形態の異常検出装置は、前記パティキュレートフィルタの異常を検出した際に、その異常に関する情報を発信する、内燃機関の燃焼室への燃料噴射量を制限する、あるいは、その検出後のパティキュレートフィルタの再生処理において該パティキュレートフィルタに粒子状物質が残留した状態で再生処理を終了させる。
【００２０】
上記する形態の異常検出装置によれば、前記パティキュレートフィルタの異常を検出した際に、その異常に関する情報を発信することによって、例えば使用者等がパティキュレートフィルタの異常を確実に把握することができ、パティキュレートフィルタにおけるクラック等による大規模な破損等を抑制することができる。また、前記パティキュレートフィルタの異常を検出した際に、内燃機関の燃焼室への燃料噴射量を制限することによって、パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量を抑制することができ、例えばパティキュレートフィルタにおけるクラック等による大規模な破損等を抑制することができる。また、前記パティキュレートフィルタの異常を検出した際に、その検出後のパティキュレートフィルタの再生処理において該パティキュレートフィルタに粒子状物質が残留した状態で再生処理を終了させることによって、その後のパティキュレートフィルタの粒子状物質の通過量を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から理解できるように、本発明の異常検出装置によれば、パティキュレートフィルタを通過した粒子状物質の量を検出する排出粒子センサの検出値の時間的変化と予め定められた判定閾値を比較してパティキュレートフィルタの異常を検出することで、簡単な構成でもって、堆積層が形成される過程で規制値を超えるようなパティキュレートフィルタの異常を精緻かつ迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による異常検出装置の実施の形態が適用された内燃機関の全体構成を示した全体構成図である。
【図２】図１に示すECUによるパティキュレートフィルタの異常検出フローを示したフロー図。
【図３】正常なDPFにおけるDPF再生処理終了後からの内燃機関の運転時間とPMすり抜け率の関係を示した図である。
【図４】内燃機関の運転時間、PMセンサの電気抵抗値、DPFのPM堆積量の関係を模式的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下では、主に、内燃機関としてディーゼルエンジンを採用した構成について説明するが、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタやパティキュレートフィルタを通過した粒子状物質の量を検出する粒子センサが排気通路に設けられた構成であれば、システム構成の異なる他のエンジンを採用することもできる。
【００２４】
図１は、本発明による異常検出装置の実施の形態が適用された内燃機関の全体構成を示したものである。
【００２５】
図示する内燃機関１００は、主に、燃焼室が形成された単数もしくは複数の気筒７を有するシリンダブロック１と、シリンダブロック１に形成された燃焼室へ空気を送出する吸気マニホールド２と、吸気マニホールド２に接続された吸気通路３と、シリンダブロック１に形成された燃焼室から排出される排ガスを集約する排気マニホールド４と、排気マニホールド４で集約された排ガスを外気へ排出する排気通路５と、を備えている。
【００２６】
シリンダブロック１の各気筒７には、燃焼室内に所定量の燃焼を噴射し、当該燃焼室内で混合気を形成するための燃料噴射装置（インジェクタともいう）６が配設されている。
【００２７】
また、吸気通路３には、シリンダブロック１に形成された燃焼室へ供給される空気の吸入空気量を調整するスロットルバルブ３１と、該スロットルバルブ３１よりも上流で前記空気を圧縮するコンプレッサ３２と、が配設されている。
【００２８】
また、排気マニホールド４にはタービン５１が配設されており、このタービン５１に連動して吸気通路３に配されたコンプレッサ３２が回転することで、圧縮された空気がスロットルバルブ３１を介して吸気マニホールド２に送出される。なお、排気マニホールド４から排出される燃焼後の排ガスの一部は、ＥＧＲクーラ９およびＥＧＲバルブ１０を有するＥＧＲ通路８を介して吸気マニホールド２に還流され、吸気量を増大させて燃焼効率を高めてNOx等の排出を抑制している。
【００２９】
排気マニホールド４に接続する排気通路５には、排ガス中のPM（粒子状物質）を捕集するDPF（パティキュレートフィルタ）５２と、DPF５２の前後差圧を検出する差圧センサ５３と、DPF５２の下流で該DPF５２を通過したPMの量を検出するPMセンサ（粒子センサ）５４と、が配設されている。
【００３０】
DPF５２は、一般に、ウォールフロー型のフィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性を有する多孔質セラミックスからなるハニカム構造を有している。ガス流路を画成する隔壁を貫通して多数の細孔が形成されており、DPF５２に導入される排ガス中のPMがその細孔で捕捉される。
【００３１】
また、差圧センサ５３は、圧力導入管を介してDPF５２の上流側および下流側と接続されており、その前後差圧に応じた信号をECU（Electronics Control Unit）（異常検出装置）２０に出力する。
【００３２】
また、PMセンサ５４は、主に、例えばアルミナ等の電気絶縁性および耐熱性に優れたセラミック材料からなる絶縁基板と、該絶縁基板に相互に離間して設けられた複数の電極と、複数の電極間の電気抵抗値を測定する測定器と、絶縁基板を加熱するためのヒータと、を有している。DPF５２を通過したPMが絶縁基板に付着して徐々に堆積すると、電極間の電気抵抗値が変化するため、PMセンサ５４は、PMが絶縁基板に付着した際に測定される電極間の電気抵抗値に応じた信号をECU２０に出力する。
【００３３】
内燃機関１００は、該内燃機関１００の燃焼状態を制御するECU２０を備えている。このECU２０は、内燃機関１００に設けられた各種センサから出力される信号に基づいて、最適な吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射圧、燃料噴射時期、点火時期等を算出し、その算出結果に基づいて、スロットルバルブ３１、コンプレッサ３２、燃料噴射装置６、ＥＧＲバルブ１０、タービン５１等を制御する。
【００３４】
また、ECU２０は、差圧センサ５３から出力される信号に基づいてDPF５２に堆積したPMの量（PM堆積量）を推定し、推定されたPM堆積量が規定量を超えると、DPF５２の再生処理を実施する。具体的には、ヒータ加熱あるいはポスト噴射等により高温の排ガスをDPF５２内に導入し、DPF５２に堆積したPMを燃焼除去する。なお、ヒータ加熱やポスト噴射等による再生処理は、従来知られた技術であるため、その詳細な説明は省略する。さらに、ECU２０は、所定の条件に基づいてPMセンサ５４の再生処理を実施する。具体的には、PMセンサ５４のヒータを介してPMが付着した絶縁基板を加熱し、PMセンサ５４に堆積したPMを燃焼除去する。なお、ECU２０は、DPF５２の再生処理時に発生する高温の排ガスを利用し、PMセンサ５４に堆積したPMを酸化させてPMセンサ５４の再生処理を実施することもできる。
【００３５】
ここで、内燃機関１００の運転時にPMセンサ５４において常に同等の条件下でDPF５２を通過したPMの量を検出するため、PMセンサ５４の再生処理は、DPF５２の再生処理の終了以前に完了していることが好ましい。
【００３６】
また、ECU２０は、PMセンサ５４から出力される信号（PMセンサ５４の電極間の電気抵抗値に応じた信号）に基づいてDPF５２の異常を検出する。以下、図２を参照して、ECU２０によるDPF５２の異常検出フローを説明する。
【００３７】
まず、ECU（異常検出装置）２０は、内燃機関１００を始動し（Ｓ１）、PMセンサ５４の電極間の電気抵抗値Rを計測する（Ｓ２）。また、ECU２０は、差圧センサ５３から出力された信号に基づいてPM堆積量PMwを推定し（Ｓ３）、推定されたPM堆積量PMwが所定量PMwt以上か否かを判定する（Ｓ４）。
【００３８】
ここで、所定量PMwtは、例えば、クラック等の破損が発生していない正常なDPF５２においてPMすり抜け率が1%未満となる際のDPF５２のPM堆積量である（図３参照）。なお、PMすり抜け率とは、DPF５２に導入されるDPF５２入口側のPMの量に対するDPF５２を通過するDPF５２出口側のPMの量の比率である。
【００３９】
ECU２０は、PM堆積量PMwが所定量PMwtよりも小さいと判定した場合には、DPF５２がPM堆積過程であると判断してＳ２へ戻る。一方で、ECU２０は、PM堆積量PMwが所定量PMwt以上であると判定した場合には、PM堆積過程が終了したと判断し、Ｓ５へ進んでDPF５２の異常を検出する。
【００４０】
ここで、PMが堆積する過程でDPF５２にクラック等の損傷による異常が発生すると、DPF５２を通過するPMの量が増加するため、図４で示すように、PMセンサ５４によって検出される電気抵抗値Rの時間的変化（傾き）が変化する。そこで、ECU２０は、以下の式（１）に基づいて、PMセンサ５４の検出値である電気抵抗値Rの時間的変化（本実施の形態では、減少勾配）ΔRを算出し（Ｓ５）、その時間的変化ΔRが判定閾値ΔRL以上か否かを判定する（Ｓ６）。
【００４１】
【数１】
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【００４２】
ここで、時間t1は、上記したように、PM堆積量PMwが所定量PMwt（クラック等の破損が発生していない正常なDPF５２においてPMすり抜け率が1%未満となる際のDPF５２のPM堆積量）に到達する時間である。また、図３で示すように、クラック等の損傷による異常が発生していない正常のDPF５２において、PMすり抜け率は、1%未満となる時間（時間t1）の約10%以前から安定することが確認されているため、時間t2は、時間t1以前であって、DPF５２の再生処理の終了時間から時間t1までの時間の10%以内に設定される。
【００４３】
また、DPF５２の異常を判定するための判定閾値ΔRLは、予め電気抵抗値Rの時間的変化ΔRとDPF５２の状態（例えば、DPF５２に発生し得るクラックの大きさやDPF５２の劣化度合い）の関係を規定するマップをECU２０に記憶しておき、そのマップと今回の異常検出判定においてDPF５２の異常と判定するDPF５２の状態から特定される。
【００４４】
ECU２０は、電気抵抗値Rの時間的変化ΔRが判定閾値ΔRLよりも小さいと判定した場合には、DPF５２が正常である（例えばクラック等の損傷による異常がない）と判断して異常検出フローを終了する。
【００４５】
一方、ECU２０は、電気抵抗値Rの時間的変化ΔRが判定閾値ΔRL以上であると判定した場合には、DPF５２が異常である（例えばクラック等の損傷による異常が発生している）と判断して、内燃機関１００の異常時制御を実施する（Ｓ７）。この異常時制御としては、例えば、車両に設けられた警告灯等を点灯して運転者等へその異常に関する情報を発信する、内燃機関１００の燃焼室への燃料噴射量を制限もしくは低減する、あるいは、その異常検出後のDPF５２の再生処理においてDPF５２にPMが残留した状態で再生処理を終了させるようにDPF５２の再生処理を実施する等といった制御が挙げられる。
【００４６】
ECU２０が、異常時制御として、運転者等へその異常に関する情報を発信する場合には、運転者等にDPF５２の異常を迅速かつ確実に把握させることができ、運転者等にDPF５２の交換を促すことができ、DPF５２におけるクラック等による大規模な破損等を抑制することができる。
【００４７】
また、ECU２０が、異常時制御として、内燃機関１００の燃焼室への燃料噴射量を制限もしくは低減する場合には、DPF５２へのPMの堆積量を抑制することができ、DPF５２におけるクラック等による大規模な破損等を抑制することができる。
【００４８】
また、ECU２０が、異常時制御として、その異常検出後のDPF５２の再生処理においてDPF５２にPMが残留した状態で再生処理を終了させるようにDPF５２の再生処理を実施する場合には、DPF５２の剛性を維持しながらその後のDPF５２におけるPM通過量を抑制することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、PMセンサ５４によって検出される電気抵抗値Rの時間的変化ΔRと判定閾値ΔRLを比較してDPF５２の異常を検出することによって、簡単な構成でもって、PM堆積層が形成される過程で規制値を超えるようなDPF５２の異常が発生する場合においても、そのようなDPF５２の異常を精緻かつ迅速に検出することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１…シリンダブロック、２…吸気マニホールド、３…吸気通路、４…排気マニホールド、５…排気通路、６…燃料噴射装置、７…気筒、８…ＥＧＲ通路、９…ＥＧＲクーラ、１０…ＥＧＲバルブ、２０…ECU（異常検出装置）、３１…スロットルバルブ、３２…コンプレッサ、５１…タービン、５２…DPF（パティキュレートフィルタ）、５３…差圧センサ、５４…PMセンサ（粒子センサ）、１００…内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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