(57)【要約】【課題】常に正確にフィルタの異常を検出できる、排気濾過装置におけるフィルタの異常検出装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の微粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側と下流側の間に生じる圧力差を検出する差圧センサとを備えた排気浄化装置であり、前記内燃機関の運転状態に基づき前記フィルタの上下流での圧力差の値を算出する差圧値算出手段と、前記差圧センサによって検出された前記フィルタの上下流間での圧力差の実測値と前記差圧値算出手段からの算出差圧値との差Ｐの値を算出し、該差Ｐと閾値を比較して、前記フィルタに異常があることを検出する判定手段とを具えて排気浄化装置の異常検出装置を構成した。【選択図】    図１
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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設けられ、排気中の微粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側と下流側の間に生じる圧力差を検出する差圧センサとを備えた排気浄化装置であり、
前記内燃機関の運転状態に基づき前記フィルタの上下流での圧力差の値を算出する差圧値算出手段と、
前記差圧センサによって検出された前記フィルタの上下流間での圧力差の実測値と前記差圧値算出手段からの算出差圧値との差Ｐの値を算出し、該差Ｐと閾値を比較して、前記フィルタに異常があることを検出する判定手段とを具えたことを特徴とする排気浄化装置の異常検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記フィルタの目詰まり判定に用いる第１の閾値と、該フィルタのリーク判定に用いる第２の閾値を有し、前記差Ｐの値が前記第１の閾値を超えた場合、あるいは該差Ｐの値が前記第２の閾値を上回った場合に前記フィルタに異常があると判断する請求項１記載の排気浄化装置の異常検出装置。
【請求項３】
前記第１の閾値は、排気流量と、前記フィルタに堆積したスート算出堆積値およびアッシュ算出堆積値に基づく目詰まり用係数から、かつ前記第２の閾値は、排気流量と、前記フィルタに堆積したスート算出堆積値およびアッシュ算出堆積値に基づくリーク用係数から算出したことを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
【請求項４】
前記差圧値算出手段は、フィルタ上流側の温度と排気流量とから算出された基準差圧値に基づき算出差圧値を算出することを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記フィルタが異常であると判断した時に、該判断が所定時間継続した場合に、該フィルタが異常であると確定する確定手段を具えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＦなどの排気濾過装置における、排気浄化装置の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気濾過装置、例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置は、内部にフィルタを具え、エンジンの排気ガス中に含まれる微粒子をフィルタで捕捉して、排気ガスを浄化する。フィルタは、捕捉された微粒子で目詰まりを起こすことから、適宜煤分を燃焼させたり、交換、清掃を促すようになっている。またＤＰＦ装置における排気抵抗の増加は、背圧の増加をもたらしエンジンの制御に影響を与えることがある。
【０００３】
そのためＤＰＦ装置は、フィルタの上流側と下流側の間の圧力差を計測する差圧センサを具え、かかる差圧センサからの値に基づき、フィルタが微粒子成分により目詰まりしているか否かを判定し、目詰まりしている場合には、手動燃焼を運転者に促したり、エンジン制御に利用するため制御装置にかかる信号を送出している。
【０００４】
このようにＤＰＦ装置におけるフィルタは、車両の走行や、環境に与える影響が大きく重要である一方、使用中に大きな温度変化と圧力変動、更に振動等を受ける。フィルタは通常、表面に微細な孔を多数有するセラミックなどから形成されており、場合によっては、上記負荷によりクラックや溶損により排気ガスの漏れが発生する場合も考えられる。
【０００５】
したがって、フィルタに微粒子が堆積すると堆積した微粒子により差圧センサの計測値が増加するが、万一クラックや溶損がフィルタに生じていると、微粒子堆積による差圧増加分を相殺し、微粒子が堆積しているにもかかわらず差圧センサが正常値を示すことがありうる。
【０００６】
そこで例えば、特開２００３−１５５９２０号公報には、パティキュレートフィルタの異常検知装置の発明が記載されている。これは、パティキュレートフィルタの前後の差圧を差圧センサで求め、その差圧値にアッシュ堆積分を補償し、パティキュレートフィルタの目詰まりや溶損を判定している。
【特許文献１】特開２００３−１５５９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のパティキュレートフィルタの異常検知装置においては、次のような課題を有していた。  
パティキュレートフィルタの異常検知装置は、エンジンが定常状態にあると判定されたときのみ故障の診断が開始される。また判定に用いられる閾値は、エンジン回転数と燃料噴射量の所定時間の平均値より求められるため、定常状態が所定時間継続しないと閾値が決定されず、診断が実施されない。
【０００８】
更に閾値は、微粒子の堆積量が関与せず決定されるため、予め微粒子の堆積による排圧増加を見込んだ閾値の決定が必要とされる。ところが差圧の補正に用いられるアッシュ算出堆積値は、走行距離を基に比例計算にて算出するため、運転履歴の違いによるアッシュ堆積量の差が反映されないこととなる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決し、正確にフィルタの故障を検出できる、排気濾過装置の異常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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため排気濾過装置の異常検出装置を次のように構成した。  
１、  内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の微粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側と下流側の間に生じる圧力差を検出する差圧センサとを備えた排気浄化装置であり、前記内燃機関の運転状態に基づき前記フィルタの上下流での圧力差の値を算出する差圧値算出手段と、前記差圧センサによって検出された前記フィルタの上下流間での圧力差の実測値と前記差圧値算出手段からの算出差圧値との差Ｐの値を算出し、該差Ｐと閾値を比較して、前記フィルタに異常があることを検出する判定手段とを具えて排気浄化装置の異常検出装置を構成した。
【００１１】
２、前記判定手段は、前記フィルタの目詰まり判定に用いる第１の閾値と、該フィルタのリーク判定に用いる第２の閾値を有し、前記差Ｐの値が前記第１の閾値を超えた場合、あるいは該差Ｐの値が前記第２の閾値を上回った場合に前記フィルタに異常があると判断することとした。
【００１２】
３、前記第１の閾値は、排気流量と、前記フィルタに堆積したスート算出堆積値およびアッシュ算出堆積値に基づく目詰まり用係数から、かつ前記第２の閾値は、排気流量と、前記フィルタに堆積したスート算出堆積値およびアッシュ算出堆積値に基づくリーク用係数から算出することとした。
【００１３】
４、前記差圧値算出手段は、フィルタ上流側の温度と排気流量とから算出された基準差圧値に基づき算出差圧値を算出することとした。
【００１４】
５、前記判定手段は、前記フィルタが異常であると判断した時に、該判断が所定時間継続した場合に、該フィルタが異常であると確定する確定手段を具えていることとした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる排気濾過装置の異常検出装置は、次の効果を有している。  
定常走行していない状態であっても、算出差圧値を算出し、フィルタの異常を検出できる。閾値が、逐一走行状態から求められるので、定常走行でなくとも閾値との比較によりフィルタの異常を検出できる。
【００１６】
スートの堆積値の算出は、ＮＯｘおよび熱による消失を考慮して行っており、閾値は、かかるスート堆積値に基づいて補正しているため、実際の運転履歴を反映した値が得られ、常に適切な閾値を用いて異常検出が行える。
【００１７】
アッシュ堆積値の算出は、燃料噴射量積算値を用いて計算しているため、走行距離に基づいて算出した場合より、実際の運転履歴を反映した値が得られる。
【００１８】
フィルタに生じた目詰まりと、クラック発生等によるリーク状態をともに検出できる。所定時間経過した後フィルタの異常を確定するので、異常検出装置の信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明にかかるフィルタの異常検出装置の一実施形態について、図を参照して説明する。  
図１に、フィルタの異常検出装置１０を具えた、内燃機関としてのエンジン１２の構成例を示す。エンジン１２はディーゼルエンジンであり、過給器（ターボチャージャ）１４と、ＤＰＦ装置１６と、燃料供給装置１８と、エンジン回転数センサ１９などを具えている。過給器１４は、排気通路としての排気管２０と吸気通路としての吸気管２２に接続しており、エアクリーナ２４から吸引した外気を排気圧を利用して加圧し、エンジン１２に送り込む。
【００２０】
吸気管２２には、吸気管２２内の圧力、すなわち過給器１４による過給圧（ブースト圧）を検出する吸気圧センサ２６と、吸気管２２内の流量を検出する吸気流量センサ２７が設けられている。尚、エンジン１２は、ディーゼルエンジンに限るものではなく、また過給器１４を設けない自然吸気式のエンジンでもよい。
【００２１】
ＤＰＦ装置１６は、筒型で、内部にフィルタ２８を具え、上流側が過給器１４の排気側に接続し、下流側が車両の排気口２９に連通している。フィルタ２８は、セラミックフィルタであり、排気ガス中に含まれる微粒子を捕捉する微細な孔部が表面に形成してある。ＤＰＦ装置１６には、上流側圧力センサ３０、差圧センサ３２、上流側温度センサ３５、下流側温度センサ３７が取り付けてあり、前後には触媒装置３１、３３などが連結してある。
【００２２】
上流側圧力センサ３０は、フィルタ２８の上流側に取り付けてあり、フィルタ２８の上流側の圧力値を検出する。差圧センサ３２は、フィルタ２８の上流側と下流側との間に生じる圧力差を検出する。上流側温度センサ３５は、フィルタ２８の上流側の温度、つまりフィルタ２８に流入する排気温度を計測する。下流側温度センサ３７は、フィルタ２８の下流側の温度を計測する。
【００２３】
各センサはそれぞれ制御装置３６（ＥＣＵ（電子コントロールユニット））に、図２に示すように接続している。また制御装置３６には、図２に示すように大気圧の値を検出する大気圧センサ３８や冷却水の水温を検出する水温センサ４０など各種センサ類が接続されている。各センサが検出した値は、制御装置３６に送り出される。
【００２４】
燃料供給装置１８は、燃料を噴射する燃料噴射装置であり、制御装置３６からの指示により所定量の燃料をエンジン１２の内部に噴射する。
【００２５】
更に制御装置３６は、図３に示すように判定手段４４と、スート堆積値算出手段４６と、アッシュ堆積値算出手段４７と、閾値算出手段４８と、差圧値算出手段５０と、計時手段６０と、確定手段６２を有している。
【００２６】
スート堆積値算出手段４６は、図４に示すようにスート発生量算出手段５２と、ＮＯｘ量算出手段５４と、スート消失量（ＮＯｘ）算出手段５６と、スート消失量（熱）算出手段５８と、積算手段５９から形成されている。
【００２７】
スート発生量算出手段５２は、エンジン回転数センサ１９が検出したエンジン回転数と、燃料供給装置１８から噴射されたエンジン１２への燃料供給量とから、図７に示すマップ１を用いてスート基準発生値を算出する。更に、図８の補正グラフと図９に示す補正グラフを用いて、スート基準発生値を補正して、スート算出排出値を算出する。
【００２８】
図７は、紙面に沿った横軸をエンジン回転数Ｎｅ、縦軸を燃料供給（噴射）量ｑとし、紙面に垂直方向にスート基準発生量（値）を示す三次元マップである。図８は、燃料噴射量に対するスート基準発生量（値）を補正する補正値であり、図９は、冷却水温に対するスート基準発生量（値）を補正する補正値である。
【００２９】
ＮＯｘ量算出手段５４は、エンジン回転数センサ１９が検出したエンジン回転数と、燃料供給装置１８から噴射されたエンジン１２への燃料供給量とから、マップ２（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いてＮＯｘの排出量、つまり基準発生値を算出する。更に図１０に示す冷却水温に対する係数を有する補正グラフを用いて、ＮＯｘの基準発生量を補正して、ＮＯｘ算出発生値を算出する。
【００３０】
スート消失量（ＮＯｘ）算出手段５６は、スート発生量算出手段５２で求められたスート算出発生値とＮＯｘ量算出手段５４で求められたＮＯｘ算出発生値の比Ａと、上流側温度センサ３５で求められた、フィルタ２８の上流側の温度から、マップ３（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いてスート算出消失値（ＮＯｘ）を求める。
【００３１】
スート消失量（熱）算出手段５８は、吸気流量センサ２７が検出した吸気管２２内の流量と燃料供給装置１８から噴射されたエンジン１２への燃料供給量とから、空燃比Ｒ（空気過剰率）を検出する。この空燃比Ｒと、上流側温度センサ３５が検出したフィルタ２８の上流側の温度から、マップ４（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いてスート基準消失値（熱）を算出する。更に図１１に示す補正グラフを用いて得られた係数を、スート基準消失値（熱）に掛け、スート算出消失値（熱）を求める。図１１に示す補正グラフの横軸のスート堆積値は、現時点までのスート堆積値である。
【００３２】
上記、スート算出排出値と、スート算出消失値（ＮＯｘ）と、スート算出消失値（熱）が求められたら、スート算出排出値からスート算出消失値（ＮＯｘ）とスート算出消失値（熱）を減算し、スート算出発生値を算出する。そして、積算手段５９でスート算出発生値を積算して現時点までのスート堆積値、すなわちスート算出堆積値を算出する。
【００３３】
アッシュ堆積値算出手段４７は、燃料供給装置１８から噴射されたエンジン１２への燃料供給量に係数をかけてアッシュ発生量を算出し、そのアッシュ算出発生値（量）を積算してアッシュ算出堆積値を算出する。
【００３４】
閾値算出手段４８は、図５に示すように第１の閾値算出手段６４と、第２の閾値算出手段６６から形成されている。
【００３５】
第１の閾値算出手段６４は、スート算出堆積値とアッシュ算出堆積値から、マップ５（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いて係数（目詰まり）を求める。次に、係数（目詰まり）と排気流量から、マップ６（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いて第１の閾値を求める。排気流量は、吸気流量センサ２７が検出した吸気管２２内の流量と、エンジン１２への燃料供給量と、上流側圧力センサ３０が検出したフィルタ２８の上流側圧力と、気体定数とから求める。
【００３６】
第２の閾値算出手段６６は、スート算出堆積値とアッシュ算出堆積値から、マップ７（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いて係数（リーク）を求める。次に、係数（リーク）と排気流量から、マップ８（図７と同様三次元マップである。（図示せず。））を用いて第２の閾値を求める。
【００３７】
差圧値算出手段５０は、排気流量とフィルタ２８の上流側の温度とから求められた基準差圧値に、マップ５とマップ７のそれぞれの係数をかけ、算出差圧値（目詰まり）と算出差圧値（リーク）を算出する。
【００３８】
判定手段４４は、図６に示すように、目詰まり判定手段６８と、リーク発生判定手段７０を具えている。
【００３９】
目詰まり判定手段６８は、差圧センサ３２が検出した計測差圧値から差圧値算出手段５０で求められた算出差圧値（目詰まり）を減算して差Ｐ１を算出し、差Ｐ１と、第１の閾値算出手段６４で求められた第１の閾値とを比較し、第１の閾値より差Ｐ１が大きければ目詰まりと判定する。
【００４０】
リーク発生判定手段７０は、差圧値算出手段５０で求められた算出差圧値（リーク）から差圧センサ３２が検出した計測差圧値を減算して差Ｐ２を算出し、差Ｐ２と、第２の閾値算出手段６６で求められた第２の閾値とを比較し、第２の閾値より差Ｐ２が大きければリークが発生していると判定する。
【００４１】
計時手段６０は、判定手段４４による判定の継続時間を計測する。確定手段６２は、計時手段６０が計測した時間が、予め入力された確定時間を越えたことを確認すると異常があると確定する。確定時間は例えば、１０秒間である。尚、確定時間は適宜変更できる。
【００４２】
次に、フィルタの異常検出装置１０の作用について、作用の流れを図１２のフローチャートを用いて説明する。  
まず、サンプリング時間ａと、確定時間Ｔが定められる（Ｓ１）。サンプリング時間ａは、圧力差と閾値との比較を繰り返し行うときの、繰り返しの時間間隔である。Ｔは、異常が発生していると確定するまでに要する時間（確定時間）である。次に、時間ｔを初期値として０とする（Ｓ２）。
【００４３】
次に、制御装置３６が、水温センサ４０や大気圧センサ３８、エンジン回転数センサ１９、吸気温度センサ（図示せず。）などから送られてくる検出値を取得する（Ｓ３）。取得された各センサの値から、ＤＰＦ装置１６に内蔵されているフィルタ２８の異常検出が可能な条件であるか否か判断する。つまり、エンジン始動直後でないことや、異常の運転をしていないこと、あるいはいずれかのセンサに異常がないことなどを確認する。
【００４４】
Ｓ４にて、付帯条件が成立し、フィルタ２８の異常検出が可能と判断されると、各センサから取得された値に基づき、スート算出発生量が上述したように算出され（Ｓ５）、算出された発生値は順次積算され、スート算出堆積値が算出される（Ｓ６）。また同様に、アッシュ算出発生量が上述したように算出され（Ｓ７）、算出された発生値が順次積算されてアッシュ算出堆積値が算出される（Ｓ８）。
【００４５】
更に、上記各センサの値から、第１の閾値と第２の閾値と算出差圧値を上述したように算出する（Ｓ９）（Ｓ１０）（Ｓ１１）。このようにして、算出差圧値（目詰まりおよびリーク用の双方。）と第１と第２の各閾値が算出されたら、算出差圧値と差圧センサ３２からの測定値との差Ｐ１および差２を求め（Ｓ１２）、差Ｐ１と第１閾値の比較を行い（Ｓ１３）、判定がＮＯのときはＳ１４に進む。一方、ＹＥＳの場合は、Ｓ１５に進む。
【００４６】
Ｓ１４においては、差Ｐ２と第２閾値の比較を行い、判定がＮＯのときはＳ２に進む。一方、ＹＥＳの場合は、Ｓ１５に進む。Ｓ１５においては、時間ｔにサンプリング時間ａを加え、それを新たに時間ｔとする。そして、時間ｔが確定時間Ｔを超えたか否か判断し（Ｓ１６）、超えていなければＳ３に戻る。Ｓ３に戻ると、再度上述したＳ３からの作業を行い、（Ｓ１３）と（Ｓ１４）のいずれかにおいて閾値との差がＹＥＳの場合には、Ｓ１５に進み、時間ｔに更にサンプリング時間ａを加え、時間ｔが確定時間Ｔを超えるまで、循環する。
【００４７】
循環している間にＳ１３もしくはＳ１４にて、閾値との判定がＮＯとなった場合には、循環から出て、Ｓ２に戻る。そして、改めて時間ｔを０として、作業が再開される。
【００４８】
一方、Ｓ１６にて時間ｔが確定時間Ｔを超えたときは、Ｓ１７に進み、確定手段６２が、フィルタ２８に、目詰まりやリークが発生し、異常であると確定する。
【００４９】
このように上記異常検出装置１０によれば、フィルタ２８に生じている異常、すなわち目詰まりやリークの発生を、閾値との比較で判定でき、しかも閾値は車両が走行している最中に随時求められる値であることから、エンジン１２が定常状態で駆動していなくとも、確実にフィルタ２８の異常発生の判断が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明にかかる異常検出装置の一実施例を具えたエンジンの構成を示す図。
【図２】異常検出装置を示すブロック図。
【図３】制御装置を示すブロック図。
【図４】スート堆積値算出手段を示すブロック図。
【図５】閾値算出手段を示すブロック図。
【図６】判定手段を示すブロック図。
【図７】スート基準発生値を求めるためのマップを示す図。
【図８】燃料噴射量の係数を表すグラフ。
【図９】冷却水温の係数を表すグラフ。
【図１０】冷却水温の係数を表すグラフ。
【図１１】スート堆積値の係数を表すグラフ。
【図１２】作動を示すためのフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１０…異常検出装置
１２…エンジン
１６…ＤＰＦ装置
１８…燃料供給装置
２８…フィルタ
３０…上流側圧力センサ
３２…差圧センサ
３５…上流側温度センサ
３６…制御装置
３７…下流側温度センサ
３８…大気圧センサ
４４…判定手段
４６…スート堆積値算出手段
４７…アッシュ堆積値算出手段
４８…閾値算出手段
５０…差圧値算出手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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