(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中の微粒子物質を捕集するＰＭトラッパと、
前記ＰＭトラッパの前後差圧を検出する差圧センサと、
前記内燃機関の運転状態の変化に伴う前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出する故障検出手段と、
を備え、
前記故障検出手段は、前記差圧センサの雰囲気温度の変化量が所定量以下であるような前記内燃機関の運転状態の変化に伴う前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出することを特徴とするＰＭトラッパの故障検出システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記故障検出手段は、前記内燃機関の運転状態の変化に伴う吸入空気量の変化量と前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量との比率に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出することを特徴とするＰＭトラッパの故障検出システム。
【請求項３】
内燃機関の排気中の微粒子物質を捕集するＰＭトラッパと、
前記ＰＭトラッパの前後差圧を検出する差圧センサと、
前記内燃機関の運転状態の変化に伴う前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出する故障検出手段と、
を備え、
前記故障検出手段は、前記内燃機関の運転状態の変化に伴う吸入空気量の変化量と前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量との比率に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出することを特徴とするＰＭトラッパの故障検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＭトラッパの故障検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気中の微粒子物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、以下「ＰＭ」と略す）を捕集するＰＭトラッパを備えた排気浄化システムにおいては、ＰＭトラッパにある程度の量のＰＭが捕集された段階で、捕集されたＰＭを酸化させてＰＭトラッパから除去する再生処理が行われる。
【０００３】
ところで、何らかの原因によって過捕集状態になったＰＭトラッパに対して再生処理が行われた場合、大量のＰＭが急激に酸化反応し、その際に発生する反応熱によってＰＭトラッパが溶損する等の故障が生じる場合がある。
【０００４】
従来よりこのような故障を早期に検出することを目的とした技術が提案されている。例えば、特許文献１には、再生処理終了直後のＰＭトラッパの前後差圧と新品時のＰＭトラッパの前後差圧の最低値との比較に基づいてＰＭトラッパの故障を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３２３１２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８４５４号公報
【特許文献３】特開２００３−１５５９２０号公報
【特許文献４】特開２００４−３５３６０６号公報
【特許文献５】特開２００５−２０１１１９号公報
【特許文献６】特開２００４−１３２３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＭトラッパの前後差圧は差圧センサによって検出することが一般的であるが、差圧センサの検出値にはオフセット誤差が含まれる。オフセット誤差とは、同一の条件下において常に差圧センサの検出値が差圧センサへの入力値から一定値だけずれる系統誤差である。オフセット誤差が存在するため、差圧センサの検出値の絶対値に基づく従来の故障判定方法では、特にＰＭトラッパの故障の程度が小さい場合に精確な故障判定を行えない可能性がある。
【０００６】
そこで、精確な故障判定を行うためには、差圧センサの検出値からオフセット誤差を除去する必要があるが、オフセット誤差の現れ方は差圧センサの個体毎に異なるため、あらゆる差圧センサに適用可能な系統的な方法によって差圧センサの検出値からオフセット誤差を除去することは困難であった。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＭトラッパの故障をより精確に検出することを可能にする技術を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のＰＭトラッパの故障検出システムは、内燃機関の排気中の微粒子物質を捕集するＰＭトラッパと、前記ＰＭトラッパの前後差圧を検出する差圧センサと、前記内燃機関の運転状態の変化に伴う前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいて前記ＰＭトラッパ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。
【０００９】
この構成によれば、故障検出手段は、内燃機関の異なる運転状態におけるＰＭトラッパの前後差圧を差圧センサによって検出し、該検出値の差に基づいてＰＭトラッパの故障判定を行う。例えば、上記の内燃機関の異なる運転状態間における、正常なＰＭトラッパの前後差圧の変化量を予め実験等により求めておき、これを基準値として前記検出値の差と比較することによって、ＰＭトラッパの故障判定を行う。
【００１０】
このように、異なる運転状態における差圧センサの検出値の差をとることによって、差圧センサの検出値の絶対値に含まれるオフセット誤差を相殺することができる。従って、より精確に差圧センサの故障を検出することが可能になる。
【００１１】
ところで、差圧センサのオフセット誤差は差圧センサの雰囲気温度（例えば排気温度）に依存して変化する場合がある。すなわち、同じ差圧センサであっても、差圧センサの雰囲気温度が変化すると、それに伴ってオフセット誤差も変化する場合がある。
【００１２】
この場合、上述のように異なる運転状態における差圧センサの検出値の相対値を計算したとしても、各運転状態における差圧センサの雰囲気温度が著しく異なると、各運転状態における差圧センサの検出値に含まれるオフセット誤差の値も異なる可能性がある。そのため、オフセット誤差を十分に相殺できない虞がある。
【００１３】
そこで、本発明においては、差圧センサの雰囲気温度の変化量が所定量以下であるような運転状態の変化に伴う前記ＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出するようにしても良い。所定量とは、差圧センサのオフセット誤差がほぼ変化しないような雰囲気温度の変化量であり、予め実験等により求められる。例えば、一定の短い時間内の異なる運転状態における差圧センサの検出値の差を求めるようにすれば、差圧センサの雰囲気温度の変化は小さくなる。
【００１４】
これにより、各運転状態における差圧センサの検出値に含まれるオフセット誤差は略等しい値となるため、各運転状態における差圧センサの検出値の相対値をとることによって、より確実にオフセット誤差を相殺することができる。その結果、より精確にＰＭトラッパの故障判定を行うことが可能になる。
【００１５】
本発明においては、内燃機関の運転状態の変化に伴う吸入空気量の変化量とＰＭトラッパの前後差圧の変化量との比率（以下「差圧変化率」という）に基づいてＰＭトラッパの故障を検出しても良い。
【００１６】
ＰＭトラッパの前後差圧と吸入空気量との間には正の相関関係がある。ＰＭトラッパが故障するとＰＭトラッパに穴が開いたような状態になるため、吸入空気量が増加してもＰＭトラッパの前後差圧は大きくなりにくくなる。すなわち、前記相関関係の相関係数はＰＭトラッパが故障するとＰＭトラッパが正常な場合と比較して小さくなる傾向がある。従って、差圧変化率もＰＭトラッパが故障した場合ＰＭトラッパが正常な場合と比較して小さくなる。
【００１７】
そのため、ＰＭトラッパが正常な場合の差圧変化率を予め実験等により求め、これを基準値として、異なる運転状態の各々における差圧センサの検出値の相対値に基づいて算出された差圧変化率と比較することによって、ＰＭトラッパの故障判定をすることができる。
【００１８】
この場合も、ＰＭトラッパの前後差圧の変化量が差圧センサの検出値の相対値によって求められるので、差圧センサのオフセット誤差が相殺され、より精確にＰＭトラッパの故
障判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、ＰＭトラッパの故障をより精確に検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。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、特に特定的な記載がない限りは、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。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明のＰＭトラッパ故障検出システムが適用される内燃機関の吸・排気系の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有するディーゼルエンジンである。
【００２３】
内燃機関１には、吸気マニホールド２が接続されており、吸気マニホールド２の各枝管は吸気ポートを介して各気筒の燃焼室と連通している。吸気マニホールド２には吸気通路８が接続されている。吸気通路８の途中には吸気通路８を流れるガスを冷却するインタークーラ４が設けられている。インタークーラ４より上流には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング６が設けられている。コンプレッサハウジング６より上流には、エアクリーナ１５が設けられている。
【００２４】
内燃機関１には、排気マニホールド３が接続されており、排気マニホールド３の各枝管は排気ポートを介して各気筒の燃焼室と連通している。排気マニホールド３にはターボチャージャ５のタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７には排気通路９が接続されている。排気通路９には排気浄化装置１７が設けられている。排気浄化装置１７より下流において排気通路９は大気に開放されている。排気浄化装置１７は、排気中のＰＭを捕集するＰＭトラッパ１１と、ＰＭトラッパより上流に配置された酸化触媒１０とから構成されている。
【００２５】
排気マニホールド３と吸気マニホールド２とはＥＧＲ通路１４を介して連通している。ＥＧＲ通路１４を経由して排気の一部が内燃機関１の燃焼室に再循環する。これにより燃焼室における燃焼温度が低下して燃焼過程における窒素酸化物の発生量が減少する。
【００２６】
エアクリーナ１５より下流の吸気通路８には、吸気通路８を流れる吸気の量を検出するエアフローメータ１９が設けられている。排気通路９には、排気浄化装置１７の上流と下流における排気圧力の差圧を検出する差圧センサ２０が設けられている。エアフローメータ１９及び差圧センサ２０は電気配線を介して後述するＥＣＵ１６に接続されており、エアフローメータ１９及び差圧センサ２０の検出値がＥＣＵ１６に入力されるようになっている。
【００２７】
内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ１６が併設されている。ＥＣＵ１６は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射制御等の既知の制御やＰＭトラッパの故障判定等を行う。
【００２８】
ＰＭトラッパ１１に所定量のＰＭが捕集された段階で、ＰＭトラッパ１１の再生処理が行われる。ここで、所定量とは、内燃機関１の機関出力に影響を与える虞がないＰＭ堆積
量の上限値に基づいて定められる量であり、予め実験により求められる。再生処理は、具体的には、内燃機関１において、トルクを発生させるための主噴射とは別に副噴射を行う。これにより排気の温度が上昇し、高温の排気によってＰＭトラッパ１１が昇温され、ＰＭトラッパ１１に堆積したＰＭの酸化反応が促進される。なお、排気浄化装置１７より上流を流れる排気中に還元剤として燃料を添加してもよい。この場合排気中に添加された燃料は酸化触媒１０において酸化反応し、その際に発生する反応熱によってＰＭトラッパ１１が昇温され、ＰＭトラッパ１１に堆積したＰＭの酸化反応が促進される。
【００２９】
ところで、ＰＭトラッパ１１が過捕集状態の時に再生処理が行われると、ＰＭの酸化反応が急激に進行して非常に大きな反応熱が発生し、ＰＭトラッパ１１が溶損する等の故障が生じる場合がある。この場合、ＰＭトラッパ１１に穴が開いた状態となり、ＰＭ捕集能力が低下するため、可及的早期にＰＭトラッパ１１の故障を検出する必要がある。
【００３０】
ＰＭトラッパ１１に溶損等の故障が生じると、ＰＭトラッパ１１が正常な時と比較してＰＭトラッパ１１における圧力損失が小さくなるため、ＰＭトラッパ１１の前後差圧が小さくなる。この傾向を利用して、ＰＭトラッパ１１の前後差圧に基づいてＰＭトラッパ１１の故障を検出することができる。
【００３１】
図２は、正常なＰＭトラッパ１１の前後差圧の下限値を吸入空気量毎に示したグラフである。図２の横軸は吸入空気量を表し、縦軸はＰＭトラッパ１１の前後差圧を表す。この下限値を基準値として、差圧センサ２０の検出値に基づいてＰＭトラッパ１１の故障判定が行われる。すなわち、差圧センサ２０の検出値が基準値以上であればＰＭトラッパは正常であると判定され、差圧センサ２０の検出値が基準値未満であればＰＭトラッパは故障していると判定される。
【００３２】
ところで、差圧センサ２０による検出値にはオフセット誤差が含まれる。オフセット誤差とは、同一の条件下において常に差圧センサ２０の検出値が差圧センサ２０への入力値から一定値だけずれる系統誤差である。オフセット誤差が存在するため、差圧センサ２０の検出値の絶対値と基準値との比較に基づく従来の故障判定方法では、特にＰＭトラッパ１１の故障の程度が小さい場合に精確な故障判定を行えない場合がある。
【００３３】
そこで、本実施例では、所定の条件を満たす２つの異なる運転状態間の吸入空気量の変化量に対するＰＭトラッパ１１の前後差圧の変化量の比率（以下「差圧変化率」という）に基づいてＰＭトラッパ１１の故障判定を行うようにした。所定の条件を満たす２つの運転状態とは、２つの運転状態間の吸入空気量の変化量が所定量以上であり、かつ、２つの運転状態間の時間間隔が所定時間以内であるような運転状態である。
【００３４】
ここで、所定量とは、ＰＭトラッパ１１が正常な場合と故障している場合との間で、ＰＭトラッパ１１の前後差圧の変化量の差異が顕著に現れるように予め定められた吸入空気量の変化量であり、例えば２０ｇ／ｓ以上の値とされる。また、所定時間とは、差圧センサ２０の雰囲気温度が殆ど変化しない時間間隔であり、予め定められている。
【００３５】
すなわち、本実施例における所定の条件を満たす２つの異なる運転状態は、短時間の間に吸入空気量が大きく変化するような運転状態であり、例えば、加速時や減速時に上記の条件を満たす運転状態が実現し易い。
【００３６】
本実施例のＰＭトラッパ１１の故障判定方法では、ＰＭトラッパ１１の前後差圧の変化量は、２つの異なる運転状態の各々における差圧センサ２０の検出値の差によって求められる。この２つの運転状態間で差圧センサ２０の雰囲気温度が略等しくなるように２つの運転状態は選択されるので、差圧センサ２０のオフセット誤差は２つの運転状態の各々に
おいて略等しい。従って、２つの運転状態の各々における差圧センサ２０の検出値の相対値を求めることによって、各検出値に含まれるオフセット誤差は相殺される。これにより、より精確に差圧変化率を求めることができ、より精確にＰＭトラッパ１１の故障を判定することができる。
【００３７】
また、２つの運転状態間の吸入空気量の変化量が大きいため、ＰＭトラッパ１１の故障の程度が小さい場合であっても、正常なＰＭトラッパ１１と比較した場合の差圧変化率の差異が顕著に現れ易くなり、より確実にＰＭトラッパ１１の故障を検出することが可能になる。
【００３８】
以下、ＥＣＵ１６によって行われるＰＭトラッパ１１の故障判定について、図３のフローチャートに基づいて説明する。図３のフローチャートはＰＭトラッパ１１の故障判定を行うためのルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはＥＣＵ１６によって所定期間毎（例えば、１６ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００３９】
まず、ステップＳ３０１において、ＥＣＵ１６は、エアフローメータ１９の検出値から低負荷時の吸入空気量Ｇａ１を取得する。
【００４０】
次いで、ステップＳ３０２において、前記ステップＳ３０１で検出した吸入空気量Ｇａ１が第１基準空気量ＧａＳ１より小さいか否かを判定する。ステップＳ３０２で肯定判定された場合（Ｇａ１＜ＧａＳ１）、ＥＣＵ１６はステップＳ３０３に進む。一方、ステップＳ３０２で否定判定された場合（Ｇａ１≧ＧａＳ１）、ＥＣＵ１６は本ルーチンの実行を一旦終了する。第１基準空気量ＧａＳ１は予め定められている。
【００４１】
ステップＳ３０３では、ＥＣＵ１６は、差圧センサ２０の検出値から低負荷時のＰＭトラッパ１１の前後差圧ｄＰ１を取得する。
【００４２】
次いで、ステップＳ３０４において、ＥＣＵ１６は、タイマーカウンタｔを０にリセットしてから、タイマーカウンタｔのカウントをスタートする。このタイマーカウンタは、前記ステップＳ３０３でＰＭトラッパ１１の前後差圧ｄＰ１を検出してからの経過時間を表す。
【００４３】
次に、ステップＳ３０５において、ＥＣＵ１６は、エアフローメータ１９の検出値から高負荷時の吸入空気量Ｇａ２を取得する。
【００４４】
次いで、ステップＳ３０６において、前記ステップＳ３０５で検出した吸入空気量Ｇａ２が第２基準空気量ＧａＳ２より大きいか否かを判定する。ステップＳ３０６で肯定判定された場合（Ｇａ２＞ＧａＳ２）、ＥＣＵ１６はステップＳ３０７に進む。一方、ステップＳ３０６で否定判定された場合（Ｇａ２≦ＧａＳ２）、ＥＣＵ１６はステップＳ３０９に進む。第２基準空気量ＧａＳ２は第１基準空気量ＧａＳ１より上述した所定量だけ大きい値として予め定められている。
【００４５】
ステップＳ３０７では、ＥＣＵ１６は、タイマーカウンタｔが基準時間ｔ０より小さいか否かを判定する。ステップＳ３０７で肯定判定された場合（ｔ＜ｔ０）、ＥＣＵ１６はステップＳ３０８に進み、差圧センサ２０の検出値から高負荷時のＰＭトラッパ１１の前後差圧ｄＰ２を取得する。
【００４６】
一方、ステップＳ３０７で否定判定された場合（ｔ≧ｔ０）、ＥＣＵ１６は本ルーチンの実行を一旦終了する。基準時間ｔ０は上述した所定時間に基づいて予め定められている。
【００４７】
ステップＳ３０９では、ＥＣＵ１６は、タイマーカウンタｔが基準時間ｔ０より小さいか否かを判定する。ステップＳ３０９で肯定判定された場合（ｔ＜ｔ０）、ＥＣＵ１６はステップＳ３０５に戻る。一方、ステップＳ３０９で否定判定された場合（ｔ≧ｔ０）、ＥＣＵ１６は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４８】
ステップＳ３１０では、ＥＣＵ１６は、差圧変化率Ｒを算出する。ここで、差圧変化率Ｒは吸入空気量の変化量ΔＧａに対するＰＭトラッパ１１の前後差圧の変化量ΔｄＰの比率として定義され、本ルーチンの場合Ｒ＝ΔｄＰ／ΔＧａ＝（ｄＰ２−ｄＰ１）／（Ｇａ２−Ｇａ１）によって算出される。
【００４９】
次に、ステップＳ３１１において、ＥＣＵ１６は、前記ステップＳ３１０で算出した差圧変化率Ｒが基準差圧変化率Ｒ０より小さいか否かを判定する。ここで、基準差圧変化率Ｒ０は、正常なＰＭトラッパ１１の差圧変化率であり、予め実験等により求められている。
【００５０】
前記ステップＳ３１１において肯定判定された場合（Ｒ＜Ｒ０）、ＥＣＵ１６は、ステップＳ３１２においてＰＭトラッパ１１は故障していると判定して本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記ステップＳ３１１において否定判定された場合（Ｒ≧Ｒ０）、ＥＣＵ１６は、ステップＳ３１３においてＰＭトラッパ１１は正常であると判定して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５１】
図４は、ＰＭトラッパ１１が正常な場合と故障している場合との各々における吸入空気量と差圧との相関関係を示すグラフである。図４の横軸は吸入空気量を表し、縦軸はＰＭトラッパ１１の前後差圧を表す。図４に示すように、ＰＭトラッパ１１が故障している場合は、ＰＭトラッパ１１が正常な場合と比較して、差圧変化率（図４における直線の傾き）が小さくなっている。図４のΔｄＰ０は、吸入空気量がΔＧａ変化した時の、正常なＰＭトラッパ１１における前後差圧の変化量を表している。すなわち、Ｒ０＝ΔｄＰ０／ΔＧａが成り立つ。
【００５２】
なお、以上述べた実施の形態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形態には種々の変更を加え得る。例えば、上記のＰＭトラッパ１１の故障判定ルーチンは、吸入空気量が増加傾向である場合（例えば加速時等）にＰＭトラッパ１１の故障を判定するルーチンであるが、吸入空気量が減少傾向である場合（例えば減速時等）においても、同様の故障判定ルーチンによってＰＭトラッパ１１の故障判定を行うことができる。この場合、まず第２基準空気量より大きい高負荷時の吸入空気量を取得し、その後所定時間以内に第１基準空気量より少ない低負荷時の吸入空気量を取得して、差圧変化率を求める。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例における内燃機関の吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例におけるＰＭトラッパが正常であると判定可能なＰＭトラッパの前後差圧の下限値を吸入空気量毎に示したグラフである。
【図３】本発明の実施例におけるＰＭトラッパの故障判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例におけるＰＭトラッパが正常な場合と故障している場合との各々における吸入空気量とＰＭトラッパの前後差圧との相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１     内燃機関
２     吸気マニホールド
３     排気マニホールド
４     インタークーラ
５     ターボチャージャ
６     コンプレッサハウジング
７     タービンハウジング
８     吸気通路
９     排気通路
１０   酸化触媒
１１   ＰＭトラッパ
１４   ＥＧＲ通路
１５   エアクリーナ
１６   ＥＣＵ
１７   排気浄化装置
１９   エアフローメータ
２０   差圧センサ
【図１】
0004506724.tif 000002
【図２】
0004506724.tif 000003
【図３】
0004506724.tif 000004
【図４】
0004506724.tif 000005