(57)【要約】    【課題】  ＤＰＦの上流側圧力及び下流側圧力の差圧を検出する差圧センサの凍結状態における、ＤＰＦ異常の誤判定を防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。    【解決手段】  大気温度ＴＡが所定大気温度Ｔ１より高い状態が第１所定時間ｔ１以上継続したとき（Ｓ２）、または排気温度ＴＥが所定排気温度Ｔ２より高い状態が第２所定時間ｔ２以上継続したときは（Ｓ３）、差圧センサ２３は非凍結状態にあると判定し、非凍結フラグＦＮＦＺを「１」に設定する（Ｓ４）。差圧センサ２３により検出される差圧ＤＰが正常範囲外となり、かつ非凍結フラグＦＮＦＺが「１」であるとき、ＤＰＦ１２が異常と判定され、運転者に通知される。【選択図】  図２
2007002694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、該フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記機関の排気温度に関連するパラメータ及び大気温度に関連するパラメータの少なくとも一方に基づいて、前記差圧センサの非凍結状態を判定する非凍結状態判定手段と、
該非凍結状態判定手段による判定結果を用いて前記フィルタの異常を判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記非凍結状態判定手段は、前記排気温度に関連するパラメータが基準値以上である状態が所定時間以上継続したときに、前記差圧センサが非凍結状態にあると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記異常判定手段は、前記非凍結状態判定手段により前記差圧センサが非凍結状態にあると判定され、かつ前記差圧センサの出力が基準上限値を上回るとき、または基準下限値を下回るときに、前記フィルタに異常があると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記差圧センサの出力が前記基準上限値を上回るとき、または前記基準下限値を下回るときに、前記フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させる再生処理を禁止するフェールセーフ処理手段をさらに備え、前記異常判定手段は、前記フィルタに異常があると判定したときに、前記機関により駆動される車両の運転者に前記異常を通知することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼル機関では、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するＤＰＦが従来より広く使用されている。このＤＰＦが捕集しうるパティキュレート量には限界があるため、ＤＰＦに堆積したパティキュレート量を推定し、推定したパティキュレート堆積量が所定閾値に達すると、パティキュレートを燃焼させる再生処理が実行される。
【０００３】
特許文献１には、ＤＰＦの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出し、該差圧に基づいて、ＤＰＦの目詰まりや孔あきといった故障を判定するようにした装置が示されている。
【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】
【０００４】
上記差圧を検出する差圧センサは、ＤＰＦの上流側と下流側とを接続する差圧検出用通路に配置されるため、差圧検出用通路において水分が凍結すると、差圧の異常な上昇または低下が検出される可能性がある。また差圧センサ自体が凍結したときも、同様に異常な検出値となる可能性がある。以下本明細書では、差圧検出用通路における水分凍結も含めて、「差圧センサの凍結状態」という。上記特許文献１に示された装置では、この点が考慮されていないため、差圧センサの凍結状態において、ＤＰＦが正常であるのに故障した（異常）と誤判定するおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、ＤＰＦの上流側圧力及び下流側圧力の差圧を検出する差圧センサの凍結状態における、ＤＰＦ異常の誤判定を防止することができる内燃機関の排気浄化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】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の排気系（４）に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ（１２）と、該フィルタ（１２）の上流側圧力と下流側圧力との差圧（ＤＰ）を検出する差圧センサ（２３）とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記機関の排気温度に関連するパラメータ（ＴＥ）及び大気温度に関連するパラメータ（ＴＡ）の少なくとも一方に基づいて、前記差圧センサ（２３）の非凍結状態を判定する非凍結状態判定手段と、該非凍結状態判定手段による判定結果を用いて前記フィルタ（１２）の異常を判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする。
ここで、「差圧センサの非凍結状態」とは、差圧センサ（２３）そのもの及び付随する差圧検出用通路（１４）での凍結が起きてない状態をいう。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記非凍結状態判定手段は、前記排気温度に関連するパラメータ（ＴＥ）が基準値（Ｔ２）以上である状態が所定時間（ｔ２）以上継続したときに、前記差圧センサ（２３）が非凍結状態にあると判定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常判定手段は、前記非凍結状態判定手段により前記差圧センサ（２３）が非凍結状態にあると判定され、かつ前記差圧センサの出力（ＤＰ）が基準上限値（ＤＰＬＨ）を上回るとき、または基準下限値（ＤＰＬＬ）を下回るときに、前記フィルタ（１２）に異常があると判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記差圧センサの出力（ＤＰ）が前記基準上限値（ＤＰＬＨ）を上回るとき、または前記基準下限値（ＤＰＬＬ）を下回るときに、前記フィルタ（１２）に捕集されたパティキュレートを燃焼させる再生処理を禁止するフェールセーフ処理手段をさらに備え、前記異常判定手段は、前記フィルタ（１２）に異常があると判定したときに、前記機関（１）により駆動される車両の運転者に前記異常を通知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、機関の排気温度に関連するパラメータ及び大気温度に関連するパラメータの少なくとも一方に基づいて、差圧センサの非凍結状態が判定され、その判定結果を用いてフィルタの異常判定が行われる。機関が作動し、排気が流れることにより、差圧センサが凍結状態にあったとしても、機関の作動が継続すれば非凍結状態へ移行する。また大気温度によっても、明らかに差圧センサの凍結状態が起きえない状態（例えば夏季）を判定することができる。したがって、排気温度に関連するパラメータ及び大気温度に関連するパラメータを用いることにより、差圧センサが非凍結状態にあることを正確に判定することができる。そして、差圧センサが非凍結状態にあるか否かの判定結果を用いて、フィルタの異常判定を行うことにより、凍結状態に起因する誤判定を防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、排気温度に関連するパラメータが基準値以上である状態が所定時間以上継続したときに、差圧センサが非凍結状態にあると判定される。排気温度に関連するパラメータが基準値以上であることは、比較的負荷の高い機関運転状態であることを示す。したがって、所定時間をある程度余裕を持たせて設定することにより、差圧センサが凍結状態にあったとしても確実に非凍結状態に移行するので、より正確な判定が可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、差圧センサが非凍結状態にあると判定され、かつ差圧センサの出力が基準上限値を上回るとき、または基準下限値を下回るときに、フィルタに異常があると判定される。差圧センサが非凍結状態にあることを条件とすることにより、差圧センサの凍結状態において、ＤＰＦに詰まりや孔あきがあると誤判定することを確実に防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、差圧センサの出力が基準上限値を上回るとき、または基準下限値を下回るときに、フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させる再生処理を禁止するフェールセーフ処理が実行される。これにより、実際にはＤＰＦのパティキュレート堆積量が少ない状態で再生処理を実行すること、あるいは過堆積状態で再生処理を実行することが防止される。また差圧センサが非凍結状態にあり、フィルタに異常があると判定されたときに、運転者に異常が通知されるので、フェールセーフ処理によりＤＰＦの異常な昇温あるいは燃費や排気特性の悪化を防止しつつ、差圧センサが凍結状態にあるときに運転者に不要な不安感を与えないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を備えた内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１５が設けられている。燃料噴射弁１５は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１５の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣＵ２０により制御される。
【００１５】
エンジン１は、吸気管２及び排気管４を備えている。排気管４には、排気を浄化する触媒コンバータ１１と、ＤＰＦ１２と、サイレンサ１３とが上流側からこの順序で設けられている。触媒コンバータ１１は、排気中に含まれる炭化水素及び一酸化炭素の酸化を促進するための酸化触媒を内蔵する。なお、触媒コンバータ１１は、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着剤及びＮＯｘの還元作用が付加されたものであってもよい。
【００１６】
ＤＰＦ１２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素（Ｃ）を主成分とするパティキュレートであるスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックスや金属多孔体が使用される。
【００１７】
ＤＰＦ１２のスート捕集能力の限界、すなわち堆積限界までスートを捕集すると、排気圧力の上昇を引き起こすので、適時スートを燃焼させる再生処理を行う必要がある。この再生処理では、排気の温度をスートの燃焼温度まで上昇させるために、ポスト噴射が実行される。ポスト噴射は、燃料噴射弁１５により、排気行程において行われる燃料噴射である。ポスト噴射により噴射された燃料は、主として触媒コンバータ１１で燃焼し、ＤＰＦ１２に流入する排気の温度を上昇させる。
【００１８】
さらに吸気管２には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ２１が設けられ、エンジン１の本体には、冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２２が設けられている。また、ＤＰＦ１２をバイパスする差圧検出用通路１４が設けられ、差圧検出用通路１４には、ＤＰＦ１２の上流側圧力と下流側圧力との差圧ＤＰを検出する差圧センサ２３が設けられている。さらにＤＰＦ１２の下流側には、排気温度ＴＥを検出する排気温度センサ２４が設けられている。これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。またエンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２５及び大気温度ＴＡを検出する大気温度センサ２６が設けられており、これらのセンサの検出信号はＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数（回転速度）ＮＥは、クランク角度位置センサの出力から算出される。
【００１９】
さらに図示しない他のセンサ、例えばエンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを検出するアクセルセンサ、大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ、当該車両の車速ＶＰを検出する車速センサなどが設けられており、これらのセンサの検出信号が、ＥＣＵ２０に供給される。
【００２０】
ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１５などに制御信号を供給する出力回路から構成される。
【００２１】
ＥＣＵ２０は、差圧センサ２３（及び差圧検出用通路１４）の非凍結状態を判定するとともに、差圧センサ２３により検出される差圧ＤＰに基づいて、ＤＰＦ１２における詰まりや孔あきなどの異常を検出する。具体的には、差圧ＤＰが基準上限値ＤＰＬＨより大きいとき、または基準下限値ＤＰＬＬより小さいときは、何らかの異常が発生している可能性があるため、フェールセーフアクションを実行する。ただし、差圧センサ２３が非凍結状態と判定されていないときは、運転者へのエラー通知は行わず、差圧センサ２３の非凍結状態が確認され、かつ差圧ＤＰが基準上限値ＤＰＬＨより大きいとき、または基準下限値ＤＰＬＬより小さいときは、運転者へのエラー通知を行う。
【００２２】
図２は、差圧センサ２３の非凍結状態を判定する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１では、非凍結状態の判定の禁止要求があるか否かを判別する。例えば、排気温度センサ２４や大気温度センサ２６の異常が検出されているときは、差圧センサ２３の非凍結状態の判定を正確に行うことができないため、判定の禁止要求が出される。判定禁止要求が出されているときは直ちに本処理を終了する。
【００２３】
判定禁止要求が出されていないときは、大気温度ＴＡが所定大気温度Ｔ１（例えば１０℃〜２０℃）より高い状態が第１所定時間ｔ１（例えば数秒）以上継続したか否かを判別する（ステップＳ２）。この答が否定（ＮＯ）であるときは、さらに排気温度ＴＥが所定排気温度Ｔ２（例えば４００℃）より高い状態が第２所定時間ｔ２（例えば数分）以上継続したか否かを判別する（ステップＳ３）。
【００２４】
ステップＳ２またはＳ３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、差圧センサ２３は非凍結状態にあると判定し、非凍結フラグＦＮＦＺを「１」に設定する（ステップＳ４）。ステップＳ２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、凍結が起こり得ない環境（例えば夏季）にあることを示すので、差圧センサ２３は非凍結状態にあると判定する。またステップＳ３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン１が比較的高い負荷の運転領域で第２所定時間ｔ２以上継続して運転された状態であることを示すので、仮に差圧センサ２３（または差圧検出用通路１４）が最初は凍結状態にあったとしても、非凍結状態に確実に移行すると考えられる。よってこの場合も差圧センサ２３は非凍結状態にあると判定する。
【００２５】
一方、ステップＳ２及びＳ３の答がともに否定（ＮＯ）であるときは、非凍結状態であるとの判定はできない（凍結状態にある可能性を排除できない）ため、非凍結フラグＦＮＦＺを「０」に設定する（ステップＳ５）。
【００２６】
図３は、ＤＰＦ１２の異常検知処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、差圧ＤＰが基準上限値ＤＰＬＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、さらに基準下限値ＤＰＬＬより小さいか否かを判別する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１及びＳ１２の答がともに否定（ＮＯ）であるときは、ＤＰＦ１２は正常と判定し、直ちに本処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ１１またはＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１３に進み、フェールセーフアクションを実行する。例えば、ＤＰＦ１２の再生処理を禁止すること、及びＤＰＦ１２の自然再生が行われるエンジン運転領域（高負荷高回転領域）での運転を禁止することが行われる。高負荷高回転領域での運転禁止は、燃料噴射量及びエンジン回転数ＮＥを制限することにより行われる。差圧センサ２３により検出される差圧ＤＰが正常範囲（基準下限値ＤＰＬＬと基準上限値ＤＰＬＨの間）にない以上、その原因がＤＰＦ１２の詰まりや孔あきでなく凍結によるものであっても、差圧センサ２３により検出される差圧ＤＰに基づくパティキュレート堆積量の算出精度が低下し、パティキュレート堆積量を過大または過小に推定するおそれがある。そこで、本実施形態では、検出される差圧ＤＰが正常範囲にないときは上記フェールセーフアクションを実行することにより、パティキュレートの過堆積状態での再生処理が行われること、あるいは再生処理の回数が必要以上に増加し、燃費や排気特性を悪化させることを確実に防止するようにしている。
【００２８】
続くステップＳ１４では、非凍結フラグＦＮＦＺが「１」であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、エラー通知を行うことなく直ちに本処理を終了する。差圧センサ２３により検出される差圧ＤＰが正常範囲にない原因が凍結によるものであれば、ＤＰＦ１２の異常ではなく、比較的負荷の高い運転領域での運転を数分程度継続することにより、差圧ＤＰは正常範囲に戻るからである。エラー通知を行わないことにより、運転者に余計な不安感を与えることがなくなる。
【００２９】
一方非凍結フラグＦＮＦＺが「１」であって、差圧センサ２３が非凍結状態にあることが確認されているときは、運転者へのエラー通知（警告灯の点灯あるいは音声による警告）を行う（ステップＳ１５）。なお、エラー通知は、差圧ＤＰが基準上限値ＤＰＬＨを上回っている場合と基準下限値ＤＰＬＬを下回っている場合とで、区別して行ってもよい。例えば差圧ＤＰが基準上限値ＤＰＬＨを上回っている場合にはＤＰＦに詰まりが生じている旨のエラー通知をし、差圧ＤＰが基準下限値ＤＰＬＬを下回っている場合にはＤＰＦに孔あきが生じている旨のエラー通知をする。
【００３０】
以上のように本実施形態では、差圧ＤＰが正常範囲から外れたときであっても、その原因が凍結である可能性がある間は、フェールセーフアクションを実行してもエラー通知は行わないようにしたので、ＤＰＦ１２の異常昇温、あるいは燃費や排気特性の悪化を確実に防止しつつ、運転者に余計な不安感を与えないようにすることができる。
【００３１】
また差圧センサ２３が凍結状態にあるか否かは、大気温度などの外気状態のみならず差圧センサ２３の周囲や差圧検出用通路１４における凝縮水の量も影響することから、差圧センサ２３の凍結状態を正確に判定することは容易でないが、非凍結状態は比較的容易にかつ正確に判定することができる。したがって、非凍結状態の判定結果と、検出差圧ＤＰに基づくＤＰＦ１２の異常判定とを併用することにより、簡単な構成で正確な異常判定が可能となる。
【００３２】
本実施形態では、ＥＣＵ２０が、非凍結状態判定手段、異常判定手段、及びフェールセーフ処理手段を構成する。具体的には、図２の処理が非凍結状態判定手段に相当し、図３のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４及びＳ１５が異常判定手段に相当し、ステップＳ１３がフェールセーフ処理手段に相当する。
【００３３】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、排気温度センサ２４をＤＰＦ１２の下流側に設けたが、排気温度センサ２４の取付け位置はこれに限定されるものではなく、ＤＰＦ１２の上流側や触媒コンバータ１１の上流側に配置してもよい。ただし、ＤＰＦ１２のすぐ下流側に配置することが望ましい。ＤＰＦ１２の上流側より下流側の方が排気温度は低くなるので、差圧検出用通路１４の、差圧センサ２３より上流側で凍結状態が解消しても、差圧センサ２３の下流側の通路１４内で水分が凍結している可能性がある。したがって、ＤＰＦ１２の上流側で検出するより下流側で検出した方が、より安全側で非凍結状態の判定を行うことができる。
【００３４】
また排気温度に関連するパラメータとしては、冷却水温ＴＷ、あるいはアクセルセンサにより検出されるアクセルペダル踏み込み量や燃料噴射量のようなエンジン負荷を示すパラメータを使用してもよい。
また排気温度をセンサにより直接検出するのではなく、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷（アクセルペダル踏み込み量、または燃料噴射量）、吸入空気流量ＧＡ、吸気温、燃料噴射量などに応じて推定するようにしてもよい。
【００３５】
また大気温度の関連するパラメータとしては、例えばエンジン１の冷間始動時における冷却水温ＴＷ、あるいは吸気温度を用いることできる。
【００３６】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】差圧センサの非凍結状態の判定を行う処理のフローチャートである。
【図３】ＤＰＦの異常を判定する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１  内燃機関
２  吸気管
４  排気管
２０  電子制御ユニット（非凍結状態判定手段、異常判定手段、フェールセーフ処理手段）
２３  差圧センサ
２４  排気温度センサ
２６  大気温度センサ
【図１】
2007002694.tif 000003
【図２】
2007002694.tif 000004
【図３】
2007002694.tif 000005