(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する排気管の途中に装備されたパティキュレートフィルタの異常検知装置であって、パティキュレートフィルタの前後の差圧を計測する差圧計測装置と、現在の測定状態が定常状態にあるか否かを判定し、該現在の測定状態が定常状態にあると判定されると共に、前記差圧計測装置による実測の差圧に基づき背圧の異常な上昇が確認された時にパティキュレートフィルタが目詰まりしていると判定し且つ背圧の異常な低下が確認された時にパティキュレートフィルタが溶損していると判定する判定装置とを備え、該判定装置が、内燃機関の定常状態における回転数と燃料の噴射量とパティキュレートフィルタの前後の差圧とを所定時間計測し且つこれら三項目の平均値を求め、回転数及び噴射量の平均値に基づき運転状態に応じた目詰まり判定用の第一の基準差圧と溶損判定用の第二の基準差圧とアッシュ最大堆積時の第三の基準差圧を夫々算出し、パティキュレートフィルタの交換直後からの走行距離に基づく比例係数を第三の基準差圧に掛けて経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を算出し、この背圧上昇分を実測の差圧の平均値から差し引いて補正差圧平均値を算出し、この補正差圧平均値が第一の基準差圧を超えている場合にパティキュレートフィルタが目詰まりしていると判定し、前記補正差圧平均値が第二の基準差圧を下まわっていた場合にパティキュレートフィルタが溶損していると判定するように構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタの異常検知装置。
【請求項２】
判定装置の判定結果を運転者に知らせる警告ランプが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタの異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタの異常検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、該パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しない為にパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得るので、電気ヒータや燃料添加装置等の再生装置を付属させて積極的な加熱による強制再生を行うことが検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の強制再生を行う再生装置が何らかの不具合を起こした場合や、適切なインターバルで強制再生が行われなかったような場合に、パティキュレートフィルタの再生が不十分なまま放置されると、パティキュレートフィルタが目詰まりして背圧上昇によりエンジン性能に悪影響を及ぼしたり、大量に堆積したパティキュレートが急激に燃焼してパティキュレートフィルタが溶損したりする虞れがあった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタに生じた目詰まりや溶損を確実に判定し得るパティキュレートフィルタの異常検知装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガスが流通する排気管の途中に装備されたパティキュレートフィルタの異常検知装置であって、パティキュレートフィルタの前後の差圧を計測する差圧計測装置と、現在の測定状態が定常状態にあるか否かを判定し、該現在の測定状態が定常状態にあると判定されると共に、前記差圧計測装置による実測の差圧に基づき背圧の異常な上昇が確認された時にパティキュレートフィルタが目詰まりしていると判定し且つ背圧の異常な低下が確認された時にパティキュレートフィルタが溶損していると判定する判定装置とを備え、該判定装置が、内燃機関の定常状態における回転数と燃料の噴射量とパティキュレートフィルタの前後の差圧とを所定時間計測し且つこれら三項目の平均値を求め、回転数及び噴射量の平均値に基づき運転状態に応じた目詰まり判定用の第一の基準差圧と溶損判定用の第二の基準差圧とアッシュ最大堆積時の第三の基準差圧を夫々算出し、パティキュレートフィルタの交換直後からの走行距離に基づく比例係数を第三の基準差圧に掛けて経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を算出し、この背圧上昇分を実測の差圧の平均値から差し引いて補正差圧平均値を算出し、この補正差圧平均値が第一の基準差圧を超えている場合にパティキュレートフィルタが目詰まりしていると判定し、前記補正差圧平均値が第二の基準差圧を下まわっていた場合にパティキュレートフィルタが溶損していると判定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタに目詰まりが生じた際に、排気抵抗が大幅に上昇して差圧計測装置により背圧の異常な上昇が確認され、判定装置によりパティキュレートフィルタが目詰まりしているとの判定が下され、他方、パティキュレートフィルタに溶損が生じた際には、該パティキュレートフィルタを素通りしてしまうような流路が形成されてしまって排気抵抗が大幅に低下して背圧の異常な低下が確認され、判定装置によりパティキュレートフィルタが溶損しているとの判定が下されることになる。
【００１１】
しかも、これらの判定が判定装置にて下される際には、経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を実測の差圧から差し引いて判定が成されるようになっているので、強制再生後もパティキュレートフィルタ内に残り続けるアッシュが徐々に増加してきたような場合でも、その堆積分を除外してパティキュレートだけを対象とした判定が常に行われる結果、アッシュの堆積量に底上げされて十分なパティキュレートの堆積が生じないうちに目詰まりの判定が下されてしまうような事態が未然に回避される。
【００１２】
【００１３】
更に、本発明においては、判定装置の判定結果を運転者に知らせる警告ランプが備えられていることが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタに生じた異常事態を直ちに運転者に視認させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、図１に示す如く、自動車のディーゼルエンジン１（内燃機関）から排気マニホールド２を介して排出された排気ガス３が流通している排気管４のマフラ５内に、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ６を収容させた場合を例示しており、該パティキュレートフィルタ６を抱持するフィルタケース７がマフラ５の外筒を成すようになっている。
【００１６】
即ち、前後に入口パイプ８と出口パイプ９とを備えたフィルタケース７の内部に、図２に拡大して示す如きパティキュレートフィルタ６が収容されており、このパティキュレートフィルタ６は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路６ａの入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路６ａについては、その出口が目封じされるようになっており、各流路６ａを区画する多孔質薄壁６ｂを透過した排気ガス３のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００１７】
そして、フィルタケース７の入口パイプ８と出口パイプ９には、パティキュレートフィルタ６の前後の差圧を計測する為の差圧センサ１０（差圧計測装置）が圧力取り出し用のパイプを介して接続され、該差圧センサ１０の検出信号１０ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す判定装置１２に対し入力されるようになっており、この判定装置１２においては、後で詳述する如く、差圧センサ１０からの検出信号１０ａに基づき背圧の異常な上昇が確認された時にパティキュレートフィルタ６が目詰まりしていると判定し且つ背圧の異常な低下が確認された時にパティキュレートフィルタ６が溶損していると判定するようになっており、しかも、これらの判定を行うに際しては、経時的なアッシュ（潤滑油を起源として気筒内燃焼で発生する灰分）の堆積による背圧上昇分を実測の差圧から差し引いて判定するようになっている。
【００１８】
また、本形態例における判定装置１２は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担うようになっており、より具体的には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ１４からのアクセル開度信号１４ａと、ディーゼルエンジン１の回転数を検出する回転センサ１５からの回転数信号１５ａとに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１３に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１３ａが出力されるようになっていて、この燃料噴射信号１３ａの出力に際し、ディーゼルエンジン１の回転数と燃料の噴射量が判定装置１２に常時把握されるようにしてある。
【００１９】
更に、運転席におけるインストルメントパネル等には、前記判定装置１２でパティキュレートフィルタ６の目詰まりが判定された時に警告信号１６ａを受けて点灯し且つ溶損が判定された時に警告信号１６ａを受けて点滅する警告ランプ１６が装備されている。
【００２０】
尚、図中１７は車両の走行距離を計測して前記判定装置１２に向け走行距離信号１７ａを出力する距離計を示している。
【００２１】
ここで、判定装置１２で行われるパティキュレートフィルタ６の目詰まりと溶損の判定に関する具体的な手順について、図３によりフローチャートで補足説明すると、先ずステップＳ１において、ディーゼルエンジン１の停止とエンジン水温が一定値以上という条件が同時に満たされているか否かという停止判定が行われ、両条件が同時に満たされている時に「ＹＥＳ」に進んでステップＳ２にて差圧センサ１０のバラツキ補正値が算出されるようになっている。
【００２２】
即ち、ステップＳ１における判定が「ＹＥＳ」の状態では、ディーゼルエンジン１が停止していることから、差圧センサ１０の検出信号１０ａに基づくパティキュレートフィルタ６の前後の差圧は零になるはずなので、斯かる停止状態での差圧センサ１０の計測値のバラツキが補正値として記憶されるようになっている。
【００２３】
そして、ディーゼルエンジン１が稼働している状態では、ステップＳ１における判定が「ＮＯ」となってステップＳ３へ進み、このステップＳ３において、差圧センサ１０の出力値が把握され、これらの出力値が前記ステップＳ２からの補正値によりステップＳ４で補正されて最終出力値となるようにしてある。
【００２４】
更に、次のステップＳ５においては、現在の測定状態が定常状態にあるか否かが判定されるようになっており、より具体的には、差圧センサ１０の出力値が安定しているか否か、定常走行状態にあるか否か、エンジン水温，回転数，燃料噴射量の夫々が規定範囲内にあるか否かについて判定が行われ、これら全ての条件が満たされないうちは、「ＮＯ」へと進んでステップＳ１からの手順が繰り返されることになり、全ての条件が同時に満たされた時には、現在の測定状態が定常状態にあるものとして「ＹＥＳ」に進み、ステップＳ６にてパティキュレートフィルタ６の前後の差圧の検出が開始されるようになっている。
【００２５】
ステップＳ６で開始された差圧の検出は、ステップＳ７にてカウントされて一定期間に亘る検出が終了したと判定されるまで続けられ、一定期間に亘る検出が終了した時に「ＹＥＳ」へと進み、ステップＳ８にて検出期間内における差圧の平均値が算出される一方、ステップＳ９及びステップＳ１０の夫々にて同じ検出期間内におけるディーゼルエンジン１の回転数の平均値と燃料の噴射量の平均値とが算出され、ステップＳ７におけるカウントの途中でステップＳ５における定常判定が「ＮＯ」になった場合には、差圧，回転数，噴射量の夫々についての積算値を全て捨ててステップＳ５からの手順が繰り返されるようになっている。
【００２６】
そして、ステップＳ９及びステップＳ１０により算出された回転数及び噴射量の平均値をもとに、ステップＳ１１において、回転数と噴射量とによる背圧マップから、現在の運転状態に応じた比較的高い目詰まり判定用の第一の基準差圧と、比較的低い溶損判定用の第二の基準差圧とが夫々決定されるようにしてある。
【００２７】
他方、ステップＳ１２においては、ステップＳ９及びステップＳ１０により算出された回転数及び噴射量の平均値をもとに、回転数と噴射量とによるアッシュ用背圧マップから、現在の運転状態に応じたアッシュ最大堆積時の第三の基準差圧が決定されるようになっている。
【００２８】
ここで、アッシュ最大堆積時の第三の基準差圧とは、異常な背圧上昇によりエンジン性能に悪影響を及ぼしかねないほどアッシュが堆積している状態、即ち、パティキュレートフィルタ６を交換すべき指標となるような最大堆積状態を想定した場合に、現在の回転数及び噴射量に基づく運転状態で、どの程度の差圧になるかをアッシュ用背圧マップから読み出したものであり、この第三の基準差圧に対しステップＳ１３で算出した比例係数を掛けることにより、経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分が算出されるようになっている。
【００２９】
尚、アッシュは、所定の運転状態に対し常に一定量発生し、走行距離に相関があることが判っているので、ステップＳ１３にて算出される比例係数は、パティキュレートフィルタ６の交換直後からの走行距離（距離計１７からの走行距離信号１７ａ）に基づいて求めることが可能である。
【００３０】
そして、以上の如くして算出された経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を、ステップＳ１４にて先のステップＳ８からの実測の差圧の平均値から差し引くことにより補正差圧平均値が算出され、次いで、ステップＳ１５において、先のステップＳ１４からの補正差圧平均値が、ステップＳ１１からの第一の基準差圧を超えているか否かが判定され、超えている場合に「ＹＥＳ」へ進んでステップＳ１６にてパティキュレートフィルタ６が目詰まりしていることを運転者に知らせる警告ランプ１６の点灯が指令されるようになっている。
【００３１】
更に、ステップＳ１５での判定が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１７に進んで前記補正差圧平均値がステップＳ１１で算出された第二の基準差圧を下まわっているか否かが判定され、下まわっている場合に「ＹＥＳ」へ進んでステップＳ１８にてパティキュレートフィルタ６が溶損していることを運転者に知らせる警告ランプ１６の点滅が指令されるようになっており、ステップＳ１７で前記補正差圧平均値が第二の基準差圧を下まわっていない場合には、「ＮＯ」へと進んでステップＳ１からの手順がやり直されるようになっている。
【００３２】
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタ６に目詰まりが生じた際に、排気抵抗が大幅に上昇して差圧センサ１０により背圧の異常な上昇が確認され、判定装置１２によりパティキュレートフィルタ６が目詰まりしているとの判定が下され、他方、パティキュレートフィルタ６に溶損が生じた際には、該パティキュレートフィルタ６を素通りしてしまうような流路が形成されてしまって排気抵抗が大幅に低下して背圧の異常な低下が確認され、判定装置１２によりパティキュレートフィルタ６が溶損しているとの判定が下されることになる。
【００３３】
しかも、これらの判定が判定装置１２にて下される際には、経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を実測の差圧から差し引いて判定が成されるようになっているので、強制再生後もパティキュレートフィルタ６内に残り続けるアッシュが徐々に増加してきたような場合でも、その堆積分を除外してパティキュレートだけを対象とした判定が常に行われる結果、アッシュの堆積量に底上げされて十分なパティキュレートの堆積が生じないうちに目詰まりの判定が下されてしまうような事態が未然に回避される。
【００３４】
従って、上記形態例によれば、差圧センサ１０によりパティキュレートフィルタ６の前後の差圧を監視することで、パティキュレートフィルタ６に生じた目詰まりや溶損を確実に判定することができ、しかも、その判定にあたり経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を実測の差圧から差し引いて判定を行うようにしているので、アッシュの堆積量に底上げされて十分なパティキュレートの堆積が生じないうちに目詰まりの判定が下されてしまうような事態を未然に回避することができ、強制再生の適切なインターバルを保持して強制再生に伴うエネルギーコスト（燃料添加で強制再生を行う場合には燃費、電気ヒータであれば電力費）を必要最小限に抑制することができる。
【００３５】
また、特に本形態例においては、判定装置１２の判定結果を運転者に知らせる警告ランプ１６を備えているので、パティキュレートフィルタ６に生じた異常事態を直ちに運転者に視認させることができ、運転者による異常事態への迅速な対応を促すことができる。
【００３６】
尚、本発明のパティキュレートフィルタの異常検知装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、例えば、警告ランプをパティキュレートフィルタの目詰まり判定時に赤色で点灯させ且つ溶損判定時に赤色で点滅させるようにし、ティキュレートフィルタの交換直後からの走行距離がアッシュの最大堆積状態を推定できる距離分に達した時に緑色に点灯するようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
上記した本発明のパティキュレートフィルタの異常検知装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３８】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、差圧計測装置によりパティキュレートフィルタの前後の差圧を監視することで、パティキュレートフィルタに生じた目詰まりや溶損を確実に判定することができ、しかも、その判定にあたり経時的なアッシュの堆積による背圧上昇分を実測の差圧から差し引いて判定を行うようにしているので、強制再生後もパティキュレートフィルタ内に残り続けるアッシュの堆積量に底上げされて十分なパティキュレートの堆積が生じないうちに目詰まりの判定が下されてしまうような事態を未然に回避することができ、強制再生の適切なインターバルを保持して強制再生に伴うエネルギーコスト（燃料添加で強制再生を行う場合には燃費、電気ヒータであれば電力費）を必要最小限に抑制することができる。
【００３９】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタに生じた異常事態を直ちに運転者に視認させることができ、運転者による異常事態への迅速な対応を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】  図１のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【図３】  図１の判定装置による具体的な判定の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
３  排気ガス
４  排気管
６  パティキュレートフィルタ
１０  差圧センサ（差圧計測装置）
１２  判定装置
１６  警告ランプ
１７  距離計
【図１】
0003930725.tif 000002
【図２】
0003930725.tif 000003
【図３】
0003930725.tif 000004