(57)【要約】【課題】軽微な故障であっても精度よく検知することができるパティキュレートフィルタの故障判定装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気通路４に設けられ、排ガス中のパティキュレートマターを捕集するＤＰＦ３と、ＤＰＦ３の下流に位置して排気通路４に設けられ、ＤＰＦ３を通過したパティキュレートマターが付着する電気絶縁材からなる絶縁層１０と、絶縁層１０に相互に離間して設けられた複数の電極１１と、複数の電極１１間の電気抵抗値に相関する指標を計測し、計測した指標が所定基準より小さくなったことを検出すると、ＤＰＦ３の故障を判定するＥＣＵ７とを備えたパティキュレートフィルタの故障判定装置。【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、排ガス中のパティキュレートマター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位置して前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを通過したパティキュレートマターが付着する電気絶縁材と、
前記電気絶縁材に相互に離間して設けられた複数の電極と、
前記複数の電極間の電気抵抗値に相関する指標を計測し、計測した指標が所定基準より小さくなったことを検出すると、前記パティキュレートフィルタの故障を判定する制御手段とを備えたことを特徴とするパティキュレートフィルタの故障判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障判定装置において、
前記電気絶縁材は、前記パティキュレートフィルタより小容量であることを特徴とするパティキュレートフィルタの故障判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のパティキュレートフィルタの故障判定装置において、
前記電気絶縁体に設けられたヒータを更に有し、
前記制御手段は、前記ヒータに通電して、前記電気絶縁材に付着したパティキュレートマターを定期的に除去することを特徴とするパティキュレートフィルタの故障判定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のパティキュレートフィルタの故障判定装置において、
前記制御手段は、排気温度が、凝縮水の気化温度以上で、かつ、パティキュレートマターの燃焼温度以下であるときに、前記計測した指標を評価することを特徴とするパティキュレートフィルタの故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するパティキュレートフィルタの故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に液体燃料の拡散燃焼により出力を取り出すディーゼル機関などでは、パティキュレートマター（ＰＭ；Particulate Matter）の排出が問題となる。このＰＭ排出を抑制する手段として、排気系にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ；Diesel Particulate Filter）を設置するものがある。このＤＰＦの故障としては、強制再生時の過堆積ＰＭ燃焼（過昇温燃焼）に伴う溶損等が挙げられる。溶損等のように、ＤＰＦ破損に伴い、大きな開口部が形成される場合には、ＤＰＦの前後圧損や温度を計測することで故障を判定することが可能であり、そのような故障モニタシステムが既に知られている。
その一例として、特許文献１では、パティキュレートフィルタの前後差圧と、排気ガスの体積流量に基づいて算出した堆積ＰＭ量の時間的変化に基づいてパティキュレートフィルタの故障判定を行う手法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８４６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来の故障モニタシステムは、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の軽微な故障を的確に判断するのは困難であった。
【０００５】
また、故障モニタシステムに要求される性能は、地球環境問題に対する社会的関心の高まりを背景に、軽微な故障であっても精度よく検知できることが求められる傾向にあり、上記従来例ではこのような社会的要請に十分応えることができない問題がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、軽微な故障であっても精度よく検知することができるパティキュレートフィルタの故障判定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】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排ガス中のパティキュレートマター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位置して前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを通過したパティキュレートマターが付着する電気絶縁材と、
前記電気絶縁材に相互に離間して設けられた複数の電極と、
前記複数の電極間の電気抵抗値に相関する指標を計測し、計測した指標が所定基準より小さくなったことを検出すると、前記パティキュレートフィルタの故障を判定する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置は、
上記第１の発明に記載のパティキュレートフィルタの故障判定装置において、
前記電気絶縁材は、前記パティキュレートフィルタより小容量であることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置は、
上記第１又は第２の発明に記載のパティキュレートフィルタの故障判定装置において、
前記電気絶縁体に設けられたヒータを更に有し、
前記制御手段は、前記ヒータに通電して、前記電気絶縁材に付着したパティキュレートマターを定期的に除去することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置は、
上記第１から第３の発明にいずれかの１つに記載のパティキュレートフィルタの故障判定装置において、
前記制御手段は、排気温度が、凝縮水の気化温度以上で、かつ、パティキュレートマターの燃焼温度以下であるときに、前記計測した指標を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、パティキュレートフィルタの下流に電気絶縁材を設け、電気絶縁材に付着するパティキュレートマターによって変化する電気抵抗値に相関する指標を計測し、この指標に基づいて故障を判断するため、パティキュレートフィルタを通過したパティキュレートマターの堆積量に応じた判定を行うことができ、パティキュレートフィルタの性能低下を高精度に判定できる。従って、パティキュレートフィルタの前後差圧などでは検知できないような故障（微小クラック等）であっても、精度良く検知して、パティキュレートフィルタの軽微な故障モニタが可能となる。
【００１２】
第２の発明によれば、電気絶縁材をパティキュレートフィルタより小さくするので、パティキュレートフィルタの性能低下を応答性良く判定でき、装置の大型化も抑制することができる。
【００１３】
第３、第４の発明によれば、電気絶縁材に付着したパティキュレートマターを定期的に除去するので、又、排気温度が、凝縮水の気化温度以上で、かつ、パティキュレートマターの燃焼温度以下であるときに、計測した指標を評価するので、誤判定を防止して、精度の高い判定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図４を用いて、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）は、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置を示す概略図であり、図１（ｂ）は、そのＡ部分の拡大図である。又、図２は、本発明に係る本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置おける制御を説明するフローチャートであり、図３は、その故障判定を説明するグラフである。
【００１６】
本発明における内燃機関は、主に燃料の拡散燃焼により出力を得るディーゼルエンジン（以降、エンジンと呼ぶ。）１であり、図１（ａ）に示すように、その排気通路４に配置され、排気中のＮＯをＮＯ2に酸化するディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst；以降、ＤＯＣと略す。）２と、ＤＯＣ２の下流に位置して排気通路４に設けられ、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ３を備える。
【００１７】
更に、ＤＰＦ３の下流に位置して排気通路４に設けられ、捕集されずにＤＰＦ３を通過したＰＭの堆積量を計測するＰＭトラップセンサ５を備えている。ＰＭトラップセンサ５のセンサヘッド６は、排気通路４の内部に配置されており、このセンサヘッド６で検知したＰＭの堆積量を電子制御装置（制御手段；以降、ＥＣＵ（Electronics Control Unit）と略す。）７がモニタすることにより、後述する制御を行っている。
【００１８】
ＰＭトラップセンサ５について、図１（ｂ）を参照して、更に詳細に説明する。
ＰＭトラップセンサ５のセンサヘッド６は、捕集されずにＤＰＦ３を通過したＰＭ１６が付着する電気絶縁材からなる絶縁層１０と、相互に離間して絶縁層１０に設けられた２本以上の複数の電極１１と、複数の電極１１間の電気抵抗値を測定する測定器１２とを有している。なお、電気抵抗値に代えて、電気抵抗値に相関する指標、例えば、電流、電圧を測定するようにしてもよい。又、絶縁層１０としては、例えば、アルミナ等を使用する。
【００１９】
更に、絶縁層１０には、絶縁層１０を加熱するヒータ層１３を設けており、ヒータ層１３の加熱抵抗１４にヒータ制御電源１５からの電圧を付与することにより、絶縁層１０をＰＭ燃焼温度以上に加熱しており、これにより、絶縁層１０に付着したＰＭを燃焼させている。
【００２０】
なお、この絶縁層１０は、ＤＰＦ３と比較して、小容量となる大きさのものである。これは、絶縁層１０を小容量とすることにより、ＤＰＦ３の性能低下を応答性良く判定すると共に、装置の大型化を抑制するためである。
【００２１】
詳細は図３において説明するが、センサヘッド６においては、ＰＭ１６が絶縁層１０に堆積していくと、電極１１間の電気抵抗値に変化が現れるため、この変化をとらえることにより、軽微な故障を検知可能にしている。
【００２２】
ここで、図２、図３を参照して、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置おける制御を説明する。
【００２３】
ＥＣＵ７において、前回ＰＭトラップセンサ５をリセット（リセットについては後述する。）してからの経過期間をモニタしておく。そして、所定期間経過している場合には、ステップＳ２へ進み、所定期間経過していない場合には、ステップＳ３へ進む（ステップＳ１）。経過期間としては、例えば、車両の走行距離、走行時間、使用燃料量を積算することにより行う。
【００２４】
所定期間経過している場合には、ＰＭトラップセンサ５のリセットを行う（ステップＳ２）。つまり、後述する電気抵抗値の計測精度を向上させるため、定期的（所定の走行時間毎、所定の走行距離毎、使用燃料量毎）にＰＭトラップセンサ５のリセットを行っている。
【００２５】
ここで、ＰＭトラップセンサ５のリセットについて説明する。図１（ｂ）に示したように、センサヘッド６において、絶縁層１０にはヒータ層１３が設けられており、このヒータ層１３を用いて、絶縁層１０をＰＭ燃焼温度以上に加熱可能になっている。そして、所定期間経過した場合には、ヒータ層１３の加熱抵抗１４に通電し、絶縁層１０をＰＭ燃焼温度以上に所定時間加熱し、付着したＰＭを燃焼して、絶縁層１０に付着したＰＭを除去することで、ＰＭトラップセンサ５自体のリセットを行っている。
【００２６】
これは、ＤＰＦ３が正常に機能していても、ＯＢＤ規制値未満の数値ではあるが、ＤＰＦ３を通過してくるＰＭが存在し、そのように微量なＰＭであっても、絶縁層１０に付着し積層していけば、絶縁層１０における電気抵抗値測定に誤差を生じる可能性があるからである。そこで、本発明においては、そのような誤差を抑えて、誤判定が生じないようにするため、ＰＭトラップセンサ５のリセットを行っている。
【００２７】
次に、同様に、計測精度を向上させるため、電極１１間の電気抵抗値をモニタ可能な条件を満足しているかどうか確認する。そして、モニタ可能な条件を満足している場合には、ステップＳ４へ進み、モニタ可能な条件を満足していない場合には、本制御を終了する（ステップＳ３）。
【００２８】
電気抵抗値をモニタ可能な条件は、具体的には、排気温度を測定する温度センサ（図示省略）をＥＣＵ７でモニタすることにより、排気温度が凝縮水の気化温度（≒１００℃）以上であり、かつ、ＰＭの燃焼温度以下であるか確認している。これは、絶縁層１０に凝縮水が付着している状態であると、その凝縮水（導電体）の影響により、電気抵抗値測定に誤差を生じる可能性があるためである。抵抗値をモニタするタイミングとしては、例えば、排気通路４の凝縮水による影響を排除するべく、凝縮水が気化する温度となって、この温度が所定時間経過した後に実施するか、又は、凝縮水の気化温度以上、ＰＭの燃焼温度以下にヒータ層１３の温度を設定し、安定したところでモニタを行うようにしている。
【００２９】
電気抵抗値をモニタ可能な条件である場合には、次に、電極１１間の電気抵抗値をモニタし、異常があるかどうか確認し、その評価を行う。そして、異常がある場合には、ステップＳ５へ進み、異常がない場合には、本制御を終了する（ステップＳ４）。
【００３０】
このとき、異常があるかどうかの判定は、図３に示すグラフを用いて判定する。図３に示すグラフは、予め、ＰＭトラップセンサ５に堆積したＰＭの堆積量と電極１１間の抵抗値との関係を求め、この関係に基づいて、故障判定閾値Ｒｔ（所定基準）を求めておく。これは、ＰＭ（すす）が導電体であるため、当初電極間抵抗値が絶縁状態であったものが、ＰＭの堆積量に応じて電極間抵抗値が低下するためである。そして、モニタした電気抵抗値が故障判定閾値Ｒｔより小さくなったことを検出したとき、ＤＰＦ３に軽微な故障があると判定する。この故障判定閾値Ｒｔは、例えば、ＯＢＤ(On Board Diagnosis)規制値を基準にして規定すればよい。
【００３１】
ＤＰＦ３の故障により、ＤＰＦ３に捕集されないＰＭが増えた場合には、例え、微小クラックの発生等の軽微な故障であっても、ＤＰＦ３の下流に配置したＰＭトラップセンサ５へのＰＭの堆積量が増加する。そして、所定の堆積量を超えると、モニタした電気抵抗値が故障判定閾値Ｒｔより低下することになり、よって、ＤＰＦ３の故障と判定することができる。
【００３２】
次に、電極１１間の電気抵抗値に異常がある場合には、警告灯を点灯すると共にＥＣＵ１１のメモリに故障を記憶しておく（ステップＳ５）。
【００３３】
このように、上記制御においては、ＰＭトラップセンサ５を用い、付着するＰＭの堆積量によって変化する電気抵抗値に基づいて故障を判断するため、ＤＰＦ３を通過したＰＭの堆積量に応じた判定を行うことができ、ＤＰＦ３の前後差圧等では検知できないような故障（微小クラック等）であっても、ＤＰＦ３の性能低下を高精度に判定でき、応答性良く、精度良い故障モニタが可能となる。
【実施例２】
【００３４】
図４は、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置の他の一例を示す概略図であり、実施例１に示したパティキュレートフィルタの故障判定装置の変形例を示すものである。従って、実施例１に示した構成と同等のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３５】
本実施例のパティキュレートフィルタの故障判定装置は、ＤＰＦ３自体の下流側に、ＰＭトラップセンサ２０を設けたものである。ＰＭトラップセンサ２０自体の構成は、図１（ｂ）に示すＰＭトラップセンサ５と同様に、電気絶縁材からなる絶縁層及び絶縁層に設けた複数の電極を備え、測定器２１で複数の電極間の抵抗値（又は、抵抗値に相関する電流値、電圧値）を測定可能な構成である。このＰＭトラップセンサ２０の構成は、実施例１におけるセンサヘッド６にヒータ層１３の内蔵が困難な場合、ＤＰＦ３の強制再生時に、ＤＰＦ３と同様に温度が上昇する位置、具体的には、ＤＰＦ３自体の下流側にＰＭトラップセンサ２０を配置して、ヒータ自体を省略した構成である。なお、本実施例における電気絶縁材も、ＤＰＦ３と比較して、小容量となる大きさのものである。
【００３６】
そして、本実施例のパティキュレートフィルタの故障判定装置においても、実施例１の図２、図３に示した制御を用いて、ＤＰＦ３の故障判定が可能である。但し、本実施例のＰＭトラップセンサ２０は、ヒータを備えていないので、センサリセットをする場合には、ＤＰＦ３の強制再生時に、ＰＭの燃焼温度以上に加熱したＤＰＦ３の熱を利用して、ＰＭトラップセンサ２０の電気絶縁材に付着したＰＭを燃焼し、除去することで、ＰＭトラップセンサ２０自体のリセットを行っている。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、パティキュレートフィルタの故障判定を実施するものであり、軽微な故障であっても判定可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置を示す概略図であり、（ｂ）は、そのＡ部分の拡大図である。
【図２】本発明に係る本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置おける制御を説明するフローチャートである。
【図３】本発明に係る本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置おける故障判定を説明するグラフである。
【図４】本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判定装置の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    エンジン
２    ＤＯＣ
３    ＤＰＦ
４    排気通路
５、２０  ＰＭトラップセンサ
６    センサヘッド
１０  絶縁層
１１  電極
１２、２１  測定器
１３  ヒータ層
１４  加熱抵抗
１５  ヒータ制御電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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