JP2008038661A

JP2008038661A - 内燃機関の排気浄化システム

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Publication number: JP2008038661A
Application number: JP2006211177A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hashizume; 剛橋詰
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】本発明は、パティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサの測定精度を高く保つことを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭが酸化除去された後の機関運転時に差圧センサの測定値と予め定められた基準差圧とを比較することにより、差圧センサの出力ゲインが正常値からずれているか否かを判別するとともに出力ゲインのずれ幅を特定し、特定されたずれ幅に基づいて差圧センサの出力ゲインを補正するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられた差圧センサの出力を補正する技術に関する。

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタが配置された排気浄化システムにおいて、差圧センサによりパティキュレートフィルタ上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ下流の排気圧力との差（以下、「フィルタ前後差圧」と称する）を測定し、その測定値に基づいてパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を推定する技術が知られている。

ところで、差圧センサの測定値は、該差圧センサの製造公差や経時変化等により誤差を含む場合がある。これに対し、内燃機関の運転停止時のようにフィルタ前後差圧が零となる時の差圧センサの測定値からオフセット誤差を特定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−２４５１２３号公報特開２００４−２８６０１９号公報

ところで、差圧センサはオフセット誤差のみならず、出力ゲインが正常値から逸脱する場合もある。しかしながら、上記した従来の技術では、差圧センサの出力ゲインと正常値との差を特定することができない。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気系に設けられた差圧センサの測定精度を高く保つことができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を正確に特定可能な条件下において、差圧センサの測定値を基準差圧と比較することにより、差圧センサの出力ゲインのずれ幅を求め、そのずれ幅に基づいて差圧センサの出力ゲインを補正するようにした。

具体的には、本発明にかかる内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に配置された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前後差圧を測定する差圧センサと、前記パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を行う再生手段と、前記ＰＭ再生処理終了後の機関運転時における差圧センサの測定値と予め定められた基準差圧との差に応じて前記差圧センサの出力ゲインを補正する補正手段と、を備えるようにした。

フィルタ前後差圧はパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量によって変化する。このため、ＰＭ捕集量を正確に特定することができない条件下では、差圧センサの測定値が正常値（実際のフィルタ前後差圧）から逸脱しているのか否かを判別することはできない。

そこで、本発明にかかる内燃機関の排気浄化システムは、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を正確に特定することができる条件下で、差圧センサの測定値と基準差圧とを比較するようにしている。

パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を正確に特定することができる場合としては、ＰＭ再生処理終了後の機関運転時を例示することができる。ＰＭ再生処理終了後はパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が略零になるため、その際のフィルタ前後差圧はパティキュレートフィルタ自体の圧力損失と等しい。

よって、パティキュレートフィルタ自体の圧力損失の大きさを基準差圧として定めておくことができる。その結果、ＰＭ再生処理終了後の機関運転時における差圧センサの測定値と基準差圧と比較することにより、差圧センサの出力ゲインが正常値から逸脱しているか否か、及びずれ幅を特定することが可能となる。

例えば、差圧センサの測定値が基準差圧より小さい場合は、差圧センサの出力ゲインが正常値より小さいとみなすことができる。一方、差圧センサの測定値が基準差圧より大きい場合は、差圧センサの出力ゲインが正常値より大きいとみなすことができる。

また、差圧センサの測定値と基準差圧との差は出力ゲインのずれ幅と相関するため、前記した差に基づいて差圧センサの出力ゲインが補正されると、フィルタ前後差圧を正確に取得することが可能となる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化システムは、パティキュレートフィルタへ流入する排気流量と基準差圧との相関を定めたマップを更に備え、補正手段は、差圧センサがフィルタ前後差圧を測定した時の排気流量と前記マップとから基準差圧を特定するようにしてもよい。

これは、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が一定であっても、該パティキュレートフィルタへ流入する排気流量に応じてフィルタ前後差圧が変化するためである。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化システムは、差圧センサの測定値と基準差圧との差が所定の上限値を超えた場合に、前記差圧センサが異常であると判定する判定手段を更に備えるようにしてもよい。

尚、判定手段は、補正手段による補正量が一定量を超えた場合に差圧センサが異常であると判定してもよい。

本発明によれば、内燃機関の排気系に設けられた差圧センサの測定精度を高く保つことが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を備えた圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１の各気筒２には、燃料噴射弁３が取り付けられている。燃料噴射弁３は、コモンレール３０において昇圧された燃料を気筒２内へ直接噴射する。

各気筒２には、吸気通路４が連通している。吸気通路４の途中には、ターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５０とインタークーラ６が配置されている。コンプレッサハウジング５０により過給された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に各気筒２内へ導入される。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気
筒２内で着火及び燃焼される。

各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路７へ排出される。排気通路７へ排出された排気は、排気通路７の途中に配置されたタービンハウジング５１及び排気浄化装置８を経由して大気中へ放出される。

前記排気浄化装置８は、酸化能を有する触媒が担持されたパティキュレートフィルタである。尚、酸化能を有する触媒をパティキュレートフィルタに担持する代わりに、パティキュレートフィルタの直上流に酸化触媒が配置されるようにしてもよい。以下では、排気浄化装置８をパティキュレートフィルタ８と記す。

前記した吸気通路４のインタークーラ６より下流の部位と排気通路７のタービンハウジング５１より上流の部位は、ＥＧＲ通路９により相互に接続されている。ＥＧＲ通路９の途中には、該ＥＧＲ通路９を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する）の流量を調節するＥＧＲ弁１０と、該ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１１が配置されている。

ＥＧＲガスの量は、吸気通路４のインタークーラ６より下流且つＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位に配置された吸気絞り弁１２の開度、および／またはＥＧＲ弁１０の開度により調量されるようになっている。

上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び、吸気絞り弁１２は、ＥＣＵ１３によって電気的に制御される。ＥＣＵ１３は、エアフローメータ１４、水温センサ１５、クランクポジションセンサ１６、差圧センサ１７等の各種センサと電気的に接続されている。

前記エアフローメータ１４は、吸気通路４を流れる吸気量を測定するセンサである。水温センサ１５は、内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定するセンサである。クランクポジションセンサ１６は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置を検出するセンサである。差圧センサ１７は、パティキュレートフィルタ８より上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ８より下流の排気圧力との差（以下、「フィルタ前後差圧」と称する）を測定するセンサである。

ＥＣＵ１３は、上記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び吸気絞り弁１２を制御する。例えば、ＥＣＵ１３は、パティキュレートフィルタ８のＰＭ再生処理を行う。

ＰＭ再生処理は、パティキュレートフィルタ８の温度をＰＭが酸化可能な温度域まで昇温させてパティキュレートフィルタ８に捕集されているＰＭを酸化除去する処理である。このＰＭ再生処理は、パティキュレートフィルタ８に捕集されているＰＭ量（ＰＭ捕集量）が所定量以上であることを条件に実行される。

前記した所定量は、例えば、内燃機関１に作用する背圧が許容範囲に収まるよう定められる量である。また、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量を取得する方法としては、差圧センサ１７の測定値をＰＭ捕集量に換算する方法を例示することができる。

ところで、差圧センサ１７は、製造公差や経時変化等により測定誤差を生じる場合がある。測定誤差は、フィルタ前後差圧が零である時に差圧センサ１７の測定値が零からオフセットした値を示したり、或いは差圧センサ１７の出力ゲインが正常値から逸脱したりすることによって発生する。

フィルタ前後差圧が零である時に差圧センサ１７の測定値が零からオフセットした値を示すオフセット誤差は、フィルタ前後差圧が零である時（例えば、内燃機関１の運転停止時）に零点補正を行うことで解消される。

一方、差圧センサ１７の出力ゲインが正常値から逸脱する誤差は、フィルタ前後差圧が零より大きな時（例えば、内燃機関１の運転時）に検出する必要がある。

ところで、内燃機関１の運転時におけるフィルタ前後差圧は、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量によって変化する。このため、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量を正確に特定することができなければ、差圧センサ１７の測定値と比較すべき基準値を特定することができない。

そこで、本実施例のＥＣＵ１３は、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量を正確に特定することができる条件下において、差圧センサ１７の出力ゲインを補正するようにした。

パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量を正確に特定することができる場合としては、ＰＭ再生処理終了直後の機関運転時が好適である。ＰＭ再生処理終了直後は、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量が略零となる。よって、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量が零である時の実際のフィルタ前後差圧を基準差圧△Ｐｂａｓｅとして定めることができる。

尚、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量が零である時のフィルタ前後差圧は、パティキュレートフィルタ８へ流入する排気の量によって変化する。このため、基準差圧△Ｐｂａｓｅは、パティキュレートフィルタ８へ流入する排気の流量に応じて変更されることが好ましい。

そこで、本実施例では、パティキュレートフィルタ８へ流入する排気の流量と基準差圧△Ｐｂａｓｅとの関係を予め求めておくとともに、それらの関係をマップ化しておくようにした。

尚、パティキュレートフィルタ８へ流入する排気の流量は内燃機関１の吸入空気量（エアフローメータ１４の測定値Ｇａ）と相関する。このため、前記したマップは、図２に示すように、吸入空気量Ｇａと基準差圧△Ｐｂａｓｅとの関係を規定したマップであってもよい。

このように基準差圧△Ｐｂａｓｅが定められると、ＰＭ再生処理終了後の差圧センサ１７の測定値と前記基準差圧△Ｐｂａｓｅとを比較することにより、差圧センサ１７の出力ゲインが正常値から逸脱しているか否か、及びそのずれ幅を特定することが可能となる。

以下では、差圧センサ１７の出力ゲインを補正する具体的な手順について図３に沿って説明する。

図３は、本実施例における補正制御ルーチンを示すフローチャートである。この補正制御ルーチンは、ＰＭ再生処理が終了した時に割り込み処理されるルーチンである。

補正制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１においてＰＭ再生処理の終了フラグｆｐｍに“１”がセットされているか否かを判別する。ＰＭ再生処理の終了フラグｆｐｍは、ＰＭ再生処理終了時に“１”がセットされ、本ルーチンの終了時に“０”がリセットされるフラグである。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合（ｆｐｍ≠１）は、ＥＣＵ１３は本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合（ｆｐｍ＝１）は、ＥＣＵ１３はＳ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、オフセット補正フラグｆｏｆｆに“１”がセットされているか否かを判別する。オフセット補正フラグｆｏｆｆは、差圧センサ１７の零点補正が完了した時に“１”がセットされるフラグである。

前記Ｓ１０２において否定判定された場合（ｆｏｆｆ≠１）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。これは、差圧センサ１７の測定値にオフセット誤差が含まれている時に、基準差圧△Ｐｂａｓｅと差圧センサ１７の測定値とが比較されると、両者の差がオフセット誤差に因るものか、或いは出力ゲインのずれに因るものかを区別することができないからである。

一方、前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０３へ進む。Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、差圧センサ１７の測定値△Ｐ１とエアフローメータ１４の測定値（吸入空気量）Ｇａ１とを読み込む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０３で読み込まれた吸入空気量Ｇａ１と前述した図２のマップとに基づいて、基準差圧△Ｐｂａｓｅ１を特定する。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０３で読み込まれた測定値△Ｐ１と前記Ｓ１０４で特定された基準差圧△Ｐｂａｓｅ１とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１３は、前記測定値△Ｐ１と前記基準差圧△Ｐｂａｓｅ１との差の絶対値（＝｜△Ｐｂａｓｅ１−△Ｐ１｜）が許容範囲αを超えているか否かを判別する。

前記Ｓ１０５において否定判定された場合（｜△Ｐｂａｓｅ１−△Ｐ１｜≦α）は、ＥＣＵ１３は、差圧センサ１７の出力ゲインを補正する必要がないとみなして本ルーチンの実行を終了する。

一方、前記Ｓ１０５において肯定判定された場合（｜△Ｐｂａｓｅ１−△Ｐ１｜＞α）は、ＥＣＵ１３はＳ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、前記測定値△Ｐ１と前記基準差圧△Ｐｂａｓｅ１との差の絶対値（＝｜△Ｐｂａｓｅ１−△Ｐ１｜）が所定の上限値β以下であるか否かを判別する。前記した上限値βは、前記許容範囲αに比して十分に大きな値である。

前記Ｓ１０６において否定判定された場合（｜△Ｐｂａｓｅ１−△Ｐ１｜＞β）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０９へ進み、差圧センサ１７が故障していると判定する。続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０８へ進み、前述したＰＭ再生処理の終了フラグｆｐｍを“０”にリセットして本ルーチンを終了する。

また、前記Ｓ１０６において肯定判定された場合（｜△Ｐｂａｓｅ１−△Ｐ１｜≦β）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０７へ進み、差圧センサ１７の出力ゲインを補正する。

例えば、図４に示すように、前記測定値△Ｐ１が前記基準差圧△Ｐｂａｓｅ１より小さい場合は、ＥＣＵ１３は、差圧センサ１７の出力ゲイン（図４中の一点鎖線を参照）が正常時の出力ゲイン（図４中の実線を参照）に比して小さいとみなして、差圧センサ１７の出力ゲインを増加させる。その際の増加量は、前記測定値△Ｐ１が前記基準差圧△Ｐｂａｓｅ１に比して小さくなるほど多くされる。

一方、図５に示すように、前記測定値△Ｐ１が前記基準差圧△Ｐｂａｓｅ１より大きい場合は、ＥＣＵ１３は、差圧センサ１７の出力ゲイン（図５中の一点鎖線を参照）が正常時の出力ゲイン（図５中の実線を参照）に比して大きいとみなして、差圧センサ１７の出力ゲインを減少させる。その際の減少量は、前記測定値△Ｐ１が前記基準差圧△Ｐｂａｓｅ１に比して大きくなるほど多くされる。

ここで図３の補正制御ルーチンに戻り、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０７の処理を実行し終えると、Ｓ１０８において前述したＰＭ再生処理の終了フラグｆｐｍを“０”にリセットして本ルーチンを終了する

以上述べたようにＥＣＵ１３が図３の補正制御ルーチンを実行すると、本発明にかかる補正手段及び判定手段が実現される。よって、差圧センサ１７の測定精度を高く保つことが可能となる。その結果、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量の推定精度を高めることができるとともに、ＰＭ再生処理の開始タイミングや終了タイミングを適正なタイミングとすることも可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。基準差圧△Ｐｂａｓｅと吸入空気量Ｇａとの関係を規定したマップを示す図である。本実施例における補正制御ルーチンを示すフローチャートである。差圧センサの測定値が基準差圧より小さい場合における差圧センサの出力ゲインを示す図である。差圧センサの測定値が基準差圧より大きい場合における差圧センサの出力ゲインを示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
７・・・・・排気通路
８・・・・・パティキュレートフィルタ
１３・・・・ＥＣＵ
１７・・・・差圧センサ

Claims

内燃機関の排気通路に配置された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前後差圧を測定する差圧センサと、
前記パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を行う再生手段と、
前記ＰＭ再生処理終了後の機関運転時における差圧センサの測定値と予め定められた基準差圧との差に応じて前記差圧センサの出力ゲインを補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
請求項１において、前記パティキュレートフィルタへ流入する排気流量と前記基準差圧との相関を定めたマップを更に備え、
前記補正手段は、前記差圧センサが前記パティキュレートフィルタの前後差圧を測定した時の排気流量と前記マップとから基準差圧を特定することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
請求項１又は２において、前記差圧センサの測定値と前記基準差圧との差が所定の上限値を超えた場合に、前記差圧センサが異常であると判定する判定手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。