JP2008121631A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強制再生の異常を確実に判定可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】強制再生が終了してから次の強制再生が開始するまでに走行した車両の走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ1より短い場合にカウント値Ｎcを加算する一方、所定走行距離Ｌ２より長い場合にカウント値Ｎcを減算する(ステップＳ１２〜Ｓ２４)。そして、カウント値Ｎcが所定回数Ｎ1を超えた場合に強制再生システムの異常判定を行う（Ｓ３０、Ｓ３２）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）における強制再生を監視する技術に関する。

ディーゼルエンジンの排気を浄化する装置として、ＤＰＦが知られている。ＤＰＦは、
排気通路に設けられ、排気中のパティキュレート（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦに捕集されて堆積したＰＭを除去するために、ＤＰＦの上流に酸化触媒を備え、この酸化触媒に未燃燃料を流入させて排気温度を上昇させることにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭの主成分であるすすを燃焼させる強制再生が知られている。

強制再生は、通常、ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量が許容限界値に達した時点で実行開始され、堆積しているＰＭ中のすすが全て燃焼するように一定時間実行される。このものにおいて、ＰＭの堆積量を知るために、例えばＤＰＦの上流側と下流側との排気の差圧を検出し、この差圧に基づいてＰＭの堆積量を演算する装置が知られている。
更に、エンジンの故障によるＰＭの異常発生等により、強制再生が許容限界以上に頻繁に実施されるのを防止するために、強制再生の実施状況を監視するシステムも知られている（特許文献１）。
特開２００５−５４６３１号公報

しかしながら、特許文献１の監視システムでは、強制再生が許容限界値より短い間隔で所定回数連続して実施されたときに異常であると判定するので、例えば、強制再生が許容限界値より長い間隔と短い間隔とで交互に繰り返されて実施された場合には、異常であると判定できず、異常判定を確実に行うことが困難であった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、強制再生の異常を確実に判定できる排気浄化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、フィルタにおけるパティキュレートの堆積状態に基づいた間隔で作動し、フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させて、フィルタを強制再生させる強制再生手段と、強制再生手段の作動間隔を検出する作動間隔検出手段と、作動間隔検出手段により検出された作動間隔が、第１の所定間隔より短い場合にカウント値を加算する一方、第２の所定間隔より長い場合に前記カウント値を減算するカウンタと、カウンタのカウント値が所定回数を超えた場合に内燃機関または内燃機関の排気システムが異常であると判定する異常判定手段と、を含んで内燃機関の排気浄化装置を構成することを特徴とする。

なお、内燃機関の排気システムは、少なくとも強制再生手段を含むものである。
また、請求項２の発明では、請求項１の発明において、フィルタの温度を検出する温度検出手段を備え、異常判定手段は、作動間隔検出手段により検出された作動間隔と、強制再生手段による強制再生時において温度検出手段により検出されたフィルタの温度の最高値と、に基づいてカウンタのカウント値の加減算を行うことを特徴とする。

また、請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、内燃機関は走行用駆動源として車両に搭載され、作動間隔検出手段により検出される作動間隔は、強制再生手段の作動終了から次の作動開始までの車両の走行距離であることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、請求項１または２の発明において、作動間隔検出手段により検出される作動間隔は、強制再生手段の作動終了から次の作動開始までの内燃機関の運転時間であることを特徴とする。

また、請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、異常判定手段による判定結果を運転者に報知する報知手段を更に備えたことを特徴とする。

本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、強制再生手段の作動間隔が所定間隔より短い場合にカウント値を加算する一方、強制再生手段の作動間隔が所定間隔より長い場合にカウント値を減算し、カウント値が所定回数を超えた場合に内燃機関または内燃機関の排気システムが異常であると判定される。したがって、強制再生手段の作動間隔が連続して所定間隔より短くなくとも、所定間隔より短い回数が長い回数より多ければ、異常であると判定されるので、異常判定の正確性を向上させることができる。

また、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、強制再生手段の作動間隔だけでなく、強制再生時におけるフィルタの最高温度に基づいて異常判定が行われるので、異常の内容を把握することができる。例えば、強制再生手段の作動間隔が短くなったときに、最高温度が所定より高い場合は実際にフィルタにパティキュレートが多く堆積していることを判明できる一方、最高温度が所定より低い場合はパティキュレートが多く堆積していないにもかかわらず強制再生手段が作動しており、内燃機関に何らかの異常が発生していること等を判明できる。

また、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、車両の走行距離に基づいて、異常判定を容易に行うことができる。
また、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転時間に基づいて、異常判定を容易に行うことができる。
また、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、異常が検出されたときに報知手段によって運転者に容易に認識させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジン（内燃機関）１の全体構成図を示している。
エンジン１は、例えばコモンレール式直列多気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル４が気筒毎に設けられている。各燃料噴射ノズル４は高圧パイプ５によりコモンレール６に接続されるとともに、コモンレール６は高圧パイプ７を介して高圧ポンプ８に接続されている。高圧ポンプ８は燃料タンク９に貯留された燃料（軽油）をコモンレール６に供給する機能を有しており、コモンレール６に供給された燃料は高圧の状態で蓄えられ、各燃料噴射ノズル４から燃焼室３内に噴射される。

シリンダヘッド２には、各気筒毎に燃焼室と連通する吸気ポート１０及び排気ポート１１が夫々形成されており、吸気ポート１０には吸気管１２が、排気ポート１１には排気管１３が接続されている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１４と、排気ポート１１を開閉する排気バルブ１５とが設けられている。
吸気管１２には、吸入空気量を調節する電磁式の吸気絞り弁１６と、その上流側に吸気流量を検出するエアフローセンサ１７が設けられている。

排気管１３と吸気管１２との間には、電磁開閉弁であるＥＧＲ弁１９が介挿されたＥＧＲ管１８が設けられている。ＥＧＲ管１８は、一端が排気ポート１１近傍で排気管１３に接続される一方、他端が吸気ポート１０近傍で吸気管１２に接続され、排気管１３と吸気管１２とを連通する。
排気管１３には、上流側から順番に、触媒ユニット２０、ＤＰＦ（本発明のフィルタに該当する）２１が介装されている。触媒ユニット２０は、筒状のケースの中に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３が収容されて形成されている。第１の酸化触媒２２は排気上流側に設けられ、第２の酸化触媒２３は第１の酸化触媒２２と間隔をおいて下流側に設けられている。第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成する機能を有する。

本実施の形態のＤＰＦ２１は、酸化触媒機能付き（酸化触媒担持型）のものである。ＤＰＦ２１は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、さらに、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。

また、第１の酸化触媒２２の上流側近傍には、第１の酸化触媒２２に流入する直前の排気温度Ｔfaを検出する第１の温度センサ２４が設けられている。第１の酸化触媒２２と第２の酸化触媒２３との間には、第１の酸化触媒２２を通過した直後の排気温度Ｔfbを検出する第２の温度センサ２５が備えられている。ＤＰＦ２１の下流側には、ＤＰＦ２１の温度ＴfcとしてＤＰＦ２１通過直後の排気温度を検出する第３の温度センサ２６（温度検出手段）が設けられている。更に、ＤＰＦ２１の上流側及び下流側には、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧Ｐdを検出する差圧センサ２７が備えられている。

ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上述したエアフローセンサ１７、第１の温度センサ２４、第２の温度センサ２５、第３の温度センサ２６及び差圧センサ２７の他に、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ３１、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ３２、及び車速を検出する車速センサ３３等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ３０の出力側には、燃料噴射ノズル４、吸気絞り弁１６及びＥＧＲ弁１９等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期及びＥＧＲ量等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングで吸気絞り弁１６、燃料噴射ノズル４及びＥＧＲ弁１９等の制御が実施される。更に、ＥＣＵ３０は、強制再生開始時にリセット及びカウントを開始するカウンタを備えているとともに、後述する強制再生が終了してからその次の強制再生が開始するまでの車両走行距離Ｌａを計測する機能を有している（作動間隔検出手段）。

以上のように、ＤＰＦ２１の上流に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３を配置することにより、下流側の第２の酸化触媒２３からＮＯ_２がＤＰＦ２１に流入し、ＤＰＦ２１に捕集され堆積しているＰＭ中の炭素成分であるすすと反応して酸化させる。酸化したすすはＣＯ_２となり、ＤＰＦ２１から除去され、ＤＰＦ２１が連続的に再生される（連続再生）。

上記の連続再生では、エンジン１の運転状況により十分にＤＰＦ２１の再生が行われない場合がある。そこで、ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２１に許容量より多くＰＭが堆積した場合に強制再生を実施させる。強制再生は、エンジン運転時における燃料の主噴射の後にポスト噴射を行って、未燃燃料を含んだ排気を排気管１３に一定期間排出させることによって行われる。排気中の未燃燃料は、第１の酸化触媒２２に流入して酸化し、排気温度を上昇させる。これにより、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中のすすを燃焼させ、ＤＰＦ２１を再生させる。なお、この強制再生を行うシステムが本発明の強制再生手段に該当する。

図２は、強制再生の異常判定手順を示すフローチャートであり、以下、同フローチャートに沿って本発明の第１の実施形態に係る強制再生の異常判定制御を説明する。
本ルーチンは、エンジン１の作動開始に伴い実行が開始され、エンジン１の作動中は繰り返し実行される。
先ずステップＳ１０では、強制再生が開始したか否かを判別する。強制再生が開始した場合は、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、前回の強制再生が終了してからその次の強制再生が開始するまでの車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ1より小さいか否かを判別する。車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ1より小さい場合は、ステップＳ１６に進む。なお、所定走行距離Ｌ1は、強制再生の実施間隔（強制再生手段の作動間隔）が異常であるか否かを判別する閾値であり、あらかじめ実験等で確認して設定すればよい。

ステップＳ１６では、カウンタのカウント値Ｎcを加算する。そして、ステップＳ３０に進む。
一方、上記ステップＳ１２の判別により車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ1以上であると判定された場合は、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、前回の強制再生が終了してからの車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ2より大きいか否かを判別する。車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ2より大きい場合は、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、カウンタのカウント値Ｎcを減算する。そして、ステップＳ３０に進む。
一方、上記ステップＳ２０の判別により車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ2以下であると判定された場合は、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、カウント値Ｎcが所定回数Ｎ1より大きいか否かを判別する。カウンタＮcが所定回数Ｎ1より大きい場合は、ステップＳ３２に進む。カウント値Ｎcが所定回数Ｎ1以下である場合は、本ルーチンを終了する。

ステップＳ３２では、強制再生システムが異常であるとの異常判定をする。そして、本ルーチンを終了する。更に、この異常判定に基づいて、例えば、警告灯や警報ブザー等（報知手段）を用いて運転者に報知させたり、強制再生の実行を停止させたりするとよい。 このように、本実施形態では、強制再生の実施間隔、詳しくは強制再生が終了してから次の強制再生が開始するまでの車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ1未満であるか否かを判別し、所定走行距離Ｌ1未満である場合はカウンタのカウント値Ｎcを加算する一方、所定走行距離Ｌ2より大きい場合はカウント値Ｎcを減算する。そして、このカウント値Ｎcが所定回数Ｎ1に達したときに異常であると判定する。したがって、強制再生の実施間隔が所定より短い状態が１度発生しても所定より長い状態の頻度が多ければ異常でないと判定されるので異常判定の乱発を防ぐことができる一方、実施間隔が所定値より短い場合の頻度が多ければ異常であると判定されるので、強制再生の実施間隔が変動するような場合であっても、異常判定の正確性を確保することができる。そして、強制再生の異常な実施を防止することで、特に強制再生の実施間隔が必要以上に短くなることを防止することで燃費の低下やオイルダイリューションを抑制することができる。

図３は、強制再生の異常判定手順を示すフローチャートであり、以下、同フローチャートを用いて、本発明の第２の実施形態に係る強制再生の異常判定制御について、第１の実施形態と共通する箇所の説明は省略し、相違点のみ説明する。
ステップＳ１２の判別により車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ1より小さいと判定された場合はステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、前回の強制再生実施中におけるＤＰＦ２１の温度Ｔfcの最高値である最高温度Ｔmaxが所定温度Ｔ1より大きいか否かを判別する。最高温度Ｔmaxが所定温度Ｔ1より大きい場合は、ステップＳ１６に進む。最高温度Ｔmaxが所定温度Ｔ1以下である場合は、ステップＳ２０に進む。なお、所定温度Ｔ1は、適正な量のすすをＤＰＦ２１に堆積させて強制再生させた場合における上限温度に設定すればよい。

ステップＳ２０の判別により車両走行距離Ｌaが所定走行距離Ｌ2より大きいと判定された場合は、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、前回の強制再生実施中における最高温度Ｔmaxが所定温度Ｔ1より小さいか否かを判別する。最高温度Ｔmaxが所定温度Ｔ1より小さい場合は、ステップＳ２４に進む。最高温度Ｔmaxが所定温度Ｔ1以上である場合は、ステップＳ３０に進む。

以上のように、本実施形態では、強制再生を開始したときに、強制再生を行うシステムが異常であるか否かの判定を、強制再生が終了してからの車両走行距離Ｌaだけではなく、前回の強制再生実施時におけるＤＰＦ２１の最高温度Ｔmaxにも基づいて判定している。ＤＰＦ２１の最高温度Ｔmaxが高い場合は、実際にすすの堆積量が多く堆積していると推定されるので、本実施形態のように、強制再生が終了してからの車両走行距離Ｌaが少なく、かつＤＰＦ２１の最高温度Ｔmaxが高い場合にカウンタ値Ｎcが加算されることで、すすが異常に多く発生していることが判明できる。また、強制再生が終了してからの車両走行距離Ｌaが少なく、ＤＰＦ２１の最高温度Ｔmaxが低い場合にカウンタ値Ｎcを加算してもよい。このような場合では、差圧センサ２７が異常であるか、またはＤＰＦ２１に例えば灰分のようなすす以外の未燃性の物質が多く堆積していることを判明できる。

なお、以上の実施形態では、カウント値Ｎcの加減算は、強制再生が終了してからその次の強制再生が開始するまでの車両走行距離Ｌaに基づいて判定しているが、これに限定するものではなく、例えば強制再生が終了してからその次の強制再生が開始するまでのエンジン１の運転時間に基づいて判定してもよい。この場合には、強制再生が終了してからその次の強制再生が開始するまでのエンジン１の運転時間が所定走行距離Ｌ1に相当する運転時間未満であるか否かでカウント値Ｎcを加減算すればよい。

本発明に係る内燃機関の全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る強制再生の異常判定手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る強制再生の異常判定手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
３ 燃料噴射ノズル
２１ ＤＰＦ
２６ 第３の温度センサ
３０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
   前記フィルタにおける前記パティキュレートの堆積状態に基づいた間隔で作動し、前記フィルタに堆積した前記パティキュレートを燃焼させて、前記フィルタを強制再生させる強制再生手段と、
   前記強制再生手段の作動間隔を検出する作動間隔検出手段と、
   前記作動間隔検出手段により検出された作動間隔が、所定間隔より短い場合にカウント値を加算する一方、前記所定間隔より長い場合に前記カウント値を減算するカウンタと、
   前記カウンタのカウント値が所定回数を超えた場合に前記内燃機関または前記内燃機関の排気システムが異常であると判定する異常判定手段と、を含んで構成される内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記異常判定手段は、前記作動間隔検出手段により検出された前記作動間隔と、前記強制再生手段による強制再生時において前記温度検出手段により検出された前記フィルタの温度の最高値と、に基づいて前記カウンタのカウント値の加減算を行う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。
3. 前記内燃機関は走行用駆動源として車両に搭載され、
   前記作動間隔検出手段により検出される作動間隔は、前記強制再生手段の作動終了から次の作動開始までの前記車両の走行距離であ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。
4. 前記作動間隔検出手段により検出される作動間隔は、前記強制再生手段の作動終了から次の作動開始までの前記内燃機関の運転時間であ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。
5. 前記異常判定手段による判定結果を運転者に報知する報知手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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