JP2008157199A - センサの異常検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】常に正確にセンサの異常を検出できる、排気濾過装置におけるセンサの異常検出装置を提供すること。
【解決手段】フィルタ上流側圧力センサと、該フィルタ上流側圧力センサによって検出された前記フィルタの上流側圧力値から、前記フィルタの上下流間での圧力差の実測値を減算し、前記フィルタの下流側における圧力値を算出するフィルタ下流側圧力算出手段と、内燃機関の運転状態に基づいて前記フィルタの下流側における圧力値を推定するフィルタ下流側圧力推定手段と、前記圧力算出値と圧力推定値との差を閾値と比較し、差圧センサとフィルタ上流側圧力センサの少なくとも一方の機能が正常に作動していないことを検出する異常検出手段とを備えたセンサの異常検出装置を構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＰＦなどの排気濾過装置における、センサの異常検出装置に関する。
排気濾過装置、例えばＤＰＦ（Diesel Particulate filter）装置は、エンジンの排気管に設けられ、排気ガス中に含まれる微粒子を捕捉し、排気ガスを浄化する。かかるＤＰＦ装置においては、捕捉した微粒子（主に、煤分）を走行中に自動燃焼させているが、自動燃焼されないで蓄積される分は、適宜手動により燃焼させている。また、ＤＰＦ装置における排気抵抗の増加は、エンジンの作動に影響を与えるため、ＤＰＦ装置の上流側と下流側の圧力差などは逐次計測している。
そのためＤＰＦ装置には、各種センサが具えられ、これらセンサからの値に基づき、例えば微粒子成分の蓄積量を算出し、走行中に自動燃焼を行ったり、算出した値が所定値を超えると手動燃焼を運転者に促したりしている。
このようにＤＰＦ装置に設けられるセンサ類は、車両の走行や、環境に与える影響が大きく重要である一方、センサ類は使用中に受ける温度変化、圧力変動が非常に大きく、正常に作動しなくなる場合も考えられる。仮に正常に作動していない状態のセンサから出力された値に基づいて各種制御を行っても、所望の結果は得られない。そこで、走行中に各種センサ類が正常に機能しているか否かを判別する方法が発明されている。
例えば、特開２００５−３０７８８０号公報には、排気浄化用フィルタの上下流での圧力差を検出する差圧センサの異常検出装置の発明が記載されている。これは、内燃機関の運転状態から排気浄化用フィルタの上下流での圧力差を算出し、算出した圧力差と、差圧センサが検出した値との差を求め、その値が閾値を超えていれば差圧センサに異常があるということを検出している。
特開２００５−３０７８８０号公報
しかしながら、内燃機関の運転状態がほぼ同一でも、実際の車両の走行状況が大きく異なることは実際に起こり得ることである。つまり、高速で安定走行した場合と、坂道を低いギアで登っている場合では、内燃機関の運転状態がほぼ同一でも、走行距離も、燃焼状態も全く異なる状態となる。
従来の異常検出装置は、圧力差の算出に、粒子状物質の排気浄化用フィルタへの堆積量を用いているが、粒子状物質の排気浄化用フィルタへの堆積量を、内燃機関の運転状態から求めているため、粒子状物質の堆積量に大きな差が現れる場合が考えられる。したがって、かかる値に基づいて差圧センサに異常があることを検出しても、検出結果にばらつきが大きく、妥当性に欠けるという問題がある。
本発明は上記課題を解決し、常に正確にセンサの異常を検出できる、排気濾過装置におけるセンサの異常検出装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためセンサ異常検出装置を次のように構成した。
１、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子成分を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流と下流との圧力差を検出する差圧センサと、前記フィルタの上流側における圧力を検出するフィルタ上流側圧力センサと、該フィルタ上流側圧力センサによって検出された前記フィルタの上流側圧力の実測値から、前記差圧センサによって検出された該フィルタの上下流間での圧力差の実測値を減算し、前記フィルタの下流側における圧力値を算出するフィルタ下流側圧力算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記フィルタの下流側における圧力値を推定するフィルタ下流側圧力推定手段と、前記フィルタ下流側圧力算出手段にて算出された圧力算出値と前記フィルタ下流側圧力推定手段によって推定された圧力推定値との差を閾値と比較し、前記差圧センサと前記フィルタ上流側圧力センサの少なくとも一方の機能が正常に作動していないことを検出する異常検出手段とを備えたセンサの異常検出装置を構成した。
２、前記フィルタ下流側圧力推定手段は、前記内燃機関から排出される排気ガス流量と、大気圧の値に基づき、前記フィルタの下流側での圧力値を推定することとした。
３、前記フィルタ下流側圧力推定手段は、前記内燃機関における吸気側圧力値（ブースト圧）と、大気圧の値に基づき、前記フィルタの下流側での圧力値を推定することとした。
４、前記異常検出手段は、前記フィルタ下流側圧力算出手段にて算出された圧力算出値と前記フィルタ下流側圧力推定手段によって推定された圧力推定値との差が、閾値を所定時間継続して超えた場合に、前記差圧センサと前記フィルタ上流側圧力センサの少なくとも一方の機能が正常に作動していないと確定することとした。
本発明にかかるセンサ異常検出装置は、次の効果を有している。
フィルタ上流側圧力センサと差圧センサとから、フィルタの下流側における算出圧力値を算出し、かかる圧力差を生じさせている状態の内燃機関における、排気ガス排出流量に基づきフィルタの下流側における圧力値を推定し、上記算出圧力値と推定圧力値の差を閾値と比較するので、常に現時点において得られる各種条件から、センサ類の異常が検出でき、過去における内燃機関の状況を必要としていないので、直接的に、かつ正確な異常検出が可能となる。
フィルタ下流側圧力推定手段は、内燃機関から排出される排気ガス流量と、大気圧の値に基づき、フィルタの下流側での圧力値を推定し、また排気ガス流量と大気圧の値は、吸気センサによる吸気質量流量、ＥＣＵの指示値による燃料噴射量、温度センサによるＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ上流側圧力センサによるＤＰＦ上流圧力、大気圧センサの各値を用いて確実に算出することができるので、フィルタ下流圧力推定値を、センサからの出力値およびＥＣＵの指示値のみから算出した値を基に得ることができる。
このように本発明にかかるセンサ異常検出装置は、信頼性のある数値を基にしてフィルタ下流側の圧力推定値を算出しており、例えば、微粒子成分の堆積量などの、他の推定値を基にしたフィルタ下流圧力推定方法に比較して、より確実に圧力センサの異常を検出することができる。
またフィルタ下流側圧力推定手段は、内燃機関における吸気側圧力値（ブースト圧）と、大気圧の値に基づき、フィルタの下流側での圧力値を推定することとした。ブースト圧を用いてフィルタ下流圧力推定値を求めているので、異常検出の対象であるＤＰＦ上流側圧力センサによるＤＰＦ上流圧力値を用いることなく、フィルタ下流圧力推定値を算出できる。したがって、より確実に圧力センサの異常を検出することができる。
所定時間経過した後センサの異常を確定するので、検出装置の信頼性を向上できる。
本発明にかかるセンサ異常検出装置の一実施形態について、図を参照して説明する。
図１に、センサ異常検出装置１０を具えた、内燃機関としてのエンジン１２の構成例を示す。エンジン１２はディーゼルエンジンであり、過給器（ターボチャージャ）１４と、ＤＰＦ装置１６と、燃料供給装置１８などを具えている。過給器１４は、排気通路としての排気管２０と吸気通路としての吸気管２２に接続しており、エアクリーナ２４を介して吸引した外気を排気圧を利用して加圧し、エンジン１２に送り込む。
吸気管２２には、吸気管２２内の圧力、すなわち過給器１４による過給圧（ブースト圧）を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。尚、エンジン１２は、ディーゼルエンジンに限るものではなく、また過給器１４を設けない自然吸気式のエンジンでもよい。
ＤＰＦ装置１６は、筒型で、内部にフィルタ２８を具え、上流側が過給器１４の排気側に接続し、下流側が車両の排気口２９に連通している。フィルタ２８は、セラミックフィルタなどからなり、排気ガス中に含まれる微粒子を捕捉する微細な孔部が表面に形成してある。ＤＰＦ装置１６には、上流側圧力センサ３０、差圧センサ３２、上流側温度センサ３５、下流側温度センサ３７が取り付けられ、フィルタ２８の前後には触媒装置３１、３３などが連結されている。
上流側圧力センサ３０は、ＤＰＦ装置１６の上流側に取り付けてあり、フィルタ２８の上流側の圧力値を検出する。差圧センサ３２は、フィルタ２８の上流側と下流側との間に生じる圧力差を検出する。上流側温度センサ３５は、ＤＰＦ装置１６の上流側の温度、つまり排気温度を計測する。下流側温度センサ３７は、ＤＰＦ装置１６の下流側の温度を計測する。
各センサはそれぞれ制御装置３６（ＥＣＵ（電子コントロールユニット））に、図２に示すように接続している。また制御装置３６には、図２に示すように大気圧の値を検出する大気圧センサ３８や冷却水の水温を検出する水温センサ４０、吸気管２２内の流量を検出する吸気流量センサ２３など各種センサ類が接続されている。各センサが検出した値は、制御装置３６に送り出される。
燃料供給装置１８は、燃料を噴射する燃料噴射装置であり、制御装置３６からの指示により所定量の燃料をエンジン１２の内部に噴射する。
更に制御装置３６は、図３に示すようにセンサの異常検出手段４４と、計時手段６０と、確定手段６２を有している。
異常検出手段４４は、図４に示すように下流側圧力値算出手段４６と、下流側圧力値推定手段４８と、センサ類の異常を判断する判断手段５０などから構成されている。
下流側圧力値算出手段４６は、上流側圧力センサ３０からフィルタ２８の上流側圧力値を求め、また差圧センサ３２からフィルタ２８の上流側と下流側との間の圧力差を求め、上流側圧力値から圧力差を減算して、フィルタ２８の下流側に発生している圧力値（絶対圧）を算出する。
下流側圧力値推定手段４８は、エンジン１２から排出される排気ガスの排出流量を求め、排気ガスの排出流量から図５に示す換算マップを用いて、排気ガスによりフィルタ２８の下流側に生じる出口圧を算出し、かかる値に大気圧センサ３８の検出値を加えて、フィルタ２８の下流側の圧力値（絶対圧）を推定する。
エンジン１２から排出される排気ガスの排出流量は、吸気流量センサ２３によって検出された吸気流量と、そのとき燃料供給装置１８からエンジン１２に供給される燃料供給量と、上流側温度センサ３５が検出したＤＰＦ装置１６の入口温度と、上流側圧力センサ３０が検出したＤＰＦ装置１６の上流圧力値とから算出する。
また、下流側圧力値推定手段４８は、吸気圧センサ２６が検出したブースト圧（吸気圧）などから、フィルタ２８の下流側に生じる出口圧を換算マップにより算出し、かかる値に大気圧センサ３８の検出値を加えて、フィルタ２８の下流側の圧力値（絶対圧）を推定することもできる。ブースト圧とフィルタ２８の下流側に生じる出口圧の換算マップは、試験により予め求める。
判断手段５０は、下流側圧力値算出手段４６が算出したフィルタ２８の下流側の圧力値と、下流側圧力値推定手段４８が推定したフィルタ２８の下流側の推定圧力値との差を求め、その値と閾値とを比較し、閾値より上記差の方が大きい場合には、上流側圧力センサ３０と差圧センサ３２の少なくとも一方のセンサから送られてきた値が正常でないと判断する。尚、閾値は、フィルタ２８と、フィルタ２８が設置されている状態などから一義的に定められる定数である。
更に制御装置３６は、計時手段６０と、異常確定手段６２を具えている。計時手段６０は、判断手段５０が、上流側圧力センサ３０と差圧センサ３２の少なくとも一方のセンサから送られてきた値が正常でないとした判断の継続時間を計測する。
確定手段６２は、計時手段６０が計測した、センサからの値が正常でないとした判断の時間が、所定時間（確定時間）継続したと判断したとき、センサに異常が生じていると確定する。確定時間は例えば、１０秒間である。尚、確定時間は適宜変更できる。
次にセンサ異常検出装置１０の作動について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、サンプリング時間ａと、確定時間Ｔが定められる（Ｆ−１）。サンプリング時間ａは、圧力差と閾値との比較を繰り返し行うときの、繰り返しの時間間隔である。Ｔは、異常と確定するまでに要する時間（確定時間）である。入力されたら、ｔを初期値として０とする（Ｆ−２）。
次に、制御装置３６が、水温センサ４０や大気圧センサ３８、エンジン回転数センサ、吸気温度センサ（いずれも図示せず。）などから送られてくる検出値を取得する（Ｆ−３）。取得された各センサの値から、ＤＰＦ装置１６に設けられている圧力センサの異常検出が可能な条件であるか否か判断する。つまり、エンジン始動直後でないことや、異常の運転をしていないこと、あるいはいずれかのセンサに異常がないことなどを確認する。
Ｆ−４にて、付帯条件が成立し、ＤＰＦ装置１６に設けられている圧力センサの異常検出が可能と判断されると、下流側圧力値算出手段４６が、上述したように、上流側圧力センサ３０が求めた上流側圧力値から、差圧センサ３２が求めた圧力差を減算し、フィルタ２８の下流側に発生している圧力値（絶対圧）を算出する（Ｆ−５）。
次に、下流側圧力値推定手段４８が、排気ガスの排出流量から図５に示す換算マップを用いてフィルタ２８の下流側に生じる出口圧を算出し、かかる値に大気圧センサ３８の検出値を加えて、フィルタ２８の下流側の圧力値（絶対圧）を推定する（Ｆ−６）。
これら圧力算出値と圧力推定値が求められたら、それらの差ΔＰを算出する（Ｆ−７）。そして判断手段５０が、差ΔＰの値と閾値とを比較し（Ｆ−８）、閾値より差ΔＰの方が小さい場合には、Ｆ−２に戻る。
一方閾値より差ΔＰの方が大きい場合には、Ｆ−９に進み、ｔにａを加え、それを新たにｔとする。そして、ｔがＴを超えたか否か判断し、超えていなければＦ−３に戻る。Ｆ−３に戻ると、再度上述したＦ−３からの作業を行い、閾値より差ΔＰの方が大きい場合には、ｔに更にａを加え、ｔがＴを超えるまで、循環する。
循環している間に閾値より差ΔＰの方が小さくなった場合には、Ｆ−８にて、循環から出て、Ｆ−２に戻る。そして、改めてｔを０として、作業が再開される。
一方、Ｆ−１０にてｔがＴを超えたときは、Ｆ−１１に進み、確定手段６２が、センサから送られてきた値が正常でなく、上流側圧力センサ３０と差圧センサ３２の少なくとも一方のセンサに異常が生じていると確定する。
このように上記センサ異常検出装置１０によれば、センサの異常を閾値との比較で判定でき、しかも閾値はフィルタ２８から一義的に定められる定数であることから、内燃機関の運転状態等に影響されることがなく安定しており、確実な判断が実施できる。
下流側圧力値算出手段４６は、上流側圧力センサ３０からフィルタ２８の上流側圧力値を求め、また差圧センサ３２からフィルタ２８の上流側と下流側との間の圧力差を求め、上流側圧力値から圧力差を減算して、フィルタ２８の下流側に発生している圧力値（絶対圧）を算出するので、算出された値は、フィルタ２８の上流側での圧力変動要素を相殺した値となっており、実質的にそのときのエンジン１２の状態における、フィルタ２８の微粒子の堆積量を表している。
また、下流側圧力値推定手段４８は、エンジン１２から排出される排気ガスの排出流量を求め、排気ガスの排出流量から図５に示す換算マップを用いて、排気ガスによりフィルタ２８の下流側に生じる出口圧を算出し、かかる値に大気圧センサ３８の検出値を加えて、フィルタ２８の下流側の圧力値（絶対圧）を推定するので、得られた推定圧力値には、フィルタ２８への微粒子の堆積量の影響がなんら含まれず、堆積量算出に伴う誤差が存在しない値となっている。
これらにより、本発明にかかる異常検出装置１０は、フィルタ２８に堆積している微粒子の量に無関係に、適切にセンサの異常を検出できる。
更に、排気ガスの排出流量は、各センサからの検出値と、制御装置３６からの制御信号（燃料噴射量）に基づいて算出されるので、信頼性の高い値であり、かかる数値に基づいてフィルタ２８の下流側の圧力値（絶対圧）を推定するので確実に圧力センサの異常を検出できる。
また下流圧力推定値を、吸気圧センサ２６が検出したブースト圧（吸気圧）などからフィルタ２８の下流側の圧力値（絶対圧）を算出して求めた場合には、異常検出の対象となっているセンサからの検出値を用いないので、より高い信頼性をもって圧力センサの異常を検出できる。
本発明にかかる異常検出装置の一実施例を具えたエンジンの構成を示す図。 異常検出装置を示すブロック図。 制御装置を示すブロック図。 異常検出手段を示すブロック図。 ＤＰＦ装置の出口圧を求めるグラフ。 異常検出装置の作動を示すフローチャート。
符号の説明
１０…異常検出装置
１２…エンジン
１６…ＤＰＦ装置
１８…燃料供給装置
２８…フィルタ
３０…上流側圧力センサ
３２…差圧センサ
３５…上流側温度センサ
３６…制御装置
３７…下流側温度センサ
３８…大気圧センサ
４６…下流側圧力値算出手段
４８…下流側圧力値推定手段
５０…判断手段

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子成分を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流と下流との圧力差を検出する差圧センサと、
    前記フィルタの上流側における圧力を検出するフィルタ上流側圧力センサと、
    該フィルタ上流側圧力センサによって検出された前記フィルタの上流側圧力の実測値から、前記差圧センサによって検出された該フィルタの上下流間での圧力差の実測値を減算し、前記フィルタの下流側における圧力値を算出するフィルタ下流側圧力算出手段と、
    前記内燃機関の運転状態に基づいて前記フィルタの下流側における圧力値を推定するフィルタ下流側圧力推定手段と、
    前記フィルタ下流側圧力算出手段にて算出された圧力算出値と前記フィルタ下流側圧力推定手段によって推定された圧力推定値との差を閾値と比較し、前記差圧センサと前記フィルタ上流側圧力センサの少なくとも一方の機能が正常に作動していないことを検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とするセンサの異常検出装置。
  2. 前記フィルタ下流側圧力推定手段は、前記内燃機関から排出される排気ガス流量と、大気圧の値に基づき、前記フィルタの下流側での圧力値を推定すること特徴とする請求項１記載のセンサの異常検出装置。
  3. 前記フィルタ下流側圧力推定手段は、前記内燃機関における吸気側圧力値（ブースト圧）と、大気圧の値に基づき、前記フィルタの下流側での圧力値を推定すること特徴とする請求項１記載のセンサの異常検出装置。
  4. 前記異常検出手段は、前記フィルタ下流側圧力算出手段にて算出された圧力算出値と前記フィルタ下流側圧力推定手段によって推定された圧力推定値との差が、閾値を所定時間継続して超えた場合に、前記差圧センサと前記フィルタ上流側圧力センサの少なくとも一方の機能が正常に作動していないと確定することを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサの異常検出装置。
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