JP2009144577A - Failure determination device for particulate filter - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a failure determination device for a particulate filter that purifies exhaust gas from an internal combustion engine.
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。
Particulate matter (PM) emission is a problem in diesel engines and the like that extract their output mainly by diffusion combustion of liquid fuel. As a means for suppressing this PM emission, there is one that installs a diesel particulate filter (DPF; Diesel Particulate Filter) in the exhaust system. Examples of the failure of the DPF include melting damage accompanying overdeposition PM combustion (overheated combustion) during forced regeneration. When a large opening is formed due to DPF breakage, such as melting damage, it is possible to determine a failure by measuring the pressure loss and temperature of the DPF before and after, and such a failure monitoring system Is already known.
As an example,
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。 However, since the above-described conventional failure monitoring system is a method of measuring the pressure loss across the filter by differential pressure measurement, it is difficult to accurately determine minor failures in the DPF such as the occurrence of cracks, for example. .
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。 In addition, the performance required for a failure monitoring system tends to be required to be accurately detected even for minor failures against the background of increasing social interest in global environmental problems. There is a problem that cannot fully meet social demands.
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a particulate filter failure determination device that can accurately detect even a minor failure.
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。
A particulate filter failure determination apparatus according to a first invention for solving the above-described problems is provided.
A particulate filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter in the exhaust gas;
An electrical insulating material that is provided in the exhaust passage located downstream of the particulate filter, and to which the particulate matter that has passed through the particulate filter adheres;
A plurality of electrodes provided at a distance from each other in the electrical insulating material;
Control means for measuring an index correlating with an electrical resistance value between the plurality of electrodes and detecting a failure of the particulate filter when detecting that the measured index is smaller than a predetermined reference. And
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。
A particulate filter failure determination apparatus according to a second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the particulate filter failure determination device according to the first invention,
The electrical insulating material has a smaller capacity than the particulate filter.
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。
A particulate filter failure determination device according to a third aspect of the present invention for solving the above-described problem is provided.
In the particulate filter failure determination device according to the first or second invention,
A heater provided on the electrical insulator;
The control means energizes the heater to periodically remove particulate matter adhering to the electrical insulating material.
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。
A particulate filter failure determination device according to a fourth aspect of the present invention for solving the above-described problem is provided.
In the particulate filter failure determination device according to any one of the first to third aspects of the invention,
The control means evaluates the measured index when the exhaust gas temperature is equal to or higher than the vaporization temperature of the condensed water and equal to or lower than the combustion temperature of the particulate matter.
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。 According to the first invention, an electrical insulating material is provided downstream of the particulate filter, an index that correlates with an electrical resistance value that varies depending on the particulate matter adhering to the electrical insulating material is measured, and a failure is determined based on the index. Therefore, it is possible to make a determination according to the accumulation amount of the particulate matter that has passed through the particulate filter, and it is possible to determine with a high degree of accuracy the performance of the particulate filter. Therefore, even a failure (such as a microcrack) that cannot be detected by the differential pressure across the particulate filter can be detected with high accuracy, and a minor failure monitoring of the particulate filter can be performed.
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。 According to the second invention, since the electrical insulating material is made smaller than the particulate filter, it is possible to determine the performance deterioration of the particulate filter with good responsiveness, and to suppress the enlargement of the apparatus.
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。 According to the third and fourth inventions, particulate matter adhering to the electrical insulating material is periodically removed, and the exhaust temperature is equal to or higher than the vaporization temperature of the condensed water, and the combustion temperature of the particulate matter. Since the measured index is evaluated when the following is true, it is possible to prevent erroneous determination and achieve highly accurate determination.
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。 Hereinafter, the particulate filter failure determination device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
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。 FIG. 1A is a schematic diagram showing a particulate filter failure determination apparatus according to the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a portion A thereof. FIG. 2 is a flowchart for explaining the control in the particulate filter failure determination apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a graph for explaining the failure determination.
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。
The internal combustion engine in the present invention is a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 1 that obtains an output mainly by diffusion combustion of fuel, and is disposed in the
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。
Furthermore, a
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。
The
The
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。
Further, the
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。
Note that the
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。
Although details will be described with reference to FIG. 3, in the
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。 Here, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, the control in the particulate filter failure determination apparatus according to the present invention will be described.
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。
In the
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。
If the predetermined period has elapsed, the
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。
Here, reset of the
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。
This is a numerical value less than the OBD regulation value even if the
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)。
Next, similarly, in order to improve the measurement accuracy, it is confirmed whether or not a condition for monitoring the electrical resistance value between the
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。
Specifically, the conditions under which the electrical resistance value can be monitored are such that the exhaust temperature is equal to or higher than the vaporization temperature of the condensed water (≈100 ° C.) by monitoring a temperature sensor (not shown) for measuring the exhaust temperature with the
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)。
If the conditions are such that the electrical resistance value can be monitored, then the electrical resistance value between the
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。
At this time, whether there is an abnormality is determined using the graph shown in FIG. The graph shown in FIG. 3 obtains a relationship between the amount of PM deposited on the
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。
When PM that is not collected by
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)。
Next, when there is an abnormality in the electrical resistance value between the
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。
As described above, in the above control, the
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。 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating another example of the particulate filter failure determination apparatus according to the present invention, and illustrates a modification of the particulate filter failure determination apparatus according to the first embodiment. Accordingly, the same components as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
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。
The particulate filter failure determination apparatus according to the present embodiment includes a
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。
Also in the particulate filter failure determination apparatus of the present embodiment, it is possible to determine the failure of the
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。 The present invention performs failure determination of a particulate filter and can determine even a minor failure.
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
1
3 DPF
4
Claims (4)
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。 A particulate filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter in the exhaust gas;
An electrical insulating material that is provided in the exhaust passage located downstream of the particulate filter, and to which the particulate matter that has passed through the particulate filter adheres;
A plurality of electrodes provided at a distance from each other in the electrical insulating material;
Control means for measuring an index correlating with an electrical resistance value between the plurality of electrodes and detecting a failure of the particulate filter when detecting that the measured index is smaller than a predetermined reference. Particulate filter failure determination device.
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。 In the particulate filter failure determination device according to claim 1,
The particulate filter failure determination device, wherein the electrical insulating material has a smaller capacity than the particulate filter.
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。 In the particulate filter failure determination device according to claim 1 or 2,
A heater provided on the electrical insulator;
The particulate filter failure determination device, wherein the control means periodically energizes the heater to remove particulate matter adhering to the electrical insulating material.
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。 In the particulate filter failure determination device according to any one of claims 1 to 3,
The particulate filter failure determination device characterized in that the control means evaluates the measured index when the exhaust temperature is equal to or higher than the vaporization temperature of the condensed water and equal to or lower than the combustion temperature of the particulate matter. .
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