JP2010156241A - 内燃機関の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の異常判定装置において、ＰＭ排出量の異常を精度良く判定する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の運転状態に基づいてＤＰＦに捕集されたＰＭ堆積量を推定し、推定ＰＭ堆積量が所定量に達したときにフィルタ強制再生を実行する時期と判定する第１の判定方法、又は、ＤＰＦの前後差圧が所定圧に達したときにフィルタ強制再生を実行する時期と判定する第２の判定方法が、フィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、第１の判定方法で用いる推定ＰＭ堆積量が所定量よりも少ないとＰＭ排出量の異常と判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の異常判定装置に関する。

フィルタの前後差圧に応じてフィルタ強制再生を実行する時期を判定する判定手段と、内燃機関の運転距離・運転時間に応じてフィルタ強制再生を実行する時期を判定する判定手段とを組み合わせ、フィルタ強制再生が頻繁に続くとＰＭ排出量の異常と判定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４００８８６６号公報 特開２００４−１３２３５８号公報 特開平１０−７７８２６号公報 特開２００８−１２１６３１号公報 特開２００６−３１６６４７号公報

しかしながら、内燃機関の運転パターンによってフィルタ強制再生の実施間隔は変わってくる。このため、ＰＭ排出量の異常が生じていなくてもフィルタ強制再生の実施間隔が短くなり、フィルタ強制再生が頻繁に生じる場合がある。よって、特許文献１記載の技術のように、フィルタ強制再生が頻繁に続く連続再生回数が閾値を越えた場合にＰＭ排出量の異常と判定するだけでは十分な異常判定とはいえなかった。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関の異常判定装置において、ＰＭ排出量の異常を精度良く判定する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集されたＰＭを強制的に除去するフィルタ強制再生を実行するフィルタ強制再生手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記フィルタに捕集されたＰＭ堆積量を推定し、推定ＰＭ堆積量が所定量に達したときに前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する第１判定手段と、
前記フィルタの前後差圧が所定圧に達したときに前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する第２判定手段と、
前記第１判定手段又は前記第２判定手段が前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、前記推定ＰＭ堆積量及び前記所定量に基づいてＰＭ排出量の異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の異常判定装置である。

ここで、所定量とは、推定ＰＭ堆積量がそれに達するとフィルタ強制再生を実行する時期が到来したと判断できる閾値である。また、所定圧とは、フィルタの前後差圧がそれに達するとフィルタ強制再生を実行する時期が到来したと判断できる閾値である。

本発明では、第１判定手段又は第２判定手段がフィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、推定ＰＭ堆積量及び所定量に基づいてＰＭ排出量の異常を判定する。ＰＭ排出量が正常である場合には、第２判定手段よりも先に第１
判定手段がフィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。このように第１判定手段が第２判定手段よりも先に判定した場合には、そのときの推定ＰＭ堆積量は所定量と一致する。しかし、ＰＭ排出量が異常である場合には、第１判定手段よりも先に第２判定手段がフィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。このように第２判定手段が第１判定手段よりも先に判定した場合には、そのときの推定ＰＭ堆積量は所定量に比して少ない。したがって、フィルタ強制再生を実行する時期の、推定ＰＭ堆積量と所定量とを比較することで、ＰＭ排出量の異常を精度良く判定できる。

前記異常判定手段は、前記第１判定手段又は前記第２判定手段が前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、前記推定ＰＭ堆積量が前記所定量に対して少なくなる程、ＰＭ排出量の異常の度合いが大きいと判定するとよい。

ＰＭ排出量が異常である場合には、第１判定手段よりも先に第２判定手段がフィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。特にＰＭ排出量の異常の度合いが大きいと、第２判定手段が第１判定手段よりもより先に判定するので、推定ＰＭ堆積量は所定量に比してより少なくなる。したがって本発明によると、ＰＭ排出量の異常の度合いも精度良く判定できる。

前記異常判定手段は、ＰＭ排出量の異常と判定されることが連続して所定回繰り返される場合に、実際のＰＭ排出量の異常と判定するとよい。

ここで、所定回とは、例えば２回等の複数回である。本発明によると、誤判定である可能性をできるだけ排除して、ＰＭ排出量の異常をより精度良く判定できる。

本発明によると、内燃機関の異常判定装置において、ＰＭ排出量の異常を精度良く判定できる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の異常判定装置を適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。内燃機関１の各気筒２には、適宜の量及びタイミングで燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置されている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。

内燃機関１に接続された吸気通路４の途中には、吸気通路４内を流通する新気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ６が配置されている。エアフローメータ６により、内燃機関１の吸入空気量（新気量）が測定される。これら吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り込むための吸気系を構成している。

一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、ＤＰＦ７が配置されている。ＤＰＦ７は、ＤＰＦ７に流入する排気中のＰＭ（粒子状物質、煤）を捕集して排気を浄化する。ＤＰＦ７には、その上流側に酸化触媒が配置されたり、ＤＰＦ７に吸蔵還元型ＮＯｘ
触媒が担持されたりする。ＤＰＦ７には、ＤＰＦ７の入口圧力と出口圧力との差圧であるＤＰＦ７の前後差圧を検知する差圧センサ８が配置されている。なお、差圧センサ８ではなく、ＤＰＦ７の前後にそれぞれ絶対圧センサを配置する構成でもよい。これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。

以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ９には、エアフローメータ６及び差圧センサ８の他、クランクポジションセンサ１０及びアクセルポジションセンサ１１が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ９に入力される。一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３が電気配線を介して接続されており、燃料噴射弁３はＥＣＵ９により制御される。

ところで、ＤＰＦ７がＰＭ捕集能力の限界以上にＰＭを捕集してしまうと、排気圧力の過剰な上昇を招くので、ＤＰＦ７のＰＭ捕集能力が限界に至る前にＤＰＦ７に捕集したＰＭをＤＰＦ７から強制的に除去する必要がある。このようにＰＭをＤＰＦ７から強制的に除去することをフィルタ強制再生という。フィルタ強制再生では、燃料噴射弁３からのポスト噴射や排気通路５に配置される不図示の還元剤添加弁から燃料等の還元剤を添加することを行う。すると、排気通路５に供給された燃料等の還元剤は、不図示の酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で酸化反応する。ＤＰＦ７はそのときの酸化熱によって昇温され、ＤＰＦ７に捕集されたＰＭを燃焼させて除去できる。なお、フィルタ強制再生はＥＣＵ９の指令により実行されるものであり、ＥＣＵ９が本発明のフィルタ強制再生手段に相当する。

ここで、フィルタ強制再生を実行する時期は、２つの判定方法によって決定されている。

第１の判定方法は、内燃機関１の運転状態として、例えばエアフローメータ６が検知する新気量ＧＡ及びクランクポジションセンサ１０が検知する機関回転数ＮＥを予め導出されたマップに取り込み、ＤＰＦ７に捕集されたＰＭ堆積量（推定ＰＭ堆積量）を一定時間ごとに推定する。そして、推定ＰＭ堆積量が所定量に達したときにフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。なお、推定ＰＭ堆積量と比較する所定量は、推定ＰＭ堆積量がそれに達するとフィルタ強制再生を実行する時期が到来したと判断できる閾値であり、予め実験や検証等により求めておく。第１の判定方法を実行するＥＣＵ９が本発明の第１判定手段に相当する。

第２の判定方法は、差圧センサ８が検知するＤＰＦ７の前後差圧が所定圧に達したときにフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。なお、ＤＰＦ７の前後差圧と比較する所定圧は、ＤＰＦ７の前後差圧がそれに達するとフィルタ強制再生を実行する時期が到来したと判断できる閾値であり、予め実験や検証等により求めておく。第２の判定方法を実行するＥＣＵ９が本発明の第２判定手段に相当する。

以上の第１の判定方法又は第２の判定方法のどちらかがフィルタ強制再生を実行する時期と判定すると、ＥＣＵ９によりフィルタ強制再生が実行される。

ここで本実施例では、第１の判定方法又は第２の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、第１の判定方法で用いる推定ＰＭ堆積量及び所定量に基づいてＰＭ排出量の異常を判定するようにした。

ＰＭ排出量が正常である場合には、第２の判定方法よりも先に第１の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。このように第１の判定方法が第２の判定方法よりも先に判定した場合には、図２（ａ）に示すように推定ＰＭ堆積量が所定量に達し、このとき図２（ｂ）に示すようにＤＰＦ７の前後差圧が所定圧に達していないので、フィルタ強制再生の実行時期判定時の推定ＰＭ堆積量は所定量と一致する（推定ＰＭ堆積量＝所定量）。

しかし、ＰＭ排出量が異常である場合には、第１の判定方法よりも先に第２の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。これは、ＤＰＦ７での実際のＰＭ捕集量が内燃機関１の運転状態から推定される第１の判定方法で用いる推定ＰＭ堆積量よりも過剰に多くなり、ＤＰＦ７の前後差圧が大きくなっているためである。このように第２の判定方法が第１の判定方法よりも先に判定した場合には、図３（ａ）に示すように推定ＰＭ堆積量が所定量に達しないが、図３（ｂ）に示すようにＤＰＦ７の前後差圧が所定圧に達するので、フィルタ強制再生の実行時期判定時の推定ＰＭ堆積量は所定量に比して少ない（推定ＰＭ堆積量＜所定量）。

したがって、フィルタ強制再生を実行する時期の、第１の判定方法で用いる推定ＰＭ堆積量と所定量とを比較することで、ＰＭ排出量の異常を精度良く判定できる。

ここで、第１の判定方法又は第２の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、推定ＰＭ堆積量が所定量に対して少なくなる程、ＰＭ排出量の異常の度合いが大きいと判定すると好適である。

ＰＭ排出量が異常である場合には、第１の判定方法よりも先に第２の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定する。特にＰＭ排出量の異常の度合いが大きいと、第２の判定方法が第１の判定方法よりもより先に判定するので、推定ＰＭ堆積量は所定量に比してより少なくなる。したがって本実施例によると、ＰＭ排出量の異常の度合いも精度良く判定できる。

次に、本実施例によるＰＭ排出量異常判定ルーチン１について説明する。図４は、本実施例によるＰＭ排出量異常判定ルーチン１を示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。ＰＭ排出量異常判定ルーチン１を実行するＥＣＵ９が、本発明の異常判定手段に相当する。

Ｓ１０１では、フィルタ強制再生の実行時期が到来したか否かを判別する。具体的には、第１の判定方法又は第２の判定方法のどちらかがフィルタ強制再生を実行する時期と判定すると、フィルタ強制再生の実行時期が到来したと判断する。

Ｓ１０１において肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行すると共に、ＥＣＵ９は本ルーチンとは別にフィルタ強制再生を実行する。一方、Ｓ１０１において否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０２では、第１の判定方法で用いる推定ＰＭ堆積量を読み込む。

Ｓ１０３では、Ｓ１０２で読み込んだ推定ＰＭ堆積量が第１の判定方法で用いる所定量よりも少ないか否かを判別する。

Ｓ１０３において肯定判定された場合には、Ｓ１０４へ移行する。一方、Ｓ１０３において否定判定された場合には、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０４では、ＰＭ排出量の異常と判定する。なおこのとき、推定ＰＭ堆積量が所定量に対して少なくなる程、ＰＭ排出量の異常の度合いが大きいと判定してもよい。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０５では、正常と判定する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

以上の本ルーチンによれば、フィルタ強制再生の実行時期における推定ＰＭ堆積量を所定量と比較するだけで、ＰＭ排出量の異常を精度良く判定できる。

＜実施例２＞
次に実施例２を説明する。本実施例では、上記実施例と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略する。

本実施例では、１回目にＰＭ排出量の異常と判定される場合には、仮異常判定とし、実際のＰＭ排出量の異常と判定しない。そして、仮異常判定の状態からさらに連続してＰＭ排出量の異常と判定される場合に、実際のＰＭ排出量の異常と判定する。つまり、ＰＭ排出量の異常と判定されることが連続して２回繰り返される場合に、実際のＰＭ排出量の異常と判定する。

なお、本実施例以外にも、ＰＭ排出量の異常と判定されることが連続して３回以上繰り返される場合に、実際のＰＭ排出量の異常と判定してもよい。

本実施例によると、誤判定である可能性をできるだけ排除して、ＰＭ排出量の異常をより精度良く判定できる。

次に、本実施例によるＰＭ排出量異常判定ルーチン２について説明する。図５は、本実施例によるＰＭ排出量異常判定ルーチン２を示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。ＰＭ排出量異常判定ルーチン２を実行するＥＣＵ９が、本発明の異常判定手段に相当する。なお、本ルーチンにおける図４のルーチンにて説明したステップは同符号を付して説明を省略する。

Ｓ１０２に引き続くＳ２０１では、仮異常判定となっているか否かを判別する。仮異常判定は、Ｓ２０３で仮異常判定となった場合に限られる。

Ｓ２０１において肯定判定された場合には、Ｓ２０５へ移行する。一方、Ｓ２０１において否定判定された場合には、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、Ｓ１０２で読み込んだ推定ＰＭ堆積量が第１の判定方法で用いる所定量よりも少ないか否かを判別する。

Ｓ２０２において肯定判定された場合には、Ｓ２０３へ移行する。一方、Ｓ２０２において否定判定された場合には、Ｓ２０４へ移行する。

Ｓ２０３では、ＰＭ排出量の仮異常と判定する。つまり、仮異常判定とする。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ２０４では、正常と判定する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

一方、Ｓ２０５では、Ｓ１０２で読み込んだ推定ＰＭ堆積量が第１の判定方法で用いる所定量よりも少ないか否かを判別する。

Ｓ２０５において肯定判定された場合には、Ｓ２０６へ移行する。一方、Ｓ２０５において否定判定された場合には、Ｓ２０７へ移行する。

Ｓ２０６では、仮異常判定の状態からさらに連続してＰＭ排出量の異常と判定されるので、実際のＰＭ排出量の異常と判定する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ２０７では、仮異常判定を解除して正常と判定する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

以上の本ルーチンによれば、ＰＭ排出量の異常と判定されることが連続して２回繰り返されると実際のＰＭ排出量の異常と判定するので、ＰＭ排出量の異常をより精度良く判定できる。

本発明に係る内燃機関の異常判定装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る第１の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合における推定ＰＭ堆積量とＤＰＦの前後差圧を示す図である。 実施例１に係る第２の判定方法がフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合における推定ＰＭ堆積量とＤＰＦの前後差圧を示す図である。 実施例１に係るＰＭ排出量異常判定ルーチン１を示すフローチャートである。 実施例２に係るＰＭ排出量異常判定ルーチン２を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ エアフローメータ
７ ＤＰＦ
８ 差圧センサ
９ ＥＣＵ
１０ クランクポジションセンサ
１１ アクセルポジションセンサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
   前記フィルタに捕集されたＰＭを強制的に除去するフィルタ強制再生を実行するフィルタ強制再生手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記フィルタに捕集されたＰＭ堆積量を推定し、推定ＰＭ堆積量が所定量に達したときに前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する第１判定手段と、
   前記フィルタの前後差圧が所定圧に達したときに前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定する第２判定手段と、
   前記第１判定手段又は前記第２判定手段が前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、前記推定ＰＭ堆積量及び前記所定量に基づいてＰＭ排出量の異常を判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の異常判定装置。
2. 前記異常判定手段は、前記第１判定手段又は前記第２判定手段が前記フィルタ強制再生手段によってフィルタ強制再生を実行する時期と判定した場合に、前記推定ＰＭ堆積量が前記所定量に対して少なくなる程、ＰＭ排出量の異常の度合いが大きいと判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常判定装置。
3. 前記異常判定手段は、ＰＭ排出量の異常と判定されることが連続して所定回繰り返される場合に、実際のＰＭ排出量の異常と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の異常判定装置。

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