JP2011021479A - 排気浄化フィルタの故障検知装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】DPFの故障検知装置は、集塵電極への集塵電圧の印加を開始した後、集塵電圧を印加したまま測定電極に測定電圧を印加することでセンサ素子の静電容量を測定する。また、この静電容量の測定値CCOLが完了判定値CCOL_THを上回ったことに応じて集塵電極への集塵電圧の印加を停止する。さらに、測定電極に測定電圧を印加することでセンサ素子の静電容量を測定し、この測定値CPMに基づいて、DPFの故障を判定する。
【選択図】図16
Description
このため、粒子状物質の集塵を積極的に行う特許文献4の粒子状物質検出装置では、短時間で上述の堆積量の限界まで達してしまうため、長時間に亘って検出することが難しい。しかしながら、実際の測定においては、例えば、フィルタから剥がれ落ちた粒子状物質の塊が電極部に付着する等、電極部の電気的特性を短時間で大きく変動させる要因が存在する。このため、長時間に亘る検出が困難な特許文献4の粒子状物質検出装置を故障検知装置に用いた場合、上述のような不規則な変動要因を取り除くことができず、誤検知するおそれがある。
ここで、センサ素子の電気的特性には、センサ素子に十分な量の粒子状物質が付着するまでは変化しない一方、付着した粒子状物質の堆積量が過大となっても変化しないという特性がある。
これに対して本発明では、第1電極部に集塵電圧を印加することにより、十分な量の粒子状物質を短時間でセンサ素子に付着させることができ、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば30秒ほどの短時間で電気的特性に変化が現れる状態を作り出し、排気浄化フィルタの故障の判定を開始することができる。すなわち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、排気浄化フィルタの故障を判定することができる。
また、センサ素子の電気的特性を測定し、排気浄化フィルタの故障を判定する際には、第1電極部に対する集塵電圧の印加を行わないため、粒子状物質はゆっくりと自然にセンサ素子に付着し、センサ素子の電気的特性は緩やかに変化していくことから、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できる。したがって、上述のような不規則な変動要因を除き、排気浄化フィルタの故障の誤検知を少なくすることができる。
また、本発明では、第1電極部と第2電極部の2つの電極部を備えるため、第1電極部に集塵電圧を印加して粒子状物質の集塵を行いつつ、第2電極部に測定電圧を印加することでセンサ素子の電気的特性を測定することができる。このため、集塵の停止時期をリアルタイムで精度良く判定できることからも、上述の効果が期待できる。
また、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
これにより、十分な量の粒子状物質を短時間でセンサ素子に付着させることができ、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば30秒ほどの短時間で電気的特性に変化が現れる状態を作り出し、排気浄化フィルタの故障の判定を開始することができる。すなわち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、排気浄化フィルタの故障を判定することができる。
また、センサ素子の電気的特性を測定し、排気浄化フィルタの故障を判定する際には、電極部に対する集塵電圧の印加を行わないため、粒子状物質はゆっくりと自然にセンサ素子に付着し、センサ素子の電気的特性は緩やかに変化していくことから、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できる。したがって、上述のような不規則な変動要因を除き、排気浄化フィルタの故障の誤検知を少なくすることができる。
また、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
図1は、本実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置を含む、内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)5により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU5により制御される。
PMセンサ11は、排気管4の内部のうちDPF3の下流側に設けられたセンサ素子12と、ECU5に接続され、このセンサ素子22を制御するセンサコントローラ17と、を備える。PMセンサ11は、以下に示すように、排気管4内を流通する排気に含まれるPMが付着したセンサ素子12の電気的特性を測定し、この測定値に基づいて、排気管内を流通する排気中のPMを検出する。
また、一対の櫛本体部は、インピーダンス測定器14に電気的に接続されている。
図5は、本実施形態のセンサ素子12の集塵部120内にPMが全面に付着して堆積したときの様子を模式的に示した図である。図5に示すように、集塵部120に集塵されたPMは、櫛形の測定電極127A,127Bの櫛歯部上に誘電体層を介して堆積する。このとき、隣接する測定電極127A,127B間におけるもれ電界が、堆積したPMによる影響を受け、測定電極127A,127B間の電気的特性が変化する。この電気的特性の変化は、PM堆積量に相関があることから、この電気的特性の変化を測定することにより、排気に含まれるPMを検出できる。なお、以下の説明において、センサ素子12の電気的特性とは、センサ素子12のうちPM堆積量に相関のある集塵部120の電気的特性を意味する。
また、集塵電極123A,128Aの導線部は、集塵用DC電源13に電気的に接続されている。
なお、集塵電極123A、128Aの導体部の一辺の長さは、約10mmである。
また、アルミナプレート121は、略矩形状のアルミナ基板であり、厚みは約1mmである。
ヒーター用DC電源は、ECU5から送信された制御信号に基づいて動作し、ヒーター層122,129に所定の電流を通電する。ヒーター層122,129は、ヒーター用電源から電流が供給されると発熱し、各電極板130,131を加熱する。これにより、各電極板130,131を加熱し、集塵部120に付着したPMを燃焼除去でき、センサ素子12を再生できる。
この運転状態監視工程では、エンジンの運転状態を監視し、集塵電圧の印加を開始するのに適した時期を検出する。ここで、集塵電圧の印加を開始するのに適した時期とは、集塵電圧を印加することで効率的にPMを集塵できる時期、すなわち、PMの排出量が比較的多い時期を示す。より具体的には、この集塵電圧の印加を開始するのに適した時期とは、例えば、エンジンの運転状態が、安定した状態から所定の車速まで加速している間の過渡運転状態にある時期を示す。
この静電集塵工程では、所定の条件が満たされるまで集塵電極に集塵電圧を印加することにより静電集塵を行う。
図10は、センサ素子の集塵部120にPMを自然付着させた場合におけるPMの堆積量と、集塵部120の静電容量の時間変化との関係を示す図である。図10の横軸は時間を表し、縦軸は静電容量を表す。
領域IIでは、時間の経過により、集塵部120の内壁全面にPMが薄く堆積し始め、集塵部120の電気的特性に影響を与えるようになる結果、静電容量が増大し始める。
さらに時間が経過した領域IIIでは、集塵部120の内壁全面にPMが密に厚く堆積し、集塵部120の電気的特性に大きく影響を及ぼすようになる結果、静電容量がさらに増大し、やがて静電容量は一定の値に収束する。すなわち、PMセンサには、測定可能な最大静電容量が存在する。
一方、静電容量の変化が見られた後においても、従来のように集塵電圧を印加し続けてしまうと、PMが大量に堆積する結果、短時間で測定可能な最大静電容量に到達してしまう。
このため、本実施形態のPMセンサは、集塵電圧を印加することによってPMの堆積を促進し、静電容量に変化が見られるようになったところで、すなわち、静電容量が上述の完了判定値CCOL_THを上回ったところで、集塵電圧の印加を停止して自然付着に切り換える。これにより、短時間で排気中のPMを検出可能な状態にできるとともに、長時間の検出が可能となっている。
この測定工程では、所定の上限時間TMEASに亘ってPMを自然付着させた後、自然付着後静電容量CPMを測定する。
この故障判定工程では、測定した自然付着後静電容量CPMに基づいて、DPFの故障を判定する。自然付着後静電容量CPMに基づいてDPFの故障判定を行う方法としては、具体的には、静電容量の変化量ΔCに基づく方法(図11参照)と、静電容量の変化率∠C(=ΔC/ΔT)に基づく方法(図12参照)との2つが挙げられる。
∠C=(CPM−CCOL)/(TAFTER−TIDLE) (1)
運転条件Aの下では、静電容量は、1回目の走行期間を経てC1に到達し、さらに2回目の走行期間を経てC2に到達する。一方運転条件Bの下では、静電容量は、1回目の走行期間を経てC2に到達し、さらに2回目の走行期間を経てC3に到達する。
このように、2つのDPFは破損の程度が異なるものの、運転条件Aと運転条件Bとの間でアイドル運転の長さが異なることに起因して、静電容量の測定値が同じC2になる時期がある。したがって、例えば、時刻T1における自然付着後静電容量CPMに基づいてDPFの故障の判定を行った場合、どちらの測定においても静電容量の変化量は同じであるため、判定の結果は同じになってしまう。これは、アイドル運転を行った期間が長くなるに従い、静電容量の変化量は見かけ上小さくなってしまうので、正常側に誤判定される傾向があることを意味する。
時刻T0から時刻T1までの間において、アイドル判定時間TTH_IDLE以上、アイドル運転状態を継続したことが判定される(ステップS4)。その後、安定したエンジンの運転状態から加速し、時刻T2において車速が判定速度VTHを上回ったことにより、エンジンの運転状態が過渡運転状態になったと判定される(ステップS6,S7)。
時刻T0から時刻T1までの間において、アイドル判定時間TTH_IDLE以上、アイドル運転状態を継続したことが判定される。その後、安定したエンジンの運転状態から加速し、時刻T2において車速が判定速度VTHを上回ったことにより、エンジンの運転状態が過渡運転状態になったと判定される。
また、センサ素子12の静電容量を測定し、DPFの故障を判定する際には、集塵電極123A,128Aに対する集塵電圧の印加を行わないため、PMはゆっくりと自然にセンサ素子12に付着し、センサ素子12の静電容量は緩やかに変化していくことから、長時間に亘ってDPFの故障を判定できる。したがって、不規則な変動要因を除き、DPFの故障の誤検知を少なくすることができる。
また、本実施形態では、集塵電極123A,128Aと測定電極127A,127Bの2つの電極を備えるため、集塵電極123A,128Aに集塵電圧を印加して粒子状物質の集塵を行いつつ、測定電極127A,127Bに測定電圧を印加することでセンサ素子12の静電容量を測定することができる。このため、集塵の停止時期をリアルタイムで精度良く判定できることからも、上述の効果が期待できる。
また、長時間に亘ってDPFの故障を判定できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
より具体的には、図8のステップS11の実行に係る手段が電圧印加開始手段を構成し、図8のステップS13の実行に係る手段が第1測定手段を構成し、図8のステップS16の実行に係る手段が電圧印加停止手段を構成し、図9のステップS24の実行に係る手段が第2測定手段を構成し、図9のステップS31〜S35の実行に係る手段が故障判定手段を構成し、図7のステップS6,S7の実行に係る手段が過渡運転状態判定手段を構成し、図9のステップS25の実行に係る手段が排出量判定手段を構成する。
第2実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、PMセンサ31、センサコントローラ、及びECUの構成が、第1実施形態のPMセンサ11、センサコントローラ17、及びECU5と異なる。
図18に示すように、センサ素子32の構成は、測定電極層が無い以外は第1実施形態に係るPMセンサ11の構成と同様である。本実施形態では、第1実施形態のように測定電極を備えておらず、集塵電極323A,327Aが集塵電極と測定電極とを兼ねる。集塵電極323A,327Aは、切換スイッチを介して集塵用DC電源とインピーダンス測定器に接続されている。
この静電集塵工程では、所定の条件が満たされるまで集塵電極に集塵電圧を印加することにより静電集塵を行う。
この測定工程では、所定の上限時間TMEASに亘ってPMを自然付着させた後、自然付着後静電容量CPMを測定する。
また、本実施形態では、集塵電極323A,327Aが電極部を構成し、ECU、及びセンサ素子のセンサコントローラが電圧印加手段、第1測定手段、判定手段、第2測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、及び排出量判定手段を構成する。
より具体的には、図21のステップS12,S13の実行に係る手段が電圧印加手段を構成し、図21のステップS15の実行に係る手段が第1測定手段を構成し、図21のステップS16の実行に係る手段が判定手段を構成し、図22のステップS24の実行に係る手段が第2測定手段を構成し、図22のステップS31〜S35の実行に係る手段が故障判定手段を構成し、図20のステップS6,S7の実行に係る手段が過渡運転状態判定手段を構成し、図22のステップS25の実行に係る手段が排出量判定手段を構成する。
第3実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ECUの構成が第1実施形態と異なる。
ΔC=ΔCMAX(1−exp(−k(x)・t)) (2)
k(x)=a(N,T)x+b(N,T) (3)
k(x)=(ΔCMAX/(ΔCMAX−ΔC))・dΔC/dt (4)
このDPF故障検知処理は、第1実施形態のDPF故障検知処理と同様に、運転状態監視工程(ステップS1〜S7)と、静電集塵工程(ステップS11〜S16)と、測定工程(ステップS41〜S43)と、故障判定工程(ステップS51〜S56)と、の4つの工程に分けられる。なお、運転状態監視工程及び静電集塵工程は、第1実施形態のDPF故障検知処理と同じであるため、その詳細な説明及び図示を省略する。
ステップS41では、自然付着用タイマをスタートし、PMを自然付着させた時間を示す自然付着時間TAFTERの計測を開始する。
ステップS51では、上記ステップS43で測定した自然付着時静電容量CPM及びその微分値dCPM/dtと、その時におけるエンジン回転数N及び発生トルクTと、に基づいて、DPFの下流側の排気のPM濃度DRを算出する。
X=(DF−DR)/DF×100 (5)
したがって、上記第1実施形態では、DPFの下流側のPMセンサにPMを自然付着させていた期間におけるPMの排出量が所定の量以上であるか否かを判定し(図9のステップS25参照)、PMの排出量が所定の量以上である場合にのみ、DPFの故障の判定を行ったが、本実施形態では、PMの排出量に関わらずDPFの故障の判定を行うことができる。
第4実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ECU5Dの構成と、DPF3の下流側のPMを検出するPMセンサ11に加えて、DPF3の上流側のPMを検出するPMセンサ91Dを備える点とが、第3実施形態と異なる。
第3実施形態では、DPF3のPM捕集率Xを算出するにあたり、エンジンの運転状態に基づいて算出されたDPF3の上流側のPM濃度DFを用いた。本実施形態では、DPF3の上流側に設けたPMセンサ91Dの出力に基づいてDPF3の上流側のPM濃度を算出する。
このDPF故障検知処理は、第3実施形態のDPF故障検知処理と同様に、運転状態監視工程(ステップS1〜S7)と、静電集塵工程(ステップS61〜S77)と、測定工程(ステップS81〜S83)と、故障判定工程(ステップS91〜S96)と、の4つの工程に分けられる。なお、運転状態監視工程は、第3実施形態のDPF故障検知処理と同じであるため、その詳細な説明及び図示を省略する。
ステップS61では、上流側PMセンサ及び下流側PMセンサのそれぞれの集塵電極への集塵電圧の印加を開始する。すなわち、静電集塵を開始する。
ステップS81では、自然付着用タイマをスタートし、上流側PMセンサ及び下流側PMセンサに対しPMを自然付着させた時間を示す自然付着時間TAFTERの計測を開始する。
ステップS91では、上記ステップで測定した下流側自然付着時静電容量CPM_R及びその微分値dCPM_R/dtと、その時におけるエンジン回転数N及び発生トルクTと、に基づいて、DPFの下流側の排気のPM濃度DRを算出する。
また、本実施形態では、PMセンサ91D及び図28のステップS92の実行に係る手段が上流濃度検出手段を構成し、図28のステップS91の実行に係る手段が下流側濃度算出手段を構成し、図28のステップS93の実行に係る手段が捕集率算出手段を構成し、図28のステップS91〜S96の実行に係る手段が故障判定手段を構成する。
第5実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ECUの構成と、DPFの下流側のPMを検出するPMセンサに加えて、DPFの上流側のPMを検出するPMセンサを備える点とが、第3実施形態と異なる。
このDPF故障検知処理は、第3実施形態のDPF故障検知処理と同様に、運転状態監視工程(ステップS1〜S7)と、静電集塵工程(ステップS11〜S16)と、測定工程(ステップS41〜S43)と、故障判定工程(ステップS101〜S106)と、の4つの工程に分けられる。なお、運転状態監視工程、静電集塵工程、及び測定工程は、第3実施形態のDPF故障検知処理と同じであるため、その詳細な説明及び図示を省略する。
ステップS101では、測定工程で測定した自然付着時静電容量CPM及びその微分値dCPM/dtと、その時におけるエンジン回転数N及び発生トルクTと、に基づいて、DPFの下流側の排気のPM濃度DRを算出する。
また、本実施形態では、図29のステップS102の実行に係る手段が上流濃度検出手段を構成し、図29のステップS101の実行に係る手段が下流側濃度算出手段を構成し、図29のステップS103の実行に係る手段が捕集率算出手段を構成し、図29のステップS101〜S106の実行に係る手段が故障判定手段を構成する。
第6実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ECUの構成が第1実施形態と異なる。より具体的には、本実施形態では、DPFに捕集されたPMを燃焼除去するDPF再生運転の実行に合わせてDPFの故障検知処理の実行を判断する。
図30中、破線で示すDPFの温度は、以下のような振る舞いを示す。
先ず、時刻t1においてDPF再生運転を開始すると、DPFの温度が急激に上昇し、PMの燃焼温度T_PMを超えたことに応じて、DPFに捕集されていたPMの燃焼が開始する。時刻t2では、捕集されたPMの燃焼が終了したことに応じて、DPF再生運転を終了する。この時刻t2以降、DPFの温度は徐々に低下し始める。時刻t3では、DPFの温度がPMの燃焼温度T_PMを下回り、さらに時刻t4以降は、通常走行時における温度に安定する。
先ず、時刻t1〜t2の間では、DPF再生運転を実行することにより、DPFに捕集されていたPM及びDPFに流入したPMは燃焼除去されるため、DPF下流の排気のPM濃度は低い。また、時刻t2においてDPF再生運転を終了してから、時刻t5において新たにDPFに流入したPMによりDPFの無数の細孔が埋められるまでの間は、DPFのPMの捕集性能が一時的に低下するため、PMがDPFを通過しやすい状態となる。このため、図30に示すように、時刻t2〜t5の間で、DPF下流のPM濃度が一時的に上昇する。
しかしながら、DPFの温度が徐々に低下し、時刻t3においてPMの燃焼温度を下回る頃から、DPFの予熱で燃焼仕切れなかったPMがDPFを通過し始めるため、DPF下流の排気のPM濃度が上昇する。そして、時刻t4においてDPFの温度がPMの燃焼温度以下で安定する頃には、DPF下流の排気のPM濃度は最大となる。その後、DPFの細孔が新たに流入するPMにより埋められてゆくことにより、DPFの捕集性能が回復し、DPF下流のPM濃度は低下し始める。そして、時刻t5以降では、DPFの無数の細孔がPMで埋められることにより、DPF下流のPM濃度は安定する。
ステップS111では、DPF再生運転実行フラグFPMREGENが「1」であるか否かを判別する。このDPF再生運転実行フラグFPMREGENは、DPF再生運転の実行を指令するフラグである。このDPF再生運転実行フラグFPMREGENに「1」がセットされている間は、ECUからの指令に基づいてDPF再生運転が実行される。ステップS111の判別がYESの場合にはステップS117に移り、そして、ステップS117では、DPFに流入するPM積算量CNT_PMを値0にリセットし、DPFの故障検知処理を実行せずに本処理を終了する。一方、ステップS111の判別がNOの場合には、ステップS112に移る。
DPF再生運転を実行した後、上述の禁止期間が経過するまで、DPFの故障の判定を禁止する。これにより、DPF再生運転後、PMが細孔を埋めるまでDPFの下流に排出されるPMにより、DPFが故障したと誤って判定することを防止することができる。すなわち、故障の判定精度をさらに向上することができる。
第7実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ECUの構成が第1実施形態と異なる。本実施形態のDPFの故障検知処理では、PMセンサのセンサ素子を高感度領域に保持し、さらにエンジンの加速時を利用してDPFの故障を判定する。
図32に示すように、PM堆積量に対する静電容量の変化の特性は、PM堆積量が少ない領域と多い領域とでは異なったものとなる。より具体的には、PM堆積量が少ない領域(静電容量が小さい領域)では、PM堆積量が多い領域(静電容量が大きい領域)よりも、PM堆積量に対する静電容量の変化率が大きくなっている。これは、静電容量が小さな領域は、大きな領域よりもセンサ素子の感度が高いことを意味する。
ステップS133では、運転状態パラメータ(回転数N、燃料噴射量W、車速V)を測定し、これら測定値を静電集塵時運転状態パラメータ(回転数NCOL[T]、燃料噴射量WCOL[T]、車速VCOL[T])として記録する。
一方、このステップS137の判別がNOの場合、すなわち静電集塵中に車両が停止しなかった場合には、DPFの故障を高い精度で判定するのに必要な量のPMが排出されたと判断し、この故障検知処理を継続するべく、ステップS141に移る。
ステップS143では、ステップS142で測定した自然付着時運転状態パラメータに基づいて、自然付着させている間に、車両が停止したか否かを判別する。
一方、このステップS143の判別がNOの場合、すなわち自然付着させている間に車両が停止しなかった場合には、DPFの故障を高い精度で判定するのに必要な量のPMが排出されたと判断し、この故障検知処理を継続するべく、ステップS144に移る。
ステップS161では、車両が停止した状態であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS162に移る。一方、この判別がNOの場合には、再びステップS161を実行し、車両が停止するのを待つ。
ステップS163では、再生時静電容量CREGが上述のセンサ素子の感度を判定するために設定された閾値CREG_THより大きいか否かを判別する。この判別がYESの場合には、センサ素子が低感度領域にあると判断し、センサ素子を高感度領域にするべくセンサ素子の再生を実行した後、ステップS122へ移り、運転状態監視工程から再開する。ここで、センサ素子の再生は、例えば、ヒーター層に電流を通電し、集塵部に堆積したPMを燃焼除去することで行うが、これに限るものではない。
センサ素子の静電容量の測定値CREGが閾値CREG_THより大きくなったことに基づいて、センサ素子を再生し、付着したPMを燃焼除去する。また、この閾値CREG_THを、センサ素子のPMの堆積量に対する静電容量の変化率が所定値未満になる領域内、つまりセンサ素子の感度が低い領域内に設定する。これにより、センサ素子を常に感度の良い領域で使用することができるので、故障の判定精度をさらに向上することができる。
例えば、上述した実施形態では、センサ素子の電気的特性として、集塵部の静電容量を測定したが、これに限るものではない。集塵部の静電容量に限らず、集塵部におけるPM堆積量に相関のある物理量であればよい。
3…DPF(排気浄化フィルタ)
5,5D…ECU(電圧印加開始手段、第1測定手段、電圧印加停止手段、判定手段、第2測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、排出量判定手段,上流濃度検出手段、下流濃度算出手段、捕集率算出手段)
11…PMセンサ
12…センサ素子
120…集塵部
123A,128A…集塵電極(第1電極部)
127A,127B…測定電極(第2電極部)
17…センサコントローラ(電圧印加開始手段、第1測定手段、電圧印加停止手段、第2測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、排出量判定手段)
31…PMセンサ
32…センサ素子
320…集塵部
323A,327A…集塵電極(電極部)
91D…PMセンサ(上流濃度検出手段)
Claims (20)
- 内燃機関の排気通路のうち、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタの下流に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を備える排気浄化フィルタの故障検知装置であって、
前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧が印加される第1電極部と、前記センサ素子の電気的特性を測定するための測定電圧が印加される第2電極部と、を有し、
前記故障検知装置は、
前記第1電極部への集塵電圧の印加を開始する電圧印加開始手段と、
前記集塵電圧の印加を開始し、前記第2電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第1測定手段と、
所定の条件が満たされたことに応じて前記第1電極部への集塵電圧の印加を停止する電圧印加停止手段と、
前記集塵電圧の印加を停止した後、前記第2電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第2測定手段と、
前記第2測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記第1電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間が経過するまでの間に前記所定の条件が満たされなかった場合には、前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
- 前記集塵電圧は、前記測定電圧に比して大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
- 内燃機関の排気通路のうち、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタの下流に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を備える排気浄化フィルタの故障検知装置であって、
前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧、及び、前記センサ素子の電気的特性を測定するための前記集塵電圧に比して小さい測定電圧の何れかが選択的に印加される電極部を有し、
前記故障検知装置は、
前記電極部に所定の時間に亘って集塵電圧を印加する電圧印加手段と、
前記集塵電圧を印加した後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第1測定手段と、
所定の条件が満たされたか否かを判定する判定手段と、
前記所定の条件が満たされたと判定された後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第2測定手段と、
前記第2測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記判定手段により前記所定の条件が満たされていないと判定された場合には、前記電圧印加手段による集塵電圧の印加、及び、前記第1測定手段による測定を再び行うことを特徴とする請求項4に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
- 前記電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間が経過するまでの間に前記所定の条件が満たされなかった場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
- 前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段をさらに備え、
前記運転状態が過渡運転状態でない場合には、前記集塵電圧を印加しないことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記内燃機関の運転状態に基づいて、所定の自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量より少ないか否かを判定する排出量判定手段をさらに備え、
前記自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量よりも少ないと判定された場合には、前記故障判定手段による前記排気浄化フィルタの故障の判定を行わないことを特徴とする請求項1又は4に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記故障判定手段は、前記第2測定手段の測定値の、所定の自然付着期間に亘る変化量に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定することを特徴とする請求項1又は4に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
- 粒子状物質の排出量が所定量よりも少ない運転状態で前記内燃機関が運転された時間を、前記自然付着期間から減算した時間を有効排出時間として、
前記故障判定手段は、前記2測定手段の測定値の前記有効排出時間に亘る変化率が、所定の判定値よりも小さい場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項9に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記所定の条件は、前記第1測定手段の測定値又は当該測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値を上回ることを含むことを特徴とする請求項1又は4に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
- 前記排気通路のうち、前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度を検出又は推定する上流濃度検出手段と、
前記第2測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度を算出する下流側濃度算出手段と、をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度と前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度とに基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定することを特徴とする請求項1から7、及び11の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度と、前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度とに基づいて、前記排気浄化フィルタに捕集される粒子状物質の割合を算出する捕集率算出手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタに捕集される粒子状物質の割合が所定値よりも大きい場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項12に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去する再生手段をさらに備え、
前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了した後、所定の禁止期間を経過するまで、前記故障判定手段による故障の判定を禁止することを特徴とする請求項1から13の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記排気浄化フィルタに流入した粒子状物質の積算量を算出する積算量算出手段をさらに備え、
前記禁止期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記積算量が所定量を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項14に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段をさらに備え、
前記禁止期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項14に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記排気浄化フィルタに流入する粒子状物質のうち捕集される粒子状物質の割合を示す捕集率を推定する捕集率推定手段をさらに備え、
前記禁止期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記捕集率が所定値を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項14に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してからの経過時間を計測する計時手段をさらに備え、
前記禁止期間は、前記計時手段による経過時間の計測を開始してから当該経過時間が所定時間を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項14に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去する再生手段と、
前記排気浄化フィルタの温度を推定又は検出するフィルタ温度検出手段と、をさらに備え、
前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了した後、前記排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度以上である場合には、前記故障判定手段による故障の判定を禁止することを特徴とする請求項1から13の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。 - 前記センサ素子に付着した粒子状物質を除去する除去手段をさらに備え、
前記除去手段は、前記センサ素子の電気的特性の測定値が所定の閾値より大きくなったことに基づいて当該センサ素子に付着した粒子状物質を除去し、
前記測定値に対する所定の閾値は、前記センサ素子の粒子状物質の付着量に対する前記センサ素子の電気的特性の変化率が所定値未満になる領域内に設定されることを特徴とする請求項1から19の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
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