JP2012021480A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料添加弁の故障判定の精度を高めることができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵは、エンジン回転数が所定値以上で、かつ、排気ガスの空燃比が所定値以下である場合にインクリメントされる空燃比カウンタが所定値以上となり（ステップＳ３１でＹＥＳ）、エンジン回転数が所定値以上で、かつ、排気温が所定値以下である場合にインクリメントされる排気温カウンタが所定値以上となった場合には（ステップＳ３２でＹＥＳ）、添加インジェクタに故障が発生していると判定する（ステップＳ３３）。
【選択図】図６

Description

本発明は、排気浄化装置に関し、特に、排気ガスに燃料を添加することにより触媒機能の再生を実行する排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関を搭載した車両においては、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するためのＮＯｘ吸蔵還元型触媒や、ＰＭ（Particulate Matter）を捕捉するためのパティキュレートフィルタ（以下、ＰＭフィルタという）を排気管に設けている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、使用に伴ってＮＯｘが吸蔵されていくと、触媒としての機能が低下していく。そのため、吸蔵されたＮＯｘを分解し触媒の機能を再生させる再生処理を実行する必要がある。再生処理としては、例えば、排気管に設けられた燃料添加弁としてのインジェクタによって燃料などの還元剤を排気通路内に噴射し、燃料が混合された排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、ＮＯｘとともに硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を高温にすることで、ＳＯｘを分解することも行われている。

一方、ＰＭフィルタは、使用に伴って内部にＰＭが堆積し通過抵抗が増大するため、適宜再生処理を行う必要がある。再生処理としては、例えば、ＰＭフィルタに燃料などの炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、発生した熱によりＰＭを焼失させる方法が提案されている。

このように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒やＰＭフィルタを再生処理するためのインジェクタを備えた排気浄化装置においては、インジェクタの摺動不良などに起因して閉弁が妨げられる開側故障が発生すると、インジェクタから排気通路へ燃料が噴出し続ける可能性が生じる。

そこで、インジェクタの摺動不良を引き起こすインジェクタへの異物混入に起因した開側故障が発生しているか否かを空燃比に基づいて診断する排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に記載された従来の排気浄化装置は、排気管におけるインジェクタの下流側に空燃比センサが設けられ、この空燃比センサにより検出される空燃比に基づいてインジェクタに開側故障が発生しているか否かを診断するようになっている。また、この排気浄化装置は、排気温が低くインジェクタの先端部に燃料が固着する可能性が高い場合には、異物混入に起因した開側故障であるか燃料の固着によりインジェクタが開側となっているのかを判別できないため、空燃比に基づくインジェクタの故障判定を禁止するようになっている。

これにより、燃料の固着に起因してインジェクタが開状態となっているにもかかわらず、インジェクタに故障が発生したと誤診断することを防止するようになっている。

特開２００７−６４１８２号公報 特開２００８−１６９７７０号公報

しかしながら、上述のような特許文献２に記載の従来の排気浄化装置にあっては、インジェクタに開側故障が発生していないにもかかわらず、車両の走行状態に起因して空燃比が一時的に低くなると、インジェクタの開側故障が発生したと誤診断する可能性があった。例えば、前回の内燃機関の駆動時間が短時間であったり、寒冷地走行であったことなどに起因して、内燃機関の停止時に排気管に燃料が不燃状態で溜まることがある。この状態で内燃機関が始動すると、空燃比センサが空燃比を検出可能となる活性温度に達した時点で排気管に燃料が蒸発しきらずに残留していることがある。そうすると、排気温度が上昇しこの燃料が蒸発することにより気化した燃料が排気ガスに含まれるようになり、空燃比が急激に低下する。このため、排気浄化装置は、インジェクタが正常であるにもかかわらず、故障と判定する場合があった。したがって、インジェクタに対する故障判定精度をさらに向上する必要が生じていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、燃料添加弁の故障判定の精度を高めることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気浄化装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気通路に設置され前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒と、前記排気通路の前記触媒上流側に設置される燃料添加弁と、を備えた車両に設置され、前記燃料添加弁を制御して前記排気ガスに前記燃料を添加することにより前記触媒を再生する排気浄化装置において、前記排気通路を流れる排気ガスに基づいて空燃比が所定値以下であるか否かを判断する空燃比判断手段と、前記触媒を通過した排気ガスの排気温が所定値以下であるか否かを判断する排気温判断手段と、前記空燃比判断手段により空燃比が所定値以下であると判断された時間が所定時間継続し、かつ、前記排気温判断手段により排気ガスの排気温が所定値以下であると判断された時間が所定時間継続した場合に、前記燃料添加弁が故障していると判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする。

この構成により、燃料添加弁の故障を空燃比および排気温に基づいて判定することができる。したがって、従来のように、空燃比に基づいて燃料添加弁の故障を判定する排気浄化装置においては、内燃機関の始動後に排気通路に溜まっていた燃料が蒸発することに起因して空燃比が低下した場合においても、燃料添加弁に開側故障が発生したと誤診断する可能性が生じるが、このような状況では排気温の低下が発生しないため、空燃比のみならず排気温に基づいて燃料添加弁の故障を判定することにより、故障判定の精度を高めることができる。

本発明によれば、燃料添加弁の故障判定の精度を高めることができる排気浄化装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る排気浄化装置を搭載した車両を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置およびその周辺の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る添加インジェクタの構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る空燃比異常判定処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る排気温異常判定処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る故障判定処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

なお、本実施の形態においては、本発明に係る排気浄化装置を４気筒のディーゼルエンジンを搭載した車両１に適用した場合について説明する。

図１に示すように、エンジン１０は、シリンダヘッド１２と、不図示のシリンダブロックを備えており、シリンダヘッド１２およびシリンダブロックは、４つの気筒１１を形成している。また、各気筒１１には、ピストンにより燃焼室１１ａが画成されている。

シリンダヘッド１２には、４つの燃焼室１１ａにそれぞれ燃料を噴射するための４つの燃料噴射弁１３が設置されている。

燃料噴射弁１３は、高圧燃料を貯留するコモンレール１４と接続されており、コモンレール１４は、燃料タンク１５から供給された燃料を高圧燃料にして吐出する高圧燃料ポンプ１６と接続されている。

高圧燃料ポンプ１６は、吐出側に逆止弁を備えており、コモンレール１４から高圧燃料ポンプ１６への燃料の逆流を防止するようになっている。高圧燃料ポンプ１６からコモンレール１４へ供給される高圧燃料は、図示しないクランクシャフトの回転角に基づく燃料噴射弁１３の開弁により燃料噴射弁１３から対応する燃焼室１１ａへ噴射される。

車両１は、さらに、燃料フィルタ２８を介して燃料タンク１５内に貯留する燃料を吸入し、燃料圧レギュレータ２６に圧送する低圧燃料ポンプ２７を備えている。燃料タンク１５は、軽油など炭化水素系の燃料を貯留する公知の燃料タンクにより構成されている。

燃料圧レギュレータ２６は、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の圧力、すなわち燃圧が予め定められた設定値よりも高くなると、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の一部を燃料タンク１５に戻すようになっている。

また、燃料圧レギュレータ２６と高圧燃料ポンプ１６との間には、燃料分岐部２９が設置されており、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の一部は、後述する添加インジェクタ４１に供給されるようになっている。

シリンダヘッド１２には、各燃焼室１１ａに吸入空気を導入するためのインテークマニホールド１７が設けられており、インテークマニホールド１７は、各燃焼室１１ａに吸入空気を導入するための図示しない吸気弁を有している。また、インテークマニホールド１７には吸気管２０が接続されており、吸気管２０には、吸気の上流側から順にエアクリーナ２１と、ターボユニット２２のコンプレッサホイール２２ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ２３と、吸入空気量を調整するための電動式の吸気絞り弁２４が配設されている。吸気管２０を通してインテークマニホールド１７へ吸入された空気は、図示しないクランクシャフトの回転角に応じて吸気弁が開弁した際に燃焼室１１ａへ導入される。

また、シリンダヘッド１２には、各燃焼室１１ａにおいて生成された排気ガスを排出するためのエキゾーストマニホールド１８が設けられており、エキゾーストマニホールド１８は、各燃焼室１１ａから排気ガスを排出するための図示しない排気弁が設けられている。各燃焼室１１ａにおいて生成された排気ガスは、図示しないクランクシャフトの回転角に応じて排気弁が開弁した際にエキゾーストマニホールド１８へ排気される。

エキゾーストマニホールド１８には、排気ガスを再循環させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas recirculation）装置３０が接続されている。ＥＧＲ装置３０は、インテークマニホールド１７とエキゾーストマニホールド１８とを連通する連通管３１と、連通管３１の途中に配設されるＥＧＲクーラ３２および電動式のＥＧＲ弁３３とを備えている。ＥＧＲ装置３０は、エキゾーストマニホールド１８に排出された排気ガスの一部をＥＧＲクーラ３２により冷却し、インテークマニホールド１７へ再循環させるようになっている。また、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００は、ＥＧＲ弁３３の開度を制御することにより再循環される排気量を調節するようになっている。

エキゾーストマニホールド１８には、排気管４５が接続されており、排気管４５にはエキゾーストマニホールド１８の側から順にターボユニット２２のタービンホイール２２ｂと、触媒コンバータ４３と、触媒担持型のＰＭフィルタ４４とが配設されている。

ターボユニット２２は、排気通路４６を流れる排気によって回転するタービンホイール２２ｂと、吸気通路１９に配置されたコンプレッサホイール２２ａと、タービンホイール２２ｂおよびコンプレッサホイール２２ａを連結するロータシャフト２２ｃと、を備えている。タービンホイール２２ｂが燃焼室１１ａから排出された排気ガスにより回転すると、この回転がロータシャフト２２ｃを介してコンプレッサホイール２２ａに伝達される。これにより、エンジン１０は、ピストンの移動に応じて発生する負圧のみならず、コンプレッサホイール２２ａの回転によって吸入空気を燃焼室１１ａに送り込むようになっている。

また、ターボユニット２２は、タービンホイール２２ｂの外周を囲い、タービンホイール２２ｂの回転方向に沿った排気経路を有しており、排気ガスはこの排気経路を通過してタービンホイール２２ｂに吹付けられる。排気経路には、リング状のノズルバックプレート２２ｅに対して複数のノズルベーン２２ｄが回動可能に設けられている。

また、車両１には、複数のノズルベーン２２ｄを同時に開閉動作させるためのアクチュエータ５８を備えている。ＥＣＵ１００は、排気経路の流通面積が変更されるようアクチュエータ５８を駆動してノズルベーン２２ｄの開度、すなわちＶＮ開度を制御することにより、タービンホイール２２ｂに吹付けられる排気ガスの流速を可変とする。これにより、タービンホイール２２ｂの回転速度が調整され、燃焼室１１ａへの吸入空気が所定の過給圧にて供給されることとなる。

排気管４５において、触媒コンバータ４３の上流側には、低圧燃料ポンプ２７に接続される添加インジェクタ４１が配設されている。添加インジェクタ４１は、還元剤としての燃料を噴射し、排気ガスに添加するようになっている。ここで、本実施の形態に係る添加インジェクタ４１は、本発明に係る燃料添加弁を構成する。

触媒コンバータ４３は、ＮＯｘ吸蔵型のＮＯｘ触媒により構成されており、空燃比がリーン状態の場合における排気が内部を流通すると、この排気に含まれるＮＯｘを吸蔵するようになっている。一方、空燃比がリッチ状態の場合における排気が内部を流通すると、吸蔵したＮＯｘと排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素とを反応させ、窒素、二酸化炭素、水に分解することにより排気を浄化するようになっている。

ＰＭフィルタ４４は、モノリス型やペレット型のフィルタにより構成されており、排気に含まれる微粒子（以下、ＰＭという）を捕集する。このＰＭフィルタ４４にも上述した吸蔵型のＮＯｘ触媒が備えられており、ＰＭフィルタ４４に捕捉されたＰＭは、当該触媒の酸化作用によって酸化されて除去されるようになっている。

図２に示すように、車両１は、電子制御装置としてのＥＣＵ１００を備えている。ＥＣＵ１００は、双方向性バスを介して互いに接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）１００ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００ｂ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００ｃ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory、登録商標）１００ｄ、入力ポート１００ｅ、および出力ポート１００ｆなどを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。

ＣＰＵ１００ａは、ＲＡＭ１００ｂの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭ１００ｃに記憶されたプログラムやＥＥＰＲＯＭ１００ｄに記憶されたデータに従って信号処理を行うことにより、エンジン１０の出力制御や、後述する故障判定制御などの各種制御を実行するようになっている。したがって、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る排気浄化装置を構成する。

また、車両１は、エンジン１０の回転数を測定するエンジン回転数センサ５２と、エンジン１０の吸入空気量を測定する吸入空気量センサ５３と、エンジン１０に吸入される空気の温度を測定する吸入空気温度センサ５４と、大気圧センサ５５と、吸気絞り弁２４の開度を測定するための絞り弁センサ３９と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３７と、を備えており、これらのセンサは、ＥＣＵ１００の入力ポート１００ｅに接続されている。

エンジン回転数センサ５２は、クランクシャフトの回転数を計測し、エンジン回転数としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。吸入空気量センサ５３は、吸気管２０におけるエアクリーナ２１とコンプレッサホイール２２ａとの間に設けられており、吸気管２０内における吸入空気量に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。また、吸入空気温度センサ５４は、吸気管２０におけるエアクリーナ２１とコンプレッサホイール２２ａとの間に設けられており、吸気管２０内における吸気の温度である吸入空気温度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

大気圧センサ５５は、吸気管２０におけるエアクリーナ２１とコンプレッサホイール２２ａとの間に設けられており、吸気管２０内における大気圧に応じた信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。絞り弁センサ３９は、吸気絞り弁２４の開度に応じた出力電圧が得られるホール素子により構成されており、吸気絞り弁２４の開度を表す信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。

アクセル開度センサ３７は、ホール素子を用いた電子式のポジションセンサにより構成されており、車両１に搭載されたアクセルペダルが運転者により操作されると、アクセルペダルの位置を示すアクセル開度を表す信号を、ＥＣＵ１００に出力するようになっている。

車両１は、さらに、触媒コンバータ４３の上流における排気温Ｔ６を検出する第１温度センサ６１と、触媒コンバータ４３の下流側における排気温Ｔｈｃｉを検出する第２温度センサ６２と、ＰＭフィルタ４４の下流側における排気温Ｔｈｃｏを検出する第３温度センサ６３と、ＰＭフィルタ４４の下流側に設置される空燃比センサ６４と、を備えており、これらのセンサは、ＥＣＵ１００の入力ポート１００ｅに接続されている。

ＥＣＵ１００の出力ポート１００ｆには、燃料噴射弁１３、高圧燃料ポンプ１６、吸気絞り弁２４、低圧燃料ポンプ２７、ＥＧＲ弁３３、添加インジェクタ４１などの開度を調節するためのソレノイドやアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ１００は、上述した各センサから入力される信号に基づいて、各ソレノイドやアクチュエータへの指令値、例えば燃料噴射弁１３に対する燃料噴射量や添加インジェクタ４１に対する燃料添加量を算出し、該指令値に応じた指令信号を出力ポート１００ｆから各ソレノイドやアクチュエータへ出力するようになっている。

そして、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁１３を用いた燃料の噴射時期制御および噴射量制御を実行したり、吸気絞り弁２４およびＥＧＲ弁３３を用いた吸入空気量制御およびＥＧＲ量制御を実行するようになっている。

ＰＭフィルタ４４は、ＰＭの堆積量が高くなるにしたがってＰＭフィルタ４４での圧力損失が増大する。そこで、ＥＣＵ１００は、触媒機能回復制御の一環として、ＰＭの堆積量が高くなると、堆積したＰＭを燃焼により浄化するＰＭ除去制御を実行するようになっている。

具体的には、ＥＣＵ１００は、ＰＭフィルタ４４に堆積したＰＭ量が所定値に達したと判断した場合には、添加インジェクタ４１による燃料添加を実行し、ＰＭフィルタ４４の触媒上で燃料の酸化反応を進行させる。これにより、ＰＭフィルタ４４の触媒床温が酸化反応の反応熱によって６００℃〜７００℃まで上昇し、ＰＭフィルタ４４に堆積したＰＭが燃焼されるようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、触媒コンバータ４３におけるＳＯｘの吸蔵量が所定値に達したと判断すると、触媒機能回復制御の一環として、触媒コンバータ４３に吸蔵されているＳＯｘを還元するためのＳ被毒回復制御を実行する。

また、触媒コンバータ４３は、ＮＯｘの吸蔵量が限界値に達する前に触媒コンバータ４３に吸蔵されているＮＯｘを還元して放出させる必要がある。したがって、ＥＣＵ１００は、触媒コンバータ４３に吸蔵されているＮＯｘの量が所定値に達したと判断した場合には、排気浄化処理の一環としてＮＯｘ還元制御を実行する。このＮＯｘ還元制御において、ＥＣＵ１００は、添加インジェクタ４１を制御して燃料添加を実行し、排気中や触媒上での燃料の酸化反応を進行させることにより、例えば２５０℃〜５５０℃の高温でリッチ状態となった雰囲気をＮＯｘ触媒の周囲に形成する。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘは還元されてＮＯｘ触媒から放出され、触媒コンバータ４３が再生される。

添加インジェクタ４１は、先端部が排気通路４６に突出するよう排気管４５に取り付けられている。添加インジェクタ４１は、図３に示すように、略円筒状に形成された金属製のハウジング６６と、ハウジング６６内に摺動可能に設けられたニードルバルブ６７とを備えている。

ハウジング６６は、ニードルバルブ６７を収容する円筒状のスリーブ６９と、中空半球状をなすサック部７０によって構成されている。また、ハウジング６６の先端側内周部分には、ニードルバルブ６７の先端部が離着座する弁座６８が形成されている。

低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の一部は、サック部７０の内部空間に導入される。サック部７０の先端部分には、サック部７０の内部空間と排気通路４６とを連通する噴射孔７１が形成されている。

ニードルバルブ６７は、ソレノイドと接続されており、ＥＣＵ１００がこのソレノイドに通電している間は、ニードルバルブ６７が弁座６８から離れ、排気通路４６に燃料が添加されるようになっている。

ＥＣＵ１００は、添加インジェクタ４１による燃料添加を実施することにより、触媒コンバータ４３に吸蔵されたＮＯｘを還元し放出するとともに、ＰＭフィルタ４４に捕集されたＰＭを焼失する。これにより、触媒コンバータ４３およびＰＭフィルタ４４の触媒機能が回復される。

ところで、添加インジェクタ４１のニードルバルブ６７に摺動不良が発生すると、ＥＣＵ１００のソレノイドに対する通電が終了したにもかかわらず、ニードルバルブ６７の先端部が弁座６８に着座しなくなる開側故障となる場合がある。この開側故障が進行すると、ソレノイドに対する通電の有無にかかわらず添加インジェクタ４１が全開状態となる全開故障に至る可能性がある。この全開故障が発生すると、添加インジェクタ４１から排気通路４６に燃料が供給され続け、燃焼可能な量を超える燃料が触媒コンバータ４３に供給されることとなる。

この場合、触媒コンバータ４３は燃料により濡れた状態となるため、触媒コンバータ４３の下流側における排気温が通常よりも低下することとなる。そこで、ＥＣＵ１００は、以下に詳述するように、触媒コンバータ４３あるいはＰＭフィルタ４４の下流側における排気温や空燃比を検出し、添加インジェクタ４１に全開故障が発生しているか否かを判断する故障判定制御を実行するようになっている。

故障判定制御において、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ５２および空燃比センサ６４から入力される信号に基づいて、エンジン回転数が所定値以上であり、かつ、空燃比が所定値以下であるか否かを判断するようになっている。つまり、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る空燃比判断手段を構成する。

ここで、エンジン回転数の所定値とは、エンジン１０の暖機後に安定して回転していることを表す値であり、この状態で排気温Ｔｈｃｏは通常４００℃付近まで上昇する。また、空燃比の所定値とは、添加インジェクタ４１に全開故障が発生した際に通常検出されるリッチ側の値を意味する。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値以上であり、かつ、空燃比が所定値以下であると判断した場合には、空燃比継続カウンタをインクリメントするようになっている。一方、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値未満であるか、空燃比が所定値を超えている場合には、空燃比カウンタをクリアするようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ５２および第３温度センサ６３から信号を入力し、エンジン回転数が所定値以上であり、かつ、排気温Ｔｈｃｏが所定値以下であるか否かを判断するようになっている。つまり、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る空燃比判断手段を構成する。

上述したように、エンジン１０が安定して回転している場合には、排気温Ｔｈｃｏは約４００℃に上昇する。ここで、添加インジェクタ４１に全開故障が発生すると、触媒コンバータ４３が添加インジェクタ４１から噴出された燃料により濡れた状態となり、触媒コンバータ４３を通過した排気ガスの温度が低下をする。その結果、第３温度センサ６３により検出される排気温Ｔｈｃｏは、添加インジェクタ４１に全開故障が発生した直後に約１００℃に急低下し、その後、２００℃程度まで徐々に上昇する。

したがって、ＥＣＵ１００は、この排気温Ｔｈｃｏの低下を検出することにより、添加インジェクタ４１の全開故障の発生を診断することができる。ここで、空燃比センサ６４は、２００℃以上の場合に活性化され空燃比を検出可能となる。そこで、本実施の形態における排気温Ｔｈｃｏの所定値としては、２００℃以上であり、かつ、通常の排気温より低い値が設定されている。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値以上であり、かつ、排気温Ｔｈｃｏが所定値以下であると判断した場合には、排気温カウンタをインクリメントするようになっている。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値未満であるか、排気温Ｔｈｃｏが所定値を超えていると判断した場合には、排気温カウンタをクリアするようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、空燃比カウンタおよび排気温カウンタが所定値以上となったか否かを判断し、これらのカウンタがいずれも所定値以上となっている場合には、添加インジェクタ４１に全開故障が発生していると判定するようになっている。つまり、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る故障判定手段を構成する。

空燃比カウンタおよび排気温カウンタの所定値は、例えば、欧州のＯＢＤ（On Board Diagnosis）に対する法規要件を考慮した場合には９０秒に設定される。なお、欧州のＯＢＤにおいては、添加インジェクタ４１の故障診断において、排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘあるいはＰＭのレベルにかかわらず、添加インジェクタ４１の全開故障あるいは全閉故障が検出されることを要件としている。

これにより、空燃比がリッチ側の所定値を所定時間以上示した場合に添加インジェクタ４１に故障が発生していると判断する従来の排気浄化装置においては、前回のトリップ終了によりエンジン１０が停止した際に排気管４５に燃料が残っていると、今回のトリップ開始によりエンジン１０が始動した際に排気管４５に溜まっていた燃料が蒸発し空燃比がリッチ側に急激に低下した場合においては、添加インジェクタ４１に故障が発生したと誤検出してしまう。ここで、トリップとは、エンジン１０の始動から車両１の走行を経てエンジン１０が停止するまでの１サイクルを意味する。なお、前回のトリップ終了によりエンジン１０が停止した際に排気管４５に燃料が残留する原因としては、寒冷地走行など吸入空気が低温であり燃料が蒸発しにくい場合、ショートトリップのためエンジン１０の暖機が終了する前にエンジン１０が停止したことにより排気温が十分上昇しなかった場合、触媒コンバータ４３の触媒床温が低く添加インジェクタ４１から噴射された燃料が十分蒸発、燃焼しなかった場合、排気管４５にカーボンが堆積し、このカーボンに燃料が付着することによって燃料が蒸発しにくくなった場合、排気管４５の形状に起因して排気ガスの流れが悪く燃料が溜まりやすい場所がある場合などが挙げられる。

これに対し、本実施の形態に係る排気浄化装置は、空燃比カウンタおよび排気温カウンタの値に基づいて添加インジェクタ４１に故障が発生しているか否かを判断するようになっているので、今回のトリップ開始によりエンジン１０が始動した際に排気管４５に溜まっていた燃料が蒸発し空燃比がリッチの状態となったとしても、排気温の低下が発生していないため、添加インジェクタ４１の故障と誤検出することを防止できる。

図４は、本発明の実施の形態に係る故障判定制御を構成する空燃比異常判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、ＥＣＵ１００を構成するＣＰＵ１００ａによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ１００ａによって処理可能なプログラムを実現する。

まず、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ５２から取得した信号に基づいてエンジン回転数が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値以上であると判断した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行する。一方、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値未満であると判断した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１４に移行して、空燃比カウンタをクリアする。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ６４から入力される信号に基づいて、排気ガスから求められる空燃比が所定値以下であるか否かを判断する。ここで、所定値は、添加インジェクタ４１の全開故障が発生した場合に検出されるリッチ側の値に設定されており、予め実験的な測定により求められている。

ＥＣＵ１００は、空燃比が所定値以下であると判断した場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、空燃比カウンタをインクリメントする（ステップＳ１３）。一方、空燃比が所定値を超えていると判断した場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１４に移行して、空燃比カウンタをクリアする。

ＥＣＵ１００は、この空燃比異常判定処理において算出される空燃比カウンタの値を、後述する故障判定処理において使用する。

図５は、本発明の実施の形態に係る故障判定制御を構成する排気温異常判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、ＥＣＵ１００を構成するＣＰＵ１００ａによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ１００ａによって処理可能なプログラムを実現する。

まず、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ５２から取得した信号に基づいてエンジン回転数が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値以上であると判断した場合には（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行する。一方、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値未満であると判断した場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ２４に移行して、排気温カウンタをクリアする。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ１００は、第３温度センサ６３から入力される信号に基づいて、空燃比センサ６４の近傍における排気温Ｔｈｃｏが所定値以下であるか否かを判断する。ここで、所定値は、添加インジェクタ４１の全開故障が発生した場合に排気温Ｔｈｃｏが低下する値に設定されており、予め実験的な測定により求められている。本実施の形態においては、上述したように、所定値として２００℃以上であり、かつ、通常の排気温より低い値が設定されている。

ＥＣＵ１００は、排気温Ｔｈｃｏが所定値以下であると判断した場合には（ステップＳ２２でＹＥＳ）、排気温カウンタをインクリメントする（ステップＳ２３）。一方、排気温Ｔｈｃｏが所定値を超えていると判断した場合には（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ２４に移行して、排気温カウンタをクリアする。

ＥＣＵ１００は、この排気温異常判定処理において算出される排気温カウンタの値を、後述する故障判定処理において使用する。

図６は、本発明の実施の形態に係る故障判定制御を構成する故障判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、ＥＣＵ１００を構成するＣＰＵ１００ａによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ１００ａによって処理可能なプログラムを実現する。

まず、ＥＣＵ１００は、上述した空燃比異常判定処理によりインクリメントされる空燃比カウンタが所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。

ＥＣＵ１００は、空燃比カウンタが所定値以上であると判断した場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ステップＳ３２に移行する。一方、ＥＣＵ１００は、空燃比カウンタが所定値未満であると判断した場合には（ステップＳ３１でＮＯ）、ＥＮＤに移行する。

次に、ＥＣＵ１００は、上述した排気温異常判定処理によりインクリメントされる排気温カウンタが所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。

ＥＣＵ１００は、排気温カウンタが所定値以上であると判断した場合には（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ３３に移行する。一方、ＥＣＵ１００は、排気温カウンタが所定値未満であると判断した場合には（ステップＳ３２でＮＯ）、ＥＮＤに移行する。

ステップＳ３３に移行した場合に、ＥＣＵ１００は、添加インジェクタ４１に故障が発生していると判定する。そして、ＥＣＵ１００は、運転席近傍のインストルメントパネルに設置されている警告灯を点灯したり、ＯＢＤの診断結果を記録するためのメモリに添加インジェクタ４１の全開故障発生を記録する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る排気浄化装置は、添加インジェクタ４１の故障を空燃比および排気温に基づいて判定することができる。したがって、従来のように、空燃比に基づいて添加インジェクタ４１の故障を判定する排気浄化装置においては、エンジン１０の始動後に排気管４５に溜まっていた燃料が蒸発することに起因して空燃比が低下した場合においても、添加インジェクタ４１に開側故障が発生したと誤診断する可能性が生じるが、このような状況では排気温の低下が発生しないため、空燃比のみならず排気温に基づいて添加インジェクタ４１の故障を判定することにより、故障判定の精度を高めることができる。

なお、以上の説明においては、ＥＣＵ１００は、第３温度センサ６３から入力された排気温Ｔｈｃｏを表す信号に基づいて、上述した排気温異常判定処理や故障判定処理を実行する場合について説明したが、これに限定されず、ＥＣＵ１００は、第２温度センサ６２から入力された排気温Ｔｈｃｉを表す信号に基づいて、上述した排気温異常判定処理や故障判定処理を実行するようにしてもよい。

また、以上の説明においては、ＥＣＵ１００は、第３温度センサ６３から入力された信号に基づいて排気温Ｔｈｃｏを絶対値として測定し、これらの排気温が所定値以上であるか否かを判断する場合について説明したが、これに限定されず、ＥＣＵ１００は、第１温度センサ６１および第３温度センサ６３によりそれぞれ検出された排気温Ｔ６およびＴｈｃｏとの差をＰＭフィルタ４４の下流側の排気温の相対値として測定するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が所定値以上であり、かつ、この相対値が排気温の低下を示す値である場合に排気温カウンタをインクリメントする。

以上のように、本発明に係る排気浄化装置は、インジェクタの故障判定の精度を高めることができるという効果を奏するものであり、排気ガスに燃料を添加することにより触媒機能の再生を実行する排気浄化装置に有用である。

１ 車両
１０ エンジン
１１ 気筒
１９ 吸気通路
２０ 吸気管
２７ 低圧燃料ポンプ
３７ アクセル開度センサ
４１ 添加インジェクタ
４３ 触媒コンバータ
４４ ＰＭフィルタ
４５ 排気管
４６ 排気通路
５２ エンジン回転数センサ
５３ 吸入空気量センサ
５４ 吸入空気温度センサ
６１ 第１温度センサ
６２ 第２温度センサ
６３ 第３温度センサ
６４ 空燃比センサ
６７ ニードルバルブ
１００ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設置され前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒と、前記排気通路の前記触媒上流側に設置される燃料添加弁と、を備えた車両に設置され、前記燃料添加弁を制御して前記排気ガスに前記燃料を添加することにより前記触媒を再生する排気浄化装置において、
   前記排気通路を流れる排気ガスに基づいて空燃比が所定値以下であるか否かを判断する空燃比判断手段と、
   前記触媒を通過した排気ガスの排気温が所定値以下であるか否かを判断する排気温判断手段と、
   前記空燃比判断手段により空燃比が所定値以下であると判断された時間が所定時間継続し、かつ、前記排気温判断手段により排気ガスの排気温が所定値以下であると判断された時間が所定時間継続した場合に、前記燃料添加弁が故障していると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装置。

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