JP4062153B2

JP4062153B2 - Particulate filter failure detection device and engine exhaust gas purification device

Info

Publication number: JP4062153B2
Application number: JP2003099655A
Authority: JP
Inventors: 暁白河; 浩之糸山; 学三浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP2004308454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタの故障検知装置に関し、詳細には、パティキュレートフィルタにフィルタエレメントの割れやその目封じの抜けといった故障が生じたことを検知するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パティキュレートフィルタとして、セラミック等をハニカム状モノリスに成形するとともに、蜂の巣状の通路の入口側及び出口側で交互に目封じを設けてフィルタエレメントを構成し、これをケースに内蔵させたものが知られている。パティキュレートフィルタは、流入した排気ガスがフィルタエレメントの通路を隔てる壁部を通過する際に粒子状物質（以下「パティキュレート」という。）を捕集し、これを排気ガスから除去するものである。そして、このようなパティキュレートフィルタにフィルタエレメントの割れ等の故障が生じたことを検知する機能を持たせたエンジンの排気ガス浄化装置として、次のようなものが知られている。すなわち、エンジンの排気通路に排気ガス中のパティキュレートを捕集させるパティキュレートフィルタを介装するとともに、排気還流（以下「ＥＧＲ」という。）通路にＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁を介装し、吸入空気量を目標値に近付けるようにＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するものにおいて、ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御している際にＥＧＲ弁開度がある規定値を超えたときは、パティキュレートフィルタに故障が生じたものとして、これを検知するのである（下記特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２０７８２８号公報（段落番号０００８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものには、次のような問題がある。すなわち、上記の装置によるパティキュレートフィルタの故障検知は、パティキュレートフィルタにフィルタエレメントの割れ等の故障が生じると、パティキュレートフィルタ前後における圧損が低下して吸排気系間に生じる差圧が小さくなるため、ＥＧＲガスの流量を一定に保つために必要とされるＥＧＲ弁開度が正常時よりも大きくなることに基づくものである。ここで、パティキュレートフィルタ前後における圧損は、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの量が少ないときと、これよりも多くのパティキュレートが堆積しているがパティキュレートフィルタに故障が生じているときとで同一の低い値をとる場合がある。従って、両者のいずれの場合であるかを判別するため、エンジンの運転状態によるものに加えて、正常及び故障の判断のしきい値をパティキュレートの堆積状況に応じて変更することが必要となる。一方、そのようにしきい値を変更しない場合は、故障検知を行う時期をパティキュレートの堆積状況との関係で制限することが必要となり、故障検知を行う頻度が低下するため、現に故障が生じているのにこれが検知されないことが考えられる。
【０００５】
このような実状に鑑み、本発明は、パティキュレートフィルタにフィルタエレメントの割れ等の故障が生じた場合は、正常時と比較して、排気ガス状態量のパティキュレートフィルタの上流における非定常変化がその下流により大きく伝わるという技術的知見に基づき、パティキュレートの堆積状況によらず、常に、あるいは適時に故障を検知することのできるパティキュレートフィルタの故障検知装置、及びそのような機能を持たせたエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、排気ガス状態量のパティキュレートフィルタの上流における脈動に基づいてこのパティキュレートフィルタの下流で生じる、前記排気ガス状態量の非定常変化の振幅を非定常変化量として検出するとともに、前記排気ガス状態量の非定常変化の振幅に関して、パティキュレートフィルタの正常及び故障の判断のしきい値となる基準変化量を設定し、検出した非定常変化量がこの基準変化量により定められる規定範囲を外れたときにパティキュレートフィルタに故障が生じたものと判断するものとして、パティキュレートフィルタの故障検知装置を構成する。
【０００８】
本発明によれば、パティキュレートフィルタの下流における排気ガス状態量の非定常変化の振幅である非定常変化量の大きさからパティキュレートフィルタの故障を検知する構成を採用したことで、パティキュレートフィルタに多量のパティキュレートが堆積している場合であっても、また、パティキュレートが殆ど堆積していない場合であっても、パティキュレートの堆積状況との関係でしきい値である基準変化量を変更することなく故障を検知することが可能となる。
【０００９】
また、本発明では、エンジンの排気通路に介装され、このエンジンから排出された排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、このパティキュレートフィルタの故障を検知する上記の故障検知装置と、を含んでエンジンの排気ガス浄化装置を構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る直噴ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）１の構成図である。
【００１１】
エンジン１において、吸気通路１１の導入部には、吸入空気中の粉塵を除去するためのエアクリーナ１２が取り付けられている。エアクリーナ１２の下流には、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ１３が設置されている。エアクリーナ１２及びエアフローメータ１３を通過した吸入空気は、コレクタ１４に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。
【００１２】
エンジン本体において、インジェクタ２１は、気筒毎に燃焼室上部略中央に臨ませてシリンダヘッドに固定されている。エンジン１の燃料系は、コモンレール２２を含んで構成され、燃料ポンプ２３により圧送された燃料が、コモンレール２２から規定圧力で各インジェクタ２１に供給される。インジェクタ２１は、後述する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）からの燃料噴射制御信号により作動する。インジェクタ２１による燃料噴射は、複数回に分けて行われ、インジェクタ２１は、エンジン１のトルクを制御するためのメイン噴射以外に、発生するパティキュレートを減少させるためのパイロット噴射、及び後述するディーゼルパティキュレートフィルタ３２を再生させる際に排気ガス温度を上昇させるためのポスト噴射を行う。
【００１３】
一方、排気通路３１において、マニホールド部の下流には、パティキュレートフィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ３２が設置されている。排気ガス中のパティキュレートは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２を通過する際にこれに内蔵されている多孔質のフィルタエレメント３２１により捕集され、排気ガスから除去される。また、排気通路３１と吸気通路１１（ここでは、コレクタ１４）とがＥＧＲのためのＥＧＲ管４１により接続されるとともに、ＥＧＲ管４１にＥＧＲ弁４２が介装されている。ＥＧＲ弁４２がＥＣＵ６１からのＥＧＲ制御信号により作動することで、開度に応じた適量の排気ガスが吸気通路１１に還流される。
【００１４】
以上のように構成されるエンジン１の排気ガス浄化装置は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２と、その故障検知装置としての機能を備えるＥＣＵ６１及び各種センサとを含んで構成される。
【００１５】
図２は、本実施形態に係るパティキュレートフィルタの故障検知装置の構成図である。
エンジン１において、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流には、排気通路３１の一部となるテールパイプ３１１が接続されており、テールパイプ３１１には、その内部における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔを検出するための圧力センサ５１が設置されている。圧力センサ５１からの排気ガス圧力検出信号は、ＥＣＵ６１に入力される。ＥＣＵ６１には、これ以外にも、エンジン１の運転状態を示す信号としてエアフローメータ１３からの吸入空気量検出信号、アクセル開度センサ５２からのアクセル開度検出信号及びクランク角センサ５３からのクランク角位置検出信号（これに基づいてエンジン回転数Ｎｅが算出される。）が入力される。ＥＣＵ６１は、入力した信号に基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ３２が正常な状態にあるか、あるいはこれに故障が生じているかを判断し、故障が生じている場合は、車室内に設置された運転者に対する故障警告灯７１を点灯させる。
【００１６】
図３は、ＥＣＵ６１のうちディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障検知に関する部分の構成図である。
ＥＣＵ６１は、排気ガス圧力検出信号として、排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの大きさ応じた値の電圧ｖＰｅｘｈｏｕｔを入力する。圧力換算部１０１は、電圧ｖＰｅｘｈｏｕｔを入力し、図４に示すテーブルによりこれを排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔに換算する。平均圧力演算部１０２は、図５に示すように構成され、排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔを入力し、これに基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における排気ガス圧力の平均値Ｐｅｘｈｏｕｔａｖｅを算出する。すなわち、平均圧力演算部１０２は、新たに入力した排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの前回に算出した排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔ^-1に対する重み付けを設定し、下式（１）により両者を平均化して、平均排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔａｖｅを算出する。なお、重み付けを定める係数ｘ１は、０よりも大きく、かつ１以下の値に設定される。算出された平均排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔａｖｅは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２を再生すべき時期の判断のための別のルーチン等で用いられる。ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の再生時期は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の上流に設置された圧力センサにより（図示せず）検出された上流側排気ガス圧力と、平均排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔａｖｅとの差から判断される。
【００１７】
Ｐｅｘｈｏｕｔａｖｅ＝Ｐｅｘｈｏｕｔ×ｘ１＋Ｐｅｘｈｏｕｔ^-1×（１−ｘ１）・・・（１）
脈動振幅演算部１０３は、最大及び最小圧力演算部１０４と減算部とを含んで構成され、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐを算出する。最大及び最小圧力演算部１０４は、図６に示すように構成され、故障検知ルーチンの演算周期と設定されたバッファＺ^-1の数とに応じて定まる時間内での排気ガス圧力の最大値Ｐｅｘｈｏｕｔｍａｘ及び最小値Ｐｅｘｈｏｕｔｍｉｎを算出する。バッファＺ^-1の数は、演算周期や気筒数等との関係で適当なものが設定され、たとえば演算周期が１０ｍｓｅｃであり、５つのバッファＺ^-1が設定された場合は、１００ｍｓｅｃの間での最大値及び最小値が算出されることになる。そして、減算部によりこれらの差Ｐｅｘｈｏｕｔｍａｘ−Ｐｅｘｈｏｕｔｍｉｎを算出し、これを脈動振幅（「非定常変化量」に相当する。）Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐとして後述する比較部１０５に出力する。
【００１８】
一方、単位換算部１０６は、目標燃料噴射量（アクセル開度に応じた値に設定される。）Ｑｆとシリンダへの流入空気量Ｑｃとの和を１シリンダ、かつ１ストローク当たりの量として入力し、次式（２）によりこれを単位時間当たりの量に換算し、排気ガス流量Ｑｅｘｈとして出力する。なお、単位換算のための係数をＫとする。
【００１９】
Ｑｅｘｈ＝（Ｑｃ＋Ｑｆ）×Ｎｅ／Ｋ・・・（２）
基準変化量設定部１０７は、排気ガス流量Ｑｅｘｈを入力し、図７に示すテーブルにより故障判断のしきい値としての基準変化量の基本値ＡｍｐＳＬＢを算出する。このテーブルは、一定量の排気ガス流量Ｑｅｘｈの増大に対して与えられる基本値ＡｍｐＳＬＢの増大分が、排気ガス流量Ｑｅｘｈが大きいときほど大きくなるように、排気ガス流量Ｑｅｘｈの増大に対して基本値ＡｍｐＳＬＢが２次的な変化で増大するように設定されている。補正値設定部１０８は、エンジン回転数Ｎｅ及び目標燃料噴射量Ｑｆを入力し、図８に示すテーブルにより基本値ＡｍｐＳＬＢに対する補正値ＡｍｐＳＬＣを算出する。補正値ＡｍｐＳＬＣは、エンジン回転数Ｎｅが大きく、かつ目標燃料噴射量Ｑｆが大きいときほど大きな値に設定される。そして、加算部により基準変化量の基本値ＡｍｐＳＬＢ及び補正値ＡｍｐＳＬＣの和を算出し、これを基準変化量ＡｍｐＳＬとして比較部１０５に出力する。
【００２０】
比較部１０５は、脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐ及び基準変化量ＡｍｐＳＬを入力し、これらを比較して、ＰｅｘｈｏｕｔａｍｐがＡｍｐＳＬよりも大きいときに故障検知フラグＦｄｐｆに１を、ＰｅｘｈｏｕｔａｍｐがＡｍｐＳＬ以下であるときにこれに０を代入する。故障判断部１０９は、図９に示すように構成され、新たに入力した故障検知フラグＦｄｐｆの前回に算出した故障検知指数Ｉ^-1に対する重み付けを設定するとともに、下式（３）により両者を平均化し、これを故障検知指数Ｉに設定する。なお、重み付けを定める係数ｘ２は、０よりも大きく、かつ１以下の値に設定される。そして、故障検知指数Ｉと定数Ｃ（０＜Ｃ＜１）とを比較し、ＩがＣよりも大きいときに最終的な故障検知フラグＦｄｐｆに１を、ＩがＣ以下であるときにこれに０を代入する。ＥＣＵ６１は、故障検知フラグＦｄｐｆが最終的に１に設定されたときに故障警告灯７１を点灯させる。
【００２１】
Ｉ＝Ｆｄｐｆ×ｘ２＋Ｉ^-1×（１−ｘ２）・・・（３）
本実施形態に関して、圧力センサ５１、圧力換算部１０１及び脈動振幅演算部１０３（最大及び最小圧力演算部１０４及び減算部を含んで構成される。）が非定常変化量検出手段を、基準変化量設定部１０７、補正値設定部１０８及びこれらの下流の加算部が基準変化量設定手段を、比較部１０５及び故障判断部１０９が故障検知手段を構成する。
【００２２】
次に、本実施形態に係るパティキュレートフィルタの故障検知装置の動作を説明する。
図１０は、正常時におけるディーゼルパティキュレートフィルタ３２のフィルタエレメント３２１の状態（ａ）と、ＥＣＵ６１により検知される故障時におけるフィルタエレメント３２１の状態（ｂ），（ｃ）とを示している。本実施形態では、フィルタエレメント３２１に（ｂ）に示すような隔壁の割れＡが生じたことによる故障や、（ｃ）に示すような目封じ３２２の抜けＢが生じたことによる故障が検知される。
【００２３】
図１１は、正常時及び故障時にディーゼルパティキュレートフィルタ３２の上流で検出される排気ガス圧力Ｐｅｘｈｉｎの波形と、下流で検出される排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの波形とを示している。正常時のものを（ａ）に、故障時のものを（ｂ），（ｃ）に示し、故障の程度に応じて部分故障時（ｂ）と完全故障時（ｃ）とに分けて示している。正常時には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の上流における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｉｎの脈動は、排気ガスがフィルタエレメント３２１を通過する際に充分に減衰するため、下流で検出される排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔは、Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐ１で示すように脈動振幅が小さい。
【００２４】
フィルタエレメント３２１に割れや目封じの抜け等が生じて部分故障に至ると、排気ガスの一部は、フィルタエレメント３２１の隔壁を介さずに、割れ等により生じた隙間を介してディーゼルパティキュレートフィルタ３２を通過するようになる。このため、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の上流における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｉｎの脈動が下流に伝わるようになり、排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの脈動振幅は、Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐ２で示すように大きくなる。ＥＣＵ６１は、脈動振幅演算部１０３及び比較部１０５により基準変化量ＡｍｐＳＬよりも大きい脈動振幅Ｐｅｘｈｐｕｔａｍｐが検出されたときにディーゼルパティキュレートフィルタ３２に故障が生じたものと判断し、故障警告灯７１を点灯させる。運転者は、故障警告灯７１の点灯により故障発生後の早い時期にディーゼルパティキュレートフィルタ３２を交換するなどの措置を採ることができる。
【００２５】
図１２は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２に堆積しているパティキュレートの量（以下「パティキュレート堆積量」という。）ＰＭと、フィルタエレメント３２１の等価有効面積Ａｒｅａとの関係を、正常時及び故障時について示している。正常時及び故障時のいずれにおいても、等価有効面積Ａｒｅａは、パティキュレート堆積量ＰＭの増大に伴って減少する。しかしながら、正常時と部分故障時との間で同じ値のパティキュレート堆積量ＰＭ１に対する等価有効面積Ａｒｅａにそれ程大きな差が生じることはなく、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後における圧損は、それ程大きくは低下しない（図１１のΔＰｄｐｆ１，ΔＰｄｐｆ２）。従って、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障をディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後における圧損の大きさの変化から検知しようとする一般的な方法を採用する場合は、等価有効面積Ａｒｅａがさらに大きく低下する完全故障時まで故障が発生したことを検知することができず、たとえ検知したとしてもそれまでに多量のパティキュレートが大気中に放出されることになる。本実施形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐから故障を検知する構成を採用したことで、完全故障に至る前に故障を検知することができる。
【００２６】
また、同じ大きさの等価有効面積Ａｒｅａは、パティキュレート堆積量ＰＭが多い正常時と、パティキュレート堆積量ＰＭがこれよりも少ない故障時とで同一の値Ａｒｅａ１をとり得る。従って、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後における圧損による方法では、両者のいずれの場合であるかを判別することができず、判別を可能とするには、正常及び故障の判断のしきい値をパティキュレート堆積量ＰＭに応じて変更することが必要となる。本実施形態では、下流側排気ガス圧力の脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐから故障を検知する構成を採用したことで、基準変化量ＡｍｐＳＬをパティキュレート堆積量ＰＭに応じて変更することなく故障を検知することができる。
【００２７】
なお、等価有効面積Ａｒｅａは、排気ガスの流量及び密度をＱｅｘｈ，ρとし、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後の差圧をΔＰｄｐｆとすると、下式（４）で表される。
【００２８】
Ａｒｅａ＝Ｑｅｘｈ／√（２ρ×ΔＰｄｐｆ）・・・（４）
図１３は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２に一定量のパティキュレートを流入させたときに形成されるディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後の差圧（以下「フィルタ前後差圧」という。）ΔＰｄｐｆと、フィルタエレメント３２１により捕集されずにディーゼルパティキュレートフィルタ３２を通過したパティキュレートの量（以下「パティキュレート吹抜量」という。）Ｑｐｍとを正常時、部分故障時及び完全故障時について示している。正常時には、フィルタエレメント３２１により殆どのパティキュレートが捕集され、大きなフィルタ前後差圧ΔＰｄｐｆ１が形成される。一方、部分故障時には、正常時と比較してフィルタ前後差圧ΔＰｄｐｆにそれ程大きな変化は現れないが、パティキュレート吹抜量Ｑｐｍは数倍に増大する。従って、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２に故障が生じたときは、早期にこれを検知することが重要となる。本実施形態では、前述のように故障を早期に検知し、多量のパティキュレートが大気中に放出されることを防止することができる。
【００２９】
図１４は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における圧力脈動の大きさ（排気ガス圧力の脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐとして検出される。）と、パティキュレート吹抜量Ｑｐｍとの関係を示している。パティキュレート吹抜量Ｑｐｍは、圧力脈動が大きいときほど多くなる。ここで、パティキュレート吹抜量Ｑｐｍは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障が進行するほど増大するものであるので、圧力脈動の大きさに基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障の程度を判断し、基準変化量ＡｍｐＳＬとの比較により故障を検知することができる。
【００３０】
本実施形態により得られる効果をまとめると次のようである。
第１に、非定常変化量として、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における排気ガス圧力の脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐを検出し、これと基準変化量ＡｍｐＳＬとの比較によりディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障を検知することとした。これにより、基準変化量ＡｍｐＳＬをパティキュレート堆積量ＰＭに応じて変更せずとも的確に故障を検知することが可能となる。
【００３１】
第２に、下流側排気ガス圧力の脈動振幅Ｐｅｘｈｏｕｔａｍｐから故障を検知することとした。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障を早期に、すなわち、正常時と比較してフィルタ前後差圧ΔＰｄｐｆにそれ程大きな差が現れない部分故障の段階で検知することが可能となる。
【００３２】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１５は、第２の実施形態に係るパティキュレートフィルタの故障検知装置の構成図である。
【００３３】
本実施形態では、排気通路３１において、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後の差圧ΔＰｄｐｆを検出するための差圧センサ５５が設置されており、その検出信号は、ＥＣＵ６１１に入力される。これ以外にＥＣＵ６１１に入力される信号として、エアフローメータ１３からの吸入空気量検出信号、アクセル開度センサ５２からのアクセル開度検出信号及びクランク角センサ５３からのクランク角位置検出信号が含まれる。ＥＣＵ６１１は、入力した信号に基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ３２に故障が生じたことを検知すると、故障警告灯７１を点灯させる。
【００３４】
図１６は、ＥＣＵ６１１のうちディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障検知に関する部分の構成図である。
故障検知装置の構成は、全体的には第１の実施形態に係るものと同様である。両者の相違は、本実施形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後の差圧ΔＰｄｐｆに相当する電圧ｖΔＰｄｐｆが入力され、脈動振幅演算部２０３において、換算後の差圧ΔＰｄｐｆの最大値及び最小値の差が算出され、これが脈動振幅（「非定常変化量」に相当する。）ΔＰｄｐｆａｍｐとして出力される点にある。これに伴い、比較部２０５では、脈動振幅ΔＰｄｐｆａｍｐが基準変化量ＡｍｐＳＬよりも小さいときに故障が発生したものと判断され、故障検知フラグＦｄｐｆに１が代入されることになる。なお、ここで設定される基準変化量ＡｍｐＳＬは、第１の実施形態に係るものと値自体は異なるが、排気ガス流量Ｑｅｘｈとの関係は同様であり、排気ガス流量Ｑｅｘｈの増大に対して基本値ＡｍｐＳＬＢを２次的に増大させて設定される。
【００３５】
本実施形態によれば、第１の実施形態に関して述べた第１及び第２の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２前後の差圧ΔＰｄｐｆを検出し、非定常変化量としてその脈動振幅ΔＰｄｐｆａｍｐを検出することとしたので、差圧ΔＰｄｐｆの定常成分として、たとえば（１）式と同様な演算により差圧ΔＰｄｐｆの平均値ΔＰｄｐｆａｖｅを算出し、これをディーゼルパティキュレートフィルタ３２の再生時期の判断にそのまま用いることができる。
【００３６】
次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔのサンプリング周期を、エンジン排気脈動周期の半分以下の長さに設定する。図１７は、脈動基本周波数ｆと、要求されるサンプリング周波数ｆｓ及びサンプリング周期Ｔｓとの関係を示している。たとえばエンジン１の気筒数が４であり、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の故障検知時に予測される最高回転数が４８００ｒｐｍである場合を想定すると、脈動基本周波数ｆは、下式（５）により１６０Ｈｚとなる。なお、気筒数をＺとし、エンジン回転数をＮｅとする。
【００３７】
ｆ＝Ｚ×（Ｎｅ／６０）×（１／２）・・・（５）
また、１６０Ｈｚの脈動基本周波数ｆに対してエンジン排気脈動周期の半分の長さの周期を与えるサンプリング周波数ｆｓは、１６０Ｈｚの２倍の３２０Ｈｚであるから、要求されるサンプリング周期Ｔｓは、その逆数である３．１ｍｓとなる。従って、Ｚ＝４、かつＮｅ＝４８００とした場合は、サンプリング周期を３．１ｍｓ以下に設定すればよい。
【００３８】
本実施形態によれば、排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔのサンプリング周期をエンジン排気脈動周期の半分以下の長さに設定したので、排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの脈動に関する情報を理論的に失うことなく（Shannon’s Sampling Theorem）高周波ノイズの影響を回避し、故障の誤検知を防止することができる。
【００３９】
次に、第４の実施形態について説明する。
本実施形態では、エンジン回転数Ｎｅに応じた大きさのフィルタ時定数ｘ３を設定し、圧力センサ５１から入力した電圧ｖＰｅｘｈｏｕｔにこのフィルタ時定数ｘ３によるフィルタリングを施したものが排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔに換算されるように構成する。すなわち、図１８に示すフィルタを圧力換算部１０１に組み込み、下式（６）により電圧ｖＰｅｘｈｏｕｔにフィルタリングを施す。フィルタ時定数ｘ３は、図１９に示すテーブルから検索され、エンジン回転数Ｎｅが高いときほど大きな値に設定される。
【００４０】
ｖＰｅｘｈｏｕｔ＝ｖＰｅｘｈｏｕｔ×ｘ３＋ｖＰｅｘｈｏｕｔ^-1×（１−ｘ３）・・・（６）
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、圧力センサ５１から入力した電圧ｖＰｅｘｈｏｕｔにフィルタリングを施すこととし、その際に用いるフィルタ時定数ｘ３をエンジン回転数Ｎｅが高いときほど大きな値に設定することとした。これにより、エンジン１の高回転時には、排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔの変化に対する検出応答性を確保することができる一方、低回転時には、フィルタを強くかけて高周波ノイズの影響による故障の誤検出を防止することができる。なお、ここではフィルタリングの機能をソフトウェアにより実現する場合を例に説明したが、同様の機能をハードウェアにより実現することも可能である。
【００４１】
次に、第５の実施形態について説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ６１の基盤上に図２０に示すバンドパスフィルタ３０１を設置し、圧力センサ５１から入力した電圧ｖＰｅｘｈｏｕｔから低周波及び高周波ノイズを除去したものを圧力換算部１０１に入力する。バンドパスフィルタ３０１は、多重帰還型バンドパスフィルタとして構成し、入力部３０２を圧力センサ５１に、出力部３０３をＥＣＵ６１のＡＤ変換ポートに接続する。フィルタのカットオフ周波数ｆ０は、図１７のサンプリング周波数、すなわち、エンジン排気脈動周期の半分以下の長さの周期を与える周波数に設定し、コンデンサ容量Ｃ及び各抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５は、下式（７）〜（９）により設定する。
【００４２】
ｆ０＝（１／２πＣ）×√｛（１／Ｒ５）×（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）｝・・・（７）
Ｑ＝（１／２）×√｛Ｒ５×（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）｝・・・（８）
Ａ＝Ｒ５／２Ｒ１・・・（９）
本実施形態に関して、圧力センサ５１、バンドパスフィルタ３０１、圧力換算部１０１及び脈動振幅演算部１０３が非定常変化量検出部を構成する。
【００４３】
本実施形態によれば、高周波ノイズに加えて、電源の電圧変動やグランドの浮きといった低周波ノイズを除去することもできるため、より的確に故障を検知することができる。
【００４４】
なお、第３〜５の実施形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２の下流における排気ガス圧力Ｐｅｘｈｏｕｔを検出する圧力センサ５１を備えるものを例に説明した。しかしながら、フィルタ前後差圧ΔＰｄｐｆを検出する差圧センサ５５を備えるものにおいて、サンプリング周期をエンジン排気脈動周期の半分以下の長さに設定し、エンジン回転数に応じた大きさのフィルタ時定数によるフィルタリングを施し、あるいはバンドパスフィルタを設置しても、それぞれの構成に応じた上記の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るディーゼルエンジンの構成
【図２】同上実施形態に係るパティキュレートフィルタの故障検知装置の構成
【図３】同上故障検知装置としてのＥＣＵの構成
【図４】圧力センサからの出力と排気ガス圧力との関係
【図５】平均圧力演算部の構成
【図６】最大及び最小圧力演算部の構成
【図７】排気ガス流量と基準変化量の基本値との関係
【図８】エンジン回転数及び目標燃料噴射量と基準変化量の補正値との関係
【図９】故障判断部の構成
【図１０】正常時と故障時とにおけるディーゼルパティキュレートフィルタのフィルタエレメントの状態
【図１１】ディーゼルパティキュレートフィルタの下流における圧力脈動の故障による変化
【図１２】ディーゼルパティキュレートフィルタの等価有効面積の故障による変化
【図１３】フィルタ前後差圧及びパティキュレート吹抜量の故障による変化
【図１４】ディーゼルパティキュレートフィルタの下流における圧力脈動とパティキュレート吹抜量との関係
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るパティキュレートフィルタの故障検知装置の構成
【図１６】同上故障検知装置としてのＥＣＵの構成
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る排気ガス状態量のサンプリング周期の設定
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る圧力換算部の構成
【図１９】フィルタ時定数の設定
【図２０】本発明の第５の実施形態に係るバンドパスフィルタの構成
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１２…エアクリーナ、１３…エアフローメータ、１４…コレクタ、２１…インジェクタ、３１…排気通路、３１１…テールパイプ、３２…パティキュレートフィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ、３２１…フィルタエレメント、４１…ＥＧＲ管、４２…ＥＧＲ弁、５１…圧力センサ、５５…差圧センサ、６１，６１１…電子制御ユニット、７１…故障警告灯、３０１…バンドパスフィルタ、Ａ…フィルタエレメントの割れ、Ｂ…フィルタエレメントの目封じの抜け。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a particulate filter failure detection apparatus, and more particularly, to a technique for detecting that a failure such as breakage of a filter element or removal of a seal has occurred in a particulate filter.
[0002]
[Prior art]
As a particulate filter, a ceramic monolith is formed into a honeycomb monolith, and a filter element is formed by alternately sealing the inlet side and the outlet side of the honeycomb-shaped passage, and this is built into the case. It has been. The particulate filter collects particulate matter (hereinafter referred to as “particulate”) and removes it from the exhaust gas when the exhaust gas that has flowed in passes through the walls separating the passages of the filter element. . The following is known as an exhaust gas purifying device for an engine in which such a particulate filter has a function of detecting that a failure such as cracking of a filter element has occurred. That is, a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas is interposed in the exhaust passage of the engine, and an EGR valve for adjusting the flow rate of the EGR gas in the exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as “EGR”) passage. When the EGR valve opening is feedback controlled so that the intake air amount approaches the target value when the EGR valve opening is feedback controlled, and the EGR valve opening exceeds a specified value This is detected as a failure of the particulate filter (Patent Document 1 below).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-207828 (paragraph number 0008)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, this has the following problems. That is, in the particulate filter failure detection by the above-described device, when a failure such as cracking of the filter element occurs in the particulate filter, the pressure loss before and after the particulate filter is reduced and the differential pressure generated between the intake and exhaust systems is reduced. Therefore, this is based on the fact that the EGR valve opening required for keeping the flow rate of the EGR gas constant is larger than that in the normal state. Here, the pressure loss before and after the particulate filter is caused when the amount of particulates accumulated in the particulate filter is small and when more particulates are accumulated, but the particulate filter has failed. Sometimes it takes the same low value. Therefore, in order to discriminate between the two cases, it is necessary to change the threshold value for determining whether normal or failure is in accordance with the accumulation state of the particulates in addition to the operation state of the engine. . On the other hand, if the threshold value is not changed in this way, it is necessary to limit the timing of failure detection in relation to the accumulation state of particulates, and since the frequency of failure detection decreases, there is actually a failure. It is possible that this is not detected.
[0005]
In view of such a situation, the present invention, when a failure such as cracking of the filter element occurs in the particulate filter, compared with the normal time, Exhaust gas state quantity Upstream of the particulate filter Non Based on the technical knowledge that steady changes are transmitted more greatly downstream, a particulate filter failure detection device that can detect failures constantly or in a timely manner, regardless of the particulate accumulation state, and such a function It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying device for a given engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the present invention, This is based on the pulsation upstream of the particulate filter of the exhaust gas state quantity. Downstream of the particulate filter Resulting in the above Of unsteady change of exhaust gas state quantity amplitude The As an unsteady change amount detection In addition, regarding the amplitude of the unsteady change in the exhaust gas state quantity, a reference change amount is set as a threshold value for determining whether the particulate filter is normal or faulty. And The detected unsteady change amount is determined by this reference change amount. It is determined that the particulate filter has failed when it is out of the specified range. You Ru As a particulate filter failure detection device Structure Complete The
[0008]
According to the present invention Of unsteady changes in exhaust gas state quantity downstream of the particulate filter The magnitude of unsteady change that is amplitude To particulate filter failure The Detection You Adopted did Therefore, even when a large amount of particulates is deposited on the particulate filter, , Even when almost no particulates are deposited, it is possible to detect a failure without changing the reference change amount, which is a threshold value, in relation to the state of particulate deposition.
[0009]
In the present invention, Is installed in the exhaust passage of the engine, This The particulate filter that collects the particulates in the exhaust gas discharged from the engine, and the above-mentioned particulate filter that detects a failure of the particulate filter Failure detection Equipment, including Engine exhaust gas purification device Constitution You The
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a direct injection diesel engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 according to a first embodiment of the present invention.
[0011]
In the engine 1, an air cleaner 12 for removing dust in the intake air is attached to the introduction portion of the intake passage 11. An air flow meter 13 for measuring the intake air amount is installed downstream of the air cleaner 12. The intake air that has passed through the air cleaner 12 and the air flow meter 13 flows into the collector 14 and is distributed to each cylinder in the manifold portion.
[0012]
In the engine body, the injector 21 is fixed to the cylinder head so as to face the upper center of the combustion chamber for each cylinder. The fuel system of the engine 1 includes a common rail 22, and fuel pumped by the fuel pump 23 is supplied from the common rail 22 to each injector 21 at a specified pressure. The injector 21 is operated by a fuel injection control signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) which will be described later. The fuel injection by the injector 21 is performed in a plurality of times, and the injector 21 performs pilot injection for reducing the generated particulates in addition to the main injection for controlling the torque of the engine 1, and a diesel particulate which will be described later. When the curate filter 32 is regenerated, post injection is performed to increase the exhaust gas temperature.
[0013]
On the other hand, in the exhaust passage 31, a diesel particulate filter 32 as a particulate filter is installed downstream of the manifold portion. Particulates in the exhaust gas are collected by the porous filter element 321 incorporated in the diesel particulate filter 32 and removed from the exhaust gas when passing through the diesel particulate filter 32. Further, the exhaust passage 31 and the intake passage 11 (here, the collector 14) are connected by an EGR pipe 41 for EGR, and an EGR valve 42 is interposed in the EGR pipe 41. The EGR valve 42 is actuated by an EGR control signal from the ECU 61 so that an appropriate amount of exhaust gas corresponding to the opening degree is recirculated to the intake passage 11.
[0014]
The exhaust gas purification device of the engine 1 configured as described above includes a diesel particulate filter 32, an ECU 61 having various functions as a failure detection device, and various sensors.
[0015]
FIG. 2 is a configuration diagram of the particulate filter failure detection apparatus according to the present embodiment.
In the engine 1, a tail pipe 311 that is a part of the exhaust passage 31 is connected downstream of the diesel particulate filter 32, and a pressure for detecting the exhaust gas pressure Pexhout in the tail pipe 311 is connected to the tail pipe 311. A sensor 51 is installed. An exhaust gas pressure detection signal from the pressure sensor 51 is input to the ECU 61. In addition to this, the ECU 61 also includes an intake air amount detection signal from the air flow meter 13, an accelerator opening detection signal from the accelerator opening sensor 52, and a crank angle from the crank angle sensor 53 as signals indicating the operating state of the engine 1. A position detection signal (based on this, the engine speed Ne is calculated) is input. The ECU 61 determines whether the diesel particulate filter 32 is in a normal state or a failure has occurred based on the input signal. If a failure has occurred, the driver installed in the passenger compartment The failure warning lamp 71 is turned on.
[0016]
FIG. 3 is a configuration diagram of a part related to the failure detection of the diesel particulate filter 32 in the ECU 61.
The ECU 61 inputs a voltage vPexhout having a value corresponding to the magnitude of the exhaust gas pressure Pexhout as an exhaust gas pressure detection signal. The pressure conversion unit 101 receives the voltage vPexhout and converts it into the exhaust gas pressure Pexhout using the table shown in FIG. The average pressure calculation unit 102 is configured as shown in FIG. 5 and receives the exhaust gas pressure Pexhout, and calculates the average value Pexhoutave of the exhaust gas pressure downstream of the diesel particulate filter 32 based on this. That is, the average pressure calculation unit 102 calculates the exhaust gas pressure Pexhout calculated last time of the newly input exhaust gas pressure Pexhout. ^-1 Is weighted and averaged by the following equation (1) to calculate the average exhaust gas pressure Pexoutave. Note that the coefficient x1 for determining the weight is set to a value greater than 0 and 1 or less. The calculated average exhaust gas pressure Pexhouave is used in another routine for determining when to regenerate the diesel particulate filter 32 or the like. The regeneration timing of the diesel particulate filter 32 is determined from the difference between the upstream exhaust gas pressure detected by a pressure sensor (not shown) installed upstream of the diesel particulate filter 32 and the average exhaust gas pressure Pexhoutave. The
[0017]
Pexhoutave = Pexhout × x1 + Pexhout ^-1 × (1-x1) (1)
The pulsation amplitude calculation unit 103 includes a maximum and minimum pressure calculation unit 104 and a subtraction unit, and calculates a pulsation amplitude Pexhoutamp of the exhaust gas pressure Pexhout downstream of the diesel particulate filter 32. The maximum and minimum pressure calculation unit 104 is configured as shown in FIG. 6, and the calculation cycle of the failure detection routine and the set buffer Z ^-1 The maximum value Pexhoutmax and the minimum value Pexhoutmin of the exhaust gas pressure within a time determined in accordance with the number of. Buffer Z ^-1 Is appropriately set in relation to the calculation cycle, the number of cylinders, and the like. For example, the calculation cycle is 10 msec, and five buffers Z ^-1 Is set, the maximum value and the minimum value during 100 msec are calculated. Then, the difference Pexhoutmax−Pexhoutmin is calculated by the subtraction unit, and this is output as a pulsation amplitude (corresponding to “unsteady change amount”) Pexhoutamp to the comparison unit 105 described later.
[0018]
On the other hand, the unit conversion unit 106 inputs the sum of the target fuel injection amount (set to a value corresponding to the accelerator opening) Qf and the inflow air amount Qc to the cylinder as an amount per cylinder and one stroke. Then, this is converted into an amount per unit time by the following equation (2), and output as an exhaust gas flow rate Qexh. The coefficient for unit conversion is K.
[0019]
Qexh = (Qc + Qf) × Ne / K (2)
The reference change amount setting unit 107 receives the exhaust gas flow rate Qexh, and calculates the basic value AmpSLB of the reference change amount as a failure determination threshold value using the table shown in FIG. This table shows the basic value for the increase in the exhaust gas flow rate Qexh so that the increase in the basic value AmpSLB given to the increase in the constant exhaust gas flow rate Qexh increases as the exhaust gas flow rate Qexh increases. AmpSLB is set to increase with a secondary change. The correction value setting unit 108 receives the engine speed Ne and the target fuel injection amount Qf, and calculates a correction value AmpSLC for the basic value AmpSLB from the table shown in FIG. The correction value AmpSLC is set to a larger value as the engine speed Ne is larger and the target fuel injection amount Qf is larger. Then, the sum of the reference change amount basic value AmpSLB and the correction value AmpSLC is calculated by the addition unit, and this sum is output to the comparison unit 105 as the reference change amount AmpSL.
[0020]
The comparison unit 105 inputs the pulsation amplitude Pexoutamp and the reference change amount AmpSL, compares them, and sets the failure detection flag Fdpf to 1 when Pexhoutamp is larger than AmpSL, and 0 when Pexhoutamp is equal to or lower than AmpSL. Is assigned. The failure determination unit 109 is configured as shown in FIG. 9, and the failure detection index I calculated last time of the newly input failure detection flag Fdpf is shown. ^-1 Is set to the failure detection index I by averaging the two values according to the following equation (3). The coefficient x2 that determines weighting is set to a value that is greater than 0 and less than or equal to 1. Then, the failure detection index I is compared with a constant C (0 <C <1). When I is larger than C, 1 is set to the final failure detection flag Fdpf, and when I is C or less, Substitute 0. The ECU 61 turns on the failure warning lamp 71 when the failure detection flag Fdpf is finally set to 1.
[0021]
I = Fdpf × x2 + I ^-1 × (1-x2) (3)
In this embodiment, the pressure sensor 51, the pressure conversion unit 101, and the pulsation amplitude calculation unit 103 (including the maximum and minimum pressure calculation unit 104 and the subtraction unit) serve as the unsteady change amount detection unit and the reference change amount. The setting unit 107, the correction value setting unit 108, and the addition unit downstream thereof constitute a reference change amount setting unit, and the comparison unit 105 and the failure determination unit 109 constitute a failure detection unit.
[0022]
Next, the operation of the particulate filter failure detection apparatus according to the present embodiment will be described.
FIG. 10 shows the state (a) of the filter element 321 of the diesel particulate filter 32 at the normal time and the states (b) and (c) of the filter element 321 at the time of failure detected by the ECU 61. In the present embodiment, a failure due to the partition wall crack A as shown in (b) in the filter element 321 and a failure due to the omission B of the sealing 322 as shown in (c) are detected. The
[0023]
FIG. 11 shows the waveform of the exhaust gas pressure Pexhin detected upstream of the diesel particulate filter 32 during normal operation and failure, and the waveform of the exhaust gas pressure Pexhout detected downstream. (A) for normal operation, (b) and (c) for failure, and divided into partial failure (b) and complete failure (c) according to the degree of failure Yes. Under normal conditions, the pulsation of the exhaust gas pressure Pexhin upstream of the diesel particulate filter 32 is sufficiently attenuated when the exhaust gas passes through the filter element 321. Therefore, the exhaust gas pressure Pexhout detected downstream is indicated by Pexhoutamp1. Thus, the pulsation amplitude is small.
[0024]
When the filter element 321 is cracked or missing a seal and causes a partial failure, a part of the exhaust gas does not go through the partition wall of the filter element 321 but passes through the gap generated by the crack or the like. 32 will be passed. For this reason, the pulsation of the exhaust gas pressure Pexhin upstream of the diesel particulate filter 32 is transmitted downstream, and the pulsation amplitude of the exhaust gas pressure Pexhout increases as indicated by Pexhoutamp2. The ECU 61 determines that a failure has occurred in the diesel particulate filter 32 when the pulsation amplitude Pexputamp larger than the reference change amount AmpSL is detected by the pulsation amplitude calculation unit 103 and the comparison unit 105, and the failure warning lamp 71 is turned on. Let The driver can take measures such as replacing the diesel particulate filter 32 at an early time after the occurrence of the failure by turning on the failure warning lamp 71.
[0025]
FIG. 12 shows the relationship between the amount of particulates deposited on the diesel particulate filter 32 (hereinafter referred to as “particulate deposition amount”) PM and the equivalent effective area Area of the filter element 321 at normal time and failure time. Shows about. In both the normal time and the failure time, the equivalent effective area Area decreases as the particulate deposition amount PM increases. However, there is no significant difference in the equivalent effective area Area for the particulate deposition amount PM1 of the same value between the normal time and the partial failure time, and the pressure loss before and after the diesel particulate filter 32 does not decrease so much. (ΔPdpf1, ΔPdpf2 in FIG. 11). Therefore, when a general method for detecting the failure of the diesel particulate filter 32 from the change in the magnitude of the pressure loss before and after the diesel particulate filter 32 is adopted, at the time of the complete failure where the equivalent effective area Area is further reduced. It is impossible to detect that a failure has occurred, and even if it is detected, a large amount of particulates will be released into the atmosphere. In the present embodiment, the pulsation amplitude Pexhoutam of the exhaust gas pressure Pexhout downstream of the diesel particulate filter 32 p or Therefore, it is possible to detect a failure before reaching a complete failure.
[0026]
Further, the equivalent effective area Area of the same size can take the same value Area1 in a normal state where the particulate deposition amount PM is large and in a failure where the particulate deposition amount PM is smaller than this. Therefore, in the method based on pressure loss before and after the diesel particulate filter 32, it is not possible to determine which of the two is the case, and in order to enable the determination, the threshold values for normality and failure determination are set as particulates. It is necessary to change according to the deposition amount PM. In the present embodiment, the pulsation amplitude Pexhoutam of the downstream side exhaust gas pressure p or Therefore, it is possible to detect a failure without changing the reference change amount AmpSL according to the particulate deposition amount PM.
[0027]
The equivalent effective area Area is expressed by the following equation (4), where Qexh, ρ is the flow rate and density of the exhaust gas, and ΔPdpf is the differential pressure across the diesel particulate filter 32.
[0028]
Area = Qexh / √ (2ρ × ΔPdpf) (4)
FIG. 13 shows the differential pressure before and after the diesel particulate filter 32 (hereinafter referred to as “filter longitudinal differential pressure”) ΔPdpf formed when a certain amount of particulates flows into the diesel particulate filter 32, and the filter element 321. The amount of particulates (hereinafter referred to as “particulate blowout amount”) Qpm that has not been collected by the diesel particulate filter 32 and is passed through the diesel particulate filter 32 is shown for normal, partial failure, and complete failure. When normal, most of the particulates are collected by the filter element 321, and a large filter front-rear differential pressure ΔPdpf1 is formed. On the other hand, at the time of a partial failure, the filter front-rear differential pressure ΔPdpf does not change so much as compared with the normal time, but the particulate blowout amount Qpm increases several times. Therefore, when a failure occurs in the diesel particulate filter 32, it is important to detect this early. In the present embodiment, as described above, a failure can be detected at an early stage, and a large amount of particulates can be prevented from being released into the atmosphere.
[0029]
FIG. 14 shows the relationship between the magnitude of pressure pulsation downstream of the diesel particulate filter 32 (detected as the pulsation amplitude Pexoutamp of the exhaust gas pressure) and the particulate blowout amount Qpm. The particulate blowout amount Qpm increases as the pressure pulsation increases. Here, since the particulate blowout amount Qpm increases as the failure of the diesel particulate filter 32 progresses, the degree of failure of the diesel particulate filter 32 is determined based on the magnitude of the pressure pulsation, and the reference A failure can be detected by comparison with the change amount AmpSL.
[0030]
The effects obtained by this embodiment are summarized as follows.
First, Unsteady change As described above, the pulsation amplitude Pexoutamp of the exhaust gas pressure downstream of the diesel particulate filter 32 is detected, and a failure of the diesel particulate filter 32 is detected by comparing this with the reference change amount AmpSL. As a result, it is possible to accurately detect a failure without changing the reference change amount AmpSL in accordance with the particulate deposition amount PM.
[0031]
Second, the pulsation amplitude Pexoutam of the downstream exhaust gas pressure p or It was decided to detect the failure. As a result, it is possible to detect a failure of the diesel particulate filter 32 at an early stage, that is, at the stage of a partial failure in which no great difference appears in the filter front-rear differential pressure ΔPdpf as compared with the normal time.
[0032]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a configuration diagram of a particulate filter failure detection apparatus according to the second embodiment.
[0033]
In the present embodiment, a differential pressure sensor 55 for detecting a differential pressure ΔPdpf across the diesel particulate filter 32 is installed in the exhaust passage 31, and the detection signal is input to the ECU 611. In addition to this, signals input to the ECU 611 include an intake air amount detection signal from the air flow meter 13, an accelerator opening detection signal from the accelerator opening sensor 52, and a crank angle position detection signal from the crank angle sensor 53. When the ECU 611 detects that a failure has occurred in the diesel particulate filter 32 based on the input signal, the ECU 611 turns on the failure warning lamp 71.
[0034]
FIG. 16 is a configuration diagram of a part of the ECU 611 relating to the failure detection of the diesel particulate filter 32.
The configuration of the failure detection apparatus is generally the same as that according to the first embodiment. The difference between the two is that, in this embodiment, a voltage vΔPdpf corresponding to the differential pressure ΔPdpf before and after the diesel particulate filter 32 is input, and the pulsation amplitude calculation unit 203 determines the difference between the maximum value and the minimum value of the converted differential pressure ΔPdpf. Is calculated and is output as pulsation amplitude (corresponding to “unsteady change amount”) ΔPdpfamp. Accordingly, the comparison unit 205 determines that a failure has occurred when the pulsation amplitude ΔPdpfamp is smaller than the reference change amount AmpSL, and 1 is substituted into the failure detection flag Fdpf. Note that the reference change amount AmpSL set here is different from the value according to the first embodiment, but the relationship with the exhaust gas flow rate Qexh is the same, and the basic change amount increases with respect to the exhaust gas flow rate Qexh. The value AmpSLB is set by increasing it secondarily.
[0035]
According to the present embodiment, in addition to the first and second effects described with respect to the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, since the differential pressure ΔPdpf before and after the diesel particulate filter 32 is detected and the pulsation amplitude ΔPdpfamp is detected as an unsteady change amount, as the steady component of the differential pressure ΔPdpf, for example, an operation similar to the equation (1) Thus, the average value ΔPdpfave of the differential pressure ΔPdpf can be calculated and used as it is for determining the regeneration timing of the diesel particulate filter 32.
[0036]
Next, a third embodiment will be described.
In the present embodiment, the sampling cycle of the exhaust gas pressure Pexhout downstream of the diesel particulate filter 32 is set to a length that is half or less of the engine exhaust pulsation cycle. FIG. 17 shows the relationship between the pulsation basic frequency f and the required sampling frequency fs and sampling period Ts. For example, assuming that the number of cylinders of the engine 1 is 4 and the maximum rotational speed predicted when a failure of the diesel particulate filter 32 is detected is 4800 rpm, the pulsation basic frequency f is 160 Hz according to the following equation (5). . Note that the number of cylinders is Z, and the engine speed is Ne.
[0037]
f = Z × (Ne / 60) × (1/2) (5)
Further, since the sampling frequency fs that gives a period that is half the engine exhaust pulsation period to the pulsation basic frequency f of 160 Hz is 320 Hz that is twice 160 Hz, the required sampling period Ts is the reciprocal thereof. It will be 3.1 ms. Therefore, when Z = 4 and Ne = 4800, the sampling period may be set to 3.1 ms or less.
[0038]
According to the present embodiment, since the sampling period of the exhaust gas pressure Pexhout is set to a length equal to or less than half the engine exhaust pulsation period, information regarding the pulsation of the exhaust gas pressure Pexhout is theoretically lost (Shannon's Sampling Theorem). The influence of high-frequency noise can be avoided and erroneous detection of failure can be prevented.
[0039]
Next, a fourth embodiment will be described.
In this embodiment, a filter time constant x3 having a magnitude corresponding to the engine speed Ne is set, and the voltage vPexhout input from the pressure sensor 51 is filtered by the filter time constant x3 is converted into the exhaust gas pressure Pexhout. To be configured. That is, the filter shown in FIG. 18 is incorporated in the pressure conversion unit 101, and the voltage vPexhout is filtered by the following equation (6). The filter time constant x3 is retrieved from the table shown in FIG. 19, and is set to a larger value as the engine speed Ne is higher.
[0040]
vPexhout = vPexhout × x3 + vPexhout ^-1 × (1-x3) (6)
According to this embodiment, the following effects can be obtained. That is, the voltage vPexhout input from the pressure sensor 51 is filtered, and the filter time constant x3 used at that time is set to a larger value as the engine speed Ne is higher. As a result, when the engine 1 is rotating at high speed, it is possible to ensure detection responsiveness to changes in the exhaust gas pressure Pexhout, while at low speed, the filter is strengthened to prevent erroneous detection of failure due to the influence of high-frequency noise. Can do. Although the case where the filtering function is realized by software has been described here as an example, the same function can also be realized by hardware.
[0041]
Next, a fifth embodiment will be described.
In this embodiment, a band pass filter 301 shown in FIG. 20 is installed on the base of the ECU 61, and the voltage vPexhout inputted from the pressure sensor 51 is removed from the low frequency and high frequency noises and inputted to the pressure conversion unit 101. The bandpass filter 301 is configured as a multiple feedback type bandpass filter, and the input unit 302 is connected to the pressure sensor 51 and the output unit 303 is connected to the AD conversion port of the ECU 61. The cut-off frequency f0 of the filter is set to a sampling frequency in FIG. 17, that is, a frequency that gives a period that is less than half of the engine exhaust pulsation period, and the capacitor capacitance C and the resistance values R1, R2, and R5 are It sets with Formula (7)-(9).
[0042]
f0 = (1 / 2πC) × √ {(1 / R5) × (1 / R1 + 1 / R2)} (7)
Q = (1/2) × √ {R5 × (1 / R1 + 1 / R2)} (8)
A = R5 / 2R1 (9)
Regarding the present embodiment, the pressure sensor 51, the band pass filter 301, the pressure conversion unit 101, and the pulsation amplitude calculation unit 103 constitute an unsteady change amount detection unit.
[0043]
According to this embodiment, in addition to the high-frequency noise, low-frequency noise such as voltage fluctuation of the power supply and floating of the ground can be removed, so that the failure can be detected more accurately.
[0044]
In the third to fifth embodiments, an example is described in which the pressure sensor 51 that detects the exhaust gas pressure Pexhout downstream of the diesel particulate filter 32 is provided. However, in the case of including the differential pressure sensor 55 that detects the differential pressure ΔPdpf before and after the filter, the sampling period is set to a length equal to or less than half of the engine exhaust pulsation period, and filtering is performed with a filter time constant having a magnitude corresponding to the engine speed Even if a band pass filter is provided, the above-described effects according to the respective configurations can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration of a diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration of a particulate filter failure detection apparatus according to the embodiment;
FIG. 3 shows the configuration of the ECU as the failure detection device.
FIG. 4 shows the relationship between the output from the pressure sensor and the exhaust gas pressure.
FIG. 5: Configuration of average pressure calculation unit
FIG. 6 shows the configuration of maximum and minimum pressure calculation units.
FIG. 7 shows the relationship between the exhaust gas flow rate and the basic value of the reference change amount.
FIG. 8 shows the relationship between the engine speed and target fuel injection amount and the reference change amount correction value.
FIG. 9 shows the configuration of a failure determination unit.
FIG. 10 shows the state of the filter element of the diesel particulate filter during normal operation and during failure
[Fig. 11] Change due to failure of pressure pulsation downstream of a diesel particulate filter.
FIG. 12 shows a change in the equivalent effective area of a diesel particulate filter due to a failure.
[Fig. 13] Change due to failure in filter differential pressure before and after and particulate blowout amount
FIG. 14 shows the relationship between the pressure pulsation downstream of the diesel particulate filter and the particulate blowout amount.
FIG. 15 shows the configuration of a particulate filter failure detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 shows the configuration of the ECU as the failure detection device
FIG. 17 shows setting of a sampling period of exhaust gas state quantities according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 18 shows a configuration of a pressure conversion unit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19: Setting filter time constant
FIG. 20 shows a configuration of a bandpass filter according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine, 11 ... Intake passage, 12 ... Air cleaner, 13 ... Air flow meter, 14 ... Collector, 21 ... Injector, 31 ... Exhaust passage, 311 ... Tail pipe, 32 ... Diesel particulate filter as a particulate filter, 321 ... Filter element, 41 ... EGR pipe, 42 ... EGR valve, 51 ... Pressure sensor, 55 ... Differential pressure sensor, 61, 611 ... Electronic control unit, 71 ... Fault warning light, 301 ... Band pass filter, A ... Filter element Cracks, B ... The filter element is unsealed.

Claims

An apparatus for detecting a failure of a particulate filter that collects particulates in exhaust gas,
Unsteady change amount detecting means for detecting, as a non-steady change amount, an amplitude of the unsteady change of the exhaust gas state amount , which occurs downstream of the particulate filter based on a pulsation upstream of the particulate filter of the exhaust gas state amount; ,
A reference change amount setting means for setting a reference change amount serving as a threshold value for determining whether the particulate filter is normal or faulty with respect to the amplitude of the unsteady change in the exhaust gas state quantity;
Failure detection means for determining that a failure has occurred in the particulate filter when the unsteady change amount detected by the non-steady change amount detection means is out of a specified range defined by a reference change amount. Particulate filter failure detection device.

The unsteady change amount detecting means is configured to include a means for detecting the exhaust gas pressure downstream of the particulate filter, the amplitude of unsteady change in the exhaust gas pressure detected by the means as the unsteady variation Detect
2. The particulates according to claim 1, wherein the failure detection means determines that a failure has occurred in the particulate filter when the unsteady change detected by the non-steady change detection means exceeds a reference change. Filter failure detection device.

The unsteady change amount detecting means is configured to include a means for detecting the differential pressure across the particulate filter, the detecting the amplitude of the non-stationary changes of the detected differential pressure by the means as unsteady variation,
2. The particulates according to claim 1, wherein the failure detection means determines that a failure has occurred in the particulate filter when the unsteady change amount detected by the unsteady change amount detection means falls below a reference change amount. Filter failure detection device.

Is interposed in an exhaust passage of an engine, a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas discharged from this engine,
An engine exhaust gas purification device comprising: the failure detection device according to any one of claims 1 to 3 that detects a failure of the particulate filter.

5. The engine exhaust gas purification device according to claim 4, wherein the unsteady change amount detecting means detects an unsteady change amount by detecting an exhaust gas state amount in a cycle having a length of half or less of an engine exhaust pulsation cycle. .

The unsteady change amount detecting means sets a filter time constant having a magnitude corresponding to the engine speed, and the newly detected exhaust gas state quantity is filtered by the filter time constant as an exhaust gas state quantity. Item 6. The exhaust gas purifying device for an engine according to Item 4 or 5.

The unsteady change amount detecting means is configured to include a band-pass filter, wherein the exhaust gas state quantity after removal of the predetermined frequency component in any one of claims 4-6 to detect the unsteady variation Engine exhaust gas purification device.

Engine according to any one of constituted claims 4-7 comprising the further means for urging the corresponding operator of the engine receives the judgment of those failures in the failure particulate filter by sensing means has occurred Exhaust gas purification device.

A device for detecting a failure of a particulate filter that collects particulates in exhaust gas,
Unsteady change amount detecting means for detecting the magnitude of the unsteady change in the exhaust gas state quantity downstream of the particulate filter as the unsteady change amount;
A reference change amount setting means for setting a reference change amount serving as a threshold value for determining whether the particulate filter is normal or faulty with respect to the magnitude of the unsteady change in the exhaust gas state quantity;
Failure detection means for determining that a failure has occurred in the particulate filter when the unsteady change amount detected by the non-steady change amount detection means is out of a specified range defined by a reference change amount. And
The unsteady change amount detecting means includes means for detecting a differential pressure before and after the particulate filter, and detects the unsteady change magnitude of the differential pressure detected by the means as the unsteady change amount. ,
The failure detection means is a particulate filter failure detection device that determines that a failure has occurred in the particulate filter when the detected non-steady change amount falls below a reference change amount.

A particulate filter interposed in the exhaust passage of the engine and collecting particulates in the exhaust gas discharged from the engine;
An engine exhaust gas purification device comprising: the failure detection device according to claim 9 that detects a failure of the particulate filter.

A particulate filter interposed in the exhaust passage of the engine and collecting particulates in the exhaust gas discharged from the engine;
A failure detection device that detects a failure of the particulate filter,
The failure detection device is
Unsteady change amount detecting means for detecting the magnitude of the unsteady change in the exhaust gas state quantity downstream of the particulate filter as the unsteady change amount;
A reference change amount setting means for setting a reference change amount serving as a threshold value for determining whether the particulate filter is normal or faulty with respect to the magnitude of the unsteady change in the exhaust gas state quantity;
Failure detection means for determining that a failure has occurred in the particulate filter when the unsteady change amount detected by the non-steady change amount detection means is out of a specified range defined by a reference change amount. And
The non-steady change amount detecting means is an engine exhaust gas purifying device for detecting an exhaust gas state quantity in a cycle having a length of half or less of an engine exhaust pulsation cycle and detecting the non-steady change amount.

The unsteady change amount detecting means sets a filter time constant having a magnitude corresponding to the engine speed, and the newly detected exhaust gas state quantity is filtered by the filter time constant as an exhaust gas state quantity. Item 12. The exhaust gas purifying device for an engine according to Item 10 or 11.

The non-steady change amount detecting means includes a band-pass filter, and detects the non-steady change amount from an exhaust gas state amount after removing a predetermined frequency component. Engine exhaust gas purification device.

The engine exhaust according to any one of claims 10 to 13, further comprising means for prompting an engine operator to take a response in response to a determination that a failure has occurred in the particulate filter by the failure detection means. Gas purification device.