JP4225022B2 - 排気捕集装置用異常検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気捕集装置のための異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを捕集する技術として、排気通路に設けられたゼオライト触媒からＮＯｘが放出されるときに、その排気通路に接続された捕集容器に排気ガスを捕集する排気処理装置がある（特許文献１又は２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０５３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４７２２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の公報には、捕集容器が破損する等の異常が発生した場合の対策については開示も示唆もない。もし、捕集容器が破損すれば、有害物質が含まれる排気ガスを適切に捕集することが困難になる。
【０００５】
そこで、本発明は、捕集装置の異常を検出することが可能な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】
本発明の第１の捕集装置用異常検出装置は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量として前記捕集容器内の圧力を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記捕集装置による排気ガスの捕集中に前記検出手段の検出する圧力の上昇の程度が所定の基準値よりも小さいときに前記捕集装置に異常が生じていると判定するとともに、前記捕集装置による排気ガスの保持中に前記検出手段の検出する圧力が所定の基準値より低下したときに前記捕集装置に異常が生じていると判定することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の第１の捕集装置用異常検出装置によれば、捕集状態に相関して変化する物理量として捕集容器内の圧力を検出することから、捕集装置の異常を検出することが可能である。これにより、捕集装置の異常に対応した種々の措置を講ずることが可能となる。例えば異常が検出されたときに捕集を中止するようなフェールセーフ装置を捕集装置に設けることが可能となる。捕集装置の異常には、捕集容器内に排気ガスを捕集できない状態、捕集容器内に排気ガスを保持できない状態、捕集容器内の排気ガスを排出することができない状態が含まれる。さらに、捕集が可能であっても予定した量の捕集ができない等、排気ガスの捕集、保持、排出を予定通りできない状態も含まれる。
【０００８】
また、捕集容器内の圧力を検出するため、捕集容器が破損して排気ガスが漏れている異常だけでなく、弁やポンプ等の捕集等のための各手段の動作不良により排気ガスの捕集が予定通り行われない異常を検出することが可能である。しかも、排気ガスを蓄えるべき捕集容器内の圧力を直接検出するため、正確に捕集装置の異常を検出することが可能である。
【０００９】
さらに、保持中において捕集容器内の圧力は一定に保たれるべきところその圧力を検出することから、捕集容器から微量の排気ガスが徐々に漏れていくような、比較的軽微な捕集装置の異常も検出可能である。所定の基準値は予め所定の値を設定しておいてもよいし、内燃機関の燃焼状態や捕集装置の制御状態等に関する種々の情報に基づいて適宜設定してもよい。
【００１０】
本発明の第２の捕集装置用異常検出装置は、車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、を備え、前記物理量として前記車両の室内における特定の物質の濃度を検出し、前記特定の物質の濃度が所定の基準値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集装置に異常が生じていると判定することにより、上述した課題を解決する（請求項２）。第２の捕集装置用異常検出装置によれば、漏れた排気ガスが車室内に侵入するような異常を確実に検出し、ドライバーの安全に万全を期すことが可能である。特定の物質は、大気中よりも排気ガスに多く含まれる物質であればよく、例えば、ＣＯ、ＮＯｘ、ＨＣでよい。ここで、車の走行状態等の種々の条件によっては、排気通路を介して正常に排出した排気ガスや、他車の排出した排気ガス等の影響により高い濃度を検出する場合がある。このような場合でも、特定の物質の濃度が所定の濃度よりも高いことに加え、他の条件が満たされたときに異常が生じたと判定することにより、濃度が高いことの原因が捕集装置の異常によるものか、他の要因によるものかを区別し、異常検出に正確を期すことが可能である。他の条件としては、例えば、捕集中であること、捕集量が所定量以上であること、周囲に他車が存在しないこと、アイドリング中でないこと等の条件を設定してもよい。
【００１１】
本発明の第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段は、前記捕集装置が排気ガスを捕集中又は保持中であって、かつ、前記検出手段の検出する前記特定の物質の濃度が所定の基準値よりも高いときに、前記捕集装置に異常が生じていると判定してもよい（請求項３）。この場合、捕集装置の異常以外の要因によって高い濃度が検出されたときに、捕集装置に異常が生じたと誤って判定することを防止可能である。
【００１２】
本発明の第１又は第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集装置による排気ガスの捕集を禁止するための処理を実行する実行手段を備えてもよい（請求項４）。この場合、排気ガスの捕集を禁止することにより、排気ガスの漏れる状況を新たに生じさせることがない。さらに、捕集中に異常を検出したときには、即座に捕集を中止することにより、漏れの量を軽減することが可能である。
【００１３】
本発明の第１又は第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集容器内の排気ガスを前記捕集容器から排出するための処理を実行する実行手段を備えてもよい（請求項５）。この場合、捕集した排気ガスを捕集容器から排出することにより、更に捕集ガスが漏れることを防止し、ドライバーの安全を図ることが可能である。捕集容器からの排出は、吸気通路へ排出してもよいし、排気通路へ排出してもよいし、大気へ直接排出してもよい。ポンプ等の加圧手段を利用して排出してもよいし、捕集容器内の圧力や吸気負圧を利用して排出してもよい。
【００１４】
本発明の第１又は第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集容器内の排気ガスを前記排気通路に還流させるための処理を実行する実行手段を備えてもよい（請求項６）。この場合、捕集した排気ガスを排気通路に還流させることから、吸気通路に還流させる場合のように、排気ガスが内燃機関の燃焼状態に及ぼす影響を考慮する必要がなく、短時間に捕集容器内の排気ガスを排出することが可能である。なお、排気通路に設けられた触媒の上流側に還流させることにより、還流させた排気ガスを浄化してから大気へ放出するようにしてもよい。
【００１５】
本発明の第３の捕集装置用異常検出装置は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、捕集した排気ガスの前記排気通路を介した大気への放出を制御するための第１の弁手段と、捕集した排気ガスの前記排気通路を介さない大気への放出を制御するための第２の弁手段と、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記排気通路を介さない大気への放出により捕集した排気ガスを大気へ放出するように前記第２の弁手段の制御を実行する実行手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項７）。第３の捕集装置用異常検出装置によれば、捕集ガスを捕集容器から大気へ直接排出することから、吸気通路に還流する場合のように内燃機関の燃焼状態に影響を及ぼすことがなく、排気通路に還流する場合のように排気圧力に抵抗して排気通路へ排出する必要もなく、速やかに排出することが可能である。なお、大気への直接の排出と、吸気通路や排気通路への排出とを併用してもよい。
【００１６】
本発明の第４の捕集装置用異常検出装置は、車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記車両に搭載された空調装置を外気導入モードに設定するための処理を実行する実行手段を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項８）。第４の捕集装置用異常検出装置によれば、車室内に排気ガスが滞留することを防止し、ユーザの安全を確実に確保することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の捕集装置用異常検出装置の第１の実施形態を示す。図１において、内燃機関１は４つのシリンダ２…２が直列に配置された４気筒エンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、吸気量調整用のスロットルバルブ６が、排気通路４には排気浄化用の触媒７がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１には各シリンダ２に対応してインジェクタ（燃料噴射弁）８…８が設けられている。インジェクタ８は吸気通路３に燃料を噴射するように設けられてもよいし、シリンダ２内に燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１は火花点火式又は自着火式のいずれでもよい。触媒７としては三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等を利用可能である。
【００１９】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９により制御される。ＥＣＵ９は、例えばマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサーからの出力信号を参照して内燃機関１の運転状態の制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。ＥＣＵ９と接続されるセンサとしては、例えば吸入空気量に対応した信号を出力するスロットルセンサ、排気ガス中の酸素量に対応した信号を出力するＯ２センサ等がある。また、ＥＣＵ９によって動作が制御される機器としては例えばインジェクタ８等がある。
【００２０】
内燃機関１の始動時の有害物質の排出量を削減するため、内燃機関１は排気捕集装置２０を備えている（以下、単に「捕集装置２０」ということがある。）。排気捕集装置２０は、所定量の排気ガスを蓄えることが可能な捕集容器２１と、その捕集容器２１と排気通路４とを接続する排気ガス取出し通路２２と、捕集容器２１から排気ガスを吸気通路３に還流させるための吸気側導入通路２３と、捕集容器２１から排気ガスを触媒７の上流側の排気通路４に還流させるための排気側導入通路２４と、排気ガス取り出し通路２２と排気通路４との接続位置下流の排気通路４に設けられた切替弁２５と、排気ガス取り出し通路２２と捕集容器２１との接続位置に設けられたリード弁２６と、吸気側導入通路２３を開閉する開閉弁２７と、排気側導入通路２４を開閉する調圧弁２８とを備えている。
【００２１】
排気取り出し通路２２は触媒７よりも下流側において排気通路４から分岐する。切替弁２５は、切替弁２５よりもさらに下流側への排気ガスの通過を許可する排気放出位置と、その通過を制限することにより排気ガスを排気取り出し通路２２に導入する排気捕集位置との間で切り替え可能である。切替弁２５は排気捕集位置において、下流側の排気通路４への排気ガスの全量の通過を禁止してもよいし、一部の排気ガスの通過を許容してもよい。
【００２２】
リード弁２６は、排気ガス取り出し通路２２を閉じる位置と、捕集容器２１側へ押し開かれた位置との間で切り替え可能である。従って、リード弁２６は、排気ガス取り出し通路２２内の圧力が捕集容器２１内の圧力よりも高い場合には、排気ガス取り出し通路２２内の圧力によって押し開かれて、排気ガス取り出し通路２２から捕集容器２１への排気ガスの通過を許可する。一方、捕集容器２１内の圧力が排気ガス取り出し通路２２内の圧力よりも高い場合には、捕集容器２１内の圧力によって閉じられて、捕集容器２１から排気ガス取り出し通路２２への排気ガスの通過を禁止する。なお、排気ガス取り出し通路２２内の圧力と捕集容器内２１内の圧力との圧力差が所定の値以上にならないと開かれないように、リード弁２６を閉じる位置へと付勢するスプリング等の付勢手段を設けてもよい。
【００２３】
捕集容器２１は、内燃機関１の始動時から触媒７の活性状態が所定レベルに達するまでの排気ガスの総排出量に相当する容量を備えている。捕集容器１１は金属製の箱のように容積不変の剛体容器として構成されてもよいし、容積可変のバッグ状に構成されてもよい。排気ガス取り出し通路２２、排気側導入通路２３、及び吸気側導入通路２４は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。
【００２４】
吸気側導入通路２３は吸気通路３に接続されている。開閉弁２７が開かれることにより、捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが吸気通路３に導入される。
【００２５】
排気側導入通路２４は排気通路４に接続されている。調圧弁２８が開かれることにより、捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが排気通路４に導入される。調圧弁２８は、例えば、図２に示すように、筒部２８ａと、筒部２８ａの内部の端に設けられたスプリング２８ｂと、スプリング２８ｂに取り付けられ、筒部２８ａの内部を筒部２８ａに沿った方向に移動可能な弁２８ｃとを備える。スプリング２８ｂが収納されているスペースは、大気又は排気通路の排気ガスを導入可能に構成されている。このため、弁２８ｃは、捕集容器２１内の圧力の変動に伴って、捕集容器２１内の圧力によって押される力とスプリング２８ｂの復原力とが釣り合う位置に移動する。すなわち、捕集容器２１内の圧力が所定圧力以下の場合には、図２（ａ）に示すように、弁２８ｃは捕集容器２１から排気側導入通路２４への排気ガスの導入を阻止する位置となる。捕集容器２１内の圧力が所定圧力よりも大きくなった場合には、図２（ｂ）に示すように、弁２８ｃは捕集容器２１から排気側導入通路２４への排気ガスの導入を許可する位置となる。従って、捕集容器２１の捕集限界を超えた量の排気ガスを捕集した場合でも、所定圧力まで捕集容器２１内の圧力が上昇すると自動的に調圧弁２８を介して排気ガスが還流され、捕集容器２１の破損が防止される。
【００２６】
図１の切替弁２５及び開閉弁２７の動作はＥＣＵ９によって制御される。ＥＣＵ９は内燃機関１の始動時には切替弁２５を排気捕集位置とするとともに、開閉弁２７を閉じて排気ガスを捕集する。所定の捕集終了条件が満たされると、ＥＣＵ９は切替弁２５を排気放出位置とし、捕集を終了する。その後、所定の還流開始条件が満たされるまで開閉弁２７を閉じたままとし、捕集した排気ガスを捕集容器２１内に保持する。還流開始条件が満たされるとＥＣＵ９は開閉弁２７を開いて捕集した排気ガスの還流を開始する。なお、捕集終了条件、還流開始条件には触媒７が暖気され、所定の活性レベルに到達することが含まれる。
【００２７】
捕集装置２０には、異常検出装置３０が取り付けられる。異常検出装置３０は、検出手段として圧力センサ３１を備える。圧力センサ３１は捕集容器２１に取り付けられ、捕集容器２１内の圧力に対応した信号をＥＣＵ９に出力する。そして、ＥＣＵ９は異常検出装置３０の判定手段及び実行手段として機能し、捕集装置２０の異常を検出する。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ９が実行する異常検出処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば、車両のイグニッションスイッチをオン（以下、ＩＧ ＯＮ）した時点で開始され、その後、所定の周期（例えば１秒）で繰返し実行される。
【００２９】
まず、ＥＣＵ９は、現在捕集装置２０が捕集中又は保持中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。捕集中及び保持中のいずれでもないと判定した場合は処理を終了する。捕集中又は保持中であると判定した場合は、検出した圧力の変化が捕集中又は保持中の圧力の変化として適切なものか否かを判定する（ステップＳ２）。圧力の変化が適切でないと判定した場合には、排気捕集装置２１に異常が発生したとみなし、ステップＳ３にて所定の処理を実行する。圧力の変化が適切であると判定した場合には、ステップＳ３をスキップして処理を終了する。
【００３０】
以上の処理によれば、検出した圧力の変化が捕集装置に対する制御に対応して生じるべき圧力の変化か否かにより、捕集装置２０の異常を検出することが可能である。なお、ＥＣＵ９はステップＳ１、Ｓ２では判定手段として機能し、ステップＳ３では実行手段として機能する。
【００３１】
ステップＳ２では、検出した圧力の変化が図４（ａ）〜（ｃ）の破線Ｌ２で示すような変化である場合に異常と判定してよい。図４では、横軸は時間を、縦軸は捕集容器２１内の圧力を示しており、内燃機関１は時刻ｔ０で始動する。捕集装置２０に異常が生じていない場合には、実線Ｌ１で示すように、排気ガスを捕集している間（時刻ｔ０〜ｔ１）、捕集容器２１内の圧力は捕集量の増加に伴って比例的に増加する。排気ガスを保持している間（時刻ｔ１〜ｔ２）は捕集容器２１内の圧力は一定に保たれる。時刻ｔ２で還流が開始されると捕集容器２１内の圧力は低下する（時刻ｔ２〜ｔ３）。
【００３２】
これに対して、切替弁２５の動作不良、捕集容器２１の破損等の異常が生じた場合、図４（ａ）に示すように、捕集中においては圧力の上昇の程度が小さくなる。さらには、捕集容器２１から排気ガスが漏れている場合には、漏れの量が捕集量を上回り、捕集容器内の圧力が上昇しなくなる。従って、ステップＳ２では、捕集中であるにも拘らず、圧力の上昇の程度が所定の基準値よりも小さいとき、又は、圧力が全く上昇しないときに異常と判定してもよい。この場合、所定の基準値は予め設定しておいてもよいし、切替弁２５の制御状態等に基づいて適宜推定してもよい。また、図４（ｂ）に示すように、捕集容器２１が破裂したような場合には、急激に捕集容器２１内の圧力が低下する。従って、捕集中又は保持中に捕集容器２１内の圧力が低下し、かつ、その低下の程度が所定の基準値よりも大きいときに異常と判定してもよい。さらに、図４（ｃ）に示すように、捕集容器２１に小さな穴があいた場合、開閉弁２７等の弁手段の密閉性が劣化した場合等には、長時間に渡って徐々に圧力が低下する。従って、捕集ガスの保持中に、捕集容器２１内の圧力が所定の基準値よりも低下した場合に異常が生じたと判定してもよい。
【００３３】
ステップＳ３の所定の処理としては、例えば、捕集終了条件が満たされたか否かに拘らず、切替弁２５を排気放出位置として捕集を禁止してもよい。還流開始条件が満たされたか否かに拘らず、開閉弁２７を開いて捕集ガスを吸気通路３へ還流してもよい。調圧弁２８としてＥＣＵ９による制御によって開閉可能なものを設けた場合には、調圧弁２８を開くことにより排気通路４へ還流してもよい。
【００３４】
ステップＳ１にて捕集中又は保持中であるか否かを判定し、ステップＳ２にて捕集及び保持に対応した圧力変化であるか否かを判定したが、ステップＳ１にて還流中であるか否かを判定し、ステップＳ２にて還流に対応した圧力変化であるか否かを判定してもよい。
【００３５】
また、内燃機関１の始動時に排気ガスを捕集する捕集装置に本発明の異常検出装置を適用して例示したが、内燃機関１の燃焼状態や有害物質の排出状態等の種々の状態に応じて排気ガスを捕集する捕集装置にも本発明の異常検出装置は適用可能である。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５、図６を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。但し、図５において図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。図５に示す実施形態は、圧力センサ３１が設けられていない代わりに、ＣＯセンサ４０が設けられている点において図１の実施形態と異なる。また、捕集容器２１に緊急弁４１が設けられている点において図１の実施形態と異なる。なお、第２の実施形態において、開閉弁２７及び調圧弁２８は第１の弁手段として、緊急弁４１は第２の弁手段として機能する。
【００３７】
ＣＯセンサ４０は、車室内に取り付けられ、車室内のＣＯ濃度に対応した信号をＥＣＵ９に出力する。緊急弁４１は、ＥＣＵ９によって制御され、捕集した排気ガスを捕集容器２１から排気通路４を介さずに直接大気へ放出するために設けられた排出口を開閉可能である。緊急弁４１が開かれることにより、捕集容器２１内の排気ガスは直接大気へ放出される。なお、排気ガスを所定の放出位置へ導く管体を捕集容器２１に取り付け、その管体に緊急弁４１を設けてもよい。
【００３８】
図６は、ＥＣＵ９が実行する異常検出処理の手順を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ９は、現在捕集装置２０が捕集中又は保持中であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。捕集中及び保持中のいずれでもないと判定した場合は処理を終了する。捕集中又は保持中であると判定した場合は、検出したＣＯ濃度が所定の基準値より大きいか否か判定する（ステップＳ２２）。基準値より大きいと判定した場合には、排気捕集装置２１に異常が発生したとみなし、ステップＳ２３にて所定の処理を実行する。基準値以下と判定した場合には、ステップＳ２３をスキップして処理を終了する。
【００３９】
以上の処理によれば、漏れた捕集ガスが車室内に侵入したときに捕集装置２０の異常を検出することが可能である。なお、ＥＣＵ９はステップＳ２１、Ｓ２２では判定手段として機能し、ステップＳ２３では実行手段として機能する。
【００４０】
ステップＳ２３では、第１の実施形態のステップＳ３と同様の処理を実行してもよいし、さらに、緊急弁４１を開放し、早期に捕集容器２１内の排気ガスを排出してドライバーの安全を確保してもよい。
【００４１】
なお、ＣＯセンサ４０を第１の実施形態に設け、圧力センサ３１の検出結果に基づく判定と、ＣＯセンサ４０の検出結果に基づく判定とを併用してもよいし、緊急弁４１を第１の実施形態に設けてもよい。
【００４２】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００４３】
検出手段の圧力検出位置は、捕集容器内に限定されず、捕集等に伴って圧力が変動する位置であればよい。すなわち、物理量として排気ガスの圧力を検出可能な位置であればよい。例えば、排気通路４、排気取り出し通路２２ように排気ガスの捕集に伴って圧力が上昇するような排気ガスの流路内でもよいし、吸気側導入通路２３、排気側導入通路２４のように排気ガスの排出に伴って圧力が上昇するような排気ガスの流路内でもよい。ここで、圧力検出位置を排気通路４とした場合には、捕集容器２１内に設けた場合に比較して、内燃機関１の燃焼状態を正確に把握することができるというメリットや、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）を装備したときに設けられる圧力センサ等、捕集装置の有無に拘らず設けられる圧力センサを利用することができるというメリットがある。
【００４４】
判定手段による圧力に基づく異常の有無の判定については、第１の実施形態に例示したものも含め、種々の方法により判定することが可能である。例えば、検出手段の検出する圧力と正常時の圧力との比較に基づいて、捕集装置に異常が生じているか否かを判定してもよい。正常時の圧力は、排気ガスの捕集、保持、排出に対応して生じるべき圧力であり、判定手段は、圧力の絶対値を比較してもよいし、圧力の変化を比較してもよい。圧力の変化を比較する場合には、変化のパターンを比較してもよいし、変化の程度を比較してもよい。正常時の圧力の絶対値や変化の程度は、予め所定の値を設定しておいてもよいし、種々の情報に基づいて適宜推定してもよい。正常時の圧力の推定には、種々の推定方法を利用できる。例えば、エアフローメーターや排気通路４等に設けられた流量計等の検出結果に基づいて推定してもよいし、切替弁２５及び開閉弁２７の開放又は閉鎖した時間等の各手段の制御状態に基づいて推定してもよい。圧力を直接推定してもよいし、排気ガスの捕集量や温度等の圧力に影響を及ぼす物理量を推定し、その推定結果から推定してもよい。
【００４５】
特定の物質の濃度の検出位置は車室内に限定されず、捕集装置から漏れた排気ガスを検出し得る場所であればよい。例えば、車体内部の捕集容器付近でもよい。特定の物質はＣＯに限定されず、排気ガスと大気中とで濃度が異なる物質であればよい。ＮＯｘ、ＨＣ等の大気中よりも排気ガスに多く含まれるものでもよいし、逆にＯ２等の排気ガスよりも大気中に多く含まれるものでもよい。前者の場合にはその濃度が所定値以上になったことにより排気ガスの漏れを検出可能であり、後者の場合にはその濃度が所定値以下になったことにより排気ガスの漏れを検出可能である。また、特定の物質は有害な物質であってもよいし、無害な物質であってもよい。１種類の物質に限定せず、数種類の物質を纏めて特定の物質として濃度を検出してもよい。なお、第２の実施形態のように、特定の物質をＣＯとした場合、排気ガスに含まれるＣＯの割合はＨＣ、ＮＯｘ等の他の物質よりも大きいことから、排気ガスの漏れを感度よく検出することが可能である。また、ＣＯは一酸化炭素中毒の原因となるものであるから、ドライバーにとっては他の物質よりも危険である。従って、ドライバーの安全をより確実に確保することが可能である。
【００４６】
判定手段が捕集容器に異常が生じていると判定したとき、実行手段は所定の処理として種々の処理を実行可能である。例えば、所定の処理として、車両の室内に外気を導入するための処理を実行してもよい。室内への外気の導入は種々の方法が可能であるが、車窓を強制的に開放して外気を導入してもよいし、空調装置を外気導入モードに設定して外気を導入してもよい。空調装置を外気導入モードに設定する場合、ドライバーの空調装置に対する操作を受け付ける操作部の設定が内気循環であっても、車室への空気導入方法を内気循環と外気循環との間で切り替えるアクチュエーターを駆動して、強制的に外気循環に切り替えてもよいし、さらに、空調装置の風量調整用のファンを駆動して、積極的に多量の外気を導入するようにしてもよい。
【００４７】
また、実行手段は所定の処理として、捕集装置の異常を運転者に報知するための処理を実行してもよい。この場合、車室内の換気や運転の停止等の自己の安全を確保するための処置を運転者に促すことが可能であるとともに、捕集装置の点検、修理を促すことも可能である。異常の報知は、インジケータを車室内に設けて表示する等、ユーザが視覚的に認識できる方法で行ってもよいし、警告音を鳴らす等、ユーザが聴覚的に認識できる方法で行ってもよい。
【００４８】
本発明は、捕集装置の異常を検出する装置に関るものであるが、図７に示すような捕集ガスの漏れ防止機能を強化した捕集装置と組み合わせることにより、より確実に有害物質の大気への放出を防止することが可能である。
【００４９】
図７（ａ）に示す捕集装置は、排気通路４と、排気取り出し通路２２との接続位置に設けられた切替弁５０を備える。切替弁５０は内燃機関１から排出される排気ガスを切替弁５０より下流の排気通路４に導く排気放出位置と、排気ガス取り出し通路２２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。切替弁５０は排気放出位置とされている間、排気取り出し通路２２から排気通路４への排気ガスの流入を防止する機能も有する。従って、このような切替弁５０を設けた場合には、リード弁２６は本来不要である。しかし、図７（ａ）に示す捕集装置はリード弁２６を備え、切替弁５０及びリード弁２６により捕集した排気ガスが排気通路４へ逆流することを２重に防止している。従って、有害物質を含む捕集ガスの大気への放出を確実に防止することが可能である。
【００５０】
図７（ｂ）に示す捕集装置は、リード弁２６の代わりにＥＣＵ９によって制御される開閉弁５１が設けられている点で、図７（ａ）に示す捕集装置と異なる。この場合も、切替弁５０及び開閉弁５１により捕集した排気ガスが排気通路４へ逆流することを２重に防止可能である。ここで、切替弁５０は常に排出される排気ガスにさらされるため、すす等の微粒子が付着し、密閉度の高いものを用いることが困難な場合がある。しかし、排気取り出し通路２２に密閉度の高い開閉弁５１を設けることにより、確実に捕集ガスの逆流を防止することが可能である。また、開閉弁５１の取り付け位置は切替弁５０の取り付け位置よりも下流であり、かつ、捕集時に排気ガスが導入されるだけであるので、開閉弁５１の耐熱温度は切替弁５０よりも低くてよい。従って、開閉弁５１は切替弁５０よりも安価なものを用いることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の捕集装置用異常検出装置によれば、捕集状態に相関して変化する物理量を検出することから、捕集装置の異常を検出することが可能である。これにより、捕集装置の異常に対応した種々の措置を講ずることが可能となる。例えば異常が検出されたときに捕集を中止するようなフェールセーフ装置を捕集装置に設けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る捕集装置用異常検出装置の構成を示す図。
【図２】図１の調圧弁の詳細を示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する異常検出処理の手順を示すフローチャート。
【図４】捕集装置に異常が生じたときの捕集容器内の圧力の経時変化を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る捕集装置用異常検出装置の構成を示す図。
【図６】図５のＥＣＵが実行する異常検出処理の手順を示すフローチャート。
【図７】捕集したガスの漏れ防止機能を強化した捕集装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ 排気通路
７ 触媒
９ ＥＣＵ（判定手段、実行手段）
２０ 捕集装置
２１ 捕集容器
２２ 排気取り出し通路
２３ 吸気側導入通路
２４ 排気側導入通路
２５ 切替弁
２６ リード弁
２７ 開閉弁（第１の弁手段）
２８ 調圧弁（第１の弁手段）
３０ 異常検出装置
３１ 圧力センサ
４０ ＣＯセンサ
４１ 緊急弁（第２の弁手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気捕集装置のための異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを捕集する技術として、排気通路に設けられたゼオライト触媒からＮＯｘが放出されるときに、その排気通路に接続された捕集容器に排気ガスを捕集する排気処理装置がある（特許文献１又は２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０５３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４７２２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の公報には、捕集容器が破損する等の異常が発生した場合の対策については開示も示唆もない。もし、捕集容器が破損すれば、有害物質が含まれる排気ガスを適切に捕集することが困難になる。
【０００５】
そこで、本発明は、捕集装置の異常を検出することが可能な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】
本発明の第１の捕集装置用異常検出装置は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量として前記捕集容器内の圧力を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記捕集装置による排気ガスの捕集中に前記検出手段の検出する圧力の上昇の程度が所定の基準値よりも小さいときに前記捕集装置に異常が生じていると判定するとともに、前記捕集装置による排気ガスの保持中に前記検出手段の検出する圧力が所定の基準値より低下したときに前記捕集装置に異常が生じていると判定することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の第１の捕集装置用異常検出装置によれば、捕集状態に相関して変化する物理量として捕集容器内の圧力を検出することから、捕集装置の異常を検出することが可能である。これにより、捕集装置の異常に対応した種々の措置を講ずることが可能となる。例えば異常が検出されたときに捕集を中止するようなフェールセーフ装置を捕集装置に設けることが可能となる。捕集装置の異常には、捕集容器内に排気ガスを捕集できない状態、捕集容器内に排気ガスを保持できない状態、捕集容器内の排気ガスを排出することができない状態が含まれる。さらに、捕集が可能であっても予定した量の捕集ができない等、排気ガスの捕集、保持、排出を予定通りできない状態も含まれる。
【０００８】
また、捕集容器内の圧力を検出するため、捕集容器が破損して排気ガスが漏れている異常だけでなく、弁やポンプ等の捕集等のための各手段の動作不良により排気ガスの捕集が予定通り行われない異常を検出することが可能である。しかも、排気ガスを蓄えるべき捕集容器内の圧力を直接検出するため、正確に捕集装置の異常を検出することが可能である。
【０００９】
さらに、保持中において捕集容器内の圧力は一定に保たれるべきところその圧力を検出することから、捕集容器から微量の排気ガスが徐々に漏れていくような、比較的軽微な捕集装置の異常も検出可能である。所定の基準値は予め所定の値を設定しておいてもよいし、内燃機関の燃焼状態や捕集装置の制御状態等に関する種々の情報に基づいて適宜設定してもよい。
【００１０】
本発明の第２の捕集装置用異常検出装置は、車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、を備え、前記物理量として前記車両の室内における特定の物質の濃度を検出し、前記特定の物質の濃度が所定の基準値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集装置に異常が生じていると判定することにより、上述した課題を解決する（請求項２）。第２の捕集装置用異常検出装置によれば、漏れた排気ガスが車室内に侵入するような異常を確実に検出し、ドライバーの安全に万全を期すことが可能である。特定の物質は、大気中よりも排気ガスに多く含まれる物質であればよく、例えば、ＣＯ、ＮＯｘ、ＨＣでよい。ここで、車の走行状態等の種々の条件によっては、排気通路を介して正常に排出した排気ガスや、他車の排出した排気ガス等の影響により高い濃度を検出する場合がある。このような場合でも、特定の物質の濃度が所定の濃度よりも高いことに加え、他の条件が満たされたときに異常が生じたと判定することにより、濃度が高いことの原因が捕集装置の異常によるものか、他の要因によるものかを区別し、異常検出に正確を期すことが可能である。他の条件としては、例えば、捕集中であること、捕集量が所定量以上であること、周囲に他車が存在しないこと、アイドリング中でないこと等の条件を設定してもよい。
【００１１】
本発明の第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段は、前記捕集装置が排気ガスを捕集中又は保持中であって、かつ、前記検出手段の検出する前記特定の物質の濃度が所定の基準値よりも高いときに、前記捕集装置に異常が生じていると判定してもよい（請求項３）。この場合、捕集装置の異常以外の要因によって高い濃度が検出されたときに、捕集装置に異常が生じたと誤って判定することを防止可能である。
【００１２】
本発明の第１又は第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集装置による排気ガスの捕集を禁止するための処理を実行する実行手段を備えてもよい（請求項４）。この場合、排気ガスの捕集を禁止することにより、排気ガスの漏れる状況を新たに生じさせることがない。さらに、捕集中に異常を検出したときには、即座に捕集を中止することにより、漏れの量を軽減することが可能である。
【００１３】
本発明の第１又は第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集容器内の排気ガスを前記捕集容器から排出するための処理を実行する実行手段を備えてもよい（請求項５）。この場合、捕集した排気ガスを捕集容器から排出することにより、更に捕集ガスが漏れることを防止し、ドライバーの安全を図ることが可能である。捕集容器からの排出は、吸気通路へ排出してもよいし、排気通路へ排出してもよいし、大気へ直接排出してもよい。ポンプ等の加圧手段を利用して排出してもよいし、捕集容器内の圧力や吸気負圧を利用して排出してもよい。
【００１４】
本発明の第１又は第２の捕集装置用異常検出装置において、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集容器内の排気ガスを前記排気通路に還流させるための処理を実行する実行手段を備えてもよい（請求項６）。この場合、捕集した排気ガスを排気通路に還流させることから、吸気通路に還流させる場合のように、排気ガスが内燃機関の燃焼状態に及ぼす影響を考慮する必要がなく、短時間に捕集容器内の排気ガスを排出することが可能である。なお、排気通路に設けられた触媒の上流側に還流させることにより、還流させた排気ガスを浄化してから大気へ放出するようにしてもよい。
【００１５】
本発明の第３の捕集装置用異常検出装置は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、捕集した排気ガスの前記排気通路を介した大気への放出を制御するための第１の弁手段と、捕集した排気ガスの前記排気通路を介さない大気への放出を制御するための第２の弁手段と、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記排気通路を介さない大気への放出により捕集した排気ガスを大気へ放出するように前記第２の弁手段の制御を実行する実行手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項７）。第３の捕集装置用異常検出装置によれば、捕集ガスを捕集容器から大気へ直接排出することから、吸気通路に還流する場合のように内燃機関の燃焼状態に影響を及ぼすことがなく、排気通路に還流する場合のように排気圧力に抵抗して排気通路へ排出する必要もなく、速やかに排出することが可能である。なお、大気への直接の排出と、吸気通路や排気通路への排出とを併用してもよい。
【００１６】
本発明の第４の捕集装置用異常検出装置は、車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記車両に搭載された空調装置を外気導入モードに設定するための処理を実行する実行手段を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項８）。第４の捕集装置用異常検出装置によれば、車室内に排気ガスが滞留することを防止し、ユーザの安全を確実に確保することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の捕集装置用異常検出装置の第１の実施形態を示す。図１において、内燃機関１は４つのシリンダ２…２が直列に配置された４気筒エンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、吸気量調整用のスロットルバルブ６が、排気通路４には排気浄化用の触媒７がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１には各シリンダ２に対応してインジェクタ（燃料噴射弁）８…８が設けられている。インジェクタ８は吸気通路３に燃料を噴射するように設けられてもよいし、シリンダ２内に燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１は火花点火式又は自着火式のいずれでもよい。触媒７としては三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等を利用可能である。
【００１９】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９により制御される。ＥＣＵ９は、例えばマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサーからの出力信号を参照して内燃機関１の運転状態の制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。ＥＣＵ９と接続されるセンサとしては、例えば吸入空気量に対応した信号を出力するスロットルセンサ、排気ガス中の酸素量に対応した信号を出力するＯ２センサ等がある。また、ＥＣＵ９によって動作が制御される機器としては例えばインジェクタ８等がある。
【００２０】
内燃機関１の始動時の有害物質の排出量を削減するため、内燃機関１は排気捕集装置２０を備えている（以下、単に「捕集装置２０」ということがある。）。排気捕集装置２０は、所定量の排気ガスを蓄えることが可能な捕集容器２１と、その捕集容器２１と排気通路４とを接続する排気ガス取出し通路２２と、捕集容器２１から排気ガスを吸気通路３に還流させるための吸気側導入通路２３と、捕集容器２１から排気ガスを触媒７の上流側の排気通路４に還流させるための排気側導入通路２４と、排気ガス取り出し通路２２と排気通路４との接続位置下流の排気通路４に設けられた切替弁２５と、排気ガス取り出し通路２２と捕集容器２１との接続位置に設けられたリード弁２６と、吸気側導入通路２３を開閉する開閉弁２７と、排気側導入通路２４を開閉する調圧弁２８とを備えている。
【００２１】
排気取り出し通路２２は触媒７よりも下流側において排気通路４から分岐する。切替弁２５は、切替弁２５よりもさらに下流側への排気ガスの通過を許可する排気放出位置と、その通過を制限することにより排気ガスを排気取り出し通路２２に導入する排気捕集位置との間で切り替え可能である。切替弁２５は排気捕集位置において、下流側の排気通路４への排気ガスの全量の通過を禁止してもよいし、一部の排気ガスの通過を許容してもよい。
【００２２】
リード弁２６は、排気ガス取り出し通路２２を閉じる位置と、捕集容器２１側へ押し開かれた位置との間で切り替え可能である。従って、リード弁２６は、排気ガス取り出し通路２２内の圧力が捕集容器２１内の圧力よりも高い場合には、排気ガス取り出し通路２２内の圧力によって押し開かれて、排気ガス取り出し通路２２から捕集容器２１への排気ガスの通過を許可する。一方、捕集容器２１内の圧力が排気ガス取り出し通路２２内の圧力よりも高い場合には、捕集容器２１内の圧力によって閉じられて、捕集容器２１から排気ガス取り出し通路２２への排気ガスの通過を禁止する。なお、排気ガス取り出し通路２２内の圧力と捕集容器内２１内の圧力との圧力差が所定の値以上にならないと開かれないように、リード弁２６を閉じる位置へと付勢するスプリング等の付勢手段を設けてもよい。
【００２３】
捕集容器２１は、内燃機関１の始動時から触媒７の活性状態が所定レベルに達するまでの排気ガスの総排出量に相当する容量を備えている。捕集容器１１は金属製の箱のように容積不変の剛体容器として構成されてもよいし、容積可変のバッグ状に構成されてもよい。排気ガス取り出し通路２２、排気側導入通路２３、及び吸気側導入通路２４は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。
【００２４】
吸気側導入通路２３は吸気通路３に接続されている。開閉弁２７が開かれることにより、捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが吸気通路３に導入される。
【００２５】
排気側導入通路２４は排気通路４に接続されている。調圧弁２８が開かれることにより、捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが排気通路４に導入される。調圧弁２８は、例えば、図２に示すように、筒部２８ａと、筒部２８ａの内部の端に設けられたスプリング２８ｂと、スプリング２８ｂに取り付けられ、筒部２８ａの内部を筒部２８ａに沿った方向に移動可能な弁２８ｃとを備える。スプリング２８ｂが収納されているスペースは、大気又は排気通路の排気ガスを導入可能に構成されている。このため、弁２８ｃは、捕集容器２１内の圧力の変動に伴って、捕集容器２１内の圧力によって押される力とスプリング２８ｂの復原力とが釣り合う位置に移動する。すなわち、捕集容器２１内の圧力が所定圧力以下の場合には、図２（ａ）に示すように、弁２８ｃは捕集容器２１から排気側導入通路２４への排気ガスの導入を阻止する位置となる。捕集容器２１内の圧力が所定圧力よりも大きくなった場合には、図２（ｂ）に示すように、弁２８ｃは捕集容器２１から排気側導入通路２４への排気ガスの導入を許可する位置となる。従って、捕集容器２１の捕集限界を超えた量の排気ガスを捕集した場合でも、所定圧力まで捕集容器２１内の圧力が上昇すると自動的に調圧弁２８を介して排気ガスが還流され、捕集容器２１の破損が防止される。
【００２６】
図１の切替弁２５及び開閉弁２７の動作はＥＣＵ９によって制御される。ＥＣＵ９は内燃機関１の始動時には切替弁２５を排気捕集位置とするとともに、開閉弁２７を閉じて排気ガスを捕集する。所定の捕集終了条件が満たされると、ＥＣＵ９は切替弁２５を排気放出位置とし、捕集を終了する。その後、所定の還流開始条件が満たされるまで開閉弁２７を閉じたままとし、捕集した排気ガスを捕集容器２１内に保持する。還流開始条件が満たされるとＥＣＵ９は開閉弁２７を開いて捕集した排気ガスの還流を開始する。なお、捕集終了条件、還流開始条件には触媒７が暖気され、所定の活性レベルに到達することが含まれる。
【００２７】
捕集装置２０には、異常検出装置３０が取り付けられる。異常検出装置３０は、検出手段として圧力センサ３１を備える。圧力センサ３１は捕集容器２１に取り付けられ、捕集容器２１内の圧力に対応した信号をＥＣＵ９に出力する。そして、ＥＣＵ９は異常検出装置３０の判定手段及び実行手段として機能し、捕集装置２０の異常を検出する。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ９が実行する異常検出処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば、車両のイグニッションスイッチをオン（以下、ＩＧ ＯＮ）した時点で開始され、その後、所定の周期（例えば１秒）で繰返し実行される。
【００２９】
まず、ＥＣＵ９は、現在捕集装置２０が捕集中又は保持中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。捕集中及び保持中のいずれでもないと判定した場合は処理を終了する。捕集中又は保持中であると判定した場合は、検出した圧力の変化が捕集中又は保持中の圧力の変化として適切なものか否かを判定する（ステップＳ２）。圧力の変化が適切でないと判定した場合には、排気捕集装置２１に異常が発生したとみなし、ステップＳ３にて所定の処理を実行する。圧力の変化が適切であると判定した場合には、ステップＳ３をスキップして処理を終了する。
【００３０】
以上の処理によれば、検出した圧力の変化が捕集装置に対する制御に対応して生じるべき圧力の変化か否かにより、捕集装置２０の異常を検出することが可能である。なお、ＥＣＵ９はステップＳ１、Ｓ２では判定手段として機能し、ステップＳ３では実行手段として機能する。
【００３１】
ステップＳ２では、検出した圧力の変化が図４（ａ）〜（ｃ）の破線Ｌ２で示すような変化である場合に異常と判定してよい。図４では、横軸は時間を、縦軸は捕集容器２１内の圧力を示しており、内燃機関１は時刻ｔ０で始動する。捕集装置２０に異常が生じていない場合には、実線Ｌ１で示すように、排気ガスを捕集している間（時刻ｔ０〜ｔ１）、捕集容器２１内の圧力は捕集量の増加に伴って比例的に増加する。排気ガスを保持している間（時刻ｔ１〜ｔ２）は捕集容器２１内の圧力は一定に保たれる。時刻ｔ２で還流が開始されると捕集容器２１内の圧力は低下する（時刻ｔ２〜ｔ３）。
【００３２】
これに対して、切替弁２５の動作不良、捕集容器２１の破損等の異常が生じた場合、図４（ａ）に示すように、捕集中においては圧力の上昇の程度が小さくなる。さらには、捕集容器２１から排気ガスが漏れている場合には、漏れの量が捕集量を上回り、捕集容器内の圧力が上昇しなくなる。従って、ステップＳ２では、捕集中であるにも拘らず、圧力の上昇の程度が所定の基準値よりも小さいとき、又は、圧力が全く上昇しないときに異常と判定してもよい。この場合、所定の基準値は予め設定しておいてもよいし、切替弁２５の制御状態等に基づいて適宜推定してもよい。また、図４（ｂ）に示すように、捕集容器２１が破裂したような場合には、急激に捕集容器２１内の圧力が低下する。従って、捕集中又は保持中に捕集容器２１内の圧力が低下し、かつ、その低下の程度が所定の基準値よりも大きいときに異常と判定してもよい。さらに、図４（ｃ）に示すように、捕集容器２１に小さな穴があいた場合、開閉弁２７等の弁手段の密閉性が劣化した場合等には、長時間に渡って徐々に圧力が低下する。従って、捕集ガスの保持中に、捕集容器２１内の圧力が所定の基準値よりも低下した場合に異常が生じたと判定してもよい。
【００３３】
ステップＳ３の所定の処理としては、例えば、捕集終了条件が満たされたか否かに拘らず、切替弁２５を排気放出位置として捕集を禁止してもよい。還流開始条件が満たされたか否かに拘らず、開閉弁２７を開いて捕集ガスを吸気通路３へ還流してもよい。調圧弁２８としてＥＣＵ９による制御によって開閉可能なものを設けた場合には、調圧弁２８を開くことにより排気通路４へ還流してもよい。
【００３４】
ステップＳ１にて捕集中又は保持中であるか否かを判定し、ステップＳ２にて捕集及び保持に対応した圧力変化であるか否かを判定したが、ステップＳ１にて還流中であるか否かを判定し、ステップＳ２にて還流に対応した圧力変化であるか否かを判定してもよい。
【００３５】
また、内燃機関１の始動時に排気ガスを捕集する捕集装置に本発明の異常検出装置を適用して例示したが、内燃機関１の燃焼状態や有害物質の排出状態等の種々の状態に応じて排気ガスを捕集する捕集装置にも本発明の異常検出装置は適用可能である。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５、図６を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。但し、図５において図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。図５に示す実施形態は、圧力センサ３１が設けられていない代わりに、ＣＯセンサ４０が設けられている点において図１の実施形態と異なる。また、捕集容器２１に緊急弁４１が設けられている点において図１の実施形態と異なる。なお、第２の実施形態において、開閉弁２７及び調圧弁２８は第１の弁手段として、緊急弁４１は第２の弁手段として機能する。
【００３７】
ＣＯセンサ４０は、車室内に取り付けられ、車室内のＣＯ濃度に対応した信号をＥＣＵ９に出力する。緊急弁４１は、ＥＣＵ９によって制御され、捕集した排気ガスを捕集容器２１から排気通路４を介さずに直接大気へ放出するために設けられた排出口を開閉可能である。緊急弁４１が開かれることにより、捕集容器２１内の排気ガスは直接大気へ放出される。なお、排気ガスを所定の放出位置へ導く管体を捕集容器２１に取り付け、その管体に緊急弁４１を設けてもよい。
【００３８】
図６は、ＥＣＵ９が実行する異常検出処理の手順を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ９は、現在捕集装置２０が捕集中又は保持中であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。捕集中及び保持中のいずれでもないと判定した場合は処理を終了する。捕集中又は保持中であると判定した場合は、検出したＣＯ濃度が所定の基準値より大きいか否か判定する（ステップＳ２２）。基準値より大きいと判定した場合には、排気捕集装置２１に異常が発生したとみなし、ステップＳ２３にて所定の処理を実行する。基準値以下と判定した場合には、ステップＳ２３をスキップして処理を終了する。
【００３９】
以上の処理によれば、漏れた捕集ガスが車室内に侵入したときに捕集装置２０の異常を検出することが可能である。なお、ＥＣＵ９はステップＳ２１、Ｓ２２では判定手段として機能し、ステップＳ２３では実行手段として機能する。
【００４０】
ステップＳ２３では、第１の実施形態のステップＳ３と同様の処理を実行してもよいし、さらに、緊急弁４１を開放し、早期に捕集容器２１内の排気ガスを排出してドライバーの安全を確保してもよい。
【００４１】
なお、ＣＯセンサ４０を第１の実施形態に設け、圧力センサ３１の検出結果に基づく判定と、ＣＯセンサ４０の検出結果に基づく判定とを併用してもよいし、緊急弁４１を第１の実施形態に設けてもよい。
【００４２】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００４３】
検出手段の圧力検出位置は、捕集容器内に限定されず、捕集等に伴って圧力が変動する位置であればよい。すなわち、物理量として排気ガスの圧力を検出可能な位置であればよい。例えば、排気通路４、排気取り出し通路２２ように排気ガスの捕集に伴って圧力が上昇するような排気ガスの流路内でもよいし、吸気側導入通路２３、排気側導入通路２４のように排気ガスの排出に伴って圧力が上昇するような排気ガスの流路内でもよい。ここで、圧力検出位置を排気通路４とした場合には、捕集容器２１内に設けた場合に比較して、内燃機関１の燃焼状態を正確に把握することができるというメリットや、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）を装備したときに設けられる圧力センサ等、捕集装置の有無に拘らず設けられる圧力センサを利用することができるというメリットがある。
【００４４】
判定手段による圧力に基づく異常の有無の判定については、第１の実施形態に例示したものも含め、種々の方法により判定することが可能である。例えば、検出手段の検出する圧力と正常時の圧力との比較に基づいて、捕集装置に異常が生じているか否かを判定してもよい。正常時の圧力は、排気ガスの捕集、保持、排出に対応して生じるべき圧力であり、判定手段は、圧力の絶対値を比較してもよいし、圧力の変化を比較してもよい。圧力の変化を比較する場合には、変化のパターンを比較してもよいし、変化の程度を比較してもよい。正常時の圧力の絶対値や変化の程度は、予め所定の値を設定しておいてもよいし、種々の情報に基づいて適宜推定してもよい。正常時の圧力の推定には、種々の推定方法を利用できる。例えば、エアフローメーターや排気通路４等に設けられた流量計等の検出結果に基づいて推定してもよいし、切替弁２５及び開閉弁２７の開放又は閉鎖した時間等の各手段の制御状態に基づいて推定してもよい。圧力を直接推定してもよいし、排気ガスの捕集量や温度等の圧力に影響を及ぼす物理量を推定し、その推定結果から推定してもよい。
【００４５】
特定の物質の濃度の検出位置は車室内に限定されず、捕集装置から漏れた排気ガスを検出し得る場所であればよい。例えば、車体内部の捕集容器付近でもよい。特定の物質はＣＯに限定されず、排気ガスと大気中とで濃度が異なる物質であればよい。ＮＯｘ、ＨＣ等の大気中よりも排気ガスに多く含まれるものでもよいし、逆にＯ２等の排気ガスよりも大気中に多く含まれるものでもよい。前者の場合にはその濃度が所定値以上になったことにより排気ガスの漏れを検出可能であり、後者の場合にはその濃度が所定値以下になったことにより排気ガスの漏れを検出可能である。また、特定の物質は有害な物質であってもよいし、無害な物質であってもよい。１種類の物質に限定せず、数種類の物質を纏めて特定の物質として濃度を検出してもよい。なお、第２の実施形態のように、特定の物質をＣＯとした場合、排気ガスに含まれるＣＯの割合はＨＣ、ＮＯｘ等の他の物質よりも大きいことから、排気ガスの漏れを感度よく検出することが可能である。また、ＣＯは一酸化炭素中毒の原因となるものであるから、ドライバーにとっては他の物質よりも危険である。従って、ドライバーの安全をより確実に確保することが可能である。
【００４６】
判定手段が捕集容器に異常が生じていると判定したとき、実行手段は所定の処理として種々の処理を実行可能である。例えば、所定の処理として、車両の室内に外気を導入するための処理を実行してもよい。室内への外気の導入は種々の方法が可能であるが、車窓を強制的に開放して外気を導入してもよいし、空調装置を外気導入モードに設定して外気を導入してもよい。空調装置を外気導入モードに設定する場合、ドライバーの空調装置に対する操作を受け付ける操作部の設定が内気循環であっても、車室への空気導入方法を内気循環と外気循環との間で切り替えるアクチュエーターを駆動して、強制的に外気循環に切り替えてもよいし、さらに、空調装置の風量調整用のファンを駆動して、積極的に多量の外気を導入するようにしてもよい。
【００４７】
また、実行手段は所定の処理として、捕集装置の異常を運転者に報知するための処理を実行してもよい。この場合、車室内の換気や運転の停止等の自己の安全を確保するための処置を運転者に促すことが可能であるとともに、捕集装置の点検、修理を促すことも可能である。異常の報知は、インジケータを車室内に設けて表示する等、ユーザが視覚的に認識できる方法で行ってもよいし、警告音を鳴らす等、ユーザが聴覚的に認識できる方法で行ってもよい。
【００４８】
本発明は、捕集装置の異常を検出する装置に関るものであるが、図７に示すような捕集ガスの漏れ防止機能を強化した捕集装置と組み合わせることにより、より確実に有害物質の大気への放出を防止することが可能である。
【００４９】
図７（ａ）に示す捕集装置は、排気通路４と、排気取り出し通路２２との接続位置に設けられた切替弁５０を備える。切替弁５０は内燃機関１から排出される排気ガスを切替弁５０より下流の排気通路４に導く排気放出位置と、排気ガス取り出し通路２２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。切替弁５０は排気放出位置とされている間、排気取り出し通路２２から排気通路４への排気ガスの流入を防止する機能も有する。従って、このような切替弁５０を設けた場合には、リード弁２６は本来不要である。しかし、図７（ａ）に示す捕集装置はリード弁２６を備え、切替弁５０及びリード弁２６により捕集した排気ガスが排気通路４へ逆流することを２重に防止している。従って、有害物質を含む捕集ガスの大気への放出を確実に防止することが可能である。
【００５０】
図７（ｂ）に示す捕集装置は、リード弁２６の代わりにＥＣＵ９によって制御される開閉弁５１が設けられている点で、図７（ａ）に示す捕集装置と異なる。この場合も、切替弁５０及び開閉弁５１により捕集した排気ガスが排気通路４へ逆流することを２重に防止可能である。ここで、切替弁５０は常に排出される排気ガスにさらされるため、すす等の微粒子が付着し、密閉度の高いものを用いることが困難な場合がある。しかし、排気取り出し通路２２に密閉度の高い開閉弁５１を設けることにより、確実に捕集ガスの逆流を防止することが可能である。また、開閉弁５１の取り付け位置は切替弁５０の取り付け位置よりも下流であり、かつ、捕集時に排気ガスが導入されるだけであるので、開閉弁５１の耐熱温度は切替弁５０よりも低くてよい。従って、開閉弁５１は切替弁５０よりも安価なものを用いることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の捕集装置用異常検出装置によれば、捕集状態に相関して変化する物理量を検出することから、捕集装置の異常を検出することが可能である。これにより、捕集装置の異常に対応した種々の措置を講ずることが可能となる。例えば異常が検出されたときに捕集を中止するようなフェールセーフ装置を捕集装置に設けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る捕集装置用異常検出装置の構成を示す図。
【図２】図１の調圧弁の詳細を示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する異常検出処理の手順を示すフローチャート。
【図４】捕集装置に異常が生じたときの捕集容器内の圧力の経時変化を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る捕集装置用異常検出装置の構成を示す図。
【図６】図５のＥＣＵが実行する異常検出処理の手順を示すフローチャート。
【図７】捕集したガスの漏れ防止機能を強化した捕集装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ 排気通路
７ 触媒
９ ＥＣＵ（判定手段、実行手段）
２０ 捕集装置
２１ 捕集容器
２２ 排気取り出し通路
２３ 吸気側導入通路
２４ 排気側導入通路
２５ 切替弁
２６ リード弁
２７ 開閉弁（第１の弁手段）
２８ 調圧弁（第１の弁手段）
３０ 異常検出装置
３１ 圧力センサ
４０ ＣＯセンサ
４１ 緊急弁（第２の弁手段）
Claims (8)
- 内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、
前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量として前記捕集容器内の圧力を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段は、前記捕集装置による排気ガスの捕集中に前記検出手段の検出する圧力の上昇の程度が所定の基準値よりも小さいときに前記捕集装置に異常が生じていると判定するとともに、前記捕集装置による排気ガスの保持中に前記検出手段の検出する圧力が所定の基準値より低下したときに前記捕集装置に異常が生じていると判定することを特徴とする捕集装置用異常検出装置。 - 車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、
前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記物理量として前記車両の室内における特定の物質の濃度を検出し、前記特定の物質の濃度が所定の基準値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集装置に異常が生じていると判定することを特徴とする捕集装置用異常検出装置。 - 前記判定手段は、前記捕集装置が排気ガスを捕集中又は保持中であって、かつ、前記検出手段の検出する前記特定の物質の濃度が所定の基準値よりも高いときに、前記捕集装置に異常が生じていると判定することを特徴とする請求項２に記載の捕集装置用異常検出装置。
- 前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集装置による排気ガスの捕集を禁止するための処理を実行する実行手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の捕集装置用異常検出装置。
- 前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集容器内の排気ガスを前記捕集容器から排出するための処理を実行する実行手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の捕集装置用異常検出装置。
- 前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記捕集容器内の排気ガスを前記排気通路に還流させるための処理を実行する実行手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の捕集装置用異常検出装置。
- 内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、
前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、
捕集した排気ガスの前記排気通路を介した大気への放出を制御するための第１の弁手段と、
捕集した排気ガスの前記排気通路を介さない大気への放出を制御するための第２の弁手段と、
前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記排気通路を介さない大気への放出により捕集した排気ガスを大気へ放出するように前記第２の弁手段の制御を実行する実行手段と、
を備えることを特徴とする捕集装置用異常検出装置。 - 車両に搭載された内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、保持することが可能な捕集装置のための異常検出装置において、
前記捕集装置による排気ガスの捕集状態に相関して変化する物理量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記捕集装置に異常が生じているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記捕集装置に異常が生じていると判定したときに、前記車両に搭載された空調装置を外気導入モードに設定するための処理を実行する実行手段と、
を備えることを特徴とする捕集装置用異常検出装置。
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