JP5540927B2 - 差圧センサの故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサの故障検出装置に関する。

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する場合もある）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する場合もある）を設ける場合がある。また、フィルタにおけるＰＭ堆積量を推定し、該ＰＭ堆積量が所定量以上となったときに、該フィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去する技術が知られている。

排気通路にフィルタを設けた場合、さらに、該フィルタの前後差圧（即ち、フィルタの直上流と直下流との排気圧力の差）を検出する差圧センサを排気通路に設ける場合がある。フィルタにおけるＰＭ堆積量が増加すると、フィルタの前後差圧が大きくなる。そのため、差圧センサの検出値を利用して、フィルタにおけるＰＭ堆積量を推定することができる。

特許文献１には、差圧センサの検出値を利用したＰＭトラッパの故障検出に関する技術が記載されている。この特許文献１に記載の技術では、差圧センサの雰囲気温度が所定の温度範囲に入るような内燃機関の２つの異なる運転状態におけるＰＭトラッパの前後差圧の変化量に基づいてＰＭトラッパの故障を検出する。

特許文献２には、差圧センサが検出するフィルタの前後差圧によりＰＭ堆積量を推定する差圧推定、あるいは、内燃機関の運転履歴からＰＭ堆積量を推定する履歴推定のいずれかにより、フィルタにおけるＰＭ堆積量を推定する技術が記載されている。この特許文献２に記載の技術では、フィルタにおけるアッシュの堆積量が所定値を超えると、履歴推定によりＰＭ堆積量を推定する。

特開２００７−３２７３９２号公報 特開２００８−０５７４４３号公報 特開２００９−２２１８６２号公報 特開２００６−００２７３６号公報

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタの前後差圧を検出する差圧センサの故障を検出することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明では、フィルタの前後の排気の温度差（以下、単にフィルタの前後温度差と称する場合もある）に基づいて推定したＰＭ堆積量と、差圧センサの検出値に基づいて推定したＰＭ堆積量とを比較することで、差圧センサに故障が生じたか否かを判別する。

より詳しくは、本発明に係る差圧センサの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧
センサの故障を検出する故障検出装置であって、
前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する際に、前記パティキュレートフィルタを昇温させる昇温手段と、
前記パティキュレートフィルタの前後の排気の温度差を取得する温度差取得手段と、
前記昇温手段による前記パティキュレートフィルタの昇温を停止した後の所定期間中に、前記パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量を前記温度差取得手段によって取得される排気の温度差に基づいて推定する温度差ＰＭ堆積量推定手段と、
前記昇温手段による前記パティキュレートフィルタの昇温を停止した後の前記所定期間中に、前記パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量を前記差圧センサの検出値に基づいて推定する差圧ＰＭ堆積量推定手段と、
前記温度差ＰＭ堆積量推定手段と前記差圧ＰＭ堆積量推定手段とによる同時期のＰＭ堆積量の推定値の差が所定の閾値より大きい場合、前記差圧センサに故障が生じていると判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする。

昇温手段によるフィルタの昇温を停止した後も、フィルタにおけるＰＭの酸化は暫くの間継続する。本発明に係る所定期間とは、フィルタにおけるＰＭの酸化が継続している期間のことである。該所定期間中においては、フィルタの前後温度差に基づいてＰＭ堆積量を推定することができる。

そこで、本発明に係る故障検出装置では、該所定期間中の同時期における、フィルタの前後温度差に基づくＰＭ堆積量の推定値とフィルタの前後差圧に基づくＰＭ堆積量の推定値とを比較する。これらの値の差が、許容範囲の上限値である所定の閾値より大きい場合は、差圧センサに故障が生じていると判断することができる。

本発明によれば、差圧センサの故障を検出することができる。

実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る、昇温制御の実行停止後における、フィルタに流入する排気の温度及びフィルタから流出する排気の温度の推移を示すタイムチャートである。 実施例に係る差圧センサの故障検出のフローを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンの排気通路に設けられた差圧センサの故障検出に適用した場合を例に挙げて説明する。尚、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンであってもよい。

［内燃機関の吸排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。

吸気通路２にはエアフローメータ４及びスロットル弁５が設けられている。エアフロー
メータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、該吸気通路２を流通する吸気の流量を調節する。

排気通路３には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ６が設けられている。フィルタ６より上流側の排気通路３には、前段触媒として酸化触媒７が設けられている。尚、前段触媒は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であればよい。酸化触媒７より上流側の排気通路３には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁８が設けられている。

また、排気通路３には、フィルタ６の前後差圧を検出する差圧センサ１３が設けられている。さらに、酸化触媒７とフィルタ６との間の排気通路３には、上流側排気温度センサ１４が設けられている。フィルタ６より下流側の排気通路３には、下流側排気温度センサ１５が設けられている。上流側及び下流側排気温度センサ１４，１５は排気通路３を流れる排気の温度を検出する。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、差圧センサ１３、上流側排気温度センサ１４、及び下流側排気温度センサ１５が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１のクランクポジションセンサ１１、及び内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出することができる。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出することができる。

さらに、ＥＣＵ１０には、スロットル弁５及び燃料添加弁８が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。

［フィルタ再生処理］
フィルタ６には、該フィルタ６に捕集された排気中のＰＭが徐々に堆積する。本実施例においては、フィルタ６に堆積したＰＭを除去するためにフィルタ再生処理が実行される。本実施例に係るフィルタ再生処理は、燃料添加弁８から排気中に燃料を添加することでフィルタ６の温度を所定温度まで上昇させる昇温制御によって実現される。

燃料添加弁８から燃料が添加されると、該燃料が酸化触媒７に供給される。酸化触媒７に供給された燃料は該酸化触媒７によって酸化し、それによって酸化熱が生じる。この酸化熱によってフィルタ６に流入する排気の温度が上昇し、それによってフィルタ６が昇温する。その結果、フィルタ６に堆積したＰＭが酸化され除去される。

フィルタ再生処理における昇温制御では、燃料添加弁８からの燃料添加量を調節することで、フィルタ６の温度を所定温度に制御する。該所定温度は、ＰＭの酸化が可能な温度であって且つフィルタ６の破損及び溶損を抑制することが可能な温度であり、実験等に基づいて予め定められている。フィルタ６の温度は下流側排気温度センサ１５の検出値に基づいて推定することができる。

尚、本実施例においては、該昇温制御を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る昇温手段に相当する。本実施例に係る昇温制御においては、燃料添加弁８による燃料添加に代えて、内燃機関１において主燃料噴射より後のタイミングで副燃料噴射を行うことで、酸化触媒７に燃料を供給してもよい。

また、本実施例において、フィルタ再生処理は、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が所定の堆積量以上となった時に実行される。フィルタ６におけるＰＭ堆積量が増加すると、フィルタ６より上流側の排気の圧力が上昇する。ここで、所定の堆積量は、該排気の圧力の上昇が内燃機関１の運転状態に与える影響が許容範囲内に収まる範囲で、実験等に基づき予め定められている。

また、フィルタ６におけるＰＭの堆積量は差圧センサ１３の検出値に基づいて推定される。上述したように、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が増加すると、フィルタ６より上流側の排気の圧力が上昇する。その結果、フィルタ６の前後差圧が大きくなる。そのため、差圧センサ１３の検出値に基づいてＰＭ堆積量を推定することができる。本実施例においては、フィルタ６の前後差圧とフィルタ６におけるＰＭ堆積量との関係が、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０にマップとして記憶されている。該マップからフィルタ６におけるＰＭ堆積量が導出される。

［差圧センサ故障検出］
ここで、差圧センサ１３に故障が生じた場合、フィルタ６におけるＰＭ堆積量を正確に推定することが困難となる。その結果、フィルタ再生処理を好適なタイミングで実行することも困難となる。そのため、差圧センサ１３に故障が生じた場合、その故障を早期に検出する必要がある。そこで、本実施例においては、フィルタ再生処理を実行する毎に差圧センサ１３の故障検出を実行する。

以下、本実施例に係る差圧センサの故障検出の方法について図２に基づいて説明する。本実施例において、差圧センサの故障検出は、フィルタ再生処理における昇温制御の実行が停止した後、所定期間の間に実施される。

図２は、昇温制御の実行停止後、即ち燃料添加弁８からの燃料添加停止後における、フィルタ６に流入する排気（以下、単に流入排気と称する場合もある）の温度及びフィルタ６から流出する排気（以下、単に流出排気と称する場合もある）の温度の推移を示すタイムチャートである。図２において、横軸は昇温制御の実行停止時からの経過時間Δｔｃを表しており、縦軸は排気の温度Ｔｇを表している。また、Ｌ１は流入排気の温度の推移を示しており、Ｌ２は流出排気の温度の推移を示している。流入排気の温度は上流側排気温度センサ１４によって検出され、流出排気の温度は下流側排気温度センサ１５によって検出される。

図２のＬ１に示すように、昇温制御の実行停止後は、酸化触媒７への燃料の供給が停止するため、流入排気の温度は早期に低下する。しかしながら、昇温制御の実行停止後においても、フィルタ６においては、残留したＰＭの酸化が暫くの間継続する。そして、図２のＬ２に示すように、残留したＰＭが酸化されることで減少すると、それに伴って流出排気の温度が低下する。

そのため、昇温制御の実行停止後、残留したＰＭの酸化が継続している間は、流入排気と流出排気との間に温度差が発生する。そして、該フィルタ６の前後温度差は、フィルタ６におけるＰＭ堆積量（ＰＭの残留量）が多いほど大きく、その量の減少に伴って小さくなる。そのため、この間においては、フィルタ６の前後温度差に基づいてＰＭ堆積量を推定することができる。

そこで、本実施例では、昇温制御の実行停止後、ＰＭの酸化が継続している期間を所定期間とし、該所定期間の間に、フィルタ６の前後温度差に基づいてフィルタ６におけるＰＭ堆積量を推定する（以下、このときの推定値を温度差ＰＭ堆積量推定値と称する場合もある）。本実施例においては、該所定期間における、フィルタ６の前後温度差とフィルタ
６におけるＰＭ堆積量との関係が、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０にマップとして記憶されている。該マップからフィルタ６におけるＰＭ堆積量が導出される。

それと同時に、差圧センサ１３の検出値に基づいてフィルタ６におけるＰＭ堆積量を推定する（以下、このときの推定値を差圧ＰＭ堆積量推定値と称する場合もある）。そして、温度差ＰＭ堆積量推定値と差圧ＰＭ堆積量推定値とを比較することで、差圧センサ１３において故障が生じているか否かの判別を行なう。

つまり、所定期間中の同時期における温度差ＰＭ堆積量推定値と差圧ＰＭ堆積量推定値との差が所定の閾値より大きい場合は、差圧センサ１３の検出値に許容範囲を超える誤差が発生していると判断できる。そのため、この場合は、差圧センサ１３に故障が生じていると判定する。ここで、所定の閾値は、温度差ＰＭ堆積量推定値と差圧ＰＭ堆積量推定値との差の許容範囲の上限値であって、実験等に基づいて予め定められている。

［故障検出フロー］
ここで、本実施例に係る差圧センサの故障検出のフローについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、フィルタ再生制御における昇温制御の実行が停止したか否か、即ち燃料添加弁８からの燃料添加が停止したか否かが判別される。ステップＳ１０１において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。

ステップＳ１０２においては、昇温制御の実行が停止してから所定期間Δｔｃ０が経過したか否かが判別される。ステップＳ１０２において、否定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行され、肯定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。

ステップＳ１０３においては、同時期における上流側排気温度センサ１４の検出値Ｔｇ１、下流側排気温度センサ１５の検出値Ｔｇ２、及び差圧センサ１３の検出値ΔＰｇが読み込まれる。次に、ステップＳ１０４において、上流側排気温度センサ１４の検出値Ｔｇ１及び下流側排気温度センサ１５の検出値Ｔｇ２に基づいて、フィルタ６の前後温度差ΔＴｇが算出される。

次に、ステップＳ１０５において、フィルタ６の前後温度差ΔＴｇに基づいてフィルタ６におけるＰＭ堆積量が算出される。即ち、温度差ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｔが算出される。次に、ステップＳ１０６において、差圧センサ１３の検出値ΔＰｇに基づいてフィルタ６におけるＰＭ堆積量が算出される。即ち、差圧ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｐが算出される。

次に、ステップＳ１０７において、温度差ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｔと差圧ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｐとの差ΔＧｐｍ（絶対値）が算出される。次に、ステップＳ１０８において、温度差ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｔと差圧ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｐとの差ΔＧｐｍが所定の閾値ΔＧｐｍ０以下であるか否かが判別される。

ステップＳ１０８において肯定判定された場合、次にステップＳ１０９において、差圧センサ１３は正常であると判定される。一方、ステップＳ１０８において否定判定された場合、即ち温度差ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｔと差圧ＰＭ堆積量推定値Ｇｐｍｄｐとの差ΔＧｐｍが所定の閾値ΔＧｐｍ０より大きい場合、次にステップＳ１１０において、差圧
センサ１３に故障が生じていると判定される。

上記フローにおけるステップＳ１１０において、差圧センサ１３に故障が生じていると判定された場合、内燃機関１を搭載した車両のドライバーに該故障を通知してもよい。

尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０４を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る温度差取得手段に相当する。また、上記フローにおけるステップＳ１０５を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る温度差ＰＭ堆積量推定手段に相当し、上記フローにおけるステップＳ１０６を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る差圧ＰＭ堆積量推定手段に相当する。上記フローにおけるステップＳ１０８及びＳ１１０を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る判定手段に相当する。

本実施例によれば、フィルタ再生処理が実行される毎に差圧センサ１３の故障検出が実行される。そのため、差圧センサ１３に故障が生じた場合に、次回のフィルタ再生処理が不適切なタイミングで実施されることを抑制することができる。

しかしながら、差圧センサ１３の故障検出は、必ずしもフィルタ再生処理が実行される毎に実行されなくてもよい。例えば、差圧センサ１３の故障検出が所定の頻度で実行されるようにしてもよい。

１・・・内燃機関
３・・・排気通路
６・・・パティキュレートフィルタ
７・・・酸化触媒
８・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１３・・差圧センサ
１４・・上流側排気温度センサ
１５・・下流側排気温度センサ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサの故障を検出する故障検出装置であって、
   前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する際に、前記パティキュレートフィルタを昇温させる昇温手段と、
   前記パティキュレートフィルタの前後の排気の温度差を取得する温度差取得手段と、
   前記昇温手段による前記パティキュレートフィルタの昇温を停止した後の所定期間中に、前記パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量を前記温度差取得手段によって取得される排気の温度差に基づいて推定する温度差ＰＭ堆積量推定手段と、
   前記昇温手段による前記パティキュレートフィルタの昇温を停止した後であって前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の酸化が継続している前記所定期間中に、前記パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量を前記差圧センサの検出値に基づいて推定する差圧ＰＭ堆積量推定手段と、
   前記温度差ＰＭ堆積量推定手段と前記差圧ＰＭ堆積量推定手段とによる同時期のＰＭ堆積量の推定値の差が所定の閾値より大きい場合、前記差圧センサに故障が生じていると判定する判定手段と、
   を備えた差圧センサの故障検出装置。

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