JP6153793B2 - パティキュレートフィルタの再生異常判定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、パティキュレートフィルタの再生異常判定装置に関するものである。
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが以前より行われている。
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライトなどのセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない。
このため、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウムなどの希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的にパティキュレートフィルタに担持させ、該パティキュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレートの酸化反応を前記酸化触媒により促進して着火温度を低下せしめ、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去できるようにしている。
ただし、このようにした場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがあり、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタを強制的に加熱して捕集済みパティキュレートを焼却する必要がある。
より具体的には、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を備えると共に、該酸化触媒より上流側の排気管に燃料添加弁を設置し、該燃料添加弁により添加した燃料を前記酸化触媒で酸化反応させ、その反応熱により昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタへと導入して触媒床温度を上げ、これによりパティキュレートを燃やし尽くしてパティキュレートフィルタの再生化を図るようにしている。
尚、この種のパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法に関しては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１などがある。
しかしながら、近年においては、車両の排ガス対策システムにおける故障発生の有無を監視し、故障発生時には警告灯などを点灯させて運転者に故障の発生を報知すると共に、故障内容を記録しておく車載式故障診断装置（オンボードダイアグノーシス：onboard diagnosis:略称ＯＢＤ）の装備が各国で義務付けられており、パティキュレートフィルタの再生制御が正常に行われているか否かについても監視できるようにすることが求められている。
即ち、パティキュレートフィルタの強制再生時には、パティキュレートフィルタの入口排気温度を再生目標温度に保持するべくフィードバック制御が実施されるようになっているが、例えば、燃料添加弁の作動部に異物が噛み込むなどして作動不良が生じてしまうと、添加燃料の指示噴射量と実噴射量とに乖離が生じてパティキュレートフィルタの再生制御が正常に実行されなくなる虞れがある。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、強制再生時にパティキュレートフィルタの入口排気温度を再生目標温度に保持するようにしたフィードバック制御の異常を検知し得るパティキュレートフィルタの再生異常判定装置を提供することを目的とする。
本発明は、前段に酸化触媒を付帯装備し且つ該酸化触媒の上流側で燃料添加弁により燃料を添加されて該燃料が前記酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼除去する強制再生が行われるようにしたパティキュレートフィルタの再生異常判定装置であって、前記パティキュレートフィルタの入口排気温度を検出する温度センサと、前記パティキュレートフィルタの入口排気温度を強制再生時に再生目標温度に保持するべく該再生目標温度近辺の所定温度範囲で前記温度センサの実測値に基づき前記燃料添加弁の燃料添加噴射量をフィードバック制御する制御装置とを備え、前記燃料添加弁への指示噴射量に基づき模擬計算したパティキュレートフィルタの入口排気温度の計算値と前記温度センサの実測値の夫々が逆向きに増減して増加側が高温側閾値を上まわり且つ減少側が低温側閾値を下まわった時にフィードバック制御に異常が生じていると判定するように前記制御装置を構成したことを特徴とするものである。
而して、このようにした場合、パティキュレートフィルタの強制再生時に再生目標温度近辺の所定温度範囲で実施されるフィードバック制御が正常に行われていれば、燃料添加弁への指示噴射量に基づきパティキュレートフィルタの入口排気温度を模擬計算して求めた入口排気温度の計算値と温度センサの実測値とは、大きな乖離を生じることなく許容誤差範囲内で略同じ値を採るはずであるが、例えば、燃料添加弁の作動部に異物が噛み込むなどして作動不良が生じてしまうと、添加燃料の指示噴射量と実噴射量とに乖離が生じてパティキュレートフィルタの再生制御が正常に実行されなくなり、これが入口排気温度の計算値と温度センサの実測値とが大きく乖離する事象として現れるので、その乖離状況に基づきフィードバック制御の異常が制御装置により検知され、パティキュレートフィルタの再生制御に異常が起こっていることが判る。
即ち、パティキュレートフィルタの強制再生時のフィードバック制御が正常に行われていたならば、入口排気温度の計算値と温度センサの実測値とは同じように増減するのが当然であるが、パティキュレートフィルタの入口排気温度の計算値と温度センサの実測値の夫々が逆向きに増減するのは明らかに異常な事象であり、ましてや、その増加側が高温側閾値を上まわり且つ減少側が低温側閾値を下まわるということは、単なる外乱による一時的な変動ではないことを示しているので、フィードバック制御に異常が生じていることが確定されることになる。
即ち、パティキュレートフィルタの強制再生時のフィードバック制御が正常に行われていたならば、入口排気温度の計算値と温度センサの実測値とは同じように増減するのが当然であるが、パティキュレートフィルタの入口排気温度の計算値と温度センサの実測値の夫々が逆向きに増減するのは明らかに異常な事象であり、ましてや、その増加側が高温側閾値を上まわり且つ減少側が低温側閾値を下まわるということは、単なる外乱による一時的な変動ではないことを示しているので、フィードバック制御に異常が生じていることが確定されることになる。
尚、燃料添加弁への指示噴射量に基づきパティキュレートフィルタの入口排気温度を模擬計算するに際しては、一般的なエンジン制御で情報として把握されているエンジン回転数、排気ガスの流量、車速、外気温度、大気圧などを更に利用し、酸化触媒上で発生するであろう化学反応熱量と各種伝熱量（走行風による放熱分と排気管やフィルタケースへの伝熱分）を計算により求め、その求められた化学反応熱量から各種伝熱量を減算してパティキュレートフィルタの入口における排気ガスの温度を算出すれば良い。
上記した本発明のパティキュレートフィルタの再生異常判定装置によれば、強制再生時にパティキュレートフィルタの入口排気温度を再生目標温度に保持するようにしたフィードバック制御の異常を検知することができるので、パティキュレートフィルタの再生制御が正常に実行されていないことを把握することができ、これにより燃料添加弁の点検などの措置を直ちに採ることができて、パティキュレートフィルタの再生が正常に行われないまま放置される事態を早期に解決することができるという優れた効果を奏し得る。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、エンジン１から排出される排気ガス２が排気管３を通して車外へ排出されるようになっており、この排気管３の途中には、前段に酸化触媒４を備えたパティキュレートフィルタ５がフィルタケース６により抱持されて介装されている。
そして、前記フィルタケース６より上流側の排気管３には、パティキュレートフィルタ５内におけるパティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記パティキュレートフィルタ５を再生するために燃料７を添加する燃料添加弁８が装備され、該燃料添加弁８に対し燃料ポンプ９から燃料７が導かれるようになっている。
また、前記フィルタケース６における酸化触媒４とパティキュレートフィルタ５との間には、該パティキュレートフィルタ５の入口排気温度を検出する温度センサ１０が装備され、該温度センサ１０の検出信号１０ａが制御装置１１に入力されるようになっており、該制御装置１１においては、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度を強制再生時に再生目標温度に保持するべく該再生目標温度近辺の所定温度範囲で前記温度センサ１０の実測値に基づき前記燃料添加弁８の燃料添加噴射量を制御信号１１ａを介しフィードバック制御するようにしている。
即ち、図２にグラフで示す通り、燃料添加弁８の燃料添加噴射量に関するフィードバック制御は、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度が、再生目標温度を挟んで上下に所定温度範囲を規定するフィードバック上限値とフィードバック下限値の間にある時に実行されるようになっており、フィードバック下限値を下まわっているうちは、エンジン回転数と負荷の二次元制御マップなどから運転状態に応じて読み出された燃料添加噴射量で制御され、フィードバック下限値を上まわったならば、十分に高い排気温度に達しているものと看做して燃料添加が停止されるようになっている。
しかも、この制御装置１１では、前記燃料添加弁８への指示噴射量に基づきパティキュレートフィルタ５の入口排気温度を模擬計算し且つその入口排気温度の計算値と前記温度センサ１０の実測値との乖離状況に基づきフィードバック制御の異常を検知するようにしてあり、より具体的には、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値の夫々が逆向きに増減して増加側が高温側閾値を上まわり且つ減少側が低温側閾値を下まわった時にフィードバック制御に異常が生じていると判定するようになっている。
即ち、フィードバック上限値とフィードバック下限値との間でフィードバック制御が正常に行われていたならば、図２中の入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値とは同じように並走して増減していくことになるが、例えば、図２中のＴxの時点で燃料添加弁８の作動部に異物が噛み込むなどして作動不良が生じてしまうと、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値とが大きく乖離することになる。
例えば、図３に示すように、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度の計算値が下降して低温側閾値を下まわる一方、温度センサ１０の実測値が上昇して高温側閾値を上まわった時には、図４に示すように、指示噴射量を下げているのに実噴射量が上がっているという異常な事態が起こっていることが制御装置１１にて推定され、フィードバック制御に異常が生じていると判定される。
また、図５に示すように、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度の計算値が上昇して高温側閾値を上まわる一方、温度センサ１０の実測値が下降して低温側閾値を下まわった時には、図６に示すように、指示噴射量を上げているのに実噴射量が下がっているという異常な事態が起こっていることが制御装置１１にて推定され、フィードバック制御に異常が生じていると判定される。
尚、燃料添加弁８への指示噴射量に基づきパティキュレートフィルタ５の入口排気温度を模擬計算するに際しては、一般的なエンジン制御で情報として把握されているエンジン回転数、排気ガス２の流量、車速、外気温度、大気圧などを更に利用し、酸化触媒４上で発生するであろう化学反応熱量と各種伝熱量（走行風による放熱分と排気管３やフィルタケース６への伝熱分）を計算により求め、その求められた化学反応熱量から各種伝熱量を減算してパティキュレートフィルタ５の入口における排気ガス２の温度を算出すれば良い。
以上に述べた通り、パティキュレートフィルタ５の強制再生時に再生目標温度近辺の所定温度範囲で実施されるフィードバック制御が正常に行われていれば、燃料添加弁８への指示噴射量に基づきパティキュレートフィルタ５の入口排気温度を模擬計算して求めた入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値とは、大きな乖離を生じることなく許容誤差範囲内で略同じ値を採るはずであるが、例えば、燃料添加弁８の作動部に異物が噛み込むなどして作動不良が生じてしまうと、添加した燃料７の指示噴射量と実噴射量とに乖離が生じてパティキュレートフィルタ５の再生制御が正常に実行されなくなり、これが入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値とが大きく乖離する事象として現れるので、その乖離状況に基づきフィードバック制御の異常が制御装置１１により検知され、パティキュレートフィルタ５の再生制御に異常が起こっていることが判る。
即ち、パティキュレートフィルタ５の強制再生時のフィードバック制御が正常に行われていたならば、入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値とは同じように増減するのが当然であるが、パティキュレートフィルタ５の入口排気温度の計算値と温度センサ１０の実測値の夫々が逆向きに増減するのは明らかに異常な事象であり、ましてや、その増加側が高温側閾値を上まわり且つ減少側が低温側閾値を下まわるということは、単なる外乱による一時的な変動ではないことを示しているので、フィードバック制御に異常が生じていることが確定されることになる。
従って、上記形態例によれば、強制再生時にパティキュレートフィルタ５の入口排気温度を再生目標温度に保持するようにしたフィードバック制御の異常を検知することができるので、パティキュレートフィルタ５の再生制御が正常に実行されていないことを把握することができ、これにより燃料添加弁８の点検などの措置を直ちに採ることができて、パティキュレートフィルタ５の再生が正常に行われないまま放置される事態を早期に解決することができる。
尚、本発明のパティキュレートフィルタの再生異常判定装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
２ 排気ガス
４ 酸化触媒
５ パティキュレートフィルタ
７ 燃料
８ 燃料添加弁
１０ 温度センサ
１０ａ 検出信号
１１ 制御装置
１１ａ 制御信号
４ 酸化触媒
５ パティキュレートフィルタ
７ 燃料
８ 燃料添加弁
１０ 温度センサ
１０ａ 検出信号
１１ 制御装置
１１ａ 制御信号
Claims (1)
- 前段に酸化触媒を付帯装備し且つ該酸化触媒の上流側で燃料添加弁により燃料を添加されて該燃料が前記酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼除去する強制再生が行われるようにしたパティキュレートフィルタの再生異常判定装置であって、前記パティキュレートフィルタの入口排気温度を検出する温度センサと、前記パティキュレートフィルタの入口排気温度を強制再生時に再生目標温度に保持するべく該再生目標温度近辺の所定温度範囲で前記温度センサの実測値に基づき前記燃料添加弁の燃料添加噴射量をフィードバック制御する制御装置とを備え、前記燃料添加弁への指示噴射量に基づき模擬計算したパティキュレートフィルタの入口排気温度の計算値と前記温度センサの実測値の夫々が逆向きに増減して増加側が高温側閾値を上まわり且つ減少側が低温側閾値を下まわった時にフィードバック制御に異常が生じていると判定するように前記制御装置を構成したことを特徴とするパティキュレートフィルタの再生異常判定装置。
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