JP6169427B2 - アフターターボキャタリストの異常検知方法 - Google Patents

アフターターボキャタリストの異常検知方法 Download PDF

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Description

本発明は、ＯＢＤ２要件を充足させるためにアフターターボキャタリストの異常を検知する方法に関する。
近年、ディーゼル自動車は、世界的にディーゼル排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter 以下、ＰＭと略称する。）の低減が望まれている。このＰＭの低減対策としては、排気ガスを浄化する排気浄化装置を装備することが行われている。
この排気浄化装置は、例えば、パティキュレートフィルタを備えている。このパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成し、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一方、排気ガス中のＰＭが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。
そして、排気ガス中のＰＭは、多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積する。このため、パティキュレートフィルタは、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにＰＭを適宜に燃焼除去して再生を図る必要がある。
ここで、ディーゼル自動車は、通常の運転状態において、ＰＭ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ため、様々なアイデアが提案されている。例えば、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させることで、捕集したＰＭの酸化反応を促進させて着火温度を低下させ、酸化触媒がない構成よりも低い排気温度でＰＭを燃焼除去させている。
しかしながら、ディーゼル自動車は、酸化触媒を一体的に担持させたパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、ＰＭの処理量よりも捕集量が上まわってしまうため、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パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥るおそれがあった。
そこで、ディーゼル自動車は、パティキュレートフィルタの入側にフロースルー型の酸化触媒を付帯装備させている。また、車両によっては、ターボチャージャの下流側にアフターターボキャタリスト（After Turbo Catalyst 以下、ＡＴＣと略称する。）を配している。
そして、ＰＭの堆積量が増加してきた段階で、燃料噴射装置が圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点よりも遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気管の排気ガス中に燃料を添加する。
これにより、点火燃料は、炭化水素がＡＴＣと酸化触媒を通過する間に酸化反応する。排気ガスは、その反応熱で昇温される。そして、その昇温した排気ガスは、下流のパティキュレートフィルタの触媒床温度を上げる。これによって、ＰＭが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
ここで、パティキュレートフィルタの再生には、高度なエンジン制御が必要となる。したがって、燃料噴射装置は、例えば、精密多段噴射が可能なコモンレール方式の高圧燃料噴射装置が採用されている。
特開２００３−１７２１８５号公報
ところで、米国で新車を登録する際は、ＯＢＤ規制適合車であることの証明が必要となる。このＯＢＤの要件は、故障により排気物質の悪化を招く可能性のある部品を監視することを要求しており、酸化触媒を有するＡＴＣも監視対象である。そこで、本発明は、アフターターボキャタリストの異常を検知する方法を提供する。
本発明は、制御装置からポスト噴射命令を受けた燃料噴射装置からの燃料を排気管で酸化反応させてその反応熱で排気ガスを昇温させるアフターターボキャタリストの異常検知方法に関する。前記アフターターボキャタリストの入側温度を測定し前記制御装置へ測定値を送信するＡＴＣ入側温度測定手段と、前記アフターターボキャタリストの下流側の温度を測定するＡＴＣ下流側温度測定手段と、を備えている。前記制御装置は、ポスト噴射命令を送信後、前記アフターターボキャタリストの下流側の温度が前記アフターターボキャタリストの入側温度に対して昇温されない場合、前記燃料噴射装置の作動を判定し、前記燃料噴射装置が正常に作動していれば、前記アフターターボキャタリストが異常であると判定し、前記アフターターボキャタリストの下流側の温度が前記アフターターボキャタリストの入側の温度に対して昇温であれば、前記アフターターボキャタリストが正常であると判定することを特徴としている。
前記燃料噴射装置は、燃料を圧送するサプライポンプと、前記サプライポンプから圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレールと、前記サプライポンプから前記コモンレールへの燃料吸入量を調整する燃料調量弁と、前記コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタと、を備えている。前記制御装置は、ポスト噴射命令を送信後、前記燃料調量弁の開弁のために通電される電流の変化により前記燃料噴射装置の作動が正常か異常かであるかを判定することを特徴としている。
本発明のアフターターボキャタリストの異常検知方法によれば、アフターターボキャタリストの異常を検知することができる。
本発明を実施するための形態例を示す概略図である。 ＡＴＣが正常に機能しているか否かを判定するフローチャートである。 ポスト噴射指示中における燃料調量弁の開閉のために通電される電流値と時間の関係を示すグラフである。
以下、本発明を実施するための形態例（以下、本実施例と略称する）を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例を示す概略図である。
内燃機関１は、直列４気筒のディーゼルエンジンである。内燃機関１は、制御装置２により制御され、燃料噴射装置１０から供給される燃料と吸気系３０から供給される空気を適宜の空燃比で混合してなる混合気を燃焼室２０で燃焼させた後、燃焼室２０内の排気ガスを排気系４０から大気放出させる。
燃料噴射装置１０は、上流側から燃料タンク１１、電動フィードポンプ１２、サプライポンプ１３、コモンレール１４、インジェクタ１５等を備えている。燃料タンク１１は、燃料を貯留するタンクである。また、電動フィードポンプ１２は、燃料タンク１１から燃料を吸入して、吸入した燃料をサプライポンプ１３へ供給するポンプである。
サプライポンプ１３は、燃料をコモンレール１４に圧送する。サプライポンプ１３には、電動フィードポンプ１２から供給される燃料の流量を調整する、すなわち、サプライポンプ１３の燃料吸入量を調整する燃料調量弁（ＳＣＶ：Suction Control Valve)１６が設けられている。
この燃料調量弁１６は、コモンレール１４内の高圧燃料の圧力（以下、レール圧力という。）を所定の圧力に制御する。燃料調量弁１６は、通電される電流の値に応じて弁体の位置が連続的に変化して開口面積が調整される電磁弁で構成されている。本実施例の燃料調量弁１６は、無通電時に全開するノーマリーオープンタイプの可変絞り弁である。
コモンレール１４は、サプライポンプ１３から供給された高圧燃料を所定圧力に蓄圧する蓄圧室である。コモンレール１４は、コモンレール１４内の圧力を測定する圧力測定手段１７を備えている。具体的には、圧力計１７であり、レール圧力を逐次計測するとともに圧力信号１７ａとして制御装置２へ送信する。
インジェクタ１５は、コモンレール１４に接続され、制御装置２に制御されて所定のタイミングで電磁弁を開き、コモンレール１４の高圧燃料を燃焼室２０へ噴射する。
吸気系３０は、吸入空気を、エアクリーナー３１を介して取り込み、そして、吸入空気をターボチャージャ３２のコンプレッサで圧縮し、過給によって昇温した吸入空気をインタークーラ３３によって冷却し、吸入空気を各燃焼室２０内に供給する。
排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスを外部に排気する排気管４１で構成されている。そして、排気管４１には、上流側からターボチャージャ３２のタービン、ＡＴＣ入側温度測定手段４２、アフターターボキャタリスト４３（ＡＴＣ）、ＡＴＣ下流側温度測定手段４４、ケーシング４５に収納された酸化触媒４６とパティキュレートフィルタ４７を備えている。
ターボチャージャ３２のタービンは、排気ガスによって回転させられ、一体に連結されたコンプレッサを回転させるようになっている。
ＡＴＣ４３は、燃料噴射装置１０から噴射された燃料を排気管４１で酸化反応させ、その反応熱で排気管４１を流れる排気ガスを昇温させる。そして、ＡＴＣ４３の入側には、ＡＴＣ４３の入側温度を測定し制御装置２へ測定値を送信するＡＴＣ入側温度測定手段４２を備えている。
ＡＴＣ入側温度測定手段４２は、例えば、温度計であり、ＡＴＣ４３の入側に配されて、ＡＴＣ４３の入側の排気管４１の内部温度、すなわち、ＡＴＣ４３に入る直前の排気ガスの温度を計測し、温度信号４２ａとして制御装置２に送信する。
また、ＡＴＣ４３の下流側には、ＡＴＣ４３の下流側の温度を測定するＡＴＣ下流側温度測定手段４４を備えている。ＡＴＣ下流側温度測定手段４４は、例えば、温度計であり、酸化触媒４６とパティキュレートフィルタ４７を収納したケーシング４５の入側に配されて、ケーシング４５の入側の排気管４１の内部温度、すなわち、酸化触媒４６に導かれる直前の排気ガスの温度を計測し、温度信号４４ａとして制御装置２に送信する。
酸化触媒４６とパティキュレートフィルタ４７は、酸化触媒４６が上流側、パティキュレートフィルタ４７が下流側となるようにケーシング４５内に収納される。酸化触媒４６は、フロースルー型であり、上流の排気ガス中に燃料が添加されるとその添加燃料（ＨＣ）が通過する間に酸化反応を起こさせ、その反応熱で排気ガスを昇温させる。昇温された排気ガスは、下流側のパティキュレートフィルタ４７の触媒床温度を上げるようになっている。
制御装置２は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）であり、双方向性バスによって相互に接続した中央処理制御装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えている。
制御装置２は、燃料の噴射に関する制御を担う。具体的には、アクセル開度を内燃機関１の負荷として検出する図示しないアクセルセンサからのアクセル開度信号と、内燃機関１の機関回転数を検出する図示しない回転数センサからの回転数信号とに基づき、内燃機関１の燃焼室２０に燃料を噴射する燃料噴射装置１０のインジェクタ１５に向け燃料噴射信号１５ａが出力されるようになっている。
制御装置２は、アクセル開度信号及び回転数信号に基づき通常モードの燃料噴射信号１５ａが決定されるようになっている一方、ポスト噴射による燃料添加を行う必要が生じた際に、通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われるような燃料噴射信号１５ａをインジェクタ１５へ送信する。
制御装置２は、ポスト噴射信号（ポスト噴射命令）１５ａをインジェクタ１５へ送信する。そうすると、インジェクタ１５の電磁弁からコモンレール１４に蓄圧された高圧燃料が噴射される。その結果、圧力計１７は、レール圧力の低下を圧力信号１７ａとして制御装置２に送信する。
そして、制御装置２は、レール圧力の低下を知らせる圧力信号１７ａを受信すると、燃料調量弁１６に対して開口面積を広げる信号１６ａを送信する。燃料調量弁１６は、開口面積を広げる信号１６ａを受信すると、燃料調量弁１６の開弁のために通電される電流値を下げて開口面積を広げる。燃料調量弁１６の開口面積が広がると、サプライポンプ１３からコモンレール１４に燃料が供給される。
制御装置２は、ポスト噴射信号１５ａを送信後、ＡＴＣ４３の下流側の温度とＡＴＣ４３の入側温度を比較し、ＡＴＣ４３の下流側の温度がＡＴＣ４３の入側温度に対して昇温されない場合、燃料噴射装置１０の作動が正常か否かを判定し、燃料噴射装置１０が正常であれば、ＡＴＣ４３が異常であると判定する。
図２のフローチャートを参照しながら、ＡＴＣ４３の異常を検知する方法を具体的に説明する。図２は、ＡＴＣ４３が正常に機能しているか否かを判定するフローチャートである。図２に示すとおり、制御装置２は、ステップＳ１において、燃料噴射が再生モードに切り替わると、ステップＳ２において、ポスト噴射後ＡＴＣ下流側温度がＡＴＣ入側温度に対して昇温されているか否かを判定する。
昇温されている場合は、ステップＳ４に進み、ＡＴＣ４３が正常であると判定する。反対に昇温されていない場合は、燃料噴射装置１０が正常に作動しているか否かを判断する。燃料噴射装置１０が正常に作動している場合は、ステップＳ５に進み、ＡＴＣ４３が異常であると判定する。反対に燃料噴射装置１０が正常に作動していない場合は、ＡＴＣ４３が正常であると判定する。この場合、ＡＴＣ４３も異常である可能性があるが、燃料噴射装置１０とＡＴＣ４３が同時に故障する可能性は、非常に低いため、便宜的にＡＴＣ４３は、正常であると判定する。以上により、ＡＴＣ４３の異常を判定できる。
図３を参照しながら燃料噴射装置１０の作動が正常か否かの判定について、燃料調量弁１６の開閉のために通電される電流値を用いて判定する方法を説明する。図３は、ポスト噴射指示中における燃料調量弁１６の開閉のために通電される電流値と時間の関係を示すグラフである。図３は、縦軸が電流値Ｉを示し、横軸が時間Ｔを示している。
図３において、ポスト噴射中に電流値Ｉが大きく下降するグラフは、燃料調量弁１６の開弁動作のために電流値Ｉが大きく低下した様子を示す図である。制御装置２は、ポスト噴射が行われると圧力計１７からレール圧力の低下を知らせる圧力信号１７ａを受信し、燃料調量弁１６に対し開口面積を広げる信号１６ａを送信し、開弁のために電流を下げる。すなわち、ポスト噴射中に電流値Ｉが大きく低下した場合は、燃料噴射装置１０の作動が正常であると判定することができる。
図３において、ポスト噴射中に電流値Ｉがほぼ変化しないグラフは、コモンレール１４に蓄圧された高圧燃料が噴射されなかったために、燃料調量弁１６の開弁動作が行われず電流値Ｉが大きく変化しなかった様子を示している。制御装置２は、ポスト噴射が正常に行われると圧力計１７からレール圧力の低下を知らせる圧力信号１７ａを受信する。しかし、何らかの異常によりインジェクタ１５から高圧燃料が噴射されないと、制御装置２は、圧力計１７からコモンレール１４のレール圧力低下を知らせる圧力信号１７ａを受信せず、その結果、燃料調量弁１６に対して開弁動作を行わない。すなわち、ポスト噴射中に電流値Ｉが大きく変化しない場合は、燃料噴射装置１０の作動が異常であると判定できる。
なお、燃料噴射装置１０の作動が正常か否かの判定を燃料調量弁１６の開閉のために通電される電流値Ｉを用いて判定したがこれに限定されるものではない。例えば、コモンレール１４のレール圧力の低下が発生したか否かをもって、燃料噴射装置１０の作動が正常か否かの判定をするようにしても良い。
ただし、電流値Ｉは、図３に示すとおり、ポスト噴射中に電流値Ｉが大きく下降した状態を保つのに対し、レール圧力は変動があるため、燃料調量弁１６の開閉のために通電される電流値Ｉを用いて判定した方が正確に判定することができる。
なお、ＡＴＣ４３の下流側にパティキュレートフィルタ４７が配設される態様で説明したがこれに限定されるものではない。例えば、ＡＴＣ４３の下流側は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒にして触媒床温度を上げるように構成しても良い。
本発明のアフターターボキャタリストの異常検知方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更が可能である。
２ 制御装置
１０ 燃料噴射装置
１２ 電動フィードポンプ
１３ サプライポンプ
１４ コモンレール
１５ インジェクタ
１６ 燃料調量弁
１７ 圧力計
４１ 排気管
４２ ＡＴＣ入側温度測定手段
４３ アフターターボキャタリスト（ＡＴＣ）
４４ ＡＴＣ下流側温度測定手段

Claims (2)

  1. 制御装置からポスト噴射命令を受けた燃料噴射装置からの燃料を排気管で酸化反応させてその反応熱で排気ガスを昇温させるアフターターボキャタリストの異常検知方法であって、
    前記アフターターボキャタリストの入側温度を測定し前記制御装置へ測定値を送信するＡＴＣ入側温度測定手段と、
    前記アフターターボキャタリストの下流側の温度を測定するＡＴＣ下流側温度測定手段と、を備え、
    前記制御装置は、ポスト噴射命令を送信後、前記アフターターボキャタリストの下流側の温度が前記アフターターボキャタリストの入側温度に対して昇温されない場合、前記燃料噴射装置の作動を判定し、前記燃料噴射装置が正常に作動していれば、前記アフターターボキャタリストが異常であると判定し、
    前記アフターターボキャタリストの下流側の温度が前記アフターターボキャタリストの入側の温度に対して昇温であれば、前記アフターターボキャタリストが正常であると判定することを特徴としたアフターターボキャタリストの異常検知方法。
  2. 前記燃料噴射装置は、
    燃料を圧送するサプライポンプと、
    前記サプライポンプから圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
    前記サプライポンプから前記コモンレールへの燃料吸入量を調整する燃料調量弁と、
    前記コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
    前記制御装置は、ポスト噴射命令を送信後、前記燃料調量弁の開弁のために通電される電流の変化により前記燃料噴射装置の作動が正常か異常かであるかを判定することを特徴とした請求項１に記載のアフターターボキャタリストの異常検知方法。
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