JP6252537B2 - パティキュレートフィルタの異常診断装置 - Google Patents
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Description
も同様である。そのため、所定の時期におけるPMセンサの出力値に基づいてフィルタの異常診断を行うことが可能となる。
応じた出力値を出力する。なお、PMセンサが、電極間を流れる電流値に応じた出力値を出力するものであれば、該電極間におけるPM堆積量が増加するほど該PMセンサの出力値は上昇する。一方、PMセンサが、電極間の抵抗値に応じた出力値を出力するものであれば、該電極間におけるPM堆積量が増加するほど該PMセンサの出力値は低下する。本発明に係るPMセンサは、電極間におけるPM堆積量に対応した信号を出力するものであれば、これらの出力特性のいずれを有するものであってもよい。また、電極間のPM堆積量が多くなるほど、該PM堆積量の増加量に対する電極間の電気抵抗の低下量が大きくなり、該電極間を流れる電流の増加量が大きくなる。そのため、PMセンサが、電極間の抵抗値に応じた出力値を出力するものであっても、電極間の電流値に応じた出力値を出力するものであっても、電極間におけるPM堆積量が多くなるほど、該PM堆積量の増加量に対するPMセンサの出力値の変化量は大きくなる。
PMセンサの電極間にPMが継続的に捕集されることで、該電極間におけるPM堆積量は徐々に増加する。したがって、電極間に異物が捕集されなくとも該電極間におけるPM堆積量の増加に従ってセンサ出力変化率は徐々に大きくなる。
ある場合は、PMセンサの出力値が大きいときは該出力値が小さいときに比べてPMセンサの電極間におけるPM堆積量が多いと想定される。また、PMセンサが、電極間の抵抗値に応じた出力値を出力するものである場合は、PMセンサの出力値が小さいときは該出力値が大きいときに比べてPMセンサの電極間におけるPM堆積量が多いと想定される。また、PM堆積再開時期からの経過時間が長いときは該経過時間が短いときに比べてPMセンサの電極間におけるPM堆積量が多いと想定される。
図1は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)である。なお、内燃機関1は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関であってもよい。
ルタ51は、排気通路5における酸化触媒50よりも下流側に配置されている。フィルタ51は、多孔質の基材により構成されたウォールフロー型のフィルタであり、排気中に含まれるPMを捕集する。
後は、該電極551、552間のPM堆積量の増加に伴って、該電極551、552間の電気抵抗が小さくなる。その結果、電極551、552間を流れる電流が大きくなる。したがって、電極551、552間のPM堆積量の増加に応じてPMセンサ55の出力値が大きくなる。以下、PMセンサ55の出力値が零から上昇し始める時期を「出力開始時期」と称する。また、電極551,552間のPM堆積量が多くなるほど、該PM堆積量の増加量に対する電極551,552間の電気抵抗の低下量が大きくなるため、該電極551,552間を流れる電流の増加量が大きくなる。そのため、電極551,552間におけるPM堆積量が多くなるほど、該PM堆積量の増加量に対するPMセンサ55の出力値の上昇量が大きくなる。
フィルタ51においては、上記のフィルタ再生処理の実行に伴う昇温等に起因して、破損や溶損等の故障が発生する場合がある。このようなフィルタ51の故障が発生したり、排気通路5からフィルタ51が取り外されたりといったフィルタの異常が生じると、大気中に放出されるPMの増加を招くことになる。そこで、本実施例においては、PMセンサ55の出力値を用いて、フィルタの異常の有無を判定するフィルタの異常診断が行われる。以下、本実施例におけるフィルタの異常診断方法について説明する。
発明に係るPM堆積再開時期に相当する。また、本実施例においては、センサ再生処理の実行中に電極551,552への電圧印加を開始してもよい。このような場合は、センサ再生処理の実行終了時期(すなわち、ヒータ555への電力供給停止時期)を、本発明に係るPM堆積再開時期としてもよい。また、この場合、センサ再生処理の実行が終了した時点から、捕集されたPMが酸化されない程度までPMセンサ55の電極551,552の温度が低下したと判断できる所定期間が経過した時点を、本発明に係るPM堆積再開時期としてもよい。
力開始時期以降の電極551,552間におけるPM堆積量の増加速度も大きくなる。したがって、図4に示すように、フィルタ51が故障している場合、フィルタ51が正常な状態の場合に比べて、出力開始時期以降におけるセンサ出力変化率が大きくなる。ここで、センサ出力変化率は、PMセンサ55の出力値の、基準PM堆積量の単位増加量当たりの上昇量である。
PMセンサ55の電極551,552間には、本来の検出対象であるPM以外の導電性の物質(異物)も捕集される可能性がある。例えば、排気通路5においては、排気に含まれる水分が凝縮することで凝縮水が生成される。この凝縮水がPMセンサ55に侵入し、電極551,552間に捕集される場合がある。また、排気通路に選択還元型NOx触媒と尿素添加弁とを設ける場合がある。ここで、選択還元型NOx触媒は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する触媒である。そして、尿素添加弁は、還元剤たるアンモニアを生成するための尿素水を排気中に添加する。このような尿素添加弁がPMセンサ55より上流側の排気通路5に設けられた構成を採用した場合、尿素水から析出された尿素(尿素析出物)がPMセンサ55の電極551,552間に捕集される場合がある。これらの凝縮水や尿素析出物は、PMセンサ55の本来の検出対象ではないため異物として扱われるべき物質である。
な状態の場合のPMセンサ55の出力値の推移を示している。ただし、線L4,L5は、いずれも、PMセンサ55の電極551,552間に通常のPMに加えて異物が捕集された場合のPMセンサ55の出力値の推移を示している。また、図5の下段は、電圧印加時期以降のPMセンサ55のセンサ出力変化率の推移を示す図である。図5の下段において、横軸は電圧印加時期以降の基準PM堆積量を表しており、縦軸はセンサ出力変化率を表している。図5の下段において、線L6は、図5の上段において線L3で示すPMセンサ55の出力値の推移に対応するセンサ出力変化率の推移を示している。また、図5の下段において、線L7は、図5の上段において線L4で示すPMセンサ55の出力値の推移に対応するセンサ出力変化率の推移を示している。図5の下段において、線L8は、図5の上段において線L5で示すPMセンサ55の出力値の推移に対応するセンサ出力変化率の推移を示している。
たように、電極551,552間におけるPM堆積量が多くなるほど、該PM堆積量の増加量に対するPMセンサ55の出力値の上昇量は大きくなる。また、通常は、基準PM堆積量が増加するほど、電極551,552間における実際のPM堆積量も多くなる。したがって、図5の下段の線L6に示すように、電極551,552間に異物が捕集されなくとも、基準PM堆積量の増加に従ってセンサ出力変化率は徐々に大きくなる。
することができる。そのため、PMセンサ55の電極551,552間に異物は捕集されていないにもかかわらずフィルタ診断処理を実行しないと決定されることを抑制することができる。
以下、本実施例に係るフィルタの異常診断フローについて図7に基づいて説明する。図7は、本実施例に係るフィルタの異常診断フローを示すフローチャートである。本フローは、所定のフィルタ診断準備条件が成立したときにECU10によって実行される。ここで、フィルタ診断準備条件とは、フィルタ診断処理に先立つセンサ再生処理を実行するための条件である。このフィルタ診断準備条件は、フィルタ診断処理の実行頻度を必要十分に確保できるように設定されている条件である。フィルタ診断準備条件としては、内燃機関1の運転状態が定常運転であり、尚且つ、前回のフィルタ診断処理の実行から所定期間が経過したことや、今回の内燃機関1の運転が開始されてから所定期間が経過したこと等を例示することができる。なお、PMセンサ55にSCUが設けられている場合、本フローはSCUによって実行されてもよい。
Rsout=(Sout2−Sout1)/(Qpme2−Qpme1)・・・式(1)
つまり、センサ出力変化率Rsoutは、本フローの実行間隔を空けた二点の時期における基準PM堆積量の差に対する該二点の時期におけるPMセンサの出力値の差の比率として算出される。
る前にPMセンサ55の電極551,552間に異物が捕集された場合、フィルタ診断処理は実行されない。そのため、フィルタ診断処理において、実際にはフィルタ51が正常な状態であるにもかかわらず、PMセンサ55の電極551,552間に異物が捕集されることに起因して、フィルタ51の異常が生じていると誤診断されることを抑制することができる。したがって、フィルタ診断処理における診断精度を向上させることができる。さらに、上記のフィルタの異常診断フローによれば、センサ出力変化率に対応する時期における基準PM堆積量が多いほど判定変化率がより大きい値に設定される。そのため、不必要にフィルタ診断処理が実行されなくなることを抑制することができる。つまり、フィルタの異常診断の実行頻度が必要以上に減少することを抑制することもできる。
Rsout=(Sout1−Sout2)/(Qpme2−Qpme1)・・・式(2)
なお、PMセンサ55を、電極551,552間におけるPM堆積量が増加するほどPMセンサ55の出力値は低下するような出力特性を有するものとした場合、電極551,552間におけるPM堆積量が多くなるほど、該PM堆積量の増加量に対する該PMセンサ55の出力値の低下量が大きくなる。そのため、この場合も、電極551,552間に異物が捕集されなくとも、基準PM堆積量の増加に従ってセンサ出力変化率は徐々に大きくなる。
もよい。この差圧センサ56は、フィルタ51の前後の排気圧力差に対応した電気信号を出力する。差圧センサ56の出力信号は、他のセンサの出力信号と同様、ECU10に入力される。そして、フィルタ再生処理の実行が終了した時、すなわちフィルタ51にPMが堆積していない状態の時においては、差圧センサ56の出力値はフィルタ51の状態とある程度の相関がある。詳細には、内燃機関1の運転状態が同一である場合、すなわち、フィルタ51に流入する排気の流量が同一である場合、フィルタ51の劣化度合いが大きいほど、該フィルタ51の前後の排気圧力差は小さくなる。そのため、フィルタ51の劣化度合いが大きいほど、差圧センサ56の出力値は小さくなる。したがって、排気通路5に差圧センサ56が設けられている場合、フィルタ再生処理の実行が終了した時の該差圧センサ56の出力値に基づいてフィルタ51の状態を推定することができる。ただし、差圧センサ56の出力値のみで、フィルタ51の状態を十分な精度で推定することは困難である。そのため、差圧センサ56が設けられている場合であっても、上記実施例のようなPMセンサの出力値を用いたフィルタの異常診断が必要となる。
ここで、本実施例の変形例1について説明する。本変形例では、フィルタ診断処理を実行するか否かを決定する際にセンサ出力変化率と比較するための判定変化率を、基準PM堆積量に代えて、該センサ出力変化率に対応する時期のPMセンサ55の出力値に応じて変更する。図10は、本変形例に係るPMセンサ55の出力値と判定変化率との相関を示す図である。図10において、横軸はPMセンサ55の出力値を表しており、縦軸は判定変化率を表している。そして、図10において、線Ldが、両者の相関を示している。なお、図10の線Ldは、PMセンサ55が、電極551,552間を流れる電流値に応じた出力値を出力するものであって、電極551,552間におけるPM堆積量が増加するほどその出力値が上昇するものである場合の、PMセンサ55の出力値と判定変化率との相関を示している。この図10の線Ldに示すように、本変形例においては、PMセンサ55の出力値が大きいほど判定変化率をより大きい値に設定する。
フローが前回実行された際にS202において取得されたPMセンサの出力値が、今回S203で算出されたセンサ出力変化率Rsoutに対応する時期のPMセンサ55の出力値として扱われる。これにより、電極551,552間に異物が捕集された場合であっても、該異物が捕集される直前のPMセンサ55の出力値に基づいて判定変化率Rthを算出することができる。
次に、本実施例の変形例2について説明する。上述したように、電圧印加時期以降は、基本的に、PMセンサ55の電極551,552間のPM堆積量は時間の経過とともに徐々に増加する。そのため、仮に、図5の上段において横軸を電圧印加時期からの経過時間としたとしても、PMセンサ55の出力値は現状の図5に示されている傾向と同様の傾向で推移すると考えられる。そこで、本変形例においては、PMセンサ55の出力値の単位時間当たりの変化量をセンサ出力変化率とする。この場合でも、PMセンサ55の電極551,552間に異物が捕集された場合、該異物が捕集された時点でのセンサ出力変化率は、電極551,552間のPM堆積量が徐々に増加している場合のセンサ出力変化率よりも大きくなる。そのため、このセンサ出力変化率を、上述した、PMセンサ55の出力値の、基準PM堆積量の単位増加量当たりの変化量と同様に扱うことができる。
関を示している。この図12の線Lfに示すように、本実施例においては、電圧印加時期からの経過時間が長いほど判定変化率をより大きい値に設定する。
4・・・吸気通路
5・・・排気通路
50・・酸化触媒
51・・パティキュレートフィルタ(フィルタ)
55・・PMセンサ
550・・絶縁体
551,552・・電極
553・・センサ素子
554・・電流計
555・・ヒータ
556・・カバー
557・・貫通孔
56・・差圧センサ
60・・電源
10・・ECU
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に設けられ排気中のPMを捕集するパティキュレートフィルタの異常診断装置であって、
前記パティキュレートフィルタよりも下流側の排気通路に設けられ、センサ素子として一対の電極を有し、該電極間にPMが堆積することで該電極間が導通すると、該電極間におけるPM堆積量に対応した信号を出力するPMセンサであって、該電極間におけるPM堆積量が多いほど、該電極間におけるPM堆積量の増加量に対する出力値の変化量が大きくなるPMセンサと、
前記PMセンサの電極間に堆積しているPMを除去するセンサ再生処理を実行するセンサ再生部と、
前記センサ再生部による前記センサ再生処理の実行終了後において前記PMセンサの電極間におけるPMの堆積が再開される時期である所定のPM堆積再開時期から所定の判定期間が経過した時の前記PMセンサの出力値に基づいて前記パティキュレートフィルタの異常を診断するフィルタ診断処理を実行するフィルタ診断部と、
前記PM堆積再開時期以降の前記PMセンサの出力信号を継続的にモニタするモニタ部と、
前記パティキュレートフィルタが所定の基準状態にあると仮定したときの前記PMセンサの前記電極間におけるPM堆積量の推定値を基準PM堆積量としたときにおける、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の、該基準PM堆積量の単位増加量当たりの変化量、または、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の単位時間当たりの変化量をセンサ出力変化率とし、前記PM堆積再開時期から前記判定期間が経過するまでの間において、前記センサ出力変化率が所定の判定変化率より大きくなることがあった場合、前記フィルタ診断部による前記フィルタ診断処理を実行しないと決定する決定部と、
前記決定部において前記センサ出力変化率と比較する前記判定変化率を、該センサ出力変化率に対応する時期の前記PMセンサの前記電極間におけるPM堆積量が多いと想定されるときは該PM堆積量が少ないと想定されるときに比べてより大きい値に設定する設定部と、を備えるパティキュレートフィルタの異常診断装置。 - 前記センサ出力変化率が、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の、前記基準PM堆積量の単位増加量当たりの変化量であって、
前記設定部は、前記決定部において前記センサ出力変化率と比較する前記判定変化率を、該センサ出力変化率に対応する時期における前記基準PM堆積量が多いときは該基準PM堆積量が少ないときに比べてより大きい値に設定する請求項1に記載のパティキュレートフィルタの異常診断装置。 - 前記PMセンサが、前記電極間を流れる電流値に応じた出力値を出力するものであって、該電極間におけるPM堆積量が増加するほどその出力値が上昇するものであり、
前記センサ出力変化率が、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の、前記基準PM堆積量の単位増加量当たりの変化量であり、所定の間隔を空けた二点の時期における前記基準PM堆積量の差に対する該二点の時期における前記PMセンサの出力値の差の比率として算出される値であって、
前記設定部は、前記決定部において前記センサ出力変化率と比較する前記判定変化率を、該センサ出力変化率を算出するために用いられる二点の時期の前記PMセンサの出力値のうちのより早い方の時期の出力値である第1出力値が大きいときは該第1出力値が小さいときに比べてより大きい値に設定する請求項1に記載のパティキュレートフィルタの異常診断装置。 - 前記PMセンサが、前記電極間の抵抗値に応じた出力値を出力するものであって、該電
極間におけるPM堆積量が増加するほどその出力値が低下するものであり、
前記センサ出力変化率が、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の、前記基準PM堆積量の単位増加量当たりの変化量であり、所定の間隔を空けた二点の時期における前記基準PM堆積量の差に対する該二点の時期における前記PMセンサの出力値の差の比率として算出される値であって、
前記設定部は、前記決定部において前記センサ出力変化率と比較する前記判定変化率を、該センサ出力変化率を算出するために用いられる二点の時期の前記PMセンサの出力値のうちのより早い方の時期の出力値である第1出力値が小さいときは該第1出力値が大きいときに比べてより大きい値に設定する請求項1に記載のパティキュレートフィルタの異常診断装置。 - 前記センサ出力変化率が、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の単位時間当たりの変化量であって、
前記設定部は、前記決定部において前記センサ出力変化率と比較する前記判定変化率を、前記PM堆積再開時期から経過時間が長いときは該経過時間が短いときに比べてより大きい値に設定する請求項1に記載のパティキュレートフィルタの異常診断装置。 - 前記センサ出力変化率が、前記モニタ部によってモニタされる前記PMセンサの出力値の、前記基準PM堆積量の単位増加量当たりの変化量であって、
前記パティキュレートフィルタに堆積したPMを除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生部と、
前記パティキュレートフィルタの前後の排気圧力差に対応した信号を出力する差圧センサと、をさらに備え、
前記センサ再生部による前記センサ再生処理の実行前に前記フィルタ再生部によって実行されたフィルタ再生処理が終了した時における前記差圧センサの出力値に基づいて前記パティキュレートフィルタの状態が推定され、該推定された状態を前記基準状態として前記基準PM堆積量が推定される請求項1から4のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタの異常診断装置。
Priority Applications (6)
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