JP6256391B2 - 排気浄化システムの故障診断装置 - Google Patents
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Description
起因する故障診断精度の低下を好適に抑制することにある。
閾値と比較することで、パティキュレートフィルタが故障しているか否かを診断することができる。例えば、PMセンサが前記電極間を流れる電流値を出力するセンサである場合は、前記読込タイミングにおけるPMセンサの出力値が所定の閾値(電流値)未満であれば、パティキュレートフィルタが故障していないと診断し、前記読込タイミングにおけるPMセンサの出力値が前記所定の閾値以上であれば、パティキュレートフィルタが故障していると診断することができる。また、PMセンサが前記電極間の抵抗値を出力するセンサである場合は、前記読込タイミングにおけるPMセンサの出力値が所定の閾値(抵抗値)より大きければ、パティキュレートフィルタが故障していないと診断し、前記読込タイミングにおけるPMセンサの出力値が前記所定の閾値以下であれば、パティキュレートフィルタが故障していると診断すればよい。
とを抑制するという観点にたつと、筒内リッチ制御が実際に実行された時点で計測処理の実行を中止する方法も考えられる。しかしながら、計測処理が開始されてから中止されるまでに消費される電力が多く可能性がある。これに対し、本発明に係わる排気浄化システムの故障診断装置は、筒内リッチ制御が実際に実行される前に前記所定期間中における筒内リッチ制御の実行を予測して、計測処理を実行しないようにしたり、又は計測処理の実行を中止したりすることができる。そのため、筒内リッチ制御が実際に実行された時点で計測処理の実行を中止する方法に比べて消費電力を少なくすることができる。
に、該筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測することができる。そして、吸蔵還元型触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測された場合は、計測処理を実行せず、又は計測処理の実行を中止することができる。
先ず、本発明の第1の実施形態について図1乃至図7に基づいて説明する。図1は、本発明を適用す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、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を使用して運転可能であれば、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。
以下では、パティキュレートフィルタの故障診断処理の実行方法について述べる。
場合に比して、パティキュレートフィルタが故障している場合の方が多くなる。そのため、PMセンサ54のPM堆積量が前記有効堆積量に達する時期は、パティキュレートフィルタが故障していない場合より故障している場合の方が早くなる。それに伴い、PMセンサ54の出力値が零から増加し始めるタイミング(以下、「出力開始タイミング」と称する)も、パティキュレートフィルタが故障していない場合(図3中のt2)より故障している場合(図3中のt1)の方が早くなる。さらに、出力開始タイミング以降の出力値の増加速度(単位時間あたりの増加量)は、パティキュレートフィルタが故障していない場合に比して、パティキュレートフィルタが故障している場合の方が大きくなる。
気の温度とセンサ素子543の温度との差に相関する。たとえば、単位時間あたりにPMセンサ54に堆積するPMの量は、排気の流速が小さくなるほど多くなる。また、単位時間あたりにPMセンサ54に堆積するPMの量は、故障状態のパティキュレートフィルタから流出する排気のPM濃度が大きくなるほど多くなる。さらに、単位時間あたりにPMセンサ54に堆積するPMの量は、パティキュレートフィルタから流出する排気の温度とセンサ素子543の温度との差が大きくなるほど(センサ素子543の温度に比して排気温度が高くなるほど)多くなる。したがって、単位時間あたりにパティキュレートフィルタから流出する排気の流量、パティキュレートフィルタが故障状態にあると仮定した場合に該パティキュレートフィルタから流出する排気のPM濃度、及びパティキュレートフィルタから流出する排気の温度(排気温度センサ53の出力値)とセンサ素子543の温度(ヒータ545の抵抗値から演算される温度)との差をパラメータとして、単位時間あたりにPMセンサ54に堆積するPMの量を推定することができる。
サ54の出力値との推移を図4に示す。図4中(a)の横軸は、前記電極541、542に対する前記所定電圧の印加が開始されてからの経過時間を示し、図4中(a)の縦軸は、PMセンサ54のPM堆積量を示す。一方、図4中(b)の横軸は、前記電極541、542に対する前記所定電圧の印加が開始されてからの経過時間を示し、図4中(b)の縦軸は、パティキュレートフィルタが故障している場合のPMセンサ54の出力値を示す。また、図4中(b)に示す実線は、前記所定期間中の少なくとも一部の期間で筒内リッチ制御が実行された場合におけるPMセンサ54の出力値を示し、図4中(b)に示す一点鎖線は、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行されない場合におけるPMセンサ54の出力値を示す。なお、図4中の実線と一点鎖線は、筒内リッチ制御の実行有無以外の条件が同一の下で計測された結果を示している。
処理が実行されると、吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOXの還元を目的とする筒内リッチ制御(リッチスパイク処理)が前記所定期間中に実行されると考えられるNOX吸蔵量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。
づいて演算されてもよい。S103の処理において否定判定された場合は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると予測されるため、ECU6は、計測処理を実行せずに本処理ルーチンの実行を終了する。なお、S103の処理で否定判定された場合は、筒内リッチ制御の終了後に計測処理が実行されてもよい。ただし、筒内リッチ制御が終了した直後は、筒内リッチ制御の実行時に生成されたリッチ空燃比の排気がフィルタケーシング51より上流の排気管5に残留している可能性がある。よって、筒内リッチ制御の実行時に生成されたリッチ空燃比の排気がフィルタケーシング51より上流の排気管5から掃気された時点で計測処理を実行することが望ましい。一方、前記S103の処理において肯定判定された場合は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されないと予測されるため、ECU6は、S104乃至S109の処理において計測処理を実行する。このようにECU6がS103の処理を実行することにより、本発明に係わる「予測手段」が実現される。なお、NSR触媒のNOX吸蔵量Anoxが前記第二NOX吸蔵量Anox2より少ないという条件は、前記S102の処理における計測条件に含めてもよい。その場合、NSR触媒のNOX吸蔵量Anoxが前記第二NOX吸蔵量Anox2以上であれば、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると予測されるため、計測条件が成立しないことになる。その結果、計測処理が実行されないことになる。
行することにより、本発明に係わる「計測手段」が実現される。
灯させてもよい。なお、ECU6がS110乃至S112の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。
、前記S103の処理で用いられる第二NOX吸蔵量Anox2より多い量である。たとえば、S201の処理で用いられる第二NOX吸蔵量Anox2’は、前記計測処理の開始から現時点までの経過時間に応じた補正値を、前記S103の処理で用いられる第二NOX吸蔵量Anox2に加算した量としてもよい。その場合の補正値は、前記計測処理の開始から現時点までの経過時間が長くなるほど大きな値に設定されるものとする。
次に、本発明の第2の実施形態について図8に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。前述した第1の実施形態と本実施形態との相違点は、NSR触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測された場合に、前記計測処理を実行しない点にある。
熱でNSR触媒を昇温させつつ、該NSR触媒をリッチ雰囲気にする。このような筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると、NSR触媒に吸蔵されているNOXの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行された場合と同様に、パティキュレートフィルタの故障診断を正確に行えなくなる可能性がある。
障しているにもかかわらず、パティキュレートフィルタが故障していないと誤診断されることをより確実に抑制しつつ、計測処理の実行に伴う消費電力をより確実に少なく抑えることができる。また、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されるか否かを予測する処理は、前記計測処理の実行中のみに実行されてもよい。その場合においても、上記したような誤診断を抑制することができるとともに、NSR触媒の硫黄被毒を解消するための筒内リッチ制御が実際に実行された時点で計測処理の実行を中止する場合に比べ、計測処理の開始から中止までに消費される電力を少なく抑えることができる。
次に、本発明の第3の実施形態について図9乃至図10に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。前述した第1の実施形態と本実施形態との差異は、NSR触媒より下流に配置された選択還元型触媒(SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒)へNH3を供給
することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測された場合に、前記計測処理を実行しない点にある。
該第二NH3吸着量以下であるときに前記計測処理が実行されると、NH3の生成を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられるNH3吸着量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。
制御に加え、NSR触媒に吸蔵されているNOXの還元を目的とする筒内リッチ制御やNSR触媒の硫黄被毒を解消するための筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行される可能性がある。そのため、ECU6は、前記S401の処理において、SCR触媒のNH3吸着量が前記第二NH3吸着量以下であること、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記第二NOX吸蔵量以上であること、又はNSR触媒の硫黄被毒量が前記第二硫黄被毒量以上であることのうち、少なくとも1つが成立しているか否かを判別し、少なくとも1つが成立していれば、計測処理を実行しないようにしてもよい。このような予測処理は、計測処理の実行前に加え、計測処理の実行中に実行されてもよい。その場合は、パティキュレートフィルタの故障診断をより正確に実行することができるとともに、計測処理の実行に伴う消費電力をより確実に少なく抑えることができる。
2 気筒
3 燃料噴射弁
4 吸気管
5 排気管
6 ECU
40 エアフローメータ
50 触媒ケーシング
51 フィルタケーシング
52 空燃比センサ
53 排気温度センサ
54 PMセンサ
55 触媒ケーシング
540 絶縁体
541 電極
543 センサ素子
544 電流計
545 ヒータ
546 カバー
547 貫通孔
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に配置され、排気中のPMを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路に配置され、排気中に含まれる未燃燃料成分を利用して排気を浄化する排気浄化装置と、
内燃機関において燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に変更するための筒内リッチ制御を実行することにより、前記排気浄化装置へ未燃燃料成分を供給する供給手段と、
を備えた排気浄化システムに適用される故障診断装置であり、
前記故障診断装置は、
前記パティキュレートフィルタから流出するPMの量を検出するためのセンサであって、絶縁層を介して対向する電極を有し、それらの電極に所定電圧が印加されているときに該電極間を流れる電流値に相関する電気信号を出力するPMセンサと、
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故障を診断するための処理を実行する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記PMセンサの電極間に堆積しているPMを除去するためのセンサ再生処理と、該センサ再生処理の終了後に前記PMセンサの電極に対する前記所定電圧の印加を開始する処理と、前記所定電圧の印加が開始されてから所定期間が経過したときの前記PMセンサの出力値を取得する処理と、を含む計測処理を実行する計測手段と、
前記計測手段により取得された前記PMセンサの出力値と所定の閾値とを比較して、前記パティキュレートフィルタの故障を診断する診断手段と、
前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されるか否かについて、前記計測処理の実行前、およびまたは前記計測処理の実行中に予測する予測手段と、
前記予測手段により前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測された場合は、前記計測処理を実行し、又は前記計測処理の実行を継続するように前記計測手段を制御し、前記予測手段により前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測された場合は、前記計測処理を実行せず、又は前記計測処理の実行を中止するように前記計測手段を制御する制御手段と、
を備える排気浄化システムの故障診断装置。 - 前記排気浄化装置は、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のNOXを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵しているNOXを還元させる吸蔵還元型触媒を含み、
前記供給手段は、前記吸蔵還元型触媒のNOX吸蔵量が第一NOX吸蔵量以上になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOXを還元させるものであり、
前記予測手段は、前記吸蔵還元型触媒のNOX吸蔵量が前記第一NOX吸蔵量より少ない第二NOX吸蔵量以上であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記吸蔵還元型触媒のNOX吸蔵量が前記第二NOX吸蔵量未満であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測する請求項1に記載の排気浄化システムの故障診断装置。 - 前記排気浄化装置は、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のNOXを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵しているNOXを還元させる吸蔵還元型触媒を含み、
前記供給手段は、前記吸蔵還元型触媒の硫黄被毒量が第一被毒量以上になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記吸蔵還元型触媒から硫黄成分を除去させ
るものであり、
前記予測手段は、前記吸蔵還元型触媒の硫黄被毒量が前記第一被毒量より少ない第二被毒量以上であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記吸蔵還元型触媒の硫黄被毒量が前記第二被毒量未満であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測する請求項1に記載の排気浄化システムの故障診断装置。 - 前記排気浄化装置は、排気中に含まれるNH3を吸着し、吸着されたNH3を還元剤として用いることで排気中のNOXを還元する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒より上流に配置され、排気の空燃比が理論空燃比以下であるときにNH3を生成するNH3生成触媒と、を含み、
前記供給手段は、前記選択還元型触媒のNH3吸着量が第一NH3吸着量以下になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記NH3生成触媒でNH3を生成させるものであり、
前記予測手段は、前記選択還元型触媒のNH3吸着量が前記第一NH3吸着量より多い第二NH3吸着量以下であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記選択還元型触媒のNH3吸着量が前記第二NH3吸着量より多ければ、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測する請求項1に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
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