JP6631786B2

JP6631786B2 - 排気後処理システム

Info

Publication number: JP6631786B2
Application number: JP2015256245A
Authority: JP
Inventors: 仁金山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: JP2017120042A

Description

本発明は、内燃機関から排出されるガスの排気後処理を行う排気後処理装置の状態を検出する排気後処理システムに関する。

内燃機関は、燃料を燃焼することによって、動力（運動エネルギー）を得るものであり、その燃焼によって燃焼ガス（排気ガス）を生じる。内燃機関から排出される排気ガスには、有害物質が含まれていることがあるため、内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化するための排気後処理装置が設けられている。

この排気後処理装置は、環境保全のためのものであり、内燃機関の排気通路において排気ガスを確実に浄化できる状態で取り付けられていなければならない。そこで、排気後処理装置が取り付けられているか否か（存在するか否か）等の状態を検出する技術（排気後処理システム）が求められている。

特許第４０３２１１５号

排気後処理システムとして、例えば、特許文献１には、触媒（排気後処理装置）の通過前後における排ガス（排気ガス）の圧力差から流量を求め、さらにガス温度について補正する技術が開示されている。

しかし、内燃機関の流体流れ方向直下に設置される排気後処理装置の前後における排気ガスの差圧、および、排気後処理装置の上流側（入口側）の排気ガスの温度は、内燃機関の運転状態によって変動しやすいため、これらの値から排気後処理装置を通過する排気ガスの排気流量を正確に求めることは困難である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、排気後処理装置を通過する排気ガスの排気流量を正確に求めることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る排気後処理システムは、内燃機関から排出される排気ガスの排気後処理を行う排気後処理装置の状態を検出する排気後処理システムであって、前記内燃機関に供給する吸気流量を検出する吸気流量検出手段と、前記内燃機関に供給する燃料量を検出する燃料量検出手段と、前記吸気流量検出手段によって検出される吸気流量および前記燃料量検出手段によって検出される燃料量に対して、前記排気ガスが流通される排気通路において前記排気後処理装置が設置され得る装置設置個所の前記排気ガスの圧力および温度による体積変化分を補正することにより、前記装置設置個所を流れる前記排気ガスの排気流量を算出する排気流量算出手段と、前記排気通路の出口における大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備え、前記排気流量算出手段が、前記排気通路における前記装置設置個所から前記出口までの前記排気ガスの圧力損失と前記大気圧検出手段によって検出される大気圧とに基づいて、前記装置設置個所における前記排気ガスの圧力による体積変化分を得るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る排気後処理システムは、第一の発明に係る排気後処理システムにおいて、前記装置設置個所の下流側における前記排気ガスの温度を検出する下流側温度検出手段と、前記出口における大気温度を検出する大気温度検出手段とを備え、前記排気流量算出手段が、前記下流側温度検出手段によって検出される温度と前記大気温度検出手段によって検出される大気温度とに基づいて、前記装置設置個所における前記排気ガスの温度による体積変化分を得るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る排気後処理システムは、第一または第二の発明に係る排気後処理システムにおいて、前記排気流量算出手段によって算出される排気流量に基づいて、前記排気通路に前記排気後処理装置が存在するか否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とする。

第一の発明に係る排気後処理システムによれば、吸気流量および燃料量に対して圧力および温度による体積変化分を補正することにより、排気後処理装置を流れる排気流量を正確に求めることができ、簡易な構成で圧力による体積変化分を正確に求めることができる。

第二の発明に係る排気後処理システムによれば、簡易な構成で温度による体積変化分を正確に求めることができる。

第三の発明に係る排気後処理システムによれば、別途流量センサを用いることなく前記排気通路に前記排気後処理装置が存在するか否かを判定することができる。

実施例１に係る排気後処理システムを備えた自動車の構造を示す説明図である。実施例１に係る排気後処理システムの構成を示すブロック図である。実施例１に係る排気後処理システムにおける触媒有無判定に用いる排気流量と差圧との関係を示すグラフである。実施例１に係る排気後処理システムにおける触媒有無判定を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る排気後処理システムの実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明に係る排気後処理システムを、エンジンを搭載した自動車に採用したものである。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１に係る排気後処理システムを備えた自動車の構造について、図１およびｚ２を参照して説明する。

図１に示すように、自動車に搭載されるエンジン（内燃機関）１には、インテークパイプ（吸気通路）２が取り付けられており、このインテークパイプ２を介して、エンジン１内に空気が取り込まれるようになっている。インテークパイプ２には、吸気流量センサ（吸気流量検出手段）２１が設けられており、この吸気流量センサ２１によって、エンジン１内に取り込まれる空気の量（吸気流量Ｇ）が検出されるようになっている。

また、エンジン１には、エキゾーストパイプ（排気通路）３が取り付けられており、このエキゾーストパイプ３を介して、エンジン１内で燃焼されたガス（排気ガス）が大気中へ排出されるようになっている。エキゾーストパイプ３には、触媒３１ａを備えた排気後処理装置３１がエンジン１の流体（排気ガス）流れ方向直下（図１においては、右方側）に位置して設けられており、この排気後処理装置３１によって、エンジン１から排出される排気ガスの排気後処理（浄化）がなされるようになっている。

また、エキゾーストパイプ３には、差圧センサ（差圧検出手段）３２が設けられている。差圧センサ３２は、排気後処理装置３１を流体流れ方向（図１においては、左右方向）に跨ぐように設置されており、排気後処理装置３１の入口近傍（流体流れ方向上流側であって、図１における左方側）における排気ガスの圧力Ｐ₂と排気後処理装置３１の出口近傍（流体流れ方向下流側であって、図１における右方側）における排気ガスの圧力Ｐ₁との差分、すなわち、エキゾーストパイプ３における排気後処理装置３１前後の差圧ΔＰ_2-1が検出されるようになっている。

また、エキゾーストパイプ３には、二つの温度センサ（触媒下流側温度センサ３３および触媒上流側温度センサ３４）が設けられている。一方の触媒下流側温度センサ（下流側温度検出手段）３３は、エキゾーストパイプ３における排気後処理装置３１の出口近傍に設置されており、この触媒下流側温度センサ３３によって、エキゾーストパイプ３における排気後処理装置３１の出口近傍を流れる、すなわち、排気後処理装置３１から排出される排気ガスの温度（触媒下流側温度Ｔ₁）が検出されるようになっている。

他方の触媒上流側温度センサ（上流側温度検出手段）３４は、エキゾーストパイプ３における排気後処理装置３１の入口近傍に設置されており、この触媒上流側温度センサ３４によって、エキゾーストパイプ３における排気後処理装置３１の入口近傍を流れる、すなわち、排気後処理装置３１に流入される排気ガスの温度（触媒上流側温度Ｔ₂）が検出されるようになっている。

そして、自動車には、図２に示すように、エンジン１を制御するＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット、制御装置）４が備えられており、このＥＣＵ４には、吸気流量センサ２１、差圧センサ３２、触媒下流側温度センサ３３および触媒上流側温度センサ３４が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４には、エンジン１内に燃料を供給する燃料噴射装置１１が電気的に接続されている。

つまり、ＥＣＵ４には、吸気流量センサ２１から吸気流量Ｇが送られ、燃料噴射装置１１からエンジン１内に供給される燃料の量（燃料量Ｑ）が送られ、差圧センサ３２から差圧ΔＰ_2-1が送られ、触媒下流側温度センサ３３から触媒上流側温度Ｔ₂が送られ、触媒上流側温度センサ３４から触媒上流側温度Ｔ₂が送られるようになっている。

また、ＥＣＵ４には、車両に搭載された大気圧センサ（大気圧検出手段）４１および外気温センサ（大気温度検出手段）４２が電気的に接続されている。大気圧センサ４１および外気温センサ４２によって、車両外部の空気の圧力（大気圧Ｐ₀）および車両外部の空気の温度（外気温Ｔ₀）が検出され、それらの検出結果（大気圧Ｐ₀および外気温Ｔ₀）は、ＥＣＵ４に送られるようになっている。

また、ＥＣＵ４には、車両に搭載された表示部５１が電気的に接続されており、この表示部５１には、後述する触媒有無判定の判定結果が表示されるようになっている。よって、後述する触媒有無判定において排気後処理装置３１が存在しないと判断された場合には、その情報が表示部５１に表示され、運転者等に報知されるようになっている。

以上の構成から成る排気後処理システムにおいては、排気後処理装置３１を流れる排気ガスの量（排気流量）Ｖと排気後処理装置４１前後の差圧ΔＰ_2-1との関係が、所定の判定領域内にあるか否かによって、エキゾーストパイプ３に排気後処理装置３１が存在しているか否かの判定（触媒有無判定）がなされる。

この触媒有無判定に用いられるパラメータ等について、図３を参照して説明する。

まず、差圧ΔＰ_2-1は、前述したように差圧センサ３２によって得られる。

次に、排気流量Ｖは、次式（１）によって求められる。
Ｖ＝（Ｇ＋Ｑ）×（Ｐ₀／Ｐ₁）×（Ｔ₁／Ｔ₀）・・・（１）

式（１）において、吸気量Ｇ、燃料量Ｑ、大気圧Ｐ₀、外気温Ｔ₀および触媒下流側温度Ｔ₁は、それぞれ吸気流量センサ２１、燃料噴射装置１１、大気圧センサ４１、外気温センサ４２および触媒下流側温度センサ３３から得られ、触媒下流側圧力Ｐ₁は、次式（２）から求められる。
Ｐ₁＝Ｐ₀＋ΔＰ_1-0 ・・・（２）

ここで、ΔＰ_1-0は、エキゾーストパイプ３における排気後処理装置３１の出口近傍から排出開口部３ａまでの流体（排気ガス）の圧力損失（圧損）であり、この圧損ΔＰ_1-0は、車両製造段階で計測される既知の値であって、ＥＣＵ４に記憶されている。

つまり、式（１）においては、吸気量Ｇと燃料量Ｑとの和（Ｇ＋Ｑ）に対し、気体圧力（Ｐ₁）による体積変化分（Ｐ₀／Ｐ₁）および気体温度（Ｔ₁）による体積変化分（Ｔ₁／Ｔ₀）を補正することにより、排気後処理装置３１を流れる排気ガスの排気流量Ｖを求めている。

次に、所定の判定領域は、排気後処理装置３１（または、排気後処理装置３１内に設置される触媒４１ａ）が取り外されている（存在しない）と判断される排気流量Ｖと差圧ΔＰ_2-1との関係を示すものであり、ＥＣＵ４には、複数（本実施例においては、二つ）の異なる判定領域（安定時判定領域Ａ₁および非安定時判定領域Ａ₂）が記憶されている。

そして、ＥＣＵ４は、エンジン１の運転状態（動作状態）に応じて一方の判定領域（安定時判定領域Ａ₁または非安定時判定領域Ａ₂）を選定するようになっている。もちろん、判定領域は、本実施例のように安定時判定領域Ａ₁および非安定時判定領域Ａ₂の二つに限定されず、三つ以上の判定領域から選定するようにしても良い。

運転状態に応じた判定領域の選定は、エンジン１の運転状態を複数（本実施例においては、二つ）に分類することによって行われる。具体的には、エンジン１の運転状態を、エンジン１の運転（動作）が安定している安定状態Ｂ₁（図３のグラフにおいては、丸印を囲う範囲）と、エンジン１の運転（動作）が安定していない非安定状態Ｂ₂（図３のグラフにおいては、三角印を囲う範囲）とに分類し、これらの運転状態（安定状態Ｂ₁または非安定状態Ｂ₂）を、触媒上流側温度センサ３４によって検出される触媒上流側温度Ｔ₂に基づいて判断する。

安定状態Ｂ₁においては、触媒上流側温度Ｔ₂の変動が小さい、すなわち、エンジン１の回転変動、吸気流量Ｇの変動、排気後処理装置３１前後の差圧ΔＰ_2-1の変動が小さいので、排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1が大きくばらつくことはない。

よって、安定状態Ｂ₁である場合に選定する安定時判定領域Ａ₁においては、非安定状態Ｂ₂である場合に選定する非安定時判定領域Ａ₂と比較して、差圧ΔＰ_2-1の閾値を高く設定している。また、排気流量Ｖの閾値を低く設定することも可能である。

このように差圧ΔＰ_2-1の閾値を高く設定することにより、排気後処理装置３１の有無を確実に判定することができる。また、排気後処理装置３１の破損等を判定することも可能である。なお、触媒有無判定における差圧ΔＰ_2-1の閾値を高く設定したとしても、検出される排気流量Ｖまたは差圧ΔＰ_2-1が大きくばらついて、誤判定するおそれはない。さらに、排気流量Ｖにおける閾値を低く設定することにより、排気後処理装置３１の有無を広い範囲で判定する、すなわち、排気流量Ｖが低いエンジン１の運転状態においても触媒有無判定を行うことができる。また、検出される排気流量Ｖまたは差圧ΔＰ_2-1が大きくばらついたとしても、誤判定するおそれはない。

一方、非安定状態Ｂ₂においては、触媒上流側温度Ｔ₂の変動が大きい、すなわち、エンジン１の回転変動、吸気流量Ｇの変動、排気後処理装置３１前後の差圧ΔＰ_2-1の変動が大きいので、排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1が大きくばらつくことがある。

よって、非安定状態Ｂ₂である場合に選定する非安定時判定領域Ａ₂においては、安定状態Ｂ₁である場合に選定する安定時判定領域Ａ₁と比較して、差圧ΔＰ_2-1の閾値を低く設定している。

本実施例においては、安定時判定領域Ａ₁および非安定時判定領域Ａ₂における排気流量Ｖの閾値を一定値（Ｖ₁，Ｖ₂（Ｖ₁＞Ｖ₂）であって、図３のグラフにおいては、差圧ΔＰ_2-1の軸と平行な線分）とし、安定時判定領域Ａ₁および非安定時判定領域Ａ₂における差圧ΔＰ_2-1の閾値を一定値ではなく、安定状態Ｂ₁または非安定状態Ｂ₂における排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1のばらつきにそれぞれ合わせた値（図３のグラフにおいては、安定状態Ｂ₁または非安定状態Ｂ₂に沿う傾きを持った線分）としている。

本発明の実施例１に係る排気後処理システムにおける触媒有無判定について、図４に示すフローチャートに沿って詳細に説明する。なお、以下に示すステップＳ１からステップＳ５までの制御は、エンジン１の始動と共に開始されるようになっている。

まず、ステップＳ１において、安定状態Ｂ₁が所定時間以上継続されたか否かを判断する。つまり、ＥＣＵ４は、触媒上流側温度センサ３４によって検出される触媒上流側温度Ｔ₂を監視し、その変動の小さい状態が所定時間以上継続されたか否かを判断する。

ステップＳ１において安定状態Ｂ₁が所定時間以上継続された（ＹＥＳ）と判断した場合には、ステップＳ２において安定時判定領域Ａ₁を選定し、ステップＳ３において排気後処理装置３１が存在するか否かを判断する。

つまり、触媒有無判定に用いる判定領域として、非安定時判定領域Ａ₂よりも排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1の閾値が高く設定された安定時判定領域Ａ₁を用い、式（１）から求められる排気流量Ｖおよび差圧センサ３２から得られる差圧ΔＰ_2-1が当該安定時判定領域Ａ₁内に当てはまるか否かを判断する。

ステップＳ３において、排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1が安定時判定領域Ａ₁内にない場合には、排気後処理装置３１が存在する（ＮＯ）と判断し、ステップＳ１に戻って上述した手順を繰り返す。

ステップＳ３において、排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1が安定時判定領域Ａ₁内にある場合には、排気後処理装置３１が存在しない（ＹＥＳ）と判断し、ステップＳ４において、その結果すなわち排気後処理装置３１が無いことを表示部５１に表示する。

なお、本実施例においては、排気後処理装置３１が存在しないと判断した後も、ステップＳ１に戻って上述した手順を繰り返すようになっているが、これに限定されることはない。

一方、前述したステップＳ１において安定状態Ｂ₁が所定時間以上継続されていない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ４において非安定時判定領域Ａ₂を選定し、ステップＳ３において排気後処理装置３１が存在するか否かを判断する。

つまり、触媒有無判定に用いる判定領域として、安定時判定領域Ａ₁よりも排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1の閾値が低く設定された非安定時判定領域Ａ₂を用い、式（１）から求められる排気流量Ｖおよび差圧センサ３２から得られる差圧ΔＰ_2-1が当該非安定時判定領域Ａ₂内に当てはまるか否かを判断する。

ステップＳ３において、排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1が非安定時判定領域Ａ₂内にない場合には、排気後処理装置３１が有る（ＮＯ）と判断し、ステップＳ１に戻って上述した手順を繰り返す。

ステップＳ３において、排気流量Ｖおよび差圧ΔＰ_2-1が非安定時判定領域Ａ₂内にある場合には、排気後処理装置３１が無い（ＹＥＳ）と判断し、ステップＳ４において、その結果すなわち排気後処理装置３１が無いことを表示部５１に表示する。

以上に説明したように、本実施例に係る排気後処理システムによれば、排気流量Ｖと差圧ΔＰ_2-1とに基づいて触媒有無判定を行うことにより、排気後処理装置３１の有無を確実に判定することができる。また、エンジン１の運転状態に応じて排気流量Ｖまたは差圧ΔＰ_2-1の閾値を変えることにより、判定の回数を増やす、または、より確実な判定を行うことができる。

１エンジン（内燃機関）
２インテークパイプ
３エキゾーストパイプ（排気通路）
４ＥＣＵ（判定手段、排気流量検出手段）
１１燃料噴射装置（燃料量検出手段）
２１吸気流量センサ（吸気流量検出手段）
３１排気後処理装置
３１ａ触媒
３２差圧センサ（差圧検出手段）
３３触媒下流側温度センサ（下流側温度検出手段）
３４触媒上流側温度センサ（上流側温度検出手段）
４１大気圧センサ（大気圧検出手段）
４２外気温センサ（大気温度検出手段）
５１表示部

Claims

内燃機関から排出される排気ガスの排気後処理を行う排気後処理装置の状態を検出する排気後処理システムであって、
前記内燃機関に供給する吸気流量を検出する吸気流量検出手段と、
前記内燃機関に供給する燃料量を検出する燃料量検出手段と、
前記吸気流量検出手段によって検出される吸気流量および前記燃料量検出手段によって検出される燃料量に対して、前記排気ガスが流通される排気通路において前記排気後処理装置が設置され得る装置設置個所の前記排気ガスの圧力および温度による体積変化分を補正することにより、前記装置設置個所を流れる前記排気ガスの排気流量を算出する排気流量算出手段と、
前記排気通路の出口における大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備え、
前記排気流量算出手段が、前記排気通路における前記装置設置個所から前記出口までの前記排気ガスの圧力損失と前記大気圧検出手段によって検出される大気圧とに基づいて、前記装置設置個所における前記排気ガスの圧力による体積変化分を得るものである
ことを特徴とする排気後処理システム。
前記装置設置個所の下流側における前記排気ガスの温度を検出する下流側温度検出手段と、前記出口における大気温度を検出する大気温度検出手段とを備え、
前記排気流量算出手段が、前記下流側温度検出手段によって検出される温度と前記大気温度検出手段によって検出される大気温度とに基づいて、前記装置設置個所における前記排気ガスの温度による体積変化分を得るものである
ことを特徴とする請求項１に記載の排気後処理システム。
前記排気流量算出手段によって算出される排気流量に基づいて、前記排気通路に前記排気後処理装置が存在するか否かを判定する判定手段を備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気後処理システム。