WO2024013965A1 - 排気システムの状態判定方法及び排気システムの状態判定装置 - Google Patents

排気システムの状態判定方法及び排気システムの状態判定装置 Download PDF

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internal combustion
combustion engine
pressure sensor
differential pressure
icing
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PCT/JP2022/027803
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徹 柴田
美奈 星野
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日産自動車株式会社
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/15—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect
    • B60W20/16—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect for reducing engine exhaust emissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system state determination method and an exhaust system state determination device.
  • Patent Document 1 discloses a differential pressure sensor that detects the pressure loss of a gasoline particulate filter provided in an exhaust pipe into which exhaust gas from an internal combustion engine is introduced.
  • Patent Document 1 discloses an upstream pipe that transmits pressure on the upstream side (inlet side) of a gasoline particulate filter to a differential pressure sensor, and an upstream pipe that transmits pressure on the downstream side (outlet side) of the gasoline particulate filter to a differential pressure sensor. It is determined whether or not a frozen state (frozen state) has occurred in at least one of the downstream piping and the pipe line, in which water is frozen inside and the pipe line can be blocked.
  • a frozen state frozen state
  • Patent Document 1 no consideration is given to refreezing after the frozen state is removed while the vehicle is in operation.
  • Patent Document 1 once the frozen state is determined, it becomes difficult to determine the frozen state again when the frozen state is resolved. That is, Patent Document 1 does not assume a scene in which the frozen state becomes the frozen state again after being released, and there is room for further improvement in accurately determining the frozen state.
  • the exhaust system of the present invention introduces pressure into a differential pressure sensor that detects pressure loss in an exhaust particulate filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine based on a stopped state of an internal combustion engine installed in a vehicle, or to the differential pressure sensor. If it is determined that icing has occurred, the count value of a predetermined release counter is set to a predetermined initial value, and the above-described operation is performed based on the operating state of the internal combustion engine. The count value of the release counter is increased or decreased from the initial value, and when the count value of the release counter reaches a predetermined threshold value, it is determined that the ice that has formed in the differential pressure sensor or the path for introducing pressure to the differential pressure sensor has melted. do. Further, the count value of the release counter increases and decreases in opposite directions when the vehicle is being operated and when the internal combustion engine is temporarily stopped and when the vehicle is in operation.
  • the present invention it is possible to accurately determine the melting of ice that has formed in the differential pressure sensor and the path for introducing pressure to the differential pressure sensor while the vehicle is operating.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an outline of an exhaust system to which the present invention is applied. A timing chart showing how ice is determined. Flowchart showing the flow of icing determination.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an outline of an exhaust system 1 to which the present invention is applied.
  • the exhaust system 1 is installed in a vehicle, and includes an internal combustion engine 2, an exhaust passage 3, a manifold catalyst 4, a GPF 5 (Gasoline Particulate Filter), an underfloor catalyst 6, a muffler 7, and the pressure of the GPF 5. It has a differential pressure sensor 8 that detects loss, and a control unit 9 that can perform icing diagnosis, which will be described later.
  • the internal combustion engine 2 is a spark ignition internal combustion engine that uses gasoline as fuel, and is installed in a vehicle such as an automobile.
  • the vehicle on which the internal combustion engine 2 is mounted is specifically an idle stop vehicle capable of idle stop through idle stop control or a hybrid vehicle capable of EV driving that performs autonomous driving with the internal combustion engine 2 stopped. It is.
  • the vehicle on which the internal combustion engine 2 is mounted is a vehicle in which the internal combustion engine 2 can be temporarily stopped while the vehicle is driving.
  • Idle stop control stops fuel supply and automatically stops the internal combustion engine 2 when a predetermined automatic stop condition is met, and restarts the fuel supply and stops the internal combustion engine when a predetermined automatic restart condition is met during automatic stop. Restart 2.
  • the predetermined automatic stop conditions include, for example, the vehicle speed is below a predetermined value, the accelerator opening is below a predetermined value, etc.
  • the predetermined automatic restart conditions include, for example, the accelerator opening is greater than a predetermined value, the brake pedal is not depressed, and the like.
  • a hybrid vehicle is a so-called series hybrid vehicle or internal combustion vehicle that is capable of EV driving in which the drive wheels are driven only by a drive motor (not shown) as a drive source, and does not use the internal combustion engine 2 as the vehicle power source.
  • the vehicle may be a so-called parallel hybrid vehicle that can use the engine 2 as power for the vehicle.
  • the manifold catalyst 4 purifies exhaust gas, and is composed of, for example, a three-way catalyst.
  • the manifold catalyst 4 is disposed relatively close to a combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine 2, for example, directly downstream of a gathering part of an exhaust manifold (not shown).
  • the GPF 5 and the underfloor catalyst 6 are arranged under the floor of the passenger compartment of the vehicle, away from the combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine 2. That is, the GPF 5 and the underfloor catalyst 6 are located away from the engine room of the vehicle.
  • the GPF 5 corresponds to an exhaust particulate filter and collects PM which is particulate matter in the exhaust gas. GPF 5 is arranged downstream of manifold catalyst 4.
  • the underfloor catalyst 6 purifies exhaust gas, and is composed of, for example, a three-way catalyst.
  • the underfloor catalyst 6 is arranged downstream of the GPF 5 and adjacent to the GPF 5 .
  • the muffler 7 reduces exhaust noise and is arranged downstream of the underfloor catalyst 6.
  • the differential pressure sensor 8 is capable of detecting the pressure difference between the exhaust pressure at the inlet of the GPF 5 and the exhaust pressure at the outlet of the GPF 5.
  • the exhaust pressure at the inlet of the GPF 5 is introduced into the differential pressure sensor 8 via the inlet side pressure introduction pipe 10.
  • the exhaust pressure at the outlet of the GPF 5 is introduced into the differential pressure sensor 8 via the outlet side pressure introduction pipe 11.
  • the inlet side pressure introduction pipe 10 and the outlet side pressure introduction pipe 11 correspond to a path for introducing pressure into the differential pressure sensor 8.
  • the control unit 9 is a well-known digital computer equipped with a CPU, ROM, RAM, and input/output interface. Detection signals (output signals) from various sensors such as a differential pressure sensor 8, a crank angle sensor 12, and a sensor capable of detecting the air-fuel ratio of the internal combustion engine 2 are input to the control unit 9.
  • the crank angle sensor 12 detects the crank angle of the crankshaft of the internal combustion engine 2, and is capable of detecting the engine speed of the internal combustion engine 2.
  • the control unit 9 is capable of calculating the amount of accumulated exhaust particulates collected by the GPF 5. Specifically, the control unit 9 compares the first accumulation amount calculated using the output signal of the differential pressure sensor 8 and the second accumulation amount calculated from the operating state of the internal combustion engine 2, and selects a larger value. is the amount of exhaust particulates deposited on the GPF5.
  • the first deposition amount is a deposition amount calculated based on the pressure loss of the GPF 5.
  • the second accumulation amount is, for example, an accumulation amount calculated based on a physical model using the air-fuel ratio of the internal combustion engine 2, the history of the engine rotation speed, and the like.
  • control unit 9 is capable of controlling the internal combustion engine 2 and performing various diagnoses.
  • the exhaust gas (burned gas) flowing through the exhaust passage 3 contains moisture. Therefore, the differential pressure sensor 8, the inlet side pressure introduction pipe 10, and the outlet side pressure introduction pipe 11 are in an environment where moisture is present. Therefore, in extremely low temperatures such as when the outside temperature is below freezing, there is a risk that the differential pressure sensor 8 and the inlet pressure introduction pipe 10 and outlet pressure introduction pipe 11, which are the paths for introducing pressure to the differential pressure sensor 8, may freeze. There is. For example, if any of the differential pressure sensor 8, inlet side pressure introduction pipe 10, and outlet side pressure introduction pipe 11 freezes, the output signal from the differential pressure sensor 8 will change at that point even if there is no failure in the differential pressure sensor 8.
  • Various types of control using the output signal of the differential pressure sensor 8 include, for example, GPF5 regeneration control performed based on the amount of exhaust particulates accumulated in the GPF5. If the output signal of the GPF5 becomes a value that deviates from the true value due to icing, and for example, the above-mentioned first deposition amount is calculated as a larger value than the actual value, the GPF5 regeneration control will not be performed appropriately, causing deterioration of the GPF5. There is a possibility.
  • Various types of diagnosis using the output signal of the differential pressure sensor 8 include, for example, failure diagnosis of the differential pressure sensor 8 itself and diagnosis of whether the GPF 5 is attached to or removed from the exhaust passage 3. If the output signal of the GPF 5 has a value that deviates from the true value due to icing, there is a possibility that the GPF 5 will be erroneously determined to be malfunctioning in the failure diagnosis. In addition, if the output signal of the GPF 5 is a value that deviates from the true value due to icing, even if the GPF 5 is installed on the exhaust passage 3, it may be in a state where the GPF 5 is removed from the exhaust passage 3. There is a risk that it will be determined that
  • the icing judgment for determining icing of the differential pressure sensor 8 and the path introducing pressure to the differential pressure sensor 8 is performed with high accuracy, and when the output of the differential pressure sensor 8 is abnormal due to icing, the output signal of the differential pressure sensor 8 is Stop various controls and diagnoses using the system to avoid malfunctions and misdiagnoses.
  • the icing determination is performed by the control unit 9 as a determination section. Based on the stopped state of the internal combustion engine 2 mounted on the vehicle, the control unit 9 determines, for example, whether ice has formed in any of the differential pressure sensor 8, the inlet pressure introduction pipe 10, and the outlet pressure introduction pipe 11. judge. That is, the control unit 9 determines whether or not the differential pressure sensor 8 or the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8 is frozen. Specifically, if the internal combustion engine 2 is temporarily stopped for a predetermined period of time or more, and the outside temperature is below a predetermined temperature during that time, either the differential pressure sensor 8, the inlet pressure introduction pipe 10, or the outlet pressure introduction pipe 11 is activated. It is determined that it is frozen.
  • the predetermined temperature is, for example, 0°C.
  • the outside temperature can be estimated, for example, from a detection signal from an air flow meter (not shown). Further, the outside temperature may be obtained from a separate temperature sensor that detects the outside temperature.
  • the control unit 9 determines that the output signal of the differential pressure sensor 8 has deviated from the true value. , various controls and various diagnoses using the output signal of the differential pressure sensor 8 are stopped.
  • the control unit 9 determines that icing has occurred through the icing determination, it sets the count value of the icing release counter, which is a predetermined icing counter, to a predetermined initial value.
  • the deicing counter is an index corresponding to the total amount of heat sent from the internal combustion engine 2 to the GPF 5. Then, the control unit 9 increases or decreases the count value of the de-icing counter from the initial value based on the operating state (operating/suspended state) of the internal combustion engine 2.
  • the control unit 9 determines that the ice that has formed in the differential pressure sensor 8 or the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8 has melted. In other words, when the count value of the deicing counter reaches a predetermined deicing threshold, the control unit 9 determines that no freezing has occurred in the differential pressure sensor 8, the inlet pressure introduction pipe 10, and the outlet pressure introduction pipe 11. .
  • the initial value of the count value of the deicing counter is a value smaller than the deicing threshold by a predetermined amount set in advance. That is, the initial value of the count value of the deicing counter is set so that the difference from the deicing threshold is constant. Furthermore, the initial value of the count value of the de-icing counter is set, for example, in a range of 0 (zero) or more and less than the de-icing threshold.
  • the deicing threshold is set so that it does not become 0 (zero) even if the predetermined amount is subtracted.
  • the count value of the de-icing counter decreases while the vehicle is driving where it has been determined that icing has occurred, while the internal combustion engine 2 is temporarily stopped (when the engine speed is 0 rpm), and when the internal combustion engine 2 is operating ( (when the engine speed is not 0 rpm) is set to increase.
  • the count value of the de-icing counter is set so that the direction of increase and decrease is opposite between when the vehicle is running and when the internal combustion engine 2 is temporarily stopped and when the internal combustion engine 2 is in operation. There is.
  • the control unit 9 determines that the output signal of the differential pressure sensor 8 is the true value when it is determined that no freezing occurs in the differential pressure sensor 8, the inlet side pressure introduction pipe 10, and the outlet side pressure introduction pipe 11. , restarts various controls and various diagnostics using the output signal of the differential pressure sensor 8.
  • FIG. 2 is a timing chart showing an example of how freezing is determined when the outside temperature is constant at or below the predetermined temperature.
  • Time t1 is the timing at which the internal combustion engine 2 starts operating with the initial count value of the de-icing counter being 0 (zero).
  • Time t2 is the timing at which the deicing counter starts counting up (incrementing) from the initial value.
  • the count value of the de-icing counter increases from time t2.
  • the intake air amount is small and the exhaust amount is also small, so that a sufficient amount of heat cannot be supplied to the exhaust system 1. Therefore, after restarting the operation of the internal combustion engine 2, the count value of the de-icing counter is held at the initial value (current value) without being increased or decreased until time t2 when the engine speed reaches a predetermined speed.
  • the exhaust system 1 can determine the melting of ice with higher accuracy.
  • Time t3 is the timing when the engine rotation speed reaches a predetermined target rotation speed.
  • Time t4 is the timing when the count value of the anti-icing counter reaches the anti-icing threshold, and is the timing when it is determined that there is no freezing.
  • Time t5 is the timing when the engine speed of the internal combustion engine 2 becomes "0" (zero) while the vehicle is driving, and the internal combustion engine 2 stops.
  • Time t6 is the timing at which it is determined that there is icing in the icing determination.
  • Time t6 is the timing at which the predetermined time has elapsed from the timing at which the internal combustion engine 2 stopped.
  • the predetermined time may be set depending on the outside temperature, for example, and may be set to become shorter as the outside temperature is lower.
  • control unit 9 has a timer that measures the time during which the internal combustion engine 2 is temporarily stopped, and starts counting up (incrementing) this timer from time t5, and the count value of this timer is The timing at which the predetermined re-freezing threshold corresponding to the predetermined time is reached is time t6. Note that this re-freezing threshold may be changed depending on the outside temperature, and may be set to be smaller as the outside temperature is lower.
  • the count value of the deicing counter is set to the initial value.
  • Time t7 is the timing when the count value of the de-icing counter decreases to 0 (zero) due to the continuation of the temporary stop of the internal combustion engine 2. That is, since the internal combustion engine 2 is stopped during the period from time t6 to time t7, the count value of the deicing counter is counted down (decremented) from the initial value and gradually becomes smaller.
  • Time t8 is the timing at which the internal combustion engine 2 starts operating.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of icing determination in the exhaust system 1 of the embodiment described above.
  • step S1 it is determined whether the differential pressure sensor 8 or the path through which pressure is introduced to the differential pressure sensor 8 is determined to have ice. That is, in step S1, it is determined whether either the differential pressure sensor 8 or the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8 has already been determined to be frozen. If it is determined in step S1 that freezing is occurring, the process advances to step S4. If it is not determined in step S1 that freezing is occurring, the process advances to step S2.
  • step S2 it is determined whether icing has occurred in either the differential pressure sensor 8 or the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8. That is, in step S2, it is determined whether either the differential pressure sensor 8 or the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8 has refrozen. If it is determined in step S2 that the ice has refrozen, the process advances to step S3. If it is determined in step S2 that the ice has not refrozen, the current routine ends.
  • step S3 the counter value of the deicing counter is set to an initial value.
  • step S4 it is determined whether the internal combustion engine 2 is operating (rotating). If it is determined in step S4 that the internal combustion engine 2 is operating (rotating), the process advances to step S5. If it is determined in step S4 that the internal combustion engine 2 is stopped (engine speed is zero), the process advances to step S8.
  • step S5 the counter value of the de-icing counter is incremented.
  • step S6 it is determined whether the count value of the deicing counter has reached the deicing threshold. If it is determined in step S6 that the count value of the deicing counter has reached the deicing threshold, the process advances to step S7. If it is determined in step S6 that the count value of the deicing counter has not reached the deicing threshold, the current routine is ended.
  • step S7 it is determined that the differential pressure sensor 8 and the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8 have been defrozen (thawed). That is, in step S7, it is determined that the differential pressure sensor 8 and the path for introducing pressure to the differential pressure sensor 8 are freed from ice.
  • step S8 the counter value of the de-icing counter is decremented and the current routine is ended.
  • the internal combustion engine 2 may be a diesel engine.
  • the exhaust particulate filter is not limited to GPF5, and may be, for example, a DPF (Diesel Particulate Filter).
  • the deicing counter is set with the amount of heat supplied to the GPF 5 as a positive value and the amount of heat released from the GPF 5 as a negative value.
  • the deicing counter may be set by setting the amount of heat released from the GPF 5 as a positive value.
  • the deicing counter does not increase or decrease the count value when the fuel supply to the internal combustion engine 2 is stopped or during a fuel cut, or when the vehicle speed is higher than a predetermined speed. It may be held as a value. For example, if the de-icing counter is set with the amount of heat supplied to the GPF 5 as a positive value, the count value of the de-icing counter will be set when the fuel supply to the internal combustion engine 2 is stopped even if the internal combustion engine 2 is in operation. During a fuel cut, or when the vehicle speed is higher than a predetermined speed, it is sufficient to maintain the current value without increasing it.
  • the exhaust system 1 can determine the melting of ice with higher accuracy.
  • the deicing counter may be held at its current value without increasing or decreasing while the internal combustion engine 2 is temporarily stopped. For example, if the de-icing counter is set with the amount of heat supplied to the GPF 5 as a positive value, if the destination of the vehicle equipped with the exhaust system 1 of the present invention is not an extremely cold region, the de-icing counter will be set as a positive value. During the pause in step 2, it is sufficient to maintain the current value without decreasing it.
  • the exhaust system 1 can determine the melting of ice with higher accuracy.
  • the initial value of the count value of the de-icing counter becomes a value closer to the de-icing threshold as the pause time of the internal combustion engine 2 is shorter while it is determined that icing has occurred. For example, if the deicing counter is set with the amount of heat supplied to the GPF 5 as a positive value, the initial value of the count value of the deicing counter is The shorter the stop time, the larger the value.
  • the exhaust system 1 can determine the melting of ice with higher accuracy.
  • the initial value of the count value of the deicing counter is set to the value farthest from the deicing threshold (for example, " 0").
  • the initial value of the count value of the de-icing counter can be set relative to the de-icing threshold when the pause time of the internal combustion engine 2 while it is determined that icing has occurred is longer than a predetermined time. It may be set to the value that deviates the most.
  • the exhaust system 1 can set the initial value of the de-icing counter to a value that matches the actual usage.
  • the deicing threshold may be set depending on the outside temperature. Specifically, the deicing threshold may be set to become smaller as the outside temperature increases, for example.
  • the embodiments described above relate to a method for determining the state of the exhaust system 1 and a device for determining the state of the exhaust system 1.

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Abstract

コントロールユニット（９）は、ＧＰＦ（５）の圧力損失を検出する差圧センサ（８）、差圧センサ（８）に圧力を導入する経路である入口側圧力導入管（１０）または出口側圧力導入管（１１）に氷結が生じているか否かを判定する。コントロールユニット（９）は、氷結が生じていると判定されると、氷結解除カウンタのカウント値を所定の初期値に設定し、内燃機関（２）の運転状態に基づき氷結解除カウンタのカウント値を初期値から増減させ、氷結解除カウンタのカウント値が所定の氷結判定解除閾値に達すると、差圧センサ（８）、入口側圧力導入管（１０）または出口側圧力導入管（１１）に生じていた氷結が融解した判定する。氷結解除カウンタのカウント値は、内燃機関（２）の一時停止中は減少し、内燃機関（２）の運転中は増加する。

Description

排気システムの状態判定方法及び排気システムの状態判定装置
　本発明は、排気システムの状態判定方法及び排気システムの状態判定装置に関する。
　例えば、特許文献１には、内燃機関の排気ガスが導入されるエキゾーストパイプに設けられたガソリンパティキュレートフィルタの圧力損失を検出する差圧センサが開示されている。
　特許文献１においては、ガソリンパティキュレートフィルタの上流側（入口側）の圧力を差圧センサに伝達する上流側配管と、ガソリンパティキュレートフィルタの下流側（出口側）の圧力を差圧センサに伝達する下流側配管と、の少なくとも一方において、内部で水分が凍結して管路が閉塞され得る凍結状態（氷結状態）が発生しているか否かを判定している。
　この特許文献１においては、イグニッションスイッチがオンのときに外気温が予め設定された第１の閾値よりも低い場合、またはイグニッションスイッチがオンのときに水温が予め設定された第２の閾値よりも低い場合、上流側配管と下流側配管の少なくとも一方が凍結状態になっていると判定している。
　しかしながらこの特許文献１においては、車両の運転中に凍結状態が解消された後の再凍結に関して何ら考慮がなされていない。
　そのため、特許文献１においては、凍結状態が一度判定されると、その凍結状態が解消された場合に、凍結状態を再度判定することが困難になる。すなわち、特許文献１は、凍結状態が解消された後に再び凍結状態となるようなシーンが想定されておらず、精度よく凍結状態を判定するにあたって更なる改善の余地がある。
特開２０２０－１４３５９５号公報
　本発明の排気システムは、車両に搭載された内燃機関の停止状態に基づき上記内燃機関の排気通路に設けられた排気微粒子フィルタの圧力損失を検出する差圧センサまたは当該差圧センサに圧力を導入する経路に氷結が生じているか否かを判定し、氷結が生じていると判定されると、所定の解除カウンタのカウント値を所定の初期値に設定し、上記内燃機関の運転状態に基づき上記解除カウンタのカウント値を初期値から増減させ、上記解除カウンタのカウント値が所定の閾値に達すると、上記差圧センサまたは上記差圧センサに圧力を導入する経路に生じていた氷結が融解した判定する。また、上記解除カウンタのカウント値は、氷結が生じていると判定されている車両の運転中、上記内燃機関の一時停止中と運転中とで増減の向きが逆となる。
　本発明によれば、車両の運転中に、差圧センサ及び差圧センサに圧力を導入する経路に生じた氷結の融解を精度良く判定することができる。
本発明が適用される排気システムの概略を模式的に示した説明図。 氷結判定の様子を示したタイミングチャート。 氷結判定の流れを示すフローチャート。
　以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用される排気システム１の概略を模式的に示した説明図である。
　排気システム１は、車両に搭載されるものであって、内燃機関２と、排気通路３と、マニホールド触媒４と、ＧＰＦ５（Gasoline Particulate Filter）と、床下触媒６と、マフラー７と、ＧＰＦ５の圧力損失を検出する差圧センサ８と、後述する氷結診断を実施可能なコントロールユニット９と、を有している。
　内燃機関２は、ガソリンを燃料とする火花点火式内燃機関であって、自動車等の車両に搭載されるものである。
　ここで、内燃機関２が搭載される車両は、具体的には、アイドルストップ制御によるアイドルストップが可能なアイドルストップ車両もしくは内燃機関２を停止した状態で自立走行を行うＥＶ走行が可能なハイブリッド車両である。つまり、内燃機関２が搭載される車両は、車両の運転中に内燃機関２を一時停止させることが可能車両である。
　アイドルストップ制御は、例えば、所定の自動停止条件が成立すると燃料供給を停止して内燃機関２を自動停止し、自動停止中に所定の自動再始動条件が成立すると燃料供給を再開して内燃機関２を再始動する。
　所定の自動停止条件は、例えば、車速が所定値以下、アクセル開度が所定値以下等である。所定の自動再始動条件は、例えば、アクセル開度が所定値よりも大きい、ブレーキペダルが踏み込まれていない等である。
　ハイブリッド車両は、駆動輪を駆動用モータ（図示せず）のみを駆動源として駆動可能なＥＶ走行が可能なものであって、内燃機関２を車両の動力としては使用しないいわゆるシリーズハイブリッド車両や内燃機関２を車両の動力として使用可能ないわゆるパラレルハイブリッド車両であってもよい。
　マニホールド触媒４は、排気を浄化するものであって、例えば三元触媒からなっている。マニホールド触媒４は、内燃機関２の燃焼室（図示せず）から比較的近い、例えば排気マニホールド（図示せず）の集合部の直下流に配置されている。
　ＧＰＦ５及び床下触媒６は、内燃機関２の燃焼室（図示せず）から離れた車両の居室空間の床下に配置されている。つまり、ＧＰＦ５及び床下触媒６は、車両のエンジンルームから離れて配置されている。
　ＧＰＦ５は、排気微粒子フィルタに相当するものであって、排気中の排気微粒子（Particulate Matter）であるＰＭを捕集する。ＧＰＦ５は、マニホールド触媒４の下流側に配置されている。
　床下触媒６は、排気を浄化するものであって、例えば三元触媒からなっている。床下触媒６は、ＧＰＦ５の下流側に、ＧＰＦ５に隣接して配置されている。
　マフラー７は、排気音を低減するものであって、床下触媒６の下流側に配置されている。
　差圧センサ８は、ＧＰＦ５の入口における排気圧力とＧＰＦ５の出口における排気圧力との圧力差を検出可能なものである。ＧＰＦ５の入口における排気圧力は、入口側圧力導入管１０を介して差圧センサ８に導入される。ＧＰＦ５の出口における排気圧力は、出口側圧力導入管１１を介して差圧センサ８に導入される。入口側圧力導入管１０及び出口側圧力導入管１１は、差圧センサ８に圧力を導入する経路に相当する。
　コントロールユニット９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。コントロールユニット９には、差圧センサ８、クランク角センサ１２、内燃機関２の空燃比を検出可能なセンサ等の各種センサ類の検出信号（出力信号）が入力されている。クランク角センサ１２は、内燃機関２のクランクシャフトのクランク角を検出するものであって、内燃機関２の機関回転数を検出可能なものである。
　コントロールユニット９は、ＧＰＦ５に捕集された排気微粒子の堆積量が算出可能となっている。詳述すると、コントロールユニット９は、差圧センサ８の出力信号を用いて算出された第１堆積量と、内燃機関２の運転状態から算出された第２堆積量と、を比較し、大きい値をＧＰＦ５に堆積している排気微粒子の堆積量としている。ここで、上記第１堆積量は、ＧＰＦ５の圧力損失に基づいて算出される堆積量である。上記第２堆積量は、例えば、内燃機関２の空燃比や機関回転数の履歴等を用いた物理モデルに基づいて算出される堆積量である。
　また、コントロールユニット９は、内燃機関２を制御するとともに、各種診断を実施可能なものである。
　排気通路３内を流れる排気（既燃ガス）は、水分を含むものである。従って、差圧センサ８、入口側圧力導入管１０及び出口側圧力導入管１１は、水分が存在する環境下にある。そのため、外気温が氷点下になるような極低温状態では、差圧センサ８や、差圧センサ８に圧力を導入する経路である入口側圧力導入管１０や出口側圧力導入管１１が氷結する虞がある。例えば、差圧センサ８、入口側圧力導入管１０及び出口側圧力導入管１１のいずれかが氷結すると、差圧センサ８に故障がなかったとしても、差圧センサ８からの出力信号がその時点での差圧を表す値にならず、差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御や各種診断に不都合が生じる虞がある。つまり、差圧センサ８や、差圧センサ８に圧力を導入する経路が氷結すると、差圧センサ８に故障がなかったとしても、差圧センサ８からの出力信号がその時点で出力されるべき本来の値（真値）から乖離したものとなり、差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御や各種診断に不都合が生じる虞がある。
　差圧センサ８及び差圧センサ８に圧力を導入する経路の氷結を精度良く判定できれば、差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御や各種診断の誤作動や誤診断は抑制される。
　差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御としては、例えば、ＧＰＦ５の堆積した排気微粒子量に基づいて行うＧＰＦ５再生制御がある。ＧＰＦ５の出力信号が氷結により真値から乖離した値となり、例えば、上述した第１堆積量が実際よりも大きな値として算出されると、ＧＰＦ５再生制御が適切に行われずに、ＧＰＦ５の劣化を引き起こす虞がある。
　差圧センサ８の出力信号を利用した各種診断としては、例えば、差圧センサ８自身の故障診断や、ＧＰＦ５が排気通路３に取り付けられた状態か取り外された状態であるかの診断がある。ＧＰＦ５の出力信号が氷結により真値から乖離した値となっていると、故障診断によりＧＰＦ５が誤って故障していると判定される虞がある。また、ＧＰＦ５の出力信号が氷結により真値から乖離した値となっていると、ＧＰＦ５が排気通路３上に取り付けられた状態であっても、ＧＰＦ５が排気通路３上から取り外された状態であると判定される虞がある。
　そこで、本発明では、差圧センサ８及び差圧センサ８に圧力を導入する経路の氷結を判定する氷結判定を精度良く行い、氷結による差圧センサ８の出力異常時に差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御や各種診断を停止して、誤作動や誤診断を回避する。
　氷結判定は、判定部としてのコントロールユニット９で実施される。コントロールユニット９は、車両に搭載された内燃機関２の停止状態に基づき、例えば差圧センサ８、入口側圧力導入管１０、出口側圧力導入管１１のいずれかに氷結が生じているか否かを判定する。すなわち、コントロールユニット９は、差圧センサ８または差圧センサ８に圧力を導入する経路に氷結が生じているか否かを判定する。具体的には、内燃機関２が所定時間以上一時停止し、かつその間の外気温が所定温度以下の場合、差圧センサ８、入口側圧力導入管１０、出口側圧力導入管１１のいずれかが氷結していると判定する。上記所定温度は、例えば０℃である。
　外気温は、例えばエアフローメータ（図示せず）の検出信号から推定可能である。また、外気温は、外気温を検出する温度センサを別途設けてそこから得られるようにしてもよい。
　なお、車両のキーオン始動時は、外気温が上記所定温度以下の場合、差圧センサ８及び差圧センサ８に圧力を導入する経路に氷結があると判定する。
　コントロールユニット９は、差圧センサ８、入口側圧力導入管１０、出口側圧力導入管１１のいずれかが氷結している場合、差圧センサ８の出力信号が真値から乖離したものと判断し、差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御や各種診断を停止する。
　コントロールユニット９は、氷結判定により氷結が生じていると判定されると、所定の解除カウンタである氷結解除カウンタのカウント値を所定の初期値に設定する。氷結解除カウンタは、内燃機関２からＧＰＦ５へ送られた熱の総量に相当する指標である。そして、コントロールユニット９は、内燃機関２の運転状態（作動／一時停止状態）に基づき氷結解除カウンタのカウント値を初期値から増減させる。コントロールユニット９は、氷結解除カウンタのカウント値が所定の氷結解除閾値に達すると、差圧センサ８または差圧センサ８に圧力を導入する経路に生じていた氷結が融解した判定する。つまり、コントロールユニット９は、氷結解除カウンタのカウント値が所定の氷結解除閾値に達すると、差圧センサ８、入口側圧力導入管１０及び出口側圧力導入管１１に氷結が生じていないと判定する。
　ここで氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結解除閾値に対して予め設定された所定量分小さい値となっている。つまり氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結解除閾値との差分が一定となるよう設定される。さらに言えば、氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、例えば０（ゼロ）以上かつ氷結解除閾値未満の範囲に設定されるものである。
　なお、氷結解除閾値は、上記所定量を差し引いても０（ゼロ）とならないように設定される。
　氷結解除カウンタのカウント値は、氷結が生じていると判定されている車両の運転中、内燃機関２の一時停止中（機関回転数が０ｒｐｍの場合）は減少し、内燃機関２の運転中（機関回転数が０ｒｐｍではない場合）は増加するように設定される。換言すると、氷結解除カウンタのカウント値は、氷結が生じていると判定されている車両の走行中、内燃機関２の一時停止中と運転中とで増減の向きが逆となるように設定されている。
　なお、氷結解除カウンタのカウント値は、０（ゼロ）よりも小さくなることはない。
　コントロールユニット９は、差圧センサ８、入口側圧力導入管１０及び出口側圧力導入管１１に氷結が生じていないと判定された場合、差圧センサ８の出力信号が真値であると判断し、差圧センサ８の出力信号を利用した各種制御や各種診断を再開する。
　このような実施例の排気システム１においては、車両の運転中に、差圧センサ８及び差圧センサ８に圧力を導入する経路に生じた氷結の融解を精度良く判定することができる。
　図２は、外気温が上記所定温度以下の温度で一定のときの氷結判定の様子の一例を示したタイミングチャートである。
　時刻ｔ１は、氷結解除カウンタのカウント値の初期値が０（ゼロ）の状態で、内燃機関２が運転を開始したタイミングである。
　時刻ｔ２は、氷結解除カウンタのカウントアップ（インクリメント）が初期値から開始されるタイミングである。氷結解除カウンタのカウント値は、時刻ｔ２から増加する。内燃機関２の機関回転数が小さい領域では、吸入空気量が少なく、排気量も少ないため、十分な熱量を排気システム１に供給できない。そこで、内燃機関２の運転再開後、機関回転数が所定回転数に達する時刻ｔ２までは、氷結解除カウンタのカウント値を増減させずに初期値（現在値）に保持している。
　これによって、排気システム１は、氷結の融解を一層精度良く判定することができる。
　時刻ｔ３は、機関回転数が所定の目標回転数に到達したタイミングである。
　時刻ｔ４は、氷結解除カウンタのカウント値が氷結解除閾値に達したタイミングであり、氷結判定で氷結なしと判定されるタイミングである。
　時刻ｔ５は、車両の運転中に内燃機関２の機関回転数が「０」（ゼロ）となり、内燃機関２が停止したタイミングである。
　時刻ｔ６は、氷結判定で氷結ありと判定されるタイミングである。時刻ｔ６は、内燃機関２が停止したタイミングから上記所定時間が経過したタイミングである。上記所定時間は、例えば外気温に応じて設定し、外気温が低いほど短くなるように設定してもよい。
　具体的には、コントロールユニット９が内燃機関２が一時停止している時間を計測するタイマーを有し、時刻ｔ５のタイミングからこのタイマーのカウントアップ（インクリメント）を開始し、このタイマーのカウント値が上記所定時間に相当する所定の再氷結閾値となったタイミングが時刻ｔ６である。なお、この再氷結閾値は、外気温に応じて変更し、外気温が低いほど小さくなるように設定してもよい。
　また、時刻ｔ６では、氷結解除カウンタのカウント値が初期値に設定される。
　時刻ｔ７は、氷結解除カウンタのカウント値が内燃機関２の一時停止の継続により低下して０（ゼロ）になったタイミングである。つまり、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間は、内燃機関２が停止しているので、氷結解除カウンタのカウント値が初期値からカウントダウン（デクリメント）され、徐々に小さくなっている。
　時刻ｔ８は、内燃機関２が運転を開始したタイミングである。
　図３は、上述した実施例の排気システム１における氷結判定の流れを示すフローチャートである。
　ステップＳ１では、差圧センサ８あるいは差圧センサ８に圧力を導入する経路のいずれかに氷結があると判定された状態であるか否かを判定する。つまりステップＳ１では、差圧センサ８あるいは差圧センサ８に圧力を導入する経路のいずれかが既に氷結中と判定された状態であるか否かを判定する。ステップＳ１において氷結中と判定された場合は、ステップＳ４へ進む。ステップＳ１において氷結中と判定されなかった場合は、ステップＳ２へ進む。
　ステップＳ２では、差圧センサ８あるいは差圧センサ８に圧力を導入する経路のいずれかに氷結が発生したか否かを判定する。つまりステップＳ２では、差圧センサ８あるいは差圧センサ８に圧力を導入する経路のいずれかが再氷結したか否かを判定する。ステップＳ２において再氷結したと判定された場合は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ２において再氷結していないと判定された場合は、今回のルーチンを終了する。
　ステップＳ３では、氷結解除カウンタのカウンタ値に初期値をセットする。
　ステップＳ４では、内燃機関２が作動中（回転中）であるか否かを判定する。ステップＳ４において内燃機関２が作動中（回転中）であると判定された場合は、ステップＳ５へ進む。ステップＳ４において内燃機関２が停止（機関回転数がゼロ）していると判定された場合は、ステップＳ８へ進む。
　ステップＳ５では、氷結解除カウンタのカウンタ値をインクリメントする。
　ステップＳ６では、氷結解除カウンタのカウント値が氷結解除閾値に到達したか否かを判定する。ステップＳ６において氷結解除カウンタのカウント値が氷結解除閾値に到達したと判定された場合は、ステップＳ７へ進む。ステップＳ６において氷結解除カウンタのカウント値が氷結解除閾値に到達していないと判定された場合は、今回のルーチンを終了する。
　ステップＳ７では、差圧センサ８及び差圧センサ８に圧力を導入する経路の氷結が解除（融解）したと判定する。すなわち、ステップＳ７では、差圧センサ８及び差圧センサ８に圧力を導入する経路の氷結が解消されたと判定する。
　ステップＳ８では、氷結解除カウンタのカウンタ値をデクリメントして今回のルーチンを終了する。
　以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　例えば、内燃機関２は、ディーゼル機関でもよい。また、排気微粒子フィルタは、ＧＰＦ５に限定されるものではなく、例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）であってもよい。
　上述した実施例では、ＧＰＦ５に供給される熱量を正の値、ＧＰＦ５から放出される熱量を負の値、として氷結解除カウンタを設定しているが、ＧＰＦ５に供給される熱量を負の値、ＧＰＦ５から放出される熱量を正の値、として氷結解除カウンタを設定してもよい。
　また、氷結解除カウンタは、内燃機関２が運転中であっても、内燃機関２への燃料供給が停止された燃料カット中や、車速が所定速度以上の場合、カウント値を増減させずに現在値に保持してもよい。例えばＧＰＦ５に供給される熱量を正の値として氷結解除カウンタを設定するのであれば、氷結解除カウンタのカウント値は、内燃機関２が運転中であっても、内燃機関２への燃料供給が停止された燃料カット中や、車速が所定速度以上の場合、増加させずに現在値に保持すればよい。
　これによって、排気システム１は、氷結の融解を一層精度良く判定することができる。
　本発明の排気システム１が搭載された車両の仕向地が極寒地域ではない場合、氷結解除カウンタは、内燃機関２の一時停止中、増減させずに現在値に保持してもよい。例えばＧＰＦ５に供給される熱量を正の値として氷結解除カウンタを設定するのであれば、本発明の排気システム１が搭載された車両の仕向地が極寒地域ではない場合、氷結解除カウンタは、内燃機関２の一時停止中、減少させずに現在値に保持すればよい。
　仕向地が極寒地域ではない場合、内燃機関２の始動により氷結が解除されると、その後内燃機関２が一時停止しても氷結が進行することはないと考えられる。
　これによって、排気システム１は、氷結の融解を一層精度良く判定することができる。
　氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結が生じていると判定されている間の内燃機関２の一時停止時間が短いほど氷結解除閾値に近い値となる。例えばＧＰＦ５に供給される熱量を正の値として氷結解除カウンタを設定するのであれば、氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結が生じていると判定されている間の内燃機関２の一時停止時間が短いほど大きい値となる。
　これによって、排気システム１は、氷結の融解を一層精度良く判定することができる。
　また、氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結が生じていると判定されている間の内燃機関２の一時停止時間が所定時間よりも長くなると、氷結解除閾値から最も遠い値（例えば「０」）に設定してもよい。換言すれば、氷結解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結が生じていると判定されている間の内燃機関２の一時停止時間が所定時間よりも長くなると、氷結解除閾値に対して設定可能な最も乖離した値に設定してもよい。
　内燃機関２の一時停止の時間が長い場合、例えば、夜にイグニッションキーをオフにして内燃機関２を停止し、翌朝イグニッションキーをオンにして内燃機関２を始動するような場合は、氷結解除カウンタの初期値を補正する必要がない。
　これによって、排気システム１は、氷結解除カウンタの初期値を実際の使われ方に即した値に設定することができる。
　また、氷結解除閾値は、外気温に応じて設定してもよい。具体的には、氷結解除閾値は、例えば外気温が高いほど小さくなるように設定してもよい。
　上述した実施例は、排気システム１の状態判定方法及び排気システム１の状態判定装置に関するものである。

Claims (9)

  1. 　車両に搭載された内燃機関の停止状態に基づき上記内燃機関の排気通路に設けられた排気微粒子フィルタの圧力損失を検出する差圧センサまたは当該差圧センサに圧力を導入する経路に氷結が生じているか否かを判定し、
    　氷結が生じていると判定されると、所定の解除カウンタのカウント値を所定の初期値に設定し、上記内燃機関の運転状態に基づき上記解除カウンタのカウント値を初期値から増減させ、上記解除カウンタのカウント値が所定の閾値に達すると、上記差圧センサまたは上記差圧センサに圧力を導入する経路に生じていた氷結が融解した判定し、
    　上記解除カウンタのカウント値は、氷結が生じていると判定されている車両の運転中、上記内燃機関の一時停止中と運転中とで増減の向きが逆となる排気システムの状態判定方法。
  2. 　上記内燃機関が上記車両の運転中に所定時間以上一時停止し、かつ外気温が所定温度以下の場合、上記差圧センサまたは上記差圧センサに圧力を導入する経路に氷結が生じていると判定する請求項１に記載の排気システムの状態判定方法。
  3. 　上記内燃機関が運転中であっても、吸入空気量が所定値以下、上記内燃機関への燃料供給が停止された燃料カット中、車速が所定速度以上、のいずれかの場合、上記解除カウンタのカウント値は、増減させずに現在値に保持する請求項１または２に記載の排気システムの状態判定方法。
  4. 　上記車両の仕向地が極寒地域ではない場合、
    　上記解除カウンタのカウント値は、上記内燃機関の一時停止中、増減させずに現在値に保持する請求項１または２に記載の排気システムの状態判定方法。
  5. 　上記解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結が生じていると判定されている間の上記内燃機関の一時停止時間が短いほど上記所定の閾値に近い値となる請求項１または２に記載の排気システムの状態判定方法。
  6. 　上記解除カウンタのカウント値の初期値は、氷結が生じていると判定されている間の上記内燃機関の一時停止時間が所定時間よりも長くなると上記所定の閾値から最も遠い値なる請求項１または２に記載の排気システムの状態判定方法。
  7. 　上記内燃機関の一時停止は、アイドルストップである請求項１または２に記載の排気システムの状態判定方法。
  8. 　上記車両は、上記内燃機関を停止した状態で自立走行を行うＥＶ走行が可能なハイブリッド車両であり、
    　上記内燃機関の一時停止は、ＥＶ走行中である請求項１または２に記載の排気システムの状態判定方法。
  9. 　車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられた排気微粒子フィルタと、
    　上記排気微粒子フィルタの圧力損失を検出する差圧センサと、
    　上記内燃機関の停止状態に基づき上記差圧センサまたは上記差圧センサに圧力を導入する経路に氷結が生じているか否かを判定し、
    　氷結が生じていると判定されると、所定の解除カウンタのカウント値を所定の初期値に設定し、上記内燃機関の運転状態に基づき上記解除カウンタのカウント値を初期値から増減させ、上記解除カウンタのカウント値が所定の閾値に達すると、上記差圧センサまたは上記差圧センサに圧力を導入する経路に生じていた氷結が融解した判定する判定部と、を有し、
    　上記解除カウンタのカウント値は、氷結が生じていると判定されている車両の運転中、上記内燃機関の一時停止中と運転中とで増減の向きが逆となる排気システムの状態判定装置。
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