JP2001207828A - パティキュレートフィルタの異常検出装置 - Google Patents

パティキュレートフィルタの異常検出装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易かつ正確にパティキュレートフィルタの
異常を検出する。 【解決手段】 機関１の排気通路３にパティキュレート
フィルタ（ＤＰＦ）４３を、機関のＥＧＲ通路３３上に
ＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁２３を、それぞれ配置
する。機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、エア
フローメータ２５で検出した吸入空気量が機関運転状態
に応じて定められた目標吸入空気量になるようにＥＧＲ
弁開度をフィードバック制御する。ＥＣＵは、ＥＧＲ弁
開度フィードバック制御中に検出したＥＧＲ弁開度が、
ＤＰＦが正常な状態での機関の各運転状態におけるＥＧ
Ｒ弁解度フィードバック制御中のＥＧＲ弁開度である基
準ＥＧＲ弁開度より大きい場合には、ＤＰＦが破損した
と判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パティキュレート
フィルタの異常、特に破損を検出するパティキュレート
フィルタの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気、特にディーゼル機関の
排気にはカーボンを主成分とするパティキュレートマタ
ー（ＰＭ）が含まれている。これらのＰＭの大気への放
散を防止するために機関排気系にＰＭを捕集するパティ
キュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設ける技術が知られて
いる。ＤＰＦは、通常、金属メッシュ、多孔質セラミッ
ク等のフィルタエレメントを備えており、このフィルタ
エレメントに排気中のＰＭを捕集する。
【０００３】ところが、ＤＰＦは機関運転による振動や
排気の高熱が加わる他、機関の停止、運転の繰り返しに
よる熱サイクル応力等が作用するため、割れ、破れ等の
破損が生じる場合がある。ＤＰＦに破損が生じると排気
中のＰＭはＤＰＦに捕集されなくなりそのまま大気に放
出されてしまうため、周囲の環境を悪化させる問題があ
る。また、ＤＰＦに破損が生じた場合でも機関の運転自
体には何ら悪影響は生じない。このため、運転者はＤＰ
Ｆに破損が生じても気がつかずにそのまま運転を継続す
る場合が多く、環境を更に悪化させる可能性がある。
【０００４】このため、機関運転中にＤＰＦの破損等の
異常を検出する異常検出装置が従来から提案されてい
る。この種のＤＰＦ異常検出装置としては、例えば特開
平８−１２１１５０号公報に記載されたものがある。同
公報の装置は、ＤＰＦのフィルタエレメントを収納する
フィルタケース内のフィルタエレメント下流側の位置に
音センサを配置し、この音センサで検出した音信号の大
きさが所定のしきい値を越えた場合にフィルタエレメン
トの破損が生じたと判定するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
８−１２１１５０号公報の装置のように、音センサで検
出した音信号の大きさでＤＰＦの破損の有無を判定する
ためには、ＤＰＦの破損の検出だけのために音センサと
音信号処理回路を設ける必要があり、装置自体が複雑化
するとともに装置コストが上昇する問題がある。また、
機関運転中には、運転状態に応じて種々のノイズが発生
するため、音信号のみによってＤＰＦの破損の有無を検
出していると誤判定を生じやすくなる問題がある。
【０００６】本発明は上記問題に鑑み、音センサ等の特
殊なセンサを設けることなく簡易かつ正確にＤＰＦの破
損等の異常を検出することが可能なＤＰＦの異常検出装
置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレ
ートフィルタの破損の有無を検出するパティキュレート
フィルタの異常検出装置であって、機関排気系と機関吸
気系とを接続するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に配置さ
れたＥＧＲ弁と、機関吸入空気量を検出するとともに、
前記ＥＧＲ弁開度を制御することにより、機関吸入空気
量が機関運転状態に応じて予め定められた目標吸入空気
量になるように前記ＥＧＲ通路を通って排気系から吸気
系に還流する還流排気流量をフィードバック制御するＥ
ＧＲ制御手段と、パティキュレートフィルタが正常な状
態である基準状態において前記ＥＧＲ制御手段による前
記還流排気流量のフィードバック制御が行なわれている
ときの、各機関運転状態での前記ＥＧＲ弁開度である基
準ＥＧＲ弁開度を予め記憶した記憶手段と、前記ＥＧＲ
制御手段による前記還流排気流量のフィードバック制御
実施中にＥＧＲ弁開度を検出し、該検出した実際のＥＧ
Ｒ弁開度が、前記記憶手段に記憶した現在の運転状態に
対応する前記基準ＥＧＲ弁開度より大きい場合には、パ
ティキュレートフィルタに異常が生じたと判定する判定
手段と、を備えたパティキュレートフィルタの異常検出
装置が提供される。
【０００８】すなわち、請求項１の発明では、ＥＧＲ制
御手段による還流排気（ＥＧＲガス）流量制御実施中の
ＥＧＲ弁開度を検出し、この開度を機関の同一運転状態
における基準ＥＧＲ弁開度と比較することによりＤＰＦ
の異常の有無を検出する。一般に、ＤＰＦが破損すると
ＤＰＦを通過する排気の圧損が急激に低下し、機関の排
気背圧が低下するため、ＥＧＲ弁前後の圧力差が低下す
るようになる。ところが、本発明ではＥＧＲ弁はＥＧＲ
制御手段によりＥＧＲガス量が一定になるように制御さ
れているため、機関排気背圧が低下するとＥＧＲガス流
量を一定に維持するためにＥＧＲ弁の開度は増大され
る。
【０００９】本発明では、基準状態、すなわちＤＰＦが
正常な状態（例えばＤＰＦに破損がなく、しかもＤＰＦ
にＰＭが捕集されていない状態）での機関運転時のＥＧ
Ｒ制御実施中の各機関運転状態（例えば、機関回転数と
燃料噴射量）とそれに対応するＥＧＲ弁開度との関係を
予め記憶した記憶手段が設けられている。機関の実際の
運転中、ＤＰＦが基準状態と同じ状態にあれば、ＥＧＲ
制御実施中のＥＧＲ弁開度は基準状態における同一の機
関運転状態（例えば機関回転数、燃料噴射量が同一の運
転状態）での基準ＥＧＲ弁開度と等しくなるはずであ
る。
【００１０】一方、ＤＰＦの破損が生じていればＥＧＲ
弁開度はＤＰＦの破損が生じていない場合に較べて増大
する。このため、実際のＥＧＲ弁開度が同一の機関運転
状態に対応する基準ＥＧＲ弁開度より大きくなっている
場合にはＤＰＦに破損等の異常が生じたと判定すること
ができる。本発明では、上記に着目して音センサ等を用
いることなく簡易かつ正確にＤＰＦの異常が検出され
る。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタの破
損の有無を検出するパティキュレートフィルタの異常検
出装置であって、機関排気系に配置され機関排気流に駆
動される排気タービンと機関吸気系に配置され機関吸入
空気を昇圧する圧縮機とを備えた排気過給機と、機関吸
気温度を検出する吸気温度検出手段と、パティキュレー
トフィルタが正常な状態である基準状態における、各機
関運転状態での吸気温度である基準吸気温度を予め記憶
した記憶手段と、機関運転中に、前記吸気温度検出手段
により検出した機関吸気温度が、前記記憶手段に記憶し
た機関吸入空気量を含む現在の機関運転状態に対応する
前記基準吸気温度より高い場合には、パティキュレート
フィルタに異常が生じたと判定する判定手段と、を備え
たパティキュレートフィルタの異常検出装置が提供され
る。
【００１２】すなわち、請求項２の発明では機関吸気温
度を基準状態における同一の運転状態での基準吸気温度
と比較することによりＤＰＦの異常を検出する。なお、
本明細書では、機関吸気とは機関吸気管の機関入口（吸
気ポート）における温度を意味し、機関吸入空気とは機
関吸気管入口における新気を意味する。前述したよう
に、ＤＰＦに破損が生じるとＤＰＦを通過する排気の圧
損が急激に低下する。このため、排気タービンを有する
過給機を備えた機関では同一の機関運転条件であって
も、ＤＰＦに破損が生じた場合にはＤＰＦが正常な場合
に較べて排気タービンに与えられる排気エネルギは増大
する。例えば、ＤＰＦが排気タービン上流側の排気通路
に配置されている場合には、ＤＰＦの圧損が低下すると
排気タービン入口の排気圧力は上昇し、排気タービンの
膨張比は増大する。また、ＤＰＦが排気タービン下流側
の排気通路に配置されている場合も、ＤＰＦの圧損が低
下すると排気タービン出口の排気背圧が低下するため、
排気タービンの膨張比は増大する。このため、ＤＰＦの
位置にかかわらずＤＰＦの破損が生じると排気タービン
の膨張比は増大し、過給機回転数が増大する。このた
め、過給機の圧縮機では過給圧が増大し圧縮機出口での
吸入空気温度が上昇する。このため、ＤＰＦの破損が生
じると機関吸気温度が上昇するようになる。
【００１３】本発明では、請求項１の場合と同様にＤＰ
Ｆの基準状態、すなわちＤＰＦが正常な状態で機関を運
転した場合の、吸入空気量を含む機関運転状態（例え
ば、吸入空気量と機関回転数、燃料噴射量）と機関吸気
温度との関係を記憶手段に予め記憶してある。機関の実
際の運転中、ＤＰＦが基準状態と同じ状態にあれば、機
関吸気温度は同一の機関運転状態（例えば吸入空気量と
機関回転数、燃料噴射量が同一の運転状態）での基準吸
気温度と等しくなるはずである。
【００１４】一方、ＤＰＦの破損が生じていれば吸気温
度はＤＰＦの破損が生じていない場合に較べて上昇す
る。このため、実際の吸気温度が吸入空気量を含む同一
の機関運転状態に対応する基準吸気温度より大きくなっ
ている場合にはＤＰＦに破損等の異常が生じたと判定す
ることができる。なお、実際の機関吸気温度を吸入空気
量を含む同一の機関運転状態に対応する基準吸気温度と
比較するのは、機関回転数、燃料噴射量等が同一であっ
ても、機関の吸気絞り等により吸入空気量が変化すると
機関吸気温度が変化する場合があるからである。
【００１５】本発明では、請求項１と同様に音センサ等
を配置することなく簡易かつ正確にＤＰＦの破損を検出
することが可能になる。また、本発明のＤＰＦ異常検出
はＥＧＲ弁開度を用いないため、例えばＥＧＲを実施し
ない機関運転領域や、大量のＥＧＲガスを還流させる領
域でＥＧＲ弁が全開状態に保持されるような運転領域に
おいても正確にＤＰＦの異常が検出される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明を自動車用
ディーゼル機関に適用した実施形態の概略構成を説明す
る図である。図１において、１はディーゼル機関本体、
２は機関１の吸気通路、２０は吸気通路２に設けられた
サージタンク、２１はサージタンク２０と各気筒の吸気
ポートとを接続する吸気枝管である。本実施形態では、
吸気通路２には吸気通路２を流れる吸入空気の流量を絞
る吸気絞り弁２７、および吸気を冷却するインタクーラ
２６が設けられている。吸気絞り弁２７はソレノイド、
バキュームアクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエ
ータ２７ａを備え、後述する電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）３０からの制御信号に応じた開度をとる。本実施形
態では、吸気絞り弁２７は、例えば機関低回転時等に吸
気圧力を低下させて、後述するＥＧＲ通路３３を通って
サージタンク２０に還流する排気（ＥＧＲガス）量を増
大させるために用いられる。
【００１７】図１に２５で示すのは、吸気通路２の吸気
入口近傍に設けられたエアフローメータである。本実施
形態では、エアフローメータ２５は熱線式流量計等のよ
うに、吸気通路２を流れる吸入空気の質量流量を測定可
能な形式のものが使用されている。吸気通路２に流入し
た大気は、エアフローメータ２５を通過した後、排気過
給機（ターボチャージャ）３５の圧縮機により昇圧さ
れ、吸気通路２に設けたインタクーラ２６により冷却さ
れた後サージタンク２０、枝管２１を経て各気筒に吸入
される。
【００１８】図１に１１１で示すのは、各気筒内に直接
燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁１１１
は、高圧燃料を貯留する共通の蓄圧室（コモンレール）
１１５に接続されている。機関１の燃料は高圧燃料ポン
プ１１３により昇圧されてコモンレール１１５に供給さ
れ、コモンレール１１５から各燃料噴射弁１１１を介し
て直接各気筒内に噴射される。
【００１９】また、図１に３１で示すのは各気筒の排気
ポートと排気通路３とを接続する排気マニホルド、３５
で示すのはターボチャージャである。ターボチャージャ
３５は排気通路３の排気により駆動される排気タービン
３５ａと、この排気タービンにより駆動される吸気圧縮
機３５ｂとを備えている。また、本実施形態ではターボ
チャージャ３５下流側の排気通路３上には、排気通路３
を流れる排気流量を絞るための排気絞り弁３７が配置さ
れている。排気絞り弁３７は、吸気絞り弁２７と同様な
アクチュエータ３７ａを備え、ＥＣＵ３０からの制御信
号に応じて全開位置と所定の開度の閉弁位置とをとる。
本実施形態では排気絞り弁３７は、パティキュレートフ
ィルタ４３の再生のために排気温度を上昇させる際に用
いられる。
【００２０】更に、本実施形態では機関排気の一部を吸
気系に還流させるＥＧＲ装置が設けられている。ＥＧＲ
装置は、排気マニホルド３１と吸気サージタンク２０と
を連通するＥＧＲ通路３３、およびＥＧＲ通路３３上に
配置されたＥＧＲ弁２３、およびＥＧＲ弁２３上流側の
ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラ４５を備えてい
る。ＥＧＲ弁２３は図示しないステッパモータ、ソレノ
イドアクチュエータ等のアクチュエータを備え、ＥＣＵ
３０からの制御信号に応じた開度をとり、ＥＧＲ通路３
３を通って吸気サージタンク２０に還流する排気（ＥＧ
Ｒガス）流量を制御する。本実施形態では、低負荷領域
から高負荷領域までの広い運転領域で比較的多量のＥＧ
Ｒガスを還流させるようにＥＧＲ弁２３が制御される。
このため、本実施形態では各気筒に吸入される吸気には
比較的多量のＥＧＲガスが含まれるようになる。ＥＧＲ
ガスは気筒から排出された高温の排気であるため、多量
のＥＧＲガスを吸気に還流させると吸気温度が上昇して
しまい、機関の吸気体積効率が低下することになる。本
実施形態では、これを防止するために、ＥＧＲ弁２３上
流側のＥＧＲ通路３３には水冷または空冷のＥＧＲクー
ラ４５が設けられている。本実施形態では、ＥＧＲクー
ラ４５を用いて吸気系に還流するＥＧＲガス温度を低下
させることにより、機関の吸気体積効率の低下を抑制し
て比較的多量のＥＧＲガスを還流させることが可能とな
っている。
【００２１】図１に３０で示すのは、機関１の電子制御
ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態のＥＣＵ３０
は、公知の構成のマイクロコンピュータとして構成さ
れ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポート、出力ポート
を双方向性バスで相互に接続した構成とされている。Ｅ
ＣＵ３０は機関１の燃料噴射制御、回転数制御等の基本
制御を行うほか、本実施形態では後述するように、機関
吸入空気量に基づくＥＧＲ弁２３開度のフィードバック
制御、及びＥＧＲ弁開度に基づくＤＰＦの異常検出操
作、或いは機関吸気温度に基づくＤＰＦの異常検出操作
を行なう。
【００２２】これらの制御を行うため、ＥＣＵ３０の入
力ポートには、機関１のクランク軸近傍に配置された回
転数センサ５５から機関回転数ＮＥに対応する信号が入
力されている他、エアフローメータ２５から機関吸入空
気量（質量流量）Ｇｎに相当する信号が、また、機関ア
クセルペダル近傍に配置されたアクセル開度センサ５７
から運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開
度）ＡＣＣＰに対応する信号が、それぞれ図示しないＡ
Ｄ変換器を介して入力されている。また、ＥＣＵ３０の
入力ポートには更に、ＥＧＲ弁２３に配置されたＥＧＲ
弁開度センサ５１からＥＧＲ弁開度を表す信号ＶＥＧ
が、また、機関吸気サージタンク２０に配置された吸気
温度センサ５９から機関吸気温度を表す信号が、それぞ
れ入力されている。
【００２３】ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示しない燃
料噴射回路を介して機関１の燃料噴射弁１１１に接続さ
れ、燃料噴射弁１１１からの燃料噴射量と燃料噴射時期
とを制御している。また、ＥＣＵ３０の出力ポートは図
示しない駆動回路を介してＥＧＲ弁２３、吸気絞り弁２
７および排気絞り弁３７のアクチュエータに接続され、
それぞれの弁開度を制御している。
【００２４】なお、本実施形態ではＥＧＲ弁開度を検出
するＥＧＲ弁開度センサ５１を別途設けているが、開度
センサ５１を設けずに、例えばＥＧＲ弁２３のアクチュ
エータとしてステッパモータを用いた場合にはモータの
駆動ステップ数に基づいて、またアクチュエータとして
ソレノイドアクチュエータを用いた場合にはソレノイド
駆動パルスオン／オフのデューティ比（駆動パルスのオ
ン、オフ１周期に占めるオン時間の割合）に基づいてＥ
ＧＲ弁開度を算出するようにすることも可能である。
【００２５】本実施形態では、排気通路３の排気絞り弁
下流側には、三元触媒等の公知の形式の排気浄化触媒４
１およびパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４３が配
置されている。ＤＰＦ４３は、例えば金属メッシュ、セ
ラミック多孔質等のフィルタからなり、排気中のパティ
キュレートマター（ＰＭ）を捕集する。前述したよう
に、ＤＰＦ４３は機関排気通路に配置されているため、
高温下で機関の振動が作用する。また、機関の運転停止
にともなってＤＰＦ４３は繰り返し加熱、冷却されるこ
とになる。このため、例えば金属メッシュ（金属製不織
布等）を渦巻き円筒状に巻いた形式のフィルタを用いて
いる場合には、加熱と冷却との繰り返しにより渦巻き状
のフィルタの中心部が軸線方向にせりだして破損した
り、セラミック多孔質のフィルタ等では割れが生じるよ
うな場合がある。ＤＰＦの破損が生じると機関排気中の
ＰＭはフィルタに捕集されることなく大気に排出される
ようになる。また、ＤＰＦが破損しても機関には出力低
下や加速性の悪化等の運転者がすぐに気づく性能低下は
生じないため、運転者はＤＰＦの破損に気づかず破損し
たままの状態で機関が長期間運転される可能性がある。
【００２６】このため、ＤＰＦの破損を検出し運転者に
報知することが必要となる。本実施形態では、以下に説
明する手段により、音センサ等の特殊なセンサを使用す
ることなく、簡易かつ正確にＤＰＦの破損を検出してい
る。以下、本発明のＤＰＦの破損検出操作の実施形態に
ついて説明する。
【００２７】（１）第１の実施形態 本実施形態では、機関吸入空気量に基づくＥＧＲフィー
ドバック制御実行中に検出したＥＧＲ弁２３開度ＶＥＧ
を、ＤＰＦの基準状態における同一運転条件（同一機関
回転数、燃料噴射量）で機関を運転した場合のＥＧＲ弁
開度である基準ＥＧＲ弁開度ＶＥＧＳと比較することに
より、ＤＰＦ４３の異常の有無を検出する。なお、ＤＰ
Ｆの基準状態とは、ＤＰＦに割れ、破れ等の破損がなく
ＰＭの捕集量がゼロの状態、すなわちＤＰＦの装着直後
の新品の状態を意味している。
【００２８】以下、本実施形態のＤＰＦの異常検出操作
について説明するが、その前にその前提となる機関吸入
空気量に基づくＥＧＲのフィードバック制御について説
明することとする。内燃機関の排気は酸素濃度が低く、
燃焼に寄与しない不活性気体として機能する。このた
め、燃焼室に排気の一部をＥＧＲガスとして供給するこ
とにより機関の燃焼空気過剰率が低下して燃焼による窒
素酸化物（ＮＯX ）の発生が抑制される。一般に燃焼室
に還流させる排気ガス量（ＥＧＲ量）が増加するにつれ
て発生するＮＯX 量は低下するが、ＥＧＲ量を過度に増
大すると燃焼室内の酸素量が不足して燃焼状態が悪化す
る問題がある。特にディーゼル機関では、ＥＧＲ量が増
大すると排気中のＰＭが増加したり、排気スモークが発
生する等の問題が生じる。
【００２９】そこで、ＥＧＲにより排気中のＮＯX を抑
制する場合には、燃焼の悪化やＰＭの増大が生じない範
囲でＮＯX の抑制効果が最大になるようにＥＧＲ率（本
明細書では、機関に吸入される吸気の質量に占めるＥＧ
Ｒガスの質量の割合、すなわちＥＧＲ質量／（新気質量
＋ＥＧＲ量）をＥＧＲ率と称する）を機関運転状態に応
じて正確に制御する必要がある。
【００３０】本実施形態では、エアフローメータ２５に
より実際の機関吸入空気量（機関に吸入される新気の質
量流量）を検出し、検出した吸入空気量が機関負荷、回
転数等の機関運転状態に応じて予め定めた目標吸入空気
量になるようにＥＧＲ弁２３開度をフィードバック制御
することにより常に機関運転状態に応じたＥＧＲ率が得
られるようにしている。
【００３１】機関に吸入される吸気（新気とＥＧＲガス
との混合気）の体積流量は機関運転状態が定まれば運転
状態に応じたほぼ一定の値になる。このため、機関運転
状態が一定の状態では、吸気系に還流するＥＧＲガス量
を増大すれば機関に吸入される新気の量は減少し、ＥＧ
Ｒガス量を低減すれば機関に吸入される新気の量は増大
する。従って、機関に吸入される新気の量（質量流量）
を検出し、この質量流量が機関運転状態に応じて定まる
目標値になるようにＥＧＲ弁開度をフィードバック制御
することにより、機関には運転状態に応じた最適な量の
新気とＥＧＲガスとを供給することができる。これによ
り、機関の吸気中の新気量とＥＧＲ率が運転状態に応じ
た最適な値に制御されるようになり、排気中のＰＭ量の
増大や排気スモークの発生を生じることなく排気中のＮ
ＯX を最大限に低減することが可能となる。
【００３２】図２は、本実施形態における上述した機関
吸入空気量に基づくＥＧＲフィードバック制御操作（以
下「ＥＧＲフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御操作」と称す
る）を具体的に説明するフローチャートである。本操作
は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチン
として行なわれる。図２のＥＧＲフィードバック制御操
作では、まずステップ２０１で回転数センサ５５とエア
フローメータ２５とから機関回転数ＮＥと吸入空気量Ｇ
ｎとが読み込まれるとともに、別途ＥＣＵ３０により実
行される燃料噴射量演算操作により算出された機関燃料
噴射量Ｑfin の値が読み込まれる。
【００３３】本実施形態では、ＥＣＵ３０は燃料噴射演
算操作により、アクセル開度センサ５７で検出したアク
セル開度ＡＣＣＰと、機関回転数ＮＥとを用いて、予め
定められた関係に基づいて機関燃料噴射量Ｑfin を算出
している。燃料噴射量Ｑfinの値は、機関負荷トルクに
対応した値となるため、本実施形態では、燃料噴射量Ｑ
fin と機関回転数ＮＥとを機関運転状態を代表するパラ
メータとして使用する。
【００３４】次いで、ステップ２０３では、上記により
読み込んだ回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑfin とに基づいて
目標吸入空気量Ｇｎｔの値が算出される。目標吸入空気
量Ｇｎｔは、ＥＧＲ率（機関に吸入される吸気のうちに
占めるＥＧＲガスの割合、すなわち（ＥＧＲガス量）／
（ＥＧＲガス量＋吸入空気量Ｇｎ））が機関運転状態に
応じて定まる所定の値になるように、予め各運転状態に
対して設定された吸入空気量である。すなわち、機関の
燃焼温度を低下させて機関のＮＯX （窒素酸化物）を低
減するためには不活性ガスとしてのＥＧＲガスを多量に
機関燃焼室に供給することが好ましい。しかし、燃焼室
に供給するＥＧＲガス量が過大になると機関燃焼状態の
悪化や出力の低下が生じる。そこで、本実施形態では予
め機関運転状態に応じて最適なＥＧＲ率を実際の機関を
用いた実験に基づいて設定しておき、吸入空気量Ｇｎと
ＥＧＲガス量との割合がこの最適ＥＧＲ率になる各運転
状態における吸入空気量を目標吸入空気量Ｇｎｔとして
設定してある。すなわち、機関の回転数ＮＥ、燃料噴射
量Ｑfin 等の機関運転状態が定まると、機関燃焼室に吸
入される合計吸気量( ＥＧＲガス量＋吸入空気量Ｇｎ)
は運転状態に応じた一定の値に定まる。このため、Ｎ
Ｅ、Ｑfin 等の運転状態に応じて予め最適なＥＧＲ率を
設定しておけば、そのＥＧＲ率を得るために必要な吸入
空気量Ｇｎｔも定まることになる。本実施形態では、予
めＮＥ、Ｑfin から定まる各機関運転状態に対して最適
なＥＧＲ率を得るための目標吸入空気量Ｇｎｔを算出し
てあり、この目標吸入空気量Ｇｎｔの値をＮＥ、Ｑfin
をパラメータとして用いた数値テーブルの形でＥＣＵ３
０のＲＯＭに格納してある。図２ステップ２０３ではス
テップ２０１で読み込んだ現在の回転数ＮＥと燃料噴射
量Ｑfi n とに基づいてこの数値テーブルから目標吸入空
気量Ｇｎｔを求める操作を行う。
【００３５】次いで、ステップ２０５から２１３では、
実際の吸入空気量Ｇｎが上記により算出した目標吸入空
気量Ｇｎｔに一致するようにＥＧＲ弁２３の開度がフィ
ードバック制御される。すなわち、ステップ２０５で
は、まず実際の吸入空気量Ｇｎが目標空気量Ｇｎｔより
予め定めた正の一定値α以上大きいか否かが判定され、
α以上大きい場合にはステップ２０７でＥＧＲ弁２３の
目標開度ＶＥＧ0 を一定量ΔＶだけ増大設定するととも
に、ステップ２１３で実際のＥＧＲ弁２３開度ＶＥＧが
目標開度ＶＥＧ0 になるようにフィードバック制御す
る。これにより、吸気系に還流するＥＧＲガス量が増大
し、機関に吸入される新気の量Ｇｎが相対的に減少す
る。一方、ステップ２０５で、Ｇｎ−Ｇｎｔ≦αであっ
た場合には、次にステップ２０９で実際の吸入空気量Ｇ
ｎが目標空気量Ｇｎｔよりα以上少ないか否か（Ｇｎ−
Ｇｎｔ＜−αか否か）が判定され、α以上小さい場合に
はステップ２１１でＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＥＧ0 を
一定量ΔＶだけ減少させるとともに、ステップ２１３で
実際のＥＧＲ弁２３開度ＶＥＧが目標開度ＶＥＧ0 にな
るようにフィードバック制御する。これにより、吸気系
に還流するＥＧＲガス量は減少し、機関に吸入される新
気の量Ｇｎが相対的に増大するようになる。ステップ２
０５から２１３を実行することにより、実際の吸入空気
量Ｇｎは目標吸入空気量Ｇｎｔに対して±αの範囲に制
御される。なお、αは制御のハンチングを防止するため
の比較的小さい正の値である。
【００３６】上記のように、吸入空気量Ｇｎが運転状態
に応じた目標吸入空気量ＧｎｔになるようにＥＧＲを制
御することにより、機関のＥＧＲ率は常に運転状態に応
じた適切な値に維持され、ＰＭの増大やスモークの発生
を生じることなく最大限にＮＯX の発生を抑制すること
が可能となっている。図２の機関吸入空気量に基づくＥ
ＧＲ弁２３開度制御が実施されていると、機関運転状態
（ＮＥ、Ｑfin ）が一定の状態では、ＥＧＲ弁を通るＥ
ＧＲガス流量は一定に維持される。この場合、機関の排
気背圧が変化しない限りＥＧＲ弁２３前後の圧力差も一
定となるためＥＧＲ弁２３の開度は一定に保持されるよ
うになる。
【００３７】ところが、ＤＰＦ４３に割れ、破れ等の破
損が生じるとＤＰＦ４３を通過する排気の圧力損失が大
幅に低下するため、機関の排気背圧も大きく低下する。
このため、機関運転状態が同一であってもＤＰＦ４３に
破損が生じると図２の制御によりＥＧＲ弁２３の開度Ｖ
ＥＧは排気背圧に応じて変化するようになる。すなわ
ち、ＤＰＦ４３に破損が生じて排気背圧が低下するとＥ
ＣＵ３０は排気背圧（ＥＧＲ弁２３上流側圧力）の低下
によってＥＧＲガス量が減少してしまうことを防止する
ためにＥＧＲ弁開度を増大させる。このため、ＤＰＦ４
３に破損を生じた場合には、機関運転状態が同一であれ
ば、ＤＰＦ４３が正常な場合に較べてＥＧＲ弁２３開度
は必ず大きくなる。
【００３８】本実施形態では、予め基準状態のＤＰＦを
装着した状態で機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑfin とを
変化させて機関を運転し、各運転状態におけるＥＧＲ弁
２３開度を計測している。そして、計測したそれぞれの
運転状態におけるＥＧＲ弁開度を基準ＥＧＲ弁開度ＶＥ
ＧＳとして、ＥＣＵ３０のＲＯＭに回転数ＮＥと燃料噴
射量Ｑfin とを変数として用いた数値テーブルの形で格
納してある。
【００３９】本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関吸入空
気量に基づくＥＧＲフィードバック制御実施中に、その
ときの機関運転状態（機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑ
fin ）と同一の運転状態における基準ＥＧＲ弁開度ＶＥ
ＧＳを上記数値テーブルから読み出して、実際のＥＧＲ
弁２３開度ＶＥＧと比較する。そして、誤差を考慮して
も実際のＶＥＧが、基準ＥＧＲ弁開度ＶＥＧＳに対して
大きい場合には、ＤＰＦ４３が破損して排気背圧が低下
していると判定するようにしている。
【００４０】図３は、上述したＤＰＦ４３の異常検出操
作を具体的に説明するフローチャートである。本操作は
ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとし
て行なわれる。図３の操作では、まず、ステップ３０１
で現在図２で説明した機関吸入空気量に基づくＥＧＲ弁
開度のフィードバック制御（ＥＧＲＦ／Ｂ）が実施中か
否かが判定され、現在ＥＧＲＦ／Ｂが実行されていない
場合には異常検出を行なわずに直ちに今回の操作を終了
する。前述したように、本異常検出操作はＥＧＲＦ／Ｂ
が実行されていることが前提となるためである。
【００４１】ステップ３０１で現在ＥＧＲＦ／Ｂが実行
中であった場合には、次にステップ３０３で現在の機関
回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑfin 、及びＥＧＲ弁２３開度
ＶＥＧの値が読み込まれる。そして、ステップ３０５で
は、上記により読み込んだＮＥとＱfin とを用いて、予
めＥＣＵ３０のＲＯＭに格納した基準ＥＧＲ弁開度の数
値テーブルから現在の機関運転状態に対応する基準ＥＧ
Ｒ弁開度の値ＶＥＧＳを読み出す。
【００４２】更に、ステップ３０７では、現在のＥＧＲ
弁２３開度ＶＥＧが基準ＥＧＲ弁開度ＶＥＧＳより所定
値β以上大きくなっているか否かを判定する。ステップ
３０７ではＶＥＧ≧ＶＥＧＳ＋βであった場合には、Ｄ
ＰＦ４３に破損を生じたために排気背圧が低下してＥＧ
Ｒ弁２３開度が基準ＥＧＲ弁開度より大きくなっている
ことを意味するため、ステップ３０９に進み異常フラグ
ＸＦの値を１にセットして本操作を終了する。フラグＸ
Ｆが１にセットされると、別途ＥＣＵ３０により実行さ
れる操作では、運転席近傍に配置した警告灯が点灯され
運転者にＤＰＦ４３に異常が生じたことが報知される。
ステップ３０７でＶＥＧ＜ＶＥＧＳ＋βであった場合に
は、ＤＰＦ４３に破損は生じていないと判断されるた
め、フラグＸＦの値は変更せずにそのまま本操作を終了
する。
【００４３】なお、βの値はＥＧＲＦ／Ｂ制御中の微小
なＥＧＲ弁開度の変動により誤判定を生じることを防止
するための比較的小さな正の値に設定される。また、フ
ラグＸＦの値の初期値は０に設定されており、一旦ステ
ップ３０９でＸＦ＝１にセットされると、ＤＰＦの交換
修理時に手動で０リセットするまでＸＦ＝１の値が保持
される。これにより、一旦１にセットされたフラグＸＦ
の値が図３の操作実行時に誤ってリセットされることが
防止される。
【００４４】上述のように、図３の操作を実行すること
により本実施形態ではＤＰＦ４３の異常の有無を、音セ
ンサ等の特殊なセンサを使用することなく、簡易かつ正
確に判定することが可能となる。
【００４５】（２）第２の実施形態 次に本発明のＤＰＦ異常検出操作の第２の実施形態につ
いて説明する。上述した第１の実施形態では、ＥＧＲフ
ィードバック制御中のＥＧＲ弁開度を基準ＥＧＲ弁開度
と比較することによりＤＰＦの異常を判定していた。し
かし、第１の実施形態ではＥＧＲフィードバック制御実
施中であることがＤＰＦ異常検出操作の必要条件となる
ため、例えばＥＧＲを実施しない高負荷での運転時や、
排気圧力が低下して、大量のＥＧＲガスを還流させるた
めにＥＧＲ弁開度がほぼ全開になるような低負荷での運
転時にはＤＰＦの異常検出を行なうことができない場合
がある。
【００４６】本実施形態では、吸気温度センサ５９で検
出した機関吸気温度ＴＩＮに基づいてＤＰＦ４３の異常
の有無を検出することにより、ＥＧＲフィードバック制
御実行中以外でもＤＰＦの異常検出操作を行なうことを
可能としている。前述したように、ＤＰＦ４３に破損が
生じるとＤＰＦと過給機の配置のいかんにかかわらず、
過給機の仕事量が増大し過給圧力と温度とが上昇する。
この場合、過給空気は機関サージタンクに到達するまで
にインタークーラ２６により冷却されるが、インタクー
ラ２６出口温度も入口温度とともに上昇するため、ＤＰ
Ｆ４３に破損が生じた場合にはサージタンク２０に到達
する吸入空気の温度は、ＤＰＦ４３に正常な場合に較べ
てかならず上昇するようになる。
【００４７】また、ＥＧＲが実施されている場合にはサ
ージタンクに到達した吸入空気はＥＧＲガスと混合して
温度が上昇するが、この場合も混合前の吸入空気の温度
が上昇しているため、混合後の吸気（吸入空気とＥＧＲ
ガスとの混合気）温度もＤＰＦ４３が正常な場合に較べ
て上昇するようになる。このため、同一の機関運転条件
下でＤＰＦ４３が正常な場合の吸気温度（基準吸気温
度）と実際の吸気温度とを比較することにより、ＤＰＦ
４３に異常が生じたか否かを判定することができる。但
し、この場合には吸気絞り弁２７開度等により吸入空気
量が変化すると過給機の圧縮機の吐出流量が変化するた
め、それに応じて過給機の回転数と圧縮機吐出温度も変
化してしまう。このため、吸気温度に基づいてＤＰＦ４
３の異常を検出するためには、機関回転数ＮＥ、燃料噴
射量Ｑfin に加えて機関吸入空気量Ｇｎも同一の機関運
転状態で、基準吸気温度と実際の吸気温度とを比較する
必要がある。
【００４８】本実施形態では、基準状態のＤＰＦを機関
に装着して予め各運転状態における吸気温度を実測する
際に、ＥＧＲフィードバック制御を行なわない高負荷運
転や低負荷運転時では、吸気絞り弁２７開度を変えて吸
入空気量Ｇｎを変化させて、機関の回転数ＮＥと燃料噴
射量Ｑfin と吸入空気量Ｇｎの各組み合わせに対する吸
気温度を計測してある。また、ＥＧＲフィードバック制
御を行なう領域では同様に回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑ
fin と吸入空気量Ｇｎの各組み合わせに対する吸気温度
を計測するが、機関吸入空気量ＧｎはＮＥとＱfin とに
応じた値に制御されるためＮＥとＱfin とが定まればＧ
ｎの値も実質的に定まるようになる。本実施形態では、
上記により求めた、吸入空気量Ｇｎを含む機関の各運転
条件における吸気温度を、基準吸気温度ＴＩＮＳとし
て、Ｇｎ、ＮＥ、Ｑfin を変数として用いた数値テーブ
ルの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。
【００４９】ＥＣＵ３０は機関運転中に、そのときの機
関運転状態（機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑfin 、及び
吸入空気量Ｇｎ）と同一の運転状態における基準吸気温
度ＴＩＮＳを上記数値テーブルから読み出して、吸気温
度センサ５９で検出した実際の吸気温度ＴＩＮと比較す
る。そして、誤差を考慮しても実際の吸気温度ＴＩＮ
が、基準吸気温度ＴＩＮＳよりも高い場合には、ＤＰＦ
４３が破損して排気背圧が低下しために機関吸気温度が
上昇したと判定するようにしている。
【００５０】図４は、上述した本実施形態のＤＰＦ４３
の異常検出操作を具体的に説明するフローチャートであ
る。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される
ルーチンとして行なわれる。図４の操作では、まず、ス
テップ４０１で、現在の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑ
fin 、及び吸入空気量Ｇｎが読み込まれる。ついで、ス
テップ４０３では現在機関が定常運転されているか否か
が判定される。機関が定常運転されているか否かは、例
えば前回本操作実行時から現在までの間に機関回転数Ｎ
Ｅ、燃料噴射量Ｑfin 、吸入空気量Ｇｎのいずれかが所
定量以上変化しているか否かにより判断し、ＮＥ、Ｑ
fin 、Ｇｎのいずれかが所定量以上変化している場合に
は、現在機関が定常運転されていないと判定される。こ
の場合には、本操作は異常検出操作を行なうことなく直
ちに終了する。
【００５１】機関が定常運転されていない場合には、Ｎ
Ｅ、Ｑfin 、Ｇｎの変化が大きいため、これらから求め
た基準吸入空気量温度も変動が激しくなり、異常判定の
精度が低下する可能性がある。このため、本実施形態で
は機関が定常運転されている場合にのみステップ４０５
以下の判定操作を行なうようにしている。ステップ４０
５では、吸気温度センサ５９から機関の実際の吸気温度
ＴＩＮが読み込まれる。そして、ステップ４０７では、
ステップ４０１で読み込んだＮＥ、Ｑfin 、Ｇｎを用い
て、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納した基準吸気温度の数値
テーブルから現在の機関運転状態に対応する基準吸気温
度の値ＴＩＮＳが読み出される。
【００５２】次いで、ステップ４０９では、現在の吸気
温度ＴＩＮが上記基準吸気温度ＴＩＮＳに対して所定値
γ以上高くなっているか否かが判定される。ステップ４
０９で、ＴＩＮ≧ＴＩＮＳ＋γであった場合には、すな
わちＤＰＦ４３が破損して吸気温度が上昇していると考
えられるため、ステップ４１１で異常フラグＸＦの値が
１にセットされる。ここで、γは、吸気温度ＴＩＮの微
小な変動による誤判定を防止するための値であり、比較
的小さな正の値に設定される。フラグＸＦの機能は第１
の実施形態（図３）におけるものと同一である。また、
ステップ４０９でＴＩＮ＜ＴＩＮＳ＋γであった場合に
は、現在の吸気温度は基準吸気温度とほぼ等しいか、そ
れ以下であるためＤＰＦ４３は正常であると判定され
る。この場合には、フラグＸＦの値は変更されない。
【００５３】上述のように、図４の操作を実行すること
により本実施形態では、ＥＧＲフィードバック制御の実
施の有無にかかわらず、簡易かつ正確にＤＰＦの異常の
有無を検出することが可能となっている。
【００５４】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、簡易か
つ正確にパティキュレートフィルタの異常の有無が検出
可能となる共通の効果を奏する。また、請求項２の発明
によれば、上記共通の効果に加えて更に、機関の広い運
転領域にわたってパティキュレートフィルタの異常有無
が検出可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した実
施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】機関吸入空気量に基づくＥＧＲ弁開度フィード
バック制御操作の一例を説明するフローチャートであ
る。
【図３】パティキュレートフィルタの異常検出操作の一
実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】パティキュレートフィルタの異常検出操作の図
３とは異なる実施形態を説明するフローチャートであ
る。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関本体 ３…排気通路 ２３…ＥＧＲ弁 ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ） ４３…パティキュレートフィルタ ５９…吸気温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｋ (72)発明者 松岡 広樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 福間 隆雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 DA01 DA02 EA11 ED04 ED08 ED14 ED15 FA11 GA01 GA06 GA12 GA15 GA21 GA22 3G084 AA01 BA20 BA24 DA27 EB08 EB12 FA07 FA13 FA33 FA37 3G090 AA02 EA02 EA06 3G092 AA02 DC09 EA08 EC01 EC09 FB06 GA00 HA01Z HA04Z HD07Z HD08Z HE01Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置されたパティ
    キュレートフィルタの破損の有無を検出するパティキュ
    レートフィルタの異常検出装置であって、 機関排気系と機関吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、該
    ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁と、 機関吸入空気量を検出するとともに、前記ＥＧＲ弁開度
    を制御することにより、機関吸入空気量が機関運転状態
    に応じて予め定められた目標吸入空気量になるように前
    記ＥＧＲ通路を通って排気系から吸気系に還流する還流
    排気流量をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、 パティキュレートフィルタが正常な状態である基準状態
    において前記ＥＧＲ制御手段による前記還流排気流量の
    フィードバック制御が行なわれているときの、各機関運
    転状態での前記ＥＧＲ弁開度である基準ＥＧＲ弁開度を
    予め記憶した記憶手段と、 前記ＥＧＲ制御手段による前記還流排気流量のフィード
    バック制御実施中にＥＧＲ弁開度を検出し、該検出した
    実際のＥＧＲ弁開度が、前記記憶手段に記憶した現在の
    運転状態に対応する前記基準ＥＧＲ弁開度より大きい場
    合には、パティキュレートフィルタに異常が生じたと判
    定する判定手段と、 を備えたパティキュレートフィルタの異常検出装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の排気通路に配置されたパティ
    キュレートフィルタの破損の有無を検出するパティキュ
    レートフィルタの異常検出装置であって、 機関排気系に配置され機関排気流に駆動される排気ター
    ビンと機関吸気系に配置され機関吸入空気を昇圧する圧
    縮機とを備えた排気過給機と、 機関吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、 パティキュレートフィルタが正常な状態である基準状態
    における、各機関運転状態での吸気温度である基準吸気
    温度を予め記憶した記憶手段と、 機関運転中に、前記吸気温度検出手段により検出した機
    関吸気温度が、前記記憶手段に記憶した機関吸入空気量
    を含む現在の機関運転状態に対応する前記基準吸気温度
    より高い場合には、パティキュレートフィルタに異常が
    生じたと判定する判定手段と、 を備えたパティキュレートフィルタの異常検出装置。
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