JP2019070326A - 内燃機関の排気浄化装置及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤を排気中に混合・拡散させる拡散部材と選択還元触媒とＤＰＦとを有する内燃機関の排気浄化装置において、１つの差圧検出手段にて、拡散部材とＤＰＦのそれぞれの異常を判定することが可能な、内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法を提供する。【解決手段】微粒子捕集フィルタ４２Ａと、選択還元触媒４２Ｂと、還元剤を拡散部材に向けて噴霧する添加弁２１と、噴霧された還元剤を排気中に拡散させる拡散部材４８と、微粒子捕集フィルタと拡散部材とを含む検出対象部４９Ａの上流側の排気の圧力と検出対象部の下流側の排気の圧力との差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段３８と、内燃機関の運転状態を検出可能であるとともに検出した運転状態と差圧検出手段にて検出した検出対象部差圧とに基づいて微粒子捕集フィルタの異常と拡散部材の異常とのそれぞれを判定可能な異常判定装置５０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法に関する。

例えば特許文献１には、内燃機関の排気経路に配置されて排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒と、当該選択還元触媒の上流の排気経路に配置されて尿素還元剤を供給する尿素還元剤供給手段と、尿素還元剤供給手段の近傍の排気経路に配置されて供給された尿素還元剤と排気とのミキシングを促進するミキシング部材と、を有するエンジンの排気浄化装置が開示されている。また、ミキシング部材の直上流と直下流との差圧を検出する差圧検出手段が設けられており、検出した差圧が所定値以上となった場合に、排気の温度を上昇させて、ミキシング部材に付着した化合物の結晶を溶融除去している。

特開２００９−２４６５５号公報

特許文献１では、ＤＰＦに堆積した微粒子の量を推定するための、ＤＰＦの直上流と直下流の差圧を検出する第１の差圧センサと、ミキシング部材（以下、ミキシング部材を拡散部材と記載する）への化合物の結晶の付着によって拡散部材の開口部が塞がれる異常を判定するための、拡散部材の直上流と直下流の差圧を検出する第２の差圧センサとを必要としており、排気浄化装置の構造が複雑になっている。また、内燃機関の排気浄化装置においては、排気中の微粒子を捕集するＤＰＦについても、割れや目詰まりなどの異常の有無を判定することが求められている。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、還元剤を排気中に混合・拡散させる拡散部材と選択還元触媒とＤＰＦとを有する内燃機関の排気浄化装置において、１つの差圧検出手段にて、拡散部材とＤＰＦのそれぞれの異常を判定することが可能な、内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、内燃機関の排気経路に配置されて排気中の微粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタと、前記排気経路に配置された選択還元触媒と、前記排気経路における前記選択還元触媒よりも排気の上流側に配置されて還元剤を拡散部材に向けて噴霧する添加弁と、前記排気経路中における前記添加弁の近傍の上流側または下流側に配置されて前記添加弁から噴霧された還元剤を排気中に拡散させる前記拡散部材と、前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材とを含む検出対象部の上流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、前記検出対象部の下流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、の差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段と、前記内燃機関の運転状態を検出可能であるとともに、検出した前記運転状態と、前記差圧検出手段にて検出した前記検出対象部差圧と、に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とのそれぞれを判定可能な異常判定装置と、を有する、内燃機関の排気浄化装置である。

本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置であって、前記異常判定装置は、前記運転状態が所定運転状態を満足した場合において、前記排気経路中の排気の流速である排気流速に対する前記検出対象部差圧に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と、前記拡散部材の異常と、のそれぞれを判定する、内燃機関の排気浄化装置である。

本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置であって、前記異常判定装置は、前記運転状態が前記所定運転状態を満足した場合において、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する上限差圧が設定された上限特性よりも大きい差圧である場合に前記拡散部材が異常であると判定し、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する下限差圧が設定された下限特性よりも小さい差圧である場合に前記微粒子捕集フィルタが異常であると判定する、内燃機関の排気浄化装置である。

本発明の第４の発明は、上記第３の発明に係る内燃機関の排気浄化装置であって、前記異常判定装置は、前記運転状態が前記所定運転状態を満足した場合において、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が前記上限特性以下かつ前記下限特性以上である場合、複数の前記排気流速に対して、それぞれの前記検出対象部差圧を検出し、それぞれの前記排気流速に対するそれぞれの前記検出対象部差圧を結んだ排気流速・検出対象部差圧特性の曲率が、予め設定された評価特性の曲率よりも大きな曲率である場合に、前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材の双方が異常であると判定する、内燃機関の排気浄化装置である。

本発明の第５の発明は、内燃機関の排気経路に配置されて排気中の微粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタと、前記排気経路に配置された選択還元触媒と、前記排気経路における前記選択還元触媒よりも排気の上流側に配置されて還元剤を拡散部材に向けて噴霧する添加弁と、前記排気経路中における前記添加弁の近傍の上流側または下流側に配置されて前記添加弁から噴霧された還元剤を排気中に拡散させる前記拡散部材と、を有する排気浄化装置において、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とを判定する内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材とを含む検出対象部の上流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、前記検出対象部の下流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、の差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段と、異常判定装置と、を用い、前記異常判定装置にて、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出ステップと、前記異常判定装置にて、検出した前記運転状態に応じた前記検出対象部差圧を検出する差圧検出ステップと、前記異常判定装置にて、前記運転状態に応じた前記検出対象部差圧に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とのそれぞれを判定する異常判定ステップと、を有する、内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法である。

本発明の第６の発明は、上記第５の発明に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、前記運転状態検出ステップにて検出した前記運転状態が所定運転状態を満足する場合に、前記差圧検出ステップにて前記排気経路中の排気の流速である排気流速とともに前記検出対象部差圧を検出し、前記異常判定ステップにて、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とのそれぞれを判定する、内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法である。

本発明の第７の発明は、上記第６の発明に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、前記異常判定ステップにて、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する上限差圧が設定された上限特性よりも大きい差圧である場合に前記拡散部材が異常であると判定し、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する下限差圧が設定された下限特性よりも小さい差圧である場合に前記微粒子捕集フィルタが異常であると判定する、内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法である。

本発明の第８の発明は、上記第７の発明に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、前記異常判定ステップにて、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が前記上限特性以下かつ前記下限特性以上である場合、複数の前記排気流速に対して、それぞれの前記検出対象部差圧を検出し、それぞれの前記排気流速に対するそれぞれの前記検出対象部差圧を結んだ排気流速・検出対象部差圧特性の曲率が、予め設定された評価特性の曲率よりも大きな曲率である場合に、前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材の双方が異常であると判定する、内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法である。

第１の発明または第５の発明によれば、微粒子捕集フィルタと拡散部材とを含む検出対象部の上流側の排気経路中の圧力と、検出対象部の下流側の排気経路中の圧力と、の差圧を検出する１個の差圧検出手段を用いる。そして、当該差圧検出手段が検出した検出対象部差圧に基づいて、微粒子捕集フィルタの異常と、拡散部材の異常と、のそれぞれを異常判定装置にて判定する。これにより、１つの差圧検出手段にて、拡散部材とＤＰＦのそれぞれの異常を判定することが可能な、内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法を提供することができる。

第２の発明または第６の発明によれば、排気流速に対する検出対象部差圧に基づいて、微粒子捕集フィルタの異常と、拡散部材の異常と、のそれぞれを適切に判定することができる。

第３の発明または第７の発明によれば、排気流速に対する検出対象部差圧が上限特性よりも大きい差圧である場合は拡散部材の異常と判定し、排気流速に対する検出対象部差圧が下限特性よりも小さい差圧である場合は微粒子捕集フィルタの異常と判定する。これにより、１つの差圧検出手段にて、拡散部材とＤＰＦのそれぞれの異常を、容易に、かつ、適切に判定することができる。

第４の発明または第８の発明によれば、排気流速に対する検出対象部差圧が、上限特性よりも小さい差圧であり、かつ、下限特性よりも大きい差圧である場合であっても、拡散部材の異常と微粒子捕集フィルタの異常との双方の異常が発生している状態を、適切に判定することができる。

本発明の内燃機関の排気浄化装置を適用した第１の実施の形態の構成の例を説明する図である。 本発明の内燃機関の排気浄化装置を適用した第２の実施の形態の構成の例を説明する図である。 第１及び第２の実施の形態における異常判定装置の処理手順の例を説明するフローチャートである。 上限特性、下限特性の例を説明する図である。 評価特性の例を説明する図である。 検出した（排気流速、検出対象部差圧）から、曲率半径を求める手順の例を説明する図である。

●［内燃機関の排気浄化装置を適用した第１の実施の形成の構成（図１）］
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態における内燃機関の構成の例を示しており、内燃機関１０は、例えばディーゼルエンジンである。なお、以下の説明において、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）は、微粒子捕集フィルタに相当し、ＳＣＲは選択還元触媒に相当している。

内燃機関１０の排気経路１２には、上流から、第１酸化触媒４１、拡散部材４８、ＳＣＲＦ４２（ＤＰＦ４２Ａの機能と選択還元触媒４２Ｂ（ＳＣＲ）の機能を一体化した触媒）、第２酸化触媒４６、が順次設けられている。また、第１酸化触媒４１の上流側には、微粒子が堆積したＤＰＦを再生する（微粒子を燃焼焼却する）際に排気ガス温度を上昇させるための燃料を噴射する燃料噴射弁２８、排気温度検出手段３６Ａ（例えば、排気温度センサ）が設けられている。また、第１酸化触媒４１の下流側かつＳＣＲＦ４２の上流側には、還元剤（この場合、尿素水）を拡散部材４８に向けて噴霧する添加弁２１、吹き付けられた還元剤を排気ガス中に混合・拡散させる拡散部材４８、排気温度検出手段３６Ｂ（例えば、排気温度センサ）が設けられている。なお、添加弁２１は、拡散部材４８の近傍の上流側または下流側に配置されている。また、ＳＣＲＦ４２の下流側かつ第２酸化触媒４６の上流側には、排気温度検出手段３６Ｃ（例えば、排気温度センサ）が設けられている。

そして、ＤＰＦの機能を有するＳＣＲＦ４２と拡散部材４８とを含む検出対象部４９Ａの上流側となる排気経路１２中の排気の圧力と、検出対象部４９Ａの下流側となる排気経路１２中の排気の圧力と、の差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段３８が設けられている。差圧検出手段３８の上流側配管３８Ａは、拡散部材４８の上流側（直上流）の排気経路１２に接続されている。差圧検出手段３８の下流側配管３８Ｂは、ＳＣＲＦ４２の下流側（直下流）の排気経路１２に接続されている。

第１酸化触媒４１は、炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を無害化する触媒であり、ＤＰＦ４２Ａは、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。選択還元触媒４２Ｂは、添加弁２１から噴射されて拡散部材４８にて拡散された還元剤（この場合、尿素水）を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害化する触媒である。第２酸化触媒４６は、選択還元触媒４２Ｂにて反応に使用されずに余った還元剤を無害化する触媒である。

添加弁２１には、還元剤タンク２２から吐出配管Ｈ２を介して還元剤が供給されている。還元剤タンク２２には、圧力検出手段２６（例えば、圧力センサ）と、配管Ｈ１を介してポンプ２３が設けられている。例えば、制御装置５０は、圧力検出手段２６からの検出信号に基づいて還元剤タンク２２内の圧力が所定圧力となるようにポンプ２３を制御して、添加弁２１に供給する還元剤の液圧を一定圧力に維持する。

制御装置５０は、添加弁２１、ポンプ２３のそれぞれに制御信号を出力してそれぞれを制御することが可能である。制御装置５０は、添加弁２１の開度や通電時間等を制御することで、還元剤の供給量を調整することができる。

制御装置５０（異常判定装置に相当）には、吸気経路１１に設けられた吸入空気流量検出手段３１の検出信号、ＮＯｘ検出手段３２の検出信号、アクセル開度検出手段３３の検出信号、回転検出手段３４の検出信号、のそれぞれが入力されている。また制御装置５０には、上述した排気温度検出手段３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃの検出信号、差圧検出手段３８の検出信号が入力されている。そして制御装置５０は、これらの検出手段からの信号に基づいて内燃機関１０の運転状態を検出することができる。

吸入空気流量検出手段３１（例えば、流量センサ）は、内燃機関１０の吸気経路１１に設けられて内燃機関１０が吸入した空気の流量に応じた検出信号を出力する。ＮＯｘ検出手段３２（例えば、ＮＯｘセンサ）は、内燃機関１０の排気経路１２に設けられて内燃機関１０の排気ガス中のＮＯｘに応じた検出信号を出力する。アクセル開度検出手段３３（例えば、アクセル開度センサ）は、運転者が操作するアクセルの開度（すなわち、運転者の要求負荷）に応じた検出信号を出力する。回転検出手段３４（例えば、回転センサ）は、例えば内燃機関１０のクランクシャフトの回転に応じた検出信号を出力する。排気温度検出手段３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃのそれぞれは、自身が配置されている排気経路１２における排気ガスの温度に応じた検出信号を出力する。

制御装置５０は、検出した吸入空気流量とＮＯｘと要求負荷と内燃機関の回転数と、に基づいて、添加弁２１から噴射するべき還元剤の量を求め、ポンプ２３、添加弁２１を制御して、求めた量の還元剤を添加弁２１から噴射する。また制御装置５０は、各検出手段からの検出信号に基づいて求めた内燃機関１０の運転状態に基づいて、図示省略したインジェクタから内燃機関１０に燃料を噴射し、燃料噴射弁２８から燃料を噴射する。なお、制御装置５０は、記憶装置を有している。

●［内燃機関の排気浄化装置を適用した第２の実施の形成の構成（図２）］
図２は、第２の実施の形態における内燃機関の構成の例を示している。図２に示す第２の実施の形態では、図１に示す第１の実施の形態のＳＣＲＦ４２が、ＤＰＦ４３と選択還元触媒４４に分離されている点が異なり、差圧検出手段３８が検出する差圧の位置が異なる。以下、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。なお、図１と同一の符号が付与されているものについては、図１と同一であるので説明を省略する。

内燃機関１０の排気経路１２には、上流から、第１酸化触媒４１、ＤＰＦ４３、拡散部材４８、選択還元触媒４４、第２酸化触媒４６、が順次設けられている。第１酸化触媒４１の下流側かつＤＰＦ４３の上流側には、排気温度検出手段３６Ｂが設けられている。また、ＤＰＦ４３の下流側かつ選択還元触媒４４の上流側には、拡散部材４８、添加弁２１、排気温度検出手段３６Ｃが設けられている。

そして、ＤＰＦ４３と拡散部材４８とを含む検出対象部４９Ｂの上流側となる排気経路１２中の排気の圧力と、検出対象部４９Ｂの下流側となる排気経路１２中の排気の圧力と、の差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段３８が設けられている。差圧検出手段３８の上流側配管３８Ａは、ＤＰＦ４３の上流側（直上流）の排気経路１２に接続されている。差圧検出手段３８の下流側配管３８Ｂは、拡散部材４８の下流側（直下流）の排気経路１２に接続されている。

ＤＰＦ４３は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。選択還元触媒４２Ｂは、添加弁２１から噴射されて拡散部材４８にて拡散された還元剤（この場合、尿素水）を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害化する触媒である。

●［制御装置５０（異常判定装置）の処理手順（図３）］
次に図３に示すフローチャートを用いて、制御装置５０（異常判定装置）による、ＤＰＦ４２Ａ（４３）の異常と拡散部材４８の異常とのそれぞれを判定する手順について説明する。なお、第１の実施の形態（図１）と第２の実施の形態（図２）において、図３に示す処理手順は共通である。また、ＤＰＦの異常とは、主にＤＰＦの割れであり、拡散部材の異常とは、主に拡散部材に付着した結晶等による目詰まりである。制御装置５０は、例えば所定時間間隔（例えば数ｍｓ〜数１００ｍｓ間隔）にて、図３に示す処理を起動し、起動した場合、ステップＳ１１０へと処理を進める。

ステップＳ１１０にて制御装置５０は、上述した種々の検出手段からの検出信号等に基づいて、内燃機関の運転状態を検出してステップＳ１２０に進む。ステップＳ１１０は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出ステップに相当している。

ステップＳ１２０にて、制御装置５０は、検出した運転状態に基づいて、ＤＰＦ再生処理の完了後、所定期間内であるか否かを判定し、所定期間内である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１２５に進み、所定期間内でない場合（Ｎｏ）はステップＳ２１０に進む。なお、ＤＰＦ再生処理は、図示省略した処理であり、制御装置５０が、ＤＰＦ４２Ａ（４３）に所定量以上の微粒子状物質が捕集されていると判定した場合に、燃料噴射弁２８（図１、図２参照）から燃料を噴射して排気ガスの温度を強制的に上昇させて、ＤＰＦ内の微粒子状物質を燃焼焼却する処理のことである。このＤＰＦ再生処理を行うことで、ＤＰＦ内の微粒子状物質を燃焼焼却することが可能であるとともに、拡散部材に付着した結晶等を溶融除去することが可能である。従って、ＤＰＦ再生処理が正常に実施されれば、ＤＰＦ４２Ａ（４３）による圧損は軽減され、拡散部材４８による圧損も軽減される。そして、ＤＰＦ再生処理の完了後、所定期間内（例えば、数１０分以内）では、ＤＰＦ４２Ａ（４３）には微粒子状物質がほとんど堆積しておらず（堆積量は、ほぼゼロであり）、拡散部材４８には結晶等がほとんど付着していない状態（付着量は、ほぼゼロの状態）である。

ステップＳ１２５に進んだ場合、制御装置５０は、排気流速を算出し、ステップＳ１３０に進む。制御装置５０は、例えば、吸入空気流量検出手段３１にて検出した吸入空気量、回転検出手段３４にて検出した内燃機関の回転数、インジェクタからの燃料噴射量、等に基づいて、内燃機関１０からの排気ガスの流速を求めることができる。なお、排気流速を求める方法については、特に限定しない。

ステップＳ１３０にて制御装置５０は、差圧検出手段３８からの検出信号に基づいて、検出対象部４９Ａ（４９Ｂ）の差圧である検出対象部差圧を取得し（求め）、ステップＳ１３５に進む。

ステップＳ１３５にて制御装置５０は、ステップＳ１２５にて求めた排気流速とともにステップＳ１３０にて取得した差圧（検出対象部差圧）を記憶装置に記憶し、ステップＳ１４０に進む。具体的には、制御装置５０は（排気流速、差圧）を１セットにして記憶装置に記憶する。従って、制御装置５０は、ＤＰＦ再生処理の完了後の所定期間内（ステップＳ１２０より）に、複数の（排気流速、差圧）を記憶する。なおステップＳ１２５〜Ｓ１３５は、内燃機関の運転状態に応じた検出対象部差圧を検出する差圧検出ステップに相当している。

ステップＳ１４０にて制御装置５０は、（排気流速、差圧）を記憶したことを示す検出済フラグをセットして処理を終了する。

ステップＳ２１０に進んだ場合、制御装置５０は、検出済フラグがＯＮ（セット状態）であるか否かを判定し、検出済フラグがＯＮの場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２１５に進み、検出済フラグがＯＮでない場合（Ｎｏ）は処理を終了する。

ステップＳ２１５に進んだ場合、制御装置５０は、検出済フラグをクリアして（ＯＦＦにして）ステップＳ２２０に進む。従って、ステップＳ２２０以下の処理は、ステップＳ１２０、Ｓ１４０、Ｓ２１０、Ｓ２１５によって、ＤＰＦ再生処理完了後の所定期間を経過した後（複数の（排気流速、差圧）を記憶した後）、１回のみ実行される。

ステップＳ２２０にて制御装置５０は、記憶装置に記憶されている複数の（排気流速、差圧）の全部、あるいは所定の条件に基づいて抽出した（排気流速、差圧）における排気流速に対する差圧が、図４に示す上限特性に対して、高い側の差圧であるか否か（図４中の領域Ａに属するか否か）を判定する。制御装置５０は、全部または抽出した（排気流速、差圧）が、上限特性よりも高い側の差圧である（図４中の領域Ａに属する）場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２５０に進み、上限特性よりも高い側の差圧でない場合（Ｎｏ）はステップＳ３２０に進む。なお、抽出する際の所定の条件とは、例えば、排気流速が第１流速閾値以上かつ第２流速閾値以下等、適宜設定される条件であり、所定の条件の具体的な内容については、特に限定しない。なお、図４の「上限特性」（排気流速に対する上限差圧が設定された、排気流速・（上限）差圧特性）は、予め記憶装置に記憶されている。また、図４の各特性の説明については後述する。

ステップＳ２５０に進んだ場合、制御装置５０は、拡散部材は異常、ＤＰＦは正常、と判定して処理を終了する。

ステップＳ３２０に進んだ場合、制御装置５０は、記憶装置に記憶されている複数の（排気流速、差圧）の全部、あるいは所定の条件に基づいて抽出した（排気流速、差圧）における排気流速に対する差圧が、図４に示す下限特性に対して、低い側の差圧であるか否か（図４中の領域Ｂに属するか否か）を判定する。制御装置５０は、全部または抽出した（排気流速、差圧）が、下限特性よりも低い側の差圧である（図４中の領域Ｂに属する）場合（Ｙｅｓ）はステップＳ３５０に進み、下限特性よりも低い側の差圧でない場合（Ｎｏ）はステップＳ４２０に進む。なお、抽出する際の所定の条件とは、例えば、排気流速が第３流速閾値以上かつ第４流速閾値以下等、適宜設定される条件であり、所定の条件の具体的な内容については特に限定しない。なお、図４の「下限特性」（排気流速に対する下限差圧が設定された、排気流速・（下限）差圧特性）は、予め記憶装置に記憶されている。

ステップＳ３５０に進んだ場合、制御装置５０は、ＤＰＦは異常、拡散部材は正常、と判定して処理を終了する。

［排気流速・差圧特性（図４）について］
図４は、横軸を排気流速、縦軸を差圧、とした座標系における「正常時標準特性」、「上限特性」、「下限特性」の例を示している。「正常時標準特性」は、ＤＰＦ再生処理が完了後の、正常なＤＰＦ（微粒子が燃焼焼却されて微粒子の堆積がほぼゼロの状態のＤＰＦ）、正常な拡散部材（結晶等が溶融されて付着している結晶等がほぼ無い状態の拡散部材）、に対する、排気流速と差圧の関係を実験等にて求めた特性である。ＤＰＦ再生処理が完了後であっても、例えば拡散部材に付着している結晶等が残っている場合では、拡散部材が目詰まりして圧損が増加するので、「正常時標準特性」から「上限特性」の側へと、特性が変化していく。図４に示す領域Ａは、拡散部材の目詰まりによる圧損が許容できない領域であり、この状態であるか否かをステップＳ２２０にて判定している。また、ＤＰＦ再生処理が完了後であっても、例えばＤＰＦに割れが発生している場合では、排気がＤＰＦの割れから漏れて差圧が小さくなるので、「正常時標準特性」から「下限特性」の側へと、特性が変化していく。図４に示す領域Ｂは、ＤＰＦに割れが発生して明らかに排気の漏れが発生している領域であり、この状態であるか否かをステップＳ３２０にて判定している。

図４に示す［排気流速・差圧特性］において、「領域Ａ」は、拡散部材の目詰まりによって排気流速に対する差圧が大きくなった状態（ＤＰＦは正常の状態）であり、拡散部材は異常、ＤＰＦは正常、と判定（ステップＳ２５０）される領域である。また「領域Ｂ」は、ＤＰＦの割れによって排気流速に対する差圧が小さくなった状態（拡散部材は正常の状態）であり、ＤＰＦは異常、拡散部材は正常、と判定（ステップＳ３５０）される領域である。

なお、図４中において「領域Ａ」と「領域Ｂ」に挟まれた「領域Ｃ」は、ＤＰＦと拡散部材がともに正常であるとは限らない。例えば、拡散部材の目詰まりとＤＰＦの割れの双方が発生している場合、「領域Ｃ」内の特性となる場合がある。つまり、検出した（排気流速、差圧）が「領域Ｃ」内に属する場合、（ＤＰＦ、拡散部材）は、（正常、正常）または（異常、異常）のいずれかである、と考えられる。

従って、検出した（排気流速、差圧）が「領域Ｃ」内に属する場合、（ＤＰＦ、拡散部材）が（正常、正常）であるか（異常、異常）であるかを区別する必要がある。発明者は、拡散部材の目詰まりとＤＰＦの割れの双方が発生している場合（（異常、異常）の場合）、図５の「評価特性」に示すように、「領域Ｃ」内であっても、「正常時標準特性（（正常、正常）の場合）」の曲率よりも「評価特性」の曲率のほうが大きくなることを見出した。なお、図５中における「評価特性」は、（ＤＰＦ、拡散部材）が（異常、異常）の場合の特性の例を示し、「正常時標準特性」は、（ＤＰＦ、拡散部材）が（正常、正常）の場合の特性の例を示している。そして発明者は、拡散部材の目詰まりとＤＰＦの割れの度合いが大きくなる程、曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）ことを見出した。図５に示す「評価特性」は、拡散部材の目詰まりとＤＰＦの割れが発生している状態であり、この「評価特性」の曲率よりも大きな曲率である場合（あるいは「評価特性」の曲率半径よりも曲率半径が小さな場合）、拡散部材の目詰まりとＤＰＦの割れの双方が発生している状態である、と判定できる。なお、「評価特性」の曲率半径（または曲率）は、予め記憶装置に記憶されている。また図５において、曲率中心Ｃｓは、「評価特性」の曲率円の中心を示し、曲率半径Ｒｓは、「評価特性」の曲率円の半径を示している。例えば、検出した特性の曲率が、「評価特性」の曲率よりも大きな曲率であるか否かを判定するには、検出した特性の曲率半径が、「評価特性」の曲率半径Ｒｓよりも小さな曲率半径であるか否かを判定すればよい。

ここで図６を用いて、検出した複数の（排気流速、差圧）に基づいた検出特性（排気流速・検出対象部差圧特性に相当）の曲率半径Ｒ１を求める手順の例について説明する。例えば、排気流速Ｖａ、排気流速Ｖｂ（Ｖａ＜Ｖｂ）を決め、排気流速を、排気流速Ｖａ未満の領域α、排気流速Ｖａ以上かつ排気流速Ｖｂ未満の領域β、排気流速Ｖｂ以上の領域γ、の３つの領域に分割する。そして、記憶している複数の（排気流速、差圧）の中から、領域αに該当する（排気流速、差圧）、領域βに該当する（排気流速、差圧）、領域γに該当する（排気流速、差圧）を抽出する。図６の例では、領域αに該当する（排気流速、差圧）としてＱ１（Ｖ１、Ｐ１）を抽出し、領域βに該当する（排気流速、差圧）としてＱ２（Ｖ２、Ｐ２）を抽出し、領域γに該当する（排気流速、差圧）としてＱ３（Ｖ３、Ｐ３）を抽出した例を示している。

そして図６に示すように、Ｑ１（Ｖ１、Ｐ１）とＱ２（Ｖ２、Ｐ２）を結ぶ線分Ｓ１の中点Ｓ１Ｃを求め、中点Ｓ１Ｃを通り線分Ｓ１に直交する直線Ｔ１を求める。同様に、Ｑ２（Ｖ２、Ｐ２）とＱ３（Ｖ３、Ｐ３）を結ぶ線分Ｓ２の中点Ｓ２Ｃを求め、中点Ｓ２Ｃを通り線分Ｓ２に直交する直線Ｔ２を求める。そして直線Ｔ１と直線Ｔ２の交点Ｃ１（曲率中心）を求める。交点Ｃ１からＱ２（Ｖ２、Ｐ２）までの距離、または交点Ｃ１からＱ１（Ｖ１、Ｐ１）までの距離、または交点Ｃ１からＱ３（Ｖ３、Ｐ３）までの距離、が検出特性の曲率半径Ｒ１である。

ここで、図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４２０に進んだ場合、制御装置５０は、記憶装置に記憶されている複数の（排気流速、差圧）において、以下のステップＳ４２５、Ｓ４３０の評価に使用できる（排気流速、差圧）が有るか否かを判定し、有る場合（Ｙｅｓ）はステップＳ４２５に進み、無い場合（Ｎｏ）は処理を終了する（ＤＰＦと拡散部材について、正常も異常も判定せず、処理を終了する）。上記の例の場合、制御装置５０は、図６に示す領域α、領域β、領域γ、のすべての領域のそれぞれに、該当する（排気流速、差圧）が有る場合に「Ｙｅｓ」と判定し、いずれかの領域に、該当する（排気流速、差圧）が無い場合に「Ｎｏ」と判定して処理を終了する。

ステップＳ４２５に進んだ場合、制御装置５０は、上述したように、領域αの（排気流速、差圧）、領域βの（排気流速、差圧）、領域γの（排気流速、差圧）を用いて、検出特性の曲率半径を算出してステップＳ４３０に進む。

ステップＳ４３０にて制御装置５０は、ステップＳ４２５にて算出した検出特性の曲率半径が、記憶装置に記憶されている「評価特性の曲率半径」よりも小さいか否かを判定し、検出特性の曲率半径が評価特性の曲率半径よりも小さい場合（Ｙｅｓ）はステップＳ４５０に進み、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ５５０に進む。

ステップＳ４５０に進んだ場合、制御装置５０は、ＤＰＦは異常、拡散部材は異常、と判定して処理を終了する。

ステップＳ５５０に進んだ場合、制御装置５０は、ＤＰＦは正常、拡散部材は正常、と判定して処理を終了する。以上に説明したステップＳ２２０〜５５０は、内燃機関の運転状態に応じた検出対象部差圧に基づいて、ＤＰＦの異常と拡散部材の異常とのそれぞれを判定する異常判定ステップに相当している。

以上の説明では、検出特性（排気流速・検出対象部差圧特性に相当）の曲率半径と、評価特性の曲率半径とを比較し、検出特性の曲率半径のほうが小さい場合に、ＤＰＦと拡散部材の双方が異常である、と判定した。しかし、曲率半径の代わりに曲率を用い、検出特性の曲率と評価特性の曲率とを比較し、検出特性の曲率のほうが評価特性の曲率よりも大きい場合に、ＤＰＦと拡散部材の双方が異常である、と判定するようにしてもよい。なお、曲率半径や曲率の求め方については、特に限定しない。

●［本願の効果］
以上に説明した内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法にて、還元剤を排気中に混合・拡散させる拡散部材と選択還元触媒とＤＰＦとを有する内燃機関の排気浄化装置において、１つの差圧検出手段にて、拡散部材とＤＰＦのそれぞれの異常を判定することができる。

本発明の、内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法は、本実施の形態で説明した構成、構造、形状、処理手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

本実施の形態にて示した排気流速・差圧特性は、図４に示す例に限定されるものではない。

また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。

１０ 内燃機関
１１ 吸気経路
１２ 排気経路
２１ 添加弁
２２ 還元剤タンク
２３ ポンプ
２６ 圧力検出手段
２８ 燃料噴射弁
３１ 吸入空気流量検出手段
３２ ＮＯｘ検出手段
３３ アクセル開度検出手段
３４ 回転検出手段
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ 排気温度検出手段
３８ 差圧検出手段
３８Ａ 上流側配管
３８Ｂ 下流側配管
４１ 第１酸化触媒
４２ ＳＣＲＦ
４２Ａ ＤＰＦ（微粒子捕集フィルタ）
４２Ｂ 選択還元触媒
４３ ＤＰＦ（微粒子捕集フィルタ）
４４ 選択還元触媒
４６ 第２酸化触媒
４８ 拡散部材
４９Ａ、４９Ｂ 検出対象部
５０ 制御装置（異常判定装置）

Claims (8)

1. 内燃機関の排気経路に配置されて排気中の微粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタと、
   前記排気経路に配置された選択還元触媒と、
   前記排気経路における前記選択還元触媒よりも排気の上流側に配置されて還元剤を拡散部材に向けて噴霧する添加弁と、
   前記排気経路中における前記添加弁の近傍の上流側または下流側に配置されて前記添加弁から噴霧された還元剤を排気中に拡散させる前記拡散部材と、
   前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材とを含む検出対象部の上流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、前記検出対象部の下流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、の差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出可能であるとともに、検出した前記運転状態と、前記差圧検出手段にて検出した前記検出対象部差圧と、に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とのそれぞれを判定可能な異常判定装置と、
   を有する、
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記異常判定装置は、
   前記運転状態が所定運転状態を満足した場合において、
   前記排気経路中の排気の流速である排気流速に対する前記検出対象部差圧に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と、前記拡散部材の異常と、のそれぞれを判定する、
   内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記異常判定装置は、
   前記運転状態が前記所定運転状態を満足した場合において、
   前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する上限差圧が設定された上限特性よりも大きい差圧である場合に前記拡散部材が異常であると判定し、
   前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する下限差圧が設定された下限特性よりも小さい差圧である場合に前記微粒子捕集フィルタが異常であると判定する、
   内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記異常判定装置は、
   前記運転状態が前記所定運転状態を満足した場合において、
   前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が前記上限特性以下かつ前記下限特性以上である場合、
   複数の前記排気流速に対して、それぞれの前記検出対象部差圧を検出し、
   それぞれの前記排気流速に対するそれぞれの前記検出対象部差圧を結んだ排気流速・検出対象部差圧特性の曲率が、予め設定された評価特性の曲率よりも大きな曲率である場合に、前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材の双方が異常であると判定する、
   内燃機関の排気浄化装置。
5. 内燃機関の排気経路に配置されて排気中の微粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタと、
   前記排気経路に配置された選択還元触媒と、
   前記排気経路における前記選択還元触媒よりも排気の上流側に配置されて還元剤を拡散部材に向けて噴霧する添加弁と、
   前記排気経路中における前記添加弁の近傍の上流側または下流側に配置されて前記添加弁から噴霧された還元剤を排気中に拡散させる前記拡散部材と、
   を有する排気浄化装置において、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とを判定する内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、
   前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材とを含む検出対象部の上流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、前記検出対象部の下流側となる前記排気経路中の排気の圧力と、の差圧である検出対象部差圧を検出する差圧検出手段と、
   異常判定装置と、
   を用い、
   前記異常判定装置にて、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出ステップと、
   前記異常判定装置にて、検出した前記運転状態に応じた前記検出対象部差圧を検出する差圧検出ステップと、
   前記異常判定装置にて、前記運転状態に応じた前記検出対象部差圧に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とのそれぞれを判定する異常判定ステップと、
   を有する、
   内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、
   前記運転状態検出ステップにて検出した前記運転状態が所定運転状態を満足する場合に、前記差圧検出ステップにて前記排気経路中の排気の流速である排気流速とともに前記検出対象部差圧を検出し、
   前記異常判定ステップにて、前記排気流速に対する前記検出対象部差圧に基づいて、前記微粒子捕集フィルタの異常と前記拡散部材の異常とのそれぞれを判定する、
   内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法。
7. 請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、
   前記異常判定ステップにて、
   前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する上限差圧が設定された上限特性よりも大きい差圧である場合に前記拡散部材が異常であると判定し、
   前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が、前記排気流速に対する下限差圧が設定された下限特性よりも小さい差圧である場合に前記微粒子捕集フィルタが異常であると判定する、
   内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法。
8. 請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法であって、
   前記異常判定ステップにて、
   前記排気流速に対する前記検出対象部差圧が前記上限特性以下かつ前記下限特性以上である場合、複数の前記排気流速に対して、それぞれの前記検出対象部差圧を検出し、
   それぞれの前記排気流速に対するそれぞれの前記検出対象部差圧を結んだ排気流速・検出対象部差圧特性の曲率が、予め設定された評価特性の曲率よりも大きな曲率である場合に、前記微粒子捕集フィルタと前記拡散部材の双方が異常であると判定する、
   内燃機関の排気浄化装置の異常判定方法。
   

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