JP3598573B2 - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる排気微粒子（パティキュレート）をフィルタを用いて捕集し、その捕集した排気微粒子を燃焼させてフィルタを再生させる排気微粒子浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排気微粒子浄化装置においては、ディーゼルエンジンの排気通路に配置されたフィルタにより排気ガス中の排気微粒子を捕集し、捕集した排気微粒子の捕集量を検出して再生時期を判断し、フィルタに付着した排気微粒子を燃焼してフィルタの再生を行うようにしている。
【０００３】
排気微粒子の捕集量は、フィルタの前後の差圧を検出する圧力センサの出力およびフィルタに流入する排気体積流量から検出される。従って、捕集量が正しく検出されるためには捕集量検出に関係するセンサが正しく作動し、そのセンサ信号に基づいて正確に捕集量の算出を行う必要がある。
そして、特開平２ー１１８１６号公報には、フィルタの前後差圧に基づき、圧力センサの断線あるいは圧力センサの配管目詰まりを判定して、圧力センサの異常を検出するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のものによれば圧力センサの異常を検出することができるものの、捕集量検出に関して全体的に正しく行われているか否かを検出することはできない。すなわち、上述したように、捕集量はフィルタの前後の差圧のみならずフィルタに流入する体積流量から検出されるものであり、それらの情報を得るためのセンサが正しく作動し、かつそのセンサ信号に基づいて正しく捕集量検出が行われているか否かを検出することはできない。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、捕集量検出が全体として正しく行われているか否かを検出することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、
ディーゼルエンジン（１）の排気流路に設けられ排気微粒子を捕集するフィルタ（７）と、このフィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させて前記フィルタを再生する再生手段（８および図示しないエアポンプ）と、前記フィルタの微粒子捕集量を検出する捕集量検出手段（３、９〜１２、１０１〜１０４）と、この検出された排気微粒子捕集量に応じて前記再生手段を制御する再生制御手段（１０７、２００）とを備えた排気微粒子浄化装置において、
前記検出された微粒子捕集量の時間的変化に基づき前記捕集量検出手段の異常を検出する異常検出手段（１０５、１０６、１０８）を備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記捕集量検出手段は、フィルタの前後差圧を検出する差圧検出手段（１０２）と、フィルタに流入する排気体積流量を検出する排気体積流量検出手段（１０３）と、検出された前後差圧および排気体積流量からフィルタの通気抵抗として捕集量を検出する手段（１０４）とを有して構成されている。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の排気微粒子浄化装置において、前記異常検出手段は、前記検出された捕集量が所定時間前に検出された捕集量に２つの異なる係数を乗じて定まる値に挟まれる領域を外れた時に前記捕集量検出手段の異常を検出するものであることを特徴としている。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の排気微粒子浄化装置において、前記異常検出手段の異常検出により前記再生手段による前記フィルタの再生を禁止する禁止手段（１０９、１１１）を備えたことを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排気微粒子浄化装置において、前記異常検出手段の異常検出を報知する報知手段（１５、１１０）を有することを特徴としている。
なお、上記各手段のカッコ内の符号等は、後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の作用効果】
請求項１乃至４に記載の発明によれば、検出された微粒子捕集量の時間的変化を用いることにより、捕集量検出が全体として正しく行われているか否かを検出することができる。
特に、請求項３に記載の発明においては、捕集量検出手段の異常検出によりフィルタの再生を禁止しているから、誤った捕集量検出に基づくフィルタの再生を防ぐことができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１には、ディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す。
ディーゼルエンジン１の吸入側にはエアクリーナ２が設けられており、その吸入流量を検知するための熱線式流量センサ３がエアクリーナ２からディーゼルエンジン１への流路の途中に設けられている。
【００１２】
ディーゼルエンジン１の排気管４には排気浄化装置５が設けられている。排気浄化装置５は排気管４と連通するハウジング６を有しており、このハウジング６内を排気ガスが通過していく。
ハウジング６内にはフィルタ７が配置され、このフィルタ７はセラミック多孔からなり、それに排気ガスが通過することにより排気ガス中の排気微粒子が捕集される。また、このフィルタ７の上流端面には電気ヒータ８が設けられており、フィルタ７の再生時に排気微粒子に着火する。なお、フィルタ７の再生時には図示しないエアポンプから排気微粒子の燃焼に必要な空気が供給される。従って、電気ヒータ８およびエアポンプにて、フィルタ７に捕集された排気微粒子を燃焼させてフィルタ７を再生する再生手段を構成している。
【００１３】
さらに、排気浄化装置５には、フィルタ７のディーゼルエンジン１側の絶対圧力（前圧）を検知する圧力センサ９、フィルタ７の排気側の絶対圧力（後圧）を検知する圧力センサ１０が設けられている。また、ディーゼルエンジン１からフィルタ７に流れ込む排気温度を検出する温度センサ１１、フィルタ７から流出する排気温度を検出する温度センサ１２が設けられている。
【００１４】
そして、各センサからの信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３に入力される。このＥＣＵ１３内にはＣＰＵ１４が設けられており、各センサ信号は最終的にはＣＰＵ１４に入力される。このＣＰＵ１４は、排気微粒子の捕集量を検出して再生時期を判断し、この再生時期判断時にフィルタ７を再生させる演算処理を実行する。
【００１５】
また、ＣＰＵ１４は、捕集量の検出が異常であると判定した時には警告灯１５を点灯させる処理も行う。
上記構成において、その作動を、ＣＰＵ１４の演算処理を示す図２のフローチャートを基に説明する。
まず、センサ３、９〜１２からのセンサ値を取り込む（ステップ１０１）。この取り込んだセンサ値によりステップ１０２、１０３の処理を行う。すなわち、圧力センサ９にて検出した前圧Ｐ１から圧力センサ１０にて検出した後圧Ｐ２を引くことによりフィルタ７の差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求め（ステップ１０２）、続いて熱線式流量センサ３にて検出した吸入空気質量流量Ｇ、上記前圧Ｐ１、および温度センサ１１にて検出した入ガス温度と温度センサ１２にて検出した出ガス温度の平均温度Ｔｅｘから、フィルタ７に流入する排気体積流量Ｖをｆ（Ｇ、Ｔｅｘ、Ｐ１）にて求める（ステップ１０３）。この関数ｆは、吸入空気質量流量を排気ガスの温度、圧力により排気体積流量換算するための関数である。
【００１６】
次に、上記求めたフィルタ差圧ΔＰ、フィルタ７に流入する体積流量Ｖから、排気微粒子の捕集量ＰＭｑ_ｎ をｇ（ΔＰ、Ｖ）にて求める（ステップ１０４）。この関数ｇは、基本的には差圧ΔＰを体積流量Ｖで割った値を求めるように設定されたものである。この関数を用いて求められた値は通気抵抗、すなわちフィルタの目詰まり量を示すものであり、それを捕集量としている。
【００１７】
ここで、捕集量ＰＭｑ_ｎ は通気抵抗を示すものであるため、運転状態（排気流量）に無次元な量であり、運転状態の変化には変動しない。従って、以下の処理においては、捕集量ＰＭｑ_ｎ の時間的変化が所定範囲内に入っているか否かにより、捕集量検出手段、すなわち捕集量を算出する上で必要となるセンサおよびこのセンサ値に基いて捕集量ＰＭｑ_ｎ を算出する処理までの異常を判定するようにしている。
【００１８】
まず、上記処理による捕集量ＰＭｑ_ｎ の算出が１回目であるか否かを判定し（ステップ１０５）、１回目の時には、その時の捕集量ＰＭｑ_ｎ を記憶する（ステップ１０６）。
そして、捕集量ＰＭｑ_ｎ の算出が２回目以降の場合には、捕集量ＰＭｑ_ｎ の時間的変化が所定の適正範囲内に入っているか否かを判定する（ステップ１０８）。すなわち、今回の処理で求めた捕集量ＰＭｑ_ｎ が前回の処理で求めた捕集量ＰＭｑ_ｎ−１ にＫ１（例えば１．０５）およびＫ２（例えば０．９７）を乗じた値の範囲内に入っているか否かを判定する。なお、図２に示す演算処理の周期は、センサの応答性を考慮して定められており、例えば０．１〜１００秒の時間として捕集量ＰＭｑ_ｎ の時間的変化を適正に判断できるようにしている。
【００１９】
ここで、捕集量検出手段が正常であれば、捕集量ＰＭｑ_ｎ は上記範囲内の値になる。この場合には、ステップ１０６にて今回の値を次回の演算のために記憶する。また、この記憶処理後、捕集量ＰＭｑ_ｎ が設定値、すなわち再生を必要とするフィルタの目詰まり限界値に達したか否かを判定する（ステップ１０７）。
捕集量ＰＭｑ_ｎ が設定値に達した時には、後述する再生禁止フラグがセットされていないことを条件として（ステップ１０９）、再生制御ルーチン２００にて再生制御を行う。この再生制御ルーチン２００では、電気ヒータ８および図示しないエアポンプを作動させて、フィルタ７に捕集された排気微粒子を燃焼させる公知の処理を行う。
【００２０】
一方、捕集量検出手段の異常、例えばセンサ３、９〜１２の異常、あるいはセンサ値の読み込み時の異常等が生じた時には、捕集量ＰＭｑ_ｎ が異常な値になるため、その時間的変化が上記した所定の範囲から外れることになり、ステップ１０８の判定がＮＯになる。
そして、捕集量検出手段の異常として警告灯１５を点灯させ（ステップ１１０）、運転者に異常を知らせる。また、この後の再生処理を禁止するために再生禁止フラグをセットする（ステップ１１１）。従って、この後、ステップ１０７の判定がＹＥＳになるようなことがあっても、ステップ１０９の判定がＮＯになるため、再生制御ルーチン２００での再生制御は行われない。すなわち、捕集量検出手段が異常と判断された後は、再生制御が禁止される。
【００２１】
なお、そのような再生禁止の状態になった場合には、フィルタ７の交換等を行う必要があるが、それが行われるまではフィルタの目詰まりがどんどん進行していってしまうため、一定時間後、エンジンへの燃料供給を停止させるなどしてエンジンを停止させるようにしてもよい。
また、上記実施例では、再生時期の判断時に所定周期で捕集量検出手段の異常検出を行うようにするものを示したが、ある状態が生じた時、例えばアクセル開度あるいはエンジン回転数に基づき運転状態が変化したときのみ捕集量検出手段の異常検出を行うようにし検出精度を向上させるようにしてもよい。
【００２２】
逆に、捕集を開始してから所定時間または特定の運転状態の時で検出精度が良好にならない時には、捕集量検出手段の異常検出を行わないようにして誤検出を防ぐようにしてもよい。
また、異常が検出されたことを示すコードをメモリに記憶しておき、外部診断装置にてその異常を読み出すことができるようにしてもよい。
【００２３】
なお、上記実施例において、図２のフローチャートに示す各ステップは、それぞれの機能を実現する機能実現手段として把握されるものであり、それらの機能に対応させたハードロジック構成のものにて構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１中のＣＰＵ１４の演算処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン、２…エアクリーナ、３…熱線式流量センサ、
５…排気浄化装置、７…フィルタ、８…電気ヒータ、９、１０…圧力センサ、
１１、１２…温度センサ、１３…ＥＣＵ、１４…ＣＰＵ、１５…警告灯。

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンの排気流路に設けられ排気微粒子を捕集するフィルタと、このフィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させて前記フィルタを再生する再生手段と、前記フィルタの微粒子捕集量を検出する捕集量検出手段と、この検出された排気微粒子捕集量に応じて前記再生手段を制御する再生制御手段とを備えた排気微粒子浄化装置において、
   前記捕集量検出手段は、前記フィルタの前後差圧を検出する差圧検出手段と、前記フィルタに流入する排気体積流量を検出する排気体積流量検出手段と、前記検出された前後差圧および排気体積流量からフィルタの通気抵抗として微粒子捕集量を検出する手段とを有して構成されており、
   前記検出された微粒子捕集量の時間的変化が所定の適正範囲内に入っているか否かにより前記捕集量検出手段の異常を検出する異常検出手段を備えたことを特徴とする排気微粒子浄化装置。
2. 前記異常検出手段は、前記検出された捕集量が所定時間前に検出された捕集量に２つの異なる係数を乗じて定まる値に挟まれる領域を外れた時に前記捕集量検出手段の異常を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の排気微粒子浄化装置。
3. 前記異常検出手段の異常検出により前記再生手段による前記フィルタの再生を禁止する禁止手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気微粒子浄化装置。
4. 前記異常検出手段の異常検出を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排気微粒子浄化装置。

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