排気浄化装置の故障診断システム
【課題】酸化能を有する触媒を含む排気浄化装置の故障をより正確に診断する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、触媒よりも下流側の排気の酸化能を検出する酸化能検出装置と、酸化能検出装置により検出される排気の酸化能を、触媒が正常のときの値と比較して、触媒の故障を診断する診断装置と、を備える。触媒が故障することにより、排気の酸化能が低下するので、排気の酸化能が低下すれば、該触媒が故障したと診断する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、触媒よりも下流側の排気の酸化能を検出する酸化能検出装置と、酸化能検出装置により検出される排気の酸化能を、触媒が正常のときの値と比較して、触媒の故障を診断する診断装置と、を備える。触媒が故障することにより、排気の酸化能が低下するので、排気の酸化能が低下すれば、該触媒が故障したと診断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の故障診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒よりも下流側に、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタと、フィルタよりも下流側にＰＭ量を検出するＰＭセンサと、を備え、該ＰＭセンサの検出値に基づいてフィルタの異常を診断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、内燃機関の運転状態などに基づいて設定される基準値と、触媒よりも下流側に設けられる酸素濃度センサの出力値と、を比較して触媒の劣化を診断する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、ＰＭを構成するＳＯＯＴとＳＯＦとを個別に検出するためのセンサが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、煤とＳＯＦとの燃焼温度が異なり、フィルタに堆積したＰＭ中の煤成分が多いとフィルタの再生時の温度上昇が大きくなって該フィルタが劣化することが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
また、酸化触媒の劣化時はＨＣ浄化率が低下することが知られている（例えば、特許文献５参照。）。
【０００７】
また、排気などの気体やＰＭの生体に対する酸化能を測定する技術が知られている（例えば、特許文献６参照。）。この特許文献には、排気中のＰＭに酸化能があることが開示されている。
【０００８】
上述のように、ＰＭは、ＳＯＯＴとＳＯＦとからなることが知られている。そして、ＳＯＦは、酸化触媒にて浄化可能である。ここで、酸化触媒が劣化してＳＯＦの浄化が十分に行われないとしても、酸化触媒よりも下流側にフィルタを備えている場合には、ＳＯＦがフィルタにて捕集および酸化される。このため、ＳＯＦがさらに下流側に流出することが抑制されるので、フィルタよりも下流側にＰＭセンサを設けても、ＰＭ中のＳＯＦの割合が酸化触媒の正常時と比較してあまり変化しないので、酸化触媒の劣化を判定することは困難である。
【０００９】
また、酸化触媒の劣化を判定するために触媒の温度を検出することが考えられる。しかし、酸化触媒よりも下流側に備わるフィルタの劣化を同時に判定することは困難である。
【００１０】
また、フィルタに捕集されているＰＭを除去するフィルタの再生を行った直後では、フィルタからＰＭが流出し易いため、フィルタよりも下流側にＰＭセンサを備えている場合には、該ＰＭセンサにて検出されるＰＭが増加する。このため、フィルタの再生中や再生直後では、検出されるＰＭが増加したときにフィルタの故障と区別する必要がある。
【００１１】
このように、従来では、酸化触媒の劣化、フィルタの劣化、フィルタ再生時のＰＭ量の増加などを区別して判定することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２８５９１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３８５６０号公報
【特許文献３】特開２０１０−０７８３７８号公報
【特許文献４】特開２００４−２２５６１６号公報
【特許文献５】特開２０１０−０３１８３３号公報
【特許文献６】特開２００７−３３３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、酸化能を有する触媒を含む排気浄化装置の故障をより正確に診断する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を達成するために本発明による排気浄化装置の故障診断システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の酸化能を検出する酸化能検出装置と、
前記酸化能検出装置により検出される排気の酸化能を、前記触媒が正常のときの値と比較して、前記触媒の故障を診断する診断装置と、
を備える。
【００１５】
ここで、酸化能を示す成分の一部は、触媒で生成される。このため、触媒の劣化が進むと、酸化能を示す成分の生成量が減少するため、酸化能検出装置により検出される酸化能が低下する。すなわち、酸化能検出装置により検出される酸化能は、触媒の劣化の度合いと相関関係にある。したがって、たとえば、触媒が正常なときの酸化能を予め記憶しておけば、この記憶した酸化能と、検出される酸化能とを比較することにより、触媒が故障しているか否か診断することができる。なお、酸化能検出装置は、排気中の粒子状物質の酸化能、または粒子状物質の単位重量当たりの酸化能を検出してもよい。また、診断装置は、触媒が正常のときの排気の酸化能よりも、検出される酸化能が低いときに触媒が故障していると判定してもよい。さらに、以前に検出された酸化能よりも、検出される酸化能が低いときに触媒が故障していると判定してもよい。
【００１６】
また、本発明においては、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記触媒および前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量を検出するＰＭ重量検出装置と、
を備え、
前記酸化能検出装置は、前記前記触媒及び前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の酸化能を検出し、
前記診断装置は、前記ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量と、前記酸化能検出装置により検出される粒子状物質の酸化能と、に基づいて、前記触媒及び前記フィルタの故障を診断してもよい。
【００１７】
酸化能を有する触媒に加えて、フィルタを備えている場合には、触媒とフィルタとの何れが故障しているのか区別する必要がある。これに対し本発明では、粒子状物質の重量と、粒子状物質の酸化能と、に基づいて、触媒とフィルタとの何れが故障しているのか診断する。すなわち、酸化能のみを検出しても触媒とフィルタとの何れが故障しているのか区別することは困難であるが、さらに粒子状物質の酸化能を検出することで、これらを容易に区別することができる。ここで、フィルタの再生中及び再生直後では、通路断面積が大きくなるため、フィルタの再生から十分な時間が経過したときと比較して、フィルタから流出する粒子状物質の重量が大きい。一方、フィルタの再生中及び再生直後では、フィルタの温度が高いために、酸化能検出装置において酸化能を示さない粒子状物質が生成され
る。すなわち、フィルタの再生中および再生直後では、検出される粒子状物質の重量は大きくなるが、その分だけ酸化能が高くなるわけではない。なお、フィルタの再生直後とは、たとえば、フィルタの温度がフィルタの再生前よりも高いときであって、粒子状物質を酸化可能な温度以上となっているときである。
【００１８】
また、触媒が故障した場合には、フィルタに流入するＳＯＦ成分の割合が増加するものの、粒子状物質はフィルタで捕集されるため、フィルタから流出する粒子状物質の重量は触媒が正常なときと略同じになる。一方、触媒の劣化が進むと、酸化能検出装置により検出される酸化能が低下する。
【００１９】
また、フィルタに例えば割れ又は欠けが生じて故障している場合には、フィルタをすり抜ける粒子状物質が増加するため、ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量が、フィルタの正常時よりも増加する。一方、フィルタが故障していると、フィルタで酸化される粒子状物質が減少するため、酸化能を示さない粒子状物質の生成が抑制される。これにより、検出される酸化能が比較的高くなる。
【００２０】
このように、フィルタ及び触媒が正常の場合、フィルタの再生中または再生直後の場合、触媒が故障している場合、フィルタが故障している場合で、検出される粒子状物質の重量及び粒子状物質の酸化能が夫々異なる。したがって、ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量と、酸化能検出装置により検出される排気の酸化能と、に基づいて、触媒またはフィルタの故障を診断することができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記診断装置は、フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量と、フィルタよりも下流側の粒子状物質の単位重量当たりの酸化能と、の夫々について、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と比較し、夫々の比較結果の組み合わせに基づいて前記触媒及び前記フィルタの故障を診断することができる。
【００２２】
ここで、触媒が故障している場合およびフィルタが故障している場合には、触媒及びフィルタが正常の場合と比較して、検出される粒子状物質の単位重量当たりの酸化能及び粒子状物質の重量が夫々異なる。なお、触媒が正常な場合とは、触媒及びフィルタが正常であり且つフィルタの再生中または再生直後でない場合としてもよい。そして、たとえば、触媒及びフィルタが正常のときに検出されるフィルタよりも下流側の粒子状物質の重量と、このときのフィルタよりも下流側の粒子状物質の単位重量当たりの酸化能と、を基準値として設定しておく。この基準値に対して検出される値が大きいのか、小さいのか、または同じなのかは、故障部位によって変わる。したがって、夫々の比較結果の組み合わせに基づいて触媒及びフィルタの故障を診断することができる。なお、フィルタ及び触媒が正常のときの値は、以前に検出された値としてもよい。すなわち、以前に検出された値と比較して変化していれば、触媒またはフィルタに何らかの変化があったと判定できる。なお、誤差などを考慮して、基準値から所定範囲内は、変化していないものとして扱ってもよい。
【００２３】
また、本発明においては、前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と同じであり、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも低い場合には、前記触媒が故障していると診断することができる。
【００２４】
すなわち、触媒が故障していても、フィルタにより粒子状物質が捕集されるため、検出される粒子状物質の質量は、触媒およびフィルタが正常なときと略同じになる。一方、触媒が故障している場合には、酸化能を示す成分の生成が抑制されるため、粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が低下する。これらに基づいて、触媒が故障しているか否か診断す
ることができる。
【００２５】
また、本発明においては、前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも多く、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも高い場合には、前記フィルタが故障していると診断することができる。
【００２６】
すなわち、フィルタが故障しているときには、粒子状物質がフィルタをすり抜けるため、検出される粒子状物質の質量は、触媒およびフィルタが正常なときよりも多くなる。また、フィルタにて粒子状物質が酸化されると酸化能を示さなくなるが、フィルタが故障しているときには、フィルタにて酸化されないまま流出する粒子状物質が増加するため、粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が高くなる。これらに基づいて、フィルタが故障しているか否か診断することができる。
【００２７】
なお、本発明においては、前記フィルタは前記触媒よりも下流側に設けられていてもよい。また、本発明においては、前記触媒は前記フィルタに担持されていてもよい。何れの場合であっても、触媒及びフィルタの故障診断を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、酸化能を有する触媒を含む排気浄化装置の故障をより正確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る酸化触媒の故障診断のフローを示したフローチャートである。
【図３】実施例２に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図４】フィルタのＰＭ堆積量とフィルタからのＰＭ排出量との関係を示した図である。
【図５】通常時、再生時、酸化触媒異常時、フィルタ異常時における、フィルタよりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能と、を示した図である。
【図６】実施例２に係る酸化触媒及びフィルタの故障診断のフローを示したフローチャートである。
【図７】フィルタに酸化触媒を担持させた場合の内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る排気浄化装置の故障診断システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、酸化触媒３が備えられている。酸化触媒３は、酸化能を有していれば他の触媒であってもよい。たとえば、三元触媒やＮＯx触媒を採用することもできる。なお、本実施例においては酸化触媒３が、
本発明における酸化能を有する触媒に相当する。
【００３２】
また、酸化触媒３よりも下流の排気通路２には、排気の酸化能を検出する酸化能検出装置４が設けられている。この酸化能検出装置４は、物質の酸化作用や活性酸素を検出する装置であり、たとえば特開２００７−３３３４８５号公報に記載されている装置のように
ＳＨ基との酸化還元反応を検出する装置を用いることができる。この酸化能検出装置４によれば、排気の酸化能を数値化することができる。そして、排気の酸化能が高いほど、酸化能検出装置４の検出値が大きくなる。なお、酸化能検出装置４は、ＰＭの酸化能を検出してもよい。
【００３３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００３４】
また、ＥＣＵ１０には、酸化能検出装置４の他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００３５】
そして、ＥＣＵ１０は、酸化能検出装置４により検出される酸化能に基づいて、酸化触媒３の故障診断を行う。すなわち、酸化触媒３が劣化しているか否か判定する。
【００３６】
ここで、酸化触媒３では、酸化能検出装置４において酸化能を示す成分が生成される。そして、酸化触媒３が劣化すると、酸化能を示す成分の生成量が減少するので、酸化能検出装置４により検出される酸化能が低下する。したがって、酸化触媒３が正常であるときの酸化能を閾値として記憶しておき、酸化能検出装置４により検出される酸化能と、閾値と、を比較することで、酸化触媒３が故障しているか否か判定することができる。なお、この閾値は、以前に検出された酸化能としてもよい。また、閾値は、以前に検出された酸化能から許容範囲とされる所定値を減算した値としてもよい。また、酸化触媒３の新品時に検出された酸化能を、以前に検出された酸化能としてもよい。
【００３７】
図２は、本実施例に係る酸化触媒３の故障診断のフローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００３８】
ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転状態が検出される。たとえば、機関回転数及び機関負荷が検出される。
【００３９】
ステップＳ１０２では、酸化触媒３の故障診断を行う時期であるか否か判定される。たとえば、ステップＳ１０１で検出される内燃機関１の運転状態が、酸化触媒３の故障診断に適した状態であるか否か判定される。また、内燃機関１の運転状態によって内燃機関１からのＰＭの排出量が変わり、検出される酸化能に影響を及ぼすため、故障診断を行う運転状態として予め設定されている所定の運転状態であるか否か判定してもよい。また、所定の期間ごとに故障診断を行うことにしてもよい。たとえば、内燃機関１が搭載されている車両が前回の診断時から所定の距離を走行したか否か判定してもよく、内燃機関１が前回の診断時から所定の時間運転されたか否か判定してもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００４０】
ステップＳ１０３では、酸化能検出装置４により酸化触媒３の酸化能が検出される。
【００４１】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で検出される酸化能が、閾値未満であるか否か判定される。本ステップでは、検出される酸化能と、閾値と、を比較している。この閾値は、以前に酸化能検出装置４により検出された酸化能とすることができる。すなわち、閾値は、記憶されている酸化能または学習された酸化能とすることができる。そして、以前に検出された酸化能よりも、新たに検出された酸化能のほうが低くなっている場合には
、酸化触媒３が劣化していると考えられる。
【００４２】
したがって、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進み、酸化触媒３が故障していると判定される。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進み、酸化触媒３は正常であると判定される。なお、本実施例においてはステップＳ１０４以降を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断装置に相当する。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、以前に検出された酸化能と、新たに検出された酸化能と、を比較することにより、酸化触媒３が劣化しているか又は正常であるか判定することができる。すなわち、酸化触媒３の故障診断を行うことができる。
【００４４】
＜実施例２＞
図３は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。主に実施例１と異なる点について説明する。
【００４５】
本実施例では、排気通路２の上流側から順に、酸化触媒３、フィルタ５、ＰＭ重量検出装置６、酸化能検出装置４が設けられている。なお、ＰＭ重量検出装置６は、酸化能検出装置４よりも下流側に設けられていてもよい。
【００４６】
フィルタ５は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集する。フィルタ５は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成される隔壁を複数有する、いわゆるウォールフロー型のフィルタである。フィルタ５は、隔壁に細孔が形成されており、排気やＰＭが細孔を通過する。そして、ＰＭは、細孔内や隔壁の表面に付着する。
【００４７】
ＰＭ重量検出装置６は、例えば特開２０１０−７８３７８に記載されているようなＰＭセンサであり、排気中に含まれるＰＭの重量を検出する。このＰＭの重量は、単位時間当たりのＰＭの重量としてもよく、所定時間当たりのＰＭの重量としてもよい。ＰＭ重量検出装置６は、ＥＣＵ１０に電気配線を介して接続され、該ＰＭ重量検出装置６の出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４８】
そして、ＥＣＵ１０は、酸化能検出装置４により検出される酸化能およびＰＭ重量検出装置６に検出されるＰＭ重量に基づいて、酸化触媒３及びフィルタ５の故障診断を行う。
【００４９】
ここで、図４は、フィルタ５のＰＭ堆積量とフィルタ５からのＰＭ排出量との関係を示した図である。ＰＭ堆積量は、フィルタ５に捕集されているＰＭの総量である。ＰＭ堆積量は、フィルタ５の再生を行うことにより、略０となる。ＰＭ排出量は、フィルタ５から排出されるＰＭ量であり、フィルタ５をすり抜けるＰＭ量である。
【００５０】
フィルタ５の再生後、ＰＭ堆積量がＡで示される値になるまでは、細孔内のＰＭの量が少ないために、ＰＭが流通する通路の断面積が大きい。このため、ＰＭがフィルタ５をすり抜け易くなるので、ＰＭ排出量が大きくなる。そして、ＰＭ堆積量が多くなるほど、捕集されたＰＭにより通路の断面積が小さくなるため、ＰＭが捕集され易くなり、ＰＭ排出量が減少する。さらにＰＭの堆積量が多くなり、ＰＭ堆積量がＡで示される値となった後は、ＰＭ排出量がＢで示される値で略一定となる。このように、フィルタ５の再生中や再生を行った直後では、フィルタ５が正常であったとしても、ＰＭ排出量が多くなる。したがって、ＰＭ排出量のみを検出してフィルタ５の故障診断を行うと、フィルタ５の再生中または再生直後では、フィルタ５が正常であるにもかかわらずフィルタ５が故障していると診断される虞がある。このため、ＰＭ排出量のみによる故障診断は、フィルタ５の再生中及び再生直後では困難となる。
【００５１】
また、酸化触媒３が故障している場合には、ＰＭ中のＳＯＦ成分が酸化されずにフィルタ５に流入する。このため、フィルタ５に流入するＰＭ重量が増加する。しかし、フィルタ５では、ＳＯＦ成分及びＳＯＯＴ成分が捕集されるため、フィルタ５から流出するＰＭ重量はほとんど変化しない。このため、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量のみを検出しても、酸化触媒３の故障を検出することは困難である。
【００５２】
これに対し本実施例では、酸化触媒３及びフィルタ５よりも下流側に、酸化能検出装置４及びＰＭ重量検出装置６を設けることにより、酸化触媒３及びフィルタ５の故障を診断する。
【００５３】
ここで、図５は、通常時、再生時、酸化触媒異常時、フィルタ異常時における、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能と、を示した図である。通常時とは、酸化触媒３及びフィルタ５が正常であって、フィルタ５の再生が行われてから十分に時間が経過して、ＰＭ堆積量が図４のＡで示される値以上となっているときである。また、再生時とは、フィルタ５の再生中または再生直後であって、酸化触媒３及びフィルタ５の温度が通常時よりも高いときである。また、酸化触媒異常時とは、酸化触媒３に異常（劣化としてもよい。）があるときである。フィルタ異常時とは、フィルタ５に異常があるときである。また、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は、ＰＭ重量検出装置６により検出される単位時間当たりのＰＭの重量である。また、単位ＰＭ重量当たりの酸化能とは、酸化能検出装置４により検出される酸化能を、ＰＭ重量検出装置６により検出されるＰＭ重量で除算した値である。
【００５４】
なお、図５においては、通常時におけるＰＭ重量及び単位ＰＭ重量当たりの酸化能を基準として、他の状態の値と比較している。また、ＰＭ重量は、ＳＯＦ成分と、ＳＯＯＴ成分とに分けられる。ここで、ＳＯＯＴは、主に乾燥した煤である。また、ＳＯＦは、主に液体を含んだ未燃燃料である。
【００５５】
再生時においては、酸化触媒３及びフィルタ５は正常であるが、フィルタ５をすり抜けるＰＭ重量が通常時よりも多くなる。そして、酸化触媒３及びフィルタ５の温度が高いことによりＳＯＦ成分がガス化されるため、フィルタ５をすり抜けるＰＭは、ほとんどがＳＯＯＴ成分となる。一方、再生時には、酸化触媒３及びフィルタ５の温度が高いために、ＰＭの酸化が進み、酸化能を有するＰＭが酸化能を有しないＰＭへ変化する。この結果、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が通常時よりも低くなる。
【００５６】
酸化触媒異常時においては、酸化されないＳＯＦ成分が増加するため、ＰＭ中のＳＯＦ成分の割合が増加するが、ＰＭ自体はフィルタ５にて捕集されるため、ＰＭ重量は通常時と略同じである。一方、酸化触媒３にて酸化されるＰＭが減少することで、酸化能の高いＰＭの生成が抑制される。すなわち、通常時ならば、酸化触媒３にて酸化能を有するＰＭが生成されるが、酸化触媒３が劣化することにより、酸化能を有するＰＭの生成が抑制される。そうすると、ＰＭ重量は殆ど変らずに、酸化能が低下するので、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が通常時よりも低くなる。なお、単位ＰＭ重量当たりの酸化能の代わりに、酸化能検出装置４により検出される酸化能を実施例１と同様にして比較してもよい。すなわち、ＰＭ重量が通常時と変わらないのは酸化触媒異常時だけであり、ＰＭ重量が通常時と変わらず且つ酸化能が通常時よりも低くなるのは、酸化触媒異常時だけである。
【００５７】
フィルタ異常時においては、フィルタ５をすり抜けるＰＭ重量が増加する。一方、酸化触媒３は正常である。ここで、フィルタ５にＰＭが捕集されると、フィルタ５上で、酸化能を有するＰＭが酸化能を有しないＰＭへ変化する。したがって、フィルタ５にて捕集されずにすり抜けるＰＭが多くなると、酸化能を有したまま排出されるＰＭが多くなる。こ
のため、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が通常時よりも高くなる。
【００５８】
すなわち、再生時には、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は通常時よりも多くなり、単位ＰＭ重量当たりの酸化能は通常時よりも低くなる。また、酸化触媒異常時には、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は通常時と略同じになり、単位ＰＭ重量当たりの酸化能は通常時よりも低くなる。また、フィルタ異常時には、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は通常時よりも多くなり、単位ＰＭ重量当たりの酸化能は通常時よりも高くなる。
【００５９】
このように、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能とは、通常時、再生時、酸化触媒異常時、フィルタ異常時で全て異なるため、これらの値に基づいて、酸化触媒３及びフィルタ５の故障を診断することができる。
【００６０】
たとえば、酸化触媒３およびフィルタ５が正常であるときのＰＭ重量及び単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値として記憶（学習としてもよい。）しておき、故障診断時に検出されるＰＭ重量及び単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値と比較することで、酸化触媒３またはフィルタ５が故障しているか否か判定することができる。なお、この閾値は、以前に検出された値としてもよい。また、閾値は、以前に検出された値から許容範囲とされる所定範囲を含んだ値としてもよい。以前に検出された値は、酸化触媒３の新品時に検出された値としてもよい。
【００６１】
図６は、本実施例に係る酸化触媒３及びフィルタ５の故障診断のフローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、図２に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６２】
ステップＳ２０１では、ＰＭ重量検出装置６によりＰＭの重量が検出される。
【００６３】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検出されるＰＭ重量が、以前に検出されたＰＭ重量に対して増加しているか否か判定される。なお、以前に検出されたＰＭ重量からの変化量が許容範囲とされる所定値よりも大きいか否か判定してもよい。また、以前に検出されたＰＭ重量を閾値として設定しておき、ステップＳ２０１で検出されるＰＭ重量が閾値よりも大きいか否か判定してもよい。また、閾値は、以前に検出されたＰＭ重量から許容範囲とされる所定値を加算した値としてもよい。フィルタ５の新品時に検出されたＰＭ重量を、以前に検出されたＰＭ重量としてもよい。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進む。
【００６４】
ステップＳ２０３では、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能よりも増加したか否か判定される。なお、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能からの増加量が許容範囲とされる所定値よりも大きいか否か判定してもよい。また、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値として設定しておき、新たに検出される単位ＰＭ重量当たりの酸化能が閾値よりも大きいか否か判定してもよい。また、閾値は、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能から許容範囲とされる所定値を加算した値としてもよい。酸化触媒３およびフィルタ５の新品時に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能としてもよい。
【００６５】
ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０４では、フィルタ５が故障していると診断される。一方、ステップＳ２０５では、酸化触媒３及びフィルタ５は
正常であると診断される。
【００６６】
ステップＳ２０６では、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能よりも減少したか否か判定される。なお、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能からの減少量が許容範囲とされる所定値よりも大きいか否か判定してもよい。また、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値として設定しておき、新たに検出される単位ＰＭ重量当たりの酸化能が閾値よりも小さいか否か判定してもよい。また、閾値は、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能から許容範囲とされる所定値を減算した値としてもよい。酸化触媒３およびフィルタ５の新品時に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能としてもよい。
【００６７】
ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ２０２以降を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断装置に相当する。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能と、に基づいて、酸化触媒３の故障と、フィルタ５の故障と、を診断することができる。
【００６９】
なお、本実施例では、フィルタ５よりも上流側に酸化触媒３が設けられているが、これに代えて、フィルタ５に酸化触媒３を担持させてもよい。
【００７０】
図７は、フィルタ５に酸化触媒３を担持させた場合の内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。このように、フィルタ５に酸化触媒３を担持させた場合であっても、酸化触媒３またはフィルタ５の故障時には、図５に示した現象が起きる。したがって、上述のようにして酸化触媒３及びフィルタ５の故障診断を行うことができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 酸化触媒
４ 酸化能検出装置
５ フィルタ
６ ＰＭ重量検出装置
１０ ＥＣＵ
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の故障診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒よりも下流側に、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタと、フィルタよりも下流側にＰＭ量を検出するＰＭセンサと、を備え、該ＰＭセンサの検出値に基づいてフィルタの異常を診断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、内燃機関の運転状態などに基づいて設定される基準値と、触媒よりも下流側に設けられる酸素濃度センサの出力値と、を比較して触媒の劣化を診断する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、ＰＭを構成するＳＯＯＴとＳＯＦとを個別に検出するためのセンサが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、煤とＳＯＦとの燃焼温度が異なり、フィルタに堆積したＰＭ中の煤成分が多いとフィルタの再生時の温度上昇が大きくなって該フィルタが劣化することが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
また、酸化触媒の劣化時はＨＣ浄化率が低下することが知られている（例えば、特許文献５参照。）。
【０００７】
また、排気などの気体やＰＭの生体に対する酸化能を測定する技術が知られている（例えば、特許文献６参照。）。この特許文献には、排気中のＰＭに酸化能があることが開示されている。
【０００８】
上述のように、ＰＭは、ＳＯＯＴとＳＯＦとからなることが知られている。そして、ＳＯＦは、酸化触媒にて浄化可能である。ここで、酸化触媒が劣化してＳＯＦの浄化が十分に行われないとしても、酸化触媒よりも下流側にフィルタを備えている場合には、ＳＯＦがフィルタにて捕集および酸化される。このため、ＳＯＦがさらに下流側に流出することが抑制されるので、フィルタよりも下流側にＰＭセンサを設けても、ＰＭ中のＳＯＦの割合が酸化触媒の正常時と比較してあまり変化しないので、酸化触媒の劣化を判定することは困難である。
【０００９】
また、酸化触媒の劣化を判定するために触媒の温度を検出することが考えられる。しかし、酸化触媒よりも下流側に備わるフィルタの劣化を同時に判定することは困難である。
【００１０】
また、フィルタに捕集されているＰＭを除去するフィルタの再生を行った直後では、フィルタからＰＭが流出し易いため、フィルタよりも下流側にＰＭセンサを備えている場合には、該ＰＭセンサにて検出されるＰＭが増加する。このため、フィルタの再生中や再生直後では、検出されるＰＭが増加したときにフィルタの故障と区別する必要がある。
【００１１】
このように、従来では、酸化触媒の劣化、フィルタの劣化、フィルタ再生時のＰＭ量の増加などを区別して判定することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２８５９１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３８５６０号公報
【特許文献３】特開２０１０−０７８３７８号公報
【特許文献４】特開２００４−２２５６１６号公報
【特許文献５】特開２０１０−０３１８３３号公報
【特許文献６】特開２００７−３３３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、酸化能を有する触媒を含む排気浄化装置の故障をより正確に診断する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を達成するために本発明による排気浄化装置の故障診断システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の酸化能を検出する酸化能検出装置と、
前記酸化能検出装置により検出される排気の酸化能を、前記触媒が正常のときの値と比較して、前記触媒の故障を診断する診断装置と、
を備える。
【００１５】
ここで、酸化能を示す成分の一部は、触媒で生成される。このため、触媒の劣化が進むと、酸化能を示す成分の生成量が減少するため、酸化能検出装置により検出される酸化能が低下する。すなわち、酸化能検出装置により検出される酸化能は、触媒の劣化の度合いと相関関係にある。したがって、たとえば、触媒が正常なときの酸化能を予め記憶しておけば、この記憶した酸化能と、検出される酸化能とを比較することにより、触媒が故障しているか否か診断することができる。なお、酸化能検出装置は、排気中の粒子状物質の酸化能、または粒子状物質の単位重量当たりの酸化能を検出してもよい。また、診断装置は、触媒が正常のときの排気の酸化能よりも、検出される酸化能が低いときに触媒が故障していると判定してもよい。さらに、以前に検出された酸化能よりも、検出される酸化能が低いときに触媒が故障していると判定してもよい。
【００１６】
また、本発明においては、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記触媒および前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量を検出するＰＭ重量検出装置と、
を備え、
前記酸化能検出装置は、前記前記触媒及び前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の酸化能を検出し、
前記診断装置は、前記ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量と、前記酸化能検出装置により検出される粒子状物質の酸化能と、に基づいて、前記触媒及び前記フィルタの故障を診断してもよい。
【００１７】
酸化能を有する触媒に加えて、フィルタを備えている場合には、触媒とフィルタとの何れが故障しているのか区別する必要がある。これに対し本発明では、粒子状物質の重量と、粒子状物質の酸化能と、に基づいて、触媒とフィルタとの何れが故障しているのか診断する。すなわち、酸化能のみを検出しても触媒とフィルタとの何れが故障しているのか区別することは困難であるが、さらに粒子状物質の酸化能を検出することで、これらを容易に区別することができる。ここで、フィルタの再生中及び再生直後では、通路断面積が大きくなるため、フィルタの再生から十分な時間が経過したときと比較して、フィルタから流出する粒子状物質の重量が大きい。一方、フィルタの再生中及び再生直後では、フィルタの温度が高いために、酸化能検出装置において酸化能を示さない粒子状物質が生成され
る。すなわち、フィルタの再生中および再生直後では、検出される粒子状物質の重量は大きくなるが、その分だけ酸化能が高くなるわけではない。なお、フィルタの再生直後とは、たとえば、フィルタの温度がフィルタの再生前よりも高いときであって、粒子状物質を酸化可能な温度以上となっているときである。
【００１８】
また、触媒が故障した場合には、フィルタに流入するＳＯＦ成分の割合が増加するものの、粒子状物質はフィルタで捕集されるため、フィルタから流出する粒子状物質の重量は触媒が正常なときと略同じになる。一方、触媒の劣化が進むと、酸化能検出装置により検出される酸化能が低下する。
【００１９】
また、フィルタに例えば割れ又は欠けが生じて故障している場合には、フィルタをすり抜ける粒子状物質が増加するため、ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量が、フィルタの正常時よりも増加する。一方、フィルタが故障していると、フィルタで酸化される粒子状物質が減少するため、酸化能を示さない粒子状物質の生成が抑制される。これにより、検出される酸化能が比較的高くなる。
【００２０】
このように、フィルタ及び触媒が正常の場合、フィルタの再生中または再生直後の場合、触媒が故障している場合、フィルタが故障している場合で、検出される粒子状物質の重量及び粒子状物質の酸化能が夫々異なる。したがって、ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量と、酸化能検出装置により検出される排気の酸化能と、に基づいて、触媒またはフィルタの故障を診断することができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記診断装置は、フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量と、フィルタよりも下流側の粒子状物質の単位重量当たりの酸化能と、の夫々について、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と比較し、夫々の比較結果の組み合わせに基づいて前記触媒及び前記フィルタの故障を診断することができる。
【００２２】
ここで、触媒が故障している場合およびフィルタが故障している場合には、触媒及びフィルタが正常の場合と比較して、検出される粒子状物質の単位重量当たりの酸化能及び粒子状物質の重量が夫々異なる。なお、触媒が正常な場合とは、触媒及びフィルタが正常であり且つフィルタの再生中または再生直後でない場合としてもよい。そして、たとえば、触媒及びフィルタが正常のときに検出されるフィルタよりも下流側の粒子状物質の重量と、このときのフィルタよりも下流側の粒子状物質の単位重量当たりの酸化能と、を基準値として設定しておく。この基準値に対して検出される値が大きいのか、小さいのか、または同じなのかは、故障部位によって変わる。したがって、夫々の比較結果の組み合わせに基づいて触媒及びフィルタの故障を診断することができる。なお、フィルタ及び触媒が正常のときの値は、以前に検出された値としてもよい。すなわち、以前に検出された値と比較して変化していれば、触媒またはフィルタに何らかの変化があったと判定できる。なお、誤差などを考慮して、基準値から所定範囲内は、変化していないものとして扱ってもよい。
【００２３】
また、本発明においては、前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と同じであり、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも低い場合には、前記触媒が故障していると診断することができる。
【００２４】
すなわち、触媒が故障していても、フィルタにより粒子状物質が捕集されるため、検出される粒子状物質の質量は、触媒およびフィルタが正常なときと略同じになる。一方、触媒が故障している場合には、酸化能を示す成分の生成が抑制されるため、粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が低下する。これらに基づいて、触媒が故障しているか否か診断す
ることができる。
【００２５】
また、本発明においては、前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも多く、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも高い場合には、前記フィルタが故障していると診断することができる。
【００２６】
すなわち、フィルタが故障しているときには、粒子状物質がフィルタをすり抜けるため、検出される粒子状物質の質量は、触媒およびフィルタが正常なときよりも多くなる。また、フィルタにて粒子状物質が酸化されると酸化能を示さなくなるが、フィルタが故障しているときには、フィルタにて酸化されないまま流出する粒子状物質が増加するため、粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が高くなる。これらに基づいて、フィルタが故障しているか否か診断することができる。
【００２７】
なお、本発明においては、前記フィルタは前記触媒よりも下流側に設けられていてもよい。また、本発明においては、前記触媒は前記フィルタに担持されていてもよい。何れの場合であっても、触媒及びフィルタの故障診断を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、酸化能を有する触媒を含む排気浄化装置の故障をより正確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る酸化触媒の故障診断のフローを示したフローチャートである。
【図３】実施例２に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図４】フィルタのＰＭ堆積量とフィルタからのＰＭ排出量との関係を示した図である。
【図５】通常時、再生時、酸化触媒異常時、フィルタ異常時における、フィルタよりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能と、を示した図である。
【図６】実施例２に係る酸化触媒及びフィルタの故障診断のフローを示したフローチャートである。
【図７】フィルタに酸化触媒を担持させた場合の内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る排気浄化装置の故障診断システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、酸化触媒３が備えられている。酸化触媒３は、酸化能を有していれば他の触媒であってもよい。たとえば、三元触媒やＮＯx触媒を採用することもできる。なお、本実施例においては酸化触媒３が、
本発明における酸化能を有する触媒に相当する。
【００３２】
また、酸化触媒３よりも下流の排気通路２には、排気の酸化能を検出する酸化能検出装置４が設けられている。この酸化能検出装置４は、物質の酸化作用や活性酸素を検出する装置であり、たとえば特開２００７−３３３４８５号公報に記載されている装置のように
ＳＨ基との酸化還元反応を検出する装置を用いることができる。この酸化能検出装置４によれば、排気の酸化能を数値化することができる。そして、排気の酸化能が高いほど、酸化能検出装置４の検出値が大きくなる。なお、酸化能検出装置４は、ＰＭの酸化能を検出してもよい。
【００３３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００３４】
また、ＥＣＵ１０には、酸化能検出装置４の他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００３５】
そして、ＥＣＵ１０は、酸化能検出装置４により検出される酸化能に基づいて、酸化触媒３の故障診断を行う。すなわち、酸化触媒３が劣化しているか否か判定する。
【００３６】
ここで、酸化触媒３では、酸化能検出装置４において酸化能を示す成分が生成される。そして、酸化触媒３が劣化すると、酸化能を示す成分の生成量が減少するので、酸化能検出装置４により検出される酸化能が低下する。したがって、酸化触媒３が正常であるときの酸化能を閾値として記憶しておき、酸化能検出装置４により検出される酸化能と、閾値と、を比較することで、酸化触媒３が故障しているか否か判定することができる。なお、この閾値は、以前に検出された酸化能としてもよい。また、閾値は、以前に検出された酸化能から許容範囲とされる所定値を減算した値としてもよい。また、酸化触媒３の新品時に検出された酸化能を、以前に検出された酸化能としてもよい。
【００３７】
図２は、本実施例に係る酸化触媒３の故障診断のフローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００３８】
ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転状態が検出される。たとえば、機関回転数及び機関負荷が検出される。
【００３９】
ステップＳ１０２では、酸化触媒３の故障診断を行う時期であるか否か判定される。たとえば、ステップＳ１０１で検出される内燃機関１の運転状態が、酸化触媒３の故障診断に適した状態であるか否か判定される。また、内燃機関１の運転状態によって内燃機関１からのＰＭの排出量が変わり、検出される酸化能に影響を及ぼすため、故障診断を行う運転状態として予め設定されている所定の運転状態であるか否か判定してもよい。また、所定の期間ごとに故障診断を行うことにしてもよい。たとえば、内燃機関１が搭載されている車両が前回の診断時から所定の距離を走行したか否か判定してもよく、内燃機関１が前回の診断時から所定の時間運転されたか否か判定してもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００４０】
ステップＳ１０３では、酸化能検出装置４により酸化触媒３の酸化能が検出される。
【００４１】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で検出される酸化能が、閾値未満であるか否か判定される。本ステップでは、検出される酸化能と、閾値と、を比較している。この閾値は、以前に酸化能検出装置４により検出された酸化能とすることができる。すなわち、閾値は、記憶されている酸化能または学習された酸化能とすることができる。そして、以前に検出された酸化能よりも、新たに検出された酸化能のほうが低くなっている場合には
、酸化触媒３が劣化していると考えられる。
【００４２】
したがって、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進み、酸化触媒３が故障していると判定される。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進み、酸化触媒３は正常であると判定される。なお、本実施例においてはステップＳ１０４以降を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断装置に相当する。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、以前に検出された酸化能と、新たに検出された酸化能と、を比較することにより、酸化触媒３が劣化しているか又は正常であるか判定することができる。すなわち、酸化触媒３の故障診断を行うことができる。
【００４４】
＜実施例２＞
図３は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。主に実施例１と異なる点について説明する。
【００４５】
本実施例では、排気通路２の上流側から順に、酸化触媒３、フィルタ５、ＰＭ重量検出装置６、酸化能検出装置４が設けられている。なお、ＰＭ重量検出装置６は、酸化能検出装置４よりも下流側に設けられていてもよい。
【００４６】
フィルタ５は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集する。フィルタ５は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成される隔壁を複数有する、いわゆるウォールフロー型のフィルタである。フィルタ５は、隔壁に細孔が形成されており、排気やＰＭが細孔を通過する。そして、ＰＭは、細孔内や隔壁の表面に付着する。
【００４７】
ＰＭ重量検出装置６は、例えば特開２０１０−７８３７８に記載されているようなＰＭセンサであり、排気中に含まれるＰＭの重量を検出する。このＰＭの重量は、単位時間当たりのＰＭの重量としてもよく、所定時間当たりのＰＭの重量としてもよい。ＰＭ重量検出装置６は、ＥＣＵ１０に電気配線を介して接続され、該ＰＭ重量検出装置６の出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４８】
そして、ＥＣＵ１０は、酸化能検出装置４により検出される酸化能およびＰＭ重量検出装置６に検出されるＰＭ重量に基づいて、酸化触媒３及びフィルタ５の故障診断を行う。
【００４９】
ここで、図４は、フィルタ５のＰＭ堆積量とフィルタ５からのＰＭ排出量との関係を示した図である。ＰＭ堆積量は、フィルタ５に捕集されているＰＭの総量である。ＰＭ堆積量は、フィルタ５の再生を行うことにより、略０となる。ＰＭ排出量は、フィルタ５から排出されるＰＭ量であり、フィルタ５をすり抜けるＰＭ量である。
【００５０】
フィルタ５の再生後、ＰＭ堆積量がＡで示される値になるまでは、細孔内のＰＭの量が少ないために、ＰＭが流通する通路の断面積が大きい。このため、ＰＭがフィルタ５をすり抜け易くなるので、ＰＭ排出量が大きくなる。そして、ＰＭ堆積量が多くなるほど、捕集されたＰＭにより通路の断面積が小さくなるため、ＰＭが捕集され易くなり、ＰＭ排出量が減少する。さらにＰＭの堆積量が多くなり、ＰＭ堆積量がＡで示される値となった後は、ＰＭ排出量がＢで示される値で略一定となる。このように、フィルタ５の再生中や再生を行った直後では、フィルタ５が正常であったとしても、ＰＭ排出量が多くなる。したがって、ＰＭ排出量のみを検出してフィルタ５の故障診断を行うと、フィルタ５の再生中または再生直後では、フィルタ５が正常であるにもかかわらずフィルタ５が故障していると診断される虞がある。このため、ＰＭ排出量のみによる故障診断は、フィルタ５の再生中及び再生直後では困難となる。
【００５１】
また、酸化触媒３が故障している場合には、ＰＭ中のＳＯＦ成分が酸化されずにフィルタ５に流入する。このため、フィルタ５に流入するＰＭ重量が増加する。しかし、フィルタ５では、ＳＯＦ成分及びＳＯＯＴ成分が捕集されるため、フィルタ５から流出するＰＭ重量はほとんど変化しない。このため、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量のみを検出しても、酸化触媒３の故障を検出することは困難である。
【００５２】
これに対し本実施例では、酸化触媒３及びフィルタ５よりも下流側に、酸化能検出装置４及びＰＭ重量検出装置６を設けることにより、酸化触媒３及びフィルタ５の故障を診断する。
【００５３】
ここで、図５は、通常時、再生時、酸化触媒異常時、フィルタ異常時における、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能と、を示した図である。通常時とは、酸化触媒３及びフィルタ５が正常であって、フィルタ５の再生が行われてから十分に時間が経過して、ＰＭ堆積量が図４のＡで示される値以上となっているときである。また、再生時とは、フィルタ５の再生中または再生直後であって、酸化触媒３及びフィルタ５の温度が通常時よりも高いときである。また、酸化触媒異常時とは、酸化触媒３に異常（劣化としてもよい。）があるときである。フィルタ異常時とは、フィルタ５に異常があるときである。また、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は、ＰＭ重量検出装置６により検出される単位時間当たりのＰＭの重量である。また、単位ＰＭ重量当たりの酸化能とは、酸化能検出装置４により検出される酸化能を、ＰＭ重量検出装置６により検出されるＰＭ重量で除算した値である。
【００５４】
なお、図５においては、通常時におけるＰＭ重量及び単位ＰＭ重量当たりの酸化能を基準として、他の状態の値と比較している。また、ＰＭ重量は、ＳＯＦ成分と、ＳＯＯＴ成分とに分けられる。ここで、ＳＯＯＴは、主に乾燥した煤である。また、ＳＯＦは、主に液体を含んだ未燃燃料である。
【００５５】
再生時においては、酸化触媒３及びフィルタ５は正常であるが、フィルタ５をすり抜けるＰＭ重量が通常時よりも多くなる。そして、酸化触媒３及びフィルタ５の温度が高いことによりＳＯＦ成分がガス化されるため、フィルタ５をすり抜けるＰＭは、ほとんどがＳＯＯＴ成分となる。一方、再生時には、酸化触媒３及びフィルタ５の温度が高いために、ＰＭの酸化が進み、酸化能を有するＰＭが酸化能を有しないＰＭへ変化する。この結果、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が通常時よりも低くなる。
【００５６】
酸化触媒異常時においては、酸化されないＳＯＦ成分が増加するため、ＰＭ中のＳＯＦ成分の割合が増加するが、ＰＭ自体はフィルタ５にて捕集されるため、ＰＭ重量は通常時と略同じである。一方、酸化触媒３にて酸化されるＰＭが減少することで、酸化能の高いＰＭの生成が抑制される。すなわち、通常時ならば、酸化触媒３にて酸化能を有するＰＭが生成されるが、酸化触媒３が劣化することにより、酸化能を有するＰＭの生成が抑制される。そうすると、ＰＭ重量は殆ど変らずに、酸化能が低下するので、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が通常時よりも低くなる。なお、単位ＰＭ重量当たりの酸化能の代わりに、酸化能検出装置４により検出される酸化能を実施例１と同様にして比較してもよい。すなわち、ＰＭ重量が通常時と変わらないのは酸化触媒異常時だけであり、ＰＭ重量が通常時と変わらず且つ酸化能が通常時よりも低くなるのは、酸化触媒異常時だけである。
【００５７】
フィルタ異常時においては、フィルタ５をすり抜けるＰＭ重量が増加する。一方、酸化触媒３は正常である。ここで、フィルタ５にＰＭが捕集されると、フィルタ５上で、酸化能を有するＰＭが酸化能を有しないＰＭへ変化する。したがって、フィルタ５にて捕集されずにすり抜けるＰＭが多くなると、酸化能を有したまま排出されるＰＭが多くなる。こ
のため、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が通常時よりも高くなる。
【００５８】
すなわち、再生時には、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は通常時よりも多くなり、単位ＰＭ重量当たりの酸化能は通常時よりも低くなる。また、酸化触媒異常時には、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は通常時と略同じになり、単位ＰＭ重量当たりの酸化能は通常時よりも低くなる。また、フィルタ異常時には、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量は通常時よりも多くなり、単位ＰＭ重量当たりの酸化能は通常時よりも高くなる。
【００５９】
このように、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能とは、通常時、再生時、酸化触媒異常時、フィルタ異常時で全て異なるため、これらの値に基づいて、酸化触媒３及びフィルタ５の故障を診断することができる。
【００６０】
たとえば、酸化触媒３およびフィルタ５が正常であるときのＰＭ重量及び単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値として記憶（学習としてもよい。）しておき、故障診断時に検出されるＰＭ重量及び単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値と比較することで、酸化触媒３またはフィルタ５が故障しているか否か判定することができる。なお、この閾値は、以前に検出された値としてもよい。また、閾値は、以前に検出された値から許容範囲とされる所定範囲を含んだ値としてもよい。以前に検出された値は、酸化触媒３の新品時に検出された値としてもよい。
【００６１】
図６は、本実施例に係る酸化触媒３及びフィルタ５の故障診断のフローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、図２に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６２】
ステップＳ２０１では、ＰＭ重量検出装置６によりＰＭの重量が検出される。
【００６３】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検出されるＰＭ重量が、以前に検出されたＰＭ重量に対して増加しているか否か判定される。なお、以前に検出されたＰＭ重量からの変化量が許容範囲とされる所定値よりも大きいか否か判定してもよい。また、以前に検出されたＰＭ重量を閾値として設定しておき、ステップＳ２０１で検出されるＰＭ重量が閾値よりも大きいか否か判定してもよい。また、閾値は、以前に検出されたＰＭ重量から許容範囲とされる所定値を加算した値としてもよい。フィルタ５の新品時に検出されたＰＭ重量を、以前に検出されたＰＭ重量としてもよい。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進む。
【００６４】
ステップＳ２０３では、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能よりも増加したか否か判定される。なお、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能からの増加量が許容範囲とされる所定値よりも大きいか否か判定してもよい。また、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値として設定しておき、新たに検出される単位ＰＭ重量当たりの酸化能が閾値よりも大きいか否か判定してもよい。また、閾値は、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能から許容範囲とされる所定値を加算した値としてもよい。酸化触媒３およびフィルタ５の新品時に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能としてもよい。
【００６５】
ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０４では、フィルタ５が故障していると診断される。一方、ステップＳ２０５では、酸化触媒３及びフィルタ５は
正常であると診断される。
【００６６】
ステップＳ２０６では、単位ＰＭ重量当たりの酸化能が、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能よりも減少したか否か判定される。なお、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能からの減少量が許容範囲とされる所定値よりも大きいか否か判定してもよい。また、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を閾値として設定しておき、新たに検出される単位ＰＭ重量当たりの酸化能が閾値よりも小さいか否か判定してもよい。また、閾値は、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能から許容範囲とされる所定値を減算した値としてもよい。酸化触媒３およびフィルタ５の新品時に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能を、以前に検出された単位ＰＭ重量当たりの酸化能としてもよい。
【００６７】
ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ２０２以降を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断装置に相当する。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ５よりも下流側のＰＭ重量と、単位ＰＭ重量当たりの酸化能と、に基づいて、酸化触媒３の故障と、フィルタ５の故障と、を診断することができる。
【００６９】
なお、本実施例では、フィルタ５よりも上流側に酸化触媒３が設けられているが、これに代えて、フィルタ５に酸化触媒３を担持させてもよい。
【００７０】
図７は、フィルタ５に酸化触媒３を担持させた場合の内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。このように、フィルタ５に酸化触媒３を担持させた場合であっても、酸化触媒３またはフィルタ５の故障時には、図５に示した現象が起きる。したがって、上述のようにして酸化触媒３及びフィルタ５の故障診断を行うことができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 酸化触媒
４ 酸化能検出装置
５ フィルタ
６ ＰＭ重量検出装置
１０ ＥＣＵ
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の酸化能を検出する酸化能検出装置と、
前記酸化能検出装置により検出される排気の酸化能を、前記触媒が正常のときの値と比較して、前記触媒の故障を診断する診断装置と、
を備える排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項２】
排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記触媒および前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量を検出するＰＭ重量検出装置と、
を備え、
前記酸化能検出装置は、前記前記触媒及び前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の酸化能を検出し、
前記診断装置は、前記ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量と、前記酸化能検出装置により検出される粒子状物質の酸化能と、に基づいて、前記触媒及び前記フィルタの故障を診断する請求項１に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項３】
前記診断装置は、フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量と、フィルタよりも下流側の粒子状物質の単位重量当たりの酸化能と、の夫々について、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と比較し、夫々の比較結果の組み合わせに基づいて前記触媒及び前記フィルタの故障を診断する請求項２に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項４】
前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と同じであり、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも低い場合には、前記触媒が故障していると診断する請求項２または３に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項５】
前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも多く、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも高い場合には、前記フィルタが故障していると診断する請求項２から４の何れか１項に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項６】
前記フィルタは前記触媒よりも下流側に設けられる請求項２から５の何れか１項に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項７】
前記触媒は前記フィルタに担持される請求項２から５の何れか１項に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の酸化能を検出する酸化能検出装置と、
前記酸化能検出装置により検出される排気の酸化能を、前記触媒が正常のときの値と比較して、前記触媒の故障を診断する診断装置と、
を備える排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項２】
排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記触媒および前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量を検出するＰＭ重量検出装置と、
を備え、
前記酸化能検出装置は、前記前記触媒及び前記フィルタよりも下流側の粒子状物質の酸化能を検出し、
前記診断装置は、前記ＰＭ重量検出装置により検出される粒子状物質の重量と、前記酸化能検出装置により検出される粒子状物質の酸化能と、に基づいて、前記触媒及び前記フィルタの故障を診断する請求項１に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項３】
前記診断装置は、フィルタよりも下流側の粒子状物質の重量と、フィルタよりも下流側の粒子状物質の単位重量当たりの酸化能と、の夫々について、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と比較し、夫々の比較結果の組み合わせに基づいて前記触媒及び前記フィルタの故障を診断する請求項２に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項４】
前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときの値と同じであり、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも低い場合には、前記触媒が故障していると診断する請求項２または３に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項５】
前記粒子状物質の重量が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも多く、且つ、前記粒子状物質の単位重量当たりの酸化能が、前記フィルタ及び前記触媒が正常のときよりも高い場合には、前記フィルタが故障していると診断する請求項２から４の何れか１項に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項６】
前記フィルタは前記触媒よりも下流側に設けられる請求項２から５の何れか１項に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【請求項７】
前記触媒は前記フィルタに担持される請求項２から５の何れか１項に記載の排気浄化装置の故障診断システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１１９１（Ｐ２０１３−１１１９１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３０２７（Ｐ２０１１−１４３０２７）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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