特開 2025-85320 内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025085320

(43)【公開日】2025-06-05

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/023 20060101AFI20250529BHJP

   F01N 11/00 20060101ALI20250529BHJP

【ＦＩ】

F01N3/023 K

F01N11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023199117

(22)【出願日】2023-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】岡田 学

【テーマコード（参考）】

3G091

3G190

【Ｆターム（参考）】

3G091AB13

3G091BA26

3G091DB10

3G091EA32

3G190BA31

3G190DD01

3G190EA14

(57)【要約】

【課題】差圧検出部の凍結状態をより正確に診断できるようにする。
【解決手段】内燃機関（１）からの排気ガスが通る排気路（３）に設置されるフィルタ（７）と、前記排気路（３）に接続し、前記フィルタ（７）をバイパスする差圧検出用通路（８）、及び前記差圧検出用通路（８）に設置され、前記フィルタ（７）の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ（９）により構成される差圧検出部（１０）とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記差圧検出部（１０）の凍結診断を行う凍結診断装置（１００）であって、前記差圧センサ（９）で検出される差圧が、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態のうちのいずれかに該当する場合、前記差圧検出部（１０）が凍結していると判定する判定手段（１０２）を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関からの排気ガスが通る排気路に設置されるフィルタと、前記排気路に接続し、前記フィルタをバイパスする差圧検出用通路、及び前記差圧検出用通路に設置され、前記フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサにより構成される差圧検出部とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記差圧検出部の凍結診断を行う凍結診断装置であって、
前記差圧センサで検出される差圧が、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態のうちのいずれかに該当する場合、前記差圧検出部が凍結していると判定する判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置。

【請求項2】

前記判定手段は、前記極大状態、前記極小状態、及び前記差圧が発生していない状態のうちのいずれかが所定の時間だけ継続する場合、前記差圧検出部が凍結していると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置。

【請求項3】

前記極大状態は、前記差圧センサで検出される差圧が、前記フィルタの詰まり判定のための閾値と、前記差圧センサの出力範囲上限との間に設定された第１の閾値以上になる状態であり、
前記極小状態は、前記差圧センサで検出される差圧が、前記フィルタの抜け判定のための閾値と、前記差圧センサの出力範囲下限との間に設定された第２の閾値以下になる状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置。

【請求項4】

前記差圧が発生していない状態は、前記差圧センサで検出される差圧が、０を含む所定の範囲にある状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関を駆動源とする自動車において、内燃機関からの排気ガスが通る排気路にＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）が設置される。この場合に、ＧＰＦの詰まり等の状態を診断できるように、排気路に、ＧＰＦをバイパスする差圧検出用通路を接続して、差圧検出用通路に、ＧＰＦの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサを設置することがある。
ここで、排気ガスには水蒸気が含まれているため、外気温が低いときに、差圧検出用通路を構成する配管や差圧センサに排気ガス接触すると、排気ガスに含まれる水蒸気が冷却されて結露、凍結し、配管や差圧センサを閉塞することがある。この状態では、差圧センサで差圧を正しく計測できず、ＧＰＦの状態を正確に診断することができない。
特許文献１には、内燃機関の排気温度に関連するパラメータ及び大気温度に関連するパラメータの少なくとも一方に基づいて、差圧検出用通路の非凍結状態を判定する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－２６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、内燃機関の排気温度や大気温度に基づいて、差圧検出用通路の非凍結状態を推定するが、これらの温度の情報は差圧検出用通路の凍結を直接的に表す情報とはいえず、差圧検出用通路の凍結状態を正確に診断できない可能性がある。

【0005】

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、差圧検出部の凍結状態をより正確に診断できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置は、内燃機関からの排気ガスが通る排気路に設置されるフィルタと、前記排気路に接続し、前記フィルタをバイパスする差圧検出用通路、及び前記差圧検出用通路に設置され、前記フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサにより構成される差圧検出部とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記差圧検出部の凍結診断を行う凍結診断装置であって、前記差圧センサで検出される差圧が、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態のうちのいずれかに該当する場合、前記差圧検出部が凍結していると判定する判定手段を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、差圧検出部の凍結状態をより正確に診断できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの構成例を示す模式図である。

【図2】差圧検出部の凍結について説明するための図である。

【図3】差圧センサで検出される差圧ＤＰの時系列変化の例を示す特性図である。

【図4】実施例においてＥＣＵが実行する差圧検出部の凍結診断の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムの凍結診断装置（１００）は、内燃機関（１）からの排気ガスが通る排気路（３）に設置されるフィルタ（７）と、前記排気路（３）に接続し、前記フィルタ（７）をバイパスする差圧検出用通路（８）、及び前記差圧検出用通路（８）に設置され、前記フィルタ（７）の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ（９）により構成される差圧検出部（１０）とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記差圧検出部（１０）の凍結診断を行う凍結診断装置（１００）であって、前記差圧センサ（９）で検出される差圧が、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態のうちのいずれかに該当する場合、前記差圧検出部（１０）が凍結していると判定する判定手段（１０２）を備える。
これにより、差圧検出部（１０）の凍結状態をより正確に診断できるようになる。

【実施例0010】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。
図１に、実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの構成例を示す。
自動車には、複数の気筒を有する内燃機関であるエンジン１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とが搭載される。
エンジン１には、吸気路２と、排気路３とが接続する。エンジン１の燃焼室には、吸気路２及び不図示の吸気バルブを介して、吸入空気とインジェクタ４から供給される燃料との混合気が投入される。燃焼室では、点火プラグ５で点火して、不図示のピストンで圧縮した混合気を燃焼させる。燃焼した混合気は膨張し、不図示のピストンを押し下げて、不図示のクランクシャフトを回転させる。エンジン１から不図示の排気バルブを介して排気される排気ガスは、排気路３を介して排気される。

【0011】

排気路３には、上流側から順に、ＴＷＣ（三元触媒）６、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）７が設置される。ＴＷＣ６は、排気ガス中の有害成分を酸化、還元によって浄化する。ＧＰＦ７は、排気ガスに含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕集する。
また、排気路３には、ＧＰＦ７をバイパスする差圧検出用通路８が接続する。差圧検出用通路８には、ダイアフラム式の差圧センサ９が設置され、ＧＰＦ７の上流側圧力と下流側圧力との差圧ＤＰを検出する。このように差圧検出用通路８、及び差圧検出用通路８に設置される差圧センサ９により差圧検出部１０が構成される。

【0012】

ＥＣＵ１００は、インジェクタ４による燃料噴射、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング、点火プラグ５による点火時期等のエンジン制御を司る。なお、エンジン制御については公知の技術を適用すればよく、ここではその詳細な説明を省略する。

【0013】

また、ＥＣＵ１００は、ＧＰＦ７の状態を診断する。ＧＰＦ７でＰＭの堆積により詰まりが生じると、圧力損失により、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが大きくなる。そこで、ＥＣＵ１００は、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが、予め設定された詰まり判定閾値以上になると、詰まりが生じたとして、警告灯を点灯させる等してドライバに通知する。なお、ＧＰＦでは、捕集したＰＭは排気ガス温度で燃焼、消滅する。差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが、詰まり判定閾値を下回ると、詰まりが解消されたとして、警告灯を消灯させる。また、ＧＰＦ７でフィルタ素材の溶損等により所謂抜けが生じると、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが小さくなる。そこで、ＥＣＵ１００は、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが、予め設定された抜け判定閾値以下になると、ＧＰＦ７の抜けが生じたとして、警告灯を点灯させる等してドライバに通知する。

【0014】

図３には、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰの時系列変化の例を示す。図３に示すように、詰まり判定閾値及び抜け判定閾値が設定されており、その間が、詰まりも抜けも生じていない範囲、換言すればＧＰＦ７の正常範囲となる。本実施例で、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰは、ＧＰＦ７の上流側圧力が下流側圧力よりも大きいときに正の値（＋の値）となり、ＧＰＦ７の上流側圧力が下流側圧力よりも小さいときに負の値（－の値）となる。詰まり判定閾値及び抜け判定閾値はいずれも正の範囲（＋の範囲）で設定されており、ＧＰＦ７の正常範囲は正の範囲に存在する。

【0015】

また、ＥＣＵ１００は、差圧検出用通路８及び差圧センサ９により構成される差圧検出部１０の凍結診断を行う。本実形例では、ＥＣＵ１００が本発明を適用した凍結診断装置として機能する。図１には、ＥＣＵ１００の機能構成を示す。上述したように、ＥＣＵ１００は、本発明を適用した凍結診断装置以外の機能も有するが、図１には、凍結診断装置としての機能構成だけを示す。

【0016】

ここで、図２を参照して、差圧検出部１０の凍結について説明する。図２は、差圧検出部１０の凍結について説明するための図である。
図２（ａ）に示すように、ＧＰＦ７の下流側で差圧検出用通路８に凍結部２０１が発生すると、矢印２０２で表すように、ＧＰＦ７の上流側圧力だけが差圧センサ９に作用する。そのため、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが極大状態になる。極大状態とは、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰがきわめて大きくなり、正常範囲を超えて、差圧センサ９の出力範囲上限の近傍値になることをいう。なお、差圧センサ９内のＧＰＦ７の下流側が凍結する状態でも同様である。このように差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが極大状態にある場合、ＧＰＦ７の下流側で差圧検出部１０が凍結していると判定することができる。

【0017】

また、図２（ｂ）に示すように、ＧＰＦ７の上流側で差圧検出用通路８に凍結部２０１が発生すると、矢印２０３で表すように、ＧＰＦ７の下流側圧力だけが差圧センサ９に作用する。そのため、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが極小状態になる。極小状態とは、差圧センサ９で検出される差圧ＤＰがきわめて小さく、絶対値が大きい負の値になり、正常範囲を超えて、差圧センサ９の出力範囲下限の近傍値になることをいう。なお、差圧センサ９内のＧＰＦ７の上流側が凍結する状態でも同様である。このように差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが極小状態である場合、ＧＰＦ７の上流側で差圧検出部１０が凍結していると判定することができる。

【0018】

また、図２（ｃ）に示すように、ＧＰＦ７の上流側及び下流側で差圧検出用通路８に凍結部２０１が発生すると、差圧センサ９には圧力が作用せず、差圧センサ９の出力は０となる。なお、差圧センサ９内のＧＰＦ７の上流側及び下流側が凍結する状態でも同様である。このように差圧センサ９で検出される差圧ＤＰが、差圧が発生していない状態である場合、ＧＰＦ７の上流側及び下流側で差圧検出部１０が凍結していると判定することができる。

【0019】

図１に説明を戻して、ＥＣＵ１００は、入力部１０１と、凍結判定部１０２と、通知部１０３とを備える。
入力部１０１は、差圧センサ９から、ＧＰＦ７の上流側圧力と下流側圧力との差圧ＤＰを入力する。

【0020】

凍結判定部１０２は、入力部１０１で入力した差圧ＤＰが、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態のうちのいずれかに該当するか否かを判定し、いずれかに該当する場合、差圧検出部１０が凍結していると判定する。具体的には、図３の特性線３０１のように、差圧ＤＰが、詰まり判定閾値と、差圧センサ９の出力範囲上限との間に設定された第１の閾値（閾値１）以上になる状態で、極大状態にあるとする。また、図３の特性線３０２のように、差圧ＤＰが、抜け判定閾値と、差圧センサ９の出力範囲下限との間に設定された第２の閾値（閾値２）以下になる状態で、極小状態にあるとする。また、図３の特性線３０３のように、差圧ＤＰが、０を含む所定の範囲（±第３の閾値（閾値３）の内側の範囲）にある状態で、差圧が発生していない状態にあるとする。

【0021】

通知部１０３は、凍結判定部１０２で差圧検出部１０が凍結していると判定した場合、ドライバに通知する。例えば、ＧＰＦ７の詰まりや抜けを通知する警告灯を点滅させる等する。なお、通知部１０３による通知の仕方はこれに限定されるものではなく、表示部や音声出力部を用いたものでもよい。
また、ＥＣＵ１００は、凍結判定部１０２で差圧検出部１０が凍結していると判定した場合、その凍結判定が解除されるまで、ＧＰＦ７の状態（詰まり、抜け）の診断を停止する。差圧検出部１０が凍結している状態では、差圧センサ９で差圧ＤＰを正しく計測できず、ＧＰＦ７の状態を正確に診断することができないからである。

【0022】

図４は、ＥＣＵ１００が実行する差圧検出部１０の凍結診断の処理を示すフローチャートである。
図４（ａ）は、差圧検出部１０の凍結を判定する処理を示す。図４（ａ）のフローチャートは、例えばエンジン１の始動後の所定の期間に実行される。
ステップＳ１で、入力部１０１は、差圧センサ９から、ＧＰＦ７の上流側圧力と下流側圧力との差圧ＤＰを入力する。

【0023】

ステップＳ２で、凍結判定部１０２は、ステップＳ１で入力した差圧ＤＰが極大状態にあるか否か、すなわち、詰まり判定閾値と、差圧センサ９の出力範囲上限との間に設定された閾値１以上であるか否かを判定する。閾値１以上である場合（図３の特性線３０１を参照）、ステップＳ５に進み、閾値１を下回る場合、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３で、凍結判定部１０２は、ステップＳ１で入力した差圧ＤＰが極小状態にあるか否か、すなわち、抜け判定閾値と、差圧センサ９の出力範囲下限との間に設定された閾値２以下であるか否かを判定する。閾値２以下である場合（図３の特性線３０２を参照）、ステップＳ５に進み、閾値２を上回る場合、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４で、凍結判定部１０２は、ステップＳ１で入力した差圧ＤＰが、差圧が発生していない状態であるか否か、すなわち、０を含む所定の範囲（±閾値３の内側の範囲）にあるか否かを判定する。所定の範囲にある場合（図３の特性線３０３を参照）、ステップＳ５に進み、所定の範囲にない場合、ステップＳ１に戻る。

【0024】

ステップＳ５で、凍結判定部１０２は、差圧ＤＰが閾値１以上であること、差圧ＤＰが閾値２以下であること、又は差圧ＤＰが所定の範囲にあることが、所定の時間だけ継続しているか否かを判定する。所定の時間だけ継続した場合、ステップＳ６に進み、所定の時間だけ継続しなかった場合、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ６で、通知部１０３は、差圧検出部１０が凍結していると判定して、ドライバに通知する。例えば、ＧＰＦ７の詰まりや抜けを通知する警告灯を点滅させる等する。また、ＥＣＵ１００は、ＧＰＦ７の状態（詰まり、抜け）の診断を停止する。
なお、図４（ａ）のフローチャートは、エンジン１の始動後の所定の期間に実行されるとしたが、エンジン１の稼働中に適宜実行されるようにしてもよい。走行中に、走行風によって差圧検出用通路８や差圧センサ９が凍結することもありえるからである。

【0025】

図４（ｂ）は、差圧検出部１０の凍結判定を解除する処理を示す。図４（ｂ）のフローチャートは、図４（ａ）のフローチャートで差圧検出部１０が凍結していると判定された後に実行される。
ステップＳ７で、入力部１０１は、差圧センサ９から、ＧＰＦ７の上流側圧力と下流側圧力との差圧ＤＰを入力する。
ステップＳ８で、凍結判定部１０２は、ステップＳ７で入力した差圧ＤＰが正常範囲に復帰したか否かを判定する。正常範囲に復帰した場合、ステップＳ９に進み、正常範囲に復帰していない場合、ステップＳ７に戻る。図３の特性線３０１の例でいえば、タイミングｔ₁で差圧ＤＰが正常範囲に復帰している。
ステップＳ９で、通知部１０３は、差圧検出部１０の凍結がなくなったと判定して、凍結判定を解除し、ドライバに通知する。例えば、ステップＳ６で点滅させた警告灯を消灯させる。また、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６で停止したＧＰＦ７の状態（詰まり、抜け）の診断を再開する。

【0026】

以上述べたように、特許文献１のように内燃機関の排気温度や大気温度に基づいて、非凍結状態を推定するのではなく、差圧検出部１０が凍結したときに差圧センサ９で検出される差圧ＤＰの変化を捉えるようにしたので、差圧検出部１０の凍結状態をより正確に診断できるようになる。
また、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態のうちのいずれかが所定の時間だけ継続する場合、差圧検出部１０が凍結していると判定することにより、差圧検出部１０の凍結の誤判定を防ぐことができる。状況によっては、差圧ＤＰが瞬間的に変動し、極大状態、極小状態、及び差圧が発生していない状態を検出する可能性もあるが、所定の時間だけ継続することを要件とすることにより、このような瞬間的な差圧ＤＰの変動を排除することができる。

【0027】

以上、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明したが、各実施例は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、各実施例に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
本実施形態では、本発明でいうフィルタとしてＧＰＦ７を説明したが、これに限定されるものではなく、例えばＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）を対象としてもよい。
本発明を適用した凍結診断装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により構成され、ＣＰＵが例えばＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行することにより、各手段の機能が実現される。

【符号の説明】

【0028】

１：エンジン、２：吸気路、３：排気路、７：ＧＰＦ、８：差圧検出用通路、９：差圧センサ、１０：差圧検出部、１００：ＥＣＵ、１０１：入力部、１０２：凍結判定部、１０３：通知部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】