JP7103034B2 - 診断装置 - Google Patents

Description

本開示は診断装置に係り、特に、内燃機関の排気中の微粒子を除去するように構成された微粒子後処理装置を診断するための診断装置に関する。

かかる微粒子後処理装置を備えた内燃機関、特にディーゼルエンジンを搭載したノンロード機械または特殊自動車において、欧州の排ガス規制であるNRMM Stage Vでは、微粒子制御診断システム（PCD: Particulate Control Diagnostic system）に関する要件が追加された。この要件は、微粒子制御診断システムに、微粒子後処理装置の種々の異常（故障、機能不全、失陥等を含む）を検出し、警告装置を発動させ、異常検出に関する情報の記録を行い、記録情報の確認を事後的に行えることを要求する。

特開２０１２－６２８０４号公報

ところで、異常検出に関する情報の記録方法には、法規で定められた一定の要件があり、これを満たす必要がある。本開示の目的は、そうした要件を簡便な方法で満たすことができる診断装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
内燃機関の排気中の微粒子を除去するように構成された微粒子後処理装置を診断するための診断装置であって、
前記微粒子後処理装置の異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部により異常が検出されているときに自身のカウント値を増加させ、前記異常検出部により異常が検出されていないときに自身のカウント値をリセットする第１カウンタと、
前記第１カウンタのカウント値の増加中に自身のカウント値を増加させ、前記第１カウンタのカウント値のリセット中に自身のカウント値を保持する第２カウンタと、
前記第１カウンタのカウント値が所定の規定値未満のとき、前記第２カウンタのカウント値から前記第１カウンタのカウント値を減算した値を自身のカウント値とし、前記第１カウンタのカウント値が前記規定値以上のとき、前記第２カウンタのカウント値に等しい値を自身のカウント値とする第３カウンタと、
を備えることを特徴とする診断装置が提供される。

好ましくは、前記診断装置は、前記第１カウンタのカウント値が前記規定値に増加する毎に自身のカウント値を増加させる第４カウンタをさらに備える。

本開示によれば、異常検出に関する情報の記録方法について法規で定められた要件を簡便な方法で満たすことができる。

実施形態の構成を示す概略図である。 診断時における各状態および各数値の推移を示し、理想例の場合を示す。 診断時における各状態および各数値の推移を示し、比較例の場合を示す。 診断時における各状態および各数値の推移を示し、修正例の場合を示す。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本開示の実施形態の構成を示す概略図である。内燃機関（エンジン）１は、ノンロード機械または特殊自動車（図示せず）に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。但しエンジン１が搭載されるものはそれらに限定されず、エンジン１が搭載される車両はトラック等の大型車両であってもよいし、乗用車等の小型車両であってもよい。

エンジン１には、排気ガスの後処理を実行する後処理装置が設けられている。すなわち、エンジン１の排気通路１２には、上流側から順に、酸化触媒２２、フィルタ２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。これらはそれぞれ後処理部材をなす。フィルタ２３の下流側でＮＯｘ触媒２４の上流側の排気通路１２には、還元剤としての尿素水を噴射する還元剤噴射弁としての尿素インジェクタ２５が設けられる。

酸化触媒２２は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。

フィルタ２３は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）であり、排気中に含まれる微粒子（ＰＭ：Particulate Matterともいう）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。

ＮＯｘ触媒２４は、尿素インジェクタ２５から噴射された尿素水を加水分解して得られるアンモニアを、排気中のＮＯｘと反応させて、ＮＯｘを還元浄化する。ＮＯｘ触媒２４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２）を担持させたもの等が例示できる。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。

車両には、制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵという）１００が搭載される。ＥＣＵ１００は車両およびエンジン全体の制御を司るものである。ＥＣＵ１００は、演算機能を有するＣＰＵ、記憶媒体であるＲＯＭおよびＲＡＭ、入出力ポート、ならびにＲＯＭおよびＲＡＭ以外の記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、エンジン１の各デバイス（燃料噴射インジェクタ等）および尿素インジェクタ２５を制御するように構成され、プログラムされている。

ＥＣＵ１００には、フィルタ２３の前後の差圧を検出する差圧センサ２７が接続される。ＥＣＵ１００は、この差圧センサ２７により検出された差圧に基づきフィルタ２３のＰＭ捕集量を推定し、推定したＰＭ捕集量が所定の上限値に達したならば、捕集ＰＭを燃焼除去する公知のフィルタ再生を実行する。

ここで本実施形態の車両には、エンジン１の排気中の微粒子を除去するように構成された微粒子後処理装置と、この微粒子後処理装置を診断するための診断装置とが備えられる。微粒子後処理装置は、前述のフィルタ２３と差圧センサ２７を含む。診断装置は、前述のＥＣＵ１００を含む。

またＥＣＵ１００には、微粒子後処理装置の異常が検出されたときに車両のドライバに警告するための警告装置２８が接続される。警告装置２８は、ＥＣＵ１００によって作動（オン）されたときに、視覚的警告である警告ランプおよびショートメッセージ、ならびに聴覚的警告である警告音の少なくとも一つを発生させるものである。この警告装置２８も診断装置に含まれる。

次に、ＥＣＵ１００によって実行される診断の内容を説明する。診断は、前述のNRMM Stage Vといった法規制で微粒子制御診断システムに賦課される要件を満足するように実行される。

図２には、診断時における各状態および各数値の推移を示し、特に、法規制の要求を満足する理想的な状態の場合、すなわち理想例の場合を示す。

（Ａ）はエンジンのオン・オフ状態を示し、オンはエンジン運転中、オフはエンジン停止中であることを意味する。図示例では、時刻ｔ３より前ではエンジンが運転中であり、時刻ｔ３でエンジンが停止されている。また時刻ｔ４でエンジンが再始動されている。時刻ｔ４より後ではエンジンが運転中である。

（Ｂ）は、ＥＣＵ１００の内部における異常フラグのオン・オフ状態を示す。ＥＣＵ１００は、微粒子後処理装置に異常があるか否かを、所定の方法（公知方法を含む）に従って常時判定しており、異常があると判定した場合、すなわち微粒子後処理装置の異常を検出した場合、異常フラグをオンにする。逆にＥＣＵ１００は、微粒子後処理装置に異常がないと判定した場合、すなわち微粒子後処理装置の異常を検出しない場合、異常フラグをオフにする。

図示例では、エンジン運転中の時刻ｔ１で異常フラグがオフからオンに切り替わっている。エンジン停止中の時刻ｔ３～ｔ４間も異常フラグのオンが継続されている。その後時刻ｔ５で、異常フラグがオフに切り替わり、一旦異常が検出されなくなる。しかしその後、時刻ｔ６で、異常フラグが再度オンに切り替わり、異常が検出される。その後異常フラグは、時刻ｔ７で再度オフに切り替わり、時刻ｔ８で再びオンとなる。

なお、微粒子後処理装置の異常には、フィルタ２３および差圧センサ２７の少なくとも一方の故障や、フィルタ２３および差圧センサ２７の少なくとも一方の取り外し等、法規に規定された種々の異常が含まれる。

（Ｃ）は、警告装置２８のオン・オフ状態を示す。これは異常フラグのオン・オフ状態と連動し、異常フラグがオンになると警告装置２８がオンになり、異常フラグがオフになると警告装置２８がオフになる。

（Ｄ）は、ＥＣＵ１００の内部に設けられたカウンタＡのカウント値を示す。カウント値の単位は時間（ｈｒ）であり、Ｔは所定の単位時間を表す。本実施形態の場合Ｔ＝２０（ｈｒ）である。例えば１Ｔ＝１×２０＝２０（ｈｒ）、２Ｔ＝２×２０＝４０（ｈｒ）である。なお単位時間Ｔは特許請求の範囲にいう規定値に相当する。

（Ｅ）は、ＥＣＵ１００の内部に設けられた別のカウンタＢのカウント値を示す。カウント値の単位と単位時間ＴについてはカウンタＡと同じである。

（Ｆ）は、ＥＣＵ１００の内部に設けられたさらに別のカウンタＣのカウント値を示す。カウント値の単位は回である。

カウンタＡは、異常フラグがオンになっているときのエンジンの累積的な運転時間をカウントする。カウンタＡは、異常フラグがオンでかつエンジン運転中に自身のカウント値を増加させる。またカウンタＡは、エンジン停止中（時刻ｔ３～ｔ４）は自身のカウント値を増加させず保持し、異常フラグがオフに切り替わると（例えば時刻ｔ５）、それと同時に自身のカウント値をゼロにリセットする。

このようにカウンタＡは、ＥＣＵ１００により異常が検出されているとき（異常フラグオンのとき）に自身のカウント値を増加させ、ＥＣＵ１００により異常が検出されていないとき（異常フラグオフのとき）に自身のカウント値をリセットする。

一方、図示例のカウンタＢは、法規制の要求を満足するような理想的な形で作動している。すなわち、カウンタＢは、異常フラグがオンでかつエンジンが単位時間Ｔ以上運転された場合のエンジンの累積的な運転時間をカウントする。

図示例において、時刻ｔ１～ｔ２の間では、異常フラグオンであるが、カウンタＡのカウント値が単位時間＝１Ｔ未満であるため、カウンタＢはカウントを行わず、自身のカウント値を増加させずゼロに保持する。そして、時刻ｔ２でカウンタＡのカウント値が単位時間＝１Ｔに達すると、カウンタＢは自身のカウント値を、ステップ的に単位時間＝１Ｔだけ増加させる。

この後、カウンタＢのカウント値は、カウンタＡのカウント値に追従して等しく増加する。時刻ｔ５でカウンタＡのカウント値がリセットされた後は、カウンタＢのカウント値が保持される。

特に、時刻ｔ６～ｔ７の間でカウンタＡのカウント値が増加するものの、その期間ではカウンタＡのカウント値が単位時間Ｔに達していないため、カウンタＢのカウント値は増加しない。

その後、時刻ｔ９でカウンタＡのカウント値が単位時間Ｔに達したら、カウンタＢのカウント値は、ステップ的に単位時間Ｔだけ増加する。そしてその後、カウンタＢのカウント値はカウンタＡのカウント値に追従して等しく増加する。

カウンタＣは、カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔに増加する毎に自身のカウント値を増加させる。図示例においては、時刻ｔ２と時刻ｔ９でカウンタＡのカウント値が単位時間Ｔに増加しているので、その度にカウンタＣのカウント値は１回、２回と増加する。

これらカウンタＡ～Ｃのカウント値は、ＥＣＵ１００に記録情報として記録される。特にカウンタＢ，Ｃのカウント値は、ＥＵ加盟国の認証機関等が、エンジンメーカーが指定するスキャンツールを使用して、後にＥＣＵ１００から読み出し可能な記録情報とされる。

従って逆に言うと、後にＥＣＵ１００から読み出されるカウンタＢのカウント値は、図示例のように変化しなければならない。

さて、こうした要求のある診断装置に関して、当初、図３に示すような比較例が検討された。

図３に示す比較例において、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｆ）は図２に示した理想例と同じであり、（Ｅ）のカウンタＢのみが理想例と異なる。

比較例のカウンタＢのカウント値は、時刻ｔ１～ｔ２の間で、カウンタＡのカウント値と同じように増加している。また比較例のカウンタＢのカウント値は、時刻ｔ６～ｔ７の間、および時刻ｔ８～ｔ９の間でも、カウンタＡのカウント値と同じように増加している。

しかし、これらの期間では、カウンタＢは、「異常フラグがオンでかつエンジンが単位時間Ｔ以上運転された場合のエンジンの累積的な運転時間をカウントする」という法規制の要求を満足していない。異常フラグがオンでかつエンジンが単位時間Ｔ未満しか運転されていない場合でもエンジンの運転時間がカウントされてしまっているからである。

また、スキャンツールを使用してカウンタＢのカウント値の履歴を読み出した場合でも、法規制の要求とは異なる履歴が、時刻ｔ１～ｔ２の間、時刻ｔ６～ｔ７の間、および時刻ｔ８～ｔ９の間の期間で読み出されることになるので、問題が生じる可能性がある。

なお、この比較例のカウンタＢでは、時刻ｔ５のように、異常フラグがオフになる直前のカウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ以上の場合は、時刻ｔ５以降、その直前のカウント値を保持する。また比較例のカウンタＢでは、時刻ｔ７のように、異常フラグがオフになる直前のカウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ未満の場合は、時刻ｔ７において、カウンタＢのカウント値からカウンタＡのカウント値を減算してカウンタＢのカウント値を求め、時刻ｔ７以降、その求めたカウント値に保持する。

以上の状況に鑑み、本実施形態では、図４に示すような修正例を創案するに至った。この修正例は、比較例をベースとして修正を行い、理想例と同じように法規制の要求を満足するカウント値を得られるようにしたものである。

図４に示す修正例の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｇ）は図３に示した比較例の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｆ）と同じである。また修正例の（Ｅ）カウンタＢｔｍｐは、比較例の（Ｅ）カウンタＢと名称が異なるだけで実質的に同じである。また修正例の（Ｆ）カウンタＢは、比較例に対し追加されたカウンタであり、これは、図２に示した理想例の（Ｅ）カウンタＢと同じように動作する。なお修正例のカウンタＢｔｍｐおよびカウンタＢはＥＣＵ１００の内部に設けられている。

修正例のカウンタＢのカウント値は、次の基準に従って算出される。
（１）カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ未満のときには、カウンタＢのカウント値は、カウンタＢｔｍｐのカウント値からカウンタＡのカウント値を減算した値となる。
（２）カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ以上のときには、カウンタＢのカウント値は、カウンタＢｔｍｐのカウント値に等しい値となる。

この基準に従えば、図４に示すように、時刻ｔ２より前では、カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ未満なので、基準（１）により、カウンタＢのカウント値はゼロとなる。そして時刻ｔ２に、カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔに達すると、基準（２）により、カウンタＢのカウント値はカウンタＢｔｍｐのカウント値と等しい値となり、カウンタＢのカウント値はステップ的に増加する。これにより、図２の理想例の（Ｅ）カウンタＢと同じとなる。

また図４に示すように、時刻ｔ６～ｔ７の間では、カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ未満なので、基準（１）により、カウンタＢのカウント値は、カウンタＢｔｍｐのカウント値からカウンタＡのカウント値を減算した値となる。そしてカウンタＢのカウント値は、時刻ｔ６直前の値に保持され、結果的に図２の理想例の（Ｅ）カウンタＢと同じとなる。

また図４に示すように、時刻ｔ８～ｔ９の間でも、カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔ未満なので、基準（１）により、カウンタＢのカウント値は、時刻ｔ８直前の値に保持される。そして時刻ｔ９に、カウンタＡのカウント値が単位時間Ｔに達すると、基準（２）により、カウンタＢのカウント値はカウンタＢｔｍｐのカウント値と等しい値となり、カウンタＢのカウント値はステップ的に増加する。こうしてカウンタＢは結果的に図２の理想例の（Ｅ）カウンタＢと同じとなる。

このように修正例によれば、比較的簡単なカウンタの追加と計算およびロジックの追加とにより、法規制の要求を満足するカウンタＢを得ることが可能となり、異常検出に関する情報の記録方法について法規で定められた要件を簡便な方法で満たすことができる。また、スキャンツールを使用してカウンタＢのカウント値の履歴を読み出した場合でも、法規制の要求に沿った履歴を読み出すことができるので、比較例の問題を解消できる。

なお上記の説明から理解されるように、本実施形態における修正例のカウンタＡ、カウンタＢｔｍｐおよびカウンタＢは、特許請求の範囲にいう第１カウンタ、第２カウンタおよび第３カウンタに相当する。また本実施形態におけるＥＣＵ１００は、特許請求の範囲にいう診断装置および異常検出部に相当する。カウンタＢｔｍｐは、カウンタＡのカウント値の増加中に自身のカウント値を増加させ、カウンタＡのカウント値のリセット中に自身のカウント値を保持する。カウンタＢは、カウンタＡのカウント値が所定の規定値（すなわち単位時間Ｔ）未満のとき、カウンタＢｔｍｐのカウント値からカウンタＡのカウント値を減算した値を自身のカウント値とし、カウンタＡのカウント値が規定値以上のとき、カウンタＢｔｍｐのカウント値に等しい値を自身のカウント値とする。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は他にも種々のものが考えられる。例えばフィルタ２３以外の後処理部材は省略してもよく、酸化触媒２２、ＮＯｘ触媒２４およびアンモニア酸化触媒２６の少なくとも一つを省略してもよい。またこれら後処理部材の配列は図１に示した配列以外も可能である。これら以外の後処理部材を追加してもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
１２ 排気通路
２３ フィルタ
２７ 差圧センサ
２８ 警告装置
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (2)

1. 内燃機関の排気中の微粒子を除去するように構成された微粒子後処理装置を診断するための診断装置であって、
   前記微粒子後処理装置の異常を検出する異常検出部と、
   前記異常検出部により異常が検出されているときに自身のカウント値を増加させ、前記異常検出部により異常が検出されていないときに自身のカウント値をリセットする第１カウンタと、
   前記第１カウンタのカウント値の増加中に自身のカウント値を増加させ、前記第１カウンタのカウント値のリセット中に自身のカウント値を保持する第２カウンタと、
   前記第１カウンタのカウント値が所定の規定値未満のとき、前記第２カウンタのカウント値から前記第１カウンタのカウント値を減算した値を自身のカウント値とし、前記第１カウンタのカウント値が前記規定値以上のとき、前記第２カウンタのカウント値に等しい値を自身のカウント値とする第３カウンタと、
   を備えることを特徴とする診断装置。
2. 前記第１カウンタのカウント値が前記規定値に増加する毎に自身のカウント値を増加させる第４カウンタをさらに備える
   請求項１に記載の診断装置。

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