パティキュレートフィルタの故障診断装置
【課題】内燃機関の排気通路におけるパティキュレートフィルタより下流側に設けられたＰＭセンサを用いてパティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置において、その診断精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明は、所定期間におけるＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、フィルタが所定の状態であると仮定して推定されたフィルタ通過ＰＭ量の前記所定期間中の積算値と、を比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断するものであって、前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が所定量より大きくなる条件が成立した場合、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行するものである。
【解決手段】本発明は、所定期間におけるＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、フィルタが所定の状態であると仮定して推定されたフィルタ通過ＰＭ量の前記所定期間中の積算値と、を比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断するものであって、前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が所定量より大きくなる条件が成立した場合、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を設ける場合がある。該フィルタにおいては、排気中の一部のＰＭが捕集され、該捕集されたＰＭが徐々に堆積する。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関からのＰＭ排出量と、フィルタより上流側に設けられた酸化触媒でのＰＭの酸化量とに基づいて、フィルタへのＰＭの流入量を算出し、さらに、フィルタ内でのＰＭの燃焼量を算出し、該ＰＭの流入量とＰＭの燃焼量とに基づいて、フィルタにおけるＰＭ堆積量を算出する技術が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、内燃機関から単位時間当たりに排出されるＰＭ量とフィルタの捕集効率とを乗算して得られる値を積算することで、フィルタにおけるＰＭ堆積量を算出する技術が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、内燃機関における燃料噴射時期の制御遅れが生じる過渡運転時に、ＥＧＲ率を低下させることで、内燃機関からのＰＭ排出量を低減する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０４４４５７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９２１号公報
【特許文献３】特開平０９−０４２０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フィルタにおいて破損や溶損等の故障が発生すると、フィルタに捕集されずに該フィルタを通過するＰＭの量（以下、フィルタ通過ＰＭ量と称する）が増加する。そこで、このようなフィルタの故障が発生したか否かを診断するために、フィルタより下流側の排気通路に、自身に堆積したＰＭ量に対応する信号を出力するＰＭセンサを設ける場合がある。
【０００８】
このようなＰＭセンサを設けた場合、ＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、フィルタが所定の状態であると仮定した場合のフィルタ通過ＰＭ量の推定値の該所定期間中の積算値とを比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断することができる。しかしながら、該故障診断を行うべくフィルタ通過ＰＭ量を積算している所定期間中に、内燃機関の運転状態の急激な変化等に起因して、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量と、内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が大きくなる場合がある。この場合、フィルタ通過ＰＭ量の推定精度が低下する。フィルタ通過ＰＭ量の推定精度が低下すると、フィルタの故障が発生したか否かについて誤診断する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路にお
けるフィルタより下流側に設けられたＰＭセンサを用いてフィルタの故障が発生したか否かを診断するフィルタの故障診断装置において、その診断精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、所定期間におけるＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、フィルタが所定の状態であると仮定して推定されたフィルタ通過ＰＭ量の該所定期間中の積算値と、を比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断するものであって、前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が所定量より大きくなる条件が成立した場合、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行するものである。
【００１１】
より詳しくは、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置は、
内燃機関の排気通路におけるパティキュレートフィルタより下流側に設けられ、自身に堆積した粒子状物質の量に対応する信号を出力するＰＭセンサと、
パティキュレートフィルタが所定の状態であると仮定した場合の、パティキュレートフィルタを通過する粒子状物質の量であるフィルタ通過ＰＭ量を推定するフィルタ通過ＰＭ量推定手段と、を備え、
所定期間における前記ＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、前記フィルタ通過ＰＭ量推定手段によって推定されたフィルタ通過ＰＭ量の前記所定期間中の積算値と、を比較することで、パティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置であって、
前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量と内燃機関の運転状態に応じた粒子状物質の排出量の基準値との差が所定量より大きくなる所定の条件が成立した場合に、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行する実ＰＭ排出量制御手段をさらに備える。
【００１２】
ここで、所定期間とは、フィルタの故障診断が可能な程度にＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量が増加すると判断できる期間である。該所定期間は、実験等に基づいて予め定められている。また、所定の状態とは、フィルタの破損や溶損等の程度が故障と判断すべきある一定のレベルに達した状態であってもよく、また正常な状態であってもよい。フィルタが所定の状態であると仮定した場合のフィルタ通過ＰＭ量は、内燃機関からのＰＭ排出量及びフィルタにおけるＰＭ堆積量等に基づいて推定することができる（以下、該推定値を推定通過ＰＭ量と称する）。内燃機関からのＰＭ排出量は、内燃機関の運転状態から算出することができる。つまり、推定通過ＰＭ量の算出に用いられる内燃機関からのＰＭ排出量は、内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値である。また、フィルタにおけるＰＭ堆積量は、内燃機関からのＰＭ排出量及びフィルタにおけるＰＭ酸化量等に基づいて算出することができる。
【００１３】
破損又は溶損等のフィルタの故障が発生すると、実際のフィルタ通過ＰＭ量（以下、実通過ＰＭ量と称する）が増加する。そのため、所定期間におけるＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中の実通過ＰＭ量の積算値が、フィルタが正常な状態であるときよりも増加する。従って、所定期間中における、推定通過ＰＭ量の積算値と実通過ＰＭ量の積算値とを比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断することができる。
【００１４】
そして、本発明では、所定期間中において、内燃機関からの実際のＰＭ排出量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が所定量より大きくなる所定の条件が成
立した場合、実ＰＭ排出量制御手段によって、内燃機関からの実際のＰＭ排出量を基準値側に増加又は低減させる制御が実行される。
【００１５】
ここで、所定量は、フィルタの故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値であってもよい。また、内燃機関からの実際のＰＭ排出量を増加又は減少させる制御としては、燃料噴射時期を進角又は遅角する制御、主燃料噴射の前に副燃料噴射を実行している場合は副燃料噴射量を増加又は減少させる制御、内燃機関の吸気系にＥＧＲガスが導入されている場合はＥＧＲガス量を増加又は減少させる制御を例示することができる。
【００１６】
上記制御が実行されることで、所定期間中において、内燃機関からの実際のＰＭ排出量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が大きくなることを抑制することができる。そのため、推定ＰＭ通過量の推定精度を高く維持することが可能となる。従って、本発明によれば、所定期間中に内燃機関の運転状態の変化等に伴って内燃機関からのＰＭ排出量が基準値からずれた場合であっても、フィルタの故障が発生したか否かの診断を高精度で行うことができる。
【００１７】
また、所定期間中において所定の条件が成立する度にフィルタの故障診断の実行を中止していると、該故障診断の実行頻度が低下することとなる。本発明によれば、所定期間中において所定の条件が成立した場合であってもフィルタの故障診断を継続することができる。そのため、フィルタの故障診断の実行頻度の低下を抑制することができる。
【００１８】
気筒内の温度又は圧力が変化すると、内燃機関からのＰＭ排出量が変化する。また、気筒内の温度又は圧力が変化すると、内燃機関から排出される排気の温度又は圧力も変化する。そこで、本発明に係る所定の条件を、内燃機関から排出された排気の温度又は圧力の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた排気の温度又は圧力の基準値との差が、所定量より大きいこととしてもよい。
【００１９】
また、ＥＧＲ装置によって内燃機関の吸気系にＥＧＲガスが導入されている場合、ＥＧＲガス量が変化すると、内燃機関からのＰＭ排出量が変化する。そこで、本発明に係る所定の条件を、実際のＥＧＲガス量の推定値と、内燃機関の運転状態に応じて定められたＥＧＲガス量の基準値との差が、所定量より大きいこととしてもよい。
【００２０】
ＥＧＲガス量が変化すると、ＥＧＲガスが導入された吸気の温度、即ち内燃機関に供給される吸気の温度も変化する。そこで、本発明に係る所定の条件を、内燃機関に供給される吸気の温度の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた、内燃機関に供給される吸気の温度の基準値との差が、所定量より大きいこととしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、内燃機関の排気通路におけるフィルタより下流側に設けられＰＭセンサを用いてフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置において、その診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係るＰＭセンサの概略構成を示す図である。
【図３】ＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量、ＰＭセンサの電極間の電気抵抗及びＰＭセンサの出力値の関係を示すグラフである。
【図４】実施例に係るフィルタの故障診断のフローを示すフローチャートである。
【図５】実施例に係る第１の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。
【図６】実施例に係る第２の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。
【図７】実施例に係る第３の実ＰＭ排出量制御のフロー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】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
＜実施例＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンの排気通路に設けられたフィルタの故障診断に適用した場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、例えば、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００２５】
［内燃機関の吸排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。
【００２６】
吸気通路２にはエアフローメータ４及びスロットル弁５が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁５は、吸気通路２における流路断面積を変更することで、内燃機関１に供給される吸入空気の流量を調節する。
【００２７】
排気通路３には、酸化触媒６が設けられている。酸化触媒６より下流側の排気通路３には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ７が設けられている。尚、酸化触媒６に代えて、他の酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等）を設けてもよい。また、フィルタ７には酸化機能を有する触媒が担持されていてもよい。酸化触媒６より上流側の排気通路３には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁８が設けられている。
【００２８】
また、排気通路３における燃料添加弁８より上流側にはＥＧＲ通路１７の一端が接続されており、吸気通路２におけるスロットル弁５より下流側にはＥＧＲ通路１７の他端が接続されている。内燃機関１から排出された排気の一部がＥＧＲガスとして該ＥＧＲ通路１７を通って吸気通路２に導入される。吸気通路２に導入されたＥＧＲガスは吸入空気と共に内燃機関１に供給される。
【００２９】
ＥＧＲ通路１７にはＥＧＲ弁１８が設けられている。ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲ通路１７における流路断面積を変更することで、吸気通路２に導入されるＥＧＲガスの流量、即ち内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量を調節する。
【００３０】
吸気通路２におけるＥＧＲ通路１７の接続部分より下流側には、吸気温度センサ１９及び空燃比センサ１２が設けられている。吸気温度センサ１９は、内燃機関１に供給される吸気の温度を検出する。空燃比センサ１２は、内燃機関１に供給される吸気の空燃比を検出する。
【００３１】
排気通路３におけるＥＧＲ通路１７の接続部分より下流側且つ燃料添加弁８より上流側には、第１排気温度センサ１３及び排気圧力センサ１４が設けられている。第１排気温度センサ１３は、内燃機関１から排出される排気の温度を検出する。排気圧力センサ１４は、内燃機関１から排出される排気の圧力を検出する。
【００３２】
酸化触媒６とフィルタ７との間の排気通路３には、第２排気温度センサ１５が設けられている。フィルタ７より下流側の排気通路３には、ＰＭセンサ１６が設けられている。第２排気温度センサ１５は、フィルタ７に流入する排気の温度を検出する。ＰＭセンサ１６の詳細については後述する。
【００３３】
また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、吸気温度センサ１９、空燃比センサ１２、第１排気温度センサ１３、排気圧力センサ１４、第２排気温度センサ１５、及びＰＭセンサ１６が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１のクランクポジションセンサ１１が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。
【００３４】
ＥＣＵ１０には、スロットル弁５、燃料添加弁８、ＥＧＲ弁１８、及び内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。
【００３５】
例えば、ＥＣＵ１０は、フィルタ７に堆積したＰＭを除去するために、燃料添加弁８から燃料を添加することでフィルタ再生処理を実行する。燃料添加弁８から添加された燃料は、酸化触媒６に供給される。そして、酸化触媒６において該燃料が酸化されることで、フィルタ７に流入する排気の温度が上昇する。その結果、フィルタ７が昇温し、該フィルタ７に堆積したＰＭが酸化され、除去される。フィルタ７に酸化機能を有する触媒が担持されている場合は、該触媒においても燃料が酸化されるため、フィルタ再生処理の実行時にフィルタ７がより昇温し易くなる。そのため、ＰＭの酸化が促進され易くなる。
【００３６】
［ＰＭセンサ］
ＰＭセンサ１６は、自身に堆積したＰＭ量に対応する電気信号を出力するセンサである。図２は、ＰＭセンサ１６のセンサ素子の概略構成を示す図である。図３は、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量と、ＰＭセンサ１６の電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗及びＰＭセンサ１６の出力値との関係を示すグラフである。図３において、横軸はＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量を表しており、下段縦軸はＰＭセンサ１６の電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗を表しており、上段縦軸はＰＭセンサ１６の出力値を表している。
【００３７】
図２に示すように、ＰＭセンサ１６のセンサ素子は、一対の櫛歯型電極１６ａ，１６ｂを有している。ＰＭセンサ１６には、排気中のＰＭが付着し、該付着したＰＭが徐々に堆積する。ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が増加するにつれて、電極１６ａ，１６ｂ間に存在するＰＭの量が増加する。
【００３８】
そのため、図３に示すように、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が多いほど、電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗が低くなる。そして、電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗が低下するほど、ＰＭセンサ１６の出力値が増加する。従って、該ＰＭセンサ１６の出力値は、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量に対応した値となる。
【００３９】
また、ＰＭセンサ１６は、フィルタ７の下流側に設けられている。そのため、ＰＭセンサ１６には、フィルタ７に捕集されずに、該フィルタ７を通過したＰＭが捕集される。従って、該ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量は、実際のフィルタ通過ＰＭ量（実通過ＰＭ量）の積算値に対応した量となる。
【００４０】
尚、電極１６ａ，１６ｂ間に存在するＰＭの量が変化すれば、該電極６ａ，６ｂ間を流
れる電流等の電気抵抗以外の電気的特性値も変化する。そのため、ＰＭセンサ１６は、電気抵抗以外の電気的特性値に基づいて、自身に堆積したＰＭ量に対応した信号をするものであってもよい。
【００４１】
［フィルタの故障診断］
上述したように、本実施例では、フィルタ７に堆積したＰＭを除去すべくフィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理では、フィルタ７の温度がＰＭの酸化が可能な温度まで上昇するため、破損や溶損等のフィルタ７の故障が発生する可能性がある。このようなフィルタ７の故障が発生すると、フィルタ通過ＰＭ量が増加する。その結果、外部に放出されるＰＭが増加するという問題が生じる。
【００４２】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０によって、フィルタ７の故障診断が行われる。該フィルタの故障診断は、ＰＭセンサ１６の出力値に基づいて算出される所定期間中の実通過ＰＭ量の積算値と、フィルタ７が所定の状態であると仮定した場合における推定通過ＰＭ量の該所定期間中の積算値とを比較することで行われる。
【００４３】
ここで、本実施例に係るフィルタの故障診断の詳細について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。図４は、本実施例に係るフィルタの故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００４４】
本フローでは、先ず、ステップＳ１０１において、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立したか否かが判別される。ここでの故障診断の実行条件は、例えば、フィルタ再生処理の実行完了後、フィルタ７におけるＰＭ堆積量の推定値が所定の堆積量に達したことであってもよい。この場合、所定の堆積量は、フィルタ７の故障診断が可能となったと判断できる閾値として、実験等に基づいて予め定められる値である。フィルタ７におけるＰＭ堆積量は、内燃機関１からのＰＭ排出量及びフィルタ７におけるＰＭ酸化量（フィルタ７に一旦捕集された後、酸化されるＰＭの量）等に基づいて算出することができる。内燃機関１からのＰＭ排出量は、内燃機関１の運転状態（本実施例では、内燃機関１の機関回転数と、内燃機関１における燃料噴射量）に基づいて算出することができる。フィルタ７におけるＰＭ酸化量は、フィルタ７に流入する排気の流量及び温度等に基づいて算出することができる。また、フィルタ再生処理の実行完了後における、経過時間、車両の走行距離、又は、内燃機関１における燃料噴射量の積算値が所定値に達した場合に、故障診断の実行条件が成立したと判定してもよい。
【００４５】
ステップＳ１０１において否定判定された場合は、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０２において、フィルタ７が所定の状態であると仮定した場合における推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅを算出する。
【００４６】
ここで、所定の状態とは、フィルタ７の破損や溶損等の程度が故障と判断すべきある一定のレベルに達した状態である。つまり、フィルタ７の状態が該所定の状態である場合は、フィルタ７が正常な状態であるときよりもフィルタ通過ＰＭ量がある一定の程度多くなると想定される。そして、フィルタ７の状態が所定の状態であると特定すれば、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは、内燃機関１からのＰＭ排出量及びフィルタ７におけるＰＭ堆積量に基づいて算出することができる。
【００４７】
上述したように、内燃機関１からのＰＭ排出量は、内燃機関１の運転状態に基づいて算出することができる。つまり、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅの算出に用いられる内燃機関１からのＰＭ排出量は、内燃機関１の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値である。内
燃機関１の運転状態と該ＰＭ排出量との関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ＥＣＵ１０は、該マップ又は関数を用いて内燃機関１からのＰＭ排出量を算出する。
【００４８】
内燃機関１からのＰＭ排出量が多いほど、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは多くなる。また、フィルタ７におけるＰＭ堆積量が多いほど、フィルタ７のＰＭ捕集率（フィルタ７に流入するＰＭ量に対するフィルタ７に捕集されるＰＭ量の割合）が高くなる。そのため、フィルタ７におけるＰＭ堆積量が多いほど、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは少なくなる。フィルタ７の状態が該所定の状態である場合の推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅと、内燃機関１からのＰＭ排出量及びフィルタ７におけるＰＭ堆積量との関係は、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０にマップ又は関数として記憶されている。ステップＳ１０２では、該マップ又は関数を用いて推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅが算出される。尚、本実施例においては、該ステップＳ１０２の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係るフィルタ通過ＰＭ量推定手段に相当する。
【００４９】
次に、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で算出された推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅが積算されることで、推定通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｅが算出される。次に、ステップＳ１０４において、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立してから所定期間Δｔａが経過したか否かが判別される。ここでの所定期間Δｔａとは、フィルタ７の故障診断が可能な程度にＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が増加すると判断できる期間であって、実験等に基づいて予め定められた一定の期間である。
【００５０】
ステップＳ１０４において否定判定された場合、ステップＳ１０２及びＳ１０３の処理が繰り返される。つまり、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立してから所定期間Δｔａが経過するまでの間、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅが積算される。そして、ステップＳ１０４おいて肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０５において、所定期間Δｔａ中におけるＰＭセンサ１６の出力値の変化量に基づいて、該所定期間Δｔａの実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒが算出される。
【００５１】
尚、ＰＭセンサ１６に該ＰＭセンサ１６を加熱する電気ヒータを設け、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立した時点で、該電気ヒータによってＰＭセンサ１６を加熱することで該ＰＭセンサ１６に堆積したＰＭを酸化させ、それによって、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が一旦略零となるようにしてもよい。この場合、所定期間Δｔａが経過した時点におけるＰＭセンサ１６の出力値に基づいて、該所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒを算出することが可能となる。
【００５２】
次に、ステップＳ１０６において、所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒが、所定期間Δｔａ中の推定通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｅ以上であるか否かが判別される。所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒが、所定期間Δｔａ中の推定通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｅ以上である場合、フィルタ７が所定の状態であると仮定した場合の推定通過ＰＭ量以上のＰＭがフィルタ７を通過していると判断できる。つまり、この場合、フィルタ７の故障のレベルが所定の状態における故障のレベル以上であると判断できる。
【００５３】
そこで、ステップＳ１０６において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０７において、フィルタ７の故障が発生したと判定される。一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合、次に、ステップＳ１０８において、フィルタ７は正常な状態であると判定される。
【００５４】
尚、上記のようなフィルタの故障診断においては、フィルタ７が正常な状態であると仮
定して推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅを算出してもよい。即ち、「所定の状態」を正常な状態としてもよい。この場合、所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値と、所定期間Δｔａ中の推定通過ＰＭ量の積算値との差が、フィルタ７が故障していると判断できる閾値以上のときに、フィルタ７が故障していると判定する。
【００５５】
［実ＰＭ排出量制御］
上述したように、本実施例に係るフィルタの故障診断を行う際には、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立してから所定期間Δｔａが経過するまでの間における、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅ及び実通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｒの積算値を算出し、それらの積算値を比較する必要がある。しかしながら、所定期間Δｔａ中に、定常運転から過渡運転となったときのような内燃機関１の運転状態の急激な変化等に起因して、内燃機関１からの実際のＰＭ排出量（以下、実ＰＭ排出量と称する）と、内燃機関１の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値（以下、基準ＰＭ排出量と称する）との差が大きくなる場合がある。
【００５６】
上述したように、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは基準ＰＭ排出量に基づいて算出される。そのため、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が大きくなると、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅの推定精度が低下する。そして、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅの推定精度が低下すると、該推定通過ＰＭ量の積算値に基づいて行われるフィルタ７の故障診断において、誤診断が生じる虞がある。
【００５７】
また、このような誤診断を抑制すべく、所定期間Δｔａ中において、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値より大きくなると判断できる条件が成立した場合は、フィルタ７の故障診断を中止するようにすると、該故障診断の実行頻度が低下するという問題が生じる。
【００５８】
そこで、本実施例では、所定期間Δｔａ中において、上記のような条件が成立した場合、実ＰＭ排出量を基準ＰＭ排出量側に増加又は低減させる制御である実ＰＭ排出量制御を実行する。該実ＰＭ排出量制御を実行することで、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差を小さくすることができる。そのため、推定ＰＭ通過量の推定精度を高く維持することが可能となる。その結果、所定期間Δｔａ中に、上記のような条件が成立した場合であっても、フィルタ７の故障が発生したか否かの診断を高精度で行うことが可能となる。また、所定期間Δｔａ中に、上記のような条件が成立した場合であっても、フィルタ７の故障診断を継続することができるため、該故障診断の実行頻度の低下を抑制することができる。
【００５９】
ここで、本実施例に係る具体的な実ＰＭ排出量制御について図５から７に基づいて説明する。図５は、本実施例に係る第１の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００６０】
内燃機関１における気筒内の温度又は圧力が変化すると、実ＰＭ排出量が変化する。即ち、気筒内の温度又は圧力が高くなると、着火遅れ期間が短縮されるため、実ＰＭ排出量が増加する。逆に、気筒内の温度又は圧力が低くなると、着火遅れ期間が延長されるため、実ＰＭ排出量が減少する。
【００６１】
また、内燃機関１における気筒内の温度又は圧力が変化すると、該内燃機関１から排出される排気の温度又は圧力も変化する。そこで、第１の実ＰＭ排出量制御のフローでは、内燃機関１から排出される排気の温度又は圧力の検出値と、内燃機関１の運転状態に応じて定められた排気の温度又は圧力の基準値（即ち、内燃機関１の運転状態が安定した定常運転であるときの排気の温度又は圧力）との差が、所定量より大きい場合に、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持すること
ができる閾値より大きくなる条件が成立したと判断する。
【００６２】
第１の実ＰＭ排出量制御のフローでは、先ず、ステップＳ２０１において、上述したフィルタの故障診断のフローにおける所定期間Δｔａの経過中であるか否かが判別される。即ち、フィルタ７の故障診断を行うべく推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅを積算している最中であるか否かが判別される。ステップＳ２０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。
【００６３】
一方、ステップＳ２０１において肯定判定された場合、次にステップＳ２０２において、内燃機関１の運転状態に基づいて排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅが算出される。次に、ステップＳ２０３において、内燃機関１の運転状態に基づいて排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅが算出される。内燃機関１の運転状態と排気の温度又は圧力の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅ，Ｐｏｕｔｇｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０２及びＳ２０３においては、該マップ又は関数を用いて、排気の温度又は圧力の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅ，Ｐｏｕｔｇｂａｓｅが算出される。
【００６４】
次に、ステップＳ２０４において、第１排気温度センサ１３によって検出される実際の排気の温度Ｔｏｕｔｇと、ステップＳ２０２で算出された排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅとの差ΔＴｏｕｔｇが算出される。次に、ステップＳ２０５において、排気圧力センサ１４によって検出される実際の排気の圧力Ｐｏｕｔｇと、ステップＳ２０３で算出された排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅとの差ΔＰｏｕｔｇが算出される。
【００６５】
次に、ステップＳ２０６において、ステップＳ２０４で算出された排気の温度の差ΔＴｏｕｔｇが所定量ΔＴｏｕｔｇ０より大きい、又は、ステップＳ２０５で算出された排気の圧力の差ΔＰｏｕｔｇが所定量ΔＰｏｕｔｇ０より大きいか否かが判別される。尚、各所定量ΔＴｏｕｔｇ０，ΔＰｏｕｔｇ０は実験等に基づいて予め定められている。
【００６６】
ステップＳ２０６において肯定判定された場合、次に、ステップＳ２０７において、実際の排気の温度Ｔｏｕｔｇが排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅよりも高い、又は、実際の排気の圧力Ｐｏｕｔｇが排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅより高いか否かが判別される。
【００６７】
ステップＳ２０７において肯定判定された場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より多い状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ２０８において、実ＰＭ排出量を低減させる実ＰＭ排出量制御として、内燃機関１における燃料噴射時期を、その運転状態に応じて定められた基準時期（圧縮行程上死点以降の時期であり且つ圧縮行程上死点近傍の時期）よりも遅角させる制御が実行される。燃料噴射時期を基準時期より遅角させると、燃料噴射時期が圧縮行程上死点に対してより遅い時期となるため、着火遅れ期間が延長される。その結果、実ＰＭ排出量が減少する。
【００６８】
一方、ステップＳ２０７において否定判定された場合、即ち、実際の排気の温度Ｔｏｕｔｇが排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅよりも低いか、又は、実際の排気の圧力Ｐｏｕｔｇが排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅより低い場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より少ない状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ２０９において、実ＰＭ排出量を増加させる実ＰＭ排出量制御として、内燃機関１における燃料噴射時期を、その運転状態に応じて定められた基準時期よりも進角させる制御が実行される。燃料噴射時期を基準時期より進角させると、燃料噴射時期が圧縮行程上死点に近づくため、着火遅れ期間が短縮される。その結果、実ＰＭ排出量が増加する。
【００６９】
ここで、実ＰＭ排出量制御として燃料噴射時期を遅角又は進角させる場合、基準時期よりも予め定められた一定量遅角又は進角させるようにしてもよい。また、ステップＳ２０４で算出された排気の温度の差ΔＴｏｕｔｇと所定量ΔＴｏｕｔｇ０との差、又は、ステップＳ２０５で算出された排気の圧力の差ΔＰｏｕｔｇと所定量ΔＰｏｕｔｇ０との差に応じて、燃料噴射時期の遅角量又は進角量を決定してもよい。この場合、いずれかの差が大きいほど、燃料噴射時期の遅角量又は進角量を大きくする。
【００７０】
ステップＳ２０６において否定判定された場合、次に、ステップＳ２１０において、内燃機関１における燃料噴射時期を、その運転状態に応じて定められた基準時期に制御する。
【００７１】
尚、内燃機関１において、圧縮行程上死点近傍で行われる主燃料噴射の前に副燃料噴射が行われている場合、上記フローのステップＳ２０８又はＳ２０９において行われる実ＰＭ排出量制御として、副燃料噴射量を減少又は増加させる制御を実行してもよい。副燃料噴射量を減少させることによっても、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火遅れ期間を延長させることができる。また、副燃料噴射量を増加させることによっても、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火遅れ期間を短縮させることができる。そのため、副燃料噴射量を減少又は増加させることで、実ＰＭ排出量を低減又は増加させることができる。また、実ＰＭ排出量制御として、燃料噴射時期を遅角又は進角させる制御と副燃料噴射量を減少又は増加させる制御との両方を実行してもよい。
【００７２】
図６は、本実施例に係る第２の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００７３】
内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量が変化すると、実ＰＭ排出量が変化する。即ち、内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量が増加すると、気筒内における燃焼温度が低下するため、実ＰＭ排出量が増加する。逆に、内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量が減少すると、気筒内における燃焼温度が上昇するため、実ＰＭ排出量が減少する。
【００７４】
そこで、第２の実ＰＭ排出量制御のフローでは、内燃機関１に実際に供給されるＥＧＲガス量の推定値と、内燃機関１の運転状態に応じて定められたＥＧＲガス量の基準値（即ち、内燃機関１の運転状態が安定した定常運転であるときのＥＧＲガス量）との差が、所定量より大きい場合に、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値より大きくなる条件が成立したと判断する。
【００７５】
第２の実ＰＭ排出量制御のフローでは、先ず、ステップＳ３０１において、第１の実ＰＭ排出量制御のフローにおけるステップＳ２０１と同様、上述したフィルタの故障診断のフローにおける所定期間Δｔａの経過中であるか否かが判別される。ステップＳ３０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。
【００７６】
一方、ステップＳ３０１において肯定判定された場合、次にステップＳ３０２において、内燃機関１の運転状態に基づいてＥＧＲガス量の基準値Ｒｅｇｒｂａｓｅが算出される。内燃機関１の運転状態とＥＧＲガス量の基準値Ｒｅｇｒｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ３０２においては、該マップ又は関数を用いて、ＥＧＲガス量の基準値Ｒｅｇｒｂａｓｅが算出される。
【００７７】
次に、ステップＳ３０３において、エアフローメータ４によって検出される吸入空気量
と、空燃比センサ１２によって検出される吸気の空燃比とに基づいて、実際のＥＧＲガス量の推定値Ｒｅｇｒが算出される。次に、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０２で算出されたＥＧＲガス量の基準値ＲｅｇｒｂａｓｅとステップＳ３０３で算出された実際のＥＧＲガス量の推定値Ｒｅｇｒとの差ΔＲｅｇｒが算出される。
【００７８】
次に、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で算出されたＥＧＲガス量の差ΔＲｅｇｒが所定量ΔＲｅｇｒ０より大きいか否かが判別される。尚、該所定量ΔＲｅｇｒ０は実験等に基づいて予め定められている。
【００７９】
ステップＳ３０５において肯定判定された場合、次に、ステップＳ３０６において、実際のＥＧＲガス量の推定値ＲｅｇｒがＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも多いか否かが判別される。
【００８０】
ステップＳ３０６において肯定判定された場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より多い状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０７において、実ＰＭ排出量を低減させる実ＰＭ排出量制御として、目標ＥＧＲ率（吸気の全体量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率の目標値）を、その運転状態に応じて定められた基準目標値よりも低減させる制御が実行される。目標ＥＧＲ率を基準目標値より低減させると、内燃機関１に実際に供給されるＥＧＲガス量が減少するため、気筒内における燃焼温度が上昇する。その結果、実ＰＭ排出量が減少する。
【００８１】
一方、ステップＳ３０６において否定判定された場合、即ち、実際のＥＧＲガス量の推定値ＲｅｇｒがＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも少ない場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より少ない状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０８において、実ＰＭ排出量を増加させる実ＰＭ排出量制御として、目標ＥＧＲ率を、その運転状態に応じて定められた基準目標値よりも増加させる制御が実行される。目標ＥＧＲ率を基準目標値より増加させると、内燃機関１に実際に供給されるＥＧＲガス量が増加するため、気筒内における燃焼温度が低下する。その結果、実ＰＭ排出量が増加する。
【００８２】
ここで、実ＰＭ排出量制御として目標ＥＧＲ率を低減又は増加させる場合、基準目標値よりも予め定められた一定量低減又は増加させるようにしてもよい。また、ステップＳ３０４で算出されたＥＧＲガス量の差ΔＲｅｇｒと所定量ΔＲｅｇｒ０との差に応じて、目標ＥＧＲ率の低減量又は増加量を決定してもよい。この場合、これらの差が大きいほど、目標ＥＧＲ率の低減量又は増加量を大きくする。
【００８３】
ステップＳ３０５において否定判定された場合、次に、ステップＳ３０９において、目標ＥＧＲ率を、その運転状態に応じて定められた基準目標値に設定する。
【００８４】
図７は、本実施例に係る第３の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおいて、図６に示す第２の実ＰＭ排出量制御のフローにおける各ステップと同一の処理が実行されるステップについては、同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
ＥＧＲガス量が変化すると、ＥＧＲガスが導入された吸気の温度、即ち内燃機関１に供給される吸気の温度も変化する。つまり、ＥＧＲガス量が増加すると、内燃機関１に供給される吸気の温度が上昇する。逆に、ＥＧＲガス量が減少すると、内燃機関１に供給される吸気の温度が低下する。
【００８６】
そこで、第３の実ＰＭ排出量制御のフローでは、内燃機関１に供給される吸気の温度の
検出値と、内燃機関１の運転状態に応じて定められた、内燃機関１に供給される吸気の温度の基準値（即ち、ＥＧＲガス量が基準値であるときの吸気の温度）との差が、所定量より大きい場合に、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値より大きくなる条件が成立したと判断する。
【００８７】
第３の実ＰＭ排出量制御のフローでは、ステップＳ３０１において肯定判定された場合、次にステップＳ４０２の処理が実行される。ステップＳ４０２において、内燃機関１の運転状態に基づいて、内燃機関１に供給される吸気の温度の基準値Ｔｉｎｂａｓｅが算出される。内燃機関１の運転状態と吸気の温度の基準値Ｔｉｎｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ４０２においては、該マップ又は関数を用いて、吸気の温度の基準値Ｔｉｎｂａｓｅが算出される。
【００８８】
次に、ステップＳ４０３において、吸気温度センサ１９によって検出される実際の吸気の温度Ｔｉｎｇと、ステップＳ４０２で算出された吸気の温度の基準値Ｔｉｎｇｂａｓｅとの差ΔＴｉｎｇが算出される。
【００８９】
次に、ステップＳ４０４において、ステップＳ４０３で算出された吸気の温度の差ΔＴｉｎｇが所定量ΔＴｉｎｇ０より大きいか否かが判別される。尚、該所定量ΔＴｉｎｇ０は実験等に基づいて予め定められている。
【００９０】
ステップＳ４０４において肯定判定された場合、次に、ステップＳ４０５において、実際の吸気の温度Ｔｉｎｇが吸気の温度の基準量Ｔｉｎｇｂａｓｅよりも高いか否かが判別される。
【００９１】
ステップＳ４０５において肯定判定された場合、実際のＥＧＲガス量がＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも多く、そのために、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より多い状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０７の処理が実行される。一方、ステップＳ４０５において否定判定された場合、実際のＥＧＲガス量がＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも少なく、そのために、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より少ない状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０８の処理が実行される。
【００９２】
ステップＳ４０４において否定判定された場合、次に、ステップＳ３０９の処理が実行される。
【００９３】
上記のような第１、第２、又は第３の実ＰＭ排出量制御のフローを実行することで、フィルタ７の故障診断を行うべく推定通過ＰＭ量を積算している最中（所定期間Δｔａの経過中）における推定通過ＰＭ量の推定精度を高く維持することができる。
【００９４】
尚、本実施例においては、第１の実ＰＭ排出量制御のフローにおけるステップＳ２０８若しくはＳ２０９を実行するＥＣＵ１０、又は、第２若しくは第３の実ＰＭ排出量制御のフローにおけるけるステップＳ３０７若しくはＳ３０８を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る実ＰＭ排出量制御手段に相当する。
【符号の説明】
【００９５】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
６・・・酸化触媒
７・・・パティキュレートフィルタ（フィルタ）
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・空燃比センサ
１３・・第１排気温度センサ
１４・・排気圧力センサ
１５・・第２排気温度センサ
１６・・ＰＭセンサ
１７・・ＥＧＲ通路
１８・・ＥＧＲ弁
１９・・吸気温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を設ける場合がある。該フィルタにおいては、排気中の一部のＰＭが捕集され、該捕集されたＰＭが徐々に堆積する。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関からのＰＭ排出量と、フィルタより上流側に設けられた酸化触媒でのＰＭの酸化量とに基づいて、フィルタへのＰＭの流入量を算出し、さらに、フィルタ内でのＰＭの燃焼量を算出し、該ＰＭの流入量とＰＭの燃焼量とに基づいて、フィルタにおけるＰＭ堆積量を算出する技術が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、内燃機関から単位時間当たりに排出されるＰＭ量とフィルタの捕集効率とを乗算して得られる値を積算することで、フィルタにおけるＰＭ堆積量を算出する技術が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、内燃機関における燃料噴射時期の制御遅れが生じる過渡運転時に、ＥＧＲ率を低下させることで、内燃機関からのＰＭ排出量を低減する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０４４４５７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９２１号公報
【特許文献３】特開平０９−０４２０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フィルタにおいて破損や溶損等の故障が発生すると、フィルタに捕集されずに該フィルタを通過するＰＭの量（以下、フィルタ通過ＰＭ量と称する）が増加する。そこで、このようなフィルタの故障が発生したか否かを診断するために、フィルタより下流側の排気通路に、自身に堆積したＰＭ量に対応する信号を出力するＰＭセンサを設ける場合がある。
【０００８】
このようなＰＭセンサを設けた場合、ＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、フィルタが所定の状態であると仮定した場合のフィルタ通過ＰＭ量の推定値の該所定期間中の積算値とを比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断することができる。しかしながら、該故障診断を行うべくフィルタ通過ＰＭ量を積算している所定期間中に、内燃機関の運転状態の急激な変化等に起因して、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量と、内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が大きくなる場合がある。この場合、フィルタ通過ＰＭ量の推定精度が低下する。フィルタ通過ＰＭ量の推定精度が低下すると、フィルタの故障が発生したか否かについて誤診断する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路にお
けるフィルタより下流側に設けられたＰＭセンサを用いてフィルタの故障が発生したか否かを診断するフィルタの故障診断装置において、その診断精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、所定期間におけるＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、フィルタが所定の状態であると仮定して推定されたフィルタ通過ＰＭ量の該所定期間中の積算値と、を比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断するものであって、前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が所定量より大きくなる条件が成立した場合、内燃機関から実際に排出されるＰＭの量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行するものである。
【００１１】
より詳しくは、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置は、
内燃機関の排気通路におけるパティキュレートフィルタより下流側に設けられ、自身に堆積した粒子状物質の量に対応する信号を出力するＰＭセンサと、
パティキュレートフィルタが所定の状態であると仮定した場合の、パティキュレートフィルタを通過する粒子状物質の量であるフィルタ通過ＰＭ量を推定するフィルタ通過ＰＭ量推定手段と、を備え、
所定期間における前記ＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、前記フィルタ通過ＰＭ量推定手段によって推定されたフィルタ通過ＰＭ量の前記所定期間中の積算値と、を比較することで、パティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置であって、
前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量と内燃機関の運転状態に応じた粒子状物質の排出量の基準値との差が所定量より大きくなる所定の条件が成立した場合に、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行する実ＰＭ排出量制御手段をさらに備える。
【００１２】
ここで、所定期間とは、フィルタの故障診断が可能な程度にＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量が増加すると判断できる期間である。該所定期間は、実験等に基づいて予め定められている。また、所定の状態とは、フィルタの破損や溶損等の程度が故障と判断すべきある一定のレベルに達した状態であってもよく、また正常な状態であってもよい。フィルタが所定の状態であると仮定した場合のフィルタ通過ＰＭ量は、内燃機関からのＰＭ排出量及びフィルタにおけるＰＭ堆積量等に基づいて推定することができる（以下、該推定値を推定通過ＰＭ量と称する）。内燃機関からのＰＭ排出量は、内燃機関の運転状態から算出することができる。つまり、推定通過ＰＭ量の算出に用いられる内燃機関からのＰＭ排出量は、内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値である。また、フィルタにおけるＰＭ堆積量は、内燃機関からのＰＭ排出量及びフィルタにおけるＰＭ酸化量等に基づいて算出することができる。
【００１３】
破損又は溶損等のフィルタの故障が発生すると、実際のフィルタ通過ＰＭ量（以下、実通過ＰＭ量と称する）が増加する。そのため、所定期間におけるＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中の実通過ＰＭ量の積算値が、フィルタが正常な状態であるときよりも増加する。従って、所定期間中における、推定通過ＰＭ量の積算値と実通過ＰＭ量の積算値とを比較することで、フィルタの故障が発生したか否かを診断することができる。
【００１４】
そして、本発明では、所定期間中において、内燃機関からの実際のＰＭ排出量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が所定量より大きくなる所定の条件が成
立した場合、実ＰＭ排出量制御手段によって、内燃機関からの実際のＰＭ排出量を基準値側に増加又は低減させる制御が実行される。
【００１５】
ここで、所定量は、フィルタの故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値であってもよい。また、内燃機関からの実際のＰＭ排出量を増加又は減少させる制御としては、燃料噴射時期を進角又は遅角する制御、主燃料噴射の前に副燃料噴射を実行している場合は副燃料噴射量を増加又は減少させる制御、内燃機関の吸気系にＥＧＲガスが導入されている場合はＥＧＲガス量を増加又は減少させる制御を例示することができる。
【００１６】
上記制御が実行されることで、所定期間中において、内燃機関からの実際のＰＭ排出量と内燃機関の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値との差が大きくなることを抑制することができる。そのため、推定ＰＭ通過量の推定精度を高く維持することが可能となる。従って、本発明によれば、所定期間中に内燃機関の運転状態の変化等に伴って内燃機関からのＰＭ排出量が基準値からずれた場合であっても、フィルタの故障が発生したか否かの診断を高精度で行うことができる。
【００１７】
また、所定期間中において所定の条件が成立する度にフィルタの故障診断の実行を中止していると、該故障診断の実行頻度が低下することとなる。本発明によれば、所定期間中において所定の条件が成立した場合であってもフィルタの故障診断を継続することができる。そのため、フィルタの故障診断の実行頻度の低下を抑制することができる。
【００１８】
気筒内の温度又は圧力が変化すると、内燃機関からのＰＭ排出量が変化する。また、気筒内の温度又は圧力が変化すると、内燃機関から排出される排気の温度又は圧力も変化する。そこで、本発明に係る所定の条件を、内燃機関から排出された排気の温度又は圧力の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた排気の温度又は圧力の基準値との差が、所定量より大きいこととしてもよい。
【００１９】
また、ＥＧＲ装置によって内燃機関の吸気系にＥＧＲガスが導入されている場合、ＥＧＲガス量が変化すると、内燃機関からのＰＭ排出量が変化する。そこで、本発明に係る所定の条件を、実際のＥＧＲガス量の推定値と、内燃機関の運転状態に応じて定められたＥＧＲガス量の基準値との差が、所定量より大きいこととしてもよい。
【００２０】
ＥＧＲガス量が変化すると、ＥＧＲガスが導入された吸気の温度、即ち内燃機関に供給される吸気の温度も変化する。そこで、本発明に係る所定の条件を、内燃機関に供給される吸気の温度の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた、内燃機関に供給される吸気の温度の基準値との差が、所定量より大きいこととしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、内燃機関の排気通路におけるフィルタより下流側に設けられＰＭセンサを用いてフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置において、その診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係るＰＭセンサの概略構成を示す図である。
【図３】ＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量、ＰＭセンサの電極間の電気抵抗及びＰＭセンサの出力値の関係を示すグラフである。
【図４】実施例に係るフィルタの故障診断のフローを示すフローチャートである。
【図５】実施例に係る第１の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。
【図６】実施例に係る第２の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。
【図７】実施例に係る第３の実ＰＭ排出量制御のフロー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】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
＜実施例＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンの排気通路に設けられたフィルタの故障診断に適用した場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、例えば、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００２５】
［内燃機関の吸排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。
【００２６】
吸気通路２にはエアフローメータ４及びスロットル弁５が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁５は、吸気通路２における流路断面積を変更することで、内燃機関１に供給される吸入空気の流量を調節する。
【００２７】
排気通路３には、酸化触媒６が設けられている。酸化触媒６より下流側の排気通路３には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ７が設けられている。尚、酸化触媒６に代えて、他の酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等）を設けてもよい。また、フィルタ７には酸化機能を有する触媒が担持されていてもよい。酸化触媒６より上流側の排気通路３には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁８が設けられている。
【００２８】
また、排気通路３における燃料添加弁８より上流側にはＥＧＲ通路１７の一端が接続されており、吸気通路２におけるスロットル弁５より下流側にはＥＧＲ通路１７の他端が接続されている。内燃機関１から排出された排気の一部がＥＧＲガスとして該ＥＧＲ通路１７を通って吸気通路２に導入される。吸気通路２に導入されたＥＧＲガスは吸入空気と共に内燃機関１に供給される。
【００２９】
ＥＧＲ通路１７にはＥＧＲ弁１８が設けられている。ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲ通路１７における流路断面積を変更することで、吸気通路２に導入されるＥＧＲガスの流量、即ち内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量を調節する。
【００３０】
吸気通路２におけるＥＧＲ通路１７の接続部分より下流側には、吸気温度センサ１９及び空燃比センサ１２が設けられている。吸気温度センサ１９は、内燃機関１に供給される吸気の温度を検出する。空燃比センサ１２は、内燃機関１に供給される吸気の空燃比を検出する。
【００３１】
排気通路３におけるＥＧＲ通路１７の接続部分より下流側且つ燃料添加弁８より上流側には、第１排気温度センサ１３及び排気圧力センサ１４が設けられている。第１排気温度センサ１３は、内燃機関１から排出される排気の温度を検出する。排気圧力センサ１４は、内燃機関１から排出される排気の圧力を検出する。
【００３２】
酸化触媒６とフィルタ７との間の排気通路３には、第２排気温度センサ１５が設けられている。フィルタ７より下流側の排気通路３には、ＰＭセンサ１６が設けられている。第２排気温度センサ１５は、フィルタ７に流入する排気の温度を検出する。ＰＭセンサ１６の詳細については後述する。
【００３３】
また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、吸気温度センサ１９、空燃比センサ１２、第１排気温度センサ１３、排気圧力センサ１４、第２排気温度センサ１５、及びＰＭセンサ１６が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１のクランクポジションセンサ１１が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。
【００３４】
ＥＣＵ１０には、スロットル弁５、燃料添加弁８、ＥＧＲ弁１８、及び内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。
【００３５】
例えば、ＥＣＵ１０は、フィルタ７に堆積したＰＭを除去するために、燃料添加弁８から燃料を添加することでフィルタ再生処理を実行する。燃料添加弁８から添加された燃料は、酸化触媒６に供給される。そして、酸化触媒６において該燃料が酸化されることで、フィルタ７に流入する排気の温度が上昇する。その結果、フィルタ７が昇温し、該フィルタ７に堆積したＰＭが酸化され、除去される。フィルタ７に酸化機能を有する触媒が担持されている場合は、該触媒においても燃料が酸化されるため、フィルタ再生処理の実行時にフィルタ７がより昇温し易くなる。そのため、ＰＭの酸化が促進され易くなる。
【００３６】
［ＰＭセンサ］
ＰＭセンサ１６は、自身に堆積したＰＭ量に対応する電気信号を出力するセンサである。図２は、ＰＭセンサ１６のセンサ素子の概略構成を示す図である。図３は、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量と、ＰＭセンサ１６の電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗及びＰＭセンサ１６の出力値との関係を示すグラフである。図３において、横軸はＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量を表しており、下段縦軸はＰＭセンサ１６の電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗を表しており、上段縦軸はＰＭセンサ１６の出力値を表している。
【００３７】
図２に示すように、ＰＭセンサ１６のセンサ素子は、一対の櫛歯型電極１６ａ，１６ｂを有している。ＰＭセンサ１６には、排気中のＰＭが付着し、該付着したＰＭが徐々に堆積する。ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が増加するにつれて、電極１６ａ，１６ｂ間に存在するＰＭの量が増加する。
【００３８】
そのため、図３に示すように、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が多いほど、電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗が低くなる。そして、電極１６ａ，１６ｂ間の電気抵抗が低下するほど、ＰＭセンサ１６の出力値が増加する。従って、該ＰＭセンサ１６の出力値は、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量に対応した値となる。
【００３９】
また、ＰＭセンサ１６は、フィルタ７の下流側に設けられている。そのため、ＰＭセンサ１６には、フィルタ７に捕集されずに、該フィルタ７を通過したＰＭが捕集される。従って、該ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量は、実際のフィルタ通過ＰＭ量（実通過ＰＭ量）の積算値に対応した量となる。
【００４０】
尚、電極１６ａ，１６ｂ間に存在するＰＭの量が変化すれば、該電極６ａ，６ｂ間を流
れる電流等の電気抵抗以外の電気的特性値も変化する。そのため、ＰＭセンサ１６は、電気抵抗以外の電気的特性値に基づいて、自身に堆積したＰＭ量に対応した信号をするものであってもよい。
【００４１】
［フィルタの故障診断］
上述したように、本実施例では、フィルタ７に堆積したＰＭを除去すべくフィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理では、フィルタ７の温度がＰＭの酸化が可能な温度まで上昇するため、破損や溶損等のフィルタ７の故障が発生する可能性がある。このようなフィルタ７の故障が発生すると、フィルタ通過ＰＭ量が増加する。その結果、外部に放出されるＰＭが増加するという問題が生じる。
【００４２】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０によって、フィルタ７の故障診断が行われる。該フィルタの故障診断は、ＰＭセンサ１６の出力値に基づいて算出される所定期間中の実通過ＰＭ量の積算値と、フィルタ７が所定の状態であると仮定した場合における推定通過ＰＭ量の該所定期間中の積算値とを比較することで行われる。
【００４３】
ここで、本実施例に係るフィルタの故障診断の詳細について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。図４は、本実施例に係るフィルタの故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００４４】
本フローでは、先ず、ステップＳ１０１において、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立したか否かが判別される。ここでの故障診断の実行条件は、例えば、フィルタ再生処理の実行完了後、フィルタ７におけるＰＭ堆積量の推定値が所定の堆積量に達したことであってもよい。この場合、所定の堆積量は、フィルタ７の故障診断が可能となったと判断できる閾値として、実験等に基づいて予め定められる値である。フィルタ７におけるＰＭ堆積量は、内燃機関１からのＰＭ排出量及びフィルタ７におけるＰＭ酸化量（フィルタ７に一旦捕集された後、酸化されるＰＭの量）等に基づいて算出することができる。内燃機関１からのＰＭ排出量は、内燃機関１の運転状態（本実施例では、内燃機関１の機関回転数と、内燃機関１における燃料噴射量）に基づいて算出することができる。フィルタ７におけるＰＭ酸化量は、フィルタ７に流入する排気の流量及び温度等に基づいて算出することができる。また、フィルタ再生処理の実行完了後における、経過時間、車両の走行距離、又は、内燃機関１における燃料噴射量の積算値が所定値に達した場合に、故障診断の実行条件が成立したと判定してもよい。
【００４５】
ステップＳ１０１において否定判定された場合は、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０２において、フィルタ７が所定の状態であると仮定した場合における推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅを算出する。
【００４６】
ここで、所定の状態とは、フィルタ７の破損や溶損等の程度が故障と判断すべきある一定のレベルに達した状態である。つまり、フィルタ７の状態が該所定の状態である場合は、フィルタ７が正常な状態であるときよりもフィルタ通過ＰＭ量がある一定の程度多くなると想定される。そして、フィルタ７の状態が所定の状態であると特定すれば、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは、内燃機関１からのＰＭ排出量及びフィルタ７におけるＰＭ堆積量に基づいて算出することができる。
【００４７】
上述したように、内燃機関１からのＰＭ排出量は、内燃機関１の運転状態に基づいて算出することができる。つまり、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅの算出に用いられる内燃機関１からのＰＭ排出量は、内燃機関１の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値である。内
燃機関１の運転状態と該ＰＭ排出量との関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ＥＣＵ１０は、該マップ又は関数を用いて内燃機関１からのＰＭ排出量を算出する。
【００４８】
内燃機関１からのＰＭ排出量が多いほど、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは多くなる。また、フィルタ７におけるＰＭ堆積量が多いほど、フィルタ７のＰＭ捕集率（フィルタ７に流入するＰＭ量に対するフィルタ７に捕集されるＰＭ量の割合）が高くなる。そのため、フィルタ７におけるＰＭ堆積量が多いほど、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは少なくなる。フィルタ７の状態が該所定の状態である場合の推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅと、内燃機関１からのＰＭ排出量及びフィルタ７におけるＰＭ堆積量との関係は、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０にマップ又は関数として記憶されている。ステップＳ１０２では、該マップ又は関数を用いて推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅが算出される。尚、本実施例においては、該ステップＳ１０２の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係るフィルタ通過ＰＭ量推定手段に相当する。
【００４９】
次に、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で算出された推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅが積算されることで、推定通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｅが算出される。次に、ステップＳ１０４において、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立してから所定期間Δｔａが経過したか否かが判別される。ここでの所定期間Δｔａとは、フィルタ７の故障診断が可能な程度にＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が増加すると判断できる期間であって、実験等に基づいて予め定められた一定の期間である。
【００５０】
ステップＳ１０４において否定判定された場合、ステップＳ１０２及びＳ１０３の処理が繰り返される。つまり、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立してから所定期間Δｔａが経過するまでの間、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅが積算される。そして、ステップＳ１０４おいて肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０５において、所定期間Δｔａ中におけるＰＭセンサ１６の出力値の変化量に基づいて、該所定期間Δｔａの実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒが算出される。
【００５１】
尚、ＰＭセンサ１６に該ＰＭセンサ１６を加熱する電気ヒータを設け、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立した時点で、該電気ヒータによってＰＭセンサ１６を加熱することで該ＰＭセンサ１６に堆積したＰＭを酸化させ、それによって、ＰＭセンサ１６におけるＰＭ堆積量が一旦略零となるようにしてもよい。この場合、所定期間Δｔａが経過した時点におけるＰＭセンサ１６の出力値に基づいて、該所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒを算出することが可能となる。
【００５２】
次に、ステップＳ１０６において、所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒが、所定期間Δｔａ中の推定通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｅ以上であるか否かが判別される。所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｒが、所定期間Δｔａ中の推定通過ＰＭ量の積算値ΣＱｐｍｏｕｔｅ以上である場合、フィルタ７が所定の状態であると仮定した場合の推定通過ＰＭ量以上のＰＭがフィルタ７を通過していると判断できる。つまり、この場合、フィルタ７の故障のレベルが所定の状態における故障のレベル以上であると判断できる。
【００５３】
そこで、ステップＳ１０６において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０７において、フィルタ７の故障が発生したと判定される。一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合、次に、ステップＳ１０８において、フィルタ７は正常な状態であると判定される。
【００５４】
尚、上記のようなフィルタの故障診断においては、フィルタ７が正常な状態であると仮
定して推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅを算出してもよい。即ち、「所定の状態」を正常な状態としてもよい。この場合、所定期間Δｔａ中の実通過ＰＭ量の積算値と、所定期間Δｔａ中の推定通過ＰＭ量の積算値との差が、フィルタ７が故障していると判断できる閾値以上のときに、フィルタ７が故障していると判定する。
【００５５】
［実ＰＭ排出量制御］
上述したように、本実施例に係るフィルタの故障診断を行う際には、フィルタ７の故障診断の実行条件が成立してから所定期間Δｔａが経過するまでの間における、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅ及び実通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｒの積算値を算出し、それらの積算値を比較する必要がある。しかしながら、所定期間Δｔａ中に、定常運転から過渡運転となったときのような内燃機関１の運転状態の急激な変化等に起因して、内燃機関１からの実際のＰＭ排出量（以下、実ＰＭ排出量と称する）と、内燃機関１の運転状態に応じたＰＭ排出量の基準値（以下、基準ＰＭ排出量と称する）との差が大きくなる場合がある。
【００５６】
上述したように、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅは基準ＰＭ排出量に基づいて算出される。そのため、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が大きくなると、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅの推定精度が低下する。そして、推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅの推定精度が低下すると、該推定通過ＰＭ量の積算値に基づいて行われるフィルタ７の故障診断において、誤診断が生じる虞がある。
【００５７】
また、このような誤診断を抑制すべく、所定期間Δｔａ中において、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値より大きくなると判断できる条件が成立した場合は、フィルタ７の故障診断を中止するようにすると、該故障診断の実行頻度が低下するという問題が生じる。
【００５８】
そこで、本実施例では、所定期間Δｔａ中において、上記のような条件が成立した場合、実ＰＭ排出量を基準ＰＭ排出量側に増加又は低減させる制御である実ＰＭ排出量制御を実行する。該実ＰＭ排出量制御を実行することで、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差を小さくすることができる。そのため、推定ＰＭ通過量の推定精度を高く維持することが可能となる。その結果、所定期間Δｔａ中に、上記のような条件が成立した場合であっても、フィルタ７の故障が発生したか否かの診断を高精度で行うことが可能となる。また、所定期間Δｔａ中に、上記のような条件が成立した場合であっても、フィルタ７の故障診断を継続することができるため、該故障診断の実行頻度の低下を抑制することができる。
【００５９】
ここで、本実施例に係る具体的な実ＰＭ排出量制御について図５から７に基づいて説明する。図５は、本実施例に係る第１の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００６０】
内燃機関１における気筒内の温度又は圧力が変化すると、実ＰＭ排出量が変化する。即ち、気筒内の温度又は圧力が高くなると、着火遅れ期間が短縮されるため、実ＰＭ排出量が増加する。逆に、気筒内の温度又は圧力が低くなると、着火遅れ期間が延長されるため、実ＰＭ排出量が減少する。
【００６１】
また、内燃機関１における気筒内の温度又は圧力が変化すると、該内燃機関１から排出される排気の温度又は圧力も変化する。そこで、第１の実ＰＭ排出量制御のフローでは、内燃機関１から排出される排気の温度又は圧力の検出値と、内燃機関１の運転状態に応じて定められた排気の温度又は圧力の基準値（即ち、内燃機関１の運転状態が安定した定常運転であるときの排気の温度又は圧力）との差が、所定量より大きい場合に、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持すること
ができる閾値より大きくなる条件が成立したと判断する。
【００６２】
第１の実ＰＭ排出量制御のフローでは、先ず、ステップＳ２０１において、上述したフィルタの故障診断のフローにおける所定期間Δｔａの経過中であるか否かが判別される。即ち、フィルタ７の故障診断を行うべく推定通過ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔｅを積算している最中であるか否かが判別される。ステップＳ２０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。
【００６３】
一方、ステップＳ２０１において肯定判定された場合、次にステップＳ２０２において、内燃機関１の運転状態に基づいて排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅが算出される。次に、ステップＳ２０３において、内燃機関１の運転状態に基づいて排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅが算出される。内燃機関１の運転状態と排気の温度又は圧力の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅ，Ｐｏｕｔｇｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０２及びＳ２０３においては、該マップ又は関数を用いて、排気の温度又は圧力の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅ，Ｐｏｕｔｇｂａｓｅが算出される。
【００６４】
次に、ステップＳ２０４において、第１排気温度センサ１３によって検出される実際の排気の温度Ｔｏｕｔｇと、ステップＳ２０２で算出された排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅとの差ΔＴｏｕｔｇが算出される。次に、ステップＳ２０５において、排気圧力センサ１４によって検出される実際の排気の圧力Ｐｏｕｔｇと、ステップＳ２０３で算出された排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅとの差ΔＰｏｕｔｇが算出される。
【００６５】
次に、ステップＳ２０６において、ステップＳ２０４で算出された排気の温度の差ΔＴｏｕｔｇが所定量ΔＴｏｕｔｇ０より大きい、又は、ステップＳ２０５で算出された排気の圧力の差ΔＰｏｕｔｇが所定量ΔＰｏｕｔｇ０より大きいか否かが判別される。尚、各所定量ΔＴｏｕｔｇ０，ΔＰｏｕｔｇ０は実験等に基づいて予め定められている。
【００６６】
ステップＳ２０６において肯定判定された場合、次に、ステップＳ２０７において、実際の排気の温度Ｔｏｕｔｇが排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅよりも高い、又は、実際の排気の圧力Ｐｏｕｔｇが排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅより高いか否かが判別される。
【００６７】
ステップＳ２０７において肯定判定された場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より多い状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ２０８において、実ＰＭ排出量を低減させる実ＰＭ排出量制御として、内燃機関１における燃料噴射時期を、その運転状態に応じて定められた基準時期（圧縮行程上死点以降の時期であり且つ圧縮行程上死点近傍の時期）よりも遅角させる制御が実行される。燃料噴射時期を基準時期より遅角させると、燃料噴射時期が圧縮行程上死点に対してより遅い時期となるため、着火遅れ期間が延長される。その結果、実ＰＭ排出量が減少する。
【００６８】
一方、ステップＳ２０７において否定判定された場合、即ち、実際の排気の温度Ｔｏｕｔｇが排気の温度の基準値Ｔｏｕｔｇｂａｓｅよりも低いか、又は、実際の排気の圧力Ｐｏｕｔｇが排気の圧力の基準値Ｐｏｕｔｇｂａｓｅより低い場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より少ない状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ２０９において、実ＰＭ排出量を増加させる実ＰＭ排出量制御として、内燃機関１における燃料噴射時期を、その運転状態に応じて定められた基準時期よりも進角させる制御が実行される。燃料噴射時期を基準時期より進角させると、燃料噴射時期が圧縮行程上死点に近づくため、着火遅れ期間が短縮される。その結果、実ＰＭ排出量が増加する。
【００６９】
ここで、実ＰＭ排出量制御として燃料噴射時期を遅角又は進角させる場合、基準時期よりも予め定められた一定量遅角又は進角させるようにしてもよい。また、ステップＳ２０４で算出された排気の温度の差ΔＴｏｕｔｇと所定量ΔＴｏｕｔｇ０との差、又は、ステップＳ２０５で算出された排気の圧力の差ΔＰｏｕｔｇと所定量ΔＰｏｕｔｇ０との差に応じて、燃料噴射時期の遅角量又は進角量を決定してもよい。この場合、いずれかの差が大きいほど、燃料噴射時期の遅角量又は進角量を大きくする。
【００７０】
ステップＳ２０６において否定判定された場合、次に、ステップＳ２１０において、内燃機関１における燃料噴射時期を、その運転状態に応じて定められた基準時期に制御する。
【００７１】
尚、内燃機関１において、圧縮行程上死点近傍で行われる主燃料噴射の前に副燃料噴射が行われている場合、上記フローのステップＳ２０８又はＳ２０９において行われる実ＰＭ排出量制御として、副燃料噴射量を減少又は増加させる制御を実行してもよい。副燃料噴射量を減少させることによっても、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火遅れ期間を延長させることができる。また、副燃料噴射量を増加させることによっても、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火遅れ期間を短縮させることができる。そのため、副燃料噴射量を減少又は増加させることで、実ＰＭ排出量を低減又は増加させることができる。また、実ＰＭ排出量制御として、燃料噴射時期を遅角又は進角させる制御と副燃料噴射量を減少又は増加させる制御との両方を実行してもよい。
【００７２】
図６は、本実施例に係る第２の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００７３】
内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量が変化すると、実ＰＭ排出量が変化する。即ち、内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量が増加すると、気筒内における燃焼温度が低下するため、実ＰＭ排出量が増加する。逆に、内燃機関１に供給されるＥＧＲガス量が減少すると、気筒内における燃焼温度が上昇するため、実ＰＭ排出量が減少する。
【００７４】
そこで、第２の実ＰＭ排出量制御のフローでは、内燃機関１に実際に供給されるＥＧＲガス量の推定値と、内燃機関１の運転状態に応じて定められたＥＧＲガス量の基準値（即ち、内燃機関１の運転状態が安定した定常運転であるときのＥＧＲガス量）との差が、所定量より大きい場合に、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値より大きくなる条件が成立したと判断する。
【００７５】
第２の実ＰＭ排出量制御のフローでは、先ず、ステップＳ３０１において、第１の実ＰＭ排出量制御のフローにおけるステップＳ２０１と同様、上述したフィルタの故障診断のフローにおける所定期間Δｔａの経過中であるか否かが判別される。ステップＳ３０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。
【００７６】
一方、ステップＳ３０１において肯定判定された場合、次にステップＳ３０２において、内燃機関１の運転状態に基づいてＥＧＲガス量の基準値Ｒｅｇｒｂａｓｅが算出される。内燃機関１の運転状態とＥＧＲガス量の基準値Ｒｅｇｒｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ３０２においては、該マップ又は関数を用いて、ＥＧＲガス量の基準値Ｒｅｇｒｂａｓｅが算出される。
【００７７】
次に、ステップＳ３０３において、エアフローメータ４によって検出される吸入空気量
と、空燃比センサ１２によって検出される吸気の空燃比とに基づいて、実際のＥＧＲガス量の推定値Ｒｅｇｒが算出される。次に、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０２で算出されたＥＧＲガス量の基準値ＲｅｇｒｂａｓｅとステップＳ３０３で算出された実際のＥＧＲガス量の推定値Ｒｅｇｒとの差ΔＲｅｇｒが算出される。
【００７８】
次に、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で算出されたＥＧＲガス量の差ΔＲｅｇｒが所定量ΔＲｅｇｒ０より大きいか否かが判別される。尚、該所定量ΔＲｅｇｒ０は実験等に基づいて予め定められている。
【００７９】
ステップＳ３０５において肯定判定された場合、次に、ステップＳ３０６において、実際のＥＧＲガス量の推定値ＲｅｇｒがＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも多いか否かが判別される。
【００８０】
ステップＳ３０６において肯定判定された場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より多い状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０７において、実ＰＭ排出量を低減させる実ＰＭ排出量制御として、目標ＥＧＲ率（吸気の全体量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率の目標値）を、その運転状態に応じて定められた基準目標値よりも低減させる制御が実行される。目標ＥＧＲ率を基準目標値より低減させると、内燃機関１に実際に供給されるＥＧＲガス量が減少するため、気筒内における燃焼温度が上昇する。その結果、実ＰＭ排出量が減少する。
【００８１】
一方、ステップＳ３０６において否定判定された場合、即ち、実際のＥＧＲガス量の推定値ＲｅｇｒがＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも少ない場合、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より少ない状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０８において、実ＰＭ排出量を増加させる実ＰＭ排出量制御として、目標ＥＧＲ率を、その運転状態に応じて定められた基準目標値よりも増加させる制御が実行される。目標ＥＧＲ率を基準目標値より増加させると、内燃機関１に実際に供給されるＥＧＲガス量が増加するため、気筒内における燃焼温度が低下する。その結果、実ＰＭ排出量が増加する。
【００８２】
ここで、実ＰＭ排出量制御として目標ＥＧＲ率を低減又は増加させる場合、基準目標値よりも予め定められた一定量低減又は増加させるようにしてもよい。また、ステップＳ３０４で算出されたＥＧＲガス量の差ΔＲｅｇｒと所定量ΔＲｅｇｒ０との差に応じて、目標ＥＧＲ率の低減量又は増加量を決定してもよい。この場合、これらの差が大きいほど、目標ＥＧＲ率の低減量又は増加量を大きくする。
【００８３】
ステップＳ３０５において否定判定された場合、次に、ステップＳ３０９において、目標ＥＧＲ率を、その運転状態に応じて定められた基準目標値に設定する。
【００８４】
図７は、本実施例に係る第３の実ＰＭ排出量制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおいて、図６に示す第２の実ＰＭ排出量制御のフローにおける各ステップと同一の処理が実行されるステップについては、同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
ＥＧＲガス量が変化すると、ＥＧＲガスが導入された吸気の温度、即ち内燃機関１に供給される吸気の温度も変化する。つまり、ＥＧＲガス量が増加すると、内燃機関１に供給される吸気の温度が上昇する。逆に、ＥＧＲガス量が減少すると、内燃機関１に供給される吸気の温度が低下する。
【００８６】
そこで、第３の実ＰＭ排出量制御のフローでは、内燃機関１に供給される吸気の温度の
検出値と、内燃機関１の運転状態に応じて定められた、内燃機関１に供給される吸気の温度の基準値（即ち、ＥＧＲガス量が基準値であるときの吸気の温度）との差が、所定量より大きい場合に、実ＰＭ排出量と基準ＰＭ排出量との差が、フィルタ７の故障診断の精度を許容範囲内に維持することができる閾値より大きくなる条件が成立したと判断する。
【００８７】
第３の実ＰＭ排出量制御のフローでは、ステップＳ３０１において肯定判定された場合、次にステップＳ４０２の処理が実行される。ステップＳ４０２において、内燃機関１の運転状態に基づいて、内燃機関１に供給される吸気の温度の基準値Ｔｉｎｂａｓｅが算出される。内燃機関１の運転状態と吸気の温度の基準値Ｔｉｎｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ４０２においては、該マップ又は関数を用いて、吸気の温度の基準値Ｔｉｎｂａｓｅが算出される。
【００８８】
次に、ステップＳ４０３において、吸気温度センサ１９によって検出される実際の吸気の温度Ｔｉｎｇと、ステップＳ４０２で算出された吸気の温度の基準値Ｔｉｎｇｂａｓｅとの差ΔＴｉｎｇが算出される。
【００８９】
次に、ステップＳ４０４において、ステップＳ４０３で算出された吸気の温度の差ΔＴｉｎｇが所定量ΔＴｉｎｇ０より大きいか否かが判別される。尚、該所定量ΔＴｉｎｇ０は実験等に基づいて予め定められている。
【００９０】
ステップＳ４０４において肯定判定された場合、次に、ステップＳ４０５において、実際の吸気の温度Ｔｉｎｇが吸気の温度の基準量Ｔｉｎｇｂａｓｅよりも高いか否かが判別される。
【００９１】
ステップＳ４０５において肯定判定された場合、実際のＥＧＲガス量がＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも多く、そのために、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より多い状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０７の処理が実行される。一方、ステップＳ４０５において否定判定された場合、実際のＥＧＲガス量がＥＧＲガス量の基準量Ｒｅｇｒｂａｓｅよりも少なく、そのために、実ＰＭ排出量が基準ＰＭ排出量より少ない状態であると判断できる。この場合、次に、ステップＳ３０８の処理が実行される。
【００９２】
ステップＳ４０４において否定判定された場合、次に、ステップＳ３０９の処理が実行される。
【００９３】
上記のような第１、第２、又は第３の実ＰＭ排出量制御のフローを実行することで、フィルタ７の故障診断を行うべく推定通過ＰＭ量を積算している最中（所定期間Δｔａの経過中）における推定通過ＰＭ量の推定精度を高く維持することができる。
【００９４】
尚、本実施例においては、第１の実ＰＭ排出量制御のフローにおけるステップＳ２０８若しくはＳ２０９を実行するＥＣＵ１０、又は、第２若しくは第３の実ＰＭ排出量制御のフローにおけるけるステップＳ３０７若しくはＳ３０８を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る実ＰＭ排出量制御手段に相当する。
【符号の説明】
【００９５】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
６・・・酸化触媒
７・・・パティキュレートフィルタ（フィルタ）
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・空燃比センサ
１３・・第１排気温度センサ
１４・・排気圧力センサ
１５・・第２排気温度センサ
１６・・ＰＭセンサ
１７・・ＥＧＲ通路
１８・・ＥＧＲ弁
１９・・吸気温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路におけるパティキュレートフィルタより下流側に設けられ、自身に堆積した粒子状物質の量に対応する信号を出力するＰＭセンサと、
パティキュレートフィルタが所定の状態であると仮定した場合の、パティキュレートフィルタを通過する粒子状物質の量であるフィルタ通過ＰＭ量を推定するフィルタ通過ＰＭ量推定手段と、を備え、
所定期間における前記ＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、前記フィルタ通過ＰＭ量推定手段によって推定されたフィルタ通過ＰＭ量の前記所定期間中の積算値と、を比較することで、パティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置であって、
前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量と内燃機関の運転状態に応じた粒子状物質の排出量の基準値との差が所定量より大きくなる所定の条件が成立した場合に、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行する実ＰＭ排出量制御手段をさらに備えるパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項２】
前記所定の条件が、内燃機関から排出された排気の温度又は圧力の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた排気の温度又は圧力の基準値との差が、所定量より大きいことである請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記所定の条件が、実際のＥＧＲガス量の推定値と、内燃機関の運転状態に応じて定められたＥＧＲガス量の基準値との差が、所定量より大きいことである請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項４】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記所定の条件が、内燃機関に供給される吸気の温度の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた、内燃機関に供給される吸気の温度の基準値との差が、所定量より大きいことである請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路におけるパティキュレートフィルタより下流側に設けられ、自身に堆積した粒子状物質の量に対応する信号を出力するＰＭセンサと、
パティキュレートフィルタが所定の状態であると仮定した場合の、パティキュレートフィルタを通過する粒子状物質の量であるフィルタ通過ＰＭ量を推定するフィルタ通過ＰＭ量推定手段と、を備え、
所定期間における前記ＰＭセンサの出力値の変化量に基づいて算出される該所定期間中のフィルタ通過ＰＭ量の積算値と、前記フィルタ通過ＰＭ量推定手段によって推定されたフィルタ通過ＰＭ量の前記所定期間中の積算値と、を比較することで、パティキュレートフィルタの故障が発生したか否かを診断するパティキュレートフィルタの故障診断装置であって、
前記所定期間中において、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量と内燃機関の運転状態に応じた粒子状物質の排出量の基準値との差が所定量より大きくなる所定の条件が成立した場合に、内燃機関から実際に排出される粒子状物質の量を前記基準値側に増加又は低減させる制御を実行する実ＰＭ排出量制御手段をさらに備えるパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項２】
前記所定の条件が、内燃機関から排出された排気の温度又は圧力の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた排気の温度又は圧力の基準値との差が、所定量より大きいことである請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記所定の条件が、実際のＥＧＲガス量の推定値と、内燃機関の運転状態に応じて定められたＥＧＲガス量の基準値との差が、所定量より大きいことである請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【請求項４】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記所定の条件が、内燃機関に供給される吸気の温度の検出値と、内燃機関の運転状態に応じて定められた、内燃機関に供給される吸気の温度の基準値との差が、所定量より大きいことである請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
【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２０１３−１９３８９（Ｐ２０１３−１９３８９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５１３２（Ｐ２０１１−１５５１３２）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【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３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【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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