フィルタ故障判定システム
【課題】フィルタにおける捕集されたＰＭの剥離現象を考慮し、より正確なフィルタの故障判定を行うシステムを提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの故障判定を行うフィルタ故障判定システムにおいて、フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、未燃燃料をフィルタに流れ込む排気に供給した後に、そのフィルタから流れ出る排気中の粒子状物質量又は粒子状物質数に基づいて、フィルタの故障判定を行う。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの故障判定を行うフィルタ故障判定システムにおいて、フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、未燃燃料をフィルタに流れ込む排気に供給した後に、そのフィルタから流れ出る排気中の粒子状物質量又は粒子状物質数に基づいて、フィルタの故障判定を行う。
【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フィルタの故障判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれる粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう）を捕集するために、その排気通路にフィルタが設けられる。このフィルタは、使用時の異常発熱等によって破損や溶損して故障する可能性があり、フィルタが故障してしまうと排気中のＰＭを良好に捕集できなくなることから、フィルタの故障判定技術が求められている。ここで、特許文献１には、フィルタの下流側に設けられたＰＭセンサの出力に基づいてフィルタの故障判定を行う装置において、その故障判定のための閾値をフィルタに捕集されたＰＭ量に基づいて調整する技術が開示されている。
【０００３】
また、フィルタの下流側に設けられたＰＭセンサについて、一般に、フィルタから排出された排気に多量のＰＭが含まれている状態では高精度のＰＭ検出が困難となる特性を有していることから、当該ＰＭセンサを用いてフィルタの故障判定を行う場合には、排気中のＰＭ量が少なくなる条件下であることが好ましい。そこで、特許文献２に示す技術では、フィルタに捕集されたＰＭ量が所定量以上であって、当該フィルタによるＰＭの捕集率が所定捕集率以上となる条件（以下、「従来技術に係る条件」という）のときに、ＰＭセンサを用いたフィルタの故障判定が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３５１８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献３】特開２００９−７９８２号公報
【特許文献４】特開２００４−２３２５４４号公報
【特許文献５】特開２００５−６９１５２号公報
【特許文献６】特開２００６−１１２３０４号公報
【特許文献７】特開２００４−３００５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ＮＯｘセンサのように排気中のＰＭを検出するための装置については、その個体間の検出精度のばらつきが大きいため、排気中に含まれるＰＭ量もしくはＰＭ数が比較的少ない状態において当該検出装置が使用されるのが好ましい。そこで、従来技術では、フィルタのＰＭ捕集量およびフィルタのＰＭ捕集率に関する条件が、上記従来技術に係る条件となる場合には、フィルタから流れ出てくるＰＭ量等が比較的少量となるものとして、検出装置による検出結果を用いたフィルタの故障判定が行われる。
【０００６】
しかしながら、従来技術に係る条件が成立した場合であっても、フィルタ内において捕集されていたＰＭの一部が、排気の流れ等によってフィルタの捕集面から剥離し、その剥離箇所からＰＭがすり抜けてしまう現象が生じる場合がある。このようなＰＭすり抜け現象が生じると、結果としてフィルタの下流側において排気中のＰＭ量等が増加するため、上記検出装置を用いたフィルタの故障判定を正確に実施するのが困難となるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタにおける捕集された
ＰＭの剥離現象を考慮し、より正確なフィルタの故障判定を行うシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題を解決するために、フィルタにおいて捕集されていたＰＭが剥離し、その剥離箇所からＰＭがすり抜ける現象が発生していると考えられる場合においては、その剥離状態をいわば修復したうえでフィルタの故障判定を行うこととした。このような構成を採用することで、正確なフィルタの故障判定を行うことが可能となる。
【０００９】
まず、フィルタにおける捕集ＰＭの剥離状態を修復する側面から捉えた本発明について説明する。この場合、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、前記フィルタに対して、該フィルタに流れ込む排気を介して未燃燃料を供給する未燃燃料供給部と、前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記未燃燃料供給部によって未燃燃料の供給制御を行う制御部と、前記制御部によって未燃燃料の供給制御が行われた前記フィルタに関し、前記ＰＭ検出部によって検出された粒子状物質量又は粒子状物質数に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、を備える、フィルタ故障判定システムである。
【００１０】
上記発明に係るフィルタ故障判定システムは、排気通路に設けられたフィルタの故障を判定する。ここで、フィルタは、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能を有し、フィルタが故障状態にあれば、フィルタをすり抜けて多量のＰＭが外部に放出されることになるため、上記発明においては、ＰＭ検出部によって検出された、フィルタから流出する排気に含まれるＰＭ量又はＰＭ数（以下、「ＰＭ量等」という）に基づいて、その故障判定が行われる。
【００１１】
ここで、フィルタに順次内燃機関からの排気が流れ込んで、そこに含まれるＰＭがフィルタで捕集されていくが、フィルタに捕集されているＰＭ量がある程度の量に至ると、フィルタの内部において、捕集ＰＭが、その捕集面（フィルタ内部でフィルタが捕集されている壁面）から剥離する現象が生じる場合がある。この捕集ＰＭの剥離現象は、ＰＭに含まれているＳＯＦの一部が、排気から受ける熱等によって気化することで、ＳＯＦをバインダーとしてまとめられていたスート（煤）が排気の脈動によってフィルタ内で動きやすくなってしまうために生じるものと考えられる。このようにフィルタで捕集ＰＭの剥離が生じると、その剥離箇所では、フィルタの捕集面が露出されることになるため、そこからＰＭがフィルタをすり抜けて外部に流出しやすくなる。
【００１２】
このような状態でフィルタの故障判定のためにＰＭ検出部によるＰＭ検出が行われても、排気中のＰＭ量等が多いため高精度のＰＭ検出が難しい。そこで、本発明に係るフィルタ故障判定システムでは、フィルタで捕集ＰＭの剥離現象が生じていると考えられるとき、すなわち、フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態時には、制御部によって、フィルタに流れ込む排気に未燃燃料の供給制御が行われる。このように供給された未燃燃料はＳＯＦとして機能することから、供給された未燃燃料（ＳＯＦ）がバインダーとして働きスートとともに捕集面に捕集されやすくなる。その結果、捕集ＰＭの剥離状態が修復され、以てフィルタから流れ出る排気に含まれるＰＭ量等を少ない状態、すなわちＰＭ検出部を用いて正確なＰＭ量等を検出することが可能となる。
【００１３】
なお、上記所定量および上記所定捕集率は、フィルタにおいて捕集ＰＭの剥離現象が生じていると合理的に考えられるように、適宜設定されればよい。例えば、フィルタに捕集
されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生部を備える場合、フィルタ再生部によるＰＭの酸化除去が行われた直後は、フィルタに捕集されたＰＭ量も少なく、そのためＰＭの捕集率も低いが、使用とともに捕集ＰＭ量が増加し、またＰＭの捕集率も上昇する。しかし、その後、捕集ＰＭの剥離現象が生じると、捕集ＰＭ量は剥離の前後で大きく変わらなくとも捕集率が剥離現象により大きく低下する。このようなフィルタにおける捕集ＰＭ量の推移と、ＰＭ捕集率の推移を踏まえて、上記所定量および上記所定捕集率が設定されるのが好ましい。
【００１４】
そして、上記のようにフィルタにおいて所定のＰＭ捕集状態が形成されている場合であっても、未燃燃料の供給により捕集ＰＭの剥離状態を修復することで、正確なＰＭ量等の検出を可能とし、以て、判定部によるフィルタの故障判定がより正確に行われることになる。なお、判定部による故障判定は、たとえば、ＰＭ検出部によって検出されたＰＭ量等が、判定のための閾値を越えた場合には、フィルタが故障していると判定することができる。
【００１５】
ここで上記フィルタ故障判定システムにおいて、前記制御部は、前記フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が前記所定捕集率以上となるまで、未燃燃料の供給制御を継続するようにしてもよい。このように未燃燃料の供給制御を継続することで、フィルタ内でのＰＭの捕集状態を、より確実に、捕集ＰＭの剥離が起きていない状態に戻すことが可能となり、以て、より正確なフィルタの故障判定が可能となる。
【００１６】
次に、捕集ＰＭの剥離状態の修復に関し別の側面から捉えた本発明について説明する。この場合、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、前記フィルタに流れ込む排気温度を上昇させる排気昇温部と、前記フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質の濃度を上昇させるように前記内燃機関における燃焼状態を調整する燃焼調整部と、前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記排気昇温部によって排気温度を所定温度まで昇温させた後に、前記燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度を所定の高濃度状態に制御する制御部と、前記制御部によって粒子状物質濃度が制御された排気が流れ込んだ前記フィルタに関し、該フィルタによる粒子状物質の捕集率に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、を備える、フィルタ故障判定システムである。
【００１７】
上記フィルタ故障判定システムでは、排気昇温部によって排気温度を所定温度まで昇温させた後に、燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度が所定の高濃度状態に制御される。排気温度が所定温度まで昇温されることで、フィルタに捕集されているＰＭのうち剥離しやすい状態にあるＰＭ、すなわちＰＭ中のＳＯＦの気化が進みバインダーとしての機能が低下しているＰＭが剥離されることになる。換言すれば、排気昇温部による排気昇温は、意図的なＰＭ剥離現象を生じさせるものである。そして、その後、燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度が所定の高濃度状態に制御されることで、フィルタにＰＭを効率的に捕集させることになる。この結果、フィルタが故障していなければ、フィルタにおけるＰＭの捕集状態については、剥離状態、もしくは剥離するおそれのある状態が解消されるとともに、より安定的なＰＭの捕集状態が形成されることになる。したがって、フィルタにおいて安定したＰＭの捕集状態の下で、判定部によるフィルタの故障判定が可能となり、以て、より正確な故障判定が期待できる。
【００１８】
ここで、上記排気昇温部によって昇温される排気に関する所定温度は、前記フィルタに
捕集されている粒子状物質におけるＳＯＦを気化させ得る温度であってもよく、例えば、３００度程度である。このように所定温度を設定することで、フィルタに捕集されているＰＭのうち剥離しやすい状態にあるＰＭを、より確実に剥離させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、フィルタにおける捕集されたＰＭの剥離現象を考慮し、より正確なフィルタの故障判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るフィルタ故障判定システムが搭載される内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】フィルタにおけるＰＭの捕集状態、特に、既に捕集されていたＰＭの一部が剥離した場合のＰＭの挙動について説明する図である。
【図３】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定のための制御に関する第一のフローチャートである。
【図４】フィルタにおける捕集ＰＭ量と、フィルタからの排気に含まれるＰＭ量の相関を示す図である。
【図５】図３に示すフィルタ故障判定制御が実行される際の、フィルタにおけるＰＭの捕集状態を示す図である。
【図６】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定のための制御に関する第二のフローチャートである。
【図７】図６に示すフィルタ故障判定制御が実行される際の、フィルタにおけるＰＭの捕集状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明に係るフィルタ故障判定システムが搭載される内燃機関１の排気系の概略構成を示す。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には排気通路２が接続されている。なお、図１においては、内燃機関１の吸気系の記載は省略している。排気通路２には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ４（以下、単に「フィルタ」という。）が設けられている。また、排気通路２におけるフィルタ４より上流側には、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３（以下、ＮＯｘ触媒３という。）が備えられている。ＮＯｘ触媒３は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘをＮ２に還元する機能を有する。
【００２３】
ＮＯｘ触媒３の上流側に、該ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気に燃料（未燃燃料）を供給する燃料供給弁５が設けられている。また、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気の温度を測定する温度センサ６が、該ＮＯｘ触媒３の下流に設けられている。また、フィルタ４の周辺においては、フィルタ４の下流側の排気通路２を流れる排気に含まれるＰＭ量を検出するＰＭセンサ７が設けられ、更に、フィルタ４を挟んだ上流側および下流側の排気通路における排気圧力差を検出する差圧センサ８も設けられている。
【００２４】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されており、該ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。このＥＣＵ１０には、上述した燃料供給弁５や温度センサ６、ＰＭセンサ７、差圧センサ８の他、エアフローメータ（
図示略）、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。したがって、燃料供給弁５は、ＥＣＵ１０からの指示に従い、排気への燃料供給を行う。また、クランクポジションセンサ１１は内燃機関１のクランク角を検出し、アクセル開度センサ１２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ＥＣＵ１０へと送る。その結果、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ６の検出値に基づいてＮＯｘ触媒３の温度を推定し、またフィルタ４に流れ込む排気温度も推定する。
【００２５】
更に、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ７の検出値を用いて、フィルタ４によるＰＭ捕集率を推定する。当該ＰＭ捕集率は、フィルタ４に流れ込む排気中のＰＭがフィルタ４によってどの程度捕集されたかを示すパラメータであり、以下の式に従って定義される。
ＰＭ捕集率 ＝ １−（ＰＭセンサ７によるＰＭ検出量／内燃機関１の運転状態（機関負荷、機関回転速度等）から推定される排出ＰＭ量）
なお、フィルタ４の上流側に追加のＰＭセンサを設置し、当該上流側でのＰＭ検出量をフィルタ４に流れ込む排気中のＰＭ量として扱うことで、ＰＭ捕集率を算出してもよい。
また、フィルタ４において捕集されたＰＭの総量（捕集ＰＭ量）は、差圧センサ８の検出値に基づいて算出される。当該捕集ＰＭ量の算出は、従来技術による。
【００２６】
上記の通り構成される内燃機関１の排気系では、概略的には、排気に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒３によって還元浄化され、排気に含まれるＰＭ（粒子状物質）はフィルタ４によって捕集され、外部への放出が抑制される。そして、フィルタ４によって捕集されたＰＭは、フィルタ４での限界捕集量まで堆積すると排気通路２における背圧が上昇するため、排気温度の上昇等の手法により酸化除去され、フィルタ４の捕集機能の再生が図られる。当該捕集機能再生のための制御を、本明細書では、単に「再生制御」ともいう。
【００２７】
このように再生制御により、フィルタ４におけるＰＭの捕集状態は、再生制御直後の捕集ＰＭ量が極少の状態から、再生制御直前の捕集ＰＭ量が限界捕集量に到達した状態までの推移を一サイクルとして、適宜ＰＭの捕集状態の変遷が繰り返されることになる。このようなＰＭの捕集状態の繰り返しの中で、図２に示すような捕集されていたＰＭの一部が、その捕集面から剥離してしまう現象（以下、「剥離現象」という）が生じる場合がある。以下、この剥離現象について説明する。なお、ＰＭは、概略的には、未燃燃料等を含む液体性状を有するＳＯＦと、煤等の固体性状を有するスートを含んでおり、このＳＯＦがその粘性等によりいわばバインダーとして機能し、固体性状を有するスートをくっつけて、まとまったＰＭとして存在している。
【００２８】
一般に、フィルタ４で再生制御が行われてからある程度の時間は、図２の状態に示すように排気中のＰＭがフィルタ４の捕集面に順次捕集され、そこにＰＭが堆積していく。しかし、時間経過とともに捕集されたＰＭが排気から受ける熱等によって、ＰＭに含まれるＳＯＦの一部が気化していくと、スートを結合させていたＳＯＦが消失することにより、堆積していたＰＭにおけるＰＭ同士のつながりが弱くなる。そして、たとえば排気が大きく脈動したときに排気から受ける力等によって、捕集されていたＰＭの一部が、その捕集面から剥離してしまう場合がある（図２の中段を参照）。このように捕集ＰＭの剥離現象が生じると、その剥離箇所ではフィルタ４の捕集面が露出した状態になるため、排気中のＰＭを効率的に捕集できず、ＰＭが下流側にすり抜けてしまう可能性が高くなる（図２の下段を参照）。
【００２９】
ここで、フィルタ４においては、使用時における異常発熱等によってフィルタ内部が溶損、破損し、フィルタとしてのＰＭ捕集機能を果たせなくなる状態、すなわち故障状態に陥る場合があり、そのような場合には、フィルタ４の修理、交換を行う必要があることか
ら、適切なフィルタ４の故障判定が望まれる。本実施例においては、ＰＭセンサ７によって検出されるＰＭ量を利用してフィルタ４の故障判定が行われるが、ＰＭセンサ７については、その個体間のばらつきが大きいため、排気中のＰＭ量が比較的多い状態ではそのばらつきの影響を受けやすくなることから、排気中のＰＭ量が比較的少量となる条件下でフィルタ４の故障判定を行うのが好ましい。一般には、再生制御が行われた直後のフィルタ４では、その捕集率は低い状態にあり、捕集ＰＭ量が増加するに従ってその捕集率も向上していく傾向がある。フィルタ４の捕集率が向上すれば、フィルタ４の下流側では、排気中に含まれるＰＭ量が比較的少ない状態に形成されるため、ＰＭセンサ７によるフィルタ４の故障判定には適した状態と言える。
【００３０】
しかしながら、図２に示したように、フィルタ４にある程度のＰＭが捕集されると、その捕集ＰＭの一部が剥離してしまう現象が生じる場合があり、その場合、ＰＭセンサ７は、比較的多くのＰＭを含む排気に晒されることになり、正確なフィルタ４の故障判定が困難となる。そこで、このような捕集ＰＭの剥離現象が生じているフィルタ４の故障判定を、より正確に行うための判定制御について図３−図５に基づいて説明する。図３は、本実施例に係るフィルタ故障判定制御のフローを示す。当該触媒劣化判定制御は、ＥＣＵ１０によって適宜繰り返し実行されるものである。また、図４は、フィルタ４における捕集ＰＭ量と、フィルタ４からの排気に含まれるＰＭ量の相関を示す図である。なお、図の横軸は、左側から右側に進むに従って捕集ＰＭ量は増加する。したがって、横軸の最も左側は、再生制御が行われた直後の捕集ＰＭ量を示し、横軸のＳｍａｘは、次の再生制御が行われる直前の捕集ＰＭ量、すなわち限界捕集量を示す。そして、横軸のＳ０は、上記剥離現象が生じた時点での捕集ＰＭ量を示している。そのため、Ｓ０からＳｍａｘで表わされる領域では、剥離現象によってＰＭの下流側へのすり抜けが生じているため、フィルタ４から流出するＰＭ量が、顕著に多くなっている。
【００３１】
以上を踏まえて、図３に示すフィルタ故障判定制御について説明する。まず、Ｓ１０１では、フィルタ４において捕集されているＰＭの総量、すなわち差圧センサ８の検出値に基づいて算出される捕集ＰＭ量が、所定量Ｓ０を超えているか否かが判定される。すなわち、Ｓ１０１は、フィルタ４において捕集ＰＭの剥離現象が生じている可能性があるか否かについて、捕集ＰＭ量の観点から判断を行うステップである。なお、所定量Ｓ０は、図４に示す捕集ＰＭ量と流出ＰＭ量との相関に基づいて設定することができる。たとえば、上記相関を踏まえ、再生制御が実行されていから所定時間が経過したフィルタ４において流出ＰＭ量の増加が顕著となる捕集ＰＭ量を、所定量Ｓ０として設定できる。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００３２】
次にＳ１０２では、フィルタ４によるＰＭ捕集率が所定捕集率Ｓ１より低いか否かが判定される。フィルタ４において捕集ＰＭ量が所定量Ｓ０を超えている場合、常に剥離現象が生じているとは限らないことから、Ｓ１０１で肯定判定された場合には、更にＳ１０２において上記判定を行うことで、剥離現象の発生をより正確に推定する。なお、所定捕集率Ｓ１は、正確なフィルタ４の故障判定が阻害される程度のＰＭのすり抜けが生じている場合の捕集率として定義される。たとえば、９９％程度の値を、所定捕集率Ｓ１としてもよい。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されるとＳ１０３を飛ばしてＳ１０４へ進む。
【００３３】
ここで、Ｓ１０３では、燃料供給弁５を介して排気中に未燃燃料の供給が行われる。この未燃燃料は液体性状を有することから、フィルタ４へ到達すると、ＰＭにおけるＳＯＦとして機能することになる。これにより、剥離現象の要因と考えられる気化によるＳＯＦ分の減少を補うことができ、以てスート同士の分離を抑制することができる。その結果、フィルタ４における剥離現象の進行を抑制し、その剥離状態を修復することが可能となる。したがって、剥離状態を修復するという観点に立てば、フィルタ４によるＰＭ捕集率が
所定捕集率Ｓ１に戻るまで、未燃燃料の供給を継続するのが好ましい。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００３４】
Ｓ１０３で未燃燃料の供給が行われることで、フィルタ４における剥離状態が修復される。そのため、図５に示すように、フィルタ４によるＰＭ捕集率が回復し、フィルタ４からの流出ＰＭ量が比較的少ない状態を形成することができる。そこで、Ｓ１０４では、ＰＭセンサ７を用いたフィルタ４の故障判定を行うために、ＰＭセンサ７によるＰＭ検出量が、基準ＰＭ量Ｓ２以上であるか否かが判定される。この基準ＰＭ量Ｓ２は、フィルタ４の故障判定を判断するための閾値であり、フィルタ４の構造や大きさ等を考慮して適宜設定される。そして、Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、Ｓ１０５でフィルタ４は故障状態にあると判定される。一方で、Ｓ１０４で否定判定されるとＳ１０６へ進み、Ｓ１０６でフィルタ４は正常状態にあると判定される。
【００３５】
このように本制御によれば、仮にフィルタ４において捕集ＰＭの剥離現象が生じている場合でも、ＳＯＦとしての未燃燃料の供給が行われることでフィルタ４におけるＰＭのすり抜けが抑止され、その後に、ＰＭセンサ７を用いたフィルタ４の故障判定が行われる。そのため、剥離現象によるＰＭのすり抜けに影響されない条件下でＰＭセンサ７を利用することができ、以てより正確なフィルタ４の故障判定が実現される。
【００３６】
なお、上記制御では、フィルタ４にＳＯＦとしての未燃燃料を到達させる手法として、燃料供給弁５からの燃料供給を例示したが、それに代えて、内燃機関１における燃料噴射について、主噴射後の膨張行程に追加的な燃料噴射を行うポスト噴射や、燃料噴射時期を遅角化させて排気中に比較的多量の未燃成分を残存させる燃焼制御等を行うことで、フィルタ４に未燃燃料を到達させてもよい。また、内燃機関１は、火花点火式の内燃機関であってもよい。
【実施例２】
【００３７】
本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行されるフィルタ故障判定制御の第二の実施例について、図６、図７に基づいて説明する。なお、図６に示すフィルタ故障判定制御に含まれる処理のうち図３に示すフィルタ故障判定制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。また、図７は、図６に示す制御が行われているときの、フィルタ４におけるＰＭの捕集状態の推移を示す図である。
【００３８】
そこで、図６に示すフィルタ故障判定制御では、Ｓ１０２において肯定判定されると、すなわち、フィルタ４において捕集ＰＭの剥離現象が生じていると判定されると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、内燃機関１の排気温度を昇温させる排気昇温制御が行われる。当該排気昇温制御は、従来の様々な手法が利用できるが、例えば、内燃機関１における燃料噴射時期の遅角化によってもよい。この排気昇温制御は、フィルタ４に捕集されているＰＭにおいて、剥離しやすそうな状態にあるＰＭ、すなわちＳＯＦの気化が進んでいることでスートとの結合力が弱まっているＰＭを意図的に剥離するために、そのＳＯＦを気化させる程度に排気温度を昇温させるものである。例えば、排気温度センサ６による検出温度が、約３００度程度となるように、内燃機関１の排気温度が昇温されればよい。Ｓ２０１の処理が行われている際のフィルタ４でのＰＭの捕集状態が、図７の上から二段目に表わされている。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００３９】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１での排気昇温処理によって、フィルタ４によるＰＭ捕集率が低下したか否かが判定される。すなわち、Ｓ２０２は、当該排気昇温処理の効果があったか否かの確認を行う。具体的には、排気昇温処理が行われる前のＰＭ捕集率に対して、所定の割合分だけのＰＭ捕集率の低下が認められる場合には、Ｓ２０２では肯定判定される。
Ｓ２０２の処理でＰＭ捕集率の低下が認められる際のフィルタ４でのＰＭの捕集状態が、図７の上から三段目に表わされている。Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００４０】
次にＳ２０３では、内燃機関１から排出される排気中のＰＭを増加させる排出ＰＭ増加制御が行われる。当該排出ＰＭ増加制御は、従来の様々な手法が利用できるが、例えば、内燃機関１における燃料噴射時期の遅角化や、内燃機関１に排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられている場合には、そのＥＧＲ量を増量させる制御を行ってもよい。この排出ＰＭ増加制御が行われることで、意図的な剥離状態が形成されたフィルタ４に対して多量のＰＭが供給されることになるため、仮に、フィルタ４が故障していないのであれば、安定したＰＭの捕集状態を形成することができるはずである。このように形成された安定したＰＭの捕集状態が、図７の上から四段目に表わされている。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。
【００４１】
Ｓ２０４では、Ｓ２０３の制御が行われたフィルタ４によるＰＭ捕集率が、所定捕集率Ｓ３を超えているか否かが判定される。所定捕集率Ｓ３は、フィルタ４が故障していなければ当該フィルタ４が発揮し得るＰＭ捕集率であり、Ｓ２０３で行われた排出ＰＭ増加制御によって排出されたＰＭ量に応じて適宜設定されてもよく、その一例としては、上述した所定捕集率Ｓ１と同値であってもよい。Ｓ２０４で肯定判定されると、Ｓ２０３の制御で供給されたＰＭによって、フィルタ４には適切な、換言すれば剥離状態の少ない、安定したＰＭの捕集状態が形成されていることを意味する。したがって、この場合は、Ｓ１０１およびＳ１０２の判定結果は、フィルタ４においてＰＭのすり抜けが生じていることを示唆するものであったが、それは捕集ＰＭの剥離現象による一過性の捕集率低下であり、フィルタ４の故障ではないと判定することができる（Ｓ２０５の処理）。
【００４２】
一方で、Ｓ２０４で否定判定されると、Ｓ２０３の制御で供給されたＰＭによって、フィルタ４には適切なＰＭの捕集状態が形成されていないことを意味する。したがって、この場合は、Ｓ１０１およびＳ１０２の判定結果は、フィルタ４においてＰＭのすり抜けが生じていることを示唆するものであったが、それは上記のような一過性の捕集率低下ではなく、何らかの定常的な捕集率の低下が存在することを示すものであって、フィルタ４が故障していると判定することができる（Ｓ２０６の処理）。
【００４３】
このように本制御によれば、フィルタ４において剥離しやすそうな状態にある捕集ＰＭを意図的に除去し、その後、多量のＰＭを供給することで、フィルタ４が正常であれば、そこに安定したＰＭの捕集状態を形成することができる。そのため、捕集ＰＭの剥離現象に影響されない、安定したフィルタの故障判定が実現される。
【符号の説明】
【００４４】
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
４ フィルタ
５ 噴射弁
６ 排気温度センサ
７ ＰＭセンサ
８ 差圧センサ
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、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタの故障判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれる粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう）を捕集するために、その排気通路にフィルタが設けられる。このフィルタは、使用時の異常発熱等によって破損や溶損して故障する可能性があり、フィルタが故障してしまうと排気中のＰＭを良好に捕集できなくなることから、フィルタの故障判定技術が求められている。ここで、特許文献１には、フィルタの下流側に設けられたＰＭセンサの出力に基づいてフィルタの故障判定を行う装置において、その故障判定のための閾値をフィルタに捕集されたＰＭ量に基づいて調整する技術が開示されている。
【０００３】
また、フィルタの下流側に設けられたＰＭセンサについて、一般に、フィルタから排出された排気に多量のＰＭが含まれている状態では高精度のＰＭ検出が困難となる特性を有していることから、当該ＰＭセンサを用いてフィルタの故障判定を行う場合には、排気中のＰＭ量が少なくなる条件下であることが好ましい。そこで、特許文献２に示す技術では、フィルタに捕集されたＰＭ量が所定量以上であって、当該フィルタによるＰＭの捕集率が所定捕集率以上となる条件（以下、「従来技術に係る条件」という）のときに、ＰＭセンサを用いたフィルタの故障判定が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３５１８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献３】特開２００９−７９８２号公報
【特許文献４】特開２００４−２３２５４４号公報
【特許文献５】特開２００５−６９１５２号公報
【特許文献６】特開２００６−１１２３０４号公報
【特許文献７】特開２００４−３００５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ＮＯｘセンサのように排気中のＰＭを検出するための装置については、その個体間の検出精度のばらつきが大きいため、排気中に含まれるＰＭ量もしくはＰＭ数が比較的少ない状態において当該検出装置が使用されるのが好ましい。そこで、従来技術では、フィルタのＰＭ捕集量およびフィルタのＰＭ捕集率に関する条件が、上記従来技術に係る条件となる場合には、フィルタから流れ出てくるＰＭ量等が比較的少量となるものとして、検出装置による検出結果を用いたフィルタの故障判定が行われる。
【０００６】
しかしながら、従来技術に係る条件が成立した場合であっても、フィルタ内において捕集されていたＰＭの一部が、排気の流れ等によってフィルタの捕集面から剥離し、その剥離箇所からＰＭがすり抜けてしまう現象が生じる場合がある。このようなＰＭすり抜け現象が生じると、結果としてフィルタの下流側において排気中のＰＭ量等が増加するため、上記検出装置を用いたフィルタの故障判定を正確に実施するのが困難となるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタにおける捕集された
ＰＭの剥離現象を考慮し、より正確なフィルタの故障判定を行うシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題を解決するために、フィルタにおいて捕集されていたＰＭが剥離し、その剥離箇所からＰＭがすり抜ける現象が発生していると考えられる場合においては、その剥離状態をいわば修復したうえでフィルタの故障判定を行うこととした。このような構成を採用することで、正確なフィルタの故障判定を行うことが可能となる。
【０００９】
まず、フィルタにおける捕集ＰＭの剥離状態を修復する側面から捉えた本発明について説明する。この場合、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、前記フィルタに対して、該フィルタに流れ込む排気を介して未燃燃料を供給する未燃燃料供給部と、前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記未燃燃料供給部によって未燃燃料の供給制御を行う制御部と、前記制御部によって未燃燃料の供給制御が行われた前記フィルタに関し、前記ＰＭ検出部によって検出された粒子状物質量又は粒子状物質数に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、を備える、フィルタ故障判定システムである。
【００１０】
上記発明に係るフィルタ故障判定システムは、排気通路に設けられたフィルタの故障を判定する。ここで、フィルタは、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能を有し、フィルタが故障状態にあれば、フィルタをすり抜けて多量のＰＭが外部に放出されることになるため、上記発明においては、ＰＭ検出部によって検出された、フィルタから流出する排気に含まれるＰＭ量又はＰＭ数（以下、「ＰＭ量等」という）に基づいて、その故障判定が行われる。
【００１１】
ここで、フィルタに順次内燃機関からの排気が流れ込んで、そこに含まれるＰＭがフィルタで捕集されていくが、フィルタに捕集されているＰＭ量がある程度の量に至ると、フィルタの内部において、捕集ＰＭが、その捕集面（フィルタ内部でフィルタが捕集されている壁面）から剥離する現象が生じる場合がある。この捕集ＰＭの剥離現象は、ＰＭに含まれているＳＯＦの一部が、排気から受ける熱等によって気化することで、ＳＯＦをバインダーとしてまとめられていたスート（煤）が排気の脈動によってフィルタ内で動きやすくなってしまうために生じるものと考えられる。このようにフィルタで捕集ＰＭの剥離が生じると、その剥離箇所では、フィルタの捕集面が露出されることになるため、そこからＰＭがフィルタをすり抜けて外部に流出しやすくなる。
【００１２】
このような状態でフィルタの故障判定のためにＰＭ検出部によるＰＭ検出が行われても、排気中のＰＭ量等が多いため高精度のＰＭ検出が難しい。そこで、本発明に係るフィルタ故障判定システムでは、フィルタで捕集ＰＭの剥離現象が生じていると考えられるとき、すなわち、フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態時には、制御部によって、フィルタに流れ込む排気に未燃燃料の供給制御が行われる。このように供給された未燃燃料はＳＯＦとして機能することから、供給された未燃燃料（ＳＯＦ）がバインダーとして働きスートとともに捕集面に捕集されやすくなる。その結果、捕集ＰＭの剥離状態が修復され、以てフィルタから流れ出る排気に含まれるＰＭ量等を少ない状態、すなわちＰＭ検出部を用いて正確なＰＭ量等を検出することが可能となる。
【００１３】
なお、上記所定量および上記所定捕集率は、フィルタにおいて捕集ＰＭの剥離現象が生じていると合理的に考えられるように、適宜設定されればよい。例えば、フィルタに捕集
されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生部を備える場合、フィルタ再生部によるＰＭの酸化除去が行われた直後は、フィルタに捕集されたＰＭ量も少なく、そのためＰＭの捕集率も低いが、使用とともに捕集ＰＭ量が増加し、またＰＭの捕集率も上昇する。しかし、その後、捕集ＰＭの剥離現象が生じると、捕集ＰＭ量は剥離の前後で大きく変わらなくとも捕集率が剥離現象により大きく低下する。このようなフィルタにおける捕集ＰＭ量の推移と、ＰＭ捕集率の推移を踏まえて、上記所定量および上記所定捕集率が設定されるのが好ましい。
【００１４】
そして、上記のようにフィルタにおいて所定のＰＭ捕集状態が形成されている場合であっても、未燃燃料の供給により捕集ＰＭの剥離状態を修復することで、正確なＰＭ量等の検出を可能とし、以て、判定部によるフィルタの故障判定がより正確に行われることになる。なお、判定部による故障判定は、たとえば、ＰＭ検出部によって検出されたＰＭ量等が、判定のための閾値を越えた場合には、フィルタが故障していると判定することができる。
【００１５】
ここで上記フィルタ故障判定システムにおいて、前記制御部は、前記フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が前記所定捕集率以上となるまで、未燃燃料の供給制御を継続するようにしてもよい。このように未燃燃料の供給制御を継続することで、フィルタ内でのＰＭの捕集状態を、より確実に、捕集ＰＭの剥離が起きていない状態に戻すことが可能となり、以て、より正確なフィルタの故障判定が可能となる。
【００１６】
次に、捕集ＰＭの剥離状態の修復に関し別の側面から捉えた本発明について説明する。この場合、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、前記フィルタに流れ込む排気温度を上昇させる排気昇温部と、前記フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質の濃度を上昇させるように前記内燃機関における燃焼状態を調整する燃焼調整部と、前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記排気昇温部によって排気温度を所定温度まで昇温させた後に、前記燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度を所定の高濃度状態に制御する制御部と、前記制御部によって粒子状物質濃度が制御された排気が流れ込んだ前記フィルタに関し、該フィルタによる粒子状物質の捕集率に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、を備える、フィルタ故障判定システムである。
【００１７】
上記フィルタ故障判定システムでは、排気昇温部によって排気温度を所定温度まで昇温させた後に、燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度が所定の高濃度状態に制御される。排気温度が所定温度まで昇温されることで、フィルタに捕集されているＰＭのうち剥離しやすい状態にあるＰＭ、すなわちＰＭ中のＳＯＦの気化が進みバインダーとしての機能が低下しているＰＭが剥離されることになる。換言すれば、排気昇温部による排気昇温は、意図的なＰＭ剥離現象を生じさせるものである。そして、その後、燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度が所定の高濃度状態に制御されることで、フィルタにＰＭを効率的に捕集させることになる。この結果、フィルタが故障していなければ、フィルタにおけるＰＭの捕集状態については、剥離状態、もしくは剥離するおそれのある状態が解消されるとともに、より安定的なＰＭの捕集状態が形成されることになる。したがって、フィルタにおいて安定したＰＭの捕集状態の下で、判定部によるフィルタの故障判定が可能となり、以て、より正確な故障判定が期待できる。
【００１８】
ここで、上記排気昇温部によって昇温される排気に関する所定温度は、前記フィルタに
捕集されている粒子状物質におけるＳＯＦを気化させ得る温度であってもよく、例えば、３００度程度である。このように所定温度を設定することで、フィルタに捕集されているＰＭのうち剥離しやすい状態にあるＰＭを、より確実に剥離させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、フィルタにおける捕集されたＰＭの剥離現象を考慮し、より正確なフィルタの故障判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るフィルタ故障判定システムが搭載される内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】フィルタにおけるＰＭの捕集状態、特に、既に捕集されていたＰＭの一部が剥離した場合のＰＭの挙動について説明する図である。
【図３】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定のための制御に関する第一のフローチャートである。
【図４】フィルタにおける捕集ＰＭ量と、フィルタからの排気に含まれるＰＭ量の相関を示す図である。
【図５】図３に示すフィルタ故障判定制御が実行される際の、フィルタにおけるＰＭの捕集状態を示す図である。
【図６】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定のための制御に関する第二のフローチャートである。
【図７】図６に示すフィルタ故障判定制御が実行される際の、フィルタにおけるＰＭの捕集状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明に係るフィルタ故障判定システムが搭載される内燃機関１の排気系の概略構成を示す。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には排気通路２が接続されている。なお、図１においては、内燃機関１の吸気系の記載は省略している。排気通路２には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ４（以下、単に「フィルタ」という。）が設けられている。また、排気通路２におけるフィルタ４より上流側には、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３（以下、ＮＯｘ触媒３という。）が備えられている。ＮＯｘ触媒３は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘをＮ２に還元する機能を有する。
【００２３】
ＮＯｘ触媒３の上流側に、該ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気に燃料（未燃燃料）を供給する燃料供給弁５が設けられている。また、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気の温度を測定する温度センサ６が、該ＮＯｘ触媒３の下流に設けられている。また、フィルタ４の周辺においては、フィルタ４の下流側の排気通路２を流れる排気に含まれるＰＭ量を検出するＰＭセンサ７が設けられ、更に、フィルタ４を挟んだ上流側および下流側の排気通路における排気圧力差を検出する差圧センサ８も設けられている。
【００２４】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されており、該ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。このＥＣＵ１０には、上述した燃料供給弁５や温度センサ６、ＰＭセンサ７、差圧センサ８の他、エアフローメータ（
図示略）、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。したがって、燃料供給弁５は、ＥＣＵ１０からの指示に従い、排気への燃料供給を行う。また、クランクポジションセンサ１１は内燃機関１のクランク角を検出し、アクセル開度センサ１２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ＥＣＵ１０へと送る。その結果、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ６の検出値に基づいてＮＯｘ触媒３の温度を推定し、またフィルタ４に流れ込む排気温度も推定する。
【００２５】
更に、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ７の検出値を用いて、フィルタ４によるＰＭ捕集率を推定する。当該ＰＭ捕集率は、フィルタ４に流れ込む排気中のＰＭがフィルタ４によってどの程度捕集されたかを示すパラメータであり、以下の式に従って定義される。
ＰＭ捕集率 ＝ １−（ＰＭセンサ７によるＰＭ検出量／内燃機関１の運転状態（機関負荷、機関回転速度等）から推定される排出ＰＭ量）
なお、フィルタ４の上流側に追加のＰＭセンサを設置し、当該上流側でのＰＭ検出量をフィルタ４に流れ込む排気中のＰＭ量として扱うことで、ＰＭ捕集率を算出してもよい。
また、フィルタ４において捕集されたＰＭの総量（捕集ＰＭ量）は、差圧センサ８の検出値に基づいて算出される。当該捕集ＰＭ量の算出は、従来技術による。
【００２６】
上記の通り構成される内燃機関１の排気系では、概略的には、排気に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒３によって還元浄化され、排気に含まれるＰＭ（粒子状物質）はフィルタ４によって捕集され、外部への放出が抑制される。そして、フィルタ４によって捕集されたＰＭは、フィルタ４での限界捕集量まで堆積すると排気通路２における背圧が上昇するため、排気温度の上昇等の手法により酸化除去され、フィルタ４の捕集機能の再生が図られる。当該捕集機能再生のための制御を、本明細書では、単に「再生制御」ともいう。
【００２７】
このように再生制御により、フィルタ４におけるＰＭの捕集状態は、再生制御直後の捕集ＰＭ量が極少の状態から、再生制御直前の捕集ＰＭ量が限界捕集量に到達した状態までの推移を一サイクルとして、適宜ＰＭの捕集状態の変遷が繰り返されることになる。このようなＰＭの捕集状態の繰り返しの中で、図２に示すような捕集されていたＰＭの一部が、その捕集面から剥離してしまう現象（以下、「剥離現象」という）が生じる場合がある。以下、この剥離現象について説明する。なお、ＰＭは、概略的には、未燃燃料等を含む液体性状を有するＳＯＦと、煤等の固体性状を有するスートを含んでおり、このＳＯＦがその粘性等によりいわばバインダーとして機能し、固体性状を有するスートをくっつけて、まとまったＰＭとして存在している。
【００２８】
一般に、フィルタ４で再生制御が行われてからある程度の時間は、図２の状態に示すように排気中のＰＭがフィルタ４の捕集面に順次捕集され、そこにＰＭが堆積していく。しかし、時間経過とともに捕集されたＰＭが排気から受ける熱等によって、ＰＭに含まれるＳＯＦの一部が気化していくと、スートを結合させていたＳＯＦが消失することにより、堆積していたＰＭにおけるＰＭ同士のつながりが弱くなる。そして、たとえば排気が大きく脈動したときに排気から受ける力等によって、捕集されていたＰＭの一部が、その捕集面から剥離してしまう場合がある（図２の中段を参照）。このように捕集ＰＭの剥離現象が生じると、その剥離箇所ではフィルタ４の捕集面が露出した状態になるため、排気中のＰＭを効率的に捕集できず、ＰＭが下流側にすり抜けてしまう可能性が高くなる（図２の下段を参照）。
【００２９】
ここで、フィルタ４においては、使用時における異常発熱等によってフィルタ内部が溶損、破損し、フィルタとしてのＰＭ捕集機能を果たせなくなる状態、すなわち故障状態に陥る場合があり、そのような場合には、フィルタ４の修理、交換を行う必要があることか
ら、適切なフィルタ４の故障判定が望まれる。本実施例においては、ＰＭセンサ７によって検出されるＰＭ量を利用してフィルタ４の故障判定が行われるが、ＰＭセンサ７については、その個体間のばらつきが大きいため、排気中のＰＭ量が比較的多い状態ではそのばらつきの影響を受けやすくなることから、排気中のＰＭ量が比較的少量となる条件下でフィルタ４の故障判定を行うのが好ましい。一般には、再生制御が行われた直後のフィルタ４では、その捕集率は低い状態にあり、捕集ＰＭ量が増加するに従ってその捕集率も向上していく傾向がある。フィルタ４の捕集率が向上すれば、フィルタ４の下流側では、排気中に含まれるＰＭ量が比較的少ない状態に形成されるため、ＰＭセンサ７によるフィルタ４の故障判定には適した状態と言える。
【００３０】
しかしながら、図２に示したように、フィルタ４にある程度のＰＭが捕集されると、その捕集ＰＭの一部が剥離してしまう現象が生じる場合があり、その場合、ＰＭセンサ７は、比較的多くのＰＭを含む排気に晒されることになり、正確なフィルタ４の故障判定が困難となる。そこで、このような捕集ＰＭの剥離現象が生じているフィルタ４の故障判定を、より正確に行うための判定制御について図３−図５に基づいて説明する。図３は、本実施例に係るフィルタ故障判定制御のフローを示す。当該触媒劣化判定制御は、ＥＣＵ１０によって適宜繰り返し実行されるものである。また、図４は、フィルタ４における捕集ＰＭ量と、フィルタ４からの排気に含まれるＰＭ量の相関を示す図である。なお、図の横軸は、左側から右側に進むに従って捕集ＰＭ量は増加する。したがって、横軸の最も左側は、再生制御が行われた直後の捕集ＰＭ量を示し、横軸のＳｍａｘは、次の再生制御が行われる直前の捕集ＰＭ量、すなわち限界捕集量を示す。そして、横軸のＳ０は、上記剥離現象が生じた時点での捕集ＰＭ量を示している。そのため、Ｓ０からＳｍａｘで表わされる領域では、剥離現象によってＰＭの下流側へのすり抜けが生じているため、フィルタ４から流出するＰＭ量が、顕著に多くなっている。
【００３１】
以上を踏まえて、図３に示すフィルタ故障判定制御について説明する。まず、Ｓ１０１では、フィルタ４において捕集されているＰＭの総量、すなわち差圧センサ８の検出値に基づいて算出される捕集ＰＭ量が、所定量Ｓ０を超えているか否かが判定される。すなわち、Ｓ１０１は、フィルタ４において捕集ＰＭの剥離現象が生じている可能性があるか否かについて、捕集ＰＭ量の観点から判断を行うステップである。なお、所定量Ｓ０は、図４に示す捕集ＰＭ量と流出ＰＭ量との相関に基づいて設定することができる。たとえば、上記相関を踏まえ、再生制御が実行されていから所定時間が経過したフィルタ４において流出ＰＭ量の増加が顕著となる捕集ＰＭ量を、所定量Ｓ０として設定できる。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００３２】
次にＳ１０２では、フィルタ４によるＰＭ捕集率が所定捕集率Ｓ１より低いか否かが判定される。フィルタ４において捕集ＰＭ量が所定量Ｓ０を超えている場合、常に剥離現象が生じているとは限らないことから、Ｓ１０１で肯定判定された場合には、更にＳ１０２において上記判定を行うことで、剥離現象の発生をより正確に推定する。なお、所定捕集率Ｓ１は、正確なフィルタ４の故障判定が阻害される程度のＰＭのすり抜けが生じている場合の捕集率として定義される。たとえば、９９％程度の値を、所定捕集率Ｓ１としてもよい。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されるとＳ１０３を飛ばしてＳ１０４へ進む。
【００３３】
ここで、Ｓ１０３では、燃料供給弁５を介して排気中に未燃燃料の供給が行われる。この未燃燃料は液体性状を有することから、フィルタ４へ到達すると、ＰＭにおけるＳＯＦとして機能することになる。これにより、剥離現象の要因と考えられる気化によるＳＯＦ分の減少を補うことができ、以てスート同士の分離を抑制することができる。その結果、フィルタ４における剥離現象の進行を抑制し、その剥離状態を修復することが可能となる。したがって、剥離状態を修復するという観点に立てば、フィルタ４によるＰＭ捕集率が
所定捕集率Ｓ１に戻るまで、未燃燃料の供給を継続するのが好ましい。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００３４】
Ｓ１０３で未燃燃料の供給が行われることで、フィルタ４における剥離状態が修復される。そのため、図５に示すように、フィルタ４によるＰＭ捕集率が回復し、フィルタ４からの流出ＰＭ量が比較的少ない状態を形成することができる。そこで、Ｓ１０４では、ＰＭセンサ７を用いたフィルタ４の故障判定を行うために、ＰＭセンサ７によるＰＭ検出量が、基準ＰＭ量Ｓ２以上であるか否かが判定される。この基準ＰＭ量Ｓ２は、フィルタ４の故障判定を判断するための閾値であり、フィルタ４の構造や大きさ等を考慮して適宜設定される。そして、Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、Ｓ１０５でフィルタ４は故障状態にあると判定される。一方で、Ｓ１０４で否定判定されるとＳ１０６へ進み、Ｓ１０６でフィルタ４は正常状態にあると判定される。
【００３５】
このように本制御によれば、仮にフィルタ４において捕集ＰＭの剥離現象が生じている場合でも、ＳＯＦとしての未燃燃料の供給が行われることでフィルタ４におけるＰＭのすり抜けが抑止され、その後に、ＰＭセンサ７を用いたフィルタ４の故障判定が行われる。そのため、剥離現象によるＰＭのすり抜けに影響されない条件下でＰＭセンサ７を利用することができ、以てより正確なフィルタ４の故障判定が実現される。
【００３６】
なお、上記制御では、フィルタ４にＳＯＦとしての未燃燃料を到達させる手法として、燃料供給弁５からの燃料供給を例示したが、それに代えて、内燃機関１における燃料噴射について、主噴射後の膨張行程に追加的な燃料噴射を行うポスト噴射や、燃料噴射時期を遅角化させて排気中に比較的多量の未燃成分を残存させる燃焼制御等を行うことで、フィルタ４に未燃燃料を到達させてもよい。また、内燃機関１は、火花点火式の内燃機関であってもよい。
【実施例２】
【００３７】
本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行されるフィルタ故障判定制御の第二の実施例について、図６、図７に基づいて説明する。なお、図６に示すフィルタ故障判定制御に含まれる処理のうち図３に示すフィルタ故障判定制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。また、図７は、図６に示す制御が行われているときの、フィルタ４におけるＰＭの捕集状態の推移を示す図である。
【００３８】
そこで、図６に示すフィルタ故障判定制御では、Ｓ１０２において肯定判定されると、すなわち、フィルタ４において捕集ＰＭの剥離現象が生じていると判定されると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、内燃機関１の排気温度を昇温させる排気昇温制御が行われる。当該排気昇温制御は、従来の様々な手法が利用できるが、例えば、内燃機関１における燃料噴射時期の遅角化によってもよい。この排気昇温制御は、フィルタ４に捕集されているＰＭにおいて、剥離しやすそうな状態にあるＰＭ、すなわちＳＯＦの気化が進んでいることでスートとの結合力が弱まっているＰＭを意図的に剥離するために、そのＳＯＦを気化させる程度に排気温度を昇温させるものである。例えば、排気温度センサ６による検出温度が、約３００度程度となるように、内燃機関１の排気温度が昇温されればよい。Ｓ２０１の処理が行われている際のフィルタ４でのＰＭの捕集状態が、図７の上から二段目に表わされている。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００３９】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１での排気昇温処理によって、フィルタ４によるＰＭ捕集率が低下したか否かが判定される。すなわち、Ｓ２０２は、当該排気昇温処理の効果があったか否かの確認を行う。具体的には、排気昇温処理が行われる前のＰＭ捕集率に対して、所定の割合分だけのＰＭ捕集率の低下が認められる場合には、Ｓ２０２では肯定判定される。
Ｓ２０２の処理でＰＭ捕集率の低下が認められる際のフィルタ４でのＰＭの捕集状態が、図７の上から三段目に表わされている。Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００４０】
次にＳ２０３では、内燃機関１から排出される排気中のＰＭを増加させる排出ＰＭ増加制御が行われる。当該排出ＰＭ増加制御は、従来の様々な手法が利用できるが、例えば、内燃機関１における燃料噴射時期の遅角化や、内燃機関１に排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられている場合には、そのＥＧＲ量を増量させる制御を行ってもよい。この排出ＰＭ増加制御が行われることで、意図的な剥離状態が形成されたフィルタ４に対して多量のＰＭが供給されることになるため、仮に、フィルタ４が故障していないのであれば、安定したＰＭの捕集状態を形成することができるはずである。このように形成された安定したＰＭの捕集状態が、図７の上から四段目に表わされている。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。
【００４１】
Ｓ２０４では、Ｓ２０３の制御が行われたフィルタ４によるＰＭ捕集率が、所定捕集率Ｓ３を超えているか否かが判定される。所定捕集率Ｓ３は、フィルタ４が故障していなければ当該フィルタ４が発揮し得るＰＭ捕集率であり、Ｓ２０３で行われた排出ＰＭ増加制御によって排出されたＰＭ量に応じて適宜設定されてもよく、その一例としては、上述した所定捕集率Ｓ１と同値であってもよい。Ｓ２０４で肯定判定されると、Ｓ２０３の制御で供給されたＰＭによって、フィルタ４には適切な、換言すれば剥離状態の少ない、安定したＰＭの捕集状態が形成されていることを意味する。したがって、この場合は、Ｓ１０１およびＳ１０２の判定結果は、フィルタ４においてＰＭのすり抜けが生じていることを示唆するものであったが、それは捕集ＰＭの剥離現象による一過性の捕集率低下であり、フィルタ４の故障ではないと判定することができる（Ｓ２０５の処理）。
【００４２】
一方で、Ｓ２０４で否定判定されると、Ｓ２０３の制御で供給されたＰＭによって、フィルタ４には適切なＰＭの捕集状態が形成されていないことを意味する。したがって、この場合は、Ｓ１０１およびＳ１０２の判定結果は、フィルタ４においてＰＭのすり抜けが生じていることを示唆するものであったが、それは上記のような一過性の捕集率低下ではなく、何らかの定常的な捕集率の低下が存在することを示すものであって、フィルタ４が故障していると判定することができる（Ｓ２０６の処理）。
【００４３】
このように本制御によれば、フィルタ４において剥離しやすそうな状態にある捕集ＰＭを意図的に除去し、その後、多量のＰＭを供給することで、フィルタ４が正常であれば、そこに安定したＰＭの捕集状態を形成することができる。そのため、捕集ＰＭの剥離現象に影響されない、安定したフィルタの故障判定が実現される。
【符号の説明】
【００４４】
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
４ フィルタ
５ 噴射弁
６ 排気温度センサ
７ ＰＭセンサ
８ 差圧センサ
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、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、
前記フィルタに対して、該フィルタに流れ込む排気を介して未燃燃料を供給する未燃燃料供給部と、
前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記未燃燃料供給部によって未燃燃料の供給制御を行う制御部と、
前記制御部によって未燃燃料の供給制御が行われた前記フィルタに関し、前記ＰＭ検出部によって検出された粒子状物質量又は粒子状物質数に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、
を備える、フィルタ故障判定システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が前記所定捕集率以上となるまで、未燃燃料の供給制御を継続する、
請求項１に記載のフィルタ故障判定システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、
前記フィルタに流れ込む排気温度を上昇させる排気昇温部と、
前記フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質の濃度を上昇させるように前記内燃機関における燃焼状態を調整する燃焼調整部と、
前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記排気昇温部によって排気温度を所定温度まで昇温させた後に、前記燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度を所定の高濃度状態に制御する制御部と、
前記制御部によって粒子状物質濃度が制御された排気が流れ込んだ前記フィルタに関し、該フィルタによる粒子状物質の捕集率に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、
を備える、フィルタ故障判定システム。
【請求項４】
前記所定温度は、前記フィルタに捕集されている粒子状物質におけるＳＯＦを気化させ得る温度である、
請求項３に記載のフィルタ故障判定システム。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、
前記フィルタに対して、該フィルタに流れ込む排気を介して未燃燃料を供給する未燃燃料供給部と、
前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記未燃燃料供給部によって未燃燃料の供給制御を行う制御部と、
前記制御部によって未燃燃料の供給制御が行われた前記フィルタに関し、前記ＰＭ検出部によって検出された粒子状物質量又は粒子状物質数に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、
を備える、フィルタ故障判定システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が前記所定捕集率以上となるまで、未燃燃料の供給制御を継続する、
請求項１に記載のフィルタ故障判定システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタから流出する排気中に含まれる粒子状物質の量、又は該粒子状物質の数を検出するＰＭ検出部と、
前記フィルタに流れ込む排気温度を上昇させる排気昇温部と、
前記フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質の濃度を上昇させるように前記内燃機関における燃焼状態を調整する燃焼調整部と、
前記フィルタによって所定量以上の粒子状物質が捕集され、且つ該フィルタによる排気中の粒子状物質の捕集率が所定捕集率より低くなる所定のＰＭ捕集状態において、前記排気昇温部によって排気温度を所定温度まで昇温させた後に、前記燃焼調整部によって該フィルタに流れ込む排気に含まれる粒子状物質濃度を所定の高濃度状態に制御する制御部と、
前記制御部によって粒子状物質濃度が制御された排気が流れ込んだ前記フィルタに関し、該フィルタによる粒子状物質の捕集率に基づいて、前記フィルタの故障判定を行う判定部と、
を備える、フィルタ故障判定システム。
【請求項４】
前記所定温度は、前記フィルタに捕集されている粒子状物質におけるＳＯＦを気化させ得る温度である、
請求項３に記載のフィルタ故障判定システム。
【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２０１３−１０４３４９（Ｐ２０１３−１０４３４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８５９６（Ｐ２０１１−２４８５９６）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【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５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【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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