JP2005325812A - フィルタの故障判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パティキュレート量センサの出力特性のばらつきや経年変化による影響を補償しながら、フィルタの故障を精度良く判定することができるフィルタの故障判定装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関３の排気系５に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ１４の故障を判定するためのフィルタの故障判定装置１であって、故障判定装置１は、ＥＣＵ２と、排気系５のフィルタ１４よりも下流側において、排ガス中に含まれるパティキュレートの量を検出するパティキュレート量センサ２４とを備え、ＥＣＵ２は、フィルタ１４に流入する排ガス中に含まれるパティキュレートの量を変化させる（ステップ８，９）とともに、パティキュレート量を変化させているときにパティキュレート量センサ２４により検出されたパティキュレート量ＰＭＱの変化状態ＤＰＭＱに基づいて、フィルタ１４の故障を判定する（ステップ１３，１４，１６）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタの故障を判定するフィルタの故障判定装置に関する。

一般に、この種のフィルタにおけるパティキュレート（以下「ＰＭ」という）の堆積量が多くなると、排圧が上昇することによって、内燃機関の出力の低下や燃費の悪化を招く。このため、このような不具合を回避するために、フィルタをヒータで加熱することなどにより、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させることによって、フィルタを再生することが、従来から行われており、例えば特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示された排ガス浄化装置では、排気管のフィルタよりも下流側に、スモークメータが設けられている。このスモークメータは、一般的な光透過式のものであり、発光素子および受光素子を有している。また、このスモークメータは、発光素子から発せられ、排ガスを通って受光素子に受光される光の受光量が、排ガス中のＰＭの濃度が高いほど、より小さくなるという特性を利用したものであり、この受光量に基づいて、フィルタよりも下流側の排ガス中のＰＭの濃度（以下「下流側ＰＭ濃度」という）が測定される。そして、測定された下流側ＰＭ濃度が所定のしきい値を上回ったときに、フィルタの再生が実行される。

また、このタイプの排ガス浄化装置において、フィルタが故障すると、多量のＰＭが大気に放出されるおそれがあるため、そのような不具合を回避するために、フィルタの故障を判定することが必要である。この故障の判定手法として、例えば、上述したように設けられたスモークメータの出力を利用することが考えられる。すなわち、フィルタが故障すると、フィルタよりも下流側の排ガス中のＰＭの量が増大する傾向にあるので、測定された下流側ＰＭ濃度が所定のしきい値を上回ったときに、フィルタが故障していると判定することができる。

しかし、この判定手法では、測定された下流側ＰＭ濃度が一定のしきい値を上回ったときにフィルタが故障していると判定するに過ぎないので、スモークメータの出力特性の製造時のばらつきや経年変化の影響により、誤判定するおそれがある。例えば、前記スモークメータは、その測定の原理上、発光素子の発光面や受光素子の受光面が排ガスに晒されるので、長期間の使用により、これらの発光面や受光面に、フィルタで捕集しきれなかったＰＭが付着することは避けられない。そのように発光面や受光面にＰＭが付着すると、受光素子の受光量が低下することによって、下流側ＰＭ濃度が実際よりも全体として高めに出力される。このため、フィルタが故障しておらず、実際の下流側ＰＭ濃度が上記しきい値を上回っていなくても、測定された下流側ＰＭ濃度がしきい値を上回り、その結果、フィルタが故障していると誤判定するおそれがある。

また、スモークメータの出力特性の製造時のばらつきなどにより、測定された下流側ＰＭ濃度が逆に、実際の下流側ＰＭ濃度を下回る場合がある。その場合には、フィルタが故障していても、測定された下流側ＰＭ濃度がしきい値を上回らず、その結果、フィルタが故障していないと誤判定するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、パティキュレート量センサの出力特性のばらつきや経年変化による影響を補償しながら、フィルタの故障を精度良く判定することができるフィルタの故障判定装置を提供することを目的とする。

特開２００１−３５５４３３号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ１４の故障を判定するためのフィルタの故障判定装置１であって、フィルタ１４に流入する排ガス中に含まれるパティキュレートの量を変化させるパティキュレート量可変手段（ＥＣＵ２、図３のステップ８，９）と、排気系のフィルタ１４よりも下流側において、排ガス中に含まれるパティキュレートの量を検出するパティキュレート量センサ（ＰＭ量センサ２４）と、パティキュレート量可変手段によりパティキュレート量を変化させているときにパティキュレート量センサにより検出されたパティキュレート量（下流側ＰＭ量ＰＭＱ）の変化状態（ＰＭ変化量ＤＰＭＱ）に基づいて、フィルタ１４の故障を判定するフィルタ故障判定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１３，１４，１６）と、を備えることを特徴とする。

このフィルタの故障判定装置によれば、パティキュレート量可変手段により、フィルタに流入する排ガス中に含まれるパティキュレートの量（以下「流入ＰＭ量」という）が変化させられる。また、パティキュレート量センサにより、排気系のフィルタよりも下流側における排ガス中に含まれるパティキュレートの量（以下「下流側ＰＭ量」という）が検出される。さらに、流入ＰＭ量を変化させているときに検出された下流側ＰＭ量の変化状態に基づいて、フィルタ故障判定手段により、フィルタの故障が判定される。

フィルタが正常な場合には、パティキュレートがフィルタで良好に捕集されるので、下流側ＰＭ量は、流入ＰＭ量が変化しても、明確には変化しない。一方、フィルタが故障している場合には、排ガス中のパティキュレートが、フィルタで良好に捕集されずに、その下流側に流れるので、下流側ＰＭ量は、流入ＰＭ量に応じた大きさになり、また、流入ＰＭ量の変化に応じて明確に変化する。したがって、上記のように、流入ＰＭ量を変化させているときに検出された下流側ＰＭ量の変化状態に基づいて、フィルタの故障判定を行うことによって、この判定を精度良く行うことができる。

また、パティキュレート量センサの出力特性のばらつきや経年変化による影響により、検出された下流側ＰＭ量が実際の下流側ＰＭ量からずれていたとしても、フィルタが正常であれば、検出された下流側ＰＭ量は、実際の下流側ＰＭ量からずれるだけで、上記の影響がない場合と同様、変化する流入ＰＭ量に応じて明確には変化しない。一方、フィルタが故障しているときには、検出された下流側ＰＭ量は、流入ＰＭ量に応じて明確に変化する。したがって、上記のように、検出された下流側ＰＭ量の変化状態に基づいて故障判定を行うことにより、パティキュレート量センサの出力特性のばらつきや経年変化による影響を補償しながら、フィルタの故障判定を精度良く行うことができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフィルタの故障判定装置１において、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２０、アクセル開度センサ２５、車速センサ２６、ＥＣＵ２）と、検出された運転状態が所定の安定した運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ２）と、をさらに備え、フィルタ故障判定手段は、運転状態判定手段により、内燃機関３が所定の安定した運転状態にあると判定されたときに、フィルタ１４の故障の判定を実行する（図３のステップ２：ＹＥＳ）ことを特徴とする。

この構成によれば、検出された内燃機関の運転状態が所定の安定した運転状態にあるか否かが、運転状態判定手段によって判定されるとともに、内燃機関が所定の安定した運転状態にあると判定されたときに、フィルタの故障判定が実行される。

内燃機関の運転状態が安定していないときには、それに伴って内燃機関で生成されるパティキュレートの量が変動しやすく、そのようなパティキュレート量の変動が、前記パティキュレート量可変手段による流入ＰＭ量の変化を相殺するように、あるいは増幅するように作用することにより、流入ＰＭ量の制御を適切に行えない場合がある。このため、例えば、上記パティキュレート量の変動により流入ＰＭ量の変化が相殺される場合には、フィルタが故障していても、下流側ＰＭ量が明確には変化しない。これに対して、本発明では、上記のように内燃機関の運転状態が安定した状態にあると判定されたときにのみ故障判定を行うので、上記のような状況においてフィルタが故障していないと誤判定するような事態を回避でき、したがって、故障判定の精度を向上させることができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載のフィルタの故障判定装置１において、内燃機関３の運転状態と、内燃機関３における燃焼によって生成されるパティキュレートの量であるＰＭ量と、ＰＭ量を制御するための制御パラメータ（目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤ）との関係を記憶する制御パラメータ記憶手段（ＥＣＵ２、図５のステップ２２）と、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２０、ＥＣＵ２）と、ＰＭ量の目標となる目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤを決定する目標ＰＭ量決定手段（ＥＣＵ２、図５のステップ２１）と、制御パラメータ記憶手段に記憶された関係に基づき、検出された内燃機関３の運転状態および決定された目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤに応じて、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段（ＥＣＵ２、図５のステップ２２，２３）と、をさらに備え、パティキュレート量可変手段は、設定された制御パラメータに基づいて、ＰＭ量を目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤになるように制御する（ＥＣＵ２、図５のステップ２３）ことを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の運転状態と、内燃機関における燃焼によって生成されるＰＭ量と、ＰＭ量を制御するための制御パラメータとの関係が、制御パラメータ記憶手段により記憶されるとともに、目標ＰＭ量決定手段により目標ＰＭ量が決定される。また、制御パラメータ記憶手段に記憶された上記の関係に基づき、検出された内燃機関の運転状態および決定された目標ＰＭ量に応じて、制御パラメータが制御パラメータ設定手段により設定される。そして、設定された制御パラメータに基づいて、ＰＭ量が目標ＰＭ量になるように制御される。このように、内燃機関の運転状態および目標ＰＭ量に応じて設定した制御パラメータに基づいて、ＰＭ量を目標ＰＭ量になるように制御するので、内燃機関の運転状態にかかわらず、燃焼によって生成されるＰＭ量を目標ＰＭ量に制御できる。これにより、内燃機関の運転状態にかかわらず、流入ＰＭ量をフィルタの故障判定に適するように変化させることができ、したがって、この故障判定を精度良く行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。図１に示すように、フィルタの故障判定装置１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３は、気筒ごとにピストン３ａとシリンダヘッド３ｂを備えており、ピストン３ａとシリンダヘッド３ｂによって燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃焼室３ｃに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。高圧ポンプは、後述するＥＣＵ２による制御により、燃料タンク（図示せず）の燃料を、高圧に昇圧した後、コモンレールを介してインジェクタ６に送り、インジェクタ６はこの燃料を燃焼室３ｃに噴射する。インジェクタ６の燃料噴射の時間（燃料噴射量）およびタイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ２０ａが取り付けられている。このマグネットロータ２０ａとＭＲＥピックアップ２０ｂによって、クランク角センサ２０（運転状態検出手段）が構成されている。クランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４の途中に設けられたコンプレッサハウジング８ａと、これに回転自在に収容されたコンプレッサブレード８ｂと、排気管５の途中に設けられたタービンハウジング８ｃと、これに回転自在に収容されたタービンブレード８ｄと、これらのブレード８ｂ，８ｄを連結するシャフト８ｅと、複数の可変ベーン８ｆ（２つのみ図示）を有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによってタービンブレード８ｄが回転駆動された際に、これと一体のコンプレッサブレード８ｂも回転駆動されることにより、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

可変ベーン８ｆは、過給機８が発生する過給圧を変化させるためのものであり、タービンハウジング８ｃのタービンブレード８ｄを収容する部分の壁に回動自在に取り付けられている。また、各可変ベーン８ｆは、アクチュエータ９に機械的に連結されており、アクチュエータ９で駆動されることによって、その開度（以下「ベーン開度」という）が変化する。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、ベーン開度制御弁１０を介して、エンジン３を動力源とする負圧ポンプ（図示せず）に接続されている。負圧ポンプは、エンジン３の運転中、エンジン３で駆動されることにより負圧を発生し、ベーン開度制御弁１０を介してアクチュエータ９に供給する。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その弁開度がＥＣＵ２からの駆動信号に応じて変化することにより、アクチュエータ９に供給される負圧が変化する。この負圧の変化に伴い、アクチュエータ９を介して可変ベーン８ｆのベーン開度が変化することにより、過給圧が制御される。より具体的には、このベーン開度を閉じ側に変化させると、タービンブレード８ｄに流入する排ガスの流速が大きくなることにより、コンプレッサブレード８ｂから下流側に流れる吸入空気量が増大することによって、過給圧が上昇する。

また、吸気管４の過給機８よりも上流側および下流側には、エアフローセンサ２１および過給圧センサ２２がそれぞれ設けられている。エアフローセンサ２１は吸入空気量Ｑを検出し、過給圧センサ２２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４のインテークマニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール管路４ｂとバイパス管路４ｃに仕切られており、これらの管路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。

バイパス管路４ｃには、スワール装置１１が設けられている。スワール装置１１は、スワール弁１１ａと、これを開閉するアクチュエータ１１ｂと、スワール制御弁１１ｃを備えている。スワール装置１１は、スワール弁１１ａの開度を変化させることによって燃焼室３ｃ内にスワールを発生させるものであり、このスワールにより、燃焼室３ｃ内が攪拌される。アクチュエータ１１ｂは、スワール制御弁１１ｃを介して前記負圧ポンプに接続されている。アクチュエータ１１ｂおよびスワール制御弁１１ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されている。すなわち、スワール制御弁１１ｃは、電磁弁で構成されており、その弁開度がＥＣＵ２からの駆動信号に応じて変化し、それに応じて、ダイアフラム式のアクチュエータ１１ｂに供給される負圧が変化することによって、スワール弁１１ａの開度が制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１２ａおよびＥＧＲ制御弁１２ｂを有するＥＧＲ装置１２が設けられている。ＥＧＲ管１２ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、インテークマニホールド４ａの集合部のスワール管路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１２ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４に再循環され、それにより、エンジン３の燃焼温度が低下することで、排ガス中のＮＯｘが減少する。

ＥＧＲ制御弁１２ｂは、ＥＧＲ管１２ａに取り付けられており、リニア電磁弁で構成され、そのバルブリフト量がＥＣＵ２からの駆動信号に応じてリニアに変化する。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１２ｂのバルブリフト量を制御することにより、ＥＧＲ管１２ａを介して吸気管４に還流される排ガスの量であるＥＧＲガス量を制御する。

また、ＥＧＲ制御弁１２ｂには、バルブリフト量センサ２３が取り付けられており、このバルブリフト量センサ２３は、ＥＧＲ制御弁１２ｂのバルブリフト量ＬＡＣＴを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、触媒装置１３およびフィルタ１４が設けられている。この触媒装置１３は、ＮＯｘ触媒と酸化触媒（いずれも図示せず）を組み合わせたものである。このＮＯｘ触媒は、エンジン３に供給される混合気の空燃比がリーンの場合には、排ガス中のＮＯｘを吸着し、排ガスを浄化するとともに、空燃比がリッチの場合には、吸着したＮＯｘを還元するという特性を有する。上記酸化触媒は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。

フィルタ１４は、多孔質セラミックなどで構成されたハニカムコア（図示せず）を有しており、排ガス中の煤などのパティキュレート（以下「ＰＭ」という）を捕集することによって、大気に排出されるＰＭの量を低減する。また、フィルタ１４のハニカムコアには、触媒装置１３と同様の酸化触媒（図示せず）が担持されている。

さらに、排気管５のフィルタ１４よりも下流側には、ＰＭ量センサ２４（パティキュレート量センサ）が設けられている。ＰＭ量センサ２４は、排ガス中のＰＭの濃度を検出する光透過式の濃度センサと、排ガスの流量を検出する流量センサとを組み合わせたものであり、排気管５のフィルタ１４よりも下流側を流れる排ガス中に含まれるＰＭの量（以下「下流側ＰＭ量」という）ＰＭＱ（検出されたパティキュレート量）を検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５（運転状態検出手段）および車速センサ２６（運転状態検出手段）が接続されている。アクセル開度センサ２５はアクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを検出し、車速センサ２６は車速を検出し、それらの検出信号は、ＥＣＵ２に出力される。

また、ＥＣＵ２には、警告ランプ１５が接続されており、ＥＣＵ２は、後述する故障判定処理により、フィルタ１４が故障していると判定したときに、その旨を運転者に知らせるために、この警告ランプ１５を点灯させる。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ２０〜２６からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別し、判別した運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、フィルタ１４の故障を判定する故障判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２により、パティキュレート量可変手段、フィルタ故障判定手段、運転状態検出手段、運転状態判定手段、制御パラメータ記憶手段、目標ＰＭ量決定手段、および制御パラメータ設定手段が構成される。

次いで、本発明の第１実施形態による故障判定処理について、図３を参照しながら説明する。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、故障判定完了フラグＦ＿ＶＦＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、フィルタ１４の故障判定がすでに完了しているときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１の答がＮＯで、故障判定が完了していないときには、故障判定許可フラグＦ＿ＯＫが「１」であるか否かを判別する（ステップ２）。この故障判定許可フラグＦ＿ＯＫは、故障判定の実行条件が成立していると判定されたときには、「１」にセットされ、それ以外のときには、「０」にセットされるものである。この実行条件は、次の（ａ）〜（ｃ）の条件がすべて成立しているときに、エンジン３が安定したアイドル運転状態にあるとして、成立していると判定される。

（ａ）車両の停止時であること
（ｂ）エンジン回転数ＮＥの単位時間当たりの変化量の絶対値が、所定
の回転変化量（例えば９００ｒｐｍ／ｓｅｃ）よりも小さいこと
（ｃ）アクセル開度ＡＰの単位時間当たりの変化量の絶対値が、所定の
開度変化量（例えば５゜／ｓｅｃ）よりも小さいこと

以上の条件を実行条件とするのは、次の理由による。すなわち、後述するように、本処理による故障判定は、エンジン３の燃焼によって生成されるＰＭの量（以下「生成ＰＭ量」という）を強制的に増加させているときの下流側ＰＭ量ＰＭＱの増加度合に基づいて、フィルタ１４の故障を判定する。また、上述したような３つの条件のいずれかが成立していないときには、エンジン３が不安定な運転状態にあるために、生成ＰＭ量が変動し、この生成ＰＭ量の変動が、上記の意図的な生成ＰＭ量の増加に干渉してしまい、故障判定の精度が低下するおそれがあるためである。

前記ステップ２の答がＮＯで、故障判定の実行条件が成立していないときには、判定実行中フラグＦ＿ＶＦを「０」にリセットする（ステップ３）とともに、ダウンカウント式のディレイタイマのタイマ値ＴＭＤＰＦＪＵＤを、所定時間ＴＭＲＥＦ（例えば１０ｓｅｃ）にセットし（ステップ４）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２の答がＹＥＳで、Ｆ＿ＯＫ＝１、すなわち、故障判定の実行条件が成立しているときには、判定実行中フラグＦ＿ＶＦが「１」であるか否かを判別する（ステップ５）。この答がＮＯで、今回が、実行条件が成立した最初のループであるときには、そのときの下流側ＰＭ量ＰＭＱを第１ＰＭ量ＰＭＱ１として設定する（ステップ６）とともに、判定実行中フラグＦ＿ＶＦを「１」にセットし（ステップ７）、ステップ８に進む。このステップ７の実行により、次回以降のループでは、上記ステップ５の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ６および７をスキップし、ステップ８に進む。

このステップ８およびこれに続くステップ９では、故障判定を行うべく、生成ＰＭ量を増加させるためのエンジン制御を行う。まず、ステップ８では、目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤに所定のＥＧＲ加算項ＥＡＤＤ（例えば１０ｇ／ｓｅｃ）を加算した値を、目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤとして設定する。この目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤは、目標ＥＧＲガス量決定処理（図示せず）において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって決定される。また、目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤに応じて、ＥＧＲ制御弁１２ｂの開度を制御することにより、ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤになるように制御される。

次いで、ステップ９では、目標過給圧ＰＣＣＭＤから所定の過給圧減算項ＰＳＵＢ（例えば１０ｋＰａ）を減算した値を、目標過給圧ＰＣＣＭＤとして設定する。この目標過給圧ＰＣＣＭＤは、目標過給圧決定処理（図示せず）において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって決定される。また、目標過給圧ＰＣＣＭＤに応じて、可変ベーン８ｆのベーン開度を制御することにより、過給圧ＰＡＣＴが目標過給圧ＰＣＣＭＤになるように制御される。

次に、前記ステップ４でセットしたディレイタイマのタイマ値ＴＭＤＰＦＪＵＤが、値０であるか否かを判別する（ステップ１０）。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、この答がＹＥＳで、ＴＭＤＰＦＪＵＤ＝０のとき、すなわち、実行条件の成立後、所定時間ＴＭＲＥＦが経過したときには、そのときの下流側ＰＭ量ＰＭＱを第２ＰＭ量ＰＭＱ２として設定し（ステップ１１）、後述するステップ１２に進む。

以上のように、故障判定の実行条件が成立すると（ステップ２：ＹＥＳ）、そのときの下流側ＰＭ量ＰＭＱを第１ＰＭ量ＰＭＱ１として記憶する（ステップ６）とともに、故障判定用のエンジン制御の実行を開始する。すなわち、目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤを増大する（ステップ８）ことにより、ＥＧＲガス量を増大させるとともに、目標過給圧ＰＣＣＭＤを低減する（ステップ９）ことにより、過給圧が低減される。

ＥＧＲガス量を増大させると、燃焼温度が低下することにより、生成ＰＭ量が増加する。また、ＥＧＲガス量を増大させると、ＥＧＲガスの還流に伴って燃焼室３ｃ内に流入する、ＰＭの核となる物質の量が増加することにより、ＰＭが生成されやすくなるので、それによっても生成ＰＭ量が増加する。さらに、過給圧を低減すると、燃焼温度が低下することにより、生成ＰＭ量が増加する。以上のようにして、故障判定のために、生成ＰＭ量が強制的に増加させられ、そのような生成ＰＭ量の強制的な増加が継続される。

そして、実行条件の成立後、すなわち、故障判定用のエンジン制御の実行開始後、所定時間ＴＭＲＥＦが経過したとき（ステップ１０：ＹＥＳ）には、そのときの下流側ＰＭ量ＰＭＱを第２ＰＭ量ＰＭＱ２として設定する（ステップ１１）。このように、故障判定用のエンジン制御の実行開始から十分な時間が経過するのを待つことによって、生成ＰＭ量が確実かつ十分に増加したときの下流側ＰＭ量ＰＭＱを、第２ＰＭ量ＰＭＱ２として設定することができる。

前記ステップ１２では、前記ステップ１１で設定した第２ＰＭ量ＰＭＱ２から、前記ステップ６で設定した第１ＰＭ量ＰＭＱ１を減算することにより、ＰＭ変化量ＤＰＭＱ（検出されたパティキュレート量の変化状態）を算出する。次いで、算出したＰＭ変化量ＤＰＭＱが、所定の判定値ＤＰＭＱＪＵＤ（例えば１ｍｇ／ｓｅｃ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ１３）。

この答がＹＥＳのとき、すなわち、生成ＰＭ量を強制的に増加させた場合において、その前後間におけるＰＭ変化量ＤＰＭＱが小さいときには、フィルタ１４がＰＭを良好に捕集しているとして、フィルタ１４が正常であると判定する。そして、このことを表すために、故障フラグＦ＿ＦＤＰＦを「０」にセットする（ステップ１４）とともに、故障判定が完了したことを表すために、故障判定完了フラグＦ＿ＶＦＤＯＮＥを「１」にセットし（ステップ１５）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１３の答がＮＯで、ＤＰＭＱ≧ＤＰＭＱＪＵＤのときには、ＰＭ変化量ＤＰＭＱが大きく、下流側ＰＭ量ＰＭＱが増加された生成ＰＭ量に応じて明確に増加しているため、フィルタ１４がＰＭを良好に捕集していないとして、フィルタ１４が故障していると判定する。そして、このことを表すために故障フラグＦ＿ＦＤＰＦを「１」にセットする（ステップ１６）とともに、上記ステップ１５を実行し、本処理を終了する。このように、故障フラグＦ＿ＦＤＰＦが「１」にセットされるのに伴って、前述した警告ランプ１５が点灯される。

図４は、以上の故障判定処理による下流側ＰＭ量ＰＭＱの推移の一例を、フィルタ１４が（ａ）故障している場合と、（ｂ）正常な場合について示している。

フィルタ１４が故障している場合には、同図（ａ）に示すように、故障判定の実行条件が成立し、前述した故障判定用のエンジン制御の実行が開始されると（時点ｔ１）、この制御により増加する生成ＰＭ量に応じて、下流側ＰＭ量ＰＭＱが大きく増加する。そして、故障判定用のエンジン制御の実行開始後、所定時間ＴＭＲＥＦが経過したとき（時点ｔ２）には、そのときの下流側ＰＭ量ＰＭＱである第２ＰＭ量ＰＭＱ２は、この制御の実行開始時のＰＭＱである第１ＰＭ量ＰＭＱ１よりも非常に大きくなり、両者の差分であるＰＭ変化量ＤＰＭＱが判定値ＤＰＭＱＪＵＤよりも大きくなる。したがって、ＰＭ変化量ＤＰＭＱが判定値ＤＰＭＱＪＵＤ以上のときに、フィルタ１４が故障していると判定することができる。

一方、フィルタ１４が正常な場合には、図４（ｂ）に示すように、故障判定用のエンジン制御の実行開始後（時点ｔ１以降）、この制御によって生成ＰＭ量が増加しても、下流側ＰＭ量ＰＭＱがほとんど増加しない。このため、第２ＰＭ量ＰＭＱ２の大きさは、第１ＰＭ量ＰＭＱ１とほとんど変わらず、ＰＭ変化量ＤＰＭＱが判定値ＤＰＭＱＪＵＤよりも小さくなる。したがって、ＰＭ変化量ＤＰＭＱが判定値ＤＰＭＱＪＵＤよりも小さいときに、フィルタ１４が正常であると判定することができる。

以上のように、本実施形態によれば、生成ＰＭ量を増加させているときに検出された下流側ＰＭ量ＰＭＱの増加度合に基づいて、フィルタ１４の故障を判定するので、ＰＭ量センサ２４の出力特性のばらつきや経年変化による影響を補償しながら、この判定を精度良く行うことができる。また、故障判定を、その実行条件が成立しているとき、すなわちエンジン３が安定した運転状態にあるときに実行するので、生成ＰＭ量の変動による影響を受けることなく、故障判定の精度を向上させることができる。

さらに、生成ＰＭ量を増加させる故障判定用のエンジン制御を、エンジン３が安定した運転状態にあるときに実行するので、この制御に伴うエンジン３の運転状態の変化を抑えることができる。したがって、所望のドライバビリティーを維持しながら、フィルタ１４の故障を判定することができる。

次に、本発明の第２実施形態による故障判定処理を、図５を参照しながら説明する。本処理は、前述した第１実施形態による図３の処理と比較して、故障判定用のエンジン制御の手法が異なっている。具体的には、第１実施形態の故障判定用のエンジン制御では、生成ＰＭ量が単純に増加するように、ＥＧＲガス量および過給圧を制御するのに対し、本処理では、生成ＰＭ量が後述する目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤになるように、ＥＧＲガス量が制御される。

本処理を示す図５のフローチャートにおいては、第１実施形態による処理と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を用いて示している。また、同図から明らかなように、本処理は、図３の処理と比較して、前記ステップ２〜４が省略されている点と、前記ステップ６に続く処理としてステップ２１の処理を実行する点と、図３の前記ステップ８および９の処理に代えて、ステップ２２および２３の処理を実行する点のみが異なっている。以下、これらの相違点を中心として説明する。なお、前述した判定実行中フラグＦ＿ＶＦおよびディレイタイマのタイマ値ＴＭＤＰＦＪＵＤは、エンジン３の始動時に、「０」および所定時間ＴＭＲＥＦにそれぞれセットされる。

ステップ６に続くステップ２１では、目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤを決定する。具体的には、例えば、エンジン回転数ＮＥ、目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤおよび目標過給圧ＰＣＣＭＤに応じ、図示しないマップを検索することによって、現在の生成ＰＭ量を推定し、推定した生成ＰＭ量に所定の加算項を加算した値を、目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤとして決定する。

前記ステップ７に続くステップ２２では、エンジン回転数ＮＥ、決定された目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤ、および第１実施形態で述べたのと同様にして決定された目標過給圧ＰＣＣＭＤに応じて、ＶＦＥＧＲＭマップ（図示せず）を検索することにより、故障判定用ＥＧＲマップ値ＶＦＥＧＲＭを求める。

次に、ステップ２３では、求めた故障判定用ＥＧＲマップ値ＶＦＥＧＲＭを目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤ（制御パラメータ）として設定する。このようなＥＧＲガス量の制御により、生成ＰＭ量が目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤになるように、増加側に制御される。また、前記ステップ１０および１１により、生成ＰＭ量が目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤ付近まで確実に増加したときの下流側ＰＭ量ＰＭＱを、第２ＰＭ量ＰＭＱ２として設定することができる。

上記ＶＦＥＧＲＭマップは、エンジン回転数ＮＥ、生成ＰＭ量、過給圧およびＥＧＲガス量の関係をあらかじめ実験によって求め、その結果を、前三者を入力とし、ＥＧＲガス量を出力として表したものである。したがって、このように設定された故障判定用ＥＧＲマップ値ＶＦＥＧＲＭに基づいてＥＧＲガス量を制御することによって、エンジン３の運転状態にかかわらず、生成ＰＭ量を目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤに制御でき、それにより、生成ＰＭ量をフィルタの故障判定に適するように変化させることができる。したがって、エンジン３の運転状態にかかわらず、フィルタの故障判定を精度良く行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、ＰＭ量センサ２４によって検出された下流側ＰＭ量ＰＭＱを用いて、フィルタ１４の故障を判定したが、これに代えて、フィルタ１４の下流側の排ガス中のＰＭの濃度を検出し、その検出結果を用いて判定してもよい。

また、実施形態では、生成ＰＭ量の制御を、ＥＧＲガス量および過給圧を制御することによって行っているが、これを他の適当な任意の手法によって行ってもよい。例えば、インジェクタ６による燃料噴射の時間およびタイミングや、スワール装置１１によるスワールの強さを制御することなどによって行ってもよい。

さらに、実施形態では、流入ＰＭ量を、生成ＰＭ量を変化させることによって変化させたが、フィルタ１４よりも上流側において、他の適当な任意の手法によって変化させてもよい。また、実施形態では、流入ＰＭ量を変化させるために、生成ＰＭ量を増加させたが、これに代えて、生成ＰＭ量を減少させてもよい。

さらに、第１実施形態では、エンジン３が安定したアイドル運転状態にあるときに、故障判定を行っているが、エンジン３が安定した運転状態にあれば、その他の状況において故障判定を行ってもよい。例えば、車速ＶＰが一定で、エンジン３の運転状態が変化しないような車両のクルーズ走行中に故障判定を行ってもよい。

また、エンジン３が上記以外の運転状態にあるときに、故障判定を行ってもよい。この場合には、第１実施形態による故障判定の手法では、エンジン３の運転状態の変化に伴う生成ＰＭ量の変動が、故障判定の精度に影響を及ぼしやすいので、その影響を回避するために、生成ＰＭ量の制御による変化量を上記の生成ＰＭ量の変動量よりも大きくなるように設定するのが好ましい。

さらに、第２実施形態では、生成ＰＭ量を目標ＰＭ量ＰＭＣＭＤに制御するための制御パラメータとして、目標ＥＧＲガス量ＥＧＲＣＭＤを用いたが、これに代えて、目標過給圧ＰＣＣＭＤを用いてもよく、さらには、ＰＭの生成に影響を及ぼす他の任意のパラメータ、例えば、燃料噴射の時間およびタイミングや、スワールの強さを用いてもよい。

さらに、本発明は、車両に搭載されたエンジン３に適用されたフィルタの故障判定装置１に限らず、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関のフィルタの故障判定装置に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明のフィルタの故障判定装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 フィルタの故障判定装置を示す図である。 本発明の第１実施形態による故障判定処理を示すフローチャートである。 本発明のフィルタの故障判定装置による下流側ＰＭ量ＰＭＱの推移の一例を、（ａ）フィルタが故障している場合と、（ｂ）フィルタが正常な場合について示す図である。 本発明の第２実施形態による故障判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ フィルタの故障判定装置
２ ＥＣＵ（パティキュレート量可変手段、フィルタ故障判定手段、運転状
態検出手段、運転状態判定手段、制御パラメータ記憶手段、目
標ＰＭ量決定手段、制御パラメータ設定手段）
３ エンジン
５ 排気管（排気系）
１４ フィルタ
２０ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２４ ＰＭ量センサ（パティキュレート量センサ）
２５ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
２６ 車速センサ（運転状態検出手段）
ＰＭＱ 下流側ＰＭ量（検出されたパティキュレート量）
ＤＰＭＱ ＰＭ変化量（検出されたパティキュレート量の変化状態）
ＥＧＲＣＭＤ 目標ＥＧＲガス量（制御パラメータ）
ＰＭＣＭＤ 目標ＰＭ量

Claims (3)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタの故障を判定するためのフィルタの故障判定装置であって、
   前記フィルタに流入する排ガス中に含まれるパティキュレートの量を変化させるパティキュレート量可変手段と、
   前記排気系の前記フィルタよりも下流側において、排ガス中に含まれるパティキュレートの量を検出するパティキュレート量センサと、
   前記パティキュレート量可変手段により前記パティキュレート量を変化させているときに前記パティキュレート量センサにより検出されたパティキュレート量の変化状態に基づいて、前記フィルタの故障を判定するフィルタ故障判定手段と、
   を備えることを特徴とするフィルタの故障判定装置。
2. 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された運転状態が所定の安定した運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、をさらに備え、
   前記フィルタ故障判定手段は、前記運転状態判定手段により、前記内燃機関が前記所定の安定した運転状態にあると判定されたときに、前記フィルタの故障の判定を実行することを特徴とする、請求項１に記載のフィルタの故障判定装置。
3. 前記内燃機関の運転状態と、前記内燃機関における燃焼によって生成されるパティキュレートの量であるＰＭ量と、当該ＰＭ量を制御するための制御パラメータとの関係を記憶する制御パラメータ記憶手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記ＰＭ量の目標となる目標ＰＭ量を決定する目標ＰＭ量決定手段と、
   前記制御パラメータ記憶手段に記憶された前記関係に基づき、前記検出された内燃機関の運転状態および前記決定された目標ＰＭ量に応じて、前記制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、をさらに備え、
   前記パティキュレート量可変手段は、前記設定された制御パラメータに基づいて、前記ＰＭ量を前記目標ＰＭ量になるように制御することを特徴とする、請求項１に記載のフィルタの故障判定装置。

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