JP2010090821A - フィルタ故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気ガス中のＰＭを捕集するためのＰＭフィルタが故障しているか否かを、当該内燃機関の各種構成要素の性能が標準的な性能と大きく異なっていても、正確に検出できるフィルタ故障検出装置を提供する。
【解決手段】フィルタ故障検出装置を、フィルタ再生処理時のＰＭの酸化による発熱量からＰＭフィルタから酸化除去されたＰＭ量である酸化ＰＭ量を求めると共に、酸化ＰＭ量の推定ＰＭ堆積量（運転状態に基づくＰＭ堆積量の推定結果）に対する割合である比例係数Ｃを算出し（Ｓ１０５、Ｓ１０６）、実際のＰＭフィルタの故障検出は、その時点における推定ＰＭ堆積量に比例係数Ｃを乗じた値を用いて行う装置等として構成しておく。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質：Particulate Matter）を捕集するためのＰＭフィルタが故障しているか否かを検出するフィルタ故障検出装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられるＰＭフィルタは、その内部に堆積しているＰＭ量（以下、ＰＭ堆積量と表記する）が過度に多くなってからフィルタ再生処理（ＰＭフィルタ内のＰＭを酸化除去するための処理）を行うと、熱劣化や溶損が生じ得るものとなっているが、そのような現象の発生を防止するためには、ＰＭ堆積量が過度に多くなる前にフィルタ再生処理が開始されるようにすれば良い。このため、前回のフィルタ再生処理完了後、現時点までの間に内燃機関から排出されたＰＭ量（以下、ＰＭ排出量と表記する）をその運転状態から算出し、算出したＰＭ排出量をＰＭ堆積量として用いてフィルタ再生処理の開始タイミングを決定する内燃機関システム（例えば、特許文献１参照）が開発されている。さらに、ＰＭフィルタ前後の圧力差等から現時点におけるＰＭ堆積量を算出し、算出したＰＭ堆積量に基づきフィルタ再生処理の開始タイミングを決定する内燃機関システム（例えば、特許文献２〜４参照）も開発されている。

また、ＰＭフィルタが故障したことを検出できる内燃機関システムも開発されている。具体的には、内燃機関の運転状況からＰＭ排出量を算出すると共に、フィルタ再生処理によって酸化除去されたＰＭ量をＰＭフィルタの最高到達温度から算出し、算出した両ＰＭ量の比率からＰＭフィルタの故障検出を行う内燃機関システム（例えば、特許文献１参照）が開発されている。さらに、現時点（各時点）におけるＰＭ排出量とＰＭフィルタ前後の圧力差等との関係から、ＰＭフィルタの故障検出を行う内燃機関システムも開発されている。

特開２００６−３１６６４７号公報 特開２００７−２６２９８３号公報 特開２００７−１５４７８３号公報 特開２００７−０６４１４８号公報

上記したように、現在、行われているＰＭフィルタの故障検出手順は、ＰＭ排出量を算出し、算出したＰＭ排出量と他の情報とを比較することによりＰＭフィルタが故障しているか否かを検出するものとなっている。ただし、ＰＭ排出量は、内燃機関の運転状態（各種センサの出力、燃料噴射弁に噴射させた燃料量）に基づき算出される値である。そして、内燃機関の各種構成要素（燃料噴射弁、各種センサ）には、個体差（性能のばらつき）がある。このため、現在、行われているＰＭフィルタの故障検出手順は、ＰＭフィルタに接続されている内燃機関の各種構成要素の性能が標準的な性能と大きく異なっている場合、実際のＰＭ堆積量と比較的に大きく異なる排出ＰＭ量が算出される結果として、ＰＭフィルタの状態（故障しているか否かの別）を誤判定してしまうことが結構あるものとなっている。

そこで、本発明の課題は、ＰＭフィルタが故障しているか否かを、当該内燃機関の各種構成要素の性能が標準的な性能と大きく異なっていても、正確に検出できるフィルタ故障検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の、内燃機関の排気ガス中のＰＭを捕集するためのＰＭフィルタが故障しているか否かを検出するフィルタ故障検出装置は、前記ＰＭフィルタ内に堆積しているＰＭを酸化除去するためのフィルタ再生処理を実行可能なフィルタ再生処理実行手段と、前記ＰＭフィルタ内に現時点において堆積しているＰＭ量の推定値を記憶しておくための推定値記憶手段と、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出されるＰＭ量を算出し算出したＰＭ量を前記推定値記憶手段上の推定値に加算する処理を繰り返す手段であると共に、前記フィルタ再生処理が前記フィルタ再生処理実行手段により実行され処理が完了される度に前記推定値記憶手段上の推定値を“０”に変更する手段である推定値更新手段と、前記フィルタ再生処理実行手段による前記フィルタ再生処理の実行時に、当該フィルタ再生処理の実行により前記ＰＭフィルタ内から酸化除去されたＰＭ量を前記ＰＭフィルタ内におけるＰＭの酸化による発熱量から算出するＰＭ量算出処理を実行するＰＭ量算出処理手段と、少なくとも前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差と前記ＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量とを用いて前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する故障検出手段とを備える。

すなわち、内燃機関の運転状態に基づき、前回のフィルタ再生処理が完了した後（或いは、内燃機関が初めて始動された後）、或る時点までの間に内燃機関から排出された総ＰＭ量をＰＭ堆積量として算出すると、内燃機関の個体差の影響を受けて、算出結果（推定値更新手段によって更新される推定値記憶手段上の推定値）が実際のＰＭ堆積量と大きく異なる場合がある。これに対して、“フィルタ再生処理の実行により前記ＰＭフィルタ内から酸化除去されたＰＭ量を当該フィルタ再生処理実行中の前記ＰＭフィルタ内におけるＰＭの酸化による発熱量から算出するＰＭ量算出処理”によれば、内燃機関の固体差の影響をあまり受けない形で、フィルタ再生処理開始時におけるＰＭ堆積量を算出することが出来る。

また、ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差は、ＰＭ堆積量が一定であっても、ＰＭフィルタの状態によって大きく値が変わる情報である。そして、本発明のフィルタ故障検出装置は、『少なくとも前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差と前記ＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量とを用いて前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する故障検出手段』を備えているのであるから、このフィルタ故障検出装置を用いれば、ＰＭフィルタが故障しているか否かを正確に検出できることになる。

本発明のフィルタ故障検出装置の故障検出手段としては、ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差（フィルタ再生処理後の圧力差や、フィルタ再生処理前後の圧力差）とＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量のみに基づき、ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する手段を採用することも出来る。

また、前記ＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量と、前記ＰＭ量算出処理の開始時点における前記推定値記憶手段上の前記推定値とに基づき、前記推定値を前記ＰＭ量算出処理により算出されるＰＭ量に相当する補正ＰＭ量に変換するための変換係数を算出する変換係数算出手段を、フィルタ故障検出装置に付加しておき、故障検出手段として、前記推定値記憶手段上の推定値を前記変換係数算出手段によって算出された前記変換係数を用いて前記補正ＰＭ量に変換し、当該補正ＰＭ量と前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差とに基づき前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する手段を採用しておくことも出来る。なお、この構成を採用しておけば、フィルタ再生処理が実行中でない場合には、いつでも、ＰＭフィルタが故障しているか否かを正確に検出できるフィルタ故障検出装置を実現できることになる。

本発明のフィルタ故障検出装置を実現するに際して、フィルタ再生処理実行手段としてはさまざまなものを採用することが出来る。ただし、フィルタ再生処理実行手段を、必要以上に長くフィルタ再生処理を実行する手段（ＰＭがほぼ完全に酸化除去できたか否かを検出／判定しない手段）としておくと、フィルタ再生処理のためにエネルギー（燃料等）が無駄に消費されることになる。このため、フィルタ再生処理実行手段としては、実行を開始した前記フィルタ再生処理の終了タイミングを、前記ＰＭフィルタへ流入する排気ガスの温度と前記ＰＭフィルタから排出される排気ガスの温度とに基づき決定する手段（例えば、両温度が一致したときや、両温度の差が所定値内に収まったときにフィルタ再生処理を終了する手段）を採用しておくことが望ましい。

また、本発明のフィルタ故障検出装置を実現するに際して、前記ＰＭ量算出処理手段として、前記フィルタ再生処理が前記フィルタ再生処理実行手段によって実行され処理が完了される度に、前記ＰＭ量算出処理を実行する手段を採用し、前記変換係数算出手段として、前記ＰＭ量算出処理が実行される度に前記変換係数を算出する手段を採用し、前記故障検出手段として、前記変換係数算出手段により最も最近算出された前記変換係数を用いて、前記推定値を前記補正ＰＭ量に変換する手段を採用しておくことも出来る。なお、このような構成を採用しておけば、推定ＰＭ堆積量の算出に関係する内燃機関の各種構成要素（燃料噴射弁、燃料噴射量を決定するために、その測定値が使用される各種センサ）の性能が変化（劣化）しても、ＰＭフィルタが故障しているか否かを正確に検出できるフィルタ故障検出装置を実現できることになる。

また、本発明のフィルタ故障検出装置の故障検出手段は、ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差とＰＭ量のみに基づきＰＭフィルタが故障しているか否かを検出するものであっても良い。ただし、そのようなアルゴリズムによる故障検出では、ＰＭフィルタが故障しているか否かを正確に検出できる運転状態が限られることになる。従って、故障検出手段としては、前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差と前記ＰＭフィルタを流れる排気ガスの流量とを特定し、特定した圧力差及び流量と前記ＰＭ量とに基づき前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する手段を採用しておくことが望ましい。

本発明によれば、ＰＭフィルタが故障しているか否かを、当該内燃機関の各種構成要素の性能が標準的な性能と大きく異なっていても、正確に検出できるフィルタ故障検出装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０を備えた内燃機関システムの構成を示す。

この内燃機関システムが備える内燃機関１０は、複数の気筒１１を有する圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１０には、図示せぬサプライポンプから送られてきた高圧燃料を溜めておくためのコモンレール１２、コモンレール１２内の高圧燃料を各気筒１１内へ噴射するための複数の燃料噴射弁１３が取り付けられている。また、内燃機関１０には、内燃機関１０内を循環する冷却水の温度を測定するための水温センサ２０や、内燃機関１０の回転数（クランクシャフトの姿勢）を検出するためのクランクポジションセンサ２１も取り付けられている。

内燃機関１０の各気筒１１には、吸気通路１５が接続されている。この吸気通路１５の途中には、ターボチャージャ１６の構成要素であるコンプレッサハウジング１６ａ、コンプレッサハウジング１６ａからの圧縮空気を冷却するためのインタークーラ１７、各気筒１１の吸気量を調整するための吸気絞り弁１８が配置されている。また、吸気通路１５には、通路内を流れる空気量を測定するためのエアフローメータ１９が取り付けられている。

内燃機関１０の各気筒１１には、排気通路２５も接続されている。この排気通路２５の途中には、コンプレッサハウジング１６ａの駆動源であるタービンハウジング１６ｂ（ターボチャージャ１６の構成要素）、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質：Particulate Matter）を捕集するためのＰＭフィルタ２６（いわゆるＤＰＦ）が配置されている。また、排気通路２５には、ＰＭフィルタ２６に入る排気ガスの温度を測定するための入口温度センサ２７ｉ、ＰＭフィルタ２６から排出される排気ガスの温度を測定するための出口温度センサ２７ｏ、及び、ＰＭフィルタ２６の上流部分と下流部分の圧力差（以下、フィルタ差圧と表記する）を測定するための差圧センサ２８が取り付けられている。

内燃機関１０には、排気通路２５を流れる排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと表記する）を吸気通路１５内に戻すためのＥＧＲ通路２２も取り付けられている。このＥＧＲ通路２２の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁２４とが配置されている。

フィルタ故障検出装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等で構成された装置である。このフィルタ故障検出装置３０は、エンジン制御処理、フィルタ故障検出処理、ＰＭ堆積量推定・制御処理等を実行する機能を有している。なお、エンジン制御処理とは、上記した各種センサの測定値、図示せぬアクセル開度センサの測定値等に基づき、内燃機関１０を制御する（燃料噴射弁１３による燃料噴射量、吸気絞り弁１８の開度等を調整する）処理のことである。

フィルタ故障検出装置３０が実行するエンジン制御処理は、内燃機関１０用の既存のＥＣＵ（電子制御ユニット、エンジン制御ユニット）が実行するエンジン制御処理と同内容のものとなっている。このため、以下では、フィルタ故障検出装置３０が実行するフィルタ故障検出処理、ＰＭ堆積量推定・制御処理の内容のみを説明することにする。

まず、ＰＭ堆積量推定・制御処理の内容を説明する。

ＰＭ堆積量推定・制御処理は、エンジン制御処理による燃料噴射弁１３の制御と同期した形で実行される、図２に示した手順の処理である。なお、実際のＰＭ堆積量推定・制御処理は、運転状態（ドライバの操作内容）によっては、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の処理が中断されることがある処理なのであるが、図２は、各処理が中断された場合の処理手順の表記を省略したものとなっている。

このため、まず、この図２を用いて、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の処理が中断されない場合におけるＰＭ堆積量推定・制御処理の内容を一旦説明してから、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の処理が中断された場合におけるＰＭ堆積量推定・制御処理の内容を説明することにする。また、以下の説明では、ＰＭフィルタ２６の入口部分における排気ガスの温度（入口温度センサ２７ｉによって測定される温度）のことをＴinと表記し、ＰＭフィルタ２６の出口部分における排気ガスの温度（出口温度センサ２７ｏによって測定される温度）のことを、Ｔoutと表記することにする。

図２に示してあるように、ＰＭ堆積量推定・制御処理を開始したフィルタ故障検出装置
３０は、まず、推定ＰＭ堆積量更新処理（ステップＳ１０１）を行う。

推定ＰＭ堆積量更新処理は、内燃機関１０のＰＭ排出量を内燃機関１０の運転状態に基づき算出し、算出したＰＭ排出量を、フィルタ故障検出装置３０内のＲＡＭに記憶されている推定ＰＭ堆積量（初期値が“０”の数値情報）に加算する処理である。この推定ＰＭ堆積量更新処理時に算出されるＰＭ排出量は、推定ＰＭ堆積量の前回の更新時（ステップＳ１０１又はＳ１０７の処理実行時）以後に内燃機関１０から排出されたＰＭ量である。なお、フィルタ故障検出装置３０が実際に実行する推定ＰＭ堆積量更新処理は、自装置内のＲＯＭ上に記憶されている図３に示した内容のエンジン排出ＰＭ量マップから、燃料噴射弁１３に噴射させた燃料量（図３では、燃料噴射量）に対応づけられているＰＭ排出量を読み出して、読み出したＰＭ排出量を推定ＰＭ堆積量に加算する処理となっている。

推定ＰＭ堆積量更新処理を終えたＥＣＵ３０は、その時点における推定ＰＭ堆積量が、予め設定されている再生開始堆積量以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。そして、フィルタ故障検出装置３０は、推定ＰＭ堆積量が再生開始堆積量未満であった場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には、このＰＭ堆積量推定・制御処理を終了する。

一方、推定ＰＭ堆積量が再生開始堆積量以上であった場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、フィルタ故障検出装置３０は、比例係数Ｃ（詳細は後述）が算出されている（ＥＥＰＲＯＭ上に“０”ではない比例係数Ｃが記憶されている）か否かを判断する（ステップＳ１０３）。そして、フィルタ故障検出装置３０は、比例係数Ｃが算出されていなかった場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、フィルタ再生処理と酸化ＰＭ量算出処理とを、ＰＭフィルタ２６内のＰＭが完全に除去されるまで実行するフィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理（ステップＳ１０５）を行う。このフィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理は、Ｔin、Ｔoutが予め定められている条件（本実施形態では、ＴinとＴoutとの差が所定値以下となるという条件）を満たしたときに、ＰＭフィルタ２６内のＰＭが完全に除去されたと判断するものとなっている。

フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理時に実行されるフィルタ再生処理は、ＰＭフィルタ２６内のＰＭを酸化除去するための処理（本実施形態では、ポスト噴射を行うように燃料噴射弁１３を制御する処理）である。

また、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理時に、フィルタ再生処理と共に実行される酸化ＰＭ量算出処理は、以下の（１）式で定義されるΔ酸化ＰＭ量を、時間Δｔが経過する度に算出して、ＲＡＭ上の酸化ＰＭ量（初期値は“０”）に加算していく処理である。

ここで、ガス比熱とは、排気ガスの比熱のことであり、反応熱とは、単位質量のＰＭの酸化反応により発生する熱量のことである。また、ガス流量とは、ＰＭフィルタ２６中を単位時間当たりに通過する排気ガスの質量のことである。これらのパラメータのうち、ガス比熱、反応熱は、定数として予め設定されているパラメータであるが、ガス流量は、Δ酸化ＰＭ量の算出時に、エアフローメータ１９による空気量の測定値と燃料噴射量とから、その値が求められるパラメータとなっている。

上記のようなフィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理を終えたフィルタ故障検出装置３０は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理（酸化ＰＭ量算出処理）により算出された酸化ＰＭ量の、その時点における推定ＰＭ堆積量に対する割合（酸化ＰＭ量／推定ＰＭ堆積量）を算出し、比例係数ＣとしてＥＥＰＲＯＭ上に記憶する（ステップＳ１０６）。なお、推定ＰＭ堆積量の更新（値の変更）は、ステップＳ１０１の処理時か、後述するステップＳ１０７の処理時にしか行われない。従って、ステップＳ１０６の処理時に使用される推定ＰＭ堆積量は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理の開始直前に算出された（値が変更された）推定ＰＭ堆積量である。

ここで、ステップＳ１０５、Ｓ１０６の処理の意味を説明しておくことにする。

ＰＭフィルタ２６を通過することによる排気ガスの温度上昇量（“Ｔout−Ｔin”）に
、ガス比熱、ガス流量及び時間Δｔを乗ずれば、時間Δｔの間にＰＭフィルタ２６内で発生した熱量を算出できる。そして、当該熱量は、或る量のＰＭの酸化反応により発生したものであるため、（１）式を用いれば（上記熱量を反応熱で割れば）、時間Δｔの間に、ＰＭフィルタ２６から酸化除去されたＰＭ量（Δ酸化ＰＭ量）を算出できることになる。

また、酸化ＰＭ量算出処理は、時間Δｔが経過する度に（１）式によってΔ酸化ＰＭ量を算出し酸化ＰＭ量に加算していく処理である。従って、酸化ＰＭ量算出処理により算出される酸化ＰＭ量は、フィルタ再生処理（フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理）の開始後、現時点（Δ酸化ＰＭ量の算出・加算時点）までの間にＰＭフィルタ２６から酸化除去された総ＰＭ量であることになる。

また、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理中にＰＭフィルタ２６内に導入されるＰＭ量は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理開始時にＰＭフィルタ２６内に存在していたＰＭ量よりも十分に少ない。このため、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理が中断されることなく終了した場合（ＰＭフィルタ２６内のＰＭが全て酸化除去されるまで酸化ＰＭ量算出処理が実行された場合）に得られる酸化ＰＭ量は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理の開始時点においてＰＭフィルタ２６内に実際に存在していたＰＭ量とほぼ一致することになる。

一方、その時点（フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理の完了時点）におけるＲＡＭ上の推定ＰＭ堆積量は、内燃機関１０の運転状態に基づき算出された、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理の開始時点におけるＰＭ量である。従って、上記したステップＳ１０５、Ｓ１０６の処理は、任意時点における推定ＰＭ堆積量を、その時点においてフィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理を実行した場合に得られる酸化ＰＭ量に相当する量に変換するための係数を比例係数Ｃ（＝酸化ＰＭ量／推定ＰＭ堆積量）として求める処理となっていることになる。

上記手順の処理により比例係数Ｃを算出、記憶したフィルタ故障検出装置３０は、ＲＡＭ上の推定ＰＭ堆積量を“０”クリアする処理（ステップＳ１０７）を行ってから、このＰＭ堆積量推定・制御処理を終了する。

また、フィルタ故障検出装置３０は、推定ＰＭ堆積量が再生開始堆積量以上となったとき（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）に、比例係数Ｃが既に算出されていた場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）には、フィルタ再生処理をＰＭフィルタ２６内のＰＭが完全に除去されるまで実行する処理（ステップＳ１０４）を行う。そして、フィルタ故障検出装置３０は、ＲＡＭ上の推定ＰＭ堆積量を“０”クリア（ステップＳ１０７）してから、このＰＭ堆積量推定・制御処理を終了する。

次に、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の処理が中断された場合におけるＰＭ堆積量推定・制御処理の内容を説明する。

ステップＳ１０５の処理が中断された場合、中断された酸化ＰＭ量算出処理の処理結果として得られる酸化ＰＭ量は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理の開始時点においてＰＭフィルタ２６内に存在していたＰＭ量と一致しないことになる。そして、そのような酸化ＰＭ量と推定ＰＭ堆積量とから比例係数Ｃを算出したのでは、推定ＰＭ堆積量を、酸化ＰＭ量相当の量に変換可能な係数を得ることは出来ない。また、ＰＭフィルタ２６内のＰＭが全て酸化除去されていないのであるから、推定ＰＭ堆積量を“０”クリアすることも不適当である。このため、フィルタ故障検出装置３０が実際に実行するＰＭ堆積量推定・制御処理は、ステップＳ１０５の処理が中断された場合、ステップＳ１０６及びＳ１０７の処理の代わりに、『ステップＳ１０５の処理の実行時間等より酸化除去されたＰＭ量を算出し、推定ＰＭ堆積量から当該ＰＭ量を減ずる処理』が行われるものとなっている。

また、ステップＳ１０４の処理が中断された場合にも、ＰＭフィルタ２６内のＰＭが全て酸化除去されないことになる。ただし、ステップＳ１０４の処理が行われるのは、比例係数Ｃ（＝酸化ＰＭ量／推定ＰＭ堆積量）の算出完了後であるため、ＰＭ堆積量推定・制御処理は、ステップＳ１０４の処理が中断された場合、ステップＳ１０７の処理の代わりに、『推定ＰＭ堆積量から“酸化ＰＭ量／Ｃ”を減ずる処理』が行われる処理となっている。

次に、フィルタ故障検出処理の内容を説明する。

フィルタ故障検出処理は、所定時間が経過する度に、フィルタ故障検出装置３０が実行する、図４に示した手順の処理である。

すなわち、所定時間が経過したため、このフィルタ故障検出処理を開始したフィルタ故障検出装置３０は、まず、検出前提条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

ここで、検出前提条件とは、『以降の処理に利用する各種センサ（差圧センサ２８等）が正常であり、暖機が完了しており（ＰＭフィルタ２６の温度が所定温度以上であり）、比例係数Ｃの算出が完了しており、推定ＰＭ堆積量が所定値以上であり、フィルタ再生処理（ステップＳ１０４orＳ１０５の処理）が行われていない』という条件のことである。

そのような検出前提条件が成立していなかった場合（ステップＳ２０１；ＮＯ）、フィルタ故障検出装置３０は、特に処理を行うことなく、このフィルタ故障検出処理を終了する。

一方、検出前提条件が成立していた場合（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）、フィルタ故障検出装置３０は、差圧センサ２８からフィルタ差圧（ＰＭフィルタ２６の上流部分と下流部分の圧力差）を取得する処理（ステップＳ２０２）を行う。次いで、フィルタ故障検出装置３０は、エアフローメータ１９から空気量を取得し、取得した空気量と、その時点における燃料噴射量とから、排気ガス流量を算出する処理（ステップＳ２０３）を行う。

その後、フィルタ故障検出装置３０は、ＲＡＭ上の推定ＰＭ堆積量にＥＥＰＲＯＭ上の比例係数Ｃを乗算することにより補正ＰＭ堆積量を算出する処理（ステップＳ２０４）と、算出した補正ＰＭ堆積量に対応づけられている故障検出閾値Ｄを故障検出マップから読み出す処理（ステップＳ２０５）とを行う。

ここで、故障検出マップとは、ＰＭフィルタ２６が故障していると判定すべき“フィルタ差圧／排気ガス流量”の上限値が、故障検出閾値として、各補正ＰＭ堆積量について記憶されているマップ（テーブル）のことである。この故障検出マップの作成時には、各種状態にあるＰＭフィルタ２６（新品のＰＭフィルタ２６、ひび割れの程度が異なる各種ＰＭフィルタ２６）について、補正ＰＭ堆積量とフィルタ差圧／排気ガス流量との間の関係を調べる実験が行われている。そして、故障検出マップは、それらの実験結果から、図５に示したような形で、各補正ＰＭ堆積量に対する故障検出閾値（図における故障検出閾値ラインの形状）を定めることによって作成されたマップとなっている。

ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の処理（図４）を行うことにより、フィルタ差圧、排気ガス流量及び故障検出閾値Ｄを用意したフィルタ故障検出装置３０は、それらについて“フィルタ差圧／排気ガス流量＞故障検出閾値Ｄ”（図では、差圧／流量＞閾値Ｄ）が成立しているか否かを判断する（ステップＳ２０６）。

そして、フィルタ故障検出装置３０は、“フィルタ差圧／排気ガス流量＞故障検出閾値Ｄ”が成立していなかった場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）には、ＰＭフィルタ２６が故障していることを記憶（ステップＳ２０７）してから、このフィルタ故障検出処理を終了する。また、フィルタ故障検出装置３０は、“フィルタ差圧／排気ガス流量＞閾値Ｄ”が成立していた場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）には、ＰＭフィルタ２６が正常であることを記憶（ステップＳ２０８）してから、このフィルタ故障検出処理を終了する。なお、ステップＳ２０７、Ｓ２０８でフィルタ故障検出装置３０が実際に行う処理は、その値に基づき、ＰＭフィルタ２６に関する警告ランプの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）が制御される変数に、ＰＭフィルタ２６が故障しているか否かを示す値を設定する処理である。

以上の説明から明らかなように、本発明の第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０は、フィルタ再生処理の初回完了時に、酸化ＰＭ量（ＰＭフィルタ２６内でのＰＭの酸化による発熱量に基づくＰＭ堆積量の推定結果）の、推定ＰＭ堆積量（運転状態に基づくＰＭ堆積量の推定結果）に対する割合である比例係数Ｃを算出しておき、実際のＰＭフィルタ２６の故障検出（図４参照）は、その時点における推定ＰＭ堆積量に比例係数Ｃを乗じた値（補正ＰＭ量）とフィルタ差圧とを用いて行う装置となっている。

そして、酸化ＰＭ量の方が、推定ＰＭ堆積量よりも内燃機関１０の固体差による値の変動量が少ない値である。従って、本実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０を用いておけば、内燃機関１０の各種構成要素（燃料噴射弁１３、燃料噴射量を決定するために、その測定値が使用される各種センサ）の性能が標準的な性能と大きく異なっていても、ＰＭフィルタ２６の状態（故障しているか否か）を正確に判定できることになる。

《第２実施形態》
本発明の第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置は、上記した第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０と、実行するＰＭ堆積量推定・制御処理の内容のみが異なる装置である。このため、以下では、第１実施形態の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０のＰＭ堆積量推定・制御処理時における動作のみを説明することにする。

第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０は、図６に示した手順のＰＭ堆積量推定・制御処理を行う装置である。

すなわち、燃料噴射弁１３に燃料を噴射させたフィルタ故障検出装置３０は、このＰＭ堆積量推定・制御処理を開始して、まず、既に説明したものと内容の推定ＰＭ堆積量更新処理（ステップＳ３０１）を行う。

その後、フィルタ故障検出装置３０は、推定ＰＭ堆積量が再生開始堆積量以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。そして、フィルタ故障検出装置３０は、推定ＰＭ堆積量が再生開始堆積量未満であった場合（ステップＳ３０２；ＮＯ）には、このＰＭ堆積量推定・制御処理を終了する。

一方、推定ＰＭ堆積量が再生開始堆積量以上であった場合（ステップＳ３０２；ＹＥＳ）、フィルタ故障検出装置３０は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理（ステップＳ３０３）を行う。このフィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理も、既に説明したもの（図２のステップＳ１０５参照）と同内容の、中断されることがある処理となっている。

フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理が中断されることなく終了した場合、フィルタ故障検出装置３０は、酸化ＰＭ量／推定ＰＭ堆積量を算出し、比例係数ＣとしてＥＥＰＲＯＭ上に記憶する処理（ステップＳ３０４）と、ＲＡＭ上の推定ＰＭ堆積量を“０”クリアする処理（ステップＳ３０５）とを行う。そして、フィルタ故障検出装置３０は、このＰＭ堆積量推定・制御処理を終了する。

また、図示は省略してあるが、フィルタ故障検出装置３０は、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理を中断した場合には、ステップＳ３０４及びＳ３０５の処理の代わりに、『比例係数Ｃが算出済みの場合には、酸化ＰＭ量／Ｃを推定ＰＭ堆積量から減じ、比例係数Ｃが算出済みでない場合には、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理の実行時間等から酸化除去されたＰＭ量を算出し、算出したＰＭ量を推定ＰＭ堆積量から減ずる処理』を行ってから、このＰＭ堆積量推定・制御処理を終了する。

要するに、本実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０は、第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０と同様に、酸化ＰＭ量の推定ＰＭ堆積量に対する割合である比例係数Ｃを算出しておき、実際のＰＭフィルタ２６の故障検出は、推定ＰＭ堆積量に比例係数Ｃを乗じた値（補正ＰＭ量；図４参照）を用いて行う装置となっている。ただし、第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０が一旦比例係数Ｃを算出した後、比例係数Ｃを再算出しない装置であるのに対し、本実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０は、ＰＭフィルタ２６の再生が完全に完了する度に、比例係数Ｃを算出しなおす（補正ＰＭ量の算出に用いられるＥＥＰＲＯＭ上の比例係数Ｃを書き換える）装置となっている。

従って、このフィルタ故障検出装置３０は、内燃機関１０の各種構成要素（燃料噴射弁１３、燃料噴射量を決定するために、その測定値が使用される各種センサ）の性能が標準的な性能と大きく異なっていても、ＰＭフィルタ２６の状態（故障しているか否か）を正確に判定できる装置であると共に、内燃機関１０の各種構成要素の性能が長期間の運用等により劣化しても、ＰＭフィルタ２６の状態を正確に判定できる装置であることになる。

《第３実施形態》
本発明の第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置は、上記した第１、第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０と、実行するＰＭ堆積量推定・制御処理の内容のみが異なる装置である。このため、以下では、第１、第２実施形態の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０のＰＭ堆積量推定・制御処理時における動作のみを説明することにする。

本発明の第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０が実行するＰＭ堆積量推定・制御処理（以下、第３ＰＭ堆積量推定・制御処理と表記する）は、第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０が実行するＰＭ堆積量推定・制御処理（図６）と基本的には同内容の処理である。

ただし、第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０内には、ＰＭフィルタ２６が故障していると判定すべきフィルタ差圧差の下限値が、故障検出閾値として各種ＰＭ除去量について記憶されているマップ（テーブル）である第２故障検出マップが記憶されている。ここで、フィルタ差圧差とは、完了／中断したフィルタ再生処理前後におけるフィルタ差圧の差（フィルタ再生処理前のフィルタ差圧−フィルタ再生処理後のフィルタ差圧）のことである。また、ＰＭ除去量とは、完了／中断したフィルタ再生処理によってＰＭフィルタ２６内から除去されたＰＭ量のことである。なお、第２故障検出マップは、各種状態にあるＰＭフィルタ２６（新品のＰＭフィルタ２６、ひび割れの程度が異なる各種ＰＭフィルタ２６）について、ＰＭ除去量とフィルタ差圧差との関係を求めるための各種実験を行うことにより作成されたものとなっている。

そして、第３ＰＭ堆積量推定・制御処理は、ステップＳ３０３の処理の開始前に、その時点におけるフィルタ差圧を求めて記憶する処理が行われ、ステップＳ３０３の処理とその後の処理との間に、ステップＳ３０３の処理が正常に完了していてもいなくても、図７に示した手順の第２フィルタ故障検出処理が行われる処理となっている。

すなわち、この第２フィルタ故障検出処理処理時には、まず、その時点におけるフィルタ差圧を求め、求めたフィルタ差圧とステップＳ３０３の処理前に記憶したフィルタ差圧とから、フィルタ差圧差を算出する処理（ステップＳ４０１）が行われる。次いで、完了／中断したステップＳ３０３の処理により算出された酸化ＰＭ量（と一致するＰＭ除去量）に対応づけられている故障検出閾値を第２故障検出マップから読み出す処理（ステップＳ４０２）が行われる。

そして、算出したフィルタ差圧差が故障検出閾値以上であるか否かが判断され（ステップＳ４０３）、フィルタ差圧差が故障検出閾値以上であった場合（ステップＳ４０３；ＹＥＳ）には、ＰＭフィルタ２６が故障していることを記憶する処理（ステップＳ４０４）が行われてから、この第２フィルタ故障検出処理が終了される。また、フィルタ差圧差が故障検出閾値以上でなかった場合（ステップＳ４０３；ＮＯ）には、ＰＭフィルタ２６が正常であることを記憶する処理（ステップＳ４０５）が行われてから、この第２フィルタ故障検出処理が終了される。なお、ステップＳ４０４、Ｓ４０５で実際に行われる処理は、その値に基づき、ＰＭフィルタ２６に関する警告ランプの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）が制御される変数に、ＰＭフィルタ２６が故障しているか否かを示す値を設定する処理である。

以上の説明から明らかなように、この第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０は、第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０と同様のアルゴリズムでＰＭフィルタ２６の状態を判定する機能に加えて、他のアルゴリズムでＰＭフィルタ２６の状態を判定する機能も有する装置となっている。そして、当該他のアルゴリズムも、フィルタ再生時の発熱量から求めたＰＭ量（酸化ＰＭ量）に基づき、ＰＭフィルタ２６の状態を判定するものなのであるから、本実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０を用いておけば、ＰＭフィルタ２６の状態を第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０よりも正確に判定できることになる。

《変形形態》
上記した各実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０は、各種の変形を行うことが出来る。

例えば、各実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０を、上記したものとは具体的な内容の異なるフィルタ再生処理を実行するものに変形することが出来る。また、フィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理を、ＰＭが完全に酸化除去されるであろう時間を、ＰＭフィルタ
２６の温度、推定ＰＭ堆積量等から求め、求めた時間だけフィルタ再生処理等を実行する処理に変形することも出来る。

ただし、ＰＭが完全に酸化除去される時間を、ＰＭフィルタ２６の温度、推定ＰＭ堆積量等から正確に求めることは困難である。そして、フィルタ再生処理がＰＭが完全に酸化除去される前に終了してしまったのでは、正確な比例係数Ｃが算出できないことになる。また、フィルタ再生処理が必要以上に長く行われた場合には、エネルギー（燃料等）が無駄に消費されることになる。このため、ＰＭが完全に酸化除去されたタイミングを正確に判断できる実施形態の構成（フィルタ再生処理の実行時間（終了タイミング）をＴin及びＴoutに基づき決定する構成）を採用しておくことが望ましい。

各実施形態に係るＰＭ堆積量推定・制御処理を、初回のフィルタ再生・酸化ＰＭ量算出処理は中断しない処理としておくことも出来る。また、フィルタ故障検出装置３０を、各種情報（推定ＰＭ堆積量、酸化ＰＭ量等）の具体的な算出手順や、ＰＭフィルタ２６が故障しているか否かの具体的な判定手順が、上記したものとは異なる装置に変形することも出来る。例えば、第１実施形態のフィルタ故障検出装置３０を、Ｍ（≧２）回、フィルタ再生処理を実行する度に、１回、酸化ＰＭ量算出処理を実行する装置に変形することが出来る。ただし、酸化ＰＭ量算出処理の実行頻度を減らしても特に良いことはないので、内燃機関１０の各種構成要素の性能の劣化に対応させたい場合には、第２実施形態の構成を採用しておくことが好ましい。

第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０を、ＰＭフィルタ２６が故障していると判定すべきフィルタ差圧差の下限値が、ＰＭ除去量と初期ＰＭ量（フィルタ再生処理開始直前の推定ＰＭ堆積量）とに対応づけられて記憶されている第２故障検出マップを備えた装置に変形することも出来る。また、第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置３０を、フィルタ故障検出処理（図４参照）を行わない装置（フィルタ再生時にのみ第２故障検出マップを利用したＰＭフィルタ２６の故障判定を行う装置）に変形することも出来る。

さらに、フィルタ故障検出装置３０を、エンジン制御処理を実行する機能を有さない装置、ケーブルにて相互に接続された幾つかの装置からなる装置、再生開始堆積量が状況に応じて変化する装置などに変形しても良いことは当然のことである。

本発明の第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置が用いられた内燃機関システムの構成図である。 第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置が実行するＰＭ堆積量推定・制御処理の流れ図である。 ＰＭ堆積量推定・制御処理時に参照されるエンジン排出ＰＭ量マップの説明図である。 第１実施形態に係るフィルタ故障検出装置が実行するフィルタ故障検出処理の流れ図である。 フィルタ故障検出処理時に参照される故障検出閾値マップの内容を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るフィルタ故障検出装置が実行するＰＭ堆積量推定・制御処理の流れ図である。 本発明の第３実施形態に係るフィルタ故障検出装置が実行するＰＭ堆積量推定・制御処理中で実行される第２フィルタ故障検出処理の流れ図である。

符号の説明

１０・・・内燃機関
１１・・・気筒
１２・・・コモンレール
１３・・・燃料噴射弁
１５・・・吸気通路
１６・・・ターボチャージャ
１６ａ・・・コンプレッサハウジング
１６ｂ・・・タービンハウジング
１７・・・インタークーラ
１８・・・吸気絞り弁
１９・・・エアフローメータ
２０・・・水温センサ
２１・・・クランクポジションセンサ
２２・・・ＥＧＲ通路
２３・・・ＥＧＲクーラ
２４・・・ＥＧＲ弁
２５・・・排気通路
２６・・・ＰＭフィルタ
２７ｉ・・・入口温度センサ
２７ｏ・・・出口温度センサ
２８・・・差圧センサ
３０・・・フィルタ故障検出装置

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガス中のＰＭを捕集するためのＰＭフィルタが故障しているか否かを検出するフィルタ故障検出装置であって、
   前記ＰＭフィルタ内に堆積しているＰＭを酸化除去するためのフィルタ再生処理を実行可能なフィルタ再生処理実行手段と、
   前記ＰＭフィルタ内に現時点において堆積しているＰＭ量の推定値を記憶しておくための推定値記憶手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関から排出されるＰＭ量を算出し算出したＰＭ量を前記推定値記憶手段上の推定値に加算する処理を繰り返す手段であると共に、前記フィルタ再生処理が前記フィルタ再生処理実行手段により実行され処理が完了される度に前記推定値記憶手段上の推定値を“０”に変更する手段である推定値更新手段と、
   前記フィルタ再生処理実行手段による前記フィルタ再生処理の実行時に、当該フィルタ再生処理の実行により前記ＰＭフィルタ内から酸化除去されたＰＭ量を前記ＰＭフィルタ内におけるＰＭの酸化による発熱量から算出するＰＭ量算出処理を実行するＰＭ量算出処理手段と、
   少なくとも前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差と前記ＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量とを用いて前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する故障検出手段と
   を備えることを特徴とするフィルタ故障検出装置。
2. 前記ＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量と、前記ＰＭ量算出処理の開始時点における前記推定値記憶手段上の前記推定値とに基づき、前記推定値を前記ＰＭ量算出処理により算出されるＰＭ量に相当する補正ＰＭ量に変換するための変換係数を算出する変換係数算出手段を、さらに、備え、
   前記故障検出手段が、
   前記推定値記憶手段上の推定値を前記変換係数算出手段によって算出された前記変換係数を用いて前記補正ＰＭ量に変換し、当該補正ＰＭ量と前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差とに基づき前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する手段である
   ことを特徴とする請求項１記載のフィルタ故障検出装置。
3. 前記ＰＭ量算出処理手段が、
   前記フィルタ再生処理が前記フィルタ再生処理実行手段によって実行され処理が完了される度に、前記ＰＭ量算出処理を実行する手段であり、
   前記変換係数算出手段が、
   前記ＰＭ量算出処理が実行される度に前記変換係数を算出する手段であり、
   前記故障検出手段が、
   前記変換係数算出手段により最も最近算出された前記変換係数を用いて、前記推定値を前記補正ＰＭ量に変換する手段である
   ことを特徴とする請求項２記載のフィルタ故障検出装置。
4. 前記フィルタ再生処理実行手段が、
   実行を開始した前記フィルタ再生処理の終了タイミングを、前記ＰＭフィルタへ流入する排気ガスの温度と前記ＰＭフィルタから排出される排気ガスの温度とに基づき決定する手段である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフィルタ故障検出装置。
5. 前記故障検出手段が
   前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の圧力差と前記ＰＭフィルタを流れ
   る排気ガスの流量とを特定し、特定した圧力差及び流量と前記ＰＭ量とに基づき前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する手段である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフィルタ故障検出装置。
6. 前記故障検出手段が
   前記ＰＭフィルタの上流側部分と下流側部分との間の、前記フィルタ再生処理実行手段による前記フィルタ再生処理の実行前後の圧力差と、前記ＰＭ量算出処理により算出されたＰＭ量とに基づき、前記ＰＭフィルタが故障しているか否かを検出する手段である
   ことを特徴とする請求項１記載のフィルタ故障検出装置。

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