JP2012013058A - Ｐｍセンサの故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＰＭセンサの故障を検出することが可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】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センサによって、フィルタから流出する排気中のＰＭ量である流出ＰＭ量を検出する。強制再生処理の実行停止中に、フィルタに流入する排気中のＰＭの量である流入ＰＭ量と、ＰＭセンサによって検出される流出ＰＭ量とに基づいて、フィルタのＰＭ捕集率を連続的に算出する。算出されたＰＭ捕集率が１００％に張り付いた場合、ＰＭセンサに故障が生じたと判定する。
【選択図】図５

Description

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（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）の量を検出するＰＭセンサの故障検出装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路に、排気中のＰＭ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）を設ける技術が知られている。フィルタにおいては、破損或いは溶損又はＰＭ詰まり等の故障が発生する場合がある。このようなフィルタの故障をＰＭセンサの検出値に基づいて検出する技術が提案されている。

特許文献１には、ＰＭトラッパの上流側に設けられた入ＰＭセンサの検出値と、ＰＭトラッパの下流側に設けられた出ＰＭセンサの検出値との比に基づいて、ＰＭトラッパの故障を検出する技術が開示されている。

特開２００７−１３２２９０号公報 特開２００９−１０３０４３号公報 特開２００８−０３８６６１号公報 特開平０８−２８４６４４号公報

ＰＭセンサの検出値を利用してフィルタの故障を検出しようとした際に、ＰＭセンサが故障していると、フィルタの故障を正確に検出することが困難となる。本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＰＭセンサの故障を検出することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明においては、フィルタより下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの検出値を用いてフィルタのＰＭ捕集率を算出する。そして、強制再生処理の実行停止中におけるＰＭ捕集率またはＰＭセンサの出力値に基づいて、ＰＭセンサに故障が生じたか否かを判別する。

より詳しくは、第一の発明に係るＰＭセンサの故障検出装置は、
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該パティキュレートフィルタから流出する排気中の粒子状物質の量である流出ＰＭ量を検出するＰＭセンサの故障を検出する故障検出装置であって、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の粒子状物質の量である流入ＰＭ量を取得する流入ＰＭ量取得手段と、
流入ＰＭ量に対する前記パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量の割合であるＰＭ捕集率を、前記流入ＰＭ量取得手段によって取得された流入ＰＭ量と前記ＰＭセンサによって検出された流出ＰＭ量とに基づいて算出するＰＭ捕集率算出手段と、
前記パティキュレートフィルタの温度を強制的に上昇させることで、該パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する強制再生処理を実行する強制再生処理実行手段と、
前記強制再生処理実行手段による強制再生処理の実行停止中において、前記ＰＭ捕集率
算出手段によって算出されるＰＭ捕集率が１００％に張り付いた場合、または、前記ＰＭセンサの出力値が零に張り付いた場合、前記ＰＭセンサに故障が生じたと判定する故障判定手段と、
を備えている。

強制再生処理の実行停止中は、フィルタにおけるＰＭ堆積量の増加に伴い、フィルタより下流側に流出するＰＭ量は減少し、フィルタのＰＭ捕集率が徐々に上昇する。しかしながら、強制再生処理の実行停止中に、ＰＭセンサにおいて、その検出値がマイナス側にオフセットする故障が生じると、その出力値が、排気中の実際のＰＭ量にかかわらず、零となり、そのまま変動しなくなる、即ち零に張り付く場合がある。この場合、ＰＭ捕集率算出手段によって算出されるＰＭ捕集率は、実際のＰＭ捕集率にかかわらず、１００％となり、そのまま変動しなくなる、即ち１００％に張り付くことになる。

そこで、本発明においては、強制再生処理の実行停止中に、ＰＭ捕集率算出手段によって算出されるＰＭ捕集率が１００％に張り付いた場合、または、ＰＭセンサの出力値が零に張り付いた場合、ＰＭセンサに故障が生じたと判定する。これにより、ＰＭセンサにおけるマイナス側オフセット故障を検出することができる。

第二の発明に係るＰＭセンサの故障検出装置は、
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該パティキュレートフィルタから流出する排気中の粒子状物質の量である流出ＰＭ量を検出するＰＭセンサの故障を検出する故障検出装置であって、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の粒子状物質の量である流入ＰＭ量を取得する流入ＰＭ量取得手段と、
流入ＰＭ量に対する前記パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量の割合であるＰＭ捕集率を、前記流入ＰＭ量取得手段によって取得された流入ＰＭ量と前記ＰＭセンサによって検出された流出ＰＭ量とに基づいて算出するＰＭ捕集率算出手段と、
前記パティキュレートフィルタの温度を強制的に上昇させることで、該パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する強制再生処理を実行する強制再生処理実行手段と、
前記強制再生処理実行手段による強制再生処理の実行停止中に前記ＰＭ捕集率算出手段によってＰＭ捕集率を連続的に算出し、算出されたＰＭ捕集率の上昇率が所定上昇率を超えた場合、前記ＰＭセンサに故障が生じたと判定する故障判定手段と、
を備えている。

ここで、ＰＭ捕集率の上昇率とは、ＰＭ捕集率の単位時間当たりの上昇量のことである。上述したように、強制再生処理の実行停止中は、フィルタにおけるＰＭ堆積量の増加に伴いＰＭ捕集率が徐々に上昇する。しかしながら、強制再生処理の実行停止中に、ＰＭセンサにおいて、その検出値がマイナス側にオフセットする故障が生じた場合、ＰＭ捕集率算出手段によって算出されるＰＭ捕集率は、ＰＭ堆積量の増加に伴うＰＭ捕集率の上昇率よりも大きな上昇率で急上昇する。

そこで、本発明においては、強制再生処理の実行停止中に、ＰＭ捕集率算出手段によって算出されたＰＭ捕集率の上昇率が所定上昇率を超えた場合、ＰＭセンサにおいて故障が生じたと判定する。ここで、所定上昇率は、フィルタにおけるＰＭ堆積量の増加に伴ってＰＭ捕集率が上昇していると判断できる上限値であってもよい。

ＰＭセンサが正常の場合であっても、その出力にノイズが発生した場合、ＰＭ捕集率算出手段によって算出されるＰＭ捕集率が急上昇する可能性がある。そこで、第二の発明においては、故障判定手段が、強制再生処理実行手段による強制再生処理の実行停止中に、
ＰＭ捕集率算出手段によって算出されたＰＭ捕集率の上昇率が前記所定上昇率を超えた場合であって、且つ、該ＰＭ捕集率が１００％に張り付いた場合、または、ＰＭセンサの出力値が零に張り付いた場合に、ＰＭセンサに故障が生じたと判定してもよい。これにより、ＰＭセンサの故障をより高い精度で検出することが可能となる。

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たＰＭセンサの故障を検出することができる。

実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 フィルタにおけるＰＭ捕集率の推移を示すタイムチャートである。 ＰＭセンサにおいてオフセット異常が生じた場合における、排気中のＰＭ量に対する該ＰＭセンサの検出値の推移を示す図である。 強制再生処理の実行停止中におけるフィルタでのＰＭ捕集率の推移を示すタイムチャートである。 実施例１に係るＰＭセンサの故障検出フローを示すフローチャートである。 実施例１に係るフィルタの故障検出フローを示すフローチャートである。 実施例２に係るＰＭセンサの故障検出フローを示すフローチャートである。 実施例２の変形例に係るＰＭセンサの故障検出フローを示すフローチャートである。

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＞
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ＰＭセンサの故障検出に適用した場合を例に挙げて説明する。尚、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、ガソリンエンジンであってもよい。

［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。

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の流路断面積を変更することで、該吸気通路２を流通する吸気の流量を調節する。

排気通路３には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ６が設けられている。フィルタ６より上流側の排気通路３には、前段触媒として酸化触媒７が設けられている。尚、前段触媒は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であればよい。また、酸化機能を有する触媒が、フィルタ６に担持された構成としてもよい。酸化触媒７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。

燃料添加弁８より下流側且つ酸化触媒７より上流側の排気通路３には上流側ＰＭセンサ１３が設けられている。フィルタ６より下流側の排気通路３には下流側ＰＭセンサ１４が
設けられている。上流側ＰＭセンサ１３は、フィルタ６に流入する排気中のＰＭ量（即ち、流入ＰＭ量）を検出する。下流側ＰＭセンサ１４は、フィルタ６から流出する排気中のＰＭ量（即ち、流出ＰＭ量）を検出する。尚、流入ＰＭ量は、内燃機関１の運転状態から推定することもできる。また、上流側ＰＭセンサを燃料添加弁８よりも上流側の排気通路３に設け、それによって内燃機関１から排出されるＰＭ量を検出してもよい。

また、酸化触媒７とフィルタ６との間の排気通路３には上流側排気温度センサ１５が設けられている。フィルタ６より下流側の排気通路３には下流側排気温度センサ１６が設けられている。上流側及び下流側排気温度センサ１５，１６は排気通路３を流れる排気の温度を検出する。

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、上流側ＰＭセンサ１３、下流側ＰＭセンサ１４、上流側排気温度センサ１５、及び下流側排気温度センサ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、並びに内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度センサ１２及び車速センサ１７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ことができる。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出することができる。

さらに、ＥＣＵ１０には、スロットル弁５及び燃料添加弁８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。

［フィルタの再生］
フィルタ６には、該フィルタ６に捕集された排気中のＰＭが徐々に堆積する。本実施例においては、フィルタ６に堆積したＰＭを除去するために強制再生処理が実行される。本実施例に係る強制再生処理は、燃料添加弁８から排気中に燃料を添加することで実現される。

燃料添加弁８から燃料が添加されると、該燃料が酸化触媒７に供給される。酸化触媒７に供給された燃料は該酸化触媒７によって酸化し、それによって酸化熱が生じる。この酸化熱によってフィルタ６に流入する排気の温度が上昇し、それによってフィルタ６が昇温する。その結果、フィルタ６に堆積したＰＭが酸化され除去される。

強制再生処理では、燃料添加弁８からの燃料添加量を調節することで、フィルタ６の温度を所定温度に制御する。該所定温度は、ＰＭの酸化が可能な温度であって且つフィルタ６の破損及び溶損を抑制することが可能な温度であり、実験等に基づいて予め定められている。フィルタ６の温度は下流側排気温度センサ１６の検出値に基づいて推定することができる。

本実施例では、強制再生処理の実行停止中において、内燃機関１の運転状態に基づいてフィルタ６におけるＰＭ堆積量を推定する。つまり、内燃機関１の運転状態に基づいて排気中のＰＭ量を推定し、該ＰＭ量を積算することでフィルタ６におけるＰＭ堆積量を推定する。そして、前回の強制再生処理の実行完了後、ＰＭ堆積量の推定値が強制再生処理の実行開始の閾値である所定堆積量以上となった時に強制再生処理を再度実行する。ここで、所定堆積量は、ＰＭ堆積量の増加に起因して上昇するフィルタ６より上流側の排気圧力によって内燃機関１の運転状態に与える影響が許容範囲内となるように、実験等に基づいて予め設定されている。

また、本実施例では、強制再生処理の実行が開始された後、所定の再生処理実行期間が経過した時に、該強制再生処理の実行が停止される。再生処理実行期間は、所定堆積量に達したＰＭを十分に除去することが可能な期間として実験等に基づいて予め定められている。

尚、本実施例においては、上記のような強制再生処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る強制再生処理実行手段に相当する。ただし、強制再生処理においては、燃料添加弁８による燃料添加に代えて、内燃機関１において主燃料噴射より後のタイミングで副燃料噴射を行うことで、酸化触媒７に燃料を供給してもよい。また、強制再生処理は、電気ヒータによってフィルタ６を加熱することによっても実現することができる。

また、フィルタ６においては、強制再生処理が実行されていない時でも、内燃機関１から排出される排気の温度が上昇することで、フィルタ６に流入する排気の温度がＰＭの酸化が可能な温度にまで上昇した場合、所謂連続再生が生じる。連続再生が生じるとフィルタ６におけるＰＭ堆積量が減少する。

［フィルタの故障検出］
本発明に係るフィルタの故障検出の方法について図２に基づいて説明する。図２は、フィルタ６におけるＰＭ捕集率の推移を示すタイムチャートである。ＰＭ捕集率は、流入ＰＭ量に対するフィルタ６に捕集されるＰＭ量の割合である。

ＰＭ捕集率は下記式（１）によって算出される。
Ｒｔｒａｐ＝［（Ｑｐｍｉｎ−Ｑｐｍｏｕｔ）／Ｑｐｍｉｎ］×１００・・・式（１）
Ｒｔａｒｐ：ＰＭ捕集率（％）
Ｑｐｍｉｎ：流入ＰＭ量
Ｑｐｍｏｕｔ：流出ＰＭ量

図２において、横軸は時間ｔを表しており、縦軸はＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐを表している。また、図２において、Ｌ１はフィルタ６が正常な場合を示しており、Ｌ２は、フィルタ６において、強制再生処理を実行しても多量のＰＭが残留するＰＭ詰まりが発生した場合を示しており、Ｌ３は、フィルタ６において破損又は溶損が発生した場合を示している。尚、図２は、強制再生処理の実行停止期間中において連続再生が生じなかった場合のＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐの推移を示している。

強制再生処理の実行が停止され、次の強制再生処理の実行が開始されるまでの間（即ち、強制再生処理の実行停止期間中）は、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が徐々に増加する。そのため、この間においては、図２に示すように、フィルタ６のＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが徐々に上昇する。そして、強制再生処理が実行されると、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が減少するため、図２に示すように、フィルタ６のＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが低下する。

フィルタ６のＰＭ詰まりが生じている場合は、図２のＬ２に示すように、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが正常時に比べて高い。一方、フィルタ６の破損又は溶損が生じている場合は、図２のＬ３に示すように、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが正常時に比べて低い。さらに、フィルタ６において、ＰＭ詰まりが生じている場合においても破損又は溶損が生じている場合においても、強制再生処理が実行された時のフィルタ６におけるＰＭ堆積量の減少量は正常時に比べて少ない。そのため、これらの故障が生じた場合、図２のＬ２，Ｌ３に示すように、強制再生処理の実行前後におけるＰＭ捕集率の低下量ΔＲｔｒａｐは正常時に比べて小さくなる。

そこで、本実施例では、強制再生処理の実行毎に、該強制再生処理の実行前後における
ＰＭ捕集率の低下量（以下、単にＰＭ捕集率低下量と称する）を算出する。そして、前回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量と今回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量とを比較することで、フィルタ６に故障が生じたか否かを判別する。つまり、今回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量が、前回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量に比べて所定量以上小さくなっていた場合、前回の強制再生処理の実行完了後にフィルタ６に故障が生じたと判定する。ここで、所定量とは、フィルタ６に故障が生じることでＰＭ捕集率低下量が小さくなったと判断できる閾値である。該所定量は、実験等に基づいて予め定められている。

［ＰＭセンサの故障検出］
ＰＭセンサにおいては、オフセット異常又はゲイン異常の故障が発生する場合がある。ここで、オフセット異常とは、排気中のＰＭ量に対するＰＭセンサの検出値が正常時に比べて大きく又は小さくなる異常である。ゲイン異常とは、排気中のＰＭ量の変化量に対するＰＭセンサの検出値の変化量が正常時に比べて大きく又は小さくなる異常である。

上述したように、本実施例においては、上流側ＰＭセンサ１３によって流入ＰＭ量が検出され、下流側ＰＭセンサ１４によって流出ＰＭ量が検出される。ここで、強制再生処理の実行前に下流側ＰＭセンサ１４にゲイン異常が生じたとする。このときに、フィルタ６の故障判別を実施すべく、強制再生処理の実行前後においてフィルタ６のＰＭ捕集率を算出した場合、その算出値は下流側ＰＭセンサ１４が正常な場合に算出されるＰＭ捕集率とは異なった値となる。

しかしながら、ＰＭ捕集率の算出値が下流側ＰＭセンサ１４の正常時とは異なっていたとしても、フィルタ６が同一の状態であって、強制再生処理の実行前後におけるＰＭ堆積量が略同一であれば、ＰＭ捕集率低下量の算出値は、正常時に算出される値と略同一となる。つまり、下流側ＰＭセンサ１４にゲイン異常が生じても、上記のようなＰＭ捕集率低下量に基づくフィルタ６の故障検出については実質的な問題は生じない。

図３は、ＰＭセンサにおいてオフセット異常が生じた場合における、排気中のＰＭ量に対する該ＰＭセンサの検出値の推移を示す図である。ここで、排気中のＰＭ量に対するＰＭセンサの検出値が正常時に比べて大きくなるオフセット異常をプラスオフセット異常と称する。また、排気中のＰＭ量に対するＰＭセンサの検出値が正常時に比べて小さくなるオフセット異常をマイナスオフセット異常と称する。

強制再生処理の実行前に下流側ＰＭセンサ１４にオフセット異常が生じた場合も、強制再生処理の実行前後において算出されるフィルタ６のＰＭ捕集率の値は下流側ＰＭセンサ１４が正常な場合に算出されるＰＭ捕集率とは異なった値となる。しかしながら、その異常がプラスオフセット異常の場合、図３に示すように、排気中のＰＭ量の変化量に対する下流側ＰＭセンサ１４の検出値の変化量は正常時と同一である。そのため、フィルタ６が同一の状態であって、強制再生処理の実行前後におけるＰＭ堆積量が略同一であれば、ＰＭ捕集率低下量の算出値は、下流側ＰＭセンサ１４が正常な時に算出される値と略同一となる。つまり、下流側ＰＭセンサ１４にプラスオフセット異常が生じても、ゲイン異常が生じた場合と同様、上記のようなＰＭ捕集率低下量に基づくフィルタ６の故障検出については実質的な問題は生じない。

また、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じた場合も、排気中のＰＭ量がある程度より多いときは、その変化量に対する下流側ＰＭセンサ１４の検出値の変化量は正常時と同一である。しかながら、排気中のＰＭ量の減少に応じて下流側ＰＭセンサ１４の検出値が減少し、該検出値が零に達すると、排気中のＰＭ量がさらに減少しても、下流側ＰＭセンサ１４の検出値は零で一定となる。そのため、排気中のＰＭ量がある程度
以下となると、図３に示すように、下流側ＰＭセンサ１４の検出値が零に張り付くことになる。従って、フィルタ６におけるＰＭ堆積量がある程度以上の状態では、その堆積量が変化することで流出ＰＭ量が変化したとしても、下流側ＰＭセンサ１４の検出値は零に張り付いたままとなる。下流側ＰＭセンサ１４の検出値は零に張り付いたままの状態では、該検出値に基づいて算出されるＰＭ捕集率は１００％で一定となる。

つまり、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じ、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が強制再生処理の実行開始の閾値より少ない状態で下流側ＰＭセンサ１４の検出値が零に張り付いた場合は、その時点でＰＭ捕集率は１００％となる。そして、その後は、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が増加しても、下流側ＰＭセンサ１４の検出値は零のままであるため、強制再生処理の実行開始時に算出されるＰＭ捕集率は１００％に張り付くことになる。従って、強制再生処理の実行前後におけるＰＭ堆積量が略同一であっても、ＰＭ捕集率低下量の算出値は、下流側ＰＭセンサ１４が正常な時に算出される値よりも小さくなる。

そのため、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じると、上記のようにＰＭ捕集率低下量に基づいてフィルタ６の故障を正確に検出することは困難となる。

そこで、本実施例では、強制再生処理の実行停止中に、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じたか否かの判別を行なう。図４は、強制再生処理の実行停止中におけるフィルタ６でのＰＭ捕集率の推移を示すタイムチャートである。図４において、横軸は時間ｔを表しており、縦軸はＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐを表している。

上述したように、強制再生処理の実行停止中は、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐは徐々に上昇する。また、強制再生処理の実行停止中において連続再生が生じると、該連続再生中はフィルタ６におけるＰＭ堆積量が減少するため、図４に示すように、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが一時的に減少する。

そして、図４におけるｔａの時期に下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じ、その出力値が零に張り付くと、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐは急上昇し、１００％に張り付く。

そこで、本実施例においては、強制再生処理の実行停止中に、上記式（１）に基づいて、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐを連続的に算出する。そして、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いた場合、下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じたと判定する。

［ＰＭセンサの故障検出フロー］
以下、本実施例に係るＰＭセンサの故障検出フローについて、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、下流側ＰＭセンサ１４の故障を検出するために実行される。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、強制再生処理の実行停止中であるか否かが判別される。ステップＳ１０１において強制再生処理の実行停止中であると判定された場合、次にステップＳ１０２において、連続再生処理が生じる条件である連続再生条件が成立しているか否かが判別される。ここで、連続再生条件が成立しているか否かは、フィルタ６に流入する排気の温度及び流量に基づいて判別することができる。フィルタ６に流入する排気の温度は上流側排気温度センサ１５によって検出される。フィルタ６に流入する排気の流量はエアフローメータ４によって検出される吸入空気量に基づいて算出され
る。

ステップＳ１０２において連続再生条件が成立していないと判定された場合、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が増加中であると判断し、次にステップＳ１０３の処理が実行される。ステップＳ１０３においては、内燃機関１の運転状態が定常運転である否かが判別される。具体的には、内燃機関１の機関回転速度及び機関負荷の変化率が所定の範囲内にあるか否かが判別される。ステップＳ１０３おいて内燃機関１の運転状態が定常運転であると判断された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。

ステップＳ１０４においては、上流側ＰＭセンサ１３によって検出された流入ＰＭ量Ｑｐｍｉｎおよび下流側ＰＭセンサ１４によって検出された流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔが読み込まれる。次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４で読み込まれた流入ＰＭ量Ｑｐｍｉｎおよび流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔを上記式（１）に代入することで、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが算出される。

次に、ステップＳ１０６において、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いているか否かが判別される。例えば、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％である期間が所定期間以上となった場合に、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いていると判定してもよい。

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、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じたと判断され、下流側ＰＭセンサ１４の故障発生と判定される。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、下流側ＰＭセンサ１４は正常と判定される。これらの判定結果はＥＣＵ１０に記憶される。

尚、上記フローにおいては、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐに代えて、下流側ＰＭセンサ１４の出力値そのものに基づいて、下流側ＰＭセンサ１４の故障判定を行なってもよい。つまり、強制再生処理の実行停止中に下流側ＰＭセンサ１４の出力値が零に張り付いた場合に、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じたと判断してもよい。

［フィルタ故障検出フロー］
以下、本実施例に係るフィルタの故障検出フローについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップ２０１において、強制再生処理の実行条件が成立したか否かが判別される。具体的には、フィルタ６におけるＰＭ堆積量の推定量が所定堆積量以上となったか否かが判別される。ステップＳ２０１において強制再生処理の実行条件が成立したと判定された場合、次にステップＳ２０２において、下流側ＰＭセンサ１４が正常であるか否かが判別される。該判別は、ＥＣＵ１０に記憶されている、上記ＰＭセンサの故障検出フローを実行した時の判定結果に基づいて行なわれる。

ステップＳ２０２において、下流側ＰＭセンサ１４が正常であると判定された場合、次に、ステップＳ２０３において、現時点、即ち強制再生処理の実行開始時における流入ＰＭ量Ｑｐｍｉｎ及び流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔが読み込まれる。次に、ステップＳ２０４において、Ｓ２０２で読み込まれた流入ＰＭ量Ｑｐｍｉｎ及び流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔを上記式（１）に代入することで、強制再生処理の実行開始時におけるＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐ１が算出される。

次に、ステップＳ２０５において、今回の強制再生処理の実行完了条件が成立したか否かが判別される。具体的には、今回の強制再生処理の実行が開始されてから（即ち、強制再生処理の実行開始条件が成立してから）所定の再生処理実行期間が経過したか否かが判別される。ステップＳ２０５において否定判定された場合、該ステップＳ２０５の処理が再度実行される。一方、ステップＳ２０５において肯定判定された場合、次にステップＳ２０６の処理が実行される。

ステップＳ２０６においては、現時点、即ち強制再生処理の実行完了時における流入ＰＭ量Ｑｐｍｉｎ及び流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔが読み込まれる。次に、ステップＳ２０７において、Ｓ２０６で読み込まれた流入ＰＭ量Ｑｐｍｉｎ及び流出ＰＭ量Ｑｐｍｏｕｔを上記式（１）に代入することで、強制再生処理の実行完了時におけるＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐ２が算出される。

次に、ステップＳ２０８において、ステップＳ２０４で算出されたＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐ１からステップＳ２０７で算出されたＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐ２が減算されることで、今回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量ΔＲｔｒａｐｃが算出される。ここで算出されたＰＭ捕集率低下量はＥＣＵ１０に記憶される。

次に、ステップＳ２０９において、ＥＣＵ１０に記憶されている前回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量ΔＲｔｒａｐｐから、ステップＳ２０８で算出された今回の強制再生処理の実行時におけるＰＭ捕集率低下量ΔＲｔｒａｐｃが減算されることで、これらの値の差Δｄｒが算出される。

次に、ステップＳ２１０において、ステップＳ２０９で算出された差Δｄｒが所定量Δｄｒ０以上か否かが判別される。ステップＳ２１０において肯定判定された場合、次にステップＳ２１１において、フィルタ６に故障が生じたと判定される。一方、ステップＳ２１０において否定判定された場合、次にステップＳ２１２において、フィルタ６は正常と判定される。

＜実施例２＞
ここでは、上記実施例１と異なる点についてのみ説明する。本実施例においては、下流側ＰＭセンサ１４の故障検出方法が実施例１と異なっている。

図４に示すように、強制再生処理の実行停止中に下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じ、その出力値が零に張り付くと、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐは急上昇する。つまり、下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じたことに起因するＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐの上昇率は、ＰＭ堆積量の増加に起因するＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐの上昇率よりも大きい。

そこで、本実施例においては、強制再生処理の実行停止中に、上記式（１）に基づいて、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐを連続的に算出し、さらに、該ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐの上昇率（ＰＭ捕集率の単位時間当たりの上昇量）を算出する。そして、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐの上昇率が所定上昇率を超えた場合、下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じたと判定する。

ここで、所定上昇率は、フィルタ６におけるＰＭ堆積量の増加に伴ってＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが上昇していると判断できる上限値として設定される。該所定上昇率を、実験等に基づいて予め定められた一定値に設定してもよい。また、該所定上昇率を、内燃機関１の運転状態に応じて変更してもよい。

［ＰＭセンサの故障検出フロー］
以下、本実施例に係るＰＭセンサの故障検出フローについて、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、下流側ＰＭセンサ１４の故障を検出するために実行される。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図５に示すフローのステップＳ１０６をステップＳ３０６及びＳ３０７に置き換えたものである。そのため、ステップＳ３０６及びＳ３０７の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ１０５においてＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが算出された場合、次に、ステップＳ３０６において、現時点におけるＰＭ捕集率の上昇率Ｒｕｐが算出される。次に、ステップＳ３０７において、ＰＭ捕集率の上昇率Ｒｕｐが所定上昇率Ｒｕｐ０より大きいか否が判別される。

ステップＳ３０７において肯定判定された場合、次にステップＳ１０７において、下流側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じたと判断され、下流側ＰＭセンサ１４の故障発生と判定される。一方、ステップＳ３０７において否定判定された場合、次にステップＳ１０８において、下流側ＰＭセンサ１４は正常と判定される。

［変形例］
本実施例の変形例について説明する。下流側ＰＭセンサ１４が正常であっても、強制再生処理の実行停止中に、上流側又は下流側ＰＭセンサ１３,１４の出力値にノイズが生じ
ることによって、ＰＭ捕集率が急上昇する場合がある。この場合において、下流側ＰＭセンサ１４の異常を正確に検出するためには、ＰＭ捕集率の急上昇が、下流側ＰＭセンサ１４のマイナスオフセット異常に起因するものであるのか、上流側又は下流側ＰＭセンサ１３,１４の出力値のノイズに起因するものであるのかを区別する必要がある。

そこで、本変形例では、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐの上昇率が所定上昇率を超えた場合に、さらに、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いたか否かを判別する。そして、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いたと判定された場合に、下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じたと判定する。

上流側又は下流側ＰＭセンサ１３,１４の出力値のノイズに起因してＰＭ捕集率が急上
昇した場合、ＰＭ捕集率はすぐに低下する。そのため、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いた場合は、下流側ＰＭセンサ１４においてマイナスオフセット異常が生じたと判断することができる。

［ＰＭセンサの故障検出フロー］
以下、本実施例に係るＰＭセンサの故障検出フローについて、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、下流側ＰＭセンサ１４の故障を検出するために実行される。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図７に示すフローにステップＳ４０８を追加したものである。そのため、ステップＳ４０８の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ３０７においてＰＭ捕集率の上昇率Ｒｕｐが所定上昇率Ｒｕｐ０より大きいと判定された場合、次に、ステップＳ４０８において、ＰＭ捕集率Ｒｔｒａｐが１００％に張り付いているか否かが判別される。この判別方法としては、実施例１の場合と同様の方法を用いることができる。

ステップＳ４０８において肯定判定された場合、次にステップＳ１０７において、下流
側ＰＭセンサ１４にマイナスオフセット異常が生じたと判断され、下流側ＰＭセンサ１４の故障発生と判定される。一方、ステップＳ４０８において否定判定された場合、ＰＭ捕集率の急上昇は上流側又は下流側ＰＭセンサ１３,１４の出力値のノイズに起因するもの
であると判断できるため、次にステップＳ１０８において、下流側ＰＭセンサ１４は正常と判定される。

本変形例によれば、下流側ＰＭセンサ１４の故障をより高い精度で検出することが可能となる。

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
６・・・パティキュレートフィルタ
７・・・酸化触媒
８・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１３・・上流側ＰＭセンサ
１４・・下流側ＰＭセンサ
１５・・上流側排気温度センサ
１６・・下流側排気温度センサ

Claims (3)

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該パティキュレートフィルタから流出する排気中の粒子状物質の量である流出ＰＭ量を検出するＰＭセンサの故障を検出する故障検出装置であって、
   前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の粒子状物質の量である流入ＰＭ量を取得する流入ＰＭ量取得手段と、
   流入ＰＭ量に対する前記パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量の割合であるＰＭ捕集率を、前記流入ＰＭ量取得手段によって取得された流入ＰＭ量と前記ＰＭセンサによって検出された流出ＰＭ量とに基づいて算出するＰＭ捕集率算出手段と、
   前記パティキュレートフィルタの温度を強制的に上昇させることで、該パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する強制再生処理を実行する強制再生処理実行手段と、
   前記強制再生処理実行手段による強制再生処理の実行停止中において、前記ＰＭ捕集率算出手段によって算出されるＰＭ捕集率が１００％に張り付いた場合、または、前記ＰＭセンサの出力値が零に張り付いた場合、前記ＰＭセンサに故障が生じたと判定する故障判定手段と、
   を備えているＰＭセンサの故障検出装置。
2. 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該パティキュレートフィルタから流出する排気中の粒子状物質の量である流出ＰＭ量を検出するＰＭセンサの故障を検出する故障検出装置であって、
   前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の粒子状物質の量である流入ＰＭ量を取得する流入ＰＭ量取得手段と、
   流入ＰＭ量に対する前記パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量の割合であるＰＭ捕集率を、前記流入ＰＭ量取得手段によって取得された流入ＰＭ量と前記ＰＭセンサによって検出された流出ＰＭ量とに基づいて算出するＰＭ捕集率算出手段と、
   前記パティキュレートフィルタの温度を強制的に上昇させることで、該パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する強制再生処理を実行する強制再生処理実行手段と、
   前記強制再生処理実行手段による強制再生処理の実行停止中に前記ＰＭ捕集率算出手段によってＰＭ捕集率を連続的に算出し、算出されたＰＭ捕集率の上昇率が所定上昇率を超えた場合、前記ＰＭセンサに故障が生じたと判定する故障判定手段と、
   を備えているＰＭセンサの故障検出装置。
3. 前記故障判定手段が、前記強制再生処理実行手段による強制再生処理の実行停止中に、前記ＰＭ捕集率算出手段によって算出されたＰＭ捕集率の上昇率が前記所定上昇率を超えた場合であって、且つ、該ＰＭ捕集率が１００％に張り付いた場合、または、前記ＰＭセンサの出力値が零に張り付いた場合に、前記ＰＭセンサに故障が生じたと判定する請求項２に記載のＰＭセンサの故障検出装置。

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