JP2016035244A - パティキュレートフィルタの異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に配設されたパティキュレートフィルタの異常判定を行う装置であって、再生回数による前後差圧のばらつきがあっても誤診断を防止する。
【解決手段】排ガス流量Ｖに対するフィルタ再生回数による前後差圧のばらつきの関係から、異常判定装置を構成する異常判定部は、フィルタ再生回数が所定回数よりも少ない場合には、排ガス流量Ｖが所定の第１流量Ｖｃ以上で取得したパティキュレートフィルタの前後差圧相関値と所定の第１閾値ΔＰth１との比較結果でパティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定する。一方、前記再生回数が所定回数以上である場合には、排ガス流量Ｖが第１流量Ｖｃよりも小さい所定の第２流量Ｖｂ以上で取得した前後差圧相関値と所定の第２閾値ΔＰth２との比較結果に基づいてパティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配設されたパティキュレートフィルタに異常（故障）が発生しているか否かを判定するパティキュレートフィルタの異常判定装置に関する。

従来から、内燃機関（特に、ディーゼル機関）の排気通路には同機関から排出される微粒子（ＰＭ）を捕集する「パティキュレートフィルタ」が配設されている。このフィルタがディーゼル機関に適用されるとき、このフィルタは「ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）」と称呼されている。

このようなパティキュレートフィルタは、一般に、ウォールフロータイプのフィルタである。即ち、パティキュレートフィルタは、その内部に設けられた多孔質の隔壁を排ガスが通過する際、その排ガス中に含まれる微粒子を捕集する。パティキュレートフィルタは、流路抵抗を生じせしめるフィルタであり、排ガスがパティキュレートフィルタを通過している場合、パティキュレートフィルタの前後差圧（フィルタの入口側と出口側の圧力との差であり、以下、単に「前後差圧」とも称呼する。）は、微粒子の捕集量が少ない場合においてもある程度の値となる。

これに対し、パティキュレートフィルタが破損した場合には前後差圧が小さくなる。そこで、従来の装置は、パティキュレートフィルタの前後差圧を用いてパティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定するように構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１１−２５２４２３号公報

ところで、パティキュレートフィルタの前後差圧は個々のパティキュレートフィルタごとにばらつき（以下、「個体ばらつき」とも称呼する。）を有する。発明者の実験によれば、未使用のパティキュレートフィルタに微粒子が堆積し始めてから同フィルタの初回の再生処理（以下、「フィルタ再生処理」とも称呼する。）がなされるまでの期間、この個体ばらつきの程度が顕著に大きいことが判明した。更に１回のフィルタ再生処理から次回のフィルタ再生処理までを１回のサイクルとすると、このサイクルを１乃至数回実行することによって、この個体ばらつきが小さくなることが判明した。この理由は定かではないが、未使用のパティキュレートフィルタには隔壁の表層部及び細孔部に微粒子がまったく存在していないので、微粒子の捕集の状態（態様）が安定しないことと相関があると推察される。

より具体的に述べると、新たに装着されたパティキュレートフィルタが、隔壁の表層部には微粒子が堆積し易いが、隔壁の細孔部には微粒子が堆積しにくい傾向を示すフィルタであった場合、比較的排ガスの流れは妨げられにくい。その結果、正常なパティキュレートフィルタであってもある排ガス流量に対しその前後差圧が比較的低くなることが考えられる。このようなパティキュレートフィルタについて「異常判定」をその前後差圧を用いて行うと、正常品の前後差圧と異常品の前後差圧とが同程度になってしまうことがある。つまり、パティキュレートフィルタが正常品であるにもかかわらず、誤って異常が発生していると判定されてしまう。

本発明は上述した課題に対処するために為されたものであって、その目的は、上述した「前後差圧を用いた異常判定」を行う装置であって、正常品を異常品であると誤って判定する可能性が小さいパティキュレートフィルタの「異常判定装置」を提供することにある。

本発明の、内燃機関の排気通路に配設されたパティキュレートフィルタの「異常判定装置」は、差圧取得部と、ガス流量取得部と、フィルタ設置信号検出部と、計数部と、異常判定部と、を備える。

前記差圧取得部は、前記パティキュレートフィルタの前後差圧を取得する。前記差圧取得部は、パティキュレートフィルタの上流圧（入口側圧力）と下流圧（出口側圧力）との差圧を検出する周知の差圧センサであってもよい。或いは、前記差圧取得部は、パティキュレートフィルタの上流圧を検出する圧力センサの出力と、パティキュレートフィルタの下流圧を検出する圧力センサの出力と、に基づいてパティキュレートフィルタの前後差圧を取得する装置であってもよい。

前記ガス流量取得部は、前記パティキュレートフィルタを通過するガスの流量である通過ガス流量（例えば、体積流量）を取得する。前記ガス流量取得部は、パティキュレートフィルタの上流ガス流量（入口側流量）を直接取得（計測）する装置（例えば、体積流量計）であってもよい。或いは、前記ガス流量取得部は、吸気通路に配設されたエアフローメータによって検出される吸気量、吸気温度及びパティキュレートフィルタの上流温度（入口側温度）等に基づいて通過ガス流量を取得（推定）するものであってもよい。

前記フィルタ設置判定部は、前記パティキュレートフィルタが前記排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換された可能性があるか否かを判定する。例えば、パティキュレートフィルタの排気通路への設置又は交換作業は、一般には車両のバッテリと車両の電気系統とを切り離した状態にて行われる。従って、前記フィルタ設置判定部は、車両の電気系統に供給される電力が遮断された後に再び供給され始めたか否かを判定し、電力が再び供給され始めたときにパティキュレートフィルタが設置又は交換された可能性があると判定してもよい。代替えとして、パティキュレートフィルタが排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換されたとき、作業者により操作されるか、又は、パティキュレートフィルタの排気通路への設置により自動的に操作される「スイッチ」を設けておき、そのスイッチの状態変化に基づいて上記判定を行ってもよい。

前記計数部は、前記パティキュレートフィルタが前記排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換された可能性があるとの判定がなされた時点から次に同判定がなされる時点までに実行される同パティキュレートフィルタの再生の回数であるフィルタ再生回数を計数する。前記計数部は、周知のカウンタ回路であってもよい。フィルタ再生は周知のようにパティキュレートフィルタに堆積した微粒子による目詰まりを解消するために行われる。フィルタ再生は、パティキュレートフィルタを通過する排ガスを昇温して、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子を燃焼させることによって行われる。

前記異常判定部は、前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かの判定を実行すべきとき、
（１）前記フィルタ再生回数が所定回数よりも少ない場合には、
「前記通過ガス流量が所定の第１流量以上であるときに取得された前記パティキュレートフィルタの前後差圧、に相関を有する差圧相関値」と所定の第１閾値との比較結果に基づいて前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定し、
（２）前記フィルタ再生回数が前記所定回数以上である場合には、
「前記通過ガス流量が前記第１流量よりも小さい所定の第２流量以上であるときに取得された前記前後差圧、に相関を有する前記差圧相関値」と所定の第２閾値との比較結果に基づいて前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定する。

「前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かの判定を実行すべきとき」とは、例えば、車両のイグニッション・キー・スイッチがオン位置からオフ位置に変更にされたときである。更に、異常判定部が異常判定するのに必要十分な個数のデータを収集できたときを条件に加えてもよい。

前後差圧は通過ガス流量が増加するほど増大するので、通過ガス流量が所定の第１流量以上であるときの前後差圧は、通過ガス流量が第１流量よりも小さい所定の第２流量であるときの前後差圧よりも大きい。更に、正常なパティキュレートフィルタ（正常品）の前後差圧は通過ガス流量の増大とともに比較的急激に増加するのに対し、異常なパティキュレートフィルタ（異常品）の前後差圧は通過ガス流量の増大とともに比較的穏やかに（緩やかに）増加する。即ち、通過ガス流量を増加させるほど、正常品の前後差圧と異常品の前後差圧との差は大きくなる。

ところで、前述したように、パティキュレートフィルタの設置又は交換後の再生回数が所定回数よりも少ない場合には、パティキュレートフィルタの前後差圧のばらつき（個体ばらつき）が大きい。この場合、異常判定部は、通過ガス流量が所定の第１流量よりも小さいときは、個体ばらつきによって正常なパティキュレートフィルタ（正常品）を異常と判定する虞がある。

そこで、異常判定部は、パティキュレートフィルタの設置又は交換後の再生回数が所定回数よりも少ない場合には、通過ガス流量が比較的大きい第１流量以上であるときに差圧取得部を用いてパティキュレートフィルタの前後差圧を取得する。

即ち、異常判定部は、パティキュレートフィルタの個体ばらつきが大きい場合でも正常品と異常品とを判別可能な通過ガス流量範囲の下限よりも大きい流量を第１流量として設定する。第１流量は、例えば、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を有する車両においては、還流されるＥＧＲガス流量が「０」となるような運転条件において実現されることが多い。

一方、パティキュレートフィルタの設置又は交換後の再生回数が所定回数（１乃至数回）以上である場合には、パティキュレートフィルタの前後差圧のばらつきは小さい。

そこで、異常判定部は、パティキュレートフィルタの設置又は交換後の再生回数が所定回数（１乃至数回）以上である場合には、通過ガス流量が「第１流量よりも小さい所定の第２流量」以上であるときに差圧取得部を用いてパティキュレートフィルタの前後差圧を取得する。この結果、異常判定部は、パティキュレートフィルタの個体ばらつきが小さい場合には、その個体ばらつきが大きい場合よりも前後差圧の検出機会を増やすことができる。

本発明装置は、このようにして得られる差圧相関値と所定の閾値との比較結果に基づいてフィルタの異常判定を行う。従って、本発明装置は、最初に設置又は新品に交換した直後のパティキュレートフィルタであっても正常品を異常と誤判定しない「フィルタの異常判定」を実行することができる。

なお、「前後差圧に相関を有する差圧相関値」は、前後差圧に応じて変化する値であればよい。例えば、差圧相関値は、前後差圧そのものであってもよいし、前後差圧の逆数であってもよい。

本発明の一態様に係る異常判定装置において、前記異常判定部は、正常な前記パティキュレートフィルタの個体差によって生じる前記前後差圧のばらつきの範囲における最小値が、異常な前記パティキュレートフィルタの個体差によって生じる前記前後差圧のばらつきの範囲における最大値よりも大きい関係が成立するような前記通過ガス流量の範囲内に前記第１流量を設定するように構成される。

これによれば、前記フィルタ再生回数が前記所定回数よりも少なく、前後差圧のばらつきが大きい場合であっても、誤異常判定を防止することができる。

本発明の一態様に係る異常判定装置において、前記異常判定部は、前記フィルタ再生回数が前記所定回数よりも少ない場合、前記通過ガス流量が前記所定の第１流量以上であるときに前記差圧相関値の基礎データとなる前記前後差圧のデータを複数個取得するとともに同複数のデータを取得したときの前記通過ガス流量の平均値を求め同求めた平均値に基づいて前記第１閾値を決定し、
前記フィルタ再生回数が前記所定回数以上である場合、前記通過ガス流量が前記所定の第２流量以上であるときに前記差圧相関値の基礎データとなる前記前後差圧のデータを複数個取得するとともに同複数のデータを取得したときの前記通過ガス流量の平均値を求め同求めた平均値に基づいて前記第２閾値を決定するように構成される。

この場合、第１閾値及び第２閾値は、前述したように求められる通過ガス流量の平均値のそれぞれが、所定の関数にそれぞれ代入されることにより算出されてもよい。又は、第１閾値及び第２閾値は、前述したように求められる通過ガス流量の平均値のそれぞれと、これら閾値と、のそれぞれの関係を規定したルックアップテーブルを参照して取得されてもよい。

第１閾値は、前記通過ガス流量が前記所定の第１流量以上である場合であって前後差圧のデータを取得したときの通過ガス流量の平均値に応じて変化する。同様に、第２閾値は、前記通過ガス流量が前記所定の第２流量以上である場合であって前後差圧のデータを取得したときの通過ガス流量の平均値に応じて変化する。従って、上記態様によれば、第１閾値及び第２閾値が適切な値に設定されるので、精度の良い異常判定を行うことができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る「パティキュレートフィルタの異常判定装置」が適用された内燃機関の概略構成図である。 図２（Ａ）は、排ガス流量と、図１に示したＤＰＦであってフィルタ再生処理が数回実行されたものの前後差圧と、の関係を示すグラフであり、図２（Ｂ）は、排ガス流量と、図１に示したＤＰＦであってフィルタ再生処理が未実行のものの前後差圧と、の関係を示すグラフである。 図３は、任意のガス流量におけるパティキュレートフィルタの前後差圧と、再生回数カウンタのカウント値と、前後差圧安定フラグと、異常判定用データ取得時の排ガス流量下限値と、の関係を示すタイムチャートである。 図４は、図１に示したＣＰＵが実行する「差圧安定フラグ決定ルーチン」を示したフローチャートである。 図５は、図１に示したＣＰＵが実行する「ＤＰＦ異常判定ルーチン」を示したフローチャートである。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るパティキュレートフィルタの異常判定装置（以下、「判定装置」とも称呼する。）について説明する。

（構成）
判定装置は、図１に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給系統３０、吸気系統４０、排気系統５０及びＥＧＲ系統６０を含んでいる。

機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を備える。本体２１には、４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。各気筒２２の上部には燃料噴射弁（インジェクタ）２３が配設されている。燃料噴射弁２３は、後述する電子制御装置７０の指示に応答して開弁し、気筒内に燃料を直接噴射するようになっている。

燃料供給系統３０は、燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１と、燃料送出管３２と、コモンレール（蓄圧室）３３と、を含む。燃料加圧ポンプ３１の吐出口は燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２はコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は燃料噴射弁２３に接続されている。

燃料加圧ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。

吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２及び過給機ＴＣのコンプレッサ４３を含んでいる。

排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、ディーゼル酸化触媒５３、パティキュレートフィルタ５４及び過給機ＴＣのタービン５５を含んでいる。以下において、ディーゼル酸化触媒５３は「ＤＯＣ５３」と称呼される。パティキュレートフィルタ５４は「ＤＰＦ５４」と称呼される。ＤＰＦはディーゼル・パティキュレート・フィルタの略である。

エキゾーストマニホールド５１は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。排気管５２はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１及び排気管５２は排気通路を構成している。排気管５２には、排ガスの流れの上流から下流に向け、タービン５５、ＤＯＣ５３及びＤＰＦ５４が配設されている。

ＤＯＣ５３は、白金及びパラジウム等の貴金属を触媒として、排ガス中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ）を酸化し、排ガスを浄化する。即ち、ＤＯＣ５３により、ＨＣは水とＣＯ_２に酸化され、ＣＯはＣＯ_２に酸化され、ＮＯはＮＯ_２に酸化される。

ＤＰＦ５４は、炭素からなる煤及びこれに付着した有機物を含むＰＭ（微粒子、即ち、パティキュレートマター）を捕集する。ＤＰＦ５４は、周知のウォールフロータイプのセラミック製フィルタである。より具体的に述べると、ＤＰＦ５４は、ハニカム構造に成形された「コーディライト及びシリコン・カーバイド等」の耐熱性セラミックスにより形成される複数のガス流路を備えている。ガス流路は、隣接するガス流路の片端が互い違いに目詰めされている。ＤＰＦ５４内に流入した排ガスは、目詰めによって直接フィルタを抜けることはできずに、その複数のガス流路を構成する多孔質の隔壁を通過する。その際、排ガス中のＰＭ及びアッシュ等がＤＰＦ５４内部（隔壁内の細孔及び隔壁の表層等）に捕集される。

ＤＰＦ５４にＰＭが捕集され及び堆積していくにしたがい、ウォールフロータイプであるＤＰＦ５４は目詰まりしていくので、ＤＰＦ５４内部の流路抵抗が増大する。つまり、ＰＭがＤＰＦ５４に堆積していくにしたがい、ＤＰＦ５４の前後の排ガスの圧力差（以降、「前後差圧」と称呼する。）は増大していく。ＰＭがＤＰＦ５４に過度に堆積して前後差圧が過度に大きくなると、ＤＰＦ５４の性能及び機関の燃費が悪化する虞がある。そこで、別途推定されるＰＭ堆積量が所定値に達したとき又は運転者の操作によって、ＤＰＦ５４に堆積したＰＭを除去する所謂フィルタ再生処理が、後述の電子制御装置７０からの指示によって実行される。

フィルタ再生処理は、ＤＰＦ５４を通過する排ガスを昇温してＤＰＦ５４に堆積したＰＭを燃焼させることによって行われる。ＤＰＦ５４を通過する排ガスの昇温は次のように行われる。機関又は図示しない燃料添加弁からＤＯＣ５３上流の排気管５２に燃料（未燃成分）が供給される。ＤＯＣ５３がその供給された未燃成分を酸化することによって発生する熱によってＤＯＣ５３の温度が上昇する。その結果、ＤＯＣ５３から流出する排ガスの温度が上昇する。そして、高温となった排ガスがＤＰＦ５４に流入し、ＤＰＦ５４に堆積したＰＭを燃焼させる。以下、ＤＰＦ５４を通過する（に流入する）ガスの体積流量は、「ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf」とも称呼される。

なお、ＤＰＦ５４の下流に、図示しないＳＣＲ触媒が備えられていてもよい。ＳＣＲ触媒は、ＮＯｘをアンモニア（ＮＨ_３）によって還元することにより排ガスを浄化する「ＮＯｘ選択還元触媒」である。この場合、ＳＣＲ触媒に供給されるアンモニアを加水分解によって生成するための尿素を供給する装置が設けられる。

ＥＧＲ系統６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２及びＥＧＲクーラ６３を含んでいる。ＥＧＲ系統６０は、ＥＧＲ装置とも称呼される。

排気還流管６１は、ＥＧＲガス通路を構成するように、排気通路（エキゾーストマニホールド５１）であってタービン５５よりも上流位置と、吸気通路（インテークマニホールド４１）であってスロットル弁４６の下流位置と、を連通している。即ち、排ガス（ＥＧＲガス）の取出し口は、排気通路であってＤＰＦ５４よりも上流側に設けられている。このため、本体２１（すべての気筒２２）に流入するガスの量が一定である場合、還流されるＥＧＲガスの流量が減少するほど、ＤＰＦ５４に流入するガスの流量（体積流量であり、以下「ＤＰＦガス通過ガス流量」とも称呼する。）は増大する。

ＥＧＲ制御弁６２は排気還流管６１に配設されている。ＥＧＲ制御弁６２は、電気制御装置７０からの指示である駆動信号（デューティ比信号）Ｄegrに応答してＥＧＲガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量（ＥＧＲガス量）を変更し得るようになっている。換言すると、ＥＧＲ制御弁６２は、ＤＰＦ５４に流入するガスの流量（ＤＰＦ５４の通過ガス流量）を制御し得るようになっている。駆動信号Ｄegrが大きくなるほどＥＧＲ制御弁６２の開度は増大する。従って、駆動信号Ｄegrが小さくなるほどＥＧＲ制御弁６２の開度は減少し、その結果、ＥＧＲガス量が減少する一方、排ガス流量Ｖ（従って、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf）が増大する。

ＥＧＲクーラ６３は排気還流管６１に介装され、排気還流管６１を通過するＥＧＲガスの温度を低下させるようになっている。

以上から明らかなように、ＥＧＲ系統６０は、ＤＰＦガス通過流量を変更可能な流量変更装置を構成している。

電子制御装置７０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）又は不揮発性メモリ）、カウンタ及びインタフェース等を含む。電子制御装置７０は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、電子制御装置７０は、ＣＰＵからの指示に応じて、各種アクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。

電子制御装置７０は、エアフローメータ７１、スロットル弁開度センサ７２、ＥＧＲ制御弁開度センサ７３、前後差圧センサ７４、排ガス温度センサ７５、排ガス圧力センサ７６、大気圧センサ７７、アクセルペダル操作量センサ７８及びイグニッション・キー・スイッチ７９等と接続されている。

エアフローメータ７１は吸気通路内を通過する吸入空気（ＥＧＲガスを含まない新気）の質量流量を測定し、質量流量（以下、「吸入空気量Ｇａ」と称呼する。）を表す信号を出力する。更に、エアフローメータ７１は吸入空気の温度を検出し、その吸気温ＴＨＡを表す信号を出力する。
スロットル弁開度センサ７２はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力する。

ＥＧＲ制御弁開度センサ７３は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を検出し、その開度を表す信号Ｖegrを出力する。
前後差圧センサ７４は、ＤＰＦ５４の上流圧（入口圧、ＤＯＣ５３とＤＰＦ５４との間の圧力、即ち、上流側圧力）と下流圧（出口圧、即ち、下流側圧力）との差圧（即ち、前後差圧）を検出し、前後差圧ΔＰを出力する周知の圧力センサである。

排ガス温度センサ７５は、排気管５２であってＤＯＣ５３とＤＰＦ５４との間の位置に配設されている。排ガス温度センサ７５は、ＤＯＣ５３を通過してＤＰＦ５４に流入する排ガスの温度を検出し、その排ガス温度Ｔ１を表す信号を出力する。

排ガス圧力センサ７６は、排気管５２であってＤＰＦ５４の下流に配設されている。排ガス圧力センサ７６は、ＤＰＦ５４の下流圧（出口圧、即ち、下流側圧力）を検出し、その排ガス圧力Ｐ２を表す信号を出力する周知の圧力センサである。

大気圧センサ７７は、電子制御装置７０が格納されたケース内に配設されている。大気圧センサ７７は大気圧を検出し、その大気圧Ｐ１を表す信号を出力する周知の圧力センサである。
アクセルペダル操作量センサ７８はアクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセルペダル操作量Ａccpを表す信号を出力する。

イグニッション・キー・スイッチ７９は、機関１０の始動を行うためのオン位置と停止を行うためのオフ位置とを備えたスイッチである。

本判定装置において、前述したＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfは、以下に示すとおり、ＤＰＦ５４の入口における排ガス流量（ＤＰＦ入口流量）Ｖｆとして定義される。

一般的に、排ガス流量Ｖは単位時間当たりのガスの体積（ｍ^３／ｓｅｃ）を表している。ガスの圧力をＰ（Ｐａ）、ガスの絶対温度をＴ（Ｋ）、ガスの単位時間当たりの物質量をｎ（ｍｏｌ／ｓｅｃ）とすると、これらの間には次式に示す関係が成立する。

（Ｐ・Ｖ）／（ｎ・Ｔ）＝Ｒ（一定） …（１）

（１）式において、Ｒは気体定数（単位はＪ・Ｋ^−１・ｍｏｌ^−１）と称呼されている。つまり、排ガス流量Ｖは絶対温度Ｔと比例関係にある。上式から排ガス流量Ｖは次式により求められる。

Ｖ＝ｎＲＴ／Ｐ …（２）

よって、ＤＰＦ入口流量Ｖｆ（ｍ^３／ｓｅｃ）は（２）式を用いて次式のとおりとなる。

Ｖｆ＝Ｒ・Ｇａ（Ｔ１＋２７３）／（Ｐ１＋Ｐ２＋ΔＰ） …（３）

（３）式において、Ｇａはエアフローメータ７１によって検出される吸気量（ｇ／ｓｅｃ）、Ｔ１はＤＰＦ５４の上流に位置する排ガス温度センサ７５によって検出される排ガス温度（℃）、Ｐ１は大気圧センサ７７によって検出される大気圧（Ｐａ）、Ｐ２はＤＰＦ５４の下流に位置する排ガス圧力センサ７６によって検出されるＤＰＦ後方圧力（Ｐａ）、ΔＰは前後差圧センサ７４によって検出されるＤＰＦ前後差圧（Ｐａ）である。即ち、（３）式の分母である（Ｐ１＋Ｐ２＋ΔＰ）は、ＤＰＦ５４の入口部分における排ガス圧力を表している。

（作動の概要）
以下、図２及び図３を参照しながら本判定装置の作動の概要を説明する。

図２（Ａ）は、機関１０を搭載した車両に最初に設置されたか又は新品に交換された後、数回のフィルタ再生が実行されたＤＰＦ５４について、正常なＤＰＦ５４（正常ＤＰＦ）及び異常が発生しているＤＰＦ５４（異常ＤＰＦ）の「排ガス流量Ｖ（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf）とＤＰＦ５４の前後差圧ΔＰとの関係」を示したグラフである。

図２（Ｂ）は、車両に最初に設置されたか又は新品に交換された後であって、最初のフィルタ再生が実行される前のＤＰＦ５４について、正常ＤＰＦ及び異常ＤＰＦの「排ガス流量ＶとＤＰＦ５４の前後差圧ΔＰとの関係」を示したグラフである。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、曲線Ｃ１は正常ＤＰＦに関する曲線（正常ＤＰＦの分布についての近似曲線）であり、曲線Ｃ１maxは正常ＤＰＦのばらつきの上限を示す曲線であり、曲線Ｃ１minは正常ＤＰＦのばらつきの下限を示す曲線である。曲線Ｃ２は異常ＤＰＦに関する曲線（異常ＤＰＦの分布についての近似曲線）であり、曲線Ｃ２maxは異常ＤＰＦのばらつきの上限を示す曲線であり、曲線Ｃ２minは異常ＤＰＦのばらつきの下限を示す曲線である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）から理解されるように、曲線Ｃ２maxと曲線Ｃ２minとの差分によって表される前後差圧ΔＰの、ある「排ガス流量Ｖ」に対するばらつきの幅は、曲線Ｃ１maxと曲線Ｃ１minとの差分によって表される前後差圧ΔＰの、同「排ガス流量Ｖ」に対するばらつきの幅よりも大きい。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の曲線Ｃ１及び曲線Ｃ２から理解されるように、前後差圧ΔＰは排ガス流量Ｖに対して二次関数的に増加する。即ち、正常ＤＰＦについての前後差圧ΔＰと排ガス流量ＶとはΔＰ＝ａ・Ｖ^２の関係を有し、異常ＤＰＦについての前後差圧ΔＰ’と排ガス流量Ｖ’とはΔＰ’＝ｂ・Ｖ’^２の関係を有していると言うことができる。但し、ａ（正の定数）はｂ（正の定数）よりも大きい。異常ＤＰＦについての前後差圧ΔＰ’は、ｂの値が小さいので、実質的に排ガス流量Ｖ’に比例しているとも言うことができ、ΔＰ’＝ｋ・Ｖ’なる式により表すこともできる。従って、正常ＤＰＦの前後差圧ΔＰと、異常ＤＰＦの前後差圧ΔＰ’との差分（ΔＰ−ΔＰ’）は、排ガス流量Ｖが大きくなるにつれて大きくなる。

そのため、図２の（Ａ）及び（Ｂ）のそれぞれにおける「曲線Ｃ１min及び曲線Ｃ２max」から理解されるように、正常ＤＰＦの前後差圧ΔＰのばらつきの下限と異常ＤＰＦの前後差圧ΔＰ’のばらつきの上限との差は、排ガス流量Ｖが大きくなるにつれて大きくなる。

図２の（Ａ）及び（Ｂ）において、領域１は排ガス流量Ｖが流量Ｖａ以上流量Ｖｂ未満の範囲である（領域１を「小流量領域」とも称呼する。）。領域２は流量Ｖｂ以上の範囲である。領域２’は、領域２のうち排ガス流量ＶがＶｂよりも大きいＶｃ以上の範囲である（領域２’を「大流量領域」とも称呼する。）。領域２であるが領域２’ではない範囲を「中流量領域」とも称呼する。

図２（Ａ）に示した例において、正常ＤＰＦに関し、排ガス流量Ｖが領域２であるが領域２’ではない範囲（Ｖｂ≦Ｖ＜Ｖｃ：中流量領域）にあるとき、点Ｚ１で示した点のデータが得られる。点Ｚ１の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ１，ΔＰ１）である。点Ｚ１は、曲線Ｃ１min上のデータである。

排ガス流量Ｖが領域２’の範囲（Ｖ≧Ｖｃ、大流量領域）にあるとき、点Ｚ２で示した点のデータが得られる。点Ｚ２の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ２，ΔＰ２）である。点Ｚ２は、曲線Ｃ１min上のデータである。

異常ＤＰＦに関し、排ガス流量Ｖが領域２であるが領域２’ではない範囲（Ｖｂ≦Ｖ＜Ｖｃ、中流量領域）にあるとき、点Ｙ１で示した点のデータが得られる。点Ｙ１の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ１，ΔＰ３）である。点Ｙ１は、曲線Ｃ２max上のデータであり、排ガス流量Ｖは点Ｚ１と同じ排ガス流量Ｖ１である。

排ガス流量Ｖが領域２’の範囲（Ｖ≧Ｖｃ、大流量領域）にあるとき、点Ｙ２で示した点のデータが得られる。点Ｙ２の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ２，ΔＰ４）である。点Ｙ２は、曲線Ｃ２max上のデータであり、排ガス流量Ｖは点Ｚ２と同じ排ガス流量Ｖ２である。

図２（Ａ）から理解されるように、任意の排ガス流量Ｖにおける前後差圧ΔＰは、ＤＰＦ５４に異常（破損）が発生した場合の方がＤＰＦ５４が正常である場合よりも小さくなる。例えば、排ガス流量Ｖ１における点Ｚ１の前後差圧ΔＰ１と比べて同じ排ガス流量Ｖ１における点Ｙ１の前後差圧ΔＰ３は明らかに小さい。又、排ガス流量Ｖ２における点Ｚ２の前後差圧ΔＰ２と比べて同じ排ガス流量Ｖ２における点Ｙ２の前後差圧ΔＰ４は明らかに小さい。即ち、ある排ガス流量Ｖにおける曲線Ｃ１min上の前後差圧ΔＰは、その排ガス流量Ｖにおける曲線Ｃ２max上の前後差圧ΔＰよりも明らかに大きい。但し、排ガス流量ＶがＶａ未満の領域（小流量域）の値である場合、曲線Ｃ１min上の前後差圧ΔＰと曲線Ｃ２max上の前後差圧ΔＰとの差は相対的に小さい。

従って、ＤＰＦ５４に対して数回以上のフィルタ再生が実行された後においては、排ガス流量ＶがＶｂ以上であるときに得られる前後差圧ΔＰが「その前後差圧ΔＰが得られたときの排ガス流量Ｖに応じて変化する所定閾値ΔＰth」よりも小さい場合にＤＰＦ５４が異常であると判定し、前後差圧ΔＰがその閾値ΔＰth以上である場合にＤＰＦ５４が正常であると判定することにより、ＤＰＦ５４の異常判定を精度良く行うことができる。

これに対し、図２（Ｂ）に示した例において、正常ＤＰＦに関し、排ガス流量Ｖが領域２であるが領域２’ではない範囲（Ｖｂ≦Ｖ＜Ｖｃ、中流量領域）にあるとき、点Ｚ１’で示した点のデータが得られる。点Ｚ１’の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ１’，ΔＰ１’）である。点Ｚ１’は、曲線Ｃ１min上のデータである。

排ガス流量Ｖが領域２’の範囲（Ｖ≧Ｖｃ、大流量領域）にあるとき、点Ｚ２’で示した点のデータが得られる。点Ｚ２’の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ２’，ΔＰ２’）である。点Ｚ２’は、曲線Ｃ１min上のデータである。

異常ＤＰＦに関し、排ガス流量Ｖが領域２であるが領域２’ではない範囲（Ｖｂ≦Ｖ＜Ｖｃ、中流量領域）にあるとき、点Ｙ１’で示した点のデータが得られる。点Ｙ１’の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ１’，ΔＰ３’）である。点Ｙ１’は、曲線Ｃ２max上のデータであり、排ガス流量Ｖは点Ｚ１’と同じ排ガス流量Ｖ１’である。

排ガス流量Ｖが領域２’の範囲（Ｖ≧Ｖｃ、大流量領域）にあるとき、点Ｙ２’で示した点のデータが得られる。点Ｙ２’の（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）は（Ｖ２’，ΔＰ４’）である。点Ｙ２’は、曲線Ｃ２max上のデータであり、排ガス流量Ｖは点Ｚ２’と同じ排ガス流量Ｖ２’である。

図２（Ｂ）から理解されるように、この場合（新品のＤＰＦ５４に対する最初のフィルタ再生処理が実行される前）においても、任意の排ガス流量Ｖにおける前後差圧ΔＰは、ＤＰＦ５４に異常（破損）が発生した場合の方がＤＰＦ５４が正常である場合よりも小さくなる。しかしながら、この場合における正常ＤＰＦの前後差圧ΔＰのばらつきは大きい。従って、排ガス流量ＶがＶｂ未満の領域（小流量領域及び中流量領域）の値であると、正常ＤＰＦの前後差圧ΔＰのばらつきの範囲内の下限値が、異常ＤＰＦの前後差圧ΔＰのばらつきの範囲内の上限値よりも小さくなる。即ち、点Ｙ１’と点Ｚ１’との比較から理解されるように、ある排ガス流量Ｖ（Ｖ＜Ｖｃ）における曲線Ｃ１min上の点の前後差圧ΔＰが、その排ガス流量Ｖにおける曲線Ｃ２max上の点の前後差圧ΔＰよりも小さくなる。

これに対し、大流量領域（Ｖ≧Ｖｃ）においては、正常ＤＰＦの前後差圧ΔＰのばらつきの範囲内の下限値は、異常ＤＰＦの前後差圧ΔＰのばらつきの範囲内の上限値よりも必ず大きくなる。即ち、点Ｙ２’と点Ｚ２’との比較から理解されるように、ある排ガス流量Ｖ（Ｖ≧Ｖｃ）における曲線Ｃ１min上の点の前後差圧ΔＰは、その排ガス流量Ｖにおける曲線Ｃ２max上の点の前後差圧ΔＰよりも大きい。

従って、新品のＤＰＦ５４に対する最初のフィルタ再生が実行される前においては、排ガス流量ＶがＶｃ以上であるときに得られる前後差圧ΔＰが「その前後差圧ΔＰが得られたときの排ガス流量Ｖに応じて変化する所定閾値ΔＰth」よりも小さい場合にＤＰＦ５４が以上であると判定し、前後差圧ΔＰがその閾値ΔＰth以上である場合にＤＰＦ５４が正常であると判定することにより、ＤＰＦ５４の異常判定を精度良く行うことができる。

図３は、特定のガス流量におけるＤＰＦ５４の前後差圧と、再生回数カウンタ（フィルタ再生回数を計数する計数部）のカウント値と、フィルタ再生回数が所定回数以上となったことを示す前後差圧安定フラグ（Ｘstableフラグ）と、異常判定用データ取得時の排ガス流量下限値と、の関係を示す図である。

図３の横軸は、機関の運転時間であり、ＤＰＦ５４の最初の設置又は新品への交換の直後を時刻ｔ０としている。曲線Ｄ０は、典型的な前後差圧ΔＰを示すＤＰＦ５４の曲線である。曲線Ｄ１は、前後差圧ΔＰが比較的低い値を示すＤＰＦ５４の曲線である。曲線Ｄ２は、前後差圧ΔＰが比較的高い値を示すＤＰＦ５４の曲線である。時刻ｔ０において、ＤＰＦ５４（曲線Ｄ０、Ｄ１及びＤ２）の前後差圧ΔＰはΔＰ０である。時刻ｔ０からＰＭの堆積が始まり、前後差圧ΔＰは徐々に増加する。

時刻ｔ１は、電子制御装置７０にてＤＰＦ５４へのＰＭ堆積量がフィルタ再生すべき量に達したと推定され、初回のフィルタ再生処理が開始された時刻である。電子制御装置７０は、ＰＭ堆積量の推定を、機関運転時間、機関回転速度（ＮＥ）及び機関負荷（ＫＬ）等に基づいて行う。

時刻ｔ２は、初回のフィルタ再生処理が完了した時刻である。フィルタ再生中において、ＤＰＦ５４に堆積したＰＭが燃焼してフィルタの目詰まりが解消するので、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて前後差圧ΔＰは減少する。時刻ｔ２における前後差圧ΔＰ２は、初期の前後差圧ΔＰ０よりも高くなる。このことは、フィルタに目詰まりしたＰＭの一部は燃焼することなく残留していることを示している。

ＤＰＦ５４は時刻ｔ２から再びＰＭの堆積を開始する。時刻ｔ３は、２回目のフィルタ再生処理が開始された時刻である。時刻ｔ３において、曲線Ｄ１及び曲線Ｄ２が、典型的なＤＰＦ５４に対する曲線Ｄ０に対して乖離する大きさは、時刻ｔ１におけるそれらの乖離する大きさに比べて小さくなっている。即ち、初回のフィルタ再生処理の結果、前後差圧ΔＰのばらつきが小さくなっていることを示している。

時刻ｔ４は、２回目のフィルタ再生処理が完了した時刻である。時刻ｔ４における前後差圧ΔＰは、時刻ｔ２における前後差圧ΔＰ２に略等しい。つまり、前述の目詰まりしたＰＭの一部は２回目のフィルタ再生処理においても燃焼することなく残留していると考えられる。

ＤＰＦ５４は時刻ｔ４から再びＰＭの堆積を開始する。時刻ｔ５は、３回目のフィルタ再生処理が開始された時刻である。時刻ｔ５において、曲線Ｄ１及び曲線Ｄ２が、典型的なＤＰＦ５４に対する曲線Ｄ０に対して乖離する大きさは、時刻ｔ３におけるそれらの乖離する大きさと略等しい。

このように、フィルタ再生処理の回数が増えるにつれて、前後差圧ΔＰのばらつきが小さくなっていく。更に、初回のフィルタ再生処理による前後差圧ΔＰのばらつきの範囲の減少量（時刻ｔ１でのばらつきと時刻ｔ３でのばらつきとの差）は大きいが、その後のフィルタ再生処理による前後差圧ΔＰのばらつきの範囲の減少量（例えば、時刻ｔ３でのばらつきと時刻ｔ５でのばらつきとの差）はそれほど大きくない。従って、初回のフィルタ再生処理が実行されれば、ＤＰＦ５４の異常判定を行うための前後差圧ΔＰを取得する際の排ガス流量Ｖは、それほど大きくなくても良いということが理解される。

以上のことから、本判定装置は、次のようにＤＰＦ５４の異常判定を行う。

本判定装置は、新品のＤＰＦ５４に対するフィルタ再生回数が所定回数に達したか否かを判定する。
（Ａ）フィルタ再生回数が所定回数に達していない場合。
（Ａ−１）本判定装置は、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが「所定の第１流量」Ｖｃ以上である大流量領域にあるときの（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf，前後差圧ΔＰ）を複数回取得する。
（Ａ−２）本判定装置は、取得した（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf，前後差圧ΔＰ）のそれぞれの平均値（Ｖave，ΔＰave）を求める。
（Ａ−３）本判定装置は、第１閾値ΔＰth１を、取得したＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖaveに基づいて定める。
（Ａ−４）本判定装置は、「差圧相関値」であるΔＰaveと「所定の第１閾値」であるΔＰth１とを比較する。
（Ａ−５）本判定装置は、差圧相関値ΔＰaveが所定の第１閾値ΔＰth１よりも小さい場合、ＤＰＦ５４が異常であると判定する。又、本判定装置は、差圧相関値ΔＰaveが所定の第１閾値ΔＰth１以上である場合、ＤＰＦ５４は正常であると判定する。
（Ｂ）フィルタ再生回数が所定回数に達している場合
（Ｂ−１）本判定装置は、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが「所定の第２流量」Ｖｂ以上である中流量領域及び大流量領域にあるときの（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf，前後差圧ΔＰ）を複数回取得する。
（Ｂ−２）本判定装置は、取得した（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf，前後差圧ΔＰ）のそれぞれの平均値（Ｖave，ΔＰave）を求める。
（Ｂ−３）本判定装置は、第２の閾値ΔＰth２を、取得したＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖaveに基づいて定める。
（Ｂ−４）本判定装置は、「差圧相関値」であるΔＰaveと「所定の第２閾値」であるΔＰth２とを比較する。
（Ｂ−５）本判定装置は、差圧相関値ΔＰaveが所定の第２閾値ΔＰth２よりも小さい場合、ＤＰＦ５４が異常であると判定する。又、本判定装置は、差圧相関値ΔＰaveが所定の第２閾値ΔＰth２以上である場合、ＤＰＦ５４は正常であると判定する。

＜実際の作動＞
次に、本判定装置の具体的作動について図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、電子制御装置７０のＣＰＵが実行する「差圧安定フラグ取得ルーチン」を示している。

本判定装置が適用される車両にＤＰＦ５４が最初に設置されたか又は新品に交換された直後であり、且つフィルタ再生が実施されていない状態であると仮定して説明を続ける。

適当なタイミングになると、ＣＰＵは図４のステップ４００から処理を開始してステップ４０５に進み、ＤＰＦ５４が車両に最初に設置されたか又は新品に交換された直後であるか否かを判定する。前述の仮定によれば、ＤＰＦ５４は車両に最初に設置されたか又は新品に交換された直後である。従って、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進み、再生回数カウンタのカウント値Ｃを「０」に設定する。

具体的には、カウント値Ｃは次のようにして設定される。通常の運用として、車両にＤＰＦ５４が最初に設置されるか又は新品に交換されるときには、車両のバッテリと電子制御装置７０とは電気的に切断され、電子制御装置７０へは電力が供給されないようにされる。

再生回数カウンタのカウント値Ｃは、電子制御装置７０内に備えられたスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）に保持されている。ＳＲＡＭは、電圧が印加されない（電力が供給されない）場合は、保持しているデータはクリアされる。

従って、ＤＰＦ５４が車両に設置されるとき又はＤＰＦ５４が交換されるときには、ＳＲＡＭに電力が供給されなくなるので、保持しているデータはクリアされ「０」に設定される。即ち、ステップ４０５及びステップ４１０の動作は、ＳＲＡＭの作動により自動的になされると言うこともできる。

なお、ＤＰＦ５４が排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換されたとき、作業者により操作されるか、又は、ＤＰＦ５４の排気通路への設置により自動的に操作される「スイッチ」を設けておき、ＣＰＵは、そのスイッチの状態変化に基づいてステップ４０５の判定及びステップ４１０の処理を行ってもよい。

次に、ＣＰＵはステップ４１５に進み、フィルタ再生処理が実施されたか否かを判定する。前述の仮定によれば、フィルタ再生処理は実行されていない。従って、ＣＰＵはステップ４１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４２５に直接進み、フィルタ再生回数（カウント値）がフィルタ再生回数閾値Ｃth以上であるか否かを判定する。なお、フィルタ再生回数閾値Ｃthは１以上の任意の整数（本例においては、Ｃth＝２）である。

現時点において、フィルタ再生回数は「０」であるので、フィルタ再生回数閾値Ｃthよりも小さい。従って、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３５に進み、差圧安定フラグＸstableを「０」に設定してステップ４９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

更に、適当なタイミングになると、ＣＰＵは図５のステップ５００から処理を開始してステップ５０５に進み、フィルタ再生処理が実行中でないか否かを判定する。現時点において、フィルタ再生処理は実行されていない。従って、ＣＰＵはステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１０に進み、差圧安定フラグＸstableが「０」であるか否かを判定する。現時点において、差圧安定フラグＸstableは「０」である。従って、ＣＰＵはステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１５に進み、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが流量閾値Ｖｃ以上であるか否かを判定する。

ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが流量閾値Ｖｃを超える（大流量領域の範囲にある）状況は、例えば、ＥＧＲによって還流されるＥＧＲガス量が「０」となるような機関運転状態にあるときである。

排ガス流量Ｖが流量閾値Ｖｃ以上であるとすると、ＣＰＵはステップ５１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、前後差圧ΔＰの積算値ＳumΔＰ１を更新する（積算値ＳumΔＰ１に現時点の前後差圧ΔＰを加える）。同時に、ＣＰＵはＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの積算値ＳumＶ１を更新する（積算値ＳumＶ１に現時点のＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfを加える）。更に、ＣＰＵは積算されたデータの個数を示すカウンタＮの値を「１」だけ増加させて、ステップ５２５に進む。

一方、排ガス流量Ｖが流量閾値Ｖｃより小さいときは、ＣＰＵはステップ５１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５２５に直接進む。

ＣＰＵはステップ５２５に進むと、イグニッション・キー・スイッチ７９がオン位置からオフ位置へと変更された直後でない場合、ＣＰＵはステップ５２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ５９５へと直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

この時点以降、ＣＰＵは、ステップ５２５にて「Ｙｅｓ」と判定するまで、ステップ５０５乃至ステップ５２０のうちの適切なステップの処理を繰り返す。よって、前後差圧ΔＰの積算値ＳumΔＰ１、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの積算値ＳumＶ１及びカウンタＮの値が更新される。

これに対し、ＣＰＵがステップ５２５の処理を実行する時点が「イグニッション・キー・スイッチ７９のオフ位置への変更」直後である場合、ＣＰＵはそのステップ５２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３０に進む。ＣＰＵはステップ５３０にて差圧安定フラグＸstableが「０」であるか否かを判定する。

現時点において、差圧安定フラグＸstableは「０」である。従って、ＣＰＵはステップ５３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３５に進む。ＣＰＵはステップ５３５にて、前後差圧ΔＰの積算値ＳumΔＰ１を「カウンタＮの値であるＮ」により除する。これによって、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが大流量領域以上にある場合の前後差圧ΔＰの平均値を前後差圧ΔＰaveとして取得する。同時に、ＣＰＵはＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの積算値ＳumＶ１を「カウンタＮの値であるＮ」により除することによって、前後差圧の平均値ΔＰ１を取得した期間におけるＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値をＶaveとして取得する。

更に、ＣＰＵは取得した「ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖave」を関数ｇ１（Ｖave）に代入することによって第１閾値ΔＰth１を算出する。この関数ｇ１（Ｖave）は、大流量領域にて取得された複数のＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfに基づいて求められた平均値Ｖaveに対する判定閾値、即ち、第１閾値ΔＰth１を規定する関数として予め定められている。加えて、ＣＰＵは算出された第１閾値ΔＰth１を所定閾値ΔＰthとして取得する。

次に、ＣＰＵはステップ５４０に進み、前後差圧ΔＰの平均値ΔＰaveが所定閾値ΔＰth（この場合、ΔＰth１）よりも小さいか否かを判定する。

このとき、差圧相関値ΔＰaveが所定閾値ΔＰth以上であれば、ＣＰＵはステップ５４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５７０へ進み、ＤＰＦ５４が正常であると判定して、その旨をバックアップＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ５５０に進む。これに対し、差圧相関値ΔＰaveが所定閾値ΔＰthよりも小さければ、ＣＰＵはステップ５４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４５へ進み、ＤＰＦ５４が異常であると判定して、その旨をバックアップＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ５５０に進む。

ＣＰＵはステップ５５０にて前後差圧ΔＰの平均値ΔＰave、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖave及びカウンタＮの値Ｎをクリアして、ステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

その後の機関１０の運転中においても、ＣＰＵは図４に示したルーチンを繰り返し実行する。この場合、現時点は、ＤＰＦ５４が車両に最初に設置されたか又は新品に交換された直後ではない。従って、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップ４１５に直接進み、フィルタ再生を実施したか否かを判定する。

現時点において、フィルタ再生処理は実行されていない。従って、ＣＰＵはステップ４１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４２５に直接進む。現時点において、再生回数カウンタのカウント値Ｃの値は「０」のままであり、判定閾値Ｃthより小さい。従って、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３５に進み、差圧安定フラグＸstableを「０」に設定し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

次に、フィルタ再生処理が実施された直後の場合について説明する。図４に示したフローチャートにおいて、適当なタイミングになると、ＣＰＵはステップ４０５に進み、「Ｎｏ」と判定してステップ４１５に直接む。前述の仮定によれば、フィルタ再生処理が実施された直後である。従って、ＣＰＵはステップ４１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４２０に進み、再生回数カウンタのカウント値Ｃを１つカウントアップする（即ち、カウント値は「０」から「１」になる。）。

その後、ＣＰＵはステップ４２５に進む。現時点において、カウント値ＣはＣth（本例においては「２」）よりも小さい。従って、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３５に進み、差圧安定フラグＸstableを「０」に設定し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

つまり、フィルタ再生処理の回数が判定閾値Ｃth未満の場合には、ＣＰＵは排ガス流量Ｖが大流量領域（流量閾値Ｖｃ以上）であるときの（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf，前後差圧ΔＰ）を取得する。ＣＰＵは、取得したそれぞれの平均値（Ｖave，ΔＰave）を求め、前後差圧ΔＰの平均値ΔＰaveと、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖaveにおける第１閾値ΔＰth（Ｖave）と、を比較して異常判定を行う。

更に、フィルタ再生処理が実施された場合について説明する。この場合、図４に示したフローチャートにおいて、ＣＰＵはステップ４０５からステップ４２０に直接進んで、再生回数カウンタのカウント値Ｃを１つカウントアップする（Ｃ＝Ｃthとなる）。

その後、ＣＰＵはステップ４２５に進む。現時点において、カウント値ＣはＣthである。従って、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４３０に進み、差圧安定フラグＸstableを「１」に設定し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

その後、図５に示したフローチャートにおいて、ＣＰＵはステップ５０５に進む。前述の仮定によれば、フィルタ再生処理中ではない。従って、ＣＰＵはステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１０に進む。

前述の仮定によれば、差圧安定フラグＸstableは「１」である。従って、ＣＰＵはステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５５５に進み、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが流量閾値（中流量領域下限）Ｖｂ以上であるか否かを判定する。

排ガス流量Ｖが流量閾値Ｖｂを超える（中流量領域の範囲にある）状況としては、例えば、市街地走行時においては信号待ちからの急発進、高速走行時においては通常のアクセルペダルＡＰの踏込み操作による加速等が考えられる。

排ガス流量Ｖが流量閾値Ｖｂ以上であるとすると、ＣＰＵはステップ５５５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５６０に進み、前後差圧ΔＰの積算値ＳumΔＰ２を更新する（積算値ＳumΔＰ２に現時点の前後差圧ΔＰを加える）とともにＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf（この場合、排ガス流量Ｖと等しい。）の積算値ＳumＶ２を更新する（積算値ＳumＶ２に現時点のＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfを加える）。同時に、ＣＰＵは積算されたデータの個数を示すカウンタＮの値を「１」だけ増加させる。一方、排ガス流量Ｖが流量閾値Ｖｂより小さいときは、ＣＰＵはステップ５５５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５２５に直接進む。

そして、ＣＰＵがステップ５２５の処理を実行する時点が「イグニッション・キー・スイッチ７９のオフ位置への変更」直後であると、ＣＰＵはそのステップ５２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３０に進む。

現時点において、差圧安定フラグＸstableは「１」である。従って、ＣＰＵはステップ５３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５６５に進む。ＣＰＵは前後差圧ΔＰの積算値ＳumΔＰ２を「カウンタＮの値であるＮ」により除することによって、ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfが大流量領域以上にある場合の前後差圧ΔＰの平均値を前後差圧ΔＰaveとして取得する。同時に、ＣＰＵはＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの積算値ＳumＶ２を「カウンタＮの値であるＮ」により除することによって、前後差圧（平均値）ΔＰ２を取得した期間におけるＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値を排ガス流量Ｖaveとして取得する。

更に、ＣＰＵは取得した「ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖave」を関数ｇ２（Ｖave）に代入することによって第２閾値ΔＰth２を算出する。この関数ｇ２（Ｖave）は、中流量領域にて取得された複数のＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpfに基づいて求められた平均値Ｖaveに対する判定閾値、即ち、第２閾値ΔＰth２を規定する関数として予め定められている。加えて、ＣＰＵは算出された第２閾値ΔＰth２を所定閾値ΔＰthとして取得する。

次に、ＣＰＵはステップ５４０に進み、前後差圧ΔＰの平均値ΔＰaveが第２閾値ΔＰth（この場合、ΔＰth２）よりも小さいか否かを判定する。

このとき、差圧相関値ΔＰaveが所定の第２閾値ΔＰth以上であれば、ＣＰＵはステップ５４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５７０へ進み、ＤＰＦ５４が正常であると判定して、その旨をバックアップＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ５５０を経由してステップ５９５に進む。これに対し、差圧相関値ΔＰaveが所定の第２閾値ΔＰthよりも小さければ、ＣＰＵはステップ５４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４５へ進み、ＤＰＦ５４が異常であると判定して、その旨をバックアップＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ５５０を経由してステップ５９５に進む。

以上、説明したように、本判定装置は、内燃機関の排気通路（排気管５２）に配設されたパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ５４）の異常判定装置であって、
前記パティキュレートフィルタの前後差圧ΔＰを取得する差圧取得部（前後差圧センサ７４）と、
前記パティキュレートフィルタを通過するガスの流量である通過ガス流量（ＤＰＦ通過ガス流量Ｖdpf）を取得するガス流量取得部（エアフローメータ７１、前後差圧センサ７４、排ガス温度センサ７５、排ガス圧力センサ７６及び大気圧センサ７７）と、
前記パティキュレートフィルタが前記排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換された可能性があるか否かを判定するフィルタ設置判定部（ステップ４０５）と、
前記パティキュレートフィルタが前記排気通路に最初に設定されたか又は新品に交換された可能性があるとの判定がなされた時点から次に同判定がなされる時点までに実行される同パティキュレートフィルタの再生の回数であるフィルタ再生回数Ｃを計数する計数部（再生回数カウンタ）（ステップ４２０）と、
前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かの判定を実行すべきとき（ステップ５２５及びステップ５３０）、
前記フィルタ再生回数が前記所定回数（判定閾値Ｃth）よりも少ない場合（ステップ４２５及びステップ４３５）には、
前記通過ガス流量が所定の第１流量Ｖｃ以上であるときに取得された前記前後差圧に相関を有する前記差圧相関値ΔＰaveと所定の第１閾値ΔＰth（Ｖave）との比較結果に基づいて前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定し（ステップ５３０、ステップ５３５及びステップ５４０）、
前記フィルタ再生回数が所定回数以上である場合（ステップ４２５及びステップ４３０）には、
前記通過ガス流量が前記第１流量よりも小さい所定の第２流量Ｖｂ以上であるときに取得された前記パティキュレートフィルタの前記前後差圧に相関を有する差圧相関値ΔＰaveと所定の第２閾値ΔＰth（Ｖave）との比較結果に基づいて前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定する（ステップ５３０、ステップ５６５及びステップ５４０）、異常判定部を備える。

更に、前記異常判定部は、正常な前記パティキュレートフィルタ（正常ＤＰＦ）の個体差によって生じる前記前後差圧のばらつきの範囲における最小値Ｃ１minが、異常な前記パティキュレートフィルタ（異常ＤＰＦ）の個体差によって生じる前記前後差圧のばらつきの範囲における最大値Ｃ２maxよりも大きい関係が成立するような前記通過ガス流量Ｖdpfの範囲内に前記第１流量Ｖｃを設定するように構成される。

加えて、前記異常判定部は、前記フィルタ再生回数Ｃが前記所定回数（判定閾値Ｃth）よりも少ない場合、前記通過ガス流量が所定の第１流量Ｖｃ以上であるときに前記差圧相関値ΔＰaveの基礎データとなる前記前後差圧ΔＰのデータを複数個取得するとともに（ステップ５２０）同複数のデータを取得したときの前記通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖaveを求め同求めた平均値に基づいて前記第１閾値ΔＰth１を決定し（ステップ５３５）、
前記フィルタ再生回数が前記所定回数以上である場合、前記通過ガス流量が所定の第２流量Ｖｂ以上であるときに前記差圧相関値ΔＰaveの基礎データとなる前記前後差圧ΔＰのデータを複数個取得するとともに（ステップ５６０）同複数のデータを取得したときの前記通過ガス流量Ｖdpfの平均値Ｖaveを求め同求めた平均値に基づいて前記第２閾値ΔＰth２を決定する（ステップ５６５）ように構成される。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、判定装置は、排ガス流量Ｖが「データを取得すべき流量範囲」に入ったときに（排ガス流量Ｖ，前後差圧ΔＰ）のデータを取得しているが、排ガス流量Ｖをデータを取得すべき流量範囲となるように増加させる制御を行ってもよい。例えば、排ガス流量Ｖを所定の流量領域まで増大させるために、ＥＧＲ装置６０によって還流されるＥＧＲガス量を減じてもよい。或いは未燃ＨＣをＤＰＦ５４よりも上流の排気経路中に供給することによって排ガス温度を上昇させてもよい。

上記判定装置は、エアフローメータ７１の出力、前後差圧センサ７４、排ガス温度センサ７５、排ガス圧力センサ７６及び大気圧センサ７７の出力等に基づいて排ガス流量Ｖを取得している。これに対し、上記判定装置は、機関の運転状態（燃料噴射量Ｑfin、機関回転速度ＮＥ）等に基づいて排ガス流量Ｖを推定することにより、排ガス流量Ｖを取得してもよい。更に、上記判定装置は、排気経路中に排ガス流量センサを設け、排ガス流量センサの出力に基づいて排ガス流量Ｖを取得してもよい。

上記判定装置は、排ガス流量Ｖがデータを取得すべき流量範囲内にあるときは、イグニッション・キー・スイッチ７９がオン位置からオフ位置に変更されるまで異常判定に用いるためのデータを取得し続けるが、取得データ数Ｎに制限値を設けてもよい。

更に、上記判定装置は、差圧相関値を前後差圧ΔＰそのものとしているが、差圧相関値は前後差圧ΔＰの逆数であってもよい。

１０…機関、２０…機関本体部、３０…燃料供給系統、４０…吸気系統、５１…エキゾーストマニホールド、５２…排気管、５３…ＤＯＣ、５４…ＤＰＦ、６０…ＥＧＲ系統、７１…エアフローメータ、７３…ＥＧＲ制御弁開度センサ、７４…前後差圧センサ、７５…排ガス温度センサ、７６…排ガス圧力センサ、７７…大気圧センサ、７９…イグニッション・キー・スイッチ。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配設されたパティキュレートフィルタの異常判定装置であって、
   前記パティキュレートフィルタの前後差圧を取得する差圧取得部と、
   前記パティキュレートフィルタを通過するガスの流量である通過ガス流量を取得するガス流量取得部と、
   前記パティキュレートフィルタが前記排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換された可能性があるか否かを判定するフィルタ設置判定部と、
   前記パティキュレートフィルタが前記排気通路に最初に設置されたか又は新品に交換された可能性があるとの判定がなされた時点から次に同判定がなされる時点までに実行される前記パティキュレートフィルタの再生の回数であるフィルタ再生回数を計数する計数部と、
   前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かの判定を実行すべきとき、
   前記フィルタ再生回数が所定回数よりも少ない場合には、
   前記通過ガス流量が所定の第１流量以上であるときに取得された前記パティキュレートフィルタの前記前後差圧に相関を有する差圧相関値と所定の第１閾値との比較結果に基づいて前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定し、
   前記フィルタ再生回数が前記所定回数以上である場合には、
   前記通過ガス流量が前記第１流量よりも小さい所定の第２流量以上であるときに取得された前記前後差圧に相関を有する前記差圧相関値と所定の第２閾値との比較結果に基づいて前記パティキュレートフィルタに異常が発生したか否かを判定する、異常判定部と、
   を備えた異常判定装置。
2. 請求項１に記載の異常判定装置において、
   前記異常判定部は、正常な前記パティキュレートフィルタの個体差によって生じる前記前後差圧のばらつきの範囲における最小値が、異常な前記パティキュレートフィルタの個体差によって生じる前記前後差圧のばらつきの範囲における最大値よりも大きい関係が成立するような前記通過ガス流量の範囲内に前記第１流量を設定するように構成された、異常判定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の異常判定装置において、
   前記異常判定部は、
   前記フィルタ再生回数が前記所定回数よりも少ない場合、前記通過ガス流量が前記所定の第１流量以上であるときに前記差圧相関値の基礎データとなる前記前後差圧のデータを複数個取得するとともに同複数のデータを取得したときの前記通過ガス流量の平均値を求め同求めた平均値に基づいて前記第１閾値を決定し、
   前記フィルタ再生回数が前記所定回数以上である場合、前記通過ガス流量が前記所定の第２流量以上であるときに前記差圧相関値の基礎データとなる前記前後差圧のデータを複数個取得するとともに同複数のデータを取得したときの前記通過ガス流量の平均値を求め同求めた平均値に基づいて前記第２閾値を決定する、
   ように構成された異常判定装置。
   
   

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