JP2016133060A - Ｐｍセンサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭセンサの出力異常を容易に検出できるようにする。【解決手段】エンジン１１の排出ガス中のＰＭを捕集する片栓フィルタ３１の下流側にＰＭセンサ３２を配置し、このＰＭセンサ３２の出力に基づいて第１及び第２のセンサ異常診断を行う。第１のセンサ異常診断では、エンジン１１の運転条件と片栓フィルタ３１のＰＭ捕集率とに基づいてフィルタ流出ＰＭ量（片栓フィルタ３１から流出するＰＭ量）を推定し、センサ検出ＰＭ量（ＰＭセンサ３２の出力に基づいて検出したＰＭ量）とフィルタ流出ＰＭ量とを比較してＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定する。第２のセンサ異常診断では、エンジン１１の運転条件に基づいてエンジン排出ＰＭ量（エンジン１１から排出されるＰＭ量）を推定し、ＰＭセンサ３２の出力の増加率とエンジン排出ＰＭ量の増加率とを比較してＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排出ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を検出するＰＭセンサの異常診断装置に関する発明である。

車両に搭載される内燃機関においては、燃費規制の強化に伴って、筒内噴射式のガソリンエンジンの需要増加が予想されている。しかし、筒内噴射式のガソリンエンジンは、吸気ポート噴射式のガソリンエンジンに比べて、ＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）の排出量が多くなるという問題がある。この対策として、エンジンの排気通路にエンジンから排出されるＰＭを捕集するフィルタを配置するようにしたものがある。

このようなＰＭ捕集用のフィルタを備えたシステムにおいては、ＰＭ捕集用のフィルタの下流側に排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサを配置し、このＰＭセンサで検出したＰＭ量に基づいてフィルタの故障の有無を判定するようにしたものがある。

更に、ＰＭセンサの異常診断技術として、例えば、特許文献１（特開２０１２−１３０５８号公報）に記載されたものがある。このものは、ＰＭ捕集用のフィルタの下流側にＰＭセンサを配置したシステムにおいて、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させて除去する再生制御の実行停止中に、ＰＭセンサの出力値が０に張り付いた場合に、ＰＭセンサに故障が生じたと判定するようにしている。

また、従来、ＰＭ捕集用のフィルタにおいては、フィルタに設けられた複数のセルのうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセル（つまり入口側が開放されたセル）の出口側が閉鎖された構造としたものがある。

特開２０１２−１３０５８号公報

上記従来のフィルタは、ＰＭ堆積量が増加した後は、ＰＭ捕集率がほぼ１００％に維持されて（図５参照）、フィルタからＰＭがほとんど流出しないため、フィルタの下流側のＰＭセンサが正常であっても、ＰＭセンサの出力が０付近に維持される（図６参照）。このため、従来のフィルタの下流側にＰＭセンサを配置したシステムでは、ＰＭセンサの出力が正常であるか否かを判定することが難しく、ＰＭセンサの出力異常を検出することが困難である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＰＭセンサの出力異常を容易に検出することができるＰＭセンサの異常診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の排出ガス中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と表記する）を捕集するフィルタであって該フィルタに設けられた複数のセル（３３）のうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセルのうち出口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造又は一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセルのうち入口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造の片栓フィルタ（３１）と、この片栓フィルタ（３１）を通過した排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ（３２）と、このＰＭセンサ（３２）の出力に基づいて該ＰＭセンサ（３２）の出力異常の有無を判定するセンサ異常診断を行う異常診断手段（３０）とを備えた構成としたものである。

片栓フィルタは、ＰＭ捕集率が従来のフィルタよりも低い捕集率（１００％よりも低い捕集率）に維持されて（図５参照）、片栓フィルタからＰＭが流出するため、片栓フィルタの下流側のＰＭセンサが正常であれば、ＰＭセンサの出力が０よりも大きい値（片栓フィルタから流出するＰＭ量に応じた値）になるはずである（図６参照）。従って、片栓フィルタの下流側にＰＭセンサを配置したシステムでは、ＰＭセンサの出力を監視すれば、ＰＭセンサの出力異常の有無を判定することができ、ＰＭセンサの出力異常を容易に検出することができる。

この場合、請求項２のように、内燃機関（１１）の運転条件と片栓フィルタ（３１）のＰＭ捕集率とに基づいて、片栓フィルタ（３１）から流出するＰＭ量（以下「フィルタ流出ＰＭ量」という）を推定する流出ＰＭ量推定手段（３０）を備え、異常診断手段（３０）は、ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいて検出したＰＭ量（以下「センサ検出ＰＭ量」という）と、流出ＰＭ量推定手段（３０）で推定したフィルタ流出ＰＭ量とを比較して、センサ異常診断を行うようにすると良い。

ＰＭセンサの出力が正常であれば、センサ検出ＰＭ量とフィルタ流出ＰＭ量とがほぼ一致するはずである。従って、センサ検出ＰＭ量とフィルタ流出ＰＭ量とを比較すれば、ＰＭセンサの出力異常（出力値の異常）の有無を精度良く判定することができる。

また、請求項４のように、内燃機関（１１）の運転条件に基づいて、内燃機関（１１）から排出されるＰＭ量（以下「内燃機関排出ＰＭ量」という）を推定する排出ＰＭ量推定手段（３０）を備え、異常診断手段（３０）は、ＰＭセンサ（３２）の出力の変化率と、排出ＰＭ量推定手段（３０）で推定した内燃機関排出ＰＭ量の変化率とを比較して、センサ異常診断を行うようにしても良い。

内燃機関から排出されるＰＭ量が変化すると、それに応じて、片栓フィルタから流出するＰＭ量が変化して、ＰＭセンサの出力が変化するため、ＰＭセンサの出力が正常であれば、ＰＭセンサの出力の変化率と内燃機関排出ＰＭ量の変化率とがほぼ一致するはずである。従って、ＰＭセンサの出力の変化率と内燃機関排出ＰＭ量の変化率とを比較すれば、ＰＭセンサの出力異常（出力のリニアリティ異常）の有無を精度良く判定することができる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は片栓フィルタの排出ガス流れ方向に沿った断面図である。 図３は片栓フィルタの入口側の排出ガス流れ方向に対して直角方向に沿った断面図である。 図４は片栓フィルタの出口側の排出ガス流れ方向に対して直角方向に沿った断面図である。 図５はＰＭ堆積量とＰＭ捕集率との関係を示す図である。 図６はＰＭセンサ出力の挙動を示すタイムチャートである。 図７はエンジン排出ＰＭ量の推定方法を説明する図である。 図８は第１のセンサ異常診断を説明する図である。 図９は第２のセンサ異常診断を説明するタイムチャートである。 図１０は第１のセンサ異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は第２のセンサ異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。

筒内噴射式の内燃機関であるエンジン１１は、燃料としてガソリンを筒内に直接噴射する筒内噴射式のガソリンエンジンである。このエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料（ガソリン）を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ又は酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X 等を浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１の排気管２３のうちの触媒２５の下流側には、エンジン１１の排出ガス中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集する片栓フィルタ３１が設けられている。触媒２５と片栓フィルタ３１は、一つのケース内に収容するようにしても良いし、別々のケース内に収容するようにしても良い。更に、片栓フィルタ３１の下流側には、片栓フィルタ３１を通過した排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ３２が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

図２乃至図４に示すように、片栓フィルタ３１は、排出ガス流れ方向（入口側から出口側に向かう方向）に延びる複数のセル３３が多孔質の隔壁（仕切壁）３４によって区画形成され、複数のセル３３のうちの一部のセル３３の入口側の端部が封止部材３５で閉鎖されて、全てのセル３３の出口側が開放された構造となっている。本実施例では、入口側が閉鎖されて出口側が開放されたセル（以下「入口閉鎖セル」という）３３Ａと、入口側と出口側が両方とも開放されたセル（以下「両側開放セル」という）３３Ｂとが隣り合うように交互に配置されている。

この片栓フィルタ３１は、両側開放セル３３Ｂの入口側からセル３３Ｂ内に排出ガスが流入すると、両側開放セル３３Ｂ内の圧力が上昇して、入口閉鎖セル３３Ａ内の圧力が両側開放セル３３Ｂ内の圧力に対して相対的に低くなる。このため、両側開放セル３３Ｂから排出ガスの一部が、多孔質の隔壁３４を通過して入口閉鎖セル３３Ａ内に流入して、入口閉鎖セル３３Ａの出口側からセル３３Ａ外へ流出する。その際、排出ガス中のＰＭ（例えば粒径が２０〜１００ｎｍのＳＯＯＴ粒子）が隔壁３４の気孔内（気孔の内壁面）や表層壁面に付着して捕集される。また、排出ガス中の不燃性物質（例えばエンジン１１のオイルに起因する灰分）であるアッシュも隔壁３４の気孔内や表層壁面に付着して捕集される。

ところで、ＰＭ捕集用の片栓フィルタ３１を備えたシステムでは、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量（片栓フィルタ３１に堆積したＰＭの量）が多くなり過ぎると、排気の圧力損失が大きくなる。このため、ＥＣＵ３０は、片栓フィルタ３１に捕集されたＰＭを燃焼させて除去する再生制御を実施して、片栓フィルタ３１を再生させる（片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量を減少させる）ようにしている。再生制御としては、例えば、所定の燃料カット実行条件が成立したとき（例えば減速時）に実行される燃料カット制御がある。また、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定の上限値を越えたときに、再生制御として例えば空燃比をリーンにする制御や排気温度を上昇させる制御等を実行する。

図５に示すように、片栓フィルタ３１は、再生制御等によりＰＭが除去された後（ＰＭ堆積量がほぼ０になった後）には、まず、隔壁３４の気孔内にＰＭが堆積し、その後、隔壁３４の表層壁面にＰＭが堆積する。隔壁３４の気孔内にＰＭが堆積する気孔内堆積領域（ＰＭ堆積量が比較的少ない領域）では、ＰＭ堆積量の増加に伴って、ＰＭ捕集率が一旦上昇した後に低下する。この後、隔壁３４の表層壁面にＰＭが堆積する表層堆積領域では、ＰＭ捕集率がほぼ一定となる。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図１０及び図１１のセンサ異常診断用の各ルーチンを実行することで、ＰＭセンサ３２の出力に基づいてＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定するセンサ異常診断を行うようにしている。

片栓フィルタ３１は、ＰＭ捕集率が従来のフィルタよりも低い捕集率（１００％よりも低い捕集率）に維持されて（図５参照）、片栓フィルタ３１からＰＭが流出する。このため、片栓フィルタ３１の下流側のＰＭセンサ３２が正常であれば、ＰＭセンサ３２の出力が０よりも大きい値（片栓フィルタ３１から流出するＰＭ量に応じた値）になるはずである（図６参照）。従って、片栓フィルタ３１の下流側にＰＭセンサ３２を配置したシステムでは、ＰＭセンサ３２の出力を監視すれば、ＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定することができ、ＰＭセンサ３２の出力異常を容易に検出することができる。

本実施例では、ＥＣＵ３０により後述する図１０の第１のセンサ異常診断ルーチンを実行することで、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａ（ＰＭ捕集率が安定するのに必要なＰＭ堆積量）を越えた後に、第１のセンサ異常診断を行う。この第１のセンサ異常診断では、エンジン１１の運転条件と片栓フィルタ３１のＰＭ捕集率とに基づいてフィルタ流出ＰＭ量（片栓フィルタ３１から流出するＰＭ量）を推定し、センサ検出ＰＭ量（ＰＭセンサ３２の出力に基づいて検出したＰＭ量）と、フィルタ流出ＰＭ量とを比較して、ＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定する。

ＰＭセンサ３２の出力が正常であれば、センサ検出ＰＭ量とフィルタ流出ＰＭ量とがほぼ一致するはずである。従って、センサ検出ＰＭ量とフィルタ流出ＰＭ量とを比較すれば、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力値の異常）の有無を精度良く判定することができる。

具体的には、第１のセンサ異常診断では、図７に示すように、エンジン回転速度、エンジン負荷（例えば吸気管圧力や吸入空気量等）、冷却水温、運転履歴等に基づいて、エンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ（エンジン１１から排出されるＰＭ量）をマップ又は数式等により算出する。エンジン排出ＰＭ量ＰＭＥのマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。

また、エンジン１１の運転条件やセンサ検出ＰＭ量等に基づいてＰＭ堆積量をマップ又は数式等により算出し、このＰＭ堆積量に応じてＰＭ捕集率をマップ又は数式等により算出する。尚、片栓フィルタ３１の上流側排気圧と下流側排気圧との差（前後差圧）を検出する差圧センサを備えたシステムの場合には、差圧センサの出力に応じたＰＭ堆積量をマップ又は数式等により算出するようにしても良い。ＰＭ堆積量やＰＭ捕集率のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。

この後、エンジン排出ＰＭ量ＰＭＥとＰＭ捕集率とを用いて、次式によりフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦを算出する。
フィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦ＝エンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ×（１−ＰＭ捕集率）

このようにして、フィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦを推定（算出）した後、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳとフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦとの差の絶対値｜ＰＭＳ−ＰＭＦ｜が所定値α以下であるか否かによって、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲（ＰＭＦ±αの範囲）内であるか否かを判定する。

その結果、図８（ａ）に示すように、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳとフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦとの差の絶対値｜ＰＭＳ−ＰＭＦ｜が所定値α以下の場合、つまり、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲（ＰＭＦ±αの範囲）内の場合には、ＰＭセンサ３２が正常（ＰＭセンサ３２の出力異常無し）と判定する。

これに対して、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳとフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦとの差の絶対値｜ＰＭＳ−ＰＭＦ｜が所定値αよりも大きい場合、つまり、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲（ＰＭＦ±αの範囲）外の場合には、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力値の異常）と判定する。この際、図８（ｂ）に示すように、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲の下限値（ＰＭＦ−α）よりも小さい場合には、ＰＭセンサ３２の出力が過小であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。一方、図８（ｃ）に示すように、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲の上限値（ＰＭＦ＋α）よりも大きい場合には、ＰＭセンサ３２の出力が過大であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。

更に、本実施例では、ＥＣＵ３０により後述する図１１の第２のセンサ異常診断ルーチンを実行することで、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａ（ＰＭ捕集率が安定するのに必要なＰＭ堆積量）を越えた後に、第２のセンサ異常診断を行う。この第２のセンサ異常診断では、エンジン１１の運転条件に基づいてエンジン排出ＰＭ量（エンジン１１から排出されるＰＭ量）を推定し、ＰＭセンサ３２の出力の変化率（例えば増加率）と、エンジン排出ＰＭ量の変化率（例えば増加率）とを比較して、ＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定する。

エンジン１１から排出されるＰＭ量が変化すると、それに応じて、片栓フィルタ３１から流出するＰＭ量が変化して、ＰＭセンサ３２の出力が変化するため、ＰＭセンサ３２の出力が正常であれば、ＰＭセンサ３２の出力の変化率とエンジン排出ＰＭ量の変化率とがほぼ一致するはずである。従って、ＰＭセンサ３２の出力の変化率とエンジン排出ＰＭ量の変化率とを比較すれば、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力のリニアリティ異常）の有無を精度良く判定することができる。

具体的には、第２のセンサ異常診断では、図９に示すように、エンジン１１の燃料噴射時期を強制的に変化させる前に、ＰＭセンサ３２の出力Ｓ1 を読み込むと共に、エンジン１１の運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷、冷却水温、運転履歴等）に基づいてエンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ1 をマップ又は数式等により算出する（図７参照）。

この後、エンジン１１の燃料噴射時期を強制的に変化（進角）させて、エンジン１１から排出されるＰＭ量を強制的に変化（増加）させた後に、ＰＭセンサ３２の出力Ｓ2 を読み込むと共に、エンジン１１の運転条件に基づいてエンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ2 をマップ又は数式等により算出する。

この後、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳ＝Ｓ2 ／Ｓ1 を算出すると共に、エンジン排出ＰＭ量の増加率ΔＰＭＥ＝ＰＭＥ2 ／ＰＭＥ1 を算出する。そして、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳとエンジン排出ＰＭ量の増加率ΔＰＭＥとの差の絶対値｜ΔＳ−ΔＰＭＥ｜が所定値β以下であるか否かによって、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲（ΔＰＭＥ±βの範囲）内であるか否かを判定する。

その結果、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳとエンジン排出ＰＭ量の増加率ΔＰＭＥとの差の絶対値｜ΔＳ−ΔＰＭＥ｜が所定値β以下の場合、つまり、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲（ΔＰＭＥ±βの範囲）内の場合には、ＰＭセンサ３２が正常（ＰＭセンサ３２の出力異常無し）と判定する。

これに対して、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳとエンジン排出ＰＭ量の増加率ΔＰＭＥとの差の絶対値｜ΔＳ−ΔＰＭＥ｜が所定値βよりも大きい場合、つまり、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲（ΔＰＭＥ±βの範囲）外の場合には、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力のリニアリティ異常）と判定する。この際、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲の下限値（ΔＰＭＥ−β）よりも小さい場合には、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが過小であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。一方、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲の上限値（ΔＰＭＥ＋β）よりも大きい場合には、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが過大であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。

以上説明した本実施例のセンサ異常診断は、ＥＣＵ３０によって図１０及び図１１のセンサ異常診断用の各ルーチンに従って実行される。以下、各ルーチンの処理内容を説明する。

図１０に示す第１のセンサ異常診断ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａ（図５参照）を越えたか否かを判定する。この所定値Ａは、片栓フィルタ３１のＰＭ捕集率が安定するのに必要なＰＭ堆積量であり、例えば、気孔内堆積領域から表層堆積領域に移行する際のＰＭ堆積量又はそれよりも少し多いＰＭ堆積量に設定される。

このステップ１０１で、ＰＭ堆積量が所定値Ａを越えていないと判定された場合には、ＰＭ捕集率が安定していないと判断して、ステップ１０２以降の第１のセンサ異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、ＰＭ堆積量が所定値Ａを越えたと判定された場合には、ＰＭ捕集率が安定していると判断して、ステップ１０２以降の第１のセンサ異常診断に関する処理を次のようにして実行する。
まず、ステップ１０２で、ＰＭセンサ３２の出力に基づいて検出したＰＭ量をセンサ検出ＰＭ量として取得する。

この後、ステップ１０３に進み、エンジン１１の運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷、冷却水温、運転履歴等）に基づいてエンジン排出ＰＭ量ＰＭＥをマップ又は数式等により算出し、このエンジン排出ＰＭ量ＰＭＥとＰＭ捕集率とを用いて、次式によりフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦを算出する。
フィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦ＝エンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ×（１−ＰＭ捕集率）
このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう流出ＰＭ量推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０４に進み、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳとフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦとの差の絶対値｜ＰＭＳ−ＰＭＦ｜が所定値α以下であるか否かによって、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲（ＰＭＦ±αの範囲）内であるか否かを判定する。

このステップ１０４で、差の絶対値｜ＰＭＳ−ＰＭＦ｜が所定値α以下と判定された場合、つまり、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲（ＰＭＦ±αの範囲）内と判定された場合には、ステップ１０５に進み、ＰＭセンサ３２が正常（ＰＭセンサ３２の出力異常無し）と判定する。

これに対して、上記ステップ１０４で、差の絶対値｜ＰＭＳ−ＰＭＦ｜が所定値αよりも大きいと判定された場合、つまり、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲（ＰＭＦ±αの範囲）外と判定された場合には、ステップ１０６に進み、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力値の異常）と判定する。この際、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲の下限値（ＰＭＦ−α）よりも小さい場合には、ＰＭセンサ３２の出力が過小であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。一方、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳが正常範囲の上限値（ＰＭＦ＋α）よりも大きい場合には、ＰＭセンサ３２の出力が過大であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。

また、図１１に示す第２のセンサ異常診断ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、所定の実行条件が成立しているか否かを、例えば、エンジン運転状態が定常状態であるか否か等によって判定する。
このステップ２０１で、実行条件が不成立と判定された場合には、ステップ２０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０１で、実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ２０２に進み、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａ（図５参照）を越えたか否かを判定する。

このステップ２０２、ＰＭ堆積量が所定値Ａを越えていないと判定された場合には、ＰＭ捕集率が安定していないと判断して、ステップ２０３以降の第２のセンサ異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０２で、ＰＭ堆積量が所定値Ａを越えたと判定された場合には、ＰＭ捕集率が安定していると判断して、ステップ２０３以降の第２のセンサ異常診断に関する処理を次のようにして実行する。

まず、ステップ２０３で、ＰＭセンサ３２の出力Ｓ1 を取得した後、ステップ２０４に進み、エンジン１１の運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷、冷却水温、運転履歴等）に基づいてエンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ1 をマップ又は数式等により算出する。このステップ２０４の処理が特許請求の範囲でいう排出ＰＭ量推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ２０５に進み、エンジン１１の燃料噴射時期を強制的に進角させて、エンジン１１から排出されるＰＭ量を強制的に増加させる。この後、ステップ２０６に進み、ＰＭセンサ３２の出力Ｓ2 を取得した後、ステップ２０７に進み、エンジン１１の運転条件に基づいてエンジン排出ＰＭ量ＰＭＥ2 をマップ又は数式等により算出する。このステップ２０７の処理も特許請求の範囲でいう排出ＰＭ量推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ２０８に進み、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳ＝Ｓ2 ／Ｓ1 を算出した後、ステップ２０９に進み、エンジン排出ＰＭ量の増加率ΔＰＭＥ＝ＰＭＥ2 ／ＰＭＥ1 を算出する。

この後、ステップ２１０に進み、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳとエンジン排出ＰＭ量の増加率ΔＰＭＥとの差の絶対値｜ΔＳ−ΔＰＭＥ｜が所定値β以下であるか否かによって、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲（ΔＰＭＥ±βの範囲）内であるか否かを判定する。

このステップ２１０で、差の絶対値｜ΔＳ−ΔＰＭＥ｜が所定値β以下と判定された場合、つまり、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲（ΔＰＭＥ±βの範囲）内と判定された場合には、ステップ２１１に進み、ＰＭセンサ３２が正常（ＰＭセンサ３２の出力異常無し）と判定する。

これに対して、上記ステップ２１０で、差の絶対値｜ΔＳ−ΔＰＭＥ｜が所定値βよりも大きいと判定された場合、つまり、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲（ΔＰＭＥ±βの範囲）外と判定された場合には、ステップ２１２に進み、ＰＭセンサの出力異常（出力のリニアリティ異常）と判定する。この際、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲の下限値（ΔＰＭＥ−β）よりも小さい場合には、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが過小であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。一方、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが正常範囲の上限値（ΔＰＭＥ＋β）よりも大きい場合には、ＰＭセンサ３２の出力の増加率ΔＳが過大であると判断して、ＰＭセンサ３２の出力異常と判定する。

以上説明した本実施例では、片栓フィルタ３１の下流側のＰＭセンサ３２の出力が０よりも大きい値（片栓フィルタ３１から流出するＰＭ量に応じた値）になることに着目して、ＰＭセンサ３２の出力に基づいてＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定する第１及び第２のセンサ異常診断を行うようにしている。これにより、ＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定することができ、ＰＭセンサ３２の出力異常を容易に検出することができる。

第１のセンサ異常診断では、エンジン１１の運転条件と片栓フィルタ３１のＰＭ捕集率とに基づいてフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦを推定し、センサ検出ＰＭ量ＰＭＳとフィルタ流出ＰＭ量ＰＭＦとを比較して、ＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定するようにしている。これにより、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力値の異常）の有無を精度良く判定することができる。

第２のセンサ異常診断では、エンジン１１の運転条件に基づいてエンジン排出ＰＭ量を推定し、ＰＭセンサ３２の出力の増加率とエンジン排出ＰＭ量の増加率とを比較して、ＰＭセンサ３２の出力異常の有無を判定するようにしている。これにより、ＰＭセンサ３２の出力異常（出力のリニアリティ異常）の有無を精度良く判定することができる。

また、本実施例では、エンジン１１の燃料噴射時期を強制的に進角させてＰＭセンサ３２の出力の変化率及びエンジン排出ＰＭ量の変化率を算出するようにしている。このようにすれば、エンジン１１の燃料噴射時期を強制的に進角させて、エンジン１１から排出されるＰＭ量を強制的に変化させたときに、ＰＭセンサ３２の出力の変化率及びエンジン排出ＰＭ量の変化率を算出することができる。これにより、短期間でＰＭセンサ３２の出力の変化率及びエンジン排出ＰＭ量の変化率を算出して第２のセンサ異常診断を行うことができる。

また、本実施例では、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａを越えた後に第１のセンサ異常診断や第２のセンサ異常診断を実施するようにしている。このようにすれば、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａを越えてＰＭ捕集率が安定した状態のときに、センサ異常診断を実施することができるため、ＰＭ捕集率の変化によるＰＭセンサ３２の出力の変化をほぼ排除した状態で、センサ異常診断を実施することができ、ＰＭセンサ３２の異常診断精度を向上させることができる。

尚、上記実施例では、第１のセンサ異常診断の際に、センサ検出ＰＭ量とフィルタ流出ＰＭ量との差の絶対値が所定値以下であるか否かによって、センサ検出ＰＭ量が正常範囲内であるか否かを判定するようにしている。しかし、これに限定されず、例えば、センサ検出ＰＭ量とフィルタ流出ＰＭ量との比が所定範囲内か否かによって、センサ検出ＰＭ量が正常範囲内であるか否かを判定するようにしても良い。

また、上記実施例では、第２のセンサ異常診断の際に、ＰＭセンサ３２の出力の増加率とエンジン排出ＰＭ量の増加率との差の絶対値が所定値以下であるか否かによって、ＰＭセンサ３２の出力の増加率が正常範囲内であるか否かを判定するようにしている。しかし、これに限定されず、例えば、ＰＭセンサ３２の出力の増加率とエンジン排出ＰＭ量の増加率との比が所定範囲内であるか否かによって、ＰＭセンサ３２の出力の増加率が正常範囲内であるか否かを判定するようにしても良い。

更に、上記実施例では、第２のセンサ異常診断の際に、ＰＭセンサ３２の出力の増加率とエンジン排出ＰＭ量の増加率とを比較するようにしているが、これに限定されず、ＰＭセンサ３２の出力の減少率とエンジン排出ＰＭ量の減少率とを比較するようにしても良い。

また、上記実施例では、第２のセンサ異常診断の際に、燃料噴射時期を強制的に変化させてＰＭセンサ３２の出力の変化率及びエンジン排出ＰＭ量の変化率を算出するようにしている。しかし、これに限定されず、例えば、燃料の分割噴射回数又は燃料圧力を強制的に変化させるようにしたり、或は、燃料噴射時期と燃料の分割噴射回数と燃料圧力のうちの二つ又は三つを強制的に変化させるようにしても良い。

また、第２のセンサ異常診断の際に、燃料噴射時期や燃料の分割噴射回数や燃料圧力をを強制的に変化させずに、運転者の要求等に応じてエンジン運転状態が変化したとき（エンジン１１から排出されるＰＭ量が変化したとき）に、ＰＭセンサ３２の出力の変化率及びエンジン排出ＰＭ量の変化率を算出するようにしても良い。

また、上記実施例では、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定値Ａを越えた後に第１のセンサ異常診断や第２のセンサ異常診断を実施するようにしているが、これに限定されず、ＰＭ堆積量が所定値Ａを越える前に第１のセンサ異常診断や第２のセンサ異常診断を実施するようにしても良い。

また、上記実施例では、一部のセルの入口側が閉鎖されて全てのセルの出口側が開放された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセル（入口側が開放されたセル）のうち一部のセルの出口側が閉鎖された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用しても良い。或は、一部のセルの出口側が閉鎖されて全てのセルの入口側が開放された構造の片栓フィルタや、一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセル（出口側が開放されたセル）のうち一部のセルの入口側が閉鎖された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用しても良い。要は、一部のセルの入口側と出口側が両方とも開放された構造の片栓フィルタを備えたシステムであれば、本発明を適用することができる。

また、上記実施例では、筒内噴射式ガソリンエンジンを搭載したシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、片栓フィルタを備えたシステムであれば、ディーゼルエンジンや吸気ポート噴射式ガソリンエンジンを搭載したシステムであっても、本発明を適用して実施できる。

１１…エンジン（内燃機関）、３０…ＥＣＵ（異常診断手段，流出ＰＭ量推定手段，排出ＰＭ量推定手段）、３１…片栓フィルタ、３２…ＰＭセンサ、３３…セル

Claims (7)

1. 内燃機関（１１）の排出ガス中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と表記する）を捕集するフィルタであって該フィルタに設けられた複数のセル（３３）のうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセルのうち出口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造又は一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセルのうち入口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造の片栓フィルタ（３１）と、
   前記片栓フィルタ（３１）を通過した排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ（３２）と、
   前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいて該ＰＭセンサ（３２）の出力異常の有無を判定するセンサ異常診断を行う異常診断手段（３０）と
   を備えていることを特徴とするＰＭセンサの異常診断装置。
2. 前記内燃機関（１１）の運転条件と前記片栓フィルタ（３１）のＰＭ捕集率とに基づいて、前記片栓フィルタ（３１）から流出するＰＭ量（以下「フィルタ流出ＰＭ量」という）を推定する流出ＰＭ量推定手段（３０）を備え、
   前記異常診断手段（３０）は、前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいて検出したＰＭ量（以下「センサ検出ＰＭ量」という）と、前記流出ＰＭ量推定手段（３０）で推定したフィルタ流出ＰＭ量とを比較して、前記センサ異常診断を行うことを特徴とする請求項１に記載のＰＭセンサの異常診断装置。
3. 前記異常診断手段（３０）は、前記センサ検出ＰＭ量と前記フィルタ流出ＰＭ量との差が所定値よりも大きい場合に、前記ＰＭセンサ（３２）の出力異常と判定することを特徴とする請求項２に記載のＰＭセンサの異常診断装置。
4. 前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいて、前記内燃機関（１１）から排出されるＰＭ量（以下「内燃機関排出ＰＭ量」という）を推定する排出ＰＭ量推定手段（３０）を備え、
   前記異常診断手段（３０）は、前記ＰＭセンサ（３２）の出力の変化率と、前記排出ＰＭ量推定手段（３０）で推定した内燃機関排出ＰＭ量の変化率とを比較して、前記センサ異常診断を行うことを特徴とする請求項１に記載のＰＭセンサの異常診断装置。
5. 前記異常診断手段（３０）は、前記ＰＭセンサ（３２）の出力の変化率と前記内燃機関排出ＰＭ量の変化率との差が所定値よりも大きい場合に、前記ＰＭセンサ（３２）の出力異常と判定することを特徴とする請求項４に記載のＰＭセンサの異常診断装置。
6. 前記異常診断手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の燃料噴射時期、燃料の分割噴射回数、燃料圧力のうちの少なくとも一つを強制的に変化させて前記ＰＭセンサ（３２）の出力の変化率及び前記内燃機関排出ＰＭ量の変化率を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載のＰＭセンサの異常診断装置。
7. 前記異常診断手段（３０）は、前記片栓フィルタ（３１）のＰＭ堆積量が所定値を越えた後に前記センサ異常診断を実施することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のＰＭセンサの異常診断装置。

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