JP4967006B2 - フィルタの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化するフィルタの異常判定装置に関する。

従来のフィルタの異常判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このフィルタは、排気通路に設けられており、この排気通路には、フィルタの上流側と下流側に差圧パイプが接続されている。この差圧パイプには、差圧センサが設けられており、この差圧センサにより、フィルタの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が検出される。

この異常判定装置では、検出された大気温度が所定温度以下で、かつ検出された排ガス温度が所定温度以下のときに差圧パイプが凍結状態であると判定する。そして、差圧パイプが凍結状態でないと判定され、かつ差圧センサで検出された差圧が所定の範囲内にないときに、フィルタに異常が生じていると判定する。そのような場合には、警告灯を点灯することによって、運転者にフィルタの異常を通知する。一方、差圧パイプが凍結状態であると判定された場合において、検出された差圧が所定の範囲内にないときには、差圧が所定の範囲内にない原因がフィルタの異常ではなく、差圧パイプの凍結であるとして、フィルタに異常が生じていないと判定する。

また、この異常判定装置では、差圧が所定の範囲内にないときには、差圧パイプの凍結状態の判定結果にかかわらず、フェールセーフアクションを実行する。このフェールセーフアクションは、フィルタに堆積したパティキュレートが燃焼しないように、エンジンの運転を制御するものであり、燃料噴射量およびエンジン回転数を制限することによって、行われる。

特開２００７−２６９４号公報

以上のように、従来の異常判定装置では、大気温度が所定温度以下で、かつ排ガス温度が所定温度以下のときに差圧パイプが凍結状態であると判定するにすぎないため、差圧パイプが実際には凍結状態でなくても、凍結状態であると誤判定されることがある。また、従来の異常判定装置では、凍結状態と判定される限り、差圧が所定の範囲内になくても、フィルタの異常であるとは判定されない。したがって、差圧パイプが実際には凍結状態でなく、フィルタが異常である場合でも、異常と判定されないことがあり、その場合、フィルタの異常が運転者に通知されないことで、運転者はフィルタの異常に対する適切かつ迅速な対応をとることができなくなる。

さらに、従来の異常判定装置では、差圧が所定の範囲内にないときには、凍結状態とは無関係に、フェールセーフアクションを実行する。このため、フィルタに異常が生じていなくても、フェールセーフアクションが実行されることがあり、その場合には、燃料噴射量およびエンジン回転数が不要に制限されてしまい、それにより、ドライバビリティが悪化してしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、差圧パイプの凍結状態を適切に判定することにより、フィルタの異常の判定精度を向上させることができるフィルタの異常判定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、排気通路６に設けられ、内燃機関３から排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化するフィルタ８の異常判定装置１であって、排気通路６のフィルタ８の上流側と下流側に接続された差圧パイプ６ａと、差圧パイプ６ａに設けられ、フィルタ８の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）差圧センサ２３）と、検出された差圧ＤＰに基づいて、フィルタ８が異常であるか否かを判定する異常判定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１〜４）と、内燃機関３がイグニッションスイッチのオフ直後で機関回転数が値０になるアフターラン状態にあるか否かを判定するアフターラン状態判定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１１）と、アフターラン状態判定手段により内燃機関３がアフターラン状態にあると判定されているときに、アフターランの開始から差圧が安定したと推定される第１所定時間ＴＲＥＦ１が経過したタイミングで検出された差圧ＤＰに基づいて、差圧パイプ６ａが凍結状態であるか否かを判定する凍結状態判定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１４，１５，１９）と、凍結状態判定手段により差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定されたときに、異常判定手段によるフィルタ８が異常であるという判定を禁止する判定禁止手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレート（以下「ＰＭ」という）が、フィルタによって捕集される。この異常判定装置によれば、排気通路のフィルタよりも上流側と下流側に差圧パイプが接続されており、この差圧パイプに設けられた差圧検出手段によって、フィルタの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する。また、この差圧に基づいて、フィルタが異常であるか否かを判定する。

差圧パイプの凍結は、その下流側において発生しやすいことが確認された。また、差圧パイプが凍結し、氷や霜などによって塞がれた場合、内燃機関の運転状態に応じて差圧の挙動が変化することが確認された。これは、以下の理由による。

図９は、フィルタが正常な場合において、内燃機関がアイドル運転から通常運転に移行したときの差圧の推移を示している。同図の実線は、差圧パイプが凍結していない場合を示しており、破線は、差圧パイプが凍結している場合を示している。図１０は、差圧センサがダイアフラムを有する場合における、差圧パイプ内の気体の挙動の例を示している。

図９に実線で示すように、アイドル運転時において、差圧パイプが凍結していないときには、上流側と下流側との差圧が比較的小さなほぼ一定の正値になるのに対し、差圧パイプが凍結しているときには、差圧が負値になるという特性がある。これは、差圧パイプが凍結している場合には、アイドル運転時の車速が０であるため、走行風による差圧パイプの冷却度合いが低く、差圧パイプが排ガスによって暖められやすいことによって、ダイアフラムとその下流側の氷によって形成された空間に閉じ込められた気体が膨張し（図１０（ａ））、下流側の圧力が上昇するためである。また、気体の状態方程式から、気体の温度と下流側の圧力は比例関係にある。このため、アイドル運転時間が長いほど、気体の温度がより高められることによって、下流側の圧力はより大きくなる。さらに、気体の温度が上昇し、氷が溶け始めると、氷は、差圧パイプ内の下流側に移動し、差圧がほぼ０になる位置で停止する（図１０（ｂ））。この状態で、差圧パイプが暖められると、ダイアフラムと氷との間の空間に閉じ込められた気体が再び膨張し、差圧が負値になる。さらに排ガスによって差圧パイプが暖められると、氷は差圧がほぼ０になる位置まで再び移動する。このような挙動が繰り返されることにより、図９に破線で示すように、アイドル運転時には、差圧は０以下の範囲でのこぎり状に変化する。

一方、通常運転時において、差圧パイプが凍結しているときには、同図に破線で示すように、差圧が過大な正値になるという特性がある。これは、通常運転中には、走行風による差圧パイプの冷却度合いが高いため、ダイアフラムと氷との間の空間に閉じ込められた気体が収縮する（図１０（ｃ））ことによって、ダイアフラムよりも下流側の圧力が負圧になるためである。以上のように、内燃機関がアイドル運転のような特定の運転状態にあるときには、フィルタの差圧が差圧パイプの凍結状態に応じて異なる挙動を示すことがある。また、内燃機関がイグニッションスイッチのオフ直後で機関回転数が値０になるアフターラン状態にあるときには、差圧パイプに流入する気体の流量が少ないとともに、燃焼が行われないため、排ガスの熱により差圧パイプ内の気体が膨張することがなく、また、車両が停止しているため、走行風により熱が奪われ、気体が収縮することもない。

以上から、内燃機関がアフターラン状態にある場合において、アフターランの開始から差圧が安定したと推定される第１所定時間が経過したタイミングでは、差圧が安定しているはずである。このような観点に基づき、本発明によれば、内燃機関がアフターラン状態にあると判定されているときに、アフターランの開始から差圧が安定したと推定される第１所定時間が経過したタイミングで検出された差圧に基づいて、差圧パイプが凍結状態であるか否かを判定するので、差圧パイプの凍結状態を適切に判定することができる。また、凍結状態であると判定されたときには、フィルタが異常であるという判定を禁止する。これにより、凍結状態にあるときの差圧に基づくフィルタの異常の誤判定を回避できる結果、異常の判定精度を向上させることができる。このため、例えば、異常であるとの誤判定に基づく運転者への誤った通知や、内燃機関の運転の不要な制限を回避することが可能になり、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフィルタ８の異常判定装置１において、フィルタ８に堆積したパティキュレートを燃焼させることによりフィルタ８を再生する再生動作を実行する再生動作実行手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３２）と、凍結状態判定手段により差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定された直後に、再生動作実行手段とは別個にフィルタ８の再生動作を強制的に実行する再生動作強制実行手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３５，３６）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、再生動作実行手段による再生動作により、フィルタに捕集され、堆積されたＰＭを燃焼させることによって、フィルタが再生される。また、再生動作強制実行手段により、フィルタの再生動作を強制的に実行することによって、フィルタが再生される。再生動作実行手段によってフィルタの再生が行われているので、凍結状態であると判定された直後には、フィルタに堆積するＰＭは比較的少ない。このため、凍結直後にフィルタの再生を強制的に実行しても、ＰＭの燃焼による熱暴走が生じるおそれはない。また、このようなフィルタの強制的な再生によって、ＰＭの堆積量をほぼ０にできるので、凍結状態が長時間継続しても、その後の内燃機関の運転に伴って堆積するＰＭの堆積量を抑制することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のフィルタ８の異常判定装置１において、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定されたときに、差圧パイプ６ａが凍結状態でないと判定されるまでの間、再生動作実行手段によるフィルタ８の再生動作を禁止する再生動作禁止手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３１）をさらに備えることを特徴とする。

前述したように、差圧パイプが凍結状態であると判定されたときには、フィルタが異常であるという判定は行われないので、フィルタにＰＭが過剰に堆積するような異常が生じたとしても、その判定は行われない。本発明によれば、差圧パイプが凍結状態であると判定されたときには、その後、凍結状態でないと判定されるまでの間、フィルタの再生動作を禁止する。これにより、フィルタにＰＭが過剰に堆積している場合でも、再生動作が禁止されるので、フィルタに過剰に堆積したＰＭの急激な燃焼による熱暴走によってフィルタが過熱状態になるのを防止でき、フィルタの亀裂や溶損などを防止することができる。また、前述したように、凍結状態であると判定された直後にフィルタの再生を強制的に行うので、凍結状態でないと判定されるまでの間、フィルタの再生動作を禁止しても、フィルタに堆積するＰＭの堆積量を抑制できることによって、凍結状態でないと判定されたときに実行されるフィルタの再生による熱暴走を回避することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタ８の異常判定装置１において、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定されたときに、差圧パイプ６ａが凍結状態でないと判定されるまでの間、内燃機関３のトルク（要求トルクＰＭＣＭＤ）を制限するトルク制限手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３１，３８，３９）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、差圧パイプが凍結状態であると判定されたときには、内燃機関のトルクを制限する。これにより、排ガスの昇温を防止でき、ＰＭが自然に燃焼するのを防止することができる。その結果、フィルタにＰＭが過剰に堆積している場合におけるＰＭの自然燃焼による熱暴走を防止することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタ８の異常判定装置１において、内燃機関３の始動前の停止時間を取得する停止時間取得手段（第２タイマ２ｂ）をさらに備え、凍結状態判定手段は、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定した場合において、取得された内燃機関の停止時間（第２タイマ値ＴＭ２）が第２所定時間ＴＲＥＦ２よりも長く、かつ、その後の内燃機関３の始動時に、所定の圧力（第２所定圧ＤＰＲＥＦ２）と差圧ＤＰとの差が所定値ＤＲＥＦよりも小さいときに、差圧パイプ６ａの凍結状態が解除されたと判定することを特徴とする。

内燃機関の停止時間が長ければ、エンジンルーム内の温度およびフィルタ周辺の温度は外気温にほぼ一致した状態で安定していることで、差圧は安定している。このような安定した状態において、内燃機関の始動時には、凍結の影響が差圧に顕著に現れるため、差圧パイプが凍結状態であるか否かの判定を正確に行うことができる。以上のような観点に基づき、本発明によれば、差圧パイプが凍結状態であると判定された場合、取得された内燃機関の停止時間が所定時間よりも長く、かつ、その後の内燃機関の始動時に、所定の圧力と差圧との差が所定値よりも小さいときに、差圧パイプの凍結状態を解除するので、フィルタ周辺の温度が差圧に与える影響を排除しながら、差圧パイプの凍結状態を適切に解除することができる。

本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。 フィルタの異常判定処理を示すメインフローである。 差圧パイプの凍結状態の判定処理を示すサブルーチンである。 環境条件の判定処理を示すサブルーチンである。 フィルタの再生制御処理を示すメインフローである。 凍結状態の判定処理の変形例を示すサブルーチンである。 アイドル運転の判定処理を示すサブルーチンである。 差圧の最大値および最小値の算出処理を示すサブルーチンである。 フィルタが正常な場合において、内燃機関がアイドル運転から通常運転に移行したときの差圧の推移を示す図である。 差圧パイプ内の気体の挙動を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による異常判定装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒のディーゼルエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド３ａには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。このインジェクタ４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期が制御される。

吸気通路５には、吸気温センサ２１が設けられている。吸気温センサ２１は、吸気通路５内の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、エンジン３には、クランク角センサ２２が設けられている。このクランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＫＲ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定クランク角（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を算出する。また、ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒においてピストン３ｄが吸気行程の開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。

排気通路６には、上流側から順に、酸化触媒７およびフィルタ８が設けられている。酸化触媒７は、表面にゼオライト（図示せず）を担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成されている。ゼオライトは、炭化水素（以下「ＨＣ」という）を捕捉する特性を有している。以上の構成により、燃焼室３ｂから排気通路６に排出された排ガス中の未燃燃料に含まれるＨＣが、酸化触媒７を通過する際にゼオライトに捕捉されるとともに、酸化触媒７において排ガス中の酸素と酸化反応する。この酸化反応によって発生する反応熱で排ガスの温度が高められ、さらに、そのように温度が高められた排ガスによって下流側のフィルタ８が昇温される。

フィルタ８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ＰＭを捕集することによって、大気中に排出されるＰＭの量を低減する。また、フィルタ８の温度が所定温度以上のときに、フィルタ８に堆積したＰＭが燃焼し、それにより、フィルタ８が再生される。

また、排気通路６には、酸化触媒７とフィルタ８の間とフィルタ８の下流側とをつなぎ、フィルタ８をバイパスする差圧パイプ６ａが接続されている。この差圧パイプ６ａには差圧センサ２３が設けられている。差圧センサ２３は、差圧室２３ａ内の上下流部間を仕切るダイアフラム２３ｂを有するダイアフラム式のものであり、排気通路６内のフィルタ８の上流側と下流側との間の差圧ＤＰ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２４から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２５から車速ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。さらに、ＥＣＵ２には、フィルタ８が異常であることを運転者に警告するための警告灯２６が接続されている。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。また、ＥＣＵ２は、アップカウント式の第１および第２タイマ２ａ，２ｂを備えている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２５の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期を制御する燃料噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、それぞれの所定のマップ（いずれも図示せず）を検索することによって、算出される。この要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、算出される。

また、ＥＣＵ２は、フィルタ８の異常判定処理を実行するとともに、フィルタ８を再生するための再生動作を制御する再生制御を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、異常判定手段、アフターラン状態判定手段、凍結状態判定手段、判定禁止手段、再生動作実行手段、再生動作強制実行手段、再生動作禁止手段およびトルク制限手段に相当する。

図２は、上述したフィルタ８の異常判定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、凍結フラグＦ＿ＦＲＺが「１」であるか否かを判別する。この凍結フラグＦ＿ＦＲＺは、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定されたときに「１」にセットされるものであり、その判定処理については後述する。

この判別結果がＮＯで、差圧パイプ６ａが凍結状態でないと判定されているときには、差圧センサ２３で検出された差圧ＤＰが第１所定圧ＤＰＲＥＦ１以上であるか否かを判別する（ステップ２）。この判別結果がＮＯのときには、フィルタ８にＰＭが過剰に堆積しておらず、フィルタ８が正常であるとして、そのことを表すために、異常フラグＦ＿ＤＰＦＮＧを「０」にセットし（ステップ３）、本処理を終了する。

一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、差圧ＤＰが第１所定圧ＤＰＲＥＦ１以上のときには、フィルタ８にＰＭが過剰に堆積しているとして、そのことを表すために、異常フラグＦ＿ＤＰＦＮＧを「１」にセットする（ステップ４）。次に、警告灯２６を点灯させ（ステップ５）、本処理を終了する。この警告灯の点灯は、フィルタ８にＰＭが過剰に堆積したことを運転者に警告するとともに、そのような過堆積状態でＰＭが燃焼することによる熱暴走を回避するために、例えば工場に車両を持ち込むことを促すものである。

また、ステップ１の判別結果がＹＥＳのとき、すなわち、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定されているときには、フィルタ８の異常判定を行うことなく、そのまま本処理を終了する。

図３は、前述した差圧パイプ６ａの凍結状態の判定処理を示すサブルーチンである。本処理では、まずステップ１１において、アフターランフラグＦ＿ＡＦＴが「１」であるか否かを判別する。このアフターランフラグＦ＿ＡＦＴは、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＦＦされた後の、エンジン回転数ＮＥが値０で、かつそれまでの走行情報をＥＣＵ２に書き込んでいる期間であるアフターラン状態のときに「１」にセットされるものである。

このステップ１１の判別結果がＹＥＳで、エンジン３がアフターラン状態のときには、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶが「１」であるか否かを判別する（ステップ１２）。この環境条件フラグＦ＿ＥＮＶは、差圧パイプ６ａの凍結状態を判定するための環境条件が成立しているときに「１」にセットされるものであり、その判定処理については後述する。

このステップ１２の判別結果がＮＯで、差圧パイプ６ａの凍結状態を判定するための環境条件が成立していないときには、凍結状態の判定を行うことなく、本処理をそのまま終了する。

一方、ステップ１２の判別結果がＹＥＳで、環境条件が成立しているときには、第１タイマ２ａの第１タイマ値ＴＭ１が第１所定時間ＴＲＥＦ１（例えば０．３〜０．５ｓｅｃ）以上であるか否かを判別する（ステップ１３）。なお、第１タイマ値ＴＭ１は、アフターランの開始時に値０にリセットされる。

このステップ１３の判別結果がＮＯのとき、すなわち、アフターランの開始後、第１所定時間ＴＲＥＦ１が経過していないときには、フィルタ８の差圧が安定していないとして、凍結状態の判定を行うことなく、本処理を終了する。

一方、ステップ１３の判別結果がＹＥＳのときには、差圧が安定したとして、第２所定圧ＤＰＲＥＦ２と差圧ＤＰとの差の絶対値（＝｜ＤＰＲＥＦ２−ＤＰ｜）が所定値ＤＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ１４）。この第２所定圧ＤＰＲＥＦ２は、フィルタ８が正常な場合において、差圧パイプ６ａが凍結していないときに得られるべき差圧に相当する。

前述したように、エンジン３がアフターラン状態では、差圧ＤＰは、安定しているとともに、差圧パイプ６ａが凍結状態でなければ、第２所定圧ＤＰＲＥＦ２付近の値を示すはずである。このため、前記ステップ１４の判別結果がＹＥＳで、｜ＤＰＲＥＦ２−ＤＰ｜≧ＤＲＥＦのときには、第２所定圧ＤＰＲＥＦ２に対して差圧ＤＰが大きくずれており、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定して、そのことを表すために、凍結フラグＦ＿ＦＲＺを「１」にセットし（ステップ１５）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ１１の判別結果がＮＯで、エンジン３がアフターラン状態でないときには、凍結フラグＦ＿ＦＲＺが「１」であるか否かを判別する（ステップ１６）。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。

また、ステップ１６の判別結果がＹＥＳのときには、前記ステップ１４に進み、第２所定圧ＤＰＲＥＦ２と差圧ＤＰとの差の絶対値が所定値ＤＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、差圧パイプ６ａの凍結状態が継続しているとして、前記ステップ１５に進み、凍結フラグＦ＿ＦＲＺを「１」にセットし、本処理を終了する。

一方、ステップ１４の判別結果がＮＯのときには、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）が前回と今回の間でＯＮされたか否かを判別する（ステップ１７）。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。

また、ステップ１７の判別結果がＹＥＳで、イグニッションスイッチがＯＮされた直後のときには、第２タイマ２ｂの第２タイマ値ＴＭ２が第２所定時間ＴＲＥＦ２（例えば６〜７時間）よりも大きいか否かを判別する（ステップ１８）。なお、第２タイマ値ＴＭ２は、イグニッションスイッチがＯＦＦされたときに値０にリセットされるようになっており、したがって、イグニッションスイッチのＯＮ直後の値は、エンジン３の始動前の停止時間を表す。このステップ１８の判別結果がＮＯのとき、すなわち、エンジン３の停止時間が第２所定時間ＴＲＥＦ２以下のときには、本処理を終了する。

一方、ステップ１８の判別結果がＹＥＳで、エンジン３の停止時間が第２所定時間ＴＲＥＦ２よりも長いときには、差圧パイプ６ａの凍結状態が解除されたとして、そのことを表すために、凍結フラグＦ＿ＦＲＺを「０」にセットし（ステップ１９）、本処理を終了する。

図４は、前述した環境条件の判定処理を示すサブルーチンである。本処理では、まずステップ２１において、前記ステップ３または４でセットされた異常フラグＦ＿ＤＰＦＮＧが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、フィルタ８が異常と判定されていることで、差圧パイプ６ａの凍結状態の判定を行うための環境条件が成立していないとして、そのことを表すために、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶを「０」にセットし（ステップ２２）、本処理を終了する。

一方、ステップ２１の判別結果がＮＯのときには、再生フラグＦ＿ＤＰＦが「１」であるか否かを判別する（ステップ２３）。この再生フラグＦ＿ＤＰＦは、後述するフィルタ８の通常の再生動作の実行中に「１」にセットされるものである。この判別結果がＹＥＳで、フィルタ８の通常再生動作の実行中のときには、それに伴って差圧ＤＰが安定していないおそれがあるため、環境条件が成立していないとして、前記ステップ２２を実行し、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶを「０」にセットした後、本処理を終了する。

また、ステップ２３の判別結果がＮＯのときには、凍結フラグＦ＿ＦＲＺが「１」であるか否かを判別する（ステップ２４）。この判別結果がＹＥＳのときには、差圧パイプ６ａがすでに凍結していると判定されており、環境条件が成立していないとして、前記ステップ２２を実行し、本処理を終了する。

一方、ステップ２４の判別結果がＮＯのときには、吸気温ＴＡが所定温度ＴＡＲＥＦ（例えば−２０℃）以下であるか否かを判別する（ステップ２５）。この判別結果がＮＯのときには、差圧パイプ６ａが凍結する可能性が低く、凍結状態を判定する必要がないため、環境条件が成立していないとして、前記ステップ２２を実行し、本処理を終了する。

また、ステップ２５の判別結果がＹＥＳで、吸気温ＴＡが所定温度ＴＡＲＥＦ以下のときには、差圧パイプ６ａが凍結する可能性が高く、環境条件が成立しているとして、そのことを表すために、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶを「１」にセットし（ステップ２６）、本処理を終了する。

図５は、前述したフィルタ８の再生制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ３１において、凍結フラグＦ＿ＦＲＺが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、差圧パイプ６ａが凍結状態でないと判定されているときには、通常の再生制御を実行し（ステップ３２）、本処理を終了する。

この通常再生制御は、以下のようにして行われる。まず、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３から排出されるＰＭの排出量を算出する。次に、このＰＭ排出量を、前回までに算出されたＰＭ堆積量に加算することによって、今回のＰＭ堆積量ＭＳＯＯＴを算出する。そして、このＰＭ堆積量が所定値以上のときに、通常の燃料噴射に加え、付加的に燃料を噴射することによって、通常再生動作が実行される。また、この通常再生動作は、ＰＭ堆積量から再生動作に伴って燃焼されたＰＭの燃焼量を減算した値がほぼ０になったときに、終了される。

一方、前記ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、凍結状態であると判定されているときには、ＰＭ堆積量ＭＳＯＯＴが所定値ＭＳＯＯＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ３３）。この判別結果がＹＥＳのときには、凍結フラグＦ＿ＦＲＺが前回と今回の間で「０」から「１」に変化したか否かを判別する（ステップ３４）。この判別結果がＹＥＳのとき、すなわち、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定された直後のときには、フィルタ８の強制再生動作を実行するものとして、強制再生フラグＦ＿ＤＰＦＣを「１」にセットする（ステップ３５）とともに、強制再生動作を実行し（ステップ３６）、本処理を終了する。

また、前記ステップ３４の判別結果がＮＯで、凍結状態と判定された後の２回目以降のループでは、強制再生フラグＦ＿ＤＰＦＣが「１」であるか否かを判別する（ステップ３７）。この判別結果がＹＥＳのときには、前記ステップ３６に進み、強制再生動作を継続する。

この強制再生動作の実行により、ＰＭ堆積量ＭＳＯＯＴが所定値ＭＳＯＯＴＲＥＦを下回ると、前記ステップ３３の判別結果がＮＯになり、その場合には、フィルタ８に堆積したＰＭのほとんどが燃焼したことで、強制再生動作を終了するものとして、そのことを表すために、強制再生フラグＦ＿ＤＰＦＣを「０」にセットした（ステップ４０）後、前記ステップ３７に進む。このステップ４０の実行により、ステップ３７の判別結果がＮＯになり、その場合には、要求トルクＰＭＣＭＤが、上限値ＰＭＬＭＴ以上であるか否かを判別する（ステップ３８）。

この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する一方、ステップ３８の判別結果がＹＥＳのときには、要求トルクＰＭＣＭＤを上限値ＰＭＬＭＴに制限し（ステップ３９）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン３がアフターラン状態にあると判定された場合（ステップ１１：ＹＥＳ）において、第２所定圧ＤＰＲＥＦ２と差圧ＤＰとの差の絶対値（＝｜ＤＰＲＥＦ２−ＤＰ｜）が所定値ＤＲＥＦ以上のとき（ステップ１４：ＹＥＳ）に、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定するので、安定した状態にある差圧ＤＰに基づいて、凍結状態を適切に判定することができる。

また、凍結状態と判定されたときには、差圧ＤＰに基づく異常判定を禁止する（ステップ１：ＹＥＳ）ので、凍結状態にあるときの差圧ＤＰに基づくフィルタ８の異常の誤判定を回避できる結果、異常の判定精度を向上させることができる。それにより、異常であることの誤判定に基づく運転者への誤った警告を回避することができる。

また、凍結状態と判定された後には、凍結状態でないと判定されるまでの間、フィルタ８の通常再生動作を禁止するので、フィルタ８にＰＭが過剰に堆積している場合でも、フィルタ８に過剰に堆積したＰＭの急激な燃焼による熱暴走によってフィルタ８が過熱状態になるのを防止でき、フィルタ８の亀裂や溶損などを防止することができる。

さらに、凍結状態と判定された直後に、フィルタ８の強制再生動作を実行する（ステップ３５）ので、ＰＭ堆積量ＭＳＯＯＴをほぼ０にでき、それにより、凍結状態が長時間継続しても、その後のエンジン３の運転に伴って堆積するＰＭ堆積量ＭＳＯＯＴを抑制することができる。このため、凍結状態でないと判定されるまでの間、フィルタ８の通常再生動作を禁止しても、フィルタ８に堆積するＰＭ堆積量ＭＳＯＯＴを抑制できることによって、凍結状態でないと判定されたときに実行される通常再生動作による熱暴走を回避することができる。

また、凍結状態と判定されたときには、要求トルクＰＭＣＭＤを制限する（ステップ３８，３９）ので、それに応じて燃料噴射量ＱＩＮＪが制限されることにより、排ガスの昇温を防止でき、ＰＭが自然に燃焼するのを防止することができる。その結果、フィルタ８にＰＭが過剰に堆積している場合のＰＭの自然燃焼による熱暴走を防止することができる。

さらに、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定された場合、エンジン３の始動前の停止時間である第２タイマ値ＴＭ２が第２所定時間ＴＲＥＦ２よりも長く、かつ第２所定圧ＤＰＲＥＦ２と差圧ＤＰとの差の絶対値（＝｜ＤＰＲＥＦ２−ＤＰ｜）が所定値ＤＲＥＦよりも小さいときに、差圧パイプ６ａの凍結状態を解除するので、フィルタ８周辺の温度が差圧に与える影響を排除しながら、差圧パイプ６ａの凍結状態を適切に解除することができる。

図６は、凍結判定処理の変形例を示している。なお、この変形例では、図３と同様の実行内容については、同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。本処理では、まずステップ１２において、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、凍結状態を判定するための環境条件が成立していないとして、凍結状態の判定を行うことなく、そのまま本処理を終了する一方、ステップ１２の判別結果がＹＥＳのときには、アイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬが「１」であるか否かを判別する（ステップ４１）。このアイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬは、エンジン３がアイドル運転状態であると判定されたときに「１」にセットされるものであり、その判定処理については、後述する。

この判別結果がＮＯで、アイドル運転状態でないときには、本処理を終了する。一方、ステップ４１の判別結果がＹＥＳのときには、差圧ＤＰの最大値ＤＰＭＡＸと最小値ＤＰＭＩＮとの差（＝ＤＰＭＡＸ−ＤＰＭＩＮ）が所定値ΔＤＰＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ４２）。これらの最大値ＤＰＭＡＸおよび最小値ＤＰＭＩＮの算出処理については、後述する。前述したように、アイドル運転状態において、差圧パイプ６ａが凍結していないときには、差圧ＤＰはほぼ一定であるのに対し、差圧パイプ６ａが凍結しているときには、差圧ＤＰが大きく変化するため、その最大値ＤＰＭＡＸと最小値ＤＰＭＩＮとの差はより大きくなる。このため、前記ステップ４２の判別結果がＹＥＳで、ＤＰＭＡＸ−ＤＰＭＩＮ≧ΔＤＰＲＥＦのときには、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定して、そのことを表すために、凍結フラグＦ＿ＦＲＺを「１」にセットし（ステップ４３）、本処理を終了する。一方、ステップ４２の判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

図７は、前述したアイドル運転判定処理のサブルーチンを示す。本処理では、まずステップ５１〜５３において、エンジン回転数ＮＥが所定の下限値ＮＥＩＤＬＬと所定の上限値ＮＥＩＤＬＨの間にあるか否か、燃料噴射量ＱＩＮＪが所定の下限値ＱＩＮＪＬと上限値ＱＩＮＪＨの間にあるか否か、車速ＶＰが所定値ＶＰＲＥＦよりも小さいか否かをそれぞれ判別する。これらの判別結果のうちのいずれかがＮＯのときには、アップカウント式の第３タイマ（図示せず）の第３タイマ値ＴＭ３を値０にリセットする（ステップ５６）とともに、エンジン３がアイドル運転状態でないとして、アイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬを「０」にセットし（ステップ５７）、本処理を終了する。

一方、ステップ５１〜５３の判別結果のすべてがＹＥＳのときには、第３タイマ値ＴＭ３が第３所定時間ＴＲＥＦ３以上であるか否かを判別する（ステップ５４）。この判別結果がＮＯのときには、前記ステップ５７を実行し、本処理を終了する。

また、ステップ５４の判別結果がＹＥＳで、前記ステップ５１〜５３の条件が、第３所定時間ＴＲＥＦ３以上、継続して成立しているときには、エンジン３がアイドル運転状態であるとして、アイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬを「１」にセットし（ステップ５５）、本処理を終了する。

図８は、前述した差圧ＤＰの最大値ＤＰＭＡＸおよび最小値ＤＰＭＩＮの算出処理のサブルーチンを示している。本処理では、まずステップ６１において、アイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、アップカウント式の第４タイマ（図示せず）の第４タイマ値ＴＭ４をリセットし（ステップ６７）、本処理を終了する。

一方、ステップ６１の判別結果がＹＥＳのときには、第４タイマ値ＴＭ４が第４所定時間ＴＲＥＦ４以下であるか否かを判別する（ステップ６２）。この判別結果がＹＥＳのときには、差圧ＤＰが最大値ＤＰＭＡＸよりも大きいか否かを判別する（ステップ６３）。この最大値ＤＰＭＡＸは、アイドル運転の開始時に所定の負値に初期化される。このステップ６３の判別結果がＮＯで、ＤＰ≦ＤＰＭＡＸのときには、後述するステップ６５に進む。

また、ステップ６３の判別結果がＹＥＳで、差圧ＤＰが最大値ＤＰＭＡＸよりも大きいときには、差圧ＤＰを最大値ＤＰＭＡＸとして設定する（ステップ６４）ことによって、最大値ＤＰＭＡＸを更新した後、ステップ６５に進む。

このステップ６５では、差圧ＤＰが最小値ＤＰＭＩＮよりも小さいか否かを判別する。この最小値ＤＰＭＩＮは、アイドル運転の開始時に所定の正値に初期化される。このステップ６５の判別結果がＮＯで、ＤＰ≧ＤＰＭＩＮのときには、そのまま本処理を終了する。

また、ステップ６５の判別結果がＹＥＳのときには、差圧ＤＰを最小値ＤＰＭＩＮとして設定する（ステップ６６）ことによって、最小値ＤＰＭＩＮを更新した後、本処理を終了する。

一方、前記ステップ６２の判別結果がＮＯで、アイドル運転の開始時から第４所定時間ＴＲＥＦ４が経過したときには、最大値ＤＰＭＡＸを算出することなく、前記ステップ６５に進み、最小値ＤＰＭＩＮの算出を行った後、本処理を終了する。

以上のように、この変形例によれば、エンジン３がアイドル運転状態であると判定された場合において、差圧ＤＰの最大値ＤＰＭＡＸと最小値ＤＰＭＩＮとの差（＝ＤＰＭＡＸ−ＤＰＭＩＮ）が所定値ΔＤＰＲＥＦ以上のときに、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定するので、凍結状態を適切に判定することができ、前述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

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、実施形態では、差圧パイプ６ａの凍結状態の判定を実行するエンジン３の特定の運転状態として、アフターラン状態またはアイドル運転状態が設定されているが、これに限らず、差圧パイプの凍結状態と非凍結状態との間で差圧の挙動が明確に異なるときの他の運転状態を、特定の運転状態として設定してもよい。

また、実施形態では、差圧パイプ６ａが凍結状態であるか否かの判定を、エンジン３がアフターラン状態において、第２所定圧ＤＰＲＥＦ２と差圧ＤＰとの差に基づいて行っているが、これに代えて、あるいはこれとともに、エンジン３が始動状態のときに行ってもよい。この場合のエンジン３の始動状態とは、イグニッションスイッチをＯＮした後、エンジン３のクランキングが開始されるまでの状態、またはエンジン３のクランキング状態である。

さらに、実施形態では、差圧パイプ６ａが凍結状態であると判定されたときに、フィルタ８の異常判定自体を禁止しているが、これに限らず、凍結状態と判定されたときに、フィルタ８が異常であるという判定が禁止されればよく、例えば、フィルタ８の異常判定を行う一方で、異常であるという判定を保留するようにしてもよい。

また、実施形態では、フィルタ８の差圧ＤＰを、単一の差圧センサ２３で検出しているが、フィルタ８の上流側の圧力と下流側の圧力を別個のセンサでそれぞれ検出し、それらの検出値から算出してもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。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。

１ 異常判定装置
２ ＥＣＵ（異常判定手段、アフターラン状態判定手段、凍結状態判定手段、判定禁 止手段、再生動作実行手段、再生動作強制実行手段、再生動作禁止手段およびト ルク制限手段）
２ａ 第２タイマ（停止時間取得手段）
３ エンジン
６ 排気通路
６ａ 差圧パイプ
８ フィルタ
２３ 差圧センサ（差圧検出手段）
ＤＰ 差圧
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関のトルク）
ＤＰＲＥＦ２ 第２所定圧（所定の圧力）
ＤＲＥＦ 所定値
ＤＰＭＡＸ 最大値
ＤＰＭＩＮ 最小値
ΔＤＰＲＥＦ 所定値
ＴＭ２ 第２タイマ値（内燃機関の停止時間）
ＴＲＥＦ１ 第１所定時間
ＴＲＥＦ２ 第２所定時間

Claims (5)

1. 排気通路に設けられ、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化するフィルタの異常判定装置であって、
   前記排気通路の前記フィルタの上流側と下流側に接続された差圧パイプと、
   当該差圧パイプに設けられ、前記フィルタの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、
   当該検出された差圧に基づいて、前記フィルタが異常であるか否かを判定する異常判定手段と、
   前記内燃機関がイグニッションスイッチのオフ直後で機関回転数が値０になるアフターラン状態にあるか否かを判定するアフターラン状態判定手段と、
   当該アフターラン状態判定手段により前記内燃機関が前記アフターラン状態にあると判定されているときに、当該アフターランの開始から前記差圧が安定したと推定される第１所定時間が経過したタイミングで検出された前記差圧に基づいて、前記差圧パイプが凍結状態であるか否かを判定する凍結状態判定手段と、
   当該凍結状態判定手段により前記差圧パイプが凍結状態であると判定されたときに、前記異常判定手段による前記フィルタが異常であるという判定を禁止する判定禁止手段と、
   を備えることを特徴とするフィルタの異常判定装置。
2. 前記フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させることにより当該フィルタを再生する再生動作を実行する再生動作実行手段と、
   前記凍結状態判定手段により前記差圧パイプが凍結状態であると判定された直後に、前記再生動作実行手段とは別個に前記フィルタの再生動作を強制的に実行する再生動作強制実行手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタの異常判定装置。
3. 前記差圧パイプが凍結状態であると判定されたときに、前記差圧パイプが凍結状態でないと判定されるまでの間、前記再生動作実行手段による前記フィルタの再生動作を禁止する再生動作禁止手段をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタの異常判定装置。
4. 前記差圧パイプが凍結状態であると判定されたときに、前記差圧パイプが凍結状態でないと判定されるまでの間、前記内燃機関のトルクを制限するトルク制限手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタの異常判定装置。
5. 前記内燃機関の始動前の停止時間を取得する停止時間取得手段をさらに備え、
   前記凍結状態判定手段は、前記差圧パイプが凍結状態であると判定した場合において、前記取得された前記内燃機関の停止時間が第２所定時間よりも長く、かつ、その後の前記内燃機関の始動時に、所定の圧力と前記差圧との差が所定値よりも小さいときに、前記差圧パイプの凍結状態が解除されたと判定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタの異常判定装置。

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