JP5088391B2 - パティキュレートフィルタの故障判別装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタの故障判別装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関では、内燃機関から排出される排気中の微粒子（Particulate Matter、以下、ＰＭという）を除去するために、ＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦという）が排気通路
に配置される。このＤＰＦの異常を判別するために、ＤＰＦの前後差圧に基づいて演算されたＤＰＦのＰＭ堆積量と、内燃機関の運転状態から知られるＰＭ排出量の積算により算出されたＤＰＦのＰＭ堆積量と、の間に大きな不整合が生じると、ＤＰＦの異常と判定する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３４４６１９号公報 特開２００９−２９３５１８号公報

特許文献１の技術では、内燃機関の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であると、ＤＰＦの前後差圧の変化が小さく、正確なＰＭ堆積量を求めることができず、ＤＰＦの異常の判別ができないおそれがある。すなわち、ＤＰＦの前後差圧を利用することでは、ＤＰＦの異常が精度良く判別できない場合が考えられた。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、パティキュレートフィルタの故障判別装置において、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、前記内燃機関から排出される排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも下流の前記排気通路に配置され、前記パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子を検出部に堆積させて前記検出部の微粒子堆積量に応じた値を出力する微粒子堆積量検出手段と、
前記微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障しているか否かを判別する故障判別手段と、
を備えたことを特徴とするパティキュレートフィルタの故障判別装置である。

本発明で用いられる微粒子堆積量検出手段は、自身に微粒子が付着した際に、出力が大きく変化するものである。このため、この微粒子堆積量検出手段の原理を利用することで、内燃機関の運転状態が特許文献１の技術では正確な微粒子堆積量を求めることができない微粒子排出量の少ない状態でも、正確な微粒子堆積量を検出することができる。微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きは、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量の変化に対応する。パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量の変化は、パティキュレートフィルタの故障と相関が強い。このため、パティキ
ュレートフィルタの故障は、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きに表れることになる。また、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量は、もともと少なく、微粒子堆積量検出手段は、内燃機関の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であっても精度良く出力可能である。したがって、本発明によると、内燃機関の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であっても、パティキュレートフィルタが故障すると、そのことは微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きに表れるので、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

前記故障判別手段は、前記出力波形の傾きが、前記パティキュレートフィルタが故障しているか正常であるかの閾値となる基準値よりも大きい場合に、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定するとよい。

ここで、基準値とは、その値よりも大きいと、パティキュレートフィルタが故障していると判定できる、パティキュレートフィルタが故障しているか正常であるかの閾値である。基準値は、予め実験や検証等で導出される。

パティキュレートフィルタが故障したときは、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量が多くなり、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きが大きくなる。一方、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きは、パティキュレートフィルタが故障しなくても大きくなることがあるが、そのときの傾きは、パティキュレートフィルタが故障したときの傾きよりも小さい。このため、故障判別手段は、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きが、基準値よりも大きい場合に、パティキュレートフィルタが故障していると判定する。本発明によると、このように基準値を設けているので、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

前記微粒子堆積量検出手段は、前記検出部に堆積した微粒子を除去するために検出部再生制御が行われるものであるとよい。

検出部再生制御が行われると、検出部に堆積した微粒子が無くなり、微粒子堆積量検出手段の出力は一旦零に戻る。そして、パティキュレートフィルタが故障しており、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量が多ければ、短時間のうちに検出部に多量の微粒子が堆積する。このため、零に戻った微粒子堆積量検出手段の出力は、短時間のうちに大きな値へと変化する。つまり、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きが大きくなる。一方、パティキュレートフィルタが故障しておらず、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量が少なければ、零に戻った微粒子堆積量検出手段の出力は、徐々に大きな値へと変化する。つまり、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きは小さい。本発明によると、このように微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きを、パティキュレートフィルタが故障しているか否かで大きく異ならせることができるので、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

また、検出部再生制御が繰り返し行われることで、零に戻った微粒子堆積量検出手段の出力が短時間のうちに大きな値へと変化することが繰り返される。これにより、微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きが大きくなることが繰り返され、パティキュレートフィルタが故障していることを複数回判定できるので、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

前記故障判別手段は、前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態の場合に、前記パティキュレートフィルタが故障しているか否かを判別するとよい。

ここで、内燃機関の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態とは、例えば、加速運転状態や内燃機関への吸入空気量が多くなる状態である。

内燃機関の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態では、内燃機関から排出される微粒子の量が多く、かつ、排気の流速が大きい。このため、パティキュレートフィルタが故障していれば、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量が多くなる。一方、パティキュレートフィルタが故障していなければ、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量は少ないままである。本発明によると、このようにパティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量を、パティキュレートフィルタが故障しているか否かで大きく異ならせることができるので、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

前記パティキュレートフィルタは、堆積した微粒子を除去するためにフィルタ再生制御が行われるものであり、
前記故障判別手段は、前記フィルタ再生制御を行う場合には、前記パティキュレートフィルタが故障しているか否かの判別を禁止するとよい。

フィルタ再生制御を行う場合には、パティキュレートフィルタが故障していなくても、パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子の量が多くなることがある。この場合に、故障判別手段でパティキュレートフィルタが故障しているか否かを判別すると、誤判定する可能性がある。本発明によると、フィルタ再生制御を行う場合には、故障判別手段でパティキュレートフィルタが故障しているか否かの判別を禁止するので、誤判定を回避し、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

本発明によると、パティキュレートフィルタの故障判別装置において、精度良くパティキュレートフィルタの故障を判別することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１に係るＰＭセンサの概略構成を示す図である。 実施例１に係るＰＭセンサの出力波形及びその傾きを示す図である。 実施例１に係るＰＭセンサの検出部近傍でのＰＭの挙動を示す図である。 実施例１に係るＰＭセンサの検出部を３００℃で加熱時の検出部近傍でのＰＭの挙動を示す図である。 実施例１に係るＤＰＦの故障判別ルーチンを示すフローチャートである。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
（内燃機関）
図１は、本発明の実施例１に係るパティキュレートフィルタの故障判別装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。各気筒２には、燃料噴射弁３が設けられている。燃料噴射弁３は、燃料タンクからサプライポンプ４で汲み上げられコモンレール５で燃料噴射圧が定められた軽油等の燃料が供給され、燃料を気筒２内へ適宜の量且つ適宜のタ
イミングで噴射する。

内燃機関１には、吸気通路６が接続されている。内燃機関１に接続された吸気通路６の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ７のコンプレッサ７ａが配置されている。コンプレッサ７ａよりも上流の吸気通路６には、エアフローメータ８が配置されている。エアフローメータ８は、吸気通路６内を流通する新気の流量を検出する。エアフローメータ８よりも上流の吸気通路６には、エアクリーナ９が配置されている。エアクリーナ９により内燃機関１に吸入される新気中の塵や埃等が除去される。

コンプレッサ７ａよりも下流の吸気通路６には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ１０が配置されている。インタークーラ１０よりも下流の吸気通路６には、吸気通路６内を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁１１が配置されている。スロットル弁１１は、電動アクチュエータにより開閉される。吸気通路６及びこれに配置された機器が内燃機関１の吸気系を構成している。

一方、内燃機関１には、排気通路１２が接続されている。内燃機関１に接続された排気通路１２の途中には、ターボチャージャ７のタービン７ｂが配置されている。タービン７ｂよりも上流の排気通路１２には、排気通路１２を流れる排気へ燃料を添加する燃料添加弁１３が設けられている。燃料添加弁１３には、燃料タンクから燃料が供給される。

タービン７ｂよりも下流の排気通路１２には、酸化触媒１４が配置されている。酸化触媒１４の後段には、ＤＰＦ１５が配置されている。ＤＰＦ１５は、排気通路１２内を流通する排気中のＰＭを捕集する。ＤＰＦ１５は、ハニカム状となるコーディエライト等の耐熱性セラミックスの基材を用い、排気の流路となる多数のセルを入口側又は出口側が互い違いとなるように目封じされて構成されている。ＤＰＦ１５のセル壁は多孔性を有する。ＤＰＦ１５に流入した排気は、セル壁を通過しながら下流へ流れ、その間にＰＭがセル壁の孔部やセル壁面に捕集されて堆積していく。本実施例のＤＰＦ１５が本発明のパティキュレートフィルタに対応する。

ＤＰＦ１５の前後には、差圧センサ１６や排気温センサ１７，１８が設けられている。差圧センサ１６は、ＤＰＦ１５に捕集されて堆積したＰＭの堆積量を導出するために、ＤＰＦ１５の前後差圧を検出する。排気温センサ１７，１８は、ＤＰＦ１５の直上流及び直下流に配置され、ＤＰＦ１５に流入する排気の温度及びＤＰＦ１５から流出する排気の温度を検出する。

ＤＰＦ１５よりも下流の排気通路には、ＰＭセンサ１９が設けられている。ＰＭセンサは、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭを検出部１９ａに堆積させて検出部１９ａに堆積したＰＭ堆積量（微粒子堆積量）に応じた値を出力し、排気中のＰＭ量等を検出する。本実施例のＰＭセンサ１９が、本発明の微粒子堆積量検出手段に対応する。

図２は、ＰＭセンサ１９の概略構成を示す図である。ＰＭセンサ１９は、図２に示すように、排気通路１２内の排気流れに対して直交面となる検出部１９ａを有する。検出部１９ａが直交面であることで、ＰＭは排気流れに乗り慣性で検出部１９ａへ衝突し堆積し易くなる。検出部１９ａは、堆積したＰＭ堆積量に応じた値をＥＣＵ２５に出力し、ＥＣＵ２５が出力を記憶する。ＰＭセンサ１９の検出部１９ａの背面及びその周りには、ヒータ１９ｂが設けられており、通常状態では、ヒータ１９ｂで検出部１９ａを３００℃程度に加熱した状態に制御される。また、ＰＭが検出部１９ａに規定値以上に堆積すると、ヒータ１９ｂで検出部１９ａを８００℃程度に加熱し、堆積したＰＭを燃焼させて除去することができる。

このような性質を有するＰＭセンサ１９は、接触式、抵抗式、燃焼式等のいかなるものでも用いることができ、例えば、特開平８−６８３１３号公報、特開２００５−３３７７８２号公報、特開２００７−３０４０６８号公報のものを例示することができる。

ＰＭセンサ１９よりも下流の排気通路１２には、酸化触媒２０が配置されている。排気通路１２及びこれに配置された機器が内燃機関１の排気系を構成している。

そして内燃機関１には、排気通路１２内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路６へ還流（再循環）させる高圧ＥＧＲ装置２１が備えられている。高圧ＥＧＲ装置２１によって還流される排気をＥＧＲガスという。高圧ＥＧＲ装置２１は、ＥＧＲガスが流通する高圧ＥＧＲ通路２２と、高圧ＥＧＲ通路２２を流通する高圧ＥＧＲガスの流量を調節する高圧ＥＧＲ弁２３と、高圧ＥＧＲガスの温度を冷却する高圧ＥＧＲクーラ２４と、を有する。高圧ＥＧＲ通路２２は、タービン７ｂよりも上流側の排気通路１２と、スロットル弁１１よりも下流側の吸気通路６とを接続している。この高圧ＥＧＲ通路２２を通って、排気が高圧ＥＧＲガスとして高圧で内燃機関１へ送り込まれる。高圧ＥＧＲ弁２３は、高圧ＥＧＲ通路２２に配置され、高圧ＥＧＲ通路２２の通路断面積を調整することにより、高圧ＥＧＲ通路２２を流れる高圧ＥＧＲガスの流量を調節する。この高圧ＥＧＲ弁２３は、電動アクチュエータにより開閉される。

以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ（Engine Control Unit）２５が併設されている。ＥＣＵ２５は、内
燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２５には、エアフローメータ８、差圧センサ１６、排気温センサ１７，１８、ＰＭセンサ１９、クランクポジションセンサ２６、アクセルポジションセンサ２７等の各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２５には、燃料噴射弁３、スロットル弁１１、燃料添加弁１３、及び高圧ＥＧＲ弁２３の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２５によりこれらの機器が制御される。ＥＣＵ２５は、クランクポジションセンサ２６、アクセルポジションセンサ２７等の出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。

例えば、ＥＣＵ２５は、燃料噴射制御などの既知の制御の他に、ＤＰＦ１５のＰＭ捕集能を再生する制御（以下、フィルタ再生制御という）を行う。フィルタ再生制御は、ＤＰＦ１５にＰＭが規定値以上に捕集された場合に、燃料添加弁１３から排気中へ燃料添加することや、内燃機関１での主噴射とは別のポスト噴射をすること等によって燃料をＤＰＦ１５の前段の酸化触媒１４に供給し、燃料の酸化反応によってＤＰＦ１５を例えば６００℃等に昇温させ、ＤＰＦ１５に捕集されているＰＭを酸化及び除去する。

また、ＥＣＵ２５は、ＰＭセンサ１９の検出部１９ａに堆積したＰＭを除去する制御（以下、検出部再生制御という）を行う。検出部再生制御は、ＰＭセンサ１９の検出部１９ａに規定値以上のＰＭが堆積した場合に、ヒータ１９ｂで検出部１９ａを８００℃程度に加熱し、堆積したＰＭを燃焼させて除去する。検出部再生制御を行うと、検出部１９ａにＰＭが無い状態に戻るので、ＰＭセンサ１９の出力も零にまで下がることになる。例えば図３（ａ）に示す故障ＤＰＦの場合の、０〜１００ｓｅｃ、６００〜８００ｓｅｃ、９００〜１１００ｓｅｃの間が検出部再生制御を行っている期間である。

ところで、ＤＰＦ１５は、破損、損傷等により故障することがある。ＤＰＦ１５が故障すると、ＤＰＦ１５でＰＭが捕集されずに流出してしまうので、排気エミッションの悪化を招く。このため、早期にＤＰＦ１５の故障を検出したい。従来では、差圧センサ１６を
用い、ＤＰＦ１５の前後差圧に基づいて演算されたＤＰＦ１５のＰＭ堆積量と、内燃機関１の運転状態から知られるＰＭ排出量の積算により算出されたＤＰＦ１５のＰＭ堆積量と、の間に大きな乖離が生じた場合に、ＤＰＦ１５の故障と判定していた。しかし、この従来の方法では、内燃機関１の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であると、ＤＰＦ１５の前後差圧の変化が小さく、正確なＰＭ堆積量を求めることができず、ＤＰＦ１５の故障の判別ができないおそれがある。すなわち、ＤＰＦ１５の前後差圧を利用することでは、ＤＰＦ１５の故障が精度良く判別できない場合が考えられた。

そこで、本実施例では、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きに基づいて、ＤＰＦ１５が故障しているか否かを判別するようにした。図３（ａ）は、ＰＭセンサ１９の出力波形を示す図である。ＰＭセンサ１９の出力波形は、図３（ａ）に示すように、ＤＰＦ１５が故障しているか正常かで大きく異なる。ＰＭセンサ１９の出力波形のうち特に顕著に異なる部分は、出力が一旦零になってから上昇するときである。このときの出力波形変化を１階微分して傾き（時間に関する１階微分値）として求め、ＤＰＦ１５の故障を判別する。つまり、図３（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃに示すように、検出部再生制御を行ってＰＭセンサ１９の出力が零になってからの立ち上がりの傾きを捉えて、ＤＰＦ１５が故障したと判定するようにした。図３（ｂ）は、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きを示す図である。図３（ｂ）に示すように、ＤＰＦ１５が故障している場合には、検出部再生制御を行ってＰＭセンサ１９の出力が零になってからの立ち上がりの傾きが大きいことが分かる。

ＰＭセンサ１９の出力波形の出力増加方向の傾きは、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が増加することに対応する。ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量の増加は、ＤＰＦ１５の破損や損傷等の故障と相関が強い。このため、ＤＰＦ１５の故障は、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きに表れることになる。しかも、ＤＰＦ１５が故障すると、図４（ａ）に示すＤＰＦが正常な場合のＰＭセンサ１９の検出部１９ａ近傍でのＰＭの挙動に比して、図４（ｂ）に示すように、排気中のＰＭの凝縮が進み、ＰＭセンサ１９の検出部１９ａにＰＭが衝突する衝突頻度が低下する。しかし、ＰＭが検出部１９ａに衝突した際には、ＰＭが凝縮しているので、ＰＭセンサ１９の出力は、大きく増加する。つまり、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが大きくなる。このことは、内燃機関１の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であっても生じる。また、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量は、もともと少なく、ＰＭセンサ１９は、内燃機関１の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であっても精度良く出力可能である。したがって、本実施例によると、内燃機関１の運転状態がＰＭ排出量の少ない状態であっても、ＤＰＦ１５が故障すると、そのことはＰＭセンサ１９の出力波形の傾きに表れるので、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

ここで、ＤＰＦ１５の故障を判別する際には、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが、ＤＰＦ１５が故障しているか正常であるかの閾値となる基準値よりも大きい場合に、ＤＰＦ１５が故障していると判定する。

ここでの基準値とは、図３（ｂ）に示すように、予め実験や検証等で導出されたものであり、その値よりも大きいと、ＤＰＦ１５が故障していると判定できる、ＤＰＦ１５が故障しているか正常であるかの閾値である。

ＤＰＦ１５が故障したときは、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が多くなり、図３（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃの領域では、図３（ｂ）に示すようにＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが基準値よりも大きくなる。一方、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きは、ＤＰＦ１５が故障しなくても大きくなることがあるが、そのときの傾きは、ＤＰＦ１５が故障したときの傾きよりも小さい。このため、上記のように、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが、基準値よりも大きい場合に、ＤＰＦ１５が故障していると判定することができる。
本実施例によると、このように基準値を設けているので、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

またここで、ＰＭセンサ１９は、検出部１９ａに堆積したＰＭを除去するために検出部再生制御が行われるものであり、検出部再生制御が行われると、検出部１９ａに堆積したＰＭが無くなり、ＰＭセンサ１９の出力は一旦零に戻る。そして、ＤＰＦ１５が故障しており、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が多ければ、短時間のうちに検出部１９ａに多量のＰＭが堆積する。このため、零に戻ったＰＭセンサ１９の出力は、図３（ａ）のＡ，Ｂ,Ｃに示すように、短時間のうちに大きな値へと変化する。つまり、このと
きＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが大きくなる。一方、ＤＰＦ１５が故障しておらず、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が少なければ、零に戻ったＰＭセンサ１９の出力は、図３（ａ）に示す正常ＤＰＦの出力波形で表すように、時間をかけて徐々に大きな値へと変化する。つまり、このときのＰＭセンサ１９の出力波形の傾きは、ＤＰＦ１５が故障しているときに比して小さい。本実施例によると、検出部再生制御を行ってＰＭセンサ１９の出力波形の傾きを、ＤＰＦ１５が故障しているか否かで大きく異ならせることができるので、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

さらに、ＰＭセンサ１９は、通常時にヒータ１９ｂで検出部１９ａを３００℃程度に加熱している。このため、ＤＰＦ１５が正常であると、図５（ａ）に示すように、検出部１９ａへ堆積するＰＭの一部が白抜き丸印のように焼失する。つまり、検出部１９ａへのＰＭ堆積・凝縮速度が、堆積するＰＭの焼失速度によって遅くさせられ、ＰＭセンサ１９の出力も徐々にしか増加して行かなくなる。しかしながら、ＤＰＦ１５が故障していると、図５（ｂ）に示すように、ＰＭセンサ１９の検出部１９ａへＰＭが衝突すると、そのＰＭは凝縮されており、ＰＭの焼失速度よりも検出部１９ａへのＰＭ堆積・凝縮速度が速く、ＰＭセンサ１９の出力は急激に増加して行く。これによっても、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きを、ＤＰＦ１５が故障しているか否かで大きく異ならせることができるので、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

また、検出部再生制御が繰り返し行われることで、零に戻ったＰＭセンサ１９の出力が短時間のうちに大きな値へと変化することが繰り返される。これにより、図３（ａ）中のＡ，Ｂ，Ｃのように、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが大きくなることが繰り返され、ＤＰＦ１５が故障していることを複数回判定できるので、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

ここで、ＤＰＦ１５の故障を判別することは、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態の場合に行う。ここでの、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態とは、例えば、加速運転状態や内燃機関への吸入空気量が多くなる状態である。図３（ａ）に車速で示すように、Ａ，Ｂの領域は、加速運転領域であり、Ｃの領域は、内燃機関１への吸入空気量が多くなる高Ｇａ領域である。

内燃機関１の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態では、内燃機関１から排出されるＰＭの量が多く、かつ、排気の流速が大きい。このため、ＤＰＦ１５が故障していれば、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が多くなる。一方、ＤＰＦ１５が故障していなければ、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量は少ないままである。本実施例によると、このようにＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量を、ＤＰＦ１５が故障しているか否かで大きく異ならせることができるので、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

一方、フィルタ再生制御を行う場合には、ＤＰＦ１５が故障しているか否かの判別を禁
止する。

フィルタ再生制御を行う場合には、ＤＰＦ１５が故障していなくても、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が多くなることがある。この場合に、ＤＰＦ１５が故障しているか否かを判別すると、誤判定する可能性がある。本実施例では、フィルタ再生制御を行う場合には、ＤＰＦ１５が故障しているか否かの判別を禁止するので、誤判定を回避し、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

また、例えば、燃料噴射弁３でアフター噴射したり、ＥＧＲガスの流量を低流量としていたりするような、内燃機関１から排出されるＰＭの量が極めて少ない運転状態の場合にも、ＤＰＦ１５が故障しているか否かの判別を禁止する。

内燃機関１から排出されるＰＭの量が極めて少ない運転状態の場合には、ＤＰＦ１５が故障していても、ＤＰＦ１５で捕集されずに流れて来るＰＭの量が少ないことがある。この場合に、ＤＰＦ１５が故障しているか否かを判別すると、誤判定する可能性がある。本実施例では、内燃機関１から排出されるＰＭの量が極めて少ない運転状態の場合には、ＤＰＦ１５が故障しているか否かの判別を禁止するので、誤判定を回避し、精度良くＤＰＦ１５の故障を判別することができる。

（ＤＰＦの故障判別ルーチン）
ＤＰＦ１５の故障判別ルーチンについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６は、ＤＰＦ１５の故障判別ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ２５によって実行される。本ルーチンを実行するＥＣＵ２５が本発明の故障判別手段に相当する。

図６に示すルーチンが開始されると、Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態が、ＤＰＦ１５の故障判別を行う運転状態に適合するか否かを判別する。ＤＰＦ１５の故障判別を行う運転状態としては、例えば、図３（ａ）のＡ，Ｂ,Ｃの領域のように、検出部再生制御
終了からのタイミングで、内燃機関１から排出されるＰＭの量が多く、かつ、排気の流速変化が大きい運転状態を適したものとして判断する。一方、フィルタ再生制御を行う場合や、燃料噴射弁でアフター噴射したり、ＥＧＲガスの流量を低流量としていたりするような、内燃機関１から排出されるＰＭの量が極めて少ない運転状態の場合には、ＤＰＦ１５の故障判別を行うには不適なものとして判断する。Ｓ１０１において、ＤＰＦ１５の故障判別を行う運転状態に適合すると肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行する。Ｓ１０１において、ＤＰＦ１５の故障判別を行う運転状態に適合しないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０２では、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが基準値よりも大きいか否かを判別する。ここでは、図３（ａ）に示すように、予め定められた期間の間ＰＭセンサ１９の出力をＥＣＵ２５に記憶して出力波形を取得し、その出力波形を一階微分して傾き（一階微分値）を取得する。図３（ｂ）に示すように、取得した傾きと基準値を比較して判別を行う。Ｓ１０２において、傾きが基準値よりも大きいと肯定判定された場合には、Ｓ１０３へ移行する。Ｓ１０２において、傾きが基準値よりも大きくないと否定判定された場合には、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０３では、ＤＰＦ１５が故障していると判定する。一方、Ｓ１０４では、ＤＰＦ１５は正常であると判定する。Ｓ１０３，Ｓ１０４の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

以上の本ルーチンであると、ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きを用いて、精度良くＤＰ
Ｆ１５の故障を判別することができる。

（その他）
本発明に係るパティキュレートフィルタの故障判別装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

例えば、ＤＰＦ１５の故障判別に用いるＰＭセンサ１９の出力波形の傾きとして、検出部再生制御の直後の一旦零になってから上昇するときの出力波形の傾きを捉えていたが、この傾きに限るものではない。ＰＭセンサ１９の出力波形の傾きが一旦零になった後ではなくても、傾きが基準値よりも大きい場合に、ＤＰＦ１５の故障と判定するものでもよい。また、ＰＭセンサ１９は、検出部１９ａをヒータ１９ｂで通常３００℃に加熱しているものであったが、通常は加熱していないものでもよい。また検出部再生制御は、フィルタ再生制御と一緒に行われるものでもよい。

１：内燃機関、２：気筒、３：燃料噴射弁、４：サプライポンプ、５：コモンレール、６：吸気通路、７：ターボチャージャ、７ａ：コンプレッサ、７ｂ：タービン、８：エアフローメータ、９：エアクリーナ、１０：インタークーラ、１１：スロットル弁、１２：排気通路、１３：燃料添加弁、１４：酸化触媒、１５：ＤＰＦ、１６：差圧センサ、１７，１８：排気温センサ、１９：ＰＭセンサ、１９ａ：検出部、１９ｂ：ヒータ、２０：酸化触媒、２１：高圧ＥＧＲ装置、２２：高圧ＥＧＲ通路、２３：高圧ＥＧＲ弁、２４：高圧ＥＧＲクーラ、２５：ＥＣＵ、２６：クランクポジションセンサ、２７：アクセルポジションセンサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、前記内燃機関から排出される排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタよりも下流の前記排気通路に配置され、前記パティキュレートフィルタで捕集されずに流れて来る微粒子を検出部に堆積させて前記検出部の微粒子堆積量に応じた値を出力する微粒子堆積量検出手段と、
   前記微粒子堆積量検出手段の出力波形の傾きに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障しているか否かを判別する故障判別手段と、
   を備え、
   前記微粒子堆積量検出手段は、ヒータにより前記検出部を加熱することにより、前記検出部に堆積した微粒子を除去するために検出部再生制御が実行され、
   前記パティキュレートフィルタは、堆積した微粒子を除去するためにフィルタ再生制御が行われるものであり、
   前記故障判別手段は、前記フィルタ再生制御を行う場合には、前記パティキュレートフィルタが故障しているか否かの判別を禁止することを特徴とするパティキュレートフィルタの故障判別装置。
2. 前記故障判別手段は、前記出力波形の傾きが、前記パティキュレートフィルタが故障しているか正常であるかの閾値となる基準値よりも大きい場合に、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定することを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障判別装置。
3. 前記故障判別手段は、前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であり、かつ、排気の流速がアイドリング運転時よりも大きい状態の場合に、前記パティキュレートフィルタが故障しているか否かを判別することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のパティキュレートフィルタの故障判別装置。

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