JP5382210B2 - パティキュレートフィルタの故障検出装置及び故障検出方法 - Google Patents

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）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）の故障検出装置及び故障検出方法に関する。

内燃機関の排気通路に設けられたフィルタにおいて、熱劣化及び経時劣化により破損又は溶損等の故障が発生する場合がある。フィルタの故障が発生すると、該フィルタに捕集されず、それより下流側の排気通路に流出するＰＭ量が増加する。そこで、フィルタよりも下流側の排気通路にＰＭセンサを設け、該ＰＭセンサの出力値に基づいてフィルタの故障を検出する技術が提案されている。

特許文献１には、少なくとも二つの電極を備えたＰＭセンサ（微粒子センサ）が開示されている。このＰＭセンサは、電極間の交流インピーダンス等の電気的特性の計測データからＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量を検知する。

特許文献２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。また、この特許文献２には、吸入空気量が所定量より少ない時はＰＭトラッパの故障検出を行なわないことが記載されている。

特開２００８−０６４６２１号公報 特開２００７−１３２２９０号公報 特開２００８−１９０５０２号公報 特開２００９−２９３５１８号公報

フィルタの故障検出のために用いられるＰＭセンサとして、センサ自身に堆積したＰＭ量に対応する信号を出力するＰＭセンサを採用する場合がある。本発明は、このようなＰＭセンサを用いてフィルタの故障検出を行なう際に、その検出精度を向上させ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、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。つまり、本発明では、フィルタより下流側の排気通路にＰＭセンサが設けられている。そして、ＰＭセンサに堆積したＰＭを除去するＰＭ除去処理の実行が完了してから所定期間が経過した時のＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較することでパティキュレートフィルタにおける故障の有無を判定する。このときに、前記所定期間経過中における内燃機関の吸入空気量の平均値に基づいて前記閾値を設定する。

より詳しくは、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの故障を検出するパティキュレートフィルタの故障検出装置であって、
前記パティキュレートフィルタより下流側の排気通路に設けられており自身に堆積した粒子状物質量に対応する信号を出力するＰＭセンサと、
前記ＰＭセンサに堆積した粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を実行するＰＭ除去処理実行部と、
前記ＰＭ除去処理実行部によるＰＭ除去処理の実行が完了してから所定期間が経過した時の前記ＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較することで、前記パティキュレートフィルタにおける故障の有無を判定する故障判定部と、
前記ＰＭ除去処理実行部によるＰＭ除去処理の実行が完了してから前記所定期間が経過するまでの間、内燃機関の吸入空気量の平均値を算出する平均吸入空気量算出部と、
前記平均吸入空気量算出部によって算出される吸入空気量の平均値に基づいて前記閾値を設定する閾値設定部と、
を備えている。

内燃機関の吸入空気量が増加すると排気通路においてＰＭセンサの周囲を通過する排気の流量も増加する。排気の流量が増加するとＰＭの流量も必然的に増加する。ＰＭの流量が多くなるとすると、ＰＭセンサに付着するＰＭの量自体はＰＭの流量が少ないときに比べて増加する。しかしながら、ＰＭセンサに単位時間当たりに付着できるＰＭ量は限られている。そのため、ＰＭの流量が増加すると、該ＰＭの流量に対するＰＭセンサに付着するＰＭ量の比率（以下、この比率をＰＭ捕集率と称する）が低下する傾向がある。

つまり、フィルタの状態が同様の状態であっても、内燃機関の吸入空気量に応じてＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量は変化する。そこで、本発明においては、ＰＭ除去処理の実行が完了してから、即ちＰＭセンサにＰＭが再度堆積し始めてから、フィルタの故障判定が実行されるまでの間における吸入空気量の平均値に基づいて、該故障判定のための閾値を設定する。これより、フィルタの故障の検出精度を向上させることができる。

本発明に係る故障検出装置は、ＰＭ除去処理実行部によるＰＭ除去処理の実行が完了してからの内燃機関の吸入空気量の積算値を算出する積算吸入空気量算出部をさらに備えてもよい。この場合、前記所定期間は、積算吸入空気量算出部によって算出される吸入空気量の積算値が所定の判定実行値に達するまでの期間であってもよい。

そして、本発明に係る故障検出装置は、平均吸入空気量算出部によって算出される吸入空気量の平均値が小さいときは、該吸入空気量の平均値が大きいときに比べて前記判定実行値をより小さい値に設定する判定実行値設定部をさらに備えてもよい。

内燃機関の吸入空気量が比較的少ないときは、ＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量がある程度の量まで増加するのに時間がかかる。しかしながら、このときは、ＰＭセンサにおけるＰＭ捕集率が比較的高い。そのため、ＰＭ除去処理の実行が完了してからフィルタの故障判定が実行されるまでの期間（即ち、前記所定期間）を短くしても、故障の検出精度の低下を招き難い。

そこで、上記のように、吸入空気量の平均値に基づいて判定実行値を設定する。これにより、検出精度を維持しつつ、可及的に早期にフィルタの故障を検出することができる。

本発明は、パティキュレートフィルタの故障検出方法として捕らえることもできる。例えば、本発明の一態様としてのパティキュレートフィルタの故障検出方法は、
内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの故障を、該パティキュレートフィルタより下流側の排気通路に設けられており自身に堆積した粒子状物質量に対応する信号を出力するＰＭセンサ出力値に基づいて検出するパティキュレートフィルタの故障検出方法であって、
前記ＰＭセンサに堆積した粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を実行するＰＭ除去処理実行工程と、
前記ＰＭ除去処理実行工程でのＰＭ除去処理の実行が完了してから所定期間が経過した時の前記ＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較することで、前記パティキュレートフィルタにおける故障の有無を判定する故障判定工程と、
前記ＰＭ除去処理実行工程でのＰＭ除去処理の実行が完了してから前記所定期間が経過するまでの間、内燃機関の吸入空気量の平均値を算出する平均吸入空気量算出工程と、
前記平均吸入空気量算出工程において算出される吸入空気量の平均値に基づいて前記閾値を設定する設定工程と、
を有する。

また、本発明に係る故障検出方法は、ＰＭ除去処理実行工程でのＰＭ除去処理の実行が完了してからの内燃機関の吸入空気量の積算値を算出する積算吸入空気量算出工程をさらに有してもよい。この場合、前記所定期間は、積算吸入空気量算出工程において算出される吸入空気量の積算値が所定の判定実行値に達するまでの期間であってもよい。

そして、本発明に係る故障検出方法は、平均吸入空気量算出工程において算出される吸入空気量の平均値が小さいときは、該吸入空気量の平均値が大きいときに比べて前記判定実行値をより小さい値に設定する判定実行値設定工程をさらに有してもよい。

本発明によれば、フィルタの故障の検出精度を向上させることができる。

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。 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センサにおけるＰＭ堆積量とＰＭセンサの出力値との関係を示す図である。 図４（ａ）は、実施例１に係る、内燃機関の吸入空気量とＰＭセンサにおけるＰＭ捕集率との関係を示す図である。図４（ｂ）は、実施例１に係る、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量と正常判定閾値との関係を示す図である。 実施例１に係るフィルタの故障検出のフローを示すフローチャートである。 実施例１の変形例に係る、ＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量と、電極間の抵抗値及びＰＭセンサの出力値との関係を示す図である。 実施例２に係る、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量と判定実行値との関係を示す図である。 実施例２に係る、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量と正常判定閾値との関係を示す図である。 実施例２に係るフィルタの故障検出のフローを示すフローチャートである。 実施例３に係る、内燃機関での混合気の空燃比と補正係数との関係を示す図である。 実施例３に係る、冷却水温と補正係数との関係を示す図である。 実施例３に係るフィルタの故障検出の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＞
本発明の実施例１について、図１〜６に基づいて説明する。尚、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フィルタ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。また、内燃機関１には、冷却水の温度を検出する水温センサ１５が設けられている。

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には酸化触媒７が担持されている。尚、フィルタ６に担持される触媒は、酸化触媒以外の酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であってもよい。また、酸化機能を有する触媒がフィルタ６より上流側の排気通路３に設けられていてもよい。

フィルタ６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。排気通路３におけるフィルタ６より下流側には排気温度センサ１３及びＰＭセンサ１４が設けられている。排気温度センサ１３は、ＰＭフィルタ６から流出する排気の温度を検出するセンサである。ＰＭセンサ１４は、自身に堆積したＰＭ量に対応する信号を出力するセンサである。ＰＭセンサ１４には、該ＰＭセンサ１４を加熱するための電気ヒータ１６が設けられている。尚、ＰＭセンサ１４の詳細については後述する。

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、水温センサ１５、排気温度センサ１３、及びＰＭセンサ１４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及び水温センサ１５、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。

ＥＣＵ１０には、スロットル弁５、燃料添加弁８、電気ヒータ１６及び内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によってこれらの装置が制御される。

例えば、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁８又は内燃機関１の燃料噴射弁を制御することで、フィルタ６に堆積したＰＭを酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行する。フィルタ再生処理においては、堆積したＰＭを酸化させることが可能な目標温度までフィルタ６を昇温させる必要がある。そこで、本実施例では、燃料添加弁８からの燃料添加又は内燃機関１での副燃料噴射を実行することでフィルタ再生処理を実現する。燃料添加弁８からの燃料添加又は内燃機関１での副燃料噴射が実行されることで酸化触媒７に燃料が供給される。酸化触媒７における該燃料の酸化によって生じる酸化熱によってフィルタ６の温度が上昇する。

フィルタ再生処理の実行時においては、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ１３の検出値に基づいてフィルタ６の温度を推定する。そして、ＥＣＵ１０は、その推定値に基づいて、燃料添加弁８からの燃料添加量又は内燃機関１での副燃料噴射量を調整する。これにより、フィルタ６の温度が目標温度に制御される。

［ＰＭセンサの概略構成]
図２は、ＰＭセンサ１４の概略構成を示す図である。図２に示すように、ＰＭセンサ１４は一対の電極１４ａ，１４ｂを備えている。ＰＭセンサ１４は該電極１４ａ，１４ｂ間の抵抗値を出力する。図３は、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量とＰＭセンサ１４の出力値との関係を示す図である。図３において、横軸はＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量を表しており、縦軸はＰＭセンサ１４の出力値を表している。

ＰＭセンサ１４には排気中のＰＭが付着し、電極１４ａ，１４ｂ間にＰＭが堆積する。ＰＭは導電性の物質であるため、該ＰＭ堆積量が増加するにつれて、電極１４ａ，１４ｂ間の電気抵抗は低下する。従って、図３に示すように、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量が増加すると、該ＰＭセンサ１４の出力値が低下する。

上述したように、ＰＭセンサ１４には電気ヒータ１６が設けられている。図３に示すように、ＰＭセンサ１４にＰＭが過剰に堆積すると、ＰＭ堆積量の変化に対するＰＭセンサ１４の出力値の変化が小さくなる。そのため、ＰＭセンサ１４の出力値に基づいて排気中のＰＭ量を正確に検出することが困難となる。

そこで、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量がある程度の量に達するタイミングで、ＥＣＵ１０によって、ＰＭセンサ１４に堆積したＰＭを除去するＰＭ除去処理が実行される。ＰＭ除去処理は、電気ヒータ１６によってＰＭセンサ１４を加熱することで実現される。ＰＭセンサ１４が加熱されることで、該ＰＭセンサ１４に堆積したＰＭが酸化され除去される。ＰＭ除去処理の実行が完了すると、ＰＭセンサ１４に再度ＰＭが堆積し始める。尚、本実施例においては、このようなＰＭ除去処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係るＰＭ除去処理実行部に相当する。

［フィルタの故障検出方法］
ここで、本実施例に係るフィルタの故障検出方法について説明する。フィルタ６に溶損又は破損等の故障が発生すると該フィルタ６から流出するＰＭ量が増加する。そのため、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量が正常時に比べて増加する。その結果、ＰＭセンサ１４の電極１４ａ，１４ｂ間における電気抵抗が正常時に比べて小さくなる。即ち、ＰＭセンサ１４の出力値が正常時に比べて小さくなる。

そこで、本実施例においては、ＰＭ除去処理の実行が完了してから（即ち、ＰＭセンサ１４にＰＭが再度堆積し始めてから）、内燃機関１の吸入空気量の積算値（以下、積算吸入空気量と称する）が所定の判定実行値に達した時におけるＰＭセンサ１４の出力値に基づいて、フィルタ６の故障の有無を判定する。つまり、この時におけるＰＭセンサ１４の出力値が所定の正常判定閾値より小さい場合、フィルタ６において故障が発生していると判定する。

ここで、内燃機関１の吸入空気量が増加すると排気通路３における排気の流量が増加する。排気の流量が増加すると必然的にＰＭの流量も増加する。従って、フィルタ６の状態が同様の状態であっても、排気の流量が増加すれば、ＰＭセンサ１４の周囲におけるＰＭの流量も増加する。ＰＭの流量が多くなるとすると、ＰＭセンサ１４に付着するＰＭの量自体はＰＭの流量が少ないときに比べて当然増加する。しかしながら、ＰＭセンサ１４に単位時間当たりに付着できるＰＭ量は限られている。そのため、ＰＭの流量が増加すると、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ捕集率は低下する傾向にある。

従って、フィルタ６の状態が同様の状態であっても、内燃機関１の吸入空気量に応じてＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量の増加量は変化する。そのため、内燃機関１の吸入空気量を考慮することなく上記の正常判定閾値を設定すると、フィルタ６における故障を高精度で検出することが困難となる場合がある。

そこで、本実施例では、フィルタ６の故障検出のために用いる正常判定閾値を内燃機関１の吸入空気量に基づいて設定する。より詳しくは、ＰＭ除去処理の実行完了後、再度ＰＭがＰＭセンサ１４に堆積し始めてから、積算吸入空気量が所定の判定実行値に達するまでの間の吸入空気量の平均値（以下、平均吸入空気量と称する）に基づいて正常判定閾値を設定する。

図４（ａ）は、内燃機関１の吸入空気量とＰＭセンサ１４におけるＰＭ捕集率との関係を示す図である。図４（ａ）において、横軸は内燃機関１の吸入空気量Ｇａを表しており、縦軸はＰＭセンサ１４におけるＰＭ捕集率Ｓｐｍを表している。図４（ａ）に示すように、内燃機関１の吸入空気量が増加し、ＰＭの流量が増加すると、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ捕集率Ｓｐｍは減少する。

また、図４（ｂ）は、本実施例に係る、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量と正常判定閾値との関係を示す図である。図４（ｂ）において、横軸は平均吸入空気量Ｇａａｖｅを表しており、縦軸は正常判定閾値Ｒ０を表している。上述したように、本実施例では、ＰＭセンサ１４の出力値が正常判定閾値Ｒ０以上であればフィルタ６は正常と判定され、ＰＭセンサ１４の出力値が正常判定閾値Ｒ０より小さければフィルタ６に故障が発生したと判定される。図４（ｂ）に示すように、正常判定閾値Ｒ０は、平均流入空気量Ｇａａｖｅの値が大きいほど大きい値に設定される。

このように、吸入空気量の変化に応じたＰＭ捕集率の変化を考慮して正常判定閾値を設定することで、フィルタ６の故障の検出精度を向上させることができる。

［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のフローについて、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、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、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、ＰＭセンサ１４に堆積したＰＭを除去するＰＭ除去処理が完了したか否かを判別する。Ｓ１０１において、ＰＭ除去処理が完了したと判定されると、次にステップＳ１０２において、該ＰＭ除去処理完了時点からの内燃機関１の吸入空気量の積算値（積算吸入空気量）ΣＧａが算出される。さらに、ステップＳ１０３において、ＰＭ除去処理完了時点からの内燃機関１の吸入空気量の平均値（平均吸入空気量）Ｇａａｖｅが算出される。

次に、ステップＳ１０４において、積算吸入空気量ΣＧａが判定実行値ΣＧａ０に達したか否かが判別される。ここで、判定実行値ΣＧａ０は、ＰＭセンサ１４において、フィルタ６の故障を判定することが可能な程度のＰＭが堆積したと判断できる閾値である。本実施例において、該判定実行値ΣＧａ０は、実験等に基づいて予め定めたれた一定値である。該判定実行値ΣＧａ０はＥＣＵ１０に記憶されている。

ステップＳ１０４において否定判定された場合、ステップＳ１０２の処理が再度実行される。一方、ステップＳ１０４において肯定判定された場合、次にステップＳ１０５の処理が実行される。

ステップＳ１０５においては、平均吸入空気量Ｇａａｖｅに基づいて正常判定閾値Ｒ０が設定される。本実施例においては、図４（ｂ）に示すような平均吸入空気量Ｇａａｖｅと正常判定閾値Ｒ０との関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ１０５では、このマップにステップＳ１０３で算出された平均吸入空気量Ｇａａｖｅを代入することで正常判定閾値Ｒ０が導出される。

次に、ステップＳ１０６において、ＰＭセンサ１４の出力値Ｒｐｍが正常判定閾値Ｒ０以上であるか否かが判別される。ステップＳ１０６において肯定判定された場合、ステップＳ１０７においてフィルタ６は正常と判定される。一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合、ステップＳ１０８においてフィルタ６において故障が発生したと判定される。

尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０２を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る積算吸入空気量算出部に相当する。また、該Ｓステップ１０２が、本発明に係る積算吸入空気量算出工程に相当する。上記フローにおけるステップＳ１０３を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る平均吸入空気量算出部に相当する。また、該Ｓステップ１０２が、本発明に係る平均吸入空気量算出工程に相当する。上記フローにおけるステップＳ１０５を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る閾値設定部に相当する。また、該Ｓステップ１０５が、本発明に係る閾値設定工程に相当する。上記フローにおけるステップＳ１０６〜１０８を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る故障判定部に相当する。また、該Ｓ１０６〜１０８が、本発明に係る故障判定工程に相当する。

［変形例］
尚、本実施例に係るＰＭセンサ１４の出力値は、必ずしも電極１４ａ，１４ｂ間の抵抗値でなくてもよく、電極１４ａ，１４ｂ間の電圧又は電流等であってもよい。また、図６に示すように、ＰＭセンサ１４は、電極１４ａ，１４ｂ間の抵抗等に基づいて該ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量を算出し、該ＰＭ堆積量を出力するものであってもよい。図６は、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量と、電極１４ａ，１４ｂ間の抵抗値及びＰＭセンサ１４の出力値との関係を示す図である。図３において、横軸はＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量を表しており、下段縦軸は電極１４ａ，１４ｂ間の抵抗値を表しており、上段縦軸はＰＭセンサ１４の出力値を表している。

この場合、正常判定閾値はＰＭ堆積量として設定される。そして、積算吸入空気量が判定実行値に達した時におけるＰＭセンサ１４の出力値が正常判定閾値より大きい場合、フィルタ６において故障が発生していると判定する。

＜実施例２＞
本発明の実施例２について、図７〜９に基づいて説明する。尚、ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

［フィルタの故障検出方法］
内燃機関１の吸入空気量が少ないほど、排気の流量が少なくなり、ＰＭの流量も少なくなる。ＰＭの流量が少ないと、ＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量の増加速度は小さい。そのため、フィルタ６の故障判定の実行の閾値である判定実行値を実施例１のように一定値とすると、ＰＭ除去処理の実行完了後、フィルタ６の故障判定を実行するまでに時間がかかる。

一方、上述したように、ＰＭの流量が多いほどＰＭセンサ１４におけるＰＭ捕集率が低くなる。換言すれば、ＰＭの流量が少ないほどＰＭセンサ１４におけるＰＭ捕集率が高くなる。ＰＭ捕集率が高いと、ＰＭ除去処理の実行が完了してからフィルタ６の故障判定が実行されるまでの期間が短くても、フィルタ６の正常時と故障時とのＰＭセンサ１４におけるＰＭ堆積量の差は大きくなる。従って、該期間が短くてもフィルタ６の故障の検出精度は低下し難い。

そこで、本実施例においては、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量に応じて判定実行値を変更する。図７は、本実施例に係る、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量と判定実行値との関係を示す図である。図７において、横軸は平均吸入空気量Ｇａａｖｅを表しており、縦軸は判定実行値ΣＧａ０を表している。図７に示すように、判定実行値ΣＧａ０は、平均流入空気量Ｇａａｖｅの値が大きいほど小さい値に設定される。

このように、吸入空気量の変化に応じたＰＭ捕集率の変化を考慮して判定実行値を設定することで、検出精度を維持しつつ、可及的に早期にフィルタ６の故障を検出することができる。

尚、本実施例においては、上記のように判定実行値を変更することに伴い、実施例１のように判定実行値を一定値とする場合に比べて正常判定閾値をより大きい値に設定する。図８は、本実施例に係る、ＰＭ除去処理の実行完了後の平均吸入空気量と正常判定閾値との関係を示す図である。図８において、横軸は平均吸入空気量Ｇａａｖｅを表しており、縦軸は正常判定閾値Ｒ０を表している。また、図８において、実線Ｌ１が本実施例に係る判定実行値を表しており、破線Ｌ２が実施例１に係る判定実行値を表している。

［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のフローについて、図９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、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図５に示すフローと、ステップＳ２０４が追加された点が異なるのみである。ここでは、図５に示すフローと異なる点についてのみ説明する。

本フローでは、ステップＳ１０３の処理の後、ステップＳ２０４の処理が実行される。ステップＳ２０４においては、平均吸入空気量Ｇａａｖｅに基づいて判定実行値ΣＧａ０が設定される。本実施例においては、図７に示すような平均吸入空気量Ｇａａｖｅと判定実行値ΣＧａ０との関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０４では、このマップにステップＳ１０３で算出された平均吸入空気量Ｇａａｖｅを代入することで判定実行値ΣＧａ０が導出される。

そして、ステップ１０４においては、ステップ２０４で設定された判定実行値ΣＧａ０に積算吸入空気量ΣＧａが達したか否かが判別される。

また、本実施例においては、図８に示すような平均吸入空気量Ｇａａｖｅと正常判定閾値Ｒ０との関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ１０５では、このマップにステップＳ１０３で算出された平均吸入空気量Ｇａａｖｅを代入することで正常判定閾値Ｒ０が導出される。

尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ２０４を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る判定実行値設定部に相当する。また、ステップＳ２０４が、本発明に係る判定実行値設定工程に相当する。

＜実施例３＞
本発明の実施例２について、図１０〜１２に基づいて説明する。尚、ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

［フィルタの故障検出方法］
内燃機関１の運転状態又は運転条件に応じて、内燃機関１での混合気の空燃比又は内燃機関１の温度が変化する。そして、内燃機関１での混合気の空燃比又は内燃機関１の温度が異なれば、内燃機関１の吸入空気量が同量であっても、内燃機関１からＰＭ排出量、即ちＰＭの流量が変化する。例えば、内燃機関１での混合気の空燃比が理論空燃比以下となると、該空燃比が低いほどＰＭの流量は増加する。また、内燃機関１の温度（冷却水温）がある程度以下となると、該温度が低いほどＰＭの流量は増加する。

そこで、本実施例では、内燃機関１での混合気の空燃比及び冷却水温を考慮してフィルタ６の故障判定を行なう。具体的には、内燃機関１での混合気の空燃比及び冷却水温に基づいて、ＰＭ除去処理の実行完了後の積算吸入空気量を算出する際の内燃機関１の吸入空気量を補正する。

本実施例において、積算吸入空気量は下記式（１）によって算出される。
ΣＧａ（ｎ）＝ΣＧａ（ｎ−１）＋（Ｇａ×ｋａｆ×ｋｔｈｗ）・・・（１）
ΣＧａ（ｎ）：今回の積算吸入空気量
ΣＧａ（ｎ−１）：前回までの積算吸入空気量
Ｇａ：現時点での吸入空気量
ｋａｆ：混合気の空燃比に基づく補正係数
ｋｔｈｗ：冷却水温に基づく補正係数

図１０は、内燃機関１での混合気の空燃比と補正係数ｋａｆとの関係を示す図である。図１０において、横軸は内燃機関１での混合気の空燃比Ａ／Ｆを表しており、縦軸は補正係数ｋａｆを表している。図１０に示すように、補正係数ｋａｆは、１以上の値であって、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比以下の場合、混合気の空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほど大きい値となる。

図１１は、冷却水温と補正係数ｋｔｈｗとの関係を示す図である。図１１において、横軸は冷却水温Ｔｗを表しており、縦軸は補正係数ｋｔｈｗを表している。図１１に示すように、補正係数ｋｔｈｗは、１以上の値であって、冷却水温Ｔｗが所定水温（例えば、６０〜８０℃）以下の場合、冷却水温Ｔｗが低いほど大きい値となる。

このように、本実施例では、混合気の空燃比が理論空燃比以下の場合、該空燃比が低いほど、吸入空気量が実際の量よりも多い量に補正される。また、冷却水温が所定水温以下の場合、該水温が低いほど、吸入空気量が実際の量よりも多い量に補正される。これらによれば、混合気の空燃比が理論空燃比以下の場合、または、冷却水温が所定水温以下の場合、実際の吸入空気量が同量であっても、ＰＭの流量が多いほど、フィルタ６の故障判定のためのパラメータとなる積算吸入空気量及び平均吸入空気量がより大きい値として算出されることになる。そのため、実際のＰＭの流量に応じたフィルタ６の故障判定を行なうことが可能となる。

従って、本実施例に係るフィルタの故障判定方法によれば、内燃機関１の運転状態又は運転条件に関わらず、フィルタ６の故障の検出精度を高く維持することができる。

［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のフローについて、図１２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、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図５に示すフローと、ステップＳ３０２，Ｓ３０３が追加された点が異なるのみである。ここでは、図１２に示すフローと異なる点についてのみ説明する。

本フローでは、ステップＳ１０１においてＰＭ除去処理の実行が完了したと判定されると、次にステップＳ３０２の処理が実行される。ステップＳ３０２においては、吸入空気量Ｇａを補正するための補正係数ｋａｆ，ｋｔｈｗが内燃機関１での混合気の空燃比Ａ／Ｆ及び冷却水温Ｔｗに基づいて導出される。尚、混合気の空燃比は内燃機関１での燃料噴射量と吸入空気量Ｇａとに基づいて算出することができる。

本実施例においては、図１０に示すような内燃機関１での混合気の空燃比Ａ／Ｆと補正係数ｋａｆとの関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ３０２では、このマップに内燃機関１での混合気の空燃比Ａ／Ｆを代入することで補正係数ｋａｆが導出される。また、本実施例においては、図１１に示すような冷却水温ＴＷと補正係数ｋｔｈｗとの関係がマップとしてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ３０２では、このマップに冷却水温Ｔｗを代入することで補正係数ｋｔｈｗが導出される。

次に、ステップ３０３において、現時点の吸入空気量Ｇａが補正係数ｋａｆ，ｋｔｈｗによって補正される。

そして、ステップＳ１０２においては、ステップＳ３０３で補正された吸入空気量Ｇａを積算することで積算吸入空気量ΣＧａが算出される。つまり、本フローに係るステップＳ１０２では、上記式（１）により積算吸入空気量ΣＧａが算出される。

尚、上記各実施例は可能な限り組み合わせることができる。

１・・・内燃機関
３・・・排気通路
６・・・パティキュレートフィルタ
７・・・酸化触媒
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・アクセル開度センサ
１４・・ＰＭセンサ
１５・・水温センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの故障を検出するパティキュレートフィルタの故障検出装置であって、
   前記パティキュレートフィルタより下流側の排気通路に設けられており自身に堆積した粒子状物質量に対応する信号を出力するＰＭセンサと、
   前記ＰＭセンサに堆積した粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を実行するＰＭ除去処理実行部と、
   前記ＰＭ除去処理実行部によるＰＭ除去処理の実行が完了してから所定期間が経過した時の前記ＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較することで、前記パティキュレートフィルタにおける故障の有無を判定する故障判定部と、
   前記ＰＭ除去処理実行部によるＰＭ除去処理の実行が完了してから前記所定期間が経過するまでの間、内燃機関の吸入空気量の平均値を算出する平均吸入空気量算出部と、
   前記平均吸入空気量算出部によって算出される吸入空気量の平均値に基づいて前記閾値を設定する閾値設定部と、
   を備えるパティキュレートフィルタの故障検出装置。
2. 前記ＰＭ除去処理実行部によるＰＭ除去処理の実行が完了してからの内燃機関の吸入空気量の積算値を算出する積算吸入空気量算出部をさらに備え、
   前記所定期間が、前記積算吸入空気量算出部によって算出される吸入空気量の積算値が所定の判定実行値に達するまでの期間であり、
   前記平均吸入空気量算出部によって算出される吸入空気量の平均値が小さいときは、該吸入空気量の平均値が大きいときに比べて前記判定実行値をより小さい値に設定する判定実行値設定部をさらに備える請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障検出装置。
3. 内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの故障を、該パティキュレートフィルタより下流側の排気通路に設けられており自身に堆積した粒子状物質量に対応する信号を出力するＰＭセンサ出力値に基づいて検出するパティキュレートフィルタの故障検出方法であって、
   前記ＰＭセンサに堆積した粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を実行するＰＭ除去処理実行工程と、
   前記ＰＭ除去処理実行工程でのＰＭ除去処理の実行が完了してから所定期間が経過した時の前記ＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較することで、前記パティキュレートフィルタにおける故障の有無を判定する故障判定工程と、
   前記ＰＭ除去処理実行工程でのＰＭ除去処理の実行が完了してから前記所定期間が経過するまでの間、内燃機関の吸入空気量の平均値を算出する平均吸入空気量算出工程と、
   前記平均吸入空気量算出工程において算出される吸入空気量の平均値に基づいて前記閾値を設定する閾値設定工程と、
   を有するパティキュレートフィルタの故障検出方法。
4. 前記ＰＭ除去処理実行工程でのＰＭ除去処理の実行が完了してからの内燃機関の吸入空気量の積算値を算出する積算吸入空気量算出工程をさらに有し、
   前記所定期間が、前記積算吸入空気量算出工程において算出される吸入空気量の積算値が所定の判定実行値に達するまでの期間であり、
   前記平均吸入空気量算出工程において算出される吸入空気量の平均値が小さいときは、該吸入空気量の平均値が大きいときに比べて前記判定実行値をより小さい値に設定する判定実行値設定工程をさらに有する請求項３に記載のパティキュレートフィルタの故障検出方法。

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