JP5533366B2 - 内燃機関のフィルタの故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のフィルタの故障検出装置に関する。

内燃機関の排気中に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）を捕集するフィルタと、フィルタより下流側の排気中に含まれるＰＭの量を検出するＰＭセンサと、を備え、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知られている。

例えば、特許文献１には、ＰＭセンサの出力値が基準値を超えた場合にフィルタが故障していると判断する故障検出方法が記載されている。

特開２００７−３１５２７５号公報 特開２００７−１３２２９０号公報 特開２００９−２９３５１８号公報

上記特許文献１に記載された故障検出方法においては、内燃機関から排出されるＰＭの量の推定値に基づいて故障判定のための基準値を設定している。具体的には、内燃機関からのＰＭの排出量の推定値が大きいほど故障判定のための基準値を大きい値に設定している。

そのため、内燃機関からのＰＭの排出量の推定精度が低い場合、精度良くフィルタの故障を検出できない可能性がある。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、フィルタの下流に設けたＰＭセンサを用いて精度良くフィルタの故障を検出することができる内燃機関のフィルタの故障検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＰＭが付着可能な電極対を有し、該電極間におけるＰＭの付着量がある閾値以上になると該電極間におけるＰＭの付着量に応じた信号を出力するＰＭセンサと、
ある期間に前記内燃機関から排出されるＰＭの積算量を推定する第１推定手段と、
前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態における、前記ＰＭセンサに付着しているＰＭを酸化除去する初期化処理の完了から前記ＰＭセンサが初めて信号を出力するまでの信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記第１推定手段による推定値に基づいて、前記初期化処理の実行後に前記ＰＭセンサが初めて信号を出力する時点において前記ＰＭセンサに付着しているＰＭの量を推定する第２推定手段と、
前記第２推定手段による前記ＰＭの付着量の推定値と前記閾値との比較に基づいて、前記第１推定手段による前記ＰＭの積算量の推定値を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された前記ＰＭの積算量の推定値に基づいて前記フィルタの故障を検出するフィルタ故障検出手段と、
を備える内燃機関のフィルタ故障検出装置である。

ＰＭセンサは、電極間のＰＭの付着量が少ない場合、電極間の抵抗が大きいためほとんど信号を出力しない。電極間のＰＭの付着量が閾値以上になると、電極間の抵抗が低下し、ＰＭセンサは電極間のＰＭの付着量に応じた信号を出力するようになる。

「閾値」は、ＰＭセンサが信号を出力し始めるために最低限ＰＭセンサに付着する必要があるＰＭの量である。この閾値はほぼ一定値である。この閾値を以下「信号出力閾値」という。

初期化処理の完了直後は、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量がほぼゼロであり、ＰＭセンサから信号が出力されない。その後、内燃機関から排出されたＰＭがＰＭセンサに付着し、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量が信号出力閾値に達すると、ＰＭセンサから信号が出力し始める。

従って、初期化処理の完了後、ＰＭセンサが初めて信号を出力する時点（信号出力開始時）においてＰＭセンサに付着しているＰＭの量（以下、「信号出力開始時付着量」という）は、信号出力閾値にほぼ等しい。

信号出力閾値は一定値であり、ＰＭセンサの特性値として予め分っているので、信号出力開始時付着量の実際値は、信号出力閾値を参照することによって容易に取得できることを意味する。従って、第２推定手段により推定される信号出力開始時付着量と信号出力閾値と比較することにより、第２推定手段による信号出力開始時付着量の推定に係る誤差を補正することができる。

本発明の構成では、第２推定手段は、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定値に基づいて、信号出力開始時付着量を推定する。従って、第２推定手段による信号出力開始時付着量の推定値と信号出力閾値との比較に基づいて、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定に係る誤差を補正することができる。これにより、ＰＭの積算量の精度良い推定値を得ることができる。

本発明の構成では、フィルタ故障検出手段は、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定値を補正手段により補正した値に基づいてフィルタの故障を検出するので、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定に誤差が含まれる場合であっても、フィルタの故障を精度良く検出することが可能になる。

「第１所定量」は、フィルタのＰＭ捕集効率が低く、フィルタに流入するＰＭの大部分がフィルタをすり抜けると判断できるＰＭ堆積量の基準値である。

例えば、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理の完了直後の状態は、ＰＭ堆積量が第１所定量以下の状態であると判断できる。フィルタにおけるＰＭ堆積量が第１所定量以下の状態では、内燃機関から排出されるＰＭの量をフィルタから流出するＰＭの量と見なせる。

ＰＭセンサはフィルタの下流に設けられるので、ＰＭセンサにはフィルタから流出するＰＭの一部が付着する。ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量の増分は、フィルタから流出するＰＭの量に相関がある。

特に、フィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態では、上記のように内燃機関から排出されるＰＭの量をフィルタから流出するＰＭの量と見なせるので、ある期間
におけるＰＭセンサのＰＭ付着量の増分は、その期間に内燃機関から排出されるＰＭの積算量と強い相関がある。

初期化処理の完了直後はＰＭセンサにおけるＰＭの付着量がほぼゼロなので、初期化処理の完了後からある時点までの期間におけるＰＭセンサのＰＭ付着量の増分は、その時点でのＰＭセンサにおけるＰＭ付着量にほぼ等しい。

特に、フィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態では、初期化処理の完了後のある時点でのＰＭセンサにおけるＰＭ付着量は、初期化処理の完了後からその時点までの期間に内燃機関から排出されるＰＭの積算量と強い相関がある。

従って、ＰＭセンサの初期化処理の完了後、ＰＭセンサが初めて信号を出力する時点（信号出力開始時）でのＰＭセンサにおけるＰＭ付着量（信号出力開始時付着量）は、特にフィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態では、ＰＭセンサの初期化処理の完了後から当該信号出力開始時までの期間（信号無出力期間）に内燃機関から排出されるＰＭの積算量と強い相関がある。

第２推定手段は、この相関関係に基づいて、信号無出力期間に内燃機関から排出されるＰＭの積算量の第１推定手段による推定値に基づいて、ＰＭセンサの信号出力開始時付着量を推定することができる。

なお、第２推定手段は、単位時間に内燃機関から排出されるＰＭの量に基づいて、単位時間におけるＰＭセンサのＰＭ付着量の増分を推定し、信号無出力期間における該増分の推定値の積算値に基づいて信号出力開始時付着量を推定しても良い。

上述のように、フィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態になる場合として、フィルタ再生処理を実行した場合が挙げられるが、フィルタ再生処理の実行中及び実行直後は、高温の排気がフィルタから流出してＰＭセンサを通過するため、ＰＭセンサに付着するＰＭの酸化反応が同時に起こる場合がある。つまり、フィルタ再生処理の完了後の状態は、同時にＰＭセンサの初期化処理の完了後の状態にもなっていることもある。

前記第２推定手段による信号出力開始時付着量の推定値と信号出力閾値との比又は差が所定の基準値を超える場合、ＰＭセンサからの信号出力に異常があると判断し、ＰＭセンサは故障していると判定するようにしても良い。

以下、第１推定手段により推定されるＰＭの積算量を補正手段によって補正した値に基づくフィルタの故障検出方法を例示する。

フィルタにおけるＰＭの堆積量が少ない場合、フィルタのＰＭ捕集効率が低く、フィルタに割れ等の故障が生じている状態と判別しにくい。また、フィルタにおけるＰＭ堆積量が少ない場合、フィルタのＰＭ捕集効率が安定しない。

そこで、本発明のフィルタ故障検出手段は、フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態でフィルタの故障検出を行う。「第２所定量」は、フィルタのＰＭ捕集効率が高く安定していると判断することができるＰＭ堆積量の基準値である。

例えば、前回のフィルタ再生処理の実行後からの燃料噴射量や運転時間が一定以上になった状態を、ＰＭ堆積量が第２所定量以上の状態と判断することができる。フィルタにおけるＰＭ堆積量が第２所定量以上の状態では、フィルタから流出するＰＭ量を内燃機関の運転状態やフィルタの捕集効率などから演算することができる。フィルタにおけるＰＭ堆
積量が第２所定量以上の状態でフィルタの故障検出を行うことにより、精度良くフィルタの故障を検出することができる。

本発明のフィルタ故障検出手段は、フィルタにおけるＰＭ堆積量が第２所定量以上の状態において、ＰＭセンサの初期化処理を実行し、該初期化処理の完了後の信号無出力期間において前記内燃機関から排出されるＰＭの積算量を前記第１推定手段により推定し、該ＰＭの積算量の推定値を前記補正手段により補正し、該補正された推定値に基づいて、フィルタの故障を検出する。

補正手段によって補正された精度良い推定値に基づいてフィルタの故障を検出することができるので、フィルタの故障を精度良く検出することができる。

フィルタに割れなどの故障が生じている場合、フィルタが正常の場合と比較して、フィルタをすり抜けるＰＭの割合が高くなるため、内燃機関から排出されるＰＭのうちのＰＭセンサに付着する割合が高くなる。

従って、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量がある一定量増加するために必要な内燃機関から排出されるＰＭの積算量は、フィルタに故障が生じている場合は、フィルタが正常の場合よりも少なくなる。

このことから、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量が一定量増加する期間に内燃機関から排出されるＰＭの積算量の多寡に基づいてフィルタに故障が生じているか否かを判断することができる。

例えば、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量がゼロから信号出力閾値まで増加する期間は、前記信号無出力期間であり、ＰＭセンサの初期化処理の完了後にＰＭセンサの出力をモニタすることによって検知できるので、信号無出力期間に内燃機関から排出されるＰＭの積算量の多寡に基づいてフィルタの故障を判定することができる。

そこで、本発明において、
前記フィルタ故障検出手段は、
前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
該初期化処理の完了後の前記信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第１基準値より小さい場合に、
前記フィルタが故障していると判定することができる。

「第１基準値」は、信号無出力期間に内燃機関から排出されるＰＭの積算量の基準値であり、例えばフィルタが正常の場合の該積算量の上限値に基づいて定めることができる。

本発明では、信号無出力期間における内燃機関から排出されるＰＭの積算量として、補正手段により補正された精度良い推定値を用いることができるので、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定に含まれる誤差によらず、フィルタの故障を精度良く検出することができる。

フィルタに故障が生じている場合、フィルタが正常の場合と比較して、フィルタに流入するＰＭのうちフィルタをすり抜けるＰＭの割合が高くなる。そのため、フィルタに故障が生じている場合とフィルタが正常の場合とでは、ある期間における内燃機関から排出されるＰＭの積算量が同じであっても、その期間におけるＰＭセンサのＰＭ付着量の増分は、フィルタに故障が生じている場合の方が多くなる。

このことから、内燃機関から排出されるＰＭの積算量が等しい条件でのＰＭセンサにおけるＰＭの付着量の増分の多寡に基づいてフィルタに故障が生じているか否かを判断することができる。

例えば、ＰＭセンサの初期化処理の完了時を起点とすれば、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量の増分はＰＭセンサの出力にほぼ等しいので、ＰＭセンサの初期化処理の完了時から起算した内燃機関から排出されるＰＭの積算量がある一定量に達したときのＰＭセンサの出力の多寡に基づいてフィルタの故障を判定することができる。

そこで、本発明において、
前記フィルタ故障検出手段は、
前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
該初期化処理の完了後から起算した前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第２基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力が所定の第３基準値より大きいときに、
前記フィルタが故障していると判定することができる。

「第２基準値」は、内燃機関から排出されるＰＭの積算量の基準値であり、フィルタが故障している場合と正常の場合とで、ＰＭセンサに付着するＰＭの量に故障判断の根拠として有意な差異が生じるような積算量である。

「第３基準値」は、ＰＭセンサの初期化処理の完了時から起算したＰＭの積算量が第２基準値に達したときのＰＭセンサの出力の基準値であり、例えばフィルタが正常の場合の該ＰＭセンサの出力の下限値に基づいて定めることができる。

本発明では、ＰＭセンサの初期化処理の完了時から起算したＰＭの積算量として、補正手段により補正された精度良い推定値を用いることができるので、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定に含まれる誤差によらず、フィルタの故障を精度良く検出することができる。

ここで、第２基準値を第１基準値より大きい値とし、上記のフィルタの故障判定を、ＰＭセンサの初期化処理の完了後の信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が第１基準値以上且つ第２基準値より小さい場合に行うようにしても良い。

すなわち、本発明において、
前記フィルタ故障検出手段は、
前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
該初期化処理の完了後の前記信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第１基準値以上且つ該第１基準値より大きい所定の第２基準値より小さい場合、
該初期化処理の完了後から起算した前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が前記第２基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力が所定の第３基準値より大きいときに、前記フィルタが故障していると判定するようにしても良い。

この場合、ＰＭセンサの初期化処理の完了後の信号無出力期間におけるＰＭの積算量として、補正手段により補正された精度良い推定値を用いることができるので、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定に含まれる誤差によらず、フィルタの故障を精度良く検出す
ることができる。

フィルタに故障が生じている場合、フィルタが正常の場合と比較して、フィルタに流入するＰＭのうちフィルタをすり抜けるＰＭの割合が高くなる。そのため、フィルタが正常であることを仮定してフィルタをすり抜けるＰＭの量を推定し、該推定値に基づいてＰＭセンサにおけるＰＭの付着量を推定した場合、フィルタが正常であれば、ＰＭの付着量の推定値と実際のＰＭセンサの出力との間の乖離は小さいが、フィルタに故障が生じている場合は、ＰＭの付着量の推定値と実際のＰＭセンサの出力との間の乖離が大きくなる。

このことから、フィルタが正常であることを仮定して推定されるＰＭセンサにおけるＰＭの付着量と実際のＰＭセンサの出力との乖離の大小に基づいてフィルタの故障を判定することができる。

すなわち、本発明において、
前記フィルタ故障検出手段は、
前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
前記フィルタが正常であることを仮定して推定される前記フィルタをすり抜けるＰＭの量に基づいて前記ＰＭセンサに付着しているＰＭの量を推定し、
該ＰＭの付着量の推定値が所定の第４基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力と該推定値との乖離が所定の第５基準値より大きいときに、
前記フィルタが故障していると判定することができる。乖離は、例えば差の大きさや比である。

「第４基準値」は、フィルタを正常と仮定した場合のＰＭセンサにおけるＰＭの付着量の推定値の基準値であり、フィルタが故障している場合と正常の場合とで、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量の推定値と実際のＰＭセンサの出力との間に故障判断の根拠として有意な差異が生じるような推定値である。

「第５基準値」は、フィルタを正常と仮定した場合のＰＭセンサにおけるＰＭの付着量の推定値が第４基準値に達したときの該推定値と実際のＰＭセンサの出力との乖離の基準値であり、例えばフィルタが正常の場合の該乖離の上限値に基づいて定めることができる。

ここで、上記のフィルタの故障判定を、初期化処理の完了後の信号無出力期間における機関排出ＰＭの積算量が第２基準値以上の場合に行うようにしても良い。

すなわち、本発明において、
前記フィルタ故障検出手段は、
前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
該初期化処理の完了後の前記信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第２基準値以上の場合、
前記フィルタが正常であることを仮定して推定される前記フィルタをすり抜けるＰＭの量に基づいて前記ＰＭセンサに付着しているＰＭの量を推定し、
該ＰＭの付着量の推定値が所定の第４基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力と該推定値との乖離が所定の第５基準値より大きいときに、
前記フィルタが故障していると判定するようにしても良い。

この場合、ＰＭセンサの初期化処理の完了後の信号無出力期間におけるＰＭの積算量と
して、補正手段により補正された精度良い推定値を用いることができるので、第１推定手段によるＰＭの積算量の推定に含まれる誤差によらず、フィルタの故障を精度良く検出することができる。

本発明によれば、フィルタの下流に設けたＰＭセンサを用いて精度良くフィルタの故障を検出することができる内燃機関のフィルタの故障検出装置を提供することができる。

実施例に係る内燃機関のフィルタ故障検出装置の概略構成を示す図である。 実施例に係るＰＭセンサの構成を示す図である。 実施例に係るＰＭセンサの信号出力特性を示す図である。 実施例に係る機関排出ＰＭ量の推定誤差の補正処理及びＰＭセンサの異常検出処理を表すフローチャートである。 機関排出ＰＭの積算量とＰＭセンサの出力との関係を、フィルタが正常の場合と故障している場合とのそれぞれについて示した図である。 ＰＭセンサに信号出力閾値のＰＭが付着するのに要する機関排出ＰＭの積算量の多寡に基づいてフィルタの故障を判定する処理を表すフローチャートである。 機関排出ＰＭの積算量とＰＭセンサの出力との関係を、フィルタが正常の場合と故障している場合とのそれぞれについて示した図である。 機関排出ＰＭの積算量が一定量に達した時のＰＭセンサの出力の多寡に基づいてフィルタの故障を判定する処理を表すフローチャートである。 ＰＭセンサにおけるＰＭ付着量の推定値及び実際のＰＭセンサの出力の時間変化を、フィルタが正常の場合と故障している場合とのそれぞれについて示した図である。 ＰＭセンサにおけるＰＭ付着量の推定値が一定量に達した時のＰＭセンサの出力の多寡に基づいてフィルタの故障を判定する処理を表すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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。

図１は本実施例に係る内燃機関のフィルタ故障検出装置の概略構成を示す図である。図１において、内燃機関１からの排気は排気通路２に排出される。排気通路２には排気中の微粒子物質（パティキュレートマター、ＰＭ）を捕集するフィルタ５が設けられる。

フィルタ５より上流側の排気通路２にはフィルタ５に流入する排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ３が設けられる。フィルタ５より下流側の排気通路２にはフィルタ５から流出する排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ４が設けられる。ＰＭセンサ３及びＰＭセンサ４の出力はＥＣＵ６に入力される。

ＥＣＵ６はＰＭセンサ３やＰＭセンサ４の他各種センサからの出力が入力される。ＥＣＵ６は、これら入力される各センサによる検出値に基づいて内燃機関１の運転状態の制御を行うほか、本実施例では特にフィルタ５の故障検出及びＰＭセンサ４の故障検出を行う。

図２はＰＭセンサ４の構成を示す図である。ＰＭセンサ４は、図２（Ａ）に示すように一対の電極を有し、この電極対に排気中のＰＭが付着可能なように構成されている。図２（Ａ）は電極間にＰＭが付着していない状態を表す。図２（Ｂ）に示すように、電極間に
ＰＭが付着すると、電極間に付着（堆積）しているＰＭ量に応じた信号が出力される。

ＰＭセンサ４にはＰＭセンサ４を加熱する図示しないヒータが備わり、このヒータに通電してＰＭセンサ４を加熱することにより、ＰＭセンサ４に付着しているＰＭを酸化除去することができる。これによりＰＭセンサ４におけるＰＭの付着状態が図２（Ａ）に示す状態に戻る。

このような処理をＰＭセンサのバーンアップと称する。ＰＭセンサをバーンアップする処理は、本発明における「初期化処理」に対応する。ヒータ加熱によるＰＭセンサ４の初期化処理は、ＥＣＵ６によってその実行が制御される。

図３はＰＭセンサ４の信号出力特性を示す図である。図３（Ａ）はＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量とＰＭセンサ４の出力との関係を示す図である。図３（Ｂ）はＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量と電極間の抵抗との関係を示す図である。

図２（Ａ）のように電極間に付着するＰＭ量が少ない状態では、図３（Ｂ）に示すように電極間の抵抗が非常に大きいため、電極間にほとんど電流が流れない。そのため、図３（Ａ）に示すように、ＰＭセンサ４に閾値以上のＰＭが付着するまでは、ＰＭセンサ４から信号が出力されない。

ＰＭセンサ４から信号が出力し始めるＰＭ付着量を信号出力閾値（Ｇｐｍｚ０）という。信号出力閾値は、ＰＭセンサ４が信号出力開始するために最低限ＰＭセンサ４に付着する必要があるＰＭ量である。なお、ＰＭセンサ３も以上説明したＰＭセンサ４と同様の構成を有するものとする。

ＰＭセンサ４の信号出力閾値は、ＰＭセンサ４の使用条件に依らずほぼ一定値という特性がある。ＰＭセンサ４の初期化処理の完了直後は、ＰＭセンサ４に付着しているＰＭ量はほぼゼロであり、ＰＭセンサ４から信号が出力されない。

その後、内燃機関１の運転に伴って内燃機関１から排出されたＰＭがＰＭセンサ４に付着し、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量が信号出力閾値に達すると、ＰＭセンサ４から信号が出力し始める。

従って、ＰＭセンサ４の初期化処理完了後、ＰＭセンサ４が初めて信号を出力する時点（信号出力開始時）においてＰＭセンサ４に付着しているＰＭの量（以下、「信号出力開始時付着量」という）は、信号出力閾値にほぼ等しい。

信号出力閾値は一定値であり、ＰＭセンサ４の特性値として予め分っているので、信号出力開始時付着量の実際値は、信号出力閾値を参照することによって容易に取得できることを意味する。従って、信号出力開始時付着量を推定する手段を有している場合、信号出力開始時付着量の推定値と信号出力閾値との比較に基づいて、信号出力開始時付着量の推定に係る誤差を補正することができる。

本実施例では、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量を推定する手段はＥＣＵ６である。ＥＣＵ６は、内燃機関１から排出されるＰＭ（以下、「機関排出ＰＭ」ともいう）の積算量を推定し、該積算量の推定値に基づいてＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量を推定する。

従って、機関排出ＰＭの積算量の推定値に基づいて信号出力開始時付着量を推定し、該推定値と信号出力閾値とを比較することによって、機関排出ＰＭの積算量の推定に係る誤差を補正することができる。これにより、機関排出ＰＭの積算量の精度良い推定値を得る
ことができる。

後述するように、本実施例のフィルタ故障検出装置は、機関排出ＰＭの積算量に基づいてフィルタ５の故障検出を行うので、機関排出ＰＭの積算量の精度良い推定値を得ることができることによって、フィルタ５の故障検出を精度良く行うことが可能になる。

信号出力閾値は内燃機関の運転状態によらない一定値であるから、信号出力閾値に基づく上記の補正は精度が高い。また、ＰＭセンサ４の信号出力閾値はＰＭセンサ４に固有の特性値であり、予めＥＣＵ６に記憶させておくことにより、容易に取得することができる。

ここで、機関排出ＰＭの積算量に基づいて信号出力開始時付着量を推定する方法について説明する。

本実施例では、フィルタ５に堆積したＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理の完了直後の状態において、機関排出ＰＭの積算量に基づく信号出力開始時付着量の推定を行う。

フィルタ再生処理の完了直後の状態では、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が少ないため、フィルタ５のＰＭ捕集効率が低く、フィルタ５に流入するＰＭの大部分がフィルタ５をすり抜けてフィルタ５から流出する。従って、機関排出ＰＭの量をフィルタ５から流出するＰＭの量と見なせる。

ＰＭセンサ４には、フィルタ５から流出するＰＭの量の一部が付着するので、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の増分は、フィルタ５から流出するＰＭの量に相関がある。

特に、フィルタ再生処理の完了直後の状態では、機関排出ＰＭの量をフィルタ５から流出するＰＭの量と見なせるので、ある期間におけるＰＭセンサ４のＰＭ付着量の増分は、その期間における機関排出ＰＭの積算量と強い相関がある。

フィルタ再生処理の実行中はフィルタから高温の排気が流出し、ＰＭセンサ４を通過するため、ＰＭセンサ４に付着しているＰＭも酸化反応してＰＭセンサ４から除去される。すなわち、フィルタ再生処理の実行中は、上述したバーンアップ処理を行わなくてもＰＭセンサ４に付着したＰＭが酸化除去される。

従って、フィルタ再生処理も、本発明におけるＰＭセンサの初期化処理に対応する。従って、フィルタ再生処理の完了後での状態は、同時にＰＭセンサ４の初期化処理の完了後の状態にもなっている。

ＰＭセンサ４の初期化処理の完了直後はＰＭセンサ４におけるＰＭの付着量がほぼゼロなので、初期化処理の完了後からある時点までの期間におけるＰＭセンサ４のＰＭ付着量の増分は、その時点でのＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量にほぼ等しい。

特に、フィルタ５におけるＰＭの堆積量が少ないフィルタ再生処理の完了直後の状態では、ＰＭセンサ４の初期化処理の完了後のある時点でのＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量は、初期化処理の完了後からその時点までの期間に内燃機関１から排出されるＰＭの積算量と強い相関がある。

従って、ＰＭセンサ４の初期化処理の完了後、ＰＭセンサ４が初めて信号を出力する時点（信号出力開始時）でのＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量（信号出力開始時付着量）は、特にフィルタ再生処理の完了直後の状態では、ＰＭセンサ４の初期化処理の完了後から
当該信号出力開始時までの期間（信号無出力期間）に内燃機関１から排出されるＰＭの積算量と強い相関がある。

そこで、本実施例では、フィルタ再生処理の完了後の信号無出力期間に内燃機関１から排出されるＰＭの積算量を推定し、該積算量の推定値に基づいて信号出力開始時付着量を推定する。

そして、この信号出力開始時付着量の推定値と信号出力閾値との比を、機関排出ＰＭの積算量の推定値を補正するための補正係数として算出する。

ある期間における機関排出ＰＭの積算量の推定値を補正した値とは、単位時間における機関排出ＰＭの量の推定値を補正係数によって補正し、該補正した値を当該期間にわたって積算することによって求めた値でも良いし、当該期間における機関排出ＰＭの積算量の推定値を補正係数によって補正して求めた値でも良い。

このように、本実施例によれば、運転状態によらない定数である信号出力閾値に基づいて機関排出ＰＭの積算量を補正するので、機関排出ＰＭの積算量の精度良い推定値を得ることができる。従って、機関排出ＰＭの積算量に基づいて精度良くフィルタの故障を検出することが可能になる。

なお、上記の説明では、信号出力開始時付着量の推定をフィルタ再生処理の完了直後の状態において行う例を説明したが、フィルタ再生処理の完了直後の状態は、本発明における「フィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態」に相当する。

フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第１所定量以下であると判断できる状態であれば、フィルタ再生処理の完了直後でなくても良い。第１所定量は、フィルタ５に流入するＰＭの大部分がフィルタ５をすり抜けると判断できるＰＭ堆積量の基準値である。第１所定量は、予め実験等により求めてＥＣＵ６に記憶させておく。

また、上述のように、フィルタ再生処理の完了後の状態はＰＭセンサ４の初期化処理の完了後の状態にもなっているため、上述した信号出力開始時付着量の推定方法においては、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理を行っていない。

フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第１所定量以下である状態として、フィルタ再生処理の完了後の状態以外の状態で機関排出ＰＭの積算量に基づく信号出力開始時付着量の推定を行う場合は、まずバーンアップ処理などでＰＭセンサ４の初期化処理を実行し、初期化処理の完了した時点から機関排出ＰＭの積算を行う。

フィルタ再生処理を実行する手段としては、公知の種々の手段を用いることができる。例えば、ヒータによってフィルタ５を加熱したり、フィルタ５の前段に酸化触媒に設け、排気燃料添加や副噴射などにより酸化触媒に未燃ＨＣを供給したり、燃焼制御により内燃機関１から排出される既燃ガスの温度を高めたりすることによってフィルタ再生処理を実行できる。

なお、上記のようにして算出された補正係数が過剰に大きい値の場合、ＰＭセンサ４の出力に異常があると判断することができる。すなわち、本実施例によれば、ＰＭセンサ４の異常を検出することもできる。

図４は、以上説明した機関排出ＰＭの積算量の推定値を補正するための補正係数を算出する処理及びＰＭセンサの異常検出処理を表すフローチャートである。このフローチャー
トで表される処理は、内燃機関１の運転中ＥＣＵ６によって定期的に実行される。

まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ６は、フィルタ再生処理の完了直後の状態であるか否かを判定する。別途実行されるフィルタ再生処理のルーチンにおいて、フィルタ再生処理が実行中か否かを表す情報がフラグに格納されるようにしておき、当該フラグを参照して判定を行うことができる。

例えば、前回の判断時にフィルタ再生処理が実行中であり、今回の判断時にフィルタ再生処理が実行されていない場合に、フィルタ再生処理の完了直後であると判定することができる。なお、判定方法はこの限りではない。

ステップＳ１０１においてフィルタ再生処理の完了直後ではないと判定した場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ６はステップＳ１０２に進み、機関排出ＰＭの積算量をゼロにリセットする。一方、ステップＳ１０１においてフィルタ再生処理の完了直後であると判定した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６はステップＳ１０３に進む。

なお、上述のように、フィルタ再生処理の完了直後ではない状態において機関排出ＰＭの積算量に基づく信号出力開始時付着量の推定を行う場合は、上記ステップＳ１０１の処理の代わりに、フィルタ５におけるＰＭ堆積量を取得し、該取得したＰＭ堆積量が第１所定量以下であるか否かを判定し、第１所定量以下であると判定した場合に、次にＰＭセンサ４の初期化処理（バーンアップ処理）を実行し、ＰＭセンサ４の初期化処理の完了後、ステップＳ１０３に進む、という処理になる。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６は、機関排出ＰＭ量の推定値Ｇｐｍｅｎｇを取得する。機関排出ＰＭ量の推定方法は特に限定されない。例えば、機関回転数、燃料噴射量、空気量、ＥＧＲガス量などの内燃機関１の運転状態を表す各種パラメータに基づく演算又はマップ参照により機関排出ＰＭ量を推定する。

機関排出ＰＭ量は、単位時間に内燃機関１から排出されるＰＭ量である。単位時間は、ステップＳ１０３の処理が実行される間隔としてもよい。ステップＳ１０３の処理を実行するＥＣＵ６が、本発明における「第１推定手段」として機能している。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ６は、ステップＳ１０３で算出した機関排出ＰＭ量の推定値を積算する。すなわち、前回までの積算値ΣＧｐｍｅｎｇにステップＳ１０３で算出した機関排出ＰＭ量の推定値Ｇｐｍｅｎｇを加算する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４の出力がゼロより大きいか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４の出力をモニタし、ＰＭセンサ４が初めて信号を出力するタイミングを検出する処理を行っている。

ステップＳ１０５においてＰＭセンサ４の出力がゼロより大きいと判定されるまで、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理を繰り返し、機関排出ＰＭ量の積算を続ける。ステップＳ１０５においてＰＭセンサ４の出力がゼロより大きいと判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ６は、ステップＳ１０４で算出した機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇに基づいて、ＰＭセンサ４に付着するＰＭ量Ｇｐｍｚを算出する。これは信号出力開始時付着量の推定値である。

この推定は、上述したような、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第１所定量以下の状態
での機関排出ＰＭの積算量とＰＭセンサ４のＰＭ付着量との相関関係に基づいて行う。

例えば、この相関関係を実験的に或いはモデル計算によりマップ或いは演算式としてＥＣＵ６に記憶させておき、ステップＳ１０５までの処理で算出された機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇを該マップや演算式に代入することによって算出されるセンサ付着ＰＭ量が、信号出力開始時付着量の推定値Ｇｐｍｚである。ステップＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ６が、本発明における「第２推定手段」として機能している。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ６は、信号出力閾値Ｇｐｍｚ０を取得する。信号出力閾値Ｇｐｍｚ０は予め調べられた数値がＥＣＵ６に記憶されている。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ６は、補正係数Ｋｐｍを算出する。ここでは、ステップＳ１０６で算出した信号出力開始時付着量の推定値ＧｐｍｚとステップＳ１０７で算出した信号出力閾値Ｇｐｍｚ０との比を補正係数Ｋｐｍとする。

算出した補正係数ＫｐｍはＥＣＵ６に記憶され、以降ＥＣＵ６によって算出される機関排出ＰＭ量の推定値Ｇｐｍｅｎｇに補正係数Ｋｐｍの逆数を乗ずることによって、機関排出ＰＭ量の推定値を補正し、後述するフィルタ５の故障検出処理ではこの補正した後の機関排出ＰＭ量の推定値を用いることができる。

或いは、ＥＣＵ６によって算出される機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇに補正係数Ｋｐｍの逆数を乗ずることによって、機関排出ＰＭの積算量の推定値を補正し、後述するフィルタ５の故障検出処理ではこの補正した後の機関排出ＰＭの積算量の推定値を用いることができる。

ステップＳ１０８の処理を実行して補正係数Ｋｐｍを算出し、機関排出ＰＭ量の推定値やその積算値を補正係数Ｋｐｍを用いて補正する処理を行うＥＣＵ６が、本発明における「補正手段」として機能している。

後述するフィルタの故障検出処理においては、この補正された機関排出ＰＭ量やその積算値に基づいてフィルタの故障検出が行われる。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ６は、補正係数Ｋｐｍが基準値より大きいか否かを判定する。基準値は補正係数に基づいてＰＭセンサ４の異常を判断できるように定められる値である。ステップＳ１０８において算出された補正係数Ｋｐｍが基準値より大きい場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６はＰＭセンサ４が異常であると判断し、ＰＭセンサ４が異常であることを示すフラグを立てる（ステップＳ１１０）。

一方、ステップＳ１０８において算出された補正係数Ｋｐｍが基準値以下の場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、ＥＣＵ６はＰＭセンサ４は正常であると判断し、ＰＭセンサ４が異常であることを示すフラグを立てない（ステップＳ１１１）。ステップＳ１０９からステップＳ１１１の処理を実行するＥＣＵ６が、本発明における「ＰＭセンサ故障検出手段」として機能している。

次に、上記のようにして算出した補正係数を用いて補正した後の機関排出ＰＭの積算量の推定値に基づいてフィルタ５の故障検出を行う方法を説明する。

フィルタ５におけるＰＭ堆積量が少ない場合、フィルタ５によるＰＭ捕集効率が低く、フィルタ５に割れ等の故障が生じている状態と判別しにくい。また、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が少ない場合、フィルタ５によるＰＭ捕集効率が安定しない。

そこで、本実施例では、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第２所定量以上の状態においてフィルタ５の故障検出を行う。「第２所定量」は、フィルタ５によるＰＭ捕集効率が高く安定していると判断することができるＰＭ堆積量の基準値である。

第２所定量は、予め実験やモデル計算により求められる。フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第２所定量以上の状態でフィルタ５の故障検出を行うことにより、精度良くフィルタ５の故障を検出することができる。

本実施例では、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第２所定量以上の状態において、ＰＭセンサ４の初期化処理としてバーンアップ処理を実行し、バーンアップ処理の完了後から起算した機関排出ＰＭの積算量に基づいてフィルタ５の故障を判定する。

本実施例では、この故障判定の基礎となる機関排出ＰＭの積算量として、上述した補正係数によって補正した精度良い推定値を用いることができるので、フィルタの故障を精度良く判定することができる。

フィルタ５に割れ等の故障が生じている場合、フィルタ５が正常の場合と比較して、フィルタ５をすり抜けるＰＭの割合が高くなるため、内燃機関１から排出されるＰＭのうちＰＭセンサ４に付着する割合が高くなる。

従って、ＰＭセンサにおけるＰＭの付着量がある一定量増加するために必要な機関排出ＰＭの積算量は、フィルタ５に故障が生じている場合は、フィルタ５が正常の場合よりも少なくなる。

このことから、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量が一定量増加する期間に内燃機関１から排出されるＰＭの積算量の多寡に基づいてフィルタ５に故障が生じているか否かを判断することができる。

例えば、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量がゼロから信号出力閾値まで増加する期間は、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了後からＰＭセンサ４が初めて信号を出力する時点（信号出力開始時）までの期間（信号無出力期間）であり、これはＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了後にＰＭセンサ４の出力をモニタすることによって検知できる。

よって、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理完了後の信号無出力期間に内燃機関１から排出されるＰＭの積算量の多寡に基づいてフィルタ５の故障を判定することができる。

フィルタ５に故障が生じている場合は、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了後、機関排出ＰＭの積算量がそれほど大きい値に達する前に、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量が信号出力閾値に達してしまい、ＰＭセンサ４が信号出力開始することになる。

従って、フィルタ５に故障が生じている場合、フィルタ５が正常の場合と比較して、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了後の信号無出力期間における機関排出ＰＭの積算量が少ない。

このことから、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了後からの信号無出力期間における機関排出ＰＭの積算量が第１基準値より小さい場合に、フィルタ５が故障していると判定することができる。

「第１基準値」は、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理完了後の信号無出力期間に内燃機
関１から排出されるＰＭの積算量の基準値であり、例えばフィルタ５が正常の場合の当該積算量の上限値に基づいて定めることができる。

図５は、機関排出ＰＭの積算量とＰＭセンサ４の出力との関係を、フィルタ５が正常の場合と故障している場合とのそれぞれについて示した図である。ここでは、機関排出ＰＭの積算量は、バーンアップ処理完了後から起算した積算値である。

図５に示すように、フィルタ５が正常の場合も故障している場合も、機関排出ＰＭの積算量がある程度の値になるまではＰＭセンサ４から信号出力が開始しない。しかしながら、フィルタ５に故障が生じている場合は、機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第１基準値より小さいうちにＰＭセンサ４が信号出力開始してしまう。

これはフィルタ５が故障している場合、フィルタ５に流入するＰＭの大部分がフィルタ５をすり抜けてＰＭセンサ４に到達してしまうからである。それに対し、フィルタ５が正常の場合は、機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第１基準値より大きくなってからＰＭセンサ４が信号出力開始する。

これは、フィルタ５が正常の場合、フィルタ５に流入するＰＭの大部分はフィルタ５に捕集されてＰＭセンサ４には到達しないからである。

図６は、以上説明したフィルタ故障判定方法（ＰＭセンサ４に信号出力閾値のＰＭが付着するのに要する機関排出ＰＭの積算量の多寡に基づいてフィルタの故障を判定する方法）を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、ＥＣＵ６によって定期的に実行される。

まずステップＳ２０１において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４が正常であるか否かを判定する。ＥＣＵ６は、図４のステップＳ１１０及びステップＳ１１１で説明したＰＭセンサ異常フラグを参照してＰＭセンサ４が正常か否かを判定する。

ステップＳ２０１においてＰＭセンサ４が正常であると判定した場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６はステップＳ２０２に進む。一方、ステップＳ２０１においてＰＭセンサ４が異常であると判定した場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ６は本フローチャートの処理を一旦抜ける。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ６は、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第２所定量以上であるか否かを判定する。例えば、前回のフィルタ再生処理の実行後からの燃料噴射量や運転時間が一定以上になった場合や、フィルタ５の前後差圧が所定以上になった場合に、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が第２所定量以上であると判定することができる。

判定方法はこれら例示したものに限られない。ステップＳ２０２においてフィルタ５におけるＰＭ堆積量が第２所定量以上であると判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理を実行する。ここでは、ＰＭセンサ４のヒータを加熱することにより、ＰＭセンサ４に付着したＰＭを酸化させる。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ６は、機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇをゼロにリセットする。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ６は、機関排出ＰＭ量の補正された推定値Ｇｐｍｅｎｇを取得する。ここでは、図４のステップＳ１０３で算出される機関排出ＰＭ量Ｇｐｍｅｎｇを図４のステップＳ１０８で算出される補正係数Ｋｐｍで補正した値を機関排出ＰＭ量の補正された推定値Ｇｐｍｅｎｇとして取得する。すなわち、ステップＳ２０５では補正後の精度良い機関排出ＰＭ量の推定値を取得することができる。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ６は、ステップＳ２０５で算出した機関排出ＰＭ量の推定値を積算する。すなわち、前回までの積算値ΣＧｐｍｅｎｇにステップＳ２０５で算出した機関排出ＰＭ量の推定値Ｇｐｍｅｎｇを加算する。

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４の出力がゼロより大きいか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４が信号出力開始したか否かを判定している。ステップＳ２０７においてＰＭセンサ４の出力がゼロより大きいと判定されるまで、ステップＳ２０５及びステップＳ２０６の処理を繰り返し、機関排出ＰＭ量の積算を続ける。

ステップＳ２０７においてＰＭセンサ４の出力がゼロより大きいと判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８において、ＥＣＵ６は、機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第１基準値より小さいか否かを判定する。ここでは、ＰＭセンサ４の初期化処理完了後から信号出力開始時点までの信号無出力期間における機関排出ＰＭの積算量、すなわち、ＰＭセンサ４が信号出力開始した時点での機関排出ＰＭの積算量の多寡を判定している。

ステップＳ２０８において機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第１基準値より小さいと判定した場合、ＥＣＵ６はフィルタ５に故障が生じていると判定し、フィルタ５が故障していることを示すフラグを立てる（ステップＳ２０９）。

ステップＳ２０８において機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第１基準値以上であると判定した場合、ＥＣＵ６は後述する図８のフローチャートの処理に移る。

フィルタ５に故障が生じている場合、フィルタ５が正常の場合と比較して、フィルタ５に流入するＰＭのうちフィルタ５をすり抜けるＰＭの割合が高くなる。

そのため、フィルタ５に故障が生じている場合とフィルタ５が正常の場合とでは、ある期間における内燃機関１から排出されるＰＭの積算量が同じであっても、その期間におけるＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の増分は、フィルタ５に故障が生じている場合の方が多くなる。

このことから、内燃機関１から排出されるＰＭの積算量が等しい条件でのＰＭセンサ４のＰＭ付着量の増分の多寡に基づいてフィルタ５に故障が生じているか否かを判断することができる。

例えば、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了時を起点とすれば、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の増分は、ＰＭセンサ４の出力にほぼ等しいので、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了時から起算した機関排出ＰＭの積算量がある一定量に達したときのＰＭセンサ４の出力の多寡に基づいてフィルタ５の故障を判定することができる。

フィルタ５に故障が生じている場合、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理完了後、機関排出ＰＭの積算量がある一定量に達したときのＰＭセンサ４の出力が、フィルタ５が正常の
場合と比較して大きくなる。

このことから、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理完了後から起算した機関排出ＰＭの積算量が所定の第２基準値に達したときのＰＭセンサ４の出力が所定の第３基準値より大きい場合に、フィルタ５が故障していると判定することができる。

「第２基準値」は、機関排出ＰＭの積算量の基準値であり、フィルタ５が故障している場合と正常の場合とで、ＰＭセンサ４に付着するＰＭの量に故障判断の根拠として有意な差異が生じるような積算量である。

「第３基準値」は、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了時から起算した機関排出ＰＭの積算量が第２基準値に達したときのＰＭセンサ４の出力の基準値であり、例えばフィルタ５が正常の場合の該ＰＭセンサ４の出力の下限値に基づいて定めることができる。

本実施例では、第２基準値は上述した第１基準値より大きい値に設定し、上記の判定方法（ＰＭセンサ４のバーンアップ処理完了後から起算した機関排出ＰＭの積算量が第２基準値に達したときのＰＭセンサ４の出力の多寡に基づく判定方法）によるフィルタ５の故障検出は、図６で説明した判定方法によってフィルタ５が故障しているという判定がなされなかった場合に行う。

すなわち、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理完了後の信号無出力期間における機関排出ＰＭの積算量が第１基準値以上であった場合に実行する。

図７は、機関排出ＰＭの積算量とＰＭセンサ４の出力との関係を、フィルタ５が正常の場合と故障している場合とのそれぞれについて示した図である。ここでは、機関排出ＰＭの積算量は、初期化処理完了後から起算した積算値である。

図７に示すように、フィルタ５に故障が生じている場合とフィルタ５が正常の場合とを比較すると、ＰＭセンサ４が信号出力開始した時点での機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが等しくても、その後機関排出ＰＭの積算量が第２基準値に達した時点でのＰＭセンサ４の出力は、フィルタ５に故障が生じている場合の方がフィルタ５が正常の場合よりも多くなる。

図８は、以上説明したフィルタ故障判定方法を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、図６のフローチャートのステップＳ２０８においてＮｏと判定された場合に実行される。

まずステップＳ３０１において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了時から起算した機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが、ＰＭセンサ４の信号出力開始時において、第２基準値より小さいか否かを判定する。ここでは、図６のステップＳ２０８で第１基準値より小さいか否かを判定した機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇに基づいて判定を行う。

ステップＳ３０１において機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値より小さいと判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０１において機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値以上であると判定した場合、ＥＣＵ６は後述する図１０のフローチャートの処理に移る。

ステップＳ３０２において、ＥＣＵ６は、機関排出ＰＭ量の補正された推定値Ｇｐｍｅｎｇを取得する。ここでは、図６のステップＳ２０５と同様、補正係数Ｋｐｍで補正した
値を機関排出ＰＭ量の補正された推定値Ｇｐｍｅｎｇとして取得するので、精度良い機関排出ＰＭ量の推定値を取得することができる。

ステップＳ３０３において、ＥＣＵ６は、ステップＳ３０２で算出した機関排出ＰＭ量の推定値を積算する。すなわち、前回までの積算値ΣＧｐｍｅｎｇにステップＳ３０２で算出した機関排出ＰＭ量の推定値Ｇｐｍｅｎｇを加算する。

ステップＳ３０４において、ＥＣＵ６は、ステップＳ３０３で算出した機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値以上であるか否かを判定する。ここでは、ＰＭセンサ４が信号出力開始した後、機関排出ＰＭの積算量が第２基準値に達したか否かを判定している。

ステップＳ３０４において機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値以上と判定されるまで、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３の処理を繰り返し、機関排出ＰＭ量の積算を続ける。ステップＳ３０４において機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値以上と判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４の出力が第３基準値より大きいか否かを判定する。ステップＳ３０５においてＰＭセンサ４の出力が第３基準値より大きいと判定した場合、ＥＣＵ６はフィルタ５に故障が生じていると判定し、フィルタ５が故障していることを示すフラグを立てる（ステップＳ３０６）。

ステップＳ３０５においてＰＭセンサ４の出力が第３基準値以下と判定した場合、ＥＣＵ６はフィルタ５は正常であると判定し、フィルタ５が故障していることを示すフラグを立てない（ステップＳ３０７）。

フィルタ５に故障が生じている場合、フィルタ５が正常の場合と比較して、フィルタ５に流入するＰＭのうちフィルタ５をすり抜けるＰＭの割合が高くなる。

そのため、フィルタ５が正常であることを仮定してフィルタ５をすり抜けるＰＭの量を推定し、該推定値に基づいてＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量を推定した場合、フィルタ５が正常であれば、ＰＭ付着量の推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との間の乖離は小さいが、フィルタ５に故障が生じている場合は、ＰＭ付着量の推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との間の乖離が大きくなる。

このことから、フィルタ５が正常であることを仮定して推定されるＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量と実際のＰＭセンサ４の出力との乖離の大小に基づいてフィルタ５の故障を判定することができる。

本実施例では、ＰＭセンサ４が信号出力開始した時点での機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値以上であった場合（図８のステップＳ３０１でＮｏの場合）に、この判定方法でフィルタ５の故障を検出する。

図９は、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値及び実際のＰＭセンサ４の出力の時間変化を、フィルタ５が正常の場合と故障している場合とのそれぞれについて示した図である。ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値は、フィルタ５が正常であることを仮定して内燃機関１の運転条件に基づいて算出される。

ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値又はＰＭセンサ４の出力のいずれか又は両者を、両者が同一の物理量を表すように換算する。以下、「ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着
量の推定値」「ＰＭセンサ４の出力」は、特に断らない限り、当該換算により比較可能となった値を表すものとする。

図９（Ａ）はフィルタ５が正常の場合を表し、図９（Ｂ）はフィルタ５に故障が生じている場合を表す。図９に示す例では、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値が所定の第４基準値Ｇｔｒｇに達すると（時刻ｔ１、ｔ３）、バーンアップ処理が実行され、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量がゼロになる（時刻ｔ２、ｔ４）。

図９（Ａ）に示すように、フィルタ５が正常の場合は、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値が第４基準値Ｇｔｒｇ以上になったときのＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との差ΔＧｐｍは小さい。

一方、図９（Ｂ）に示すように、フィルタ５に故障が生じている場合は、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値が第４基準値Ｇｔｒｇ以上になったときのＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との差ΔＧｐｍは大きい。

従って、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値が第４基準値Ｇｔｒｇ以上になったときのＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との差ΔＧｐｍが所定の第５基準値より大きい場合に、フィルタ５に故障が生じていると判断することができる。

この場合、本発明における「ＰＭセンサにおけるＰＭ付着量とＰＭセンサの出力との乖離」として、両者の差ΔＧｐｍを算出し、この差に基づいてフィルタ５の故障判定を行っていることになる。

或いは、「ＰＭセンサにおけるＰＭ付着量の推定値とＭセンサの出力との乖離」として、両者の比ｒＧｐｍを算出し、この比ｒＧｐｍが所定の第６基準値より大きい場合に、フィルタ５に故障が生じていると判断するようにしても良い。

「第４基準値」は、フィルタ５を正常と仮定した場合のＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値の基準値であり、フィルタ５が故障している場合と正常の場合とで、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との間に故障判断の根拠として有意な差異が生じるような推定値である。

「第５基準値」及び「第６基準値」は、フィルタ５を正常と仮定した場合のＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値が第４基準値に達したときの該推定値と実際のＰＭセンサ４の出力との差又は比の基準値であり、例えばフィルタ５が正常の場合の差又は比の上限値に基づいて定めることができる。

図１０は、以上説明したフィルタ故障判定方法（ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量の推定値が第４基準値に達したときの該推定値とＰＭセンサ４の実際の出力との乖離の大小に基づいてフィルタの故障を判定する方法）を表すフローチャートである。

このフローチャートで表される処理は、図８のフローチャートのステップＳ３０１においてＮｏと判定された場合（ＰＭセンサ４が信号出力開始した時点において、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理の完了後から積算した機関排出ＰＭの積算量ΣＧｐｍｅｎｇが第２基準値以上である場合）に実行される。

まずステップＳ４０１において、ＥＣＵ６は、フィルタ５に流入するＰＭ量Ｇｐｍ＿ｉｎを取得する。ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ３による出力に基づいてフィルタ５に流入するＰ
Ｍ量Ｇｐｍ＿ｉｎを取得する。

フィルタ５に流入するＰＭ量Ｇｐｍ＿ｉｎは、或いは、内燃機関１の運転状態（回転数及び燃料噴射量）応じたマップを参照することによって取得することもできる。

ステップＳ４０２において、ＥＣＵ６は、フィルタすり抜け率ｋＴｒｐを取得する。フィルタすり抜け率ｋＴｒｐは、フィルタ５に流入するＰＭのうちフィルタ５をすり抜けるＰＭの比率を表す。

フィルタすり抜け率ｋＴｒｐは、フィルタ５におけるＰＭ堆積量、フィルタ５に流入するＰＭ量Ｇｐｍ＿ｉｎ、フィルタ５を通過するガス量に応じたマップを参照することによって取得することもできる。

ステップＳ４０３において、ＥＣＵ６は、フィルタ５から流出するＰＭ量の推定値Ｇｐｍ＿ｏｕｔを取得する。ＥＣＵ６は、ステップＳ４０１で取得したフィルタ５に流入するＰＭ量Ｇｐｍ＿ｉｎにステップＳ４０２で取得したフィルタすり抜け率ｋＴｒｐを乗ずることによって、フィルタ５から流出するＰＭ量の推定値Ｇｐｍ＿ｏｕｔを算出する。

ステップＳ４０４において、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４におけるＰＭ付着量（以下、「センサ付着ＰＭ量」という）の増分の推定値ｄＧｐｍ’を取得する。ＰＭセンサ４には、フィルタ５から流出したＰＭの一部が付着するので、ステップＳ４０３で取得したフィルタ５から流出するＰＭ量の推定値Ｇｐｍ＿ｏｕｔに基づいてセンサ付着ＰＭ量の増分を算出することができる。

フィルタ５から流出するＰＭ量の推定値Ｇｐｍ＿ｏｕｔからセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’を算出する関係式やマップは、予め実験やモデル計算により求めておき、ＥＣＵ６に記憶させておく。

ステップＳ４０５において、ＥＣＵ６は、センサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’を取得する。ＥＣＵ６は、前回までに算出したセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’に、ステップＳ４０４で算出したセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’を加算することによって、センサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’を算出する。

ステップＳ４０６において、ＥＣＵ６は、ステップＳ４０４で算出したセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’が故障判断の根拠とするために有意であるか否かを判定する。ここでは、ステップＳ４０４で算出したセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’が所定の判定値以上の場合に、該増分の推定値は有意であると判定する。

この判定値は、推定されたセンサ付着ＰＭ量の増分ｄＧｐｍ’が、このフローチャートの処理によってフィルタ５の故障を判定するために有意な大きさであるか否かを判断するための基準値である。

センサ付着ＰＭ量の推定値が、上記判定値より小さい量だけ増加したとしても、センサ付着量の推定値とＰＭセンサの出力との間に大きな差異は現われない。従って、両者の乖離に基づく故障判定の精度向上に寄与しない。

センサ付着ＰＭ量の推定値の増分において、このような小幅な増分の頻度が高い場合、上記の判定方法による故障検出の精度が低くなる可能性があるので、本実施例では、小幅な増分の頻度が低い場合にのみ、上記の判定方法によるフィルタ故障検出を行う。

ステップＳ４０６においてセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’が判定値以上であると判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ４０７に進む。一方、ステップＳ４０６においてセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’が判定値より小さいと判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０７において、ＥＣＵ６は、有意と判定されたセンサ付着ＰＭ量の増分の積算を行う。すなわち、前回までに算出した積算値Ｇｐｍ’＿ｓｉｇに、ステップＳ４０６で有意と判定されたセンサ付着ＰＭ量の増分の推定値ｄＧｐｍ’を加算する。

ステップＳ４０８において、ＥＣＵ６は、ステップＳ４０５で算出したセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’が第４基準値Ｇｔｒｇ以上になったか否かを判定する。ステップＳ４０５においてセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’が第４基準値Ｇｔｒｇ以上と判定されるまで、ＥＣＵ６はステップＳ４０１からステップＳ４０７の処理を繰り返し、センサ付着ＰＭ量の増分の推定値を積算していく。

ステップＳ４０８においてセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’が第４基準値Ｇｔｒｇ以上と判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ４０９に進む。

ステップＳ４０９において、ＥＣＵ６は、センサ付着ＰＭ量のうち有意なセンサ付着ＰＭ量の比率ｋ＿ｓｉｇを算出する。すなわち、ステップＳ４０５で算出したセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’に対する、ステップＳ４０７で算出した有意なセンサ付着ＰＭ量の積算値Ｇｐｍ’＿ｓｉｇの比を算出する。

ステップＳ４１０において、ＥＣＵ６は、ステップＳ４０９で算出した比率ｋ＿ｓｉｇが所定値以上であるか否かを判定する。この所定値は、センサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’が、それに基づいて有意なフィルタ５の故障を判定をすることができるか否かを判断するための基準値である。

センサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’のうち、有意なセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’＿ｓｉｇの比率が所定値に満たない場合、当該センサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’はそれに基づいてフィルタ５の状態を判断するために有意な情報を十分に含んでいないと判断する。

ステップＳ４１０において比率ｋ＿ｓｉｇが所定値以上であると判定した場合、ＥＣＵ６はステップＳ４１１に進む。一方、ステップＳ４１０において比率ｋ＿ｓｉｇが所定値より小さいと判定した場合、ＥＣＵ６は今回算出したセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’に基づくフィルタ５の故障判定は行わないことに決定し、次の故障判定に備えてステップＳ４１６に進み、ＰＭセンサ４の初期化処理を実行する。

ステップＳ４１１において、ＥＣＵ６は、センサ付着ＰＭ量の実際値Ｇｐｍを取得する。ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ４の出力に基づいて、センサ付着ＰＭ量の実際値Ｇｐｍを取得する。

ステップＳ４１２において、ＥＣＵ６は、センサ付着ＰＭ量の推定値と実際値との比ｒＧｐｍを取得する。ＥＣＵ６は、ステップＳ４１１で取得したセンサ付着ＰＭ量の実際値Ｇｐｍに対するステップＳ４０５で算出したセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’の比Ｇｐｍ’／Ｇｐｍを計算することにより比ｒＧｐｍを取得する。

ステップＳ４１３において、ＥＣＵ６は、ステップＳ４１２において取得した比ｒＧｐｍが第６基準値以上であるか否かを判定する。ステップＳ４１３において比ｒＧｐｍが第
６基準値以上と判定した場合、ＥＣＵ６はフィルタ５が故障していると判断し、フィルタ故障フラグを立てる（ステップＳ４１４）。

一方、ステップＳ４１３において比ｒＧｐｍが第６基準値より小さいと判定した場合、ＥＣＵ６はフィルタ５は正常と判断し、フィルタ故障フラグを立てない（ステップＳ４１５）。

なお、センサ付着ＰＭ量の推定値と実際値との差ΔＧｐｍに基づいてフィルタ５の故障判定を行う場合には、ステップＳ４１２においてステップＳ４１１で取得したセンサ付着ＰＭ量の実際値ＧｐｍとステップＳ４０５で算出したセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’との差の大きさ｜Ｇｐｍ’−Ｇｐｍ｜を計算することにより差ΔＧｐｍを取得する。

そして、ステップＳ４１３において、差ΔＧｐｍが第５基準値以上であるか否かを判定し、差ΔＧｐｍが第５基準値以上である場合には、フィルタ５は故障していると判断し、フィルタ故障フラグを立て（ステップＳ４１４）、差ΔＧｐｍが第５基準値未満の場合には、フィルタ５は正常であると判断し、フィルタ故障フラグを立てない（ステップＳ４１５）。

ステップＳ４１４又はステップＳ４１５の処理を実行後、ＥＣＵ６はステップＳ４１６に進み、ＰＭセンサ４のバーンアップ処理を実行し、センサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’及び有意なセンサ付着ＰＭ量の推定値Ｇｐｍ’＿ｓｉｇをゼロにリセットする（ステップＳ４１７）。

以上説明した図６、図８及び図１０の処理を実行するＥＣＵ６が、本発明における「フィルタ故障検出手段」として機能している。いずれの故障判定処理においても、機関排出ＰＭ量の推定値又はその積算値に基づいてフィルタ５の故障判定が行われている。

本実施例によれば、機関排出ＰＭの積算量の推定値に基づいて推定されるＰＭセンサ４の信号出力開始時付着量の推定値とＰＭセンサ４に固有の定数である信号出力閾値との比較に基づいて、機関排出ＰＭの積算量を補正することができ、当該補正された機関排出ＰＭの積算量を用いてフィルタの故障判定を行うので、フィルタ５の故障を精度良く検出することが可能である。

なお、図５から図１０で説明したフィルタ５の故障検出方法は、機関排出ＰＭの積算量に基づくフィルタ５の故障検出方法の一例である。他の故障検出方法であっても、機関排出ＰＭの積算量の推定値に基づく故障検出方法であれば、図４で説明した補正係数により補正された機関排出ＰＭの積算量を用いることによって、フィルタ５の故障検出を精度良く行うことが可能である。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ＰＭセンサ
４ ＰＭセンサ
５ フィルタ
６ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
   前記フィルタより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＰＭが付着可能な電極対を有し、該電極間におけるＰＭの付着量がある閾値以上になると該電極間におけるＰＭの付着量に応じた信号を出力するＰＭセンサと、
   ある期間に前記内燃機関から排出されるＰＭの積算量を推定する第１推定手段と、
   前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第１所定量以下の状態における、前記ＰＭセンサに付着しているＰＭを酸化除去する初期化処理の完了から前記ＰＭセンサが初めて信号を出力するまでの信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記第１推定手段による推定値に基づいて、前記初期化処理の実行後に前記ＰＭセンサが初めて信号を出力する時点において前記ＰＭセンサに付着しているＰＭの量を推定する第２推定手段と、
   前記第２推定手段による前記ＰＭの付着量の推定値と前記閾値との比較に基づいて、前記第１推定手段による前記ＰＭの積算量の推定値を補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正された前記ＰＭの積算量の推定値に基づいて前記フィルタの故障を検出するフィルタ故障検出手段と、
   を備える内燃機関のフィルタ故障検出装置。
2. 請求項１において
   前記第２推定手段による前記ＰＭの付着量の推定値と前記閾値との比又は差が所定の基準値を超える場合、前記ＰＭセンサは故障していると判定するＰＭセンサ故障検出手段を備える内燃機関のフィルタ故障検出装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記フィルタ故障検出手段は、
   前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
   該初期化処理の完了後の前記信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第１基準値より小さい場合に、
   前記フィルタが故障していると判定する内燃機関のフィルタ故障検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項において、
   前記フィルタ故障検出手段は、
   前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
   該初期化処理の完了後から起算した前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第２基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力が所定の第３基準値より大きいときに、
   前記フィルタが故障していると判定する内燃機関のフィルタ故障検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項において、
   前記フィルタ故障検出手段は、
   前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
   前記フィルタが正常であることを仮定して推定される前記フィルタをすり抜けるＰＭの量に基づいて前記ＰＭセンサに付着しているＰＭの量を推定し、
   該ＰＭの付着量の推定値が所定の第４基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力と該推定値との乖離が所定の第５基準値より大きいときに、
   前記フィルタが故障していると判定する内燃機関のフィルタ故障検出装置。
6. 請求項３において、
   前記フィルタ故障検出手段は、
   前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
   該初期化処理の完了後の前記信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第１基準値以上且つ該第１基準値より大きい所定の第２基準値より小さい場合、
   該初期化処理の完了後から起算した前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が前記第２基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力が所定の第３基準値より大きいときに、前記フィルタが故障していると判定する内燃機関のフィルタ故障検出装置。
7. 請求項６において、
   前記フィルタ故障検出手段は、
   前記フィルタにおけるＰＭの堆積量が第２所定量以上の状態で前記ＰＭセンサの初期化処理を実行し、
   該初期化処理の完了後の前記信号無出力期間における前記ＰＭの積算量の前記補正された推定値が所定の第２基準値以上の場合、
   前記フィルタが正常であることを仮定して推定される前記フィルタをすり抜けるＰＭの量に基づいて前記ＰＭセンサに付着しているＰＭの量を推定し、
   該ＰＭの付着量の推定値が所定の第４基準値に達したときの前記ＰＭセンサの出力と該推定値との乖離が所定の第５基準値より大きいときに、
   前記フィルタが故障していると判定する内燃機関のフィルタ故障検出装置。

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