JP5556388B2

JP5556388B2 - パティキュレートフィルタの診断装置

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Publication number: JP5556388B2
Application number: JP2010126024A
Authority: JP
Inventors: 貴宏内田; 淳森川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: JP2011252423A; EP2392792A3; EP2392792B1; EP2392792A2

Description

本発明は、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診断装置に関する。

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する場合もある）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する場合もある）を設ける場合がある。また、排気通路にフィルタを設けた場合、該フィルタの前後差圧（即ち、フィルタの直上流と直下流との排気圧力の差）を検出する差圧センサを排気通路に設ける場合がある。

特許文献１には、差圧センサによって検出されるフィルタの前後差圧に基づいて、フィルタの異常を検出する技術が記載されている。この特許文献１に記載の技術では、内燃機関の運転状態に基づいて推定されたフィルタにおけるＰＭ堆積量が再生処理実行判定値以上となったときに、フィルタの前後差圧が所定の閾値以下のときは、フィルタが異常であると判定される。ここで、再生処理実行判定値は、フィルタに堆積したＰＭを該フィルタの温度を上昇させることで除去する再生処理を実行する閾値である。

特開２００９−１０３０４３号公報特開２００５−２９１１９８号公報特開２００９−２１６０７７号公報特開２００９−２２８４８７号公報

内燃機関の排気通路にフィルタが設けられている場合、フィルタに堆積したＰＭを該フィルタの温度を強制的に上昇させることで酸化させ除去する強制再生処理が行なわれる。強制再生処理の実行完了後、次の強制再生処理の実行が開始されるまでの間、即ち強制再生処理の実行停止期間中は、フィルタにＰＭが徐々に堆積する。

ここで、フィルタにおいて破損又は溶損のような故障が生じた場合、該フィルタを通過する排気の流量が増加する。そのため、フィルタの前後差圧が正常時に比べて小さくなる。そこで、強制再生処理の実行停止期間中におけるＰＭ堆積量を内燃機関の運転状態に基づいて推定し、該推定値とフィルタの前後差圧とに基づいて、フィルタが正常であるか或いは異常であるかを診断する場合がある。この場合、ＰＭ堆積量の推定値が所定値に達した時のフィルタの前後差圧の値が、該所定値に対応した前後差圧の値よりも小さい場合、フィルタが異常であると診断する。

しかしながら、強制再生処理の実行停止期間中においても、フィルタに堆積したＰＭが排気温度の上昇によって酸化される、所謂連続再生が生じる場合がある。内燃機関の運転状態に基づいてフィルタにおけるＰＭ堆積量を正確に推定しようとした場合、この連続再生によるＰＭ堆積量の減少分を考慮する必要がある。そのため、高精度でＰＭ堆積量を推定するのは困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、フィルタが正常であるか或いは異
常であるかをより好適に診断することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る診断装置は、
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を診断する診断装置であって、
前記パティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサと、
前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得部と、
前記パティキュレートフィルタの温度を強制的に上昇させることで、該パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する強制再生処理を実行する強制再生処理実行部と、
前記強制再生処理実行部による強制再生処理の実行停止期間中において、前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質が排気温度の上昇によって酸化される連続再生が生じる条件が成立しているか否かを判別する連続再生判別部と、
前記強制再生処理実行部による強制再生処理の実行停止期間中であって、前記連続再生判別部によって連続再生が生じる条件が成立していないと判定された時に、内燃機関の吸入空気量が増加傾向にある期間が存在した場合、該期間における吸入空気量の増加量に対する前記差圧センサの検出値の増加量の比率である差圧勾配を算出する差圧勾配算出部と、
前記差圧勾配算出部によって算出された差圧勾配が所定値以下の場合、前記パティキュレートフィルタが異常であると診断する診断部と、
を備える。

フィルタが大きく破損又は溶損すると、該フィルタによって排気中のＰＭを捕集することが困難となる場合がある。ここで、所定値は、ＰＭを捕集することが困難となる程の故障（以下、完全故障と称する）がフィルタに生じていると判断できる閾値であってもよい
。内燃機関の吸入空気量が増加すると、排気の流量が増加するため、フィルタが正常であればフィルタの前後差圧は大きくなる。しかしながら、フィルタの完全故障が生じた場合は、排気の流量が増加しても、フィルタの前後差圧はほとんど変化しないか、または、フィルタの前後差圧が増加したとしてもその増加量は正常時に比べて非常に小さい。そこで、診断部は、差圧勾配算出部によって算出された差圧勾配が所定値以下の場合、フィルタが異常であると診断する。

上記によれば、フィルタの完全故障が生じた場合に、フィルタが異常であるとより高い確率で診断することができる。

本発明によれば、フィルタが正常であるか或いは異常であるかをより好適に診断することができる。

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、フィルタにおけるＰＭ堆積量の推定値と、内燃機関の吸入空気量に対するフィルタの前後差圧の比率との関係を示す図である。実施例１に係るフィルタの診断方法のフローを示すフローチャートである。実施例１の変形例に係るフィルタの診断方法のフローを示すフローチャートである。実施例２に係る、強制再生処理の実行停止期間中であって連続再生も生じていない時における、内燃機関の吸入空気量とフィルタの前後差圧との関係を示す図である。実施例２に係るフィルタの第二診断方法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＞
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診断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。

吸気通路２には、エアフローメータ４、スロットル弁５、及び吸気温度センサ１６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。吸気温度センサ１６は、内燃機関１に流入する吸気の温度を検出する。

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より上流側の排気通路３には、前段触媒として酸化触媒７が設けられている。尚、前段触媒は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であればよい。酸化触媒７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。

また、排気通路３には、フィルタ６の前後差圧を検出する差圧センサ１３が設けられている。さらに、酸化触媒７とフィルタ６との間の排気通路３には、上流側排気温度センサ１４が設けられている。フィルタ６より下流側の排気通路３には、下流側排気温度センサ１５が設けられている。上流側及び下流側排気温度センサ１４，１５は排気通路３を流れる排気の温度を検出する。

また、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、吸気温度センサ１６、差圧センサ１３、上流側排気温度センサ１４、及び下流側排気温度センサ１５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。

さらに、ＥＣＵ１０には、スロットル弁５及び燃料添加弁８が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。

［フィルタの再生］
フィルタ６には、該フィルタ６に捕集された排気中のＰＭが徐々に堆積する。本実施例においては、フィルタ６に堆積したＰＭを除去するために強制再生処理が実行される。本実施例に係る強制再生処理は、燃料添加弁８から排気中に燃料を添加することで実現される。

燃料添加弁８から燃料が添加されると、該燃料が酸化触媒７に供給される。酸化触媒７に供給された燃料は該酸化触媒７によって酸化し、それによって酸化熱が生じる。この酸化熱によってフィルタ６に流入する排気の温度が上昇し、それによってフィルタ６が昇温する。その結果、フィルタ６に堆積したＰＭが酸化され除去される。

強制再生処理では、燃料添加弁８からの燃料添加量を調節することで、フィルタ６の温度を所定温度に制御する。該所定温度は、ＰＭの酸化が可能な温度であって且つフィルタ６の破損及び溶損を抑制することが可能な温度であり、実験等に基づいて予め定められている。フィルタ６の温度は下流側排気温度センサ１５の検出値に基づいて推定することができる。

また、本実施例においては、内燃機関１の運転状態に基づいてフィルタ６におけるＰＭ
堆積量を推定する。つまり、内燃機関１の運転状態に基づいて排気中のＰＭ量を推定し、該ＰＭ量を積算することでフィルタ６におけるＰＭ堆積量を推定する。そして、前回の強制再生処理の実行完了後、ＰＭ堆積量の推定値が強制再生処理の実行開始の閾値である所定堆積量以上となった時に強制再生処理を再度実行する。ここで、所定堆積量は、ＰＭ堆積量の増加に起因して上昇するフィルタ６より上流側の排気圧力によって内燃機関１の運転状態に与える影響が許容範囲内となるように、実験等に基づいて予め設定されている。

尚、本実施例においては、上記のような強制再生処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る強制再生処理実行部に相当する。ただし、強制再生処理においては、燃料添加弁８による燃料添加に代えて、内燃機関１において主燃料噴射より後のタイミングで副燃料噴射を行うことで、酸化触媒７に燃料を供給してもよい。また、強制再生処理は、電気ヒータによってフィルタ６を加熱することによっても実現することができる。

また、フィルタ６においては、強制再生処理が実行されていない時でも、内燃機関１から排出される排気の温度が上昇することで、フィルタ６に流入する排気の温度がＰＭの酸化が可能な温度にまで上昇した場合、連続再生が生じる。連続再生が生じるとフィルタ６におけるＰＭ堆積量が減少する。

［フィルタの前後差圧の推移］
ここで、強制再生処理の実行停止期間中におけるフィルタ６の前後差圧の推移について図２に基づいて説明する。図２は、フィルタ６におけるＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅと、内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒに対するフィルタ６の前後差圧ΔＰｆの比率ΔＰｆ／Ｑａｉｒ（即ち、単位吸入空気量当たりの前後差圧の大きさ）との関係を示す図である。図２において、横軸は、強制再生処理の実行完了後から次の強制再生処理の実行が開始されるまでの間のＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅを表している。上述したように、該推定値は、内燃機関１の運転状態に基づいて算出される。図２の横軸におけるＱｐｍ０は、強制再生処理の実行開始の閾値である所定堆積量を表している。また、図２において、縦軸は、内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒに対するフィルタ６の前後差圧ΔＰｆの比率ΔＰｆ／Ｑａｉｒを表している。

また、図２において、Ｔｒｓは強制再生処理の停止期間を表しており、Ｔｃｒは連続再生が生じている期間を表している。また、図２において、破線は、強制再生処理の実行停止期間中に連続再生が生じなかった場合のΔＰｆ／Ｑａｉｒの推移を表しており、一点鎖線は、強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓの全期間において連続再生が生じていた場合のΔＰｆ／Ｑａｉｒの推移を表している。

強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓ中、フィルタ６におけるＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅは徐々に増加する。フィルタ６におけるＰＭ堆積量が増加すると、それに応じてフィルタ６の前後差圧ΔＰｆが増加する。そのため、強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓ中に連続再生が生じなかった場合、即ち、実際のＰＭ堆積量が推定値Ｑｐｍｅと同様に推移した場合、図２における破線に示すように、ＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅの増加と共にΔＰｆ／Ｑａｉｒの値は増加する。

しかしながら、強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓ中において連続再生が生じると、該連続再生中は実際のＰＭ堆積量が減少する。そのため、図２における期間Ｔｃｒにおいては、ＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅが増加してもΔＰｆ／Ｑａｉｒの値は減少する。さらに、強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓの全期間において連続再生が生じていた場合、フィルタ６における実際のＰＭ堆積量はほとんど増加しない。そのため、図２における一点鎖線に示すように、ＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅが増加しても、ΔＰｆ／Ｑａｉｒの値は、前回の強制再生処理の実行が停止された時点の値に維持される。

［フィルタの診断］
フィルタ６に破損又は溶損のような故障が生じた場合、フィルタ６の前後差圧は正常時に比べて小さくなる。しかしながら、上記のように、フィルタ６が正常であっても、強制再生処理の実行停止期間中において連続再生が生じると、ＰＭ堆積量の推定値と実際のＰＭ堆積量とが異なる値となる虞がある。そのため、ＰＭ堆積量の推定値が同一であっても、差圧センサ１３によって検出されるフィルタ６の前後差圧が異なる値となる場合がある。従って、強制再生処理の実行停止期間におけるＰＭ堆積量の推定値に対する差圧センサ１３の検出値に基づいて、フィルタ６が正常であるか或いは異常であるかを高精度で診断することは困難である。

ここで、フィルタ６が大きく破損又は溶損することで、該フィルタ６の完全故障が生じた場合、強制再生処理の実行停止期間中、フィルタ６の前後差圧はほとんど変化しない。つまり、差圧センサ１３の検出値は、強制再生処理の実行停止期間中、前回の強制再生処理の実行完了時の値に維持される。従って、強制再生処理の実行停止期間中において、差圧センサ１３の検出値が増加傾向にある差圧増加期間が存在する場合、フィルタ６の完全故障は生じていないと判断できる。

そこで、本実施例においては、ＰＭ堆積量の推定値に関わらず、強制再生処理の実行停止期間中において差圧増加期間が存在する場合、フィルタ６は正常であると診断する。これにより、実際にはフィルタ６は正常であるにもかかわらず、フィルタ６が異常であると誤診断することを抑制することができる。

［診断フロー］
本実施例に係るフィルタの診断のフローについて図３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、ＥＣＵ１０によって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、強制再生処理の実行停止中であるか否かが判別される。ステップＳ１０１において強制再生処理の実行停止中であると判定された場合、次にステップＳ１０２において、差圧センサ１３の検出値ΔＰｆが読み込まれる。

次に、ステップＳ１０３において、差圧センサ１３の検出値ΔＰｆが増加傾向にあるか否かが判別される。ここでは、今回読み込まれた差圧センサ１３の検出値から所定期間前に読み込まれた差圧センサ１３の検出値を減算し、その減算結果が正の値である場合、差圧センサ１３の検出値ΔＰｆが増加傾向にあると判定される。

ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４において、フィルタ６は正常であると診断される。一方、ステップＳ１０３において否定判定された場合、次にステップＳ１０５において、フィルタ６におけるＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅが所定堆積量Ｑｐｍ０に達したか否かが判別される。つまり、今回の強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓが終了したか否かが判別される。ここで、フィルタ６におけるＰＭ堆積量の推定値Ｑｐｍｅは、本フローとは別途に実行されるフローによって算出されている。

ステップＳ１０５において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。そして、ステップＳ１０１からＳ１０３の処理が再度実行される。一方、ステップＳ１０５において肯定判定された場合、差圧センサ１３の検出値が増加傾向となる期間が発生することなく、今回の強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓは終了したと判断され、次にステップＳ１０６の処理が実行される。

ステップＳ１０６においては、今回の強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓの全期間において、連続再生処理が生じる条件である連続再生条件が成立していたか否かが判別される。ここで、強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓ中において、連続再生条件が成立しているか否かは、該期間Ｔｒｓ中におけるフィルタ６に流入する排気の温度及び流量に基づいて判別することができる。フィルタ６に流入する排気の温度は上流側排気温度センサ１４によって検出される。フィルタ６に流入する排気の流量はエアフローメータ４によって検出される吸入空気量に基づいて算出される。

強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓの全期間において連続再生が生じていた場合、図２において一点鎖線で示すように、フィルタ６が正常であっても、差圧センサ１３の検出値は強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓの全期間において一定の値に維持される。つまり、この場合は、フィルタ６が正常であっても、差圧センサ１３の検出値が増加傾向となる期間は発生しない。従って、ステップＳ１０６において肯定判定された場合、必ずしもフィルタ６が異常であるとは判断できない。そのため、この場合は、本フローの実行が一旦終了される。

一方、フィルタ６が正常である場合、強制再生処理の実行停止期間Ｔｒｓの少なくとも一部の期間において連続再生が生じていなければ、該期間においてフィルタ６にＰＭが堆積し、フィルタ６の前後差圧が増加する。つまり、差圧センサ１３の検出値ΔＰｆが増加傾向となる期間が発生する。

従って、ステップＳ１０６において否定判定された場合、フィルタ６の完全故障が生じたと判断できる。そのため、この場合は、次にステップＳ１０７において、フィルタ６が異常であると診断される。

尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０４を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る診断部に相当する。

［変形例］
ここで、本実施例の変形例に係るフィルタの診断方法について説明する。フィルタ６に破損又は溶損のような故障が生じたとしても完全故障には至っていない場合は、強制再生処理の実行停止期間中にフィルタ６にＰＭが堆積し、差圧センサ１３の検出値が増加傾向となる場合がある。しかしながら、このような場合、フィルタ６に堆積するＰＭ量は正常時に比べて少ない。そのため、差圧センサ１３の検出値が増加傾向となったとしても、その増加率は正常時に比べて小さくなる。

そこで、本変形例においては、強制再生処理の実行停止期間中に、差圧増加期間が存在する場合、差圧センサ１３の検出値の増加率及び基準増加率を算出する。ここで、差圧センサ１３の検出値の増加率は、差圧増加期間における、ＰＭ堆積量の推定値の増加量に対する差圧センサ１３の検出値の増加量の比率として算出される。尚、該増加率を、差圧増加期間における差圧センサ１３の検出値の単位時間当たりの増加量として算出してもよい。また、基準増加率は、フィルタ６が正常であると仮定したときの、差圧増加期間における差圧センサ１３の検出値の増加率として算出される。

そして、差圧センサ１３の検出値の増加率が基準増加率から所定の許容範囲内にある場合、フィルタ６は正常であると診断する。これによれば、実際にはフィルタ６は異常であるにもかかわらずフィルタ６が正常であると誤診断することをより高い確率で抑制することができる。

図４は、本変形例に係るフィルタの診断のフローを示すフローチャートである。本フローチャートは、図３に示すフローチャートにステップＳ２０４〜Ｓ２０６を追加したものである。そのため、ここではステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理についてのみ説明し、その他のステップについては説明を省略する。

本フローでは、ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ２０４の処理が実行される。ステップＳ２０４においては、差圧増加期間における差圧センサ１３の検出値の増加率ＲＰｆが算出される。

次に、ステップＳ２０５において、差圧増加期間における基準差圧増加率ＲＰｆｂａｓｅが算出される。ここで、基準差圧増加率ＲＰｆｂａｓｅは、差圧増加期間における内燃機関１の運転状態等に基づいて算出される。例えば、特開２００９−２２８４８７号公報に記載された方法等を用いて、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が推定されると共に、該ＰＭ堆積量の推定値に対応するフィルタ６の前後差圧が推定される。そして、その前後差圧の推定値の増加率が基準差圧増加率ＲＰｆｂａｓｅとして算出される。

次に、ステップＳ２０６において、差圧増加期間における差圧センサ１３の検出値の増加率ＲＰｆが基準差圧増加率ＲＰｆｂａｓｅから所定の許容範囲内にあるか否かが判別される。ここでの許容範囲は実験等に基づいて予め定められている。

ステップＳ２０６において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４において、フィルタ６は正常であると診断される。一方、ステップＳ２０６において否定判定された場合、次にステップＳ１０７において、フィルタ６が異常であると診断される。

尚、本変形例においては、上記フローにおけるステップＳ２０４を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る増加率算出部に相当する。また、上記フローにおけるステップＳ２０５を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る基準増加率算出部に相当する。

＜実施例２＞
本発明の実施例２について図５及び６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。

［フィルタの診断］
ここで、実施例１に係る、フィルタ６が正常であるか或いは異常であるかを診断する診断方法を、第一診断方法とする。そして、本実施例においては、該第一診断方法に加え、第二診断方法によってもフィルタ６の診断を行なう。以下、本実施例に係る第二診断方法について説明する。

図５は、強制再生処理の実行停止期間中であって連続再生も生じていない時における、内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒとフィルタ６の前後差圧ΔＰｆとの関係を示す図である。図５において、横軸は内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒを表しており、縦軸はフィルタ６の前後差圧ΔＰｆを表している。また、Ｌ１はフィルタ６が正常な場合を表しており、Ｌ２はフィルタ６の完全故障が生じた場合を表している。

内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒが増加すると排気の流量が増加する。フィルタ６が正常であれば、強制再生処理が実行されておらず連続再生も生じていない時は、排気の流量が増加すると、フィルタ６より上流側の排気圧力が上昇する。そのため、図５においてＬ１で示すように、内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒが増加すると、フィルタ６の前後差圧が増加する。一方、フィルタ６の完全故障が生じた場合は、図５においてＬ２で示すように、内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒが増加しても、フィルタ６の前後差圧はほとんど変
化しないか、または、フィルタ６の前後差圧が増加してもその増加量は正常時に比べて非常に小さい。

そこで、本実施例に係る第二診断方法では、強制再生処理の実行停止期間中であって、連続再生が生じる条件が成立していない時に、内燃機関１の吸入空気量が増加傾向にある吸入空気量増加期間が存在するか否かを判別する。そして、吸入空気量増加期間が存在した場合、該吸入空気量増加期間における、吸入空気量の増加量に対する差圧センサ１３の検出値の増加量の比率である差圧勾配Ｒｐａを算出する。そして、算出された差圧勾配Ｒｐａが所定値以下の場合、フィルタ６が異常であると診断する。ここでの所定値は、フィルタ６の完全故障が生じていると判断できる閾値であって、実験等に基づいて予め定められている。

このような第二診断方法によれば、フィルタ６の完全故障が生じた場合に、フィルタ６が異常であるとより高い確率で診断することができる。そのため、第一診断方法によってフィルタ６は正常であると診断された場合であっても、第二診断方法によってフィルタ６が異常であると診断された場合は、フィルタ６は異常であると判定することで、フィルタ６が異常であるにもかかわらず、フィルタ６が正常であると誤診断することをより高い確率で抑制することができる。

［診断フロー］
本実施例に係るフィルタの第二診断のフローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって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Ｓ３０１において、強制再生処理の実行停止中であるか否かが判別される。ステップＳ３０１において強制再生処理の実行停止中であると判定された場合、次にステップＳ３０２において、エアフローメータ４によって検出された吸入空気量Ｑａｉｒ、吸気温度センサ１６によって検出された吸気温度Ｔｅｇ、上流側排気温度センサ１４によって検出された排気温度Ｔｆｇｉｎ、及び差圧センサ１３の検出値ΔＰｆが読み込まれる。

次に、ステップＳ３０３において、所定の診断期間中に連続再生条件が成立していたか否かが判別される。ここで、診断期間とは、強制再生処理の実行停止中に第二診断方法によるフィルタ６の診断を実施するために設定された期間である。本フローでは、強制再生処理の実行停止中において該診断期間が経過する毎に、該ステップＳ３０３の処理が実行される。診断期間中において連続再生条件が成立していたか否かは、該期間中におけるフィルタ６に流入する排気の温度Ｔｆｇｉｎ及び流量に基づいて判別することができる。尚、実施例１の場合と同様、排気の流量は、エアフローメータ４によって検出される吸入空気量に基づいて算出される。

ステップＳ３０３において、肯定判定された場合、本フローの実行は一旦終了され、否定判定された場合、次にステップＳ３０４の処理が実行される。

ステップＳ３０４では、今回の診断期間中において、第二診断方法を実行する診断条件が成立していたか否かが判別される。ここでの診断条件とは、吸入空気量増加期間が存在した場合の該期間における差圧勾配が、フィルタ６が正常な場合と異常な場合とで明確な差が生じる条件である。具体的には、フィルタ６におけるＰＭ堆積量が所定の診断実行堆積量以上であること、診断期間中における内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒの平均値が所定空気量以上であること、及び内燃機関１の吸気温度Ｔｅｇが所定の吸気温度範囲内にあることである。これらの条件の全てが成立していた場合、ステップＳ３０４において肯定
判定がなされる。尚、診断条件は、必ずしも上記各条件に限られるものではない。

ステップＳ３０４において、否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了され、肯定判定された場合、次にステップＳ３０５の処理が実行される。

ステップＳ３０５では、今回の診断期間中において内燃機関１の吸入空気量Ｑａｉｒが増加傾向にあるか否かが判別される。ここでは、今回の診断期間の最後に読み込まれた吸入空気量から該診断期間の最初に読み込まれた吸入空気量を減算し、その減算結果が正の値である場合、吸入空気量Ｑａｉｒが増加傾向にあると判定される。ステップＳ３０５において、否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了され、肯定判定された場合、次にステップＳ３０６の処理が実行される。

ステップＳ３０６においては、今回の診断期間、即ち吸入空気量増加期間における差圧勾配Ｒｐａが算出される。ここで、差圧勾配Ｒｐａは、今回の診断期間の最後に読み込まれた差圧センサ１３の検出値から該診断期間の最初に読み込まれた差圧センサ１３の検出値を減算し、該減算値を今回の診断期間における吸入空気量Ｑａｉｒの増加量で除算することによって算出される。

次に、ステップＳ３０７において、差圧勾配Ｒｐａが所定値Ｒｐａ０以下であるか否かが判別される。ステップＳ３０７において否定判定された場合、次にステップＳ３０８において、フィルタ６は正常であると診断される。一方、ステップＳ３０７において肯定判定された場合、次にステップＳ３０９において、フィルタ６が異常であると診断される。

尚、本実施例においては、エアフローメータ４が本発明に係る吸入空気量取得部に相当する。また、上記フローにおけるステップＳ３０３を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る連続再生判別部に相当する。また、上記フローにおけるステップＳ３０６を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る差圧勾配算出部に相当する。また、上記フローにおけるステップＳ３０８を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る診断部に相当する。

排気通路３からフィルタ６が取り外された場合、差圧センサ１３の検出値は、フィルタ６の完全故障が生じた場合と同様の挙動を示す。そのため、上記第１及び第２実施例に係るフィルタの診断方法によれば、このような異常も検出することができる。

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・エアフローメータ
５・・・スロットル弁
６・・・パティキュレートフィルタ
７・・・酸化触媒
８・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１３・・差圧センサ
１４・・上流側排気温度センサ
１５・・下流側排気温度センサ

Claims

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を診断する診断装置であって、
前記パティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサと、
前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得部と、
前記パティキュレートフィルタの温度を強制的に上昇させることで、該パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去する強制再生処理を実行する強制再生処理実行部と、
前記強制再生処理実行部による強制再生処理の実行停止期間中において、前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質が排気温度の上昇によって酸化される連続再生が生じる条件が成立しているか否かを判別する連続再生判別部と、
前記強制再生処理実行部による強制再生処理の実行停止期間中であって、前記連続再生判別部によって連続再生が生じる条件が成立していないと判定された時に、内燃機関の吸入空気量が増加傾向にある期間が存在した場合、該期間における吸入空気量の増加量に対する前記差圧センサの検出値の増加量の比率である差圧勾配を算出する差圧勾配算出部と、
前記差圧勾配算出部によって算出された差圧勾配が所定値以下の場合、前記パティキュレートフィルタが異常であると診断する診断部と、
を備えたパティキュレートフィルタの診断装置。