JP6256392B2

JP6256392B2 - フィルタの異常検出装置

Info

Publication number: JP6256392B2
Application number: JP2015053754A
Authority: JP
Inventors: 大和西嶋; 徹木所; 一哉高岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: EP3070286A1; EP3070286B1; JP2016173076A

Description

本発明は、フィルタの異常検出装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集するフィルタと、該フィルタよりも下流側の排気通路において排気中のＰＭを検出するＰＭセンサと、を備えることがある。ＰＭセンサは、該ＰＭセンサに堆積したＰＭの量が所定量以上になるとＰＭ堆積量に応じた信号を出力する。このＰＭセンサでは、ＰＭ堆積量が大きくなりすぎると、該ＰＭセンサからＰＭを除去する処理であるＰＭセンサの再生が行われる。そして、フィルタ再生時の熱を利用すると共にヒータで加熱してＰＭセンサの再生を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−０８９４３０号公報国際公開第２０１１／１１４４９９号

ＰＭセンサは、該ＰＭセンサのＰＭ堆積量と、排気中のＰＭ量とに相関があることを前提としてＰＭを検出している。したがって、ＰＭセンサに堆積したＰＭがＰＭセンサの再生以外で減少したり、排気中のＰＭがＰＭセンサに堆積しなかったりすると、ＰＭセンサのＰＭ堆積量と、排気中のＰＭ量と、の相関が低くなる。ここで、ＰＭセンサよりも上流側に触媒が設けられている場合には、ＨＣが触媒で反応することにより、排気の温度が上昇する。温度の高い排気がＰＭセンサに到達すると、該ＰＭセンサに堆積しているＰＭが酸化される虞がある。また、排気の温度が上昇することにより排気が膨張するため、排気の流速が上昇する。そうすると、ＰＭセンサに堆積せずにＰＭセンサを通り抜けるＰＭが増加する。このように、排気の温度が高くなったり排気の流速が高くなったりした場合には、ＰＭセンサに堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関が低くなる。その結果、ＰＭセンサの出力値を利用したフィルタのＯＢＤ（On-board diagnostics）の精度が悪化したり、フィルタのＯＢＤを完了するまでの時間が長くなったりする虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＭセンサを用いてフィルタの異常を判定するときの判定精度を高めることにある。

上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、ＨＣが供給されることによりＮＯｘを浄化する触媒と、前記触媒へＨＣを供給するＨＣ供給部と、前記フィルタ及び前記触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサであって、該ＰＭセンサに堆積した粒子状物質に応じた信号を出力するＰＭセンサと、前記ＰＭセンサの出力値に基づいて前記フィルタに異常があるか否か判定する判定部と、を備えたフィルタの異常検出装置において、前記判定部により前記フィルタに異常があるか否か判定するために前記ＰＭセンサに粒子状物質を堆積させているときに前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる場合には、前記ＰＭセンサの周囲の温度が所定温度よりも高いときには低いときよりも、または、前記ＰＭセンサの周囲の流速が所定流速よりも高いときには低いときよりも、前記触媒での発熱量が小さくなるように前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる制御装置を備える。

ここで、フィルタに割れや欠け等の異常が生じた場合には、フィルタを通り抜けるＰＭ量が増加するため、ＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量が早期に所定量に達する。ＰＭ堆積量が所定量に達するとＰＭセンサから信号が出力される。すなわち、フィルタを通り抜けるＰＭ量が増加するほど、ＰＭセンサの出力値が増加を始める時期が早くなる。したがって、ＰＭセンサの出力値が早期に増加を始めることで、フィルタが異常であると判定することができる。しかし、ＨＣ供給部から触媒へＨＣが供給されて、このときの反応熱により排気の温度が上昇してＰＭセンサに堆積しているＰＭが酸化されると、ＰＭセンサのＰＭ堆積量が減少する虞がある。また、排気の温度の上昇により、排気の流速が増加すると、ＰＭセンサに堆積せずに該ＰＭセンサを通過するＰＭが増加してしまう。このように、ＰＭセンサに堆積しているＰＭが減少するような温度となった場合や、ＰＭセンサを通り抜けるＰＭが増加するような流速となった場合には、ＰＭセンサのＰＭ堆積量と排気中のＰＭ量との相関が低くなる。これに対し、触媒における発熱量が小さくなるようにＨＣを供給することで、排気の温度が上昇することを抑制できる。これにより、ＰＭセンサに堆積しているＰＭが酸化されることを抑制したり、排気の流速が上昇してＰＭがＰＭセンサを通り抜けることを抑制したりできる。よって、ＰＭセンサに堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関を高くすることができるため、ＰＭセンサを用いてフィルタの異常の判定するときの判定精度を高めることができる。なお、触媒よりも下流の排気の温度が非常に高温になったときには排気系に備わる部品の劣化等を抑制するために触媒での発熱を抑制するようにしても良い。しかしこの場合の判定温度は、ＰＭセンサにＰＭを堆積させているときにおける上記の所定温度よりも高温である。

また、前記所定温度は、前記ＰＭセンサに堆積している粒子状物質が酸化する温度であってもよい。このような温度を境に触媒における発熱量を調整することで、ＰＭセンサに堆積しているＰＭが酸化されることを抑制できる。

また、前記所定流速は、前記ＰＭセンサに到達した粒子状物質の量に対する前記ＰＭセンサに堆積する粒子状物質の量の比が、所定の許容値となる流速であってもよい。この所定の許容値は、ＰＭセンサに堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関の低下が許容範囲となるように、または、ＰＭセンサの出力値を用いてフィルタが異常であるか否か判定するときの判定精度が許容範囲となるように設定される。すなわち、これら要求される許容範囲によって所定流速を変えることができる。このような流速を境に触媒における発熱量を調整することで、ＰＭがＰＭセンサを通り抜けることを抑制できる。なお、「ＰＭセンサに到達した粒子状物質」は、例えばＰＭセンサがカバーを備える場合において、カバーに流入したＰＭとしてもよい。また、「ＰＭセンサに到達した粒子状物質」は、ＰＭセンサの電極近傍に到達したＰＭとしてもよい。

また、前記触媒の表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性層が形成されており、該触媒は、前記ＨＣ供給部から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを供給することにより該触媒内に生成された還元性中間体でもって排気中のＮＯｘを還元する性質を有すると共に、前記ＨＣ供給部からＨＣの供給周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気中のＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、前記制御装置は、前記ＨＣ供給部から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを前記触媒へ供給させることにより前記触媒で生成される還元性中間体でもって排気中のＮＯｘを還元させるときに、前記触媒での発熱量が小さくなるように前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる場合には、単位時間当たりのＨＣの供給量を変化させずに、ＨＣを供給する周期を長くし、且つ、１回当たりのＨＣの供給量を増加させてもよい。

予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを触媒へ供給することで
ＮＯｘを還元させる場合には、触媒において大部分のＨＣが酸素と反応する。しかし、ＨＣを供給する周期を長くし、且つ、１回当たりのＨＣの供給量を増加させると、触媒において一時的に酸素が不足することにより発熱量が減少する。この場合であっても、単位時間当たりのＨＣの供給量を変えていないため、ＮＯｘを還元するための還元性中間体の生成量はほとんど変わらないので、ＮＯｘを良好に浄化することができる。したがって、ＮＯｘ浄化率を低下させることなく、排気の温度を低下させたり、排気の流速を低下させたりできる。なお、単位時間当たりのＨＣの供給量は、所定時間におけるＨＣ供給量の総量を該所定時間で除算した値とすることができる。また、制御装置は、前記判定部により前記フィルタに異常があるか否か判定するために前記ＰＭセンサに粒子状物質を堆積させているときに前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる場合で、且つ、前記ＨＣ供給部から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを前記触媒へ供給させることにより前記触媒で生成される還元性中間体でもって排気中のＮＯｘを還元させる場合に限り、前記ＰＭセンサの周囲の温度が所定温度よりも高いときには低いときよりも、または、前記ＰＭセンサの周囲の流速が所定流速よりも高いときには低いときよりも、前記触媒での発熱量が小さくなるように前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させてもよい。このようにすることで、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。

本発明によれば、ＰＭセンサを用いてフィルタの異常を判定するときの判定精度を高めることができる。

実施例に係る内燃機関、並びに、該内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。機関回転速度と、触媒の温度と、第一ＮＯｘ浄化方法及び第二ＮＯｘ浄化方法を実施する領域と、の関係を示した図である。ＰＭセンサの出力値の推移を示したタイムチャートである。フィルタが異常な場合におけるＰＭセンサの出力値の推移を示したタイムチャートである。フィルタが異常な場合におけるＰＭセンサの出力値の推移を示したタイムチャートである。燃料添加弁からの単位時間当たりの総噴射量が変化しないようにして、１回当たりの噴射量及び噴射周期を変化させた場合のタイムチャートである。実施例に係る第一ＮＯｘ浄化方法を用いてＮＯｘを浄化している場合において、ＰＭセンサによりＰＭを検出するときの排気の温度及び燃料添加弁からの噴射量を示したタイムチャートである。実施例に係る排気の温度の制御フローを示したフローチャートである。第一温度制御の制御フローを示したフローチャートである。第二温度制御の制御フローを示したフローチャートである。実施例に係る排気の流速の制御フローを示したフローチャートである。第一流速制御の制御フローを示したフローチャートである。第二流速制御の制御フローを示したフローチャートである。実施例に係る排気の温度及び排気の流速の制御フローを示したフローチャートである。第一温度制御の他の態様を示したフローチャートである。第二温度制御の他の態様を示したフローチャートである。第一流速制御の他の態様を示したフローチャートである。第二流速制御の他の態様を示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の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＞
図１は、実施例に係る内燃機関、並びに、該内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。本実施例における内燃機関１は、ガソリン機関であってもよく、または、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には排気の流れ方向の上流側から順に、燃料添加弁３、触媒４、フィルタ５が設けられている。

燃料添加弁３は排気中に燃料（ＨＣ）を噴射することで、触媒４へＨＣを供給する。フィルタ５は、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集する。触媒４は、所謂吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。触媒４では、例えばアルミナからなる触媒担体上には白金Ｐｔからなる貴金属触媒が担持されており、更にこの触媒担体上にはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層が形成されている。また、触媒担体上には、白金Ｐｔに加えてロジウムＲｈまたはパラジウムＰｄを担持させることもできる。

フィルタ５よりも下流側の排気通路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１１が設けられる。ＰＭセンサ１１は、一対の電極を有し、電極間に付着（堆積）しているＰＭの量に応じて該電極間の抵抗が変化することを利用して、該ＰＭ量に応じた信号を出力する。ＰＭセンサ１１は、一対の電極間に堆積しているＰＭの量が所定量以上になると、電極間に電流が流れて出力値が増加を始める。このため、ＰＭセンサ１１にＰＭが全く堆積していない状態から出力値が増加を始めるまでには、ある程度の時間を要する。なお、ＰＭセンサ１１は、該ＰＭセンサ１１に堆積したＰＭに応じた信号を出力するセンサであればよく、電極間に堆積しているＰＭの量が所定量以上となる前から信号を出力するセンサであってもよい。また、ＰＭセンサ１１が出力する信号には、電流または電気抵抗を含むことができる。さらに、フィルタ５よりも下流側の排気通路２には、フィルタ５から流出する排気の温度を測定する温度センサ１２が設けられている。

また、内燃機関１には、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６が設けられている。さらに、内燃機関１には吸気通路７が接続されている。吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を測定するセンサであるエアフローメータ１７が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関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であるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１５、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１６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ＥＣＵ１０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁３および燃料噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、燃料噴射弁６からの燃料噴射量を決定する。なお、内燃機関１の運転状態と、燃料噴射量と、の関係は、予め実験等により求めてマップ化され、ＥＣＵ１０に記憶されている。このマップは、気筒内の空燃比が目標空燃比となるように設定されており、この目標空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて
設定される空燃比である。本実施例に係る内燃機関１の目標空燃比はリーン空燃比である。ただし、以下で説明するように、ＮＯｘ浄化のために一時的に目標空燃比がリッチ空燃比となる場合もある。

次に、本実施例に係る触媒４を用いたＮＯｘ浄化方法について説明する。本実施例では、燃料添加弁３から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを噴射することにより生成されかつ触媒４の塩基性層上に保持された還元性中間体でもってＮＯｘを還元する第一ＮＯｘ浄化方法と、排気の空燃比がリーン空燃比のときに触媒４にＮＯｘを吸蔵させておき、吸蔵されているＮＯｘを触媒４から放出させるために上記の予め定められた範囲よりも長い周期でもって触媒４に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする第二ＮＯｘ浄化方法とが用いられる。なお、「吸蔵」とは、一時的なＮＯｘの吸着をも含む用語として使用している。第一ＮＯｘ浄化方法及び第二ＮＯｘ浄化方法は、例えば国際公開第２０１１／１１４４９９号に示されるように周知であるため詳細は省略するが、概ね以下のような方法である。

図２は、機関回転速度と、触媒４の温度と、第一ＮＯｘ浄化方法及び第二ＮＯｘ浄化方法を実施する領域と、の関係を示した図である。第一ＮＯｘ浄化方法では、触媒４が比較的高い温度でＮＯｘ浄化率が高くなり、第二ＮＯｘ浄化方法では、触媒４が比較的低い温度でＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、触媒４の温度が比較的低い場合には第二ＮＯｘ浄化方法によりＮＯｘを浄化し、触媒４の温度が比較的高い場合には第一ＮＯｘ浄化方法によりＮＯｘを浄化している。図２の関係は予め実験またはシミュレーションにより求められる。

まず、第一ＮＯｘ浄化方法について説明する。ここで、排気中に含まれるＮＯはリーン空燃比のときに触媒４の白金上においてＮＯ_２ ⁻またはＮＯ_３となる。ＮＯ、ＮＯ_２ ⁻及びＮＯ_３は活性が高い。以下、ＮＯ、ＮＯ_２ ⁻及びＮＯ_３を活性ＮＯｘと称する。

燃料添加弁３からＨＣが噴射されて排気の空燃比がリッチ空燃比とされると、ＨＣは触媒４の全体に亘って順次付着する。このＨＣの大部分は酸素と反応して燃焼され、ＨＣの一部は触媒４内において改質されてラジカルとなる。その結果、活性ＮＯｘ周りのＨＣ濃度が高くなる。ところで活性ＮＯｘが生成された後、活性ＮＯｘ周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性ＮＯｘは酸化され、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層内に吸収される。しかしこの一定時間が経過する前に活性ＮＯｘ周りのＨＣ濃度が高くされると活性ＮＯｘは触媒４の白金上においてラジカル状のＨＣと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は触媒４の塩基性層の表面上に付着又は吸着される。

生成された還元性中間体の周りにＨＣが付着しているときには還元性中間体はＨＣに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、触媒４に流入するＨＣの濃度が低下し、次いで還元性中間体の周りに付着しているＨＣが酸化されて消滅し、それによって還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気中のＮＯｘや活性ＮＯｘと反応するか、周囲の酸素と反応するか或いは自己分解する。それによって還元性中間体はＮ_２，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏに変換され、斯くしてＮＯｘが浄化されることになる。

このように触媒４では、触媒４に流入するＨＣの濃度を高くすることにより還元性中間体が生成され、さらにその後に触媒４に流入するＨＣの濃度を低下させた後、酸素濃度が高くなったときにＮＯｘが浄化される。即ち、第一ＮＯｘ浄化方法によりＮＯｘを浄化するには還元性中間体の生成、及び、還元性中間体とＮＯｘとの反応ために、触媒４に流入するＨＣの濃度を周期的に変化させる必要がある。

この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度までＨＣの濃度を高める必要がある。一方、生成された還元性中間体を排気中のＮＯｘや活性ＮＯｘや酸素と反応させ或いは自己分解させるのに十分低い濃度までＨＣ濃度を低下させる必要がある。即ち、触媒４に流入するＨＣの濃度を予め定められた範囲内の振幅で振動させる必要がある。

一方、ＨＣ濃度の振動周期すなわちＨＣの噴射周期を上述の予め定められた範囲内の周期よりも長くするとＨＣが供給された後、次にＨＣが供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなる。したがって、塩基性層の表面上から還元性中間体が消滅し、このとき白金Ｐｔ上において生成された活性ＮＯｘは硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層内に拡散し、硝酸塩となる。すなわち、活性ＮＯｘは還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で触媒４の塩基性層内に吸収されることになる。これを回避するためには触媒４に流入するＨＣの濃度を予め定められた範囲内の周期でもって振動させることが必要となる。

この場合、ＨＣの噴射周期が５秒程度よりも長くなると活性ＮＯｘが硝酸塩の形で塩基性層内に吸収され始め、従ってＨＣの噴射周期が５秒程度よりも長くなるとＮＯｘ浄化率が低下することになる。従って本実施例では、ＨＣの噴射周期は５秒以下とする必要がある。

また、ＨＣの噴射周期がほぼ０．３秒以下になると噴射されたＨＣが触媒４の表面上に堆積し始める。したがって、ＨＣの噴射周期がほぼ０．３秒以下になるとＮＯｘ浄化率が低下する。そこで本発明ではＨＣの噴射周期が０．３秒から５秒の間とされている。そして、燃料添加弁３からのＨＣの噴射量および噴射周期が、内燃機関１の運転状態に応じた最適値となるように制御される。本実施例においては、第一ＮＯｘ浄化方法による良好なＮＯｘ浄化作用を確保するために最適な噴射量及び噴射周期が予め求められている。このときの噴射量及び噴射周期は、内燃機関１の運転状態と関連付けて予めＥＣＵ１０に記憶されている。このＥＣＵ１０に予め記憶されている燃料添加弁３からの噴射量を第一基準噴射量とし、燃料添加弁３からの噴射周期を第一基準周期とする。

次に、第二ＮＯｘ浄化方法について説明する。第二ＮＯｘ浄化方法は、触媒４をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合のＮＯｘ浄化方法である。第二ＮＯｘ浄化方法では、触媒４の塩基性層に吸蔵されたＮＯｘ量（吸蔵ＮＯｘ量）が予め定められた許容量を超えたときに、触媒４に流入する排気の空燃比が一時的にリッチ空燃比にされる。排気の空燃比がリッチ空燃比にされると、排気の空燃比がリーン空燃比のときに塩基性層に吸蔵されたＮＯｘが塩基性層から一気に放出されて還元される。これによりＮＯｘが浄化される。

吸蔵ＮＯｘ量は、例えば内燃機関１から排出されるＮＯｘ量から算出される。本実施例では、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＮＯｘ量（排出ＮＯｘ量）が、内燃機関１の運転状態と関連付けてマップの形で予めＥＣＵ１０に記憶されており、この排出ＮＯｘ量から吸蔵ＮＯｘ量が算出される。この場合、排気の空燃比がリッチ空燃比にされる周期は通常１分以上である。なお、吸蔵ＮＯｘ量を算出しているときに第一ＮＯｘ浄化方法が実施された場合には、該第一ＮＯｘ浄化方法が実施された期間及びその時の内燃機関１の運転状態に応じて吸蔵ＮＯｘ量が減少するものとする。この関係もマップの形で予めＥＣＵ１０に記憶させておく。

この第二ＮＯｘ浄化方法では、内燃機関１の負荷に応じて燃料噴射弁６から噴射する燃料の他に、ＮＯｘ浄化のための燃料を加えて噴射することによって内燃機関１の気筒内の空燃比をリッチ空燃比としている。気筒内の空燃比をリッチ空燃比とするときの燃料噴射量は、内燃機関１の運転状態と関連付けて予めマップ化されてＥＣＵ１０に記憶されている。このＥＣＵ１０に予め記憶されている気筒内の空燃比をリッチ空燃比とするときの燃
料噴射弁６からの燃料噴射量を第二ＮＯｘ浄化方法における第二基準噴射量とする。

なお、第一ＮＯｘ浄化方法では、燃料添加弁３から燃料を噴射することでＨＣ濃度を低下させているが、これに代えて、燃料噴射弁６から気筒内へ燃料を噴射することでＨＣ濃度を低下させてもよい。一方、第二ＮＯｘ浄化方法では、燃料噴射弁６から気筒内に燃料を噴射することで排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比としているが、これに代えて、燃料添加弁３から燃料を噴射することで排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比としてもよい。

ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１１の出力信号に基づいてフィルタ５の異常検出を行う。フィルタ５に割れや欠け等の異常が生じると、割れや欠けが生じた部分をＰＭが通過するため、フィルタ５の下流側へ流出するＰＭ量が増加する。このため、ＰＭセンサ１１にＰＭが堆積していない状態から、ＰＭセンサ１１から信号が出力されるまでの時間が短くなる。すなわち、ＰＭセンサ１１から信号が出力されるまでの時間は、フィルタ５の状態によって変化する。

図３は、ＰＭセンサ１１の出力値の推移を示したタイムチャートである。正常なフィルタ５の場合を破線で示し、異常なフィルタ５の場合を実線で示している。なお、正常なフィルタ５の場合には、フィルタ５を通り抜けるＰＭは少ないため、図３に示した期間ではセンサ出力値が略０となる。図３における横軸が０の時点は、ＰＭセンサ１１の再生が完了した時点である。ＰＭセンサ１１の再生は、ＰＭセンサ１１に内蔵されているヒータにより該ＰＭセンサ１１の温度をＰＭが酸化する温度まで上昇させることにより行われる。なお、ＰＭが酸化される温度を以下では、ＰＭ酸化温度と称する。ＰＭセンサ１１の再生を行うことにより、ＰＭセンサ１１に堆積していたＰＭが除去される。

ＰＭセンサ１１は、ＰＭ堆積量が所定量以上になると、出力値が増加を始める。ここで、ＰＭセンサ１１の再生後にＰＭセンサ１１に単位時間当たりに堆積するＰＭの量は、フィルタ５が正常の場合よりも異常の場合の方が多い。このため、フィルタ５が異常な場合には、正常の場合よりも、ＰＭセンサ１１の再生後に該ＰＭセンサ１１の出力値が増加を始めるまでの期間が短くなる。したがって、図３に示されるように、異常なフィルタ５では、正常なフィルタ５と比較すると、ＰＭセンサ１１の出力値が増加を始める時期が早くなる。このため、ＰＭセンサ１１の再生後に所定期間が経過した時点Ｔ１のＰＭセンサ１１の出力値が閾値以上であれば、フィルタ５が異常であると判定することができる。所定期間は、異常なフィルタ５であればＰＭセンサ１１の出力値が閾値以上となり、正常なフィルタ５であればＰＭセンサ１１の出力値が閾値未満となる期間として予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

上記のようにＰＭセンサ１１におけるＰＭ堆積量が所定量以上になると、ＰＭセンサ１１の出力値が増加を始める。ここで、第一ＮＯｘ浄化方法または第二ＮＯｘ浄化方法により触媒４にＨＣが供給されると反応熱により触媒４から流出する排気の温度がＰＭ酸化温度以上となる虞がある。そうすると、ＰＭセンサ１１の再生時以外であっても、ＰＭセンサ１１周りの温度がＰＭ酸化温度に達する虞がある。このような場合、ＰＭセンサ１１のＰＭ堆積量が減少してしまうので、フィルタ５が異常であったとしてもＰＭセンサ１１の出力値が増加を始める時期が遅くなるため、フィルタ５が正常であると誤判定される虞がある。

図４は、フィルタ５が異常な場合におけるＰＭセンサ１１の出力値の推移を示したタイムチャートである。実線は、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度を、ＰＭ酸化温度よりも低く維持した場合を示し、破線は、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度がＰＭセンサ１１の再生後にＰＭ酸化温度以上になった場合を示している。このように、異常なフィル
タ５であっても、ＰＭ堆積中にＮＯｘ浄化のために触媒４にＨＣが供給されると、ＰＭセンサ１１の再生後に所定期間が経過した時点Ｔ１のＰＭセンサ１１の出力値が閾値未満となり、フィルタ５が正常であると誤判定されてしまう虞がある。

また、触媒４においてＨＣが反応して排気の温度が上昇すると、排気の体積も増加するため、排気の流速が増加する。排気の流速が高くなると、ＰＭセンサ１１に到達するＰＭ量に対する、ＰＭセンサ１１に堆積せずに該ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭ量の比が高くなる。このため、ＰＭセンサ１１の出力値が増加を始める時期が遅くなるので、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関が低くなる。なお、本実施例においては、排気の流速が所定流速を超えると、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関が許容範囲よりも低くなることとする。すなわち、排気の流速が所定流速を超えると、ＰＭセンサ１１に到達するＰＭ量に対する、ＰＭセンサ１１に堆積せずに該ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭ量の比が、所定の許容値を超える。

図５は、フィルタ５が異常な場合におけるＰＭセンサ１１の出力値の推移を示したタイムチャートである。破線は、所定流速を超えない範囲で実線の場合よりも流速が２倍のときを示している。この場合、流速が２倍になると、ＰＭセンサ１１に流入するＰＭ量も２倍になる。そして、ＰＭセンサ１１に流入するＰＭ量に対する、ＰＭセンサ１１に堆積するＰＭ量の比が変わらないとすると、ＰＭセンサ１１の出力値が増加を開始するまでの期間は半分になる。しかし、流速の増加により所定流速を超えた場合には、ＰＭセンサ１１に流入するＰＭ量に対する、ＰＭセンサ１１を通過するＰＭ量の比が高くなり、その分、ＰＭセンサ１１の出力値が増加を開始するまでの期間が長くなる（図５一点鎖線参照。）。すなわち、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関が低くなる。

本実施例では、第一ＮＯｘ浄化方法または第二ＮＯｘ浄化方法によりＮＯｘの浄化が行われているときに、ＰＭセンサ１１を流れる排気の温度がＰＭ酸化温度よりも低くなるように、または、排気の流速が所定流速よりも低くなるように、燃料添加弁３からの燃料噴射量または燃料噴射弁６からの燃料噴射量を調整することにより、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関が低くなることを抑制する。

本実施例においては、ＮＯｘ還元中において、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度がＰＭ酸化温度を超える場合、または、排気の流速が所定流速を超える場合には、触媒４における燃料の発熱量を減少させる。なお、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度が実際にＰＭ酸化温度を超えた場合、または、排気の流速が実際に所定流速を超えた場合に、触媒４における発熱量を減少させてもよいし、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度がＰＭ酸化温度を超えると予測される場合、または、排気の流速が実際に所定流速を超えると予測される場合に、触媒４における発熱量を減少させてもよい。

ここで、第一ＮＯｘ浄化方法において、燃料添加弁３からの単位時間当たりの総噴射量が変化しないようにして、１回当たりの噴射量と、噴射周期と、を変化させた場合に、１回当たりの噴射量を多くし且つ噴射周期を長くするほど、触媒４における発熱量が小さくなる。

第一ＮＯｘ浄化方法が用いられているときには、燃料添加弁３から噴射された大部分の燃料は排気中の酸素を消費するために使用され、残りの燃料が還元剤中間体の生成に使用される。この場合、内燃機関１から排出されるＮＯｘはこの還元性中間体によって浄化され、したがって内燃機関１から排出されるＮＯｘを良好に浄化するには内燃機関１から排出されるＮＯｘ量に応じた量の還元性中間体を生成する必要があり、そのためには生成すべき還元性中間体の量に応じた燃料を燃料添加弁３から噴射する必要がある。すなわち、
燃料添加弁３からは、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＮＯｘ量に応じた量の燃料を単位時間当たりに噴射する必要がある。

したがって、内燃機関１の同一の運転状態において、すなわち燃料噴射前の排気の空燃比が同一で排気中のＮＯｘ量が同一の状態において、燃料添加弁３からの１回当たりの燃料の噴射量または燃料の噴射周期を変化させる場合、排気中に含まれるＮＯｘを良好に還元するためには、燃料添加弁３からの単位時間当たりの総噴射量が変化しないようにして、１回当たりの噴射量と噴射周期とを変化させることが必要となる。このため、燃料添加弁３からの１回当たりの噴射量及び噴射周期を変化させる場合、噴射周期が長くなるにしたがって、１回当たりの噴射量が増加される。

図６は、燃料添加弁３からの単位時間当たりの総噴射量が変化しないようにして、１回当たりの噴射量及び噴射周期を変化させた場合のタイムチャートである。上段は１回当たりの噴射量を少なくし且つ噴射周期ＤＴを短くした場合を示し、下段は上段の場合よりも１回当たりの噴射量を多くし且つ噴射周期ＤＴを長くした場合を示している。上段及び下段の噴射率は同じであるため、１回当たりの噴射量は、燃料添加弁３から燃料を噴射する時間に応じて決まる。

第一ＮＯｘ浄化方法が用いられているときには、燃料添加弁３から噴射された大部分の燃料は排気中の酸素を消費するために使用される。すなわち、燃料添加弁３から噴射された大部分の燃料は排気中の酸素と反応して酸化される。しかし、この場合、燃料添加弁３からの燃料の一回当たりの噴射量が多くなると、排気中における燃料濃度が高くなるために酸素不足となって酸素と反応しない燃料が増加する。その結果、酸化反応熱の発生量が低下する。すなわち、燃料の噴射周期が長くされ且つ燃料の噴射量が増加されると、酸化反応熱の発生量が減少することになる。このような場合であっても、燃料添加弁３から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを噴射するのであれば、還元性中間体は生成されるので、ＮＯｘを浄化することができる。したがって、第一ＮＯｘ浄化方法が用いられているときには、燃料の噴射周期が長くされると、排気の温度上昇が抑制されるため、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度が低下し且つ排気の流速が低下する。

そこで本実施例では、フィルタ５に異常があるか否か判定するためにＰＭセンサ１１にＰＭを堆積させているときに、第一ＮＯｘ浄化方法を用いる場合には、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度がＰＭ酸化温度を超えるときには超えないときよりも、または、排気の流速が所定流速を超えるときには超えないときよりも、燃料添加弁３からの燃料の噴射周期を長くすると共に１回当たりの燃料の噴射量を増加するようにしている。このときには、燃料添加弁３からの単位時間当たりの総噴射量は変化しないように、燃料添加弁３からの噴射量を第一基準噴射量よりも多くし且つ噴射周期を第一基準周期よりも長くしている。これにより、還元性中間体を生成しつつ、触媒４における発熱量を低下させることができる。なお、燃料添加弁３からの噴射量を第一基準噴射量よりも多くし且つ噴射周期を第一基準周期よりも長くする場合には、排気の温度が高くなるほど、または、排気の流速が高くなるほど、燃料添加弁３からの噴射量を第一基準噴射量よりも多くし且つ噴射周期を第一基準周期よりも長くしてもよい。

また、第二ＮＯｘ浄化方法が用いられている場合においても、内燃機関１から排出されるＨＣにより触媒４での発熱量が増加することで、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度がＰＭ酸化温度を超えたり、または、排気の流速が所定流速を超えたりする虞がある。このような場合には、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量を第二基準噴射量よりも減少させる。これにより、排気の温度及び排気の流速を低下させることができる。

このように、フィルタ５に異常があるか否か判定するためにＰＭセンサ１１にＰＭを堆積させているときに、ＰＭセンサ１１に堆積したＰＭが酸化される場合には、ＰＭセンサ１１に流入する排気の温度を低下させることにより、ＰＭが酸化されることを抑制できる。また、ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭの割合が許容範囲を超える場合には、排気の温度を低下させることでＰＭセンサ１１に流入する排気の流速を低下させることにより、ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭの割合を低下させることができる。すなわち、排気中のＰＭ量と、ＰＭセンサ１１の出力値が増加を始めるまでの時間及びＰＭセンサ１１の出力値が閾値に達するまでの時間と、の相関関係を維持できるため、フィルタ５が異常であるか否か正確に判定することができる。

このように、燃料添加弁３からの噴射量及び噴射周期、または、燃料噴射弁６からの噴射量を調整することで、排気中のＰＭの量に応じてＰＭセンサ１１の出力値を増加させることができるため、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量との相関を高めることができる。これにより、フィルタ５の異常判定の精度も高めることができる。

ここで、図７は、本実施例に係る第一ＮＯｘ浄化方法を用いてＮＯｘを浄化している場合において、ＰＭセンサ１１によりＰＭを検出するときの排気の温度及び燃料添加弁３からの噴射量を示したタイムチャートである。排気の温度は、ＰＭセンサ１１の温度と等しいものとする。また、第一所定温度はＰＭ酸化温度とすることができる。ＴＡで示した時点において排気の温度が第一所定温度となり、ＴＢで示した時点において排気の温度が第二所定温度となっている。排気の温度が、第一所定温度を超えた場合には、１回当たりの噴射量が第一基準噴射量よりも多く且つ噴射周期が第一基準周期よりも長くされる。そうすると、その後に排気の温度が低下する。一方、排気の温度が第二所定温度よりも低くなると、１回当たりの噴射量が第一基準噴射量とされ且つ噴射周期が第一基準周期とされる。そうすると、その後に排気の温度が上昇する。第二所定温度以上で且つ第一所定温度以下の場合には、１回当たりの噴射量及び噴射周期を変更しない。この温度の範囲は不感帯であり、この不感帯を設定することにより噴射周期及び噴射量が頻繁に変更されることを抑制している。第二所定温度は、ＮＯｘ浄化率の低下が許容範囲内となるように設定される。

図８は、本実施例に係る排気の温度の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、フィルタ５が正常であるか否かの判定を行うためにＰＭセンサ１１にＰＭを堆積させている途中であるか否か判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで温度フラグが０とされる。この温度フラグは、第一ＮＯｘ浄化方法において燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量が、第一基準周期及び第一基準噴射量よりも増加されているとき、または、第二ＮＯｘ浄化方法において燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量よりも減少されているときに１となる。また、第一ＮＯｘ浄化方法において燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量が第一基準周期及び第一基準噴射量のとき、または、第二ＮＯｘ浄化方法において燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量のときに０となる。すなわち、触媒４における発熱量が少なくなるようにＨＣの供給量が調整されている場合に温度フラグが１となり、このような調整がなされていない場合に温度フラグが０となる。

ステップＳ１０２では、第一制御が実施中であるか否か判定される。第一制御は、第一ＮＯｘ浄化方法によりＮＯｘを浄化するための制御である。第一制御が実施されている場合には、初期状態では、燃料添加弁３からの噴射量が第一基準噴射量とされ、噴射周期が
第一基準周期とされている。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０３では、第一温度制御が実施される。第一温度制御は、第一制御実施中に実行される温度制御である。この第一温度制御については後述する。

ステップＳ１０４では、第二制御が実施中であるか否か判定される。第二制御は、第二ＮＯｘ浄化方法によりＮＯｘを浄化するための制御である。第二制御が実施されている場合には、初期状態では、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの噴射量が第二基準噴射量とされる。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０５では、第二温度制御が実施される。第二温度制御は、第二制御実施中に実行される温度制御である。この第二温度制御については後述する。

次に、ステップＳ１０３で実施される第一温度制御について説明する。図９は、第一温度制御の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。

ステップＳ２０１では、排気の温度が第一所定温度よりも高いか否か判定される。第一所定温度は、ＰＭ酸化温度、または、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭが酸化される虞のある温度とすることができる（図７参照。）。すなわち、本ステップＳ２０１では、排気の温度が、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭが減少する温度、または、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭが減少する虞のある温度であるか否か判定している。排気の温度は、温度センサ１２により検出される温度である。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０２では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期が第一基準周期よりも長くされ且つ１回当たりの噴射量が第一基準噴射量よりも多くされる。すなわち、触媒４における発熱量を減少させるために、噴射周期を長くし且つ噴射量を多くしている。本ステップＳ２０２では、第一基準周期及び第一基準噴射量から所定の割合だけ増加させてもよく、また、排気の温度と第一所定温度との差が大きいほど、第一基準周期及び第一基準噴射量からの増加量を大きくしてもよい。次にステップＳ２０３へ進んで、温度フラグが１とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。

一方、ステップＳ２０４では、温度フラグが１であるか否か判定される。本ステップＳ２０４では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量が、第一基準周期及び第一基準噴射量から増加されているか否か判定している。ステップＳ２０４で否定判定がなされた場合には、排気の温度が第一所定温度以下であり且つ燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量の増加も行われていないため本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。すなわち、ステップＳ２０４で否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

また、ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、排気の温度が第二所定温度よりも低いか否か判定される。第二所定温度は、第一所定温度よりも低い温度であり、噴射周期及び噴射量を元に戻すために設定される温度である（図７参照。）。排気の温度が、第二所定温度以上且つ第一所定温度以下の温度の場合には、噴射周期及び噴射量は変更しない。したがって、ステップＳ２０５で
否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。すなわち、ステップＳ２０５で否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

一方、ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進んで、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期を第一基準周期とし且つ１回当たりの噴射量を第一基準噴射量とする。すなわち、噴射周期及び噴射量を元に戻して、触媒４の温度低下を抑制することで、ＮＯｘ浄化率を向上させる。次にステップＳ２０７へ進んで、温度フラグが０とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。

次に、ステップＳ１０５で実施される第二温度制御について説明する。図１０は、第二温度制御の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。図９に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にステップＳ３０１へ進んで、リッチ空燃比とするときの気筒内への燃料噴射弁６からの燃料噴射量を第二基準噴射量よりも減少させる。このときには、第二基準噴射量から所定量若しくは所定割合だけ減少させてもよく、排気の温度が高いほど第二基準噴射量からの減少量を大きくしてもよい。この場合、ＮＯｘの還元が可能な範囲で燃料噴射量を減少させる。第一温度制御では、比較的短時間における１回当たりの噴射量を多くすることで酸素を不足させることにより発熱量を低下させているが、第二温度制御では、第一温度制御よりも長い時間における燃料噴射量を減少させることによりＨＣを不足させることにより発熱量を低下させている。その後、ステップＳ２０３へ進む。

また、図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ２０５で肯定判定がなされるとステップＳ３０２へ進んで、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量とされる。その後、ステップＳ２０７へ進む。なお、図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ２０４またはステップＳ２０５において否定判定がなされた場合には、現時点の燃料噴射量が維持される。

次に、排気の流速を制御する場合について説明する。図１１は、本実施例に係る排気の流速の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。図８に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

図１１に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２で肯定判定がなされるとステップＳ４０１へ進み、第一流速制御が実施される。第一流速制御は、第一制御実施中に実行される排気の流速制御である。この第一流速制御については後述する。

また、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進み、第二流速制御が実施される。第二流速制御は、第二制御実施中に実行される排気の流速制御である。この第二流速制御については後述する。

また、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合、及び、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ４０３へ進んで流速フラグが０とされる。この流速フラグは、第一ＮＯｘ浄化方法において燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量が第一基準周期及び第一基準噴射量よりも増加されているとき、または、第二ＮＯｘ浄化方法においてリッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準
噴射量よりも減少されているときに１となる。また、第一ＮＯｘ浄化方法において燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量が第一基準周期及び第一基準噴射量のとき、または、第二ＮＯｘ浄化方法においてリッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量のときに０となる。

次に、ステップＳ４０１で実施される第一流速制御について説明する。図１２は、第一流速制御の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。

ステップＳ５０１では、排気の流速が第一所定流速よりも高いか否か判定される。第一所定流速は、ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭの割合が許容範囲を超える排気の流速とすることができる。本ステップＳ５０１では、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭ量と、排気中のＰＭ量と、の相関が低くなるか否か判定している。排気の流速は、温度センサ１２により検出される温度、内燃機関１の吸入空気量、内燃機関１への燃料噴射弁６からの燃料噴射量、燃料添加弁３からの燃料噴射量などと、相関関係にあるため、これらの値に基づいて排気の流速を推定する。この関係は予め実験またはシミュレーションにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ５０４へ進む。

ステップＳ５０２では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期が第一基準周期よりも長く且つ１回当たりの噴射量が第一基準噴射量よりも多くされる。すなわち、触媒４における発熱量を減少させるために、噴射周期を長くし且つ１回当たりの噴射量を多くしている。このときには、第一基準周期及び第一基準噴射量から所定の割合だけ増加させてもよく、また、排気の流速と第一所定流速との差が大きいほど、第一基準周期及び第一基準噴射量からの増加量を大きくしてもよい。本ステップＳ５０２を実行することで触媒４における発熱量が減少すると、排気の膨張度合いが低下するために排気の流速が低下する。次にステップＳ５０３へ進んで、流速フラグが１とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ４０１の処理が終了される。

一方、ステップＳ５０４では、流速フラグが１であるか否か判定される。本ステップＳ５０４では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量が、第一基準周期及び第一基準噴射量から増加されているか否か判定している。ステップＳ５０４で否定判定がなされた場合には、排気の流速が第一所定流速以下であり且つ燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期及び噴射量の増加も行われていないため本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ４０１の処理が終了される。すなわち、ステップＳ５０４で否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

ステップＳ５０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０５へ進む。ステップＳ５０５では、排気の流速が第二所定流速よりも低いか否か判定される。第二所定流速は、第一所定流速よりも低い流速であり、噴射周期及び噴射量を元に戻すために設定される流速である。排気の流速が、第二所定流速以上且つ第一所定流速以下の流速の場合には、噴射周期及び噴射量は変更しない。この流速の範囲は不感帯であり、この不感帯を設定することにより噴射周期及び噴射量が頻繁に変更されることを抑制している。したがって、ステップＳ５０５で否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ４０１の処理が終了される。すなわち、ステップＳ５０５で否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

一方、ステップＳ５０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０６へ進んで、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期を第一基準周期とし且つ１回当たりの噴射量を第一基準噴射量とする。すなわち、噴射周期及び噴射量を元に戻して、触媒４の温度低
下を抑制し、ＮＯｘ浄化率を向上させる。次にステップＳ５０７へ進んで、流速フラグが０とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ４０１の処理が終了される。

次に、ステップＳ４０２で実施される第二流速制御について説明する。図１３は、第二流速制御の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。図１２に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

図１３に示したフローチャートでは、ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合にステップＳ６０１へ進んで、リッチ空燃比とするときの気筒内への燃料噴射弁６からの燃料噴射量を第二基準噴射量から減少させる。このときには、第二基準噴射量から所定量若しくは所定割合だけ減少させてもよく、排気の流速が高いほど第二基準噴射量からの減少量を大きくしてもよい。この場合、ＮＯｘの還元が可能な範囲で燃料噴射量を減少させる。第一流速制御では、比較的短時間における１回当たりの噴射量を多くすることで酸素を不足させることにより発熱量を低下させ、これにより排気の流速を低下させているが、第二流速制御では、第一流速制御よりも長い時間における燃料噴射量を減少させることによりＨＣを不足させることにより発熱量を低下させ、これにより排気の流速を低下させている。

また、図１３に示したフローチャートでは、ステップＳ５０５で肯定判定がなされるとステップＳ６０２へ進んで、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量とされる。その後、ステップＳ５０７へ進む。なお、図１３に示したフローチャートでは、ステップＳ５０４またはステップＳ５０５において否定判定がなされた場合には、現時点の燃料噴射量が維持される。

なお、排気の温度と排気の流速との両方を考慮した制御も可能である。図１４は、本実施例に係る排気の温度及び排気の流速の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。本フローチャートでは、第一制御及び第二制御の夫々において、排気の温度及び排気の流速を制御している。

ここで、第一温度制御または第二温度制御により触媒４における発熱量が減少されると、排気の流速にも影響を与える。また、第一流速制御または第二流速制御により触媒４における発熱量が減少されると、排気の温度にも影響を与える。このため、温度制御と流速制御を同時に行うと、制御が複雑になる。したがって、本実施例では、第一温度制御または第二温度制御が実施されている場合には、第一流速制御及び第二流速制御を実施しないようにし、第一流速制御または第二流速制御が実施されている場合には、第一温度制御及び第二温度制御を実施しないようにしている。

このため、ステップＳ１０２で肯定判定がなされると、ステップＳ７０１が実行される。このステップＳ７０１では、流速フラグが０であるか否か判定される。すなわち、排気の流速がすでに減少されている状態でないか否か判定している。排気の流速がすでに減少されている場合には、第一温度制御により排気の温度が上昇されてしまうと、ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭが許容範囲を超える虞がある。このため、流速フラグが０の場合に限り、すなわちステップＳ７０１で肯定判定がなされた場合に限りステップＳ１０３へ進んで第一温度制御を実施する。一方、ステップＳ７０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ７０２へ進む。

ステップＳ７０２では、温度フラグが０であるか否か判定される。すなわち、排気の温度がすでに低下されている状態でないか否か判定される。排気の温度がすでに低下されている場合には、第一流速制御により排気の流速が上昇されてしまうと、排気の温度がＰＭ酸化温度まで上昇する虞がある。このため、温度フラグが０の場合に限り、すなわちステップＳ７０２で肯定判定がなされた場合に限りステップＳ４０１へ進んで第一流速制御を実施する。一方、ステップＳ７０２で否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。

第二制御を実施中の場合も同様で、ステップＳ７０３で流速フラグが０であるか否か判定される。そして、ステップＳ７０３で肯定判定がなされた場合に限りステップＳ１０５へ進んで第二温度制御が実施され、ステップＳ７０３で否定判定がなされるとステップＳ７０４へ進む。ステップＳ７０４では、温度フラグが０であるか否か判定される。そして、ステップＳ７０４で肯定判定がなされた場合に限りステップＳ４０２へ進んで第二流速制御が実施され、ステップＳ７０４で否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。

なお、第一温度制御は、図９に示したフローチャートにより実施することもできるが、以下の図１５に示したフローチャートにより実施することもできる。すなわち、ステップＳ１０３では、以下のような処理を行ってもよい。図１５は、第一温度制御の他の態様を示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。

ステップＳ８０１では、排気の温度が第三所定温度よりも高いか否か判定される。第三所定温度は、第一所定温度よりも低く且つ第二所定温度よりも高い温度であり、排気の温度が変化するときの応答遅れにより排気の温度がＰＭ酸化温度を超えないように設定される。本ステップＳ８０１では、排気の温度が、ＰＭセンサ１１に堆積しているＰＭが減少する虞のある温度であるか否か判定している。排気の温度は、温度センサ１２により検出される温度である。ステップＳ８０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ８０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ８０５へ進む。

ステップＳ８０２では、排気の温度が上昇中であるか否か判定される。排気の温度が第三所定温度より高い場合であっても、排気の温度が一定であったり、下降中であったりする場合には、排気の温度が第一所定温度を超えることがないため、噴射周期及び噴射量を増加させる必要はないと判断される。このため、ステップＳ８０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ８０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。すなわち、ステップＳ８０２において否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

ステップＳ８０３では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期が第一基準周期よりも長く且つ１回当たりの噴射量が第一基準噴射量よりも多くされる。すなわち、触媒４における発熱量を減少させるために、噴射周期を長くし且つ１回当たりの噴射量を多くしている。このときには、第一基準周期及び第一基準噴射量から所定の割合だけ増加させてもよく、また、排気の温度と第三所定温度との差が大きいほど、第一基準周期及び第一基準噴射量からの増加量を大きくしてもよい。次にステップＳ８０４へ進んで、温度フラグが１とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。

一方、ステップＳ８０４では、排気の温度が下降中であるか否か判定される。本ステップでは、排気の温度を上昇させる必要があるか否か判定している。すなわち、排気の温度が第三所定温度以下でありさらに排気の温度が下降中である場合には、排気の温度が低く
なりすぎてＮＯｘ浄化率が低下する虞があるため、このような場合には、排気の温度を上昇させる。ステップＳ８０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ８０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。ステップＳ８０５において否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

ステップＳ８０６では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期を第一基準周期とし且つ１回当たりの噴射量を第一基準噴射量とする。すなわち、噴射周期及び噴射量を元に戻して触媒４における発熱量を増加させる。次にステップＳ８０７へ進んで、温度フラグが０とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ１０３の処理が終了される。

なお、第二温度制御は、図１０に示したフローチャートにより実施することもできるが、以下の図１６に示したフローチャートにより実施することもできる。すなわち、ステップＳ１０５では、以下のような処理を行ってもよい。図１６は、第二温度制御の他の態様を示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。図１５に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。なお、本フローチャートに係る第三所定温度は、図１５に示したフローチャートに係る第三所定温度と同じ値としているが、これに代えて、異なる値としてもよい。

図１６に示したフローチャートでは、ステップＳ８０２で肯定判定がなされた場合にステップＳ９０１へ進んで、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量を第二基準噴射量から減少させる。このときには、第二基準噴射量から所定量若しくは所定割合だけ減少させてもよく、排気の温度が高いほど第二基準噴射量からの減少量を大きくしてもよい。この場合、ＮＯｘの還元が可能な範囲で燃料噴射量を減少させる。

また、図１６に示したフローチャートでは、ステップＳ８０５で肯定判定がなされるとステップＳ９０２へ進んで、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量とされる。その後、ステップＳ８０７へ進む。なお、ステップＳ８０２またはステップＳ８０５において否定判定がなされた場合には、現時点の燃料噴射量が維持される。

なお、第一流速制御は、図１２に示したフローチャートにより実施することもできるが、以下の図１７に示したフローチャートにより実施することもできる。すなわち、ステップＳ４０１では、以下のような処理を行ってもよい。図１７は、第一流速制御の他の態様を示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。

ステップＳ１００１では、排気の流速が第三所定流速よりも高いか否か判定される。第三所定流速は、第一所定流速よりも低く且つ第二所定流速よりも高い流速であり、排気の温度が変化して排気の流速が変化するときの応答遅れにより排気の流速が第一所定流速を超えないように設定される。本ステップＳ１００１では、排気の流速が、ＰＭセンサ１１を通り抜けるＰＭが許容範囲を超える虞のある流速であるか否か判定している。ステップＳ１００１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１００２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１００５へ進む。

ステップＳ１００２では、排気の流速が上昇中であるか否か判定される。排気の流速が第三所定流速より高い場合であっても、排気の流速が一定であったり、下降中であったりする場合には、排気の流速が第一所定流速を超えることがないため、噴射周期及び噴射量を増加させる必要はないと判断される。このため、ステップＳ１００２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１００３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチ
ャートを終了させることによりステップＳ４０１の処理が終了される。すなわち、ステップＳ１００２において否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

ステップＳ１００３では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期が第一基準周期よりも長く且つ１回当たりの噴射量が第一基準噴射量よりも多くされる。すなわち、触媒４における発熱量を減少させるために、噴射周期を長くし且つ１回当たりの噴射量を多くしている。このときには、第一基準周期及び第一基準噴射量から所定の割合だけ増加させてもよく、また、排気の流速と第三所定流速との差が大きいほど、第一基準周期及び第一基準噴射量からの増加量を大きくしてもよい。次にステップＳ１００４へ進んで、流速フラグが１とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ４０１の処理が終了される。

一方、ステップＳ１００５では、排気の流速が下降中であるか否か判定される。本ステップでは、排気の流速を上昇させる必要があるか否か判定している。すなわち、排気の流速が第三所定流速以下でありさらに排気の流速が下降中である場合には、排気の温度を上昇させることによりＮＯｘ浄化率を上昇させる。ステップＳ１００５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１００６へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。ステップＳ１００５において否定判定がなされた場合には、現時点の噴射周期及び噴射量が維持される。

ステップＳ１００６では、燃料添加弁３からの燃料噴射における噴射周期を第一基準周期とし且つ１回当たりの噴射量を第一基準噴射量とする。すなわち、噴射周期及び噴射量を元に戻して、触媒４の温度低下を抑制することで、ＮＯｘ浄化率を向上させる。次にステップＳ１００７へ進んで、流速フラグが０とされる。その後本フローチャートを終了させることにより、ステップＳ４０１の処理が終了される。

なお、第二流速制御は、図１３に示したフローチャートにより実施することもできるが、以下の図１８に示したフローチャートにより実施することもできる。すなわち、ステップＳ４０２では、以下のような処理を行ってもよい。図１８は、第二流速制御の他の態様を示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により実行される。図１７に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。なお、本フローチャートに係る第三所定流速は、図１７に示したフローチャートに係る第三所定流速と同じ値としているが、これに代えて、異なる値としてもよい。

図１８に示したフローチャートでは、ステップＳ１００２で肯定判定がなされた場合にステップＳ１１０１へ進んで、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量を第二基準噴射量から減少させる。このときには、第二基準噴射量から所定量若しくは所定割合だけ減少させてもよく、排気の流速が高いほど第二基準噴射量からの減少量を大きくしてもよい。この場合、ＮＯｘの還元が可能な範囲で燃料噴射量を減少させる。

また、図１８に示したフローチャートでは、ステップＳ１００５で肯定判定がなされるとステップＳ１１０２へ進んで、リッチ空燃比とするときの燃料噴射弁６からの燃料噴射量が第二基準噴射量とされる。その後、ステップＳ１００７へ進む。なお、ステップＳ１００２またはステップＳ１００５で否定判定がなされた場合には、現時点の燃料噴射量が維持される。

なお、ステップＳ２０２、ステップＳ５０２、ステップＳ８０３、ステップＳ１００３では、燃料添加弁３からの噴射周期を第一基準周期よりも長くし且つ噴射量を第一基準噴
射量よりも多くすることで触媒４における発熱量を低減しているため、単位時間当たりの総噴射量は変化しないようにしている。一方、ＮＯｘの還元よりもフィルタ５が異常であるか否か判定することを優先させる場合には、単位時間当たりの総噴射量を減少させることにより触媒４における発熱量を低減することもできる。この場合、燃料添加弁３からの噴射周期を第一基準周期よりも長くし且つ噴射量を第一基準噴射量よりも多くしてもよいし、噴射周期を第一基準周期とし且つ噴射量を第一基準噴射量としてもよい。また、燃料添加弁３から触媒４へのＨＣの供給を停止することによっても触媒４における発熱量を低減することもできる。

また、ステップＳ３０１、ステップＳ６０１、ステップＳ９０１、ステップＳ１１０１では、リッチ空燃比とするときの気筒内への燃料噴射弁６からの燃料噴射量を第二基準噴射量よりも減少させることで触媒４における発熱量を低減している。この場合、第二ＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘの浄化は継続している。一方、ＮＯｘの還元よりもフィルタ５が異常であるか否か判定することを優先させる場合には、第二ＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘの浄化を停止してもよい。すなわち、触媒４にＨＣを供給しないようにしてもよい。これにより、触媒４における発熱量を低減することができる。

なお、本実施例においては、機関回転速度と、触媒４の温度と、に基づいて、第一ＮＯｘ浄化方法または及び第二ＮＯｘ浄化方法の何れか一方が選択し、第一ＮＯｘ浄化方法の実施中及び第二ＮＯｘ浄化方法の実施中の夫々において、触媒での発熱量を調整するように、第一温度制御、第一流速制御、第二温度制御、または第二流速制御を実施しているが、これに代えて、第一ＮＯｘ浄化方法の実施中に限り触媒での発熱量を調整するように、第一温度制御または第一流速制御を実施してもよい。すなわち、第二ＮＯｘ浄化方法の実施中には、第二温度制御及び第二流速制御を実施しないようにしてもよい。

以上説明したように本実施例によれば、フィルタ５が正常であるか異常であるかを判定するためにＰＭセンサ１１にＰＭを堆積させているときに、ＰＭセンサ１１におけるＰＭ堆積量と排気中のＰＭ量との相関が低くなる虞がある場合に、触媒４における発熱量を低下させている。これにより、ＰＭセンサ１１におけるＰＭ堆積量と排気中のＰＭ量との相関を良好に維持することができるため、フィルタ５の異常判定の精度を向上させることができる。

１内燃機関
２排気通路
３燃料添加弁
４触媒
５フィルタ
６燃料噴射弁
７吸気通路
１０ＥＣＵ
１１ＰＭセンサ
１２温度センサ
１５アクセル開度センサ
１６クランクポジションセンサ
１７エアフローメータ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
ＨＣが供給されることによりＮＯｘを浄化する触媒と、
前記触媒へＨＣを供給するＨＣ供給部と、
前記フィルタ及び前記触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサであって、該ＰＭセンサに堆積した粒子状物質に応じた信号を出力するＰＭセンサと、
前記ＰＭセンサの出力値に基づいて前記フィルタに異常があるか否か判定する判定部と、
を備えたフィルタの異常検出装置において、
前記判定部により前記フィルタに異常があるか否か判定するために前記ＰＭセンサに粒子状物質を堆積させているときに前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる場合には、前記ＰＭセンサの周囲の温度が所定温度よりも高いときには低いときよりも、または、前記ＰＭセンサの周囲の流速が所定流速よりも高いときには低いときよりも、前記触媒での発熱量が小さくなるように前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる制御装置を備えるフィルタの異常検出装置。
前記所定温度は、前記ＰＭセンサに堆積している粒子状物質が酸化する温度である請求項１に記載のフィルタの異常検出装置。
前記所定流速は、前記ＰＭセンサに到達した粒子状物質の量に対する前記ＰＭセンサに堆積する粒子状物質の量の比が、所定の許容値となる流速である請求項１に記載のフィルタの異常検出装置。
前記触媒の表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性層が形成されており、該触媒は、前記ＨＣ供給部から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを供給することにより該触媒内に生成された還元性中間体でもって排気中のＮＯｘを還元する性質を有すると共に、前記ＨＣ供給部からＨＣの供給周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気中のＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、
前記制御装置は、前記ＨＣ供給部から予め定められた範囲内の周期でもって予め定められた量のＨＣを前記触媒へ供給させることにより前記触媒で生成される還元性中間体でもって排気中のＮＯｘを還元させるときに、前記触媒での発熱量が小さくなるように前記ＨＣ供給部から前記触媒へＨＣを供給させる場合には、単位時間当たりのＨＣの供給量を変化させずに、ＨＣを供給する周期を長くし、且つ、１回当たりのＨＣの供給量を増加させる請求項１から３の何れか１項に記載のフィルタの異常検出装置。