JP6852654B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

排気中の粒子を捕集するフィルタを排気通路に備える内燃機関が知られている（例えば特許文献１等）。こうした内燃機関の排気通路には、排気通路内の圧力を計測する圧力センサがフィルタの上流に設けられている。そして、この圧力センサの検出値に基づいてフィルタの粒子堆積量を算出しており、その算出した粒子堆積量が閾値に達すると、フィルタに堆積した粒子を燃焼除去する再生処理が行われる。

特開２０１５−２１４５５号公報

ところで、例えば再生処理が十分に行えない状態が続くなどにより、フィルタの粒子堆積量が上記閾値を超えて増加していくと、フィルタよりも上流の排気圧は、フィルタの粒子堆積量が上記閾値に達したときの圧力を超えて上昇するようになり、場合によっては排気系部品の耐圧限界に達してしまうおそれがある。

そこで、フィルタよりも上流の排気圧が、そうした耐圧限界に達する前に排気圧の増大を制限する制限処理を行うようにすれば、排気系部品を保護することができる。ここで、排気圧が耐圧限界に達する前に制限処理を開始するには、耐圧限界よりも低い値に設定した制限開始圧に排気圧が達した時点で制限処理を開始することが望ましい。

ただし、そうした制限開始圧が圧力センサの計測可能範囲よりも高い場合には、排気圧が制限開始圧に達しているか否かを把握できないため、排気系部品を保護することができなくなる。従って、圧力センサの計測可能範囲を少なくともそうした制限開始圧を検出可能な範囲にまで広げる必要がある。

しかし、圧力センサの計測可能範囲を広げると、新たに次の不都合が生じる。すなわち、圧力変化に応じた圧力センサの出力値の変化幅には限りがある。そのため、圧力センサの計測可能範囲を広げてしまうと、圧力変化に対する圧力センサの出力値変化が小さくなり、微細な圧力変化を捉えることが難しくなるため、圧力センサの検出値に基づいて算出される粒子堆積量の精度が低下してしまう。従って、圧力センサの計測可能範囲を広げようとしても限界がある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタよりも上流の排気圧が圧力センサの計測可能範囲を超えた異常に高い圧力になっていても、そうした排気圧の異常の有無を判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、排気通路の途中に設けられて排気中の粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも上流の排気圧を計測する圧力センサとを備える内燃機関に適用されて、前記圧力センサの検出値に基づいて前記フィルタの粒子堆積量を推定する第１推定処理と、機関運転状態に基づいて前記フィルタの粒子堆積量を推定する第２推定処理とを行う。そして、この制御装置は、前記圧力センサの検出値が当該圧力センサの計測可能範囲の上限値に達した場合には、前記第２推定処理で推定された前記粒子堆積量と所定の閾値とを比較することにより前記排気圧の異常の有無を判定する処理を実行する。

フィルタよりも上流の排気圧はフィルタの粒子堆積量が多いほど高くなる。そこで、同構成では、フィルタの粒子堆積量と所定の閾値とを比較することにより排気圧が異常に高くなっているか否かを判定するようにしている。ここで、その判定に際して閾値と比較する粒子堆積量は、圧力センサの検出値を使うことなく粒子堆積量を推定可能な上記第２推定処理にて推定される値であるため、フィルタよりも上流の排気圧が、圧力センサの計測可能範囲を超えた異常に高い圧力になっていても、そうした排気圧の異常の有無を判定することが可能になっている。従って、同構成によれば、フィルタよりも上流の排気圧が圧力センサの計測可能範囲を超えた異常な高圧状態になっているか否かを判定することができるようになる。

制御装置の第１実施形態について、これが適用される内燃機関の模式図。 フィルタよりも上流の排気圧と吸入空気量とＰＭ堆積量との関係を示すグラフ。 同実施形態において排気圧の異常を判定するための閾値と吸入空気量との関係を示すグラフ。 同実施形態において排気圧の異常を判定するための一連の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態において排気圧の異常を判定するための一連の処理手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、内燃機関の制御装置の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は車両に搭載されるものであり、複数の気筒１０ａを備えている。各気筒１０ａの吸気ポートには吸気通路１３が接続されている。吸気通路１３には、吸入空気量を調整するスロットル弁１４が設けられている。

各気筒１０ａの燃焼室には燃料噴射弁１１がそれぞれ配置されている。そして、各気筒１０ａの燃焼室では、吸気通路１３を通じて吸入された空気と燃料噴射弁１１から噴射された燃料との混合気が火花放電によって点火されることにより燃焼される。燃焼室での混合気の燃焼によって生じた排気は、内燃機関１０の排気ポートに接続された排気マニホールド１５に排出される。

排気マニホールド１５の下流には、三元触媒１７が接続されている。この三元触媒１７は、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して、水や二酸化炭素を生成する。また、三元触媒１７は、排気に含まれている窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して、窒素を生成する。

三元触媒１７の下流には排気管１６が接続されている。排気管１６の途中には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１８が設けられている。なお、フィルタ１８に堆積するＰＭには、内燃機関１０の機関本体において燃料が燃焼されることにより生成される煤や、潤滑油等が燃焼されることにより生成されるアッシュ分などが含まれる。

内燃機関１０の制御装置２００は、中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリ等を備えており、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、内燃機関１０の各種制御を実施する。

制御装置２００には、各種センサの検出信号が入力されている。例えば、内燃機関１０の上部に取り付けられた圧力センサ５０には、排気管１６において三元触媒１７よりも下流側であって且つフィルタ１８よりも上流側の部分に連通する連通管５１が接続されており、圧力センサ５０はフィルタ１８よりも上流の排気通路内の圧力である排気圧ＥＰを検出する。なお、この圧力センサ５０で検出される排気圧ＥＰは、連通管５１内の圧力と大気圧との差圧になっており、この差圧は、排気管１６におけるフィルタ１８の上流側の排気圧とフィルタ１８の下流側の排気圧との圧力差を示す値として利用される。排気管１６において三元触媒１７よりも下流側であって且つフィルタ１８よりも上流側の部分には排気温センサ５２が設けられており、この排気温センサ５２は、三元触媒１７を通過した排気の温度である排気温度ＴＨＥを検出する。内燃機関１０のクランクシャフト近傍に設けられたクランク角センサ５３は、内燃機関１０の機関回転速度ＮＥを検出する。内燃機関１０の吸気通路の上流に設けられたエアフロメータ５４は、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを検出する。

本実施形態では、上述した排気マニホールド１５、三元触媒１７、排気管１６、フィルタ１８、圧力センサ５０、連通管５１、排気温センサ５２等が排気系部品に相当する。
制御装置２００は、燃料噴射弁１１の燃料噴射や、スロットル弁１４の開度を制御する。

また、制御装置２００は、圧力センサ５０の検出値である排気圧ＥＰに基づいてフィルタ１８のＰＭ堆積量である第１堆積量ＤｓＰを推定する第１推定処理と、機関運転状態に基づいてフィルタ１８のＰＭ堆積量である第２堆積量ＤｓＱを推定する第２推定処理とを機関運転中に実行する。

第１推定処理では、排気圧ＥＰが高いほど第１堆積量ＤｓＰの値が大きくなるように同第１堆積量ＤｓＰは推定される。第２推定処理では、例えば燃料噴射弁１１の燃料噴射量Ｑ及び吸入空気量ＧＡ及び機関回転速度ＮＥといった機関運転状態や車両走行距離等に基づき、燃焼室から排出される煤や上記アッシュ分を推定することにより第２堆積量ＤｓＱが推定される。なお、排気圧に基づいたＰＭ堆積量の推定や、機関運転状態に基づいたＰＭ堆積量の推定は周知であり、これ以外の態様で第１堆積量ＤｓＰや第２堆積量ＤｓＱを算出してもよい。

そして、制御装置２００は、第１堆積量ＤｓＰ及び第２堆積量ＤｓＱのうちで量が多い方を最終的なＰＭ堆積量として選択する。そして、この選択されたＰＭ堆積量が予め定めた閾値以上になると、フィルタ１８に堆積したＰＭを燃焼除去して同フィルタ１８を再生するために、フィルタ１８に流入する排気の温度を高める昇温処理を実行する。

本実施形態では、上記昇温処理として、内燃機関１０の一部の気筒１０ａの空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの気筒１０ａの空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とするディザ制御を実行する。このディザ制御が実行されると、リッチ燃焼気筒から排出された排気中の未燃燃料成分や不完全燃焼成分と、リーン燃焼気筒から排出された排気中の酸素との反応が三元触媒１７によって促進されて、三元触媒１７が昇温される。このようにして三元触媒１７が昇温されると、三元触媒１７を通過する排気の温度が上昇し、この高温化した排気が三元触媒１７よりも排気下流側に設けられたフィルタ１８に流れ込むことによりフィルタ１８は高温化する。そして、高温化したフィルタ１８の雰囲気を酸化雰囲気にすることにより、フィルタ１８に捕集されたＰＭは燃焼（酸化）除去される。

また、制御装置２００は、フィルタ１８の再生中にフィルタ１８から減少していくＰＭの量であるＰＭ除去量を排気温度ＴＨＥなどに基づいて算出する。そして、制御装置２００は、フィルタ１８の再生開始時におけるＰＭ堆積量からＰＭ除去量を減算することにより、フィルタ１８の再生中においてフィルタ１８内に残存しているＰＭの量であるＰＭ残存量を算出する。そして、ＰＭ残存量が予め定めた閾値以下になると、フィルタ１８の再生が完了したと判断して、昇温処理を終了する。

ところで、例えば上述したフィルタ１８の再生が十分に行えない状態が続くなどにより、フィルタ１８のＰＭ堆積量が上記閾値を超えて増加していくと、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰは、フィルタ１８のＰＭ堆積量が上記閾値に達したときの圧力を超えて上昇する。そして、場合によっては、上昇した排気圧ＥＰが上述した排気系部品の耐圧限界に達してしまうおそれがある。

そこで、制御装置２００は、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰが、そうした耐圧限界に達する前に排気圧の増大を制限する制限処理を実行することにより、排気系部品を保護する。本実施形態では、そうした制限処理として、スロットル弁１４の開度を減少させて吸入空気量を減量することにより排気圧の増大を抑える処理が実施される。

ここで、本実施形態では、排気圧ＥＰが耐圧限界に達する前に制限処理を開始するために、フィルタ１８よりも上流の排気圧が耐圧限界よりも低い値に設定した制限開始圧に達すると、排気圧が過剰に高い異常な状態になっていると判定する。そして、このようにして排気圧に異常有りと判定されると、上記の制限処理を実行する。

図２に示すように、本実施形態では、上記の耐圧限界Ｐｍａｘが圧力センサ５０の計測可能範囲の上限値ＳＲｍａｘよりも高い圧力になっている。そして、上記の制限開始圧Ｐｓは、圧力センサ５０の計測可能範囲の上限値ＳＲｍａｘよりも高い圧力であって且つ上記耐圧限界Ｐｍａｘよりも低い値に設定されている。

このように、制限開始圧Ｐｓは、圧力センサ５０の計測可能範囲の上限値ＳＲｍａｘよりも高い圧力になっているため、このままでは排気圧ＥＰが制限開始圧Ｐｓに達するほど異常に高い状態になっているのか否かを判断することができない。そのため、本実施形態では、以下のようにして排気圧ＥＰの異常の有無を判定するようにしている。

先の図２において、フィルタ１８のＰＭ堆積量が多いときの吸入空気量ＧＡと排気圧ＥＰとの関係を二点鎖線Ｌ１で示し、フィルタ１８のＰＭ堆積量が少ないときの吸入空気量ＧＡと排気圧ＥＰとの関係を二点鎖線Ｌ２で示す。

これら二点鎖線Ｌ１や二点鎖線Ｌ２に示されるように、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰは、吸入空気量ＧＡの増大に伴って排気流量が増加するほど高くなる。また、同じ吸入空気量ＧＡであってもフィルタ１８のＰＭ堆積量が多いほど排気圧ＥＰは高くなる。このように、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰは、フィルタ１８の現在のＰＭ堆積量及び吸入空気量ＧＡに応じて変化し、吸入空気量が多いときほど、排気圧ＥＰが制限開始圧Ｐｓに達するのに要するＰＭ堆積量は少なくなる。そこで、排気圧ＥＰが制限開始圧Ｐｓに達するのに要するＰＭ堆積量と吸入空気量ＧＡとの関係が予め求められている。そして、この関係から求められる値であって現在の吸入空気量ＧＡに対応するＰＭ堆積量を閾値Ａとすると、この閾値Ａは、図３に示すように、吸入空気量ＧＡが多いときほど少ない値に設定される。

そして圧力センサ５０の検出値が上記の上限値ＳＲｍａｘに達している場合、つまり実際の排気圧ＥＰが圧力センサ５０の計測可能範囲を超えた高い圧力になっている可能性がある場合には、圧力センサ５０の検出値を使うことなく現在のＰＭ堆積量を推定することのできる上記第２推定処理で算出された第２堆積量ＤｓＱと上記閾値Ａとを比較する。そして、第２堆積量ＤｓＱが上記閾値Ａ未満である場合には、排気圧ＥＰは正常であると判定する。一方、第２堆積量ＤｓＱが上記閾値Ａ以上である場合には、排気圧ＥＰは異常であると判定する。

また、圧力センサ５０の検出値が上記の上限値ＳＲｍａｘ未満である場合、つまり実際の排気圧ＥＰが圧力センサ５０の計測可能範囲内の圧力になっている場合には、次のようにして排気圧ＥＰに異常が起きる可能性があるか否かを判定する。

すなわち、内燃機関１０において実現可能な吸入空気量の最大値を最大吸入空気量ＧＡｍａｘとしたときに、この最大吸入空気量ＧＡｍａｘにおいて排気圧ＥＰが制限開始圧Ｐｓに達する場合のＰＭ堆積量を基準堆積量とする。そして、この基準堆積量における吸入空気量ＧＡと排気圧ＥＰとの関係が予め求められている（図２に示す実線Ｌｂａｓｅ）。そして、基準堆積量における吸入空気量ＧＡと排気圧ＥＰとの関係から、現在の吸入空気量ＧＡ（例えば図２に示すＧＡａ）に対応する排気圧ＥＰを求め、この求めた排気圧ＥＰを判定値αとして設定する。なお、図２の実線Ｌｂａｓｅに示されるように、判定値αは、吸入空気量ＧＡが多いときほど高い圧力値となるように可変設定される。

次に、現在の吸入空気量ＧＡを取得したときに圧力センサ５０によって計測された排気圧ＥＰ（図２に示すＥＰａ）と判定値αとを比較する。そして、現在の排気圧ＥＰが判定値αよりも低い場合には、現在のＰＭ堆積量が基準堆積量よりも少ないため、吸入空気量ＧＡが最大吸入空気量ＧＡｍａｘに達しても、排気圧ＥＰは制限開始圧Ｐｓに達することがない。従って、現在の排気圧ＥＰが判定値α未満である場合には、排気圧ＥＰは正常であると判定する。

一方、現在の排気圧ＥＰが判定値α以上である場合には、現在のＰＭ堆積量が基準堆積量以上になっている。そのため、現状では排気圧ＥＰが制限開始圧Ｐｓに達していないが、今後、吸入空気量ＧＡが増大すると、最大吸入空気量ＧＡｍａｘに達する前に排気圧ＥＰは制限開始圧Ｐｓに達する可能性がある。従って、現在の排気圧ＥＰが判定値α以上である場合には、今後、異常になる可能性がある程度に排気圧ＥＰは高くなっていると判断し、この場合にも排気圧ＥＰは異常であると判定する。

図４に、上述した排気圧ＥＰの異常を判定するための一連の処理手順を示す。なお、この処理は、制御装置２００によって所定周期毎に実行される。
本処理を開始すると、制御装置２００は、現在の吸入空気量ＧＡ、圧力センサ５０で検出された現在の排気圧ＥＰ、及び第２堆積量ＤｓＱの現在値を読み込む（Ｓ１００）。次に、制御装置２００は、圧力センサ５０の検出値（出力値）が上記の上限値ＳＲｍａｘ未満であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。

そして、圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘ未満であるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、圧力センサ５０の検出値を使った排気圧ＥＰの判定が可能なため、制御装置２００は以下のステップＳ１２０〜ステップＳ１６０の処理を行う。

ステップＳ１２０において、制御装置２００は、所定の圧力判定条件が成立しているか否かを判定する。この圧力判定条件は、上記ステップＳ１００で読み込んだ排気圧ＥＰが、後述するステップＳ１４０での圧力判定に使用できる程度の精度を有しているか否かを判定するための条件であり、例えば以下の条件Ａ及び条件Ｂなどが共に成立する場合に、圧力判定条件は成立していると判定される。

条件Ａ：圧力センサ５０がその出力精度を保証できる動作保証温度内の温度になっている。
条件Ｂ：吸入空気量ＧＡが所定量以上であって、ＰＭ堆積量の違いによる排気圧ＥＰの相違が明確に表れる程度の吸入空気量になっている。

そして、ステップＳ１２０にて圧力判定条件が成立していると判定されるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、読み込んだ吸入空気量ＧＡに基づいて上述した判定値αを設定して（Ｓ１３０）、読み込んだ排気圧ＥＰが判定値α未満であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。そして、排気圧ＥＰが判定値α未満であるときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは正常であると判定して（Ｓ１５０）、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１４０において、排気圧ＥＰが判定値α以上であると判定されるときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは異常であると判定して（Ｓ１６０）、本処理を一旦終了する。このようにして排気圧ＥＰは異常であると判定されると、上述した制限処理が実行される。

なお、ステップＳ１６０において排気圧ＥＰが異常であると判定される場合、つまり圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘ未満となっているときに排気圧ＥＰが判定値α以上である場合には、上述したように、今後、吸入空気量ＧＡが増大すると、最大吸入空気量ＧＡｍａｘに達する前に排気圧ＥＰは制限開始圧Ｐｓに達する可能性はあるものの、現状では排気圧ＥＰは制限開始圧Ｐｓに達していない。そのため、ステップＳ１６０において排気圧ＥＰが異常であると判定された時点で直ちに上記の制限処理を実行するのではなく、当該制限処理の実行を遅延させてもよい。例えば、圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘに達した時点で制限処理を実行してもよい。

上記ステップＳ１１０において圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘ以上であると判定されるとき（Ｓ１１０：ＮＯ）、つまり圧力センサ５０の検出値を使った排気圧ＥＰの判定が不可能なときには、制御装置２００は以下のステップＳ１７０〜ステップＳ２００の処理を行う。

また、上記ステップＳ１２０において圧力判定条件が成立していないと判定されるとき（Ｓ１２０：ＮＯ）、つまり圧力センサ５０で検出された排気圧ＥＰがステップＳ１４０での圧力判定に使用できる程度の精度を有していないときにも、制御装置２００は以下のステップＳ１７０〜ステップＳ２００の処理を行う。

ステップＳ１７０において、制御装置２００は、読み込んだ吸入空気量ＧＡに基づいて上述した閾値Ａを設定する。そして、制御装置２００は、ステップＳ１００で読み込んだ第２堆積量ＤｓＱが閾値Ａ未満であるか否かを判定して（Ｓ１８０）、第２堆積量ＤｓＱが閾値Ａ未満であるときには（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは正常であると判定して（Ｓ１９０）、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１８０において、第２堆積量ＤｓＱが閾値Ａ以上であると判定されるときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、現在の排気圧ＥＰは上記の制限開始圧Ｐｓに達する高い圧力になっていると判断することができるため、制御装置２００は、排気圧ＥＰは異常であると判定して（Ｓ２００）、本処理を一旦終了する。このようにして排気圧ＥＰは異常であると判定されると、上述した制限処理が実行される。

本実施形態の作用効果について説明する。
（１）上述したように、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰはフィルタ１８のＰＭ堆積量が多いほど高くなる。そこで、本実施形態では、ＰＭ堆積量と所定の閾値Ａとを比較することにより排気圧ＥＰが異常に高くなっているか否かを判定するようにしている。ここで、その判定に際して閾値Ａと比較するＰＭ堆積量は、圧力センサ５０の検出値を使うことなくＰＭ堆積量を推定可能な上記第２推定処理にて推定される値（第２堆積量ＤｓＱ）となっている。そのため、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰが、圧力センサ５０の計測可能範囲を超えた異常に高い圧力になっていても、そうした排気圧ＥＰの異常の有無を判定することができるようになる。

（２）排気圧ＥＰが上記制限開始圧Ｐｓに達したことを検出するために圧力センサ５０の計測可能範囲を広げてしまうと、圧力変化に対する圧力センサ５０の出力値変化が小さくなり、微細な圧力変化を捉えることが難しくなる。そのため、圧力センサ５０の検出値に基づいて算出される第１堆積量ＤｓＰの精度が低下してしまう。この点、本実施形態では、圧力センサ５０の計測可能範囲を広げることなく、排気圧ＥＰが上記制限開始圧Ｐｓに達したことを把握することが可能なため、第１堆積量ＤｓＰの算出精度が低下することを抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、内燃機関の制御装置の第２実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態では、先の図４で説明した排気圧ＥＰの異常判定処理に対して、圧力センサ５０の異常時における処理手順や、ステップＳ１２０の処理において圧力判定条件が成立していない場合であって所定の条件を満たす場合には第１堆積量ＤｓＰを使って排気圧ＥＰの異常判定を行う処理手順などを更に追加している。以下、こうした変更点を中心にして本実施形態を説明する。

図５に、本実施形態における排気圧ＥＰの異常判定の処理手順を示す。なお、この処理も、制御装置２００によって所定周期毎に実行される。また、図５におけるステップＳ３００、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０、Ｓ３５０、Ｓ３６０、Ｓ３７０、Ｓ４７０、Ｓ４８０の各処理は、先の図４におけるステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１６０、Ｓ１９０、Ｓ２００の各処理と同様な処理になっている。また、図５におけるステップＳ４１０及びＳ４４０の各処理は、先の図４におけるステップＳ１７０の処理と同様な処理になっている。

本処理を開始すると、制御装置２００は、現在の吸入空気量ＧＡ、圧力センサ５０で検出された現在の排気圧ＥＰ、及び第２堆積量ＤｓＱの現在値を読み込む（Ｓ３００）。
次に、制御装置２００は、圧力センサ５０は正常であるか否かを判定する（Ｓ３１０）。こうした圧力センサ５０の正常判定は、適宜行うことができる。例えば、圧力センサ５０の検出値が、本来出力されるはずのない異常な値になっていない場合には、圧力センサ５０は故障しておらず正常であると判断することができる。また、圧力センサ５０の検出値が長い間一定値に貼り付いた状態になっていなければ、圧力センサ５０は故障しておらず正常であると判断することもできる。

そして、圧力センサ５０が正常であると判定されるときには（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、圧力センサ５０の検出値（出力値）が上記の上限値ＳＲｍａｘ未満であるか否かを判定する（Ｓ３２０）。

そして、圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘ未満であるときには（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、上記圧力判定条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３３０）。

そして、圧力判定条件が成立していると判定されるときには（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、読み込んだ吸入空気量ＧＡに基づいて上述した判定値αを設定して（Ｓ３４０）、読み込んだ排気圧ＥＰが判定値α未満であるか否かを判定する（Ｓ３５０）。そして、排気圧ＥＰが判定値α未満であるときには（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは正常であると判定して（Ｓ３６０）、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ３５０において、排気圧ＥＰが判定値α以上であると判定されるときには（Ｓ３５０：ＮＯ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは異常であると判定して（Ｓ３７０）、本処理を一旦終了する。このようにして排気圧ＥＰは異常であると判定されると、上述した制限処理が実行される。

上記ステップＳ３３０において圧力判定条件が成立していないと判定されるときには（Ｓ３３０：ＮＯ）、制御装置２００は、所定の圧力−ＰＭ量変換条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３８０）。この圧力−ＰＭ量変換条件は、圧力センサ５０で検出された排気圧ＥＰをＰＭ堆積量に変換してもよい状態にあると判断するための条件、つまり上記第１推定処理による第１堆積量ＤｓＰの算出を行ってもよい状態にあることを判断するための条件であり、圧力センサ５０の検出値が正常に計測された履歴がある場合に肯定判定される。

そして、本実施形態では、そうした圧力センサ５０の検出値が正常に計測された履歴があることを次のようにして判断している。すなわち、ステップＳ３３０において肯定判定されるとき（つまり圧力判定条件が成立しており圧力センサ５０の検出値が正常であると判断できるとき）には、そのときに読み込まれていた第２堆積量ＤｓＱを判断値としてメモリに記憶する。そしてステップＳ３３０で肯定判定されるたびに、メモリに記憶された判断値をその肯定判定時に読み込まれていた第２堆積量ＤｓＱの値で上書きする。こうしてメモリに保持された最新の判断値と今回の本処理実行時に読み込まれた第２堆積量ＤｓＱとの差を予め定めた所定値と比較する。そして、その差が所定値以下であれば、第２堆積量ＤｓＱはそれほど増加していないため、ＰＭ堆積量に応じて変化する排気圧ＥＰも、直近のステップＳ３３０の処理で肯定判定されたときの排気圧からそれほど大きくは変化しておらず、直近において圧力センサ５０の検出値が正常に計測された履歴があると判定される。

こうして、ステップＳ３８０にて、圧力−ＰＭ量変換条件が成立していると判定されるときには（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、ステップＳ３３０において圧力判定条件が成立していなくても、ステップＳ３００で読み込んだ排気圧ＥＰは信頼できる値になっていると判断される。そして、制御装置２００は、読み込んだ排気圧ＥＰに基づいた第１堆積量ＤｓＰを上記第１推定処理の実行を通じて算出する（Ｓ３９０）。なお、ステップＳ３９０において、現在算出されている第１堆積量ＤｓＰを読み込むようにしてもよい。

次に、制御装置２００は、判定用堆積量ＤＨとして、算出された第１堆積量ＤｓＰを設定する（Ｓ４００）。そして、制御装置２００は、読み込んだ吸入空気量ＧＡに基づいて上述した閾値Ａを設定して（Ｓ４１０）、この閾値Ａを最終的な閾値Ｈとして設定する（Ｓ４２０）。

次に、制御装置２００は、ステップＳ４００で設定した判定用堆積量ＤＨ（＝第１堆積量ＤｓＰ）が閾値Ｈ（閾値Ｈ＝閾値Ａ）未満であるか否かを判定して（Ｓ４６０）、判定用堆積量ＤＨが閾値Ｈ未満であるときには（Ｓ４６０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは正常であると判定して（Ｓ４７０）、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ４６０において、判定用堆積量ＤＨ（＝第１堆積量ＤｓＰ）が閾値Ｈ（閾値Ｈ＝閾値Ａ）以上であると判定されるときには（Ｓ４６０：ＮＯ）、現在の排気圧ＥＰは上記の制限開始圧Ｐｓに達する高い圧力になっていると判断することができる。そのため、制御装置２００は、排気圧ＥＰは異常であると判定して（Ｓ４８０）、本処理を一旦終了する。このようにして排気圧ＥＰは異常であると判定されると、上述した制限処理が実行される。

上記ステップＳ３１０において圧力センサ５０に故障が起きており異常が生じていると判定されるときには（Ｓ３１０：ＮＯ）、つまり圧力センサ５０の検出値を使った排気圧ＥＰの判定が不可能なときには、制御装置２００は以下のステップＳ４３０〜ステップＳ４８０の処理を行う。

また、上記ステップＳ３２０において圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘ以上であると判定されるときにも（Ｓ３２０：ＮＯ）、制御装置２００は以下のステップＳ４３０〜ステップＳ４８０の処理を行う。

そして、上記ステップＳ３８０において圧力−ＰＭ量変換条件が成立していないと判定されるときにも（Ｓ３８０：ＮＯ）、制御装置２００は以下のステップＳ４３０〜ステップＳ４８０の処理を行う。

ステップＳ４３０において、制御装置２００は、判定用堆積量ＤＨとして、読み込んだ第２堆積量ＤｓＱを設定する（Ｓ４３０）。そして、制御装置２００は、読み込んだ吸入空気量ＧＡに基づいて上述した閾値Ａを設定して（Ｓ４４０）、この閾値Ａから所定値Ｃを減じた値を最終的な閾値Ｈとして設定する（Ｓ４５０）。

次に、制御装置２００は、ステップＳ４３０で設定した判定用堆積量ＤＨ（＝第２堆積量ＤｓＱ）が閾値Ｈ（閾値Ｈ＝閾値Ａ−所定値Ｃ）未満であるか否かを判定して（Ｓ４６０）、判定用堆積量ＤＨが閾値Ｈ未満であるときには（Ｓ４６０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、排気圧ＥＰは正常であると判定して（Ｓ４７０）、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ４６０において、判定用堆積量ＤＨ（＝第２堆積量ＤｓＱ）が閾値Ｈ（閾値Ｈ＝閾値Ａ−所定値Ｃ）以上であると判定されるときには（Ｓ４６０：ＮＯ）、現在の排気圧ＥＰは上記の制限開始圧Ｐｓに達する高い圧力になっていると判断することができる。そのため、制御装置２００は、排気圧ＥＰは異常であると判定して（Ｓ４８０）、本処理を一旦終了する。このようにして排気圧ＥＰは異常であると判定されると、上述した制限処理が実行される。

本実施形態の作用効果について説明する。
（１）上述したように、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰはフィルタ１８のＰＭ堆積量が多いほど高くなる。そこで、本実施形態では、ＰＭ堆積量と所定の閾値Ｈとを比較することにより排気圧ＥＰが異常に高くなっているか否かを判定するようにしている。ここで、その判定に際して閾値Ｈと比較するＰＭ堆積量は、圧力センサ５０の検出値を使うことなくＰＭ堆積量を推定可能な上記第２推定処理にて推定される値（第２堆積量ＤｓＱ）となっている。そのため、フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰが、圧力センサ５０の計測可能範囲を超えた異常に高い圧力になっていても、そうした排気圧ＥＰの異常の有無を判定することができるようになる。

（２）圧力センサ５０が正常ではない場合や（Ｓ３１０：ＮＯ）、圧力センサ５０の検出値が上限値ＳＲｍａｘ以上の場合や（Ｓ３２０：ＮＯ）、圧力−ＰＭ量変換条件が成立していない場合は（Ｓ３８０：ＮＯ）、圧力センサ５０の検出値が信頼できない状態になっている。そのため、こうした状態のときには、上述したように、圧力センサ５０の検出値を使うことなくＰＭ堆積量を推定可能な上記第２推定処理にて推定される第２堆積量ＤｓＱと閾値Ｈとを比較することにより、排気圧ＥＰの異常判定が行われる。

一方、圧力−ＰＭ量変換条件が成立している場合は（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、圧力センサ５０の検出値である排気圧ＥＰに基づき算出される第１堆積量ＤｓＰと閾値Ｈとを比較することにより、排気圧ＥＰの異常判定が行われる。この排気圧ＥＰに基づき算出される第１堆積量ＤｓＰは、機関運転状態に基づいて算出される第２堆積量ＤｓＱと比べて、実際のＰＭ堆積量に対する推定精度が高い値であるため、第１堆積量ＤｓＰと閾値Ｈとを比較判定する場合には、第２堆積量ＤｓＱと閾値Ｈとを比較判定する場合と比べて、排気圧ＥＰの異常判定の精度を高めることができる。

（３）上述したように、第１堆積量ＤｓＰは第２堆積量ＤｓＱと比べて推定精度が高い値となっている。逆にいえば、第２堆積量ＤｓＱは第１堆積量ＤｓＰと比べて推定精度が低い値となっている。そこで、本実施形態では、判定用堆積量ＤＨとして第１堆積量ＤｓＰが設定される場合には、異常判定用の閾値Ｈとして上記閾値Ａをそのまま設定する一方、判定用堆積量ＤＨとして第２堆積量ＤｓＱが設定される場合には、同閾値Ｈとして上記閾値Ａから所定値Ｃを減じた値を設定するようにしている。このように判定用堆積量ＤＨとして第２堆積量ＤｓＱが設定される場合には、判定用堆積量ＤＨとして第１堆積量ＤｓＰが設定される場合と比較して、閾値Ｈには小さい値が設定されるため、第１堆積量ＤｓＰや第２堆積量ＤｓＱの推定精度に合わせた適切な閾値Ｈを設定することができる。

（４）排気圧ＥＰが上記制限開始圧Ｐｓに達したことを検出するために圧力センサ５０の計測可能範囲を広げてしまうと、圧力変化に対する圧力センサ５０の出力値変化が小さくなり、微細な圧力変化を捉えることが難しくなる。そのため、圧力センサ５０の検出値に基づいて算出される第１堆積量ＤｓＰの精度が低下してしまう。この点、本実施形態では、圧力センサ５０の計測可能範囲を広げることなく、排気圧ＥＰが上記制限開始圧Ｐｓに達したことを把握することが可能なため、第１堆積量ＤｓＰの算出精度が低下することを抑えることができる。

上記の各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第１実施形態のステップＳ１８０における閾値Ａとして、第２実施形態のステップＳ４５０で算出される閾値Ｈを適用するようにしてもよい。

・第２実施形態では、判定用堆積量ＤＨとして第２堆積量ＤｓＱが設定される場合には、閾値Ｈとして閾値Ａから所定値Ｃを減じた値を設定するようにした。この他、判定用堆積量ＤＨとして第２堆積量ＤｓＱが設定される場合にも、判定用堆積量ＤＨとして第１堆積量ＤｓＰが設定される場合と同様に、上記閾値Ａをそのまま閾値Ｈとして設定してもよい。

・第１実施形態において、圧力判定条件の成立を判定するステップＳ１２０の処理を省略してもよい。
・三元触媒１７やフィルタ１８の温度を高める昇温処理としてディザ制御を行うようにしたが、他の昇温処理を行ってもよい。

また、昇温処理として点火時期の遅角処理を行うことにより、燃焼室から排気通路に排出される排気の温度を高め、これにより三元触媒１７やフィルタ１８の温度を高めるようにしてもよい。

・上述した排気圧ＥＰの推定を行う場合には、推定を行わない場合と比較して圧力の計測可能範囲がより狭い圧力センサ５０を使用してもよい。この場合には、圧力変化に対する圧力センサ５０の出力値変化が大きくなり、微細な圧力変化を捉えることが容易になるため、圧力センサ５０の検出値に基づいて算出される第１堆積量ＤｓＰの算出精度を高めることができる。

・フィルタ１８よりも上流の排気圧ＥＰを上記連通管５１を介して計測したが、その他の構造で排気圧ＥＰを計測してもよい。例えば、排気管１６においてフィルタ１８よりも上流の部位に圧力センサ５０の検出素子部を直接配置してもよい。

１０…内燃機関、１０ａ…気筒、１１…燃料噴射弁、１３…吸気通路、１４…スロットル弁、１５…排気マニホールド、１６…排気管、１７…三元触媒、１８…フィルタ、５０…圧力センサ、５１…連通管、５２…排気温センサ、５３…クランク角センサ、５４…エアフロメータ、２００…制御装置。

Claims (1)

1. 排気通路の途中に設けられて排気中の粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも上流の排気圧を計測する圧力センサとを備える内燃機関に適用されて、前記圧力センサの検出値に基づいて前記フィルタの粒子堆積量を推定する第１推定処理と、機関運転状態に基づいて前記フィルタの粒子堆積量を推定する第２推定処理とを行う制御装置であって、
   前記圧力センサの検出値が当該圧力センサの計測可能範囲の上限値に達した場合には、前記第２推定処理で推定された前記粒子堆積量と所定の閾値とを比較することにより前記排気圧の異常の有無を判定する処理を実行する
   内燃機関の制御装置。

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