WO2012053097A1 - 内燃機関のフィルタ故障検出装置 - Google Patents

内燃機関のフィルタ故障検出装置 Download PDF

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柴田　大介
裕 澤田
徹 木所
大河 萩本
一哉 高岡
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a filter failure detection device for an internal combustion engine.
  • a technique for detecting a failure of a filter that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and collects particulate matter (PM) in exhaust gas based on a differential pressure between an upstream side and a downstream side of the filter is known.
  • PM particulate matter
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to detect a filter failure with higher accuracy.
  • a filter failure detection apparatus for an internal combustion engine comprises: A filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting substances contained in the exhaust; A substance amount detection unit that is provided in an exhaust passage downstream of the filter and detects the amount of the substance that passes through the filter; A flow rate detector for detecting or estimating the flow rate of the exhaust gas passing through the filter; When the flow rate of the exhaust gas passing through the filter increases, the ratio of the change amount of the substance amount detected by the substance amount detection unit to the change amount of the exhaust gas flow rate detected or estimated by the flow rate detection unit increases.
  • a determination unit that determines that the filter is faulty; Is provided.
  • the filter is cracked, the amount of material passing through the cracked portion increases nonlinearly as the pressure loss increases. That is, when the filter breaks down, for example, when the flow rate of the exhaust gas passing through the filter increases, the increase rate of the substance amount detected by the substance amount detection unit increases.
  • the filter is normal, the relationship between the flow rate of the exhaust gas passing through the filter and the amount of substance on the downstream side of the filter is linear. That is, when the filter is normal, for example, when the flow rate of the exhaust gas passing through the filter increases, the rate of increase of the substance amount detected by the substance amount detection unit is constant.
  • the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the flow rate of the exhaust gas has a large difference between when the filter is normal and when the filter is cracked. If the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the exhaust gas flow rate increases as the flow rate of the exhaust gas passing through the filter increases, it can be determined that the filter is malfunctioning. As described above, since the failure of the filter is determined based on the flow rate of the exhaust gas passing through the filter and the substance amount downstream of the filter, it is not necessary to estimate the substance amount upstream of the filter. Moreover, a failure can be determined based on the measured value of a sensor that has been generally used conventionally.
  • the flow rate of the exhaust gas passing through the filter can be detected or estimated with higher accuracy than the amount of substance upstream of the filter, it is possible to increase the determination accuracy of the filter failure.
  • it can detect that ratio of the variation
  • the determination unit determines a flow rate of the exhaust gas detected or estimated by the flow rate detection unit. When the value is equal to or lower than the threshold value, it can be determined that the filter has failed.
  • the amount of substance detected by the substance amount detector increases as the exhaust flow rate increases.
  • the exhaust gas flow rate reaches a certain value, the amount of substance starts to increase rapidly.
  • This point at which the substance amount starts to increase rapidly corresponds to the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the exhaust gas flow rate being a specified value.
  • This sudden change point does not exist when there is no failure in the filter. For this reason, the specified value is higher than the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the flow velocity of the exhaust gas when the filter is normal. Further, the sudden change point moves to the side where the flow rate of the exhaust gas is low as the degree of failure of the filter increases.
  • the degree of filter failure based on the flow rate of exhaust gas when the sudden change point appears. Then, the exhaust gas flow velocity at which a sudden change point appears when the allowable range of the degree of filter failure is exceeded is determined as a threshold value. That is, when the exhaust flow velocity at which the sudden change point appears is equal to or lower than the threshold, it can be determined that the degree of filter failure has exceeded the allowable range.
  • the determination unit determines that the substance amount detected by the substance amount detection unit is greater than or equal to a threshold value It can be determined that the filter has failed.
  • the degree of filter failure can be determined on the basis of the amount of substance when a sudden change point appears. Then, a substance amount at which a sudden change point appears when the allowable range of the degree of failure is exceeded is determined as a threshold value. That is, when the amount of the substance where the sudden change point appears is equal to or greater than the threshold, it can be determined that the degree of filter failure has exceeded the allowable range.
  • the determination unit determines that the filter is broken when the substance amount detected by the substance amount detection unit is equal to or greater than a threshold value when the flow rate of the exhaust gas is equal to or greater than a predetermined value. Can do.
  • This predetermined value is set as the lower limit value of the exhaust flow velocity when a sudden change point appears when the filter is broken. Further, the predetermined value may be a flow rate of exhaust gas when a sudden change point appears immediately after the degree of filter failure exceeds an allowable limit. Further, the threshold value here is a lower limit value of the substance amount detected by the substance amount detection unit when the filter is malfunctioning when the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter is a predetermined value or more. The threshold value may be a lower limit value of the amount of substance when a sudden change point appears when the filter is malfunctioning. In other words, if the filter is faulty, the amount of substance detected by the substance amount detection unit will rapidly increase if the exhaust flow rate exceeds the sudden change point. Can be determined.
  • the determination unit can change the threshold value according to the flow rate of the exhaust gas. That is, as the flow rate of exhaust gas increases, the amount of substance detected by the substance amount detection unit increases. Therefore, if the threshold value is increased accordingly, more accurate failure detection is possible. It is also possible to simplify the filter failure detection by setting the threshold value constant.
  • the determination unit detects the substance amount detected by the substance amount detection unit when the flow rate of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined value, and detects the substance amount when the flow rate of the exhaust gas is less than a predetermined value. It is possible to determine whether or not the filter has failed by comparing the substance amount detected by the unit.
  • the filter breaks down, the amount of increase in the amount of material increases with the exhaust flow rate.
  • the amount of substance detected by the substance amount detection unit increases rapidly. Therefore, when the flow rate of exhaust gas is less than a predetermined value and when it exceeds a predetermined value, the substance amount detection unit The amount of substance detected varies greatly depending on. Therefore, it is possible to determine whether or not the filter has failed by comparing the amounts of the respective substances.
  • the determination unit detects the substance amount detected by the substance amount detection unit when the exhaust flow rate is equal to or higher than a predetermined value, and detects the substance amount detection unit when the exhaust flow rate is less than a predetermined value. It can be determined that the filter is malfunctioning when the difference or ratio with respect to the amount of substance to be applied is equal to or greater than a threshold value.
  • the amount of substance detected is greater when the flow rate of the exhaust gas is greater than or equal to a predetermined value than when it is less than the predetermined value. That is, the difference or ratio of the amount of substance detected at each exhaust gas flow rate increases. By comparing this difference or ratio with a threshold value, it can be determined whether or not the filter has failed.
  • the threshold value is a lower limit value of the difference or ratio when the filter is malfunctioning.
  • the determination unit assumes that the exhaust gas flow rate and the substance amount have a linear relationship when the exhaust gas flow rate is within a predetermined range including a predetermined value or a predetermined range equal to or greater than a predetermined value.
  • the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the flow rate of the exhaust gas is obtained, and when this ratio is equal to or greater than the threshold value, it can be determined that the filter is broken.
  • the predetermined range is a range necessary for obtaining the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the flow rate of the exhaust gas.
  • the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the exhaust gas flow rate can be obtained.
  • the filter breaks down, the exhaust flow rate and the amount of substance actually have a non-linear relationship. However, assuming that there is a linear relationship, the ratio of the amount of change in the amount of material to the amount of change in the exhaust flow rate ( Slope).
  • the filter fails, the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the exhaust gas flow rate becomes high when the exhaust flow velocity is higher than the sudden change point.
  • this ratio is relatively low when the filter is normal. Therefore, if the lower limit value of the ratio when the filter is broken is set as a threshold value, it can be determined whether or not the filter is broken. In this way, the failure can be determined with higher accuracy by detecting the amount of the substance a plurality of times and determining the failure of the filter.
  • the determination unit when the exhaust flow velocity is in a predetermined range including a predetermined value, changes the exhaust flow velocity when it is assumed that the exhaust flow velocity and the substance amount have a linear relationship.
  • the ratio of the change amount of the substance amount to the amount is obtained, and the filter fails when the sum of the difference between the substance amount obtained based on the ratio and the substance amount detected by the substance amount detection unit is equal to or greater than a threshold value Can be determined.
  • the substance at different exhaust flow rates is detected multiple times.
  • the filter fails the flow rate of exhaust gas and the amount of substance are actually nonlinear.
  • This difference is obtained for each flow rate of exhaust gas when the substance amount is detected by the substance amount detection unit.
  • the total difference is a value corresponding to the degree of filter failure.
  • the lower limit of the total difference when the filter is broken is set as a threshold value, it can be determined whether or not the filter is broken.
  • the amount of the substance increases rapidly when the flow rate of the exhaust gas is in a predetermined range including a predetermined value, so that the sum of the differences becomes large. For this reason, filter failure detection can be performed with high accuracy. In this way, the failure can be determined with higher accuracy by detecting the amount of the substance a plurality of times and determining the failure of the filter.
  • the determination unit when the flow rate of the exhaust gas is greater than or equal to a predetermined value and less than a predetermined value, the determination unit assumes that the flow rate of the exhaust gas and the amount of substance have a linear relationship, respectively.
  • the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the flow rate of the exhaust gas is obtained, and it can be determined that the filter has failed when the difference or ratio between these ratios is equal to or greater than a threshold value.
  • the ratio of the change amount of the substance to the change amount of the exhaust flow rate is relatively low.
  • the ratio of the change amount of the substance to the change amount of the exhaust flow rate becomes relatively high. That is, there is a difference in the ratio (slope) of the change amount of the substance amount to the change amount of the exhaust gas flow rate when the exhaust gas flow rate is greater than or equal to a predetermined value.
  • the filter is normal, there is almost no difference between these ratios. Therefore, if the lower limit value of the difference or ratio of the slope when the filter is broken is set as the threshold value, it can be determined whether or not the filter is broken. In this way, the failure can be determined with higher accuracy by comparing the ratio of the change amount of the substance amount to the change amount of the flow rate of the exhaust gas detected under different conditions to determine the failure of the filter.
  • the predetermined value is detected by the substance amount detection unit with respect to a change amount of the exhaust flow rate detected or estimated by the flow rate detection unit when the degree of failure of the filter falls within an allowable range. It may be the flow rate of exhaust gas when the ratio of the amount of change in the amount of the substance reaches a specified value.
  • the failure of the filter can be determined easily and with high accuracy by determining the failure of the filter based on the flow velocity of the exhaust gas when the degree of failure of the filter falls within the allowable range. .
  • the filter is provided in the exhaust passage of the diesel engine and can collect particulate matter in the exhaust. That is, since a filter failure can be determined with high accuracy in a diesel engine that emits a relatively large amount of particulate matter, release of particulate matter into the atmosphere can be suppressed.
  • a gasoline engine may be used.
  • the substance amount detection unit may be a sensor that measures the amount of particulate matter in the exhaust gas.
  • a sensor that measures the amount of particulate matter in the exhaust gas.
  • the particulate matter in the exhaust gas can be easily measured, so that it is easy to determine the failure of the filter. Further, since the amount of the particulate matter can be accurately obtained by measuring the amount of the particulate matter with a sensor, the failure can be determined with higher accuracy.
  • a filter failure can be detected with higher accuracy.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the filter failure detection apparatus of the internal combustion engine which concerns on an Example. It is the figure which showed the relationship between PM amount upstream from a filter, and PM amount downstream from a filter. It is the figure which showed the relationship between the flow velocity of the exhaust_gas
  • 10 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the second embodiment. It is the figure which showed the relationship between the flow velocity of the exhaust_gas
  • 12 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the third embodiment.
  • 12 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the third embodiment. It is the figure which showed the relationship between the flow rate of the exhaust_gas
  • 10 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the fifth embodiment. It is the figure which showed the relationship between the flow rate of the exhaust_gas
  • 14 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the sixth embodiment. 14 is a flowchart illustrating a flow of filter failure detection according to the sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a filter failure detection apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine, but may be a gasoline engine.
  • An exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • the exhaust passage 2 is provided with a filter 3 that collects particulate matter (PM) in the exhaust.
  • PM particulate matter
  • a PM sensor 4 that detects the amount of PM in the exhaust gas flowing out from the filter 3 is provided in the exhaust passage 2 downstream of the filter 3.
  • the PM sensor 4 has a pair of electrodes, and outputs a signal corresponding to the amount of PM by utilizing the change in resistance between the electrodes according to the amount of PM attached (deposited) between the electrodes. To do. Based on this signal, the amount of PM passing through the filter 3 per unit time can be detected. Note that the PM amount passing through the filter 3 in a predetermined period may be detected.
  • the PM sensor 4 corresponds to the substance amount detection unit in the present invention. In this example, PM corresponds to the substance in the present invention.
  • a temperature sensor 5 that measures the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 3 and a pressure sensor 6 that measures the pressure of the exhaust gas are provided in the exhaust passage 2 upstream of the filter 3.
  • an intake passage 7 is connected to the internal combustion engine 1.
  • An air flow meter 8 for measuring the intake air amount of the internal combustion engine 1 is provided in the intake passage 7.
  • the internal combustion engine 1 is provided with a fuel injection valve 9 for injecting fuel into the cylinder.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 10 includes an accelerator opening sensor 12 for detecting an engine load by outputting an electric signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal 11, and a crank position sensor 13 for detecting the engine speed. Connected via electric wiring, the output signals of these various sensors are input to the ECU 10.
  • the ECU 10 controls the operation state of the internal combustion engine 1 based on the detected values by these inputted sensors. For example, the ECU 10 controls the fuel injection valve 9 by calculating the fuel injection amount from the fuel injection valve 9. Further, the ECU 10 calculates the amount of PM flowing out from the filter 3 per unit time based on the output signal of the PM sensor 4. The relationship between the output signal of the PM sensor 4 and the PM amount flowing out from the filter 3 may be mapped in advance. In this embodiment, the failure of the filter 3 is detected based on the output signal of the PM sensor 4.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the PM amount upstream of the filter 3 (also referred to as filter upstream PM amount) and the PM amount downstream of the filter 3 (also referred to as filter downstream PM amount). is there.
  • a solid line indicates a case where the filter 3 is normal
  • a one-dot chain line indicates a case where the filter 3 is broken and breaks down
  • a two-dot chain line indicates a case where the filter 3 is broken and fails and includes an error. Yes.
  • the filter 3 is normal, even if the amount of PM on the upstream side of the filter 3 increases, PM is collected in the filter 3, so the amount of PM on the downstream side of the filter 3 hardly increases.
  • the filter 3 is cracked, PM passes through the cracked portion, so that the PM amount on the downstream side of the filter 3 increases as the PM amount on the upstream side of the filter 3 increases.
  • failure detection of the filter 3 is performed by paying attention to the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount on the downstream side of the filter 3.
  • the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3 may be the flow rate of the exhaust gas flowing into the filter 3 or the flow rate of the exhaust gas flowing out of the filter 3.
  • the PM amount on the downstream side of the filter 3 may be the PM amount flowing out from the filter 3.
  • the “flow rate of exhaust gas passing through the filter 3” is also referred to as “filter flow rate flow rate” or simply “exhaust flow rate”
  • the “PM amount downstream of the filter 3” is also simply referred to as “PM amount”. .
  • the temperature TGAS of the exhaust gas flowing into the filter 3 is measured by the temperature sensor 5, and the pressure PGAS of the exhaust gas flowing into the filter 3 is measured by the pressure sensor 6. These values may be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1 or the like.
  • the ECU 10 that calculates the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3 corresponds to the flow rate detection unit in the present invention.
  • a sensor for measuring the flow velocity Q of the exhaust gas may be attached, and the flow velocity Q of the exhaust gas may be obtained by the sensor.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount on the downstream side of the filter 3.
  • a solid line indicates a case where the filter 3 is normal
  • a one-dot chain line indicates a case where the filter 3 is broken and breaks down
  • a two-dot chain line indicates a case where the filter 3 is broken and fails and includes an error.
  • the physical quantity for example, intake air quantity and fuel injection quantity
  • the physical quantity for example, intake air quantity and fuel injection quantity
  • the filter 3 As the flow rate of the exhaust gas increases, the degree of increase in pressure loss in the filter 3 increases. When the filter 3 is cracked, the amount of PM passing through the cracked portion increases nonlinearly as the pressure loss increases. On the other hand, when the filter 3 is normal, the relationship between the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount on the downstream side of the filter 3 is linear. Thus, the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount downstream of the filter 3 is greatly different between when the filter 3 is normal and when the filter 3 is cracked. For this reason, failure detection of the filter 3 can be performed with high accuracy based on the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount downstream of the filter.
  • the ECU 10 that determines the failure of the filter 3 in this way corresponds to the determination unit in the present invention.
  • the degree of failure of the filter 3 can be determined based on the relationship between the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount downstream of the filter 3.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3, the PM amount on the downstream side of the filter 3, and the degree of failure of the filter 3.
  • a solid line indicates a case where the filter 3 is normal
  • a one-dot chain line indicates a case where the degree of failure of the filter 3 is high
  • a two-dot chain line indicates a case where the degree of failure of the filter 3 is low.
  • This sudden change point may be a point at which the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate becomes a specified value.
  • the degree of failure increases, the amount of PM passing through the portion where the filter 3 is broken increases from a lower flow rate. That is, as the degree of failure increases, the sudden change point moves to the side where the flow rate of exhaust gas is low.
  • a flow rate of exhaust gas when a sudden change point appears when the degree of failure exceeds an allowable limit is set in advance as a threshold value.
  • the exhaust flow velocity at which the sudden change point appears is equal to or less than the threshold value, it can be determined that the degree of failure of the filter 3 has exceeded the allowable range.
  • the filter 3 it is possible to detect a failure of the filter 3 based on the PM amount on the downstream side of the filter 3 when the sudden change point appears.
  • the degree of failure of the filter 3 increases, the sudden change point moves to the side with the larger amount of PM.
  • the threshold value is obtained in advance by experiments or the like as the PM amount downstream of the filter 3 when a sudden change point appears when the degree of failure is an allowable limit.
  • the ECU 10 determines that the filter 3 has failed when the PM amount downstream of the filter 3 when the exhaust gas flow rate is equal to or greater than the predetermined value A is equal to or greater than the threshold value B. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3, the PM amount on the downstream side of the filter 3, the predetermined value A, and the threshold value B.
  • the solid line indicates the case where the filter 3 is normal, and the alternate long and short dash line indicates the case where the filter 3 is out of order.
  • the predetermined value A is set as a value equal to or higher than the lower limit value of the exhaust gas flow velocity at which a sudden change point appears when the filter 3 is malfunctioning.
  • the predetermined value A may be a flow rate of exhaust gas at which a sudden change point appears when the degree of failure of the filter 3 reaches an allowable limit.
  • the threshold value B is obtained in advance by experiments or the like as the upper limit value of the PM amount on the downstream side of the filter 3 when the filter 3 is normal when the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 is the predetermined value A.
  • the threshold value B may be a lower limit value of the PM amount at which a sudden change point appears when the filter 3 is malfunctioning.
  • the threshold value B may be constant regardless of the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3, or may be increased as the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3 increases.
  • the predetermined value A and the threshold value B are set in a range that can be taken by the sudden change point in the filter 3 that has failed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a flow of failure detection of the filter 3 according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 every predetermined time.
  • step S101 it is determined whether or not the internal combustion engine 1 has been warmed up.
  • the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 may be relatively large, and thus there is a possibility that it cannot be distinguished from the failure of the filter 3.
  • the accuracy of the failure detection can be improved by detecting the failure of the filter 3 after the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed. For example, if the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 is equal to or higher than the temperature after completion of warm-up, it is determined that warm-up of the internal combustion engine 1 is completed. If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102. If a negative determination is made, this routine is terminated without performing failure detection.
  • step S102 the amount of gas passing through the filter 3 is calculated.
  • This amount of gas is the mass of the exhaust gas that passes through the filter 3 per unit time.
  • This gas amount is a value obtained by adding the intake air amount measured by the air flow meter 8 and the fuel injection amount calculated by the ECU 10.
  • step S103 the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 is calculated by the following equation.
  • Q (GALL ⁇ TGAS / PGAS) ⁇ k
  • Q is the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3
  • GALL is the gas amount calculated in step S102
  • TGAS is the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 3
  • PGAS is the exhaust gas flowing into the filter 3. It is a pressure and k is a gas constant.
  • the temperature TGAS of the exhaust gas flowing into the filter 3 is measured by the temperature sensor 5, and the pressure PGAS of the exhaust gas flowing into the filter 3 is measured by the pressure sensor 6. These values may be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1 or the like.
  • the ECU 10 that processes step S103 corresponds to the flow velocity detector in the present invention.
  • step S104 it is determined whether or not the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 is equal to or greater than a predetermined value A.
  • This predetermined value A is the predetermined value A shown in FIG. That is, in this step, it is determined whether or not the flow velocity is higher than the exhaust flow velocity at which a sudden change point appears when the filter 3 is broken. If an affirmative determination is made in step S104, the process proceeds to step S105, and if a negative determination is made, the process returns to step S102.
  • step S105 the PM amount downstream from the filter 3 is read. That is, the PM amount detected by the PM sensor 4 is read.
  • step S106 it is determined whether or not the PM amount read in step S105 is larger than the threshold value B.
  • This threshold B is the threshold B shown in FIG. That is, in this step, it is determined whether or not the filter 3 has failed. If an affirmative determination is made in step S106, the process proceeds to step S107, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S108.
  • the ECU 10 that processes step S106 corresponds to the determination unit in the present invention.
  • step S107 the filter failure flag is turned on, and in step S108, the filter failure flag is turned off.
  • This filter failure flag is a flag indicating whether or not the filter 3 has failed.
  • the filter failure flag is turned on when the filter 3 is broken, and is turned off when the filter 3 is normal.
  • a warning is given to the driver, for example, by lighting a lamp indicating that the filter 3 has failed.
  • the PM amount downstream of the filter 3 when the exhaust flow velocity is less than the predetermined value A, and the PM amount downstream of the filter 3 when the exhaust flow velocity is the predetermined value A or more. In comparison, it is determined whether or not the filter 3 has failed.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the change amount of the PM amount downstream of the filter 3 with respect to the change amount of the exhaust flow rate is Become bigger.
  • the amount of PM on the downstream side of the filter 3 is relatively small when the flow rate of the exhaust gas is less than the predetermined value A.
  • the degree of failure of the filter 3 is high, even if the exhaust gas flow rate is less than the predetermined value A, the amount of PM on the downstream side of the filter 3 is relatively large.
  • the PM amount downstream of the filter 3 when the exhaust flow velocity is equal to or higher than the predetermined value A is compared with the PM amount downstream of the filter 3 when the exhaust flow velocity is less than the predetermined value A.
  • this difference or ratio is large, it can be determined that the filter 3 is malfunctioning.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3, the PM amount downstream of the filter 3, and the predetermined value A and the predetermined value C.
  • a solid line indicates a case where the filter 3 is normal
  • a one-dot chain line indicates a case where the degree of failure of the filter 3 is relatively high
  • a two-dot chain line indicates a case where the degree of failure of the filter 3 is relatively low.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment.
  • the predetermined value C is a value less than the predetermined value A, and is set as a value less than the lower limit value of the exhaust gas flow velocity at which a sudden change point appears when the filter 3 is malfunctioning.
  • the predetermined value C may be a flow rate lower than a flow rate at which the sudden change point appears when the degree of failure of the filter 3 reaches an allowable limit.
  • the predetermined value C is lower than the flow rate of the exhaust gas at which the sudden change point appears when the degree of failure of the filter 3 is relatively low, and the exhaust gas at which the sudden change point appears when the degree of failure of the filter 3 is relatively high.
  • the value is obtained in advance by experiments or the like.
  • the exhaust flow velocity at which a sudden change point appears is a predetermined value A or less.
  • the degree of failure is relatively low, the exhaust flow velocity at which the sudden change point appears is equal to or higher than the predetermined value C and lower than the predetermined value A.
  • the PM amount when the exhaust flow rate is the predetermined value C is relatively small, and the PM amount when the exhaust flow rate is the predetermined value A is relatively large.
  • the filter 3 is out of order, the PM amount downstream of the filter 3 when the exhaust flow velocity is the predetermined value A and the downstream side of the filter 3 when the exhaust flow velocity is the predetermined value C.
  • the difference or ratio with the amount of PM increases.
  • this difference or ratio is 0 or a relatively small value.
  • the threshold value D is an upper limit value of the difference or ratio when the filter 3 is normal.
  • the degree of failure of the filter 3 is relatively high, the exhaust flow velocity at which the sudden change point appears is less than the predetermined value C, and therefore the PM amount when the exhaust flow velocity is the predetermined value C increases. For this reason, if the PM amount when the flow rate of the exhaust gas is less than the predetermined value C exceeds the threshold value E, it can be determined that the filter 3 has failed.
  • the failure of the filter 3 can be determined without detecting the PM amount when the exhaust gas flow rate is equal to or higher than the predetermined value A, and therefore the time required for the determination can be shortened.
  • the threshold value E is a lower limit value of the PM amount when the flow rate of the exhaust gas is a predetermined value C when the degree of failure of the filter 3 is relatively high.
  • FIGS. 8 and 9 are flowcharts showing the flow of failure detection of the filter 3 according to the present embodiment.
  • This routine is executed by the ECU 10 every predetermined time.
  • symbol is attached
  • step S201 it is determined whether or not the exhaust gas flow rate is a predetermined value C. If the exhaust flow rate is within a predetermined range including the predetermined value C, it may be determined that the exhaust flow rate is the predetermined value C.
  • step S202 the PM amount GPM1 when the exhaust flow velocity is the predetermined value C is read.
  • step S203 it is determined whether or not the PM amount GPM1 read in step S202 is larger than the threshold value E. In this step, it is determined whether or not the degree of failure of the filter 3 is relatively high. If an affirmative determination is made in step S203, the process proceeds to step S107, and the filter failure flag is turned ON. On the other hand, if a negative determination is made in step S203, the process proceeds to step S204 via steps S102 and S103.
  • step S204 it is determined whether or not the flow rate of the exhaust gas is a predetermined value A. If the exhaust flow rate is within a predetermined range including the predetermined value A, the exhaust flow rate may be determined to be the predetermined value A.
  • step S205 the PM amount GPM2 when the exhaust flow velocity is the predetermined value A is read.
  • a PM amount ratio (GPM2 / GPM1), which is a ratio between the PM amount GPM2 when the exhaust flow velocity is the predetermined value A and the PM amount GPM1 when the exhaust flow velocity is the predetermined value C, is calculated. .
  • step S207 it is determined whether the PM amount ratio (GPM2 / GPM1) is larger than the threshold value D. In this step, it is determined whether or not the degree of failure of the filter 3 is low. If an affirmative determination is made in step S207, the process proceeds to step S107, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S108.
  • the ECU 10 that processes step S207 corresponds to the determination unit in the present invention.
  • PM amount ratio GPM1 / GPM1
  • the exhaust gas flow rate when the exhaust gas flow rate is within a predetermined range including the predetermined value A or a predetermined range greater than or equal to the predetermined value A, the exhaust gas flow rate and the PM amount are assumed to have a linear relationship.
  • the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount is obtained, and when this ratio is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the filter 3 is malfunctioning.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the filter 3 when the filter 3 is out of order, when the flow rate of the exhaust gas exceeds the predetermined value A, the change in the PM amount downstream of the filter 3 with respect to the change amount of the exhaust flow rate. The amount will be more. Accordingly, the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate increases as the exhaust gas flow rate increases.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3, the PM amount downstream of the filter 3, and the predetermined value A and the predetermined value F.
  • the solid line indicates the case where the filter 3 is normal, and the alternate long and short dash line indicates the case where the filter 3 is out of order. Moreover, the broken line has shown the case where it is assumed that the exhaust flow velocity and the PM amount are in a linear relationship.
  • the predetermined value A is the same as that in the second embodiment.
  • the predetermined value F is an upper limit value of the exhaust gas flow rate for obtaining the PM amount, and an optimum value is obtained in advance by experiments or the like.
  • the range from the predetermined value A to the predetermined value F corresponds to the predetermined range in the present invention.
  • the failure detection of the filter 3 is performed based on the PM amount obtained when the exhaust gas flow rate is not less than the predetermined value A and not more than the predetermined value F.
  • the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate is calculated based on the PM amount obtained when the exhaust gas flow rate is not less than the predetermined value A and not more than the predetermined value F. .
  • This ratio is calculated using, for example, the least square method, assuming that the exhaust flow rate and the PM amount have a linear relationship. That is, the slope of a straight line approximating the alternate long and short dash line shown in FIG. 10 is calculated. For this reason, the PM amount is acquired a plurality of times by changing the flow rate of the exhaust gas.
  • the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the flow rate of the exhaust gas may be the slope of the tangent line of the curve shown by the alternate long and short dash line in FIG.
  • the slope obtained in this way increases according to the degree of failure of the filter 3. That is, when the exhaust gas flow rate is equal to or greater than the predetermined value A, if the filter 3 is faulty, the degree of increase in the PM amount downstream of the filter 3 increases as the exhaust gas flow rate increases. For this reason, the slope of the filter 3 is larger than that of the normal filter 3. Therefore, if a threshold value is set as the upper limit value of the slope when the filter 3 is normal, it can be determined that the filter 3 has failed when the slope is larger than the threshold value. Further, the degree of failure of the filter 3 can be obtained according to the inclination.
  • the inclination is calculated based on the PM amount when the exhaust gas flow rate is equal to or greater than the predetermined value A and equal to or less than the predetermined value F.
  • the PM when the exhaust gas flow rate is less than the predetermined value A is calculated.
  • the slope may be calculated including a quantity.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a flow of failure detection of the filter 3 according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 every predetermined time. In addition, about the step where the same process as the said flowchart is made, the same code
  • step S301 the value of the counter PMCNT is set to zero.
  • the counter PMCNT stores the number of times the PM amount has been acquired.
  • step S302 it is determined whether or not the flow rate of the exhaust gas is within a predetermined range.
  • the predetermined range is a range that is not less than the predetermined value A and not more than the predetermined value F. That is, in this step, it is determined whether or not the exhaust gas flow rate is suitable for obtaining the PM amount. If an affirmative determination is made in step S302, the process proceeds to step S303, and if a negative determination is made, the process returns to step S102.
  • step S303 the PM amount on the downstream side of the filter 3 is read. Further, the flow rate of the exhaust gas when the PM amount is detected is also read at the same time.
  • step S304 1 is added to the counter PMCNT. That is, since the PM amount is acquired in step S303, the counter PMCNT is increased.
  • step S305 it is determined whether or not the counter PMCNT is equal to or greater than a predetermined value.
  • the predetermined value here is the number of acquisitions of the PM amount for which the inclination can be obtained. That is, in this step, it is determined whether or not the inclination can be calculated. If an affirmative determination is made in step S305, the process proceeds to step S306, and if a negative determination is made, the process returns to step S102.
  • step S306 assuming that the exhaust flow velocity and the PM amount have a linear relationship, the slope is calculated by, for example, the least square method.
  • step S307 it is determined whether or not the inclination is larger than the threshold value G.
  • the threshold value G is an upper limit value of the slope when the filter 3 is normal, and is obtained in advance by experiments or the like. In this step, it is determined whether or not the filter 3 has failed. If an affirmative determination is made in step S307, the process proceeds to step S107, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S108.
  • the ECU 10 that processes step S307 corresponds to the determination unit in the present invention.
  • the inclination of the predetermined range including the predetermined value A or the predetermined range equal to or higher than the predetermined value A is obtained, and when the inclination is equal to or higher than the threshold value, it can be determined that the filter 3 is malfunctioning.
  • the ratio is calculated by obtaining the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3 and the PM amount downstream of the filter 3 a plurality of times, so that the accuracy is high.
  • the exhaust gas flow rate is in the range from the predetermined value C to the predetermined value A
  • the exhaust gas flow rate and the PM amount have a linear relationship
  • the relational expression between the exhaust gas flow rate and the PM amount is expressed as follows. Ask. Then, based on how much the actual amount of PM varies from this relational expression, it is determined whether or not the filter 3 is out of order.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment.
  • the predetermined value C is the same value as in the third embodiment. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the filter 3 when the filter 3 is out of order, the PM amount on the downstream side of the filter 3 increases abruptly when the flow velocity of the exhaust gas exceeds the sudden change point. Therefore, when the filter 3 is out of order, the difference in the PM amount on the downstream side of the filter 3 becomes large when the flow velocity of the exhaust gas is the predetermined value A and when the exhaust gas is at the predetermined value C.
  • the exhaust flow rate and the PM amount When the filter 3 is normal, the exhaust flow rate and the PM amount have a linear relationship. However, when the filter 3 is out of order, the exhaust flow rate and the PM amount are actually nonlinear. It becomes a relationship.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the flow velocity of the exhaust gas passing through the filter 3, the PM amount downstream from the filter 3, and the predetermined value A and the predetermined value C.
  • the solid line indicates the case where the filter 3 is normal, and the alternate long and short dash line indicates the case where the filter 3 is out of order.
  • the two-dot chain line indicates a case where it is assumed that the exhaust flow rate and the PM amount are in a linear relationship.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment.
  • the predetermined value C is the same value as in the third embodiment.
  • the range from the predetermined value C to the predetermined value A corresponds to the predetermined range in the present invention.
  • the predetermined range should just contain the predetermined value A, and may contain the range of the flow velocity of exhaust gas higher than the predetermined value A.
  • the filter 3 When the filter 3 is out of order, the relationship between the exhaust flow velocity and the actual PM amount is non-linear as shown by a one-dot chain line. For this reason, the two-dot chain line obtained on the assumption that the relationship between the exhaust flow velocity and the actual PM amount is linear and the one-dot chain line which is the actual relationship are deviated depending on the exhaust flow velocity. The degree of this deviation increases according to the degree of failure of the filter 3. For example, since the integrated value of the difference between the PM amount obtained from the relationship indicated by the two-dot chain line and the actual PM amount increases according to the degree of failure of the filter 3, the filter 3 A failure can be determined.
  • a threshold value is set as the upper limit value of the integrated value when the filter 3 is normal, it can be determined that the filter 3 is malfunctioning when the integrated value is larger than the threshold value. Further, the degree of failure of the filter 3 can be obtained according to the integrated value.
  • This integrated value may be the area of the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a flow of failure detection of the filter 3 according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 every predetermined time. In addition, about the step where the same process as the said flowchart is made, the same code
  • step S401 it is determined whether or not the flow rate of the exhaust gas is within a predetermined range.
  • the predetermined range here is a range that is not less than the predetermined value C and not more than the predetermined value A. That is, in this step, it is determined whether or not the exhaust gas flow rate is suitable for obtaining the PM amount. If a positive determination is made in step S401, the process proceeds to step S303, and if a negative determination is made, the process returns to step S102.
  • step S402 assuming that the flow rate of exhaust gas and the PM amount have a linear relationship, a relational expression is calculated by, for example, the least square method.
  • step S403 an integrated value of the difference between the relational expression obtained in step S402 and the PM amount read in step S303 is calculated. That is, for each of the PM amounts read a plurality of times, a difference is calculated for each exhaust gas flow velocity, and the sum of the differences is calculated.
  • step S404 it is determined whether or not the integrated value calculated in step S403 is larger than the threshold value H.
  • the threshold value H is an upper limit value of the integrated value when the filter 3 is normal, and is obtained in advance by experiments or the like. In this step, it is determined whether or not the filter 3 has failed. If an affirmative determination is made in step S404, the process proceeds to step S107, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S108.
  • the ECU 10 that processes step S404 corresponds to the determination unit in the present invention.
  • the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate is calculated when the exhaust gas flow rate is greater than or equal to the predetermined value A and less than the predetermined value A, respectively.
  • the relationship between the exhaust gas flow rate and the PM amount is linear when the exhaust gas flow rate is equal to or higher than the predetermined value A and below the predetermined value A.
  • These ratios can be obtained as “slope” in the same manner as in the fourth embodiment. That is, as in the fourth embodiment, it is assumed that the relationship between the exhaust gas flow rate and the PM amount is linear when the exhaust gas flow rate is equal to or higher than the predetermined value A and below the predetermined value A. Find the slope of each.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the filter 3 when the filter 3 is out of order, when the flow rate of the exhaust gas exceeds the predetermined value A, the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate becomes relatively large.
  • the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate is equal to or greater than the predetermined value A even if the filter 3 has failed. Lower than the case.
  • the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate is substantially constant regardless of the exhaust gas flow rate. Therefore, the failure of the filter 3 is detected by comparing the ratio of the change amount of the PM amount to the change amount of the exhaust gas flow rate when the exhaust flow rate is equal to or higher than the predetermined value A and below the predetermined value A. be able to.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the exhaust gas passing through the filter 3, the PM amount on the downstream side of the filter 3, and the predetermined value A.
  • the solid line indicates the case where the filter 3 is normal, and the alternate long and short dash line indicates the case where the filter 3 is out of order. Moreover, the broken line has shown the case where it is assumed that the exhaust flow velocity and the PM amount are in a linear relationship.
  • the predetermined value A is the same value as in the second embodiment.
  • the slope of the broken line is different depending on whether it is greater than or equal to the predetermined value A and less than the predetermined value.
  • This difference in inclination increases with the degree of failure of the filter 3. For example, if a threshold value is set as the upper limit value of the slope difference when the filter 3 is normal, it can be determined that the filter 3 has failed when the actually obtained slope difference is larger than the threshold value. it can. Further, the degree of failure of the filter 3 can be obtained according to the difference in inclination. In addition, it can replace with the difference of inclination and can also perform failure detection using the ratio of inclination.
  • FIG. 15 and FIG. 16 are flowcharts showing a flow of failure detection of the filter 3 according to the present embodiment.
  • This routine is executed by the ECU 10 every predetermined time.
  • symbol is attached
  • step S501 the values of the counter PMCNT1 and the counter PMCNT2 are set to zero.
  • the counter PMCNT1 stores the number of times the PM amount is acquired when the exhaust flow rate is equal to or greater than the predetermined value A
  • the counter PMCNT2 stores the number of times the PM amount is acquired when the exhaust flow rate is less than the predetermined value A. Yes.
  • step S502 it is determined whether or not the exhaust gas flow rate is equal to or higher than a predetermined value A. If an affirmative determination is made in step S502, the process proceeds to step S503, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S504.
  • step S503 1 is added to the counter PMCNT1.
  • step S504 1 is added to the counter PMCNT2.
  • step S505 it is determined whether both the counter PMCNT1 and the counter PMCNT2 are equal to or greater than a predetermined value.
  • the predetermined value here is the number of acquisitions of the PM amount for which the inclination can be obtained. That is, in this step, it is determined whether the slope can be calculated both when the flow rate of the exhaust gas is greater than or equal to the predetermined value A and less than the predetermined value A. If an affirmative determination is made in step S505, the process proceeds to step S506, and if a negative determination is made, the process returns to step S102.
  • step S506 assuming that the exhaust flow rate and the PM amount have a linear relationship, the slope between when the exhaust flow rate is greater than or equal to the predetermined value A and less than the predetermined value A is calculated by, for example, the least square method. Is done.
  • step S507 it is determined whether or not the difference between the slope when the flow rate of the exhaust gas is greater than or equal to the predetermined value A and the slope when it is less than the predetermined value is greater than the threshold value J.
  • the threshold value J is an upper limit value of the difference in inclination when the filter 3 is normal, and is obtained in advance by experiments or the like. In this step, it is determined whether or not the filter 3 has failed. If an affirmative determination is made in step S507, the process proceeds to step S107, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S108.
  • the ECU 10 that processes step S507 corresponds to the determination unit in the present invention.
  • the failure determination of the filter 3 can be performed with high accuracy.

Landscapes

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Abstract

　より高精度にフィルタ（３）の故障を検出する。内燃機関（１）の排気通路（２）に設けられ排気中に含まれる物質を捕集するフィルタ（３）と、フィルタ（３）よりも下流側の排気通路（２）に設けられ排気中の物質量を検出する物質量検出部（４）と、フィルタ（３）を通過する排気の流速を検出または推定する流速検出部（１０）と、フィルタ（３）を通過する排気の流速が高くなるほど、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比が大きくなるときにフィルタ（３）が故障していると判定する判定部（１０）と、を備える。

Description

内燃機関のフィルタ故障検出装置
　本発明は、内燃機関のフィルタ故障検出装置に関する。
　内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタの故障を、該フィルタよりも上流側と下流側との差圧に基づいて検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、フィルタに故障が生じたときに差圧の変化を検出することが困難な場合もあるため、故障検出の精度が低くなる虞がある。
特開２００７－３２７３９２号公報 特開２００８－１０１６０６号公報
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高精度にフィルタの故障を検出することにある。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関のフィルタ故障検出装置は、
　内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる物質を捕集するフィルタと、
　前記フィルタよりも下流側の排気通路に設けられ前記フィルタを通過する前記物質の量を検出する物質量検出部と、
　前記フィルタを通過する排気の流速を検出または推定する流速検出部と、
　前記フィルタを通過する排気の流速が高くなるほど、前記流速検出部により検出または推定される排気の流速の変化量に対する前記物質量検出部により検出される物質量の変化量の比が大きくなるときに前記フィルタが故障していると判定する判定部と、
　を備える。
　ここで、排気の流速が高くなるほど、フィルタにおける圧損の増加度合いが大きくなる。そして、フィルタが割れていると、割れた箇所を通過する物質量が圧損の増加に従って非線形に増加する。すなわち、フィルタが故障すると、たとえばフィルタを通過する排気の流速が高くなっていくときに、物質量検出部により検出される物質量の増加率が高くなっていく。これに対し、フィルタが正常な場合には、フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側の物質量との関係は線形になる。すなわち、フィルタが正常の場合には、たとえばフィルタを通過する排気の流速が高くなっていくときに、物質量検出部により検出される物質量の増加率は一定となる。このように、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比は、フィルタが正常な場合と、フィルタが割れている場合と、で大きな違いがある。そして、フィルタを通過する排気の流速が高くなるほど、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比が大きくなる場合には、フィルタが故障していると判定することができる。このように、フィルタを通過する排気の流速及びフィルタよりも下流側の物質量に基づいて、フィルタの故障を判定するので、フィルタよりも上流側の物質量を推定する必要がない。また、従来から一般的に用いられているセンサの測定値に基づいて故障を判定することができる。そして、フィルタよりも上流側の物質量よりも、フィルタを通過する排気の流速のほうが高精度に検出または推定が可能なため、フィルタの故障の判定精度を高めることができる。なお、以下に説明する様々な手法により、フィルタを通過する排気の流速が高くなるほど排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比が大きくなることを検出できる。
　すなわち、本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速の変化量に対する前記物質量の変化量の比が規定値以上のときにおいて、前記流速検出部により検出または推定される排気の流速が閾値以下の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。
　フィルタが故障した場合には、排気の流速が高くなるに従って物質量検出部にて検出される物質量が増加する。そして、排気の流速がある値に達すると、物質量が急激に増加を始める。この物質量が急激に増加を始める点（以下、急変点ともいう。）は、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比が規定値のときに相当する。この急変点は、フィルタに故障がないときは存在しない。このため、規定値は、フィルタが正常の場合における排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比よりも高い値となる。また、急変点は、フィルタの故障の度合いが高くなるほど、排気の流量の低い側に移動する。したがって、急変点が現れるときの排気の流速に基づいてフィルタの故障の度合いを判定することができる。そして、フィルタの故障の度合いの許容範囲を超えたときに急変点が現れる排気の流速を閾値として定めておく。すなわち、急変点が現れる排気の流速が閾値以下の場合には、フィルタの故障の度合いが許容範囲を超えたと判定できる。
　本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速の変化量に対する前記物質量の変化量の比が規定値以上のときにおいて、前記物質量検出部により検出される物質量が閾値以上の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。
　ここで、急変点は、同じ排気の流速のときには、フィルタが正常のときよりも物質量が多い側に現れる。したがって、急変点が現れるときの物質量に基づいてフィルタの故障の度合いを判定することができる。そして、故障の度合いの許容範囲を超えたときに急変点が現れる物質量を閾値として定めておく。すなわち、急変点が現れる物質量が閾値以上の場合には、フィルタの故障の度合いが許容範囲を超えたと判定できる。
　本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量が閾値以上の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。
　この所定値は、フィルタが故障している場合に急変点が現れるときの排気の流速の下限値として設定される。また、所定値は、フィルタの故障の度合いが許容できる限度を超えた直後に急変点が現れるときの排気の流速としてもよい。また、ここでいう閾値は、フィルタを通過する排気の流速が所定値以上の場合において、フィルタが故障しているときの物質量検出部により検出される物質量の下限値である。また閾値は、フィルタが故障しているときに急変点が現れるときの物質量の下限値としてもよい。すなわち、フィルタが故障している場合には、排気の流速が急変点を超えると、物質量検出部により検出される物質量が急激に増加するため、物質量が閾値以上となればフィルタが故障していると判定できる。
　なお、前記判定部は、前記排気の流速に応じて前記閾値を変更することができる。すなわち、排気の流速が高くなるほど、物質量検出部により検出される物質量が増加するため、これに合わせて閾値を高くすれば、より高精度な故障検出が可能となる。なお、閾値を一定としてフィルタの故障検出を簡略化させることもできる。
　本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、前記排気の流速が所定値未満のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、を比較して前記フィルタが故障しているか否か判定することができる。
　フィルタが故障すると、排気の流速に応じて物質量の増加量がより大きくなる。特に、排気の流速が所定値以上となると、物質量検出部により検出される物質量が急増するため、排気の流速が所定値未満のときと、所定値以上のときと、で物質量検出部により検出される物質量が大きく異なる。したがって、夫々の物質量を比較することで、フィルタが故障しているか否か判定することができる。
　なお、前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、前記排気の流速が所定値未満のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、の差又は比が閾値以上の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。
　ここで、フィルタが故障している場合には、排気の流速が所定値以上のときのほうが、所定値未満のときよりも、検出される物質量が多くなる。すなわち、夫々の排気の流速のときに検出される物質量の差又は比が大きくなる。この差又は比を閾値と比較することで、フィルタが故障しているか否か判定することができる。ここでいう閾値とは、フィルタが故障しているときの前記差又は比の下限値である。
　本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速が所定値を含む所定範囲または所定値以上の所定範囲のときに、前記排気の流速と前記物質量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求め、この比が閾値以上の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。
　ここで、所定範囲とは、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求めるために必要となる範囲である。この範囲で物質量を複数回検出することで、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求めることができる。フィルタが故障すると、実際には、排気の流速と物質量とは非線形の関係となるが、線形の関係にあると仮定することで、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比（傾き）を求めている。フィルタが故障すると、排気の流速が急変点よりも高いときには、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比は高くなる。一方、フィルタが正常の場合には、この比は比較的低い。したがって、フィルタが故障しているときの前記比の下限値を閾値として設定しておけば、フィルタが故障しているか否か判定することができる。このように、物質量を複数回検出してフィルタの故障を判定することで、より高精度に故障を判定することができる。
　本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速が所定値を含む所定範囲のときに、前記排気の流速と前記物質量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求め、前記比に基づいて得られる物質量と、前記物質量検出部により検出される物質量と、の差の合計が閾値以上の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。
　排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求めるために、排気の流速が異なるときの物質が複数回検出される。ここで、フィルタが故障した場合には、排気の流速と物質量とは、実際には非線形の関係になる。このため、線形の関係にあると仮定した場合には、仮定した関係から得られる物質量と、物質量検出部により検出される物質量と、に差が生じる。この差は、故障の度合いが高いほど大きくなる。また、この差は、物質量検出部により物質量が検出されたときの排気の流速毎に得られる。そして、この差の合計は、フィルタの故障の度合いに応じた値となる。したがって、フィルタが故障しているときの前記差の合計の下限値を閾値として設定しておけば、フィルタが故障しているか否か判定することができる。また、フィルタが故障しているときには、排気の流速が所定値を含む所定範囲のときに物質量が急増するため、前記差の合計が大きくなる。このため、フィルタの故障検出を高精度に行うことができる。このように、物質量を複数回検出してフィルタの故障を判定することで、より高精度に故障を判定することができる。
　本発明においては、前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のとき及び所定値未満のときで、夫々、前記排気の流速と前記物質量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求め、これらの比の差又は比が閾値以上の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。
　ここで、排気の流速が急変点を超えるまでは、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比は比較的低い。一方、排気の流速が急変点を超えると、排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比は比較的高くなる。すなわち、排気の流速が所定値以上のときと、所定値未満のときと、で排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比（傾き）に差が生じる。一方、フィルタが正常の場合には、これらの比に差はほとんどない。したがって、フィルタが故障しているときの傾きの差又は比の下限値を閾値として設定しておけば、フィルタが故障しているか否か判定することができる。このように、異なる条件で検出される排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を比較してフィルタの故障を判定することで、より高精度に故障を判定することができる。
　なお、前記所定値は、フィルタの故障の度合いが許容範囲となるか否かの境のときに前記流速検出部により検出または推定される排気の流速の変化量に対する前記物質量検出部により検出される物質量の変化量の比が規定値となるときの排気の流速であってもよい。このように、フィルタの故障の度合いが許容範囲となるか否かの境となるときの排気の流速に基づいてフィルタの故障を判定することで、容易且つ高精度に故障を判定することができる。
　また、前記フィルタは、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集することができる。すなわち、粒子状物質の排出量が比較的多いディーゼルエンジンにおいてフィルタの故障を高精度に判定することができるため、粒子状物質が大気中に放出されることを抑制できる。なお、ガソリンエンジンであってもよい。
　また、前記物質量検出部は、排気中の粒子状物質の量を測定するセンサであってもよい。このようなセンサを用いることで、排気中の粒子状物質を容易に測定することができるため、フィルタの故障判定が容易になる。また、センサにより粒子状物質の量を測定することで、該粒子状物質の量を正確に得ることができるため、より高精度に故障を判定することができる。
　本発明によれば、より高精度にフィルタの故障を検出することができる。
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。 フィルタよりも上流側のＰＭ量と、フィルタよりも下流側のＰＭ量との関係を示した図である。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量との関係を示した図である。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量と、フィルタの故障の度合いとの関係を示した図である。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び閾値Ｂとの関係を示した図である。 実施例２に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び所定値Ｃとの関係を示した図である。 実施例３に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。 実施例３に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び所定値Ｆとの関係を示した図である。 実施例４に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び所定値Ｃとの関係を示した図である。 実施例５に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。 フィルタを通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａとの関係を示した図である。 実施例６に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。 実施例６に係るフィルタの故障検出のフローを示したフローチャートである。
　以下、本発明に係る内燃機関のフィルタ故障検出装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。
　図１は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。本実施例においては内燃機関１はディーゼル機関であるが、ガソリン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には排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ３が設けられる。
　フィルタ３よりも下流側の排気通路２にはフィルタ３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４は、一対の電極を有し、電極間に付着（堆積）しているＰＭ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。この信号に基づいて、単位時間あたりにフィルタ３を通過するＰＭ量を検出することができる。なお、所定の期間においてフィルタ３を通過するＰＭ量を検出してもよい。そして、本実施例においてはＰＭセンサ４が、本発明における物質量検出部に相当する。また、本実施例においてはＰＭが、本発明における物質に相当する。フィルタ３よりも上流側の排気通路２には、フィルタ３に流入する排気の温度を測定する温度センサ５及び排気の圧力を測定する圧力センサ６が設けられている。
　また、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エアフローメータ８が設けられている。また、内燃機関１には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁９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１１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１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３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。
　また、ＥＣＵ１０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。たとえば、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁９からの燃料噴射量を演算して該燃料噴射弁９を制御する。また、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ４の出力信号に基づいて、単位時間当たりにフィルタ３から流出するＰＭ量を算出する。ＰＭセンサ４の出力信号とフィルタ３から流出するＰＭ量との関係は予めマップ化しておいてもよい。そして、本実施例ではＰＭセンサ４の出力信号に基づいてフィルタ３の故障検出を行う。
　ここで、フィルタ３がたとえば割れると、割れた部分をＰＭが通過するため、ＰＭがフィルタ３の下流側へ流出する。このため、フィルタ３よりも下流側で検出される単位時間あたりのＰＭ量が増加する。
　図２は、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量（フィルタ上流ＰＭ量ともいう。）と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量（フィルタ下流ＰＭ量ともいう。）との関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３が割れて故障した場合を示し、二点鎖線はフィルタ３が割れて故障した場合であって誤差が含まれている場合を示している。フィルタ３が正常な場合では、該フィルタ３よりも上流側のＰＭ量が増加したとしても、フィルタ３においてＰＭが捕集されるため、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量は殆ど増加しない。一方、フィルタ３が割れると、この割れた箇所をＰＭが通過するため、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量の増加にしたがって、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量が増加する。
　そうすると、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係を求めることにより、フィルタ３の故障を検出できる。しかし、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量を求めるためにフィルタ３よりも上流側にＰＭセンサを設けるには費用がかかる。また、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量を内燃機関１の運転状態などから推定することも考えられるが、ＰＭ量の推定では誤差が大きいため、図２の二点鎖線で示されるように、実際の値から大きくずれてしまう。このように実際の値からずれた値に基づいてフィルタ３の故障検出を行うと、精度が低くなる。
　これに対し本実施例では、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係に着目してフィルタ３の故障検出を実施する。なお、フィルタ３を通過する排気の流速は、フィルタ３に流入する排気の流速、またはフィルタ３から流出する排気の流速としてもよい。また、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量は、フィルタ３から流出するＰＭ量としてもよい。なお、以下では、「フィルタ３を通過する排気の流速」を「フィルタ通過流速」または単に「排気の流速」ともいい、「フィルタ３よりも下流側のＰＭ量」を単に「ＰＭ量」ともいう。
　フィルタ３を通過する排気の流速は、以下のようにして求める。まず、エアフローメータ８により測定される吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）と、ＥＣＵ１０により算出される燃料噴射量ＧＦ（ｇ／ｓ）と、を加算して、フィルタ３を通過するガス量ＧＡＬＬ（ｇ／ｓ）を算出する。
　ＧＡＬＬ＝ＧＡ＋ＧＦ
　次に、フィルタ３を通過する排気の流速Ｑを次式により算出する。
　Ｑ＝（ＧＡＬＬ×ＴＧＡＳ／ＰＧＡＳ）×ｋ
　但し、ＴＧＡＳはフィルタ３に流入する排気の温度であり、ＰＧＡＳはフィルタ３に流入する排気の圧力であり、ｋはガス定数である。フィルタ３に流入する排気の温度ＴＧＡＳは温度センサ５により測定し、フィルタ３に流入する排気の圧力ＰＧＡＳは圧力センサ６により測定される。なお、これらの値は内燃機関１の運転状態などに基づいて推定してもよい。そして、本実施例においてはフィルタ３を通過する排気の流速を算出するＥＣＵ１０が、本発明における流速検出部に相当する。なお、排気の流速Ｑを測定するセンサを取り付けて、該センサにより排気の流速Ｑを得てもよい。
　図３は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３が割れて故障した場合を示し、二点鎖線はフィルタ３が割れて故障した場合であって誤差が含まれている場合を示している。ここで、フィルタ３を通過する排気の流速を算出するために必要となる物理量（たとえば吸入空気量や燃料噴射量）は既存のセンサで高精度に測定することができる。このため、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量を推定するよりも、フィルタ３を通過する排気の流速を推定するほうが精度が高い。すなわち、フィルタ３を通過する排気の流速の推定値は、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量の推定値と比較して、誤差が小さくなる。
　ここで、排気の流速が高くなるほど、フィルタ３における圧損の増加度合いが大きくなる。そして、フィルタ３が割れていると、割れた箇所を通過するＰＭ量が圧損の増加に従って非線形に増加する。これに対し、フィルタ３が正常な場合には、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係は線形になる。このように、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、の関係が、フィルタ３が正常な場合と、フィルタ３が割れている場合と、で大きく異なる。このため、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタよりも下流側のＰＭ量との関係に基づいて、フィルタ３の故障検出を高精度に行うことができる。
　たとえば、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係が非線形となっている場合に、フィルタ３が故障していると判定できる。なお、本実施例においてはこのようにフィルタ３の故障を判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
　また、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係に基づいて、フィルタ３の故障の度合いを判定することもできる。図４は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、フィルタ３の故障の度合いとの関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３の故障の度合いが高い場合を示し、二点鎖線はフィルタ３の故障の度合いが低い場合を示している。ここで、フィルタ３が故障した場合には、排気の流速が高くなっていくときに、ＰＭ量が急激に増加を始める点（以下、急変点という。）が存在する。この急変点は、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比が規定値となる点としてもよい。
　そして、故障の度合いが高くなるほど、フィルタ３が割れている箇所を通過するＰＭ量がより低い流速から増加するようになる。すなわち、故障の度合いが高くなるほど、急変点が排気の流速の低い側に移動する。ここで、故障の度合いが許容される限度を超えた場合に急変点が現れるときの排気の流速を予め閾値として設定しておく。これにより、急変点が現れる排気の流速が閾値以下のときに、フィルタ３の故障の度合いが許容範囲を超えたと判定できる。
　また、急変点が現れたときのフィルタ３よりも下流側のＰＭ量に基づいてフィルタ３の故障を検出することもできる。ここで、フィルタ３の故障の度合いが高くなると、急変点がＰＭ量の多い側に移動する。このため、急変点が現れたときのフィルタ３よりも下流側のＰＭ量が、閾値以上であれば、フィルタ３は故障していると判定できる。この閾値は、故障の度合いが許容される限度となる場合に急変点が現れるときのフィルタ３よりも下流側のＰＭ量として予め実験等により求めておく。
　このように、フィルタ３を通過する排気の流速に対する、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量に基づいて、フィルタ３の故障検出を行うことにより、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量を推定する必要がない。また、従来から一般的に用いられているセンサの測定値に基づいて故障検出を行うことができる。また、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量よりも、フィルタ３を通過する排気の流速のほうが高精度に推定が可能なため、フィルタ３の故障検出の精度を高めることができる。
　本実施例では、排気の流速が所定値Ａ以上のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量が閾値Ｂ以上の場合に、フィルタ３が故障しているとＥＣＵ１０により判定される。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。
　図５は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び閾値Ｂとの関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３が故障している場合を示している。所定値Ａは、フィルタ３が故障している場合に急変点が現れる排気の流速の下限値以上の値として設定される。所定値Ａは、フィルタ３の故障の度合いが許容できる限度に達したときに急変点が現れる排気の流速としてもよい。閾値Ｂは、フィルタ３を通過する排気の流速が所定値Ａの場合において、フィルタ３が正常なときの該フィルタ３よりも下流側のＰＭ量の上限値として予め実験等により求めておく。また、閾値Ｂは、フィルタ３が故障しているときに急変点が現れるＰＭ量の下限値としてもよい。また、閾値Ｂは、フィルタ３を通過する排気の流速に関わらず一定としても良く、フィルタ３を通過する排気の流速が高くなるほど大きくしてもよい。このように、所定値Ａ及び閾値Ｂは、故障しているフィルタ３における急変点が取り得る範囲に設定される。
　このように、急変点よりも排気の流速が高い側ではＰＭ量が急激に増加するため、フィルタ３の故障の度合いが高くなると、流速が高い側ではフィルタ３から流出するＰＭ量が多くなる。この現象を利用すれば、フィルタ３の故障検出を高精度に行うことができる。
　図６は、本実施例に係るフィルタ３の故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。
　ステップＳ１０１では、内燃機関１の暖機が完了したか否か判定される。ここで、内燃機関１の暖機が完了する前は、該内燃機関１から排出されるＰＭ量が比較的に多くなる場合があるので、フィルタ３の故障と区別できなくなる虞がある。このため、内燃機関１の暖機が完了した後にフィルタ３の故障検出を行うことで、該故障検出の精度を向上させることができる。たとえば、内燃機関１の冷却水温度が暖気完了後の温度以上であれば内燃機関１の暖気が完了したと判定される。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、否定判定がなされた場合には故障検出を行わずに本ルーチンを終了させる。
　ステップＳ１０２では、フィルタ３を通過するガス量が算出される。このガス量は、単位時間当たりにフィルタ３を通過する排気の質量である。このガス量は、エアフローメータ８により測定される吸入空気量と、ＥＣＵ１０により算出される燃料噴射量と、を加算した値である。
　ステップＳ１０３では、フィルタ３を通過する排気の流速が次式により算出される。
　Ｑ＝（ＧＡＬＬ×ＴＧＡＳ／ＰＧＡＳ）×ｋ
　但し、Ｑはフィルタ３を通過する排気の流速であり、ＧＡＬＬはステップＳ１０２で算出されたガス量であり、ＴＧＡＳはフィルタ３に流入する排気の温度であり、ＰＧＡＳはフィルタ３に流入する排気の圧力であり、ｋはガス定数である。フィルタ３に流入する排気の温度ＴＧＡＳは温度センサ５により測定し、フィルタ３に流入する排気の圧力ＰＧＡＳは圧力センサ６により測定される。なお、これらの値は内燃機関１の運転状態などに基づいて推定してもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における流速検出部に相当する。
　ステップＳ１０４では、フィルタ３を通過する排気の流速が所定値Ａ以上であるか否か判定される。この所定値Ａは、図５に示した所定値Ａである。すなわち、本ステップでは、フィルタ３が故障している場合に急変点が現れる排気の流速以上であるか否か判定している。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、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
　ステップＳ１０５では、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量が読み込まれる。すなわち、ＰＭセンサ４により検出されるＰＭ量が読み込まれる。
　ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で読み込まれたＰＭ量が閾値Ｂよりも多いか否か判定される。この閾値Ｂは、図５に示した閾値Ｂである。すなわち、本ステップでは、フィルタ３が故障しているか否か判定している。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ１０６を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
　ステップＳ１０７では、フィルタ故障フラグがＯＮとされ、ステップＳ１０８では、フィルタ故障フラグがＯＦＦとされる。このフィルタ故障フラグは、フィルタ３が故障しているか否かを示すフラグであり、フィルタ３が故障しているときにはＯＮとされ、フィルタ３が正常なときにはＯＦＦとされる。フィルタ故障フラグがＯＮとなると、たとえばフィルタ３が故障していることを示すランプを点灯するなどして運転者に警告がなされる。
　このように、フィルタ３を通過する排気の流速に対する、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量に基づいて、フィルタ３の故障検出を行うことにより、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量を推定する必要がない。また、従来から一般的に用いられているセンサの測定値に基づいて故障検出を行うことができる。また、フィルタ３よりも上流側のＰＭ量よりも、フィルタ３を通過する排気の流速のほうが高精度に推定が可能なため、フィルタ３の故障検出の精度を高めることができる。
　本実施例では、排気の流速が所定値Ａ未満のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、排気の流速が所定値Ａ以上のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、を比較してフィルタ３が故障しているか否か判定する。なお、所定値Ａは、実施例２と同じ値である。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。
　実施例２で説明したように、フィルタ３が故障しているときには、排気の流速が所定値Ａ以上の場合において、排気の流速の変化量に対するフィルタ３よりも下流側のＰＭ量の変化量がより大きくなる。一方、フィルタ３が故障していたとしても、その度合いが低いときには、排気の流速が所定値Ａ未満の場合において、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量は比較的少ない。また、フィルタ３の故障の度合いが高いときには、排気の流速が所定値Ａ未満であっても、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量は比較的多い。
　すなわち、排気の流速が所定値Ａ以上のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、排気の流速が所定値Ａ未満のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、を比較して、この差または比が大きいときには、フィルタ３が故障していると判定できる。
　図７は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び所定値Ｃとの関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３の故障の度合いが比較的高い場合を示し、二点鎖線はフィルタ３の故障の度合いが比較的低い場合を示している。所定値Ａは、実施例２と同じ値である。所定値Ｃは、所定値Ａ未満の値であって、フィルタ３が故障している場合に急変点が現れる排気の流速の下限値未満の値として設定される。所定値Ｃは、フィルタ３の故障の度合いが許容できる限度に達したときに前記急変点が現れる流速よりも低い流速としてもよい。また、所定値Ｃは、フィルタ３の故障の度合いが比較的低い場合に、急変点が現れる排気の流速よりも低く、且つフィルタ３の故障の度合いが比較的高い場合に、急変点が現れる排気の流速よりも高い値として予め実験等により求めておく。
　フィルタ３が故障している場合には、急変点が現れる排気の流速が所定値Ａ以下となる。そして、故障の度合いが比較的低い場合には、急変点が現れる排気の流速が所定値Ｃ以上で且つ所定値Ａ未満となる。この場合、排気の流速が所定値ＣのときのＰＭ量は比較的少なく、排気の流速が所定値ＡのときのＰＭ量は比較的多くなる。このため、フィルタ３が故障しているときには、排気の流速が所定値Ａのときのフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、排気の流速が所定値Ｃのときのフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、の差または比が大きくなる。一方、フィルタ３が正常な場合には、この差または比は０又は比較的小さな値となる。
　したがって、排気の流速が所定値ＡのときのＰＭ量と、所定値ＣのときのＰＭ量との差または比を求め、この値を閾値Ｄと比較すれば、フィルタ３の故障を検出することができる。ここでいう閾値Ｄは、フィルタ３が正常な場合における前記差または比の上限値である。なお、フィルタ３の故障の度合いが比較的高い場合には、急変点が現れる排気の流速が所定値Ｃ未満となるため、排気の流速が所定値ＣのときのＰＭ量は多くなる。このため、排気の流速が所定値Ｃ未満のときのＰＭ量が閾値Ｅを超えていれば、フィルタ３が故障していると判定できる。この場合、排気の流速が所定値Ａ以上のときのＰＭ量を検出しなくても、フィルタ３の故障を判定できるため、判定に要する時間を短縮することができる。なお、閾値Ｅは、フィルタ３の故障の度合いが比較的高い場合における排気の流速が所定値ＣのときのＰＭ量の下限値である。
　次に図８、図９は、本実施例に係るフィルタ３の故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。なお、前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。
　ステップＳ２０１では、排気の流速が所定値Ｃであるか否か判定される。なお、排気の流速が所定値Ｃを含む所定範囲内であれば、排気の流速が所定値Ｃであると判定してもよい。
　ステップＳ２０２では、排気の流速が所定値ＣのときのＰＭ量ＧＰＭ１が読み込まれる。
　ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で読み込まれたＰＭ量ＧＰＭ１が閾値Ｅよりも多いか否か判定される。本ステップでは、フィルタ３の故障の度合いが比較的高いか否か判定している。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進んで、フィルタ故障フラグがＯＮとされる。一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２、Ｓ１０３を経てステップＳ２０４へ進む。
　ステップＳ２０４では、排気の流速が所定値Ａであるか否か判定される。なお、排気の流速が所定値Ａを含む所定範囲内であれば、排気の流速が所定値Ａであると判定してもよい。
　ステップＳ２０５では、排気の流速が所定値ＡのときのＰＭ量ＧＰＭ２が読み込まれる。
　ステップＳ２０６では、排気の流速が所定値ＡのときのＰＭ量ＧＰＭ２と、排気の流速が所定値ＣのときのＰＭ量ＧＰＭ１と、の比であるＰＭ量比（ＧＰＭ２／ＧＰＭ１）が算出される。
　ステップＳ２０７では、ＰＭ量比（ＧＰＭ２／ＧＰＭ１）が閾値Ｄよりも大きいか否か判定される。本ステップでは、フィルタ３の故障の度合いが低いか否か判定している。ステップＳ２０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ２０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
　なお、ＰＭ量比（ＧＰＭ２／ＧＰＭ１）に代えて、ＰＭ量の差（ＧＰＭ２－ＧＰＭ１）が閾値よりも大きいか否か判定してもよい。
　このようにして、排気の流速が所定値Ａ未満のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、排気の流速が所定値Ａ以上のときにおけるフィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、を比較してフィルタ３が故障しているか否か高精度に判定することができる。
　本実施例では、排気の流速が所定値Ａを含む所定範囲または所定値Ａ以上の所定範囲のときに、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比を求め、この比が閾値以上の場合にフィルタ３が故障していると判定する。なお、所定値Ａは、実施例２と同じ値である。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。
　実施例２で説明したように、フィルタ３が故障しているときには、排気の流速が所定値Ａ以上になると、排気の流速が変化量に対して、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量の変化量がより多くなる。したがって、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比が排気の流速の増加にしたがって大きくなる。
　ここで、図１０は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び所定値Ｆとの関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３が故障している場合を示している。また、破線は、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定した場合を示している。所定値Ａは、実施例２と同じである。所定値Ｆは、ＰＭ量を取得する排気の流量の上限値であり、予め最適値を実験等により求めておく。なお、本実施例においては所定値Ａから所定値Ｆまでの範囲が、本発明における所定範囲に相当する。そして、本実施例では、排気の流速が所定値Ａ以上で且つ所定値Ｆ以下のときに得られるＰＭ量に基づいてフィルタ３の故障検出を行う。
　ここで、本実施例では、排気の流速が所定値Ａ以上で且つ所定値Ｆ以下のときに得られるＰＭ量に基づいて、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比を算出する。この比は、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定して、たとえば最小二乗法を用いて算出する。すなわち、図１０に示した一点鎖線を近似する直線の傾きを算出する。このため、ＰＭ量の取得は排気の流速を変えて複数回行なわれる。なお、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比は、図１０における一点鎖線で示した曲線の接線の傾きとしてもよい。
　このようにして求めた傾きは、フィルタ３の故障の度合いに応じて大きくなる。すなわち、排気の流速が所定値Ａ以上の場合には、フィルタ３が故障していると、排気の流速の増加に従って、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量の増加度合いが大きくなる。このため、前記傾きは正常のフィルタ３と比較して故障しているフィルタ３のほうが大きくなる。したがって、フィルタ３が正常であるときの傾きの上限値として閾値を設定しておけば、該傾きが閾値よりも大きなときにフィルタ３が故障していると判定することができる。また、前記傾きに応じてフィルタ３の故障の度合いを求めることもできる。
　なお、本実施例では、排気の流速が所定値Ａ以上で且つ所定値Ｆ以下のときのＰＭ量に基づいて前記傾きを算出しているが、排気の流速が所定値Ａ未満のときのＰＭ量を含んで前記傾きを算出してもよい。
　次に図１１は、本実施例に係るフィルタ３の故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。なお、前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。
　ステップＳ３０１では、カウンタＰＭＣＮＴの値が０とされる。このカウンタＰＭＣＮＴにより、ＰＭ量を取得した回数を記憶している。
　ステップＳ３０２では、排気の流速が所定範囲内であるか否か判定される。ここでいう所定範囲とは、所定値Ａ以上で且つ所定値Ｆ以下の範囲である。すなわち、本ステップでは、ＰＭ量の取得に適した排気の流速であるか否か判定している。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
　ステップＳ３０３では、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量が読み込まれる。また、ＰＭ量が検出されたときの排気の流速も同時に読み込まれる。
　ステップＳ３０４では、カウンタＰＭＣＮＴに１が加算される。すなわち、ステップＳ３０３にてＰＭ量が取得されたのでカウンタＰＭＣＮＴを増加させている。
　ステップＳ３０５では、カウンタＰＭＣＮＴが所定値以上であるか否か判定される。ここでいう所定値とは、前記傾きを求めることが可能なＰＭ量の取得回数である。すなわち、本ステップでは、傾きを算出可能であるか否か判定している。ステップＳ３０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０６へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
　ステップＳ３０６では、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定して、たとえば最小二乗法により傾きが算出される。
　ステップＳ３０７では、傾きが閾値Ｇよりも大きいか否か判定される。閾値Ｇは、フィルタ３が正常であるときの傾きの上限値であり、予め実験等により求めておく。本ステップでは、フィルタ３が故障しているか否か判定している。ステップＳ３０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ３０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
　このようにして、排気の流速が所定値Ａを含む所定範囲または所定値Ａ以上の所定範囲の傾きを求め、この傾きが閾値以上の場合にフィルタ３が故障していると判定することができる。また、本実施例では、フィルタ３を通過する排気の流速とフィルタ３よりも下流側のＰＭ量との関係を複数回求めて前記比を算出するため、精度が高い。
　本実施例では、排気の流速が所定値Ｃから所定値Ａの範囲のときに、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定して排気の流速とＰＭ量との関係式を求める。そして、この関係式から実際のＰＭ量がどれだけばらついているのかに基づいてフィルタ３が故障しているか否か判定する。なお、所定値Ａは、実施例２と同じ値である。また、所定値Ｃは、実施例３と同じ値である。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。
　実施例２で説明したように、フィルタ３が故障しているときには、排気の流速が急変点を超えると、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量が急激に多くなる。したがって、フィルタ３が故障しているときには、排気の流速が所定値Ａのときと所定値Ｃのときとで、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量の差が大きくなる。また、フィルタ３が正常な場合には、排気の流速とＰＭ量とは線形の関係になるが、フィルタ３が故障している場合には、排気の流速とＰＭ量とは実際には非線形の関係となる。したがって、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定して排気の流速とＰＭ量との関係式を求めた場合に、フィルタ３が故障していると、実際に検出されるＰＭ量と、求められた関係式との差が大きくなる。そして、フィルタ３の故障の度合いが高くなるほど、実際に検出されるＰＭ量と、求められた関係式との差が大きくなる。
　ここで、図１２は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａ及び所定値Ｃとの関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３が故障している場合を示している。また、二点鎖線は排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定した場合を示している。所定値Ａは、実施例２と同じ値である。所定値Ｃは、実施例３と同じ値である。なお、本実施例においては所定値Ｃから所定値Ａまでの範囲が、本発明における所定範囲に相当する。また、所定範囲は所定値Ａを含んでいればよく、所定値Ａよりも高い排気の流速の範囲を含んでいてもよい。
　フィルタ３が故障している場合には、排気の流速と実際のＰＭ量との関係は、一点鎖線のような非線形となる。このため、排気の流速と実際のＰＭ量との関係が線形と仮定して得られる二点鎖線と、実際の関係である一点鎖線と、には排気の流速によってはずれが生じる。このずれの度合いは、フィルタ３の故障度合いに応じて大きくなる。たとえば、二点鎖線で示される関係から得られるＰＭ量と、実際のＰＭ量との差の積算値は、フィルタ３の故障の度合いに応じて大きくなるため、該積算値に基づいてフィルタ３の故障を判定することができる。また、たとえば、フィルタ３が正常であるときの積算値の上限値として閾値を設定しておけば、該積算値が閾値よりも大きいときにフィルタ３が故障していると判定することができる。また、積算値に応じてフィルタ３の故障の度合いを求めることもできる。この積算値は、図１２における一点鎖線と二点鎖線とで囲まれる部分の面積としてもよい。
　次に図１３は、本実施例に係るフィルタ３の故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。なお、前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。
　ステップＳ４０１では、排気の流速が所定範囲内であるか否か判定される。ここでいう所定範囲とは、所定値Ｃ以上で且つ所定値Ａ以下の範囲である。すなわち、本ステップでは、ＰＭ量の取得に適した排気の流速であるか否か判定している。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
　ステップＳ４０２では、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定して、たとえば最小二乗法により関係式が算出される。
　ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で得られる関係式と、ステップＳ３０３で読み込まれるＰＭ量との差の積算値が算出される。すなわち、複数回読み込まれたＰＭ量の夫々について排気の流速毎に差が算出され、その差の合計が算出される。
　ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３で算出される積算値が閾値Ｈよりも大きいか否か判定される。閾値Ｈは、フィルタ３が正常であるときの積算値の上限値であり、予め実験等により求めておく。本ステップでは、フィルタ３が故障しているか否か判定している。ステップＳ４０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ４０４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
　このようにして、排気の流速が所定値Ｃ以上で且つ所定値Ａ以下のときにおいて、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定したときの関係式と、検出されるＰＭ量とのばらつき度合いに基づいてフィルタ３が故障しているか否か高精度に判定することができる。
　本実施例では、排気の流速が所定値Ａ以上のときと、所定値Ａ未満のときとで夫々排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比を算出する。このときに、排気の流速が所定値Ａ以上のときと、所定値Ａ未満のときとで、夫々、排気の流速とＰＭ量との関係が線形であると仮定する。これらの比は、実施例４と同様にして「傾き」として求めることができる。すなわち、実施例４と同様にして、排気の流速が所定値Ａ以上のときと、所定値Ａ未満のときとで、夫々、排気の流速とＰＭ量との関係が線形であると仮定して、夫々の傾きを求める。そして、排気の流速が所定値Ａ以上のときと、所定値Ａ未満のときとの傾きを比較して、この差または比が大きいときにフィルタ３が故障していると判定する。なお、所定値Ａは、実施例２と同じ値である。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。
　すなわち、フィルタ３が故障しているときには、排気の流速が所定値Ａ以上になると、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比が比較的大きくなる。一方、排気の流速が所定値Ａ未満の場合には、フィルタ３が故障していたとしても、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比は、排気の流速が所定値Ａ以上の場合よりも低い。また、フィルタ３が正常の場合には、排気の流速によらず、排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比は略一定となる。したがって、排気の流速が所定値Ａ以上のときと、所定値Ａ未満のときと、の排気の流速の変化量に対するＰＭ量の変化量の比を比較することで、フィルタ３の故障を検出することができる。
　ここで、図１４は、フィルタ３を通過する排気の流速と、フィルタ３よりも下流側のＰＭ量と、所定値Ａとの関係を示した図である。実線はフィルタ３が正常な場合を示し、一点鎖線はフィルタ３が故障している場合を示している。また、破線は、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定した場合を示している。所定値Ａは、実施例２と同じ値である。
　このように、破線の傾きが、所定値Ａ以上の場合と所定値未満の場合とで異なる。この傾きの差は、フィルタ３の故障度合いに応じて大きくなる。たとえば、フィルタ３が正常の場合の傾きの差の上限値として閾値を設定しておけば、実際に得られる傾きの差が閾値よりも大きなときにフィルタ３が故障していると判定することができる。また、傾きの差に応じてフィルタ３の故障の度合いを求めることもできる。なお、傾きの差に代えて、傾きの比を用いて故障検出を行うこともできる。
　次に図１５、図１６は、本実施例に係るフィルタ３の故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。なお、前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。
　ステップＳ５０１では、カウンタＰＭＣＮＴ１及びカウンタＰＭＣＮＴ２の値が０とされる。カウンタＰＭＣＮＴ１により、排気の流量が所定値Ａ以上のときにＰＭ量を取得した回数を記憶し、カウンタＰＭＣＮＴ２により、排気の流量が所定値Ａ未満のときにＰＭ量を取得した回数を記憶している。
　ステップＳ５０２では、排気の流速が所定値Ａ以上であるか否か判定される。ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０３へ進み、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Ｓ５０３では、カウンタＰＭＣＮＴ１に１が加算される。また、ステップＳ５０４では、カウンタＰＭＣＮＴ２に１が加算される。
　ステップＳ５０５では、カウンタＰＭＣＮＴ１及びカウンタＰＭＣＮＴ２が共に所定値以上であるか否か判定される。ここでいう所定値とは、前記傾きを求めることが可能なＰＭ量の取得回数である。すなわち、本ステップでは、排気の流量が所定値Ａ以上のときと所定値Ａ未満のときとで、共に傾きを算出可能であるか否か判定している。ステップＳ５０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０６へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
　ステップＳ５０６では、排気の流速とＰＭ量とが線形の関係にあると仮定して、たとえば最小二乗法により、排気の流量が所定値Ａ以上のときと所定値Ａ未満のときとの傾きが算出される。
　ステップＳ５０７では、排気の流量が所定値Ａ以上のときの傾きと、所定値未満のときの傾きとの差が閾値Ｊよりも大きいか否か判定される。閾値Ｊは、フィルタ３が正常であるときの傾きの差の上限値であり、予め実験等により求めておく。本ステップでは、フィルタ３が故障しているか否か判定している。ステップＳ５０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ５０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
　以上のようにしても、フィルタ３の故障判定を高精度に行うことができる。
１　内燃機関
２　排気通路
３　フィルタ
４　ＰＭセンサ
５　温度センサ
６　圧力センサ
７　吸気通路
８　エアフローメータ
９　燃料噴射弁
１０　ＥＣＵ
１１　アクセルペダル
１２　アクセル開度センサ
１３　クランクポジションセンサ

Claims (13)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる物質を捕集するフィルタと、
    　前記フィルタよりも下流側の排気通路に設けられ前記フィルタを通過する前記物質の量を検出する物質量検出部と、
    　前記フィルタを通過する排気の流速を検出または推定する流速検出部と、
    　前記フィルタを通過する排気の流速が高くなるほど、前記流速検出部により検出または推定される排気の流速の変化量に対する前記物質量検出部により検出される物質量の変化量の比が大きくなるときに前記フィルタが故障していると判定する判定部と、
    　を備える内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  2. 　前記判定部は、前記排気の流速の変化量に対する前記物質量の変化量の比が規定値以上のときにおいて、前記流速検出部により検出または推定される排気の流速が閾値以下の場合に前記フィルタが故障していると判定する請求項１に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  3. 　前記判定部は、前記排気の流速の変化量に対する前記物質量の変化量の比が規定値以上のときにおいて、前記物質量検出部により検出される物質量が閾値以上の場合に前記フィルタが故障していると判定する請求項１または２に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  4. 　前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量が閾値以上の場合に前記フィルタが故障していると判定する請求項１に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  5. 　前記判定部は、前記排気の流速に応じて前記閾値を変更する請求項４に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  6. 　前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、前記排気の流速が所定値未満のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、を比較して前記フィルタが故障しているか否か判定する請求項１に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  7. 　前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、前記排気の流速が所定値未満のときにおいて前記物質量検出部により検出される前記物質量と、の差又は比が閾値以上の場合に前記フィルタが故障していると判定する請求項６に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  8. 　前記判定部は、前記排気の流速が所定値を含む所定範囲または所定値以上の所定範囲のときに、前記排気の流速と前記物質量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求め、この比が閾値以上の場合に前記フィルタが故障していると判定する請求項１に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  9. 　前記判定部は、前記排気の流速が所定値を含む所定範囲のときに、前記排気の流速と前記物質量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求め、前記比に基づいて得られる物質量と、前記物質量検出部により検出される物質量と、の差の合計が閾値以上の場合に前記フィルタが故障していると判定する請求項１に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  10. 　前記判定部は、前記排気の流速が所定値以上のとき及び所定値未満のときで、夫々、前記排気の流速と前記物質量とが線形の関係にあると仮定したときの排気の流速の変化量に対する物質量の変化量の比を求め、これらの比の差又は比が閾値以上のときに前記フィルタが故障していると判定する請求項１に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  11. 　前記所定値は、フィルタの故障の度合いが許容範囲となるか否かの境のときに前記流速検出部により検出または推定される排気の流速の変化量に対する前記物質量検出部により検出される物質量の変化量の比が規定値となるときの排気の流速である請求項４から１０の何れか１項に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  12. 　前記フィルタは、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集する請求項１から１１の何れか１項に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
  13. 　前記物質量検出部は、排気中の粒子状物質の量を測定するセンサである請求項１から１２の何れか１項に記載の内燃機関のフィルタ故障検出装置。
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