WO2016006509A1 - パティキュレートフィルタの故障診断方法及び装置 - Google Patents

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sensor
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particulate
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宗近 堤
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日野自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a particulate filter failure diagnosis method and apparatus for accurately and suitably detecting an abnormality occurring in a particulate filter.
  • Particulate Matter discharged from diesel engines is mainly composed of carbonaceous soot and SOF component (Soluble Organic Fraction) consisting of high-boiling hydrocarbon components. Furthermore, a composition containing a trace amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component) is included. As a measure for reducing this type of particulates, a particulate filter may be provided in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust flows. Conventionally done.
  • This type of particulate filter has, for example, a porous honeycomb structure made of ceramic such as cordierite, and the inlets of each flow path partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the inlets are sealed.
  • the outlet of the non-flow channel is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall that defines each flow channel is discharged downstream.
  • the particulates in the exhaust are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the collected particulates are forcibly heated when the amount of particulates accumulated has increased. It is necessary to remove the combustion and regenerate the particulate filter.
  • a flow-through type oxidation catalyst is provided in front of the particulate filter, and fuel is added upstream from the oxidation catalyst, and the added fuel is oxidized by the oxidation catalyst in the previous stage of the particulate filter.
  • the exhaust gas heated by the reaction heat is introduced into the particulate filter, the catalyst bed temperature is raised to burn out the particulate, and the particulate filter is regenerated.
  • the fuel is added to the exhaust by adding a post-injection at a non-ignition timing later than the compression top dead center following the main injection of the fuel near the compression top dead center. It ’s fine.
  • particulate filter there is a possibility that the particulate filter may fail due to melting damage caused by burning a large amount of particulates at once, damage due to physical impact, or the like. If the operation is continued while the particulate filter is broken, the particulates discharged from the engine cannot be properly removed from the exhaust gas, and particulates that are air pollutants are released into the atmosphere.
  • an on-board diagnostics that automatically detects particulate filter failure through self-diagnosis is installed in the vehicle, and the driver is notified that the particulate filter has failed.
  • OBD on-board diagnostics
  • the exchange is promoted.
  • the exhaust pressure is measured upstream and downstream of the particulate filter, and if the pressure difference is lower than a predetermined value, it is diagnosed that the particulate filter is broken. The method of doing is used.
  • a particulate is deposited on the surface of a substrate having two electrodes, and a voltage is applied between the electrodes to generate a current corresponding to the amount of particulate deposition.
  • An apparatus called a deposition type particulate sensor (PM sensor) for outputting has been proposed. By installing such a PM sensor downstream of the particulate filter, it is possible to detect a failure of the particulate filter based on the amount and rate of particulate deposition in the PM sensor.
  • PM sensor deposition type particulate sensor
  • Patent Document 1 a PM sensor is installed downstream of a particulate filter, and it is assumed that the particulate filter is in a predetermined state, and the particulates that have passed through the particulate filter during a predetermined period from the operating state of the engine or the like. Estimating the integrated amount, calculating the integrated amount of the particulates that have passed through the particulate filter based on the output value of the PM sensor during the predetermined period, and calculating the calculated integrated amount of the particulates and the estimated integrated amount A device for diagnosing a particulate filter failure by comparing the above is described.
  • the concentration of particulates in the exhaust gas varies depending on various conditions such as the number of engine revolutions, fuel injection amount and exhaust temperature, and the particulate deposition rate in the PM sensor also varies depending on the exhaust flow rate.
  • the difference between the amount of particulate actually discharged from the internal combustion engine and the reference value of the particulate discharge amount according to the operating state of the internal combustion engine is greater than the predetermined amount.
  • the amount and timing of fuel injection are adjusted to increase or decrease the amount of particulate actually discharged from the internal combustion engine, so that the accuracy of failure diagnosis of the particulate filter can be improved.
  • the accuracy of the failure diagnosis of the particulate filter may not be improved, and such control may be performed manually.
  • the error may be increased by adding to the target.
  • the particulate discharge amount may be increased in order to maintain the accuracy of the failure diagnosis, the deterioration of the fuel consumption due to the consumption of excess fuel or the particulates in the atmosphere. There is also a risk of increasing the amount discharged into the water.
  • the present invention intends to provide a particulate filter failure diagnosis method and apparatus capable of accurately and suitably detecting a failure occurring in a particulate filter.
  • a PM sensor that deposits particulates on a detection unit and outputs the amount of accumulated particulates is installed downstream of a particulate filter installed in the middle of an exhaust pipe, and the particulate filter is a predetermined filter.
  • An assumed condition is assumed to be in a reference state having the particulate collection ability of the above, and based on the assumed condition, a virtual output value corresponding to the virtual deposition amount of the particulates in the PM sensor is calculated,
  • the failure of the particulate filter can be suitably detected by comparing the virtual output value of the PM sensor estimated from the operation state and the like with the actual output value of the PM sensor. .
  • the determination threshold value is preferably a saturation output value of the PM sensor, and in this way, the failure determination of the particulate filter is executed at an appropriate timing. Can do.
  • the PM sensor is executed by adopting only an output value when the PM sensor is in a state where it can output an output value corresponding to the amount of accumulated particulate. By doing so, the accuracy of the failure diagnosis of the particulate filter can be further improved.
  • the present invention also provides a particulate filter installed in the middle of the exhaust pipe, a PM sensor for detecting particulates in the exhaust gas by depositing particulates on the detection unit downstream of the particulate filter, and the particulates.
  • An assumption is made that the filter is assumed to be in a reference state having a predetermined particulate collection capability, and a virtual output value corresponding to the amount of particulate accumulation in the PM sensor is calculated based on the assumption.
  • a control device that determines that the particulate filter has failed when the output of the PM sensor is equal to or greater than the determination threshold when the virtual output value reaches a predetermined determination threshold.
  • the present invention relates to a failure diagnosis apparatus for a curate filter.
  • the saturation output value of the PM sensor is used as the determination threshold.
  • the failure diagnosis is performed by adopting only the output value when the PM sensor is in a state in which the PM sensor can output an output value corresponding to the accumulation amount of the particulate. It is preferable to be configured.
  • particulate filter failure diagnosis method and apparatus of the present invention it is possible to achieve an excellent effect that a failure occurring in the particulate filter can be detected accurately and suitably.
  • FIG. 1 shows an example of a particulate filter failure diagnosis method or apparatus embodying the present invention.
  • a catalyst regeneration type particulate filter 5 having an oxidation catalyst 4 in the preceding stage is interposed, and the particulate A PM sensor 6 is installed on the downstream side of the filter 5.
  • the PM sensor 6 includes a detection unit 7 that deposits and detects particulates on the surface, an output unit 8 that applies a voltage to the detection unit 7 and outputs a current from the detection unit 7, A control unit 9 for controlling the output unit 8 is provided, and the detection unit 7 has a structure including two electrodes 11 and 11 on the surface of the base 10.
  • the base 10 is a ceramic insulator, and the electrodes 11 and 11 are spaced apart from each other on the base 10, so that the electrodes 11 and 11 are insulated from each other.
  • the PM sensor 6 is installed in the middle of the exhaust pipe 3, and is installed downstream of the particulate filter 5 including the oxidation catalyst 4 in the previous stage so as to be inserted from the outside of the exhaust pipe 3.
  • the PM sensor 6 is installed such that the detection unit 7 protrudes to the inside of the exhaust pipe 3, and the detection unit 7 is arranged so that the surface having the electrodes 11, 11 faces the upstream side. Further, a predetermined voltage is applied from the output unit 8 between the electrodes 11 of the detection unit 7.
  • FIGS. 3A to 3E schematically show how particulates contained in the exhaust gas G that has passed through the particulate filter 5 gradually accumulate on the surface of the detection unit 7 of the PM sensor 6.
  • FIG. 3 (f) schematically shows fluctuations in the output of the PM sensor 6 accompanying changes in the amount of accumulated particulates.
  • the electrodes 11 and 11 of the detection unit 7 are insulated, so even if a voltage is applied between the electrodes 11 and 11, the electrodes 11, 11 does not energize each other. Even when particulates begin to accumulate on the surface of the detection unit 7 and a minute amount of particulates adhere as shown in FIG. 3B, the electrodes 11 and 11 are not energized. As described above, a period in which the PM sensor output value is zero because the amount of particulate deposition is zero or small is referred to as a dead zone.
  • the particulates containing carbon as a main component are conductors.
  • the current begins to flow between the electrodes 11 and 11 via the particulates, and this current is output from the output unit 8. That is, the PM sensor 6 outputs the accumulated amount of particulates on the surface of the detection unit 7 as a current.
  • the control unit 9 of the PM sensor 6 performs control to regenerate the detection unit 7 at a predetermined timing. Specifically, in response to an external reproduction signal, a command to heat the detection unit 7 is issued to the output unit 8.
  • the output unit 8 performs an operation of heating the detection unit 7 and burns the particulates deposited on the detection unit 7.
  • the operation of heating the detection unit 7 is performed, for example, by applying a large voltage between the electrodes 11 and 11 and causing a current to flow through the deposited particulates to generate Joule heat.
  • the detection unit 7 is regenerated by the combustion of the particulates and returns to the state of FIG. 3A. Then, when the particulates accumulate again and becomes the state of FIG. 3E, the particulates are again burned at a predetermined timing, Returning to the state of FIG.
  • the output value of the PM sensor 6 changes as shown in FIG. 3F according to the particulate deposition and regeneration cycle in the detection unit 7.
  • This output value is input as an output current 6a from time to time to a control device 12 constituting an engine control computer (ECU: Electronic Control Unit) (see FIG. 1).
  • the control device 12 also has a function of inputting the regeneration signal 6b to the control unit of the PM sensor 6 at a predetermined timing in the above-described cycle of the PM sensor 6 to regenerate the PM sensor 6.
  • control device 12 also serves as an engine control computer, it also controls fuel injection. Specifically, based on the accelerator opening signal 13a from the accelerator sensor 13 that detects the accelerator opening as a load of the engine 1 and the rotation speed signal 14a from the rotation sensor 14 that detects the engine rotation speed of the engine 1, A fuel injection signal 15 a is output to a fuel injection device 15 that injects fuel into each cylinder of the engine 1.
  • the fuel injection device 15 is composed of a plurality of injectors provided for each cylinder, and the solenoid valves of these injectors are appropriately controlled to open by the fuel injection signal 15a, and the fuel injection timing (valve opening timing). ) And the injection amount (valve opening time) are appropriately controlled.
  • the fuel injection signal 15a in the normal mode is determined based on the accelerator opening and the engine speed as described above.
  • the normal mode is started. The mode is switched to the regeneration mode, and the fuel injection signal 15a having an injection pattern in which post injection is performed at a non-ignition timing later than the compression top dead center following the main injection of fuel performed near the compression top dead center is determined. It is also.
  • the fuel injection device 15 also functions as a fuel addition means for forced regeneration of the particulate filter 5. That is, when post-injection is performed at the non-ignition timing later than the compression top dead center following the main injection as described above, unburned fuel is added to the exhaust G by this post-injection. The unburned fuel undergoes an oxidation reaction on the oxidation catalyst 4 in the preceding stage of the particulate filter 5, and the catalyst bed temperature rises due to the reaction heat so that the particulate matter collected by the particulate filter 5 is burned and removed. It has become.
  • the particulate filter 5 is based on pressure signals 16 a and 17 a from pressure sensors 16 and 17 respectively installed upstream and downstream of the particulate filter 5.
  • the pressure difference between before and after is calculated, and based on this, the particulate accumulation amount in the particulate filter 5 is estimated, and the forced regeneration timing is determined based on the estimated accumulation amount.
  • the amount of accumulated particulates There are various methods for estimating the amount of accumulated particulates. For example, the basic generation amount of particulates based on the current operating state of the engine 1 is estimated, and this basic generation amount is estimated. Multiply the amount by a correction factor that takes into account various conditions related to the generation of particulates, and subtract the particulate processing amount in the current operating state to obtain the final generation amount. It is also possible to estimate the accumulated amount of particulates in the particulate filter 5 by integrating every moment.
  • the temperature signal 18 a of the exhaust G input from the temperature sensor 18 provided on the upstream side of the particulate filter 5 and the input from the flow sensor 19 provided on the upstream side of the particulate filter 5.
  • Various numerical values are monitored, such as a flow signal 19a of the exhaust G to be emitted and an atmospheric pressure signal 20a input from an atmospheric pressure sensor 20 that measures the ambient atmospheric pressure, and various controls related to driving of the vehicle based on these numerical values. Is supposed to run.
  • a warning lamp 21 is provided on the instrument panel in the cab to notify the driver that a failure has occurred in the particulate filter 5.
  • the output current 6a from the PM sensor 6 is input to the control device 12 every moment.
  • an assumption condition is set that assumes that the particulate filter 5 is in a reference state having a predetermined particulate collection capability, and from the rotation sensor 14 of the engine 1 based on the assumption condition.
  • a virtual output value of the PM sensor 6 is calculated from a value such as the atmospheric pressure signal 20a input from 20 based on a statistical model.
  • the particulate accumulation amount in the PM sensor 6 downstream thereof is the number of revolutions of the engine 1, the fuel injection amount, It can be estimated as a virtual accumulation amount by calculating and integrating as a function of the temperature, flow rate, atmospheric pressure, etc. of the exhaust G, but the virtual output value of the PM sensor 6 is determined according to this virtual accumulation amount.
  • the virtual output value of the PM sensor 6 can be calculated based on a statistical model as a function of the rotational speed of the engine 1, the fuel injection amount, the temperature and flow rate of the exhaust G, the atmospheric pressure, and the like. Then, the failure of the particulate filter 5 is determined by comparing the virtual output value at a predetermined timing with the actual output value of the output current 6 a of the PM sensor 6.
  • the value of the output current 6a from the PM sensor 6 increases with the increase in the amount of particulate accumulation with time, and, for example, as shown by the solid line in the graph of FIG. After that, the output is increased, and it shows a change that eventually becomes saturated.
  • the particulate filter 5 is out of order, there are many particulates that pass through the particulate filter 5, so the deposition rate of the particulates on the PM sensor 6 is fast, and the output increases from the dead zone. Short time to saturation.
  • the particulate filter 5 is in a reference state having a predetermined particulate collection capability, and based on the various conditions as described above based on the assumption.
  • the virtual output value of the PM sensor 6 is calculated.
  • the “reference state having a predetermined particulate collection capability” of the particulate filter 5 assumed in the control device 12 is, for example, three times the regulation value (0.03 g / bhph) in this embodiment.
  • other numerical values may be used as a reference, and the present invention is not limited to these numerical values.
  • the virtual output value of the PM sensor 6 calculated from the estimated integrated amount of particulates in the control device 12 shows a change as indicated by a dotted line in FIG. 4, for example. Then, when the virtual output value reaches a predetermined determination threshold ⁇ , failure determination of the particulate filter 5 is executed. Specifically, if the value of the output current 6a from the PM sensor 6 has reached the determination threshold value ⁇ at this time (indicated by a broken line in FIG. 4), the particulate filter 5 has failed. If the value of the output current 6a does not reach the determination threshold value ⁇ (in the case illustrated by a solid line in FIG. 4), the particulate filter 5 has a sufficient particulate collection ability and thus is normal. judge.
  • the apparatus described in Patent Document 1 described above estimates the accumulated amount of particulates that have passed through the particulate filter when the particulate filter is assumed to be in a predetermined state, while the output value of the PM sensor is estimated. Based on this, the integrated amount of the particulates that have passed through the particulate filter is calculated and compared with each other. Since both numerical values to be compared include a calculation process, there is a high possibility that an error will occur. On the other hand, in the present embodiment, since one of the numerical values to be compared is an actual measurement value, there is little room for error.
  • the saturation output value of the PM sensor 6 may be used, and the failure determination may be executed at the timing when the virtual output value reaches the saturation output value.
  • the determination threshold value ⁇ is made small, that is, the time until the determination is made short, the influence of errors and malfunctions becomes large.
  • the output value of the PM sensor 6 is basically This is because, in reality, a value larger than the saturation output value is not taken, and it is meaningless to make the determination threshold value ⁇ larger than this.
  • the failure diagnosis of the particulate filter 5 is performed by repeating the above determination a plurality of times, for example, when the number of times the failure is determined out of the total number of determinations is equal to or greater than a certain threshold value. In this way, even if an erroneous determination occurs temporarily due to some sudden factor such as a malfunction of the device, the possibility of a misdiagnosis can be reduced.
  • the failure notification signal 21a is input to the warning lamp 21, the warning lamp 21 is turned on, and the particulate filter 5 is exchanged for the driver. Prompted.
  • FIGS. 5 to 7 show one flow
  • * 1 in FIG. 5 is * 1 in FIG. 6
  • * 2 in FIG. 6 is in * 2 in FIG. 5
  • FIG. * 3 is connected to * 3 in FIG. 7
  • * 4 in FIG. 6 is connected to * 4 in FIG.
  • step S1 the control device 12 is checked, and in step S2, the PM sensor 6 is checked. Specifically, if the control device 12 is operated in a dewed state or the regeneration of the PM sensor 6 is performed, the control device 12 or the PM sensor 6 may be damaged. It is checked whether the temperature of the control device 12 or the PM sensor 6 exceeds the dew point.
  • step S1 or S2 If it is not determined that the apparatus is in a state in which regeneration of the PM sensor 6 can be performed (“N” in step S1 or S2), the process returns to step S1, and step S1 is performed until regeneration of the PM sensor 6 can be performed. -S2 is repeated.
  • step S3 the regeneration of the PM sensor 6 is performed. That is, the reproduction signal 6b is input from the control device 12 to the control unit 9 of the PM sensor 6 (see FIG. 1).
  • the control unit 9 that has received the reproduction signal 6b executes control to apply a large voltage between the electrodes 11 and 11 to the output unit 8, and the particulates deposited on the surface of the substrate 10 are burned out by the generated Joule heat. It is.
  • step S5 a monitoring process for determining the failure of the particulate filter 5 is started as step S5. That is, the rotational speed signal 14 a input from the rotation sensor 14 of the engine 1, the fuel injection amount determined by the control device 12, the exhaust gas G temperature signal 18 a input from the temperature sensor 18, and the exhaust gas input from the flow sensor 19. Assuming that the particulate filter 5 is in a reference state having a predetermined particulate collection capability as a function of each value such as the G flow signal 19a and the atmospheric pressure signal 20a input from the atmospheric pressure sensor 20. At the same time, the virtual output value from the PM sensor 6 is calculated from the statistical model and is integrated every moment.
  • steps S6 to S11 the state of the PM sensor 6 is checked prior to determining the failure of the particulate filter 5, and the output data is selected based on the state of the PM sensor 6 (FIG. 6). That is, depending on the state of the PM sensor 6 and its surroundings, the PM sensor 6 may be damaged or the amount of particulates deposited on the PM sensor 6 may not be measured appropriately and accurately. If the failure determination of the particulate filter 5 is performed when the accuracy of the PM sensor 6 is not good, an erroneous determination may occur. Therefore, in steps S6 to S11, the PM sensor 6 determines whether the particulate filter is based on the temperature of the exhaust G or the like. 5 is checked to see if it is in a state suitable for the failure diagnosis, and if it is in a state not suitable for the diagnosis of the particulate filter 5, the determination is not executed.
  • step S6 it is checked whether or not the temperatures of the control device 12 and the PM sensor 6 exceed the dew point, and whether or not the temperature of the exhaust G is in an appropriate range is also checked.
  • the controller 12 and the PM sensor 6 may be damaged under a temperature condition below the dew point.
  • the generated particulates will naturally burn. This is because particulates do not accumulate on the PM sensor 6 regardless of whether or not the curate filter 5 is normal, and appropriate failure determination cannot be performed.
  • step S6 If it is determined that these conditions are not cleared ("N" in step S6), the failure determination of the particulate filter 5 is temporarily abandoned, the PM sensor 6 is regenerated again, and the failure determination of the particulate filter 5 is performed. Or wait until the next engine start (steps S19 to S22, which will be described in detail later).
  • step S6 If it is determined in step S6 that the above condition is cleared (“Y” in step S6), then in step S7, whether the PM sensor 6 is in a state in which the particulate deposition amount can be appropriately measured, That is, it is checked whether or not the operation state is capable of outputting the output current 6a according to the amount of accumulated particulates with high accuracy.
  • the electrical resistance value between the electrodes 11 and 11 depends not only on the amount of accumulated particulates but also on various factors such as temperature. Therefore, depending on the state of the PM sensor 6, an output corresponding to the amount of particulate deposition appropriately. This is because the current 6a may not be output.
  • the PM sensor 6 can appropriately measure the amount of accumulated particulates is read from a map or a function input in advance to the control device 12 based on the temperature of the exhaust G and other conditions.
  • step S7 If it is determined in step S7 that the PM sensor 6 can appropriately measure the amount of accumulated particulates ("Y" in step S7), the elapsed time from the start of monitoring in step S5 is added and at the same time an effective value. The counter is incremented by 1 (step S8). On the other hand, if it is determined that the PM sensor 6 is not in a state in which the particulate deposition amount can be measured (“N” in step S7), only the time is added (step S9).
  • step S10 the value of the time counter added in step S8 or S9 is compared with the estimated time until the virtual output value reaches a predetermined determination threshold value ⁇ . If it is determined that the value of the time counter has not reached the estimated time, the process returns to step S4 (FIG. 5) (“N” in step S10), and steps S4 to S8 or S4 to S9 are executed. Repeat until the value reaches the estimated time.
  • step S11 it is determined whether or not the value of the effective value counter counted in step S8 has reached a predetermined effective determination threshold or more in the processes of steps S4 to S10 repeated after step S3. In other words, it is determined here at what rate the PM sensor 6 was able to accurately measure the particulate deposition amount from the start of monitoring to step S11. .
  • the value of the effective value counter is less than the effective determination threshold value (“N” in step S11)
  • the failure determination of the particulate filter 5 is temporarily abandoned, the PM sensor 6 is regenerated, and the particulate filter is regenerated.
  • the failure determination of 5 is performed again, or the failure determination is terminated and the next engine start is waited (steps S19 to S22, which will be described in detail later).
  • step S11 If it is determined in step S11 that the value of the effective value counter is equal to or greater than the effective determination threshold value (“Y” in step S11), the process proceeds to step S12. Since the reliability of the output value of the PM sensor 6 can be recognized at the stage of proceeding to step S12, the virtual output value of the PM sensor 6 accumulated from the start of step S5 (determination is based on this virtual output value). Since the determination is performed when the determination threshold value ⁇ is reached, the virtual output value is equal to the determination threshold value ⁇ at this point) is compared with the actual output current 6 a of the PM sensor 6.
  • step S12 If the actual output current 6a is greater than or equal to the virtual output value (determination threshold ⁇ ) (“Y” in step S12), the determination counter and the failure counter are each incremented by 1 (step S13), and the output current 6a is If it is less than the virtual output value (determination threshold ⁇ ) (“N” in step S12), only the determination counter is counted up by 1 (step S14).
  • step S15 it is determined whether or not the value of the determination number counter is equal to or greater than a predetermined diagnosis execution threshold value.
  • the value of the determination number counter is less than the diagnosis execution threshold value (“N” in step S15)
  • regeneration of the PM sensor 6 is requested again (step S22), and the process returns to step S2 (FIG. 5).
  • steps S2 to S15 are repeated until the value of the number of determinations counted in step S13 or S14 reaches the diagnosis execution threshold value.
  • step S15 If it is determined in step S15 that the value of the determination number counter has reached the diagnosis execution threshold value (“Y” in step S15), the process proceeds to step S16 (FIG. 7), where the particulate filter 5 A final diagnosis is made as to whether or not a failure has occurred.
  • step S16 FIG. 7
  • the value of the determination counter counted in step S13 or S14 is compared with the value of the failure counter counted in step S13 to determine the value of the failure counter.
  • the particulate filter 5 When the value divided by the value of the number counter is equal to or greater than a predetermined failure diagnosis threshold, it is diagnosed that the particulate filter 5 has failed, and the value obtained by dividing the value of the failure counter by the value of the determination number counter is If it is less than the failure diagnosis threshold, the particulate filter 5 is diagnosed as normal. In other words, whether or not the particulate filter 5 has failed is diagnosed based on the ratio of the number of times determined as failure to the total number of determinations.
  • step S17 the failure notification signal 21a is input from the control device 12 to the warning lamp 21, and the warning lamp 21 is turned on. (See FIG. 1), the driver is notified of the failure of the particulate filter 5, and the failure diagnosis process of the particulate filter 5 ends. If it is diagnosed that the particulate filter 5 is normal (“N” in step S16 to step S18), the failure diagnosis process of the particulate filter 5 is finished as it is.
  • step S6 When it is determined in step S6 that the condition for determining the failure of the particulate filter 5 is not satisfied (FIG. 6, “N” in step S6), or in step S11, the value of the effective value counter is less than the effective determination threshold value.
  • the processing in the case of being present (FIG. 6, “N” in step S11) will be described. In these cases, the determination cannot be made or the output value of the PM sensor 6 cannot be relied on. Therefore, the failure determination of the particulate filter 5 is temporarily given up as described above. is there. Specifically, a process of checking the number of regenerations of the PM sensor 6 after starting the engine is started (step S19).
  • step S20 if the number of times the regeneration signal 6b is input to the PM sensor 6 after starting the engine 1 has reached the regeneration upper limit (“Y” in step S20), the particulate filter 5 has failed. The diagnosis is abandoned, the fault diagnosis process is terminated, and the next operation is waited (step S21).
  • step S20 When the number of times of input of the reproduction signal 6b is still less than the upper limit value of the reproduction upper limit value (“N” in step S20), the process proceeds to step S22 to request the reproduction of the PM sensor 6 and the particulate filter 5 again. Failure determination is executed (FIG. 5, step S2 ⁇ ).
  • the particulate filter 5 can further improve the accuracy of fault diagnosis.
  • a failure that has occurred in the particulate filter can be detected accurately and suitably.
  • the particulate filter failure diagnosis method and apparatus according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

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Abstract

　排気管の途中に設置されたパティキュレートフィルタの下流側に、検出部にパティキュレートを堆積させて該パティキュレートの堆積量を出力するＰＭセンサを設置し、パティキュレートフィルタが所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定する仮定条件を設定し、該仮定条件のもとに、ＰＭセンサにおけるパティキュレートの仮想堆積量に応じた仮想出力値を算出し、該仮想出力値が所定の判定閾値に達した時点で、前記ＰＭセンサの出力が前記判定閾値以上である場合に前記パティキュレートフィルタは故障していると判定する。

Description

パティキュレートフィルタの故障診断方法及び装置
　本発明は、パティキュレートフィルタに生じた異常を精度良く好適に検知するためのパティキュレートフィルタの故障診断方法及び装置に関する。
　ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質、ＰＭ）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、排気が流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来行われている。
　この種のパティキュレートフィルタは、例えば、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気のみが下流側へ排出されるようにしてある。
　そして、排気中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で捕集済みのパティキュレートを強制的に加熱して燃焼除去し、パティキュレートフィルタの再生を図る必要がある。
　具体的には、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を備えると共に、該酸化触媒より上流側に燃料を添加するようにし、その添加燃料をパティキュレートフィルタの前段の酸化触媒で酸化反応させ、その反応熱により昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタへと導入して触媒床温度を上げてパティキュレートを燃やし尽くし、パティキュレートフィルタの再生を図るようにしている。燃料添加を実行するための手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気に燃料を添加すれば良い。
　この種のパティキュレートフィルタにおいては、多量のパティキュレートが一気に燃焼することによる溶損や、物理的な衝撃等による破損等を要因として、パティキュレートフィルタに故障が生じる虞がある。パティキュレートフィルタが故障したまま運転を続けると、エンジンから排出されるパティキュレートを排気から適切に除去することができず、大気汚染物質であるパティキュレートが大気中へ放出されてしまう。
　そこで、パティキュレートフィルタの故障を自己診断により自動的に検知するＯＢＤ（On-Board Diagnostics：自己診断機能）を自動車に搭載し、パティキュレートフィルタが故障したことを運転者に知らせてパティキュレートフィルタの交換を促すことが従来行われている。パティキュレートフィルタの故障を検知する方法としては、例えば、パティキュレートフィルタの上流と下流で排気の圧力を測定し、その圧力差が所定値より低い場合にはパティキュレートフィルタが故障していると診断するといった方法が用いられている。
　ところで、自動車の排気に関する規制は年々強化される傾向にある。特に米国においては、排気浄化装置の故障を検知するＯＢＤの設置がいち早く義務付けられた経緯があり、更に近い将来、排気浄化装置の故障の検知機能に対する規制は一層強化される見通しである。そのような厳しい規制に対応するためには、上記したような圧力の測定による検知方法では不十分であり、パティキュレートフィルタの故障をこれまでより一層精度良く検知し得る方法が求められている。
　パティキュレートフィルタの故障を高精度で検知し得る装置として、例えば、２つの電極を備えた基盤表面にパティキュレートを堆積させ、電極間に電圧を印加してパティキュレートの堆積量に応じた電流を出力する堆積式パティキュレートセンサ（ＰＭセンサ）と呼ばれる装置が提案されている。このようなＰＭセンサをパティキュレートフィルタの下流に設置することで、ＰＭセンサにおけるパティキュレートの堆積量や堆積速度を基にパティキュレートフィルタの故障を検知することができる。この種のパティキュレートフィルタの故障診断装置に関連する文献としては、例えば、下記特許文献１がある。特許文献１には、パティキュレートフィルタの下流にＰＭセンサを設置し、パティキュレートフィルタが所定の状態であると仮定してエンジンの運転状態等から所定期間中におけるパティキュレートフィルタを通過したパティキュレートの積算量を推定するとともに、前記所定期間中におけるＰＭセンサの出力値を基にパティキュレートフィルタを通過したパティキュレートの積算量を算出して、算出されたパティキュレートの積算量と前記推定積算量とを比較することでパティキュレートフィルタの故障を診断する装置が記載されている。
特開２０１３－１９３８９号公報
　しかしながら、排気中のパティキュレートの濃度はエンジンの回転数のほか、燃料の噴射量や排気温度など様々な条件により変動し、ＰＭセンサにおけるパティキュレートの堆積速度は排気流量によっても変化するので、エンジンの運転状態などからパティキュレートの排出量や堆積速度を推定する場合、その正確さに限界がある。特に、上記所定期間中にエンジンの運転状態が急激に変動したりすると、実際のパティキュレートの排出量と推定排出量の差が大きくなり、パティキュレートフィルタの故障を誤診断してしまう虞が増大する。
　このため、上記引用文献１に記載の発明においては、内燃機関から実際に排出されるパティキュレートの量と、内燃機関の運転状態に応じたパティキュレート排出量の基準値との差が所定量より大きくなった場合には、燃料噴射の量やタイミングを調整して内燃機関から実際に排出されるパティキュレートの量を増減させるようにし、パティキュレートフィルタの故障診断の精度を上げ得るようにしている。ところが、このようにしても、パティキュレートの増減制御をかける閾値としての上記所定量の設定如何によっては、パティキュレートフィルタの故障診断の精度が上がるとは限らないばかりか、そのような制御を人為的に加えることにより却って誤差を増大させてしまう可能性も考えられる。また、引用文献１に記載の発明においては、故障診断の精度を保つためにパティキュレートの排出量を増やす場合もあるので、余分な燃料を消費することによる燃費の悪化や、パティキュレートの大気中への排出量の増大を招く虞もある。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、パティキュレートフィルタに生じた故障を精度良く好適に検知し得るパティキュレートフィルタの故障診断方法及び装置を提供しようとするものである。
　本発明は、排気管の途中に設置されたパティキュレートフィルタの下流側に、検出部にパティキュレートを堆積させて該パティキュレートの堆積量を出力するＰＭセンサを設置し、前記パティキュレートフィルタが所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定する仮定条件を設定し、該仮定条件のもとに、前記ＰＭセンサにおけるパティキュレートの仮想堆積量に応じた仮想出力値を算出し、該仮想出力値が所定の判定閾値に達した時点で、前記ＰＭセンサの出力が前記判定閾値以上である場合に前記パティキュレートフィルタは故障していると判定するパティキュレートフィルタの故障診断方法にかかるものである。
　而して、このようにすれば、運転状態等から推定したＰＭセンサの仮想出力値と、実際のＰＭセンサの出力値を比較することで、パティキュレートフィルタの故障を好適に検出することができる。
　本発明のパティキュレートフィルタの故障診断方法において、前記判定閾値は、前記ＰＭセンサの飽和出力値であることが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタの故障判定を適切なタイミングで実行することができる。
　本発明のパティキュレートフィルタの故障診断方法においては、前記ＰＭセンサがパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して実行されることが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタの故障診断の精度を一層向上させることができる。
　本発明はまた、排気管の途中に設置されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより下流側で検出部にパティキュレートを堆積させて排気中のパティキュレートを検出するＰＭセンサと、前記パティキュレートフィルタが所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定する仮定条件を設定し、該仮定条件のもとに、前記ＰＭセンサにおけるパティキュレートの仮想堆積量に応じた仮想出力値を算出し、該仮想出力値が所定の判定閾値に達した時点で、前記ＰＭセンサの出力が前記判定閾値以上である場合に前記パティキュレートフィルタは故障していると判定する制御装置とを備えたパティキュレートフィルタの故障診断装置にかかるものである。
　本発明のパティキュレートフィルタの故障診断装置において、前記判定閾値として、前記ＰＭセンサの飽和出力値を用いるよう構成されていることが好ましい。
　本発明のパティキュレートフィルタの故障診断装置において、前記故障診断は、前記ＰＭセンサがパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して実行されるよう構成されていることが好ましい。
　本発明のパティキュレートフィルタの故障診断方法及び装置によれば、パティキュレートフィルタに生じた故障を精度良く好適に検知し得るという優れた効果を奏し得る。
本発明の実施の形態を示す概略図である。 本発明の実施例におけるＰＭセンサの形態を示す概略図である。 本発明の実施例におけるＰＭセンサの作動を示す概念図である。 本発明の実施例におけるＰＭセンサの出力値の変動を示す概念図である。 本発明の実施例におけるパティキュレートフィルタの診断工程を示すフロー図である。 本発明の実施例におけるパティキュレートフィルタの診断工程を示すフロー図である。 本発明の実施例におけるパティキュレートフィルタの診断工程を示すフロー図である。
　以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
　図１は本発明を実施するパティキュレートフィルタの故障診断方法ないし装置の形態の一例を示すものである。エンジン１から排気マニホールド２を介して排出された排気Ｇが流通している排気管３の途中に、前段に酸化触媒４を備えた触媒再生型のパティキュレートフィルタ５が介装され、該パティキュレートフィルタ５の下流側にはＰＭセンサ６が設置されている。
　ＰＭセンサ６は、図２に示す如く、表面にパティキュレートを堆積させて検出する検出部７と、該検出部７に電圧を印加すると共に検出部７からの電流を出力する出力部８と、該出力部８の制御を行う制御部９を備え、検出部７は、基盤１０の表面に２つの電極１１，１１を備えた構造である。基盤１０はセラミック製の絶縁体であり、電極１１，１１は基盤１０上に互いに離間して設置されているため、電極１１，１１同士は絶縁されている。このＰＭセンサ６は、図１に示す如く、排気管３途中に設置され、前段に酸化触媒４を備えるパティキュレートフィルタ５の下流に、排気管３の外側から挿入するようにして設置される。このとき、ＰＭセンサ６は、検出部７が排気管３の内側に突出するように設置され、検出部７は、電極１１，１１を有する面が上流側に向くようにして配置される。さらに、検出部７の電極１１，１１の間には、出力部８から所定の電圧が印加される。
　このような装置におけるＰＭセンサ６の作動を説明する。エンジン１の運転に伴って発生するパティキュレートは、大部分がパティキュレートフィルタ５に捕集されるが、捕集しきれなかったパティキュレートはパティキュレートフィルタ５をすり抜け、その一部が下流のＰＭセンサ６の検出部７に堆積する。図３（ａ）～（ｅ）には、パティキュレートフィルタ５を通過した排気Ｇに含まれるパティキュレートが、ＰＭセンサ６の検出部７の表面に徐々に堆積していく様子を模式的に示し、図３（ｆ）には、パティキュレートの堆積量の変化に伴うＰＭセンサ６の出力の変動を模式的に示している。
　パティキュレートの堆積がない状態（図３（ａ））では、上記したように、検出部７の電極１１，１１は絶縁されているため、電極１１，１１間に電圧が印加されていても電極１１，１１同士が通電することはない。検出部７の表面にパティキュレートが堆積しはじめ、図３（ｂ）に示す如く、微量のパティキュレートが付着した状態となっても、電極１１，１１同士は通電しない。このように、パティキュレートの堆積量がゼロであるか、少ないためにＰＭセンサの出力値がゼロである期間を不感帯という。
　パティキュレートの堆積量がある一定量を超え、図３（ｃ）に示す如く、パティキュレートが電極１１，１１同士を架橋するようになると、主成分として炭素を含むパティキュレートは導電体であるので、電極１１，１１間にパティキュレートを介して電流が流れ始め、この電流が出力部８から出力される。すなわち、ＰＭセンサ６は、検出部７の表面のパティキュレートの堆積量を電流として出力する。
　パティキュレートの堆積量がさらに増えていくと（図３（ｄ））、電極１１，１１間の電気抵抗値が下がっていくため、検出部７からの出力値は上がっていく。パティキュレートの堆積量がある一定量以上に達すると（図３（ｅ））、電極１１，１１の間の通電量は飽和し、検出部７の出力はそれ以上上がらなくなる。
　出力が飽和出力値に達した後、ＰＭセンサ６の制御部９は、所定のタイミングで検出部７を再生する制御を行う。具体的には、外部からの再生信号を受けて、出力部８に対して検出部７を加熱する指令を出すようになっている。出力部８は、検出部７を加熱する操作を行って検出部７上に堆積したパティキュレートを燃焼させる。検出部７を加熱する操作は、例えば、電極１１，１１間に大きい電圧を印加し、堆積したパティキュレートに電流を流してジュール熱を発生させることにより行われる。パティキュレートの燃焼により検出部７は再生されて図３（ａ）の状態に戻り、その後再びパティキュレートが堆積して図３（ｅ）の状態になると再び所定のタイミングでパティキュレートが燃焼され、図３（ａ）の状態に戻る。
　こうして、ＰＭセンサ６の出力値は、検出部７におけるパティキュレートの堆積と再生のサイクルに従い、図３（ｆ）に示すように変化する。この出力値は、出力電流６ａとして、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１２に時々刻々入力される（図１参照）。この制御装置１２はまた、上記したＰＭセンサ６のサイクルにおいて、所定のタイミングでＰＭセンサ６の制御部に対し再生信号６ｂを入力し、ＰＭセンサ６を再生させる機能も担う。
　制御装置１２は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担っている。具体的には、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１３からのアクセル開度信号１３ａと、エンジン１の機関回転数を検出する回転センサ１４からの回転数信号１４ａとに基づき、エンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１５に向け燃料噴射信号１５ａが出力されるようになっている。
　尚、燃料噴射装置１５は、各気筒ごとに装備される複数のインジェクタにより構成され、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号１５ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング（開弁時期）及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
　また制御装置１２では、上記の通りアクセル開度及びエンジン回転数に基づき通常モードの燃料噴射信号１５ａが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ５の強制再生を行うべき時に通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような噴射パターンの燃料噴射信号１５ａが決定されるようにもなっている。
　これにより、本実施例においては、燃料噴射装置１５がパティキュレートフィルタ５の強制再生のための燃料添加手段としての機能をも果たすようになっている。すなわち、上記のようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気Ｇ中に未燃の燃料が添加されることになり、この未燃の燃料がパティキュレートフィルタ５の前段の酸化触媒４上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上昇してパティキュレートフィルタ５に捕集されたパティキュレートが燃焼除去されるようになっている。
　このようなパティキュレートフィルタ５の強制再生を実行するにあたっては、例えば、パティキュレートフィルタ５の上流と下流にそれぞれ設置した圧力センサ１６、１７からの圧力信号１６ａ、１７ａを基にパティキュレートフィルタ５の前後の圧力差を算出し、それに基づいてパティキュレートフィルタ５におけるパティキュレートの堆積量を推定し、該推定堆積量に基づいて強制再生のタイミングを決定する。
　尚、このようなパティキュレートの堆積量を推定する手段には各種の方式があり、例えば、エンジン１の現在の運転状態に基づくパティキュレートの基本的な発生量を推定し、この基本的な発生量に対しパティキュレートの発生にかかわる各種の条件を考慮した補正係数を掛け且つ現在の運転状態におけるパティキュレートの処理量を減算して最終的な発生量を求め、この最終的な発生量を時々刻々積算してパティキュレートフィルタ５におけるパティキュレートの堆積量を推定することも可能である。
　その他、この制御装置１２においては、パティキュレートフィルタ５の上流側に備えられた温度センサ１８から入力される排気Ｇの温度信号１８ａ、パティキュレートフィルタ５の上流側に備えられた流量センサ１９から入力される排気Ｇの流量信号１９ａ、周囲の大気圧を測定する大気圧センサ２０から入力される大気圧信号２０ａなど、さまざまな数値がモニターされ、これらの数値に基づいて車両の運転に関わる各種制御を実行するようになっている。
　また、キャブ内のインストルメントパネルには、運転者にパティキュレートフィルタ５に故障が発生したことを報知する警告ランプ２１が設けられている。
　上記装置におけるパティキュレートフィルタ５の故障の判定について説明する。上記したように、制御装置１２には、ＰＭセンサ６からの出力電流６ａが時々刻々入力されている。同時に、制御装置１２においては、パティキュレートフィルタ５が所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定する仮定条件を設定し、該仮定条件のもとに、エンジン１の回転センサ１４から入力される回転数信号１４ａ、制御装置１２において決定する燃料の噴射量、温度センサ１８から入力される排気Ｇの温度信号１８ａ、流量センサ１９から入力される排気Ｇの流量信号１９ａ、大気圧センサ２０から入力される大気圧信号２０ａなどの値から、統計モデルに基づき、ＰＭセンサ６の仮想出力値が算出される。すなわち、パティキュレートフィルタ５が所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定した場合、その下流のＰＭセンサ６におけるパティキュレートの堆積量は、エンジン１の回転数、燃料の噴射量、排気Ｇの温度や流量、大気圧などの関数として算出し、積算することにより仮想堆積量として推定することができるが、前記ＰＭセンサ６の仮想出力値はこの仮想堆積量に応じて決まるので、ＰＭセンサ６の仮想出力値はエンジン１の回転数、燃料の噴射量、排気Ｇの温度や流量、大気圧などの関数として、統計モデルに基づいて算出することができる。そして、所定のタイミングにおける該仮想出力値と、ＰＭセンサ６の出力電流６ａの実際の出力値を比較することにより、パティキュレートフィルタ５の故障の判定を行う。
　すなわち、パティキュレートフィルタ５が正常な場合には、ＰＭセンサ６からの出力電流６ａの値は、時間経過に伴うパティキュレート堆積量の増加に従い、例えば図４のグラフに実線で示すように、不感帯を経て出力を増し、やがて飽和するという変化を示す。これに対し、パティキュレートフィルタ５が故障している場合には、該パティキュレートフィルタ５をすり抜けるパティキュレートが多いためにＰＭセンサ６へのパティキュレートの堆積速度が速く、不感帯から出力の上昇を経て飽和に至るまでの時間が短い。そこで、本実施例の制御装置１２においては、パティキュレートフィルタ５が所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定し、その仮定のもとに、上記の如く各諸条件に基づいたＰＭセンサ６の仮想出力値を算出する。ここで、制御装置１２において仮定されるパティキュレートフィルタ５の「所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態」とは、例えば本実施例の場合、規制値の３倍（０．０３ｇ／ｂｈｐｈ）のパティキュレートを排出する故障状態のパティキュレートフィルタを指すが、実施の形態によっては他の数値を基準として使用しても良く、この数値に限定されるものではない。
　この制御装置１２においてパティキュレートの推定積算量から算出されるＰＭセンサ６の仮想出力値は、例えば、図４に点線で示すような変化を示す。そして、該仮想出力値が所定の判定閾値αに達した時点で、パティキュレートフィルタ５の故障判定を実行する。具体的には、この時点でＰＭセンサ６からの出力電流６ａの値が判定閾値αに達している場合（図４中に破線で例示した場合）にはパティキュレートフィルタ５は故障していると判定し、出力電流６ａの値が判定閾値αに達していない場合（図４中に実線で例示した場合）にはパティキュレートフィルタ５には十分なパティキュレート捕集能力があるので正常であると判定する。
　而して、このようにすれば、運転状態等から推定したＰＭセンサ６の仮想出力値と、実際のＰＭセンサ６の出力電流６ａの値を比較することで、パティキュレートフィルタ５の故障を好適に検出することができる。
　尚、上記した特許文献１に記載された装置は、パティキュレートフィルタが所定の状態であると仮定した場合のパティキュレートフィルタを通過したパティキュレートの積算量を推定する一方、ＰＭセンサの出力値を基にパティキュレートフィルタを通過したパティキュレートの積算量を算出し、両者を比較するものであり、比較される両方の数値に計算過程を含むため、誤差が生じる可能性が大きい。これに対し、本実施例においては、比較する数値の一方が実測値であるため、誤差の生じる余地が小さくなっている。
　しかも、本実施例においては、特許文献１に記載された装置と異なり、パティキュレートフィルタ５の故障診断に際して余計な燃料を消費することもない。
　また、上記の判定閾値αとしては、ＰＭセンサ６の飽和出力値を用い、前記仮想出力値が飽和出力値に達したタイミングで故障判定を実行すると良い。パティキュレートフィルタ５の故障判定を実行するにあたっては、判定閾値αを小さく、すなわち判定までの時間を短く取ると、誤差や誤動作の影響が大きくなるが、一方、ＰＭセンサ６の出力値は、基本的には飽和出力値より大きな値を取ることはないため、判定閾値αの値をこれより大きくとっても意味がないからである。判定閾値αとして飽和出力値を用いることにより、パティキュレートフィルタ５の故障判定を適切なタイミングで実行することができる。
　このとき、パティキュレートフィルタ５の故障診断は、上記判定を複数回繰り返すことにより、例えば全判定回数のうち故障を判定された回数がある閾値以上である場合にパティキュレートフィルタ５が故障していると診断するようにしても良く、このようにすれば、機器の誤動作など何らかの突発的要因によって一時的に誤判定が発生しても、誤診断に繋がる可能性を小さくできる。
　そして、パティキュレートフィルタ５が故障していると診断された場合には、警告ランプ２１に故障報知信号２１ａが入力されて警告ランプ２１が点灯し、運転者に対してパティキュレートフィルタ５の交換が促される。
　次に、上記した実施例におけるパティキュレートフィルタ５の故障診断の具体的な手順を、図５～図７を参照しながら説明する。尚、図５～図７全体で１つのフローを示しており、図５中の※１は図６中の※１に、図６中の※２は図５中の※２に、図６中の※３は図７中の※３に、図６中の※４は図５中の※４に、それぞれ繋がっている。
　エンジン１を始動し、運転を開始した後、まずＰＭセンサ６の再生を実行し、パティキュレートの堆積状態をリセットするが、それに先立ち、ステップＳ１～Ｓ２として、装置がＰＭセンサ６の再生を実行できる状態にあるどうかの判断が行われる（図５）。ステップＳ１では制御装置１２のチェックが行われ、ステップＳ２ではＰＭセンサ６のチェックが行われる。具体的には、結露した状態で制御装置１２を作動させたり、ＰＭセンサ６の再生を実行したりすると、制御装置１２やＰＭセンサ６が破損する場合があるので、図示しない温度センサなどにより、制御装置１２やＰＭセンサ６の温度が露点を超えているかなどをチェックする。ここで装置がＰＭセンサ６の再生を実行可能な状態にあると判断されなければ（ステップＳ１またはＳ２の「Ｎ」）、ステップＳ１に戻り、ＰＭセンサ６の再生が実行可能になるまでステップＳ１～Ｓ２が繰り返される。
　ステップＳ１～Ｓ２でＰＭセンサ６の再生が実行可能であると判断されれば（ステップＳ１、Ｓ２の「Ｙ」）、ステップＳ３に進み、ＰＭセンサ６の再生を実行する。すなわち、制御装置１２からＰＭセンサ６の制御部９に対して再生信号６ｂが入力される（図１参照）。該再生信号６ｂを受けた制御部９は、出力部８に対して電極１１，１１間に大きい電圧を印加する制御を実行し、発生したジュール熱によって基盤１０表面に堆積したパティキュレートが燃やし尽くされる。
　ＰＭセンサ６の再生が終了すると（ステップＳ４）、ステップＳ５として、パティキュレートフィルタ５の故障判定のためのモニタリングの工程を開始する。すなわち、エンジン１の回転センサ１４から入力される回転数信号１４ａ、制御装置１２において決定する燃料の噴射量、温度センサ１８から入力される排気Ｇの温度信号１８ａ、流量センサ１９から入力される排気Ｇの流量信号１９ａ、大気圧センサ２０から入力される大気圧信号２０ａなどの各値の関数として、パティキュレートフィルタ５が所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあるとの仮定条件のもとに、ＰＭセンサ６からの仮想出力値が統計モデルから算出され、時々刻々積算されていく。
　次に、ステップＳ６～Ｓ１１にかけて、パティキュレートフィルタ５の故障判定に先立つＰＭセンサ６の状態確認と、ＰＭセンサ６の状態に基づく出力データの取捨選択を行う（図６）。すなわち、ＰＭセンサ６やその周囲の状態によっては、ＰＭセンサ６が破損したり、ＰＭセンサ６に堆積したパティキュレートの量を適切に精度良く測定することができない場合がある。ＰＭセンサ６の精度が良くない状態にある時にパティキュレートフィルタ５の故障判定を実行すると誤判定を起こす虞もあるため、ステップＳ６～Ｓ１１において、排気Ｇの温度などからＰＭセンサ６がパティキュレートフィルタ５の故障診断に適した状態にあるかどうかをチェックし、パティキュレートフィルタ５の診断に適しない状態にある場合には判定を実行しないようにしている。
　まず、ステップＳ６として、制御装置１２とＰＭセンサ６の温度が露点を超えているかどうかがチェックされると共に、排気Ｇの温度が適切な範囲にあるかどうかもチェックされる。上記の通り、露点以下の温度条件では制御装置１２やＰＭセンサ６に破損を生じる虞があるからであり、また、排気温度が高すぎると生成したパティキュレートが自然に燃焼してしまうため、パティキュレートフィルタ５が正常か否かにかかわらずＰＭセンサ６にパティキュレートが堆積せず、適切な故障判定ができないからである。これらの条件をクリアしていないと判断された場合には（ステップＳ６の「Ｎ」）、パティキュレートフィルタ５の故障判定を一旦諦め、ＰＭセンサ６を再度再生してパティキュレートフィルタ５の故障判定をやり直すか、故障診断を終了して次回のエンジン始動まで待つ（ステップＳ１９～Ｓ２２。後に詳述する）。
　ステップＳ６において上記の条件をクリアしていると判断されたら（ステップＳ６の「Ｙ」）、さらにステップＳ７として、ＰＭセンサ６がパティキュレートの堆積量を適切に計測可能な状態にあるかどうか、すなわち、精度良くパティキュレートの堆積量に応じた出力電流６ａを出力できる運転状態にあるかどうかがチェックされる。電極１１，１１間の電気抵抗値は、堆積したパティキュレートの量だけでなく、温度などさまざまな要因によって左右されるため、ＰＭセンサ６の状態によっては適切にパティキュレートの堆積量に応じた出力電流６ａを出力できない場合があるからである。ＰＭセンサ６がパティキュレートの堆積量を適切に計測可能な状態かどうかは、排気Ｇの温度その他の条件に基づき、予め制御装置１２に入力されたマップや関数から読み出される。
　ステップＳ７において、ＰＭセンサ６がパティキュレートの堆積量を適切に計測可能であると判断されれば（ステップＳ７の「Ｙ」）、ステップＳ５におけるモニタリング開始からの経過時間を加算すると同時に、有効値カウンタを１カウントアップする（ステップＳ８）。一方、ＰＭセンサ６がパティキュレートの堆積量を計測可能な状態にないと判断されれば（ステップＳ７の「Ｎ」）、時間だけが加算される（ステップＳ９）。
　ここで、モニタリングの開始以降、ＰＭセンサ６におけるパティキュレートの仮想堆積量に応じた仮想出力値が時々刻々積算されているが、制御装置１２においては、前記仮想出力値やその微分値に基づき、該仮想出力値が所定の判定閾値αに達するまでのモニタリング開始からの推定時間が算出される。そして、ステップＳ１０として、ステップＳ８またはＳ９で加算された時間カウンタの値と、仮想出力値が所定の判定閾値αに達するまでの推定時間が比較される。時間カウンタの値が推定時間に達していないと判断された場合はステップＳ４（図５）に戻り（ステップＳ１０の「Ｎ」）、ステップＳ４～Ｓ８またはＳ４～Ｓ９が実行され、前記時間カウンタの値が前記推定時間に達するまで繰り返される。
　時間カウンタの値が推定時間に達していると判断されると（ステップＳ１０の「Ｙ」）、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ステップＳ３以降繰り返されたステップＳ４～Ｓ１０の工程において、ステップＳ８でカウントされた有効値カウンタの値が所定の有効決定閾値以上に達しているかどうかが判断される。言い換えると、ここでは、モニタリングの開始からステップＳ１１に至るまでの間において、時間的にどの程度の割合で、ＰＭセンサ６が精度良くパティキュレートの堆積量を計測可能な状態にあったかが判断される。ここで有効値カウンタの値が前記有効決定閾値未満であった場合には（ステップＳ１１の「Ｎ」）、パティキュレートフィルタ５の故障判定を一旦諦め、ＰＭセンサ６を再度再生してパティキュレートフィルタ５の故障判定をやり直すか、故障判定を終了して次回のエンジン始動まで待つ（ステップＳ１９～Ｓ２２。後に詳述する）。
　ステップＳ１１において有効値カウンタの値が前記有効決定閾値以上であった場合には（ステップＳ１１の「Ｙ」）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２に進んだ段階では、ＰＭセンサ６の出力値に信頼性を認めることができるので、ここでステップＳ５の開始から積算されてきたＰＭセンサ６の仮想出力値（判定はこの仮想出力値が前記判定閾値αに達した時点で行われるため、この時点では、仮想出力値は判定閾値αに等しい）が、ＰＭセンサ６の実際の出力電流６ａと比較される。実際の出力電流６ａが仮想出力値（判定閾値α）以上である場合には（ステップＳ１２の「Ｙ」）、判定回数カウンタと故障カウンタがそれぞれ１カウントアップされ（ステップＳ１３）、出力電流６ａが仮想出力値（判定閾値α）未満である場合には（ステップＳ１２の「Ｎ」）、判定回数カウンタのみが１カウントアップされる（ステップＳ１４）。
　次に、ステップＳ１５として、上記判定回数カウンタの値が所定の診断実行閾値以上であるかどうかが判定される。判定回数カウンタの値が前記診断実行閾値に満たない場合は（ステップＳ１５の「Ｎ」）、再度ＰＭセンサ６の再生が要求され（ステップＳ２２）、ステップＳ２（図５）へと戻る。こうして、ステップＳ１３またはＳ１４でカウントされる判定回数の値が前記診断実行閾値に達するまでステップＳ２～Ｓ１５の工程が繰り返される。
　ステップＳ１５において上記判定回数カウンタの値が前記診断実行閾値に達していると判断された場合には（ステップＳ１５の「Ｙ」）、ステップＳ１６に進み（図７）、ここでパティキュレートフィルタ５が故障しているか否かが最終的に診断される。ここでは、ステップＳ２～Ｓ１５の工程が繰り返される過程でステップＳ１３またはＳ１４においてカウントされた判定回数カウンタの値と、ステップＳ１３においてカウントされた故障カウンタの値が比較され、該故障カウンタの値を判定回数カウンタの値で割った値が所定の故障診断閾値以上であった場合にはパティキュレートフィルタ５が故障していると診断され、該故障カウンタの値を判定回数カウンタの値で割った値が前記故障診断閾値未満であった場合にはパティキュレートフィルタ５は正常であると診断される。すなわち、全判定回数中、故障と判定された回数の割合により、パティキュレートフィルタ５が故障しているかどうかの診断がなされる。
　パティキュレートフィルタ５が故障していると診断されれば（ステップＳ１６の「Ｙ」）、ステップＳ１７として、制御装置１２から警告ランプ２１に対し故障報知信号２１ａが入力され、警告ランプ２１が点灯し（図１参照）、パティキュレートフィルタ５の故障が運転者に報知され、パティキュレートフィルタ５の故障診断工程は終了する。パティキュレートフィルタ５が正常であると診断されれば（ステップＳ１６の「Ｎ」～ステップＳ１８）、そのままパティキュレートフィルタ５の故障診断工程は終了する。
　ステップＳ６においてパティキュレートフィルタ５の故障判定の条件を満たしていないと判断された場合（図６、ステップＳ６の「Ｎ」）、または、ステップＳ１１において、有効値カウンタの値が有効決定閾値未満であった場合（図６、ステップＳ１１の「Ｎ」）の処理について説明する。これらの場合は、判定が不可能であるか、ＰＭセンサ６の出力値に信頼が置けない場合であるので、パティキュレートフィルタ５の故障判定を一旦諦めるようになっていることは上記した通りである。具体的には、エンジン始動後のＰＭセンサ６の再生回数をチェックする工程を開始する（ステップＳ１９）。セラミック製の基盤１０と金属の電極１１，１１を備えたＰＭセンサ６の検出部７は耐熱性に限界があり、再生を多数繰り返すうちに精度が落ちたり、破損したりするため、本実施例においては、一回の運転において再生を実行する回数に上限値（再生上限値）を設けている。ステップＳ２０において、エンジン１の始動後、ＰＭセンサ６に対して再生信号６ｂを入力した回数が前記再生上限値に達していた場合には（ステップＳ２０の「Ｙ」）、パティキュレートフィルタ５の故障診断を諦め、故障診断の工程を終了し、次回の運転を待つ（ステップＳ２１）。前記再生信号６ｂの入力回数が未だ前記再生上限値上限値未満である場合には（ステップＳ２０の「Ｎ」）、ステップＳ２２に移り、ＰＭセンサ６の再生を要求して再度パティキュレートフィルタ５の故障判定を実行する（図５、ステップＳ２～）。
　而して、このようにすれば、ＰＭセンサ６がパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して故障診断が実行されるので、パティキュレートフィルタ５の故障診断の精度を一層向上させることができる。
　従って、上記本実施例によれば、パティキュレートフィルタに生じた故障を精度良く好適に検知し得る。
　尚、本発明のパティキュレートフィルタの故障診断方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　　３　排気管
　　５　パティキュレートフィルタ
　　６　ＰＭセンサ
　　７　検出部
　１２  制御装置

Claims (8)

  1. 　排気管の途中に設置されたパティキュレートフィルタの下流側に、検出部にパティキュレートを堆積させて該パティキュレートの堆積量を出力するＰＭセンサを設置し、
    　前記パティキュレートフィルタが所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定する仮定条件を設定し、
    　該仮定条件のもとに、前記ＰＭセンサにおけるパティキュレートの仮想堆積量に応じた仮想出力値を算出し、
    　該仮想出力値が所定の判定閾値に達した時点で、前記ＰＭセンサの出力が前記判定閾値以上である場合に前記パティキュレートフィルタは故障していると判定する、パティキュレートフィルタの故障診断方法。
  2. 　前記ＰＭセンサがパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して実行される、請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断方法。
  3. 　前記判定閾値は、前記ＰＭセンサの飽和出力値である、請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断方法。
  4. 　前記ＰＭセンサがパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して実行される、請求項３に記載のパティキュレートフィルタの故障診断方法。
  5. 　排気管の途中に設置されたパティキュレートフィルタと、
    　該パティキュレートフィルタより下流側で検出部にパティキュレートを堆積させて排気中のパティキュレートを検出するＰＭセンサと、
    　前記パティキュレートフィルタが所定のパティキュレート捕集能力を有する基準状態にあると仮定する仮定条件を設定し、該仮定条件のもとに前記ＰＭセンサにおけるパティキュレートの仮想堆積量に応じた仮想出力値を算出し、該仮想出力値が所定の判定閾値に達した時点で、前記ＰＭセンサの出力が前記判定閾値以上である場合に前記パティキュレートフィルタは故障していると判定する制御装置と
    　を備えた、パティキュレートフィルタの故障診断装置。
  6. 　前記故障診断は、前記ＰＭセンサがパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して実行されるよう構成されている、請求項５記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
  7. 　前記判定閾値として、前記ＰＭセンサの飽和出力値を用いるよう構成した、請求項５記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
  8. 　前記故障診断は、前記ＰＭセンサがパティキュレートの堆積量に応じた出力値を出力できる状態にある場合の出力値のみを採用して実行されるよう構成されている、請求項７記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。
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