(57)【要約】  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。
2012053097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のフィルタ故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２７３９２号公報
【特許文献２】特開２００８−１０１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【実施例１】
【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
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。【００４２】
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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。
【実施例２】
【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。【００５２】
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。【００５３】
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。【００５４】
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。【００５５】
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。【００５６】
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。【００５７】
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。【００５８】
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。
【実施例３】
【００５９】
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。【００６０】
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。【００６１】
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。【００６２】
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。【００６３】
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。【００６４】
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。【００６５】
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。【００６６】
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。【００６７】
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。【００６８】
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。【００６９】
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。【００７０】
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。【００７１】
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。【００７２】
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。【００７３】
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。【００７４】
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。
【実施例４】
【００７５】
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。【００７６】
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。【００７７】
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。【００７８】
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。【００７９】
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。【００８０】
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。【００８１】
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。【００８２】
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。【００８３】
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。【００８４】
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。【００８５】
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。【００８６】
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。【００８７】
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。【００８８】
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。【００８９】
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。
【実施例５】
【００９０】
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。【００９１】
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。【００９２】
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。【００９３】
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。【００９４】
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。【００９５】
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。【００９６】
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。【００９７】
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。【００９８】
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。【００９９】
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。
【実施例６】
【０１００】
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。【０１０１】
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。【０１０２】
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。【０１０３】
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。【０１０４】
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。【０１０５】
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。【０１０６】
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。【０１０７】
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。【０１０８】
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。【０１０９】
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。【０１１０】
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。【０１１１】
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。
【符号の説明】
【０１１２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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