(57)【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、排気中に含まれる微粒子を捕集する捕集機構と、
前記捕集機構より上流の排気通路に設けられた上流側酸素濃度センサと、
前記上流側酸素濃度センサを加熱する上流側センサ用ヒータと、
前記捕集機構より下流の排気通路に設けられた下流側酸素濃度センサと、
前記下流側酸素濃度センサを加熱する下流側センサ用ヒータと、
前記上流側センサ用ヒータ及び前記下流側センサ用ヒータの作動を制御するヒータ制御手段と、
前記上流側センサ用ヒータの作動開始から前記上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と前記下流側センサ用ヒータの作動開始から前記下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との差に基づいて前記捕集機構の捕集能力の低下を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記差が所定値未満である場合には、前記捕集機構の捕集能力が低下していると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記捕集機構の捕集能力の低下を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記捕集機構は、酸化触媒とＮＯx吸蔵剤とが担持された捕集機構であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気中に含まれる有害ガス成分を浄化することが要求されている。特に、軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼル機関では、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）と窒素酸化物（ＮＯx）とを浄化することが要求されている。
【０００３】
このような要求に対し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ、或いはＮＯx触媒とパティキュレートフィルタを組み合わせたものをディーゼル機関の排気系に配置し、ディーゼル機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）やＰＭを浄化する排気浄化技術が提案されている。
【０００４】
上記したような排気浄化技術では、浄化能力の低下を検出することも重要である。例えば、ＮＯx触媒の浄化能力の低下を判定する技術としては、特開２０００−３１４３０９号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置のＳＯx被毒判定方法が提案されている。
【０００５】
前記公報に記載されたＳＯx被毒判定方法は、ＮＯx触媒より下流の排気通路に空燃比センサを設け、ＮＯx触媒へ流入する排気がリーンからリッチへ切り換えられたときに空燃比センサの出力信号値がリーンを示す値からリッチを示す値へ変化するまでの時間を計測し、その計測時間が所定時間より短い場合にＮＯx触媒がＳＯx被毒していると判定する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来ではパティキュレートフィルタの浄化能力、すなわちパティキュレートフィルタの捕集能力を判定する技術については提案されていない。
【０００７】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、排気中の微粒子を捕集する捕集機構が設けられた内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構の捕集能力の低下を検出することができる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集する捕集機構と、
前記捕集機構より上流の排気通路に設けられた上流側酸素濃度センサと、
前記上流側酸素濃度センサを加熱する上流側センサ用ヒータと、
前記捕集機構より下流の排気通路に設けられた下流側酸素濃度センサと、
前記下流側酸素濃度センサを加熱する下流側センサ用ヒータと、
前記上流側センサ用ヒータ及び前記下流側センサ用ヒータの作動を制御するヒータ制御手段と、
前記上流側センサ用ヒータの作動開始から前記上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と前記下流側センサ用ヒータの作動開始から前記下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との差に基づいて前記捕集機構の捕集能力の低下を判定する判定手段と、
を備えている。
【０００９】
この発明は、排気中の微粒子を捕集する捕集機構を備えた内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構より上流の排気通路に上流側酸素濃度センサを設けるとともに捕集機構より下流の排気通路に下流側酸素濃度センサを設け、各々のセンサのセンサ用ヒータの作動開始から各々の酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間の差に基づいて捕集機構の捕集能力の低下を判定することを最大の特徴としている。
【００１０】
かかる発明では、判定手段は、ヒータ制御手段が上流側センサ用ヒータを作動開始させた時点から上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と、ヒータ制御手段が下流側センサ用ヒータを作動開始させた時点から下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との差を求める。
【００１１】
ここで、酸素濃度センサのセンサ素子は、センサ用ヒータが作動していない時には排気の温度と略同一の温度となる。この場合、排気中の微粒子がセンサ素子に付着する。これに対し、センサ用ヒータの作動によりセンサ素子の温度が排気温度より高くなると、排気中の微粒子がセンサ素子に付着せず、又はセンサ素子に付着していた微粒子が燃焼することになる。この現象を利用し、センサ用ヒータがある程度の期間非作動状態にあると、センサ素子に微粒子が付着することになる。
【００１２】
そして、捕集機構の捕集能力が低下していない場合には、該捕集機構により排気中の微粒子が捕集されるため、下流側酸素濃度センサには微粒子が付着し難い。これに対し、上流側酸素濃度センサは、捕集機構により微粒子が除去される前の排気に曝されるため、該上流側酸素濃度センサには排気中の微粒子が付着し易い。
【００１３】
ここで、酸素濃度センサは、その構造上該酸素濃度センサが所定温度以上となった時点で真値を出力するという特性を有している。しかしながら、酸素濃度センサに煤などの微粒子が付着していると、たとえ酸素濃度センサ自体が所定温度以上となっても付着している微粒子が燃焼及び除去されるまで真値を出力し難くなる。
【００１４】
このため、捕集機構の捕集能力が低下していない場合には、上流側センサ用ヒータの作動開始から上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と、下流側センサ用ヒータの作動開始から下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との間に差が生じることになる。
【００１５】
一方、捕集機構の捕集能力が低下した場合には、捕集機構によって排気中の微粒子を捕集しきれなくなるため、下流側酸素濃度センサにも微粒子が付着するようになる。この結果、捕集機構の捕集能力が低下すると、上流側センサ用ヒータの作動開始から上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と、下流側センサ用ヒータの作動開始から下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との差が小さくなる。
【００１６】
従って、判定手段は、上流側センサ用ヒータの作動開始から上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と下流側センサ用ヒータの作動開始から下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との差に基づいて捕集機構の捕集能力の低下を判定することが可能となる。
【００１７】
例えば、判定手段は、上流側センサ用ヒータの作動開始から上流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間と下流側センサ用ヒータの作動開始から下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間との差が所定値未満であるときに、捕集機構の捕集能力が低下していると判定することができる。
【００１８】
尚、判定手段が捕集機構の捕集能力を判定する時期としては、内燃機関の冷間始動時を例示することができる。これは、内燃機関の冷間始動時には、上流側酸素濃度センサ及び下流側酸素濃度センサの温度が低く、且つ、双方の酸素濃度センサの温度条件が同一になり易いからである。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構としては、酸化触媒とＮＯx吸蔵剤とが担持されたパティキュレートフィルタを例示することができる。
【００２０】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集する捕集機構と、
前記捕集機構より下流の排気通路に設けられた下流側酸素濃度センサと、
前記下流側酸素濃度センサを加熱する下流側センサ用ヒータと、
前記下流側センサ用ヒータの作動開始から前記下流側酸素濃度センサが真値を出力するまでに要する時間が所定時間を超えた場合に、前記捕集機構の捕集能力が劣化していると判定する判定手段と、
を備えるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化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。
【００２２】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２３】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２４】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２５】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００２６】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００２７】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００２８】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００２９】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００３０】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００３１】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３２】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３３】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３４】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３５】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないフィルタによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００３６】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００３７】
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３８】
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００３９】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００４０】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００４１】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００４２】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００４３】
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００４４】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係る捕集機構の一実施態様であり、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を例示することができる。尚、以下では、排気浄化機構２９をパティキュレートフィルタ２９と称するものとする。
【００４５】
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる排気中の酸素濃度に対応した電気信号を出力する上流側Ｏ2センサ３８が取り付けられている。この上流側Ｏ2センサ３８には、駆動電流が印加されたときに該上流側Ｏ2センサ３８を加熱する上流側センサ用ヒータ５０が取り付けられている。
【００４６】
前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂを流れる排気中の酸素濃度に対応した電気信号を出力する下流側Ｏ2センサ３９が取り付けられている。この下流側Ｏ2センサ３９には、駆動電流が印加されたときに該下流側Ｏ2センサ３９を加熱する下流側センサ用ヒータ５１が取り付けられている。
【００４７】
前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。この排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。
【００４８】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００４９】
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
【００５０】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
【００５１】
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００５２】
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａからパティキュレートフィルタ２９へ流入する。パティキュレートフィルタ２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
【００５３】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００５４】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００５５】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００５６】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００５７】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００５８】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００５９】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００６０】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６１】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれている。このため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００６２】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
【００６３】
上述し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（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００６４】
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、上流側Ｏ2センサ３８、下流側Ｏ2センサ３９に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７等が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６５】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、上流側センサ用ヒータ５０、下流側センサ用ヒータ５１、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
【００６６】
ここで、ＥＣＵ３５は、図２に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００６７】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００６８】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、上流側Ｏ2センサ３８、下流側Ｏ2センサ３９等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００６９】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、上流側センサ用ヒータ５０、下流側センサ用ヒータ５１、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００７０】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００７１】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７２】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７３】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御などの周知の制御に加え、本発明の要旨となるパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力劣化判定制御を実行する。
【００７４】
一般に、Ｏ2センサは、該Ｏ2センサの温度が数百度以上の活性温度まで昇温した時点で、実際の酸素濃度に対応した値（真値）を出力する特性を有している。このため、内燃機関が冷間始動された場合などには、センサ用ヒータを利用してＯ2センサを強制的に昇温させることにより、Ｏ2センサを速やかに活性温度以上まで昇温させている。
【００７５】
また、Ｏ2センサに煤などの微粒子（ＰＭ）が付着している状況下では、センサ用ヒータによってＯ2センサが加熱されると、Ｏ2センサの昇温に伴いＯ2センサに付着していたＰＭが燃焼してＯ2センサ近傍の酸素濃度が変動するため、Ｏ2センサの温度がたとえ活性温度以上となっていても該Ｏ2センサの出力が安定しなくなるという現象が発生する。そして、Ｏ2センサに付着していた全てのＰＭが燃焼されると、Ｏ2センサの出力が安定し且つ真値を示すようになる。
【００７６】
このため、Ｏ2センサが未活性状態にある状況下でセンサ用ヒータが作動開始した時点からＯ2センサの出力が安定して真値を示す時点までに要する時間（以下、出力安定化時間と称する）とＯ2センサの煤付着量との関係は、図３に示すように、Ｏ2センサの煤付着量が増加するほど出力安定化時間が長くなる。
【００７７】
従って、前述した図１の説明で述べたようにパティキュレートフィルタ２９の上流と下流とに上流側Ｏ2センサ３８及び下流側Ｏ2センサ３９が各々配置されている場合には、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が正常であれば、上流側Ｏ2センサ３８が未活性状態にある状況下で上流側センサ用ヒータ５０が作動開始した時点から上流側Ｏ2センサ３８の出力が安定して真値を示すようになる時点までに要する時間（以下、上流側出力安定化時間と称する）は、下流側Ｏ2センサ３９が未活性状態にある状況下で下流側センサ用ヒータ５１が作動開始した時点から下流側Ｏ2センサ３９の出力が安定して真値を示すようになる時点までに要する時間（以下、下流側出力安定化時間と称する）に比して長くなる。
【００７８】
これは、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が正常である場合は、上流側Ｏ2センサ３８はパティキュレートフィルタ２９によりＰＭが除去される前の排気に曝されるのに対し、下流側Ｏ2センサ３９はパティキュレートフィルタ２９によりＰＭが除去された後の排気に曝されることになるため、上流側Ｏ2センサ３８にはＰＭが付着するのに対し下流側Ｏ2センサ３９にはＰＭが殆ど付着しないからである。
【００７９】
一方、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が劣化すると、パティキュレートフィルタ２９によって除去しきれなかったＰＭが下流側Ｏ2センサ３９に付着することとなり、下流側出力安定化時間が長くなり、上流側出力安定化時間に近似していくようになる。
【００８０】
そこで、本実施の形態におけるパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力劣化判定制御では、先ず、ＣＰＵ４１は、上流側Ｏ2センサ３８が未活性状態にある時に上流側出力安定化時間を計測するとともに、下流側Ｏ2センサ３９が未活性状態にある時に下流側出力安定化時間を計測する。
【００８１】
尚、上流側Ｏ2センサ３８及び下流側Ｏ2センサ３９の出力が安定し且つ真値を示しているか否かを判別する方法としては、内燃機関１が所定の空燃比で定量的に運転されるアイドル運転時において上流側Ｏ2センサ３８及び下流側Ｏ2センサ３９の出力が前記空燃比に対応した値を示しているか否かにより判別する方法を例示することができる。
【００８２】
続いて、ＣＰＵ４１は、上流側出力安定化時間から下流側出力安定化時間差を減算して実際の時間差（以下、実時間差と称する）を算出し、その実時間差とパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が正常である時の時間差（以下、基準時間差と称する）とを比較する。尚、前記した基準時間差は、パティキュレートフィルタ２９の新品時に予め実験的に求めておき、ＲＯＭ４２の所定領域に記憶しておくようにしてもよい。
【００８３】
ＣＰＵ４１は、実時間差と基準時間差とが略等しい場合にはパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が許容範囲内にあると判定し、実時間差が基準時間差に比して所定値以上小さい場合にはパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が許容範囲より低下していると判定する。
【００８４】
尚、上流側出力安定化時間と下流側出力安定化時間とは同一条件下で計測される必要があるため、ＣＰＵ４１は、上流側Ｏ2センサ３８と下流側Ｏ2センサ３９とが外気温と略同一温度となる冷間始動後のアイドル運転時に上流側出力安定化時間及び下流側出力安定化時間とを計測することが好ましい。
【００８５】
更に、上流側Ｏ2センサ３８は、下流側Ｏ2センサ３９に比して高温の排気に曝されるため、下流側Ｏ2センサ３９より昇温し易い。このため、上流側出力安定化時間と下流側出力安定化時間とを比較する際には、上流側Ｏ2センサ３８が排気から受ける熱量と下流側Ｏ2センサ３９が排気から受ける熱量との差を考慮する必要がある。
【００８６】
このため、本実施の形態では、上流側Ｏ2センサ３８が排気から受ける熱量と下流側Ｏ2センサ３９が排気から受ける熱量との差に起因した上流側出力安定化時間と下流側出力安定化時間との時間差（以下、排気熱補正時間と称する）を予め実験的に求めておき、実時間差を算出する際には、ＣＰＵ４１は、上流側出力安定化時間を前記排気熱補正時間により補正（上流側出力安定化時間に排気熱補正時間を加算）し、補正後の上流側出力安定化時間から下流側出力安定化時間を減算して実時間差を算出するようにした。
【００８７】
以下、本実施の形態に係るＰＭ捕集能力劣化判定制御について図４に沿って具体的に説明する。
【００８８】
図４は、ＰＭ捕集能力劣化判定制御ルーチンを示すフローチャート図である。ＰＭ捕集能力劣化判定制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１が内燃機関１の始動をトリガとして実行するルーチンである。
【００８９】
ＰＭ捕集能力劣化判定制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ずＳ４０１において、水温センサ５の出力信号値（冷却水温度）：Thwを読み込む。
【００９０】
Ｓ４０２では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ４０１において読み込まれた冷却水温度：Thwが所定温度以上であるか否かを判別する。前記した所定温度は、例えば、内燃機関１の暖機完了後の冷却水温度に相当する温度である。
【００９１】
前記Ｓ４０２において冷却水温度：Thwが所定温度以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、内燃機関１が暖機完了状態にあるとみなし、本ルーチンの実行を終了する。
【００９２】
前記Ｓ４０２において冷却水温度：Thwが所定温度未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、内燃機関１が冷間状態にあるとみなし、Ｓ４０３へ進む。
【００９３】
Ｓ４０３では、ＣＰＵ４１は、上流側出力安定化時間：tupの計測処理と下流側出力安定化時間：tdownの計測処理とを実行する。
【００９４】
ここで、上流側出力安定化時間：tupの計測処理では、ＣＰＵ４１は、図５に示すような上流側出力安定化時間計測処理ルーチンを実行する。
【００９５】
上流側出力安定化時間計測処理ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０１において上流側センサ用ヒータ５０を作動開始させるべく該上流側センサ用ヒータ５０に対する駆動電流の印加を開始する。
【００９６】
Ｓ５０２では、ＣＰＵ４１は、第１計時カウンタの作動を開始させる。第１計時カウンタは、上流側センサ用ヒータ５０の作動開始時点からの経過時間を計時するカウンタであり、例えば、ＣＰＵ４１に内蔵されたレジスタなどにより構成される。
【００９７】
Ｓ５０３では、ＣＰＵ４１は、内燃機関１がアイドル運転状態にあるか否かを判別する。
【００９８】
前記Ｓ５０３において内燃機関１がアイドル運転状態にないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０３の処理を再度実行する。
【００９９】
前記Ｓ５０３において内燃機関１がアイドル運転状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０４へ進み、上流側Ｏ2センサ３８の出力信号値：od1を読み込む。
【０１００】
Ｓ５０５では、ＣＰＵ４１は、第１計時カウンタのカウンタ値：C1をＲＡＭ４３に記憶する。
【０１０１】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０３で読み込まれた上流側Ｏ2センサ３８の出力信号値：od1が真値であるか否かを判別する。すなわち、前記出力信号値：od1が所定の空燃比に対応した値を示しているか否かを判別する。
【０１０２】
前記Ｓ５０６において上流側Ｏ2センサ３８の出力信号値：od1が真値ではないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５１１においてＲＡＭ４３のカウンタ値：C1をリセットし、前記Ｓ５０３以降の処理を再度実行する。
【０１０３】
一方、前記Ｓ５０６において上流側Ｏ2センサ３８の出力信号値：od1が真値であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０７へ進み、前記Ｓ５０５でＲＡＭ４３に記憶されたカウンタ値：C1を上流側出力安定化時間：tupとしてＲＡＭ４３に記憶させる。
【０１０４】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２から排気熱補正時間：taを読み出す。
【０１０５】
Ｓ５０８では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０７でＲＡＭ４３に記憶された上流側出力安定化時間：tupを前記Ｓ５０７で読み出された排気熱補正時間：taによって補正する。具体的には、ＣＰＵ４１は、前記上流側出力安定化時間：tupに前記排気熱補正時間：taを加算して新たな上流側出力安定化時間：tupを算出する。ＣＰＵ４１は、前記した新たな上流側出力安定化時間：tupによりＲＡＭ４３の上流側出力安定化時間：tupを更新する。
【０１０６】
Ｓ５１０では、ＣＰＵ４１は、第１計時カウンタの作動を停止させて本ルーチンの実行を終了する。
【０１０７】
また、下流側側出力安定化時間：tdownの計測処理では、ＣＰＵ４１は、図６に示すような下流側出力安定化時間計測処理ルーチンを実行する。
【０１０８】
下流側出力安定化時間計測処理ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、Ｓ６０１において下流側センサ用ヒータ５１を作動開始させるべく該下流側センサ用ヒータ５１に対する駆動電流の印加を開始する。
【０１０９】
Ｓ６０２では、ＣＰＵ４１は、第２計時カウンタの作動を開始させる。第２計時カウンタは、下流側センサ用ヒータ５１の作動開始時点からの経過時間を計時するカウンタであり、例えば、ＣＰＵ４１に内蔵されたレジスタなどにより構成される。
【０１１０】
Ｓ６０３では、ＣＰＵ４１は、内燃機関１がアイドル運転状態にあるか否かを判別する。
【０１１１】
前記Ｓ６０３において内燃機関１がアイドル運転状態にないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ６０３の処理を再度実行する。
【０１１２】
前記Ｓ６０３において内燃機関１がアイドル運転状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ６０４へ進み、下流側Ｏ2センサ３９の出力信号値：od2を読み込む。
【０１１３】
Ｓ６０５では、ＣＰＵ４１は、第２計時カウンタのカウンタ値：C2をＲＡＭ４３に記憶する。
【０１１４】
Ｓ６０６では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ６０３で読み込まれた下流側Ｏ2センサ３９の出力信号値：od2が真値であるか否かを判別する。すなわち、前記出力信号値：od2が所定の空燃比に対応した値を示しているか否かを判別する。
【０１１５】
前記Ｓ６０６において下流側Ｏ2センサ３９の出力信号値：od2が真値ではいと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ６０９においてＲＡＭ４３のカウンタ値：C2をリセットし、前記Ｓ６０３以降の処理を再度実行する。
【０１１６】
一方、前記Ｓ６０６において下流側Ｏ2センサ３９の出力信号値：od2が真値であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ６０７へ進み、前記Ｓ６０５でＲＡＭ４３に記憶されたカウンタ値：C2を下流側出力安定化時間：tdownとしてＲＡＭ４３に記憶させる。
【０１１７】
Ｓ６０７では、ＣＰＵ４１は、第２計時カウンタの作動を停止させて本ルーチンの実行を終了する。
【０１１８】
上記したようにして上流側出力安定化時間計測処理ルーチン及び下流側出力安定化時間計測処理ルーチンを実行し終えると、ＣＰＵ４１は、図４のＰＭ捕集能力劣化制御ルーチンに戻り、Ｓ４０４において実時間差：tdifを算出する。具体的には、ＣＰＵ４１は、前記上流側出力安定化時間計測処理ルーチンによって算出された上流側出力安定化時間：tupと前記下流側出力安定化時間計測処理ルーチンによって算出された下流側出力安定化時間：tdownとをＲＡＭ４３から読み出し、前記上流側出力安定化時間：tupから前記下流側出力安定化時間：tdownを減算して実時間差：tdifを算出する。
【０１１９】
Ｓ４０５では、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２から基準時間差：tbaseを読み出す。
【０１２０】
Ｓ４０６では、ＣＰＵ４１は、前記基準時間差：tbaseから前記実時間差：tdifを減算して得られた値が所定値未満であるか否かを判別する。
【０１２１】
前記Ｓ４０６において前記基準時間差：tbaseから前記実時間差：tdifを減算して得られた値が所定値未満であると判定された場合には、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が正常である（ＰＭ捕集能力が許容範囲内にある）と判定し、本ルーチンの実行を終了する。
【０１２２】
一方、前記Ｓ４０６において前記基準時間差：tbaseから前記実時間差：tdifを減算して得られた値が所定値以上であると判定された場合には、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が劣化している（ＰＭ捕集能力が許容範囲より低下している）と判定し、本ルーチンの実行を終了する。その際、車室内に警告灯や警告ブザー等を設けておき、ＣＰＵ４１が前記警告灯や前記警告ブザー等を作動させ、以て車両の運転者に対してパティキュレートフィルタ２９の交換や補修を促すようにしても良い。
【０１２３】
以上述べた本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力を判定することが可能となるため、パティキュレートフィルタ２９を早期に交換又は補修することができる。
【０１２４】
＜他の実施の形態＞
前述した実施の形態では、パティキュレートフィルタ２９の上流と下流とにＯ2センサが設けられている場合を例に挙げて説明したが、パティキュレートフィルタ２９の下流のみにＯ2センサが設けられている場合を例には、煤が付着していない状況下でのＯ2センサの出力安定化時間（以下、基準出力安定化時間と称する）を予め実験的に求めておき、その基準出力安定化時間と実際の出力安定化時間とを比較することにより、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力の低下を判定するようにしてもよい。
【０１２５】
具体的には、ＣＰＵ４１は、基準出力安定化時間に対して実際の出力安定化時間が所定時間以上長くなった場合に、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が劣化していると判定するようにすればよい。
【０１２６】
また、前述した実施の形態では、本発明に係る内燃機関として、圧縮着火式のディーゼル機関を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、例えば、ガソリンを燃料とし且つ気筒内に直接燃料を噴射可能な火花点火式のガソリン機関であってもよい。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気中の微粒子を捕集する捕集機構を備えた内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構の捕集能力の低下を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】  Ｏ2センサの出力安定化時間と煤付着量との関係を示す図
【図４】  ＰＭ捕集能力劣化判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【図５】  上流側出力安定化時間計測処理ルーチンを示すフローチャート図
【図６】  下流側出力安定化時間計測処理ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２９・・・排気浄化機構（パティキュレートフィルタ）
３５・・・ＥＣＵ
３８・・・上流側Ｏ2センサ
３９・・・下流側Ｏ2センサ
５０・・・上流側センサ用ヒータ
５１・・・下流側センサ用ヒータ
【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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