(57)【要約】【課題】フィルタの故障判定を適時に行うフィルタ故障判定システムを提供する。【解決手段】ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、フィルタの故障判定を行うフィルタ故障判定システムであって、当該故障判定は、フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化される所定条件が成立している場合には、フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化されるＰＭ酸化量の、該所定条件成立からの積算量が許容ＰＭ酸化量より少ないときに実行が許可される。また、許容ＰＭ酸化量は、所定条件成立時においてＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量に基づいて算出される。【選択図】図４
2014095311.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、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの上流側の排気通路における排気圧力と、該フィルタの下流側の排気通路における排気圧力との圧力差を検出する差圧センサと、
前記フィルタにおいて捕集された粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積推定部と、
前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と前記差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、前記フィルタの故障判定を行う故障判定部と、を備えるフィルタ故障判定システムであって、
前記故障判定部よる故障判定は、前記フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化される所定条件が成立している場合には、前記フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化されるＰＭ酸化量の、該所定条件成立からの積算量が許容ＰＭ酸化量より少ないときに実行が許可され、
前記許容ＰＭ酸化量は、前記所定条件成立時において前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量に基づいて算出される、
フィルタ故障判定システム。
【請求項２】
前記所定条件成立時において前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と、前記差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、前記フィルタの内部に堆積する粒子物質の堆積量である、内部ＰＭ堆積量を算出する第一算出部と、
前記ＰＭ堆積推定部によって推定される粒子状物質の推定堆積量から前記第一算出部によって算出される前記内部ＰＭ堆積量を減じた粒子状物質の堆積量を、前記許容ＰＭ酸化量として算出する第二算出部と、
を備える、請求項１に記載のフィルタ故障判定システム。
【請求項３】
前記ＰＭ酸化量の積算量が前記許容ＰＭ酸化量以上となると、前記故障判定部による前記フィルタの故障判定の実行が禁止される、
請求項１又は請求項２に記載のフィルタ故障判定システム。
【請求項４】
前記フィルタに捕集されている粒子状物質を酸化除去し、該フィルタの捕集能力を再生させる再生部を、更に備え、
前記再生部による前記フィルタの捕集能力の再生が行われた後、該フィルタが、該フィルタの表層部に堆積した粒子状物質が残存し、該フィルタの捕集能力の再生が十分でない状態である場合には、前記許容ＰＭ酸化量は零に設定される、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のフィルタ故障判定システム。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの上流側の排気通路における排気圧力と、該フィルタの下流側の排気通路における排気圧力との圧力差を検出する差圧センサと、
前記フィルタにおいて捕集された粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積推定部と、
前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と前記差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、前記フィルタの故障判定を行う故障判定部と、を備えるフィルタ故障判定システムであって、
前記故障判定部よる故障判定は、前記フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化される所定条件が成立した時点での前記差圧センサによって検出された排気圧力差と、該故障判定時点での該差圧センサによって検出された排気圧力差との変化量である差圧変化量が許容差圧より少ないときに実行が許可され、
前記許容差圧は、前記故障判定部による前記フィルタの故障判定のための前記推定堆積量と前記排気圧力差とに基づいて算出される、
フィルタ故障判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタの故障判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれる粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう）を捕集するために、その排気通路にフィルタが設けられる。ここで、特許文献１に開示の技術では、フィルタに捕集されたＰＭの除去形態として、フィルタに担持された酸化触媒の触媒作用により、排気中の酸素によるＰＭの酸化除去の形態と、排気中のＮＯが酸化触媒により酸化生成されたＮＯ２によるＰＭの酸化除去の形態が挙げられている。そして、上記先行技術によれば、ＰＭの酸化除去によるフィルタの再生処理時期によっては、フィルタの内部のＰＭは除去されるが酸化触媒が少ないフィルタの表層部にはＰＭが残存してしまうことで、当該フィルタの表層部によるＰＭ捕集が顕著となり、フィルタにおけるＰＭ堆積量の推定精度が悪化するとの問題点が指摘されている。
【０００３】
また、特許文献２においては、フィルタに担持された酸化触媒の近くで生じる、排気中のＮＯ２によるＰＭの酸化除去について、言及されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７０６７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９０１２０号公報
【特許文献３】特開２０１０−９０８２１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１５０９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタについては、使用時の異常発熱等によって破損や溶損して故障する可能性があり、フィルタが故障してしまうと排気中のＰＭを良好に捕集できなくなることから、フィルタの故障判定技術が求められている。そこで、フィルタに捕集され堆積している推定堆積量と、フィルタの上流側と下流側との排気圧力差との相関に基づいて、フィルタの故障判定を行う技術が利用される（当該相関関係を、「所定相関」と称する場合もある。）。このような故障判定技術は、可能な限りその実行機会を確保することで、フィルタの故障状態をより的確なタイミングで行うことができると言える。
【０００６】
しかしながら、排気中のＮＯ２の作用により、フィルタに捕集されたＰＭが酸化除去される条件は、一般的にフィルタに捕集されたＰＭを強制的に酸化除去し、その捕集能力を回復するためのフィルタ再生時条件より、比較的低温側の条件となるため、内燃機関の運転状態によっては、フィルタ再生処理を行っていないにもかかわらず、フィルタ上の実際のＰＭ堆積量が減少し、それが排気圧力差に反映される可能性がある。そのため、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去が生じると、フィルタでのＰＭ堆積量と排気圧力差との所定相関が変化し、フィルタは故障していないにもかかわらず、故障と誤判定されるおそれがある。一方で、そのような誤判定のおそれを考慮してフィルタの故障判定を控えると、当該故障判定の機会が狭められ、フィルタの故障を適時に検出することが困難となる。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタの故障判定を適時に行うフィルタ故障判定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題を解決するために、本出願人は、排気中のＮＯ２による粒子状物質の酸化除去が行われる場合には、当該酸化除去が生じる条件の成立当初は、粒子状物質の除去量に対するフィルタ前後での排気圧力差の変化は比較的小さいが、ある程度酸化除去が進行するとＮＯ２によるＰＭ酸化除去量に対する排気圧力差の変化が顕著となる傾向があることを見出した。この排気圧力差の変化が比較的小さい場合には、実際のフィルタでのＰＭ堆積量と排気圧力差との所定相関が、フィルタが正常な場合の所定相関に近似するものであるから、上記所定相関に従ったフィルタの故障判定を行う機会を可及的に確保することができ、以て、適時のフィルタの故障判定を実現しやすくなる。
【０００９】
詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側の排気通路における排気圧力と、該フィルタの下流側の排気通路における排気圧力との圧力差を検出する排気圧力差と、前記フィルタにおいて捕集された粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積推定部と、前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と前記差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、前記フィルタの故障判定を行う故障判定部と、を備えるフィルタ故障判定システムである。そして、前記故障判定部よる故障判定は、前記フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化される所定条件が成立している場合には、前記フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化されるＰＭ酸化量の、該所定条件成立からの積算量が許容ＰＭ酸化量より少ないときに実行が許可される。更に、前記許容ＰＭ酸化量は、前記所定条件成立時において前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量に基づいて算出される。
【００１０】
本発明に係るフィルタ故障判定システムは、排気通路に設けられたフィルタの故障を判定する。ここで、フィルタは、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能を有し、フィルタが故障状態にあれば、ＰＭ堆積推定部によって推定されたＰＭの推定堆積量と排気圧力差によって検出される排気圧力差との相関が、正常なフィルタにおける所定相関と乖離していくことになる。そこで、本発明に係るフィルタ故障判定システムでは、故障判定部によりＰＭ堆積推定部によって推定されたＰＭの推定堆積量と排気圧力差によって検出される排気圧力差とに基づいてフィルタの故障判定が行われる。なお、ＰＭ堆積推定部によるＰＭ堆積量の推定は、内燃機関の運転状態の履歴等に基づいて推定される排気中のＰＭ量や、フィルタによるＰＭの捕集率等を考慮して行われる。
【００１１】
ここで、ＰＭが堆積したフィルタにＮＯ２を含む排気が流れ込むと、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去が生じる。一般に、フィルタにおいては、ある程度の量のＰＭが堆積した場合には、そのＰＭ捕集能力を再生するために、堆積ＰＭを強制的に酸化除去するフィルタ再生処理が行われる。しかし、上記ＮＯ２によるＰＭ酸化除去は、当該フィルタ再生処理時のフィルタ温度よりも低い温度でも生じ得るため、強制的なフィルタ再生処理を行っていないにもかかわらず、上記ＮＯ２によるＰＭ酸化除去が生じてしまうと、フィルタでの排気圧力差が変動してしまうため、上記所定相関に従った故障判定部によるフィルタの故障判定を行うのは適切ではない状態へと至ることになる。
【００１２】
しかしながら、フィルタにおいてＮＯ２によるＰＭ酸化除去が生じる所定条件が成立してからのＮＯ２によるＰＭ酸化量の積算量が所定の値に至るまでは、フィルタの表層部に堆積したＰＭがＮＯ２による酸化で除去されるため、排気圧センサによって検出される排気圧力差の低下は比較的小さいことに本出願人は着目した。このように排気圧力差の低下が小さい場合には、ＰＭ堆積推定部によって推定されたＰＭの推定堆積量と排気圧力差によって検出される排気圧力差との相関が、正常なフィルタにおける所定相関に近似した状態に保たれるため、このような場合に故障判定部によるフィルタの故障判定を行っても、
当該故障判定の精度は好適に維持され、故障判定を行い得る機会をより広げることが可能となると考えられる。
【００１３】
そこで、本発明に係るフィルタ故障判定システムでは、排気差圧の低下が小さい、上記ＮＯ２によるＰＭ酸化量の積算量が所定の値に至るまでの期間を形成することになる、当該所定の値を、許容ＰＭ酸化量とする。これにより、フィルタに堆積したＰＭが排気中のＮＯ２により酸化除去される場合には、上記積算量が許容ＰＭ酸化量に至るまでの範囲において、故障判定部によるフィルタの故障判定が許容され、以て適時のフィルタの故障判定が実現される。
【００１４】
更に、当該許容ＰＭ酸化量は、フィルタに堆積したＰＭが排気中のＮＯ２により酸化除去される所定条件が成立したときの、当該フィルタにおけるＰＭ堆積量に依存することに本出願人は着目した。これは、フィルタにおけるＰＭ堆積量が多くなるほど、フィルタの表層部に堆積するＰＭ量も増加し、その分、許容ＰＭ酸化量を大きく設定し得ることを意味する。そこで、本発明に係るフィルタ故障判定システムでは、許容ＰＭ酸化量が、上記所定条件成立時のＰＭの推定堆積量に基づいて算出されるように構成することで、許容ＰＭ酸化量を適切に設定することができ、以て、故障判定部によるフィルタの故障判定を、より適時に行うことが可能となる。
【００１５】
ここで、上記許容ＰＭ酸化量の算出について、詳細には、前記所定条件成立時において前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と、前記差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、前記フィルタの内部に堆積する粒子物質の堆積量である、内部ＰＭ堆積量を算出する第一算出部と、前記ＰＭ堆積推定部によって推定される粒子状物質の推定堆積量から前記第一算出部によって算出される前記内部ＰＭ堆積量を減じた粒子状物質の堆積量を、前記許容ＰＭ酸化量として算出する第二算出部と、を、前記フィルタ故障判定システムが備えるようにしてもよい。
【００１６】
すなわち、第一算出部が、所定条件成立時における、フィルタ内部において堆積しているＰＭ量を内部ＰＭ堆積量として算出する。そして、フィルタにおいて推定されるＰＭ堆積量から当該内部ＰＭ堆積量を減じることで、フィルタの表層部に堆積していると考えられるＰＭの堆積量が、第二算出部によって算出される。上記の通り、フィルタの表層部に堆積しているＰＭが排気中のＮＯ２により酸化除去される場合、排気圧力差の低下が小さいことから、第二算出部によって算出されたＰＭ堆積量を、許容ＰＭ酸化量として採用することには十分な合理性があり、それにより故障判定部によるフィルタの故障判定の機会を広げることが可能となる。
【００１７】
ここで、上述までのフィルタ故障判定システムにおいて、前記ＰＭ酸化量の積算量が前記許容ＰＭ酸化量以上となると、前記故障判定部による前記フィルタの故障判定の実行が禁止されてもよい。これにより、故障判定部によるフィルタの故障判定の精度を、より高く維持することができる。
【００１８】
また、上述までのフィルタ故障判定システムにおいて、前記フィルタに捕集されている粒子状物質を酸化除去し、該フィルタの捕集能力を再生させる再生部を、更に備えてもよく、その場合、前記再生部による前記フィルタの捕集能力の再生が行われた後、該フィルタが、該フィルタの表層部に堆積した粒子状物質が残存し、該フィルタの捕集能力の再生が十分でない状態である場合には、前記許容ＰＭ酸化量は零に設定される。すなわち、再生部によるフィルタ再生処理が適切に行われず、フィルタの表層部にＰＭが堆積した状態となってしまった場合、上記所定相関に従った故障判定部によるフィルタの故障判定を適切に行うのが難しい状態に至っていると考えられる。そこで、このような場合は、許容ＰＭ酸化量を零に設定することで、事実上、フィルタの故障判定が実行されるのを回避し、
誤った故障判定が為されるのを抑制する。
【００１９】
また、本発明の別の側面から捉えることも可能である。具体的には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側の排気通路における排気圧力と、該フィルタの下流側の排気通路における排気圧力との圧力差を検出する差圧センサと、前記フィルタにおいて捕集された粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積推定部と、前記ＰＭ堆積推定部によって推定された粒子状物質の推定堆積量と前記差圧センサによって検出される排気圧力差とに基づいて、前記フィルタの故障判定を行う故障判定部と、を備えるフィルタ故障判定システムであって、前記故障判定部よる故障判定は、前記フィルタに捕集された粒子状物質が排気中のＮＯ２によって酸化される所定条件が成立した時点での前記差圧センサによって検出された排気圧力差と、該故障判定時点での該差圧センサによって検出された排気圧力差との変化量である差圧変化量が許容差圧より少ないときに実行が許可される。そして、前記許容差圧は、前記故障判定部による前記フィルタの故障判定のための前記推定堆積量と前記排気圧力差とに基づいて算出される。
【００２０】
すなわち、フィルタの故障判定が行われるための許容差圧を、故障判定部によるフィルタの故障判定のためのフィルタの推定堆積量と排気圧力差とに基づいて決定することで、フィルタの故障判定の実行を、当該判定に適した時期に限定することができる。これにより、誤判定の生じない範囲で故障判定の機会をより広く確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、フィルタの故障判定を適時に行うフィルタ故障判定システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るフィルタ故障判定システムが搭載される内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】フィルタの故障判定を行うための、該フィルタに堆積したＰＭ量と排気圧力差との相関を示す第一の図である。
【図３】フィルタでのＰＭの堆積状態を示す図である。
【図４】フィルタに捕集されたＰＭについて、排気中のＮＯ２によって酸化されるＰＭ量と排気圧力差との相関を示す図である。
【図５】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定の実行に関する第一のフローチャートである。
【図６】フィルタ再生処理後のフィルタでのＰＭの堆積状態の一形態、および当該フィルタでのＰＭ堆積状態における、排気中のＮＯ２によって酸化されるＰＭ量と排気圧力差との相関を示す図である。
【図７】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定の実行に関する第二のフローチャートである。
【図８】フィルタの故障判定を行うための、該フィルタに堆積したＰＭ量と排気圧力差との相関を示す第二の図である。
【図９】本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される、フィルタの故障判定の実行に関する第三のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明に係るフィルタ故障判定システムが搭載される内燃機関１の排気系の概略構成を示す。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接続されている。なお、図１においては、内燃機関１の吸気系の記載は省略している。排気通路２には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ４（以下、単に「フィルタ」という。）が設けられている。また、排気通路２におけるフィルタ４より上流側には、酸化触媒３が備えられている。酸化触媒３は、流入する排気中の未燃燃料成分やＮＯ等を酸化する機能を有する。
【００２５】
酸化触媒３の上流側に、該酸化触媒３に流れ込む排気に燃料（未燃燃料）を供給する燃料供給弁５が設けられている。また、酸化触媒３に流入する排気の温度を測定する温度センサ６と、当該酸化触媒３から流れ出る排気の温度を測定する温度センサ７が、該酸化触媒３の上流側および下流に設けられている。また、フィルタ４の周辺においては、フィルタ４の下流側の排気通路２を流れる排気の温度を検出する温度センサ９と、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１０が設けられ、更に、フィルタ４を挟んだ上流側および下流側の排気通路における排気圧力差を検出する差圧センサ８も設けられている。
【００２６】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。このＥＣＵ２０には、上述した燃料供給弁５や温度センサ６、７、９、ＮＯｘセンサ１０、差圧センサ８の他、エアフローメータ（図示略）、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。したがって、燃料供給弁５は、ＥＣＵ２０からの指示に従い、排気への燃料供給を行う。また、クランクポジションセンサ１１は内燃機関１のクランク角を検出し、アクセル開度センサ１２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ＥＣＵ２０へと送る。その結果、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ６の検出値に基づいて酸化触媒３に流入する排気温度を検出し、温度センサ７の検出値に基づいて酸化触媒３の温度を推定し、また排気温度センサ９の検出値に基づいてフィルタ４の温度を推定することができる。更に、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘセンサ１０の検出値に基づいて、フィルタ４から流れ出る排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００２７】
上記の通り構成される内燃機関１の排気系では、概略的には、排気に含まれるＰＭ（粒子状物質）はフィルタ４によって捕集され、外部への放出が抑制される。その他、図示されない排気浄化用の触媒（ＮＯｘ浄化用のＮＯｘ吸蔵還元型触媒）が設けられてもよい。ここで、フィルタ４によって捕集されたＰＭは、フィルタ４での限界捕集量まで堆積すると排気通路２における背圧が上昇するため、排気温度の上昇等の手法により酸化除去され、フィルタ４の捕集機能の再生が図られる。当該捕集機能再生のための制御を、本明細書では、「フィルタ再生制御」という。フィルタ再生制御では、燃料供給弁５から所定量の燃料が排気中に供給されて、酸化触媒３で燃焼されることで、排気温度が昇温され、それによりフィルタに堆積しているＰＭの酸化除去が行われる。
【００２８】
このようにフィルタ再生処理を適時に行うことで、フィルタのＰＭ捕集能力は維持され、排気中のＰＭが多量に外部に放出されるのを防ぐことが可能となる。しかし、その使用の過程においてフィルタに生じる熱応力等が原因でフィルタが部分的に破損等して、フィルタがそのＰＭ捕集能力を適切に保持できなくなる故障状態となる場合がある。そのため、外部へのＰＭ放出を抑制する観点から、このようなフィルタの故障状態は適切に検出されるのが好ましい。
【００２９】
そこで、図１に示す内燃機関１の排気系に関するフィルタ４の故障判定システムについ
て説明する。当該故障判定システムは、ＥＣＵ２０において所定の制御プログラムが実行されることで、フィルタ４の故障判定を行うシステムであり、図２は、その故障判定に関するロジックを説明するための図である。本発明に係る故障判定システムでは、フィルタ４において堆積しているＰＭ量（以下、「ＰＭ堆積量」ともいう。）と、フィルタ４の上流側と下流側の排気圧力差との相関（以下、「所定相関」ともいう。）に基づいて、フィルタ４の故障判定が行われる。具体的には、フィルタ４が使用初期の正常な状態の所定相関は図２中の線Ｌ１で表わされ、その使用経過とともに所定相関が、概略的に図２中の白抜き矢印で示される向きに推移し、フィルタ４が故障状態となると、図２中の線Ｌ２で表わされる所定相関に至る。
【００３０】
そこで、本発明に係る故障判定システムでは、フィルタ４における所定相関に従ってその故障判定が行われるものであり、具体的には、フィルタ４のＰＭ堆積量と、差圧センサ８で検出される排気圧力差で特定される所定相関が、排気圧力差が故障判定閾値以上である場合の領域に属する場合にはフィルタ４が正常と判定され、排気圧力差が故障判定閾値未満である場合の領域に属する場合にはフィルタ４は故障状態にあると判定される。
【００３１】
また、フィルタ４におけるＰＭ堆積量は、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサ１１、アクセル開度センサ１２からの検出値で把握される内燃機関の運転状態や、温度センサ７によって検出される排気温度（フィルタ４に流入する排気温度）等に基づいて、フィルタ４に流れ込んだＰＭの積算値として推定することができる。また、フィルタ４におけるＰＭの捕集率は、フィルタ４に堆積したＰＭ量に応じて変動する特性があることを踏まえ、当該捕集率を考慮してフィルタ４に堆積されるＰＭ量を推定してもよい。なお、フィルタ再生処理が行われた場合、原則としてフィルタ４での堆積ＰＭが酸化除去されることになるため、上記ＰＭの積算はフィルタ再生処理が完了した時点を起点とすることができる。
【００３２】
ここで、図３に、フィルタ４でのＰＭの堆積状態を示す。フィルタ４においてＰＭが堆積する部位は、フィルタ４を構成するフィルタ基材内の細孔部（以下、「フィルタ内部」という）４ａと、フィルタ基材の表層部（以下、「フィルタ表層部」という）４ｂに大別できる。図３（ａ）は、フィルタ４のＰＭ堆積量が比較的少ない場合（例えば、ＰＭ堆積量が１ｇの場合）のフィルタ内部４ａとフィルタ表層部４ｂでのＰＭの堆積状態を示しており、図３（ｂ）は、フィルタ４のＰＭ堆積量が比較的多い場合（例えば、ＰＭ堆積量が１０ｇの場合）のフィルタ内部４ａとフィルタ表層部４ｂでのＰＭの堆積状態を示している。両者を比較して分かるように、ある程度のＰＭがフィルタ４全体に堆積していれば、フィルタ４全体でのＰＭ堆積量にかかわらず、フィルタ内部４ａのＰＭ堆積量には大きな違いは現れず、フィルタ表層部４ｂでのＰＭ堆積量が顕著に相違する。これは、フィルタ表層部４ｂにある程度のＰＭが堆積すると、フィルタ内部４ａにＰＭが侵入しにくくなるとともに、フィルタ表層部４ｂに堆積したＰＭが更に排気中のＰＭを捕集していく連鎖が生じるからである。
【００３３】
このように排気中のＰＭを捕集することで、ＰＭの外部への放出を抑制するフィルタ４について、ある程度のＰＭが堆積するとそのＰＭ捕集能力が低下するため、上記フィルタ再生制御が実行される。フィルタ再生制御が行われた場合には、フィルタ４のＰＭ堆積量はリセットされるため、当該リセットに応じてフィルタ４の故障判定を行うことで（すなわち、ＰＭ堆積量を零もしくは零に近い値とすることで）、当該故障判定の精度を維持することができる。
【００３４】
一方で、内燃機関１の運転状態によっては、フィルタ４に流れ込む排気中のＮＯ２量が増える場合があり、そのとき、排気中のＮＯ２によって比較的低温環境下であっても、フィルタ４に堆積しているＰＭが酸化除去され得る。その結果、フィルタ４でのＰＭ堆積量
が徐々に減少し、内燃機関１の運転状態に基づいて推定されるＰＭ堆積量と、実際のフィルタ４でのＰＭ堆積量が乖離し、フィルタ４における所定相関が変化していく。具体的には、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去が進行することで、フィルタ４でのＰＭ堆積量が減少し排気圧力差が低下する。そのため、内燃機関１の運転状態に基づいて推定されるＰＭ堆積量を前提とすると、フィルタ４における所定相関が、図２に線Ｌ２で示す故障状態の所定相関に近づくように推移してくることになる。そのため、このようなＮＯ２によるＰＭの酸化除去が行われている場合には、フィルタ４の故障判定を行うと、フィルタ４自体は故障状態にないにもかかわらず、フィルタ４が故障していると誤判定されるおそれがあることになる。
【００３５】
ここで、図４に、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去が生じているときの、当該ＰＭの酸化除去量と排気圧力差との相関を示す。図４の縦軸は差圧センサ８によって検出される排気圧力差を表す。また、図４の横軸は、フィルタ４においてＮＯ２によるＰＭの酸化除去が始まったときからの当該酸化除去量の積算値を表す。図４中に、線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５は、フィルタ４全体に堆積するＰＭ量がそれぞれ異なる場合の当該相関を示すものであり、具体的には、線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５の順に、フィルタ４全体のＰＭ堆積量は低下する。図４の線Ｌ３で示す相関をみると、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去量が少ない領域、すなわち、当該酸化除去の初期の領域Ｒ１では、ＰＭの酸化除去量に対する排気圧力差の変化量が小さく、ＰＭの酸化除去が進み酸化除去量がＸ３を超えた領域Ｒ２では、排気圧力差の変化量が顕著となる。このように、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去量に応じて排気圧力差の変化量が大きくなるのは、排気中のＮＯ２は、当初はフィルタ表層部４ｂに堆積したＰＭに対して作用する傾向があり、その後フィルタ内部４ａのＰＭに対して作用していく傾向があるからと考えられる。
【００３６】
このようにＮＯ２によるＰＭの酸化除去量が少ない領域Ｒ１では、排気圧力差の変化量が小さいことから、上述したように、フィルタ４における所定相関が変化することによるフィルタ４の故障に関する誤判定が生じる可能性は小さいと、合理的に考えることができる。そこで、上記領域Ｒ１においては、フィルタ故障判定を実行しても、誤判定が生じるおそれはないと考えてよく、当該故障判定の精度が悪化することはない。更には、フィルタ故障判定を行い得る機会をより広く確保することができるため、適時のフィルタ故障判定が実現されることになる。
【００３７】
なお、図４からも理解できるように、ＮＯ２によるＰＭの酸化除去量が少ない上記領域Ｒ１は、ＮＯ２によるＰＭ酸化除去が始まったときのフィルタ４でのＰＭ堆積量に応じて変化する。すなわち、線Ｌ３で示される堆積量だった場合には、ＮＯ２による酸化除去量の積算がＸ３に至るまでが領域Ｒ１として画定されるが、線Ｌ３の場合よりも堆積量が少ない線Ｌ２で示される堆積量の場合には、ＮＯ２による酸化除去量の積算がＸ２（Ｘ２＜Ｘ３）に至るまでが領域Ｒ１として画定されることになる。更には、線Ｌ２の場合よりも堆積量が少ない線Ｌ５で示される堆積量の場合には、ＮＯ２による酸化除去量の積算がＸ１（Ｘ１＜Ｘ２）に至るまでが領域Ｒ１として画定されることになる。
【００３８】
以上を踏まえると、フィルタ４の故障判定を行い得る機会は、上記の通りでＮＯ２による酸化除去量の積算値が領域Ｒ１に属している場合であり、また、当該領域Ｒ１をＮＯ２によるＰＭの酸化除去が始まった時点でのフィルタ４でのＰＭ堆積量に応じて変化させることで、フィルタ４の故障判定を行い得る機会を適切に確保することができ、以て適時のフィルタ故障判定が実現され得る。
【００３９】
以上を踏まえて、本発明に係るフィルタ故障判定システムによる、図５に示す故障判定実行制御について説明する。まず、Ｓ１０１では、フィルタ４に堆積したＰＭが排気中のＮＯ２により酸化除去される条件（所定条件）が成立しているか否かが判定される。具体
的には、内燃機関１の運転状態と排気中（フィルタ４に流れる排気）のＮＯ２濃度とを関連付けて、内燃機関１の運転状態が、当該ＮＯ２濃度がＰＭ酸化除去を生じさせる濃度となる運転状態である場合に、Ｓ１０１における判定が肯定判定とされる。そして、Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると通常の故障判定処理が行われる（Ｓ２００の処理）。なお、Ｓ２００における通常の故障判定処理は、図２に示すロジックに従いフィルタ４の故障判定を行う処理であって、所定の実行条件の下定期的に行われるものである。
【００４０】
次に、Ｓ１０２では、図４に示す領域Ｒ１、すなわちＮＯ２によるＰＭの酸化量が少ない領域Ｒ１を画定する許容ＰＭ酸化量Ｘ０が算出される。許容ＰＭ酸化量Ｘ０は、ＮＯ２によるＰＭ酸化除去が行われる状態において、フィルタ４の故障判定の実行が許容される、当該ＰＭ酸化量の最大値、すなわち領域Ｒ１を決定するＰＭ酸化量の上限値である。具体的には、図４に示すように、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３等で示されるＰＭ酸化量の閾値である。そして、上記の通り、領域Ｒ１は、所定条件が成立したときにフィルタ４に堆積していたＰＭ量に応じて変化するものであるから、Ｓ１０２においては、そのＰＭ堆積量に基づいて、許容ＰＭ酸化量Ｘ０が算出される。
【００４１】
具体的には、所定条件成立時点で内燃機関１の運転状態に基づいて推定されるフィルタ４でのＰＭ堆積量から、フィルタ内部４ａのＰＭ堆積量を減じたＰＭ堆積量、すなわちフィルタ表層部４ｂのＰＭ堆積量を、許容ＰＭ酸化量として算出することとする。これは、上記の通り、排気圧力差の変化量が小さい領域Ｒ１は、フィルタ表層部４ｂでの堆積ＰＭが酸化除去することで形成されると考えられるからである。この結果、例えば、所定条件成立時のフィルタ４のＰＭ堆積量が、図４において線Ｌ２で示される場合のＰＭ堆積量である場合には、許容ＰＭ酸化量はＸ２と算出されることになる。なお、フィルタ内部４ａのＰＭ堆積量については、図３に基づいて説明したように、フィルタ４全体のＰＭ堆積量が変わってもフィルタ内部４ａのＰＭ堆積量には大きな変化は見られないと考えられるため、予め行った実験等によって得られたフィルタ内部４ａのＰＭ堆積量を、ＥＣＵ２０内のメモリに記憶し、利用してもよい。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００４２】
Ｓ１０３では、上記所定条件が成立している下、フィルタ４でのＮＯ２によるＰＭの酸化量の積算が行われ、積算ＰＭ酸化量ＳＸが算出される。なお、ＰＭの酸化量の積算は、以下の通りに行われる。
（１）温度センサ７の検出値より推定される酸化触媒３の温度、および図示しないエアフローメータ等からの検出値に基づいて推定される排気流量等の所定パラメータを考慮して、排気に含まれるＮＯｘ中のＮＯ２比率、すなわちＮＯとＮＯ２の比率が算出される。なお、所定パラメータとＮＯ２比率の相関は、ＥＣＵ２０内のメモリにマップとして記憶されている。
（２）ＮＯｘセンサ１０の検出値と、上記ＮＯ２比率から、フィルタ４に流れ込むＮＯ２濃度が算出される。
（３）上記排気流量、ＮＯ２濃度、フィルタ４でのＰＭ堆積量に基づいて、ＮＯ２によるＰＭ酸化量が算出され、積算される。なお、排気流量等とＰＭ酸化量との相関は、ＥＣＵ２０内のメモリにマップとして予め記憶されている。
Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００４３】
Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出された積算ＰＭ酸化量ＳＸが、許容ＰＭ酸化量Ｘ０以上であるか否かが判定される。ここで肯定判定されると、積算ＰＭ酸化量ＳＸは領域Ｒ１に属していないことを意味し、よってフィルタ４の故障判定は禁止され、行われない（Ｓ１０６の処理）。Ｓ１０６の処理後、本制御を終了する。一方で、Ｓ１０４で否定判定されると、積算ＰＭ酸化量ＳＸは領域Ｒ１に属していることを意味し、よってフィルタ４の故障判定は許可され、行われる（Ｓ１０５の処理）。Ｓ１０５の処理後、フィルタ４におい
て所定条件、すなわちＮＯ２によるＰＭの酸化除去が行われる条件が維持されているか否かが判定される。当該判定は、上記Ｓ１０１と同じように内燃機関１の運転状態に基づいて行われる。Ｓ１０７で肯定判定されるとＳ１０３以降の処理が行われ、否定判定されると、上述した通常の故障判定処理が行われる（Ｓ２００の処理）。
【００４４】
このように本制御によれば、フィルタ４において堆積しているＰＭが排気中のＮＯ２によって酸化除去される場合であっても、その酸化除去されるＰＭの積算量が許容ＰＭ酸化量に至るまでは、フィルタ４の故障判定が許可される。そのため、当該故障判定が行われる機会を広く確保することができ、適時のフィルタ４の故障判定が実現される。また、ＮＯ２による酸化除去されたＰＭ量が許容ＰＭ酸化量以上となる場合には、フィルタ４の故障判定が禁止されるため、誤ってフィルタ４が故障であると判定する可能性を可及的に排除することができる。
【実施例２】
【００４５】
本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される故障判定実行制御の第二の実施例について説明する。図６は、フィルタ再生処理が行われた後の、フィルタ４における特定のＰＭの堆積状態（上段（ａ））、および当該状態に対応するＮＯ２によるＰＭの酸化除去量と排気圧力差との相関を示す図である（下段（ｂ））。フィルタ４においては、ＰＭの捕集能力を再生させるためにフィルタ再生処理が行われるが、このとき、フィルタ４に流れ込む排気温度や、フィルタ４の昇温がＰＭの酸化除去に適切な状態にならない場合、堆積していたＰＭを適切に酸化除去することができない場合がある。例えば、図６（ａ）に示すように、フィルタ再生処理を行った結果、フィルタ内部４ａの多くの堆積ＰＭは酸化除去できたものの、フィルタ表層部４ｂの多くの堆積ＰＭは残存したままである場合、当該フィルタ再生処理は不十分なものであり、成功しなかったと言える。
【００４６】
そして、フィルタ４が、図６（ａ）に示すようなＰＭ堆積状態を有している場合に、排気中のＮＯ２により堆積ＰＭが酸化除去される上記所定条件が成立すると、図６（ｂ）の線Ｌ６で示すように、排気圧力差は、ＰＭの酸化除去の進行に伴って徐々に低下していくことになる。このような場合にまで、図５に示す故障判定実行制御を実行すると、そもそもフィルタ４におけるＰＭ堆積量と排気圧力差との所定相関が、フィルタ４が正常な場合の所定相関と大きく乖離しているため、正確なフィルタ４の故障判定を期待することは難しい。そこで、このような場合には、フィルタ故障判定を実行することは控えるのが好ましい。
【００４７】
以上を踏まえて、図７に、本実施例に係る故障判定実行制御のフローチャートを示す。なお、図７に示す故障判定実行制御に含まれる処理のうち図５に示す故障判定実行制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。図７に示す故障判定実行制御では、Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ２０１へ進む。Ｓ２０１は、フィルタ４でのフィルタ再生処理が行われたことをもって行われる判定処理であって、当該フィルタ再生処理が成功したか否かが判定される。すなわち、再生処理後のフィルタ４において、図６（ａ）に示すようなＰＭの堆積状態が形成されている場合には、当該フィルタ再生処理は成功ではなかったと判定される。具体的には、フィルタ再生処理が成功すると、フィルタ４に堆積していたＰＭは好適に酸化除去されるため、処理後の排気圧力差は、設計上の最小値に近い値となるが、図６（ａ）に示すようにフィルタ表層部４ｂにＰＭが残存している状態であれば、その堆積ＰＭにより排気圧量差が比較的高く検出される。そこで、フィルタ再生処理直後の排気圧力差に基づいて、フィルタ再生処理が成功であったか否かの判定が行われる。Ｓ２０１で肯定判定されるとＳ２０２へ進み、否定判定されるとＳ２０３へ進む。
【００４８】
Ｓ２０２では、Ｓ１０２と同様に許容ＰＭ酸化量Ｘ０の算出が行われ、Ｓ１０３以降の
処理が行われる。一方で、Ｓ２０３では、許容ＰＭ酸化量Ｘ０の値が零に設定され、Ｓ１０３以降の処理が行われることになる。この場合、許容ＰＭ酸化量Ｘ０の値が零に設定されることで、Ｓ１０４における処理は肯定判定されることになり、事実的にフィルタ４のフィルタ再生処理は禁止されることになる。
【００４９】
このように本制御によれば、フィルタ４においてフィルタ再生処理が成功した場合は、図５に示す故障判定実行制御と同じように、適時のフィルタ故障判定が実現できる。また、フィルタ４においてフィルタ再生処理が成功しなかった場合は、フィルタ故障判定は禁止されるため、フィルタ故障に関する誤判定が出される可能性を排除できる。
【実施例３】
【００５０】
本発明に係るフィルタ故障判定システムにおいて実行される故障判定実行制御の第三の実施例について、図８および図９に基づいて説明する。図８は、その故障判定に関するロジックを説明するための図である。図８に示す故障判定のためのロジックでは、フィルタ４のＰＭ堆積量と、差圧センサ８で検出される排気圧力差で特定される所定相関において、排気圧力差が、当該ＰＭ堆積量に対応する故障判定閾値を越えた場合にはフィルタ４が正常と判定され、排気圧力差が当該ＰＭ堆積量に対応する故障判定閾値を越えていない場合にはフィルタ４は故障状態にあると判定される。そして、この故障判定閾値は、フィルタ４のＰＭ堆積量に応じて変化するものであり、本実施例においては、ＰＭ堆積量が増加するに従い、ＰＭ堆積量に対応する故障判定閾値の値も増加するように設定されている。
【００５１】
ここで、本実施例に係る故障判定実行制御においては、フィルタ４でＮＯ２によるＰＭの酸化除去が行われる場合におけるフィルタ故障判定の実行の可否は、当該酸化除去に起因する排気圧力差の変動量に基づいて決定される。具体的には、図９に示す本実施例に係る故障判定実行制御のフローチャートに基づいて説明する。なお、図９に示す故障判定実行制御に含まれる処理のうち図５に示す故障判定実行制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。図９に示す故障判定実行制御では、Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ３０１へ進む。
【００５２】
Ｓ３０１では、許容差圧Ｐ０が算出される。許容差圧Ｐ０は、ＮＯ２によるＰＭ酸化除去が行われる状態において、フィルタ４の故障判定の実行が許容される排気圧力差の最大変化量である。具体的には、所定条件成立時点における排気圧力差から、所定条件成立時点でフィルタ４に堆積していると推定されるＰＭ量に対応する、故障判定閾値に相当する排気圧力差を減じた圧力差を、許容差圧Ｐ０として算出する。これにより、ＮＯ２による酸化除去が進行しても排気圧力差の変動が制限されることから、フィルタ故障に関する誤判定を回避することができる。Ｓ３０１の処理が終了すると、Ｓ３０２へ進む。
【００５３】
Ｓ３０２では、Ｓ１０１で判定された所定条件成立時から現時点までの、差圧センサ８によって検出される排気圧力差の変化量である差圧低下量が、許容差圧Ｐ０以上であるか否かが判定される。ここで肯定判定されると、ＮＯ２によるＰＭ酸化除去が進行し排気圧力差の変動が大きくなっていることを意味し、よってフィルタ４の故障判定は禁止され、行われない（Ｓ１０６の処理）。Ｓ１０６の処理後、本制御を終了する。一方で、Ｓ３０２で否定判定されると、ＮＯ２によるＰＭ酸化除去は、主にフィルタ表層部４ｂの堆積ＰＭを酸化除去し排気圧力差の変動は小さいことを意味し、よってフィルタ４の故障判定は許可され、行われる（Ｓ１０５の処理）。Ｓ１０５以降の処理は、図５に示すフローチャートと同じである。
【００５４】
このように本制御によれば、フィルタ４において堆積しているＰＭが排気中のＮＯ２によって酸化除去される場合であっても、排気圧力差の低下量が許容差圧に至るまでは、フィルタ４の故障判定が許可される。そのため、当該故障判定が行われる機会を広く確保す
ることができ、適時のフィルタ４の故障判定が実現される。また、排気圧力差の低下量が許容差圧以上となる場合には、フィルタ４の故障判定が禁止されるため、誤ってフィルタ４が故障であると判定する可能性を可及的に排除することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１    内燃機関
２    排気通路
３    酸化触媒
４    フィルタ
５    燃料供給弁
６、７、９  排気温度センサ
８    差圧センサ
１０  ＮＯｘセンサ
１１  クランクポジションセンサ
１２  アクセル開度センサ
２０  ＥＣＵ
【図１】
2014095311.tif 000003
【図２】
2014095311.tif 000004
【図３】
2014095311.tif 000005
【図４】
2014095311.tif 000006
【図５】
2014095311.tif 000007
【図６】
2014095311.tif 000008
【図７】
2014095311.tif 000009
【図８】
2014095311.tif 000010
【図９】
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