(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路に配置され、排気中に含まれる未燃燃料成分を利用して排気を浄化する排気浄化装置と、
内燃機関において燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に変更するための筒内リッチ制御を実行することにより、前記排気浄化装置へ未燃燃料成分を供給する供給手段と、
を備えた排気浄化システムに適用される故障診断装置であり、
前記故障診断装置は、
前記パティキュレートフィルタから流出するＰＭの量を検出するためのセンサであって、絶縁層を介して対向する電極を含むセンサ素子、及び該センサ素子を加熱するヒータを具備し、所定電圧が前記センサ素子に印加されているときに前記電極間に堆積しているＰＭの量に相関する電気信号を出力するＰＭセンサと、
前記ＰＭセンサの出力値に基づいて、前記パティキュレートフィルタの故障を診断するための処理を実行する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記センサ素子をＰＭの酸化可能な温度まで加熱するように前記ヒータを制御することにより、前記電極間に堆積しているＰＭを酸化及び除去する処理であるセンサ再生処理と、該センサ再生処理の終了後に前記センサ素子に対する前記所定電圧の印加を開始し、且つ前記所定電圧の印加が開始されてから所定期間が経過したときの前記ＰＭセンサの出力値を計測する処理である計測処理と、を実行する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記ＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較して、前記パティキュレートフィルタの故障を診断する診断手段と、
を備え、
前記計測手段は、前記筒内リッチ制御の実行中又は前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理を実行し、且つ前記筒内リッチ制御及び前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理を実行する排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項２】
前記計測手段は、前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理を実行する場合は、前記筒内リッチ制御の実行中に前記センサ素子がＰＭの酸化可能な温度より
低い所定温度まで加熱されるように前記ヒータを制御する処理である予熱処理を実行する請求項１に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項３】
前記処理装置は、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されるか否かについて、前記センサ再生処理の実行前に予測する予測手段を更に備え、
前記計測手段は、前記予測手段により前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測された場合には、前記筒内リッチ制御の実行中又は前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理を実行し、且つ前記筒内リッチ制御及び前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理を実行し、前記予測手段により前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測された場合は、前記センサ再生処理を実行し、且つ前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理を実行する請求項１又は２に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項４】
前記排気浄化装置は、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵しているＮＯＸを還元させる吸蔵還元型触媒を含み、
前記供給手段は、前記吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定の上限吸蔵量以上になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元させるものであり、
前記予測手段は、前記吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量より少ない許容吸蔵量以上であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記許容吸蔵量未満であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測する請求項３に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項５】
前記排気浄化装置は、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵しているＮＯＸを還元させる吸蔵還元型触媒を含み、
前記供給手段は、前記吸蔵還元型触媒の硫黄被毒量が所定の上限被毒量以上になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記吸蔵還元型触媒から硫黄成分を除去させるものであり、
前記予測手段は、前記吸蔵還元型触媒の硫黄被毒量が前記上限被毒量より少ない許容被毒量以上であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記吸蔵還元型触媒の硫黄被毒量が前記許容被毒量未満であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測する請求項３に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項６】
前記排気浄化装置は、排気中に含まれるＮＨ３を吸着し、吸着されたＮＨ３を還元剤として用いることで排気中のＮＯＸを還元する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒より上流に配置され、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときにＮＨ３を生成するＮＨ３生成触媒と、を含み、
前記供給手段は、前記選択還元型触媒のＮＨ３吸着量が所定の下限吸着量以下になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記ＮＨ３生成触媒でＮＨ３を生成させるものであり、
前記予測手段は、前記選択還元型触媒のＮＨ３吸着量が前記下限吸着量より多い許容吸着量以下であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記選択還元型触媒のＮＨ３吸着量が前記許容吸着量より多ければ、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測する請求項３に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
【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配置されたパティキュレートフィルタを含む排気浄化システムの故障を診断する技術に関し、特に、パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置された電極式のＰＭセンサを利用してパティキュレートフィルタの故障を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の量を検出するためのセンサとして、絶縁層を介して対向する電極を有し、前記電極間に堆積したＰＭの量に応じて前記電極間を流れる電流値が変化する電気的特性を利用した電極式のＰＭセンサが知られている。
【０００３】
電極式ＰＭセンサを利用してパティキュレートフィルタの故障（異常）を診断する方法としては、ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去する処理（以下、「センサ再生処理」と称する）が終了した時点から所定期間が経過した時点における前記ＰＭセンサの出力値（前記電極間を流れる電流値に相関する電気信号）と所定の閾値とを比較し、前記ＰＭセンサの出力値が前記所定の閾値より大きければ、パティキュレートフィルタが故障していると診断する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０８７６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の排気浄化システムとしては、パティキュレートフィルタに加え、三元触媒や吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）を含むものが知ら
れている。このような排気浄化システムにおいては、三元触媒やＮＳＲ触媒へ未燃燃料成分（例えば、炭化水素（ＨＣ））を供給することで、ＮＳＲ触媒に吸蔵又は吸着されたＮＯＸを浄化させ、又は三元触媒やＮＳＲ触媒によりアンモニア（ＮＨ３）を生成させる処理（リッチスパイク処理）が実行される場合がある。リッチスパイク処理の実行方法としては、内燃機関の気筒内で燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比にする方法（以下、「筒内リッチ制御」と称する）が知られている。
【０００６】
ここで、本願発明者らが鋭意の実験及び検証を行った結果、ＰＭセンサへ流入するＰＭの量が同じであっても、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、ＰＭセンサの出力値（電極間を流れる電流値）が小さくなるという知見を得た。よって、前述の所定期間中に筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行されると、パティキュレートフィルタが故障している場合であっても、前記所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサの出力値が前記所定の閾値より小さくなる可能性がある。その結果、パティキュレートフィルタが故障しているにもかかわらず、パティキュレートフィルタが故障していないと誤診断される虞がある。
【０００７】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パティキュレートフィルタより下流の排気通路に設けられた電極式ＰＭセンサを利用してパティキュレートフィルタの故障を診断する排気浄化システムの故障診断装置において、筒内リッチ制御に起因する故障診断精度の低下を好適に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、電極式ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを酸化及び除去するためのセンサ再生処理を実行した後に、ＰＭセンサの電極に対する所定電圧の印加を開始し、その所定期間経過後に計測されるＰＭセンサの出力に基づいて、パティキュレートフィルタの故障を診断する排気浄化システムの故障診断装置において、筒内リッチ制御の実行中又は筒内リッチ制御の終了をトリガとしてセンサ再生処理を実行することにより、前記筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を実行することができるようにした。
【０００９】
詳細には、本発明に係わる排気浄化システムの故障診断装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路に配置され、排気中に含まれる未燃燃料成分を利用して排気を浄化する排気浄化装置と、内燃機関において燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に変更するための筒内リッチ制御を実行することにより、前記排気浄化装置へ未燃燃料成分を供給する供給手段と、を備えた排気浄化システムに適用される故障診断装置であり、前記故障診断装置は、前記パティキュレートフィルタから流出するＰＭの量を検出するためのセンサであって、絶縁層を介して対向する電極を含むセンサ素子、及び該センサ素子を加熱するヒータを具備し、所定電圧が前記センサ素子に印加されているときに前記電極間に堆積しているＰＭの量に相関する電気信号を出力するＰＭセンサと、前記ＰＭセンサの出力値に基づいて、前記パティキュレートフィルタの故障を診断するための処理を実行する処理装置と、を備える。そして、前記処理装置は、前記センサ素子をＰＭの酸化可能な温度まで加熱するように前記ヒータを制御することにより、前記電極間に堆積しているＰＭを酸化及び除去する処理であるセンサ再生処理と、該センサ再生処理の終了後に前記センサ素子に対する前記所定電圧の印加を開始し、且つ前記所定電圧の印加が開始されてから所定期間が経過したときの前記ＰＭセンサの出力値を計測する処理である計測処理と、を実行する計測手段と、前記計測手段により計測された前記ＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較して、前記パティキュレートフィルタの故障を診断する診断手段と、を備え、前記計測手段は、前記筒内リッチ制御の実行中又は前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理を実行し、且つ前記筒内リッチ制御及び前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理を実行するようにした。なお、ここでいう「電極間を流れる電流値に相関する電気信号」とは、前記電極間を流れる電流値であってもよく、又は前記電極間の抵抗値であってもよい。
【００１０】
パティキュレートフィルタの一部に破損や溶損等の故障が発生すると、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が多くなる。そのため、パティキュレートフィルタが故障している場合は故障していない場合に比べ、前記所定期間中にＰＭセンサの電極間に付着又は堆積するＰＭの量が多くなる。その結果、ＰＭセンサの電極に対する所定電圧の印加が開始されてから前記所定期間が経過した時点（以下、「読込タイミング」と称する）における前記電極間の抵抗値は、パティキュレートフィルタ故障していない場合より故障している場合の方が小さくなる。それに伴い、前記読込タイミングにおいて前記電極間を流れる電流値は、パティキュレートフィルタが故障していない場合より故障している場合の方が大きくなる。よって、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値を所定の閾値と比較することで、パティキュレートフィルタが故障しているか否かを診断することができる。例えば、ＰＭセンサが前記電極間を流れる電流値を出力するセンサである場合は、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が所定の閾値（電流値）未満であれば、パティキュレートフィルタが故障していないと診断し、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が前記所定の閾値以上であれば、パティキュレートフィルタが故障していると診断することができる。また、ＰＭセンサが前記電極間の抵抗値を出力するセンサである場合は、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が所定の閾値（抵抗値）より大きければ、パティキュレートフィルタが故障していないと診断し、前記読込タイミ
ングにおけるＰＭセンサの出力値が前記所定の閾値以下であれば、パティキュレートフィルタが故障していると診断すればよい。
【００１１】
ここで、前記所定期間は、パティキュレートフィルタが故障している場合と故障していない場合とにおいて、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値に有意な差が生じるように定められる期間であり、予め実験等を利用した適合作業によって定めておくようにしてもよい。また、前記所定の閾値は、前記読込タイミングにおいてＰＭセンサから出力される電流値が該所定の閾値以上（又は、前記読込タイミングにおいてＰＭセンサが出力する抵抗値が該所定の閾値以下）であれば、パティキュレートフィルタの少なくとも一部に破損又は溶損等の故障が発生していると判断することができる値である。すなわち、前記所定の閾値は、正常と故障との境目にあるパティキュレートフィルタに対して前記計測処理を実行した場合に、ＰＭセンサが前記読込タイミングにおいて出力する値に相当する。
【００１２】
ところで、本願発明者は、鋭意の実験及び検証を行った結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合は実行されない場合に比べ、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が小さくなるとの知見を得た。これは、以下の理由に起因すると考えられる。すなわち、筒内リッチ制御が実行された場合は実行されない場合に比べ、内燃機関の排気に含まれるＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）と煤との結合度合が強くなると考えられる。そのため、筒内リッチ制御が実行されない場合は、ＰＭセンサの電極間にＳＯＦが殆ど付着及び堆積せずに煤のみが付着又は堆積するのに対し、筒内リッチ制御が実行された場合は、ＰＭセンサの電極間に煤とともにＳＯＦも付着又は堆積すると考えられる。そして、ＳＯＦの電気伝導率が煤の電気伝導率より小さいため、ＰＭセンサの電極間に堆積するＳＯＦが多い場合は少ない場合に比べ、前記電極間の抵抗値が大きくなり、それに伴って前記電極間を流れる電流値が小さくなると推測される。よって、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると、たとえパティキュレートフィルタが故障していている場合であっても、前記読込タイミングにおいてＰＭセンサが出力する電流値が所定の閾値より小さくなる（又は、前記読込タイミングにおいてＰＭセンサが出力する抵抗値が所定の閾値より大きくなる）可能性がある。その結果、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行された場合において、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値に基づいてパティキュレートフィルタの故障診断が実行されると、パティキュレートフィルタが故障しているにもかかわらず、故障していないと誤診断される可能性がある。
【００１３】
これに対し、本発明に係わる排気浄化システムの故障診断装置は、筒内リッチ制御の実行中又は筒内リッチ制御の終了をトリガとしてセンサ再生処理を実行し、且つ筒内リッチ制御及びセンサ再生処理の終了後に計測処理を実行するようにした。このような構成によれば、筒内リッチ制御の実行中又は終了後の早い時期に、前記電極間に堆積しているＰＭ
を酸化及び除去することができる。その結果、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を開始することが可能になる。筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理が開始されると、次回の筒内リッチ制御が実行される前に計測処理を終了させることが可能となる。よって、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行される事態を回避しつつ、計測処理を実行することが可能になる。なお、前記計測手段は、前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理を実行する場合は、前記筒内リッチ制御の実行中に前記センサ素子がＰＭの酸化可能な温度より低い所定温度まで加熱されるようにヒータを制御する処理である予熱処理を実行してもよい。ここでいう「所定温度」は、前記センサ素子が活性する最低の温度より高い温度である。このような構成によれば、筒内リッチ制御の終了後のセンサ再生処理においてセンサ素子をＰＭの酸化可能な温度まで加熱する必要があるが、センサ素子が既に予熱されているため、該センサ素子を速やかにＰＭの酸化可能な温度まで昇温させることができる。そして、電極間に堆積しているＰＭが酸化及び除去された後に計測処理を開始すれば、前記所定期間中に次回の筒内リッチ制御が実行される事態を回避しつつ、計測処理を実行することが可能になる。
【００１４】
次に、本発明に係わる処理装置は、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されるか否かについて、前記センサ再生処理の実行前に予測する予測手段を更に備えてもよい。そして、前記計測手段は、前記予測手段により前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測された場合には、前記筒内リッチ制御の実行中又は前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理を実行し、且つ前記筒内リッチ制御及び前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理を実行し、前記予測手段により前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測された場合は、前記センサ再生処理を実行し、且つ前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理を実行してもよい。
【００１５】
このような構成によれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測された場合は、前記筒内リッチ制御の実行中又は前記筒内リッチ制御の終了をトリガとして前記センサ再生処理が実行され、且つ前記筒内リッチ制御及び前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理が実行されるため、次回の筒内リッチ制御が実行される前に計測処理を終了させることが可能となる。一方、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測された場合は、直ちに前記センサ再生処理が実行され、且つ前記センサ再生処理の終了後に前記計測処理が実行されるため、パティキュレートフィルタの故障を速やかに検出することができる。
【００１６】
ここで、本発明の排気浄化装置は、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵しているＮＯＸを還元させる吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）を含んでもよい。その場合、供給手段は、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定の上限吸蔵量以上になったときに、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元させることを目的として、筒内リッチ制御を実行する手段であってもよい。そして、前記予測手段は、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量より少ない許容吸蔵量以上であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記許容吸蔵量未満であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測してもよい。ここでいう「許容吸蔵量」は、ＮＯＸ吸蔵量が該許容吸蔵量以上であるときに前記計測処理の実行が開始されると、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられるＮＯＸ吸蔵量、又は前記計測処理の実行途中でＮＯＸ吸蔵量が該許容吸蔵量以上になると、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間内に実行されると考えられるＮＯＸ吸蔵量であり、予め実験的に求めておくものとする。このような構成によれば、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が実行される前に、該筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測することができる。
【００１７】
なお、排気浄化装置がＮＳＲ触媒を含む場合は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量がある程度多くなったときに、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒を解消することを目的とした筒内リッチ制御が実行される。よって、排気浄化装置がＮＳＲ触媒を含み、且つそのＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が所定の上限被毒量以上になったときに供給手段によって筒内リッチ制御が実行される排気浄化システムにおいては、前記予測手段は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記上限被毒量より少ない許容被毒量以上であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測してもよい。ここでいう「許容被毒量」は、硫黄被毒量が該許容被毒量以上であるときに前記計測処理の実行が開始されると、前記ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられる硫黄被毒量、又は前記計測処理の実行途中で硫黄被毒量が該許容被毒量以上になると、前記ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間内に実行されると考えられる硫黄被毒量であり、予め実験的に求めておくものとする。このような構成によれば、ＮＳＲ触媒の硫
黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が実行される前に、該筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測することができる。
【００１８】
また、本発明に係わる排気浄化装置は、排気中に含まれるＮＨ３を吸着し、吸着されたＮＨ３を還元剤として用いることで排気中のＮＯＸを還元する選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）と、前記ＳＣＲ触媒より上流に配置され、排気
の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときにＮＨ３を生成するＮＨ３生成触媒と、を含んでいてもよい。その場合、供給手段は、前記ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が下限吸着量以下になったときに、前記筒内リッチ制御を実行することにより、前記ＮＨ３生成触媒でＮＨ３を生成させてよい。そして、前記予測手段は、前記ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記下限吸着量より多い許容吸着量以下であれば、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されると予測し、前記ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記許容吸着量より多ければ、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されないと予測してもよい。ここでいう「許容吸着量」は、ＮＨ３吸着量が該許容吸着量以下であるときに前記計測処理の実行が開始されると、ＮＨ３の生成を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられるＮＨ３吸着量、又は前記計測処理の実行途中でＮＨ３吸着量が該許容吸着量以下になると、ＮＨ３の生成を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間内に実行されると考えられるＮＨ３吸着量であり、予め実験的に求めておくものとする。このような構成によれば、ＮＨ３の生成を目的とする筒内リッチ制御が実行される前に、該筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パティキュレートフィルタより下流の排気通路に設けられた電極式ＰＭセンサを利用してパティキュレートフィルタの故障を診断する排気浄化システムの故障診断装置において、筒内リッチ制御に起因する故障診断精度の低下を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態において、本発明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。
【図２】ＰＭセンサの構成を模式的に示す図である。
【図３】センサ再生処理の終了後におけるＰＭセンサの出力値の推移を示す図である。
【図４】パティキュレートフィルタが故障している場合のセンサ再生処理終了後におけるＰＭセンサの出力値の推移を示す図である。
【図５】ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングとセンサ再生処理の実行タイミングとを示すタイミングチャートである。
【図６】第１の実施形態において、ＥＣＵがパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングとセンサ再生処理の実行タイミングとを示すタイミングチャートである。
【図８】第１の実施形態の変形例２において、本発明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。
【図９】ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングとセンサ再生処理の実行タイミングとを示すタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施形態において、ＥＣＵがパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態の変形例１において、ＥＣＵがパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態の変形例２において、ＥＣＵがパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
先ず、本発明の第１の実施形態について図１乃至図７に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を使用して運転可能であれば、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関であってもよい。
【００２３】
内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００２４】
内燃機関１は、吸気管４と接続されている。吸気管４の途中には、該吸気管４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力するエアフローメータ４０が配置されている。エアフローメータ４０より下流の吸気管４には、該吸気管４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整するための吸気絞り弁４１が配置されている。
【００２５】
内燃機関１は、排気管５と接続されている。排気管５の途中には、触媒ケーシング５０が配置されている。触媒ケーシング５０は、筒状のケーシング内に、ＮＳＲ触媒を収容している。ＮＳＲ触媒は、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときに排気中に含まれるＮＯＸを化学的に吸蔵又は物理的に吸着し、排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときにＮＯＸを放出しつつ、放出されたＮＯＸと排気中の還元成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等）との反応を促進させる。なお、触媒ケーシング５０は、本発明に係わる「排気浄化装置」の一実施態様に相当する。前記触媒ケーシング５０より上流の排気管５には、該排気管５内を流れる排気の空燃比に相関する電気信号を出力する空燃比センサ５２が取り付けられている。
【００２６】
前記触媒ケーシング５０より下流の排気管５には、フィルタケーシング５１が配置されている。フィルタケーシング５１は、筒状のケーシング内に、パティキュレートフィルタを収容している。パティキュレートフィルタは、多孔質の基材により構成されたウォールフロー型のフィルタであり、排気中に含まれるＰＭを捕集する。前記フィルタケーシング５１より下流の排気管５には、排気管５内を流れる排気の温度に相関する電気信号を出力する排気温度センサ５３と、排気管５内を流れる排気のＰＭ濃度に相関する電気信号を出力するＰＭセンサ５４とが配置されている。
【００２７】
ここで、ＰＭセンサ５４の構成について図２に基づいて説明する。図２は、ＰＭセンサ５４の構成を模式的に示す図である。図２に示すＰＭセンサ５４は、電極式のＰＭセンサである。なお、図２においては、一組の電極が図示されているが、複数組の電極を備えていてもよい。ＰＭセンサ５４は、板状の絶縁体５４０の表面に一組の電極５４１、５４２が互いに離間して配置されるセンサ素子５４３と、前記電極５４１、５４２間を流れる電流を計測する電流計５４４と、センサ素子５４３の裏面に配置される電熱式のヒータ５４５と、センサ素子５４３を覆うカバー５４６と、を備えている。前記カバー５４６には、複数の貫通孔５４７が形成されている。
【００２８】
このように構成されたＰＭセンサ５４が排気管５に取り付けられると、排気管５を流れる排気の一部がカバー５４６の貫通孔５４７を通って該カバー５４６内に流入する。排気がカバー５４６内に流入すると、排気に含まれるＰＭが前記電極５４１、５４２の間（絶縁体５４０）に付着する。ＰＭは導電性を有するため、前記電極５４１、５４２間に一定量のＰＭが堆積すると、前記電極５４１、５４２間が導通する。その際、電源から前記電極５４１、５４２へ所定電圧を印加しておけば、前記電極５４１、５４２間が導通したときに該電極間に電流が流れることになる。
【００２９】
前記電極５４１、５４２間に堆積するＰＭ量が前記一定量に達した後は、前記電極５４１、５４２間に堆積するＰＭ量の増加に伴って、該電極５４１、５４２間の抵抗値が小さくなる。そのため、前記電極５４１、５４２間を流れる電流値は、該電極５４１、５４２間に堆積するＰＭ量の増加に伴って大きくなる。よって、前記電流計５４４によって前記電極５４１、５４２間を流れる電流値を計測することで、該電極５４１、５４２間に堆積しているＰＭ量を検出することができる。
【００３０】
ここで、前記電極５４１、５４２間に堆積するＰＭ量が前記一定量未満であるときは、前記電極５４１、５４２が非導通状態になるため、ＰＭセンサ５４の出力は零になる。そして、前記電極５４１、５４２の間に堆積するＰＭ量が一定量以上になると、前記電極５４１、５４２が導通状態になるため、ＰＭセンサ５４の出力が零より大きくなる。前記電極５４１、５４２間が導通した後は、前記電極５４１、５４２の間に堆積するＰＭ量の増加に伴って、ＰＭセンサ５４の出力値が大きくなる。なお、以下では、前記した一定量を「有効堆積量」と称する。
【００３１】
また、前記電極５４１、５４２間に堆積可能なＰＭ量には限りがあるため、前記電極５４１、５４２間に堆積しているＰＭの量（以下、「ＰＭ堆積量」と称する）が所定の上限量（上限堆積量）に達した際には、前記ヒータ５４５に電流を供給することにより、前記センサ素子５４３をＰＭの酸化可能な温度まで昇温させて、前記電極５４１、５４２間に堆積したＰＭを酸化並びに除去（センサ再生処理）すればよい。
【００３２】
ここで図１に戻り、前記内燃機関１には、本発明に係わる処理装置としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６が併設されている。ＥＣＵ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ６は、上記したエアフローメータ４０、空燃比センサ５２、排気温度センサ５３、及びＰＭセンサ５４に加え、アクセルポジションセンサ７やクランクポジションセンサ８等の各種センサと電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。
【００３３】
また、ＥＣＵ６は、上記した燃料噴射弁３や吸気絞り弁４１等の各種機器と電気的に接続されている。ＥＣＵ６は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ６は、内燃機関１がリーン空燃比の混合気を燃焼して運転（希薄燃焼運転）される条件下において、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が予め定められた上限吸蔵量以上に達したときに、気筒２内において燃焼に供される混合気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替わるように燃料噴射弁３を制御（筒内リッチ制御）することにより、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元及び浄化させる（リッチスパイク処理）。このように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量以上になったときに、ＥＣＵ６が筒内リッチ制御を実行することにより、本発明に係わる「供給手段」が実現される。ＥＣＵ６は、上記したリッチスパイク処理のような既知の処理に加え、本発明の要旨
となるパティキュレートフィルタの故障診断処理も実行する。以下では、パティキュレートフィルタの故障診断処理の実行方法について述べる。
【００３４】
ＥＣＵ６は、パティキュレートフィルタの故障診断を行うにあたり、先ずＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間に堆積しているＰＭを除去するためのセンサ再生処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ６は、電源からＰＭセンサ５４のヒータ５４５に電流を供給させる。ヒータ５４５に電流が供給されると、該ヒータ５４５が発熱し、それに伴ってセンサ素子５４３が加熱される。その際、ＥＣＵ６は、センサ素子５４３の温度がＰＭの酸化可能な温度となるように、ヒータ５４５の駆動電流値を制御する。なお、センサ素子５４３の温度は、ヒータ５４５の温度と略等しいとみなすことができるため、ＥＣＵ６は、ヒータ５４５の温度がＰＭの酸化可能な温度となるように、電流値を制御すればよい。ヒータ５４５の温度は、該ヒータ５４５の抵抗値から演算されればよい。
【００３５】
ＥＣＵ６は、センサ素子５４３の温度がＰＭの酸化可能な温度になる状態が所定の再生時間続くと、ヒータ５４５に対する電流供給を停止して、センサ再生処理を終了する。ここでいう所定の再生時間は、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間に堆積しているＰＭの酸化及び除去に要する時間である。例えば、所定の再生時間は、上記した所定の上限堆積量のＰＭを酸化及び除去するために要する時間に固定されてもよく、若しくは実際のＰＭ堆積量に応じて変更されてもよい。
【００３６】
次に、ＥＣＵ６は、センサ再生処理が終了されると、前記ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加を開始する。そして、ＥＣＵ６は、前記所定電圧の印加が開始されてから所定期間が経過した時点（読込タイミング）におけるＰＭセンサ５４の出力値を読み込み、その出力値を所定の閾値と比較することで、パティキュレートフィルタの故障を診断する。なお、センサ再生処理の終了後において、前記電極５４１、５４２に対する所定電圧の印加を開始して、その所定期間後におけるＰＭセンサ５４の出力値を読み込む処理は、本発明に係わる「計測処理」に相当する。
【００３７】
ここで、パティキュレートフィルタの一部に破損、又は溶損等の故障が生じると、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集効率が低下する。そのため、パティキュレートフィルタが故障している場合は故障していない場合に比べ、単位時間あたりにパティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が多くなる。
【００３８】
図３は、センサ再生処理の終了後におけるＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量とＰＭセンサ５４の出力値との推移を示す図である。図３中（ａ）の横軸は、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてからの経過時間を示し、図３中（ａ）の縦軸は、ＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量を示す。一方、図３中（ｂ）の横軸は、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてからの経過時間を示し、図３中（ｂ）の縦軸は、ＰＭセンサ５４の出力値を示す。また、図３中（ａ）、（ｂ）に示す実線は、パティキュレートフィルタが故障していない場合のＰＭセンサ５４の出力値を示し、図３中（ａ）、（ｂ）に示す一点鎖線は、パティキュレートフィルタの一部に故障が発生している場合のＰＭセンサ５４の出力値を示す。なお、実線と一点鎖線は、パティキュレートフィルタの故障有無以外の条件が同一の下で計測された結果を示している。
【００３９】
図３において、電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始された直後は、パティキュレートフィルタが故障している場合及びパティキュレートフィルタが故障していない場合の双方において、ＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量が前記有効堆積量より少なくなるため、ＰＭセンサ５４の出力値が零となる。しかしながら、単位時間あたりにパティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量は、パティキュレートフィルタが故障していない場合に比して、パティキュレートフィルタが故障している場合の方が多くなる。そのため
、ＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量が前記有効堆積量に達する時期は、パティキュレートフィルタが故障していない場合より故障している場合の方が早くなる。それに伴い、ＰＭセンサ５４の出力値が零から増加し始めるタイミング（以下、「出力開始タイミング」と称する）も、パティキュレートフィルタが故障していない場合（図３中のｔ２）より故障している場合（図３中のｔ１）の方が早くなる。さらに、出力開始タイミング以降の出力値の増加速度（単位時間あたりの増加量）は、パティキュレートフィルタが故障していない場合に比して、パティキュレートフィルタが故障している場合の方が大きくなる。
【００４０】
ここで、パティキュレートフィルタが故障している場合の出力開始タイミングｔ１より遅く、且つパティキュレートフィルタが故障していない場合の出力開始タイミングｔ２より早い所定の時期（図３中のｔｓ）に着目すると、パティキュレートフィルタが故障していない場合のＰＭセンサ５４の出力値が零を示すのに対し、パティキュレートフィルタが故障している場合のＰＭセンサ５４の出力は零より大きな所定の閾値（図３中のＴｒ）以上を示すことになる。
【００４１】
上記したような特性を鑑みると、前記読込タイミングが前記所定の時期ｔｓと一致するように前記所定期間が設定されれば、前記センサ再生処理が終了した時点から該所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサ５４の出力値と前記所定の閾値Ｔｒとを比較することにより、パティキュレートフィルタの故障診断を行うことが可能になる。
【００４２】
ここで、前記所定期間は、パティキュレートフィルタが故障している場合において、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始された時点からＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量が前記所定の閾値Ｔｒ以上となる時点までに要する期間である。そこで、ＥＣＵ６は、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加を開始したときに、パティキュレートフィルタが故障していると仮定して、ＰＭセンサ５４に付着又は堆積するＰＭ量の推定（演算）を開始し、その推定ＰＭ堆積量が所定堆積量（例えば、パティキュレートフィルタの一部に故障が発生している場合において、ＰＭセンサ５４の出力値が前記所定の閾値Ｔｒと同等以上になるときのＰＭ堆積量）に達した時点で前記所定期間が経過したと判定すればよい。そして、ＥＣＵ６は、前記所定期間が経過した時点（読込タイミングｔｓ）におけるＰＭセンサ５４の出力値が前記所定の閾値Ｔｒ未満であれば、パティキュレートフィルタが故障していないと診断し、前記読込タイミングｔｓにおけるＰＭセンサ５４の出力値が前記所定の閾値Ｔｒ以上であれば、パティキュレートフィルタが故障していると診断すればよい。
【００４３】
なお、ＰＭセンサ５４の初期公差等により、該ＰＭセンサ５４の出力値が測定誤差を含む可能性がある。また、前記推定ＰＭ堆積量が推定誤差を含む可能性もある。よって、前前記読込タイミング（所定の時期）ｔｓ及び前記所定の閾値Ｔｒは、ＰＭセンサ５４の測定値に測定誤差が含まれ、且つ推定ＰＭ堆積量に推定誤差が含まれる場合であっても、精度の高い故障診断を行えるような時期及び値であることが望ましい。例えば、前記所定の閾値Ｔｒは、ＰＭセンサ５４の測定誤差や推定ＰＭ堆積量の推定誤差等に比して十分に大きな値であることが望ましく、それに応じて前記読込タイミングｔｓも定められることが望ましい。
【００４４】
上記した推定ＰＭ堆積量は、パティキュレートフィルタが故障していると仮定した場合の単位時間あたりにＰＭセンサ５４に堆積するＰＭの量を積算することによって推定される。単位時間あたりにＰＭセンサ５４に堆積するＰＭの量は、単位時間あたりにパティキュレートフィルタから流出する排気の流量（排気の流速）、故障状態のパティキュレートフィルタから流出する排気のＰＭ濃度、及び、パティキュレートフィルタから流出する排気の温度とセンサ素子５４３の温度との差に相関する。例えば、単位時間あたりにＰＭセンサ５４に堆積するＰＭの量は、排気の流速が小さくなるほど多くなる。また、単位時間
あたりにＰＭセンサ５４に堆積するＰＭの量は、故障状態のパティキュレートフィルタから流出する排気のＰＭ濃度が大きくなるほど多くなる。さらに、単位時間あたりにＰＭセンサ５４に堆積するＰＭの量は、パティキュレートフィルタから流出する排気の温度とセンサ素子５４３の温度との差が大きくなるほど（センサ素子５４３の温度に比して排気温度が高くなるほど）多くなる。したがって、単位時間あたりにパティキュレートフィルタから流出する排気の流量、パティキュレートフィルタが故障状態にあると仮定した場合に該パティキュレートフィルタから流出する排気のＰＭ濃度、及びパティキュレートフィルタから流出する排気の温度（排気温度センサ５３の出力値）とセンサ素子５４３の温度（ヒータ５４５の抵抗値から演算される温度）との差をパラメータとして、単位時間あたりにＰＭセンサ５４に堆積するＰＭの量を推定することができる。
【００４５】
ここで、単位時間あたりにパティキュレートフィルタから流出する排気の流量は、単位時間あたりの吸入空気量と等しいと考えることができるため、エアフローメータ４０の出力値をパラメータとして求めることができる。また、故障状態のパティキュレートフィルタから流出する排気のＰＭ濃度は、例えば、内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＰＭの量と、故障状態のパティキュレートフィルタへ流入するＰＭ量に対してパティキュレートフィルタから流出するＰＭ量の比率と、単位時間あたりにパティキュレートフィルタから流出する排気の流量と、をパラメータとして演算することができる。その際、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間に付着又は堆積するＰＭの大部分は、煤であるため、内燃機関１から単位時間あたりに排出される煤の量と、故障状態のパティキュレートフィルタへ流入する煤の量に対してパティキュレートフィルタから流出する煤の量の比率（以下、「煤すり抜け率」と称する）と、単位時間あたりにパティキュレートフィルタから流出する排気の流量と、をパラメータとして、故障状態のパティキュレートフィルタから流出する排気のＰＭ濃度を求めることが望ましい。
【００４６】
なお、内燃機関１から単位時間あたりに排出される煤の量は、例えば、吸入空気量、燃料噴射量、温度、湿度等に相関するため、それらを引数とするマップ又は演算モデルを予め求めておくことで、内燃機関１から単位時間あたりに排出される煤の量を求めることができる。また、故障状態のパティキュレートフィルタの煤すり抜け率は、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの量（以下、「ＰＭ捕集量」と称する）、及び単位時間あたりにパティキュレートフィルタへ流入する排気の流量に相関する。例えば、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多くなるほど、煤すり抜け率が大きくなる。また、単位時間あたりにパティキュレートフィルタへ流入する排気の流量が多くなるほど、煤すり抜け率が大きくなる。よって、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量と、単位時間あたりにパティキュレートフィルタへ流入する排気の流量と、を引数とするマップ又は演算モデルを予め求めておくことで、故障状態のパティキュレートフィルタの煤すり抜け率を求めることができる。パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量は、内燃機関１の運転履歴（燃料噴射量や吸入空気量等の積算値）をパラメータとして演算されてもよく、パティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサ（図示せず）の出力値から演算されてもよい。
【００４７】
ところで、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてから前記読込タイミングｔｓまでの期間（所定期間）に、前記した筒内リッチ制御が実行された場合は実行されない場合に比べ、前記読込タイミングｔｓにおけるＰＭセンサ５４の出力値が小さくなるという知見を得た。
【００４８】
ここで、パティキュレートフィルタが故障している場合において、センサ再生処理の終了後におけるＰＭ堆積量とＰＭセンサ５４の出力値との推移を図４に示す。図４中（ａ）の横軸は、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてからの経過時間を示し、図４中（ａ）の縦軸は、ＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量を示す。一方、図４中
（ｂ）の横軸は、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてからの経過時間を示し、図４中（ｂ）の縦軸は、パティキュレートフィルタが故障している場合のＰＭセンサ５４の出力値を示す。また、図４中（ｂ）に示す実線は、前記所定期間中の少なくとも一部の期間で筒内リッチ制御が実行された場合におけるＰＭセンサ５４の出力値を示し、図４中（ｂ）に示す一点鎖線は、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行されない場合におけるＰＭセンサ５４の出力値を示す。なお、図４中の実線と一点鎖線は、筒内リッチ制御の実行有無以外の条件が同一の下で計測された結果を示している。
【００４９】
図４に示すように、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行された場合と実行されない場合とでは、ＰＭセンサ５４の出力開始タイミング（図４中のｔ３）が略同時期になるものの、出力開始タイミング以降におけるＰＭセンサ５４の出力値は相違する。具体的には、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行された場合は実行されない場合に比べ、ＰＭセンサ５４の出力値が小さくなる。そのため、前記読込タイミングｔｓにおけるＰＭセンサ５４の出力値は、筒内リッチ制御が実行されない場合（図４中（ｂ）のＣｐｍ１）より実行された場合（図４中（ｂ）のＣｐｍ２）の方が小さくなる。
【００５０】
図４に示すような現象が発現するメカニズムについて明確に解明されていないが、凡そ以下のようなメカニズムによると推測される。すなわち、筒内リッチ制御が実施された場合は実行されない場合に比べ、内燃機関１の排気に含まれるＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）と煤との結合度合が強くなると考えられる。そのため、筒内リッチ制御が実行されない場合は、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間にＳＯＦが殆ど付着及び堆積せずに、煤のみが付着及び堆積するのに対し、筒内リッチ制御が実行された場合は、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間に煤とともにＳＯＦも付着又は堆積すると考えられる。ここで、ＳＯＦの電気伝導率は煤の電気伝導率より小さいため、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間にＳＯＦが堆積している場合はＳＯＦが堆積していない場合に比べ、前記電極５４１、５４２間の電気抵抗が大きくなり、それに伴ってＰＭセンサ５４の出力値が小さくなると推測される。つまり、前記電極５４１、５４２間にＳＯＦを含むＰＭが堆積している場合は、該電極５４１、５４２間を流れる電流値が実際のＰＭ堆積量に対応した電流値より小さくなると推測される。
【００５１】
よって、前記所定期間中の少なくとも一部の期間で筒内リッチ制御が実行されると、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２間にＳＯＦが堆積するため、図４中（ｂ）の実線で示すように、読込タイミングｔｓにおけるＰＭセンサ５４の出力値Ｃｐｍ２が前記所定の閾値Ｔｒより小さくなってしまう可能性がある。その結果、パティキュレートフィルタが故障しているにもかかわらず、パティキュレートフィルタが故障していないと誤診断される可能性もある。
【００５２】
そこで、本実施形態では、上記したようなＳＯＦの堆積に起因した誤診断を回避するため、前記筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせて、センサ再生処理及び計測処理が実行されるようにした。詳細には、ＥＣＵ６は、図５に示すように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量以上に達することで、筒内リッチ制御が実行されるとき（図５中の「筒内リッチ制御フラグ」がオンにされたとき）に、前記センサ再生処理を実行（図５中の「センサ再生処理フラグ」をオン）するようにした。そして、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御及びセンサ再生処理の終了後に計測処理を実行する。このように、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を開始することができる。言い換えると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量に比して十分に少ないときに、計測処理を開始することができる。その結果、次回の筒内リッチ制御が実行される前に計測処理を終了させることができるため、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されなくなる。よって、パティキュレートフィルタが故障しているにもかかわらず、パティキュレートフィルタが故障して
いないと誤診断されることを抑制することができる。
【００５３】
以下、本実施形態における故障診断処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、ＥＣＵ６がパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の運転期間中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、この処理ルーチンは、内燃機関１やＰＭセンサ５４が正常に動作しているとの前提の下で実行されるものとする。
【００５４】
図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ１０１の処理において、故障判定フラグの値が“０”であるか否かを判別する。故障判定フラグは、予めＥＣＵ６のバックアップＲＡＭ等に設定されている記憶領域であり、本処理ルーチンにおいてパティキュレートフィルタが正常であると判定されたときに“０”が記憶され、且つ本処理ルーチンにおいてパティキュレートフィルタが故障していると判定されたときに“１”が記憶される。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００５５】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、計測処理の実行条件（計測条件）が成立しているか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、現時点で計測処理が実行されていないこと、
及びセンサ再生処理に必要な電力を確保可能であること（バッテリの充電量や発電機の発電量がセンサ再生処理に必要な電力量を上回っていること）等の条件が成立しているときに、計測条件が成立していると判定する。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理へ進む。
【００５６】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、前述した筒内リッチ制御フラグがオンであるか否か、すなわち筒内リッチ制御が実行されているか否かを判別する。Ｓ１０３の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０３の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理へ進む。
【００５７】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ５４のヒータ５４５に電流を供給することにより、センサ再生処理を実行する。続いて、Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、センサ再生処理の実行時間が前記所定の再生時間以上であるか否かを判別する。Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０４の処理へ戻り、センサ再生処理を継続して実行する。一方、Ｓ１０５の処理において肯定判定されると、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理へ進み、前記ヒータ５４５に対する電流の供給を停止して、センサ再生処理を終了する。ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理においてセンサ再生処理を終了すると、Ｓ１０７の処理へ進む。
【００５８】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御フラグがオフであるか否か、すなわち筒内リッチ制御が終了しているか否かを判別する。Ｓ１０７の処理で否定判定された場合は、センサ再生処理が終了した時点で筒内リッチ制御が未だ終了していないことになるため、ＥＣＵ６は、該Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０７の処理で肯定判定された場合は、センサ再生処理が終了した時点で筒内リッチ制御が既に終了していることになるため、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８の処理へ進む。
【００５９】
Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ５４の電極５４１、５４２に前記所定電圧を印加することにより、計測処理を開始する。ところで、前記センサ再生処理が終了した直後は、センサ素子５４３が高温な雰囲気にあるため、前記電極５４１、５４２間に流入したＰＭが堆積せずに酸化される可能性がある。そのため、ＥＣＵ６は、前記センサ素子５４３の温度がＰＭの酸化しない温度域へ低下したときに、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加を開始することが望ましい。なお、前記センサ再生処理が終了した直後に前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加を開始する場合は、センサ素子５４３の温度がＰＭの酸化しない温度域まで低下するのに要する時間を含めて、後述の所定期間を設定してもよい。
【００６０】
Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ６は、前記電極５４１、５４２に対する所定電圧の印加を開始してから現時点までの経過時間を演算し、その経過時間が所定期間以上であるか否かを判別する。ここでいう所定期間は、前述したように、パティキュレートフィルタが故障していると仮定した場合において、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてからＰＭセンサ５４のＰＭ堆積量が前記所定の閾値Ｔｒ以上となるまでに要する期間である。Ｓ１０９の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０８の処理へ戻る。一方、前記Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０の処理へ進む。
【００６１】
Ｓ１１０の処理では、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ５４の出力値（図６中のＣｐｍ）を読み込む。Ｓ１１０の処理で読み込まれる出力値Ｃｐｍは、前記電極５４１、５４２に対する前記所定電圧の印加が開始されてから前記所定期間が経過したときのＰＭセンサ５４の出力値であり、前述した図３の説明で述べた、所定の時期（読込タイミング）ｔｓにおけるＰＭセンサ５４の出力値に相当する。なお、ＥＣＵ６がＳ１０４乃至Ｓ１１０の処理を実行することにより、本発明に係わる「計測手段」が実現される。
【００６２】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ１１０の処理を実行し終えると、Ｓ１１１乃至Ｓ１１３の処理においてパティキュレートフィルタの故障を診断する。先ずＳ１１１の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１１０の処理で読み込まれた出力値Ｃｐｍが前記所定の閾値Ｔｒより小さいか否かを判別する。Ｓ１１１の処理において肯定判定された場合（Ｃｐｍ＜Ｔｒ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１２の処理へ進み、パティキュレートフィルタが正常（故障していない）と判定して、前記故障判定フラグに“０”を記憶させる。一方、前記Ｓ１１１の処理において否定判定された場合（Ｃｐｍ≧Ｔｒ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１３の処理へ進み、パティキュレートフィルタが故障していると判定して、前記故障判定フラグに“１”を記憶させる。なお、Ｓ１１３の処理でパティキュレートフィルタが故障していると判定された場合は、ＥＣＵ６は、パティキュレートフィルタの故障情報をバックアップＲＡＭ等に記憶させるとともに、車室内に設けられた警告灯（ＭＩＬ：Malfunction Indication Lamp）を点
灯させてもよい。なお、ＥＣＵ６がＳ１１１乃至Ｓ１１３の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。
【００６３】
以上述べたように図６の処理ルーチンに従ってパティキュレートフィルタの故障診断が行われると、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を実行することができるため、次回の筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されなくなる。よって、パティキュレートフィルタが故障しているにもかかわらず、パティキュレートフィルタが故障していないと誤診断されることが抑制される。
【００６４】
なお、図６の処理ルーチンでは、筒内リッチ制御の実行期間中の何れかのタイミングでセンサ再生処理が開始される例について述べたが、筒内リッチ制御の開始と同時にセンサ再生処理が開始されてもよく、又は筒内リッチ制御の開始直前（例えば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量より僅かに少ない量に達したとき）にセンサ再生処理が開始されてもよい。これらのタイミングでセンサ再生処理が開始されると、筒内リッチ制御の実行中、又は筒内リッチ制御が終了した後のより早い時期にセンサ再生処理を終了させる
ことができる。よって、計測処理の実行タイミングをより早めることができるため、次回の筒内リッチ制御が所定期間中に実行されることをより確実に抑制することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、筒内リッチ制御が実行されているときにセンサ再生処理を実行する例について述べたが、筒内リッチ制御の終了をトリガとしてセンサ再生処理及び計測処理を順次実行してもよい。その場合も、筒内リッチ制御の終了後の早い時期に計測処理を終了させることができる。なお、筒内リッチ制御の終了をトリガとしてセンサ再生処理及び計測処理を順次実行する場合は、筒内リッチ制御の実行中にヒータ５４５によってセンサ素子５４３をＰＭの酸化可能な温度より低く、且つセンサ素子５４３が活性する最低の温度より高い所定温度まで加熱するための予熱処理を実行してもよい。このような構成によれば、筒内リッチ制御が終了した時点でセンサ素子５４３が予熱されているため、センサ再生処理においてセンサ素子５４３をＰＭの酸化可能な温度まで加熱するのに要する時間を短くすることができる。その結果、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に、センサ再生処理を終了することができるとともに、計測処理を開始することができる。
【００６６】
＜実施形態１の変形例１＞
前述の第１の実施形態では、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理を実行する例について述べたが、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理が実行されてもよい。
【００６７】
触媒ケーシング５０に収容されたＮＳＲ触媒は、排気中に含まれるＮＯＸに加え、排気中に含まれる硫黄化合物（ＳＯＸ）も吸蔵する。そして、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＳＯＸの量が多くなると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下する。そのため、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＳＯＸの量（硫黄被毒量）が予め定められた上限被毒量以上に達したときに、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＳＯＸを除去するための処理を実行する必要がある。ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＳＯＸを除去する場合は、該ＮＳＲ触媒を高温且つリッチ雰囲気にする必要がある。そのため、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記上限被毒量以上に達したときに筒内リッチ制御を実行することで、排気中に含まれる燃料の酸化反応熱でＮＳＲ触媒を昇温させつつ、該ＮＳＲ触媒をリッチ雰囲気にする。このような筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行された場合と同様に、パティキュレートフィルタの故障診断を正確に行えなくなる可能性がある。
【００６８】
そこで、ＥＣＵ６は、図７に示すように、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記上限被毒量に達することで、筒内リッチ制御が実行されるとき（図７中の「筒内リッチ制御フラグ」がオンにされたとき）に、前記センサ再生処理を実行（図７中の「センサ再生処理フラグ」をオン）するようにした。そして、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御及びセンサ再生処理の終了後に計測処理を実行する。このように、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を開始することができる。言い換えると、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記上限被毒量に比して十分に少ないときに、計測処理を開始することができる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されなくなるため、パティキュレートフィルタの故障診断を正確に行うことができる。
【００６９】
なお、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングに加え、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングにおいても、センサ再生処理及び計測処理を実行してもよい。その場合、パティキュレートフィルタの故障診断が実行される機会を増やすことができるため、パティキュレートフィルタの故障をより早期に検出することが可能になる。
【００７０】
＜実施形態１の変形例２＞
前述の第１の実施形態では、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理を実行する例について述べたが、ＮＳＲ触媒より下流に配置されたＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理が実行されてもよい。
【００７１】
図８は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の構成を示す図である。図８において、前述した図１と同様の構成要素には同一の符号が付されている。図８に示すように、触媒ケーシング５０とフィルタケーシング５１との間の排気管５には、触媒ケーシング５５が配置されている。この触媒ケーシング５５は、筒状のケーシング内にＳＣＲ触媒を収容している。ＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるＮＨ３を吸着し、その吸着されたＮＨ３を還元剤として用いることで排気中のＮＯＸを還元する触媒である。このように構成された排気浄化システムにおいては、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が予め定められた下限吸着量以下になると、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御を実行する。筒内リッチ制御が実行されると、触媒ケーシング５０のＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが還元されてＮＨ３が生成される。すなわち、触媒ケーシング５０のＮＳＲ触媒は、ＮＨ３生成触媒として機能する。ＮＳＲ触媒で生成されたＮＨ３は、排気とともに触媒ケーシング５５へ流入してＳＣＲ触媒に吸着される。ところで、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が実行された場合と同様に、パティキュレートフィルタの故障診断を正確に行えなくなる可能性がある。
【００７２】
そこで、ＥＣＵ６は、図９に示すように、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記下限吸着量以下に減少することで、筒内リッチ制御が実行されるとき（図９中の「筒内リッチ制御フラグ」がオンにされたとき）に、前記センサ再生処理を実行（図９中の「センサ再生処理フラグ」をオン）するようにした。そして、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御及びセンサ再生処理の終了後に計測処理を実行する。このように、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を開始することができる。言い換えると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記下限吸着量に比して十分に多いときに、計測処理を開始することができる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されなくなるため、パティキュレートフィルタの故障診断を正確に行うことができる。
【００７３】
なお、本変形例で述べた故障診断処理は、ＮＳＲ触媒の代わりに三元触媒が触媒ケーシング５０に収容される場合であっても有効である。そのような構成においては、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記許容吸着量以下となったときに、三元触媒によるＮＨ３の生成を目的として筒内リッチ制御が実行されるからである。
【００７４】
また、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングに加え、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミング、およびまたはＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御の実行タイミングにおいても、センサ再生処理及び計測処理を実行してもよい。その場合、パティキュレートフィルタの故障診断が実行される機会をより多くすることができるため、パティキュレートフィルタの故障をより早期に検出することが可能になる。
【００７５】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態について図１０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
前述した第１の実施形態では、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理を実行する例について述べた。これに対し、本実施形態では、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されるか否かについて、センサ再生処理の実行前に予測するようにした。そして、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると予測された場合は、前述した第１の実施形態と同様に、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理及び計測処理を実行する。一方、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されないと予測された場合は、直ちにセンサ再生処理及び計測処理を実行する。
【００７６】
具体的には、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記上限吸蔵量より少ない所定のＮＯＸ吸蔵量（許容吸蔵量）より少なければ、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されないと予測する。一方、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記許容吸蔵量以上であれば、ＥＣＵ６は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると予測する。ここでいう「許容吸蔵量」は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が該許容吸蔵量以上であるときにセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられるＮＯＸ吸蔵量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。
【００７７】
以下では、本実施形態における故障診断処理の実行手順について図１０に沿って説明する。図１０は、ＥＣＵ６がパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１０中において、前述した図６の処理ルーチンと同様の処理には同一の符号が付されている。
【００７８】
図１０の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理で肯定判定された場合に、計測処理の実行要求が発生しているとみなして、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ６は、現時点でセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行される可能性があるか否かを予測する。すなわち、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量（図１０中のＡｎｏｘ）が前記許容吸蔵量（図１０中のＡｎｏｘｔ）より少ないか否かを判別する。ＮＳＲ触媒の吸蔵量Ａｎｏｘは、別途の処理ルーチンにより求められて、バックアップＲＡＭの所定の記憶領域に記憶されるものとする。その際、ＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘは、内燃機関１の運転履歴（吸入空気量や燃料噴射量等）に基づいて推定演算されてもよく、又は触媒ケーシング５０の前後にＮＯＸセンサを取り付けて、それらＮＯＸセンサの測定値に基づいて演算されてもよい。なお、ＥＣＵ６がＳ２０１の処理を実行することにより、本発明に係わる「予測手段」が実現される。
【００７９】
前記Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されないと予測されるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０２の処理へ進み、センサ再生処理を開始する。そして、センサ再生処理の実行時間が前記所定の再生時間以上になると、ＥＣＵ６は、Ｓ２０３の処理において肯定判定してＳ２０４の処理へ進む。Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ６は、前記ヒータ５４５に対する電流の供給を停止して、センサ再生処理を終了する。ＥＣＵ６は、Ｓ２０４の処理を実行し終えると、Ｓ１０８以降の処理を実行する。
【００８０】
また、前記Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると予測されるため、ＥＣＵ６は、センサ再生処理を実行せずに、Ｓ２０５の処理を実行する。Ｓ２０５の処理では、ＥＣＵ６は、前述した第１の実施形態と同様に、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理を実行する。すなわち、Ｓ２０５の処理では、ＥＣＵ６は、前述した図６の処理ルーチンのＳ１０３乃至Ｓ１０７の処理と同様の手順でセンサ再生処理を実行する。そして、ＥＣＵ６は、センサ再生処理を実行し終えると、Ｓ１０８以降の処理を実行する。
【００８１】
以上述べたように、図１０の処理ルーチンに従ってパティキュレートフィルタの故障診断が行われると、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると予測された場合は、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理が実行されるため、筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を実行することができる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されることがなくなる。一方、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されないと予測された場合は、直ちにセンサ再生処理及び計測処理が実行されるため、パティキュレートフィルタの故障診断を速やかに検出することができる。
【００８２】
＜実施形態２の変形例１＞
前述の第２の実施形態では、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測して、センサ再生処理及び計測処理の実行タイミングを制御する例について述べたが、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測して、センサ再生処理及び計測処理の実行タイミングを制御してもよい。具体的には、ＥＣＵ６は、前記ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記上限被毒量より少ない所定の硫黄被毒量（許容被毒量）より少なければ、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されないと予測する。一方、前記ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記許容被毒量以上であれば、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測する。ここでいう「許容被毒量」は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が該許容被毒量以上であるときにセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられる硫黄被毒量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。
【００８３】
以下では、本変形例における故障診断処理の実行手順について図１１に沿って説明する。図１１は、ＥＣＵ６がパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１１中において、前述した図１０の処理ルーチンと同様の処理には同一の符号が付されている。
【００８４】
図１１の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理で肯定判定された場合に、Ｓ２０１の代わりにＳ３０１の処理を実行する。Ｓ３０１の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量（図１１中のＡｓｏｘ）が前記許容被毒量（図１１中のＡｓｏｘｔ）より少ないか否かを判別する。ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量は、内燃機関１の運転履歴（燃料噴射量や吸入空気量等の積算値）から推定されてもよく、触媒ケーシング５０より上流にＳＯＸセンサを取り付けて、そのＳＯＸセンサの測定値に基づいて演算されてもよい。
【００８５】
前記Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されないと予測されるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０２の処理へ進み、センサ再生処理を実行する。一方、Ｓ３０１の処理において否定判定された場合は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒の解消を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測されるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５の処理へ進み、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理を実行する。
【００８６】
以上述べたように図１１の処理ルーチンに従ってパティキュレートフィルタの故障診断が行われると、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒を解消するための筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測された場合は、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理が実行されるため、該筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を実行することができる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されることがなくなる。一方、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒を解消するための筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されないと予測された場合は、直ちにセンサ再生処理及び計測処理が実行されるため、パティキュレートフィルタの故障診断を速やかに検出することができる。
【００８７】
なお、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記許容被毒量以上であること、又はＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記許容吸蔵量以上であることのうち、少なくとも一方の条件が成立している場合に、筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測してもよい。
【００８８】
＜実施形態２の変形例２＞
前述の第２の実施形態では、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸの還元を目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測して、センサ再生処理及び計測処理の実行タイミングを制御する例について述べたが、前述の図８に示したようにＮＳＲ触媒より下流にＳＣＲ触媒が配置される構成においては、該ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されるか否かを予測して、センサ再生処理及び計測処理の実行タイミングを制御してもよい。具体的には、ＥＣＵ６は、前記ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記下限吸着量より多い所定のＮＨ３吸着量（許容吸着量）より多ければ、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されないと予測する。一方、前記ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記許容吸着量以下であれば、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測する。ここでいう「許容吸着量」は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が該許容吸着量以下であるときにセンサ再生処理及び計測処理が実行されると、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると考えられるＮＨ３吸着量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。
【００８９】
以下では、本変形例における故障診断処理の実行手順について図１２に沿って説明する。図１２は、ＥＣＵ６がパティキュレートフィルタの故障を診断する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１２中において、前述した図１０の処理ルーチンと同様の処理には同一の符号が付されている。
【００９０】
図１２の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理で肯定判定された場合に、Ｓ２０１の代わりにＳ４０１の処理を実行する。Ｓ４０１の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量（図１２中のＡｎｈ３）が前記許容吸着量（図１２中のＡｎｈ３ｔ）より多いか否かを判別する。ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量は、例えば、ＳＣＲ触媒でＮＯＸの還元等に消費されるＮＨ３の量とＮＳＲ触媒で生成されるＮＨ３の量との収支を演算することにより求めることができる。
【００９１】
前記Ｓ４０１の処理において肯定判定された場合は、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されないと予測されるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０２の処理へ進み、センサ再生処理を実行する。一方、Ｓ４０１の処理において否定判定された場合は、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給することを目的とする筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測されるため、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５の処理へ進み、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理を実行する。
【００９２】
以上述べたように図１２の処理ルーチンに従ってパティキュレートフィルタの故障診断が行われると、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給するための筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測された場合は、筒内リッチ制御の実行タイミングに合わせてセンサ再生処理が実行されるため、該筒内リッチ制御が終了した後の早い時期に計測処理を実行することができる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されることがなくなる。一方、ＳＣＲ触媒へＮＨ３を供給するための筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されないと予測された場合は、直ちにセンサ再生処理及び計測処理が実行されるため、パティキュレートフィルタの故障診断を速やかに検出することができる。
【００９３】
なお、本変形例で述べた故障診断処理は、ＮＳＲ触媒の代わりに三元触媒が触媒ケーシング５０に収容される場合であっても有効である。そのような構成においては、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記許容吸着量以下となったときに、三元触媒によるＮＨ３の生成を目的として筒内リッチ制御が実行されるからである。
【００９４】
また、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記許容吸蔵量以上であること、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒量が前記許容被毒量以上であること、又はＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が前記許容吸着量以下であることのうち、少なくとも１つの条件が成立している場合に、筒内リッチ制御が前記所定期間中に実行されると予測すればよい。
【符号の説明】
【００９５】
１     内燃機関
２     気筒
３     燃料噴射弁
４     吸気管
５     排気管
６     ＥＣＵ
４０   エアフローメータ
４１   吸気絞り弁
５０   触媒ケーシング
５１   フィルタケーシング
５２   空燃比センサ
５３   排気温度センサ
５４   ＰＭセンサ
５５   触媒ケーシング
５４０ 絶縁体
５４１ 電極
５４３ センサ素子
５４４ 電流計
５４５ ヒータ
５４６ カバー
５４７ 貫通孔
【図１】
0006004028.tif 000002
【図２】
0006004028.tif 000003
【図３】
0006004028.tif 000004
【図４】
0006004028.tif 000005
【図５】
0006004028.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006004028.tif 000008
【図８】
0006004028.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006004028.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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