(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たＰＭトラッパの故障を検出するＰＭトラッパ故障検出装置であって、
前記ＰＭトラッパに流入する微粒子物質の量を検出する入ＰＭセンサと、
前記ＰＭトラッパから流出する微粒子物質の量を検出する出ＰＭセンサと、
前記入ＰＭセンサによる検出値に対する前記出ＰＭセンサによる検出値の比が所定の基準値を上回っている場合に、前記ＰＭトラッパが故障していると判定する故障判定手段と、
前記入ＰＭセンサによる検出値及び前記出ＰＭセンサによる検出値に基づいて、前記ＰＭトラッパにおける微粒子物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、
前記ＰＭ堆積量推定手段により推定された堆積量に応じて前記基準値を定める基準値設定手段と、
を備えることを特徴とするＰＭトラッパ故障検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記基準値設定手段は、前記ＰＭ堆積量推定手段により推定された堆積量が多くなるほど前記基準値を低く設定し、前記ＰＭ堆積量推定手段により推定された堆積量が少なくなるほど前記基準値を高く設定することを特徴とするＰＭトラッパ故障検出装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられたＰＭトラッパの故障を検出するＰＭトラッパ故障検出装置であって、
前記ＰＭトラッパに流入する微粒子物質の量を検出する入ＰＭセンサと、
前記ＰＭトラッパより上流の排気圧力と前記ＰＭトラッパより下流の排気圧力との差圧を検出する差圧センサと、
前記入ＰＭセンサによる検出値に基づいて前記ＰＭトラッパにおける微粒子物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、
前記ＰＭ堆積量推定手段により推定された堆積量が所定の基準量から所定量増加するまでの期間に前記差圧センサにより検出された差圧の上昇量に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とするＰＭトラッパ故障検出装置。
【請求項４】
請求項３において、前記故障判定手段は、前記した差圧の上昇量が所定上昇量未満である時に前記ＰＭトラッパが故障していると判定することを特徴とするＰＭトラッパ故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管に設けられるＰＭトラッパの故障を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管に設けられたＰＭトラッパの故障を検出する技術として、ＰＭトラッパの上流側及び下流側における排気圧の差圧と、ＰＭトラッパが正常な場合の差圧とを比較してＰＭトラッパの故障を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、ＰＭトラッパの故障を検出する技術としては、ＰＭトラッパの上流側と下流側の排気圧の差圧と、機関運転状態により定められる基準差圧とを比較してＰＭトラッパの故障を検出する技術も知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開平６−３２３１２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９２０号公報
【特許文献３】特開２００３−３５１２８号公報
【特許文献４】特開２００１−２４８４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＰＭトラッパの上流側と下流側との差圧は、ＰＭトラッパにおける微粒子物質（以下「ＰＭ」と略す）の堆積部位によって表れ方にばらつきがあるため、差圧の絶対値に基づいてＰＭの堆積量を精度良く推定することは困難な場合がある。そのため、差圧の絶対値と基準差圧とを比較する上記の技術ではＰＭトラッパの故障を正しく検出できない虞があった。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、精度良くＰＭトラッパの故障を検出することを可能にする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、ＰＭトラッパに流入するＰＭの量（以下、「入ＰＭ量」と称する）とＰＭトラッパから流出するＰＭの量（以下、「出ＰＭ量」と称する）とをそれぞれＰＭセンサによって直接検出し、それら検出値の比に基づいてＰＭトラッパの故障を検出するようにしたことを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＰＭトラッパの故障を検出するＰＭトラッパ故障検出装置であって、
前記ＰＭトラッパに流入するＰＭの量を検出する入ＰＭセンサと、
前記ＰＭトラッパから流出するＰＭの量を検出する出ＰＭセンサと、
前記入ＰＭセンサによる検出値と前記出ＰＭセンサによる検出値との比に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を検出する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
ＰＭトラッパに故障が発生すると、ＰＭトラッパに捕集されずにＰＭトラッパをすり抜けるＰＭの量（出ＰＭ量）が増加する場合がある。
【０００９】
そこで、ＰＭトラッパの故障を検出する方法として、出ＰＭ量の絶対量を測定し、測定
された出ＰＭ量が正常時より過多であることを条件にＰＭトラッパの故障を判定する方法が提案されていた。
【００１０】
ところが、出ＰＭ量は、ＰＭトラッパが正常であっても入ＰＭ量の変動に伴って変化するため、出ＰＭ量の絶対量のみに基づいてＰＭトラッパの故障判定が行われると、判定精度が低下する虞があった。
【００１１】
それに対し、本発明のＰＭトラッパ故障検出装置は、入ＰＭセンサにより入ＰＭ量を検出するとともに出ＰＭセンサにより出ＰＭ量を検出し、それら入ＰＭ量と出ＰＭ量との比をパラメータとしてＰＭトラッパの故障を判定するようにした。
【００１２】
入ＰＭ量と出ＰＭ量との比は、ＰＭトラッパに流入したＰＭ量に対してＰＭトラッパをすり抜けたＰＭ量の割合（以下、「ＰＭすり抜け率」と称する）を示している。
【００１３】
ＰＭすり抜け率は、出ＰＭ量の絶対量と比べて、入ＰＭ量の変動による影響を受け難い。これは、入ＰＭ量の変化に伴う出ＰＭ量の変化は、出ＰＭ量を入ＰＭ量で除算することにより略相殺されるからである。
【００１４】
その結果、入ＰＭ量が変動する状況においても、ＰＭトラッパの故障を正確に判定することが可能になる。
【００１５】
ＰＭすり抜け率に基づいた具体的な故障判定方法としては、ＰＭすり抜け率が所定の基準値を上回った場合にＰＭトラッパが故障していると判定する方法を例示することができる。前記した基準値は、ＰＭトラッパが正常である時のＰＭすり抜け率に基づいて定められる値である。
【００１６】
尚、前記した基準値は、予め実験的に求められた固定値であってもよいが、故障判定が実施される時点でＰＭトラッパに捕集されているＰＭ量（以下、「ＰＭ堆積量」と称する）に応じて変更される可変値であってもよい。これは、正常なＰＭトラッパのＰＭすり抜け率はＰＭ堆積量に依存して変化する傾向を有するからである。
【００１７】
そこで、本発明に係るＰＭトラッパ故障検出装置は、入ＰＭセンサによる検出値及び出ＰＭセンサによる検出値に基づいてＰＭトラッパに堆積したＰＭ量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、このＰＭ堆積量推定手段により推定されたＰＭ堆積量に応じて基準値を定める基準値設定手段とをさらに備えるようにしてもよい。
【００１８】
このような構成によれば、故障判定手段がＰＭトラッパの故障判定を行う際のＰＭ堆積量に適した基準値が設定されるため、そのような基準値を用いてＰＭトラッパの故障判定が行われればＰＭトラッパの故障判定精度を高めることが可能になる。
【００１９】
前記した基準値は、例えば、ＰＭ堆積量推定手段により推定されたＰＭ堆積量が多くなるほど低く設定され、推定されたＰＭ堆積量が少なくなるほど高く設定されるようにしてもよい。
【００２０】
これは、ＰＭ堆積量が増大すると堆積したＰＭによってＰＭトラッパ内の流路断面積が狭められてＰＭが捕集され易くなるからである。
【００２１】
また、本発明に係るＰＭ堆積量推定手段は入ＰＭ量と出ＰＭ量の実測値に基づいてＰＭ堆積量を推定するため、従来のようにＰＭトラッパの上下流における排気圧力の差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する方法に比して、ＰＭ堆積量の推定精度が高くなる。
【００２２】
依って、ＰＭ堆積量推定手段が推定したＰＭ堆積量を利用してＰＭトラッパの再生処理実行タイミングが決定されれば、再生処理実行タイミングをＰＭ堆積量に見合ったタイミングに設定することもできる。
【００２３】
ところで、近年では、ＰＭトラッパに酸化能を有する触媒が併設される場合がある。このような場合には、ＰＭトラッパに流入したＰＭの一部が触媒によって酸化される。従って、正味のＰＭ堆積量を推定するためには入ＰＭ量と出ＰＭ量に加えてＰＭトラッパで酸化されるＰＭ量も考慮する必要がある。
【００２４】
ＰＭトラッパで酸化されるＰＭ量は触媒床温や排気中の酸素量等から推定されるが、その推定量には少なからず誤差が含まれる。ＰＭ酸化量の推定量に誤差が含まれると、ＰＭ堆積量の推定値にも誤差が含まれるようになる。
【００２５】
ＰＭ堆積量の推定値に誤差が含まれるようになると、ＰＭ堆積量の推定値に基づいて定められる基準値が不適当な値になるため、故障検出精度が低下する可能性がある。
【００２６】
これに対し、本願発明者は、ＰＭ堆積量がある程度多くなると、ＰＭ堆積量の変化量に対するＰＭすり抜け率の変化量が小さくなるという知見を得た。
【００２７】
上記した知見によれば、ＰＭ堆積量が多い時に基準値の算出及びＰＭトラッパの故障判定が行われれば、推定ＰＭ堆積量に含まれる誤差が基準値へ反映され難くなる。依って、ＰＭ堆積量が多い時に基準値の算出及びＰＭトラッパの故障判定が行われれば、故障判定精度の低下を抑制することができる。
【００２８】
本発明に係るＰＭトラッパ故障検出装置は、次のような構成とすることでＰＭトラッパの故障検出精度を向上させることもできる。
【００２９】
すなわち、本発明に係るＰＭトラッパ故障検出装置は、内燃機関の排気通路に設けられたＰＭトラッパの故障を検出するＰＭトラッパ故障検出装置であって、
前記ＰＭトラッパに流入するＰＭの量を検出する入ＰＭセンサと、
前記ＰＭトラッパより上流の排気圧力と前記ＰＭトラッパより下流の排気圧力との差圧を検出する差圧センサと、
前記入ＰＭセンサによる検出値に基づいて前記ＰＭトラッパにおけるＰＭの堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、
前記ＰＭ堆積量推定手段により推定された堆積量が所定の基準量から所定量増加するまでの期間における、前記差圧センサによる差圧の検出値の上昇量に基づいて前記ＰＭトラッパの故障を判定する故障判定手段と、
を備えるようにしてもよい。
【００３０】
ＰＭトラッパが正常である場合は、ＰＭトラッパのＰＭ堆積量の増加に伴い、ＰＭトラッパの上流側と下流側の差圧（以下、「トラッパ前後差圧」と称する）は上昇する傾向を有する。
【００３１】
一方、ＰＭトラッパが故障している場合は、正常なＰＭトラッパの場合と比較してＰＭトラッパをすり抜けるＰＭの量が多くなるため、ＰＭ堆積量の増加量が少なくなる。それに伴い、トラッパ前後差圧の上昇量は正常時より小さくなる。
【００３２】
依って、推定ＰＭ堆積量が所定の基準量となる状態（以下、これを「基準状態」と称する）から推定ＰＭ堆積量が所定量増加するまでの期間（以下、「遷移期間」と称する）に
おける差圧の上昇量（変化量）に基づいてＰＭトラッパの故障を判定することができる。
【００３３】
差圧センサが検出する差圧は種々の誤差を含んでいるため、差圧センサの検出値がＰＭトラッパのＰＭ堆積量を正確に反映していない場合がある。
【００３４】
それに対して、遷移期間における差圧の上昇量、すなわち基準状態におけるトラッパ前後差圧と遷移後の状態におけるトラッパ前後差圧との差は、上記した誤差が相殺された値となる。
【００３５】
その結果、本発明に係るＰＭトラッパ故障検出装置は、従来の差圧の絶対値をパラメータとする故障検出装置と比較して精度良くＰＭトラッパの故障判定を行うことが可能になっている。
【００３６】
さらに、このＰＭトラッパ故障検出装置では、差圧の上昇量とＰＭ堆積量の増加量との相関関係に基づいてＰＭトラッパの故障判定を行っているため、ＰＭトラッパの故障検出精度を高め易い。
【００３７】
すなわち、差圧のみに基づいてＰＭトラッパの状態が推定される場合は、例えば差圧が小さいという検出結果に対して、それがＰＭトラッパの故障に因るのか、あるいはＰＭトラッパにおけるＰＭ堆積量が少ないことに因るのかを判別することは難しい。
【００３８】
それに対して、ＰＭ堆積量の増分と差圧の上昇量との相関関係に基づいてＰＭトラッパの故障判定が行われると、ＰＭ堆積量の増加に対して差圧の上昇量が小さい場合はＰＭトラッパが故障していると判定することができる。逆に、差圧の上昇量が小さい場合であってもＰＭ堆積量の増分が同様に小さければ、ＰＭトラッパが故障していないと判定することができる。
【００３９】
このように、差圧の上昇量とＰＭ堆積量の増分との相関関係に基づいて故障判定することにより、ＰＭトラッパの故障判定精度をより高めることができる。
【００４０】
尚、差圧の所定上昇量は、正常なＰＭトラッパにおいてＰＭ堆積量が前記所定量増加した場合の差圧の上昇量に基づいて定められてもよい。
【００４１】
このように定められた所定上昇量に対して差圧センサが検出した差圧の上昇量が少ない場合は、ＰＭすり抜け量がＰＭトラッパの正常時より多いとみなすことができる。その結果、ＰＭトラッパが故障していると判定することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明のＰＭトラッパ故障検出装置により、精度良くＰＭトラッパの故障を検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００４４】
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明を適用する内燃機関の一実施態様を示すものである。
【００４５】
図１において、内燃機関１から排出された排気は排気管２の途中に設けられたＰＭトラ
ッパ３に流入するようになっている。
【００４６】
ＰＭトラッパ３は、排気中のＰＭを捕集するフィルタと、該フィルタに併設された酸化触媒とを備えている。
【００４７】
排気管２におけるＰＭトラッパ３の上流側には入ＰＭセンサ４が設けられ、ＰＭトラッパ３に流入するＰＭの量（入ＰＭ量）が検出されるようになっている。
【００４８】
排気管２におけるＰＭトラッパ３の下流側には出ＰＭセンサ５が設けられ、ＰＭトラッパ３から流出するＰＭの量（出ＰＭ量）が検出されるようになっている。
【００４９】
ＰＭトラッパ３より下流の排気管２には、ＰＭトラッパ３から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ１０が取り付けられている。
【００５０】
内燃機関１には、クランクポジションセンサ７、エアフローメータ８、水温センサ９等の各種センサが取り付けられている。
【００５１】
入ＰＭセンサ４、出ＰＭセンサ５、クランクポジションセンサ７、エアフローメータ８、水温センサ９、排気温度センサ１０は、それぞれＥＣＵ６と電気的に接続され、各センサによる検出信号がＥＣＵ６に入力されるようになっている。
【００５２】
ＥＣＵ６は各センサから入力された検出信号に基づいて燃料噴射制御等の既知の制御を行うとともに、本発明の本旨となるＰＭトラッパ３の故障検出を行う。
【００５３】
以下、ＥＣＵ６により行われるＰＭトラッパ３の故障検出について図２のフローチャートに基づいて説明する。図２のフローチャートはＰＭトラッパ３の故障検出を行うためのルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはＥＣＵ６によって所定期間毎に繰り返し実行される。
【００５４】
先ず、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ６は、ＰＭトラッパ３におけるＰＭ堆積量Ｇｐｍｃを算出する。具体的には、ＥＣＵ６は、本ルーチンの前回の実行時に算出されたＰＭ堆積量Ｇｐｍｃと入ＰＭ量Ｐｉとの和から、ＰＭトラッパ３の酸化触媒により酸化されたＰＭの量Ｐｃ（以下「酸化ＰＭ量」と称する）と出ＰＭ量Ｐｏとを減算して算出する（Ｇｐｍｃ←Ｇｐｍｃ＋Ｐｉ−Ｐｃ−Ｐｏ）。
【００５５】
入ＰＭ量Ｐｉ及び出ＰＭ量Ｐｏは、それぞれ入ＰＭセンサ４及び出ＰＭセンサ５によって検出された値である。酸化ＰＭ量Ｐｃは、酸化触媒の床温が高く且つ酸化触媒を流通する酸素量が多くなるほど多くなるため、排気温度センサ１０による検出値Ｔｃやエアフローメータ８の検出値Ｇａ等に基づいて推定することができる。
【００５６】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ６は、ＰＭトラッパ３の酸化触媒の触媒床温Ｔｃが所定温度Ｃ１より高いか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ６は、酸化触媒の酸化能が十分に活性化した状態にあるか否かを判別する。これは、酸化触媒が部分的に活性化している場合のように、酸化能の活性状態が不安定な場合に故障検出が行われると、検出精度の低下を招く可能性があるからである。
【００５７】
前記した触媒床温は、酸化触媒に温度センサを取り付けて直接測定されるようにしてもよいが、排気温度センサ１０により検出された排気温度Ｔｃで代用されてもよい。所定温度Ｃ１は、酸化触媒の全体が十分に活性する温度である。
【００５８】
前記したステップＳ２０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、ステップＳ２０３に進む。一方、前記ステップＳ２０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は本ルーチンの実行を終了する。
【００５９】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ６は、エアフローメータ８により検出された吸入空気量Ｇａが所定量Ｃ２より多いか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ６は、ＰＭトラッパ３を通過する排気量が所定量Ｃ２より多いか否かを判別する。これは、ＰＭトラッパ３を通過する排気量が少ない時は、ＰＭトラッパ３の故障によるＰＭのすり抜けが発生し難いからである。特に、微量のＰＭがＰＭトラッパ３をすり抜けるような軽微な故障が発生した場合は、ＰＭトラッパ３を通過する排気量がある程度多くなければＰＭのすり抜けが発生し難い。
【００６０】
ＥＣＵ６は、前記したステップＳ２０３において肯定判定した場合はステップＳ２０４に進み、否定判定した場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００６１】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ６は、ＰＭトラッパ３のＰＭすり抜け率Ｋｐｍを算出する。ＰＭすり抜け率Ｋｐｍは、入ＰＭ量Ｐｉを出ＰＭ量Ｐｏで除算することにより求めることができる（＝Ｐｏ／Ｐｉ）。
【００６２】
このようにして求められたＰＭすり抜け率Ｋｐｍは、入ＰＭ量の変動に起因した出ＰＭ量のばらつきが相殺された値となる。
【００６３】
例えば、入ＰＭ量Ｐｉが増加した場合、ＰＭトラッパ３が正常であっても入ＰＭ量Ｐｉの増加に応じて出ＰＭ量Ｐｏも増加する場合がある。この場合、出ＰＭ量Ｐｏの絶対量のみに基づいてＰＭトラッパ３の状態が推定されると、入ＰＭ量Ｐｉの増加に伴う出ＰＭ量Ｐｏの増加に対してもＰＭトラッパ３が故障していると誤判定する可能性がある。
【００６４】
それに対して、入ＰＭ量Ｐｉに対する出ＰＭ量Ｐｏの比（すなわち、ＰＭすり抜け率Ｋｐｍ）に基づいてＰＭトラッパ３の状態が推定されると、入ＰＭ量Ｐｉの変動に伴う出ＰＭ量Ｐｏの変動に左右されずに、ＰＭトラッパ３の状態を推定することが可能となる。
【００６５】
上記したようにＰＭすり抜け率Ｋｐｍが求められると、ＥＣＵ６はステップＳ２０５へ進んで基準すり抜け率Ｋｓｔを算出する。基準すり抜け率Ｋｓｔは、ＰＭトラッパが正常である場合のＰＭすり抜け率Ｋｐｍに相当する値である。
【００６６】
基準すり抜け率Ｋｓｔは、ＰＭトラッパ３のＰＭ堆積量、ＰＭトラッパ３を通過する排気の流速（流量）、内燃機関１から排出されるＰＭ量（以下、「機関排出ＰＭ量」と称する）に応じて変化する。依って、基準すり抜け率Ｋｓｔは、ＰＭ堆積量と排気流量と機関排出ＰＭ量とをパラメータとする関数若しくはマップから求められるようにしてもよい。
【００６７】
尚、排気流量は内燃機関１の吸入空気量や機関回転数と相関するため、基準すり抜け率Ｋｓｔの算出に用いられる排気流量としてはエアフローメータ８の検出値（吸入空気量Ｇａ）や機関回転数が代用されてもよい。機関排出ＰＭ量は内燃機関１の燃料噴射量や負荷（アクセル開度）と相関するため、基準すり抜け率Ｋｓｔの算出に用いられる機関排出ＰＭ量としては燃料噴射量やアクセル開度が代用されてもよい。また、ＰＭトラッパ３におけるＰＭ堆積量Ｇｐｍｃとしては、ステップＳ２０１で算出されたＰＭ堆積量Ｇｐｍｃを用いることができる。
【００６８】
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ６は、ステップＳ２０４で算出したＰＭすり抜け率ＫｐｍとステップＳ２０５で算出した基準すり抜け率Ｋｓｔとの差ΔＫを算出する。
【００６９】
ステップＳ２０７では、ＥＣＵ６は、ステップＳ２０６で算出した差ΔＫの絶対値が基準値Ｃ３より大きいか否かを判定する。
【００７０】
基準値Ｃ３は、固定値であってもよいが、ＰＭトラッパ３におけるＰＭ堆積量に応じて変更される可変値とすることが好ましい。これは、ＰＭトラッパ３が正常である時のＰＭすり抜け率は、ＰＭ堆積量によって変化するためである。例えば、ＰＭトラッパ３が正常である時は、ＰＭ堆積量が多くなるほどＰＭすり抜け率Ｋｐｍが低くなる。依って、基準値Ｃ３は、図３に示すように、ＰＭ堆積量Ｇｐｍｃが多くなるほど小さくなるように定められることが好ましい。
【００７１】
前記Ｓ２０７において肯定判定された場合（｜△Ｋ｜＞Ｃ３）、ＰＭトラッパ３をすり抜けたＰＭ量がＰＭトラッパ３の正常時より過多若しくは過少であるとみなすことができる。
【００７２】
この場合、ＥＣＵ６は、ステップＳ２０８へ進み、ＰＭトラッパ故障フラグに“１”をセットする。ＰＭトラッパ故障フラグは、ＥＣＵ６のＲＡＭやバックアップＲＡＭ等に予め設定された記憶領域であり、本ルーチンにおいてＰＭトラッパ３が故障していると判定された時に“１”がセットされ、本ルーチンにおいてＰＭトラッパ３が故障していないと判定された場合は“０”にリセットされる。
【００７３】
一方、ステップＳ２０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ６はＰＭトラッパ３が正常であると判定し、ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９ではＰＭトラッパ故障フラグを“０”にリセットしてこのルーチンの実行を終了する。
【００７４】
上記したようにＥＣＵ６が故障検出ルーチンを実行することにより、本発明に係る故障判定手段、ＰＭ堆積量推定手段、及び基準値設定手段が実現されることになる。その結果、ＰＭトラッパの故障を精度良く検出することが可能となる。
【００７５】
ところで、入ＰＭ量Ｐｉ及び出ＰＭ量Ｐｏは入ＰＭセンサ４及び出ＰＭセンサ５によって直接検出されるが、酸化ＰＭ量Ｐｃは酸化触媒の床温等から推定されている。そのため、ＰＭ堆積量の推定値Ｇｐｍｃには酸化ＰＭ量Ｐｃの推定に起因する多少の誤差が含まれる可能性がある。ＰＭ堆積量の推定値Ｇｐｍｃに誤差が含まれていると、この推定値Ｇｐｍｃに基づいて定められる基準値Ｃ３が実際のＰＭ堆積量に対して不適当な値となる場合がある。
【００７６】
これに対し、ＰＭ堆積量の変化に対してＰＭすり抜け率の変化が小さくなる時に上記の故障判定処理が行われれば、ＰＭ堆積量の推定値に多少の誤差が生じても基準値Ｃ３が適正な値から大幅にずれることを防止することができる。
【００７７】
例えば、ＰＭトラッパ３のＰＭ堆積量が多くなると、ＰＭすり抜け率が小さくなるとともに、ＰＭ堆積量の変化量に対してＰＭすり抜け率の変化量が小さくなる。依って、ＰＭ堆積量がある程度多い時に故障検出処理が行われれば、ＰＭ堆積量の推定値に多少の誤差が生じても基準値Ｃ３が不適当な値になることを防止することができ、以て故障検出精度の低下を抑えることができる。
【実施例２】
【００７８】
次に、本発明の第２の実施例について、図４〜図８に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例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。
【００７９】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、前述した第１の実施例ではＰＭトラッパ３の上下流に設けられた入ＰＭセンサ４及び出ＰＭセンサ５を利用してＰＭトラッパ３の故障検出を行うのに対し、本実施例ではＰＭトラッパ３の上流に設けられた入ＰＭセンサ４とＰＭトラッパ３の上下流の差圧を検出する差圧センサ１１を利用してＰＭトラッパ３の故障検出を行う点にある。
【００８０】
図４は、本実施例に係る故障検出装置を適用する内燃機関の概略構成を示すものである。図４中、実施例１と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００８１】
図４において、排気管２にはＰＭトラッパ３より上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧を検出する差圧センサ１１が取り付けられ、この差圧センサ１１の検出信号がＥＣＵ６に入力されるようになっている。その他の構成は、前述した第１の実施例と同様である。
【００８２】
図５は、本実施例における故障検出ルーチンを示すフローチャートである。この故障検出ルーチンは、ＥＣＵ６によって所定期間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【００８３】
図５の故障検出ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずステップＳ５０１において、判定実施フラグが“１”であるか否かを判別する。判定実施フラグは、ＥＣＵ６のＲＡＭやバックアップＲＡＭに予め設定された記憶領域であり、故障判定実行条件が成立した時に“１”がセットされ、故障判定実行条件が成立しない時に“０”にリセットされる。
【００８４】
前記ステップ５０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、ステップＳ５０２〜ステップＳ５０６において基準状態設定処理を実行する。
【００８５】
先ずステップＳ５０２及びステップＳ５０３では、ＥＣＵ６は、故障判定実行条件が成立しているか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、ステップＳ５０２において酸化触媒の触媒床温Ｔｃが所定温度Ｃ１より高いか否かを判定し、次いでステップＳ５０３において吸入空気量Ｇａが所定量Ｃ２より多いか否かを判定する。これらステップＳ５０２及びステップＳ５０３の処理は、前述した図２のステップＳ２０２及びステップＳ２０３と同様である。
【００８６】
前記したステップＳ５０２とステップＳ５０３の少なくとも一方で否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、故障判定実行条件が成立していないとみなしてステップＳ５０９へ進む。
【００８７】
ステップＳ５０９では、ＥＣＵ６は前述した判定実施フラグを“０”にリセットする。ＥＣＵ６は、ステップＳ５０９の処理を実行し終えると、後述するステップＳ５０４〜ステップＳ５０６の処理をスキップしてステップＳ５０７へ進む。
【００８８】
一方、前記したステップＳ５０２及びステップＳ５０３の双方で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、故障判定実行条件が成立しているとみなして、ステップＳ５０４以降の処理を実行する。
【００８９】
ステップＳ５０４〜ステップＳ５０５では、ＥＣＵ６は、現時点におけるＰＭトラッパ３の状態を基準状態としてＲＡＭ又はバックアップＲＡＭに記憶させる。
【００９０】
具体的には、ＥＣＵ６は、先ずステップＳ５０４において、差圧センサ１１の検出信号（差圧）Ｐｓｔを基準差圧ＰｓｔとしてＲＡＭ又はバックアップＲＡＭに記憶させる。続いて、ＥＣＵ６は、ステップＳ５０５においてＰＭ堆積量の推定値Ｇｐｍｃを０に設定す
る。
【００９１】
前記したステップＳ５０４及びステップＳ５０５においてＰＭトラッパ３の基準状態が記憶されると、ＥＣＵ６は、ステップＳ５０６へ進んで判定実施フラグに“１”をセットする。
【００９２】
ステップＳ５０７では、ＥＣＵ６は、仮故障フラグを“０”にリセットする。仮故障フラグは、ＥＣＵ６のＲＡＭ又はバックアップＲＡＭに設定された記憶領域であり、後述する故障判定処理においてＰＭトラッパ３が故障している可能性があると判定された時に“１”がセットされる。
【００９３】
続いて、ＥＣＵ６は、ステップＳ５０８においてＰＭトラッパ故障フラグを“０”にリセットして、本ルーチンの実行を一旦終了する。ＰＭトラッパ故障フラグは、ＥＣＵ６のＲＡＭ又はバックアップＲＡＭに設定された記憶領域であり、後述する故障判定処理によってＰＭトラッパ３が故障していると判定された場合に“１”がセットされる。
【００９４】
判定実施フラグに“１”がセットされた状態で本ルーチンの実行が終了されると、ＥＣＵ６は、本ルーチンの次回の実行時にステップＳ５０１において肯定判定（判定実施フラグ＝１）することになる。
【００９５】
ステップＳ５０１において肯定判定されると、ＥＣＵ６は、ステップＳ５１０〜ステップＳ５１７の故障判定処理を実行する。先ずステップＳ５１０では、ＥＣＵ６は、前述した基準状態から現時点までの期間（以下、「故障判定期間」と称する）におけるＰＭ堆積量の増加量を演算する。
【００９６】
その際、前述したステップＳ５０５においてＰＭトラッパ３が基準状態にある時のＰＭ堆積量の推定値Ｇｐｍｃが“０”に設定されているため、ＥＣＵ６は、前述した図２のステップＳ２０１と同様の方法によってＰＭ堆積量の推定値Ｇｐｍｃを演算し、その算出結果ＧｐｍｃをＰＭ堆積量の増加量とみなすことができる。
【００９７】
但し、本実施例の内燃機関１は出ＰＭセンサを備えていないため、出ＰＭ量Ｐｏを推定する必要がある。ＰＭトラッパ３が正常である時の出ＰＭ量Ｐｏは、入ＰＭ量ＰｉとＰＭ堆積量（ＰＭトラッパ３に実際に堆積しているＰＭの総量であり、以下では「総ＰＭ堆積量」と称する）に相関する。依って、出ＰＭ量Ｐｏと入ＰＭ量Ｐｉと総ＰＭ堆積量との関係を予め実験的に求めておくことにより、入ＰＭ量Ｐｉと総ＰＭ堆積量の推定値とをパラメータとして出ＰＭ量Ｐｏを特定することが可能となる。
【００９８】
尚、総ＰＭ堆積量の推定値には多少の誤差が含まれるため、総ＰＭ堆積量の推定誤差が出ＰＭ量に反映され難い時に出ＰＭ量Ｐｏが推定されることが好ましい。総ＰＭ堆積量の推定誤差が出ＰＭ量に反映され難い場合としては、総ＰＭ堆積量がある程度多い場合を例示することができる。これは、総ＰＭ堆積量がある程度多くなるとＰＭトラッパ３の捕集能力が略一律となり、総ＰＭ堆積量が多少変動しても出ＰＭ量が殆ど変化しなくなるからである。
【００９９】
また、総ＰＭ堆積量とＰＭすり抜け率の関係は予め実験的に求めておくことができるので、総ＰＭ堆積量からＰＭすり抜け率を算出し、算出されたＰＭすり抜け率と入ＰＭ量Ｐｉから出ＰＭ量Ｐｏを算出することもできる。
【０１００】
このようにして故障判定期間におけるＰＭ堆積量の増加量Ｇｐｍｃが算出されると、ＥＣＵ６は、ステップＳ５１１へ進む。ステップＳ５１１では、ＥＣＵ６は、ＰＭ堆積量の
増加量Ｇｐｍｃが所定量Ｃ４より多いか否かを判定する。
【０１０１】
所定量Ｃ４は、正常なＰＭトラッパ３においてＰＭ堆積量が所定量Ｃ４増加することによって差圧センサ１１の検出信号が明確に変化（上昇）し得る量であり、予め実験的に求められている。
【０１０２】
前記ステップＳ５１１において否定判定された場合（Ｇｐｍｃ≦Ｃ４）は、ＥＣＵ６は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記ステップＳ５１１において肯定判定された場合（Ｇｐｍｃ＞Ｃ４）は、ＥＣＵ６は、ステップＳ５１２へ進む。
【０１０３】
ステップＳ５１２では、ＥＣＵ６は、前記ステップＳ５０４でＲＡＭ又はバックアップＲＡＭに記憶された基準差圧Ｐｓｔと現時点における差圧センサ１１の検出値Ｐとの差△Ｐ（＝Ｐ−Ｐｓｔ）を演算する。
【０１０４】
ステップＳ５１３では、ＥＣＵ６は、前記ステップＳ５１２で算出された差△Ｐが所定値Ｃ５より小さいか否かを判定する。所定値Ｃ５は、正常なＰＭトラッパにおいてＰＭ堆積量が所定量Ｃ４増加した場合の差圧の上昇量に基づいて定められた値である。
【０１０５】
ステップＳ５１３で否定判定された場合（△Ｐ≧Ｃ５）は、ＥＣＵ６は、ＰＭトラッパ３が故障していないとみなして、本ルーチンの実行を終了する。
【０１０６】
一方、前記ステップＳ５１３において肯定判定された場合（△Ｐ＜Ｃ５）は、ＥＣＵ６は、ステップＳ５１４へ進む。ステップＳ５１４では、ＥＣＵ６は、仮故障フラグに“１”がセットされているか否かを判別する。
【０１０７】
前記ステップＳ５１４において否定判定された場合（仮故障フラグ＝０）は、ＥＣＵ６は、ステップＳ５１５においてＰＭトラッパ３のＰＭ再生処理を実行し、次いでステップＳ５１６において仮故障フラグに“１”をセットする。
【０１０８】
前記したステップＳ５１３において肯定判定された場合にＰＭトラッパ３が故障していると直ちに判定する方法も考えられるが、総ＰＭ堆積量の推定誤差、故障判定期間におけるＰＭ堆積量の増加量の推定誤差、ＰＭトラッパ３におけるＰＭ堆積部位の相違等に起因した差圧のばらつき、或いは差圧センサ１１の測定誤差等の種々の要因により、ＰＭトラッパ３が正常であっても前記差△Ｐが所定値Ｃ５より小さくなる場合が想定される。
【０１０９】
上記したような要因による誤判定を防止するために、ＥＣＵ６は、ステップＳ５１３で肯定判定された時に直ちにＰＭトラッパ３が故障していると断定せずに、ＰＭトラッパ３が故障している可能性がある旨の判定（仮故障）に留めるようにした。
【０１１０】
さらに、ＥＣＵ６は、ＰＭトラッパ３に堆積しているＰＭを一旦再生除去した後に改めてステップＳ５１１以降の故障判定処理を行うことにより、ＰＭ堆積部位の相違に起因した誤判定の発生も抑制するようにしている。
【０１１１】
仮故障フラグに“１”がセットされた状態でステップＳ５１１以降の処理が再度実行された際にステップＳ５１３で再び肯定判定（△Ｐ＜Ｃ５）されると、ＥＣＵ６は、前記差△Ｐが所定値Ｃ５より小さくなる要因がＰＭトラッパ３の故障にあるとみなして、ステップＳ５１７へ進む。ステップＳ５１７では、ＥＣＵ６は、故障フラグに“１”をセットする。
【０１１２】
以上述べた実施例によれば、２つの異なる状態間の差圧の差△ＰをパラメータとしてＰ
Ｍトラッパ３の故障判定が行われるため、差圧に含まれる種々の誤差を考慮することなく正確な故障判定を行うことが可能となる。
【０１１３】
尚、本実施例では、出ＰＭ量を推定する過程で総ＰＭ堆積量の推定値からＰＭすり抜け率を求める場合があるが、総ＰＭ堆積量の推定値には誤差が含まれる可能性がある。総ＰＭ堆積量の推定値に誤差が含まれていると、ＰＭすり抜け率が不適当な値となる可能性がある。
【０１１４】
図６は、ＰＭ堆積量とＰＭすり抜け率の関係を示す図である。図６中の横軸は総ＰＭ堆積量を示し、縦軸はＰＭすり抜け率を示している。
【０１１５】
図６において、総ＰＭ堆積量が領域Ｂに属している時は、総ＰＭ堆積量が領域Ａ（＜Ｂ）に属している場合に比して、総ＰＭ堆積量に対するＰＭすり抜け率の変化量が小さくなっている。すなわち、総ＰＭ堆積量がある程度多くなると、総ＰＭ堆積量が多少変化してもＰＭすり抜け率が殆ど変化しなくなる。
【０１１６】
従って、総ＰＭ堆積量が図６中の領域Ｂに属する時にＰＭすり抜け率が算出されるようにすれば、総ＰＭ堆積量の推定値に誤差が含まれていてもＰＭすり抜け率が不適当な値になることを抑制することができる。
【０１１７】
一方、ＰＭトラッパ３の上下流間における差圧と総ＰＭ堆積量との関係においては、総ＰＭ堆積量が多くなるほど総ＰＭ堆積量の変化に対する差圧の変化量が小さくなる。図７は、総ＰＭ堆積量と差圧との関係を示す図である。図７中の横軸は総ＰＭ堆積量を示し、縦軸は差圧を示している。
【０１１８】
本実施例では、正常なＰＭトラッパと故障したＰＭトラッパとでは、ＰＭ堆積量が同量増加した場合であってもそれに対応する差圧の上昇量が異なるという特性に基づいてＰＭトラッパの故障を判定している。
【０１１９】
ＰＭトラッパが正常な場合と故障している場合との差異は、ＰＭ堆積量の増分に対する差圧の上昇量が大きい領域（おおよそ図７のＣで示した領域）においてより顕著に現れるため、ＰＭ堆積量が領域Ｃに属する状態においてはより精度良くＰＭトラッパの故障判定を行うことができる。
【０１２０】
依って、総ＰＭ堆積量が図６中の領域Ｂに属し且つ図７中の領域Ｃに属する時に、本実施例に係るＰＭトラッパの故障判定処理が実行されれば、故障検出精度を一層高めることが可能となる。
【０１２１】
尚、以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施例１における内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１における故障検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】実施例１における基準値を定めるためのマップを示す図である。
【図４】実施例２における内燃機関の概略構成を示す図である。
【図５】実施例２における故障検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】実施例２におけるＰＭトラッパのＰＭ堆積量とＰＭすり抜け率との関係を示す図である。
【図７】実施例２におけるＰＭトラッパのＰＭ堆積量とＰＭトラッパ上下流の差圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１・・・・内燃機関
２・・・・排気管
３・・・・ＰＭトラッパ
４・・・・入ＰＭセンサ
５・・・・出ＰＭセンサ
６・・・・ＥＣＵ
７・・・・クランクポジションセンサ
８・・・・エアフローメータ
９・・・・水温センサ
１０・・・排気温度センサ
１１・・・差圧センサ
１２・・・酸化触媒
【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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