(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化システムにおけるフィルタが破損したことを判定する技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路上に設けられたフィルタに、フィルタの上流側に設けられた燃料添加弁からミスト状の燃料を供給する（Ｓ２０２）。そして、そのときに、その燃料がミスト状のままフィルタをすり抜けて、フィルタの下流側に設けられた加熱型空燃比センサに達したかどうかを、加熱型空燃比センサにより検出された空燃比信号がリーン側に変化するかどうかによって検出し（Ｓ２０４）、その結果によりフィルタが破損しているか否かを判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路上に設けられ、内燃機関の排気中の粒子状物質を補集するフィルタと、
前記フィルタの上流の排気通路に燃料を添加することにより、前記フィルタに燃料を供給する燃料添加手段と、
前記フィルタを通過した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記燃料添加手段によって燃料が添加されたときに、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が所定値以上にリーンであった場合、前記フィルタが破損していると判定する浄化性能判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記空燃比検出手段は、加熱によりセンサ素子が活性化した状態で、前記内燃機関の排気の酸素濃度を検出する加熱型空燃比センサを有し、前記浄化性能判定手段が前記フィルタの破損を判定するときには、前記センサ素子の温度を低下させ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システム。
【請求項３】
前記排気通路に前記フィルタと一体的に設けられ、酸化機能を有する触媒と、
前記触媒及び前記フィルタを通過した前記内燃機関の排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記触媒及び前記フィルタに燃料を供給することにより前記触媒及び前記フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、
をさらに備え、
前記浄化性能判定手段は、前記昇温手段によって前記触媒及び前記フィルタに燃料が供給されたときに、前記排気温度検出手段により検出された排気温度が所定温度以下であり、且つ前記燃料添加手段によって前記排気通路に燃料が添加されたときに、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が前記所定値よりリッチである場合は、前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記触媒は、前記フィルタに担持されることにより、前記フィルタと一体的に設けられることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気、特にディーゼル機関の排気にはカーボンを主成分とする粒子状物質（ＰＭ）が含まれている。これらのＰＭの大気への放散を防止するために内燃機関の排気系にＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。フィルタは、通常、多孔質セラミック等のフィルタエレメントを備えており、このフィルタエレメントに排気中のＰＭを捕集する。
【０００３】
また、フィルタにＮＯx触媒の機能を併せ持たせた技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところが、フィルタは内燃機関の運転状況により振動や排気の高熱が加わる他、機関の停止、運転の繰り返しによる熱サイクル応力等が作用するため、割れ、破れ等の破損が生じる場合がある。フィルタに破損が生じると排気中のＰＭはフィルタに捕集されなくなりそのまま大気に放出されてしまうため、周囲の環境を悪化させる問題がある。また、フィルタに破損が生じた場合でも内燃機関の運転自体には何ら悪影響は生じない。このため、運転者はフィルタに破損が生じても気が付かずにそのまま運転を継続する場合が多く、環境を更に悪化させる可能性がある。
【０００５】
これに対して、内燃機関の運転中にフィルタの破損を検出する異常検出装置が従来から提案されている。この種の異常検出装置としては、フィルタのフィルタエレメント下流側の位置に音センサを配置し、この音センサで検出した音信号の大きさにより、フィルタの破損を検出する技術（特許文献２参照。）や、フィルタの前後における、内燃機関の排気の排気圧の差によって、フィルタの破損を検出する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１９３４４０号公報
【特許文献２】特開平８−１２１１５０号公報
【特許文献３】特開平８−２７０４３８号公報
【特許文献４】特開２００２−２４２６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気浄化システムにおけるフィルタが破損したことを判定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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路上に設けられたフィルタに、上流側から燃料を供給し、そのときに、その燃料がフィルタをすり抜けたかどうかを、フィルタを通過した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段の出力がリーン側に変化するかどうかによって検出し、その結果によりフィルタの破損を判定することに最大の特徴がある。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関の排気通路上に設けられ、内燃機関の排気中の粒子状物質を補集するフィルタと、
前記フィルタの上流の排気通路に燃料を添加することにより、前記フィルタに燃料を供給する燃料添加手段と、
前記フィルタを通過した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記燃料添加手段によって燃料が添加されたときに、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が所定値以上にリーンであった場合、前記フィルタが破損していると判定する浄化性能判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明においては、内燃機関の排気通路に備えられたフィルタに対して、その上流側の燃料添加手段から燃料を供給する。この場合、フィルタが正常の状態であれば、燃料は、フィルタを通過する際に気化され、フィルタの下流側には、気化した燃料が均一に供給されることとなり、全体的にリッチな雰囲気となる。したがって、この場合は、空燃比検出手段の出力信号は、リッチ側にシフトする。
【００１０】
一方、フィルタが破損している場合に燃料を供給すると、燃料がそのままフィルタをすり抜け、燃料の液滴が空燃比検出手段に達することとなる。この場合は、燃料の液滴の存在により、空燃比が極端にリッチとなる部分と、燃料の液滴が存在しない空間であって、空燃比が極端にリーンとなる部分が現れ、フィルタの下流における空燃比が均一ではなくなる。
【００１１】
そして、空燃比検出手段に、燃料の液滴が存在せず空燃比が極端にリーンである部分が達すると、空燃比検出手段の出力はリーン側にシフトする。一方、燃料の液滴の存在により空燃比が極端にリッチである部分が空燃比検出手段に達した場合には、空燃比検出手段は、実際の空燃比よりも出力がリーン側にシフトする所謂リーンずれを起こす。すなわち、フィルタが破損することにより燃料がそのまま空燃比検出手段に供給されると、上記いずれの場合でも、空燃比検出手段の出力はリーン側にシフトすることとなる。
【００１２】
従って、フィルタに、燃料添加手段から燃料を供給したときの、空燃比検出手段の出力がリーン側にシフトするかどうかで、フィルタの破損を判定することができる。本発明においては、この原理を利用し、フィルタに、燃料添加手段から燃料を供給し、そのときの空燃比検出手段の出力が所定値よりリーンであった場合に、浄化性能判定手段が、フィルタが破損していると判断する。
【００１３】
上記のような本発明によれば、音センサなどを設置することなく、簡単な制御で、フィルタの破損を判定することができる。
【００１４】
ここで、燃料添加手段は、フィルタの上流の排気通路にミスト状の燃料を添加するのが望ましい。このことにより、フィルタ破損時にはミスト状の燃料がそのまま空燃比検出手段に届くため、空燃比検出手段で起きるリーンずれを検出することによって、より正確にフィルタの破損を判定することができる。一方、燃料添加手段が、ガス状の燃料を前記排気通路に添加した場合は、フィルタ破損時でもガス状の燃料が空燃比検出手段に届くためにリーンずれが生じにくくなる。従って、燃料添加手段が、前記排気通路にガス状の燃料を添加することは、正確にフィルタの破損を判定するためには望ましくない。なお、ここで、ミスト状の燃料を添加するとは、フィルタに液滴の燃料が届くように添加を行うことを意味する。
【００１５】
また、本発明においては、空燃比検出手段は、加熱によりセンサ素子が活性化した状態で、前記内燃機関の排気の酸素濃度を検出する加熱型空燃比センサを有し、前記浄化性能判定手段がフィルタの破損を判定するときには、前記センサ素子の温度を低下させるようにするとよい。
【００１６】
ここで、加熱型空燃比センサにおけるセンサ素子の温度が高温であると、燃料が加熱型空燃比センサに達した場合にも、燃料の液滴は、センサ素子の熱によって酸化して消費さ
れるため、加熱型空燃比センサはリーンずれを起こしにくくなる。一方、センサ素子の温度が低温になると、センサ素子に、燃料の液滴が付着し易くなり、結果として加熱型空燃比センサがリーンずれを起こしやすくなる。従って、加熱型空燃比センサにおけるセンサ素子の温度を低下させることにより、フィルタ破損により増加した燃料をより感度良く検出することができる。
【００１７】
なお、上記の加熱型空燃比センサにおけるセンサ素子は、通常７００℃〜９００℃程度に加熱されているが、これを例えば、５００℃程度まで低下させるようにしてもよい。センサ素子の温度を５００℃程度まで低下させることにより、燃料がセンサ素子に達した場合のリーンずれの量を充分大きくすることができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記排気通路に前記フィルタと一体的に設けられ、酸化機能を有する触媒と、
前記触媒及び前記フィルタを通過した前記内燃機関の排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記触媒及び前記フィルタに燃料を供給することにより前記触媒及び前記フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、
をさらに備え、
前記浄化性能判定手段は、前記昇温手段によって前記触媒及び前記フィルタに燃料が供給されたときに、前記排気温度検出手段により検出された排気温度が所定温度以下であり、且つ前記燃料添加手段によって前記排気通路に燃料が添加されたときに、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が前記所定値よりリッチである場合は、前記触媒が劣化していると判定するようにしてもよい。
【００１９】
すなわち、フィルタと一体的に設けられた触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、前述のように、フィルタに燃料を供給して、フィルタを通過した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段の出力値を検出するとともに、昇温手段が、前記触媒及びフィルタに対して燃料を別途供給し、そのことによる前記触媒及びフィルタの温度上昇を検出することにより、前記触媒の劣化と、前記フィルタの破損とを区別して判定できるようにしたものである。
【００２０】
ここで、昇温手段が、前記触媒及びフィルタに燃料を供給すると、触媒が正常である場合は、燃料が還元剤として働き酸化還元反応による熱が発生する。その結果触媒の温度は上昇する。また、フィルタが正常な状態では、フィルタには捕集された粒子状物質が蓄積されており、この粒子状物質が着火物として存在する状態となっている。そして、そこへ燃料が供給されることにより、前記触媒の温度が上昇し、その熱によって着火物である粒子状物質が酸化され、フィルタの温度も上昇する。
【００２１】
逆に、昇温手段が触媒及びフィルタに燃料を供給したときに、触媒が劣化あるいはフィルタが破損していると、前記排気温度検出手段によって検出される触媒及びフィルタの下流側の排気温度は、触媒及びフィルタが正常である場合と比較して低くなる。従って、本発明において、排気温度検出手段によって検出された排気温度が所定温度以下である場合は、触媒が劣化しているかまたは、フィルタが破損していると判定することが可能である。
【００２２】
そして、本発明においては、上記において触媒が劣化しているかまたは、フィルタが破損していることを判定した後に、続いて燃料添加手段によって触媒及びフィルタに燃料を供給し、空燃比検出手段によって、触媒及びフィルタの下流の排気の空燃比を検出する。ここで、検出された空燃比の値が前記所定値よりもリッチである場合は、燃料の液滴は空燃比検出手段に達しておらず、フィルタは破損していないことになるので、結果として排
気浄化触媒が劣化していると判定することができる。
【００２３】
一方、検出された空燃比の値が前記所定値よりもリーンである場合には、フィルタが破損していると判定することができる。
【００２４】
このように、本発明によれば、上述のようにフィルタに燃料を供給して、空燃比検出手段の出力値を検出することによるフィルタ破損の判定と、前記触媒及びフィルタに対して、別途燃料を供給し、そのことによる前記触媒及びフィルタの温度上昇を検出することによる、触媒の劣化またはフィルタの破損の判定とを組み合わせることにより、触媒の劣化と、フィルタの破損とを区別して判定することができる。
【００２５】
なお、上記において、触媒及びフィルタに昇温用の燃料を供給する前記昇温手段としては、内燃機関の気筒において、圧縮上死点以外のタイミングで気筒内に副噴射を実施し、未燃燃料を排気通路に設けられた触媒及びフィルタに供給する副噴射手段を例示することができる。このような副噴射手段によって、排気浄化触媒及びフィルタに燃料を供給すると、気化され、部分酸化された状態の燃料を供給することができる。その結果、空燃比検出手段の出力信号に影響を与えることなく、触媒及びフィルタを昇温させることができる。
【００２６】
また、上記のように、気化され、部分酸化された燃料を触媒及びフィルタに供給することにより、触媒及びフィルタの昇温幅を大きくすることができる。すなわち、この場合は昇温する前と比較して、触媒及びフィルタを２００〜３００℃昇温させることができるので、より正確に、触媒の劣化またはフィルタの破損を判定することができる。
【００２７】
また、触媒及びフィルタに昇温用の燃料を供給する昇温手段の他の例としては、内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置におけるＥＧＲ率を増加させるものを例示することができる。この例によれば、内燃機関におけるＥＧＲ率を増加させ、前記内燃機関の気筒内での燃焼に用いられる酸素量を相対的に減少させることにより、気筒から排出される未燃燃料の量を増加させることができる。そして、増加した未燃燃料を、触媒及びフィルタに供給することができる。このことによっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、上述の昇温手段として、前述の燃料添加手段を用いてもよい。こうすれば、燃料の液滴が触媒及びフィルタに供給された場合には、触媒及びフィルタの昇温幅は５０℃程度と比較的低くなるが、触媒及びフィルタの温度上昇を検出することによる、触媒の劣化または、フィルタの破損の判定と、空燃比検出手段により空燃比を検出することによる、フィルタの破損の判定を同時に行うことが可能になる。その結果、触媒の劣化とフィルタの破損とを区別して、より迅速に判定することができる。
【００２９】
なお、本発明における触媒は、フィルタの温度を上昇させるための酸化触媒でもよく、内燃機関の排気中のＮＯx等を浄化する排気浄化触媒でもよい。また、フィルタ以外の担体に担持された上で内燃機関の排気通路にフィルタと一体的に並べて配置された形態でもよく、フィルタに担持された形態でもよい。ここでフィルタに担持された形態を採用した場合は、前記触媒はフィルタとの一体性が高く、触媒の劣化とフィルタの破損とを、独立して判定することがより困難であるので、本発明をより効果的に適用することができる。また、フィルタに触媒が担持された場合は、触媒における酸化還元反応による熱が直接フィルタに伝わることにより粒子状物質を燃焼させるため、触媒の劣化が生じ易く、フィルタの破損も生じ易い。従ってその意味でも、本発明を適用することが効果的である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にあっては、内燃機関の排気浄化システムにおけるフィルタが破損したことを判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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】
【００３２】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその排気浄化システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２０を有する多気筒ディーゼル機関である。
【００３３】
内燃機関１は、各気筒２０の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１３を備えている。各燃料噴射弁１３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）１２と接続されている。そして、コモンレール１２は、第１の燃料供給管Ｐ１を介して燃料ポンプ１１と連通している。
【００３４】
また、燃料ポンプ１１は、第２の燃料供給管Ｐ２を介して燃料添加弁１７と連結されており、燃料添加弁１７からは、後述するフィルタ４２ｂにミスト状の燃料を供給するために燃料が噴射される。
【００３５】
また、内燃機関１には、吸気枝管３０が接続されており、この吸気枝管３０の上流側は、さらに吸気通路９と接続されている。一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、この排気枝管１８は、その下流側において排気通路１９と接続されている。
【００３６】
前記排気通路１９には、内燃機関１の排気を浄化するための排気浄化装置４２が設けられている。この排気浄化装置４２の内部には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ４２ｂと、フィルタ４２ｂに担持され、上流から還元剤としての燃料が供給されることによりその酸化還元反応熱によってフィルタの温度を上昇させる酸化触媒４２ａが備えられている。
【００３７】
また、排気浄化装置４２のさらに下流側の排気通路１９には、排気浄化装置４２を通過した後の排気の温度を検出する排気温センサ７４及び、排気浄化装置４２を通過した後の排気の空燃比を検出するための加熱型空燃比センサ７５が備えられている。この加熱型空燃比センサ７５は、図示しないセンサ素子及び、センサ素子ヒータを有しており、このセンサ素子ヒータに通電されることにより、センサ素子が昇温されて活性化する。そして、センサ素子が活性化した状態で排気中の酸素濃度を取得し、酸素濃度に略比例した信号を出力する。
【００３８】
なお、この加熱型空燃比センサ７５におけるセンサ素子に、燃料のミストを構成する液滴が付着すると、加熱型空燃比センサ７５の出力信号の値が、本来の空燃比の値よりリーン側にシフトしてしまう現象が知られている。
【００３９】
また、内燃機関１には、該内燃機関１から排出され排気枝管１８を流れる排気の少なくとも一部を吸気枝管３０へ再循環させる排気再循環装置１０が設けられている。排気再循環装置１０は、排気枝管１８から吸気枝管３０の集合部に至るよう形成されたＥＧＲ通路６０と、ＥＧＲ弁６１及び、ＥＧＲクーラ６２から構成されている。
【００４０】
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（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３等を備えており、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の運転状態等を制御するユニットである。
【００４１】
ＥＣＵ９０には、前述した排気温センサ７４や、加熱型空燃比センサ７５などの各種センサが電気配線を介して接続され出力信号がＥＣＵ９０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ９０には、燃料噴射弁１３、燃料添加弁１７、ＥＧＲ弁６１及び、前述した加熱型空燃比センサ７５内のセンサ素子ヒータ等が電気配線を介して接続され、上記各部がＥＣＵ９０によって制御されるようになっている。なお、本実施例における空燃比検出手段は、加熱型空燃比センサ７５及び、その出力信号からフィルタ４２ｂを通過した排気の空燃比を算出するＥＣＵ９０を含んで構成される。
【００４２】
次に、図２を用いて、本実施例におけるフィルタ破損判定ルーチンについて説明する。本ルーチンは内燃機関１の稼動中、所定期間毎に実行されるルーチンである。
【００４３】
本ルーチンが実行されると、まずＳ２０１において、加熱型空燃比センサ７５に対する供給電流量が低減される。これは、加熱型空燃比センサ７５におけるセンサ素子ヒータに供給する電流量を低減することにより、センサ素子の温度を降下させることが目的である。このことにより、センサ素子の温度は５００℃程度に制御される。
【００４４】
次に、Ｓ２０２に進み、燃料添加弁１７からの燃料添加が実行される。このことにより、ミスト状の燃料が排気通路１９を介して排気浄化装置４２内のフィルタ４２ｂに供給される。そして、Ｓ２０３に進み、加熱型空燃比センサ７５によって、排気浄化装置４２の下流の排気通路１９における酸素濃度が検出される。加熱型空燃比センサ７５によって検出された酸素濃度に比例する信号を用いて、ＥＣＵ９０内で、排気浄化装置４２の下流の排気通路１９における空燃比の値が検出される。
【００４５】
次に、Ｓ２０４に進み、Ｓ２０３において検出された空燃比の値がＲ１より大きいかどうかが判断される。ここでＲ１は、燃料添加弁１７からミスト状の燃料がフィルタ４２ｂに供給されたときに、検出された空燃比の値がこれより大きくなる場合は、加熱型空燃比センサ７５においてリーンずれが生じていると判断され、結果としてフィルタ４２ｂが破損していると判断できる閾値として設定された値である。このＲ１は、予めフィルタ４２の破損と、検出された空燃比の値との関係を実験的に調査することによって求められた値である。
【００４６】
Ｓ２０３において取得された空燃比の値がＲ１より大きい場合には、前述のようにフィルタ４２ｂが破損していると判断されるので、Ｓ２０５に進む。そして、図示しないフィルタ破損ランプを点灯してフィルタ４２ｂの破損を運転者に報知した上で本ルーチンを終了する。一方、検出された空燃比の値がＲ１以下である場合には、フィルタ４２ｂは正常であると判断されるので、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４７】
次に、本実施例におけるフィルタ破損判定ルーチンにおいて、加熱型空燃比センサ７５のセンサ素子ヒータに供給する電流を降下させたことによる効果について説明する。
【００４８】
図３は、図２におけるＳ２０２で燃料添加を実行したときにおける加熱型空燃比センサ７５の出力信号の変化を示した図である。図３では、時間ｔ１において燃料添加弁１７による燃料添加が開始されたとする。その際、フィルタ４２ｂが正常に働いている場合には、燃料添加弁１７から添加されたミスト状の燃料がフィルタ４２ｂを通過する際に、均一に気化される。そして、均一に気化された燃料が加熱型空燃比センサ７５に到達するため、加熱型空燃比センサ７５の出力信号の値は燃料添加開始前のｒ４から、よりリッチ側のｒ１まで変化する。そして、時間ｔ２において、燃料添加弁１７による燃料添加が終了すると、加熱型空燃比センサ７５の出力信号の値は、もとの値であるｒ４に戻ることになる
。
【００４９】
ここで、図２のＳ２０１及びＳ２０２に示したように、加熱空燃比センサ７５のセンサ素子ヒータに供給する電流を降下させた上で、燃料添加弁１７からの燃料添加を開始した場合、加熱型空燃比センサ７５内のセンサ素子の活性度合いが低くなる。このことにより、センサ素子の感度が若干低下する。従って、この場合は、フィルタ４２ｂが正常な状態で、時間ｔ１において、燃料添加弁１７による燃料添加を実行したときに示す、加熱型空燃比センサ７５の出力信号の値は、ｒ１と比較して若干リーン側にシフトする。そして、例えば、図３中ｒ２で示す値となる。
【００５０】
ここで、フィルタ４２ｂが破損している場合は、燃料添加弁１７による燃料添加を実行したときに、フィルタ４２ｂに流入したミスト状の燃料はフィルタ４２ｂを通過する際にも気化せず、ミスト状のまますり抜けてしまう。そして、フィルタ４２ｂをすり抜けたミスト状の燃料が直接加熱型空燃比センサ７５に達する。そして、燃料のミストを構成する液滴が加熱型空燃比センサ７５のセンサ素子に付着した場合には、加熱型空燃比センサ７５の出力は所謂リーンずれを起こす。結果として、加熱型空燃比センサ７５の出力信号の値は本来示すべき、ｒ２の値よりもリーン側にシフトする。
【００５１】
ここで、本実施例においては、加熱型空燃比センサ７５におけるセンサ素子の温度が降下しているため、加熱型空燃比センサ７５に達したミスト状の燃料が、センサ素子の熱によって、酸化され消費されることがない。従って、加熱型空燃比センサ７５の出力信号に生じるいわゆるリーンずれの量が大きくなる。その結果、ｔ１以降の加熱型空燃比センサ７５の出力値は、大きくリーン側にシフトし、図３に示すｒ３のような値となる。
【００５２】
従って、本実施例におけるフィルタ破損判定ルーチンで、フィルタ４２ｂの破損の判定のための所定値Ｒ１を、図３におけるｒ２とｒ３の間の数値とすることにより、フィルタ４２ｂの破損を判定することができる。
【００５３】
以上、説明したようにフィルタ４２ｂが破損した場合には、燃料添加弁１７から添加されるミスト状の燃料がフィルタ４２ｂをすり抜けて加熱型空燃比センサ７５に達し、その出力信号の値がリーン側にシフトする。本実施例におけるフィルタ破損判定ルーチンでは、このことを利用して、フィルタ４２ｂの破損の判定を行っている。従って、簡単な構成でフィルタ４２ｂの破損の判定を行うことができる。
【００５４】
さらに、本実施例におけるフィルタ破損判定ルーチンでは、加熱型空燃比センサ７５のセンサ素子ヒータへの供給電流を低減することにより、加熱型空燃比センサ７５のセンサ素子の温度を降下させている。そして、それにより、ミスト状の燃料が加熱型空燃比センサ７５に達した時に、加熱型空燃比センサ７５の出力信号に生じるリーンずれの量を大きくしている。従って、より明確にフィルタ４２ｂの破損を判定することができる。
【実施例２】
【００５５】
次に実施例２について説明する。本実施例における内燃機関と排気浄化システムの概略構成については、実施例１において説明したものと同じである。ここでは、実施例１と異なる制御についてのみ説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を用いる。
【００５６】
本実施例においては、フィルタ４２ｂに担持された酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂに、内燃機関１の気筒２０内で部分酸化された未燃燃料を供給することにより、酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂの温度を昇温させる制御を行う。そして、そのときの酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂの下流の排気温度が昇温しているかどうかによって、排気浄化触媒４２ａが劣化しているか、またはフィルタ４２ｂが破損している状態であることを判
定する。そして、その次に、加熱型空燃比センサ７５のセンサ素子ヒータへの供給電流を低減した上で、燃料添加弁１７によるフィルタ４２ｂへの燃料添加を実行して、酸化触媒４２ａが劣化しているのか、フィルタ４２ｂが破損しているのかを区別する。
【００５７】
図４は、本実施例における酸化触媒劣化またはフィルタ破損判定ルーチンである。本ルーチンは、内燃機関１の稼動中に所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００５８】
本ルーチンが実行されるとまず、Ｓ４０１で、内燃機関１の気筒２０において、圧縮上死点付近での通常の燃料噴射のほかに、圧縮上死点から所定時間遅れたタイミングで、燃料噴射弁１３によるポスト噴射を行う制御が開始される。ポスト噴射によって内燃機関１の気筒２０に噴射された燃料は、気筒２０においては完全に燃焼せず、ＣＯや、ＨＣなどの形で、気筒２０から排出される。
【００５９】
気筒２０から排出されたＨＣやＣＯなどの未燃燃料は、そのまま排気通路１９を通過し、排気浄化装置４２の酸化触媒４２ａ及び、フィルタ４２ｂに供給される。その結果、酸化触媒４２ａにおいては、これらの未燃燃料が酸化還元反応し、その熱によって、酸化触媒４２ａの温度は上昇する。その結果、フィルタ４２ｂの温度も上昇するために、もともとフィルタ４２ｂ内に捕集されていた粒子状物質が酸化し、この酸化熱によってフィルタ４２ｂの温度も上昇する。
【００６０】
すなわち、Ｓ４０１においてポスト噴射を開始することにより、酸化触媒４２ａ及び、フィルタ４２ｂの両方の温度を昇温することができる。
【００６１】
次に、Ｓ４０２に進み、排気浄化装置４２の下流側の排気通路１９に設けられた排気温センサ７４によって、その時の排気温度が検出される。そしてＳ４０３に進み、検出された排気温度がＴ１より低いかどうかが判断される。ここで、Ｔ１は、ポスト噴射を行うことにより、酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂを昇温させる制御を実施したときに、排気温度がこれより低い場合には、酸化触媒４２ａが劣化しているかまたはフィルタ４２ｂが破損していると判断できる閾値として設定された値である。このＴ１の値は、酸化触媒４２ａの劣化またはフィルタ４２ｂの破損と、ポスト噴射を行ったときの排気温度との関係を実験的に調査することによって求められた値である。
【００６２】
ここで、排気温度がＴ１以上であると判断された場合には、酸化触媒４２ａ及び、フィルタ４２ｂはともに正常であると判断できるので、そのまま本ルーチンを終了する。一方、排気温度がＴ１よりも低いと判断された場合には、酸化触媒４２ａが劣化しているかフィルタ４２ｂが破損しているかのいずれかであると判断できるので、Ｓ２０１以降の処理に進み、フィルタ４２ｂが破損しているかどうかを判定する。ここで、フィルタ４２ｂが破損しているかどうかを判定するＳ２０１からＳ２０４までの処理は、実施例１において説明した処理と同じなので、説明は省略する。
【００６３】
Ｓ２０４において、空燃比がＲ１より大きいと判断された場合には、実施例１で説明したとおり、フィルタ４２ｂが破損していると判定される。従って、Ｓ４０３において、排気温度がＴ１より低かったのは、フィルタ４２ｂが破損していたことが原因であると判定できるので、Ｓ２０５へ進む。Ｓ２０５においては、実施例１と同様、図示しないフィルタ破損ランプを点灯した上で、本ルーチンを終了する。
【００６４】
一方、Ｓ２０４において、空燃比がＲ１以下であると判断された場合には、フィルタ４２ｂは破損していないと判断されるので、結果的に、Ｓ４０３において、排気温度がＴ１より低かったのは、酸化触媒４２ａが劣化しているが原因であると判定できるので、Ｓ４０４に進む。Ｓ４０４においては、図示しない触媒劣化ランプを点灯した上で本ルーチン
を終了する。
【００６５】
以上、説明したように、本実施例においては、Ｓ４０１でポスト噴射を行ったときに、酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂが所定温度以上に昇温するかどうかによって、それらが正常な状態かどうかを判断する。そして、もし、酸化触媒４２ａが劣化しているか、フィルタ４２ｂが破損していると判断された場合には、上記に加えて、燃料添加弁１７からミスト状の燃料をフィルタ４２ｂに供給する。そして、フィルタ４２ｂの下流の排気通路１９における空燃比の値が所定値よりもリーン側にシフトするかどうかによって、フィルタ４２ｂが破損しているかどうかが判断される。結果として、酸化触媒４２ａが劣化しているか、フィルタ４２ｂが破損しているかを区別して判定することができる。
【００６６】
なお、本実施例においては、Ｓ４０１において、酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂを昇温させるためにポスト噴射を行っているが、この他に、内燃機関１において、ＥＧＲ装置１０により、吸気枝管３０に再循環されるＥＧＲガスの量を増加させ、ＥＧＲ率を増加させる方法を採用してもよい。このことによって、内燃機関１の気筒２０における燃焼に用いられる酸素量を減少させ、燃焼を不完全にすることができる。結果として、気筒２０から、完全に燃焼していない未燃燃料を排出させ、酸化触媒４２ａ及びフィルタ４２ｂに供給することができる。
【００６７】
また、本実施例における酸化触媒４２ａは、フィルタ４２ｂに担持した形態のものであるが、酸化触媒４２ａがフィルタ４２ｂとは別の担体に担持された上で、フィルタ４２ｂの上流側にフィルタ４２ｂと並べて配置されたような構成をとってもよい。
【００６８】
また、実施例１及び２において、空燃比検出手段を構成する加熱型空燃比センサ７５は、排気中の酸素濃度に略比例した信号を出力するセンサであるが、加熱型空燃比センサ７５以外のセンサ、例えば排気中の酸素濃度が所定値を越える前後で大きく出力を変化させるＯ２センサや、排気中の未燃燃料成分であるＨＣの濃度を検出するＨＣセンサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る内燃機関とその排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１におけるフィルタ破損判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１における燃料添加を実行したときの加熱型空燃比センサの出力信号の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施例２における酸化触媒劣化またはフィルタ破損判定ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・内燃機関
９・・・吸気通路
１０・・・ＥＧＲ装置
１１・・・燃料ポンプ
１２・・・コモンレール
１３・・・燃料噴射弁
１７・・・燃料添加弁
１８・・・排気枝管
１９・・・排気通路
２０・・・気筒
３０・・・吸気枝管
４２・・・排気浄化装置
４２ａ・・・酸化触媒
４２ｂ・・・フィルタ
６０・・・ＥＧＲ管
６１・・・ＥＧＲ弁
６２・・・ＥＧＲクーラ
７４・・・排気温センサ
７５・・・加熱型空燃比センサ
９０・・・ＥＣＵ
９１・・・ＣＰＵ
９２・・・ＲＯＭ
９３・・・ＲＡＭ
Ｐ１・・・第１の燃料供給管
Ｐ２・・・第２の燃料供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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