(57)【要約】【課題】本発明は、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抑制することを課題とする。【解決手段】本発明は、電極式ＰＭセンサの絶縁層に堆積しているＰＭを除去するためのセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過したときのＰＭセンサの出力値と所定の閾値とを比較して、パティキュレートフィルタの故障を診断する処理である基準診断処理を行う排気浄化システムの故障診断装置において、前記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ない場合は前記基準診断処理を実行し、前記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た場合は前記基準診断処理を実行しないようにした。【選択図】図８
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【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、
内燃機関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中のＮＯＸ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して排気中のＮＯＸを浄化させる空燃比制御手段と、
を備えた排気浄化システムの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有し、前記電極間を流れる電流値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制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去するためのセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過したときの前記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処理である基準診断処理を実行する診断手段と、
前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されない場合は前記基準診断処理が実行され、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は前記基準診断処理が実行されないように、前記診断手段を制御する制御手段と、
を備える排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項２】
前記排気浄化システムは、
前記排気浄化装置より上流の排気通路に配置され、前記排気浄化装置へ流入する排気に未燃燃料を添加する添加装置と、
前記添加装置から排気に未燃燃料を添加させるための添加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して排気中のＮＯＸを浄化させる添加制御手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されずに、前記添加制御が実行された場合は、前記基準診断処理が実行されるように前記診断手段を制御する請求項１に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項３】
前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合において、
前記制御手段は、前記所定期間を前記基準診断処理が実行される場合より長い期間に補正する処理と、前記センサ再生処理が終了した時点から補正後の所定期間が経過したときの前記ＰＭセンサの出力値と前記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処理である補正診断処理と、を前記診断手段に実行させる請求項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】
前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合において、
前記制御手段は、前記所定の閾値を前記基準診断処理が実行される場合より小さい値に補正する処理と、前記センサ再生処理が終了した時点から前記所定期間が経過したときの
前記ＰＭセンサの出力値と補正後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処理である補正診断処理と、を前記診断手段に実行させる請求項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５】
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、
内燃機関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中のＮＯＸ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して排気中のＮＯＸを浄化させる空燃比制御手段と、
備えた排気浄化システムの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有し、前記電極間を流れる電流値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制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去するためのセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過したときの前記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処理である基準診断処理を実行する診断手段と、
前記ＰＭセンサの絶縁層に堆積したＰＭを除去するための処理であるセンサ再生処理が完了した時点から前記所定期間が経過するまでは、前記筒内リッチ制御の実行を禁止するリッチスパイク制御手段と、
を備える排気浄化システムの故障診断装置。
【請求項６】
前記排気浄化システムは、
前記排気浄化装置より上流の排気通路に配置され、前記排気浄化装置へ流入する排気に未燃燃料を添加する添加装置と、
前記添加装置から排気に未燃燃料を添加させるための添加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添加制御手段と、
をさらに備え、
前記リッチスパイク制御手段は、前記ＰＭセンサの絶縁層に堆積したＰＭを除去するための処理であるセンサ再生処理が完了した時点から前記所定期間が経過するまでは、前記筒内リッチ制御の実行を禁止し、前記添加制御の実行を許可する請求項５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（たとえば、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２０１２−１２２３９９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、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を燃焼させて運転される内燃機関においては、パティキュレートフィルタに加え、吸蔵還元型触（ＮＳＲ（ＮＯＸ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）を含む排気浄化装置が排気通路に配置される場合がある。このような構成においては、ＮＳＲ触媒へ未燃燃料成分（たとえば、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）が行われる。
【０００６】
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以下のリッチ空燃比にする方法（以下、「筒内リッチ制御」と称する）、又はＮＳＲ触媒へ流入する排気に未燃燃料を添加する方法（以下、「添加制御」と称する）が知られている。
【０００７】
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、前記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閾値より小さい値になる可能性がある。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。
【０００８】
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抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、上記した課題を解決するための第一の発明は、
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、
内燃機関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中のＮＯＸ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して排気中のＮＯＸを浄化させる空燃比制御手段と、
を備えた排気浄化システムの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有し、前記電極間を流れる電流値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制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去するためのセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過したときの前記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処理である基準診断処理を実行する診断手段と、
前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されない場合は前記基準診断処理が実行され、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は前記基準診断処理が実行されないように、前記診断手段を制御する制御手段と、
を備えるようにした。
【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、前記所定期間中に前記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、前記センサ再生処理の終了時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ＰＭセンサの出力値は、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。具体的には、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。
【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けるＰＭセンサの出力
値が該所定の閾値以上であれば、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り、予め実験的に求めておくようにしてもよい。
【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の電気伝導率は煤の電気伝導率より小さいため、ＰＭセンサの電極間に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。
【００１３】
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、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、前記基準診断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。
【００１４】
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、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合は、前記基準診断処理を行わないため、上記したような誤診断がなされることを抑制することができる。よって、筒内リッチ制御に起因する故障診断精度の低下を抑制することができる。
【００１５】
また、上記した発明において、排気浄化システムは、前記排気浄化装置より上流の排気通路に配置され、前記排気浄化装置へ流入する排気に未燃燃料を添加する添加装置と、前記添加装置から排気に未燃燃料を添加させるための添加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して排気中のＮＯＸを浄化させる添加制御手段と、をさらに備えていてもよい。そして、制御手段は、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されずに、前記添加制御が実行された場合は、前記基準診断処理が実行されるように、前記診断手段を制御してもよい。
【００１６】
本願発明者は、上記した知見に加え、前記所定期間中に前記添加制御が実行された場合は、前記筒内リッチ制御が実行された場合のような、ＰＭセンサの出力特性の変化が発現しないという知見も得た。この知見によれば、前記所定期間中に前記添加制御が実行された場合と実行されない場合とでは、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が同等になる。よって、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されずに、添加制御が実行された場合においては、前記基準診断処理が実行されても、診断精度の低下を抑制することができる。
【００１７】
なお、上記した第一の発明において、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合は、次回のセンサ再生処理が終了するまで基準診断処理の実行が持ち越されてもよく、又は、筒内リッチ制御の終了後に直ちにセンサ再生処理をやり直すことで、基準診断処理が実行されてもよい。
【００１８】
また、上記した第一の発明において、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合は、前記基準診断処理診断とは異なる方法によってパティキュレートフィルタの故障が診断されてもよい。
【００１９】
前述したように、前記所定期間中に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が付着又は堆積することにより、前記電極間を流れる電流値が小さくなる。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において、センサ再生処理終了後におけるＰＭセンサの出力値が前記所定の閾値以上へ増加するタイミングは、筒内リッチ制御が実行されない場合より実行された場合の方が遅くなる。
【００２０】
そこで、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合に、前記制御手段は、前記所定期間を前記基準診断処理が実行される場合より長い期間に補正する処理と、前記センサ再生処理が終了した時点から補正後の所定期間が経過したときの前記ＰＭセンサの出力値と前記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処理である補正診断処理と、を診断手段に実行させるようにしてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、前記センサ再生処理の終了時から所定期間が経過する時期（読込タイミング）は、基準診断処理が実行される場合より補正診断処理が実行される場合の方が遅くなる。よって、パティキュレートフィルタが故障している場合であれば、補正診断処理の読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力が閾値を下回り難くなる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合においても、前述したような誤診断がなされることを抑制しつつ、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。
【００２２】
また、前述したように、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、前記基準診断処理の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。そこで、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合に、前記制御手段は、前記所定の閾値を前記基準診断処理が実行される場合より小さい値に補正する処理と、前記センサ再生処理が終了した時点から前記所定期間が経過したときの前記ＰＭセンサの出力値と補正後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処理である補正診断処理と、を前記診断手段に実行させるようにしてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、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、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が閾値を下回り難くなる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合において、前述したような誤診断がなされることを抑制しつつ、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。
【００２４】
なお、前記所定の閾値が補正する代わりに、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が補正されてもよい。具体的には、補正診断処理が実行される場合は前記基準診断処理が実行される場合に比べ、前記読込タイミングにおけるＰＭセンサの出力値が大きな値となるような補正が行われればよい。
【００２５】
次に、上記した課題を解決するための第二の発明は、
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、
内燃機関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中のＮＯＸ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して排気中のＮＯＸを浄化させる空燃比制御手段と、
備えた排気浄化システムの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の量を検出するセンサであって、絶縁層を介して対向する電極を有し、前記電極間に堆積するＰＭの量が多くなるほど前記電極間を流れる電流値が大きくなる特性を利用して、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制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去するためのセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過したときの前記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処理である基準診断処理を実行する診断手段と、
前記ＰＭセンサの絶縁層に堆積したＰＭを除去するための処理であるセンサ再生処理が完了した時点から所定期間が経過するまでは、前記筒内リッチ制御の実行を禁止するリッチスパイク制御手段と、
を備えるようにしてもよい。
【００２６】
前述したように、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センサの出力値が小さくなる可能性がある。そのため、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されると、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、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がある。これに対し、前記所定期間中において、筒内リッチ制御の実行が禁止されると、前述したような誤診断がなされることを抑制しつつ、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。
【００２７】
なお、上記した第二の発明において、前記排気浄化システムは、前記排気浄化装置より上流の排気通路に配置され、前記排気浄化装置へ流入する排気に未燃燃料を添加する添加装置と、前記添加装置から排気に未燃燃料を添加させるための添加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添加制御手段と、をさらに備えていてもよい。そして、リッチスパイク制御手段は、前記所定期間中における筒内リッチ制御の実行は禁止するが、添加制御の実行は許可するようにしてもよい。
【００２８】
前述したように、前記所定期間中に添加制御が実行された場合と実行されない場合とでは、前記所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサの出力値が同等になる。そのため、前記所定期間中に筒内リッチ制御の代わりに添加制御が実行されれば、診断精度の低下を招くことなく、排気中のＮＯＸを浄化することが可能になる。
【発明の効果】
【００２９】
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抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】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から流出する排気の流速と単位時間あたりにＰＭセンサに堆積するＰＭの量との関係を示す図である。
【図５】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濃度と単位時間あたりにＰＭセンサに堆積するＰＭの量との関係を示す図である。
【図６】パティキュレートフィルタから流出する排気の温度からセンサ素子の温度を減算した値（温度差）と単位時間あたりにＰＭセンサに堆積するＰＭの量との関係を示す図である。
【図７】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８】第１の実施例において、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９】気筒内で燃焼に供される混合気の空燃比と内燃機関から排出される排気の単位量あたりに含まれるＳＯＦの量との関係を示す図である。
【図１０】ＮＳＲ触媒の温度とＮＳＲ触媒のＳＯＦ浄化率との関係を示す図である。
【図１１】第２の実施例において、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３の実施例において、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１３】ＥＣＵがリッチスパイク処理の実行可否を決定する際に実行され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】
【００３１】
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。
【００３２】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図８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概略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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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（たとえば、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。
【００３６】
前記触媒ケーシング５０より上流の排気管５には、排気管５内を流れる排気中に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁５２と、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５３とが取り付けられている。
【００３７】
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。
【００３８】
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５４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５５とが配置されている。
【００３９】
ここで、図２は、ＰＭセンサ５５の構成を模式的に示す図である。図２に示すＰＭセンサ５５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。
【００４０】
ＰＭセンサ５５は、板状の絶縁体５５０の表面に一組の電極５５１、５５２が互いに離間して配置されるセンサ素子５５３と、前記電極５５１、５５２間を流れる電流を計測する電流計５５４と、センサ素子５５３の裏面に配置される電熱式のヒータ５５５と、センサ素子５５３を覆うカバー５５６と、を備えている。前記カバー５５６には、複数の貫通孔５５７が形成されている。
【００４１】
このように構成されたＰＭセンサ５５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５５６の貫通孔５５７を通って該カバー５５６内に流入する。排気がカバー５５６内に流入すると、排気に含まれるＰＭが前記電極５５１、５５２の間（絶縁体５５０）に付着する。ＰＭは導電性を有するため、前記電極５５１、５５２間に一定量のＰＭが堆積すると、前記電極５５１、５５２間が導通する。その際、電源から前記電極５５１、５５２へ電圧を印加しておけば、前記電極５５１、５５２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。
【００４２】
前記電極５５１、５５２間に堆積するＰＭ量が前記一定量に達した後は、前記電極５５１、５５２間に堆積するＰＭ量の増加に伴って、該電極５５１、５５２間の電気抵抗が小さくなる。そのため、前記電極５５１、５５２間を流れる電流は、該電極５５１、５５２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５５４によって前記電極５５１、５５２間を流れる電流を計測することで、該電極５５１、５５２間に堆積しているＰＭ量を検出することができる。
【００４３】
ここで、前記電極５５１、５５２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５５１、５５２が非導通状態になるため、ＰＭセンサ５５の出力は零になる。そして、前記電極５５１、５５２の間に堆積するＰＭ量が一定量以上になると、前記電極５５１、５５２が導通状態になるため、ＰＭセンサ５５の出力が零より大きくなる。前記電極５５１、５５２間が導通した後は、前記電極５５１、５５２の間に堆積するＰＭ量の増加に伴って、ＰＭセンサ５５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。
【００４４】
また、前記電極５５１、５５２間に堆積可能なＰＭ量には限りがあるため、前記電極５
５１、５５２間に堆積しているＰＭの量（以下、「ＰＭ堆積量」と称する）が所定の上限量に達した際には、前記ヒータ５５５に電流を供給することで、前記センサ素子５５３を昇温させて、前記電極５５１、５５２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。
【００４５】
ここで図１に戻り、前記内燃機関１には、本発明に係わる制御装置としての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５３、排気温度センサ５４、及びＰＭセンサ５５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。
【００４６】
また、ＥＣＵ６は、上記した燃料噴射弁３、吸気絞り弁４１、及び燃料添加弁５２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。
【００４７】
たとえば、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）されているときに、所定の周期で、又はＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が予め定められた量に達した時点で、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「空燃比制御手段」が実現される。なお、ＥＣＵ６は、燃料添加弁５２から排気中へ燃料を添加させることにより（添加制御）、リッチスパイク処理を実行してもよい。ここでいう添加制御では、たとえば、特許第４８６８０９６号公報に記載されているように、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比をリーン空燃比に維持しつつ燃料添加弁５２から予め定められた供給間隔で燃料を噴射させることにより排気ガス中に含まれるＮＯＸを浄化する第１のＮＯＸ浄化方法と、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比を前記予め定められた供給間隔よりも長い間隔でもってリーンからリッチへ切り替わるように燃料添加弁５２から燃料を噴射させることによりＮＯＸを浄化する第２のＮＯＸ浄化方法とが、内燃機関１の運転状態に応じて切り替えられてもよい。また、ＮＳＲ触媒より下流にＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒が配置される構成においては、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒へアンモニア（ＮＨ３）を供給することを目的として、筒内リッチ制御又は添加制御によるリッチスパイク処理を実行してもよい。
【００４８】
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。
【００４９】
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５５の電極５５１、５５２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５５のヒータ５５５に電流を供給させる。ヒータ５５５に電流が供給されると、該ヒータ５５５が発熱し、それに伴ってセンサ素子５５３が加熱される。その際、ＥＣＵ６は、センサ素子５５３の温度がＰＭの酸化可能な温度となるように、電流値を制御する。なお、センサ素子５５３の温度は、ヒータ５５５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５５５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。その際、ヒータ５５５の温
度は、該ヒータ５５５の抵抗値から演算されればよい。
【００５０】
ＥＣＵ６は、センサ素子５５３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５５５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。ここでいう所定の時間は、ＰＭセンサ５５の電極５５１、５５２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。なお、所定の再生時間は、上記した所定の上限量の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。
【００５１】
次に、ＥＣＵ６は、センサ再生処理が終了した時点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５５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。
【００５２】
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。
【００５３】
図３は、センサ再生処理の終了後におけるＰＭセンサ５５のＰＭ堆積量とＰＭセンサ５５の出力値との推移を示す図である。図３中（ａ）の横軸は、センサ再生処理終了時からの経過時間を示し、図３中（ａ）の縦軸は、ＰＭセンサ５５のＰＭ堆積量を示す。一方、図３中（ｂ）の横軸は、センサ再生処理終了時からの経過時間を示し、図３中（ｂ）の縦軸は、ＰＭセンサ５５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５５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５５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。
【００５４】
図３において、センサ再生処理の終了直後は、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５５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５５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５５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５５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。
【００５５】
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５５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５５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。
【００５６】
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５５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（基準診断処理）を行うことが可能になる。
【００５７】
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、センサ再生処理が終了した時点からＰＭセンサ５５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、センサ再生処理が終了したときに、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５５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（たとえば、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５５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５５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５５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。
【００５８】
なお、ＰＭセンサ５５の初期公差等により、該ＰＭセンサ５５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５５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。たとえば、前記所定の閾値Ｔｒは、ＰＭセンサ５５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。
【００５９】
ここで、前記推定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５５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５５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５５３の温度との差に相関する。
【００６０】
図４は、パティキュレートフィルタから流出する排気の流速と単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量との関係を示す図である。図４中の横軸は、排気の流速を示し、図４中の縦軸は、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量（単位時間あたりのＰＭ堆積量）を示す。図４に示すように、排気の流速が小さくなるほど、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量が多くなる。
【００６１】
図５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濃度と単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量との関係を示す図である。図５中の横軸は、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濃度を示し、図５中の縦軸は、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量（単位時間あたりのＰＭ堆積量）を示す。図５に示すように、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、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量が多くなる。
【００６２】
図６は、パティキュレートフィルタから流出する排気の温度からセンサ素子５５３の温度を減算した値と単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量との関係を示す図
である。図６中の横軸は、パティキュレートフィルタから流出する排気の温度からセンサ素子５５３の温度を減算した値（温度差）を示し、図６中の縦軸は、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量（単位時間あたりのＰＭ堆積量）を示す。図６に示すように、前記温度差が大きくなるほど（センサ素子５５３の温度に比して排気温度が高くなるほど）、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量が多くなる。
【００６３】
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５４の出力値）とセンサ素子５５３の温度（ヒータ５５５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５５に堆積するＰＭの量を推定することができる。
【００６４】
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の出力値に基づいて、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から流出する排気のＰＭ濃度は、たとえば、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５５の電極５５１、５５２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。
【００６５】
内燃機関１から単位時間あたりに排出される煤の量は、たとえば、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。たとえば、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。なお、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。
【００６６】
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、センサ再生処理終了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５５の出力値が小さくなるという知見を得た。
【００６７】
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センサ再生処理終了後におけ
るＰＭ堆積量とＰＭセンサ５５の出力値との推移を図７に示す。図７中（ａ）の横軸は、センサ再生処理終了時からの経過時間を示し、図７中（ａ）の縦軸は、ＰＭセンサ５５のＰＭ堆積量を示す。一方、図７中（ｂ）の横軸は、センサ再生処理終了時からの経過時間を示し、図７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５５の出力値を示す。また、図７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５５の出力値を示し、図７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５５の出力値を示す。なお、図７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。
【００６８】
図７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５５の出力開始タイミング（図７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５５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５５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５５の出力値は、筒内リッチ制御が実行されない場合（図７中（ｂ）のＣｐｍ１）より実行された場合（図７中（ｂ）のＣｐｍ２）の方が小さくなる。
【００６９】
図７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５５の電極５５１、５５２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５５の電極５５１、５５２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５５の電極５５１、５５２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５５１、５５２間の電気抵抗が大きくなり、それに伴ってＰＭセンサ５５の出力値が小さくなると推測される。つまり、前記電極５５１、５５２間にＳＯＦを含むＰＭが堆積している場合は、該電極５５１、５５２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。
【００７０】
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５５の電極５５１、５５２間にＳＯＦが堆積するため、図７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５５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。
【００７１】
本実施例では、上記したＳＯＦの堆積に起因した誤診断を回避するため、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行された場合は、前記基準診断処理を実行しないようにした。ここでいう「基準診断処理を実行しない」とは、ＰＭセンサ５５のＰＭ堆積量を推定する処理を中止する態様や、前記読込タイミングｔｓにおけるＰＭセンサ５５の出力値と前記所定の閾値Ｔｒとの比較を行わない態様等を含む。
【００７２】
上記したように、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行された場合に、故障診断が行われなくなると、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、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。
【００７３】
以下では、本実施例における故障診断処理の実行手順について図８に沿って説明する。
図８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、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了したときにＥＣＵ６によって実行される。なお、図８の処理ルーチンは、ＰＭセンサ５５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。
【００７４】
図８の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ１０１の処理において、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行されているか否かを判別する。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４−Ｓ１１０の処理において基準診断処理を実行する。先ず、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理において、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、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭの量（図８中のＡｓｐｍ）を推定する。具体的には、ＥＣＵ６は、前述したように、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、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５５３の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５５に堆積するＰＭの量Ａｓｐｍを演算する。
【００７５】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ５５の推定ＰＭ堆積量（図８中のΣＡｓｐｍ）を演算する。ここでいう推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍ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において、センサ再生処理の終了時から現時点までにＰＭセンサ５５に堆積したと推定されるＰＭの総量であり、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＰＭ量Ａｓｐｍを積算したものである。よって、Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０４の処理で算出されたＰＭ量Ａｓｐｍを推定ＰＭ堆積量の前回値ΣＡｓｐｍｏｌｄに加算することで、センサ再生処理の終了時から現時点までにＰＭセンサ５５に堆積したと推定されるＰＭの総量ΣＡｓｐｍを演算する。なお、前記した前回値ΣＡｓｐｍｏｌｄの初期値は零である。
【００７６】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０５の処理で算出された推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍが所定堆積量（図８中のＰａｓｐｍ）以上であるか否かを判別する。ここでいう所定堆積量Ｐａｓｐｍは、前述したように、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と仮定した場合において、ＰＭセンサ５５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堆積量である。
【００７７】
前記Ｓ１０６の処理において否定判定された場合（ΣＡｓｐｍ＜Ｐａｓｐｍ）は、センサ再生処理の終了時から前記所定期間が経過していないことになるため、ＥＣＵ６は、Ｓ１０１の処理へ戻る。一方、前記Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合（ΣＡｓｐｍ≧Ｐａｓｐｍ）は、センサ再生処理終了から前記所定期間が経過したことになるため、ＥＣＵ６は、Ｓ１０７の処理へ進み、ＰＭセンサ５５の出力値（図８中のＣｐｍ）を読み込む。
【００７８】
前記Ｓ１０７の処理で読み込まれたＰＭセンサ５５の出力値Ｃｐｍは、センサ再生処理の終了時から前記所定期間が経過したときのＰＭセンサ５５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５５の出力値に相当する。そこで、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８の処理において、前記Ｓ１０７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。
【００７９】
前記Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合（Ｃｐｍ＜Ｔｒ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０９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）と診断する。一方、前記Ｓ１０８の処理において否定判定された場合（Ｃｐｍ≧Ｔｒ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１１０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診断する。
【００８０】
なお、ＥＣＵ６がＳ１０４−Ｓ１１０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。
【００８１】
また、前記Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合（筒内リッチ制御が実行された場合）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理へ進み、推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍの演算を中止し、前記基準診断処理が実行されないようにする。なお、前述したように、推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍの演算を中止せずに、前記読込タイミングｔｓにおけるＰＭセンサ５５の出力値Ｃｐｍと前記所定の閾値Ｔｒとの比較を行わないようにしてもよい。このように、前記所定期間中に前記筒内リッチ制御が実行されることによって前記基準診断処理が実行されない場合は、次回のセンサ再生処理が終了するまで基準診断処理の実行が持ち越されてもよく、又は、筒内リッチ制御の終了後に直ちにセンサ再生処理をやり直すことで、基準診断処理が実行されてもよい。
【００８２】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理、前記Ｓ１０９の処理、又は前記Ｓ１１０の処理を実行した後に、Ｓ１０３の処理へ進み、推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍ及び推定ＰＭ堆積量の前回値ΣＡｓｐｍｏｌｄを零にリセットする。そして、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。
【００８３】
このように、ＥＣＵ６が図８に示した処理ルーチンを実行することにより、本願の第一の発明に係わる「制御手段」が実現される。よって、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行された場合は、パティキュレートフィルタの故障診断（基準診断処理）が行われないため、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。その結果、筒内リッチ制御に起因する故障診断精度の低下を抑制することができる。
【００８４】
なお、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、前記所定期間が経過したときのＰＭセンサ５５の出力値が小さくなるという知見に加え、前記所定期間中に添加制御が実行された場合と実行されない場合とでは、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５５の出力値が同等になるという知見も得た。
【００８５】
よって、前記所定期間中に添加制御によるリッチスパイク処理が実行された場合は、前記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ない場合と同様に、パティキュレートフィルタの故障診断（基準診断処理）を実行してもよい。その場合は、リッチスパイク処理が実行されない場合と同様に、パティキュレートフィルタの故障診断を正確に行うことができる。
【００８６】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図９乃至図１１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。
【００８７】
前述した第１の実施例では、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過するまでの間に、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行された場合は、基準診断処理を実行しないことで、パティキュレートフィルタの故障診断を行わない例について述べた。これに対し、本実施例では、前記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た場合に、前記基準診断処理を実行しない代わりに補正診断処理を行うことで、パティキュレートフィルタの故障診断を行う例について述べる。
【００８８】
ここでいう補正診断処理は、前記所定期間を補正し、補正後の所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサ５５の出力値と前記閾値とを比較することで、パティキュレートフィルタの故障診断を行う処理である。
【００８９】
前述の図７の説明で述べたように、前記出力開始タイミング以降におけるＰＭセンサ５５の出力値は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されない場合より実行された場合の方が小さくなる。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において、前記出力開始タイミング以降のＰＭセンサ５５の出力値が前記所定の閾値Ｔｒ以上となるまでに要する期間は、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行されない場合より実行された場合の方が長くなる。
【００９０】
そこで、本実施例では、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、前記所定期間を長くする補正を行い、補正後の所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサ５５の出力値と前記所定の閾値Ｔｒとを比較することで、パティキュレートフィルタの故障診断（補正診断処理）を行う。
【００９１】
なお、前記所定期間は、前述の第１の実施例で述べたように、センサ再生処理終了時から前記推定ＰＭ堆積量が前記所定堆積量と等しくなるまでに要する期間である。そのため、前記所定堆積量を補正することで、前記所定期間を補正することができる。たとえば、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は、筒内リッチ制御が実行されていない場合の所定堆積量に所定の補正値を加算すればよい。
【００９２】
ここでいう所定の補正値は、筒内リッチ制御が実行された際にＰＭセンサ５５に堆積したＳＯＦの量（以下、「ＳＯＦ堆積量」と称する）に応じて決定される値であり、たとえば、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量が多くなるほど大きな値に設定される値である。なお、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量と前記補正値との関係は、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。
【００９３】
前記所定堆積量の補正は、筒内リッチ制御の実行時において、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＳＯＦの量に基づいて行われてもよい。筒内リッチ制御の実行時において単位時間あたりにＰＭセンサ５５に付着又は堆積するＳＯＦ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、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ＳＯＦ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５５３の温度との差に相関する。
【００９４】
たとえば、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に付着又は堆積するＳＯＦ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が少なくなるほど、多くなる。また、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に付着又は堆積するＳＯＦ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ＳＯＦ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５５に付着又は堆積するＳＯＦの量は、センサ素子５５３の温度に比して排気温度が高くなるほど、多くなる。
【００９５】
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ＳＯＦ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５４の出力値）とセンサ素子５５３の温度（ヒータ５５５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、筒内リッチ制御の実行時において単位時間あたりにＰＭセンサ５５に付着又は堆積するＳＯＦの量を推定することができる。
【００９６】
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の出力値に基づいて、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から流出する排気のＳＯＦ濃度は、たとえば、内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＳＯＦ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ＳＯＦ量に対してパティキュレートフィルタから流出するＳＯＦ量の比率（以下、「ＳＯＦ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演算することができる。
【００９７】
その際、内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＳＯＦの量は、内燃機関１から排出される排気の単位量あたりに含まれるＳＯＦの量と、単位時間あたりに内燃機関１から排出される排気の流量と、に相関する。たとえば、内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＳＯＦの量は、内燃機関１から排出される排気の単位量あたりに含まれるＳＯＦの量が多くなるほど、且つ、単位時間あたりの排気の流量が多くなるほど、多くなる。なお、内燃機関１から排出される排気の単位量あたりに含まれるＳＯＦの量は、気筒２内で燃焼に供される混合気の空燃比に相関する。
【００９８】
図９は、気筒２内で燃焼に供される混合気の空燃比と内燃機関１から排出される排気の単位量あたりに含まれるＳＯＦの量との関係を示す図である。図９中の横軸は、気筒２内で燃焼に供される混合気の空燃比（混合気の空燃比）を示し、図９中の縦軸は、単位量あたりの排気に含まれるＳＯＦの量（単位量あたりの排気に含まれるＳＯＦ量）を示す。図９に示すように、単位量あたりの排気に含まれるＳＯＦの量は、混合気の空燃比が低くなるほど、多くなる。
【００９９】
故障状態のパティキュレートフィルタのＳＯＦ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（ＰＭ捕集量）、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。たとえば、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多くなるほど、ＳＯＦ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、ＳＯＦ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ＳＯＦすり抜け率を求めることができる。
【０１００】
ところで、ＰＭセンサ５５より上流に酸化能を有する触媒が配置されている場合は、該触媒によって排気中に含まれるＳＯＦの一部が酸化される可能性がある。たとえば、前述の図１に示したような構成においては、触媒ケーシング５０に収容されたＮＳＲ触媒の酸化能により、排気中に含まれるＳＯＦの一部が酸化される可能性がある。
【０１０１】
ここで、ＮＳＲ触媒の温度と、ＮＳＲ触媒のＳＯＦ浄化率（ＮＳＲ触媒へ流入するＳＯＦ量に対してＮＳＲ触媒によって酸化されるＳＯＦ量の割合）と、の関係を図１０に示す。図１０中の横軸は、ＮＳＲ触媒の温度を示し、図１０中の縦軸は、ＮＳＲ触媒のＳＯＦ浄化率を示す。図１０に示すように、ＮＳＲ触媒の温度が該ＮＳＲ触媒の酸化能が活性し始める温度である活性温度（図１０中のｔｅｍｐ１）より低いときは、ＳＯＦ浄化率が零となる。ＮＳＲ触媒の温度が前記活性温度ｔｅｍｐ１以上になると、該ＮＳＲ触媒の温度が高くなるほど、ＳＯＦ浄化率が大きくなる。そして、ＮＳＲ触媒の温度が前記活性温度ｔｅｍｐ１より高い所定温度（図１０中のｔｅｍｐ２）以上になると、ＳＯＦ浄化率が一定値に収束する。よって、筒内リッチ制御の実行時に単位時間あたりにＰＭセンサ５５に付着又は堆積するＳＯＦの量は、ＮＳＲ触媒の温度によって補正されればよい。
【０１０２】
上記したように、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量に応じて前記所定堆積量が補正されると、筒内リッチ制御が実行された場合の所定期間は、筒内リッチ制御が実行されない場合の所定期間よりに比して、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量に応じた分だけ長い期間に補正される。それに伴い、筒内リッチ制御が実行された場合の読込タイミングは、筒内リッチ制御が実行されない場合の読込タイミングに比して、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量に応じた分だけより遅い時期に補正されることになる。よって、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は、補正後の読込タイミングにおけるＰＭセンサ５５の出力値が前記所定の閾値Ｔｒを下回り難くなる。そのため、補正後の読込タイミングにおけるＰＭセンサ５５の出力値と前記所定の閾値Ｔｒとを比較する方法により、パティキュレートフィルタの故障診断（補正診断処理）が行われれば、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合であっても、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可能となる。
【０１０３】
ここで、本実施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。図１１の処理ルーチンは、前述した図８の処理ルーチンと同様に、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了したときにＥＣＵ６によって実行される。なお、図１１の処理ルーチンにおいて、前述の図８の処理ルーチンと同様の処理には同等の符号を付している。
【０１０４】
図１１の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合に、Ｓ２０１の処理へ進み、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＳＯＦの量Ａｓｓｏｆを演算する。
【０１０５】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理を実行した後にＳ２０２の処理へ進み、前記Ｓ２０１の処理で求められたＳＯＦ量Ａｓｓｏｆに基づいて、所定堆積量Ｐａｓｐｍを補正する。具体的には、ＥＣＵ６は、ＳＯＦ堆積量と補正値との相関に基づくマップ又は演算モデルを用いて、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＳＯＦ量Ａｓｓｏｆに対応した補正値を算出する。そして、ＥＣＵ６は、その補正値を所定堆積量Ｐａｓｐｍに加算することで、所定堆積量Ｐａｓｐｍを補正する。
【０１０６】
ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０２の処理を実行した後に、Ｓ１０４−Ｓ１１０の処理を実行する。その場合、Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０２の処理で補正された所定堆積量Ｐａｓｐｍと推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍとを比較するものとする。そして、Ｓ１０６の処理において否定判定された場合（ΣＡｓｐｍ＜Ｐａｓｐｍ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０１の処理へ戻る。一方、Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合（ΣＡｓｐｍ≧Ｐａｓｐｍ）は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０７−Ｓ１１０の処理を実行することで、パティキュレートフィルタの異常を診断する（補正診断処理）。
【０１０７】
また、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過するまでの間に、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行されない場合は、前記Ｓ１０１の処理において否定判定されることになる。その場合、ＥＣＵ６は、Ｓ２０１及びＳ２０２の処理をスキップして、Ｓ１０４以降の処理へ進む。そして、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理において、補正されていない所定堆積量Ｐａｓｐｍと推定ＰＭ堆積量ΣＡｓｐｍとを比較することになる。Ｓ１０６の処理において肯定判定されると、ＥＣＵ６は、Ｓ１０７−Ｓ１１０の処理を実行することで、パティキュレートフィルタの異常を診断する（基準診断処理）。
【０１０８】
このように、ＥＣＵ６が図１１に示した処理ルーチンに従ってパティキュレートフィル
タの故障診断を行うと、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合であっても、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。
【０１０９】
なお、前記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ずに、添加制御によるリッチスパイク制御が実行された場合は、ＥＣＵ６は、前記所定期間（所定堆積量）を補正せずに、基準診断処理を実行することで、パティキュレートフィルタの故障診断を行えばよい。
【０１１０】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図１２に基づいて説明する。ここでは、前述した第２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。
【０１１１】
前述した第２の実施例では、前記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た場合に、前記所定期間を補正し、補正後の所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサ５５の出力値と前記閾値とを比較することで、補正診断処理を行う例について述べた。これに対し、本実施例では、前記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た場合に、前記所定の閾値を補正し、前記所定期間が経過した時点におけるＰＭセンサ５５の出力値と補正後の閾値とを比較することで、補正診断処理を行う例について述べる。
【０１１２】
前述の図７の説明で述べたように、前記読込タイミングｔｓ（図７中のｔｓ）におけるＰＭセンサ５５の出力値は、筒内リッチ制御が実行されない場合（図７中のＣｐｍ１）より実行された場合（図７中のＣｐｍ２）の方が小さくなる。
【０１１３】
そこで、本実施例では、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、前記閾値を小さくする補正を行い、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５５の出力値と補正後の閾値とを比較することで、パティキュレートフィルタの故障診断を行うようにした。
【０１１４】
前記所定の閾値を補正する方法としては、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は、筒内リッチ制御が実行されていない場合の所定の閾値から所定の補正値を減算すればよい。ここでいう所定の補正値は、筒内リッチ制御が実行された際にＰＭセンサ５５に堆積したＳＯＦの量（ＳＯＦ堆積量）に応じて決定される値であり、たとえば、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量が多くなるほど大きな値に設定される値である。なお、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量と前記補正値との関係は、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。
【０１１５】
前記所定堆積量の補正は、筒内リッチ制御の実行時において、単位時間あたりにＰＭセンサ５５に堆積するＳＯＦの量に基づいて行われてもよい。筒内リッチ制御の実行時において単位時間あたりにＰＭセンサ５５に付着又は堆積するＳＯＦの量は、前述した第２の実施例と同様の方法によって求めることができる。
【０１１６】
上記したように、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量に応じて前記所定の閾値が補正されると、筒内リッチ制御が実行された場合の所定の閾値は、筒内リッチ制御が実行されない場合の所定の閾値に比して、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量に応じた分だけ小さな値になる。よって、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は、前記基準診断処理と同じ読込タイミングにおけるＰＭセンサ５５の出力値は、補正後の所定の閾値以上を示すことになる。その結果、前記所定期間中に筒内リッチ制御が実行された場合であっても、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可能となる。
【０１１７】
次に、本実施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。図１２の処理ルーチンは、前述した図１１の処理ルーチンと同様に、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了したときにＥＣＵ６によって実行される。なお、図１２の処理ルーチンにおいて、前述の図１１の処理ルーチンと同様の処理には同等の符号を付している。
【０１１８】
前述した図１１の処理ルーチンと図１２の処理ルーチンとの差異は、Ｓ２０１の処理が実行された後に、Ｓ２０２の代わりにＳ３０１の処理が実行される点にある。Ｓ３０１の処理では、ＥＣＵ６は、Ｓ２０１の処理で求められたＳＯＦ量Ａｓｓｏｆに基づいて所定の閾値Ｔｒを補正する。具体的には、ＥＣＵ６は、Ｓ２０１の処理で求められたＳＯＦ量Ａｓｓｏｆをパラメータとして補正値を演算し、その補正値を所定の閾値Ｔｒから減算することで、所定の閾値Ｔｒを補正する。その場合、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８の処理において、Ｓ１０７の処理で読み込まれた出力値ＣｐｍとＳ３０１の処理で補正された所定の閾値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異常を診断する（補正診断処理診断処理）。
【０１１９】
また、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過するまでの間に、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行されない場合は、前記Ｓ１０１の処理において否定判定されることになる。その場合、ＥＣＵ６は、Ｓ２０１及びＳ３０１の処理をスキップして、Ｓ１０４以降の処理へ進む。そして、ＥＣＵ６は、Ｓ１０８の処理において、補正されていない所定の閾値ＴｒとＳ１０７の処理で読み込まれた出力値Ｃｐｍとを比較することで、パティキュレートフィルタの異常を診断する（基準診断処理）。
【０１２０】
このように、ＥＣＵ６が図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を行うことにより、前述した第２の実施例と同様に、前記所定期間に筒内リッチ制御が実行された場合であっても、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。
【０１２１】
なお、本実施例では、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量に応じて所定の閾値Ｔｒを補正する例について説明したが、所定の閾値Ｔｒの代わりに前記所定の時期（読込タイミング）ｔｓにおけるＰＭセンサ５５の出力値Ｃｐｍを補正してもよい。その場合、ＰＭセンサ５５のＳＯＦ堆積量が多くなるほど大きな値に設定される補正値を、ＰＭセンサ５５の出力値Ｃｐｍに加算し、加算後の出力値Ｃｐｍと所定の閾値Ｔｒとを比較してパティキュレートフィルタの故障診断を行えばよい。
【０１２２】
また、前記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ずに、添加制御によるリッチスパイク制御が実行された場合は、ＥＣＵ６は、前記所定の閾値Ｔｒ又は前記出力値Ｃｐｍを補正せずに、前記基準診断処理を実行することで、前記パティキュレートフィルタの故障診断を行えばよい。
【０１２３】
＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図１３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。
【０１２４】
前述した第１の実施例では、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が終了した時点から所定期間が経過するまでの間に、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理が実行された場合は、前記基準診断処理を実行しないことで、パティキュレートフィルタの故障診断を行わない例について述べた。これに対し、本実施例では、ＰＭセンサ５５のセンサ再生処理が
終了した時点から所定期間が経過するまでの間は、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理の実行を禁止しつつ、前記基準診断処理を実行することで、パティキュレートフィルタの故障診断を行う例について述べる。
【０１２５】
前述したように、前記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、診断精度の低下を招く可能性がある。これに対し、前記所定期間中において、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理の実行が禁止されると、前記基準診断処理を実行することで、パティキュレートフィルタの故障診断を精度よく行うことが可能になる。
【０１２６】
ところで、前記所定期間中におけるリッチスパイク処理の実行が禁止されると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを浄化することができず、又はＮＳＲ触媒においてＮＨ３を生成することができない等の不具合が生じる可能性がある。そこで、本実施例では、前記所定期間中において、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理の実行については禁止するが、添加制御によるリッチスパイク制御の実行については禁止しないものとする。よって、前記所定期間中にリッチスパイク処理を実行する必要が生じた場合は、ＥＣＵ６は、添加制御によるリッチスパイク処理を実行することで、診断精度の低下を抑制しつつ、リッチスパイク処理を実行すればよい。
【０１２７】
以下、本実施例におけるリッチスパイク処理の実行可否を決定する手順について図１３に沿って説明する。図１３は、ＥＣＵ６がリッチスパイク処理の実行可否を決定する際に実行され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の運転中に所定の周期で繰り返し実行される処理ルーチンである。
【０１２８】
図１３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ４０１の処理において、リッチスパイク処理実行条件が成立しているか否かを判別する。ここでいうリッチスパイク処理実行条件は、たとえば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が予め定められた量以上である、ＮＳＲ触媒より下流に配置されたＳＣＲ触媒にＮＨ３吸着量が予め定められた量未満である、等の条件である。
【０１２９】
前記Ｓ４０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ４０２の処理へ進み、前記所定期間中であるか否かを判別する。Ｓ４０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ４０３の処理へ進み、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理の実行を禁止する。その際、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理の実行については禁止するが、添加制御によるリッチスパイク処理の実行については許可するものとする。よって、ＥＣＵ６は、前記所定期間中にリッチスパイク処理実行条件が成立した場合は、添加制御によるリッチスパイク処理を実行すればよい。一方、前記Ｓ４０１の処理又は前記Ｓ４０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御によるリッチスパイク処理の実行を禁止せずに、本処理ルーチンの実行を終了する。その場合、ＥＣＵ６は、筒内リッチ制御又は添加制御の少なくとも一方によるリッチスパイク処理を実行すればよい。
【０１３０】
このようにＥＣＵ６が図１３の処理ルーチンを実行することにより、本願の第二の発明に係わる「リッチスパイク制御手段」が実現される。よって、診断精度の低下を抑制しつつ、リッチスパイク処理を実行することが可能になる。
【符号の説明】
【０１３１】
１     内燃機関
３     燃料噴射弁
５     排気管
５０   触媒ケーシング
５１   フィルタケーシング
５２   燃料添加弁
５３   空燃比センサ
５４   排気温度センサ
５５   ＰＭセンサ
５５０ 絶縁体
５５１ 電極
５５２ ５５２
５５３ センサ素子
５５４ 電流計
５５５ ヒータ
５５６ カバー
５５７ 貫通孔
【図１】
2016037947.tif 000003
【図２】
2016037947.tif 000004
【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】
2016037947.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2016037947.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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