(57)【要約】【課題】ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量を計測してＤＰＦの故障を検出する排気浄化装置において、精度よくＤＰＦの故障を検出できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】ＤＰＦに流入するＰＭ量を増加させる処理（Ｓ３０）を実行した後に、ＤＰＦの下流に設置されたスートセンサによってＤＰＦをすり抜けたスート（煤）の量を計測し（Ｓ４０）、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の推定値（Ｓ５０）に基づいて故障検出のための閾値を算出（Ｓ６０）したうえで、スートセンサ計測値と閾値との大小を判定し（Ｓ７０）、スートセンサ計測値が閾値以上ならばＤＰＦは故障していると判定する（Ｓ８０）。また前回の故障判定時点からの経過時間または走行距離が所定値を越えた場合にも故障検出へ進む（Ｓ２０）ことによって、ＤＰＦ故障検出の空白期間が長くなりすぎることを回避する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されて粒子状物質を捕集する捕集器と、
その捕集器よりも排気通路の下流に配置されて粒子状物質の煤の量を計測するセンサと、
前記捕集器に流入する粒子状物質を増加させる制御手段と、
その制御手段によって前記捕集器に流入する粒子状物質を増加させて、前記センサによる前記煤の量の計測値から前記捕集器が故障しているか否かを判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記捕集器に流入する排気流量を増加させる第１の増加手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関から排出されるスモークを増加させる第２の増加手段を備えた請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気通路から吸気通路へ排気を還流される排気還流通路と、
その排気還流通路に備えられた排気還流弁と、
前記吸気通路に備えられた吸気弁とを備え、
前記第１の増加手段は、前記排気還流弁の開度を下げ、前記吸気弁の開度を上げる開度調節手段を備えた請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第２の増加手段は、前記内燃機関における燃料噴射圧、燃料噴射量、燃料噴射時期のうち少なくとも１つを調節する噴射調節手段を備えた請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記捕集器における粒子状物質の堆積量を推定する推定手段を備え、
前記判別手段は、前記推定手段による前記堆積量の推定値が所定堆積量より小さい場合に前記捕集器が故障しているか否かを判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記判別手段は、前記センサによる前記煤の量の計測値が閾値よりも大きいと前記捕集器は故障していると判別し、
前記捕集器における粒子状物質の堆積量により前記閾値を設定する閾値設定手段を備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記判別手段による前回の故障の判別の時点からの経過時間または／および走行距離が所定値を越えないうちに、前記判別手段による次の故障の判別を実行させる判別実行手段を備えた請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の除去が重要である。この目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が装備されることが多い。
【０００３】
ＤＰＦがＰＭを捕集することにより排気中のＰＭは大部分が除去される。しかしＤＰＦ内にＰＭが堆積し続ける一方では、ＤＰＦは目詰まりを起こしてしまうので、ＰＭの堆積量がある程度以上となったら堆積されたＰＭをポスト噴射などの手法により燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する。ＤＰＦは長期に使用し続けることにより、故障する可能性がある。故障としては、再生中に過昇温することによる破損や溶損などが含まれる。
【０００４】
ＤＰＦが故障すると、ＰＭがＤＰＦをすり抜けてエミッションが悪化してしまうので、ＤＰＦの故障を検出する技術が必要となる。例えば下記特許文献１には、ＤＰＦの故障を、ＤＰＦの下流に装備されたスートセンサで計測されたスート量によって検出する技術が開示されている。ＤＰＦが故障すると、故障していない場合と比べてＤＰＦをすり抜けるＰＭ量が増加するので、ＤＰＦ下流のスートセンサの計測値により故障を検出している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１５２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、ＤＰＦ内のＰＭ堆積量が少ない場合にはＤＰＦの故障検出を実行しないこととしている。その理由は、ＰＭ堆積量が少ない状況ではそもそもＤＰＦのＰＭ捕集率が低いので、故障によりすり抜けたＰＭか、故障していなくてもすり抜けたＰＭかの判別が困難であるからだとされている。
【０００７】
しかし、同文献の考え方にはいくつかの問題点が指摘できる。まず上述のとおり同文献ではＰＭ堆積量が多い場合にＤＰＦ故障検出を行っているが、ＰＭ堆積量が多い場合はＰＭ捕集率が高いのでＤＰＦをすり抜けるＰＭ量が小さい。したがってスートセンサの計測値が微小となるが、スートセンサの計測値が微小な場合、計測値における誤差の比重が高いので、精度よくＤＰＦの故障を検出できない可能性がある。
【０００８】
またＰＭ堆積量が大きい場合には、ＤＰＦが故障していても、堆積したＰＭが新たに流入してくるＰＭを捕集する場合がある。したがってＤＰＦの故障の影響が下流のスートセンサの計測値に表れにくい可能性がある。一方、ＰＭ堆積量が小さい場合は堆積したＰＭによるＰＭ捕集の可能性が小さいので、ＤＰＦの故障の影響が下流のスートセンサの計測値に鋭敏に反映されると考えられる。つまり上記特許文献１とは逆に、ＤＰＦの故障を検出するにはＰＭ堆積量が小さい場合の方が適しているとの考え方が成立する。
【０００９】
また上述のとおり特許文献１ではＤＰＦの故障検出をＰＭ堆積量が多い場合におこなっているので、ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量は少なく、スートセンサの計測値は微小となる可能性がある。したがってスートセンサの感度が高くないと精度よくＤＰＦの故障検出が行えない。ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量が少なくてスートセンサによって検出されにくいような場合には、ＤＰＦに流入するＰＭ量を意図的に増加させることが考えられるが、特許文献１では、こうした対処法は考慮されていない。
【００１０】
さらに特許文献１のようにＰＭ堆積量が小さい場合はＤＰＦの故障検出を行わないとすると、当然ＤＰＦの故障検出を行わない期間が生じる。しかしＤＰＦの故障を迅速に検出するためには、ＤＰＦの故障検出の空白期間が長くなりすぎることを回避するのが望ましい。
【００１１】
以上の理由から、特許文献１とは異なり、ＰＭ堆積量が小さいときに（あるいは任意のＰＭ堆積量に対して）ＤＰＦの故障検出を行うことが望まれる。さらにスートセンサの感度によらずに精度よくＤＰＦの故障検出が行えるようにするために、ＤＰＦに流入するＰＭ量を意図的に増加させることや、ＤＰＦの故障検出の長すぎる空白期間を回避することも望まれる。
【００１２】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量を計測してＤＰＦの故障を検出する排気浄化装置において、ＰＭ堆積量が小さいときに（あるいは任意のＰＭ堆積量に対して）ＤＰＦの故障検出を行うこと、ＤＰＦに流入するＰＭ量を意図的に増加させること、ＤＰＦの故障検出の長すぎる空白期間を回避することなどにより、精度よくかつ迅速にＤＰＦの故障を検出できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１３】
上記課題を達成するために、第１の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置されて粒子状物質を捕集する捕集器と、その捕集器よりも排気通路の下流に配置されて粒子状物質の煤の量を計測するセンサと、前記捕集器に流入する粒子状物質を増加させる制御手段と、その制御手段によって前記捕集器に流入する粒子状物質を増加させて、前記センサによる前記煤の量の計測値から前記捕集器が故障しているか否かを判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
これにより第１の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、排気通路に配置されて粒子状物質を捕集する捕集器の故障を判別する際に、捕集器に流入する粒子状物質を増加させて、捕集器をすり抜けた粒子状物質の煤の量を計測して捕集器の故障を判別するので、意図的に増加された粒子状物質によりすり抜ける煤の量も増加し、センサの計測値が微小となることが回避されて、センサの計測値の信頼性が向上する。したがって信頼性の高いセンサの計測値を用いて精度よく捕集器の故障が判別できる。
【００１５】
また前記制御手段は、前記捕集器に流入する排気流量を増加させる第１の増加手段を備えるとしてもよい。
【００１６】
これにより捕集器に流入する排気流量を増加させることによって、捕集器に流入する粒子状物質を増加させることができるので、すり抜ける煤の量も増加し、センサの計測値が微小となることが回避されて、センサの計測値の信頼性が向上する。したがって排気流量を増加させることによって、信頼性の高いセンサの計測値を得て、これにより精度よく捕集器の故障が判別できる。
【００１７】
また前記制御手段は、前記内燃機関から排出されるスモークを増加させる第２の増加手段を備えたとしてもよい。
【００１８】
これにより内燃機関から排出されるスモークを増加させることによって、捕集器に流入する粒子状物質を増加させることができるので、すり抜ける煤の量も増加し、センサの計測値が微小となることが回避されて、センサの計測値の信頼性が向上する。したがって排出されるスモーク量を増加させることによって、信頼性の高いセンサの計測値を得て、これにより精度よく捕集器の故障が判別できる。
【００１９】
また前記排気通路から吸気通路へ排気を還流される排気還流通路と、その排気還流通路に備えられた排気還流弁と、前記吸気通路に備えられた吸気弁とを備え、前記第１の増加手段は、前記排気還流弁の開度を下げ、前記吸気弁の開度を上げる開度調節手段を備えたとしてもよい。
【００２０】
これにより、排気還流弁の開度を下げ、吸気弁の開度を上げることで確実に捕集器に流入する排気流量を増加させることができる。したがって排気流量が増加されたことにより捕集器に流入する粒子状物質を増加させることができるので、すり抜ける煤の量も増加し、センサの計測値が微小となることが回避されて、センサの計測値の信頼性が向上するので、信頼性の高いセンサの計測値を用いて精度よく捕集器の故障が判別できる。
【００２１】
また前記第２の増加手段は、前記内燃機関における燃料噴射圧、燃料噴射量、燃料噴射時期のうち少なくとも１つを調節する噴射調節手段を備えたとしてもよい。
【００２２】
これにより、内燃機関における燃料噴射圧、燃料噴射量、燃料噴射時期のうち少なくとも１つを調節することによって、確実に内燃機関から排出されるスモークを増加させることができる。したがって内燃機関から排出されるスモークを増加させることによって、捕集器に流入する粒子状物質を増加させることができるので、すり抜ける煤の量も増加し、センサの計測値が微小となることが回避される。よって信頼性の高いセンサの計測値によって精度よく捕集器の故障が判別できる。
【００２３】
また第２の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記捕集器における粒子状物質の堆積量を推定する推定手段を備え、前記判別手段は、前記推定手段による前記堆積量の推定値が所定堆積量より小さい場合に前記捕集器が故障しているか否かを判別することを特徴とする。
【００２４】
これにより第２の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、捕集器における粒子状物質の堆積量を推定して、堆積量の推定値が所定堆積量より小さい場合に捕集器が故障しているか否かを判別するので、粒子状物質の堆積量が多い場合に、堆積した粒子状物質が捕集器に新たに流入してくる粒子状物質を捕集してしまうことによって、捕集器が故障しているにも関わらず捕集器をすり抜ける煤の量では捕集器の故障が判別しにくい不具合が回避できる。したがって粒子状物質の堆積量が小さく、捕集器の故障の影響が捕集器をすり抜ける煤の量に顕著に表れる状況を利用して、捕集器の微細な故障も精度よく検出できる。
【００２５】
また前記判別手段は、前記センサによる前記煤の量の計測値が閾値よりも大きいと前記捕集器は故障していると判別し、前記捕集器における粒子状物質の堆積量により前記閾値を補正する補正手段を備えたとしてもよい。
【００２６】
これによりセンサによる煤の量の計測値が閾値よりも大きいと捕集器は故障していると判別するとともに、同閾値を、捕集器における粒子状物質の堆積量により補正するので、捕集器における粒子状物質が多い場合に限らず、少ない堆積量や任意の堆積量に対して捕集器の故障検出を行う場合に対応できる。そして捕集器における粒子状物質の堆積量に応じて適切に調節された閾値によって、精度よく捕集器の故障が検出できる。
【００２７】
また前記判別手段による前回の故障の判別の時点からの経過時間または／および走行距離が所定値を越えないうちに、前記判別手段による次の故障の判別を実行させる判別実行手段を備えたとしてもよい。
【００２８】
これにより捕集器の故障の前回の判別の時点から次の判別の時点までの期間が所定の範囲よりも長すぎないようにされるので、捕集器の故障を行わない空白期間が長すぎて捕集器の故障が迅速に検出できない不具合が回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例１の概略図である。図１に示す排気浄化装置１の例は、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成されており、吸気管３、排気管４、ＥＧＲ管５を備える。エンジン２及び排気浄化装置１は自動車に搭載されているとすればよい。
【００３０】
吸気管３からエンジン２に空気が供給され、排気管５へ排気が排出される。吸気管３にはエアフロメータ３１、吸気スロットル３２が装備されている。エアフロメータ３１によって吸気量が計測される。吸気スロットル３２の開度の増減によって吸気量が調節される。
【００３１】
エンジン２にはインジェクタ２１が装備されてシリンダ内に燃料が供給される。またエンジン２にはエンジン回転数センサ２２が装備されて、エンジン回転数が計測される。
【００３２】
ＥＧＲ管５によって排気管４から吸気管３へ排気を還流する排気ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われる。排気ガス再循環によって、エンジン２における燃焼温度を抑制してＮＯｘの排出量を低減することができる。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５１が装備されて、還流される排気量が調節される。
【００３３】
排気管５の途中にＤＰＦ６が配置されている。ＤＰＦ６の入口側と出口側とにはそれぞれ排気温度センサ６１、６２が配置されて、それぞれの位置における排気温度が計測される。またＤＰＦ６の入口側と出口側における排気圧の差である前後差圧（差圧、ＤＰＦ差圧）を計測する差圧センサ６３も装備されている。
【００３４】
ＤＰＦ６は例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側とを交互に目詰めした構造とすればよい。またＤＰＦ６は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦであるとすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気には粒子状物質（ＰＭ）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ６の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。
【００３５】
ＤＰＦ６に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ６を再生する。ＤＰＦ６の再生のための方法として、例えばインジェクタ２１からメイン噴射後のタイミングでポスト噴射をおこなう。ポスト噴射によってＤＰＦ６に送られた未燃燃料がＤＰＦ６に担持された酸化触媒の作用で昇温してＤＰＦ６に堆積したＰＭを燃焼させる。
【００３６】
また排気管４のＤＰＦ６よりも下流にはスートセンサ６４が装備されている。スートセンサ６４によってＤＰＦ６で捕集されずにＤＰＦ６をすり抜けたＰＭの量が計測される。なおＰＭの量（ＰＭ量）とはＰＭのうちのスート（煤）のみの量（スート量）としてもよい。またＰＭ量、あるいはスート量は排気ガス中におけるＰＭ濃度、あるいはスート濃度としてもよい。
【００３７】
また排気浄化装置１は電子制御装置７（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を備える。ＥＣＵ７はコンピュータの構造を有するとし、各種演算をおこなうＣＰＵやその作業領域のＲＡＭ、各種情報の記憶を行うメモリ７１などを備えるとする。ＥＣＵ７によりインジェクタ２１によるエンジン２への燃料噴射や、吸気スロットル３２、ＥＧＲバルブ５１の開度調節などが制御される。エアフロメータ３１、エンジン回転数センサ２２、排気温度センサ６１、６２、差圧センサ６３、スートセンサ６４の計測値はＥＣＵ７へ送られる。
【００３８】
またＥＣＵ７は、例えば車速を計測する車速センサ８０の情報を得ることにより走行距離を算出する機能も有するとする。ＥＣＵ７はタイマ７２を備えて、経過時間を計測する機能を有するとする。ＥＣＵ７は表示部８１に各種情報を表示して運転者に情報を伝達できるとする。
【００３９】
本実施例１では以上の構成のもとで、ＤＰＦ６の故障検出（故障判定）処理を実行する。ＤＰＦ故障検出処理の処理手順は図２に示されている。以下でこれを説明する。図２の手順がＥＣＵ７によって自動的に処理されるとすればよい。
【００４０】
まず手順Ｓ１０で排気流量、あるいはスモーク濃度が所定値以上であるかどうかを判断する。ここでスモーク濃度とはエンジン２から排出されるスモークの排気ガス中の濃度である。スモークのなかにはＰＭが含まれる。図２ではそれぞれの所定値をＡ１、Ａ２で示している。排気流量、あるいはスモーク濃度が所定値以上の場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ７はＳ４０へ進み、排気流量、およびスモーク濃度がともに所定値未満の場合（Ｓ１０：ＮＯ）はＳ２０へ進む。
【００４１】
なおＳ１０では排気流量、スモーク濃度のどちらか一方が所定値以上の場合にＳ４０へ進むとしてもよい。この場合ＤＰＦ故障検出実行のための条件がより緩やかとなるので、より高い頻度で故障検出を行いたい場合に好適である。またＳ１０では、排気流量、スモーク濃度の両方が所定値以上の場合にＳ４０へ進むとしてもよい。この場合ＤＰＦ故障検出実行のための条件がより厳しくなるので、故障検出に適さない状況での故障検出を回避したい要求が強い場合に好適である。排気流量の算出方法は後述する。エンジン２から排出されるスモーク濃度は、エンジン２の運転条件（負荷、エンジン回転数）によって決まるとみなされる。
【００４２】
予めメモリ７１に、エンジン２の運転条件からスモーク濃度への関数関係（マップ）を記憶しておき、このマップと、運転条件からＥＣＵ７がスモーク濃度を取得すればよい。運転条件のうち負荷は、例えばインジェクタ２１からの燃料噴射量の指令値とすればよい。またエンジン回転数はエンジン回転数センサ２２の計測値とすればよい。
【００４３】
一般に排気流量、スモーク濃度は小さすぎる場合には後述するスートセンサの計測値が小さすぎてＤＰＦ６の故障が精度よく検出できない。Ｓ１０における判断は、これを回避するための手順である。排気流量、スモーク濃度は小さすぎる場合には後述のＳ３０の方へ進み、ＤＰＦ６に流入するＰＭ量を増加させる処理をおこなう。
【００４４】
次にＳ２０では、前回のＤＰＦ６の故障判定処理からの経過時間あるいは走行距離が所定値以上であるかどうかが判断される。図２ではそれぞれの所定値をＡ３、Ａ４で示している。前回のＤＰＦ６の故障判定処理からの経過時間あるいは走行距離が所定値以上の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ７はＳ３０へ進み、所定値未満の場合（Ｓ２０：ＮＯ）は図２の処理を終了する。前回のＤＰＦ６の故障判定処理からの経過時間はタイマ７２によって計測すればよい。前回のＤＰＦ６の故障判定処理からの走行距離は、車速センサ８０の計測値からＥＣＵ７で算出すればよい。
【００４５】
Ｓ２０は、前回の故障検出時からの経過時間や走行距離が所定値以上になっていたら（後述するＳ７０の）故障判定へ必ず進むことを目的とした処理である。したがって図２の処理をある周期ごとに実行するとすれば、前回の故障判定から次の故障判定までの経過時間や走行距離を必ずある所定値以内とすることができる。なおここでの所定値とは、Ａ３やＡ４に上記の周期から定まる値を上乗せした値とすればよい。これにより故障が発生したまま放置してＰＭを車外に排出し続けることなく、故障が発生したら迅速に故障を検出することができる。
【００４６】
なおＳ２０では前回のＤＰＦ６の故障判定処理からの経過時間、走行距離のどちらか一方が所定値以上の場合にＳ３０へ進むとしてもよい。この場合ＤＰＦ故障検出実行のための条件がより緩やかとなるので、故障検出の空白期間を延ばしたくない場合に好適である。またＳ２０では、前回のＤＰＦ６の故障判定処理からの経過時間、走行距離の両方が所定値以上の場合にＳ３０へ進むとしてもよい。この場合ＤＰＦ故障検出実行のための条件がより厳しくなるので、不要な故障検出を回避したい場合に好適である。
【００４７】
次にＳ３０で、ＥＣＵ７はＤＰＦ６に流入するＰＭ量を増加させる処理を実行する。ＤＰＦ６に流入するＰＭ量を増加させる方法は以下のとおりである。まず１つの方法として、ＤＰＦ６に流入する排気流量を増加させる方法がある。なお排気流量は単位時間当たりの排気流量とすればよい。
【００４８】
図４には、ＤＰＦ６に流入する排気流量とＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量との関係が示されている。同図のとおりＤＰＦ６に流入する排気流量が大きくなるほど、より多くのＰＭがＤＰＦ６に捕集されずにＤＰＦ６をすり抜けてしまう傾向がある。したがってこの傾向を利用してＳ３０では、ＤＰＦ６に流入する排気流量を増加させることにより、ＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量を増加させる。ＤＰＦ６に流入する排気流量を増加させる方法は例えば、ＥＧＲバルブ５１の開度を下げ、吸気スロットル３２の開度を上げればよい。
【００４９】
Ｓ３０でＤＰＦ６に流入するＰＭ量を増加させるための別の方法は、エンジン２から排出される排気中のスモーク濃度を増加することである。図５にはＤＰＦ６に流入する排気のスモーク濃度とＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量との関係が示されている。同図のとおりＤＰＦ６に流入する排気中のスモーク濃度が高くなるほど、ＤＰＦ６に流入するＰＭの量が増えるので、ＤＰＦ６をすり抜けてしまうＰＭの量も増加する。
【００５０】
したがってこの傾向を利用してＳ３０では、ＤＰＦ６に流入する排気中のスモーク濃度を増加させることにより、ＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量を増加させてもよい。ＤＰＦ６に流入する排気中のスモーク濃度を増加する方法は例えば、ＥＣＵ７によってインジェクタ２１からの燃料の噴射圧、噴射量、噴射時期をスモーク濃度が増加するように調節することである。どのような噴射圧、噴射量、噴射時期によってスモーク濃度がどのような値となるかを予めマップとしてメモリ７１に記憶させておき、それを用いればよい。Ｓ３０終了後、ＥＣＵ７はＳ４０へ進む。
【００５１】
次にＳ４０でＥＣＵ７はＤＰＦ６をすり抜けたスート量を計測する。これはスートセンサ６４によって計測すればよい。さらにＳ５０でＥＣＵ７はＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量を推定する。ＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量の推定方法は後述する。
【００５２】
次にＳ６０でＥＣＵ７は後述のＳ７０でのＤＰＦ６の故障判定で用いる閾値（故障判定閾値）を算出する。閾値の算出方法は図６に示されている。図６は横軸、縦軸にそれぞれＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量、ＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量を示した図である。図６において実線がＤＰＦ６が故障していない場合のＰＭ堆積量とＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量との関係を示している。
【００５３】
図６の実線は、実際に図１の構成で使用されるＤＰＦ６に対して予め実験などにより求めた実測値とすればよい。図６のとおりＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量が小さいほどＤＰＦ６の捕集率は低く、ＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量が増加する傾向がある。この実線に所定量上乗せした値が破線で示されている。Ｓ６０では、この破線により閾値を算出すればよい。
【００５４】
つまりＳ６０では、図６の破線において、Ｓ５０で求めたＰＭ堆積量を横軸にとったときの縦軸の値を閾値として算出する。図６の破線によって閾値を算出するので、ＰＭ堆積量に応じた適切な閾値が設定できる。図６の特性は予めメモリ７１に記憶しておけばよい。
【００５５】
なお図６は単位時間当たりにＤＰＦ６に流入するＰＭ量、あるいは排気流量が一定とした図であるとすればよい。そして図６を以下のように３次元的に変更してＳ６０で用いてもよい。すなわち、図６の実線を単位時間当たりにＤＰＦ６に流入するＰＭ量あるいは排気流量値とＤＰＦ６内のＰＭ堆積量とからＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量への関数関係（マップ）へと変更する。そして例えば、Ｓ１０と同様に排気流量とスモーク濃度とを求め、この２つから単位時間当たりにＤＰＦ６に流入するＰＭ量を算出する。また上述のとおりＳ５０でＤＰＦ６内のＰＭ堆積量を推定する。これらの数値と上記３次元のマップからＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量を求め、それに所定値分上乗せした値を閾値としてＳ６０で算出する。
【００５６】
なおＤＰＦ６をすり抜けるＰＭ量とは、ＤＰＦ６をすり抜ける排気中のＰＭ濃度を意味するとすればよい。また単位時間当たりにＤＰＦ６に流入するＰＭ量は、例えば基準値を１としたときの指数化された値でもよい。
【００５７】
次にＳ７０でＥＣＵ７はＤＰＦ６が故障しているか否かを判定する。故障の判定では、Ｓ４０で求めたスートセンサ計測値と、Ｓ６０で算出した閾値とを用いる。スートセンサ計測値が閾値以上の場合は（Ｓ７０：ＹＥＳ）、Ｓ８０へ進み、スートセンサ計測値が閾値未満の場合は（Ｓ７０：ＮＯ）、Ｓ９０へ進む。
【００５８】
Ｓ８０へ進んだ場合つまりスートセンサ計測値が閾値以上の場合は、ＥＣＵ７はＤＰＦ６をすり抜けたスート量が大きすぎるとしてＤＰＦ６が故障していると判定する。Ｓ９０へ進んだ場合つまりスートセンサ計測値が閾値よりも小さい場合は、ＥＣＵ７はＤＰＦ６は故障していないと判定する。
【００５９】
Ｓ８０終了後、ＥＣＵ７はＳ１００へ進む。Ｓ１００では、Ｓ８０における故障との判定結果を受けて、ＥＣＵ７は表示部８１によって運転者にＤＰＦ６が故障したことを表示する。これにより運転者は故障の情報を取得できるので、ＤＰＦ６の修理などの手順に速やかに移ることができる。以上が図２の処理手順である。
【００６０】
図３には実施例２におけるＤＰＦ６の故障検出（故障判定）処理の処理手順が示されている。以下でこれを説明する。実施例２ではＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量が所定値以下の場合に、ＤＰＦ６に流入するＰＭ量を増加させた上で、スートセンサ６４を用いたＤＰＦ６の故障検出を実行する。これにより上述のとおり、ＤＰＦ６の故障が精度よく検出できる。図３の手順がＥＣＵ７によって自動的に処理されるとすればよい。実施例２における装置構成は図１と同じとすればよい。
【００６１】
まず手順Ｓ１１０でＥＣＵ７はＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量を推定する。ＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量の推定方法は後述する。次にＳ１２０でＥＣＵ７はＰＭ堆積量が所定値以下であるか否かを判断する。図３ではこの所定値をＡ５で示している。ＰＭ堆積量が所定値以下の場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）ＥＣＵ７はＳ１３０へ進み、ＰＭ堆積量が所定値より大きい場合（Ｓ１２０：ＮＯ）は図３の処理を終了する。
【００６２】
Ｓ１３０でＥＣＵ７はＤＰＦ６に流入するＰＭ量を増加させる処理を実行する。Ｓ１３０での処理は上述のＳ３０と同様に行えばよい。次のＳ１４０でＥＣＵ７はスートセンサ６４の計測値を取得する。さらにＳ１５０でＥＣＵ７はＤＰＦ６の故障判定で用いる閾値を算出する。Ｓ１５０での閾値の算出は図２のＳ６０での閾値の算出と同様に行えばよい。
【００６３】
次にＳ１６０でＥＣＵ７はＤＰＦ６が故障しているか否かを判定する。故障の判定では、Ｓ１４０で求めたスートセンサ計測値と、Ｓ１５０で算出した閾値とを用いる。スートセンサ計測値が閾値以上の場合は（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、Ｓ１７０へ進み、スートセンサ計測値が閾値未満の場合は（Ｓ１６０：ＮＯ）、Ｓ１８０へ進む。
【００６４】
Ｓ１７０へ進んだ場合つまりスートセンサ計測値が閾値以上の場合は、ＥＣＵ７はＤＰＦ６をすり抜けたスート量が大きすぎるとしてＤＰＦ６が故障していると判定する。Ｓ１８０へ進んだ場合つまりスートセンサ計測値が閾値よりも小さい場合は、ＥＣＵ７はＤＰＦ６は故障していないと判定する。
【００６５】
Ｓ１７０終了後、ＥＣＵ７はＳ１９０へ進む。Ｓ１９０では、Ｓ１７０における故障との判定結果を受けて、ＥＣＵ７は表示部８１によって運転者にＤＰＦ６が故障したことを表示する。これにより運転者は故障の情報を取得できるので、ＤＰＦ６の修理などの手順に速やかに移ることができる。以上が図３の処理手順である。
【００６６】
以下で図２のＳ５０、図３のＳ１１０で実行されるＤＰＦ６のＰＭ堆積量の推定方法について説明する。ＰＭ堆積量とＤＰＦ差圧との関係は、一般に図７に示された関係となる（あるいは近似される）。すなわち、内燃機関の運転が続いてＤＰＦへのＰＭ堆積が進行するに従って、ＰＭ堆積量とＤＰＦ差圧とを示す点は初期点１００から第１特性線１１０（特性線）上を図示右上へ移動し、さらに遷移点１２０に達すると以後は第２特性線１３０（特性線）上を図示右上へ移動する。
【００６７】
第１特性線１１０はＤＰＦのフィルタ壁の気孔内にＰＭが堆積する段階に対応し、第２特性線１３０はフィルタ壁の壁面上にＰＭが堆積する段階に対応する。フィルタ壁の壁内にＰＭが堆積する場合は壁面上に堆積する場合よりも排気ガスの流路を新たに狭める度合いが大きく、それにより差圧値を高めるので、第１特性線１１０は第２特性線１３０よりも図示のとおり傾きが大きい。なおここでは傾きはＤＰＦ差圧の増分とＰＭ堆積量の増分との比とする。
【００６８】
点１４０に達したときにＰＭ堆積量が過剰と判断されてＤＰＦ再生が開始されたとすると、図７の破線のようにその後のＰＭ堆積量とＤＰＦ差圧は推移する。すなわちＰＭ堆積量とＤＰＦ差圧の値は、まず破線１５０に沿って減少し、遷移点１６０後は破線１７０に沿って減少して初期点１００へ戻る。
【００６９】
破線１５０はフィルタ壁の気孔内に堆積したＰＭが燃焼している段階であり、したがって破線１５０は第１特性線１１０と傾きが等しい。破線１７０はフィルタ壁の壁面上に堆積したＰＭが燃焼している段階であり、したがって破線１７０は第２特性線１３０と傾きが等しい。以上のように図７に示された平行四辺形の（あるいは平行四辺形に近似される）特性によって、ＰＭ堆積時およびＰＭ燃焼時のＰＭ堆積量とＤＰＦ差圧との値は推移する。図７に示された特性を予め求めておきメモリ７１に記憶しておいて、計測されたＤＰＦ差圧値からＰＭ堆積量を求めればよい。
【００７０】
次に図２のＳ１０で用いられる排気（排気ガス）の流量の算出方法を説明する。ここで流量とは、単位時間あたりの体積流量とすればよい。エアフロメータ３１で計測した吸気の単位時間当たりの質量流量を排気ガスの体積流量に変換する。排気ガスの体積流量の算出は次の式（Ｅ１）にしたがって行う（ＤＰＦ下流が大気圧の場合）。なおＶ（ｍ３  ／ｓｅｃ）が排気ガスの単位時間あたりの体積流量、Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）が吸気の単位時間当たりの質量流量、Ｔｄｐｆ（Ｋ）がＤＰＦ温度、Ｐ０（ｋＰａ）が大気圧、ΔＰ（ｋＰａ）がＤＰＦ差圧、Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）が単位時間当たりの燃料噴射量をそれぞれ示している。
Ｖ（ｍ３  ／ｓｅｃ）
＝［Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）／２８．８（ｇ／ｍｏｌ）］
×２２．４×１０−３（ｍ３  ／ｍｏｌ）
×［Ｔｄｐｆ（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
×［Ｐ０（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］
＋Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）／２０７．３（ｇ／ｍｏｌ）
×０．８４（ｇ／ｃｃ）×６．７５
×２２．４×１０−３（ｍ３  ／ｍｏｌ）
×［Ｐ０（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］    （Ｅ１）
【００７１】
式（Ｅ１）の右辺第１項は吸気の質量流量を体積流量に変換したものであり、第２項は、噴射燃料の燃焼による吸気から排気ガスへの増量分である。第２項中、０．８４（ｇ／ｃｃ）は軽油の代表的な液密度である。２２．４×１０−３（ｍ３  ／ｍｏｌ）は摂氏０度、１気圧（ａｔｍ）での理想気体の１ｍｏｌ当たりの体積である。６．７５は燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対する排気ガスのモル数の増加率である。
【００７２】
増加率（６．７５）は以下により得ている。軽油の組成は代表的には、Ｃ１５Ｈ２７．３（分子量２０７．３）と表され、燃焼は次の反応式（Ｅ２）で表される。したがって、燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対し、排気ガスは６．７５（＝（１５＋１３．５）−２１．７５）倍のモル数となる。
Ｃ１５Ｈ２７．３＋２１．７５Ｏ２  →１５ＣＯ２  ＋１３．５Ｈ２Ｏ        （Ｅ２）
【００７３】
また、燃料噴射はＥＣＵ７で決定される所定の噴射時期にのみ噴射され、間欠的な噴射となる。式（Ｅ１）中の燃料噴射量Ｑは、非噴射期間も合わせた平均的な燃料噴射量である。
【００７４】
吸気の単位時間当たりの質量流量Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）はエアフロメータ３１で計測すればよい。ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆ（Ｋ）は排気温度センサ６１、６２で計測すればよい。ＤＰＦ前後差圧ΔＰ（ｋＰａ）は、差圧センサ６３で計測すればよい。単位時間当たりの燃料噴射量Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）はＥＣＵ７によるインジェクタ２１への噴射量の指令値を用いればよい。
【００７５】
なおＤＰＦ温度Ｔｄｐｆ（Ｋ）は排気温度センサ６１、６２いずれかの計測値でもよいし、両計測値の平均値でもよい。また排気温度センサ６１、６２いずれかあるいは両センサ６１、６２の計測値からＤＰＦ６の内部温度を推定するモデルを予め求めてメモリ７１に記憶しておき、このモデルを用いてＤＰＦ温度Ｔｄｐｆ（Ｋ）を推定してもよい。以上が排気ガスの流速の算出方法である。
【００７６】
上記実施例において、Ｓ３０の手順とＥＣＵ７とが制御手段を構成する。Ｓ７０の手順とＥＣＵ７とが判別手段を構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ７とＥＧＲ弁５１とが第１の増加手段、および開度調節手段を構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ７とインジェクタ２１とが第２の増加手段、および噴射調節手段を構成する。Ｓ５０、Ｓ１１０の手順とＥＣＵ７とが推定手段を構成する。Ｓ６０、Ｓ１５０の手順とＥＣＵ７とが閾値設定手段を構成する。Ｓ２０の手順とＥＣＵ７とが判別実行手段を構成する。なお上記実施例でエンジン２をディーゼルエンジンでなくリーンバーンガソリンエンジンとしても上述と同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図２】ＤＰＦ故障判定の処理手順を示すフローチャート。
【図３】ＤＰＦ故障判定の処理手順を示すフローチャート。
【図４】ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量とＤＰＦ内に流入する排気流量との関係を示す図。
【図５】ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量とＤＰＦ内に流入するスモークの濃度との関係を示す図。
【図６】ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量とＤＰＦ内のＰＭ堆積量との関係、及び閾値の設定を示す図。
【図７】ＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量の関係を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１    排気浄化装置
２    ディーゼルエンジン（エンジン、内燃機関）
３    吸気管
４    排気管（排気通路）
５    排気還流管（排気還流通路）
６    ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、捕集器）
１０    電子制御装置（ＥＣＵ）
２１    インジェクタ
３１    エアフロメータ
３２    吸気スロットル（吸気弁）
５１    ＥＧＲ弁（排気還流弁）
６１、６２    排気温度センサ
６３    差圧センサ
６４    スートセンサ（センサ）
７１    メモリ
【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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