JP6358101B2 - 異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排出ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えたシステムの異常診断装置に関する発明である。

車両に搭載される内燃機関においては、燃費規制の強化に伴って、筒内噴射式のガソリンエンジンの需要増加が予想されている。しかし、筒内噴射式のガソリンエンジンは、吸気ポート噴射式のガソリンエンジンに比べて、ＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）の排出量が多くなるという問題がある。この対策として、エンジンの排気通路にエンジンから排出されるＰＭを捕集するフィルタを配置するようにしたものがある。

このようなＰＭ捕集用のフィルタの異常診断技術として、例えば、特許文献１（特開２００７−３１５２７５号公報）に記載されたものがある。このものは、ＰＭ捕集用のフィルタの下流側に排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサを設け、フィルタの捕集効率が所定値以上となる条件下において、ＰＭセンサで検出したＰＭ量が判定値を越えたか否かによってフィルタの故障の有無を判定するようにしている。

また、従来、ＰＭ捕集用のフィルタにおいては、フィルタに設けられた複数のセルのうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセル（つまり入口側が開放されたセル）の出口側が閉鎖された構造としたものがある。

特開２００７−３１５２７５号公報

上記従来のフィルタは、入口側が開放されたセルに流入した排出ガスのほぼ全てが、セルを区画する多孔質の隔壁（仕切壁）を通過して、出口側が開放されたセルから流出し、排出ガスが隔壁を通過する際に排出ガス中のＰＭを捕集するようにしたものであるが、排気の圧力損失が増大するという欠点がある。

そこで、本出願人は、フィルタによる排気の圧力損失を低減するために、複数のセルのうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセルのうち出口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造（又は一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセルのうち入口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造）の片栓フィルタを備えたシステムを研究しているが、その研究過程で次のような新たな課題が判明した。

図８に示すように、従来のフィルタは、ＰＭ堆積量が増加した後はＰＭ捕集率がほぼ１００％に維持されるが、片栓フィルタは、ＰＭ堆積量が増加した後もＰＭ捕集率が従来のフィルタよりも低い捕集率（１００％よりも低い捕集率）に維持される。

このため、片栓フィルタを備えたシステムでは、図９に示すように、片栓フィルタの異常によりＰＭ捕集率が低下した場合に、センサ検出ＰＭ量（ＰＭセンサで検出したＰＭ量）が増加するだけでなく、図１０に示すように、エンジンの異常によりエンジンから排出されるＰＭ量が増加した場合にも、センサ検出ＰＭ量が増加する。また、ＰＭセンサ自体の異常によりセンサ検出ＰＭ量が増加する可能性もある。従って、上記特許文献１の技術のように、ＰＭセンサで検出したＰＭ量を判定値と比較するだけでは、エンジンの異常と片栓フィルタの異常とＰＭセンサの異常とを区別して判定することができず、エンジンと片栓フィルタとＰＭセンサのいずれかに異常が発生した場合に、その異常箇所を特定することができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関と片栓フィルタとＰＭセンサのいずれかに異常が発生した場合に、その異常箇所を特定することができる異常診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関（１１）の排出ガス中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と表記する）を捕集するフィルタであって該フィルタに設けられた複数のセル（３３）のうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセルのうち出口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造又は一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセルのうち入口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造の片栓フィルタ（３１）と、この片栓フィルタ（３１）の上流側排気圧と下流側排気圧との差を検出する差圧センサ（３６）と、片栓フィルタ（３１）を通過した排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ（３２）と、片栓フィルタ（３１）に流入するＰＭ量と片栓フィルタ（３１）に捕集されるＰＭ量と片栓フィルタ（３１）から流出するＰＭ量のうちのいずれか一つのＰＭ量である診断用ＰＭ量を内燃機関（１１）の運転条件に基づいて推定する第１の推定手段（３０）と、診断用ＰＭ量を差圧センサ（３６）の出力に基づいて推定する第２の推定手段（３０）と、診断用ＰＭ量をＰＭセンサ（３２）の出力に基づいて推定する第３の推定手段（３０）と、第１の推定手段（３０）で推定した診断用ＰＭ量（以下「内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量」という）と、第２の推定手段（３０）で推定した診断用ＰＭ量（以下「差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量」という）と、第３の推定手段（３０）で推定した診断用ＰＭ量（以下「ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量」という）とを比較して、内燃機関（１１）の異常と片栓フィルタ（３１）の異常とＰＭセンサ（３２）の異常とを区別して判定する異常診断手段（３０）とを備えた構成としたものである。

内燃機関と片栓フィルタとＰＭセンサが全て正常であれば、内燃機関の運転条件に基づいた推定ＰＭ量と、差圧センサの出力に基づいた推定ＰＭ量と、ＰＭセンサの出力に基づいた推定ＰＭ量とがほぼ一致するはずである。しかし、内燃機関と片栓フィルタとＰＭセンサのいずれかに異常が発生すると、その異常箇所に対応した推定ＰＭ量が他の推定ＰＭ量と異なってくる。従って、内燃機関の運転条件に基づいた推定ＰＭ量と、差圧センサの出力に基づいた推定ＰＭ量と、ＰＭセンサの出力に基づいた推定ＰＭ量とを比較すれば、内燃機関の異常と片栓フィルタの異常とＰＭセンサの異常とを区別して判定することができる。これにより、内燃機関と片栓フィルタとＰＭセンサのいずれかに異常が発生した場合に、その異常箇所を特定することができる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は片栓フィルタの排出ガス流れ方向に沿った断面図である。 図３は片栓フィルタの入口側の排出ガス流れ方向に対して直角方向に沿った断面図である。 図４は片栓フィルタの出口側の排出ガス流れ方向に対して直角方向に沿った断面図である。 図５はリニアタイプのＰＭセンサの出力特性図である。 図６は積算タイプのＰＭセンサの出力特性図である。 図７は差圧センサ出力とＰＭ堆積量との関係を示す図である。 図８はＰＭ堆積量とＰＭ捕集率との関係を示す図である。 図９はフィルタ異常によりＰＭ捕集率が低下した場合のセンサ検出ＰＭ量の挙動を示すタイムチャートである。 図１０はエンジン異常によりエンジン排出ＰＭ量が増加した場合のセンサ検出ＰＭ量の挙動を示すタイムチャートである。 図１１はエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量の推定方法を説明する図である。 図１２はエンジン異常の場合の各推定ＰＭ量の関係を示す図である。 図１３はフィルタ異常の場合の各推定ＰＭ量の関係を示す図である。 図１４はフィルタ再生異常の場合の各推定ＰＭ量の関係を示す図である。 図１５はＰＭセンサ異常の場合の各推定ＰＭ量の関係を示す図である。 図１６は異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 図１７は異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。

筒内噴射式の内燃機関であるエンジン１１は、燃料としてガソリンを筒内に直接噴射する筒内噴射式のガソリンエンジンである。このエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料（ガソリン）を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ又は酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X 等を浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１の排気管２３のうちの触媒２５の下流側には、エンジン１１の排出ガス中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集する片栓フィルタ３１が設けられている。触媒２５と片栓フィルタ３１は、一つのケース内に収容するようにしても良いし、別々のケース内に収容するようにしても良い。更に、片栓フィルタ３１の下流側には、片栓フィルタ３１を通過した排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ３２が設けられている。

また、片栓フィルタ３１の上流側排気圧と下流側排気圧との差（前後差圧）を検出する差圧センサ３６が設けられている。尚、片栓フィルタ３１の上流側と下流側に、それぞれ排気圧を検出する圧力センサを設け、上流側の圧力センサで検出した上流側排気圧と下流側の圧力センサで検出した下流側排気圧との差（前後差圧）を算出するようにしても良い。この場合、上流側及び下流側の圧力センサが差圧センサとしての役割を果たす。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

図２乃至図４に示すように、片栓フィルタ３１は、排出ガス流れ方向（入口側から出口側に向かう方向）に延びる複数のセル３３が多孔質の隔壁（仕切壁）３４によって区画形成され、複数のセル３３のうちの一部のセル３３の入口側の端部が封止部材３５で閉鎖されて、全てのセル３３の出口側が開放された構造となっている。本実施例では、入口側が閉鎖されて出口側が開放されたセル（以下「入口閉鎖セル」という）３３Ａと、入口側と出口側が両方とも開放されたセル（以下「両側開放セル」という）３３Ｂとが隣り合うように交互に配置されている。

この片栓フィルタ３１は、両側開放セル３３Ｂの入口側からセル３３Ｂ内に排出ガスが流入すると、両側開放セル３３Ｂ内の圧力が上昇して、入口閉鎖セル３３Ａ内の圧力が両側開放セル３３Ｂ内の圧力に対して相対的に低くなる。このため、両側開放セル３３Ｂから排出ガスの一部が、多孔質の隔壁３４を通過して入口閉鎖セル３３Ａ内に流入して、入口閉鎖セル３３Ａの出口側からセル３３Ａ外へ流出する。その際、排出ガス中のＰＭ（例えば粒径が２０〜１００ｎｍのＳＯＯＴ粒子）が隔壁３４の気孔内（気孔の内壁面）や表層壁面に付着して捕集される。また、排出ガス中の不燃性物質（例えばエンジン１１のオイルに起因する灰分）であるアッシュも隔壁３４の気孔内や表層壁面に付着して捕集される。

また、ＰＭセンサ３２は、出力特性がリニアタイプのＰＭセンサを用いることが望ましいが、出力特性が積算タイプのＰＭセンサを用いるようにしても良い。図５に示すように、リニアタイプのＰＭセンサは、排出ガス中のＰＭ量に応じてセンサ出力がリニアに変化する。一方、図６に示すように、積算タイプのＰＭセンサは、ＰＭセンサに付着するＰＭ量の積算値が一定値以上になると、そのＰＭ量の積算値に応じてセンサ出力が変化する。

また、図７に示すように、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量（片栓フィルタ３１に堆積したＰＭ量）に応じて、片栓フィルタ３１の前後差圧が変化して、差圧センサ３６の出力が変化するため、差圧センサ３６の出力から片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量を求めることができる。

ところで、ＰＭ捕集用の片栓フィルタ３１を備えたシステムでは、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が多くなり過ぎると、排気の圧力損失が大きくなる。このため、ＥＣＵ３０は、片栓フィルタ３１に捕集されたＰＭを燃焼させて除去する再生制御を実施して、片栓フィルタ３１を再生させる（片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量を減少させる）ようにしている。再生制御としては、例えば、所定の燃料カット実行条件が成立したとき（例えば減速時）に実行される燃料カット制御がある。また、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が所定の上限値を越えたときに、再生制御として例えば空燃比をリーンにする制御や排気温度を上昇させる制御等を実行する。

図８に示すように、従来のフィルタは、ＰＭ堆積量が増加した後はＰＭ捕集率がほぼ１００％に維持されるが、片栓フィルタ３１は、ＰＭ堆積量が増加した後もＰＭ捕集率が従来のフィルタよりも低い捕集率（１００％よりも低い捕集率）に維持される。

このため、片栓フィルタ３１を備えたシステムでは、図９に示すように、片栓フィルタ３１の異常によりＰＭ捕集率が低下した場合に、センサ検出ＰＭ量（ＰＭセンサ３２で検出したＰＭ量）が増加するだけでなく、図１０に示すように、エンジン１１の異常によりエンジン１１から排出されるＰＭ量が増加した場合にも、センサ検出ＰＭ量が増加する。また、ＰＭセンサ３２自体の異常によりセンサ検出ＰＭ量が増加する可能性もある。従って、ＰＭセンサ３２で検出したＰＭ量を判定値と比較するだけでは、エンジン１１の異常と片栓フィルタ３１の異常とＰＭセンサ３２の異常とを区別して判定することができず、エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２のいずれかに異常が発生した場合に、その異常箇所を特定することができない。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ３０により後述する図１６及び図１７の異常診断ルーチンを実行することで、次のような異常診断を行う。
まず、フィルタ流入ＰＭ量（片栓フィルタ３１に流入するＰＭ量）とフィルタ捕集ＰＭ量（片栓フィルタ３１に捕集されるＰＭ量）とフィルタ流出ＰＭ量（片栓フィルタ３１から流出するＰＭ量）のうちのいずれか一つのＰＭ量を診断用ＰＭ量とし、その診断用ＰＭ量を３通りの推定方法で推定する。本実施例では、診断用ＰＭ量としてフィルタ流入ＰＭ量を次の第１〜第３の推定方法で推定する。

第１の推定方法では、エンジン１１の運転条件に基づいてフィルタ流入ＰＭ量を推定する。この第１の推定方法でエンジン１１の運転条件に基づいて推定したフィルタ流入ＰＭ量を「エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量」という。

第２の推定方法では、差圧センサ３６の出力に基づいてフィルタ流入ＰＭ量を推定する。この第２の推定方法で差圧センサ３６の出力に基づいて推定したフィルタ流入ＰＭ量を「差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量」という。

第３の推定方法では、ＰＭセンサ３２の出力に基づいてフィルタ流入ＰＭ量を推定する。この第３の推定方法でＰＭセンサ３２の出力に基づいて推定したフィルタ流入ＰＭ量を「ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量」という。

この後、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量と、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量と、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量とを比較して、エンジン１１の異常と片栓フィルタ３１の異常とＰＭセンサ３２の異常とを区別して判定する。

エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２が全て正常であれば、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量と、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量と、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量とがほぼ一致するはずである。しかし、エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２のいずれかに異常が発生すると、その異常箇所に対応した推定ＰＭ量が他の推定ＰＭ量と異なってくる。従って、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量と、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量と、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量とを比較すれば、エンジン１１の異常と片栓フィルタ３１の異常とＰＭセンサ３２の異常とを区別して判定することができる。

具体的には、第１の推定方法では、図１１に示すように、エンジン回転速度、エンジン負荷（例えば吸気管圧力や吸入空気量等）、冷却水温、運転履歴等に基づいて、エンジン排出ＰＭ量（例えばエンジン１１から排出された所定時間当りのＰＭ量）をマップ又は数式等により算出する。エンジン排出ＰＭ量のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。このエンジン排出ＰＭ量をフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥとする。
フィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥ＝エンジン排出ＰＭ量
このようにして、エンジン１１の運転条件に基づいて推定（算出）したフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥを、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとする。

第２の推定方法では、まず、差圧センサ３６の出力に基づいて片栓フィルタ３１のＰＭ捕集量（例えば片栓フィルタ３１に捕集された所定時間当りのＰＭ量）を算出する。この場合、例えば、差圧センサ３６の出力に応じたＰＭ堆積量をマップ又は数式等により算出し、このＰＭ堆積量の今回値と前回値との差（所定時間当りのＰＭ堆積量）をＰＭ捕集量として算出する。また、現在のＰＭ堆積量に応じてＰＭ捕集率をマップ又は数式等により算出する。ＰＭ堆積量やＰＭ捕集率のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。この後、ＰＭ捕集量とＰＭ捕集率とを用いて、次式によりフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤを算出する。
フィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤ＝ＰＭ捕集量／ＰＭ捕集率
このようにして、差圧センサ３６の出力に基づいて推定（算出）したフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤを、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとする。

第３の推定方法では、まず、ＰＭセンサ３２の出力に基づいてセンサ検出ＰＭ量（例えば片栓フィルタ３１を通過した所定時間当りのＰＭ量）を算出する。この後、センサ検出ＰＭ量とＰＭ捕集率とを用いて、次式によりフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰを算出する。
フィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰ＝センサ検出ＰＭ量／（１−ＰＭ捕集率）
このようにして、ＰＭセンサ３２の出力に基づいて推定（算出）したフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰを、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとする。

以上のようにして、各推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＤ，ＰＭＰを算出した後、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤと、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとを比較する。

その結果、図１２に示すように、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致し、且つ、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥが差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤ及びＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰよりも小さい場合には、エンジン１１の異常と判定する。

つまり、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致する場合には、片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２は正常と判断することができる。それらの推定ＰＭ量ＰＭＤ，ＰＭＰよりもエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥの方が小さい場合には、エンジン１１の異常によりエンジン１１から排出されるＰＭ量が過多の状態と判断して、エンジン１１の異常（ＰＭ発生量が異常に多い状態）と判定することができる。

図１３に示すように、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致し、且つ、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤがエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥ及びＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰよりも小さい場合には、片栓フィルタ３１の異常と判定する。

つまり、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致する場合には、エンジン１１とＰＭセンサ３２は正常と判断することができる。それらの推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＰよりも差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤの方が小さい場合には、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が過少の状態と判断して、片栓フィルタ３１の異常（ＰＭ捕集率が異常に低い状態）と判定することができる。

図１４に示すように、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致し、且つ、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤがエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥ及びＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰよりも大きい場合には、片栓フィルタ３１の再生異常と判定する。

つまり、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致する場合には、エンジン１１とＰＭセンサ３２は正常と判断することができる。それらの推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＰよりも差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤの方が大きい場合には、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が過多の状態と判断して、片栓フィルタ３１の再生異常（再生制御によりＰＭが正常に除去されていない状態）と判定することができる。

図１５に示すように、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとが一致し、且つ、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰがエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥ及び差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤと異なる場合には、ＰＭセンサ３２の異常と判定する。

つまり、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとが一致する場合には、エンジン１１と片栓フィルタ３１は正常と判断することができる。それらの推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＤとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが異なる場合には、ＰＭセンサ３２が正常に機能していない状態と判断して、ＰＭセンサ３２の異常と判定することができる。

以上説明した本実施例の異常診断は、ＥＣＵ３０によって図１６及び図１７に示す異常診断ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。
図１６及び図１７に示す異常診断ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷、冷却水温、運転履歴等）を取得する。この後、ステップ１０２に進み、差圧センサ３６の出力を取得した後、ステップ１０３に進み、ＰＭセンサ３２の出力を取得する。

この後、ステップ１０４に進み、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥを算出する。具体的には、エンジン回転速度、エンジン負荷（例えば吸気管圧力や吸入空気量等）、冷却水温、運転履歴等に基づいて、エンジン排出ＰＭ量をマップ又は数式等により算出し、このエンジン排出ＰＭ量をフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥとする。
フィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥ＝エンジン排出ＰＭ量

このようにして、エンジン１１の運転条件に基づいて推定（算出）したフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥを、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとする。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう第１の推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０５に進み、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤを算出する。具体的には、差圧センサ３６の出力に基づいて片栓フィルタ３１のＰＭ捕集量を算出し、このＰＭ捕集量とＰＭ捕集率とを用いて、次式によりフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤを算出する。
フィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤ＝ＰＭ捕集量／ＰＭ捕集率

このようにして、差圧センサ３６の出力に基づいて推定（算出）したフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤを、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとする。このステップ１０５の処理が特許請求の範囲でいう第２の推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０６に進み、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰを算出する。具体的には、ＰＭセンサ３２の出力に基づいてセンサ検出ＰＭ量を算出し、このセンサ検出ＰＭ量とＰＭ捕集率とを用いて、次式によりフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰを算出する。
フィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰ＝センサ検出ＰＭ量／（１−ＰＭ捕集率）

このようにして、ＰＭセンサ３２の出力に基づいて推定（算出）したフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰを、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとする。このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう第３の推定手段としての役割を果たす。

以上のようにして、各推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＤ，ＰＭＰを算出した後、図１７のステップ１０７に進み、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとの差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＤ｜が所定のマージンＫ1 以下であるか否かを判定する。ここで、マージンＫ1 は、推定ＰＭ量ＰＭＥの推定ばらつき（推定誤差）と推定ＰＭ量ＰＭＤの推定ばらつきとを考慮して設定した値であり、例えば、推定ＰＭ量ＰＭＥの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＤの推定ばらつきのうちの最大値、或は、推定ＰＭ量ＰＭＥの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＤの推定ばらつきとの合計値に設定されている。

このステップ１０７で、差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＤ｜がマージンＫ1 以下であると判定された場合には、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとが一致していると判断する。この場合、ステップ１０８に進み、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとの差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＰ｜が所定のマージンＫ2 以下であるか否かを判定する。ここで、マージンＫ2 は、推定ＰＭ量ＰＭＥの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＰの推定ばらつきとを考慮して設定した値であり、例えば、推定ＰＭ量ＰＭＥの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＰの推定ばらつきのうちの最大値、或は、推定ＰＭ量ＰＭＥの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＰの推定ばらつきとの合計値に設定されている。

このステップ１０８で、差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＰ｜がマージンＫ2 以下であると判定された場合には、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致していると判断する。この場合、ステップ１１３に進み、エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２が全て正常と判定する。

これに対して、上記ステップ１０８で、差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＰ｜がマージンＫ2 よりも大きいと判定された場合には、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰがエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥ及び差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤと異なると判断する。この場合、ステップ１１４に進み、ＰＭセンサ３２が正常に機能していない状態と判断して、ＰＭセンサ３２の異常と判定する。

一方、上記ステップ１０７で、差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＤ｜がマージンＫ1 よりも大きいと判定された場合には、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとが一致していないと判断する。この場合、ステップ１０９に進み、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとの差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＰ｜がマージンＫ2 以下であるか否かを判定する。

このステップ１０９で、差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＰ｜がマージンＫ2 以下であると判定された場合には、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致していると判断する。この場合、ステップ１１０に進み、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとの差（ＰＭＥ−ＰＭＤ）がマージンＫ1 よりも大きいか否かを判定する。

このステップ１１０で、差（ＰＭＥ−ＰＭＤ）がマージンＫ1 よりも大きいと判定された場合には、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤが他の推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＰよりも小さいと判断する。この場合、ステップ１１５に進み、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が過少の状態と判断して、片栓フィルタ３１の異常（ＰＭ捕集率が異常に低い状態）と判定する。

これに対して、上記ステップ１１０で、差（ＰＭＥ−ＰＭＤ）がマージンＫ1 以下であると判定された場合には、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤが他の推定ＰＭ量ＰＭＥ，ＰＭＰよりも大きいと判断する。この場合、ステップ１１６に進み、片栓フィルタ３１のＰＭ堆積量が過多の状態と判断して、片栓フィルタ３１の再生異常（再生制御によりＰＭが正常に除去されていない状態）と判定する。

一方、上記ステップ１０９で、差の絶対値｜ＰＭＥ−ＰＭＰ｜がマージンＫ2 よりも大きいと判定された場合には、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致していないと判断する。この場合、ステップ１１１に進み、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとの差の絶対値｜ＰＭＤ−ＰＭＰ｜が所定のマージンＫ3 以下であるか否かを判定する。ここで、マージンＫ3 は、推定ＰＭ量ＰＭＤの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＰの推定ばらつきとを考慮して設定した値であり、例えば、推定ＰＭ量ＰＭＤの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＰの推定ばらつきのうちの最大値、或は、推定ＰＭ量ＰＭＤの推定ばらつきと推定ＰＭ量ＰＭＰの推定ばらつきとの合計値に設定されている。

このステップ１１１で、差の絶対値｜ＰＭＤ−ＰＭＰ｜がマージンＫ3 以下であると判定された場合には、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとが一致していると判断する。この場合、ステップ１１２に進み、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとエンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとの差（ＰＭＤ−ＰＭＥ）がマージンＫ1 よりも大きいか否かを判定する。

このステップ１１２で、差（ＰＭＤ−ＰＭＥ）がマージンＫ1 よりも大きいと判定された場合には、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥが他の推定ＰＭ量ＰＭＤ，ＰＭＰよりも小さいと判断する。この場合、ステップ１１７に進み、エンジン１１の異常によりエンジン１１から排出されるＰＭ量が過多の状態と判断して、エンジン１１の異常（ＰＭ発生量が異常に多い状態）と判定する。

以上説明した本実施例では、エンジン１１の運転条件に基づいてフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥを推定し、このフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＥを、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥとする。また、差圧センサ３６の出力に基づいてフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤを推定し、このフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＤを、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤとする。更に、ＰＭセンサ３２の出力に基づいてフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰを推定し、このフィルタ流入ＰＭ量ＰＭＰを、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとする。そして、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤと、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとを比較して、エンジン１１の異常と片栓フィルタ３１の異常とＰＭセンサ３２の異常とを区別して判定するようにしている。

エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２が全て正常であれば、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤと、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとがほぼ一致するはずである。しかし、エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２のいずれかに異常が発生すると、その異常箇所に対応した推定ＰＭ量が他の推定ＰＭ量と異なってくる。従って、エンジン運転条件に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＥと、差圧センサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＤと、ＰＭセンサ出力に基づいた推定ＰＭ量ＰＭＰとを比較すれば、エンジン１１の異常と片栓フィルタ３１の異常とＰＭセンサ３２の異常とを区別して判定することができる。これにより、エンジン１１と片栓フィルタ３１とＰＭセンサ３２のいずれかに異常が発生した場合に、その異常箇所を特定することができる。

また、本実施例では、各推定ＰＭ量を比較する際に推定ＰＭ量の推定ばらつき（推定誤差）を考慮したマージンを設けるようにしている。これにより、各推定ＰＭ量に推定ばらつきが含まれていても、各推定ＰＭ量を適正に比較することができ、推定ばらつきに起因する誤判定を防止することができる。

尚、上記実施例では、診断用ＰＭ量としてフィルタ流入ＰＭ量を推定するようにしたが、これに限定されず、診断用ＰＭ量としてフィルタ捕集ＰＭ量又はフィルタ流出ＰＭ量を３通りの推定方法で推定し、各推定ＰＭ量を比較して、エンジン１１の異常と片栓フィルタ３１の異常とＰＭセンサ３２の異常とを区別して判定するようにしても良い。

また、上記実施例では、一部のセルの入口側が閉鎖されて全てのセルの出口側が開放された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、一部のセルの出口側が閉鎖されて全てのセルの入口側が開放された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用しても良い。

また、上記実施例では、一部のセルの入口側が閉鎖されて全てのセルの出口側が開放された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセル（入口側が開放されたセル）のうち一部のセルの出口側が閉鎖された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用しても良い。或は、一部のセルの出口側が閉鎖されて全てのセルの入口側が開放された構造の片栓フィルタや、一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセル（出口側が開放されたセル）のうち一部のセルの入口側が閉鎖された構造の片栓フィルタを備えたシステムに本発明を適用しても良い。要は、一部のセルの入口側と出口側が両方とも開放された構造の片栓フィルタを備えたシステムであれば、本発明を適用することができる。

また、上記実施例では、筒内噴射式ガソリンエンジンを搭載したシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、片栓フィルタを備えたシステムであれば、ディーゼルエンジンや吸気ポート噴射式ガソリンエンジンを搭載したシステムであっても、本発明を適用して実施できる。

１１…エンジン（内燃機関）、３０…ＥＣＵ（第１の推定手段，第２の推定手段，第３の推定手段，異常診断手段）、３１…片栓フィルタ、３２…ＰＭセンサ、３３…セル、３６…差圧センサ

Claims (6)

1. 内燃機関（１１）の排出ガス中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と表記する）を捕集するフィルタであって該フィルタに設けられた複数のセル（３３）のうちの一部のセルの入口側が閉鎖されて残りのセルのうち出口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造又は一部のセルの出口側が閉鎖されて残りのセルのうち入口側が開放されたセルを少なくとも一つ以上有する構造の片栓フィルタ（３１）と、
   前記片栓フィルタ（３１）の上流側排気圧と下流側排気圧との差を検出する差圧センサ（３６）と、
   前記片栓フィルタ（３１）を通過した排出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ（３２）と、
   前記片栓フィルタ（３１）に流入するＰＭ量と前記片栓フィルタ（３１）に捕集されるＰＭ量と前記片栓フィルタ（３１）から流出するＰＭ量のうちのいずれか一つのＰＭ量である診断用ＰＭ量を前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいて推定する第１の推定手段（３０）と、
   前記診断用ＰＭ量を前記差圧センサ（３６）の出力に基づいて推定する第２の推定手段（３０）と、
   前記診断用ＰＭ量を前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいて推定する第３の推定手段（３０）と、
   前記第１の推定手段（３０）で推定した診断用ＰＭ量（以下「内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量」という）と、前記第２の推定手段（３０）で推定した診断用ＰＭ量（以下「差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量」という）と、前記第３の推定手段（３０）で推定した診断用ＰＭ量（以下「ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量」という）とを比較して、前記内燃機関（１１）の異常と前記片栓フィルタ（３１）の異常と前記ＰＭセンサ（３２）の異常とを区別して判定する異常診断手段（３０）と
   を備えていることを特徴とする異常診断装置。
2. 前記異常診断手段（３０）は、前記差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量と前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量とが一致し、且つ、前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量が前記差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量及び前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量よりも小さい場合に、前記内燃機関（１１）の異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
3. 前記異常診断手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量と前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量とが一致し、且つ、前記差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量が前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量及び前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量よりも小さい場合に、前記片栓フィルタ（３１）の異常と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。
4. 前記異常診断手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量と前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量とが一致し、且つ、前記差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量が前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量及び前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量よりも大きい場合に、前記片栓フィルタ（３１）の再生異常と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の異常診断装置。
5. 前記異常診断手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量と前記差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量とが一致し、且つ、前記ＰＭセンサ（３２）の出力に基づいた推定ＰＭ量が前記内燃機関（１１）の運転条件に基づいた推定ＰＭ量及び前記差圧センサ（３６）の出力に基づいた推定ＰＭ量と異なる場合に、前記ＰＭセンサ（３２）の異常と判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の異常診断装置。
6. 前記異常診断手段（３０）は、前記推定ＰＭ量を比較する際に該推定ＰＭ量の推定ばらつきを考慮したマージンを設けることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の異常診断装置。

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