JP5263123B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路におけるフィルタの下流側に設けられて同排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、排気通路のフィルタの上流側における排気の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、圧力検出手段の検出結果に基づきフィルタの詰まり異常を診断する内燃機関の排気浄化装置に関する。

この種の内燃機関の排気浄化装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のものも含めて従来一般の排気浄化装置においては、排気通路において上流側から順に、排気中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、「ＰＭ」）を捕集するフィルタ、及び排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁が設けられている。また、排気通路のフィルタの上流側には排気の圧力を検出する圧力センサが設けられている。

こうした排気浄化装置にあっては、排気絞り弁が閉弁したまま開弁しなくなるといった異常が生じるおそれがあることから、以下の閉固着異常診断を通じて、こうした異常の有無を診断するようにしている。すなわち、排気絞り弁に対して閉弁指令を出力することで同弁が閉弁されると、これに伴い同弁の上流側の排気の圧力は高い状態となる。一方、排気絞り弁に対して開弁指令を出力することで同弁が開弁されると、これに伴い同弁の上流側の排気の圧力は低い状態となる。これらのことから、排気絞り弁に対して閉弁指令を出力している状態において、開弁指令を出力し、それから所定期間経過後に、圧力センサにより検出される排気の圧力が所定圧以上であるときには、排気絞り弁の閉固着異常が生じているものと診断するようにしている。

また、排気浄化装置にあっては、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量（以下、「ＰＭ堆積量」）が増加すると、フィルタの上流側における排気の圧力が上昇し、これに伴い内燃機関の燃料消費量が悪化するといった問題が生じる。そこで、所定の実行条件が成立するときに、圧力センサにより検出される排気の圧力が許容値よりも大きいときには、ＰＭ堆積量が許容量を超えるおそれがあるとして、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼除去することでフィルタの再生を行うようにしている。

こうしたフィルタの詰まり異常診断の実行条件としては、従来、例えば以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）の全てが満たされているときに、成立するものとしている。
（Ａ）機関運転状態が定常運転状態である。

（Ｂ）排気絞り弁の閉弁制御が実行されていない。
（Ｃ）排気絞り弁の閉固着異常診断の結果、異常なしと診断されている。

特開２００８―１２５１９号公報

ところで、従来の内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気絞り弁が閉固着異常となった後、排気絞り弁の閉固着異常診断が完了する前に、フィルタの詰まり異常診断の実行条件が成立して、同診断が行われた場合には、フィルタの詰まり異常が生じているとの誤診断がなされるといった問題が生じる。すなわち、例えば図１０に示すように、タイミングｔ１において排気絞り弁に対して閉弁指令が出力され、実際に排気絞り弁が全閉となっている状態においてこれが固着したとする。この場合、その後のタイミングｔ２において閉弁指令が出力されても、排気絞り弁は全閉のままとなる。このとき、その後のタイミングｔ３において排気絞り弁の異常診断が完了して閉固着異常であると診断されるとなるまでには所定の時間を要する。しかしながら、従来の内燃機関の制御装置においては、タイミングｔ２の直後に、すなわちタイミングｔ３よりも前に、フィルタの詰まり異常診断の実行条件である上記条件（Ａ）〜（Ｃ）が成立し、このことをもってフィルタの詰まり異常診断が実行される。そのため、実際にはフィルタの詰まり異常が生じていないにもかかわらず、排気絞り弁が閉固着異常であることに起因して圧力センサにより検出される排気の圧力Ｐｅｘが上記許容値Ｐｆｔｈ以上となり、その結果、フィルタの詰まり異常が生じていると誤診断されることとなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタの詰まり異常の誤診断がなされることを抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタの下流側に設けられて同排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気絞り弁の開閉を制御する開閉制御手段と、前記排気通路の前記フィルタの上流側における排気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出される排気の圧力に基づき前記フィルタの詰まり異常を診断する異常診断手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路の前記排気絞り弁の上流側における排気の圧力であって同弁が全開のときの圧力よりも大きく全閉のときの圧力よりも小さい判定値を機関運転状態に基づき設定する判定値設定手段と、前記異常診断手段による前記フィルタの異常診断を行うに先立ち、前記圧力検出手段により検出される排気の圧力が、前記判定値設定手段により設定される前記判定値よりも大きいと判断されるときには、当該異常診断を禁止する禁止手段と、を備えることをその要旨としている。

同構成によれば、フィルタの異常診断が行われる際には、これに先立ち、排気通路の排気絞り弁の上流側における排気の圧力が上記判定値よりも大きいか否かが判断される。すなわち、排気絞り弁が閉じているか否かが判断される。そして、排気絞り弁が閉じていると判断される場合には、仮にフィルタの詰まり異常診断を行い、同異常診断において圧力検出手段により検出される排気の圧力が許容値以上となったとしても、そのことが、フィルタの詰まり異常によるものか、或いは排気絞り弁が閉じていることによるものかを区別することができず、フィルタの詰まり異常を精度良く診断することができないとして、フィルタの異常診断が禁止される。従って、フィルタの詰まり異常の誤診断がなされることを抑制することができるようになる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記判定値設定手段は、前記排気通路を流通する排気の流量が多いときほど前記判定値を大きく設定することをその要旨としている。

排気通路の排気絞り弁の上流側における排気の圧力は、その他の状態が同一であれば、排気通路を流通する排気の流量が多いときほど高くなる。上記構成によれば、判定値設定手段を通じて、排気通路を流通する排気の流量に応じて上記判定値が設定されることから、上記判定値を排気の圧力に即した適切な値に設定することができるようになる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記判定値設定手段は、内燃機関の吸気通路を流通する吸気の流量が多いときほど前記判定値を大きく設定することをその要旨としている。

排気通路を流通する排気の流量は、吸気通路を流通する吸気の流量が多いときほど多くなる。上記構成によれば、判定値設定手段を通じて、吸気通路を流通する吸気の流量に応じて、すなわち排気の流量に応じて上記判定値が設定されることから、上記判定値を排気の圧力に即した適切な値に簡易な態様にて設定することができるようになる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記判定値設定手段は、内燃機関の燃料噴射量が多いときほど前記判定値を大きく設定することをその要旨としている。

排気通路を流通する排気の流量は、燃料噴射量が多いときほど多くなる。上記構成によれば、判定値設定手段を通じて、燃料噴射量に応じて、すなわち排気の流量に応じて上記判定値が設定されることから、上記判定値を排気の圧力に即した適切な値に簡易な態様にて設定することができるようになる。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記判定値設定手段は、前記排気通路を流通する排気の温度が高いときほど前記判定値を大きく設定することをその要旨としている。

排気通路の排気絞り弁の上流側における排気の圧力は、その他の状態が同一であれば、排気通路を流通する排気の温度が高いときほど高くなる。そのため、吸気通路を流通する吸気の流量のみに基づき上記判定値を設定する構成にあっては、排気の温度が基準温度から大きく乖離する場合には、上記判定値を排気の圧力に即した適切な値に設定することができない場合がある。この点、上記構成によれば、判定値設定手段を通じて、排気通路を流通する排気の温度に応じて上記判定値が設定されることから、排気の温度が基準温度から大きく乖離する場合であれ、上記判定値を排気の圧力に即した適切な値に設定することができるようになる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、機関運転状態に基づき前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段を備え、前記判定値設定手段は、前記堆積量推定手段により推定される堆積量が多いときほど前記判定値を大きく設定することをその要旨としている。

排気通路の排気絞り弁の上流側における排気の圧力は、その他の状態が同一であれば、フィルタの粒子状物質の堆積量が多いときほど高くなる。上記構成によれば、判定値設定手段を通じて、フィルタに堆積した粒子状物質の量に応じて判定値が設定されることから、粒子状物質の堆積量が基準量から大きく乖離する場合であれ、上記判定値を排気の圧力に即した適切な値に設定することができるようになる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記禁止手段は、前記圧力検出手段により検出される排気の圧力が前記判定値以下となってから所定期間が経過するまでは、前記異常診断手段による前記フィルタの異常診断を禁止することをその要旨としている。

排気絞り弁の開弁に伴って、排気通路の排気絞り弁よりも上流側における排気の圧力が上記判定値以下となっても、そのときの機関運転状態によっては、その後に直ぐさま、排気の圧力が同判定値よりも一時的に大きくなることがある。こうした場合には、圧力検出手段により検出される排気の圧力が上記判定値となったことをもって直ぐさま、異常診断手段によるフィルタの詰まり異常診断が行われると、フィルタの詰まり異常の誤診断がなされるおそれがある。この点、上記構成によれば、圧力検出手段により検出される排気の圧力が上記判定値以下となってから所定期間が経過するまでは、異常診断手段によるフィルタの異常診断が禁止されることから、排気絞り弁の開弁に伴って、排気通路の排気絞り弁よりも上流側における排気の圧力が上記判定値以下となって、その後に直ぐさま、排気の圧力が同判定値よりも一時的に大きくなる場合であれ、フィルタの詰まり異常の誤診断がなされることを抑制することができるようになる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置について、内燃機関の概略構成を示す概略構成図。 同実施形態におけるフィルタの詰まり異常診断処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態における高レベル判定フラグの設定処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態における高レベル判定フラグ設定処理について、排気の温度と補正係数との関係を規定したマップ。 同実施形態における高レベル判定フラグ設定処理について、補正後吸気量と判定値との関係を規定したマップ。 （ａ）〜（ｆ）同実施形態におけるフィルタの詰まり異常診断について、その作用を示すタイミングチャート。 （ａ）〜（ｆ）同実施形態におけるフィルタの詰まり異常診断について、その作用を示すタイミングチャート。 （ａ）〜（ｆ）同実施形態におけるフィルタの詰まり異常診断について、その作用を示すタイミングチャート。 （ａ）〜（ｆ）同実施形態におけるフィルタの詰まり異常診断について、その作用を示すタイミングチャート。 従来技術におけるフィルタの詰まり異常診断について、その作用を示すタイミングチャート。

以下、図１〜図９を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、車載用４気筒ディーゼル機関（以下、「内燃機関」）の排気浄化装置として具体化した一実施形態について説明する。

図１に、本実施形態の内燃機関１０の概略構成を示す。尚、同図では、機関１０を構成する４つの気筒のうちの１つの気筒１１についてその断面構造を模式的に示している。
同図に示すように、内燃機関１０には、その気筒１１に形成される燃焼室１２、同燃焼室１２に吸気を供給する吸気通路１３、及び燃焼室１２での燃焼により生じた排気を排出する排気通路１４を備えている。

吸気通路１３には、燃焼室１２に供給される吸気を調量するためのスロットル弁１５及び同スロットル弁１５を開閉駆動するアクチュエータ１７が設けられている。吸気通路１３を通じて燃焼室１２に吸気が供給されると、燃料噴射弁１６から燃焼室１２に燃料が噴射供給されることでこれら吸気と燃料とが混合され、こうして混合された混合気がピストンにより圧縮されることで着火して燃焼する。

排気通路１４には、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒２１が設けられている。また、排気通路１４において酸化触媒２１の下流側には、排気中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、「ＰＭ」）を捕集するフィルタ２２が設けられている。フィルタ２２は多孔質材料によって形成されている。尚、本実施形態では、酸化触媒２１とフィルタ２２とを別体にて構成しているが、フィルタに酸化触媒を担持させることにより、これらを一体にて構成することもできる。

また、排気通路１４においてフィルタ２２の下流側には、排気通路１４の流路断面積を可変とする排気絞り弁１８及び同排気絞り弁１８を全開と全閉との間で開閉駆動するためのアクチュエータ１９が設けられている。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置４０により実施される。電子制御装置は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、及び外部との間で信号を入力・出力するための入力ポート・出力ポート等を備えて構成されている。電子制御装置４０により、燃料噴射弁１６からの燃料噴射制御（以下、燃料噴射制御）、スロットル弁１５の開度制御（以下、スロットル開度制御）、排気絞り弁１８の開閉制御等の機関制御を含む各種制御が行われる。

電子制御装置４０の入力ポートには、以下の各種センサ３１〜３８等が接続されている。
（３１）吸気通路１３においてスロットル弁１５の上流側に設けられ、吸気量ＧＡを検出する吸気量センサ３１
（３２）排気通路１４において酸化触媒２１とフィルタ２２との間に設けられ、排気の温度ＴｈＣを検出する温度センサ３２
（３３）排気通路１４において酸化触媒２１とフィルタ２２との間に設けられ、排気の圧力（絶対圧）Ｐｅｘを検出する圧力センサ３３
（３４）機関出力軸の回転速度である機関回転速度を検出する機関回転速度センサ３４
（３５）アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３５
（３６）スロットル弁１５の近傍に設けられて、スロットル弁１５の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ３６
（３７）排気通路１４においてフィルタ２２と排気絞り弁１８との間に設けられ、排気の空燃比Ａ／Ｆを検出する空燃比センサ３７
（３８）排気通路１４において酸化触媒２１の上流側に設けられ、排気の温度を検出する上流側排気温センサ３８
また、電子制御装置４０の出力ポートには、スロットル弁１５、燃料噴射弁１６、及び排気絞り弁１８等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置４０は、上記各種センサから入力される検出信号により把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に対して指令信号を出力する。このようにして燃料噴射制御、スロットル開度制御、及び排気絞り弁の開閉制御等の各種制御が行われる。

さて、こうした内燃機関１０の排気浄化装置にあっては、排気絞り弁１８が閉弁したまま開弁しなくなるといった異常が生じるおそれがあることから、以下の閉固着異常診断を通じて、こうした異常の有無を診断するようにしている。すなわち、排気絞り弁１８に対して閉弁指令を出力することで同弁１８が閉弁されると、これに伴い同弁１８の上流側の排気の圧力は高い状態となる。一方、排気絞り弁１８に対して開弁指令を出力することで同弁１８が開弁されると、これに伴い同弁１８の上流側の排気の圧力は低い状態となる。これらのことから、排気絞り弁１８に対して閉弁指令を出力している状態において、開弁指令を出力し、それから所定期間経過後に、排気の圧力Ｐｅｘと判定値Ｐｅｘｔｈとの大小関係を比較するとともに、その結果、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上であるときには、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じているものと診断するようにしている。

また、内燃機関１０の排気浄化装置にあっては、フィルタ２２に捕集されたＰＭの堆積量（以下、「ＰＭ堆積量」）が増加すると、フィルタ２２の上流側における排気の圧力が上昇し、これに伴い内燃機関１０の燃料消費量が悪化するといった問題が生じる。そこで、所定の実行条件が成立するときに、排気の圧力Ｐｅｘが許容値Ｐｆｔｈよりも大きいときには、ＰＭ堆積量が許容量を超えるおそれがあるとして、フィルタ２２に堆積したＰＭを燃焼させて浄化するフィルタの再生制御が行われる。こうしたフィルタ再生制御は、排気絞り弁１８の作動により排気の温度及排気の圧力を上昇させるとともに、フィルタ２２に担持された酸化触媒に未燃燃料成分を供給することで行われる。これにより、未燃燃料成分の排気中や触媒上での酸化に伴う発熱により触媒を活性化させるとともに触媒周りのＰＭを燃焼させる。尚、フィルタ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、内燃機関１０の駆動に寄与する燃料噴射弁１６からの燃料噴射の後、例えば排気行程中での燃料噴射であるポスト噴射等によって行われる。

こうしたフィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件としては、従来、例えば以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）の全てが満たされているときに、成立するものとしている。
（Ａ）機関運転状態が定常運転状態である。

（Ｂ）排気絞り弁１８の閉弁制御が実行されていない。
（Ｃ）排気絞り弁１８の閉固着異常診断の結果、異常なしと診断されている。
ちなみに、機関運転状態が定常運転状態である場合において、排気絞り弁１８が全閉のときの排気の圧力Ｐ１は、排気絞り弁１８が全開であり、且つフィルタ２２のＰＭ堆積量が許容量以上であるときの排気の圧力Ｐ２よりも大きい（Ｐ１＞＞Ｐ２）。このことから、フィルタ２２の詰まり異常診断における上記許容値Ｐｆｔｈは、排気絞り弁１８の閉固着異常診断における上記判定値Ｐｅｘｔｈよりも小さい値として設定される（Ｐｆｔｈ＜Ｐｅｘｔｈ）。

ところで、こうした従来の内燃機関１０の排気浄化装置にあっては、前述したように、排気絞り弁１８が閉固着異常となった後、排気絞り弁１８の閉固着異常診断が完了する前に、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件が成立して、同診断が行われた場合には、フィルタ２２の詰まり異常が生じているとの誤診断がなされるといった問題が生じる。

そこで、本実施形態では、フィルタ２２の異常診断を行うに先立ち、圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘが上記判定値Ｐｅｘｔｈよりも大きいと判断されるときには、当該異常診断を禁止するようにしている。また、上記判定値Ｐｅｘｔｈを、そのときどきの機関運転状態に基づき設定するようにしている。これにより、フィルタ２２の詰まり異常の誤診断がなされることを抑制するようにしている。

次に、図２〜図５を参照して、本実施形態におけるフィルタ２２の詰まり異常診断処理について詳細に説明する。
図２は、フィルタ２２の詰まり異常診断処理の処理手順を示すフローチャートである。尚、同図に示される一連の処理は、機関運転中に所定周期毎に繰り返し実行される。

同図に示すように、この一連の処理では、まず、各種センサ３１〜３８等からの検出結果に基づき把握される機関運転状態が読み込まれる（ステップＳ１）。そして、次に、高レベル判定フラグ設定処理が行われる（ステップＳ２）。

ここで、図３を参照して、高レベル判定フラグ設定処理について説明する。
図３は、高レベル判定フラグの設定処理の処理手順を示すフローチャートである。尚、同図に示される一連の処理は、図２に示すフローチャートにおいてステップＳ２の処理に移行したときに実行される。

同図に示すように、この一連の処理では、まず、そのときの吸気量ＧＡ及び排気の温度ＴｈＣに基づき判定値Ｐｅｘｔｈを設定する（ステップＳ２１）。具体的には、図４及び図５に示すマップを参照して、判定値Ｐｅｘｔｈを設定する。ここで、判定値Ｐｅｘｔｈは、排気通路１４の排気絞り弁１８の上流側における排気の圧力であって同弁１８が全開のときの圧力よりも大きく同弁１８が全閉のときの圧力よりも小さい値として設定される。従って、排気の圧力がより高くなる機関運転状態のときほど、上記判定値Ｐｅｘｔｈは大きな値として設定される。本実施形態では、その他の状態が同一であれば、吸気量ＧＡが多いときほど、これに伴い排気の流量が多くなり、排気の圧力が高くなることに着目して、吸気量ＧＡに基づき上記判定値Ｐｅｘｔｈを設定している。また、吸気量ＧＡが同一であれば、排気の温度ＴｈＣが高いときほど排気の圧力が高くなることに着目して、排気の温度ＴｈＣにより吸気量ＧＡを補正するとともに補正後吸気量ＧＡＣに基づき上記判定値Ｐｅｘｔｈを設定している。

図４は、排気の温度ＴｈＣと補正係数Ｋとの関係を規定したマップである。また、図５は、吸気量ＧＡに対して補正係数Ｋを乗じた値である補正後吸気量ＧＡＣと判定値Ｐｅｘｔｈとの関係を規定したマップである。

図４に示すように、排気の温度ＴｈＣが高くなるほど補正係数Ｋが大きくなるように設定されている。また、図５に示すように、補正後吸気量ＧＡＣが多くなるほど判定値Ｐｅｘｔｈが大きくなるように設定されている。従って、本実施形態では、吸気量ＧＡが多いときほど、また排気の温度が高いときほど判定値Ｐｅｘｔｈは大きな値に設定される。

こうしてステップＳ２１において判定値Ｐｅｘｔｈを設定すると、次に、そのときの排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。そしてこの結果、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上である場合（ステップＳ２２：「ＹＥＳ」）には、排気絞り弁１８が閉じているとして、次に、高レベル判定フラグＦを「ＯＮ」として（ステップＳ２３）、この一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２２において、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上ではない場合には（ステップＳ２２：「ＮＯ」）、排気絞り弁１８が閉じていないとして、次に、高レベル判定フラグＦを「ＯＦＦ」として（ステップＳ２４）、この一連の処理を終了する。

こうして高レベル判定フラグＦの設定が行われると、次に、図２に示すように、そのときの機関運転状態が定常運転状態であるか否かを判断する（ステップＳ３）。本実施形態では、例えば、吸気量ＧＡの単位時間当たりの変化量が所定量未満であること、機関回転速度の単位時間当たりの変化量が所定量未満であること、燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が所定量未満であるといった条件が全て成立しているときに、機関運転状態が定常運転状態であると判断する。機関運転状態が定常運転状態ではない場合、例えば吸気量ＧＡの単位時間当たりの変化量が大きい場合には、これに伴い排気の圧力が大きく変動することとなり、フィルタ２２の詰まり異常を精度良く診断することができない。そのため、ステップＳ３では、そうした状態であるか否かを判断している。

ここで、機関運転状態が定常運転状態である場合（ステップＳ３：「ＹＥＳ」）には、次に、排気絞り弁１８に対して閉弁指令が出力されていないか否かを判断する（ステップＳ４）。排気絞り弁１８に対して閉弁指令が出力されている場合には、フィルタ２２の詰まり度合にかかわらず排気の圧力Ｐｅｘが上記許容値Ｐｆｔｈ以上となり、フィルタ２２の詰まり異常を精度良く診断することができない。そのため、ステップＳ４では、そうした状態であるか否かを判断している。

ここで、排気絞り弁１８への閉弁指令が出力されていない場合（ステップＳ４：「ＹＥＳ」）には、次に、高レベル判定フラグＦが「ＯＦＦ」であるか否かを判断する（ステップＳ５）。高レベル判定フラグＦが「ＯＮ」である場合には、排気絞り弁１８が閉じているといえ、仮にフィルタ２２の詰まり異常診断を行い、同異常診断において圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘが許容値Ｐｆｔｈ以上となったとしても、そのことが、フィルタ２２の詰まり異常によるものか、或いは排気絞り弁１８が閉じていることによるものかを区別することができず、フィルタ２２の詰まり異常を精度良く診断することができない。そのため、ステップＳ５では、そうした状態であるか否かを判断している。

そして、高レベル判定フラグＦが「ＯＦＦ」である場合には（ステップＳ５：「ＹＥＳ」）、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件が成立したとして、次に、そのときの排気の圧力Ｐｅｘが許容値Ｐｆｔｈよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ６）。そしてこの結果、排気の圧力Ｐｅｘが許容値Ｐｆｔｈよりも大きい場合には（ステップＳ６：「ＹＥＳ」）、ＰＭ堆積量が許容量を超えているとして、次に、フィルタ２２の詰まり異常有りと診断して（ステップＳ７）、この一連の処理を一旦終了する。

一方、排気の圧力Ｐｅｘが許容値Ｐｆｔｈ以下である場合には（ステップＳ６：「ＮＯ」）、ＰＭ堆積量が許容量以下であるとして、この一連の処理を一旦終了する。
尚、機関運転状態が定常運転状態ではない場合（ステップＳ３：「ＮＯ」）や、排気絞り弁１８への閉弁指令が出力されている場合（ステップＳ４：「ＮＯ」）、高レベル判定フラグＦが「ＯＮ」である場合（ステップＳ５：「ＮＯ」）には、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件が成立しないとして、この一連の処理を一旦終了する。

次に、図６〜図９を参照して、本実施形態におけるフィルタの詰まり異常診断の作用について説明する。
図６は、フィルタ２２のＰＭ堆積量が許容量以下であり、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じない場合におけるタイミングチャートである。

図７は、フィルタ２２のＰＭ堆積量が許容量以下であり、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じる場合におけるタイミングチャートである。
尚、これら図６、図７に示すタイミングチャートにおいては、機関運転状態は、定常運転状態であるとする（図６（ａ）、図７（ａ）参照）。

図６に示すように、タイミングｔ１１において、排気絞り弁１８に対して閉弁指令が出力されると（ｂ）、それまで全開であった排気絞り弁１８は全閉となる（ｃ）。これにより、排気の圧力Ｐｅｘは、それまでの所定値Ｐ０（＜Ｐｆｔｈ）から上昇して、タイミングｔ１３において所定値Ｐ１（＞Ｐｅｘｔｈ）となる（ｄ）。その後、タイミングｔ１４において、排気絞り弁１８に対して開弁指令が出力されると（ｂ）、排気絞り弁１８は正常に駆動されて全開となる（ｃ）。これにより、排気の圧力Ｐｅｘは、それまでの所定値Ｐ１から低下して、タイミングｔ１６において所定値Ｐ０となる（ｄ）。ここで、高レベル判定フラグＦは、タイミングｔ１２において排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ（Ｐｆｔｈ＜Ｐｅｘｔｈ＜Ｐ１）以上となることに伴い、「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替えられる。またその後、タイミングｔ１５において排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ未満となると、「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられる。また、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件は、排気絞り弁１８に対して閉弁指令が出力されたタイミングｔ１１から、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ未満となったタイミングｔ１５まで不成立となる。すなわち、タイミングｔ１５以降において成立することとなる。

一方、図７に示すように、タイミングｔ１３とタイミングｔ１４との間のタイミングにおいて、排気絞り弁１８に閉固着異常が生じた場合には、タイミングｔ１５以降においても、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上のままとなることから、高レベル判定フラグＦは、「ＯＮ」のまま切り替えられることはない（ｅ）。そのため、タイミングｔ１５以降、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件も不成立のままとなる。従って、タイミングｔ１４以降において、直前に生じた排気絞り弁１８の閉固着異常について、閉固着異常診断が完了しておらず、前回の診断結果が異常なしであること、機関運転状態が定常運転状態であること（ａ）、及び排気絞り弁１８への閉弁指令が出力されていないことをもってフィルタ２２の詰まり異常診断が行われることはない。

図８は、フィルタ２２のＰＭ堆積量が許容量よりも多く、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じない場合におけるタイミングチャートである。
図９は、フィルタ２２のＰＭ堆積量が許容量よりも多く、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じる場合におけるタイミングチャートである。

尚、これら図８、図９に示すタイミングチャートにおいては、機関運転状態は、定常運転状態であるとする（図８（ａ）、図９（ａ）参照）。
図８に示すように、タイミングｔ２１において、排気絞り弁１８に対して閉弁指令が出力されると（ｂ）、それまで全開であった排気絞り弁１８は全閉となる（ｃ）。ここで、フィルタ２２のＰＭ堆積量が許容量よりも多いため、排気の圧力Ｐｅｘは、それまでの所定値Ｐ２（Ｐｆｔｈ＜Ｐ２＜Ｐｅｘｔｈ）から上昇して、タイミングｔ２３において所定値Ｐ１（＞Ｐｅｘｔｈ）となる（ｄ）。その後、タイミングｔ２４において、排気絞り弁１８に対して開弁指令が出力されると（ｂ）、排気絞り弁１８は正常に駆動されて全開となる（ｃ）。これにより、排気の圧力Ｐｅｘは、それまでの所定値Ｐ１から低下して、タイミングｔ２６において所定値Ｐ２となる（ｄ）。ここで、高レベル判定フラグＦは、タイミングｔ２２において排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ（Ｐｆｔｈ＜Ｐｅｘｔｈ＜Ｐ１）以上となることに伴い、「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替えられる。またその後、タイミングｔ２５において排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ未満となると、「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられる。また、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件は、排気絞り弁１８に対して閉弁指令が出力されたタイミングｔ２１から、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ未満となったタイミングｔ２５まで不成立となる。すなわち、タイミングｔ２５以降において成立することとなる。

一方、図９に示すように、タイミングｔ２３とタイミングｔ２４との間において、排気絞り弁１８に閉固着異常が生じた場合には、タイミングｔ２５以降においても、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上のままとなることから、高レベル判定フラグＦは、「ＯＮ」のまま切り替えられることはない（ｅ）。そのため、タイミングｔ２５以降、フィルタ２２の詰まり異常診断の実行条件も不成立のままとなる。従って、タイミングｔ２４以降において、直前に生じた排気絞り弁１８の閉固着異常について、閉固着異常診断が完了しておらず、前回の診断結果が異常なしであること、機関運転状態が定常運転状態であること（ａ）、及び排気絞り弁１８への閉弁指令が出力されていないことをもってフィルタ２２の詰まり異常診断が行われることはない。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１０は、排気通路１４に設けられて排気中のＰＭを捕集するフィルタ２２と、排気通路１４におけるフィルタ２２の下流側に設けられて同排気通路１４の流路断面積を可変とする排気絞り弁１８とを備えるものとした。また、電子制御装置４０を通じて、排気絞り弁１８の開閉を制御するものとした。また、排気通路１４のフィルタ２２の上流側における排気の圧力Ｐｅｘを検出する圧力センサ３３を備え、電子制御装置４０を通じて、圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘに基づきフィルタ２２の詰まり異常を診断するものとした。そして、電子制御装置４０は、排気通路１４の排気絞り弁１８の上流側における排気の圧力であって同弁１８が全開のときの圧力よりも大きく全閉のときの圧力よりも小さい判定値Ｐｅｘｔｈを機関運転状態に基づき設定するものとした。また、フィルタ２２の異常診断を行うに先立ち、圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘが、判定値Ｐｅｘｔｈよりも大きいと判断されるときには、当該異常診断を禁止するものとした。これにより、フィルタ２２の異常診断が行われる際には、これに先立ち、排気通路１４の排気絞り弁１８の上流側における排気の圧力Ｐｅｘが上記判定値Ｐｅｘｔｈよりも大きいか否かが判断される。すなわち、排気絞り弁１８が閉じているか否かが判断される。そして、排気絞り弁１８が閉じていると判断される場合には、仮にフィルタ２２の詰まり異常診断を行い、同異常診断において圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘが許容値Ｐｆｔｈ以上となったとしても、そのことが、フィルタ２２の詰まり異常によるものか、或いは排気絞り弁１８が閉じていることによるものかを区別することができず、フィルタ２２の詰まり異常を精度良く診断することができないとして、フィルタ２２の異常診断が禁止される。従って、フィルタ２２の詰まり異常の誤診断がなされることを抑制することができるようになる。

（２）電子制御装置４０を通じて、吸気量ＧＡが多いときほど上記判定値Ｐｅｘｔｈを大きく設定するものとした。排気通路１４の排気絞り弁１８の上流側における排気の圧力は、その他の状態が同一であれば、排気通路１４を流通する排気の流量が多いときほど高くなる。また、排気の流量は、吸気通路１３を流通する吸気の流量が多いときほど多くなる。上記実施形態によれば、電子制御装置４０を通じて、吸気量ＧＡに応じて、すなわち排気の流量に応じて上記判定値Ｐｅｘｔｈが設定されることから、上記判定値Ｐｅｘｔｈを排気の圧力に即した適切な値に簡易な態様によって設定することができるようになる。

（３）電子制御装置４０を通じて、排気通路１４を流通する排気の温度ＴｈＣが高いときほど判定値Ｐｅｘｔｈを大きく設定するものとした。排気通路１４の排気絞り弁１８の上流側における排気の圧力は、その他の状態が同一であれば、排気通路１４を流通する排気の温度が高いときほど高くなる。そのため、吸気量ＧＡのみに基づき上記判定値Ｐｅｘｔｈを設定する構成にあっては、排気の温度ＴｈＣが基準温度から大きく乖離する場合には、上記判定値Ｐｅｘｔｈを排気の圧力に即した適切な値に設定することができない場合がある。この点、上記構成によれば、電子制御装置４０を通じて、排気通路１４を流通する排気の温度ＴｈＣに応じて上記判定値Ｐｅｘｔｈが設定されることから、排気の温度ＴｈＣが基準温度から大きく乖離する場合であれ、上記判定値Ｐｅｘｔｈを排気の圧力に即した適切な値に設定することができるようになる。

尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態では、過給機を備えていない内燃機関１０について例示したが、これに代えて、過給機や排気再循環装置を備える内燃機関に対しても本発明を適用することができる。特に、排気駆動式の過給機を備える内燃機関にあっては、同過給機を構成するタービンと酸化触媒２１との間に、触媒を設けるようにすることもできる。

・上記実施形態では、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以下となると直ぐに、高レベル判定フラグＦを「ＯＦＦ」としている。しかしながら、排気絞り弁１８の開弁に伴って、排気の圧力Ｐｅｘが上記判定値Ｐｅｘｔｈ以下となっても、そのときの機関運転状態によっては、その後に直ぐさま、排気の圧力Ｐｅｘが同判定値Ｐｅｘｔｈよりも一時的に大きくなることがある。こうした場合には、圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘが上記判定値Ｐｅｘｔｈとなったことをもって直ぐさま、フィルタ２２の詰まり異常診断が行われると、フィルタ２２の詰まり異常の誤診断がなされるおそれがある。そこで、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以下となってから所定期間が経過するまでは、高レベル判定フラグＦを「ＯＦＦ」とせずに、フィルタ２２の異常診断を禁止するようにしてもよい。これにより、排気絞り弁１８の開弁に伴って、排気通路１４の排気絞り弁１８よりも上流側における排気の圧力が上記判定値Ｐｅｘｔｈ以下となって、その後に直ぐさま、排気の圧力Ｐｅｘが同判定値Ｐｅｘｔｈよりも一時的に大きくなる場合であれ、フィルタ２２の詰まり異常の誤診断がなされることを抑制することができるようになる。ちなみに、ここでの所定期間としては、実験等により予め求められる値を設定することができる。

・上記実施形態では、吸気量ＧＡ及び排気の温度ＴｈＣに基づき判定値Ｐｅｘｔｈを設定するようにしているが、これに加えて、周知の堆積量推定手段により推定されるＰＭ堆積量に基づき判定値を設定するようにすることもできる。すなわち、圧力センサ３３により検出される排気の圧力Ｐｅｘは、その他の状態が同一であれば、フィルタ２２のＰＭ堆積量が多いときほど高くなる。そこで、上述したように、ＰＭ堆積量が多いときほど判定値Ｐｅｘｔｈを大きく設定することとすれば、判定値を、排気の圧力に即した適切な値に設定することができるようになる。

・上記実施形態によるように、排気通路１４を流通する排気の温度ＴｈＣが高いときほど判定値Ｐｅｘｔｈを大きく設定することが、排気の温度ＴｈＣが基準温度から大きく乖離する場合であれ、上記判定値Ｐｅｘｔｈを排気の圧力に即した適切な値に設定する上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例えば排気の温度ＴｈＣと基準温度との乖離度合が小さい場合においてのみ、本発明を適用するのであれば、排気の温度ＴｈＣに基づいて判定値Ｐｅｘｔｈを設定しなくともよい。

・上記実施形態では、排気通路１４の排気絞り弁１８の上流側における排気の圧力が、その他の状態が同一であれば、排気通路１４を流通する排気の流量が多いときほど高くなること、また排気の流量は、吸気通路１３を流通する吸気の流量が多きときほど多くなることを考慮して、吸気量ＧＡに基づいて判定値Ｐｅｘｔｈを設定するようにしている。しかしながら、排気の流量を推定するための構成はこれに限られるものではなく、他に例えば、内燃機関１０の燃料噴射量Ｑに基づき排気の流量を推定するようにしてもよい。この場合、燃料噴射量Ｑが多いときほど判定値を大きく設定するようにすればよい。また、排気の流量を直接検出する手段を備える構成にあっては、同手段により検出される排気の流量に基づき判定値を設定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、従来の実行条件（Ａ）〜（Ｃ）が成立していることに加えて、高レベル判定フラグＦが「ＯＦＦ」である場合に、フィルタ２２の詰まり異常診断を実行するようにしているが、本発明はこれに限られるものではなく、高レベル判定フラグＦが「ＯＦＦ」であることのみをもってフィルタ２２の詰まり異常診断を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、排気絞り弁１８の閉固着異常診断については、従来の診断態様、すなわち、排気絞り弁１８に対して閉弁指令を出力している状態において、開弁指令を出力し、それから所定期間経過後に、排気の圧力Ｐｅｘが判定値Ｐｅｘｔｈ以上であるときには、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じていると診断する態様を採用している。しかしながら、本発明の技術思想に基づき以下の閉固着異常診断を行うようにすることもできる。すなわち、排気絞り弁１８への閉弁指令が出力されているときにフィルタの異常診断を行うものとし、フィルタの異常診断を行うに先立ち、排気の圧力Ｐｅｘが、判定値Ｐｅｘｔｈよりも大きいと判断されるときに、当該異常診断を禁止するとともに、排気絞り弁１８が閉固着異常であると診断する。このような診断を行うことにより、排気絞り弁１８の閉固着異常が生じている場合には、これをより早期に把握することができるようになる。

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…スロットル弁、１６…燃料噴射弁、１７…アクチュエータ、１８…排気絞り弁、１９…アクチュエータ、２１…酸化触媒、２２…フィルタ、３１…エアフローメータ、３２…温度センサ、３３…圧力センサ（圧力検出手段）、３４…機関回転速度センサ、３５…アクセル開度センサ、３６…スロットル開度センサ、３７…空燃比センサ、３８…上流側排気温センサ、４０…電子制御装置（開閉制御手段、診断手段、判定値設定手段、禁止手段）。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタの下流側に設けられて同排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気絞り弁の開閉を制御する開閉制御手段と、前記排気通路の前記フィルタの上流側における排気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出される排気の圧力に基づき前記フィルタの詰まり異常を診断する異常診断手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気通路の前記排気絞り弁の上流側における排気の圧力であって同弁が全開のときの圧力よりも大きく全閉のときの圧力よりも小さい判定値を機関運転状態に基づき設定する判定値設定手段と、
   前記異常診断手段による前記フィルタの異常診断を行うに先立ち、前記圧力検出手段により検出される排気の圧力が、前記判定値設定手段により設定される前記判定値よりも大きいと判断されるときには、当該異常診断を禁止する禁止手段と、を備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記判定値設定手段は、前記排気通路を流通する排気の流量が多いときほど前記判定値を大きく設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記判定値設定手段は、内燃機関の吸気通路を流通する吸気の流量が多いときほど前記判定値を大きく設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記判定値設定手段は、内燃機関の燃料噴射量が多いときほど前記判定値を大きく設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記判定値設定手段は、前記排気通路を流通する排気の温度が高いときほど前記判定値を大きく設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   機関運転状態に基づき前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段を備え、
   前記判定値設定手段は、前記堆積量推定手段により推定される堆積量が多いときほど前記判定値を大きく設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記禁止手段は、前記圧力検出手段により検出される排気の圧力が前記判定値以下となってから所定期間が経過するまでは、前記異常診断手段による前記フィルタの異常診断を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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