(57)【要約】【課題】ＤＰＦの下流側にＰＭセンサが設けられた排気浄化システムにおいて、そのＰＭセンサの故障検知装置を提供すること。【解決手段】本発明は、ＤＰＦと、排気管のうちＤＰＦの下流側に設けられたセンサ素子を有しＰＭがセンサ素子に付着することによるセンサ素子の静電容量の変化に基づいて排気に含まれるＰＭを検出するＰＭセンサと、を備えた排気浄化システムにおける、ＰＭセンサの故障判定装置を提供する。故障判定装置は、ＤＰＦ再生運転が終了した後の所定の故障判定期間内におけるセンサ素子の静電容量の変化に基づいてＰＭセンサの故障を判定する。この故障判定期間は、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＤＰＦに流入したＰＭの積算量Ｗが所定の終了判定値Ｗｍａｘを超えるまでの期間である。【選択図】図７
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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設けられ、当該内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタと、
前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去する再生手段と、
前記排気通路のうち前記排気浄化フィルタの下流側に設けられた電極部を有し、粒子状物質が前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段と、を備えた排気浄化システムにおける粒子状物質検出手段の故障判定装置であって、
前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了した後の所定の判定期間内における前記電極部の電気的特性の変化に基づいて前記粒子状物質検出手段の故障を判定する故障判定手段を備えることを特徴とする粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項２】
前記排気浄化フィルタに流入した粒子状物質の積算量を算出する積算量算出手段をさらに備え、
前記所定の判定期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記積算量が所定量を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項３】
前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段をさらに備え、
前記所定の判定期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項４】
前記排気浄化フィルタに流入する粒子状物質のうち捕集される粒子状物質の割合を示す捕集率を推定する捕集率推定手段をさらに備え、
前記所定の判定期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記捕集率が所定値を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項５】
前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してからの経過時間を計測する計時手段をさらに備え、
前記所定の判定期間は、前記計時手段による経過時間の計測を開始してから当該経過時間が所定時間を超えるまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項６】
前記排気浄化フィルタの温度を推定又は検出するフィルタ温度検出手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度以上である場合には、前記粒子状物質検出手段の故障の判定を禁止することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項７】
前記排気浄化フィルタの温度を推定又は検出するフィルタ温度検出手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度未満になった場合に、前記粒子状物質検出手段の故障の判定を行うことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項８】
前記故障判定手段は、前記所定の判定期間内に前記電極部に所定の電圧を印加することにより、排気に含まれる粒子状物質を前記電極部に付着させることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出手段の故障判定装置に関する。より詳しくは、排気通路に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路となる排気管内には、内燃機関から排出された粒子状物質を検出するため粒子状物質検出手段が設けられる。粒子状物質の検出には様々な手法が知られているが、中でも特許文献１や特許文献２に示されているもののように、排気管内に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段は、簡易な構成であっても高い精度で検出できることから近年では特に注目されている。
【０００３】
より具体的には、特許文献１の煤検出センサでは、多孔質の導電性物質で形成された一対の煤検出電極を排気管内に設け、排気に含まれる煤が付着することによる煤検出電極の電気抵抗の変化に基づいて、排気に含まれる煤の量を検出する。
【０００４】
また、特許文献２の粒子状物質検出装置では、排気管内に設けられた電極部に所定の電圧を印加することにより、排気に含まれる粒子状物質を電極部に積極的に付着させつつ、この時における電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気中の粒子状物質の量を検出する。
【０００５】
一方、特許文献３や特許文献４には、このような粒子状物質検出手段を、粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタの故障判定装置に応用した技術が示されている。
より具体的には、特許文献３には、排気浄化フィルタの下流側に粒子状物質検出手段を設け、この粒子状物質検出手段により検出された粒子状物質の量に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定装置が示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、排気浄化フィルタの上流側と下流側に粒子状物質検出手段を設け、これら２つの粒子状物質検出手段の出力に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定装置が示されている。この故障判定装置では、２つの粒子状物質検出手段の出力値の比に基づいて、排気浄化フィルタに流入した粒子状物質のうち排気浄化フィルタを通過した粒子状物質の割合を算出し、この割合を正常値と比較することにより排気浄化フィルタの故障を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２６６９６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９２９４号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献４】特開２００７−１３２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３や特許文献４に示された排気浄化フィルタの故障判定装置では、粒子状物質検出手段が正常に作動している場合には排気浄化フィルタの故障の判定を行えるものの、粒子状物質検出手段が故障した場合には排気浄化フィルタの故障の判定を行えないばかりか、誤信号に基づいて内燃機関の制御が行われてしまうおそれもある。このため、排気浄化フィルタの故障の判定に加えて、粒子状物質検出手段の故障も判定することが好ましい。
【０００９】
しかしながら、粒子状物質検出手段を排気浄化フィルタの下流側に設けた場合、内燃機関から排出された粒子状物質は排気浄化フィルタに捕集されてしまい、粒子状物質検出手段の電極部にまで到達する粒子状物質の量は非常に限られてしまう。すなわち、排気浄化フィルタが正常である限りは、粒子状物質検出手段が正常に作動すること、つまり電極部に粒子状物質が付着することに応じてその電気的特性が正常に変化することを確認するのは困難であると考えられる。
【００１０】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、排気浄化フィルタの下流側に粒子状物質検出手段が設けられた排気浄化システムにおいて、その粒子状物質検出手段の故障検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管４）に設けられ、当該内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ３）と、前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去する再生手段（例えば、後述のＥＣＵ５、及び図６に示すＤＰＦ再生処理の実行に係る手段）と、前記排気通路のうち前記排気浄化フィルタの下流側に設けられた電極部（例えば、後述のセンサ素子１２）を有し、粒子状物質が前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段（例えば、後述のＰＭセンサ１１）と、を備えた排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）における粒子状物質検出手段の故障判定装置を提供する。前記粒子状物質検出手段の故障判定装置は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了した後の所定の判定期間（例えば、後述の故障判定期間）内における前記電極部の電気的特性の変化に基づいて前記粒子状物質検出手段の故障を判定する故障判定手段（例えば、後述のＥＣＵ５、及び図８、図９、図１１、図１３、及び図１４に示す故障判定処理の実行に係る手段）を備える。
【００１２】
上述のように、排気浄化フィルタの下流側に粒子状物質検出手段が設けられた排気浄化システムでは、排気浄化フィルタが正常である限り粒子状物質検出手段の電極部にまで到達する粒子状物質の量は、非常に限られることとなる。しかしながら、捕集された粒子状物質を燃焼除去した直後から、粒子状物質が排気浄化フィルタに形成された無数の細孔を埋めるまでの間は、排気浄化フィルタが正常な状態であるか否かにかかわらず捕集性能が一時的に低下するため、有意な量の粒子状物質が粒子状物質検出手段の電極部にまで到達する場合がある。そこで本発明によれば、このような排気浄化フィルタの捕集性能が一時的に低下する期間を利用して、再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了した後の所定の判定期間内における電極部の電気的特性の変化に基づいて、粒子状物質検出手段の故障を判定する。これにより、排気浄化フィルタが正常な状態であっても粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記故障判定装置は、前記排気浄化フィルタに流入した粒子状物質の積算量（例えば、後述のＰＭ積算量Ｗ）を算出する積算量算出手段（例えば、後述の図８のステップＳ１３及びＳ１６の実行に係る手段）をさらに備える。前記所定の判定期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記積算量が所定量（例えば、後述の終了判定値Ｗｍａｘ）を超えるまでの期間であることを特徴とする。
【００１４】
再生手段により粒子状物質を燃焼除去してから、排気浄化フィルタに新たに流入した粒子状物質の積算量が所定量を超えた場合には、排気浄化フィルタの無数の細孔は粒子状物質により埋められたと考えられる。本発明によれば、再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、排気浄化フィルタに流入した粒子状物質の積算量が所定量を超えるまでの期間を判定期間とすることにより、排気浄化フィルタの捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、粒子状物質検出手段の故障の判定精度を向上することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記故障判定装置は、前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量（例えば、後述のＰＭ捕集量Ｑ）を推定する捕集量推定手段（例えば、後述の図１１のステップＳ５３及びＳ５６の実行に係る手段）をさらに備える。前記所定の判定期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量（例えば、後述の終了判定値Ｑｍａｘ）を超えるまでの期間であることを特徴とする。
【００１６】
再生手段により粒子状物質を燃焼除去してから、排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量を超えた場合には、排気浄化フィルタの無数の細孔は粒子状物質により埋められたと考えられる。本発明によれば、再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量を超えるまでの期間を判定期間とすることにより、排気浄化フィルタの捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、粒子状物質検出手段の故障の判定精度を向上することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記故障判定装置は、前記排気浄化フィルタに流入する粒子状物質のうち捕集される粒子状物質の割合を示す捕集率（例えば、後述のＰＭ捕集率ＴＲ）を推定する捕集率推定手段（例えば、後述の図１３のステップＳ７３、Ｓ７６、及びＳ７７の実行に係る手段）をさらに備える。前記所定の判定期間は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、前記捕集率が所定値（例えば、後述の終了判定値ＴＲｍａｘ）を超えるまでの期間であることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから、排気浄化フィルタの捕集率が所定値を超えるまでの期間を判定期間とすることにより、排気浄化フィルタの捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、粒子状物質検出手段の故障の判定精度を向上することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記故障判定装置は、前記再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してからの経過時間を計測する計時手段（例えば、後述の図１４のステップＳ９４及びＳ９６の実行に係る手段）をさらに備える。前記所定の判定期間は、前記計時手段による経過時間の計測を開始してから当該経過時間が所定時間（例えば、後述の終了判定値ＴＭｍａｘ）を超えるまでの期間であることを特徴とする。
【００２０】
再生手段により粒子状物質を燃焼除去してから、所定の時間が経過した場合には、排気浄化フィルタの無数の細孔は粒子状物質により埋められたと考えられる。本発明によれば、再生手段による粒子状物質の燃焼除去が終了してから経過した時間が所定時間を超えるまでの期間を判定期間とすることにより、排気浄化フィルタの捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、粒子状物質検出手段の故障の判定精度を向上することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記故障判定装置は、前記排気浄化フィルタの温度を推定又は検出するフィルタ温度検出手段（例えば、後述の排気温度センサ９、及びＥＣＵ５）をさらに備える。前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタの温度（例えば、後述のＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦ）が粒子状物質の燃焼温度（例えば、後述のＰＭ燃焼温度Ｔ＿ＰＭ）以上である場合には、前記粒子状物質検出手段の故障の判定を禁止することを特徴とする。
【００２２】
再生手段により粒子状物質の燃焼除去が終了した後であり、排気浄化フィルタの捕集性能が低下した状態であっても、例えば余熱により、排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度よりも高い場合には、新たに流入する粒子状物質もこの排気浄化フィルタで燃焼してしまうため、電極部まで到達する粒子状物質の量は少ない。本発明によれば、排気浄化フィルタの温度が所定温度以上である場合に故障の判定を禁止することで、電極部に粒子状物質が付着しない状態で故障の判定を行うことによる誤判定の発生を防止することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気浄化フィルタの温度を推定又は検出するフィルタ温度検出手段をさらに備え、前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度未満になった場合に、前記粒子状物質検出手段の故障の判定を行うことを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度未満となった場合に粒子状物質検出手段の故障の判定を行う。これにより、内燃機関から排出された粒子状物質を排気浄化フィルタの余熱で燃焼させることなく電極部に付着させた上で故障の判定を行うことができるので、粒子状物質検出手段の故障の判定精度を向上することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、記故障判定手段は、前記所定の判定期間内に前記電極部に所定の電圧を印加することにより、排気に含まれる粒子状物質を前記電極部に付着させることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、判定期間内に電極部に所定の電圧を印加し、粒子状物質を電極部に効率的に付着させることにより、判定期間内における電極部の電気的特性の変化を大きくすることができるので、粒子状物質検出手段の故障の判定精度を向上することができる。また、電圧を印加し効率的に粒子状物質を付着させることにより、内燃機関から排出される粒子状物質の量が少ない低負荷の運転状態であっても、故障の判定精度を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る粒子状物質検出手段の故障判定装置、及びこれを適用したエンジンとその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係るＰＭセンサの概略構成を示す図である。
【図３】上記実施形態に係るセンサ素子の斜視図である。
【図４】上記実施形態に係るセンサ素子の分解斜視図である。
【図５】上記実施形態に係るセンサ素子の集塵部内にＰＭが全面に付着して堆積したときの様子を模式的に示した図である。
【図６】上記実施形態に係るＤＰＦ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】ＤＰＦ再生運転を実行した後におけるＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度の特徴的な振る舞いを示す図である。
【図８】上記実施形態に係るＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係るＤＰＦ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】ＤＰＦ再生運転を実行した後におけるＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度の特徴的な振る舞いを示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るＤＰＦ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】ＤＰＦ再生運転を実行した後におけるＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度の特徴的な振る舞いを示す図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るＤＰＦ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第５実施形態に係るＤＰＦ再生処理の手順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】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００２９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る粒子状物質検出手段の故障判定装置、及びこれを適用した内燃機関（以下、「エンジン」という）１とその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ５により制御される。
【００３０】
エンジン１の排気通路となる排気管４には、排気浄化フィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）」という）３と、排気に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」という）を検出する粒子状物質検出手段（以下、「ＰＭセンサ」という）１１とが、上流側からこの順で設けられている。
【００３１】
ＤＰＦ３は、無数の細孔が形成された多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁を通過する際、排気に含まれるＰＭを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の細孔に堆積させることにより、これを捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、チタン酸アルミニウムやコージェライト等を材料とした多孔質体が使用される。
【００３２】
ＤＰＦ３の捕集能力の限界、すなわち堆積限界までＰＭを捕集すると、圧損が大きくなる。そこで、ＤＰＦに捕集されたＰＭを適切な時期に燃焼除去するＤＰＦ再生処理がＥＣＵ５により実行される。なお、このＤＰＦ再生処理の具体的な手順については、後に図６を参照して詳述する。
【００３３】
図２は、ＰＭセンサ１１の概略構成を示す図である。
ＰＭセンサ１１は、排気管４の内部のうちＤＰＦ３の下流側に設けられたセンサ素子１２と、ＥＣＵ５に接続され、このセンサ素子１２を制御するセンサコントローラ１７と、を備える。ＰＭセンサ１１は、以下に示すように、排気管４内を流通する排気に含まれるＰＭが付着したセンサ素子１２の電気的特性を測定し、この測定値の変化に基づいて、排気管内を流通する排気中のＰＭを検出する。
【００３４】
センサコントローラ１７は、集塵用ＤＣ電源１３と、インピーダンス測定器１４と、センサ素子１２の温度を制御する温度制御装置１５と、を含んで構成される。
【００３５】
図３は、センサ素子１２の斜視図である。図３に示すように、センサ素子１２は、ＰＭを含む排気が通過する通気孔を有しており、この通気孔により集塵部１２０が形成される。排気中に含まれるＰＭは、この集塵部１２０の内壁に付着して堆積する。
【００３６】
図４は、センサ素子１２の分解斜視図である。センサ素子１２は、図４に示すように、一対の電極板１３０，１３１を、板状のスペーサ１２５Ａ，１２５Ｂを介装して組み合わせ、ヒーター層１２２，１２９及びアルミナプレート１２１で挟持することにより構成される。これにより、電極板１３０，１３１、スペーサ１２５Ａ，１２５Ｂに囲まれた集塵部１２０が形成される。
【００３７】
電極板１３０は、誘電体層１２４と、集塵電極層１２３とを積層することにより形成される。また、電極板１３１は、誘電体層１２６と、測定電極層１２７と、集塵電極層１２８とを積層することにより形成される。
【００３８】
測定電極層１２７は、一対の櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂを備える。具体的には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂは、測定電極層１２７の一端側の集塵部１２０に対応する位置に形成された一対の櫛歯部と、この櫛歯部から他端側へかけて延びる一対の櫛本体部と、を含んで構成される。より具体的には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂは、一方の櫛形の測定電極１２７Ａの櫛歯部と他方の櫛形の測定電極１２７Ｂの櫛歯部とが相互に挟み合うように対向配置されている。
また、一対の櫛本体部は、インピーダンス測定器１４に電気的に接続されている。
【００３９】
ここで、測定電極層１２７に櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂを備える本実施形態のＰＭ検出メカニズムについて説明する。
図５は、本実施形態のセンサ素子１２の集塵部１２０内にＰＭが全面に付着して堆積したときの様子を模式的に示した図である。図５に示すように、集塵部１２０に集塵されたＰＭは、櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの櫛歯部上に誘電体層を介して堆積する。このとき、隣接する測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ間におけるもれ電界が、堆積したＰＭによる影響を受け、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ間の電気的特性が変化する。この電気的特性の変化は、ＰＭ堆積量に相関があることから、この電気的特性の変化を測定することにより、排気に含まれるＰＭを検出できる。なお、以下の説明において、センサ素子１２の電気的特性とは、センサ素子１２のうちＰＭ堆積量に相関のある集塵部１２０の電気的特性を意味する。
【００４０】
集塵電極層１２３，１２８は、タングステン導体層からなる集塵電極１２３Ａ，１２８Ａを備える。この集塵電極１２３Ａ，１２８Ａは、集塵電極層１２３，１２８の一端側の集塵部１２０に対応する位置に略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板の他端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。
また、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａの導線部は、集塵用ＤＣ電源１３に電気的に接続されている。
なお、集塵電極１２３Ａ、１２８Ａの導体部の一辺の長さは、約１０ｍｍである。
【００４１】
ヒーター層１２２，１２９は、ヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａを備え、これらヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａは、温度制御装置１５に電気的に接続されている。
また、アルミナプレート１２１は、略矩形状のアルミナ基板であり、厚みは約１ｍｍである。
【００４２】
集塵用ＤＣ電源１３は、集塵電極層１２３，１２８に備えられた集塵電極１２３Ａ，１２８Ａの導線部に電気的に接続されている。集塵用ＤＣ電源１３は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、後述する測定電圧よりも大きい所定の集塵電圧を集塵電極層１２３，１２８間に印加する。このように、集塵電圧を印加することにより、集塵電圧を印加しない場合と比較してより短時間で効率的に、排気中のＰＭを集塵部１２０に付着させることができる。
【００４３】
インピーダンス測定器１４は、測定電極層１２７の一対の櫛本体部に電気的に接続されている。インピーダンス測定器１４は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧及び測定周期のもとで、センサ素子１２の電気的特性を検出し、検出した静電容量に略比例した検出信号をＥＣＵ５に出力する。なお、本実施形態では、インピーダンス測定器１４により、センサ素子１２の電気的特性として特に静電容量を測定するが、これに限るものではない。
【００４４】
温度制御装置１５は、各電極板１３０，１３１に接して設けられたヒーター層１２２，１２９のヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａに電気的に接続されており、これらヒーター層１２２，１２９に電力を供給するヒーター用ＤＣ電源（図示せず）を含んで構成される。
ヒーター用ＤＣ電源は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、ヒーター層１２２，１２９に所定の電流を通電する。ヒーター層１２２，１２９は、ヒーター用電源から電流が供給されると発熱し、各電極板１３０，１３１を加熱する。これにより、各電極板１３０，１３１を加熱し、集塵部１２０に付着したＰＭを燃焼除去でき、センサ素子１２を再生できる。
【００４５】
図１に戻って、ＥＣＵ５には、以上のようなＰＭセンサ１１のセンサコントローラ１７の他、警告灯６、クランク角度位置センサ７、アクセルセンサ８、及び排気温度センサ９等が接続されている。
【００４６】
警告灯６は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて点灯する。ＥＣＵ５は、ＰＭセンサ１１が故障したと判定した場合、すなわちＰＭセンサ１１が故障した状態であることを示す後述の故障判定フラグに「１」がセットされた場合には、この警告灯６を点灯させる。これにより、ＰＭセンサ１１が故障したことを運転者に報知することができる。
【００４７】
クランク角度位置センサ７は、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出し、検出信号をＥＣＵ５に出力する。アクセルセンサ８は、車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出し、検出信号をＥＣＵ５に出力する。エンジン１の運転状態を示す運転状態パラメータとしてのエンジン回転数ＮＥや燃料噴射量ＱＩＮＪは、これらクランク角度位置センサ７及びアクセルセンサ８の出力に基づいて、ＥＣＵ５により算出される。
【００４８】
排気温度センサ９は、排気管４内のうちＤＰＦ３の直下に設けられた熱電対９１と、この熱電対９１からの入力を増幅し、ＤＰＦ３の直下の排気温度に略比例した信号をＥＣＵ５に出力する熱電対コントローラ９２とを含んで構成される。ＤＰＦ３の温度Ｔ＿ＤＰＦは、この熱電対コントローラ９２の出力に基づいて、ＥＣＵ５により算出される。
【００４９】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ５は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、センサコントローラ１７、警告灯６、及びエンジン１の燃料噴射弁等に制御信号を出力する出力回路とを備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ５には、以下に示すＤＰＦ再生処理（図６参照）や、ＰＭセンサ故障判定処理（図８参照）等を実行する各種モジュールが構成される。
【００５０】
図６は、ＤＰＦ再生処理の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。以下、詳細に説明するように、このＤＰＦ再生処理では、ＤＰＦに捕集されているＰＭの量（以下、「ＰＭ堆積量」という）ＱＰＭを逐次算出し、このＰＭ堆積量ＱＰＭが所定の開始判定量ＲＥＧｓｔａｒｔを上回ったことに応じてＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生運転を実行し、その後、ＰＭ堆積量ＱＰＭが所定の終了判定量ＲＥＧｅｎｄを下回ったことに応じてＤＰＦ再生運転を終了する。
【００５１】
ステップＳ１では、ＤＰＦ再生運転フラグＦ＿ＤＰＦが「１」であるか否かを判別する。このＤＰＦ再生運転フラグＦ＿ＤＰＦは、ＤＰＦ再生運転中であることを示すフラグである。この判別がＹＥＳであり、ＤＰＦ再生運転中である場合には、ステップＳ５に移る。この判別がＮＯであり、ＤＰＦ再生運転中でない場合には、ステップＳ２に移る。
【００５２】
ステップＳ２では、ＰＭ堆積量ＱＰＭが開始判定量ＲＥＧｓｔａｒｔより大きいか否かを判別する。ステップＳ２の判別がＮＯの場合には、ＤＰＦ再生運転を実行する時期ではないと判断し、ステップＳ３に移る。
【００５３】
ステップＳ３では、ＰＭ堆積量ＱＰＭを算出し、この処理を終了する。より具体的には、下記式（１）に示すように、前回の制御サイクル時におけるＰＭ堆積量ＱＰＭに今回の制御サイクル時にＤＰＦに捕集されたＰＭ量ΔＱＰＭを加算することにより、ＰＭ堆積量ＱＰＭを算出する。ここで、今回制御サイクル時においてエンジンから排出されＤＰＦに捕集されたＰＭ量ΔＱＰＭは、例えば、燃料噴射量ＱＩＮＪやエンジン回転数ＮＥ等のエンジンの運転状態を示す複数のパラメータに基づいて、所定のマップを検索することにより算出される。
ＱＰＭ←ＱＰＭ＋ΔＱＰＭ      （１）
【００５４】
一方、ステップＳ２の判別がＹＥＳの場合には、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させるためにＤＰＦ再生運転を実行する必要があると判断し、ステップＳ４に移り、ＤＰＦ再生運転フラグＦ＿ＤＰＦを「１」にセットした後、ステップＳ５に移る。
【００５５】
ステップＳ５では、ＤＰＦ昇温制御を実行し、ステップＳ６に移る。より具体的には、このＤＰＦ昇温制御では、エンジンの吸気を絞るとともに、ポスト噴射（排気工程中での燃料噴射）を実行して、ＤＰＦの上流側に設けられた酸化触媒での酸化反応を促進することにより、ＤＰＦに流入する排気の温度を上昇させる。このようなＤＰＦ昇温制御を実行し、ＤＰＦの温度をＰＭの燃焼温度以上にすることにより、ＰＭに捕集されていたＰＭが燃焼し始める。
【００５６】
ステップＳ６では、ＰＭ堆積量ＱＰＭを算出し、ステップＳ７に移る。より具体的には、下記式（２）に示すように、前回の制御サイクル時におけるＰＭ堆積量ＱＰＭに、今回の制御サイクル時に燃焼除去されたＰＭ量ΔＱＰＭを減算することにより、ＰＭ堆積量ＱＰＭを算出する。ここで、ＤＰＦ昇温制御を実行することにより今回制御サイクル時に燃焼除去されたＰＭ量ΔＱＰＭは、例えば、エンジン回転数ＮＥやＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦに基づいて、所定のマップを検索することにより算出される。
ＱＰＭ←ＱＰＭ−ΔＱＰＭ      （２）
【００５７】
ステップＳ７では、ＰＭ堆積量ＱＰＭが終了判定量ＲＥＧｅｎｄより小さいか否かを判別する。この判別がＮＯの場合には、直ちにこの処理を終了する。この判別がＹＥＳの場合には、ＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼除去が終了したと判断し、ステップＳ８に移る。ステップＳ８では、ＤＰＦ再生運転フラグＦ＿ＤＰＦを「０」にリセットすることにより、ＤＰＦ再生運転を終了し、そしてこの処理を終了する。
【００５８】
図７は、ＤＰＦ再生運転を実行した後におけるＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度の特徴的な振る舞いを示す図である。
図７中、破線で示すＤＰＦの温度は、以下のような振る舞いを示す。
先ず、時刻ｔ１においてＤＰＦ再生運転を開始すると、ＤＰＦの温度が急激に上昇し、ＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを超えたことに応じて、ＤＰＦに捕集されていたＰＭの燃焼が開始する。時刻ｔ２では、捕集されたＰＭの燃焼が終了したことに応じて、ＤＰＦ再生運転が終了する。この時刻ｔ２以降、ＤＰＦの温度は徐々に低下し始める。時刻ｔ３では、ＤＰＦの温度がＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを下回り、さらに時刻ｔ４以降は、通常走行時における温度に安定する。
【００５９】
これに対して、図７中、実線で示すＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度は、以下のような振る舞いを示す。
先ず、時刻ｔ１〜ｔ２の間では、ＤＰＦ再生運転を実行することにより、ＤＰＦに捕集されていたＰＭ及びＤＰＦに流入したＰＭは燃焼除去されるため、ＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度は低い。また、時刻ｔ２においてＤＰＦ再生運転を終了してから、時刻ｔ５において新たにＤＰＦに流入したＰＭによりＤＰＦの無数の細孔が埋められるまでの間は、ＤＰＦのＰＭの捕集性能が一時的に低下するため、ＰＭがＤＰＦを通過しやすい状態となる。このため、図７に示すように、時刻ｔ２〜ｔ５の間で、ＤＰＦ下流のＰＭ濃度が一時的に上昇する。
【００６０】
より具体的には、時刻ｔ２の直後では、ＤＰＦ再生運転の終了に伴いＤＰＦのＰＭの捕集性能は低下した状態であるものの、ＤＰＦの温度はＤＰＦ再生運転の予熱によりＰＭの燃焼温度よりも高いため、新たに流入するＰＭはＤＰＦで燃焼してしまい、その下流へ排出される量は少ない。
しかしながら、ＤＰＦの温度が徐々に低下し、時刻ｔ３においてＰＭの燃焼温度を下回る頃から、ＤＰＦの予熱で燃焼仕切れなかったＰＭがＤＰＦを通過し始めるため、ＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度が上昇する。そして、時刻ｔ４においてＤＰＦの温度がＰＭの燃焼温度以下で安定する頃には、ＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度は最大となる。その後、ＤＰＦの細孔が新たに流入するＰＭにより埋められてゆくことにより、ＤＰＦの捕集性能が回復し、ＤＰＦ下流のＰＭ濃度は低下し始める。そして、時刻ｔ５以降では、ＤＰＦの無数の細孔がＰＭで埋められることにより、ＤＰＦ下流のＰＭ濃度は安定する。
【００６１】
本実施形態のＰＭセンサの故障判定処理では、このようなＤＰＦ再生運転の終了直後のＤＰＦの捕集性能が一時的に低下した期間を故障判定期間とし、この故障判定期間を利用して、ＰＭセンサの故障を判定する。
【００６２】
ＤＰＦの捕集性能は、ＤＰＦ再生運転の終了後、新たにＤＰＦに流入してくるＰＭを捕集することにより回復する。そこで本実施形態では、図７において一点鎖線で示すように、ＤＰＦ再生運転の終了後、ＤＰＦに流入するＰＭの積算量Ｗを逐次算出する。そして、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＰＭ積算量Ｗが所定の終了判定値Ｗｍａｘを超えるまでの期間（時刻ｔ２〜ｔ５）を、上述の故障判定期間として定義し、この故障判定期間内におけるセンサ素子の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する。
【００６３】
ところで、ＰＭセンサのセンサ素子の静電容量に有意な変化を引き起こすためには、所定量以上のＰＭをセンサ素子に付着させる必要がある。しかしながら、上述のようにＤＰＦ再生運転の終了後、ＤＰＦの温度が余熱によりＰＭの燃焼温度よりも高くなっている間（時刻ｔ２〜ｔ３）は、ＤＰＦに流入するＰＭの多くはＤＰＦで燃焼しセンサ素子に付着しないため、ＰＭセンサの故障の判定に利用することができない。したがって、このようなＤＰＦ温度の高い状態が長引くと、センサ素子に有意な量のＰＭが付着することなく故障判定期間が終了してしまい、ＰＭセンサの故障を判定できなくなる場合がある。
【００６４】
そこで本実施形態では、ＰＭの燃焼温度を下回ったときにおけるＰＭ積算量（図７中、黒丸参照）を算出し、このＰＭ積算量が所定の判定可能上限値Ｗ０よりも大きい場合には、故障判定期間の間にＰＭセンサの故障を判定するために必要な量のＰＭをセンサ素子に付着させることができないと判断し、故障判定処理を中止する。すなわち、終了判定値と判定可能上限値との差（Ｗｍａｘ−Ｗ０）は、ＰＭセンサの故障を判定するためには、ＤＰＦに流入させる必要がある最低限のＰＭの量を示す。
【００６５】
次に、以上のような概念に基づいてＰＭセンサの故障を判定する本実施形態の故障判定処理について、図８を参照して説明する。
図８は、ＰＭセンサの故障判定処理の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
【００６６】
ステップＳ１１では、前回から今回の制御サイクルにかけてＤＰＦ再生運転フラグＦ＿ＤＰＦが「１」から「０」にリセットされたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合、すなわちＤＰＦ再生運転を終了した直後である場合には、ＰＭセンサの故障判定処理の初期設定を行うべく、ステップＳ１２に移る。
【００６７】
ステップＳ１２では、センサ素子の静電容量を測定し、この測定値を初期静電容量Ｃ０とし、ステップＳ１３に移る。ステップＳ１３では、ＤＰＦ再生運転の終了後にＤＰＦに流入したＰＭの積算量を示すＰＭ積算量Ｗを値０にリセットし、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４では、故障判定処理の実行中であることを示す判定処理実行フラグＦ＿ＪＵＤに「１」をセットし、ステップＳ１６に移る。
【００６８】
一方、ステップＳ１１の判別がＮＯである場合には、ステップＳ１５に移り、判定処理実行フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１６に移り、ＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。
【００６９】
ステップＳ１６では、ＰＭ積算量Ｗを算出し、ステップＳ１７に移る。より具体的には、下記式（３）に示すように、前回のＰＭ積算量Ｗに今回の制御サイクル時にＤＰＦに流入したＰＭの量ΔＷを加算することにより、ＰＭ積算量Ｗを算出する。ここで、今回制御サイクル時にＤＰＦに流入したＰＭの量ΔＷは、例えば、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて、所定のマップを検索することにより算出される。
Ｗ←Ｗ＋ΔＷ      （３）
【００７０】
ステップＳ１７では、前回から今回の制御サイクル時にかけて、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦが、ＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭ（例えば、約６００℃）を下回ったか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合、ステップＳ１８に移る。
【００７１】
ステップＳ１８では、ＰＭ積算量Ｗが判定可能上限値Ｗ０より小さいか否かを判別する。この判別がＮＯの場合には、ＰＭセンサの故障を正確に判定することができないと判断し、ステップＳ１９に移り、判定処理実行フラグＦ＿ＪＵＤを「０」にリセットした後、この処理を終了する。この判別がＹＥＳの場合には、ＰＭセンサの故障を判定することができると判断し、ステップＳ２０に移る。
【００７２】
ステップＳ２０では、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦが燃焼温度Ｔ＿ＰＭより低いか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合、すなわち、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度よりも低い場合には、ステップＳ２１に移る。一方、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度以上である場合には、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度以下に故障の判定を禁止するべく、この処理を直ちに終了する。
【００７３】
ステップＳ２１では、ＰＭ積算量Ｗが所定の終了判定値Ｗｍａｘ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２２に移り、この判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。
【００７４】
ステップＳ２２では、センサ素子の静電容量を測定し、この測定値を終了時静電容量Ｃｍａｘとし、ステップＳ２３に移る。
ステップＳ２３では、下記式（４）に示すように、終了時静電容量Ｃｍａｘと初期静電容量Ｃ０との差に基づいて、故障判定期間内におけるセンサ素子の静電容量の変化量を示す静電容量変化量ΔＣを算出し、ステップＳ２４に移る。
ΔＣ＝Ｃｍａｘ−Ｃ０      （４）
【００７５】
ステップＳ２４では、静電容量変化量ΔＣが所定の故障判定値Ｃ＿ＴＨ以上であるか否かを判別する。
この判別がＹＥＳの場合は、ＤＰＦ下流のＰＭ濃度が一時的に上昇する故障判定期間内に、有意な静電容量の変化を検出できたことを示すのであるから、ＰＭセンサは正常な状態であると判断し、ステップＳ２５に移る。そして、ステップＳ２５では、ＰＭセンサが故障判定フラグＦ＿ＮＧに「０」をセットし、この処理を終了する。
【００７６】
一方、ステップＳ２４の判別がＮＯの場合は、ＤＰＦ下流のＰＭ濃度が一時的に上昇する故障判定期間内に、有意な静電容量の変化を検出できなかったことを示すのであるから、ＰＭセンサは正常な状態ではないと判断し、ステップＳ２６に移る。そして、ステップＳ２６では、ＰＭセンサが故障した状態であることを示す故障判定フラグに「１」をセットし、この処理を終了する。
【００７７】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、ＤＰＦ３の捕集性能が一時的に低下する期間を利用して、ＤＰＦ再生運転が終了した後の故障判定期間内におけるセンサ素子１２の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ１１の故障を判定する。これにより、ＤＰＦ３が正常な状態であってもＰＭセンサ１１の故障を判定することができる。
【００７８】
（２）本実施形態によれば、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＤＰＦ３に流入したＰＭの積算量Ｗが終了判定値Ｗｍａｘを超えるまでの期間を故障判定期間とすることにより、ＤＰＦの捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、ＰＭセンサ１１の故障の判定精度を向上することができる。
【００７９】
（３）本実施形態によれば、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭ以上である場合に故障の判定を禁止することで、センサ素子１２にＰＭが付着しない状態で故障の判定を行うことによる誤判定の発生を防止することができる。
【００８０】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置は、故障判定処理の具体的な手順が第１実施形態と異なる。より具体的には、本実施形態の故障判定処理では、故障判定期間内においてセンサ素子に集塵電圧を印加する点が第１実施形態の故障判定処理と異なる。
【００８１】
図９は、本実施形態に係るＰＭセンサの故障判定処理の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
図９において、ステップＳ３１〜Ｓ４６は、それぞれ図８のステップＳ１１〜Ｓ２６と同じ内容であるので、詳細な説明を省略する。
【００８２】
本実施形態の故障判定処理では、ステップＳ３７及びステップＳ３８において、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを下回り、その時点におけるＰＭ積算量Ｗが判定可能上限値Ｗ０より小さく、ＰＭセンサの故障を判定することができると判断された場合には、ステップＳ４７に移る。そして、ステップＳ４７では、センサ素子への集塵電圧の印加を開始し、ステップＳ４０に移る。
その後、ステップＳ４１においてＰＭ積算量Ｗが終了判定値Ｗｍａｘを超えたと判別された場合には、ステップＳ４８に移り、ステップＳ４８では、センサ素子への集塵電圧の印加を停止し、ステップＳ４２に移る。
これにより、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを下回ってから、ＰＭ積算量Ｗが終了判定値Ｗｍａｘを超えるまでの間、センサ素子に集塵電圧を印加し、排気中のＰＭをセンサ素子に積極的に付着させることができる。
【００８３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述の（１）〜（３）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（４）本実施形態によれば、故障判定期間内にセンサ素子１２に集塵電圧を印加し、ＰＭをセンサ素子１２に効率的に付着させることにより、故障判定期間内におけるセンサ素子１２の静電容量の変化を大きくすることができるので、ＰＭセンサ１１の故障の判定精度を向上することができる。また、集塵電圧を印加し効率的にＰＭを付着させることにより、エンジン１から排出されるＰＭの量が少ない低負荷の運転状態であっても、故障の判定精度を高く維持することができる。
【００８４】
［第３実施形態］
第３実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置は、故障判定処理の具体的な手順が第１実施形態と異なる。第１実施形態では、ＤＰＦ再生運転を終了してからＤＰＦに流入するＰＭの積算量に基づいてＰＭセンサの故障判定期間を定義したが、本実施形態では、ＤＰＦ再生運転を終了してからＤＰＦに捕集されたＰＭの量に基づいてＰＭセンサの故障判定期間を定義する。
【００８５】
図１０は、ＤＰＦ再生運転を実行した後におけるＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度の特徴的な振る舞いを示す図である。
図１０中、実線で示すＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度、及び破線で示すＤＰＦ温度の振る舞いは、上述の図７に示すものと同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１０中、一点鎖線は、ＤＰＦ再生運転の終了後、ＤＰＦに捕集されたＰＭの量（以下、「ＰＭ捕集量」という）を示す。この図に示すように、ＤＰＦ再生運転の終了直後はＤＰＦの余熱により、新たに流入したＰＭも燃焼してしまうため、ＰＭ捕集量の増加率は低いが、ＤＰＦ温度がＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを下回った時刻ｔ１３以降では、流入したＰＭは燃焼せずにＤＰＦに捕集されるため、ＰＭ捕集量の増加率は高くなる。
【００８７】
本実施形態では、図１０において一点鎖線で示すように、ＤＰＦ再生運転の終了後、ＰＭ捕集量を逐次算出する。そして、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＰＭ捕集量が所定の終了判定値Ｑｍａｘを超えるまでの期間（時刻ｔ１２〜ｔ１５）を、故障判定期間として定義し、この故障判定期間内におけるセンサ素子の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する。
【００８８】
図１１は、本実施形態に係るＰＭセンサの故障判定処理の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
図１１において、ステップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５４，Ｓ５５，Ｓ６２〜Ｓ６６は、それぞれ、図８のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ２２〜Ｓ２６と同じ内容であるので、詳細な説明を省略する。
【００８９】
ステップＳ５３では、ＤＰＦ再生運転の終了後にＤＰＦに捕集されたＰＭの量を示すＰＭ捕集量Ｑを値０にリセットし、ステップＳ５４に移る。
ステップＳ５６では、ＰＭ捕集量Ｑを算出し、ステップＳ６１に移る。より具体的には、下記式（５）に示すように、前回のＰＭ捕集量Ｑに今回の制御サイクル時にＤＰＦに捕集されたＰＭの量ΔＱを加算することにより、ＰＭ捕集量Ｑを算出する。ここで、今回制御サイクル時にＤＰＦに捕集されたＰＭの量ΔＱは、例えば、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいてＤＰＦに新たに流入したＰＭの量を算出するとともに、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦに基づいてＤＰＦで燃焼したＰＭの量を算出し、そして新たに流入したＰＭの量から燃焼したＰＭの量を減算することにより算出される。
Ｑ←Ｑ＋ΔＱ      （５）
【００９０】
ステップＳ６１では、ＰＭ捕集量Ｑが所定の終了判定値Ｑｍａｘ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ６２に移り、この判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。
【００９１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述した（１）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（５）本実施形態によれば、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＰＭ捕集量Ｑが終了判定値Ｑｍａｘを超えるまでの期間を故障判定期間とすることにより、ＤＰＦ３の捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、ＰＭセンサ１１の故障の判定精度を向上することができる。
【００９２】
［第４実施形態］
第４実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置は、故障判定処理の具体的な手順が第１実施形態と異なる。第１実施形態では、ＤＰＦ再生運転を終了してからＤＰＦに流入するＰＭの積算量に基づいてＰＭセンサの故障判定期間を定義したが、本実施形態では、ＤＰＦのＰＭの捕集率に基づいてＰＭセンサの故障判定期間を定義する。
【００９３】
図１２は、ＤＰＦ再生運転を実行した後におけるＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度の特徴的な振る舞いを示す図である。
図１２中、実線で示すＤＰＦ下流の排気のＰＭ濃度、及び破線で示すＤＰＦ温度の振る舞いは、上述の図７に示すものと同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
図１２中、一点鎖線は、ＤＰＦ再生運転の終了後におけるＤＰＦのＰＭの捕集率を示す。この図に示すように、ＤＰＦ再生運転の終了直後はＤＰＦの余熱により、新たに流入したＰＭも燃焼してしまうため、ＤＰＦの細孔内に堆積するＰＭの量も少なくＤＰＦの捕集率は低いが、ＤＰＦ温度がＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを下回った時刻ｔ２３以降では、流入したＰＭは燃焼せずにＤＰＦに捕集されるため、ＰＭの捕集率は高くなる。そして、ＤＰＦの無数の細孔が新たに流入したＰＭで埋められてゆくことにより、時刻ｔ２５以降では、ＰＭの捕集率は略一定になる。
【００９５】
本実施形態では、図１２において一点鎖線で示すように、ＤＰＦ再生運転の終了後、ＤＰＦのＰＭ捕集率を逐次算出する。そして、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＰＭ捕集率が所定の終了判定値ＴＲｍａｘを超えるまでの期間（時刻ｔ２２〜ｔ２５）を、故障判定期間として定義し、この故障判定期間内におけるセンサ素子の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する。
【００９６】
図１３は、本実施形態に係るＰＭセンサの故障判定処理の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
図１３において、ステップＳ７１，Ｓ７２，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ８２〜Ｓ８６は、それぞれ、図８のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ２２〜Ｓ２６と同じ内容であるので、詳細な説明を省略する。
【００９７】
ステップＳ７３では、ＤＰＦ再生運転の終了後にＤＰＦに捕集されたＰＭの量を示すＰＭ捕集量Ｑを値０にリセットし、ステップＳ７４に移る。
ステップＳ７６では、ＰＭ捕集量Ｑを算出し、ステップＳ７７に移る。より具体的には、下記式（６）に示すように、前回のＰＭ捕集量Ｑに今回の制御サイクル時にＤＰＦに捕集されたＰＭの量ΔＱを加算することにより、ＰＭ捕集量Ｑを算出する。
Ｑ←Ｑ＋ΔＱ      （６）
【００９８】
ステップＳ７７では、ＰＭ捕集量Ｑに基づいてＤＰＦのＰＭ捕集率ＴＲを算出し、ステップＳ８１に移る。
ステップＳ８１では、ＰＭ捕集率ＴＲが所定の終了判定値ＴＲｍａｘ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ８２に移り、この判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。
【００９９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述した（１）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（６）本実施形態によれば、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＤＰＦ３のＰＭ捕集率ＴＲが終了判定値ＴＲｍａｘを超えるまでの期間を故障判定期間とすることにより、ＤＰＦ３の捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、ＰＭセンサ１１の故障の判定精度を向上することができる。
【０１００】
［第５実施形態］
第５実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置は、故障判定処理の具体的な手順が第１実施形態と異なる。第１実施形態では、ＤＰＦ再生運転を終了してからＤＰＦに流入するＰＭの積算量に基づいてＰＭセンサの故障判定期間を定義したが、本実施形態では、この故障判定期間を一定の時間で定義する。
【０１０１】
図１４は、本実施形態に係るＰＭセンサの故障判定処理の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
図１４において、ステップＳ９１，Ｓ９２，Ｓ９４，Ｓ９５，Ｓ１０２〜Ｓ１０６は、それぞれ、図８のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ２２〜Ｓ２６と同じ内容であるので、詳細な説明を省略する。
【０１０２】
ステップＳ９３では、ＤＰＦ再生運転が終了してからの経過時間を計測するタイマＴＭを値０にリセットし、ステップＳ９４に移る。
ステップＳ９６では、前回制御サイクル時から今回制御サイクル時まで進んだ時間をタイマＴＭに加算し、ステップＳ１０１に移る。
ステップＳ１０１では、タイマＴＭが所定の終了判定値ＴＭｍａｘ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１０２に移り、この判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。
【０１０３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述した（１）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（７）本実施形態によれば、ＤＰＦ再生運転が終了してから経過した時間が終了判定値ＴＭｍａｘを超えるまでの期間を故障判定期間とすることにより、ＤＰＦ３の捕集性能が一時的に低下する期間をより正確に把握することができるので、ＰＭセンサ１１の故障の判定精度を向上することができる。
【０１０４】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ＤＰＦ再生運転が終了したこと、すなわちＤＰＦ再生運転フラグＦ＿ＤＰＦが「１」から「０」にリセットされたことに伴い、初期静電容量Ｃ０の測定やＰＭ積算量Ｗの演算などの故障の判定に必要な各種測定や演算を開始したが、これに限らない。例えば、ＤＰＦ再生運転が終了してから、ＤＰＦ温度Ｔ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭ未満になったことに伴って、ＰＭセンサの故障の判定や、上述のような各種測定や演算を開始してもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１…エンジン（内燃機関）
１１…ＰＭセンサ（粒子状物質検出手段）
１２…センサ素子（電極部）
２…排気浄化システム
３…ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
４…排気管（排気通路）
５…ＥＣＵ（再生手段、故障判定手段、捕集量推定手段、捕集率推定手段、計時手段、フィルタ温度検出手段）
６…排気温度センサ（フィルタ温度検出手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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