(57)【要約】【課題】短時間の故障の検知が可能でありながら、誤検知が少なくかつ電力の消費量が少ないＤＰＦの故障検知装置を提供すること。【解決手段】ＤＰＦの故障検知装置は、集塵電極への集塵電圧の印加を開始した後、集塵電圧を印加したまま測定電極に測定電圧を印加することでセンサ素子の静電容量を測定する。また、この静電容量の測定値ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ったことに応じて集塵電極への集塵電圧の印加を停止する。さらに、測定電極に測定電圧を印加することでセンサ素子の静電容量を測定し、この測定値ＣＰＭに基づいて、ＤＰＦの故障を判定する。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路のうち、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の下流に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を備える排気浄化フィルタの故障検知装置であって、
前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧が印加される第１電極部と、前記センサ素子の電気的特性を測定するための測定電圧が印加される第２電極部と、を有し、
前記故障検知装置は、
前記第１電極部への集塵電圧の印加を開始する電圧印加開始手段と、
前記集塵電圧の印加を開始し、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段と、
所定の条件が満たされたことに応じて前記第１電極部への集塵電圧の印加を停止する電圧印加停止手段と、
前記集塵電圧の印加を停止した後、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段と、
前記第２測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項２】
前記第１電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間が経過するまでの間に前記所定の条件が満たされなかった場合には、前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項３】
前記集塵電圧は、前記測定電圧に比して大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路のうち、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の下流に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を備える排気浄化フィルタの故障検知装置であって、
前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧、及び、前記センサ素子の電気的特性を測定するための前記集塵電圧に比して小さい測定電圧の何れかが選択的に印加される電極部を有し、
前記故障検知装置は、
前記電極部に所定の時間に亘って集塵電圧を印加する電圧印加手段と、
前記集塵電圧を印加した後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段と、
所定の条件が満たされたか否かを判定する判定手段と、
前記所定の条件が満たされたと判定された後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段と、
前記第２測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項５】
前記判定手段により前記所定の条件が満たされていないと判定された場合には、前記電圧印加手段による集塵電圧の印加、及び、前記第１測定手段による測定を再び行うことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項６】
前記電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間が経過するまでの間に前記所定の条件が満たされなかった場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項４又は５に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項７】
前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段をさらに備え、
前記運転状態が過渡運転状態でない場合には、前記集塵電圧を印加しないことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項８】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、所定の自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量より少ないか否かを判定する排出量判定手段をさらに備え、
前記自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量よりも少ないと判定された場合には、前記故障判定手段による前記排気浄化フィルタの故障の判定を行わないことを特徴とする請求項１又は４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項９】
前記故障判定手段は、前記第２測定手段の測定値の、所定の自然付着期間に亘る変化量に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定することを特徴とする請求項１又は４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１０】
粒子状物質の排出量が所定量よりも少ない運転状態で前記内燃機関が運転された時間を、前記自然付着期間から減算した時間を有効排出時間として、
前記故障判定手段は、前記２測定手段の測定値の前記有効排出時間に亘る変化率が、所定の判定値よりも小さい場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項９に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１１】
前記所定の条件は、前記第１測定手段の測定値又は当該測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値を上回ることを含むことを特徴とする請求項１又は４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１２】
前記排気通路のうち、前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度を検出又は推定する上流濃度検出手段と、
前記第２測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度を算出する下流側濃度算出手段と、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上流側の粒子状物質の濃度と前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度とに基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定することを特徴とする請求項１から７、及び１１の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１３】
前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度と、前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度とに基づいて、前記排気浄化フィルタに捕集される粒子状物質の割合を算出する捕集率算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に捕集される粒子状物質の割合が所定値よりも大きい場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする請求項１２に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１４】
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をさらに備え、
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、所定の禁止期間を経過するまで、前記故障判定手段による故障の判定を禁止することを特徴とする請求項１から１３の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１５】
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、
前記禁止期間は、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１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１６】
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、
前記禁止期間は、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１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１７】
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、
前記禁止期間は、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１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１８】
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、
前記禁止期間は、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１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項１９】
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と、をさらに備え、
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、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、前記故障判定手段による故障の判定を禁止することを特徴とする請求項１から１３の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【請求項２０】
前記センサ素子に付着した粒子状物質を除去する除去手段をさらに備え、
前記除去手段は、前記センサ素子の電気的特性の測定値が所定の閾値より大きくなったことに基づいて当該センサ素子に付着した粒子状物質を除去し、
前記測定値に対する所定の閾値は、前記センサ素子の粒子状物質の付着量に対する前記センサ素子の電気的特性の変化率が所定値未満になる領域内に設定されることを特徴とする請求項１から１９の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化フィルタの故障検知装置に関する。特に、静電集塵式の粒子状物質センサを用いた排気浄化フィルタの故障検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、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を設け、粒子状物質の排出量を低減する技術は広く用いられている。また、排気浄化フィルタが設けられた車両には、この排気浄化フィルタの故障を検知するための装置も設けられる。このような排気浄化フィルタの故障検知装置として、従来、以下に示すようなものが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気浄化フィルタの下流側に排気中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置を設け、この粒子状物質検出装置の出力に基づいて排気浄化フィルタの故障を検知する故障検知装置が示されている。
【０００４】
特許文献２には、排気浄化フィルタの上流側と下流側にそれぞれ粒子状物質検出装置を設けた故障検知装置が示されている。この故障検知装置は、各センサからの出力に基づいて、排気浄化フィルタに流入した粒子状物質の量と排気浄化フィルタから流出した粒子状物質の量との割合を算出し、算出した割合を、フィルタが正常な状態における割合と比較することにより、排気浄化フィルタの故障を検知する。
【０００５】
また、このような故障検知装置に用いられる粒子状物質検出装置としては、従来、以下に示すようなものが提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献３には、多孔質の導電性物質から構成された検出電極を備える粒子状物質検出装置が示されている。この粒子状物質検出装置は、粒子状物質が自然に付着することによる検出電極の電気抵抗値の変化を、一対の導電性電極によって測定し、この測定値から排気に含まれる粒子状物質の量を検出する。
【０００７】
特許文献４には、静電集塵式の粒子状物質検出装置が提案されている。この静電集塵式の粒子状物質検出装置では、一対の電極板で構成された電極部を排気管内に設け、この電極部に所定の電圧を印加することで粒子状物質を付着させる。次に、粒子状物質が付着した電極部の静電容量等の電気的特性を測定することにより、排気管内の排気の粒子状物質の濃度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２２９０号公報
【特許文献３】特開２００６−２６６９６１号公報
【特許文献４】特開２００８−１３９２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、特許文献３の粒子状物質検出装置は、検出電極に粒子状物質が自然に付着することによる検出電極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。しかしながら、粒子状物質が検出電極の表面にまばらに付着した状態では、検出電極の電気的特性に大きな変化はなく、排気中の粒子状物質を検出することは難しい。このため、検出電極に粒子状物質が付着し始めてから、検出電極の電気的特性に変化が表れるまでに長い時間がかかってしまう。より具体的には、定常運転状態にある車両では、電気的特性に変化が表れるまでに１，２時間程度かかる場合もある。したがって、このような粒子状物質検出装置を排気浄化フィルタの故障検知装置に用いた場合、実際に排気浄化フィルタの故障を検知するまでに時間がかかってしまう。
【００１０】
また、特許文献４の粒子状物質検出装置は、上述の特許文献３の粒子状物質検出装置とは異なり、電極部に電圧を印加することにより、電極部に粒子状物質を積極的に付着させる。このため、この粒子状物質検出装置では、特許文献３の粒子状物質検出装置と比較して、短時間で排気中の粒子状物質を検出することができる。
【００１１】
ところで、このような粒子状物質検出装置では、粒子状物質の堆積量には限度がある。すなわち、堆積量が上記限界を超えると、堆積量の変化にかかわらず電極部の電気的特性に変化が表れなくなってしまい、結果として排気中の粒子状物質を検出できなくなるおそれがある。
このため、粒子状物質の集塵を積極的に行う特許文献４の粒子状物質検出装置では、短時間で上述の堆積量の限界まで達してしまうため、長時間に亘って検出することが難しい。しかしながら、実際の測定においては、例えば、フィルタから剥がれ落ちた粒子状物質の塊が電極部に付着する等、電極部の電気的特性を短時間で大きく変動させる要因が存在する。このため、長時間に亘る検出が困難な特許文献４の粒子状物質検出装置を故障検知装置に用いた場合、上述のような不規則な変動要因を取り除くことができず、誤検知するおそれがある。
【００１２】
また、堆積量の限界に達した場合、電極部の再生、すなわち、電極部に付着した粒子状物質を燃焼する等して除去する必要がある。しかしながら、上述のように粒子状物質を積極的に付着させる特許文献４の粒子状物質検出装置では、電極部の再生を行う回数が多くなってしまうため、電力の消費量が多くなってしまうおそれがある。
【００１３】
本発明は、短時間の故障の検知が可能でありながら、誤検知が少なくかつ電力の消費量が少ない排気浄化フィルタ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】
【００１４】
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（１）の排気通路（４）のうち、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（３）の下流に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子（１２）を備える排気浄化フィルタの故障検知装置であって、前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧が印加される第１電極部（１２３Ａ，１２８Ａ）と、前記センサ素子の電気的特性を測定するための測定電圧が印加される第２電極部（１２７Ａ，１２７Ｂ）と、を有し、前記故障検知装置は、前記第１電極部への集塵電圧の印加を開始する電圧印加開始手段（５，１７）と、前記集塵電圧の印加を開始し、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段（５，１７）と、所定の条件が満たされたことに応じて前記第１電極部への集塵電圧の印加を停止する電圧印加停止手段（５，１７）と、前記集塵電圧の印加を停止した後、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段（５，１７）と、前記第２測定手段の測定値（ＣＰＭ）に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段（５，１７）と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記第１電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間（ＴＣＯＬ＿ＭＡＸ）が経過するまでの間に前記所定の条件が満たされなかった場合には、前記故障判定手段は、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記集塵電圧は、前記測定電圧に比して大きいことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するため請求項４に記載の発明は、内燃機関（１）の排気通路（４）のうち、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（３）の下流に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子（１２）を備える排気浄化フィルタの故障検知装置であって、前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧、及び、前記センサ素子の電気的特性を測定するための前記集塵電圧に比して小さい測定電圧の何れかが選択的に印加される電極部（３２３Ａ，３２７Ａ）を有し、前記故障検知装置は、前記電極部に所定の時間に亘って集塵電圧を印加する電圧印加手段（５，１７）と、前記集塵電圧を印加した後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段（５，１７）と、所定の条件が満たされたか否かを判定する判定手段（５，１７）と、前記所定の条件が満たされたと判定された後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段（５，１７）と、前記第２測定手段の測定値（ＣＰＭ）に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段（５，１７）と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記判定手段により前記所定の条件が満たされていないと判定された場合には、前記電圧印加手段による集塵電圧の印加、及び、前記第１測定手段による測定を再び行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間（ＴＣＯＬ＿ＭＡＸ）が経過するまでの間に前記所定の条件が満たされなかった場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段（５，１７）をさらに備え、前記運転状態が過渡運転状態でない場合には、前記集塵電圧を印加しないことを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１又は４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記内燃機関の運転状態に基づいて、所定の自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量より少ないか否かを判定する排出量判定手段（５，１７）をさらに備え、前記自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量よりも少ないと判定された場合には、前記故障判定手段による前記排気浄化フィルタの故障の判定を行わないことを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項１又は４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記故障判定手段は、前記第２測定手段の測定値の、所定の自然付着期間に亘る変化量（ΔＣ）に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定することを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、粒子状物質の排出量が所定量よりも少ない運転状態で前記内燃機関が運転された時間（ＴＩＤＬＥ）を、前記自然付着期間（ＴＡＦＴＥＲ）から減算した時間を有効排出時間として、前記故障判定手段は、前記２測定手段の測定値の前記有効排出時間に亘る変化率（∠Ｃ）が、所定の判定値（∠ＣＴＨ）よりも小さい場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、請求項１又は４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記所定の条件は、前記第１測定手段の測定値（ＣＣＯＬ）又は当該測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値（ＣＣＯＬ＿ＴＨ）を上回ることを含むことを特徴とする。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から７、及び１１の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記排気通路のうち、前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度を検出又は推定する上流濃度検出手段と、前記第２測定手段の測定値に基づいて、前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度を算出する下流側濃度算出手段と、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上流側の粒子状物質の濃度（ＤＦ）と前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度（ＤＲ）とに基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定することを特徴とする。
【００２６】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度と、前記排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度とに基づいて、前記排気浄化フィルタに捕集される粒子状物質の割合を算出する捕集率算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に捕集される粒子状物質の割合（Ｘ）が所定値（ＸＴＨ）よりも大きい場合には、前記排気浄化フィルタは正常であると判定することを特徴とする。
【００２７】
請求項１４に記載の発明は、請求項１から１３の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、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をさらに備え、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、所定の禁止期間を経過するまで、前記故障判定手段による故障の判定を禁止することを特徴とする。
【００２８】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記排気浄化フィルタに流入した粒子状物質の積算量（ＣＮＴ＿ＰＭ）を算出する積算量算出手段をさらに備え、前記禁止期間は、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（Ｗ＿ＥＮＤ＿ＲＥＧＥＮ）を超えるまでの期間であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、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、前記禁止期間は、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。
【００３０】
請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、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、前記禁止期間は、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。
【００３１】
請求項１８に記載の発明は、請求項１４に記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、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、前記禁止期間は、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。
【００３２】
請求項１９に記載の発明は、請求項１から１３の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、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と、をさらに備え、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、前記排気浄化フィルタの温度（ＴＥＭＰ＿ＤＰＦ）が粒子状物質の燃焼温度（Ｔ＿ＰＭ）以上である場合には、前記故障判定手段による故障の判定を禁止することを特徴とする。
【００３３】
請求項２０に記載の発明は、請求項１から１９の何れかに記載の排気浄化フィルタの故障検知装置において、前記センサ素子に付着した粒子状物質を除去する除去手段をさらに備え、前記除去手段は、前記センサ素子の電気的特性の測定値（ＣＲＥＧ）が所定の閾値（ＣＲＥＧ＿）より大きくなったことに基づいて前記センサ素子に付着した粒子状物質を除去し、前記測定値に対する所定の閾値は、前記センサ素子の粒子状物質の付着量に対する前記センサ素子の電気的特性の変化率が所定値未満になる領域内に設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１に記載の発明によれば、第１電極部に集塵電圧を印加した後、所定の条件が満たされたことに応じて、集塵電圧の印加を停止し、センサ素子の電気的特性を第２電極部に印加した測定電圧によって測定する。さらに、この電気的特性の測定値に基づいて、排気浄化フィルタの故障を判定する。
ここで、センサ素子の電気的特性には、センサ素子に十分な量の粒子状物質が付着するまでは変化しない一方、付着した粒子状物質の堆積量が過大となっても変化しないという特性がある。
これに対して本発明では、第１電極部に集塵電圧を印加することにより、十分な量の粒子状物質を短時間でセンサ素子に付着させることができ、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば３０秒ほどの短時間で電気的特性に変化が現れる状態を作り出し、排気浄化フィルタの故障の判定を開始することができる。すなわち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、排気浄化フィルタの故障を判定することができる。
また、センサ素子の電気的特性を測定し、排気浄化フィルタの故障を判定する際には、第１電極部に対する集塵電圧の印加を行わないため、粒子状物質はゆっくりと自然にセンサ素子に付着し、センサ素子の電気的特性は緩やかに変化していくことから、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できる。したがって、上述のような不規則な変動要因を除き、排気浄化フィルタの故障の誤検知を少なくすることができる。
また、本発明では、第１電極部と第２電極部の２つの電極部を備えるため、第１電極部に集塵電圧を印加して粒子状物質の集塵を行いつつ、第２電極部に測定電圧を印加することでセンサ素子の電気的特性を測定することができる。このため、集塵の停止時期をリアルタイムで精度良く判定できることからも、上述の効果が期待できる。
また、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、第１電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間が経過するまでの間に、上記所定の条件が満たされなかった場合、すなわち、第１測定手段の測定値又はこの測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値を上回らなかった場合には、排気浄化フィルタは正常であると判定する。排気浄化フィルタが正常である場合には、内燃機関から排出された粒子状物質のほとんどはこの排気浄化フィルタに捕集される。このため、排気浄化フィルタの下流に設けられたセンサ素子に流入する粒子状物質の量は非常に少なく、センサ素子の電気的特性に変化はあらわれにくい。本発明によれば、このようなセンサ素子の特性を利用して排気浄化フィルタの故障を判定することにより、排気浄化フィルタの故障の検知精度を向上することができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、測定電圧よりも大きな集塵電圧を第１電極部に印加する。これにより、集塵電圧を印加した際には、センサ素子に粒子状物質を積極的に付着させることができる。一方、測定電圧を印加した際には、センサ素子に粒子状物質が不要に付着するのを防止することができる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、電極部に集塵電圧を印加した後、所定の条件が満たされたことに応じて、センサ素子の電気的特性を電極部に印加した測定電圧によって測定する。さらに、この電気的特性の測定値に基づいて、排気浄化フィルタの故障を判定する。
これにより、十分な量の粒子状物質を短時間でセンサ素子に付着させることができ、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば３０秒ほどの短時間で電気的特性に変化が現れる状態を作り出し、排気浄化フィルタの故障の判定を開始することができる。すなわち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、排気浄化フィルタの故障を判定することができる。
また、センサ素子の電気的特性を測定し、排気浄化フィルタの故障を判定する際には、電極部に対する集塵電圧の印加を行わないため、粒子状物質はゆっくりと自然にセンサ素子に付着し、センサ素子の電気的特性は緩やかに変化していくことから、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できる。したがって、上述のような不規則な変動要因を除き、排気浄化フィルタの故障の誤検知を少なくすることができる。
また、長時間に亘って排気浄化フィルタの故障を判定できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
【００３８】
請求項５に記載の発明によれば、上記所定の条件が満たされていないと判定された場合には、集塵電圧の印加及びセンサ素子の電気的特性の測定を再び行う。ここで例えば、第１測定手段の測定値又はこの測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値を上回ることを上記所定の条件としたとする。このような条件を課した場合、本発明によれば、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態をより確実かつ早期に作り出すことができる。したがって、排気浄化フィルタの故障の検知にかかる時間を短縮することができる。
【００３９】
請求項６に記載の発明によれば、電極部への集塵電圧の印加を開始してから所定の時間が経過するまでの間に、上記所定の条件が満たされなかった場合、すなわち、第１測定手段の測定値又はこの測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値を上回らなかった場合には、排気浄化フィルタは正常であると判定する。排気浄化フィルタが正常である場合には、内燃機関から排出された粒子状物質のほとんどはこの排気浄化フィルタに捕集される。このため、排気浄化フィルタの下流に設けられたセンサ素子に流入する粒子状物質の量は非常に少なく、センサ素子の電気的特性に変化はあらわれにくい。本発明によれば、このようなセンサ素子の特性を利用して排気浄化フィルタの故障を判定することにより、排気浄化フィルタの故障の検知精度を向上することができる。
【００４０】
請求項７に記載の発明によれば、内燃機関の運転状態が過渡運転状態でない場合、すなわち、内燃機関の運転状態が定常運転状態である場合には、集塵電圧を印加しない。内燃機関が定常運転状態にある場合には、粒子状物質の排出量は非常に少ない。このため、定常運転状態にある場合には、集塵電圧を印加しても、センサ素子の電気的特性に変化が現れる程の量の粒子状物質を、短時間でセンサ素子に付着させることは難しい。したがって、このような過渡運転状態には集塵電圧を印加しないようにすることにより、集塵電圧の印加にかかる無駄な電力の消費を抑制することができる。
【００４１】
請求項８に記載の発明によれば、所定の自然付着期間内における粒子状物質の排出量が所定の量よりも少ない場合には、排気浄化フィルタの故障の判定を行わない。センサ素子に粒子状物質を自然に付着させている自然付着期間において粒子状物質の排出量が少ない場合、センサ素子の電気的特性の変化は、排気浄化フィルタの状態に係わらず小さいと考えられるため、高い精度で故障を検知することができない。本発明によれば、このような自然付着期間には、故障の判定を行わないとすることにより、排気浄化フィルタの故障の検知精度が低下するのを防止することができる。
【００４２】
請求項９に記載の発明によれば、センサ素子の電気的特性の測定値の自然付着期間に亘る変化量に基づいて、排気浄化フィルタの故障を判定する。排気浄化フィルタが故障している場合、内燃機関から排出された粒子状物質のうち幾らかは排気浄化フィルタを通過してしまい、センサ素子に到達する。このため、上述の自然付着期間に亘る測定値の変化量に大きな影響が現れるものと考えられる。本発明によれば、このような排気浄化フィルタの状態により大きな影響があらわれる上記変化量に基づいて故障を判定することにより、排気浄化フィルタの故障の検知精度をさらに向上することができる。
【００４３】
請求項１０に記載の発明によれば、粒子状物質の排出量が所定量よりも少ない運転状態で内燃機関が運転された時間を、自然付着期間から減算した時間を有効排出時間とし、この有効排出時間に亘るセンサ素子の電気的特性の測定値の変化率が、所定の判定値よりも小さい場合には、排気浄化フィルタは正常であると判定する。このように、アイドル運転状態等の粒子状物質の排出量が少ない運転状態で内燃機関が運転された時間を除いた有効排出時間に亘る電気的特性の変化率に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定することにより、排気浄化フィルタの故障の検知精度をさらに向上することができる。
【００４４】
請求項１１に記載の発明によれば、第１測定手段の測定値又はこの測定値に基づいて算出されたパラメータが所定の閾値を上回ることに応じて、第１電極部への集塵電圧の印加を停止する。これにより、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を、より確実に早期に作り出すことができる。したがって、排気浄化フィルタの故障の検知にかかる時間を短縮することができる。また、電気的特性に変化が現れてから集塵電圧の印加を停止することにより、余分な電力の消費を低減することができる。
【００４５】
請求項１２に記載の発明によれば、排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度に加えて、排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度に基づいて、排気浄化フィルタの故障を判定する。これにより、排気浄化フィルタの故障の判定精度をさらに向上することができる。例えば、低負荷運転状態やアイドル運転状態では、内燃機関から排出される粒子状物質の量が少なく、またその殆どは排気浄化フィルタに捕集されてしまうため、排気浄化フィルタの下流側に排出される粒子状物質の量は非常に少ない。このため、例えば下流側の粒子状物質の濃度のみに基づいて排気浄化フィルタの故障を判定した場合、低負荷運転状態やアイドル運転状態では粒子状物質の濃度を高い精度で検出できないため、排気浄化フィルタの故障を精度良く判定することができない。これに対して本発明では、下流側の粒子状物質の濃度に加えて、この下流側よりも高い精度で検出できる上流側の粒子状物質の濃度に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定することにより、このような低負荷運転状態やアイドル運転状態においても排気浄化フィルタの故障を精度良く判定することができる。
【００４６】
請求項１３に記載の発明によれば、排気浄化フィルタの上流側の粒子状物質の濃度と、排気浄化フィルタの下流側の粒子状物質の濃度とに基づいて、排気浄化フィルタに捕集される粒子状物質の割合、すなわち排気浄化フィルタの捕集率を算出し、この捕集率に応じて排気浄化フィルタの故障を判定する。これにより、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００４７】
排気のうち粒子状物質のみを捕集できるように無数の細孔が形成された排気浄化フィルタでは、捕集した粒子状物質を燃焼除去した後、粒子状物質がこれら細孔を埋めるまでの間は、排気浄化フィルタの状態にかかわらず捕集性能が一時的に低下する。そこで、請求項１４に記載の発明によれば、排気浄化フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去した後、所定の禁止期間が経過するまで、排気浄化フィルタの故障の判定を禁止する。これにより、上記燃焼除去後、粒子状物質が細孔を埋めるまで排気浄化フィルタの下流に排出される粒子状物質により、排気浄化フィルタが故障したと誤って判定することを防止することができる。すなわち、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００４８】
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。そこで、請求項１５に記載の発明によれば、上記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禁止期間とすることにより、誤判定を防止し、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００４９】
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。そこで、請求項１６に記載の発明によれば、上記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禁止期間とすることにより、誤判定を防止し、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００５０】
請求項１７に記載の発明によれば、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禁止期間とすることにより、誤判定を防止し、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００５１】
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。そこで、請求項１８に記載の発明によれば、上記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禁止期間とすることにより、誤判定を防止し、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００５２】
排気浄化フィルタが故障した状態であっても、再生手段により粒子状物質の燃焼除去が終了した後では、新たに流入する粒子状物質も余熱により排気浄化フィルタで燃焼してしまうため、排気浄化フィルタの下流に排出される粒子状物質の量は少ない。そこで、請求項１９に記載の発明によれば、上記燃焼除去が終了した後、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、故障の判定を禁止する。これにより、誤判定を防止し、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００５３】
請求項２０に記載の発明によれば、センサ素子の電気的特性の測定値が所定の閾値より大きくなったことに基づいてセンサ素子に付着した粒子状物質を除去する。またこの測定値に対する閾値を、センサ素子の粒子状物質の付着量に対するセンサ素子の電気的特性の変化率が所定値未満になる領域内、つまりセンサ素子の感度が低い領域内に設定する。これにより、センサ素子を常に感度の良い領域で使用することができるので、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＤＰＦの故障検知装置を含む、内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【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センサ素子の静電容量の時間変化を示す図である。
【図７】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】上記実施形態に係るセンサ素子の集塵部にＰＭを自然付着させた場合におけるＰＭの堆積量と、集塵部の静電容量の時間変化との関係を示す図である。
【図１１】静電容量の変化量に基づいてＤＰＦの故障判定を行う方法を説明するための図である。
【図１２】静電容量の変化率に基づいてＤＰＦの故障判定を行う方法を説明するための図である。
【図１３】２つの異なる運転条件の下でエンジンを運転させた場合における集塵部の静電容量の時間変化を示す図である。
【図１４】２つの異なる運転条件の下での静電容量の時間変化を重ねて示した図である。
【図１５】２つの異なる運転条件の下での静電容量の時間変化を重ねて示した図である。
【図１６】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の制御例を示すタイムチャートである。
【図１７】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の制御例を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の第２実施形態に係るＰＭセンサのセンサ素子の分解斜視図である。
【図１９】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２０】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２１】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２２】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２３】所定のＰＭ濃度の排気の下でＰＭセンサを作動させた場合における、静電容量の測定値の変化を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の第４実施形態に係るＤＰＦの故障検知装置を含む、エンジン及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２６】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２７】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２８】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図２９】本発明の第５実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図３０】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３１】本発明の第６実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の実行を判断する手順を示すフローチャートである。
【図３２】センサ素子に堆積したＰＭの量と、このセンサ素子の静電容量との関係を示す図である。
【図３３】本発明の第７実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図３４】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図３５】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
【図３６】上記実施形態に係るＤＰＦ故障検知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】
【００５５】
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。
【００５６】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置を含む、内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）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により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。
【００５７】
エンジン１の排気が流通する排気管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装置（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。
【００５８】
ＤＰＦ３は、多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁の微細な孔を通過する際、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。
【００５９】
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２２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、この測定値に基づいて、排気管内を流通する排気中のＰＭを検出する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。これにより、排気中のＰＭを、集塵部１２０に付着させる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、及びアクセルセンサ８等が接続されている。
【００７２】
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、ＤＰＦ３が故障したと判定した場合、すなわちＤＰＦ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が「１」にされた場合には、この警告灯６を点灯させる。これにより、ＤＰＦ３が故障したことを運転者に報知することができる。
【００７３】
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Ｎや燃料噴射量Ｗ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。
【００７４】
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。
【００７５】
次に、図６〜図１５を参照して、ＤＰＦの故障を判定するＤＰＦ故障検知処理について説明する。
【００７６】
図６は、所定の運転条件の下でエンジンを運転させた場合における、集塵部の静電容量の時間変化を示す図である。図６において、上段は車速の時間変化を示し、下段はセンサ素子の静電容量の時間変化を示す。また図６に示す例では、それぞれ破損の程度が異なる３種類のＤＰＦを準備し、これらＤＰＦごとに同じ運転条件の下でセンサ素子の静電容量を測定した結果を示す。
【００７７】
図６に示すように、排気に含まれるＰＭが集塵部に徐々に堆積することにより、センサ素子の静電容量は次第に増加する。また、ＤＰＦの破損の程度が大きくなると、ＤＰＦを通過するＰＭの量が増加し、集塵部に付着するＰＭの量も増加するため、静電容量の変化量も大きくなる。後に詳述するように、本実施形態のＤＰＦ故障検知処理では、このような静電容量の変化量に基づいてＤＰＦの故障を判定する。
【００７８】
また、図６に示すように、エンジンの運転状態が過渡運転状態にある期間、特に、車速が「０」のアイドル運転状態から所定の速度まで加速する期間では、センサ素子の静電容量も増加する。これに対して、エンジンの運転状態が定常運転状態にある場合、すなわち、エンジンがアイドル運転状態にある場合、減速している状態にある場合、又は等速で走行している状態にある場合等には、静電容量の変化は小さい。これは、エンジンの運転状態が過渡運転状態にある場合には、特にＰＭの排出量が多いことを示す。
【００７９】
後に詳述するように、本実施形態のＤＰＦ故障検知処理では、エンジンの運転状態がこのような過渡運転状態にある時期に合わせて集塵電圧を集塵電極に印加することで、センサ素子の静電容量に変化が現れるまで集塵部にＰＭを積極的に集塵する。また、このようにして積極的に集塵した後は、集塵電圧の印加を停止し、集塵部に自然にＰＭを堆積させる。なお以下では、集塵電圧を印加することで集塵部にＰＭを積極的に集塵することを静電集塵といい、集塵電圧を印加することなく集塵部にＰＭを付着させることを自然付着という。
【００８０】
図７〜図９は、ＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。以下、詳述するように、このＤＰＦ故障検知処理は、ＰＭセンサの出力に基づいてＤＰＦが正常な状態であるか又は故障した状態であるかを判定する処理であり、エンジンの始動後、ＥＣＵ５により実行される。
【００８１】
このＤＰＦ故障検知処理は、主に、４つの工程に分けられる。より具体的には、ＤＰＦ故障検知処理は、エンジンの運転状態を監視する運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）と、ＰＭを静電集塵する静電集塵工程（ステップＳ１１〜Ｓ１６）と、ＰＭを自然付着させた後、センサ素子の集塵部の静電容量を測定する測定工程（ステップＳ２１〜Ｓ２５）と、ＤＰＦの故障を判定する故障判定工程（ステップＳ３１〜Ｓ３５）と、を含んで構成される。
【００８２】
運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）について説明する。
この運転状態監視工程では、エンジンの運転状態を監視し、集塵電圧の印加を開始するのに適した時期を検出する。ここで、集塵電圧の印加を開始するのに適した時期とは、集塵電圧を印加することで効率的にＰＭを集塵できる時期、すなわち、ＰＭの排出量が比較的多い時期を示す。より具体的には、この集塵電圧の印加を開始するのに適した時期とは、例えば、エンジンの運転状態が、安定した状態から所定の車速まで加速している間の過渡運転状態にある時期を示す。
【００８３】
ステップＳ１では、ＰＭセンサの初期処理を実行する。より具体的には、この初期処理では、センサ素子を再生する他、断線及びショートの有無の検知、及びＰＭセンサの校正等が行われる。
【００８４】
ステップＳ２では、監視用タイマをスタートし、運転状態を監視した時間を示す監視時間ＴＭＯＮの計測を開始する。
【００８５】
ステップＳ３では、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｗ、及び車速Ｖの３つの運転状態パラメータを測定し、これら測定値を事前運転状態パラメータ（回転数ＮＰＲＥ［Ｔ］、燃料噴射量ＷＰＲＥ［Ｔ］、車速ＶＰＲＥ［Ｔ］）として記録する。
【００８６】
ステップＳ４では、所定のアイドル判定時間ＴＴＨ＿ＩＤＬＥ以上、アイドル運転状態が継続したか否か、すなわち、アイドル判定時間ＴＴＨ＿ＩＤＬＥ以上、車速が「０」であったか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはステップＳ５に移り、ＮＯの場合にはステップＳ３に移る。
【００８７】
ステップＳ５では、監視時間ＴＭＯＮが所定の上限時間ＴＭＯＮ＿ＭＡＸよりも小さいか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはＳ６に移る。この判定がＮＯの場合には、監視時間ＴＭＯＮが上限時間ＴＭＯＮ＿ＭＡＸを超えたことに応じて、一旦センサ素子を再生する必要があると判断しステップＳ１に移る。
【００８８】
ステップＳ６では、事前運転状態パラメータ（ＮＰＲＥ，ＷＰＲＥ，ＶＰＲＥ）の記録に基づいて、エンジンの運転状態が安定した状態にあるか否かを判定する。より具体的には、車速ＶＰＲＥが所定の速度以上にある時間が所定の時間以内であり、かつ、燃料噴射量ＷＰＲＥが所定の量以下である場合には、エンジンの運転状態は安定した状態にあると判定する。
【００８９】
ステップＳ７では、車速Ｖが所定の判定速度ＶＴＨより大きいか否かを判定することにより、エンジンの運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはステップＳ１１に移り、静電集塵工程を開始する。また、この判定がＮＯの場合にはステップＳ７に移る。
【００９０】
静電集塵工程（ステップＳ１１〜Ｓ１６）について説明する。
この静電集塵工程では、所定の条件が満たされるまで集塵電極に集塵電圧を印加することにより静電集塵を行う。
【００９１】
ステップＳ１１では、集塵電極への集塵電圧の印加を開始する。すなわち、静電集塵を開始する。ここで、集塵電圧は、例えば２ｋＶに設定される。
【００９２】
ステップＳ１２では、静電集塵用タイマをスタートし、静電集塵を行った時間を示す静電集塵時間ＴＣＯＬの計測を開始する。
【００９３】
ステップＳ１３では、集塵電圧を印加したまま、測定電極に測定電圧を印加することにより集塵部の静電容量を測定し、この測定値を集塵時静電容量ＣＣＯＬとして記録する。ここで、測定電圧は、上述の集塵電圧よりも十分に小さな値、例えば１Ｖに設定される。
【００９４】
ステップＳ１４では、静電集塵の完了を判定するために設定された所定の条件が満たされたか否かを判定する。本実施形態では、測定した集塵時静電容量ＣＣＯＬが所定の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ることを、静電集塵の完了を判定する条件とする。この判定がＹＥＳの場合、すなわち集塵時静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨよりも大きい場合にはステップＳ１６に移る。この判定がＮＯの場合、すなわち集塵時静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ以下である場合にはステップＳ１５に移る。なお、この条件の他、静電集塵を開始してから所定の時間が経過したことを、静電集塵の完了を判定する条件としてもよい。
【００９５】
ここで、上述のように、集塵時静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ったことに応じて静電集塵を完了する点について詳細に説明する。
図１０は、センサ素子の集塵部１２０にＰＭを自然付着させた場合におけるＰＭの堆積量と、集塵部１２０の静電容量の時間変化との関係を示す図である。図１０の横軸は時間を表し、縦軸は静電容量を表す。
【００９６】
図１０の領域Ｉでは、時間の経過とともに集塵部１２０の内壁にＰＭが徐々に堆積していくものの、最初は薄くまばらに堆積するだけであるため、集塵部１２０の電気的特性に影響は無く、静電容量の変化は見られない。
領域ＩＩでは、時間の経過により、集塵部１２０の内壁全面にＰＭが薄く堆積し始め、集塵部１２０の電気的特性に影響を与えるようになる結果、静電容量が増大し始める。
さらに時間が経過した領域ＩＩＩでは、集塵部１２０の内壁全面にＰＭが密に厚く堆積し、集塵部１２０の電気的特性に大きく影響を及ぼすようになる結果、静電容量がさらに増大し、やがて静電容量は一定の値に収束する。すなわち、ＰＭセンサには、測定可能な最大静電容量が存在する。
【００９７】
ところで、図１０に示すように、静電容量に変化が見られない領域Ｉの時間は非常に長い。これは、自然付着により集塵部１２０の内壁全面にＰＭが堆積して静電容量に変化が生じるまでには、相当の長時間（例えば、定常運転が維持された場合には１〜２時間）を要することを意味する。このことは、ＤＰＦの故障の判定はセンサ素子の静電容量の変化量に基づいて行う本実施形態のＤＰＦ故障検知処理では、故障の判定を開始するまでに長い時間を要することを意味する。
一方、静電容量の変化が見られた後においても、従来のように集塵電圧を印加し続けてしまうと、ＰＭが大量に堆積する結果、短時間で測定可能な最大静電容量に到達してしまう。
このため、本実施形態のＰＭセンサは、集塵電圧を印加することによってＰＭの堆積を促進し、静電容量に変化が見られるようになったところで、すなわち、静電容量が上述の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ったところで、集塵電圧の印加を停止して自然付着に切り換える。これにより、短時間で排気中のＰＭを検出可能な状態にできるとともに、長時間の検出が可能となっている。
【００９８】
図８に戻って、ステップＳ１５では、静電集塵時間ＴＣＯＬが、所定の上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち、上述の上限時間ＴＭＯＮに亘り静電集塵を行ってもセンサ素子の静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回らなかった場合には、ＤＰＦの下流にＰＭが排出されていない、すなわちＤＰＦは故障していないと判断し、ステップＳ３４に移る。この判定がＮＯの場合には、ステップＳ１３に移り、静電集塵を継続する。
【００９９】
ステップＳ１６では、静電集塵の完了を判定するための上述の条件が満たされたことに応じて、集塵電極への集塵電圧の印加を停止する。
【０１００】
測定工程（ステップＳ２１〜Ｓ２５）について説明する。
この測定工程では、所定の上限時間ＴＭＥＡＳに亘ってＰＭを自然付着させた後、自然付着後静電容量ＣＰＭを測定する。
【０１０１】
ステップＳ２１では、自然付着用タイマをスタートし、ＰＭを自然付着させた時間を示す自然付着時間ＴＡＦＴＥＲの計測を開始する。
【０１０２】
ステップＳ２２では、運転状態パラメータ（回転数Ｎ、燃料噴射量Ｗ、車速Ｖ）を測定し、これら測定値を自然付着時運転状態パラメータ（回転数ＮＭＥＡＳ［Ｔ］、燃料噴射量ＷＭＥＡＳ［Ｔ］、車速ＶＭＥＡＳ［Ｔ］）として記録する。
【０１０３】
ステップＳ２３では、自然付着時間ＴＡＦＴＥＲが所定の上限時間ＴＭＥＡＳに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはステップＳ２４に移り、ＮＯの場合にはステップＳ２２に移る。なお以下では、ステップＳ２１において自然付着用タイマをスタートしてから、上限時間ＴＭＥＡＳに達するまでの期間を自然付着期間とする。
【０１０４】
ステップＳ２４では、測定電極に測定電圧を印加することにより集塵部の静電容量を測定し、この測定値を自然付着後静電容量ＣＰＭとして記録する。
【０１０５】
ステップＳ２５では、自然付着期間内におけるＰＭの排出量が所定の量以上であるか否かを判定する。本実施形態では、ＰＭの排出量が所定の量以上であるか否かの判定を、自然付着時運転状態パラメータ（ＮＭＥＡＳ，ＷＭＥＡＳ，ＶＭＥＡＳ）に基づいて間接的に行う。
【０１０６】
より具体的には、例えば、自然付着期間内のうち車速ＶＭＥＡＳが所定の速度を上回っていた時間が所定時間以上であり、かつ、自然付着期間内において燃料噴射量ＷＭＥＡＳが所定の量以上に達した場合には、自然付着期間内におけるＰＭの排出量が所定の量以上であったと判定する。このステップにおいて、ＰＭの排出量が所定の量以上であると判定された場合には、ステップＳ３１に移る。また、ＰＭの排出量が所定の量より少ないと判定された場合には、ステップＳ３１〜Ｓ３５の故障判定工程を行わずに、この処理を終了する。
【０１０７】
故障判定工程（ステップＳ３１〜Ｓ３５）について説明する。
この故障判定工程では、測定した自然付着後静電容量ＣＰＭに基づいて、ＤＰＦの故障を判定する。自然付着後静電容量ＣＰＭに基づいてＤＰＦの故障判定を行う方法としては、具体的には、静電容量の変化量ΔＣに基づく方法（図１１参照）と、静電容量の変化率∠Ｃ（＝ΔＣ／ΔＴ）に基づく方法（図１２参照）との２つが挙げられる。
【０１０８】
図１１に示すように、静電容量の変化量ΔＣに基づく方法では、自然付着後静電容量ＣＰＭから、集塵開始時の静電容量ＣＣＯＬを減算することにより、所定の自然付着期間ΔＴに亘る静電容量の変化量ΔＣを算出する。さらに、算出した変化量ΔＣと、所定の故障判定値ＣＴＨとを比較する。変化量ΔＣが故障判定値ＣＴＨよりも大きい場合には、ＤＰＦは故障した状態であると判定し、変化量ΔＣが故障判定値ＣＴＨ以下である場合には、ＤＰＦは正常な状態であると判定する。
【０１０９】
図１２に示すように、静電容量の変化率∠Ｃに基づく方法では、上述と同じ手順で自然付着期間ΔＴに亘る静電容量の変化量ΔＣを算出する。次に、算出した変化量ΔＣを自然付着期間ΔＴで割ることにより、変化率∠Ｃを算出する。さらに、算出した変化率∠Ｃと所定の故障判定値∠ＣＴＨとを比較する。変化率∠Ｃが故障判定値∠ＣＴＨよりも大きい場合には、ＤＰＦは故障した状態であると判定し、変化率∠Ｃが故障判定値∠ＣＴＨ以下である場合には、ＤＰＦは正常な状態であると判定する。
【０１１０】
本実施形態のＤＰＦ故障検知処理では、以下に示すように、以上のような２つの判定方法のうち変化率∠Ｃに基づく方法によりＤＰＦの故障を判定するが、これに限るものではない。
【０１１１】
図９に戻って、ステップＳ３１では、記録された自然付着時運転状態パラメータ（ＮＭＥＡＳ，ＷＭＥＡＳ，ＶＭＥＡＳ）に基づいて、アイドル運転時間ＴＩＤＬＥを算出する。このアイドル運転時間は、自然付着期間内においてアイドル運転状態が行われた時間、すなわち速度ＶＭＥＡＳが「０」であった時間を積算することで算出される。
【０１１２】
ステップＳ３２では、自然付着期間に亘る静電容量の変化率∠Ｃを算出する。この静電容量変化率∠Ｃは、下記式（１）に示すように、自然付着期間に亘る静電容量の変化量ＣＰＭ−ＣＣＯＬを、ＰＭを自然付着させていた時間ＴＡＦＴＥＲからアイドル時間ＴＩＤＬＥを減算した時間で割ることにより算出される。
∠Ｃ＝（ＣＰＭ−ＣＣＯＬ）／（ＴＡＦＴＥＲ−ＴＩＤＬＥ）      （１）
【０１１３】
ステップＳ３３では、静電容量変化率∠Ｃが、所定の故障判定値∠ＣＴＨより小さいか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ＤＰＦは正常な状態であると判定するとともにステップＳ３４に移り、故障判定フラグを「０」にした後、この処理を終了する。また、この判定がＮＯの場合には、ＤＰＦは故障した状態であると判定するとともにステップＳ３５に移り、故障判定フラグを「１」にした後、この処理を終了する。なお、この故障判定フラグを「１」にすることに応じて、警告灯が点灯される。
【０１１４】
ここで、上記式（１）により静電容量の変化率∠Ｃを算出するにあたり、ＰＭを自然付着させていた時間ＴＡＦＴＥＲからアイドル時間ＴＩＤＬＥを減算した理由について、図１３〜図１５を参照して説明する。
【０１１５】
図１３は、２つの異なる運転条件の下でエンジンを運転させた場合におけるセンサ素子の静電容量の時間変化を示す図である。図１３において、上段は運転条件Ａの下でエンジンを運転させた場合における静電容量の時間変化を示し、下段は運転条件Ｂの下でエンジンを運転させた場合における静電容量の時間変化を示す。また、図１３に示す例では、それぞれ破損の程度が異なる２種類のＤＰＦを準備し、これらＤＰＦごとに同じ運転条件の下で集塵部の静電容量を測定した結果を示す。図１３において、ハッチングで示された期間は、車速が「０」のアイドル運転が行われた期間を示す。アイドル運転が行われていない期間は、車速が「０」でない走行期間となっている。
【０１１６】
図１３に示すように、アイドル運転が行われた期間では、ＰＭの排出量が少ないため、静電容量の変化は小さい。また、これら運転条件Ａと運転条件Ｂとでは、アイドル運転が行われた期間の長さのみ異なる。
【０１１７】
図１４及び図１５は、以上のような２つの異なる運転条件Ａ，Ｂの下での静電容量の時間変化を重ねて示した図である。より具体的には、図１５は、静電容量の時間変化のうちアイドル運転が行われた期間を除いたものを示す。図１４は、これに対して、静電容量の時間変化のうちアイドル運転が行われた期間を除いていないものを示す。また、これら図１４及び図１５では、運転条件Ａの下での静電容量の時間変化を太線で示し、運転条件Ｂの下での時間変化を細線で示す。
【０１１８】
ここで、図１４を参照して、破損の程度が小さいＤＰＦを用い運転条件Ａの下で測定した静電容量の時間変化と、破損の程度が大きいＤＰＦを用い運転条件Ｂの下で測定した静電容量の時間変化とを比較する。
運転条件Ａの下では、静電容量は、１回目の走行期間を経てＣ１に到達し、さらに２回目の走行期間を経てＣ２に到達する。一方運転条件Ｂの下では、静電容量は、１回目の走行期間を経てＣ２に到達し、さらに２回目の走行期間を経てＣ３に到達する。
このように、２つのＤＰＦは破損の程度が異なるものの、運転条件Ａと運転条件Ｂとの間でアイドル運転の長さが異なることに起因して、静電容量の測定値が同じＣ２になる時期がある。したがって、例えば、時刻Ｔ１における自然付着後静電容量ＣＰＭに基づいてＤＰＦの故障の判定を行った場合、どちらの測定においても静電容量の変化量は同じであるため、判定の結果は同じになってしまう。これは、アイドル運転を行った期間が長くなるに従い、静電容量の変化量は見かけ上小さくなってしまうので、正常側に誤判定される傾向があることを意味する。
【０１１９】
これに対して、図１５に示すように、自然付着させていた期間からアイドル運転が行われた期間を除き、実質的にＰＭが排出されていた期間のみ考慮することにより、運転状態Ａの下での静電容量の時間変化と、運転状態Ｂの下での静電容量の時間変化とを一致させることができる。これにより、上述のような誤判定を防止することができる。
【０１２０】
図１６は、ＤＰＦ故障検知処理の制御例を示すタイムチャートである。図１６において、上段は車速の時間変化を示し、下段はセンサ素子の静電容量の時間変化を示す。また、図１６では、正常なＤＰＦを用いた場合の静電容量の時間変化を破線で示し、破損したＤＰＦを用いた場合の静電容量の時間変化を実線で示す。
【０１２１】
この制御例では、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間は、アイドル運転を行い、次に時刻Ｔ１から時刻Ｔ４にかけて、停止した状態から車速がＶＭＡＸになるまで加速した例を示す。なお、時刻Ｔ０におけるセンサ素子の静電容量はＣＩＮＩであったとする。
【０１２２】
破損したＤＰＦを用いた場合、以下の手順により、その故障が検知される。
時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間において、アイドル判定時間ＴＴＨ＿ＩＤＬＥ以上、アイドル運転状態を継続したことが判定される（ステップＳ４）。その後、安定したエンジンの運転状態から加速し、時刻Ｔ２において車速が判定速度ＶＴＨを上回ったことにより、エンジンの運転状態が過渡運転状態になったと判定される（ステップＳ６，Ｓ７）。
【０１２３】
時刻Ｔ２では、エンジンの運転状態が過渡運転状態であると判定されたことに応じて、集塵電圧の印加が開始され（ステップＳ１１）、集塵部にＰＭが徐々に集塵される。これ以降、時刻Ｔ３において集塵電圧の印加を停止するまでの間は、静電集塵期間となる。集塵電圧を印加し、集塵部にＰＭが堆積することにより、集塵部の静電容量が上昇し始める。
【０１２４】
時刻Ｔ３では、集塵部の静電容量の測定値が完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ったと判定されたことに応じて、集塵電圧の印加が停止される（ステップＳ１４，Ｓ１６）。これ以降、自然付着期間となる。時刻Ｔ５では、ＰＭを自然付着させ始めてから上述の上限時間ＴＭＥＡＳが経過したことに応じて、自然付着後静電容量ＣＰＭが測定される（ステップＳ２３，Ｓ２４）。また、この自然付着後静電容量ＣＰＭに基づいて、静電容量変化率∠Ｃが算出された後、算出した静電容量変化率∠Ｃと故障判定値∠ＣＴＨとが比較され、この比較に基づいてＤＰＦの故障が判定される（ステップＳ３２〜Ｓ３５）。ここでは、静電容量変化率∠Ｃが故障判定値∠ＣＴＨよりも大きいと判定されたことに応じて、ＤＰＦは故障したものであると判定される。
【０１２５】
一方、正常なＤＰＦを用いた場合、時刻Ｔ２から集塵電圧の印加を開始しても、センサ素子の静電容量が完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ることはない。このため、時刻Ｔ６において、静電集塵の上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸが経過したと判定されたことに応じて、ＤＰＦは正常なものであると判定される（ステップＳ１５，Ｓ３４）。
【０１２６】
図１７は、ＤＰＦ故障検知処理の制御例を示すタイムチャートである。図１７は、図１６に示す制御例とは異なり、静電集塵を開始してから所定の上限時間ＴＭＡＸが経過したことを、静電集塵の完了を判定する条件とした場合における制御例を示す。
【０１２７】
この制御例では、図１６に示す例と同様に、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間は、アイドル運転を行い、次に時刻Ｔ１から時刻Ｔ４にかけて、停止した状態から車速がＶＭＡＸになるまで加速した例を示す。
【０１２８】
破損したＤＰＦを用いた場合、以下の手順により、その故障が検知される。
時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間において、アイドル判定時間ＴＴＨ＿ＩＤＬＥ以上、アイドル運転状態を継続したことが判定される。その後、安定したエンジンの運転状態から加速し、時刻Ｔ２において車速が判定速度ＶＴＨを上回ったことにより、エンジンの運転状態が過渡運転状態になったと判定される。
【０１２９】
時刻Ｔ２では、エンジンの運転状態が過渡運転状態であると判定されたことに応じて、集塵電圧の印加が開始され、集塵部にＰＭが徐々に集塵される。これ以降、時刻Ｔ３において集塵電圧の印加を停止するまでの間は、静電集塵期間となる。集塵電圧を印加し、集塵部にＰＭが堆積することにより、センサ素子の静電容量が上昇し始める。
【０１３０】
時刻Ｔ３では、静電集塵を開始してから上限時間ＴＭＡＸが経過したことに応じて、集塵電圧の印加が停止される。これ以降、自然付着期間となる。時刻Ｔ５では、ＰＭを自然付着させ始めてから上限時間ＴＭＥＡＳが経過したことに応じて、自然付着後静電容量ＣＰＭが測定される。また、この自然付着後静電容量ＣＰＭに基づいて、静電容量変化率∠Ｃが算出された後、算出した静電容量変化率∠Ｃと故障判定値∠ＣＴＨとが比較され、この比較に基づいてＤＰＦの故障が判定される。ここでは、静電容量変化率∠Ｃが故障判定値∠ＣＴＨよりも大きいと判定されたことに応じて、ＤＰＦは故障したものであると判定される。
【０１３１】
一方、正常なＤＰＦを用いた場合、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで静電集塵を行い、その後時刻Ｔ５まで自然付着させても、静電容量がＣＩＮＩから大きく変化することはない。このため、時刻Ｔ５では、静電容量変化率∠Ｃが故障判定値∠ＣＴＨよりも小さいと判定されたことに応じて、ＤＰＦは正常なものであると判定される。
【０１３２】
本実施形態によれば、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに集塵電圧を印加することにより、十分な量のＰＭを短時間でセンサ素子１２に付着させることができ、センサ素子１２の静電容量に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば３０秒ほどの短時間で電気的特性に変化が現れる状態を作り出し、ＤＰＦの故障の判定を開始することができる。すなわち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、ＤＰＦの故障を判定することができる。
また、センサ素子１２の静電容量を測定し、ＤＰＦの故障を判定する際には、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに対する集塵電圧の印加を行わないため、ＰＭはゆっくりと自然にセンサ素子１２に付着し、センサ素子１２の静電容量は緩やかに変化していくことから、長時間に亘ってＤＰＦの故障を判定できる。したがって、不規則な変動要因を除き、ＤＰＦの故障の誤検知を少なくすることができる。
また、本実施形態では、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａと測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの２つの電極を備えるため、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに集塵電圧を印加して粒子状物質の集塵を行いつつ、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに測定電圧を印加することでセンサ素子１２の静電容量を測定することができる。このため、集塵の停止時期をリアルタイムで精度良く判定できることからも、上述の効果が期待できる。
また、長時間に亘ってＤＰＦの故障を判定できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
【０１３３】
また、本実施形態によれば、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａへの集塵電圧の印加を開始してから所定の上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸが経過するまでの間に、センサ素子の静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＭＡＸを上回らなかった場合には、ＤＰＦは正常であると判定する。ＤＰＦが正常である場合には、エンジンから排出されたＰＭのほとんどはこのＤＰＦに捕集される。このため、ＤＰＦの下流に設けられたセンサ素子に流入するＰＭの量は非常に少なく、センサ素子の電気的特性に変化はあらわれにくい。本実施形態によれば、このようなセンサ素子の特性を利用してＤＰＦの故障を判定することにより、ＤＰＦの故障の検知精度を向上することができる。
【０１３４】
また、本実施形態によれば、測定電圧よりも大きな集塵電圧を集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに印加する。これにより、集塵電圧を印加した際には、センサ素子１２にＰＭを積極的に付着させることができる。一方、測定電圧を印加した際には、センサ素子１２にＰＭが不要に付着するのを防止することができる。
【０１３５】
また、本実施形態によれば、エンジンの運転状態が過渡運転状態でない場合、すなわち、エンジンの運転状態が定常運転状態である場合には、集塵電圧を印加しない。エンジンが定常運転状態にある場合には、ＰＭの排出量は非常に少ない。このため、定常運転状態にある場合には、集塵電圧を印加しても、センサ素子１２の電気的特性に変化が現れる程の量のＰＭを、短時間でセンサ素子１２に付着させることは難しい。したがって、このような過渡運転状態には集塵電圧を印加しないようにすることにより、集塵電圧の印加にかかる無駄な電力の消費を抑制することができる。
【０１３６】
また、本実施形態によれば、自然付着期間内におけるＰＭの排出量が所定の量よりも少ない場合には、ＤＰＦの故障の判定を行わない。センサ素子１２に粒子状物質を付着させている自然付着期間においてＰＭの排出量が少ない場合、ＤＰＦの状態に係わらず、センサ素子１２の電気的特性の変化は小さいと考えられるため、高い精度で故障を検知することができない。本実施形態によれば、このような期間には、故障の判定を行わないとすることにより、ＤＰＦの故障の検知精度が低下するのを防止することができる。
【０１３７】
また、本実施形態によれば、センサ素子１２の静電容量の測定値の自然付着期間に亘る変化量ΔＣに基づいて、ＤＰＦの故障を判定する。ＤＰＦが故障している場合、エンジンから排出されたＰＭのうち幾らかはＤＰＦを通過してしまい、センサ素子１２に到達する。このため、上述の自然付着期間に亘る測定値の変化量ΔＣに大きな影響が現れるものと考えられる。本実施形態によれば、このようなＤＰＦの状態により大きな影響があらわれる上記変化量ΔＣに基づいて故障を判定することにより、ＤＰＦの故障の検知精度を向上することができる。
【０１３８】
また、本実施形態によれば、ＰＭの排出量が所定量よりも少ないアイドル運転状態でエンジンが運転されたアイドル運転時間ＴＩＤＬＥを、自然付着期間ＴＡＦＴＥＲから減算した時間を有効排出時間（ＴＡＦＴＥＲ−ＴＩＤＬＥ）とし、この有効排出時間に亘るセンサ素子１２の静電容量の変化率∠Ｃが、所定の故障判定値∠ＣＴＨよりも小さい場合には、ＤＰＦは正常であると判定する。このように、アイドル運転状態等の粒子状物質の排出量が少ない運転状態でエンジンが運転された時間を除いた有効排出時間に亘る静電容量の変化率∠Ｃに基づいてＤＰＦの故障を判定することにより、ＤＰＦの故障の検知精度をさらに向上することができる。
【０１３９】
また、本実施形態によれば、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａへの集塵電圧の印加を開始してから、センサ素子１２の静電容量ＣＣＯＬが所定の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ったことに応じて、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａへの集塵電圧の印加を停止する。これにより、センサ素子１２の静電容量に変化が現れる状態を、より確実に早期に作り出すことができる。したがって、ＤＰＦの故障の検知にかかる時間を短縮することができる。また、静電容量に変化が現れてから集塵電圧の印加を停止することにより、余分な電力の消費を低減することができる。
【０１４０】
本実施形態では、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａが第１電極部を構成し、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂが第２電極部を構成し、ＥＣＵ５、及びセンサ素子１２のセンサコントローラ１７が電圧印加開始手段、第１測定手段、電圧印加停止手段、第２測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、及び排出量判定手段を構成する。
より具体的には、図８のステップＳ１１の実行に係る手段が電圧印加開始手段を構成し、図８のステップＳ１３の実行に係る手段が第１測定手段を構成し、図８のステップＳ１６の実行に係る手段が電圧印加停止手段を構成し、図９のステップＳ２４の実行に係る手段が第２測定手段を構成し、図９のステップＳ３１〜Ｓ３５の実行に係る手段が故障判定手段を構成し、図７のステップＳ６，Ｓ７の実行に係る手段が過渡運転状態判定手段を構成し、図９のステップＳ２５の実行に係る手段が排出量判定手段を構成する。
【０１４１】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ＰＭセンサ３１、センサコントローラ、及びＥＣＵの構成が、第１実施形態のＰＭセンサ１１、センサコントローラ１７、及びＥＣＵ５と異なる。
【０１４２】
図１８は、第２実施形態に係るＰＭセンサ３１のセンサ素子３２の分解斜視図である。
図１８に示すように、センサ素子３２の構成は、測定電極層が無い以外は第１実施形態に係るＰＭセンサ１１の構成と同様である。本実施形態では、第１実施形態のように測定電極を備えておらず、集塵電極３２３Ａ，３２７Ａが集塵電極と測定電極とを兼ねる。集塵電極３２３Ａ，３２７Ａは、切換スイッチを介して集塵用ＤＣ電源とインピーダンス測定器に接続されている。
【０１４３】
切換スイッチは、ＥＣＵから送信された制御信号に基づいて動作し、電極板３３０，３３１に対する接続を、集塵用ＤＣ電源とインピーダンス測定器との間で選択的に切り換える。具体的には、集塵電極３２３Ａ，３２７Ａに集塵電圧を印加する場合には、集塵用ＤＣ電源と電極板３３０，３３１とを接続し、センサ素子３２の静電容量を測定する場合には、インピーダンス測定器と電極板３３０，３３１とを接続する。
【０１４４】
図１９は、本実施形態のセンサ素子３２の集塵部３２０内にＰＭが集塵されたときの様子を模式的に示した図である。図１９に示すように、集塵されたＰＭは、集塵部３２０内の内壁に堆積する。このとき、集塵部３２０の静電容量が、堆積したＰＭによる影響を受けて変化する。この静電容量の変化は、ＰＭ堆積量に相関があることから、この静電容量の変化に基づいて、ＰＭの検出が可能となっている。また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、センサ素子３２の電気的特性とは、センサ素子３２のうちＰＭ堆積量に相関のある集塵部３２０の電気的特性を意味する。
【０１４５】
図２０〜図２２は、ＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。以下、詳述するように、このＤＰＦ故障検知処理は、ＰＭセンサの出力に基づいてＤＰＦが正常な状態であるか又は故障した状態であるかを判定する処理であり、エンジンの始動後、ＥＣＵにより実行される。
【０１４６】
このＤＰＦ故障検知処理は、第１実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同様に、運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）と、静電集塵工程（ステップＳ１１〜Ｓ１７）と、測定工程（ステップＳ２１〜Ｓ２５）と、故障判定工程（ステップＳ３１〜Ｓ３５）と、の４つの工程に分けられる。
【０１４７】
運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）及び故障判定工程（ステップＳ３１〜Ｓ３５）は、第１実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同じであり、その詳細な説明を省略する。
【０１４８】
静電集塵工程（ステップＳ１１〜Ｓ１７）について説明する。
この静電集塵工程では、所定の条件が満たされるまで集塵電極に集塵電圧を印加することにより静電集塵を行う。
【０１４９】
ステップＳ１１では、静電集塵用タイマをスタートし、静電集塵を行った時間を示す静電集塵時間ＴＣＯＬの計測を開始する。
【０１５０】
ステップＳ１２では、電極部への集塵電圧の印加を開始するとともに、印加時間計測用タイマをスタートし、集塵電圧を印加した時間を示す印加時間Ｔの計測を開始する。
【０１５１】
ステップＳ１３では、集塵電圧を印加してから、所定時間ＴＭＡＸ以上経過したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはステップＳ１４に移り、ＮＯの場合にはステップＳ１３に移る。
【０１５２】
ステップＳ１４では、電極部への集塵電圧の印加を停止するとともに、印加時間計測用タイマをリセットする。
【０１５３】
ステップＳ１５では、電極部へ測定電圧を印加することにより、集塵部の静電容量を測定し、この測定値を集塵時静電容量ＣＣＯＬとして記録する。
【０１５４】
ステップＳ１６では、静電集塵の完了を判定するために設定された所定の条件が満たされたか否かを判定する。本実施形態では、測定した集塵時静電容量ＣＣＯＬが所定の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回ることを、静電集塵の完了を判定する条件とする。この判定がＹＥＳの場合、すなわち集塵時静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨよりも大きい場合にはステップＳ２１に移る。この判定がＮＯの場合、すなわち集塵時静電容量ＣＣＯＬが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ以下である場合にはステップＳ１７に移る。なお、この条件の他、静電集塵を開始してから所定の時間が経過したことを、静電集塵の完了を判定する条件としてもよい。
【０１５５】
ステップＳ１７では、静電集塵時間ＴＣＯＬが、所定の上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち、静電集塵を行っても集塵部の静電容量Ｃが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨを上回らなかった場合には、ＤＰＦの下流にＰＭが排出されていない、すなわちＤＰＦは故障していないと判断し、ステップＳ３４に移る。この判定がＮＯの場合には、ステップＳ１２に移り、静電集塵を継続する。
【０１５６】
測定工程（ステップＳ２１〜Ｓ２５）について説明する。
この測定工程では、所定の上限時間ＴＭＥＡＳに亘ってＰＭを自然付着させた後、自然付着後静電容量ＣＰＭを測定する。
【０１５７】
ステップＳ２１では、自然付着用タイマをスタートし、ＰＭを自然付着させた時間を示す自然付着時間ＴＡＦＴＥＲの計測を開始する。
【０１５８】
ステップＳ２２では、運転状態パラメータ（回転数Ｎ、燃料噴射量Ｗ、車速Ｖ）を測定し、これら測定値を自然付着時運転状態パラメータ（回転数ＮＭＥＡＳ［Ｔ］、燃料噴射量ＷＭＥＡＳ［Ｔ］、車速ＶＭＥＡＳ［Ｔ］）として記録する。
【０１５９】
ステップＳ２３では、自然付着時間ＴＡＦＴＥＲが所定の上限時間ＴＭＥＡＳに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはステップＳ２４に移り、ＮＯの場合にはステップＳ２２に移る。
【０１６０】
ステップＳ２４では、電極部に測定電圧を印加することによりセンサ素子の静電容量を測定し、この測定値を自然付着後静電容量ＣＰＭとして記録する。
【０１６１】
ステップＳ２５では、自然付着期間内におけるＰＭの排出量が所定の量以上であるか否かを判定する。本実施形態では、ＰＭの排出量が所定の量以上であるか否かの判定を、自然付着時運転状態パラメータ（ＮＭＥＡＳ，ＷＭＥＡＳ，ＶＭＥＡＳ）に基づいて間接的に推定する。このステップにおいて、ＰＭの排出量が所定の量以上であると判定された場合には、ステップＳ３１に移る。また、ＰＭの排出量が所定の量より少ないと判定された場合には、ステップＳ３１〜Ｓ３５の故障判定工程を行わずに、この処理を終了する。
【０１６２】
本実施形態によれば、２つの電極部を備える点を除いて、第１実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態では、集塵電極３２３Ａ，３２７Ａが電極部を構成し、ＥＣＵ、及びセンサ素子のセンサコントローラが電圧印加手段、第１測定手段、判定手段、第２測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、及び排出量判定手段を構成する。
より具体的には、図２１のステップＳ１２，Ｓ１３の実行に係る手段が電圧印加手段を構成し、図２１のステップＳ１５の実行に係る手段が第１測定手段を構成し、図２１のステップＳ１６の実行に係る手段が判定手段を構成し、図２２のステップＳ２４の実行に係る手段が第２測定手段を構成し、図２２のステップＳ３１〜Ｓ３５の実行に係る手段が故障判定手段を構成し、図２０のステップＳ６，Ｓ７の実行に係る手段が過渡運転状態判定手段を構成し、図２２のステップＳ２５の実行に係る手段が排出量判定手段を構成する。
【０１６３】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ＥＣＵの構成が第１実施形態と異なる。
【０１６４】
第１実施形態では静電容量の測定値に基づいてＤＰＦの故障を検知したが、本実施形態では、静電容量の測定値から排気のＰＭ濃度を算出し、このＰＭ濃度に基づいてＤＰＦの故障を判定する点が第１実施形態と異なる。
【０１６５】
図２３は、所定のＰＭ濃度の排気の下でＰＭセンサを作動させた場合における、静電容量の測定値の変化を示す図である。図２３は、横軸を時間ｔとし縦軸を静電容量ΔＣとして、所定の期間にわたって集塵電圧を印加した後における静電容量ΔＣの時間変化を示す図である。この図に示すように、時刻ｔ＝０において集塵電圧の印加を停止すると、その後、静電容量ΔＣは所定値ΔＣＭＡＸに漸近的に近づく。
【０１６６】
この場合、時刻ｔ＝０以降、すなわちＰＭを自然付着させている期間における静電容量ΔＣとＰＭ濃度ｘとの間には、下記式（２）に示す関係が成立する。
ΔＣ＝ΔＣＭＡＸ（１−ｅｘｐ（−ｋ（ｘ）・ｔ））      （２）
【０１６７】
なお、上記式（２）において、ＰＭ濃度ｘの関数ｋ（ｘ）は、下記式（３）に示すように、エンジン回転数Ｎ、及び燃料噴射量Ｗに基づいて算出される発生トルクＴの所定の関数ａ（Ｎ，Ｔ）及びｂ（Ｎ，Ｔ）により記述される。
ｋ（ｘ）＝ａ（Ｎ，Ｔ）ｘ＋ｂ（Ｎ，Ｔ）      （３）
【０１６８】
ここで、上記式（２）を時間微分すると、下記式（４）が導出される。
ｋ（ｘ）＝（ΔＣＭＡＸ／（ΔＣＭＡＸ−ΔＣ））・ｄΔＣ／ｄｔ      （４）
【０１６９】
したがって、ΔＣＭＡＸをセンサ素子ごとに備わる定数として、所定の時刻における静電容量ΔＣ及びその時間微分ｄΔＣ／ｄｔを測定し、さらにその時刻におけるエンジン回転数Ｎ及び発生トルクＴに基づいてａ（Ｎ，Ｔ）及びｂ（Ｎ，Ｔ）を決定するマップを検索することにより、排気のＰＭ濃度ｘを導出することができる。
【０１７０】
図２４は、ＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
このＤＰＦ故障検知処理は、第１実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同様に、運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）と、静電集塵工程（ステップＳ１１〜Ｓ１６）と、測定工程（ステップＳ４１〜Ｓ４３）と、故障判定工程（ステップＳ５１〜Ｓ５６）と、の４つの工程に分けられる。なお、運転状態監視工程及び静電集塵工程は、第１実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同じであるため、その詳細な説明及び図示を省略する。
【０１７１】
測定工程（ステップＳ４１〜Ｓ４３）について説明する。
ステップＳ４１では、自然付着用タイマをスタートし、ＰＭを自然付着させた時間を示す自然付着時間ＴＡＦＴＥＲの計測を開始する。
【０１７２】
ステップＳ４２では、自然付着時間ＴＡＦＴＥＲが所定の上限時間ＴＭＥＡＳに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわちＰＭの自然付着を開始してから上限時間ＴＭＥＡＳが経過した場合には、ステップＳ４３に移る。一方、この判定がＮＯの場合には、再びステップＳ４２を実行し、上限時間ＴＭＥＡＳが経過するのを待つ。
【０１７３】
ステップＳ４３では、測定電極に測定電圧を印加することにより集塵部の静電容量を測定し、この測定値を自然付着時静電容量ＣＰＭとして記録する。また同時に、測定値の時間変化に基づいて自然付着時静電容量ＣＰＭの時間微分値を測定し、この測定値を静電容量の微分値ｄＣＰＭ／ｄｔとして記録する。
【０１７４】
故障判定工程（ステップＳ５１〜Ｓ５６）について説明する。
ステップＳ５１では、上記ステップＳ４３で測定した自然付着時静電容量ＣＰＭ及びその微分値ｄＣＰＭ／ｄｔと、その時におけるエンジン回転数Ｎ及び発生トルクＴと、に基づいて、ＤＰＦの下流側の排気のＰＭ濃度ＤＲを算出する。
【０１７５】
ステップＳ５２では、ＰＭ濃度ＤＲの算出に用いた自然付着時静電容量ＣＰＭを測定した時における回転数Ｎや燃料噴射量Ｗなどのエンジンの運転状態に基づいてＤＰＦの上流側の排気のＰＭ濃度ＤＦを算出する。
【０１７６】
ステップＳ５３では、ＤＰＦの上流側の排気のＰＭ濃度ＤＦ及びＤＰＦの下流側の排気のＰＭ濃度ＤＲに基づいて、ＤＰＦに捕集される粒子状物質の割合を示すＰＭ捕集率Ｘを算出する。このＰＭ捕集率Ｘは、具体的には、下記式（５）により定義されるＤＰＦのＰＭ捕集率Ｘを算出する。
Ｘ＝（ＤＦ−ＤＲ）／ＤＦ×１００    （５）
【０１７７】
ステップＳ５４では、算出したＰＭ捕集率Ｘが所定の故障判定値ＸＴＨよりも大きいか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ＤＰＦは正常であると判定するとともにステップＳ５５に移り、故障判定フラグを「０」にした後、この処理を終了する。この判定がＮＯの場合には、ＤＰＦは故障した状態であると判定するとともにステップＳ５６に移り、故障判定フラグを「１」にした後、この処理を終了する。
【０１７８】
本実施形態によれば、ＤＰＦの下流側のＰＭ濃度ＤＲに加えて、ＤＰＦの上流側のＰＭ濃度ＤＦに基づいて、ＤＰＦの故障を判定する。これにより、ＤＰＦの故障の判定精度をさらに向上することができる。例えば、低負荷運転状態やアイドル運転状態では、エンジンから排出されるＰＭの量が少なく、またその殆どはＤＰＦに捕集されてしまうため、ＤＰＦの下流側に排出されるＰＭの量は非常に少ない。これに対して本実施形態では、下流側のＰＭ濃度ＤＲに加えて、この下流側よりも高い精度で検出できる上流側のＰＭ濃度ＤＦに基づいてＤＰＦの故障を判定することにより、このような低負荷運転状態やアイドル運転状態においてもＤＰＦの故障を精度良く判定することができる。
したがって、上記第１実施形態では、ＤＰＦの下流側のＰＭセンサにＰＭを自然付着させていた期間におけるＰＭの排出量が所定の量以上であるか否かを判定し（図９のステップＳ２５参照）、ＰＭの排出量が所定の量以上である場合にのみ、ＤＰＦの故障の判定を行ったが、本実施形態では、ＰＭの排出量に関わらずＤＰＦの故障の判定を行うことができる。
【０１７９】
また本実施形態によれば、ＤＰＦの上流側のＰＭ濃度ＤＦと、ＤＰＦの下流側のＰＭ濃度ＤＲとに基づいて、ＤＰＦのＰＭ捕集率Ｘを算出し、このＰＭ捕集率Ｘに応じてＤＰＦの故障を判定する。これにより、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【０１８０】
本実施形態では、図２４のステップＳ５２の実行に係る手段が上流濃度検出手段を構成し、図２４のステップＳ５１の実行に係る手段が下流側濃度算出手段を構成し、図２４のステップＳ５３の実行に係る手段が捕集率算出手段を構成し、図２４のステップＳ５１〜Ｓ５６の実行に係る手段が故障判定手段を構成する。
【０１８１】
［第４実施形態］
第４実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ＥＣＵ５Ｄの構成と、ＤＰＦ３の下流側のＰＭを検出するＰＭセンサ１１に加えて、ＤＰＦ３の上流側のＰＭを検出するＰＭセンサ９１Ｄを備える点とが、第３実施形態と異なる。
【０１８２】
図２５は、本実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置を含む、エンジン及びその制御装置の構成を示す図である。
第３実施形態では、ＤＰＦ３のＰＭ捕集率Ｘを算出するにあたり、エンジンの運転状態に基づいて算出されたＤＰＦ３の上流側のＰＭ濃度ＤＦを用いた。本実施形態では、ＤＰＦ３の上流側に設けたＰＭセンサ９１Ｄの出力に基づいてＤＰＦ３の上流側のＰＭ濃度を算出する。
【０１８３】
ＰＭセンサ９１Ｄは、排気管４の内部のうちＤＰＦの上流側に設けられたセンサ素子９２Ｄと、ＥＣＵ５Ｄに接続され、このセンサ素子９２Ｄを制御するセンサコントローラ９７Ｄと、を備える。これらセンサ素子９２Ｄ及びセンサコントローラ９７Ｄの構成は、第１実施形態のセンサ素子１２及びセンサコントローラ１７の構成と略等しいので、その詳細な説明を省略する。なお本実施形態では、２つのＰＭセンサを明確に区別するため、ＤＰＦの上流側のＰＭセンサ９１Ｄを上流側ＰＭセンサ９１Ｄといい、ＤＰＦの下流側のＰＭセンサ１１を下流側ＰＭセンサ１１という。
【０１８４】
後に詳述するようにＤＰＦ故障検知処理では、２つの上流側ＰＭセンサ９１Ｄ及び下流側ＰＭセンサ１１を並行して使用する。しかしながら、下流側ＰＭセンサ１１が設けられたＤＰＦ３の下流側と、上流側ＰＭセンサ９１Ｄが設けられたＤＰＦ３の上流側とでは排気のＰＭ濃度が大きく異なる。そこで、例えば、センサ素子９２Ｄに流入する排気の流量を絞り、センサ素子９２Ｄに付着するＰＭの単位時間当たりの量を少なくすることにより、これら２つのＰＭセンサ１１，９１Ｄの動作条件が略等しくなるようにすることが好ましい。また、排気の流量を絞るには、例えば保護カバーの形状を変えたり、排気の取り込み流路を制限したりすることが考えられる。
【０１８５】
図２６〜図２８は、ＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
このＤＰＦ故障検知処理は、第３実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同様に、運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）と、静電集塵工程（ステップＳ６１〜Ｓ７７）と、測定工程（ステップＳ８１〜Ｓ８３）と、故障判定工程（ステップＳ９１〜Ｓ９６）と、の４つの工程に分けられる。なお、運転状態監視工程は、第３実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同じであるため、その詳細な説明及び図示を省略する。
【０１８６】
静電集塵工程（ステップＳ６１〜Ｓ７７）について説明する。
ステップＳ６１では、上流側ＰＭセンサ及び下流側ＰＭセンサのそれぞれの集塵電極への集塵電圧の印加を開始する。すなわち、静電集塵を開始する。
【０１８７】
ステップＳ６２では、上流側ＰＭセンサに対し、集塵電圧を印加したまま、測定電極に測定電圧を印加することにより上流側ＰＭセンサの集塵部の静電容量を測定し、この測定値を上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆとして記録する。
【０１８８】
ステップＳ６３では、上流側ＰＭセンサ静電集塵の完了を判定するために設定された所定の条件が満たされたか否かを判定する。本実施形態では、上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが所定の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆを上回ることを、静電集塵の完了を判定する条件とする。この判定がＹＥＳの場合、すなわち上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆよりも大きい場合にはステップＳ６６に移る。この判定がＮＯの場合、すなわち上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆ以下である場合にはステップＳ６４に移る。
【０１８９】
ステップＳ６４では、下流側ＰＭセンサに対し、集塵電圧を印加したまま、測定電極に測定電圧を印加することにより下流側ＰＭセンサの集塵部の静電容量を測定し、この測定値を下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒとして記録する。
【０１９０】
ステップＳ６５では、下流側ＰＭセンサ静電集塵の完了を判定するために設定された所定の条件が満たされたか否かを判定する。本実施形態では、下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが所定の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒを上回ることを、静電集塵の完了を判定する条件とする。この判定がＹＥＳの場合、すなわち下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒよりも大きい場合にはステップＳ７２に移る。この判定がＮＯの場合、すなわち下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒ以下である場合にはステップＳ６２に移り、上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆあるいは下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒの何れかがそれぞれの完了判定値を上回るまで、集塵電圧を印加し続ける。
【０１９１】
ステップＳ６６では、上述のステップＳ６３において上流側ＰＭセンサの静電集塵の完了を判定するための上述の条件が満たされたことに応じて、上流側ＰＭセンサの集塵電極への集塵電圧の印加を停止する。
【０１９２】
ステップＳ６７では、静電集塵用タイマをスタートし、上流側ＰＭセンサの静電集塵を完了してから、下流側ＰＭセンサの静電集塵を余分に行った時間を示す静電集塵時間ＴＣＯＬ＿Ｒの計測を開始する。
【０１９３】
ステップＳ６８では、下流側ＰＭセンサに対し、再び測定電極に測定電圧を印加することにより下流側ＰＭセンサの集塵部の静電容量を測定し、この測定値を下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒとして記録する。
【０１９４】
ステップＳ６９では、下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが上述の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒを上回ったか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒよりも大きい場合にはステップＳ７１に移り、下流側ＰＭセンサの集塵電極への集塵電圧の印加を停止し、ステップＳ８１に移る。この判定がＮＯの場合、すなわち下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒ以下である場合にはステップＳ７０に移る。
【０１９５】
ステップＳ７０では、静電集塵時間ＴＣＯＬ＿Ｒが、所定の上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸ＿Ｒに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち、上流側ＰＭセンサの静電集塵を完了してから、上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸ＿Ｒに亘り下流側ＰＭセンサの静電集塵を継続したにもかかわらず下流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｒが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｒを上回らなかった場合には、ＤＰＦの下流にＰＭが殆ど排出されておらずＤＰＦは故障していないと判断し、ステップＳ９５に移る。この判定がＮＯの場合には、ステップＳ６８に移る。
【０１９６】
ステップＳ７２では、上述のステップＳ６５において下流側ＰＭセンサの静電集塵の完了を判定するための上述の条件が満たされたことに応じて、下流側ＰＭセンサの集塵電極への集塵電圧の印加を停止する。
【０１９７】
ステップＳ７３では、静電集塵用タイマをスタートし、下流側ＰＭセンサの静電集塵を完了してから、上流側ＰＭセンサの静電集塵を余分に行った時間を示す静電集塵時間ＴＣＯＬ＿Ｆの計測を開始する。
【０１９８】
ステップＳ７４では、上流側ＰＭセンサに対し、再び測定電極に測定電圧を印加することにより上流側ＰＭセンサの集塵部の静電容量を測定し、この測定値を上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆとして記録する。
【０１９９】
ステップＳ７５では、上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが上述の完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆを上回ったか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆよりも大きい場合にはステップＳ７７に移り、上流側ＰＭセンサの集塵電極への集塵電圧の印加を停止し、ステップＳ８１に移る。この判定がＮＯの場合、すなわち上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆ以下である場合にはステップＳ７６に移る。
【０２００】
ステップＳ７６では、静電集塵時間ＴＣＯＬ＿Ｆが、所定の上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸ＿Ｆに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち、下流側ＰＭセンサの静電集塵を完了してから、上限時間ＴＣＯＬ＿ＭＡＸ＿Ｆに亘り上流側ＰＭセンサの静電集塵を継続したにもかかわらず上流側集塵時静電容量ＣＣＯＬ＿Ｆが完了判定値ＣＣＯＬ＿ＴＨ＿Ｆを上回らなかった場合、これはＤＰＦの上流側で検出されたＰＭの量が少ないに対して、ＤＰＦの下流側には比較的多くのＰＭが流出していることを意味するので、ＤＰＦは故障していると判断し、ステップＳ９６に移る。この判定がＮＯの場合には、ステップＳ７４に移る。
【０２０１】
測定工程（Ｓ８１〜Ｓ８３）について説明する。
ステップＳ８１では、自然付着用タイマをスタートし、上流側ＰＭセンサ及び下流側ＰＭセンサに対しＰＭを自然付着させた時間を示す自然付着時間ＴＡＦＴＥＲの計測を開始する。
【０２０２】
ステップＳ８２では、自然付着時間ＴＡＦＴＥＲが所定の上限時間ＴＭＥＡＳに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわちＰＭの自然付着を開始してから上限時間ＴＭＥＡＳが経過した場合には、ステップＳ８３に移る。一方、この判定がＮＯの場合には、再びステップＳ８２を実行し、上限時間ＴＭＥＡＳが経過するのを待つ。
【０２０３】
ステップＳ８３では、上流側ＰＭセンサ及び下流側ＰＭセンサに対し測定電圧を印加することによりそれぞれの集塵部の静電容量を測定し、これら測定値を上流側自然付着時静電容量ＣＰＭ＿Ｆ及び下流側自然付着時静電容量ＣＰＭ＿Ｒとして記録する。また同時に、各静電容量ＣＰＭ＿Ｆ，ＣＰＭ＿Ｒの時間微分値を測定し、これら測定値を上流側静電容量の微分値ｄＣＰＭ＿Ｆ／ｄｔ及び下流側静電容量の微分値ｄＣＰＭ＿Ｒ／ｄｔとして記録する。
【０２０４】
故障判定工程（ステップＳ９１〜Ｓ９６）について説明する。
ステップＳ９１では、上記ステップで測定した下流側自然付着時静電容量ＣＰＭ＿Ｒ及びその微分値ｄＣＰＭ＿Ｒ／ｄｔと、その時におけるエンジン回転数Ｎ及び発生トルクＴと、に基づいて、ＤＰＦの下流側の排気のＰＭ濃度ＤＲを算出する。
【０２０５】
ステップＳ９２では、上記ステップで測定した上流側自然付着時静電容量ＣＰＭ＿Ｆ及びその微分値ｄＣＰＭ＿Ｆ／ｄｔと、その時におけるエンジン回転数Ｎ及び発生トルクＴと、に基づいて、ＤＰＦの上流側の排気のＰＭ濃度ＤＲを算出する。
【０２０６】
ステップＳ９３では、ＤＰＦの上流側の排気のＰＭ濃度ＤＦ及びＤＰＦの下流側の排気のＰＭ濃度ＤＲに基づいて、ＤＰＦに捕集される粒子状物質の割合を示すＰＭ捕集率Ｘを算出する。
【０２０７】
ステップＳ９４では、算出したＰＭ捕集率Ｘが所定の故障判定値ＸＴＨよりも大きいか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ＤＰＦは正常であると判定するとともにステップＳ９５に移り、故障判定フラグを「０」にした後、この処理を終了する。この判定がＮＯの場合には、ＤＰＦは故障した状態であると判定するとともにステップＳ９６に移り、故障判定フラグを「１」にした後、この処理を終了する。
【０２０８】
本実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、ＰＭセンサ９１Ｄ及び図２８のステップＳ９２の実行に係る手段が上流濃度検出手段を構成し、図２８のステップＳ９１の実行に係る手段が下流側濃度算出手段を構成し、図２８のステップＳ９３の実行に係る手段が捕集率算出手段を構成し、図２８のステップＳ９１〜Ｓ９６の実行に係る手段が故障判定手段を構成する。
【０２０９】
［第５実施形態］
第５実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ＥＣＵの構成と、ＤＰＦの下流側のＰＭを検出するＰＭセンサに加えて、ＤＰＦの上流側のＰＭを検出するＰＭセンサを備える点とが、第３実施形態と異なる。
【０２１０】
第３実施形態では、ＤＰＦのＰＭ捕集率Ｘを算出するにあたり、エンジンの運転状態に基づいて算出されたＤＰＦの上流側のＰＭ濃度ＤＦを用いた。本実施形態では、ＤＰＦの上流側に設けたＰＭセンサの出力により得られたＰＭ濃度ＤＦに基づいてＤＰＦのＰＭ捕集率Ｘを算出する。
【０２１１】
ＤＰＦの上流側と下流側とでは、排気のＰＭ濃度が大きく異なる。このため、ＤＰＦの上流側のＰＭを検出するＰＭセンサには、高濃度の測定が可能な放電式のセンサか、あるいは、高濃度対応の静電集塵式のセンサを用いることが好ましい。
【０２１２】
図２９は、ＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。
このＤＰＦ故障検知処理は、第３実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同様に、運転状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）と、静電集塵工程（ステップＳ１１〜Ｓ１６）と、測定工程（ステップＳ４１〜Ｓ４３）と、故障判定工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１０６）と、の４つの工程に分けられる。なお、運転状態監視工程、静電集塵工程、及び測定工程は、第３実施形態のＤＰＦ故障検知処理と同じであるため、その詳細な説明及び図示を省略する。
【０２１３】
故障判定工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１０６）について説明する。
ステップＳ１０１では、測定工程で測定した自然付着時静電容量ＣＰＭ及びその微分値ｄＣＰＭ／ｄｔと、その時におけるエンジン回転数Ｎ及び発生トルクＴと、に基づいて、ＤＰＦの下流側の排気のＰＭ濃度ＤＲを算出する。
【０２１４】
ステップＳ１０２では、上流側のＰＭセンサの出力に基づいてＤＰＦの上流側の排気のＰＭ濃度ＤＦを算出する。
【０２１５】
ステップＳ１０３では、ＤＰＦの上流側の排気のＰＭ濃度ＤＦ及びＤＰＦの下流側の排気のＰＭ濃度ＤＲに基づいて、ＤＰＦに捕集される粒子状物質の割合を示すＰＭ捕集率Ｘを算出する。
【０２１６】
ステップＳ１０４では、算出したＰＭ捕集率Ｘが所定の故障判定値ＸＴＨよりも大きいか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ＤＰＦは正常であると判定するとともにステップＳ１０５に移り、故障判定フラグを「０」にした後、この処理を終了する。この判定がＮＯの場合には、ＤＰＦは故障した状態であると判定するとともにステップＳ１０６に移り、故障判定フラグを「１」にした後、この処理を終了する。
【０２１７】
本実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、図２９のステップＳ１０２の実行に係る手段が上流濃度検出手段を構成し、図２９のステップＳ１０１の実行に係る手段が下流側濃度算出手段を構成し、図２９のステップＳ１０３の実行に係る手段が捕集率算出手段を構成し、図２９のステップＳ１０１〜Ｓ１０６の実行に係る手段が故障判定手段を構成する。
【０２１８】
［第６実施形態］
第６実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ＥＣＵの構成が第１実施形態と異なる。より具体的には、本実施形態では、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生運転の実行に合わせてＤＰＦの故障検知処理の実行を判断する。
【０２１９】
図３０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３０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再生運転を終了する。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。
【０２２０】
これに対して、図３０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３０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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
本実施形態では、ＤＰＦ再生運転の実行中（時刻ｔ１〜ｔ２）、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（時刻ｔ２〜ｔ５）、及びＤＰＦ再生運転の終了直後のＤＰＦの温度がＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを上回っている期間（時刻ｔ２〜ｔ３）等の、ＤＰＦの下流側に設けられたＰＭセンサでＤＰＦの故障を判定するのに適していない期間を禁止期間として定義し、この禁止期間内では、ＤＰＦの故障検知処理の実行を禁止する。
【０２２３】
これら３つの禁止期間のうち、特に、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は、より具体的には、以下のようにして規定することができる。
【０２２４】
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３０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ＣＮＴ＿ＰＭを逐次算出する。そして、ＤＰＦ再生運転を終了してから、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭが所定の判定量Ｗ＿ＥＮＤ＿ＲＥＧＥＮに達するまでを期間を禁止期間とする。
【０２２５】
図３１は、以上のような概念に基づいてＤＰＦの故障検知処理の実行を判断する手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１１１では、ＤＰＦ再生運転実行フラグＦＰＭＲＥＧＥＮが「１」であるか否かを判別する。このＤＰＦ再生運転実行フラグＦＰＭＲＥＧＥＮは、ＤＰＦ再生運転の実行を指令するフラグである。このＤＰＦ再生運転実行フラグＦＰＭＲＥＧＥＮに「１」がセットされている間は、ＥＣＵからの指令に基づいてＤＰＦ再生運転が実行される。ステップＳ１１１の判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１１７に移り、そして、ステップＳ１１７では、ＤＰＦに流入するＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭを値０にリセットし、ＤＰＦの故障検知処理を実行せずに本処理を終了する。一方、ステップＳ１１１の判別がＮＯの場合には、ステップＳ１１２に移る。
【０２２６】
ステップＳ１１２では、ＤＰＦの温度ＴＥＭＰ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭより高いか否かを判別する。このステップＳ１１２の判別がＹＥＳである場合にはステップＳ１１７に移り、そしてステップＳ１１７では、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭを値０にリセットし、ＤＰＦの故障検知処理を実行せずに本処理を終了する。一方、ステップＳ１１２の判別がＮＯの場合には、ステップＳ１１３に移る。なおこのＤＰＦの温度ＴＥＭＰ＿ＤＰＦは、例えば、ＤＰＦの下流の排気の温度を検出する排気温度センサの出力に基づいて推定される。なお、ＤＰＦの温度ＴＥＭＰ＿ＤＰＦは、ＤＰＦの上流の排気の温度を検出する排気温度センサの出力に基づいて推定してもよい。この他、ＤＰＦの温度を直接検出するＤＰＦ温度センサの出力を用いてもよい。
【０２２７】
ステップＳ１１３では、今回の制御サイクル時にエンジンから排出されたＰＭの量ＷＥＩＧＨＴ＿ＰＭを算出し、ステップＳ１１４に移る。このＰＭ排出量ＷＥＩＧＨＴ＿ＰＭは、例えば、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｗに基づいて、所定のマップを検索することで算出される。
【０２２８】
ステップＳ１１４では、算出したＰＭ排出量ＷＥＩＧＨＴ＿ＰＭを加算することで、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭを更新し、ステップＳ１１５に移る。
【０２２９】
ステップＳ１１５では、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭが、判定量Ｗ＿ＥＮＤ＿ＲＥＧＥＮよりも小さいか否かを判別する。このステップＳ１１５の判別がＹＥＳの場合には、ＤＰＦ再生運転後、ＤＰＦの捕集性能が一時的に低下した状態から回復していないと判断し、ＤＰＦの故障検知処理の実行を禁止するべく、本処理を終了する。一方、ステップＳ１１５の判別がＮＯの場合には、ＤＰＦ再生運転後、ＤＰＦの捕集性能が一時的に低下した状態から回復する程度の量のＰＭが排出されたと判断し、ＤＰＦの故障検知処理を実行する。
【０２３０】
以上のようにして、ＤＰＦ再生運転中、ＤＰＦ再生運転を終了してからＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭが判定量Ｗ＿ＥＮＤ＿ＲＥＧＥＮに達するまでの期間、及びＤＰＦ再生運転を終了してからＤＰＦの温度ＴＥＭＰ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭを上回っている期間、の３つの禁止期間には、ＤＰＦの故障検知処理の実行が禁止される。
【０２３１】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。
ＤＰＦ再生運転を実行した後、上述の禁止期間が経過するまで、ＤＰＦの故障の判定を禁止する。これにより、ＤＰＦ再生運転後、ＰＭが細孔を埋めるまでＤＰＦの下流に排出されるＰＭにより、ＤＰＦが故障したと誤って判定することを防止することができる。すなわち、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【０２３２】
ＤＰＦ再生運転が終了した後、ＤＰＦの温度ＴＥＭＰ＿ＤＰＦがＰＭの燃焼温度Ｔ＿ＰＭ以上である場合には、故障検知処理の実行を禁止する。これにより、誤判定を防止し、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【０２３３】
なお、本実施形態では、エンジン回転数Ｎや燃料噴射量Ｗなどのエンジンの運転状態に基づいて、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭを推定したが、これに限らない。例えば、ＤＰＦの上流側にもＰＭセンサを設け、このＰＭセンサの出力に基づいて、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭを推定してもよい。この他、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサを設け、この差圧センサの出力に基づいて、ＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭを推定してもよい。
【０２３４】
また、本実施形態では、ＤＰＦ再生運転を終了してから、ＤＰＦに流入したＰＭの積算量ＣＮＴ＿ＰＭが所定の判定量Ｗ＿ＥＮＤ＿ＲＥＧＥＮに達するまでを期間を禁止期間の１つとして規定し、ＤＰＦの故障検知処理の実行を禁止したが、これに限らない。
【０２３５】
例えば、ＤＰＦに捕集されたＰＭの量、すなわちＰＭ捕集量を推定し、ＤＰＦ再生運転を終了してから、このＰＭ捕集量が所定量を超えるまでの期間を禁止期間としてもよい。この場合、ＰＭ捕集量は、上述のＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭと同様に、エンジンの運転状態に基づいて推定したり、ＤＰＦの上流側に設けたＰＭセンサの出力に基づいて推定したり、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサの出力に基づいて推定したりすることができる。
【０２３６】
また、例えば、ＤＰＦに流入するＰＭのうち、ＤＰＦに捕集されるＰＭの割合を示すＰＭ捕集率を推定し、ＤＰＦ再生運転を終了してから、このＰＭ捕集率が所定値を超えるまでの期間を禁止期間としてもよい。この場合、ＰＭ捕集率は、上述のＰＭ積算量ＣＮＴ＿ＰＭと同様に、エンジンの運転状態に基づいて推定したり、ＤＰＦの上流側に設けたＰＭセンサの出力に基づいて推定したり、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサの出力に基づいて推定したりすることができる。
【０２３７】
また、例えば、ＤＰＦ再生運転を終了してから経過した時間を計測し、この経過時間が所定時間を超えるまでの期間を禁止期間としてもよい。
【０２３８】
本実施形態では、ＥＣＵが再生手段、積算量算出手段、捕集量推定手段、捕集率推定手段、及び計時手段を構成し、ＥＣＵ及び排気温度センサがフィルタ温度検出手段を構成する。
【０２３９】
［第７実施形態］
第７実施形態に係る排気浄化フィルタの故障検知装置は、ＥＣＵの構成が第１実施形態と異なる。本実施形態のＤＰＦの故障検知処理では、ＰＭセンサのセンサ素子を高感度領域に保持し、さらにエンジンの加速時を利用してＤＰＦの故障を判定する。
【０２４０】
図３２は、センサ素子に堆積したＰＭの量と、このセンサ素子の静電容量との関係を示す図である。
図３２に示すように、ＰＭ堆積量に対する静電容量の変化の特性は、ＰＭ堆積量が少ない領域と多い領域とでは異なったものとなる。より具体的には、ＰＭ堆積量が少ない領域（静電容量が小さい領域）では、ＰＭ堆積量が多い領域（静電容量が大きい領域）よりも、ＰＭ堆積量に対する静電容量の変化率が大きくなっている。これは、静電容量が小さな領域は、大きな領域よりもセンサ素子の感度が高いことを意味する。
【０２４１】
そこで、本実施形態では、後に図３３〜図３６を参照して詳述するように、ＰＭ堆積量に対する静電容量の変化率が所定値未満になる領域内、すなわち低感度領域内に閾値ＣＲＥＧ＿ＴＨを設定し、センサ素子の静電容量がこの閾値ＣＲＥＧ＿ＴＨを超えた場合には、センサ素子を再生することにより、センサ素子を高感度領域内に維持する。
【０２４２】
図３３〜図３６は、本実施形態のＤＰＦ故障検知処理の手順を示すフローチャートである。このＤＰＦ故障検知処理は、エンジンの始動後、ＥＣＵにより繰り返し実行される。
【０２４３】
本実施形態のＤＰＦ故障検知処理は、状態監視工程（ステップＳ１２１〜Ｓ１２７）と、静電集塵工程（ステップＳ１３１〜Ｓ１３８）と、測定工程（ステップＳ１４１〜Ｓ１４６）と、故障判定工程（ステップＳ１５１〜Ｓ１５４）と、センサ素子を再生するセンサ再生工程（ステップＳ１６１〜Ｓ１６３）と、の５つの工程に分けられる。
【０２４４】
以下、詳細に説明するように、静電集塵工程及び測定工程を行っている間はエンジンの運転状態を監視しており、車両が停止した場合などＤＰＦの故障を高い精度で判定するのに必要な量のＰＭが排出されなかった場合には、この故障検知処理を中断し、状態監視工程から再開する。このように故障検知処理を再開する際には、上述のようにセンサ素子を高感度領域内に維持するためセンサ再生工程を実行する。
【０２４５】
なお、状態監視工程（ステップＳ１２１〜Ｓ１２７）は、第１実施形態の状態監視工程（ステップＳ１〜Ｓ７）と同じであり、静電集塵工程のステップＳ１３１，Ｓ１３２，Ｓ１３４〜Ｓ１３７は、それぞれ、第１実施形態の静電集塵工程のステップＳ１１〜Ｓ１６と同じであり、測定工程のステップＳ１４１，Ｓ１４２，Ｓ１４４，Ｓ１４５，Ｓ１４６は、それぞれ、第１実施形態の測定工程のステップＳ２１〜Ｓ２５と同じであり、故障判定工程（ステップＳ１５１〜Ｓ１５４）は、第１実施形態の故障判定工程のステップＳ３２〜Ｓ３５と同じであり、これらの詳細な説明については省略する。
【０２４６】
静電集塵工程（ステップＳ１３１〜Ｓ１３８）について説明する。
ステップＳ１３３では、運転状態パラメータ（回転数Ｎ、燃料噴射量Ｗ、車速Ｖ）を測定し、これら測定値を静電集塵時運転状態パラメータ（回転数ＮＣＯＬ［Ｔ］、燃料噴射量ＷＣＯＬ［Ｔ］、車速ＶＣＯＬ［Ｔ］）として記録する。
【０２４７】
そして、ステップＳ１３７において集塵電圧の印加を停止した後、ステップＳ１３８では、測定した静電集塵時運転状態パラメータに基づいて、集塵電圧を印加していた間に、車両が停止したか否かを判別する。
【０２４８】
このステップＳ１３７の判別がＹＥＳの場合、すなわち静電集塵中に車両が停止した場合には、ＤＰＦの故障を高い精度で判定するにはＰＭの排出量が不足していると判断し、この故障検知処理を中断するべく、ステップＳ１６１のセンサ再生工程に移る。
一方、このステップＳ１３７の判別がＮＯの場合、すなわち静電集塵中に車両が停止しなかった場合には、ＤＰＦの故障を高い精度で判定するのに必要な量のＰＭが排出されたと判断し、この故障検知処理を継続するべく、ステップＳ１４１に移る。
【０２４９】
測定工程（ステップＳ１４１〜Ｓ１４６）について説明する。
ステップＳ１４３では、ステップＳ１４２で測定した自然付着時運転状態パラメータに基づいて、自然付着させている間に、車両が停止したか否かを判別する。
【０２５０】
このステップＳ１４３の判別がＹＥＳの場合、すなわち自然付着させている間に車両が停止した場合には、ＤＰＦの故障を高い精度で判定するにはＰＭの排出量が不足していると判断し、この故障検知処理を中断するべく、ステップＳ１６１のセンサ再生工程に移る。
一方、このステップＳ１４３の判別がＮＯの場合、すなわち自然付着させている間に車両が停止しなかった場合には、ＤＰＦの故障を高い精度で判定するのに必要な量のＰＭが排出されたと判断し、この故障検知処理を継続するべく、ステップＳ１４４に移る。
【０２５１】
センサ再生工程（ステップＳ１６１〜Ｓ１６３）について説明する。
ステップＳ１６１では、車両が停止した状態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Ｓ１６２に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、再びステップＳ１６１を実行し、車両が停止するのを待つ。
【０２５２】
ステップＳ１６２では、測定電極に測定電圧を印加することにより集塵部の静電容量を測定し、この測定値を再生時静電容量ＣＲＥＧとして記録し、ステップＳ１６３に移る。
ステップＳ１６３では、再生時静電容量ＣＲＥＧが上述のセンサ素子の感度を判定するために設定された閾値ＣＲＥＧ＿ＴＨより大きいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、センサ素子が低感度領域にあると判断し、センサ素子を高感度領域にするべくセンサ素子の再生を実行した後、ステップＳ１２２へ移り、運転状態監視工程から再開する。ここで、センサ素子の再生は、例えば、ヒーター層に電流を通電し、集塵部に堆積したＰＭを燃焼除去することで行うが、これに限るものではない。
【０２５３】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。
センサ素子の静電容量の測定値ＣＲＥＧが閾値ＣＲＥＧ＿ＴＨより大きくなったことに基づいて、センサ素子を再生し、付着したＰＭを燃焼除去する。また、この閾値ＣＲＥＧ＿ＴＨを、センサ素子のＰＭの堆積量に対する静電容量の変化率が所定値未満になる領域内、つまりセンサ素子の感度が低い領域内に設定する。これにより、センサ素子を常に感度の良い領域で使用することができるので、故障の判定精度をさらに向上することができる。
【０２５４】
本実施形態では、ＥＣＵ、ヒーター層１２２，１２９及び温度制御装置１５が除去手段を構成する。より具体的には、図３６のステップＳ１６３の実行に係る手段が除去手段を構成する。
【０２５５】
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、上述した実施形態では、センサ素子の電気的特性として、集塵部の静電容量を測定したが、これに限るものではない。集塵部の静電容量に限らず、集塵部におけるＰＭ堆積量に相関のある物理量であればよい。
【０２５６】
また、上述した第３〜第５実施形態では、ＤＰＦの下流側の排気のＰＭを検出するＰＭセンサとして、集塵電極と別体の測定電極を備える第１実施形態のＰＭセンサを用いたが、これに限らない。例えば、ＤＰＦの下流側の排気のＰＭを検出するＰＭセンサには、測定電極を兼ねた集塵電極を備える第２実施形態のＰＭセンサを用いてもよい。
【符号の説明】
【０２５７】
１…エンジン（内燃機関）
３…ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
５，５Ｄ…ＥＣＵ（電圧印加開始手段、第１測定手段、電圧印加停止手段、判定手段、第２測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、排出量判定手段，上流濃度検出手段、下流濃度算出手段、捕集率算出手段）
１１…ＰＭセンサ
１２…センサ素子
１２０…集塵部
１２３Ａ，１２８Ａ…集塵電極（第１電極部）
１２７Ａ，１２７Ｂ…測定電極（第２電極部）
１７…センサコントローラ（電圧印加開始手段、第１測定手段、電圧印加停止手段、第２測定手段、故障判定手段、過渡運転状態判定手段、排出量判定手段）
３１…ＰＭセンサ
３２…センサ素子
３２０…集塵部
３２３Ａ，３２７Ａ…集塵電極（電極部）
９１Ｄ…ＰＭセンサ（上流濃度検出手段）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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