(57)【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、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタより上流の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じて出力が変化すると共に前記フィルタに捕集された微粒子の量が増加するにつれ出力が次第に減少する上流酸素濃度センサと、
前記上流酸素濃度センサに供給される排気の空燃比を推定すると共に、前記上流酸素濃度センサの出力に拘わらず前記空燃比を推定する空燃比推定手段と、
前記空燃比推定手段によって推定された排気空燃比と、前記上流酸素濃度センサの出力とに基づき、前記フィルタの微粒子捕集量を推定する推定手段と、
前記空燃比推定手段によって推定された排気空燃比と、前記上流酸素濃度センサの出力とに基づき、前記フィルタの上流の圧力変化を検出する圧力変化検出手段と、
前記圧力変化検出手段によって検出された圧力変化に基づき、前記フィルタにおける異常発生を検出するフィルタ異常検出手段と、
を備え、
前記圧力変化検出手段が、前記上流酸素濃度センサ出力の今回値と前回値との差に基づき前記フィルタ上流の圧力変化を検出すると共に、前記前回値を、前記今回値と同一空燃比条件の値に補正する補正手段を有する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記圧力変化検出手段によって検出された圧力変化の絶対値が所定のしきい値より大きいとき、前記フィルタ異常検出手段が、前記フィルタに異常が発生したことを検出する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記上流酸素濃度センサが、排気側電極と、該排気側電極をカバーすると共に前記排気中微粒子が堆積可能な多孔質体とを備え、前記多孔質体への排気中微粒子の堆積に応じて出力が変化する特性を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記上流酸素濃度センサが、前記多孔質体に堆積した微粒子を燃焼除去するためのヒータを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記フィルタより下流の排気通路に、酸素濃度に応じて出力が変化する下流酸素濃度センサが設けられ、
前記推定手段が、前記下流酸素濃度センサの出力にも基づいて前記微粒子捕集量を推定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記上流酸素濃度センサ及び前記下流酸素濃度センサが、排気側電極と、該排気側電極への酸素輸送量を決定するためのピンホール及び多孔質体の少なくとも一方とを備え、排気圧に応じて出力が変化する特性を有する
ことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記推定手段が、前記上流酸素濃度センサの出力と前記下流酸素濃度センサの出力とに基づき、前記フィルタの上流の排気通路と前記フィルタの下流の排気通路との間の差圧を監視することにより、前記フィルタの微粒子捕集量を推定する
ことを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記推定手段によって推定された前記フィルタの微粒子捕集量が所定量を超えたとき、所定のフィルタ再生制御を実行するフィルタ再生制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気中に含まれる微粒子を浄化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載される内燃機関では、排気中に含まれる有害ガス成分を浄化することが望まれている。特に、圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンでは、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの微粒子（Particulate Matter、以下「ＰＭ」ともいう）を浄化することが要求されている。この微粒子浄化技術として、エンジンの排気通路にフィルタを設置し、このフィルタで排気中のＰＭを捕集することが行われている。このフィルタは一般にパティキュレートフィルタと称され、特にディーゼルエンジンの場合ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と称される。
【０００３】
かかるフィルタは、ＰＭを一定量以上捕集すると捕集効率が格段に低下してしまう。そこでフィルタのＰＭ捕集量を推定し、このＰＭ捕集量が所定値を超えたら、その捕集ＰＭを燃焼除去するフィルタ再生が実施される。
【０００４】
このフィルタ再生の実行時期、即ち、フィルタに所定量を超えるＰＭが堆積したことを決定するに際し、従来は、フィルタの上下流の差圧を差圧センサで計測し、この差圧が所定値を超えたらフィルタ再生を実行するようにしていた。これは、ＰＭ堆積量の増加につれ排気がフィルタを通過し難くなり、フィルタ上流の排気圧がフィルタ下流の排気圧に比べて高くなることを利用したものである。また、近年ではＰＭ堆積量をより正確に把握すべく、エンジン運転条件に基づいてＰＭ堆積量を計算することも提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したような一般的な差圧を計測する方法だと、フィルタの上下流から差圧センサに至る排気通路が別途必要になる。このため、排気通路の構成が複雑化し、その設計自由度が制限されてしまう。
【０００７】
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路の構成を複雑化することなくフィルタのＰＭ捕集量を推定でき、ひいてはフィルタ再生時期を決定することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタより上流の排気通路に設けられた上流酸素濃度センサと、
前記上流酸素濃度センサに供給される排気の空燃比を推定する空燃比推定手段と、
前記空燃比推定手段によって推定された排気空燃比と、前記上流酸素濃度センサの出力とに基づき、前記フィルタの微粒子捕集量を推定する推定手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究の結果、酸素濃度センサの出力値が、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比と、酸素濃度センサに堆積した微粒子の量とに応じて変化することを見出した。例えば、酸素濃度センサに供給される排気空燃比が一定の場合、酸素濃度センサに堆積した微粒子量の増加に応じて、酸素濃度センサ出力値は次第に減少する。一方、酸素濃度センサにおける微粒子堆積量と、フィルタにおける微粒子捕集量とは相関関係にある。結局、フィルタの微粒子捕集量が増加するほど酸素濃度センサ出力が減少していくので、同一排気空燃比の下で酸素濃度センサ出力を監視することにより、フィルタの微粒子捕集量が推定される。フィルタ上流の排気通路に上流酸素濃度センサを設置するだけで済み、別途排気通路を設ける必要が無いので、排気通路の構成を複雑化したりその設計自由度を制限したりすることを防止できる。
【００１０】
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、
前記上流酸素濃度センサが、排気側電極と、該排気側電極をカバーすると共に前記排気中微粒子が堆積可能な多孔質体とを備え、前記多孔質体への排気中微粒子の堆積に応じて出力が変化する特性を有する
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、フィルタの微粒子捕集量が増加するにつれ酸素濃度センサの微粒子堆積量が増加し、酸素濃度センサ出力値が変化することを利用する。従ってこの第２の形態のように、排気中微粒子が堆積可能な多孔質体を備える酸素濃度センサの構成は本発明の実現にとって非常に好適である。
【００１２】
本発明の第３の形態は、前記第２の形態において、
前記上流酸素濃度センサが、前記多孔質体に堆積した微粒子を燃焼除去するためのヒータを備えた
ことを特徴とする。
【００１３】
このヒータにより、多孔質体に堆積した微粒子を燃焼除去して上流酸素濃度センサを微粒子堆積の無い初期状態に戻すことができる。
【００１４】
本発明の第４の形態は、前記第１乃至第３のいずれかの形態において、
前記フィルタより下流の排気通路に下流酸素濃度センサが設けられ、
前記推定手段が、前記下流酸素濃度センサの出力にも基づいて前記微粒子捕集量を推定する
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明者らは、鋭意研究の結果、酸素濃度センサの出力値が、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比と、酸素濃度センサに供給される排気の圧力とに応じて変化することを見出した。例えば、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比が一定の場合、排気圧力の増加につれ、酸素濃度センサの出力値が次第に増加していく。一方、フィルタの上下流間の差圧は、フィルタの微粒子捕集量が増加するにつれ大きくなる。この第４の形態では、上流及び下流酸素濃度センサを圧力センサの如く使用し、同一空燃比条件下でフィルタの上下流間の差圧を監視することにより、フィルタの微粒子捕集量が推定される。第１の形態同様、別途排気通路を設ける必要が無いので排気通路の構成を複雑化したりその設計自由度を制限したりすることを防止できる。
【００１６】
なお、フィルタ上流の排気圧力は、フィルタの微粒子捕集量が増加するにつれ大きくなる。一方、フィルタ上流の排気圧力の増加につれ上流酸素濃度センサの出力値が増加していく。よってこのことを利用し、前記第１の形態に基づいてフィルタの微粒子捕集量が推定される。即ち、同一空燃比条件下で上流酸素濃度センサの出力値を監視することにより、フィルタの微粒子捕集量が推定される。
【００１７】
本発明の第５の形態は、前記第４の形態において、
前記上流酸素濃度センサ及び前記下流酸素濃度センサが、排気側電極と、該排気側電極への酸素輸送量を決定するためのピンホール及び多孔質体の少なくとも一方とを備え、排気圧に応じて出力が変化する特性を有する
ことを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、ピンホールの直径は０．１ｍｍ以上、多孔質体の気孔率は２０％以上である。
【００１９】
本発明の第６の形態は、前記第１乃至第５のいずれかの形態において、
前記推定手段によって推定された前記フィルタの微粒子捕集量が所定量を超えたとき、所定のフィルタ再生制御を実行するフィルタ再生制御手段を備えた
ことを特徴とする。
【００２０】
これにより、フィルタに堆積した微粒子を除去してフィルタを微粒子堆積の無い初期状態に戻すことができる。
【００２１】
本発明の第７の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタより上流の排気通路に設けられた上流酸素濃度センサと、
前記上流酸素濃度センサに供給される排気の空燃比を推定する空燃比推定手段と、
前記空燃比推定手段によって推定された排気空燃比と、前記上流酸素濃度センサの出力とに基づき、前記フィルタの上流の圧力変化を検出する圧力変化検出手段と、
前記圧力変化検出手段により検出された圧力変化に基づき、前記フィルタにおける異常発生を検出するフィルタ異常検出手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２２】
前述したように、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比が一定の場合、排気圧力の変化に応じて酸素濃度センサの出力が変化する。一方、フィルタに割れ等の異常が発生すると、その異常発生前後でフィルタ上流側の排気圧力が急変する。よってこの排気圧力の変化を上流酸素濃度センサで検出することにより、フィルタの異常発生を検出することができる。
【００２３】
本発明の第８の形態は、前記第７の形態において、
前記圧力変化検出手段が、前記上流酸素濃度センサ出力の今回値と前回値との差に基づき前記フィルタ上流の圧力変化を検出すると共に、前記前回値を、前記今回値と同一空燃比条件の値に補正する補正手段を有する
ことを特徴とする。
【００２４】
酸素濃度センサの出力値は排気圧力だけでなく排気空燃比の変化によっても変化するが、この第８の形態によれば、前回値の補正によって排気空燃比の変化の影響を排除し、純粋な圧力変化のみを検出することができる。これによって好適にフィルタの異常発生を検出することができる。
【００２５】
本発明の第９の形態によれば、
内燃機関の排気中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサであって、
排気側電極と、該排気側電極をカバーすると共に排気中微粒子が堆積可能な多孔質体とを備え、前記多孔質体への排気中微粒子の堆積に応じて出力が変化する特性を有する
ことを特徴とする酸素濃度センサが提供される。
【００２６】
一般的な酸素濃度センサでは、排気側電極をカバーする多孔質体を設けたものは存在するものの、その多孔質体は通常排気中微粒子を堆積し得ない。かかる微粒子堆積によりセンサ出力特性が変化するのを防止するためである。しかしながら、第９の形態の酸素濃度センサは、第１の形態等に好適となるよう、敢えて多孔質体に排気中微粒子を堆積可能とし、多孔質体への排気中微粒子の堆積に応じて出力が変化する特性を持たせたものである。従って第９の形態はそれ自体単独で且つ第１の形態等に密接に関連した発明と認識できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、排気通路の構成を複雑化することなくフィルタの微粒子捕集量を推定でき、ひいてはフィルタ再生時期を決定することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。１０は自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料がインジェクタ（燃料噴射弁）１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。エンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。
【００３０】
エアクリーナ２０から吸気通路２１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ２２、ターボチャージャ１９、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４を順に通過して吸気マニフォルド１１に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気（新気）の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２４には電子制御式のものが採用されている。
【００３１】
ターボチャージャ１９の下流側の排気通路１５には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒３０、フィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３１及び酸化触媒３２が直列に設けられている。ＮＯｘ触媒３０は、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するものであり、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からなる。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気空燃比がリーンの通常運転時に排気中のＮＯｘを吸収する一方、ポスト噴射等によるリッチスパイクが実行され、排気空燃比が一時的にリッチとされたとき、吸収ＮＯｘを放出する。この放出ＮＯｘは還元剤としての排気中ＨＣと反応して還元除去される。酸化触媒３２は、排気中の未燃成分である炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）（特に炭化水素）を酸化して浄化するためのものである。
【００３２】
ＤＰＦ３１は、排気中に含まれる微粒子（ＰＭ）を捕集して除去するものであり、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのもの、あるいは網の目構造のフォーム形状のものなど、ＰＭを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。
【００３３】
エンジン１０には、排気の一部を吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置３５が設けられる。ＥＧＲ装置３５は、排気通路１５（排気マニフォルド１２）及び吸気通路２１（吸気マニフォルド１１）を連通するＥＧＲ通路３６と、ＥＧＲ通路３６に設けられたＥＧＲ弁３７と、ＥＧＲ通路３６においてＥＧＲ弁３７の上流側に設けられたＥＧＲクーラ３８とを備える。ＥＧＲ弁３７は、ＥＧＲ通路３６を流れる排気ガス、即ち排気系から吸気系に環流されるＥＧＲガスの流量を調節する。ＥＧＲクーラ３８は、吸気系に戻されるＥＧＲガスの流量を増大すべくＥＧＲガスを冷却する。
【００３４】
エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ１４、高圧ポンプ１７、スロットルバルブ２４及びＥＧＲ弁２７等を制御する。ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ２２の他、エンジン１０のクランク角を検出するクランク角センサ２６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２７、及びコモンレール１８内の燃料圧力（コモンレール圧）を検出するコモンレール圧センサ２８が含まれる。ＥＣＵ１００はクランク角センサ２６の出力に基づきエンジン１０の回転速度を常時演算している。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、インジェクタ１４から噴射される燃料噴射量をエンジン運転状態（主に回転速度及びアクセル開度）に基づき制御する。またＥＣＵ１００は、吸気全体に対するＥＧＲガス量の比率が所定の目標ＥＧＲ率になるように、ＥＧＲ弁３７及びスロットルバルブ２４を制御する。さらにＥＣＵ１００は、コモンレール圧センサ２８により検出された実際のコモンレール圧が所定の目標コモンレール圧になるように、高圧ポンプ１７を制御する。
【００３６】
排気通路１５において、ＤＰＦ３１の上流側特に直前には、ＤＰＦ３１に流入する排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ、即ち上流酸素濃度センサ４０が設置されている。上流酸素濃度センサ４０は、排気ガスの酸素濃度に応じて連続的に可変の電流信号をＥＣＵ１００に出力する。この電流信号の値はＥＣＵ１００により空燃比に換算可能である。なお酸素濃度センサは酸素センサ或いは空燃比センサなどとも称される。酸素濃度センサの出力信号は電流信号でなく電圧信号であってもよい。
【００３７】
他のセンサ類として、排気温を検出する排気温センサ、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ、及び理論空燃比を境に出力値が急変するタイプの酸素濃度センサ（所謂Ｏ２センサ）等を排気通路１５に適宜設置するのも好ましい。
【００３８】
さて、かかる装置構成においては、ＤＰＦ３１に捕集されて堆積したＰＭ量が所定量を超えたとき、そのＰＭを除去し、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集能を初期化するフィルタ再生を行う必要がある。このフィルタ再生を行う方法については様々な方法が知られているが、本実施形態ではＤＰＦ自身で捕集ＰＭを燃焼除去する方法を採用する。即ち、ＤＰＦ内部にＰｔ等の貴金属からなる触媒を担持させておき、捕集ＰＭが所定量を超えたら、ポスト噴射等により比較的リッチな排気ガスをＤＰＦ３１に供給する。これにより、排気ガス中のリッチ成分（主にＨＣ）が触媒と反応して燃焼し、これと同時に捕集ＰＭを燃焼する。なお、他の方法でフィルタ再生を行うことも可能であり、例えば別途設けられたヒータで捕集ＰＭを燃焼除去することも可能である。
【００３９】
ところで、このフィルタ再生を効率的に行うためには、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量が所定量を超えたことを的確に判断し、フィルタ再生を行う時期ないしタイミングを的確に決定する必要がある。従来は、フィルタ前後の差圧を差圧センサで計測し、この差圧が所定値に達した時にフィルタ再生を実行していた。しかし、これだとフィルタの上下流から差圧センサに至る排気通路が別途必要となり、排気通路の構成が複雑化するなどの問題がある。
【００４０】
そこで、本実施形態では差圧センサを用いずに、次のようにしてＤＰＦ３１のＰＭ捕集量を推定し、ひいてはフィルタ再生時期を決定することとしている。即ち、上流酸素濃度センサ４０に供給される排気の空燃比を推定し、この推定された排気空燃比（以下「推定空燃比」ともいう）Ａ／Ｆｅと、上流酸素濃度センサ４０の出力（以下「上流センサ出力」ともいう）Ｉｆとに基づき、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量を推定する。そしてこのＰＭ捕集量が所定量を超えたとき、フィルタ再生時期であるとして、前述の如きフィルタ再生制御を実行する。上流酸素濃度センサ４０を、通常の空燃比検出のために用いずに、ＤＰＦのＰＭ捕集量検出のために用いるのである。
【００４１】
本発明者らは、鋭意研究の結果、酸素濃度センサの出力値が、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比と、酸素濃度センサに付着、堆積したＰＭ量とに応じて変化することを見出した。図２にはこれら三者の関係を示す。図示するように、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比Ａ／Ｆが一定の場合、酸素濃度センサに付着、堆積したＰＭ量（以下「センサＰＭ堆積量」ともいい、横軸で示す）の増加につれ、酸素濃度センサの出力値Ｉ（縦軸で示す）が次第に減少していく。一方、酸素濃度センサにおけるＰＭ堆積量と、ＤＰＦにおけるＰＭ捕集量とは相関関係或いは比例関係にある。結局、ＤＰＦのＰＭ捕集量が増加するほど酸素濃度センサ出力が減少していくので、同一排気空燃比の下で酸素濃度センサ出力を監視することにより、ＤＰＦのＰＭ捕集量が推定される。そしてＤＰＦのＰＭ捕集量が所定値を超えたとき、フィルタ再生時期であると判断される。酸素濃度センサ出力値、または当該出力値に対応するセンサＰＭ堆積量が、ＤＰＦのＰＭ捕集量を表す指標値となる。
【００４２】
これによれば、単に上流酸素濃度センサ４０を排気通路に設置すればよく、別途排気通路を設ける必要が無いので、排気通路の構成を複雑化したりその設計自由度を制限したりすることを防止できる。
【００４３】
酸素濃度センサに供給される排気の空燃比は例えば次のようにしてエンジン運転状態に基づき推定される。即ち、ＥＣＵ１００が、クランク角センサ２６の出力に基づき検出されるエンジン回転速度Ｎｅと、アクセル開度センサ２７によって検出されるアクセル開度Ａｃとに基づき、所定のマップ等に従って、次回噴射すべき燃料噴射量Ｑを決定する。そしてＥＣＵ１００が、この内部値若しくは指示値としての燃料噴射量Ｑと、エアフローメータ２２によって検出された吸入空気量Ｇａとに基づき、これらの比を推定空燃比Ａ／Ｆｅ＝Ｇａ／Ｑとして算出する。
【００４４】
ところで、本実施形態では、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量と酸素濃度センサの出力値との間に相関性が現れるよう、酸素濃度センサに以下の如き構成上の工夫がなされている。図３及び図４には、上流酸素濃度センサ４０として用いられる酸素濃度センサの第１の構成を示す。酸素濃度センサＸは、所謂限界電流式酸素濃度センサであり、積層型構造のセンサ素子６０を有する。センサ素子６０はその全体が図示しない素子カバーに収容されている。
【００４５】
センサ素子６０は、絶縁層６１と、絶縁層６１に固着された板状の固体電解質６２と、この固体電解質６２に互いに対向するよう設置された一対の電極６３，６４とを備える。例えば、絶縁層６１はアルミナ等の高熱伝導性セラミックスからなり、固体電解質６２は部分安定化ジルコニア製のシートからなる。電極６３，６４は白金からなる。絶縁層６１のうち、内側の電極６４に対面する部位には大気室６５が形成されており、この電極６４が大気に晒されるようになっている。この内側の電極６４を大気側電極という。絶縁層６１にはヒータ６６が埋設されている。ヒータ６６は、バッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体よりなり、その発熱により素子全体を加熱する。
【００４６】
センサ素子６０には、少なくとも外側即ち排気側の電極６３をカバーするカバー層６７が設けられている。本実施形態においてカバー層６７は排気側電極６３のみならず、素子全体をカバーしている。カバー層６７は、排気ガスが流通可能で且つ排気ガス中の微粒子が堆積可能な多孔質体からなる。このような多孔質体は例えば多孔質セラミックからなる。このカバー層６７に、排気中のＰＭが徐々に付着し堆積していくことになる。
【００４７】
大気側電極６４を陽極、排気側電極６３を陰極として両電極に電圧を印加し、電流を流すと、排気側電極６３では
Ｏ2＋４ｅ→２Ｏ2-・・・（１）
の電気化学反応によって、固体電解質６２への酸素イオンの注入がおこる。一方、大気側電極６４では
２Ｏ2-→Ｏ2＋４ｅ・・・（２）
の反応によって酸素の放出がおこる。この現象は酸素ポンプ作用として知られている。
【００４８】
酸素がセンサ素子６０の雰囲気から、（１）式の反応が起こる排気側電極６３まで輸送される過程のどこかに、酸素輸送量を制限する過程が存在すると、この電解質セルの電流−電圧特性に飽和電流特性が現れる。この飽和電流は限界電流と称され、限界電流の大きさは基本的に雰囲気の酸素濃度によって決まる。限界電流式酸素濃度センサは、排気側電極６３への酸素の供給をガス拡散によって行い、酸素濃度に比例した限界電流を出力するものである。
【００４９】
上記酸素濃度センサ４０の場合、多孔質体からなるカバー層６７における酸素ガス拡散が、排気側電極６３への酸素輸送量を支配する。そして、固体電解質６２を流れる酸素イオン流量、即ちセンサ出力電流は、カバー層６７でのガス拡散量によってほぼ決定される。
【００５０】
図５は、酸素濃度センサＸの電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す。図中、Ｖ軸（横軸）に平行な直線部分は、センサ出力電流即ち素子電流を特定する限界電流域であり、この素子電流の増減は排気中酸素濃度の増減、即ち排気空燃比の増減に対応している。つまり、排気空燃比がリーン側になるほど素子電流は増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど素子電流は減少する。なお、図中のＬＸ１は、センサ素子６０への印加電圧を決定するための印加電圧直線（印加電圧特性）を表しており、その傾きは概ね抵抗支配域（限界電流域よりも低電圧側の傾き部分）に一致している。特に本実施形態では、Ａ／Ｆ１１〜大気の広域を空燃比検出範囲としており、Ａ／Ｆ１１では素子電流が−１．３ｍＡ、ストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）では素子電流が約０ｍＡ、大気状態では素子電流が２．５ｍＡとなっている。
【００５１】
一方、カバー層６７に排気中ＰＭが堆積していくと、カバー層６７における酸素ガス拡散が妨げられ、結果的に同一空燃比を示すセンサ出力電流が減少する。即ち、センサ出力電流Ｉは次式（３）で表される。
【００５２】
【数１】
0004973992.tif 000002
【００５３】
ここで、Ｆ：ファラデー定数、Ｒ：気体定数、Ｔ：ガス温度、Ｄ：カバー層内での酸素拡散係数、Ｓ：電極面積、Ｌ：カバー層厚さ、Ｐ：酸素濃度である。カバー層６７にＰＭが堆積していくと、酸素拡散係数Ｄが減少し、その結果センサ出力電流Ｉが減少する。このため、図２に示したような関係が成立することとなる。なお、カバー層へのＰＭ堆積量が増加するとカバー層の実質的な気孔率が減少する。
【００５４】
次に、本実施形態におけるフィルタ再生処理の第１の態様を図６を用いて説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定周期毎に繰り返し実行される。
【００５５】
最初のステップＳ１０１では、上流酸素濃度センサ４０に供給される排気の空燃比の推定値即ち推定空燃比Ａ／Ｆｅが、エンジン運転状態即ち燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａとに基づいて算出される（Ａ／Ｆｅ＝Ｇａ／Ｑ）。次のステップＳ１０２では、上流酸素濃度センサ４０の出力電流値（上流センサ出力）Ｉｆが取得される。
【００５６】
続くステップＳ１０３では、取得された上流センサ出力Ｉｆが所定のしきい値Ａ１と比較される。上流センサ出力Ｉｆがしきい値Ａ１以上の場合、フィルタ再生の必要なし、即ち、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ再生を要する程の所定量（「フィルタ最大捕集量」という）以下であると推定され、本ルーチンが終了される。
【００５７】
他方、上流センサ出力Ｉｆがしきい値Ａ１未満の場合、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えたと推定され、ステップＳ１０４でＤＰＦ３１を再生すべく、前述のフィルタ再生制御が実行される。そして、ステップＳ１０５で、上流酸素濃度センサ４０に堆積したＰＭを燃焼除去するためのセンサ再生制御が実行され、本ルーチンが終了される。
【００５８】
図２を参照して、フィルタ最大捕集量に対応するセンサＰＭ堆積量がＷであるとする（これを「センサ最大堆積量」という）と、このＷに対応するセンサ出力値ＩW20、ＩW18、ＩW15が、それぞれフィルタ再生の要否を決める前記しきい値Ａ１となる。しきい値Ａ１は推定空燃比Ａ／Ｆｅの値が大きいほど大きな値となる。例えば、推定空燃比Ａ／Ｆｅ＝２０のときに実際に取得された上流センサ出力Ｉｆが、その推定空燃比に対応したしきい値Ａ１＝ＩW20以上のときは、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量以下と推定され、フィルタ再生が実行されない。逆に、上流センサ出力Ｉｆがしきい値Ａ１＝ＩW20未満のときは、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えたと推定され、フィルタ再生が実行される。
【００５９】
ステップＳ１０５のセンサ再生制御では、ＥＣＵ１００により上流酸素濃度センサ４０のヒータ６６が加熱制御される。これにより、上流酸素濃度センサ４０のカバー層６７に付着、堆積したＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ３１と同様、上流酸素濃度センサ４０もＰＭ付着の無い初期状態に戻される。
【００６０】
次に、本実施形態におけるフィルタ再生処理の第２の態様を図７を用いて説明する。このルーチンもＥＣＵ１００により所定周期毎に繰り返し実行される。
【００６１】
最初のステップＳ２０１では、フィルタ再生終了直後であるか否かが判断される。例えば、フィルタ再生終了時点から比較的短い所定時間内であるとき、判定はイエスとなる。
【００６２】
フィルタ再生終了直後であると判断された場合、ステップＳ２０２において、実際の上流センサ出力Ｉｆが初期上流センサ出力Ｉｆ0としてＥＣＵ１００に記憶される。この初期上流センサ出力Ｉｆ0は、ＤＰＦ３１及び上流酸素濃度センサ４０にＰＭが堆積していないときの値である。このフィルタ再生終了時から所定時間を経過するまでの間に、複数の異なる推定空燃比Ａ／Ｆｅと、その各々に対応した初期上流センサ出力Ｉｆ0の値とが、組のデータとしてＥＣＵ１００に記憶される。他方ステップＳ２０１でフィルタ再生終了直後でないと判断された場合にはステップＳ２０２がスキップされる。
【００６３】
ステップＳ２０３では前記ステップＳ１０１同様、推定空燃比Ａ／Ｆｅの値が算出され、ステップＳ２０４では前記ステップＳ１０２同様、上流センサ出力Ｉｆが取得される。
【００６４】
続くステップＳ２０５では、ステップＳ２０３で算出された推定空燃比Ａ／Ｆｅと同一空燃比の初期上流センサ出力Ｉｆ0の値が読み出され、この初期上流センサ出力Ｉｆ0と、ステップＳ２０４で取得された上流センサ出力Ｉｆとの差、即ちセンサ出力差ΔＩｆ（＝Ｉｆ0−Ｉｆ）が算出される。そしてこのセンサ出力差ΔＩｆが所定のしきい値Ａ２と比較される。センサ出力差ΔＩｆがしきい値Ａ２以下の場合、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量以下と推定され、本ルーチンが終了される。他方、センサ出力差ΔＩｆがしきい値Ａ２より大きい場合、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えたと推定され、ステップＳ２０６で前記ステップＳ１０４同様にフィルタ再生制御が実行され、ステップＳ２０７で前記ステップＳ１０５同様にセンサ再生制御が実行され、本ルーチンが終了される。
【００６５】
図２を参照して、ＤＰＦ３１及び上流酸素濃度センサ４０にＰＭが堆積していくと、上流センサ出力ＩｆはＰＭ堆積量０のときの初期上流センサ出力Ｉｆ0から次第に減少し、センサ出力差ΔＩｆ＝Ｉｆ0−Ｉｆは次第に増加していく。よってこのセンサ出力差ΔＩｆによってＤＰＦのＰＭ堆積量が推定される。センサ最大堆積量Ｗのときの各空燃比におけるセンサ出力差ΔＩｆwが、それぞれ、各空燃比における前記しきい値Ａ２となる。センサＰＭ堆積量に対する上流センサ出力の傾きが空燃比大ほど大きいので、しきい値Ａ２は推定空燃比Ａ／Ｆｅの値が大きいほど大きな値となる。例えば、推定空燃比Ａ／Ｆｅ＝２０のときに実際に取得された上流センサ出力Ｉｆ20と、同一空燃比における初期上流センサ出力Ｉｆ020との差（Ｉｆ020−Ｉｆ20）が、その推定空燃比に対応したしきい値Ａ２＝（Ｉｆ020−ＩｆW20）以下のときは、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えてないと推定され、フィルタ再生が実行されない。逆に、差（Ｉｆ020−Ｉｆ20）がしきい値Ａ２より大きいときは、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えたと推定され、フィルタ再生が実行される。
【００６６】
この第２の態様の場合だと、ＰＭ堆積量０のときに実際に取得した初期上流センサ出力Ｉｆ0に対する差でもってフィルタＰＭ捕集量を推定するので、例えば上流酸素濃度センサ４０の出力が劣化等の理由でオフセットずれした場合であっても、その影響を取り除いて正確にＰＭ捕集量を推定できる利点がある。
【００６７】
次に、フィルタＰＭ捕集量の推定に好適な酸素濃度センサの他の構成について説明する。
【００６８】
図８に示す第２の構成は、図４に示した第１の構成とほぼ同様であり、同様の要素については図中同一符号を付してある。異なる点について説明すると、図８に示す第２の構成においては、排気側電極６３と、これが設置された固体電解質６２の上面とが、多孔質セラミック等の多孔質体からなる拡散抵抗層６８によってカバーされ、拡散抵抗層６８の上に遮蔽層６９が積層されている。そしてこれら拡散抵抗層６８及び遮蔽層６９を含む素子全体が前記カバー層６７によってカバーされている。拡散抵抗層６８及び遮蔽層６９の両側部は面取られて斜めに形成されている。遮蔽層６９は排ガスの通過を抑制するための緻密層からなるが、拡散抵抗層６８は当然ながら排ガスの通過を許容する。結局、素子雰囲気の排ガスは、カバー層６７を通過した後拡散抵抗層６８の両側部から拡散抵抗層６８に入り、拡散抵抗層６８を通って排気側電極６３に至る。カバー層６７と拡散抵抗層６８との両者が、排気側電極６３への酸素輸送量を決定することとなるが、拡散抵抗層６８の平均孔径及び気孔率はカバー層６７のそれらより小さく、拡散抵抗層６８はＰＭを堆積し得ない。第１の構成同様、カバー層６７に堆積したＰＭ量に応じてセンサ出力が変化する。
【００６９】
図９及び図１０に第３の構成を示す。この第３の構成は所謂コップ型の構成であり、電極６３，６４が取り付けられる固体電解質６２が底部が閉塞された円筒状とされている。固体電解質６２の内側に大気室６５が区画形成され、大気側電極６４が設置されている。固体電解質６２の外側に排気側電極６３が設置され、これら固体電解質６２と排気側電極６３との全体がカバー層６７により被覆されカバーされている。第１の構成同様、カバー層６７に堆積したＰＭ量に応じてセンサ出力が変化する。
【００７０】
なお、上流酸素濃度センサ４０は通常の空燃比検出のためにも用いることができる。よって上流酸素濃度センサ４０をＤＰＦのＰＭ捕集量推定と空燃比検出との両方のために兼用してもよい。
【００７１】
次に、ＤＰＦのＰＭ捕集量推定に関する別の態様について説明する。この別の態様では、図１１に示すように、ＤＰＦ３１の下流側特に直後の排気通路１５に、ＤＰＦ３１から流出した排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ、即ち下流酸素濃度センサ４１が追加して設置されている。下流酸素濃度センサ４１は上流酸素濃度センサ４０と同様に構成されている。その他の構成は図１に示した前記態様と同様である。
【００７２】
この別の態様では、上流酸素濃度センサ４０に供給される排気の空燃比Ａ／Ｆｅを推定し、この推定空燃比Ａ／Ｆｅと、上流酸素濃度センサ４０の出力（上流センサ出力）Ｉｆと、下流酸素濃度センサ４１の出力（下流センサ出力）Ｉｒとに基づき、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量を推定する。このＰＭ捕集量が所定値を超えたとき、フィルタ再生時期であるとしてフィルタ再生制御を実行する。
【００７３】
本発明者らは、鋭意研究の結果、酸素濃度センサの出力値が、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比と、酸素濃度センサに供給される排気の圧力とに応じて変化することを見出した。図１２にはこれら三者の関係を示す。図示するように、酸素濃度センサに供給される排気の空燃比Ａ／Ｆが一定の場合、排気圧力（横軸で示す）の増加につれ、酸素濃度センサの出力値（縦軸で示す）が次第に増加していく。一方、ＤＰＦ上流側の圧力、及びＤＰＦの上下流間の差圧は、ＤＰＦのＰＭ捕集量が増加するにつれ大きくなる。よって、上流及び下流酸素濃度センサ４０，４１を圧力センサの如く使用し、同一空燃比条件下でＤＰＦの上下流間の差圧を監視することにより、ＤＰＦのＰＭ捕集量が推定される。そしてＤＰＦのＰＭ捕集量が所定値を超えたとき、フィルタ再生時期であると判断される。上流及び下流酸素濃度センサ４０，４１の出力差、または各出力値に対応する各排気圧力の差が、ＤＰＦのＰＭ捕集量を表す指標値となる。
【００７４】
この別の態様については、前記第１乃至第３の構成に加え、次の第４及び第５の構成の酸素濃度センサも好適に使用可能である。
【００７５】
図１３及び図１４に示す第４の構成においては、センサ素子６０の排気側電極６３が多孔質体でカバーされていない。その代わりに、排気側電極６３は排気室７０に収容されている。排気室７０は、固体電解質６２上に設けられた絶縁層６１ａと、この絶縁層６１ａ上に設けられた遮蔽層６９とで区画されている。遮蔽層６９にはピンホール（細孔）７１が設けられ、このピンホール７１のみによって素子雰囲気と排気室７０とが連通される。この第３の構成ではピンホール７１が排気側電極６３への酸素輸送量を決定することとなる。他の部分は前記構成と同様である。
【００７６】
図１５には第５の構成を示す。これは図８に示した第２の構成とほぼ同様であり、異なるのは、多孔質体のカバー層６７が設けられていない点と、多孔質体の拡散抵抗層６８の排ガス導入部たる両側部に被毒トラップ層７２が設けられている点である。被毒トラップ層７２は、主にオイル中に含まれるシリコンやガラス成分等の粒成長する物質をトラップする層である。被毒トラップ層７２は、排気側電極６３への酸素ガス拡散や酸素輸送量に実質的に無影響である。
【００７７】
前述したように、センサ出力電流Ｉは次式（３）で表される。
【００７８】
【数２】
0004973992.tif 000003
【００７９】
ここで、酸素拡散係数Ｄはガス拡散の経路に依存する。第４の構成ではピンホール７１内での分子の移動機構に依存し、第５の構成では拡散抵抗層６８内での分子の移動機構に依存する。酸素分子の平均自由行程ｌO2（例えば０．０４９ｍｍ）に対して、例えばピンホールの直径ｄが十分大きい場合（目安としてｄ＞＞２０ｌO2）、このようなピンホール内での拡散は、分子同士の衝突確率が、分子とピンホール内壁との衝突確率よりも著しく大きくなる（分子拡散領域）。このときの酸素拡散係数Ｄは圧力に比例するため、結果的に酸素濃度センサ出力は排気圧力に比例して変化することとなる。この観点から、分子拡散が支配的となるようにすべく、第４の構成ではピンホールの直径ｄを０．１ｍｍ以上、第５の構成では拡散抵抗層６８の気孔率を２０％以上とするのが好ましい。なお第１乃至第３の構成では、カバー層６７及び拡散抵抗層６８の気孔率をいずれも２０％以上とするのが好ましい。
【００８０】
次に、この別の態様に関連したフィルタ再生処理の第３の態様を図１６を用いて説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定周期毎に繰り返し実行される。
【００８１】
最初のステップＳ３０１では前記ステップＳ１０１同様、推定空燃比Ａ／Ｆｅの値が算出され、続くステップＳ３０２では前記ステップＳ１０２同様、上流センサ出力Ｉｆが取得される。そしてステップＳ３０３では、下流センサ出力Ｉｒが取得される。
【００８２】
この後ステップＳ３０４では、これら取得された上流センサ出力Ｉｆと下流センサ出力Ｉｒとの差即ち上下流センサ出力差ΔＩｆｒ（＝Ｉｆ−Ｉｒ）が算出され、この上下流センサ出力差ΔＩｆｒが所定のしきい値Ｂと比較される。上下流センサ出力差ΔＩｆｒがしきい値Ｂ以下の場合、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えていないと推定され、本ルーチンが終了される。他方、上下流センサ出力差ΔＩｆｒがしきい値Ｂより大きい場合、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えたと推定され、ステップＳ３０５で前記ステップＳ１０４同様にフィルタ再生制御が実行され、ステップＳ３０６で前記ステップＳ１０５同様にセンサ再生制御が実行され、本ルーチンが終了される。
【００８３】
図１２を参照して、ＤＰＦ３１にＰＭが堆積していくと、ＤＰＦ上流側の排気圧力が上昇する結果、上下流センサ出力差ΔＩｆｒ＝Ｉｆ−Ｉｒが次第に増加していく。この上下流センサ出力差ΔＩｆｒによってＤＰＦのＰＭ捕集量が推定される。ＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量に一致したときのＤＰＦ上下流圧力差Ｗに相当する、各空燃比の上下センサ出力差ΔＩｆｒwが、各空燃比における前記しきい値Ｂとなる。排気圧力に対するセンサ出力の傾きが空燃比大ほど大きいので、しきい値Ｂは推定空燃比Ａ／Ｆｅの値が大きいほど大きな値となる。例えば、推定空燃比Ａ／Ｆｅ＝２０のときに実際に取得した上流センサ出力Ｉｆと下流センサ出力Ｉｒとの差（Ｉｆ20−Ｉｒ20）が、その推定空燃比に対応したしきい値Ｂ＝ΔＩｆｒw20以下のときは、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量以下と推定され、フィルタ再生が実行されない。逆に、差（Ｉｆ20−Ｉｒ20）がしきい値Ｂより大きいときは、ＤＰＦ３１のＰＭ捕集量がフィルタ最大捕集量を超えたと推定され、フィルタ再生が実行される。
【００８４】
この別の態様によっても、上流及び下流酸素濃度センサ４０，４１を排気通路に設置するだけで済み、別途排気通路を追加して設ける必要が無いので、排気通路の構成を複雑化したりその設計自由度を制限したりすることを防止できる。
【００８５】
さて、この別の態様では酸素濃度センサを圧力センサの如く使用してＤＰＦ上下流の差圧を計測するが、この技術に密接に関連して、ＤＰＦの割れ等の異常発生を検出することが可能であるので、以下、この点について述べる。
【００８６】
ＤＰＦの一部が割れる等の異常が発生すると、その異常発生時の前後においてＤＰＦ上流側の排気圧が急変し、異常発生前の排気圧に対して異常発生後の排気圧が急激に低下する。よってこのことをＤＰＦ上流側の上流酸素濃度センサ４０で検出することにより、ＤＰＦの異常発生を検出することができる。
【００８７】
図１７はＤＰＦの異常発生検出処理の第１の態様を示す。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定周期毎に繰り返し実行される。この第１の態様は、エンジンの定常運転時等の、排気空燃比がほぼ一定である定常状態のときに実行される。
【００８８】
最初のステップＳ４０１では、今回（ｎ）の処理タイミングにおける推定空燃比Ａ／Ｆｅnの値が算出される。そしてステップＳ４０２では、今回の処理タイミングにおける上流センサ出力Ｉｆnが取得される。
【００８９】
ステップＳ４０３では、前回（ｎ−１）と今回の上流センサ出力の差、即ち今回の上流センサ出力変化率Ｕn（＝Ｉｆn−Ｉｆn-1）が算出される。そしてステップＳ４０４において、この上流センサ出力変化率Ｕnの絶対値が所定のしきい値Ｃ（＞０）と比較される。
【００９０】
上流センサ出力変化率Ｕnの絶対値がしきい値Ｃ以下の場合、ＤＰＦ３１に割れ等の異常は発生していないと判定され、そのまま本ルーチンが終了される。他方、上流センサ出力変化率Ｕnの絶対値がしきい値Ｃより大きい場合、ステップＳ４０５にてＤＰＦ３１に割れ等の異常が発生したと判定され、本ルーチンが終了される。なお、ステップＳ４０５にて異常判定がなされたときにはユーザにこの異常を知らせるべく、警告装置等を作動させるのが好ましい。
【００９１】
図１２から分かるように、ＤＰＦ割れに伴ってＤＰＦ上流圧力が低下すると、上流センサ出力が低下する。よってこの低下量が所定値より大きいとき、ＤＰＦ割れが発生したと判断することができる。ここで、ＤＰＦ割れが発生したときの上流センサ出力低下量は、そのときの排気空燃比に応じて異なる。よってしきい値Ｃは、空燃比に応じて異なる値が予め設定され、空燃比が大きくなるほど大きくなるような値が設定される。そして、ステップＳ４０１で算出された推定空燃比Ａ／Ｆｅnと同一空燃比のしきい値ＣがステップＳ４０４で使用される。
【００９２】
図１８はＤＰＦの異常発生検出処理の第２の態様を示す。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定周期毎に繰り返し実行される。この第２の態様は、エンジン運転状態の変化により排気空燃比が変化した場合でも、この影響を排除してＤＰＦ上流圧力の低下分のみを抽出、検出するものである。
【００９３】
最初のステップＳ５０１では、前記ステップＳ４０１同様、今回（ｎ）の処理タイミングにおける推定空燃比Ａ／Ｆｅnの値が算出される。そしてステップＳ５０２では、前記ステップＳ４０２同様、今回の処理タイミングにおける上流センサ出力Ｉｆnが取得される。
【００９４】
ステップＳ５０３では、今回の処理タイミングにおける排気圧力Ｐnが算出される。即ち、ＥＣＵ１００には図１２に示したような関係を規定するマップが予め記憶されており、ＥＣＵ１００は、今回の推定空燃比Ａ／Ｆｅn及び上流センサ出力Ｉｆnに基づき、これらに対応する排気圧力Ｐnをマップから算出する。
【００９５】
この後、ステップＳ５０４においては、今回の上流センサ出力変化率Ｕnが算出される。但しこの第２の態様では上流センサ出力変化率Ｕnの算出方法が異なり、上流センサ出力変化率Ｕnは次式（４）により算出される。
Ｕn＝Ｉｆn−Ｉｆ（Ａ／Ｆｅn，Ｐn-1）・・・（４）
ここで、Ｉｆ（Ａ／Ｆｅn，Ｐn-1）は、今回の推定空燃比Ａ／Ｆｅnと前回の排気圧力Ｐn-1とに対応したマップ上の上流センサ出力値を意味する。
【００９６】
これを図１９を用いて説明する。例えば図中白抜きの星印で示すように、前回の上流センサ出力Ｉｆn-1が推定空燃比Ａ／Ｆｅn-1＝２０、排気圧力Ｐn-1のときの値であったとし、今回の上流センサ出力Ｉｆnが推定空燃比Ａ／Ｆｅn＝１８、排気圧力Ｐnのときの値であったとする。Ｉｆn＜Ｉｆn-1、Ｐn＜Ｐn-1である。見掛け上、今回の上流センサ出力Ｉｆnが前回の上流センサ出力Ｉｆn-1より大きく低下しており、ＤＰＦ割れがあったようにも見えるが、この低下量の中には空燃比の変化（減少）分も含まれている。よってこの空燃比変化分を除くため、前回の上流センサ出力値に対し補正を施す。即ち、マップから、前回の排気圧力Ｐn-1と同じ排気圧力で且つ今回の推定空燃比Ａ／Ｆｅnと同じ空燃比の上流センサ出力値Ｉｆ（Ａ／Ｆｅn，Ｐn-1）を取得する（図中黒塗りの星印で示す）。こうすると、前回の上流センサ出力値を空燃比変化分だけ補正することができる。よって今回の推定空燃比Ａ／Ｆｅnと、補正後の前回の上流センサ出力値Ｉｆ（Ａ／Ｆｅn，Ｐn-1）との差を求めることにより、空燃比変化分を取り除いた純粋な上流センサ出力値変化量を求めることが可能になる。
【００９７】
なお、この例では空燃比及び排気圧力が減少した場合を示したが、空燃比が増加した場合、及び排気圧力が増加した場合にも、同様に純粋な上流センサ出力値変化量を求めることが可能である。なお排気圧力が増加するような異常とは、例えばＤＰＦより上流側の排気系部品が故障してその破片がＤＰＦに詰まった場合などが考えられる。
【００９８】
こうして今回の上流センサ出力変化率Ｕnが算出されたならば、次にステップＳ５０５において、前記ステップＳ４０４同様、上流センサ出力変化率Ｕnの絶対値が所定のしきい値Ｃ（＞０）と比較される。このしきい値Ｃは第１の態様と同じ値が使用可能である。上流センサ出力変化率Ｕnの絶対値がしきい値Ｃ以下の場合、ＤＰＦ３１に割れ等の異常は発生してないと判定され、本ルーチンが終了される。他方、上流センサ出力変化率Ｕnの絶対値がしきい値Ｃより大きい場合、ステップＳ５０６にてＤＰＦ３１に割れ等の異常が発生したと判定され、本ルーチンが終了される。
【００９９】
このように、この第２の態様では前回の上流センサ出力値に対し空燃比変化分の補正を行うので、空燃比変化の影響を取り除いて純粋なＤＰＦ上流圧力変化量のみを検出することができる。よって、エンジン運転状態が変化していてもこれに拘わらずＤＰＦ異常を好適に検出でき、検出機会を限定することなく、多くの検出機会を確保できる。
【０１００】
以上、本発明の好適実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、前記実施形態は圧縮着火式内燃機関の例であったが、近年では火花点火式内燃機関においても排気中微粒子が発生する例が見受けられ、このような場合に本発明を火花点火式内燃機関に適用することも可能である。また、前記実施形態ではフィルタ再生時期となるようなフィルタＰＭ捕集量を推定するようにしたが、フィルタ再生時期に至る前の中間量のフィルタＰＭ捕集量の推定にも本発明は適用可能である。
【０１０１】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図２】酸素濃度センサに供給される排気の空燃比と、酸素濃度センサに堆積したＰＭ量と、酸素濃度センサの出力との関係を示すグラフである。
【図３】酸素濃度センサの第１の構成を示す全体正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】酸素濃度センサの電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）を示すグラフである。
【図６】フィルタ再生処理の第１の態様を示すフローチャートである。
【図７】フィルタ再生処理の第２の態様を示すフローチャートである。
【図８】酸素濃度センサの第２の構成を示す図３のＩＶ−ＩＶ断面相当図である。
【図９】酸素濃度センサの第３の構成の全体を示す斜視図である。
【図１０】酸素濃度センサの第３の構成の半断面図である。
【図１１】ＤＰＦのＰＭ捕集量推定に関する別の態様に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図１２】酸素濃度センサに供給される排気の空燃比と、酸素濃度センサに供給される排気の圧力と、酸素濃度センサの出力との関係を示すグラフである。
【図１３】酸素濃度センサの第４の構成を示す全体正面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。
【図１５】酸素濃度センサの第５の構成を示す断面図である。
【図１６】フィルタ再生処理の第３の態様を示すフローチャートである。
【図１７】ＤＰＦの異常発生検出処理の第１の態様を示すフローチャートである。
【図１８】ＤＰＦの異常発生検出処理の第２の態様を示すフローチャートである。
【図１９】ＤＰＦの異常発生検出処理の第２の態様を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  内燃機関
１３  燃焼室
１４  インジェクタ
１５  排気通路
２２  エアフローメータ
３１  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４０  上流酸素濃度センサ
４１  下流酸素濃度センサ
６３  排気側電極
６６  ヒータ
６７  カバー層
６８  拡散抵抗層
７１  ピンホール
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ａ／Ｆｅ  推定空燃比
Ｉｆ  上流酸素濃度センサ出力
Ｉｒ  下流酸素濃度センサ出力
【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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