特許 6671318 パティキュレートフィルタの故障検出装置及び故障検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6671318

(24)【登録日】2020年3月5日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】パティキュレートフィルタの故障検出装置及び故障検出方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/18 20060101AFI20200316BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20200316BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20200316BHJP

   F01N 3/023 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/18 C

   F01N3/00 F

   F01N3/24 E

   F01N3/24 L

   F01N3/023 K

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-117948(P2017-117948)

(22)【出願日】2017年6月15日

(65)【公開番号】特開2019-2355(P2019-2355A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2019年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀧澤 健介

(72)【発明者】

【氏名】小池 和彦

(72)【発明者】

【氏名】宮川 豪

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−９６１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−９６１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０５１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５３７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１１４５１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（１０１）の故障検出装置（１）であって、
上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）と、
上記内燃機関の停止中に上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、粒子状物質が燃焼除去可能な再生温度（Ｔ）に加熱する再生制御部（１０Ａ）と、
上記内燃機関の始動を判定する始動判定部（１０Ｂ）と、
上記内燃機関の運転中に排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定部（１０Ｃ）と、
上記再生制御部による加熱後に上記内燃機関が始動し、かつ排気中の水滴無と判定されたときに上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱制御部（１０Ｄ）と、
上記加熱制御部による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定部（１０Ｅ）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出装置。

【請求項2】

内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（１０１）の故障検出装置（１）であって、
上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）と、
上記内燃機関の停止時又は停止中に、上記センサの出力値を次回始動時の初期値（Ｓ１）として記憶する出力記憶部（１０Ｆ）と、
上記内燃機関の始動を判定する始動判定部（１０Ｂ）と、
上記内燃機関の運転中に排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定部（１０Ｃ）と、
上記内燃機関の次回始動後に、排気中の水滴無と判定されたときに上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱制御部（１０Ｄ）と、
上記加熱制御部による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）と上記初期値との差分に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定部（１０Ｅ）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出装置。

【請求項3】

上記第一温度は、１００℃以上５００℃未満の範囲で選択される、請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタの故障検出装置。

【請求項4】

上記加熱制御部は、上記第一温度に代えて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分及び可溶性有機成分を除去可能な第二温度（Ｔ２）に加熱する、請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタの故障検出装置。

【請求項5】

上記第二温度は、２００℃を超え５００℃未満の範囲で選択される、請求項４に記載のパティキュレートフィルタの故障検出装置。

【請求項6】

内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（Ｆ）の故障検出方法であって、
上記パティキュレートフィルタの下流側に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）を配設し、
上記内燃機関の停止中に上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を燃焼除去可能な再生温度に加熱する再生工程（Ｓ１２）と、
上記再生工程による加熱後の上記内燃機関の始動を判定する始動判定工程（Ｓ１３）と、
上記再生工程による加熱後の上記内燃機関の運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定工程（Ｓ１４）と、
上記乾燥判定工程により排気中の水滴無と判定されたときに、上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱工程（Ｓ１５）と、
上記加熱工程による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定工程（Ｓ１６〜Ｓ１９）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出方法。

【請求項7】

内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（Ｆ）の故障検出方法であって、
上記パティキュレートフィルタの下流側に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）を配設し、
上記内燃機関の停止時又は停止中に、上記センサの出力値を次回始動時の初期値（Ｓ１）として記憶する出力記憶工程（Ｓ２２）と、
上記出力記憶工程後の上記内燃機関の始動を判定する始動判定工程（Ｓ２３）と、
上記内燃機関の次回始動後の運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定工程（Ｓ２４）と、
上記乾燥判定部により排気中の水滴無と判定されたときに、上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱工程（Ｓ２５）と、
上記加熱工程による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）と上記初期値との差分に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定工程（Ｓ２６〜Ｓ２９）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出方法。

【請求項8】

上記第一温度は、１００℃以上５００℃未満の範囲で選択される、請求項６又は７に記載のパティキュレートフィルタの故障検出方法。

【請求項9】

上記加熱工程において、上記第一温度に代えて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分及び可溶性有機成分を除去可能な第二温度（Ｔ２）に加熱する、請求項６又は７に記載のパティキュレートフィルタの故障検出方法。

【請求項10】

上記第二温度は、２００℃を超え５００℃未満の範囲で選択される、請求項９に記載のパティキュレートフィルタの故障検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの故障検出装置及び故障検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車エンジンの排出規制が厳しくなっており、排気通路にパティキュレートフィルタを設けて粒子状物質（すなわち、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ；以下、適宜ＰＭと称する）を捕集することが行われている。粒子状物質は、導電性のＳｏｏｔ（すなわち、煤）を主成分とし、未燃の燃料やエンジンオイルに由来するＳＯＦ（すなわち、Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ；可溶性有機成分）を含む混合物である。また、粒子状物質を検出するＰＭセンサを設けて、パティキュレートフィルタの故障を速やかに検出することが要求されている。

【0003】

ＰＭセンサは、例えば、絶縁性基体の表面に一対の電極を配置した電気抵抗式のセンサ素子を備え、素子表面に粒子状物質が堆積して一対の電極間が導通すると、ＰＭ堆積量に応じた電流出力が検出される。また、静電容量式のセンサ素子を備えるＰＭセンサがあり、例えば、一対の電極間の静電容量が粒子状物質の堆積と共に変化することを利用して、ＰＭ堆積量を算出する。このようなＰＭセンサをパティキュレートフィルタの下流側に配置することで、センサ出力に基づき、故障の有無を検出することができる。

【0004】

堆積型のＰＭセンサを用いた故障検出装置は、通常、周期的に実行される判定処理に先立ち、再生処理を行って、ＰＭセンサに付着した粒子状物質を燃焼除去している。その場合、再生処理を行っている間は、判定処理が実行されないため、粒子状物質を検出可能な期間がその分短くなる。この検出可能な期間を長くするため、例えば、特許文献１には、エンジンにおけるＰＭ排出量異常を検出する装置において、ＰＭセンサを用いたエンジン始動時の異常診断に先立ち、エンジン停止時に加熱手段による粒子状物質の燃焼除去を実施することが開示されている。

【0005】

また、特許文献２に開示されるフィルタの故障診断装置は、エンジン停止中にＰＭセンサの再生を行う再生制御手段を設けると共に、排気管の乾燥判定を行う乾燥判定手段を設けて、センサ再生の可否を判断している。例えば、乾燥判定されない状態でエンジン停止した場合は、センサ再生が中止され、センサ再生が完了する前にエンジンが始動した場合は、センサ再生が終了される。このような制御により、ＰＭセンサが被水した状態で加熱されることによる被水割れが抑制され、始動後のセンサ再生が不要又は短くなるので、診断期間が長くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５５３３４７７号公報

【特許文献2】特開２０１６−２０５１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、エンジン始動時には、比較的多くの粒子状物質が排出されるため、特許文献１、２のように、エンジン停止中に再生処理を行うことで、エンジン始動後に速やかに故障判定を行い、パティキュレートフィルタの故障を早期に検出することが期待される。ところが、エンジン停止後、再始動までに時間が経過した場合には、排気管内の温度が低下して排気に含まれる水分が凝縮水となり、ＰＭセンサが被水しやすい状態となる。

【0008】

冷間始動時のように排気管内に多量の水滴が存在する条件下で、エンジンが始動すると、排気流れに乗って水滴が移動し、ＰＭセンサに取り込まれやすくなる。粒子状物質と共にセンサ素子の一対の電極間に付着する水分量が増大すると、電気抵抗や静電容量に影響を及ぼすためにセンサ出力が変化し、検出精度を低下させるおそれがある。したがって、従来は、冷間始動時には、排気管内が乾燥状態となってから改めて再生処理を行う必要があり、冷間始動時に排出された粒子状物質を検出できなかった。

【0009】

なお、特許文献２では、始動時に乾燥判定を行い、不成立の場合は低温での加熱を継続する処理を行うことで、始動後の再生処理を行わないようにしている。しかしながら、乾燥判定が成立するまで、粒子状物質及び水分が付着しないように、再生温度より低く排気温度より高い温度に保持し、乾燥後に粒子状物質の捕集を開始するもので、この場合も、冷間始動時に排出された粒子状物質は検出できない。また、乾燥後も適度に冷却されるまで粒子状物質が付着しないので、捕集開始のタイミングが変化すると出力ばらつきや誤差要因となりやすい。

【0010】

また、近年は、エンジンの燃焼制御技術の改良が進められており、暖気後のＰＭ排出量が大きく低下する傾向にある。そのため、冷間始動時のＰＭ排出量を検出可能として、パティキュレートフィルタの故障判定を早期に行うことが望まれている。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、内燃機関の冷間始動時のように排気通路に水滴が存在する条件下でも、排出される粒子状物質を精度よく検出することができ、排気通路に配置されるパティキュレートフィルタの故障を早期に検出することができる、パティキュレートフィルタの故障検出装置及びパティキュレートフィルタの故障検出方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様は、
内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（１０１）の故障検出装置（１）であって、
上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）と、
上記内燃機関の停止中に上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、粒子状物質が燃焼除去可能な再生温度（Ｔ）に加熱する再生制御部（１０Ａ）と、
上記内燃機関の始動を判定する始動判定部（１０Ｂ）と、
上記内燃機関の運転中に排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定部（１０Ｃ）と、
上記再生制御部による加熱後に上記内燃機関が始動し、かつ排気中の水滴無と判定されたときに、上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱制御部（１０Ｄ）と、
上記加熱制御部による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定部（１０Ｅ）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出装置にある。

【0012】

本発明の他の態様は、
内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（１０１）の故障検出装置（１）であって、
上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）と、
上記内燃機関の停止時又は停止中に、上記センサの出力値を次回始動時の初期値（Ｓ１）として記憶する出力記憶部（１０Ｆ）と、
上記内燃機関の始動を判定する始動判定部（１０Ｂ）と、
上記内燃機関の運転中に排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定部（１０Ｃ）と、
上記内燃機関の次回始動後に、排気中の水滴無と判定されたときに上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱制御部（１０Ｄ）と、
上記加熱制御部による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）と上記初期値との差分に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定部（１０Ｅ）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出装置にある。

【0013】

本発明のさらに他の態様は、
内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（１０１）の故障検出方法であって、
上記パティキュレートフィルタの下流側に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）を配設し、
上記内燃機関の停止中に上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を燃焼除去可能な再生温度に加熱する再生工程（Ｓ１２）と、
上記再生工程による加熱後の上記内燃機関の始動を判定する始動判定工程（Ｓ１３）と、
上記再生工程による加熱後の上記内燃機関の運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定工程（Ｓ１４）と、
上記乾燥判定工程により排気中の水滴無と判定されたときに上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱工程（Ｓ１５）と、
上記加熱工程による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定工程（Ｓ１６〜Ｓ１９）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出方法にある。

【0014】

本発明のさらに他の態様は、
内燃機関（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）に配設されたパティキュレートフィルタ（１０１）の故障検出方法であって、
上記パティキュレートフィルタの下流側に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気中の粒子状物質を表面に堆積させ、堆積量に対応する信号を出力する粒子状物質検出部（２０）と、上記粒子状物質検出部を加熱するヒータ部（３）と、を有するセンサ（２）を配設し、
上記内燃機関の停止時又は停止中に、上記センサの出力値を次回始動時の初期値（Ｓ１）として記憶する出力記憶工程（Ｓ２２）と、
上記出力記憶後の上記内燃機関の始動を判定する始動判定工程（Ｓ２３）と、
上記内燃機関の次回始動後の運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定工程（Ｓ２４）と、
上記乾燥判定部により排気中の水滴無と判定されたときに上記ヒータ部を作動させて、上記粒子状物質検出部を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度（Ｔ１）に加熱する加熱工程（Ｓ２５）と、
上記加熱工程による加熱後に、上記センサの出力値（Ｓ）と上記初期値との差分に基づいて、上記パティキュレートフィルタの故障の有無を判定する故障判定工程（Ｓ２６〜Ｓ２９）と、を備える、パティキュレートフィルタの故障検出方法にある。

【発明の効果】

【0015】

上記一態様の故障検出装置において、再生制御部は、内燃機関の停止中にヒータ部を作動させて、粒子状物質検出部を所定の再生温度に加熱し、粒子状物質を燃焼除去する。その後、始動判定部により内燃機関の始動判定がなされると、乾燥判定部により水滴無と判定されるまで、粒子状物質検出部に粒子状物質が堆積する。加熱制御部は、乾燥判定部により水滴無と判定されると、ヒータ部を作動させて、粒子状物質検出部を所定の第一温度に加熱する。この第一温度は、堆積した粒子状物質に含まれる水分を除去可能であるものの粒子状物質は除去されない比較的低い温度であり、被水割れは抑制される。また、排気通路に水滴が存在しない状態となっているので、新たな水分は付着しない。つまり、この状態での粒子状物質検出部の出力値は、水分を含まない粒子状物質の量に対応しており、これに基づいて、故障判定部において、パティキュレートフィルタの故障検出を行うことができる。

【0016】

したがって、冷間始動時に堆積したものであっても、排気通路が乾燥状態となってから、粒子状物質に含まれる水分のみを除去することで、ＰＭ排出量を正確に検出することができる。あるいは、再生制御部による再生を行う代わりに、内燃機関の停止時又は停止中の出力値を次回始動時の初期値とし、粒子状物質検出部の出力値との差分を基に故障判定を行っても同様の効果が得られる。
そして、これら故障検出装置を用いて故障検出を行う方法として、上記したさらに他の態様の故障検出方法における再生工程又は出力記憶工程と、これら工程に続く始動判定工程、乾燥判定工程、加熱工程及び故障判定工程を順次実行することができる。これにより、比較的ＰＭ排出量が多い運転条件における出力値を用いて、速やかに故障判定を実施し、パティキュレートフィルタの故障検出を精度よく行うことができる。

【0017】

以上のごとく、上記態様によれば、内燃機関の冷間始動時のように排気通路に水滴が存在する条件下でも、排出される粒子状物質を精度よく検出することができ、排気通路に配置されるパティキュレートフィルタの故障を早期に検出することができる、パティキュレートフィルタの故障検出装置及びパティキュレートフィルタの故障検出方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態１における、パティキュレートフィルタの故障検出装置を備える内燃機関の概略構成図。

【図2】実施形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の構成例を示す概略斜視図。

【図3】実施形態１における、故障検出装置に設けられるＰＭセンサの全体断面図。

【図4】実施形態１における、ＰＭセンサの検出原理を説明するためのセンサ素子主要部の模式的な図。

【図5】実施形態１における、故障検出装置において実行されるパティキュレートフィルタの故障検出処理のフローチャート図。

【図6】実施形態１における、粒子状物質の構造を説明するための模式的な図。

【図7】実施形態１における、ＰＭセンサの出力値の時間変化を、比較形態１の故障検出処理による出力値の時間変化と比較して示すタイムチャート図。

【図8】実施形態２における、ＰＭセンサの検出原理を説明するためのセンサ素子主要部の模式的な図。

【図9】実施形態２における、故障検出装置において実行されるパティキュレートフィルタの故障検出処理のフローチャート図。

【図10】実施形態８における、ＰＭセンサの出力値の時間変化を、比較形態１の故障検出処理による出力値の時間変化と比較して示すタイムチャート図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（実施形態１）
次に、パティキュレートフィルタの故障検出装置の実施形態１について、図１〜図７を参照して説明する。図１に示すように、内燃機関は、例えば、ディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）Ｅであり、過給機Ｔ／Ｃを備えた４気筒直噴エンジンとして構成されている。その排気通路である排気管ＥＸには、パティキュレートフィルタ１０１が配設されており、パティキュレートフィルタ１０１の故障を検出するために、故障検出装置１が設けられる。排気管ＥＸには、パティキュレートフィルタ１０１の上流側に、酸化触媒１０２が配置されている。パティキュレートフィルタ１０１の下流側には、センサとしてのＰＭセンサ２が配置されており、パティキュレートフィルタ１０１を通過して下流側へ排出される粒子状物質を捕集し、ＰＭ堆積量に対応する信号を出力する。

【0020】

図２に示すように、ＰＭセンサ２は、粒子状物質検出部としてのセンサ素子２０を有している。また、センサ素子２０と一体に、センサ素子２０に堆積する粒子状物質を加熱するためのヒータ部３が設けられる。センサ素子２０は、細長い直方体形状の絶縁性基体２３にて構成され、その一端側の表面（例えば、図２の左端側の上面）に、櫛歯状の一対の電極２１、２２を有する。センサ素子２の内部には、一対の電極２１、２２に対応する位置に、ヒータ部３を構成するヒータ電極３１が埋設されている。一対の電極２１、２２から長手方向に延びるリード線２１ａ、２２ａは、センサ素子２の他端側において端子部２１ｂ、２２ｂを介して外部の電圧印加部２４に接続し、一対の電極２１、２２に所定の検出用電圧を印加可能となっている。同様に、ヒータ電極３１は、センサ素子２の他端側へ引き出されるリード線３１ａ、３１ｂを介して、図示しない車載バッテリ等の電源部に接続される。絶縁性基体２３は、例えば、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなり、一対の電極２１、２２、ヒータ電極３１は、例えば、Ｐｔ等の貴金属電極からなる。

【0021】

図３に示すように、ＰＭセンサ２は、センサ素子２０が収容されるハウジングＨと、ハウジングＨの先端側に取付けられる排気側カバーＣ１と、基端側に取付けられる大気側カバーＣ２とを有している。センサ素子２０は、その長手方向がＰＭセンサ２の軸方向Ｘと一致し、一対の電極２１、２２を有する一端側が、排気側カバーＣ１内に位置するように、筒状絶縁体Ｈ１を介してハウジングＨの内周に保持固定される。ＰＭセンサ２は、ハウジングＨの外周に設けられるネジ部によって、排気管ＥＸ（例えば、図１参照）の管壁に取り付けられる。これにより、センサ素子２０の一端側は、排気側カバーＣ１に保護された状態で、排気管ＥＸ内に突出位置し、排気管ＥＸ内を流通する排気に晒される。排気側カバーＣ１は、例えば、インナカバーＣ１１とアウタカバーＣ１２からなる二重容器状で、両カバーＣ１１、Ｃ１２に設けた通孔Ｃ１１ａ、Ｃ１２ａを介して、排気が流通可能となっている。

【0022】

ここで、図４を参照して、ＰＭセンサ２によるＰＭ量の検出原理を説明する。電気抵抗式のＰＭセンサ２において、センサ素子２０の絶縁性基体２３の一表面には、一対の電極２１、２２が互いに離間し、かつ対向して配設されている。検出期間中には、例えば、一対の電極２１、２２間に、電圧印加部２４によって所定の検出用電圧を印加することができる。これにより、一対の電極２１、２２間に発生する電界によって、センサ素子２０の近傍に浮遊している粒子状物質（すなわち、図中のＰＭ）が静電捕集される。絶縁性基体２３の表面に、導電性の粒子状物質が徐々に堆積していき、一対の電極２１、２２間が粒子状物質によって接続されると導電パスが形成される。そのため、その出力特性は、導電パスが形成されるまでセンサ出力が０となる不感期間を示す。なお、静電捕集によらず、熱泳動や物理的な衝突を利用して、一対の電極２１、２２間に粒子状物質を堆積させてもよい。

【0023】

その後、センサ出力が立ち上がると、ＰＭ堆積量の増加と共に電極間抵抗が低下する。したがって、このときに流れる電流値を、電流計２５にて検出することで、ＰＭ堆積量に応じた出力値が得られる。また、この不感期間に対応するＰＭ堆積量以上の所定の閾値を設定することで、あるいは、不感期間の長さをパラメータとして、ＰＭ堆積量に基づくパティキュレートフィルタ１０１の故障判定が可能になる。

【0024】

図１において、ＰＭセンサ２の検出信号は、エンジン制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１００に接続されるセンサ制御部１０に随時入力される。
センサ制御部１０は、再生制御部１０Ａを備え、エンジンＥの停止中にヒータ部３を作動させて、センサ素子２０を、粒子状物質が燃焼除去可能な再生温度Ｔに加熱する。
また、エンジン制御装置１００内には、エンジンＥの始動を判定する始動判定部１０Ｂと、エンジンＥの運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定部１０Ｃと、が設けられる。
センサ制御部１０に設けられる加熱制御部１０Ｄは、これらの判定結果に基づいて、再生制御部１０Ａによる加熱後にエンジンＥが始動し、かつ排気中の水滴無と判定されたときにヒータ部３を作動させて、センサ素子２を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度Ｔ１に加熱する。
また、加熱制御部１０Ｃによる加熱後に、ＰＭセンサ２の出力値（以下、適宜、センサ出力値と称する）Ｓに基づいて、パティキュレートフィルタ１０１の故障の有無を判定する故障判定部１０Ｅを備える。
これら各部を用いて故障検出装置１により実行される故障検出処理の詳細は、後述する。

【0025】

エンジンＥには、各気筒に対応させて燃料噴射弁ＩＮＪが設けられ、ＥＣＵ１００からの指令を受ける駆動装置１０３によって駆動されて、燃焼室内に燃料を直接噴射する。燃焼後の排気は、排気通路ＥＸに排出され、酸化触媒１０２及びパティキュレートフィルタ１０１を通過する間に浄化される。パティキュレートフィルタ１０１は、例えば、公知のウォールフロータイプのフィルタ構造を有し、排気に含まれる粒子状物質を捕集する。具体的には、コーディエライト等からなる多孔質セラミックスハニカム構造体内に、ガス流路となる多数のセルを形成し、多数のセルの入口側又は出口側を互い違いとなるように目封じした構成のものが好適に用いられる。

【0026】

酸化触媒１０２は、例えば、コーディエライト等からなる多孔質セラミックスハニカム構造体からなる担体表面に、酸化触媒成分を担持して構成される。酸化触媒１０２の上流側には、排気中に燃料を添加するための燃料添加弁１０４が配設され、例えば、パティキュレートフィルタ１０１の再生時に、燃料添加弁１０４から供給される燃料を酸化触媒１０２上にて酸化燃焼させて、排気を昇温することができる。

【0027】

吸気通路である吸気管ＩＮには、アクセル開度に応じて吸入空気量を調整するスロットルバルブ１０５の上流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１０６が設けられる。過給機１０７は、排気管ＥＸに設けられるタービン１０７ａが、吸気管ＩＮに設けられるコンプレッサ１０７ｂを駆動して、吸入空気を所定の過給圧となるように圧縮する。また、排気管ＥＸと吸気管ＩＮとの間は、ＥＧＲ弁１０８ａを備えるＥＧＲ通路１０８にて接続されており、ＥＧＲ弁１０８ａの開度に応じた流量の排気が吸気管ＩＮへ再循環される。ＥＧＲ通路１０８の下流側の吸気管ＩＮには、吸気圧センサ１０９が配設される。

【0028】

ＥＣＵ１００には、入出力インターフェイス１００Ａを介して、エアフローメータ１０６、吸気圧センサ１０９からの検出信号の他、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転数センサ等の各種センサからの検出信号が入力される。ＥＣＵ１００は、これら各種センサからの検出信号に基づいて、エンジンＥの運転状態を知り、予め記憶されたプラグラムや運転条件毎のマップ値等に基づいて、最適なエンジン燃焼状態となるように、エンジン各部を制御する。駆動装置１０３は、ＥＣＵ１００からの指令信号に基づいて、燃料噴射弁ＩＮＪ、燃料添加弁１０４、スロットルバルブ１０５、タービン１０７ａ、ＥＧＲ弁１０８ａを、それぞれ所定のタイミングで駆動する。このような制御により、過給圧やＥＧＲ量が適正に制御されて、排気と共に排出される粒子状物質やＮＯｘ等を低減させることが可能になる。また、排気管ＥＸに設置されるパティキュレートフィルタ１０１により、粒子状物質が捕集されるので、外部への放出が抑制される。

【0029】

ところが、パティキュレートフィルタ１０１に何らかの故障が生じた場合には、パティキュレートフィルタ１０１の捕集機能が低下して、下流側に粒子状物質が排出されるおそれがある。ここで、パティキュレートフィルタ１０１の「故障」とは、パティキュレートフィルタ１０１を構成する多孔質セラミックスハニカム構造体に割れが生じることによる部分的な機能喪失のみならず、微小クラックや劣化による捕集率の低下、その他の異常を含む。故障検出装置１は、このような故障を速やかに検出して運転者に知らせるために、パティキュレートフィルタ１０１の下流に漏れ出す粒子状物質をＰＭセンサ２にて検出し、センサ制御部１０にて故障判定を行う。

【0030】

故障検出装置１は、具体的には、再生制御部１０Ａ、始動判定部１０Ｂ、乾燥判定部１０Ｃ、加熱制御部１０Ｄ及び故障判定部１０Ｅが、以下の再生工程、始動判定工程、乾燥判定工程、加熱工程及び故障判定工程を、順次実行することにより、パティキュレートフィルタ１０１の故障を検出する。
すなわち、再生制御部１０Ａは、エンジンＥが停止したと判定されると、エンジンＥの停止中にヒータ部３を作動させて、センサ素子２０を再生する再生工程を実行する。このとき、センサ素子２０は、堆積した粒子状物質を燃焼除去可能な再生温度Ｔに加熱される。
その後、始動判定部１０Ｂが、再生工程による加熱後のエンジンＥの始動を判定する始動判定工程を実行する。また、エンジンＥの始動と共にセンサ素子２０による粒子状物質の捕集が開始される。
次いで、乾燥判定部１０Ｃが、再生工程による加熱後のエンジンＥの運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定工程を実行する。
さらに、加熱制御部１０Ｄが、乾燥判定工程により水滴無と判定されたときに、ヒータ部３を作動させて、センサ素子２０を加熱する加熱工程を実行する。このとき、センサ素子２０は、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度Ｔ１に加熱される。
そして、故障判定部１０Ｅが、加熱工程による加熱後に、ＰＭセンサ２の出力値Ｓに基づいて、パティキュレートフィルタ１０１の故障の有無を判定する故障判定工程を実行する。

【0031】

以下に、これら各工程について詳細に説明する。図５に示されるフローチャートは、故障検出装置１において周期的に実行される故障検出処理の一例であり、ステップＳ１２が再生工程に、ステップＳ１３が始動判定工程に、ステップＳ１４が乾燥判定工程に、ステップＳ１５が加熱工程に、ステップＳ１６〜Ｓ１９が故障判定工程に、それぞれ対応する。

【0032】

まず、故障検出処理が開始されると、ステップＳ１１において、エンジンＥが停止したか否かを判定する。ステップＳ１１が肯定判定されたら、ステップＳ１２に進んでＰＭセンサ２を再生する。否定判定された場合は、肯定判定されるまで、ステップＳ１１を繰り返す。
ここで、エンジンＥの停止とは、例えば、運転者がエンジンスイッチ又はエンジンキーを操作してイグニッションスイッチがオフとなった場合や、エンジン回転数センサにて検出されるエンジン回転数が０になった場合等である。なお、アイドリングストップ機能を有する車両では、停車時のアイドリング状態を検知してエンジンＥが自動停止するが、ごく短時間で再始動することが予測され、被水のおそれが小さい。また、次ステップの再生期間が完了しない可能性があるため、アイドリングストップによる自動停止時には、ステップＳ１１を肯定判定しないことが望ましい。

【0033】

ステップＳ１２では、ＰＭセンサ２のセンサ素子２０に内蔵されるヒータ部３を作動させて、センサ素子２０の再生温度Ｔに加熱して、表面に付着している粒子状物質を燃焼除去する。図６に示されるように、排気に含まれる粒子状物質は、導電性の炭素成分からなる煤粒子であるＳｏｏｔと、その表面に付着する非導電性の成分、例えば、未燃燃料やオイル由来の膜状の炭化水素（すなわち、Ａｄｓｏｒｂｅｄ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）又は粒子状の炭化水素（すなわち、Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）からなるＳＯＦ分や、燃料中の硫黄分に由来する硫黄酸化物と水分を含むサルフェート(すなわち、Ｓｕｌｆａｔｅ)等を含んで構成されている。ステップＳ１２において、再生温度Ｔは、Ｓｏｏｔを燃焼除去可能な６００℃以上の温度（例えば、７００℃）に設定されることが望ましい。これにより、粒子状物質を完全に燃焼除去することができる。

【0034】

このように、エンジンＥの停止中に、予め設定された再生温度Ｔに昇温し所定期間保持することで、ＰＭセンサ２をリセットすることができる。また、ステップＳ１２に先立ち、乾燥判定を行って、ＰＭセンサ２の被水が生じない条件下でのみ、ＰＭセンサ２の再生を行うようにしてもよい。乾燥判定は、例えば、図示しない排気温度センサによって排気管ＥＸ内の排気温度を検出することによって行い、排気温度が、排気管ＥＸ内の凝縮水が蒸発可能な所定温度（例えば、１００℃）以上であるときに、乾燥と判定することができる。排気温度は、例えば、停止直前のエンジンＥの運転状態から推定することもできる。また、図示しないエンジンＥの冷却水温センサの検出結果や、エンジンＥの停止前の運転時間等に基づいて、乾燥判定を行ってもよい。

【0035】

ステップＳ１２によるＰＭセンサ２の再生後は、ステップＳ１３へ進んで、エンジンＥが始動したか否かを判定する。ステップＳ１３では、例えば、運転者のエンジンスイッチ又はエンジンキーの操作により、イグニッションスイッチがオンとなった場合や、エンジン回転数センサにて検出されるエンジン回転数が０から所定値以上となった場合に、エンジンＥが始動したと判定することができる。好適には、ＰＭセンサ２の被水の可能性がある冷間始動であることを条件として、ステップＳ１２を肯定判定することが望ましい。エンジンＥの冷間始動は、例えば、図示しない排気温度センサ、エンジンＥの冷却水温センサからの検出信号やエンジンＥの停止後の経過時間に基づいて判断することができる。

【0036】

エンジンＥが始動し、ステップＳ１３が肯定判定されると、ＰＭセンサ２による粒子状物質の捕集が開始される。例えば、静電捕集による場合には、センサ素子２０の一対の電極２１、２２間に、電圧印加部２４から検出用電圧が印加される。エンジンＥの始動と共に、排気管ＥＸ内に排出される排気は、パティキュレートフィルタ１０１を通過して、ＰＭセンサ２に到達する。このとき、パティキュレートフィルタ１０１に何らかの故障が生じていると、排気中の粒子状物質が捕集されずに、下流側に漏れ出すことになる。この下流側に漏れ出す粒子状物質を、一対の電極２１、２２を有するセンサ素子２０の表面に堆積させ、その堆積量を、一対の電極２１、２２間の抵抗値変化として検出することで、パティキュレートフィルタ１０１の故障を検出することができる。

【0037】

ここで、ステップＳ１１においてエンジンＥが停止した後、比較的長い時間が経過した場合などには、ステップＳ１３にてエンジンＥが再始動するまでに、エンジンＥの温度が低下して冷間始動状態となる。その場合は、排気中に比較的多量の粒子状物質が排出されると共に、水分が凝集した水滴となって、排気管ＥＸに排出される。また、排気管ＥＸ内に残留する排気が壁面に接触すると、排気中の水蒸気が凝集して水滴となる。これら水滴が、排気に乗ってＰＭセンサ２の排気側カバーＣ１の通孔Ｃ１１から内部に侵入すると、粒子状物質と共に、センサ素子２０の表面に付着してしまう。

【0038】

このようにセンサ素子２０が被水した状態では、ＰＭ量を正確に検出できないため、検出可能となるまで、粒子状物質の捕集を継続する。そのため、ステップＳ１３が肯定判定されたら、続いて、ステップＳ１４に進んで、乾燥判定を行い、また、乾燥判定結果から乾燥判定の終了条件となったか否かを判定する。乾燥判定の終了条件とは、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定を行って、排気中に水滴が存在しないと判断される状態となった場合であり、乾燥判定は、ステップＳ１２と同様にして行うことができる。例えば、排気管ＥＸ内の排気温度を、排気温度センサによって検出し、あるいは、エンジンＥの運転状態から推定して、排気管ＥＸ内の水分が蒸発可能な所定温度（例えば、１００℃）以上であるときに、乾燥と判定することができる。また、図示しないエンジンＥの冷却水温センサの検出結果や、エンジンＥの始動後の運転時間等に基づいて、乾燥判定を行ってもよい。

【0039】

ステップＳ１４が、否定判定された場合には、肯定判定されるまで、ステップＳ１４において乾燥判定を繰り返し、乾燥して水滴がない状態と判定されたら、乾燥判定を終了してステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、ＰＭセンサ２のセンサ素子２０に内蔵されるヒータ部３を作動させて、センサ素子２０を所定の第一温度Ｔ１に加熱して、表面に付着している水分を除去する。第一温度Ｔ１は、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な温度であり、１００℃〜５００℃の範囲（例えば、２００℃）に設定することが望ましい。第一温度Ｔ１が１００℃未満であると、水分が完全に蒸発せず、５００℃を超えると粒子状物質が燃焼してしまうおそれがある。

【0040】

あるいは、ステップＳ１５において、センサ素子２０を、第一温度Ｔ１に代えて、所定の第二温度Ｔ２に加熱して、表面に付着している水分及びＳＯＦ分を除去することもできる。第二温度Ｔ２は、２００℃を超え５００℃未満の範囲（例えば、３００℃）に設定することができる。非導電性のＳＯＦ分の含有量が多くなると、導電性のＳｏｏｔに基づくセンサ素子２０の出力への影響が無視できないものとなり、出力感度の低下や出力ばらつきの要因となる。その場合は、水分に加えて、非導電性のＳＯＦ分をも除去可能な第二温度Ｔ２にて加熱し、導電性のＳｏｏｔを残留させることで、ＰＭ堆積量をより正確に検出することができる。第二温度Ｔ２は２００℃以下であると、ＳＯＦ分の除去が不十分となり、５００℃を超えると粒子状物質が燃焼してしまうおそれがある。

【0041】

ステップＳ１５において、第一温度Ｔ１又は第二温度Ｔ２にて所定の期間、加熱を行うことで、粒子状物質に含まれる水分、又は、水分及びＳＯＦ分を除去することができる。その後、ステップＳ１６に進んで、センサ出力の検出を実施する。ステップＳ１６では、ＰＭセンサ２の出力値Ｓを読み込み、ステップＳ１７において、所定の閾値Ｓ0と比較して、センサ出力値Ｓが所定の閾値Ｓ0未満か否かを判定する（すなわち、Ｓ＜Ｓ0？）。

【0042】

閾値Ｓ0は、パティキュレートフィルタ１０１が正常である場合のセンサ出力を超える所定値であり、予め行われる実機試験等の結果に基づいて、吸入空気量等の運転条件の変化を考慮して決定される。閾値Ｓ0は、例えば、センサ制御部１０又はＥＣＵ１００の記憶領域に、エアフローメータ１０６によって検出される吸入空気量毎のマップ値として記憶しておくことができる。あるいは、吸入空気量等をパラメータとしてＥＣＵ１００の演算部にて、その都度、算出した閾値Ｓ0を、センサ制御部１０に出力するようにしてもよい。

【0043】

ステップＳ１７が肯定判定されたら、ステップＳ１８に進んで、パティキュレートフィルタ１０１は正常と判定する。ステップＳ１７が否定判定されたら、ステップＳ１９に進んで、パティキュレートフィルタ１０１に何らかの故障が生じているとして、故障判定する。その後、本処理を一旦終了する。

【0044】

次に、図７のタイムチャートにより、上記図５のフローチャートに従って故障検出処理を行った場合の効果を説明する。パティキュレートフィルタ１０１として、予めＰＭ捕集率が所定の基準値を下回るように構成された基準故障ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、基準故障ＤＰＦと称する）を用い、エンジンＥの排気管ＥＸに装着して、その下流の管壁にＰＭセンサ２を取り付けた。エンジンＥを冷間始動させたときのＰＭ排出量と、ＰＭセンサ２のセンサ出力値Ｓの時間変化を、従来の故障検出処理を行った場合（すなわち、図中の中段の比較形態１）と比較した。比較形態１による故障検出処理は、エンジンＥの始動後、排気管ＥＸ内の乾燥が完了した状態と判定されてから、センサ再生処理を行い、その後にＰＭ捕集を行ってセンサ出力値Ｓによる故障又は正常判定を行うものである。

【0045】

図７の上段に排気管ＥＸ中のＰＭ濃度の推移を示すように、時刻Ｔ0でエンジンＥが始動した後、エンジンＥの燃焼室へ燃料が噴射されて燃焼することで、排気管ＥＸへ排出される排気が増大する。これにより、時刻Ｔ0からやや時間をおいてＰＭ排出量が急増し、その後、燃焼が継続されて排気温度が上昇することで、ＰＭ排出量は急減する。その付近の時刻Ｔ1において、排気管ＥＸ内は乾燥状態となり、以後のＰＭ排出量はごくわずかとなる。そのため、図７の中段に示す比較形態１では、ＰＭ排出量が急減した後に、センサ素子２０を加熱してセンサ再生処理（例えば、７００℃）を行い、再生が終了する時刻Ｔ3以降にＰＭ堆積が開始されることになる。

【0046】

ところが、時刻Ｔ3においては、既に、エンジンＥの冷間始動に由来する過大なＰＭ排出が終了しており、また、暖機後に排出されるＰＭ量はごくわずかなため、センサ出力が立ち上がらず、時刻Ｔ3以降のセンサ出力値Ｓは閾値Ｓ0を大きく下回ったままとなる。そのため、パティキュレートフィルタ１０１の故障判定を正しく行うことができない。なお、比較形態例１においては、エンジン始動からセンサ再生が終了するまでの時間Ｔ0〜Ｔ3においては、センサ出力信号検出のための電圧印加がされないため、センサ出力はゼロとなっている。

【0047】

これに対して、図７の下段に示す実施形態１では、時刻Ｔ0でエンジンＥが始動した後に、ＰＭ堆積が開始される。時刻Ｔ1において乾燥判定が終了すると、水分を除去するための加熱（例えば、２００℃）が開始され、時刻Ｔ3より早い時刻Ｔ2にて水分除去が終了する。このとき、時間Ｔ0〜Ｔ1においてＰＭセンサ２に堆積した物質のうち水分のみが除去され導電成分である粒子状物質は残留している。なお、加熱による水分除去が終了するまでの時間Ｔ0〜Ｔ2においては、センサ出力信号検出のための電圧印加がされないため、センサ出力値Ｓはゼロとなっている。その後、ＰＭセンサ２からの出力信号検出を開始すると、冷間始動中に排出されたＰＭに起因するセンサ出力値Ｓが、速やかに立ち上がり、所定の閾値Ｓ0を超える。上述したように、閾値Ｓ0は、パティキュレートフィルタ１０１が故障したと判断可能なＰＭ量に相当するから、閾値Ｓ0に到達した時点で、故障判定がなされる。

【0048】

したがって、実施形態１によれば、冷間始動時においても、センサ出力値ＳがＰＭ排出量を反映したものとなり、所定の閾値Ｓ0とを比較することで、パティキュレートフィルタ１０１の故障検出を精度よく行うことができる。

【0049】

（実施形態２）
パティキュレートフィルタの故障検出装置の実施形態２について、図８〜図１０を参照して説明する。ＰＭセンサ２が備えるセンサ素子２０は、素子表面に粒子状物質を堆積させることによりセンサ出力が発生するものであればよく、センサ出力を間欠的又は不連続に発生するセンサ素子２０であっても、センサ出力を連続的に発生するセンサ素子２０であってもよい。上記実施形態１では、センサ出力を間欠的に発生する例として電気抵抗式のセンサ素子２０を用いたが、本形態では、センサ出力を連続的に発生する例として、静電容量式のセンサ素子２０を用いる。本形態における故障検出装置１、ＰＭセンサ２の基本構造は、上記実施形態１と同様であり、図示を省略する。以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0050】

図８に示すように、静電容量式のセンサ素子２０は、例えば、上記実施形態１と同様の一対の電極２１、２２を有し、電極間抵抗の変化を検出する代わりに、静電容量の変化を検出するものであればよい。具体的には、センサ素子２０の表面に、一対の電極２１、２２を覆うように誘電体層２６が形成されており、粒子状物質（すなわち、図７中のＰＭ）は、誘電体層２６上に堆積する。一対の電極２１、２２間の静電容量Ｃは、一般に下記式１で表される。
式１：Ｃ＝ε×（Ｓ／ｄ）
式１中、εは誘電率、Ｓは電極２１、２２の表面積、ｄは電極２１、２２間の距離である。
式１において、電極２１、２２の表面積Ｓは一定であるから、誘電体層２６上に粒子状物質が堆積することによって、電極２１、２２の間の誘電率εが変化すると、これに伴い静電容量Ｃが変化することになる。

【0051】

したがって、一対の電極２１、２２間の静電容量Ｃを測定することで、ＰＭセンサ２の出力値ＳからＰＭ堆積量を検出することができる。また、ＰＭセンサ２の出力値Ｓに基づいて、パティキュレートフィルタ１０１の故障又は正常判定を行うことができる。
また、本形態では、上記実施形態１のようにセンサ出力を初期値（すなわち、出力値Ｓ＝０）に戻してもよいが、初期値に戻さずに、連続的に発生するセンサ出力の差分に基づいてＰＭ堆積量を検出してもよい。その場合は、エンジンＥの停止中にセンサ再生処理を行わずに、センサ出力を記憶して次回の初期値Ｓ１とする。

【0052】

そのために、本形態における故障検出装置１は、センサ制御部１０に、上記図１における再生制御部１０Ａに代えて、出力記憶部１０Ｆを有する。
出力記憶部１０Ｆは、エンジンＥの停止時又は停止中に、ＰＭセンサ２の出力値を次回始動時の初期値Ｓ１として記憶する。
また、ＥＣＵ１００には、エンジンＥの始動を判定する始動判定部１０Ｂと、
エンジンＥの運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定部１０Ｃと、が設けられ、センサ制御部１０には、
エンジンＥの次回始動後に、排気中の水滴無と判定されたときにヒータ部３を作動させて、センサ素子２を、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度Ｔ１に加熱する加熱制御部１０Ｄと、
加熱制御部１０Ｃによる加熱後に、ＰＭセンサ２の出力値Ｓと初期値Ｓ１との差分に基づいて、パティキュレートフィルタ１０１の故障の有無を判定する故障判定部１０Ｅと、が設けられる。

【0053】

なお、上記実施形態１と同様に、センサ出力を初期値に戻す処理を行う場合には、上記実施形態１と同様の再生制御部１０Ａを設けることができる。そして、エンジンＥの停止中にヒータ部３を作動させて、センサ素子２０を再生温度Ｔに加熱し、粒子状物質を燃焼除去する。その場合は、加熱制御部１０Ｄと、故障判定部１０Ｅによる処理も、上記実施形態１と同様に行う。

【0054】

故障検出装置１は、具体的には、出力記憶部１０Ｆ、始動判定部１０Ｂ、乾燥判定部１０Ｃ、加熱制御部１０Ｄ及び故障判定部１０Ｅが、以下の出力記憶工程、始動判定工程、乾燥判定工程、加熱工程及び故障判定工程を、順次実行することにより、パティキュレートフィルタ１０１の故障を検出する。
すなわち、出力記憶部１０Ｆは、エンジンＥが停止したと判定されると、エンジンＥの停止時又は停止中に、ＰＭセンサ２の出力値Ｓを次回始動時の初期値Ｓ１として記憶する出力記憶工程を実行する。
その後、始動判定部１０Ｂが、出力記憶工程後のエンジンＥの始動を判定する始動判定工程を実行する。また、エンジンＥの始動と共にセンサ素子２０による粒子状物質の捕集が開始される。
次いで、乾燥判定部１０Ｃが、エンジンＥの次回始動後の運転中に、排気中の水滴の有無を判定する乾燥判定工程を実行する。
さらに、加熱制御部１０Ｄが、乾燥判定工程により水滴無と判定されたときに、ヒータ部３を作動させて、センサ素子２０を加熱する加熱工程を実行する。このとき、センサ素子２０は、堆積した粒子状物質を残留させ粒子状物質に含まれる水分を除去可能な第一温度Ｔ１に加熱される。
そして、故障判定部１０Ｅが、加熱工程による加熱後に、ＰＭセンサ２の出力値Ｓと初期値Ｓ１との差分に基づいて、パティキュレートフィルタ１０１の故障の有無を判定する故障判定工程を実行する。

【0055】

以下に、これら各工程について詳細に説明する。図９に示されるフローチャートは、故障検出装置１において周期的に実行される故障検出処理の一例であり、ステップＳ２２が出力記憶工程に、ステップＳ２３が始動判定工程に、ステップＳ２４が乾燥判定工程に、ステップＳ２５が加熱工程に、ステップＳ２６〜Ｓ２９が故障判定工程に、それぞれ対応する。

【0056】

まず、故障検出処理が開始されると、ステップＳ２１において、エンジンＥが停止したか否かを判定する。エンジンＥの停止判定は、上記実施形態１におけるステップＳ１１と同様にして行うことができる。ステップＳ２１が肯定判定されたら、ステップＳ１２に進んでＰＭセンサ２を再生する。否定判定された場合は、肯定判定されるまで、ステップＳ２１を繰り返す。

【0057】

ステップＳ２２では、この時点におけるＰＭセンサ２の出力値Ｓを次回始動時の初期値Ｓ１として、例えば、センサ制御部１０の記憶領域に記憶する。続いて、ステップＳ２３へ進んで、エンジンＥが始動したか否かを判定する。エンジンＥの始動判定は、上記実施形態１におけるステップＳ１３と同様にして行うことができ、好適には、ＰＭセンサ２の被水の可能性がある冷間始動であることを条件として、ステップＳ１２を肯定判定することが望ましい。

【0058】

エンジンＥが始動し、ステップＳ２３が肯定判定されると、例えば、センサ素子２０の一対の電極２１、２２間に検出用電圧が印加され、ＰＭセンサ２による粒子状物質の捕集が開始される。続いて、ステップＳ２４に進んで、上記実施形態１におけるステップＳ１４と同様にして乾燥判定を行い、また、乾燥判定の終了条件となったか否かを判定する。ステップＳ２４が、否定判定された場合には、肯定判定されるまで、ステップＳ２４において乾燥判定を繰り返し、乾燥して水滴がない状態と判定されたら、乾燥判定を終了してステップＳ２５へ進む。

【0059】

ステップＳ２５では、ＰＭセンサ２のセンサ素子２０に内蔵されるヒータ部３を作動させる。そして、上記実施形態１におけるステップＳ２５と同様にして、センサ素子２０を所定の第一温度Ｔ１（例えば、２００℃）に加熱して、表面に付着している水分を除去する。あるいは、ステップＳ２５において、センサ素子２０を、第一温度Ｔ１に代えて、所定の第二温度Ｔ２（例えば、３００℃）に加熱して、表面に付着している水分及びＳＯＦ分を除去することもできる。

【0060】

ステップＳ２５において、第一温度Ｔ１又は第二温度Ｔ２にて所定の期間、加熱を行うことで、粒子状物質に含まれる水分、又は、水分及びＳＯＦ分を除去することができる。その後、ステップＳ２６に進んで、センサ出力の検出を実施する。ステップＳ２６では、ＰＭセンサ２のセンサ出力値Ｓを読み込み、さらに、ステップＳ２２で記憶した初期値Ｓ１を用いて、センサ出力値Ｓと初期値Ｓ１との差分であるＳ−Ｓ１を算出する。次いで、ステップＳ２７に進んで、所定の閾値Ｓ0を読み込み、差分Ｓ−Ｓ１が所定の閾値Ｓ0未満か否かを判定する（すなわち、Ｓ−Ｓ１＜Ｓ0？）。閾値Ｓ0は、静電容量式のセンサ素子２０を備えるＰＭセンサ２について、予め実機試験等を行って、適宜決定されるものである。

【0061】

ステップＳ２７が肯定判定されたら、ステップＳ２８に進んで、パティキュレートフィルタ１０１は正常と判定する。ステップＳ２７が否定判定されたら、ステップＳ２９に進んで、パティキュレートフィルタ１０１に何らかの故障が生じているとして、故障判定する。その後、本処理を一旦終了する。

【0062】

次に、図１０のタイムチャートにより、上記図９のフローチャートに従って故障検出処理を行った場合の効果を説明する。この場合も、パティキュレートフィルタ１０１として、実施形態１と同様の基準故障ＤＰＦを用いて試験を行い、エンジンＥを冷間始動させたときのＰＭ排出量と、ＰＭセンサ２の出力値の時間変化を、従来の故障検出処理を行った場合（すなわち、図中の中段の比較形態２）と比較した。

【0063】

比較形態２では、実施形態２と同様に、センサ信号を連続的に出力可能な静電容量式のセンサ素子２０を備えるＰＭセンサ２を用いており、それ以外は、比較形態１と同様にして故障判定を行っている。すなわち、エンジンＥの始動後、排気管ＥＸ内の乾燥が完了した状態と判定されてから、センサ再生処理を行い、その後にＰＭ捕集を行った場合のセンサ出力値Ｓによる故障判定を行うものである。

【0064】

図１０の上段に示す排気管ＥＸ中のＰＭ濃度の推移は、上記図７と同様であり、時刻Ｔ0でエンジンＥが始動した時刻Ｔ0からやや時間をおいてＰＭ排出量が急増し、その後、ＰＭ排出量は急減する。その付近の時刻Ｔ1において、排気管ＥＸ内は乾燥状態となり、以後のＰＭ排出量はごくわずかとなる。そのため、図９の中段に示す比較形態２では、ＰＭ排出量が急減した後に、センサ素子２０を加熱してセンサ再生処理（例えば、７００℃）を行い、再生が終了する時刻Ｔ3以降にＰＭ堆積が開始されることになる。

【0065】

これにより、比較形態１では、センサの再生が終了するまでの時間Ｔ0〜Ｔ3においては、センサ信号検出のための電圧印加がなされずにセンサ出力はゼロとなっており、時刻Ｔ3以降においてセンサ出力が徐々に増加するものの、センサ出力値Ｓは閾値Ｓ0を大きく下回ったままとなる。これは、時刻Ｔ3においては、既に、エンジンＥの冷間始動に由来する過大なＰＭ排出が終了しており、また、暖機後に排出されるＰＭ量はごくわずかなためである。そのため、パティキュレートフィルタ１０１の故障判定を精度よく行うことができない。

【0066】

これに対して、図１０の下段に示す実施形態２では、時刻Ｔ0でエンジンＥが始動した後に、ＰＭ堆積が開始される。時刻Ｔ1において乾燥判定が終了すると、水分を除去するための加熱（例えば、２００℃）が開始され、時刻Ｔ3より早い時刻Ｔ2にて水分除去が終了する。このとき、時間Ｔ0〜Ｔ1においてＰＭセンサ２に堆積した物質のうち水分のみが除去され導電成分である粒子状物質は残留している。加熱による水分除去が終了するまでの時間Ｔ0〜Ｔ2においては、センサ信号検出のための電圧印加がされないため、センサ出力値Ｓはゼロとなっている。その後、ＰＭセンサ２の信号検出を開始すると、冷間始動中に排出されたＰＭに起因するセンサ出力値Ｓが、直ちに立ち上がる。

【0067】

したがって、センサ出力値Ｓと初期値Ｓ１との差分Ｓ−Ｓ１（すなわち、図中のΔＳ）が、所定の閾値Ｓ0よりも大きくなり、故障判定が可能になる。このように、本形態によっても、冷間始動時において、ＰＭ排出量を反映した値である差分Ｓ−Ｓ１と所定の閾値Ｓ0とを比較することで、パティキュレートフィルタ１０１の故障検出を精度よく行うことができる。

【0068】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、上記実施形態では、過給機及びＥＧＲ機構を備える内燃機関への適用例を示したが、内燃機関を含むシステム構成は、適宜変更することができる。また、内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されるものでなく、ガソリンエンジン、ガスエンジンその他であってもよい。また、自動車用に限らず各種用途に利用することができ、ＰＭセンサやセンサ素子の構造も、適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ 故障検出装置
１０Ａ 再生制御部
１０Ｂ 始動判定部
１０Ｃ 乾燥判定部
１０Ｄ 加熱制御部
１０Ｅ 故障判定部
１０１ パティキュレートフィルタ
２ ＰＭセンサ（センサ）
２０ センサ素子（粒子状物質検出部）
３ ヒータ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】