パティキュレートフィルタの故障検出装置
【課題】ＤＰＦの故障を精度良く検出できる故障検出装置を提供すること。
【解決手段】ＤＰＦの下流にＰＭ量を検出する電極式のＰＭセンサを設ける。ＤＰＦに流入される流入ＰＭ量を推定する（Ｓ１１）。故障時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集率を推定する（Ｓ１２）。流入ＰＭ量及び捕集率に基づいて故障時におけるＤＰＦから流出される流出ＰＭ量を推定する（Ｓ１３）。電極温度等に基づいてＰＭセンサのＰＭ付着率を推定する（Ｓ１４）。流出ＰＭ量及びＰＭ付着率に基づいて故障時におけるＰＭセンサのＰＭ付着量を推定する（Ｓ１５）。ＰＭ付着量の積算値がＰＭセンサの通電が開始される通電付着量以上か否かを判断する（Ｓ１６）。通電付着量以上の場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、ＰＭセンサの出力の有無を確認する（Ｓ１７）。出力されている場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）ＤＰＦが故障していると判定する（Ｓ１８）。
【解決手段】ＤＰＦの下流にＰＭ量を検出する電極式のＰＭセンサを設ける。ＤＰＦに流入される流入ＰＭ量を推定する（Ｓ１１）。故障時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集率を推定する（Ｓ１２）。流入ＰＭ量及び捕集率に基づいて故障時におけるＤＰＦから流出される流出ＰＭ量を推定する（Ｓ１３）。電極温度等に基づいてＰＭセンサのＰＭ付着率を推定する（Ｓ１４）。流出ＰＭ量及びＰＭ付着率に基づいて故障時におけるＰＭセンサのＰＭ付着量を推定する（Ｓ１５）。ＰＭ付着量の積算値がＰＭセンサの通電が開始される通電付着量以上か否かを判断する（Ｓ１６）。通電付着量以上の場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、ＰＭセンサの出力の有無を確認する（Ｓ１７）。出力されている場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）ＤＰＦが故障していると判定する（Ｓ１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気に含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される煤を抑制するために、煤を構成する粒状物資、いわゆるパティキュレートマター（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、パティキュレートフィルタ）が排気通路に設けられることがある。そのＤＰＦは、ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する再生処理が定期的に行われることで、繰り返し使用できるようになっている。しかし、その再生処理などが原因でＤＰＦが過昇温する場合があり、その過昇温が原因でＤＰＦが溶損したり割れたりする場合（ＤＰＦの故障）がある。ＤＰＦが故障すると、そのＤＰＦを通過してしまうＰＭが多くなってしまうので、排ガス規制を満たさなくおそれがでてくる。また、近年、車両に搭載されるコンピュータが行う自己故障診断（ＯＢＤ：Ｏｎ−ｂｏａｒｄ−ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の要請により、ＤＰＦの故障を検出する故障検出装置の開発が望まれている。そして、従来、その故障検出装置として、ＰＭ量を検出する電極式のＰＭセンサ（特許文献１、２参照）を利用した故障検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
電極式のＰＭセンサは、絶縁基板上に一対の電極が設けられる形で構成される。そのＰＭセンサは、排気通路に設けられ、一対の電極間に電圧が印加されて使用される。排気に含まれるＰＭは、ＰＭセンサの一対の電極間に付着する。ＰＭはカーボン粒子から構成されており導電性を有するので、ＰＭの付着量が多くなると電極間に電流が流れる（通電する）。その電流の値は、ＰＭの付着量に応じた値、つまり、排気に含まれるＰＭ量に応じた値となるので、その電流値（電流値に相当する電極間の抵抗値）を読み取ることでＰＭ量を検出するというものである。ＤＰＦが故障するとＤＰＦを通過するＰＭ量が多くなり、ＰＭセンサの電極間の抵抗値が小さくなることから、特許文献１の故障検出装置では、ＰＭセンサの抵抗値（ＰＭセンサの出力）が所定基準より小さくなったことを検出した場合に、ＤＰＦが故障したと判定している。つまり、特許文献１の故障検出装置では、ＰＭセンサの出力の絶対値に基づいて、ＤＰＦの故障を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４４５７７号公報
【特許文献２】特開昭６２−３５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＰＭセンサの電極間に付着したＰＭの電気抵抗は温度の影響によって大きく変化するので、ＰＭセンサの出力の絶対値からＰＭ量を推定することは困難である。つまり、特許文献１の故障検出装置では、ＤＰＦが正常であるにも関わらず故障と判定したり、反対に、故障しているにも関わらず正常であると判定したりする可能性があり、精度良くＤＰＦの故障を検出しているとは言えない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタの故障を精度良く検出できるパティキュレートフィルタの故障検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置は、内燃機関の排気通路に設けられた、排気に含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路の前記パティキュレートフィルタの下流に設けられ、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれるパティキュレートマターの量であるＰＭ量を検出するＰＭセンサであって、電極を有し、その電極に付着したパティキュレートマターを流れる電流によって前記ＰＭ量を検出するＰＭセンサと、
前記電極に付着したパティキュレートマターによって通電が開始される時期を通電時期として、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記通電時期である故障時通電時期を推定する時期推定手段と、
実際の前記通電時期が前記故障時通電時期よりも先の場合に、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、時期推定手段が、パティキュレートフィルタが故障した場合におけるＰＭセンサの通電時期（故障時通電時期）を推定する。ＰＭセンサの通電時期は、電極間に付着したＰＭの付着量に影響されるものであり、電極間に付着したＰＭの温度変化（ＰＭの電気抵抗変化）にはそれほど影響されない。また、パティキュレートフィルタが故障している場合には、パティキュレートフィルタを通過するＰＭが多くなるので、正常時に比べて早くＰＭセンサが通電する。よって、故障判定手段が、実際の通電時期が推定の故障時通電時期よりも先の場合にパティキュレートフィルタが故障していると判定しているので、電極間に付着したＰＭの温度変化に関わらず、パティキュレートフィルタの故障を精度良く検出できる。
【０００９】
また、本発明におけるＰＭセンサは、前記ＰＭセンサを加熱して前記電極に付着したパティキュレートマターを燃焼除去するヒータを含み、
前記時期推定手段は、前記ヒータによる前記燃焼除去後における前記故障時通電時期を推定するものであることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、ＰＭセンサはＰＭを燃焼除去するヒータを含んでいるので、そのヒータによってＰＭを燃焼除去することにより、ＰＭセンサを継続的に使用することができる。この場合、時期推定手段が燃焼除去後における故障時通電時期、つまり、燃焼除去されて電極間にＰＭが付着されていない状態からの故障時通電時期を推定しているので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。
【００１１】
また、本発明における時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタに流入するＰＭ量である流入ＰＭ量を推定する流入ＰＭ量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタによる前記パティキュレートマターの捕集率である故障時捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記流入ＰＭ量推定手段が推定した前記流入ＰＭ量と前記捕集率推定手段が推定した前記故障時捕集率とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタから流出される前記ＰＭ量である故障時流出ＰＭ量を推定する流出ＰＭ量推定手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記流出ＰＭ量推定手段が推定した前記故障時流出ＰＭ量に基づいて前記故障時通電時期を推定することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、パティキュレートフィルタが故障すると、正常時に比べてＰＭの捕集率が低下してＤＰＦから流出される流出ＰＭ量が増加するところ、捕集率推定手段がパティキュレートフィルタの故障時における故障時捕集率を推定し、流出ＰＭ量推定手段が流入ＰＭ量とその故障時捕集率とに基づいて故障時流出ＰＭ量を推定するので、精度の高い故障時流出ＰＭ量の推定値を得ることができる。ＰＭセンサの通電時期はその故障時流出ＰＭ量に影響され、時期推定手段が故障時流出ＰＭ量に基づいて故障時通電時期を推定しているので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明における時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれる全パティキュレートマターのうち、前記電極に付着されるパティキュレートマターの比率を示すＰＭ付着率を推定する付着率推定手段と、
その付着率推定手段が推定した前記ＰＭ付着率と前記故障時流出ＰＭ量とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記電極へのパティキュレートマターの付着量である故障時ＰＭ付着量を時間の経過にともなって積算して算出する付着量算出手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記付着量算出手段が算出した前記故障時ＰＭ付着量が前記通電時期の付着量として予め定められた通電付着量以上となった時期を前記故障時通電時期と推定するものであることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、通電時期は電極間に付着したＰＭ付着量の積算値に影響されるところ、付着量算出手段が時間の経過にともなって積算して故障時ＰＭ付着量を算出し、時期推定手段がその故障時ＰＭ付着量が通電付着量以上となった時期を故障時通電時期と推定するので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。この場合、ＰＭ付着量はＰＭ付着率に影響されるところ、付着率推定手段がＰＭ付着率を推定し、付着量算出手段がそのＰＭ付着率と故障時流出ＰＭ量とに基づいて故障時ＰＭ付着量を算出するので、精度の高い故障時ＰＭ付着量の推定値を得ることができる。
【００１５】
また、本発明における捕集率推定手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積されているＰＭ堆積量を算出する堆積量算出手段を含み、その堆積量算出手段が算出した前記ＰＭ堆積量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、捕集率はＰＭ堆積量に応じて変化するという知見を得ているところ、捕集率推定手段がＰＭ堆積量に基づいて故障時捕集率を推定するので、精度の高い故障時捕集率の推定値を得ることができる。
【００１７】
また、本発明における捕集率推定手段は、排気流量を算出する排気流量算出手段を含み、その排気流量算出手段が算出した前記排気流量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、捕集率は排気流量に応じて変化するという知見を得ているところ、捕集率推定手段が排気流量に基づいて故障時捕集率を推定するので、精度の高い故障時捕集率の推定値を得ることができる。
【００１９】
また、本発明における付着率推定手段は、前記電極の温度を推定する電極温度推定手段を含み、その電極温度推定手段が推定した前記電極の温度が高いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、ＰＭセンサの電極の温度が高いほど熱泳動の影響によってＰＭ付着率が低下するという知見を得ているところ、電極温度推定手段が電極の温度を推定し、付着率推定手段がその電極の温度が高いほど小さくなるＰＭ付着率を推定するので、精度の高いＰＭ付着率の推定値を得ることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記ヒータの電気抵抗であるヒータ抵抗を測定するヒータ抵抗測定手段を備え、前記電極温度推定手段は、前記ヒータ抵抗測定手段が測定した前記ヒータ抵抗に基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする。
【００２２】
これによれば、電極の温度はヒータ抵抗に応じた温度となるという知見を得ているところ、ヒータ抵抗測定手段がヒータ抵抗を測定し、電極温度推定手段がそのヒータ抵抗に基づいて電極の温度を推定するので、精度の高い電極の温度の推定値を得ることができる。
【００２３】
また、本発明における電極温度推定手段は、前記電極と排気との間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段を含み、その熱交換量算出手段が算出した前記熱交換量と前記電極の熱容量とに基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする。
【００２４】
これによれば、熱交換量算出手段が電極と排気との間の熱交換量を算出するので、電極が排気によってどの程度の熱が奪われるかを把握できる。電極の温度は、その奪われた熱の量（熱交換量）と電極の熱容量とによって変化するところ、電極温度推定手段がその熱交換量と電極の熱容量とに基づいて電極の温度を推定しているので、精度の高い電極の温度の推定値を得ることができる。
【００２５】
また、本発明における付着率推定手段は、排気流量が大きいほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする。
【００２６】
これによれば、ＰＭ付着率は排気流量が大きいほど低下するという知見を得ているところ、付着率推定手段が排気流量が大きいほど小さくなるＰＭ付着率を推定するので、精度の高いＰＭ付着率の推定値を得ることができる。
【００２７】
また、本発明における付着率推定手段は、前記ヒータによる燃焼除去終了からの経過時間が短いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする。
【００２８】
これによれば、ヒータによる燃焼除去終了からの経過時間が短いほど電極の温度は高くなっており、電極の温度が高いと上記したように熱泳動に影響によってＰＭ付着率が低下するという知見を得ているので、付着率推定手段が経過時間が短いほど小さくなるＰＭ付着率を推定することで、精度の高いＰＭ付着率の推定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】車両のエンジンシステム１の構成を示した図である。
【図２】ＰＭセンサ４１を説明する図である。
【図３】ＤＰＦ３０の故障を検出する故障検出処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】図３のＳ１２の詳細手順を示したフローチャートである。
【図５】ＰＭ堆積量、排気流量と捕集率との関係を示した図である。
【図６】図３のＳ１４の詳細手順を示したフローチャートである。
【図７】電極温度とＰＭ付着率との関係を説明する図である。
【図８】電極温度の推定方法を説明する図である。
【図９】ヒータ抵抗を測定する測定回路７０を示した図である。
【図１０】経過時間、排気流量とＰＭ付着率との関係を示した図である。
【図１１】故障時通電時期の推定方法及びその故障時通電時期に基づいてＤＰＦの故障判定方法を説明する図である。
【図１２】変形例１に係る故障検出処理の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明が具現化された車両のエンジンシステム１の構成を示した図である。エンジンシステム１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０（以下エンジンという）を備えている。そのエンジン１０には、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ１１が設けられている。エンジン１０は、そのインジェクタ１１から噴射された燃料が燃焼室で自己着火することで、動力を生み出すものである。
【００３１】
エンジン１０の排気通路２１には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３０が設置されている。ＤＰＦ３０は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして構成される。エンジン１０から排出された排気は、ＤＰＦ３０の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間に排気に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。そのＰＭは、煤を構成するものであり、カーボン粒子から構成されている。
【００３２】
ＤＰＦ３０は無尽蔵にＰＭを捕集できるわけではないので、ＤＰＦ３０に堆積されたＰＭの量（ＰＭ堆積量）が多くなると、堆積されたＰＭを燃焼除去してＤＰＦ３０を再生させる再生処理が実行されるようになっている。その再生処理は、例えば、エンジン１０の動力を得る（出力トルクを生成する）ためになされるメインの燃料噴射（主噴射）から所定時間遅れた時期に１回又は多段噴射のポスト噴射を実行することによって行われる。詳しくは、このポスト噴射により、排気温度を上昇させるとともに、ＤＰＦ３０の上流側に設けられた酸化触媒（ＤＯＣ、図示外）に対して未燃燃料（炭化水素、ＨＣ）を添加してその反応熱でＰＭを燃焼させる。
【００３３】
ＤＰＦ３０の再生処理が原因で、ＤＰＦ３０が過昇温する場合がある。詳しくは、再生処理からアイドル状態に変わったときに、アイドル状態では吸気が絞られているためにＤＰＦ３０内にＰＭ燃焼に伴い発生した熱がこもってしまい、それによって、ＤＰＦ３０が過昇温する場合がある。そして、その過昇温によって、ＤＰＦ３０が溶損したり、ＤＰＦ３０内の温度差による熱応力によってＤＰＦ３０が割れたりする場合（ＤＰＦ３０の故障）がある。ＤＰＦ３０が故障すると、ＰＭの捕集能力が落ちてしまい、車外に排出されるＰＭ量が増加してしまう。そこで、本実施形態のエンジンシステム１では、車外に排出されるＰＭ量が一定以上になる場合をＤＰＦ３０の故障として、そのＤＰＦ３０の故障を検出している。その検出方法の詳細は後述する。
【００３４】
排気通路２１のＤＰＦ３０よりも下流側２１ａには、ＰＭ量を検出するＰＭセンサ４１が設けられている。ここで、図２は、ＰＭセンサ４１の構造や機能等を説明する図である。図２（ａ）は、図１のＰＭセンサ４１付近の領域Ａの拡大図を示している。なお、図２（ａ）では、ケース４１１内に設けられた基板４１２を透視して示している。また、図２（ａ）では、基板４１２を横から見た図を示している。図２（ａ）に示すように、ＰＭセンサ４１は、内部が中空にされたケース４１１を備えており、そのケース４１１が排気通路２１ａ内に露出される形で設けられている。そのケース４１１には、ケース４１１内外を連絡する複数の孔４１１ａが形成されており、排気の一部がそれら孔４１１ａからケース４１１内に侵入できるようになっている。また、ケース４１１にはケース４１１内に侵入した排気が排出される排出孔４１１ｂが形成されている。なお、図２（ｂ）では、ケース４１１の先端に排出孔４１１ｂが形成されている例を示している。
【００３５】
ケース４１１内には基板４１２が設けられる。その基板４１２はアルミナ等の絶縁性の材料から形成された基板である。図２（ｂ）は、基板４１２の一方の基板面４１２ａ（以下、表面という）を上から見た図を示している。図２（ｂ）に示すように、基板４１２の表面４１２ａには、互いに離間し、かつ対向する形で設けられた一対の電極４１３（電極４１３ａ、４１３ｂ）が設けられている。それら電極４１３ａ、４１３ｂ間には一定の電圧が印加されている。ケース４１１内に侵入した排気に含まれるＰＭの一部は基板４１２の表面４１２ａ（厳密には、電極４１３ａ、４１３ｂ間）に付着する。基板４１２に付着しなかったＰＭは、ケース４１１に形成された排出孔４１１ｂから排出される。
【００３６】
図２（ｃ）は、基板４１２の他方の基板面４１２ｂ（以下、裏面という）を上から見た図を示している。図２（ｃ）に示すように、基板４１２の裏面４１２ｂには、基板４１２を加熱する白金Ｐｔ等の電熱線から構成されたヒータ４１４が設けられている。そのヒータ４１４は、基板４１２を加熱して、基板４１２に設けられた電極４１３ａ、４１３ｂ間に付着されたＰＭを燃焼除去するためのものである。これによって、ＰＭセンサ４１で繰り返しＰＭ量を検出できるようにしている。
【００３７】
図２（ｄ）は、ＰＭセンサ４１の出力信号を測定する測定回路を示した図である。図２（ｅ）は、ＰＭセンサ４１の出力信号を示した図であり、具体的には、ＰＭセンサ４１の出力信号Ｖの時間変化を示したライン１０１、１０２を示している。第一のライン１０１は、ＤＰＦ３０が正常時の場合におけるラインであり、第二のライン１０２は、ＤＰＦ３０が故障時の場合におけるラインである。図２（ｄ）に示すように、ＰＭセンサ４１の一対の電極４１３ａ、４１３ｂ間に一定の電圧を印加する電圧源Ｅ１が設けられる。基板４１２は絶縁性の材料で形成されており、二つの電極４１３ａ、４１３ｂは離間されているので、ＰＭが付着されていない状態では、それら電極４１３ａ、４１３ｂ間は絶縁されている。つまり、それら電極４１３ａ、４１３ｂ間には電流Ｉ１は流れない。
【００３８】
この状態で、二つの電極４１３ａ、４１３ｂ間にＰＭが付着すると、その付着量が少ないうちは電極４１３ａ、４１３ｂ間には電流Ｉ１が流れない。しかし、時間の経過にともなって一定の量以上のＰＭが付着すると、ＰＭはカーボン粒子から構成されており導電性を有するので、二つの電極４１３ａ、４１３ｂ間に付着されたＰＭに電流Ｉ１が流れる。つまり、二つの電極４１３ａ、４１３ｂ間が導通する。図２（ｄ）に示すように、その電流Ｉ１が流れるライン上には電流検出用の抵抗Ｒ１（シャント抵抗）が設けられている。そして、そのシャント抵抗Ｒ１の両端電圧を測定することで、電流Ｉ１に応じた出力信号Ｖを得ている。
【００３９】
図２（ｅ）に示す時間ｔ＝０が基板４１２にＰＭの付着が開始される時間とすると、時間ｔ＝０から間もないうちは出力信号Ｖはゼロとされている。これは、上述したように、ＰＭ付着量が未だ少ないために電極４１３ａ、４１３ｂ間が導通されていないためである。時間ｔの経過にともなってＰＭ付着量が増えてくると、ある時期から出力信号Ｖが現れ始める。この時期を通電時期とすると、図２（ｅ）では、正常時における通電時期をｔａ、故障時における通電時期をｔｃで示している。
【００４０】
以下、正常時におけるライン１０１を参照して説明すると、通電時期ｔａの後、時間の経過にともなってＰＭ付着量が増加していくので、電流Ｉ１、すなわち出力信号Ｖが増加していく。その出力信号Ｖは基板４１２に付着したＰＭ付着量に応じた値となり、そのＰＭ付着量は排気に含まれるＰＭ量に応じた値となるので、出力信号Ｖを読み取ることで排気に含まれるＰＭ量を検出することができる。ただし、上記「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、基板４１２に付着したＰＭの電気抵抗は温度の影響によって大きく変化するので、出力信号Ｖの絶対値からＰＭ量の正確な値を検出するのは困難とされる。
【００４１】
また、前回のＰＭ量の検出時に付着されたＰＭが基板４１２にそのまま残っていると、今回の検出時に正確なＰＭ量を検出できなくなってしまう。そこで、ＰＭセンサ４１では、定期的に、ヒータ４１４（図２（ｃ）参照）で基板４１２を加熱して、基板４１２に付着されたＰＭを燃焼除去している。なお、ヒータ４１４は、ＰＭが燃焼除去される温度として例えば約７００℃で基板４１２を加熱している。この場合、図２（ｅ）に示す点Ｐの時点ｔｂでＰＭが燃焼除去されたとすると、時点ｔｂにおいて出力信号Ｖはゼロにリセットされる。その後、再度、ＰＭが基板４１２に付着し始め、時点ｔｂを基準とした通電時期ｔａから出力信号Ｖが現れ始める。
【００４２】
また、排気に含まれるＰＭ量が多いと、基板４１２に付着する付着量が多くなるので、早く通電する。よって、ＤＰＦ３０の故障時には、正常時に比べてＤＰＦ３０を通り抜けるＰＭ量が多くなるので、図２（ｅ）に示すように、故障時の通電時期ｔｃは正常時の通電時期ｔａに比べて先とされている。
【００４３】
図１の説明に戻り、エンジンシステム１には、ＤＰＦ３０の前後差圧を検出する差圧センサ４２が設けられている。その差圧センサ４２は、一端側がＤＰＦ３０上流の排気通路２１に、他端側はＤＰＦ３０下流の排気通路２１にそれぞれ接続される。また、排気通路２１のＤＰＦ３０の上流側には、排気温を検出する排気温センサ４３が設けられている。エンジンシステム１の吸気通路５２には、新気量を検出するエアフロメータ４４やエンジン１０に取り込まれる新気量の増減を調整するスロットル弁４５（吸気絞り弁）が設けられている。また、エンジンシステム１には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ４６が設けられている。その回転数センサ４６は、例えばエンジン１０から連結されたクランク１２の回転角度を計測するクランク角センサとすればよい。また、エンジンシステム１には、運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルの状態（変位量）を検出するアクセルセンサ４７も設けられている。それら各センサ４１〜４７の信号は、後述するＥＣＵ６０に送られるようになっている。さらに、エンジンシステム１は、排気の一部を吸気系に再循環することにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を低減するＥＧＲシステム５０も備えている。
【００４４】
エンジンシステム１は、そのエンジンシステム１の全体制御を司るＥＣＵ６０を備えている。そのＥＣＵ６０は、通常のコンピュータの構造を有するものとし、各種演算を行うＣＰＵ（図示外）や各種情報の記憶を行うメモリ６１を備えている。ＥＣＵ６０は、例えば、上記各種センサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１０への燃料噴射を制御する。また、ＥＣＵ６０は、ＤＰＦ３０の故障を検出する故障検出処理を実行する。以下、その故障検出処理の詳細を説明する。
【００４５】
図３は、ＥＣＵ６０が実行する故障検出処理の手順を示したフローチャートを示している。この図３の処理は、ＰＭセンサ４１のヒータ４１４（図２（ｃ）参照）によるＰＭの燃焼除去が終了された直後（図２（ｅ）では時点ｔｂ）に開始される。先ず、ＤＰＦ３０に流入されるＰＭ量である流入ＰＭ量を推定する（Ｓ１１）。この流入ＰＭ量はエンジン１０から排出されるＰＭ量であり、そのＰＭ量はエンジン１０の回転数及び燃料噴射量に関係する。そこで、このＳ１１では、例えばエンジン１０の回転数及び燃料噴射量に基づいて、流入ＰＭ量を推定する。具体的には、エンジン１０の回転数及び燃料噴射量をパラメータとして流入ＰＭ量のマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、回転数センサ４６（図１参照）で検出された今回の回転数及びインジェクタ１１（図１参照）で噴射される噴射量の指令値に対応する流入ＰＭ量を、そのマップから読み出す。
【００４６】
次いで、ＤＰＦ３０が故障した場合におけるＤＰＦ３０によるＰＭの捕集率（故障時捕集率）を推定する（Ｓ１２）。なお、ここで言う「ＤＰＦ３０が故障した場合」とは、具体的には、故障によりＤＰＦ３０の捕集率が著しく低下し、ＯＢＤ（Ｏｎ−ｂｏａｒｄ−ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の規制値を満足することができない場合を言う。ＯＢＤの規制値は、ＥＵＲＯ６等の法による規制値より厳しめに設定される。例えば、特定の走行モードにおいて、法による規制値がＰＭ＝４．５ｍｇ／ｋｍとしたときに、ＯＢＤの規制値は例えばその２倍のＰＭ＝９．０ｍｇ／ｋｍに設定される。
【００４７】
ここで、図４は、Ｓ１２の処理の詳細手順のフローチャートを示している。ＤＰＦ３０が故障すると、正常時に比べてＰＭの捕集率が低下することになるが、本発明者らは、ＤＰＦ３０内に堆積されているＰＭ堆積量や排気流量によって捕集率が変化するという知見を得ている。そこで、故障時捕集率を推定するために、先ず、ＤＰＦ３０内に堆積されているＰＭ堆積量を算出する（Ｓ１２１）。ＰＭ堆積量が多くなるとＤＰＦ３０の前後差圧が大きくなるので、Ｓ１２１では、例えばその前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を算出する。具体的には、ＤＰＦ３０の前後差圧とＰＭ堆積量との関係のマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、差圧センサ４２（図１参照）で検出された今回の前後差圧に対応するＰＭ堆積量を、そのマップから読み出す。
【００４８】
次いで、排気流量を算出する（Ｓ１２２）。なお、ここでは排気の体積流量を算出する。具体的には、例えば、エアフロメータ４４によって吸気量を算出する。そして、その吸気量を、排気温センサ４３で検出される排気温に応じた排気の膨張分や、圧力センサ（図示外）で検出される圧力に応じた排気の圧縮分で補正することで、排気流量を算出する。
【００４９】
次いで、それらＰＭ堆積量、排気流量に基づいて故障時捕集率を算出する（Ｓ１２３）。ここで、図５は、それらＰＭ堆積量、排気流量と捕集率との関係を示した図であり、具体的には、図５（ａ）はＰＭ堆積量と捕集率との関係を示したグラフ１１０を示している。そのグラフ１１０には、ＤＰＦ３０の正常時におけるＰＭ堆積量と捕集率との関係を示したライン１１１と、ＤＰＦ３０の故障時におけるＰＭ堆積量と捕集率との関係を示したライン１１２を示している。また、図５（ｂ）は排気流量と捕集率との関係を示したグラフ１２０を示している。そのグラフ１２０には、ＤＰＦ３０の正常時における排気流量と捕集率との関係を示したライン１２１と、ＤＰＦ３０の故障時における排気流量と捕集率との関係を示したライン１２２を示している。
【００５０】
図５（ａ）のライン１１１が示すように、正常時の場合のＰＭ堆積量が少ない領域Ｂにおいては、捕集率はそれほど高くなっておらず、ＰＭ堆積量の増加にしたがって捕集率が増加する傾向とされている。その領域Ｂを超えると捕集率は、ＰＭ堆積量に関わらず高いレベル（例えば９９％以上）に維持されている。これに対して、ライン１１２が示すように、故障時の場合には正常時の捕集率と比べて捕集率が全体的に低下している。より具体的には、ＰＭ堆積量が少ない領域Ｂにおいては、正常時の場合と同様の傾向とされている。また、その領域Ｂを超えると、ＰＭ堆積量が増加するにしたがって捕集率が低下していく傾向とされている。これは、ＰＭ堆積量が多くなると、ＤＰＦ３０内において、ＰＭが堆積している部分の圧損が高くなり、相対的に圧損が低いＤＰＦ３０の破損部を通り抜けるＰＭ量が多くなると考えられるためである。
【００５１】
なお、正常時、故障時のどちらも領域Ｂで捕集率が低くされているのは、ＰＭがＤＰＦ３０に捕集されると、その捕集されたＰＭが別のＰＭを捕集するという性質に基づくものである。つまり、ＰＭ堆積量が少ないと、捕集されたＰＭによって別のＰＭが捕集されるということが少なくなるので、捕集率は低くなると考えられる。
【００５２】
次に、排気流量と捕集率との関係を説明すると、図５（ｂ）のライン１２１が示すように、正常時の場合には、排気流量に関わらず捕集率は高いレベル（例えば９９％以上）に維持されている。これに対して、ライン１２２が示すように、故障時に場合には、排気流量が増加するにしたがって捕集率が低下していく傾向とされている。これは、排気流量が多くなると、ＤＰＦ３０の破損部を通り抜けるＰＭ量が多くなると考えられるためである。ただし、排気流量による影響はＤＰＦ３０の故障形態によっても異なると考えられる。
【００５３】
Ｓ１２３では、図５の関係に基づいて故障時捕集率を算出する。具体的には、図５（ａ）、（ｂ）の故障時のライン１１２、１２２が反映されたＰＭ堆積量及び排気流量と捕集率との関係を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、Ｓ１２１で算出されたＰＭ堆積量及びＳ１２２で算出された排気流量に対応する捕集率を、そのマップから読み出す。Ｓ１２３の処理の後、図４のフローチャートの処理を終了して、図３のフローチャートの処理に戻る。
【００５４】
図３において、次いで、ＤＰＦ３０が故障した場合におけるＤＰＦ３０から流出される（ＤＰＦ３０を通り抜ける）ＰＭ量である故障時流出ＰＭ量を推定する（Ｓ１３）。具体的には、Ｓ１１で推定された流入ＰＭ量とＳ１２で推定された故障時捕集率とを乗算することで、故障時流出ＰＭ量を推定する。
【００５５】
次いで、ＤＰＦ３０の下流の排気に含まれる全ＰＭのうちＰＭセンサ４１の基板４１２（電極４１３）に付着されるＰＭの比率を示したＰＭ付着率を推定する（Ｓ１４）。図６は、Ｓ１４の処理の詳細手順のフローチャートを示している。また、図７は、電極４１３の温度（電極温度）とＰＭ付着率との関係を説明する図であり、具体的には、図７（ａ）は時間の経過にともなって電極温度がどのように変化するかを示したライン２１０を示しており、図７（ｂ）は電極温度とＰＭ付着率との関係を示したライン２１１を示している。
【００５６】
先ず、図７を参照して、Ｓ１４で推定するＰＭ付着率の推定方法の考え方について説明する。上述したように、ＰＭセンサ４１へのＰＭ付着量が多くなると、ヒータ４１４（図２（ｃ）参照）によって基板４１２（電極４１３）が加熱されて付着されたＰＭが燃焼除去される。その加熱が開始される時間をｔ＝ｔ０とすると、図７（ａ）に示すように、時間ｔ０を境にして電極温度が徐々に上昇していく。そして、ＰＭが燃焼除去される温度である約７００℃で加熱（ＰＭセンサ４１の再生）が終了される。その終了された時間をｔ＝ｔ１とすると、電極温度は時間ｔ１を境にして徐々に減少していく。時間ｔ１から一定の期間ｔ２経過すると、電極温度は加熱される前の元の温度に戻る。図３の故障検出処理は、ＰＭセンサ４１の再生が終了された直後（図７（ａ）ではｔ＝ｔ１）から開始されるので、その故障検出処理が実行される間では、電極温度は７００℃から元の温度の間で大きく変化することになる。この場合、図７（ｂ）のライン２１１に示すように、電極温度が高くなるにしたがってＰＭ付着率が小さくなる傾向とされている。これは、電極温度が高い場合には、電極温度とケース４１１内に侵入したガスの温度（電極温度＞ガスの温度）との温度差による熱泳動の影響が大きくなると考えられるためである。
【００５７】
このように、ＰＭ付着率は電極温度によって変化するので、ＰＭ付着率を推定するために、先ず、現時点の電極温度を推定する（Ｓ１４１）。ここで、図８は、電極温度の推定方法を説明するための図である。具体的には、図８（ａ）は、ヒータ４１４のヒータ抵抗に基づいて電極温度を推定する方法を説明する図として、そのヒータ抵抗と電極温度の関係を示したライン２１２を示している。また、図８（ｂ）は、電極４１３と排気との間の熱交換を考慮して電極温度を推定する方法を説明する図として、ＰＭセンサ４１付近の拡大図を示している。以下、図８を参照して、電極温度の推定方法を説明する。
【００５８】
（ヒータ抵抗に基づいて電極温度を推定する方法）
先ず、ヒータ抵抗に基づいて電極温度を推定する方法について説明する。電極４１３は、ヒータ４１４に流れる電流によってヒータ４１４が発熱し、その熱によって加熱される。つまり、電極温度は、ヒータ４１４の発熱量と関係する。ヒータ４１４の発熱量が大きくなるほど、ヒータ４１４を構成する分子が活発に振動するので、ヒータ抵抗が大きくなる。よって、図８（ａ）のライン２１２が示すように、ヒータ抵抗が大きいほどヒータ４１４の発熱量が大きくなって、その結果電極温度は高くなると考えられる。なお、ヒータ４１４を白金Ｐｔで構成した場合には、ヒータ抵抗と電極温度の関係はほぼリニア（比例）の関係となる。
【００５９】
そこで、Ｓ１４１では、先ずヒータ抵抗を測定する。図９は、ヒータ抵抗を測定する測定回路７０を示している。その測定回路７０は、ヒータ抵抗４１４（ヒータ４１４）に電圧を印加する電圧源Ｅ２を有する。その電圧源Ｅ２による電圧によって、ヒータ抵抗４１４にはヒータ抵抗４１４に応じた電流Ｉ２が流れる。その電流Ｉ２が流れるライン上には電流検出用の抵抗Ｒ２（シャント抵抗）が設けられている。そのシャント抵抗Ｒ２の両端電圧Ｖを測定することで、電流Ｉ２、すなわちヒータ抵抗４１４を測定することができる。Ｓ１４１では、図８（ａ）のライン２１２を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、測定したヒータ抵抗に対応する電極温度を、そのマップから読み取る。
【００６０】
（電極と排気との間の熱交換を考慮して電極温度を推定する方法）
次に、電極４１３と排気との間の熱交換を考慮して、電極温度を推定する方法について説明する。図８（ｂ）に示すように、排気通路２１ａに、排気温Ｔｅ（具体的には例えば１００℃）、排気流量Ｆｅの排気ｅが流れていると仮定する。その排気ｅの一部が、ＰＭセンサ４１のケース４１１に形成された孔４１１ａからケース４１１内に侵入される。排気ｅのうちのケース４１１内に侵入される排気（ＰＭ）の率を侵入率αとする。また、電極４１３の初期温度がＴｉ（具体的には例えば７００℃）、熱容量がＱであるとする。また、ケース４１１内（図８（ｂ）の領域Ｃ）の熱の伝達率がβであるとする。
【００６１】
以上のようなモデルを考えた場合、高温側の電極４１３と低温側の排気ｅとの間で熱交換がなされる。この場合、電極４１３の電極温度は、その熱交換量及び電極４１３（＋基板４１２）の熱容量Ｑに応じた値とされる。例えば、熱交換量が多いほど、電極温度は小さくなる。また、熱容量Ｑが大きいほど、奪われた熱量に対して、温度が下がりにくくなるので、電極温度は大きくなる。よって、Ｓ１４１では、先ず、上記の各パラメータ（Ｔｅ、Ｆｅ、α、Ｔｉ、β）を考慮して熱交換量Ｘを算出する。具体的には、各パラメータ（Ｔｅ、Ｆｅ、α、Ｔｉ、β）と熱交換量Ｘとの関係を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回のパラメータ（Ｔｅ、Ｆｅ、α、Ｔｉ、β）に対応する熱交換量Ｘを、そのマップに基づいて算出する。この際、排気温Ｔｅは排気温センサ４３（図１参照）で検出する。排気流量Ｆｅは、上述のＳ１２２で算出したときの値を使用する。侵入率αは、孔４１１ａの形状等を考慮して予め定めておく。電極４１３の初期温度Ｔｉは、予め定められた値（具体的には例えば７００℃）を使用する。伝達率βは、予め定められた値（例えば空気の伝達率）を使用する。なお、二つの物質間の熱交換のモデルは公知であるので、さらに詳細な説明はここでは省略する。
【００６２】
熱交換量Ｘを算出した後、その熱交換量Ｘと電極４１３の熱容量Ｑとに基づいて、電極温度を算出する。具体的には、熱交換量Ｘ及び熱容量Ｑと電極温度の関係を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の熱交換量Ｘ及び熱容量Ｑに対応する電極温度を、そのマップから算出する。この際、熱容量Ｑは、電極４１３の面積に応じた値となるので、その面積に基づいて予め算出された値を使用する。
【００６３】
Ｓ１４１で電極温度を推定した後、次いで、その電極温度に基づいてＰＭ付着率を推定する（Ｓ１４２）。具体的には、上述した図７（ｂ）の電極温度とＰＭ付着率との関係を示したライン２１１を予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の電極温度に対応するＰＭ付着率を、そのライン２１１から読み取る。Ｓ１４２の処理の後、図６のフローチャートの処理を終了して、図３のフローチャートの処理に戻る。
【００６４】
なお、以上では、電極温度に基づいてＰＭ付着率を推定する方法を説明したが、他の方法でＰＭ付着率を推定することもできる。以下、他の方法について説明する。
【００６５】
（経過時間に基づいてＰＭ付着率を推定する方法）
図７（ａ）の電極温度の時間変化を示したライン２１０が示すように、電極温度は、ヒータ４１４による加熱（ヒータ４１４による再生）が終了した時間ｔ１を境にして、時間が経過するにしたがって徐々に減少していく。つまり、ヒータ４１４による再生終了からの経過時間に応じて、電極温度が変化し、電極温度が変化するとＰＭ付着率も変化するので（図７（ｂ）参照）、その経過時間から直接ＰＭ付着率を推定することができる。ここで、図１０（ａ）は、経過時間とＰＭ付着率との関係を示したライン２１３を示している。そのライン２１３が示すように、経過時間が短いほどＰＭ付着率が小さくされている。これは、経過時間が短いほど電極温度が高いためである。
【００６６】
そこで、図３のＳ１４では、図１０（ａ）のライン２１３を予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の経過時間に対応するＰＭ付着率をそのライン２１３から読み取るようにしてもよい。なお、経過時間は、タイマー（図示外）で計測すればよい。経過時間からＰＭ付着率を推定する方法は、上述の図６の処理に代えて実行される方法である。
【００６７】
（排気流量に基づいてＰＭ付着率を推定する方法）
また、経過時間からＰＭ付着率を推定する方法の他に、排気流量からＰＭ付着率を推定することもできる。ここで、図１０（ｂ）は、排気流量とＰＭ付着率との関係を示したライン２１４を示している。ライン２１４が示すように、排気流量が大きいほどＰＭ付着率が小さくされている。これは、排気流量が大きいと、排気の流速が速くなるからである。
【００６８】
そこで、Ｓ１４では、図１０（ｂ）のライン２１４を予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の排気流量に対応するＰＭ付着率をそのライン２１４から読み取るようにしてもよい。なお、排気流量は、上述のＳ１２２で算出したときの値を使用する。排気流量からＰＭ付着率を推定する方法は、上述の図６の処理に代えて、又は図６の処理に加えて実行される方法である。図６の処理に加えて実行する場合、つまり、電極温度と排気流量の両方を考慮してＰＭ付着率を推定する場合には、電極温度と排気流量の両方が考慮されたＰＭ付着率のマップを予め用意しておけばよい。
【００６９】
図３の説明に戻り、Ｓ１４の処理の後、次いで、ＤＰＦ３０が故障した場合におけるＰＭセンサ４１に付着しているＰＭ付着量（故障時ＰＭ付着量）を推定する（Ｓ１５）。具体的には、Ｓ１３で推定された故障時流出ＰＭ量とＳ１４で推定されたＰＭ付着率とを乗算することで、故障時ＰＭ付着量を算出する。
【００７０】
ここで、Ｓ１６以降の処理を説明する前に、ＤＰＦ３０が故障した場合における通電時期である故障時通電時期の推定方法を説明する。図１１は、その推定方法を説明するための図であり、具体的には、図１１（ａ）は、Ｓ１３で推定された故障時流出ＰＭ量の積算値の時間変化を示したライン３１０を示している。また、図１１（ｂ）は、Ｓ１５で推定された故障時ＰＭ付着量の積算値の時間変化を示したライン３２０を示している。なお。図１１（ｂ）では、ＰＭセンサ４１の通電が開始される付着量として予め定められた通電付着量のライン３３０を示している。また、図１１（ｃ）は、ＰＭセンサ４１の出力信号の時間変化を示したライン（正常時のライン３４０、故障時のライン３５０）を示している。なお、図１１において、時間ｔ＝０は、ヒータ４１４によるＰＭの燃焼除去が終了された直後の時点、すなわち図３の処理が開始される時点を示している。
【００７１】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、時間の経過にともなって故障時流出ＰＭ量の積算値は徐々に増加していき（ライン３１０）、それにともなって、故障時ＰＭ付着量の積算値も時間の経過にともなって徐々に増加していく（ライン３２０）。図１１（ｂ）に示すように、ＤＰＦ３０が故障した場合であっても、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達するまで（ライン３２０がライン３３０に交差するまで）にはある程度の時間を要する。そして、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達した場合（ライン３２０がライン３３０に交差した場合）に、ＰＭセンサ４１が通電する。この通電時期を、ＤＰＦ３０が故障した場合における通電時期ｔｘ（故障時通電時期）とする。上述したように、本実施形態では、ＤＰＦ３０が故障した場合として例えばＯＢＤ規制値を満たさなくなる場合を想定しており、その場合の故障時通電時期ｔｘを推定することになる。そして、本実施形態では、故障時通電時期ｔｘに対して、実際のＰＭセンサ４１の通電時期が先か後かによって、ＤＰＦ３０が故障しているか否かを判定している。
【００７２】
そのために、図３のＳ１５の処理の後、次いで、Ｓ１５で推定された故障時ＰＭ付着量が、ＰＭセンサ４１の通電が開始される通電付着量以上になったか否かを判断する（Ｓ１６）。未だ通電付着量に達していない場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、Ｓ１５の処理に戻る。この場合、Ｓ１５において、次の時点における故障時ＰＭ付着量を、次の時点におけるＳ１１〜Ｓ１４の処理結果に基づいて算出する。そして、その故障時ＰＭ付着量を前回までの故障時ＰＭ付着量に積算する（Ｓ１６）。つまり、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達するまでは、図１１（ｂ）に示すように、時間の経過にともなって徐々に増加していく故障時ＰＭ付着量の積算値が算出されることになる（Ｓ１５）。
【００７３】
故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達した場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、その達した時点を故障時通電時期（図１１の故障時通電時期ｔｘ）と推定して、実際のＰＭセンサ４１の出力の有無を確認する。すなわち、ＰＭセンサ４１の出力が、所定値以上か否かを判断することで、ＰＭセンサ４１が通電されているか否かを判断する（Ｓ１７）。Ｓ１７における所定値は、ＰＭセンサ４１が通電されているか否かを判断するためのものであるので、図１１（ｃ）の縦軸のゼロ点付近に設定されている。
【００７４】
ＰＭセンサ４１の出力が所定値未満の場合、つまり未だ通電されていない場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、図３のフローチャートの処理を終了する。この場合には、実際のＰＭセンサ４１の通電時期が故障時通電時期よりも後であるので、ＤＰＦ３０は正常と判定されることになる（図１１（ｃ）のライン３４０参照）。この場合には、ＤＰＦ３０はＯＢＤ規制値を満たしていることになる。
【００７５】
これに対して、ＰＭセンサ４１の出力が所定値以上の場合、つまり既にＰＭセンサ４１が通電されている場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、処理をＳ１８に進める。この場合には、実際のＰＭセンサ４１の通電時期が故障時通電時期よりも先であるので、Ｓ１８において、ＤＰＦ３０が故障していると判定する（Ｓ１８、図１１（ｃ）のライン３５０参照）。この場合には、ＤＰＦ３０はＯＢＤ規制値を満たしていないおそれがあることになる。その後、図３のフローチャートの処理を終了する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態では、ＰＭセンサ４１の通電時期に基づいて、ＤＰＦ３０が故障しているか否かを判定しているので、ＰＭセンサ４１に付着したＰＭの温度変化に関わらず、ＤＰＦ３０の故障を精度良く検出できる。この際、ＤＰＦ３０が故障した場合における通電時期（故障時通電時期）を、各種の条件を考慮して、具体的には流入ＰＭ量、捕集率、流出ＰＭ量、ＰＭ付着率、ＰＭ付着量（Ｓ１１〜Ｓ１５）を考慮して推定しているので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。
【００７７】
（変形例１）
上記実施形態では、故障時通電時期の到来を待って、ＰＭセンサ４１の出力の有無を確認していたが（図３のＳ１６：Ｙｅｓ→Ｓ１７）、ＰＭセンサ４１の出力を待ってから故障時通電時期が到来しているか否かを確認するようにしてもよい。この場合、図３の処理に代えて、例えば図１２のフローチャートの処理を実行すればよい。この図１２は、変形例１に係る故障検出処理の手順を示したフローチャートである。なお、図１２において、図３の処理と同じ処理には同一符号を付している。
【００７８】
図１２の処理は、Ｓ１１〜Ｓ１５の処理の後、先にＳ１７の処理を実行し、その後、Ｓ１６の処理を実行する点が図３の処理と異なっている。すなわち、Ｓ１１〜Ｓ１５で故障時ＰＭ付着量を推定した後、ＰＭセンサ４１の出力が所定値以上か否かを判断して、ＰＭセンサ４１の出力の有無を確認する（Ｓ１７）。所定値未満の場合、すなわち未だＰＭセンサ４１の出力が無い場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、Ｓ１７の処理に戻って、ＰＭセンサ４１の出力を待つ。ＰＭセンサ４１の出力が所定値以上の場合、すなわちＰＭセンサ４１の出力が有る場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、処理をＳ１６に進める。この場合には、ＰＭセンサ４１の実際の通電時期が到来したことになる。次いで、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量以上か否かを判断する（Ｓ１６）。故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量以上の場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、図１２のフローチャートの処理を終了する。この場合には、先に故障時通電時期が到来して、その後に実際の通電時期が到来したことになるので、ＤＰＦ３０は正常と判定されることになる。
【００７９】
これに対して、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に未だ達していない場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、処理をＳ１８に進める。この場合には、故障時通電時期よりも先に実際の通電時期が到来したことになるので、ＤＰＦ３０が故障していると判定する（Ｓ１８）。その後、図１２のフローチャートの処理を終了する。
【００８０】
なお、上記実施形態において、図３又は図１２のＳ１１〜Ｓ１６の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「時期推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１８の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「故障判定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１１の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「流入ＰＭ量推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１２の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「捕集率推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１３の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「流出ＰＭ量推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１４の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「付着率推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１５の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「付着量算出手段」に相当する。図４のＳ１２１の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「堆積量算出手段」に相当する。図４のＳ１２２の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「排気流量算出手段」に相当する。図６のＳ１４１の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「電極温度推定手段」及び「熱交換量算出手段」に相当する。図９の測定回路７０が本発明の「ヒータ抵抗測定手段」に相当する。
【符号の説明】
【００８１】
１ エンジンシステム
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２１ 排気通路
３０ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４１ ＰＭセンサ
４１１ ケース
４１１ａ 孔
４１２ 基板
４１３、４１３ａ、４１３ｂ 電極
４１４ ヒータ
６０ ＥＣＵ
６１ メモリ
７０ 測定回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気に含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される煤を抑制するために、煤を構成する粒状物資、いわゆるパティキュレートマター（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、パティキュレートフィルタ）が排気通路に設けられることがある。そのＤＰＦは、ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する再生処理が定期的に行われることで、繰り返し使用できるようになっている。しかし、その再生処理などが原因でＤＰＦが過昇温する場合があり、その過昇温が原因でＤＰＦが溶損したり割れたりする場合（ＤＰＦの故障）がある。ＤＰＦが故障すると、そのＤＰＦを通過してしまうＰＭが多くなってしまうので、排ガス規制を満たさなくおそれがでてくる。また、近年、車両に搭載されるコンピュータが行う自己故障診断（ＯＢＤ：Ｏｎ−ｂｏａｒｄ−ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の要請により、ＤＰＦの故障を検出する故障検出装置の開発が望まれている。そして、従来、その故障検出装置として、ＰＭ量を検出する電極式のＰＭセンサ（特許文献１、２参照）を利用した故障検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
電極式のＰＭセンサは、絶縁基板上に一対の電極が設けられる形で構成される。そのＰＭセンサは、排気通路に設けられ、一対の電極間に電圧が印加されて使用される。排気に含まれるＰＭは、ＰＭセンサの一対の電極間に付着する。ＰＭはカーボン粒子から構成されており導電性を有するので、ＰＭの付着量が多くなると電極間に電流が流れる（通電する）。その電流の値は、ＰＭの付着量に応じた値、つまり、排気に含まれるＰＭ量に応じた値となるので、その電流値（電流値に相当する電極間の抵抗値）を読み取ることでＰＭ量を検出するというものである。ＤＰＦが故障するとＤＰＦを通過するＰＭ量が多くなり、ＰＭセンサの電極間の抵抗値が小さくなることから、特許文献１の故障検出装置では、ＰＭセンサの抵抗値（ＰＭセンサの出力）が所定基準より小さくなったことを検出した場合に、ＤＰＦが故障したと判定している。つまり、特許文献１の故障検出装置では、ＰＭセンサの出力の絶対値に基づいて、ＤＰＦの故障を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４４５７７号公報
【特許文献２】特開昭６２−３５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＰＭセンサの電極間に付着したＰＭの電気抵抗は温度の影響によって大きく変化するので、ＰＭセンサの出力の絶対値からＰＭ量を推定することは困難である。つまり、特許文献１の故障検出装置では、ＤＰＦが正常であるにも関わらず故障と判定したり、反対に、故障しているにも関わらず正常であると判定したりする可能性があり、精度良くＤＰＦの故障を検出しているとは言えない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタの故障を精度良く検出できるパティキュレートフィルタの故障検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置は、内燃機関の排気通路に設けられた、排気に含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路の前記パティキュレートフィルタの下流に設けられ、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれるパティキュレートマターの量であるＰＭ量を検出するＰＭセンサであって、電極を有し、その電極に付着したパティキュレートマターを流れる電流によって前記ＰＭ量を検出するＰＭセンサと、
前記電極に付着したパティキュレートマターによって通電が開始される時期を通電時期として、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記通電時期である故障時通電時期を推定する時期推定手段と、
実際の前記通電時期が前記故障時通電時期よりも先の場合に、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、時期推定手段が、パティキュレートフィルタが故障した場合におけるＰＭセンサの通電時期（故障時通電時期）を推定する。ＰＭセンサの通電時期は、電極間に付着したＰＭの付着量に影響されるものであり、電極間に付着したＰＭの温度変化（ＰＭの電気抵抗変化）にはそれほど影響されない。また、パティキュレートフィルタが故障している場合には、パティキュレートフィルタを通過するＰＭが多くなるので、正常時に比べて早くＰＭセンサが通電する。よって、故障判定手段が、実際の通電時期が推定の故障時通電時期よりも先の場合にパティキュレートフィルタが故障していると判定しているので、電極間に付着したＰＭの温度変化に関わらず、パティキュレートフィルタの故障を精度良く検出できる。
【０００９】
また、本発明におけるＰＭセンサは、前記ＰＭセンサを加熱して前記電極に付着したパティキュレートマターを燃焼除去するヒータを含み、
前記時期推定手段は、前記ヒータによる前記燃焼除去後における前記故障時通電時期を推定するものであることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、ＰＭセンサはＰＭを燃焼除去するヒータを含んでいるので、そのヒータによってＰＭを燃焼除去することにより、ＰＭセンサを継続的に使用することができる。この場合、時期推定手段が燃焼除去後における故障時通電時期、つまり、燃焼除去されて電極間にＰＭが付着されていない状態からの故障時通電時期を推定しているので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。
【００１１】
また、本発明における時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタに流入するＰＭ量である流入ＰＭ量を推定する流入ＰＭ量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタによる前記パティキュレートマターの捕集率である故障時捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記流入ＰＭ量推定手段が推定した前記流入ＰＭ量と前記捕集率推定手段が推定した前記故障時捕集率とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタから流出される前記ＰＭ量である故障時流出ＰＭ量を推定する流出ＰＭ量推定手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記流出ＰＭ量推定手段が推定した前記故障時流出ＰＭ量に基づいて前記故障時通電時期を推定することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、パティキュレートフィルタが故障すると、正常時に比べてＰＭの捕集率が低下してＤＰＦから流出される流出ＰＭ量が増加するところ、捕集率推定手段がパティキュレートフィルタの故障時における故障時捕集率を推定し、流出ＰＭ量推定手段が流入ＰＭ量とその故障時捕集率とに基づいて故障時流出ＰＭ量を推定するので、精度の高い故障時流出ＰＭ量の推定値を得ることができる。ＰＭセンサの通電時期はその故障時流出ＰＭ量に影響され、時期推定手段が故障時流出ＰＭ量に基づいて故障時通電時期を推定しているので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明における時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれる全パティキュレートマターのうち、前記電極に付着されるパティキュレートマターの比率を示すＰＭ付着率を推定する付着率推定手段と、
その付着率推定手段が推定した前記ＰＭ付着率と前記故障時流出ＰＭ量とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記電極へのパティキュレートマターの付着量である故障時ＰＭ付着量を時間の経過にともなって積算して算出する付着量算出手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記付着量算出手段が算出した前記故障時ＰＭ付着量が前記通電時期の付着量として予め定められた通電付着量以上となった時期を前記故障時通電時期と推定するものであることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、通電時期は電極間に付着したＰＭ付着量の積算値に影響されるところ、付着量算出手段が時間の経過にともなって積算して故障時ＰＭ付着量を算出し、時期推定手段がその故障時ＰＭ付着量が通電付着量以上となった時期を故障時通電時期と推定するので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。この場合、ＰＭ付着量はＰＭ付着率に影響されるところ、付着率推定手段がＰＭ付着率を推定し、付着量算出手段がそのＰＭ付着率と故障時流出ＰＭ量とに基づいて故障時ＰＭ付着量を算出するので、精度の高い故障時ＰＭ付着量の推定値を得ることができる。
【００１５】
また、本発明における捕集率推定手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積されているＰＭ堆積量を算出する堆積量算出手段を含み、その堆積量算出手段が算出した前記ＰＭ堆積量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、捕集率はＰＭ堆積量に応じて変化するという知見を得ているところ、捕集率推定手段がＰＭ堆積量に基づいて故障時捕集率を推定するので、精度の高い故障時捕集率の推定値を得ることができる。
【００１７】
また、本発明における捕集率推定手段は、排気流量を算出する排気流量算出手段を含み、その排気流量算出手段が算出した前記排気流量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、捕集率は排気流量に応じて変化するという知見を得ているところ、捕集率推定手段が排気流量に基づいて故障時捕集率を推定するので、精度の高い故障時捕集率の推定値を得ることができる。
【００１９】
また、本発明における付着率推定手段は、前記電極の温度を推定する電極温度推定手段を含み、その電極温度推定手段が推定した前記電極の温度が高いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、ＰＭセンサの電極の温度が高いほど熱泳動の影響によってＰＭ付着率が低下するという知見を得ているところ、電極温度推定手段が電極の温度を推定し、付着率推定手段がその電極の温度が高いほど小さくなるＰＭ付着率を推定するので、精度の高いＰＭ付着率の推定値を得ることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記ヒータの電気抵抗であるヒータ抵抗を測定するヒータ抵抗測定手段を備え、前記電極温度推定手段は、前記ヒータ抵抗測定手段が測定した前記ヒータ抵抗に基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする。
【００２２】
これによれば、電極の温度はヒータ抵抗に応じた温度となるという知見を得ているところ、ヒータ抵抗測定手段がヒータ抵抗を測定し、電極温度推定手段がそのヒータ抵抗に基づいて電極の温度を推定するので、精度の高い電極の温度の推定値を得ることができる。
【００２３】
また、本発明における電極温度推定手段は、前記電極と排気との間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段を含み、その熱交換量算出手段が算出した前記熱交換量と前記電極の熱容量とに基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする。
【００２４】
これによれば、熱交換量算出手段が電極と排気との間の熱交換量を算出するので、電極が排気によってどの程度の熱が奪われるかを把握できる。電極の温度は、その奪われた熱の量（熱交換量）と電極の熱容量とによって変化するところ、電極温度推定手段がその熱交換量と電極の熱容量とに基づいて電極の温度を推定しているので、精度の高い電極の温度の推定値を得ることができる。
【００２５】
また、本発明における付着率推定手段は、排気流量が大きいほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする。
【００２６】
これによれば、ＰＭ付着率は排気流量が大きいほど低下するという知見を得ているところ、付着率推定手段が排気流量が大きいほど小さくなるＰＭ付着率を推定するので、精度の高いＰＭ付着率の推定値を得ることができる。
【００２７】
また、本発明における付着率推定手段は、前記ヒータによる燃焼除去終了からの経過時間が短いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする。
【００２８】
これによれば、ヒータによる燃焼除去終了からの経過時間が短いほど電極の温度は高くなっており、電極の温度が高いと上記したように熱泳動に影響によってＰＭ付着率が低下するという知見を得ているので、付着率推定手段が経過時間が短いほど小さくなるＰＭ付着率を推定することで、精度の高いＰＭ付着率の推定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】車両のエンジンシステム１の構成を示した図である。
【図２】ＰＭセンサ４１を説明する図である。
【図３】ＤＰＦ３０の故障を検出する故障検出処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】図３のＳ１２の詳細手順を示したフローチャートである。
【図５】ＰＭ堆積量、排気流量と捕集率との関係を示した図である。
【図６】図３のＳ１４の詳細手順を示したフローチャートである。
【図７】電極温度とＰＭ付着率との関係を説明する図である。
【図８】電極温度の推定方法を説明する図である。
【図９】ヒータ抵抗を測定する測定回路７０を示した図である。
【図１０】経過時間、排気流量とＰＭ付着率との関係を示した図である。
【図１１】故障時通電時期の推定方法及びその故障時通電時期に基づいてＤＰＦの故障判定方法を説明する図である。
【図１２】変形例１に係る故障検出処理の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障検出装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明が具現化された車両のエンジンシステム１の構成を示した図である。エンジンシステム１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０（以下エンジンという）を備えている。そのエンジン１０には、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ１１が設けられている。エンジン１０は、そのインジェクタ１１から噴射された燃料が燃焼室で自己着火することで、動力を生み出すものである。
【００３１】
エンジン１０の排気通路２１には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３０が設置されている。ＤＰＦ３０は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして構成される。エンジン１０から排出された排気は、ＤＰＦ３０の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間に排気に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。そのＰＭは、煤を構成するものであり、カーボン粒子から構成されている。
【００３２】
ＤＰＦ３０は無尽蔵にＰＭを捕集できるわけではないので、ＤＰＦ３０に堆積されたＰＭの量（ＰＭ堆積量）が多くなると、堆積されたＰＭを燃焼除去してＤＰＦ３０を再生させる再生処理が実行されるようになっている。その再生処理は、例えば、エンジン１０の動力を得る（出力トルクを生成する）ためになされるメインの燃料噴射（主噴射）から所定時間遅れた時期に１回又は多段噴射のポスト噴射を実行することによって行われる。詳しくは、このポスト噴射により、排気温度を上昇させるとともに、ＤＰＦ３０の上流側に設けられた酸化触媒（ＤＯＣ、図示外）に対して未燃燃料（炭化水素、ＨＣ）を添加してその反応熱でＰＭを燃焼させる。
【００３３】
ＤＰＦ３０の再生処理が原因で、ＤＰＦ３０が過昇温する場合がある。詳しくは、再生処理からアイドル状態に変わったときに、アイドル状態では吸気が絞られているためにＤＰＦ３０内にＰＭ燃焼に伴い発生した熱がこもってしまい、それによって、ＤＰＦ３０が過昇温する場合がある。そして、その過昇温によって、ＤＰＦ３０が溶損したり、ＤＰＦ３０内の温度差による熱応力によってＤＰＦ３０が割れたりする場合（ＤＰＦ３０の故障）がある。ＤＰＦ３０が故障すると、ＰＭの捕集能力が落ちてしまい、車外に排出されるＰＭ量が増加してしまう。そこで、本実施形態のエンジンシステム１では、車外に排出されるＰＭ量が一定以上になる場合をＤＰＦ３０の故障として、そのＤＰＦ３０の故障を検出している。その検出方法の詳細は後述する。
【００３４】
排気通路２１のＤＰＦ３０よりも下流側２１ａには、ＰＭ量を検出するＰＭセンサ４１が設けられている。ここで、図２は、ＰＭセンサ４１の構造や機能等を説明する図である。図２（ａ）は、図１のＰＭセンサ４１付近の領域Ａの拡大図を示している。なお、図２（ａ）では、ケース４１１内に設けられた基板４１２を透視して示している。また、図２（ａ）では、基板４１２を横から見た図を示している。図２（ａ）に示すように、ＰＭセンサ４１は、内部が中空にされたケース４１１を備えており、そのケース４１１が排気通路２１ａ内に露出される形で設けられている。そのケース４１１には、ケース４１１内外を連絡する複数の孔４１１ａが形成されており、排気の一部がそれら孔４１１ａからケース４１１内に侵入できるようになっている。また、ケース４１１にはケース４１１内に侵入した排気が排出される排出孔４１１ｂが形成されている。なお、図２（ｂ）では、ケース４１１の先端に排出孔４１１ｂが形成されている例を示している。
【００３５】
ケース４１１内には基板４１２が設けられる。その基板４１２はアルミナ等の絶縁性の材料から形成された基板である。図２（ｂ）は、基板４１２の一方の基板面４１２ａ（以下、表面という）を上から見た図を示している。図２（ｂ）に示すように、基板４１２の表面４１２ａには、互いに離間し、かつ対向する形で設けられた一対の電極４１３（電極４１３ａ、４１３ｂ）が設けられている。それら電極４１３ａ、４１３ｂ間には一定の電圧が印加されている。ケース４１１内に侵入した排気に含まれるＰＭの一部は基板４１２の表面４１２ａ（厳密には、電極４１３ａ、４１３ｂ間）に付着する。基板４１２に付着しなかったＰＭは、ケース４１１に形成された排出孔４１１ｂから排出される。
【００３６】
図２（ｃ）は、基板４１２の他方の基板面４１２ｂ（以下、裏面という）を上から見た図を示している。図２（ｃ）に示すように、基板４１２の裏面４１２ｂには、基板４１２を加熱する白金Ｐｔ等の電熱線から構成されたヒータ４１４が設けられている。そのヒータ４１４は、基板４１２を加熱して、基板４１２に設けられた電極４１３ａ、４１３ｂ間に付着されたＰＭを燃焼除去するためのものである。これによって、ＰＭセンサ４１で繰り返しＰＭ量を検出できるようにしている。
【００３７】
図２（ｄ）は、ＰＭセンサ４１の出力信号を測定する測定回路を示した図である。図２（ｅ）は、ＰＭセンサ４１の出力信号を示した図であり、具体的には、ＰＭセンサ４１の出力信号Ｖの時間変化を示したライン１０１、１０２を示している。第一のライン１０１は、ＤＰＦ３０が正常時の場合におけるラインであり、第二のライン１０２は、ＤＰＦ３０が故障時の場合におけるラインである。図２（ｄ）に示すように、ＰＭセンサ４１の一対の電極４１３ａ、４１３ｂ間に一定の電圧を印加する電圧源Ｅ１が設けられる。基板４１２は絶縁性の材料で形成されており、二つの電極４１３ａ、４１３ｂは離間されているので、ＰＭが付着されていない状態では、それら電極４１３ａ、４１３ｂ間は絶縁されている。つまり、それら電極４１３ａ、４１３ｂ間には電流Ｉ１は流れない。
【００３８】
この状態で、二つの電極４１３ａ、４１３ｂ間にＰＭが付着すると、その付着量が少ないうちは電極４１３ａ、４１３ｂ間には電流Ｉ１が流れない。しかし、時間の経過にともなって一定の量以上のＰＭが付着すると、ＰＭはカーボン粒子から構成されており導電性を有するので、二つの電極４１３ａ、４１３ｂ間に付着されたＰＭに電流Ｉ１が流れる。つまり、二つの電極４１３ａ、４１３ｂ間が導通する。図２（ｄ）に示すように、その電流Ｉ１が流れるライン上には電流検出用の抵抗Ｒ１（シャント抵抗）が設けられている。そして、そのシャント抵抗Ｒ１の両端電圧を測定することで、電流Ｉ１に応じた出力信号Ｖを得ている。
【００３９】
図２（ｅ）に示す時間ｔ＝０が基板４１２にＰＭの付着が開始される時間とすると、時間ｔ＝０から間もないうちは出力信号Ｖはゼロとされている。これは、上述したように、ＰＭ付着量が未だ少ないために電極４１３ａ、４１３ｂ間が導通されていないためである。時間ｔの経過にともなってＰＭ付着量が増えてくると、ある時期から出力信号Ｖが現れ始める。この時期を通電時期とすると、図２（ｅ）では、正常時における通電時期をｔａ、故障時における通電時期をｔｃで示している。
【００４０】
以下、正常時におけるライン１０１を参照して説明すると、通電時期ｔａの後、時間の経過にともなってＰＭ付着量が増加していくので、電流Ｉ１、すなわち出力信号Ｖが増加していく。その出力信号Ｖは基板４１２に付着したＰＭ付着量に応じた値となり、そのＰＭ付着量は排気に含まれるＰＭ量に応じた値となるので、出力信号Ｖを読み取ることで排気に含まれるＰＭ量を検出することができる。ただし、上記「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、基板４１２に付着したＰＭの電気抵抗は温度の影響によって大きく変化するので、出力信号Ｖの絶対値からＰＭ量の正確な値を検出するのは困難とされる。
【００４１】
また、前回のＰＭ量の検出時に付着されたＰＭが基板４１２にそのまま残っていると、今回の検出時に正確なＰＭ量を検出できなくなってしまう。そこで、ＰＭセンサ４１では、定期的に、ヒータ４１４（図２（ｃ）参照）で基板４１２を加熱して、基板４１２に付着されたＰＭを燃焼除去している。なお、ヒータ４１４は、ＰＭが燃焼除去される温度として例えば約７００℃で基板４１２を加熱している。この場合、図２（ｅ）に示す点Ｐの時点ｔｂでＰＭが燃焼除去されたとすると、時点ｔｂにおいて出力信号Ｖはゼロにリセットされる。その後、再度、ＰＭが基板４１２に付着し始め、時点ｔｂを基準とした通電時期ｔａから出力信号Ｖが現れ始める。
【００４２】
また、排気に含まれるＰＭ量が多いと、基板４１２に付着する付着量が多くなるので、早く通電する。よって、ＤＰＦ３０の故障時には、正常時に比べてＤＰＦ３０を通り抜けるＰＭ量が多くなるので、図２（ｅ）に示すように、故障時の通電時期ｔｃは正常時の通電時期ｔａに比べて先とされている。
【００４３】
図１の説明に戻り、エンジンシステム１には、ＤＰＦ３０の前後差圧を検出する差圧センサ４２が設けられている。その差圧センサ４２は、一端側がＤＰＦ３０上流の排気通路２１に、他端側はＤＰＦ３０下流の排気通路２１にそれぞれ接続される。また、排気通路２１のＤＰＦ３０の上流側には、排気温を検出する排気温センサ４３が設けられている。エンジンシステム１の吸気通路５２には、新気量を検出するエアフロメータ４４やエンジン１０に取り込まれる新気量の増減を調整するスロットル弁４５（吸気絞り弁）が設けられている。また、エンジンシステム１には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ４６が設けられている。その回転数センサ４６は、例えばエンジン１０から連結されたクランク１２の回転角度を計測するクランク角センサとすればよい。また、エンジンシステム１には、運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルの状態（変位量）を検出するアクセルセンサ４７も設けられている。それら各センサ４１〜４７の信号は、後述するＥＣＵ６０に送られるようになっている。さらに、エンジンシステム１は、排気の一部を吸気系に再循環することにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を低減するＥＧＲシステム５０も備えている。
【００４４】
エンジンシステム１は、そのエンジンシステム１の全体制御を司るＥＣＵ６０を備えている。そのＥＣＵ６０は、通常のコンピュータの構造を有するものとし、各種演算を行うＣＰＵ（図示外）や各種情報の記憶を行うメモリ６１を備えている。ＥＣＵ６０は、例えば、上記各種センサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１０への燃料噴射を制御する。また、ＥＣＵ６０は、ＤＰＦ３０の故障を検出する故障検出処理を実行する。以下、その故障検出処理の詳細を説明する。
【００４５】
図３は、ＥＣＵ６０が実行する故障検出処理の手順を示したフローチャートを示している。この図３の処理は、ＰＭセンサ４１のヒータ４１４（図２（ｃ）参照）によるＰＭの燃焼除去が終了された直後（図２（ｅ）では時点ｔｂ）に開始される。先ず、ＤＰＦ３０に流入されるＰＭ量である流入ＰＭ量を推定する（Ｓ１１）。この流入ＰＭ量はエンジン１０から排出されるＰＭ量であり、そのＰＭ量はエンジン１０の回転数及び燃料噴射量に関係する。そこで、このＳ１１では、例えばエンジン１０の回転数及び燃料噴射量に基づいて、流入ＰＭ量を推定する。具体的には、エンジン１０の回転数及び燃料噴射量をパラメータとして流入ＰＭ量のマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、回転数センサ４６（図１参照）で検出された今回の回転数及びインジェクタ１１（図１参照）で噴射される噴射量の指令値に対応する流入ＰＭ量を、そのマップから読み出す。
【００４６】
次いで、ＤＰＦ３０が故障した場合におけるＤＰＦ３０によるＰＭの捕集率（故障時捕集率）を推定する（Ｓ１２）。なお、ここで言う「ＤＰＦ３０が故障した場合」とは、具体的には、故障によりＤＰＦ３０の捕集率が著しく低下し、ＯＢＤ（Ｏｎ−ｂｏａｒｄ−ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の規制値を満足することができない場合を言う。ＯＢＤの規制値は、ＥＵＲＯ６等の法による規制値より厳しめに設定される。例えば、特定の走行モードにおいて、法による規制値がＰＭ＝４．５ｍｇ／ｋｍとしたときに、ＯＢＤの規制値は例えばその２倍のＰＭ＝９．０ｍｇ／ｋｍに設定される。
【００４７】
ここで、図４は、Ｓ１２の処理の詳細手順のフローチャートを示している。ＤＰＦ３０が故障すると、正常時に比べてＰＭの捕集率が低下することになるが、本発明者らは、ＤＰＦ３０内に堆積されているＰＭ堆積量や排気流量によって捕集率が変化するという知見を得ている。そこで、故障時捕集率を推定するために、先ず、ＤＰＦ３０内に堆積されているＰＭ堆積量を算出する（Ｓ１２１）。ＰＭ堆積量が多くなるとＤＰＦ３０の前後差圧が大きくなるので、Ｓ１２１では、例えばその前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を算出する。具体的には、ＤＰＦ３０の前後差圧とＰＭ堆積量との関係のマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、差圧センサ４２（図１参照）で検出された今回の前後差圧に対応するＰＭ堆積量を、そのマップから読み出す。
【００４８】
次いで、排気流量を算出する（Ｓ１２２）。なお、ここでは排気の体積流量を算出する。具体的には、例えば、エアフロメータ４４によって吸気量を算出する。そして、その吸気量を、排気温センサ４３で検出される排気温に応じた排気の膨張分や、圧力センサ（図示外）で検出される圧力に応じた排気の圧縮分で補正することで、排気流量を算出する。
【００４９】
次いで、それらＰＭ堆積量、排気流量に基づいて故障時捕集率を算出する（Ｓ１２３）。ここで、図５は、それらＰＭ堆積量、排気流量と捕集率との関係を示した図であり、具体的には、図５（ａ）はＰＭ堆積量と捕集率との関係を示したグラフ１１０を示している。そのグラフ１１０には、ＤＰＦ３０の正常時におけるＰＭ堆積量と捕集率との関係を示したライン１１１と、ＤＰＦ３０の故障時におけるＰＭ堆積量と捕集率との関係を示したライン１１２を示している。また、図５（ｂ）は排気流量と捕集率との関係を示したグラフ１２０を示している。そのグラフ１２０には、ＤＰＦ３０の正常時における排気流量と捕集率との関係を示したライン１２１と、ＤＰＦ３０の故障時における排気流量と捕集率との関係を示したライン１２２を示している。
【００５０】
図５（ａ）のライン１１１が示すように、正常時の場合のＰＭ堆積量が少ない領域Ｂにおいては、捕集率はそれほど高くなっておらず、ＰＭ堆積量の増加にしたがって捕集率が増加する傾向とされている。その領域Ｂを超えると捕集率は、ＰＭ堆積量に関わらず高いレベル（例えば９９％以上）に維持されている。これに対して、ライン１１２が示すように、故障時の場合には正常時の捕集率と比べて捕集率が全体的に低下している。より具体的には、ＰＭ堆積量が少ない領域Ｂにおいては、正常時の場合と同様の傾向とされている。また、その領域Ｂを超えると、ＰＭ堆積量が増加するにしたがって捕集率が低下していく傾向とされている。これは、ＰＭ堆積量が多くなると、ＤＰＦ３０内において、ＰＭが堆積している部分の圧損が高くなり、相対的に圧損が低いＤＰＦ３０の破損部を通り抜けるＰＭ量が多くなると考えられるためである。
【００５１】
なお、正常時、故障時のどちらも領域Ｂで捕集率が低くされているのは、ＰＭがＤＰＦ３０に捕集されると、その捕集されたＰＭが別のＰＭを捕集するという性質に基づくものである。つまり、ＰＭ堆積量が少ないと、捕集されたＰＭによって別のＰＭが捕集されるということが少なくなるので、捕集率は低くなると考えられる。
【００５２】
次に、排気流量と捕集率との関係を説明すると、図５（ｂ）のライン１２１が示すように、正常時の場合には、排気流量に関わらず捕集率は高いレベル（例えば９９％以上）に維持されている。これに対して、ライン１２２が示すように、故障時に場合には、排気流量が増加するにしたがって捕集率が低下していく傾向とされている。これは、排気流量が多くなると、ＤＰＦ３０の破損部を通り抜けるＰＭ量が多くなると考えられるためである。ただし、排気流量による影響はＤＰＦ３０の故障形態によっても異なると考えられる。
【００５３】
Ｓ１２３では、図５の関係に基づいて故障時捕集率を算出する。具体的には、図５（ａ）、（ｂ）の故障時のライン１１２、１２２が反映されたＰＭ堆積量及び排気流量と捕集率との関係を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、Ｓ１２１で算出されたＰＭ堆積量及びＳ１２２で算出された排気流量に対応する捕集率を、そのマップから読み出す。Ｓ１２３の処理の後、図４のフローチャートの処理を終了して、図３のフローチャートの処理に戻る。
【００５４】
図３において、次いで、ＤＰＦ３０が故障した場合におけるＤＰＦ３０から流出される（ＤＰＦ３０を通り抜ける）ＰＭ量である故障時流出ＰＭ量を推定する（Ｓ１３）。具体的には、Ｓ１１で推定された流入ＰＭ量とＳ１２で推定された故障時捕集率とを乗算することで、故障時流出ＰＭ量を推定する。
【００５５】
次いで、ＤＰＦ３０の下流の排気に含まれる全ＰＭのうちＰＭセンサ４１の基板４１２（電極４１３）に付着されるＰＭの比率を示したＰＭ付着率を推定する（Ｓ１４）。図６は、Ｓ１４の処理の詳細手順のフローチャートを示している。また、図７は、電極４１３の温度（電極温度）とＰＭ付着率との関係を説明する図であり、具体的には、図７（ａ）は時間の経過にともなって電極温度がどのように変化するかを示したライン２１０を示しており、図７（ｂ）は電極温度とＰＭ付着率との関係を示したライン２１１を示している。
【００５６】
先ず、図７を参照して、Ｓ１４で推定するＰＭ付着率の推定方法の考え方について説明する。上述したように、ＰＭセンサ４１へのＰＭ付着量が多くなると、ヒータ４１４（図２（ｃ）参照）によって基板４１２（電極４１３）が加熱されて付着されたＰＭが燃焼除去される。その加熱が開始される時間をｔ＝ｔ０とすると、図７（ａ）に示すように、時間ｔ０を境にして電極温度が徐々に上昇していく。そして、ＰＭが燃焼除去される温度である約７００℃で加熱（ＰＭセンサ４１の再生）が終了される。その終了された時間をｔ＝ｔ１とすると、電極温度は時間ｔ１を境にして徐々に減少していく。時間ｔ１から一定の期間ｔ２経過すると、電極温度は加熱される前の元の温度に戻る。図３の故障検出処理は、ＰＭセンサ４１の再生が終了された直後（図７（ａ）ではｔ＝ｔ１）から開始されるので、その故障検出処理が実行される間では、電極温度は７００℃から元の温度の間で大きく変化することになる。この場合、図７（ｂ）のライン２１１に示すように、電極温度が高くなるにしたがってＰＭ付着率が小さくなる傾向とされている。これは、電極温度が高い場合には、電極温度とケース４１１内に侵入したガスの温度（電極温度＞ガスの温度）との温度差による熱泳動の影響が大きくなると考えられるためである。
【００５７】
このように、ＰＭ付着率は電極温度によって変化するので、ＰＭ付着率を推定するために、先ず、現時点の電極温度を推定する（Ｓ１４１）。ここで、図８は、電極温度の推定方法を説明するための図である。具体的には、図８（ａ）は、ヒータ４１４のヒータ抵抗に基づいて電極温度を推定する方法を説明する図として、そのヒータ抵抗と電極温度の関係を示したライン２１２を示している。また、図８（ｂ）は、電極４１３と排気との間の熱交換を考慮して電極温度を推定する方法を説明する図として、ＰＭセンサ４１付近の拡大図を示している。以下、図８を参照して、電極温度の推定方法を説明する。
【００５８】
（ヒータ抵抗に基づいて電極温度を推定する方法）
先ず、ヒータ抵抗に基づいて電極温度を推定する方法について説明する。電極４１３は、ヒータ４１４に流れる電流によってヒータ４１４が発熱し、その熱によって加熱される。つまり、電極温度は、ヒータ４１４の発熱量と関係する。ヒータ４１４の発熱量が大きくなるほど、ヒータ４１４を構成する分子が活発に振動するので、ヒータ抵抗が大きくなる。よって、図８（ａ）のライン２１２が示すように、ヒータ抵抗が大きいほどヒータ４１４の発熱量が大きくなって、その結果電極温度は高くなると考えられる。なお、ヒータ４１４を白金Ｐｔで構成した場合には、ヒータ抵抗と電極温度の関係はほぼリニア（比例）の関係となる。
【００５９】
そこで、Ｓ１４１では、先ずヒータ抵抗を測定する。図９は、ヒータ抵抗を測定する測定回路７０を示している。その測定回路７０は、ヒータ抵抗４１４（ヒータ４１４）に電圧を印加する電圧源Ｅ２を有する。その電圧源Ｅ２による電圧によって、ヒータ抵抗４１４にはヒータ抵抗４１４に応じた電流Ｉ２が流れる。その電流Ｉ２が流れるライン上には電流検出用の抵抗Ｒ２（シャント抵抗）が設けられている。そのシャント抵抗Ｒ２の両端電圧Ｖを測定することで、電流Ｉ２、すなわちヒータ抵抗４１４を測定することができる。Ｓ１４１では、図８（ａ）のライン２１２を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、測定したヒータ抵抗に対応する電極温度を、そのマップから読み取る。
【００６０】
（電極と排気との間の熱交換を考慮して電極温度を推定する方法）
次に、電極４１３と排気との間の熱交換を考慮して、電極温度を推定する方法について説明する。図８（ｂ）に示すように、排気通路２１ａに、排気温Ｔｅ（具体的には例えば１００℃）、排気流量Ｆｅの排気ｅが流れていると仮定する。その排気ｅの一部が、ＰＭセンサ４１のケース４１１に形成された孔４１１ａからケース４１１内に侵入される。排気ｅのうちのケース４１１内に侵入される排気（ＰＭ）の率を侵入率αとする。また、電極４１３の初期温度がＴｉ（具体的には例えば７００℃）、熱容量がＱであるとする。また、ケース４１１内（図８（ｂ）の領域Ｃ）の熱の伝達率がβであるとする。
【００６１】
以上のようなモデルを考えた場合、高温側の電極４１３と低温側の排気ｅとの間で熱交換がなされる。この場合、電極４１３の電極温度は、その熱交換量及び電極４１３（＋基板４１２）の熱容量Ｑに応じた値とされる。例えば、熱交換量が多いほど、電極温度は小さくなる。また、熱容量Ｑが大きいほど、奪われた熱量に対して、温度が下がりにくくなるので、電極温度は大きくなる。よって、Ｓ１４１では、先ず、上記の各パラメータ（Ｔｅ、Ｆｅ、α、Ｔｉ、β）を考慮して熱交換量Ｘを算出する。具体的には、各パラメータ（Ｔｅ、Ｆｅ、α、Ｔｉ、β）と熱交換量Ｘとの関係を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回のパラメータ（Ｔｅ、Ｆｅ、α、Ｔｉ、β）に対応する熱交換量Ｘを、そのマップに基づいて算出する。この際、排気温Ｔｅは排気温センサ４３（図１参照）で検出する。排気流量Ｆｅは、上述のＳ１２２で算出したときの値を使用する。侵入率αは、孔４１１ａの形状等を考慮して予め定めておく。電極４１３の初期温度Ｔｉは、予め定められた値（具体的には例えば７００℃）を使用する。伝達率βは、予め定められた値（例えば空気の伝達率）を使用する。なお、二つの物質間の熱交換のモデルは公知であるので、さらに詳細な説明はここでは省略する。
【００６２】
熱交換量Ｘを算出した後、その熱交換量Ｘと電極４１３の熱容量Ｑとに基づいて、電極温度を算出する。具体的には、熱交換量Ｘ及び熱容量Ｑと電極温度の関係を示したマップを予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の熱交換量Ｘ及び熱容量Ｑに対応する電極温度を、そのマップから算出する。この際、熱容量Ｑは、電極４１３の面積に応じた値となるので、その面積に基づいて予め算出された値を使用する。
【００６３】
Ｓ１４１で電極温度を推定した後、次いで、その電極温度に基づいてＰＭ付着率を推定する（Ｓ１４２）。具体的には、上述した図７（ｂ）の電極温度とＰＭ付着率との関係を示したライン２１１を予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の電極温度に対応するＰＭ付着率を、そのライン２１１から読み取る。Ｓ１４２の処理の後、図６のフローチャートの処理を終了して、図３のフローチャートの処理に戻る。
【００６４】
なお、以上では、電極温度に基づいてＰＭ付着率を推定する方法を説明したが、他の方法でＰＭ付着率を推定することもできる。以下、他の方法について説明する。
【００６５】
（経過時間に基づいてＰＭ付着率を推定する方法）
図７（ａ）の電極温度の時間変化を示したライン２１０が示すように、電極温度は、ヒータ４１４による加熱（ヒータ４１４による再生）が終了した時間ｔ１を境にして、時間が経過するにしたがって徐々に減少していく。つまり、ヒータ４１４による再生終了からの経過時間に応じて、電極温度が変化し、電極温度が変化するとＰＭ付着率も変化するので（図７（ｂ）参照）、その経過時間から直接ＰＭ付着率を推定することができる。ここで、図１０（ａ）は、経過時間とＰＭ付着率との関係を示したライン２１３を示している。そのライン２１３が示すように、経過時間が短いほどＰＭ付着率が小さくされている。これは、経過時間が短いほど電極温度が高いためである。
【００６６】
そこで、図３のＳ１４では、図１０（ａ）のライン２１３を予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の経過時間に対応するＰＭ付着率をそのライン２１３から読み取るようにしてもよい。なお、経過時間は、タイマー（図示外）で計測すればよい。経過時間からＰＭ付着率を推定する方法は、上述の図６の処理に代えて実行される方法である。
【００６７】
（排気流量に基づいてＰＭ付着率を推定する方法）
また、経過時間からＰＭ付着率を推定する方法の他に、排気流量からＰＭ付着率を推定することもできる。ここで、図１０（ｂ）は、排気流量とＰＭ付着率との関係を示したライン２１４を示している。ライン２１４が示すように、排気流量が大きいほどＰＭ付着率が小さくされている。これは、排気流量が大きいと、排気の流速が速くなるからである。
【００６８】
そこで、Ｓ１４では、図１０（ｂ）のライン２１４を予めメモリ６１に記憶しておく。そして、今回の排気流量に対応するＰＭ付着率をそのライン２１４から読み取るようにしてもよい。なお、排気流量は、上述のＳ１２２で算出したときの値を使用する。排気流量からＰＭ付着率を推定する方法は、上述の図６の処理に代えて、又は図６の処理に加えて実行される方法である。図６の処理に加えて実行する場合、つまり、電極温度と排気流量の両方を考慮してＰＭ付着率を推定する場合には、電極温度と排気流量の両方が考慮されたＰＭ付着率のマップを予め用意しておけばよい。
【００６９】
図３の説明に戻り、Ｓ１４の処理の後、次いで、ＤＰＦ３０が故障した場合におけるＰＭセンサ４１に付着しているＰＭ付着量（故障時ＰＭ付着量）を推定する（Ｓ１５）。具体的には、Ｓ１３で推定された故障時流出ＰＭ量とＳ１４で推定されたＰＭ付着率とを乗算することで、故障時ＰＭ付着量を算出する。
【００７０】
ここで、Ｓ１６以降の処理を説明する前に、ＤＰＦ３０が故障した場合における通電時期である故障時通電時期の推定方法を説明する。図１１は、その推定方法を説明するための図であり、具体的には、図１１（ａ）は、Ｓ１３で推定された故障時流出ＰＭ量の積算値の時間変化を示したライン３１０を示している。また、図１１（ｂ）は、Ｓ１５で推定された故障時ＰＭ付着量の積算値の時間変化を示したライン３２０を示している。なお。図１１（ｂ）では、ＰＭセンサ４１の通電が開始される付着量として予め定められた通電付着量のライン３３０を示している。また、図１１（ｃ）は、ＰＭセンサ４１の出力信号の時間変化を示したライン（正常時のライン３４０、故障時のライン３５０）を示している。なお、図１１において、時間ｔ＝０は、ヒータ４１４によるＰＭの燃焼除去が終了された直後の時点、すなわち図３の処理が開始される時点を示している。
【００７１】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、時間の経過にともなって故障時流出ＰＭ量の積算値は徐々に増加していき（ライン３１０）、それにともなって、故障時ＰＭ付着量の積算値も時間の経過にともなって徐々に増加していく（ライン３２０）。図１１（ｂ）に示すように、ＤＰＦ３０が故障した場合であっても、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達するまで（ライン３２０がライン３３０に交差するまで）にはある程度の時間を要する。そして、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達した場合（ライン３２０がライン３３０に交差した場合）に、ＰＭセンサ４１が通電する。この通電時期を、ＤＰＦ３０が故障した場合における通電時期ｔｘ（故障時通電時期）とする。上述したように、本実施形態では、ＤＰＦ３０が故障した場合として例えばＯＢＤ規制値を満たさなくなる場合を想定しており、その場合の故障時通電時期ｔｘを推定することになる。そして、本実施形態では、故障時通電時期ｔｘに対して、実際のＰＭセンサ４１の通電時期が先か後かによって、ＤＰＦ３０が故障しているか否かを判定している。
【００７２】
そのために、図３のＳ１５の処理の後、次いで、Ｓ１５で推定された故障時ＰＭ付着量が、ＰＭセンサ４１の通電が開始される通電付着量以上になったか否かを判断する（Ｓ１６）。未だ通電付着量に達していない場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、Ｓ１５の処理に戻る。この場合、Ｓ１５において、次の時点における故障時ＰＭ付着量を、次の時点におけるＳ１１〜Ｓ１４の処理結果に基づいて算出する。そして、その故障時ＰＭ付着量を前回までの故障時ＰＭ付着量に積算する（Ｓ１６）。つまり、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達するまでは、図１１（ｂ）に示すように、時間の経過にともなって徐々に増加していく故障時ＰＭ付着量の積算値が算出されることになる（Ｓ１５）。
【００７３】
故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に達した場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、その達した時点を故障時通電時期（図１１の故障時通電時期ｔｘ）と推定して、実際のＰＭセンサ４１の出力の有無を確認する。すなわち、ＰＭセンサ４１の出力が、所定値以上か否かを判断することで、ＰＭセンサ４１が通電されているか否かを判断する（Ｓ１７）。Ｓ１７における所定値は、ＰＭセンサ４１が通電されているか否かを判断するためのものであるので、図１１（ｃ）の縦軸のゼロ点付近に設定されている。
【００７４】
ＰＭセンサ４１の出力が所定値未満の場合、つまり未だ通電されていない場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、図３のフローチャートの処理を終了する。この場合には、実際のＰＭセンサ４１の通電時期が故障時通電時期よりも後であるので、ＤＰＦ３０は正常と判定されることになる（図１１（ｃ）のライン３４０参照）。この場合には、ＤＰＦ３０はＯＢＤ規制値を満たしていることになる。
【００７５】
これに対して、ＰＭセンサ４１の出力が所定値以上の場合、つまり既にＰＭセンサ４１が通電されている場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、処理をＳ１８に進める。この場合には、実際のＰＭセンサ４１の通電時期が故障時通電時期よりも先であるので、Ｓ１８において、ＤＰＦ３０が故障していると判定する（Ｓ１８、図１１（ｃ）のライン３５０参照）。この場合には、ＤＰＦ３０はＯＢＤ規制値を満たしていないおそれがあることになる。その後、図３のフローチャートの処理を終了する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態では、ＰＭセンサ４１の通電時期に基づいて、ＤＰＦ３０が故障しているか否かを判定しているので、ＰＭセンサ４１に付着したＰＭの温度変化に関わらず、ＤＰＦ３０の故障を精度良く検出できる。この際、ＤＰＦ３０が故障した場合における通電時期（故障時通電時期）を、各種の条件を考慮して、具体的には流入ＰＭ量、捕集率、流出ＰＭ量、ＰＭ付着率、ＰＭ付着量（Ｓ１１〜Ｓ１５）を考慮して推定しているので、精度の高い故障時通電時期の推定値を得ることができる。
【００７７】
（変形例１）
上記実施形態では、故障時通電時期の到来を待って、ＰＭセンサ４１の出力の有無を確認していたが（図３のＳ１６：Ｙｅｓ→Ｓ１７）、ＰＭセンサ４１の出力を待ってから故障時通電時期が到来しているか否かを確認するようにしてもよい。この場合、図３の処理に代えて、例えば図１２のフローチャートの処理を実行すればよい。この図１２は、変形例１に係る故障検出処理の手順を示したフローチャートである。なお、図１２において、図３の処理と同じ処理には同一符号を付している。
【００７８】
図１２の処理は、Ｓ１１〜Ｓ１５の処理の後、先にＳ１７の処理を実行し、その後、Ｓ１６の処理を実行する点が図３の処理と異なっている。すなわち、Ｓ１１〜Ｓ１５で故障時ＰＭ付着量を推定した後、ＰＭセンサ４１の出力が所定値以上か否かを判断して、ＰＭセンサ４１の出力の有無を確認する（Ｓ１７）。所定値未満の場合、すなわち未だＰＭセンサ４１の出力が無い場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、Ｓ１７の処理に戻って、ＰＭセンサ４１の出力を待つ。ＰＭセンサ４１の出力が所定値以上の場合、すなわちＰＭセンサ４１の出力が有る場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、処理をＳ１６に進める。この場合には、ＰＭセンサ４１の実際の通電時期が到来したことになる。次いで、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量以上か否かを判断する（Ｓ１６）。故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量以上の場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、図１２のフローチャートの処理を終了する。この場合には、先に故障時通電時期が到来して、その後に実際の通電時期が到来したことになるので、ＤＰＦ３０は正常と判定されることになる。
【００７９】
これに対して、故障時ＰＭ付着量の積算値が通電付着量に未だ達していない場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、処理をＳ１８に進める。この場合には、故障時通電時期よりも先に実際の通電時期が到来したことになるので、ＤＰＦ３０が故障していると判定する（Ｓ１８）。その後、図１２のフローチャートの処理を終了する。
【００８０】
なお、上記実施形態において、図３又は図１２のＳ１１〜Ｓ１６の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「時期推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１８の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「故障判定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１１の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「流入ＰＭ量推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１２の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「捕集率推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１３の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「流出ＰＭ量推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１４の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「付着率推定手段」に相当する。図３又は図１２のＳ１５の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「付着量算出手段」に相当する。図４のＳ１２１の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「堆積量算出手段」に相当する。図４のＳ１２２の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「排気流量算出手段」に相当する。図６のＳ１４１の処理を実行するＥＣＵ６０が本発明の「電極温度推定手段」及び「熱交換量算出手段」に相当する。図９の測定回路７０が本発明の「ヒータ抵抗測定手段」に相当する。
【符号の説明】
【００８１】
１ エンジンシステム
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２１ 排気通路
３０ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４１ ＰＭセンサ
４１１ ケース
４１１ａ 孔
４１２ 基板
４１３、４１３ａ、４１３ｂ 電極
４１４ ヒータ
６０ ＥＣＵ
６１ メモリ
７０ 測定回路
【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た、排気に含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路の前記パティキュレートフィルタの下流に設けられ、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれるパティキュレートマターの量であるＰＭ量を検出するＰＭセンサであって、電極を有し、その電極に付着したパティキュレートマターを流れる電流によって前記ＰＭ量を検出するＰＭセンサと、
前記電極に付着したパティキュレートマターによって通電が開始される時期を通電時期として、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記通電時期である故障時通電時期を推定する時期推定手段と、
実際の前記通電時期が前記故障時通電時期よりも先の場合に、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とするパティキュレートフィルタの故障検出装置。
【請求項２】
前記ＰＭセンサは、前記ＰＭセンサを加熱して前記電極に付着したパティキュレートマターを燃焼除去するヒータを含み、
前記時期推定手段は、前記ヒータによる前記燃焼除去後における前記故障時通電時期を推定するものであることを特徴とする請求項１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３】
前記時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタに流入するＰＭ量である流入ＰＭ量を推定する流入ＰＭ量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタによる前記パティキュレートマターの捕集率である故障時捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記流入ＰＭ量推定手段が推定した前記流入ＰＭ量と前記捕集率推定手段が推定した前記故障時捕集率とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタから流出される前記ＰＭ量である故障時流出ＰＭ量を推定する流出ＰＭ量推定手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記流出ＰＭ量推定手段が推定した前記故障時流出ＰＭ量に基づいて前記故障時通電時期を推定することを特徴とする請求項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】
前記時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれる全パティキュレートマターのうち、前記電極に付着されるパティキュレートマターの比率を示すＰＭ付着率を推定する付着率推定手段と、
その付着率推定手段が推定した前記ＰＭ付着率と前記故障時流出ＰＭ量とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記電極へのパティキュレートマターの付着量である故障時ＰＭ付着量を時間の経過にともなって積算して算出する付着量算出手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記付着量算出手段が算出した前記故障時ＰＭ付着量が前記通電時期の付着量として予め定められた通電付着量以上となった時期を前記故障時通電時期と推定するものであることを特徴とする請求項３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】
前記捕集率推定手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積されているＰＭ堆積量を算出する堆積量算出手段を含み、その堆積量算出手段が算出した前記ＰＭ堆積量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする請求項３又は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】
前記捕集率推定手段は、排気流量を算出する排気流量算出手段を含み、その排気流量算出手段が算出した前記排気流量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項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７】
前記付着率推定手段は、前記電極の温度を推定する電極温度推定手段を含み、その電極温度推定手段が推定した前記電極の温度が高いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする請求項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８】
前記ヒータの電気抵抗であるヒータ抵抗を測定するヒータ抵抗測定手段を備え、
前記電極温度推定手段は、前記ヒータ抵抗測定手段が測定した前記ヒータ抵抗に基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする請求項７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９】
前記電極温度推定手段は、前記電極と排気との間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段を含み、その熱交換量算出手段が算出した前記熱交換量と前記電極の熱容量とに基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする請求項７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１０】
前記付着率推定手段は、排気流量が大きいほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする請求項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１１】
前記付着率推定手段は、前記ヒータによる燃焼除去終了からの経過時間が短いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする請求項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１】
内燃機関の排気通路に設けられた、排気に含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路の前記パティキュレートフィルタの下流に設けられ、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれるパティキュレートマターの量であるＰＭ量を検出するＰＭセンサであって、電極を有し、その電極に付着したパティキュレートマターを流れる電流によって前記ＰＭ量を検出するＰＭセンサと、
前記電極に付着したパティキュレートマターによって通電が開始される時期を通電時期として、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記通電時期である故障時通電時期を推定する時期推定手段と、
実際の前記通電時期が前記故障時通電時期よりも先の場合に、前記パティキュレートフィルタが故障していると判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とするパティキュレートフィルタの故障検出装置。
【請求項２】
前記ＰＭセンサは、前記ＰＭセンサを加熱して前記電極に付着したパティキュレートマターを燃焼除去するヒータを含み、
前記時期推定手段は、前記ヒータによる前記燃焼除去後における前記故障時通電時期を推定するものであることを特徴とする請求項１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３】
前記時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタに流入するＰＭ量である流入ＰＭ量を推定する流入ＰＭ量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタによる前記パティキュレートマターの捕集率である故障時捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記流入ＰＭ量推定手段が推定した前記流入ＰＭ量と前記捕集率推定手段が推定した前記故障時捕集率とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記パティキュレートフィルタから流出される前記ＰＭ量である故障時流出ＰＭ量を推定する流出ＰＭ量推定手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記流出ＰＭ量推定手段が推定した前記故障時流出ＰＭ量に基づいて前記故障時通電時期を推定することを特徴とする請求項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】
前記時期推定手段は、前記パティキュレートフィルタの下流の排気に含まれる全パティキュレートマターのうち、前記電極に付着されるパティキュレートマターの比率を示すＰＭ付着率を推定する付着率推定手段と、
その付着率推定手段が推定した前記ＰＭ付着率と前記故障時流出ＰＭ量とに基づいて、前記パティキュレートフィルタが故障した場合における前記電極へのパティキュレートマターの付着量である故障時ＰＭ付着量を時間の経過にともなって積算して算出する付着量算出手段と、を含み、
前記時期推定手段は、前記付着量算出手段が算出した前記故障時ＰＭ付着量が前記通電時期の付着量として予め定められた通電付着量以上となった時期を前記故障時通電時期と推定するものであることを特徴とする請求項３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】
前記捕集率推定手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積されているＰＭ堆積量を算出する堆積量算出手段を含み、その堆積量算出手段が算出した前記ＰＭ堆積量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする請求項３又は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】
前記捕集率推定手段は、排気流量を算出する排気流量算出手段を含み、その排気流量算出手段が算出した前記排気流量に基づいて前記故障時捕集率を推定するものであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項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７】
前記付着率推定手段は、前記電極の温度を推定する電極温度推定手段を含み、その電極温度推定手段が推定した前記電極の温度が高いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする請求項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８】
前記ヒータの電気抵抗であるヒータ抵抗を測定するヒータ抵抗測定手段を備え、
前記電極温度推定手段は、前記ヒータ抵抗測定手段が測定した前記ヒータ抵抗に基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする請求項７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９】
前記電極温度推定手段は、前記電極と排気との間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段を含み、その熱交換量算出手段が算出した前記熱交換量と前記電極の熱容量とに基づいて前記電極の温度を推定するものであることを特徴とする請求項７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１０】
前記付着率推定手段は、排気流量が大きいほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする請求項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１１】
前記付着率推定手段は、前記ヒータによる燃焼除去終了からの経過時間が短いほど小さくなる前記ＰＭ付着率を推定するものであることを特徴とする請求項４に記載のパティキュレートフィルタの故障検出装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１】
【図５】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１】
【図５】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２２３９９（Ｐ２０１２−１２２３９９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３５９１（Ｐ２０１０−２７３５９１）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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