パティキュレート帯電装置の故障診断装置
【課題】排気ガス中のパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができるパティキュレート帯電装置の故障診断装置を提供する。
【解決手段】排気ガスＧ中のパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置４は、制御ユニット１５によって故障診断が行われ、この故障診断では、前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路３に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置２０を用いて、前記パティキュレート帯電装置を作動させた場合に前記パティキュレート排出量検出装置によって検出される前記パティキュレートの排出量と前記パティキュレート帯電装置を作動させない場合に前記パティキュレート排出量検出装置によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かが判断される。
【解決手段】排気ガスＧ中のパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置４は、制御ユニット１５によって故障診断が行われ、この故障診断では、前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路３に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置２０を用いて、前記パティキュレート帯電装置を作動させた場合に前記パティキュレート排出量検出装置によって検出される前記パティキュレートの排出量と前記パティキュレート帯電装置を作動させない場合に前記パティキュレート排出量検出装置によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かが判断される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば希薄燃焼ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンなどを備えた車両においては、エンジンから排出される排気ガス中に炭素成分を含む粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート）が含有されているため、パティキュレートを捕集するためのフィルタ部材を排気通路内に設けてパティキュレートの排出量を抑制することが行われている。
【０００３】
また、排気ガス中のパティキュレートを負に帯電させ、正に帯電されたフィルタ部材を用いて静電気力によってパティキュレートを捕集し、パティキュレートの排出量を抑制することも知られている。これに関し、例えば特許文献１には、内燃機関の排気ガスに含まれるＰＭをコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、印加電圧の電流値を測定することにより排気浄化装置の故障の有無を判断する内燃機関用排気浄化装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６ー１９４１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、車両から外部に排出される排気ガス中のパティキュレートについて、パティキュレートの環境に与える影響等から、パティキュレートの排出量に加えて、マイクロメートルオーダーの粒子からナノメートルオーダーの粒子まで、排出されるパティキュレートの粒子数自体が問題となっている。
【０００５】
パティキュレート帯電装置とパティキュレート捕集装置とを用いて、排気ガス中のパティキュレートを帯電させ、静電気力によってパティキュレートを捕集させ、パティキュレートの排出を抑制する場合、微小なパティキュレートが外部に排出されることを抑制する上で有用であるが、かかる場合には、パティキュレート帯電装置が、高温の排気ガスによって次第に熱劣化したり、長期使用によってその電源部が故障したりする畏れがある。
【０００６】
このようなパティキュレート帯電装置の故障時には、パティキュレート帯電装置によって排気ガス中のパティキュレートを正常に帯電することができず、排気ガス中のパティキュレートがパティキュレート捕集装置を通過して外部に放出され得るので、パティキュレート帯電装置の故障を的確に検出することが望まれる。
【０００７】
そこで、この発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができるパティキュレート帯電装置の故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本願の請求項１に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位が付与された状態で、前記パティキュレート帯電装置を作動させた場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と前記パティキュレート帯電装置を作動させない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、を備えていることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えていることを特徴としたものである。
【００１０】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴としたものである。
【００１１】
また更に、本願の請求項４に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、前記パティキュレート帯電装置が作動された状態で、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与した場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与しない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、を備えていることを特徴としたものである。
【００１２】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えていることを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項４又は５に係る発明において、前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願の請求項１に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置によれば、パティキュレート排出量検出手段により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。詳細には、パティキュレート帯電装置を作動させていない場合、パティキュレートは排気通路内を流れている際に互いに接触することで極弱く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出手段に比較的少量が堆積し、一方、パティキュレート帯電装置を作動させている場合、パティキュレートは強く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出手段に比較的多く堆積する。したがって、パティキュレート帯電装置に故障が生じている場合には、前記パティキュレート排出量検出手段に堆積するパティキュレートの堆積量はパティキュレート帯電装置を作動させていない場合と比べてそれらの差が少なくなる又は極度に大きくなる、あるいはそれらの比率が１に近づく又は極度に大きくなるという現象が捉えられる。これを基にすれば、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。
【００１５】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、故障状態検出手段によってパティキュレート帯電装置の故障状態を検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断をより的確に行うことができる。前記故障状態検出手段によって検出されるパティキュレート帯電装置の故障状態から、パティキュレート帯電装置に付与される印加電圧の異常状態を診断することも可能である。
【００１６】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、パティキュレート排出量検出手段によってパティキュレート排出量を検出する毎に、固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレートが燃焼除去されるので、パティキュレート排出量をより精度良く検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１７】
また更に、本願の請求項４に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置によれば、パティキュレート排出量検出手段により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。
【００１８】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、故障状態検出手段によってパティキュレート帯電装置の故障状態を検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断をより的確に行うことができる。前記故障状態検出手段によって検出されるパティキュレート帯電装置の故障状態から、パティキュレートを帯電させるためにパティキュレート帯電装置に付与される印加電圧の異常状態を診断することも可能である。
【００１９】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、パティキュレート排出量検出手段によってパティキュレート排出量を検出する毎に、固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレートが燃焼除去されるので、パティキュレート排出量をより精度良く検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。図１に示すように、例えば希薄燃焼ガソリンエンジンなどのエンジン２から排出される排気ガスＧを車両外部に放出するための排気通路３に、排気ガスＧ中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置（以下、適宜「ＰＭ帯電装置」を用いる）４と、排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集装置（以下、適宜「ＰＭ捕集装置」を用いる）５とが排気ガスＧの流れ方向に沿って順次配設されている。
【００２１】
ＰＭ帯電装置４は、排気通路３の外形形状と略同等の外径を有し筒状に形成された外部電極４ａと、外部電極４ａの内部に設けられた内部電極（不図示）とを備え、外部電極４ａと前記内部電極とはともに電源部１６に接続され、後述する制御ユニット１５によって、外部電極４ａと前記内部電極との間で放電を生じさせるようにＰＭ帯電装置４に電圧が印加されるようになっている。これにより、ＰＭ帯電装置４では、ＰＭ帯電装置４が作動した状態で、すなわちＰＭ帯電装置４に電圧が印加された状態で外部電極４ａ内を通過する排気ガスＧ中のパティキュレートを帯電させることができるようになっている。
【００２２】
なお、ＰＭ帯電装置４は、外部電極４ａと前記内部電極とによって放電を生じさせて排気ガスＧ中のパティキュレートを帯電させているが、これに限定されるものでなく、例えば、筒状の誘電体の内側に棒状の電極が挿入されるとともに前記誘電体の外周面にコイルが巻き付けられたＰＭ帯電装置を用いて、前記電極と前記コイルとの間に放電用電圧を印加して放電させ、排気ガス中のパティキュレートを帯電させるようにしてもよい。
【００２３】
ＰＭ捕集装置５は、排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するためのフィルタ部材（不図示）を備え、前記フィルタ部材は電源部１６に接続され、制御ユニット１５によって、ＰＭ帯電装置４によって帯電されるパティキュレートの極性と逆の極性の電位が付与されるように電源部１６から前記フィルタ部材に電圧が印加されるようになっている。前記フィルタ部材は、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレートが負に帯電される場合には正の電位が付与され、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレートが正に帯電される場合には負の電位が付与されるようになっている。これにより、ＰＭ捕集装置５では、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレートを静電気力によって前記フィルタ部材に捕集することができるようになっている。
【００２４】
図１に示すように、第１の実施形態に係るＰＭ帯電装置４の故障診断装置１０は、ＰＭ帯電装置４より下流側の排気通路３に、排気ガスＧ中に含まれるパティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置（以下、適宜「ＰＭ排出量検出装置」を用いる）２０を備えており、このＰＭ排出量検出装置２０は、排気ガスＧの流れ方向においてＰＭ帯電装置４より下流側でＰＭ捕集装置５より上流側の排気通路３に設けられている。
【００２５】
図２は、パティキュレート排出量検出装置を示す図であり、図２の（ａ）は、ＰＭ排出量検出装置の上面図、図２の（ｂ）は、ＰＭ排出量検出装置の正面図、図２の（ｃ）は、ＰＭ排出量検出装置の側面図である。なお、図２（ｃ）では、ＰＭ排出量検出装置の一部を切り欠いて断面図で示している。
【００２６】
図２に示すように、ＰＭ排出量検出装置２０は、検出素子３１と、検出素子３１を収容するハウジング２１と、検出素子３１を加熱する加熱手段としての加熱ヒータ４３とを備えている。
【００２７】
図３は、パティキュレート排出量検出装置の検出素子を示す概略断面図であり、図４は、前記検出素子の分解斜視図である。図３及び図４に示すように、ＰＭ排出量検出装置２０の検出素子３１は、酸素イオン伝導性を有する第１の固体電解質層３２及び第２の固体電解質層３３と、第１の固体電解質層３２と第２の固体電解質層３３との間に埋設される第１の電極４０と、第２の固体電解質層３３において第１の電極４０が設けられる表面と反対側の表面３３ａに、第１の電極４０に対向して設けられる第２の電極４１と、第２の電極４１を挟むようにして固体電解質層３３の表面３３ａに隣接して設けられる絶縁体層３４とを備えている。
【００２８】
また、検出素子３１では、絶縁体層３４において第２の電極４１が設けられる表面と反対側の表面３４ａに、検出素子３１の温度を検出する温度検出手段としての熱電対４２が設けられている。固体電解質層３２、３３が、加熱ヒータ４３により加熱される際には、熱電対４２によって検出素子３１の温度を測定することができるようになっている。
【００２９】
第１及び第２の固体電解質層３２、３３は、例えばＺｒとＮｄとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｎｄ−Ｏ）、ＺｒとＹとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｙ−Ｏ）、ＺｒとＹｂとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｙｂ−Ｏ）、ＺｒとＬａとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｌａ−Ｏ）、ＺｒとＣａとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｃａ−Ｏ）、ＺｒとＣｅとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｃｅ−Ｏ）、及びＺｒとＰｒとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｐｒ−Ｏ）などの酸素イオン伝導性を有する固体電解質を用いて形成され、第１及び第２の電極４０、４１は、例えばＰｔ、Ｐｔ−Ｒｈなどの熱耐久性を有する材料を用いて形成され、絶縁体層３４は、例えば多孔質アルミナ及び多孔質スピネルなどの電気的に絶縁性を有する材料を用いて形成される。また、絶縁体層３４は、電気的に絶縁性を有するとともに、酸素ガスが通過可能であるように微細連通孔を有する材料を用いて形成される。
【００３０】
図５は、前記検出素子の検出原理を説明するための説明図である。検出素子３１では、第１の固体電解質層３２において第１の電極４０が設けられる表面と反対側の表面３２ａにパティキュレート４５が堆積した状態で固体電解質層３２、３３が加熱されると、第１の固体電解質層３２の表面３２ａにおいて、パティキュレート４５の主成分であるカーボン（Ｃ）が、第１の固体電解質層３２内の酸素イオン（Ｏ２−）と反応して燃焼し、二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するとともに第１の固体電解質層３２に電子（ｅ−）を与える（下記、化学式（１）参照）。
【００３１】
【化１】
【００３２】
一方、第２の固体電解質層３３において第２の電極４１が設けられる表面３３ａでは、絶縁体層３４を通じて第２の固体電解質層３３の表面３３ａに供給される雰囲気中の酸素（Ｏ２）が、電子（ｅ−）を受け取りイオン化して、酸素イオン（Ｏ２−）として第２の固体電解質層３３内に取り込まれる（下記、化学式（２）参照）。そして、この酸素イオンは、第２の固体電解質層３３及び第１の固体電解質層３２内を拡散して第１の固体電解質層３２の表面３２ａに供給される。
【００３３】
【化２】
【００３４】
これにより、検出素子３１では、パティキュレート４５、具体的にはカーボンの燃焼に伴って第１の電極４０と第２の電極４１との間に酸素イオン濃度差が生じ、第１の電極４０がマイナス極、第２の電極４１がプラス極となり、第１の電極４０と第２の電極４１との間に起電力が生じる。この起電力は、後述するようにパティキュレートの堆積量に対応しているので、検出素子３１では、かかる起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量を検出することができる。
【００３５】
次に、検出素子３１において、パティキュレート４５の堆積量と、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力との関係について説明する。
本実施形態では、検出素子３１において、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに所定量のパティキュレート４５を堆積させ、固体電解質層３２、３３を加熱してパティキュレート４５を燃焼させ、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力を測定する試験を行った。
【００３６】
第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力の測定では、第１及び第２の電極４０、４１としてＰｔを用い、第１及び第２の固体電解質３２、３３としてＺｒとＮｄとを含む複合酸化物（金属としてのＺｒとＮｄとのモル比は、Ｚｒ：Ｎｄ＝７９：２１）を用い、パティキュレート堆積量１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇの３種類について大気雰囲気中において前記起電力を測定した。また、検出素子３１を昇温速度１０℃／ｍｉｎで昇温させ、パティキュレート４５を燃焼させた。
【００３７】
図６は、前記検出素子に堆積されるパティキュレートを燃焼させる際に第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力を示すグラフである。図６では、検出素子３１の温度を横軸にとり、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じた起電力を縦軸にとって表示し、パティキュレート堆積量１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇについて、パティキュレート４５の燃焼時に第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力をそれぞれ実線、破線、一点鎖線で示している。
【００３８】
図６に示すように、検出素子３１においてパティキュレート４５を燃焼させると、パティキュレート堆積量が１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇのいずれの場合においても、約４５０℃から起電力が生じ、約５４０℃から約６２０℃の間において起電力が大きくなることが分かった。また、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力は、パティキュレート堆積量が大きいほど大きくなることが分かった。
【００３９】
図７は、前記検出素子に堆積されるパティキュレート堆積量と第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力との関係を示すグラフである。図７では、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに堆積させたパティキュレート堆積量を横軸にとり、ＰＭ堆積量検出素子３１の温度５６０℃において第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じた起電力を縦軸にとって表示している。
【００４０】
図７に示すように、検出素子３１の温度５６０℃において第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じた起電力は、パティキュレート堆積量１ｍｇでは約２２ｍＶ、パティキュレート堆積量３ｍｇでは約３３ｍＶ、パティキュレート堆積量４ｍｇでは約４４ｍＶであり、パティキュレート堆積量に応じて大きくなることが分かった。これにより、検出素子３１では、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力に基づいて、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積されるパティキュレート堆積量を検出することができることが分かる。
【００４１】
このような検出素子３１を収容するハウジング２１は、図２に示すように、上面部２１ａ、下面部２１ｂ、側面部２１ｃ、正面部２１ｄ及び背面部２１ｅによって箱状に形成され、ハウジング２１内には、第１の固体電解質層３２の表面３２ａがハウジング２１の正面部２１ｄに対向するようにして検出素子３１が配設されている。
【００４２】
ハウジング２１の正面部２１ｄには、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに対応して四角状に形成される第１の開口部２２が設けられるとともに、平板状のシャッタ部材２５が備えられている。シャッタ部材２５は、ハウジング２１に取り付けられた軸部材２６に対し、図示しない駆動機構によって、矢印Ｒに示すように回動可能に支持され、第１の固体電解質層３２の表面３２ａを開閉可能に覆うことができるようになっている。
【００４３】
また、ハウジング２１の背面部２１ｅには、第２の開口部２３が設けられ、第２の開口部２３を通じて酸素ガスがハウジング２１内に取り込まれ、この酸素ガスが絶縁体層４を通じて第２の固体電解質層３３の表面３３ａに供給されるようになっている。なお、ハウジング２１、シャッタ部材２５及び軸部材２６は、例えばステンレスなど耐熱性を有する材料を用いて成形される。
【００４４】
検出素子３１を加熱する加熱手段としての加熱ヒータ４３は、シャッタ部材２５に取り付けられ、シャッタ部材２５が閉じられた状態で、すなわちシャッタ部材２５が第１の固体電解質層３２の表面３２ａを覆った状態で、検出素子３１、具体的には固体電解質層３２、３３を加熱することができるようになっている。
【００４５】
ＰＭ排出量検出装置２０はまた、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力を検出する起電力検出手段（不図示）を備えるとともに、ＰＭ帯電装置４によって帯電されるパティキュレート４５の極性と逆の極性の電位（以下、適宜「逆電位」という）が付与されるようになっている。ＰＭ排出量検出装置２０、具体的には検出素子３１は、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が負に帯電される場合には正の電位が付与され、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が正に帯電される場合には負の電位が付与されるように電力が印加されるようになっている。
【００４６】
このようにして構成されるＰＭ排出量検出装置２０は、図１に示すように、エンジン２の排気系に関係する構成を制御するために設けられた制御ユニット１５によって制御される。この制御ユニット１５は、シャッタ部材２５の開閉駆動、加熱ヒータ４３の作動並びにＰＭ帯電装置４、ＰＭ捕集装置５及びＰＭ排出量検出装置２０への電力印加などを制御するととともに、前記起電力検出手段によって検出される起電力に基づいて、具体的には、熱電対１２によって検出される検出素子３１の温度と前記起電力検出手段によって検出される起電力に基づいて、検出素子３１に堆積されるパティキュレートの堆積量、ひいてはパティキュレートの排出量を検出するとともに、後述するようにＰＭ帯電装置４の故障診断処理を行う。なお、前記制御ユニットは、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
【００４７】
ＰＭ排出量検出装置２０を用いて排気ガスＧ中のパティキュレートの排出量を検出する際には、ＰＭ排出量検出装置２０は、好ましくは、検出素子３１の第１の固体電解質層３２の表面３２ａが排気ガスＧの流れ方向に対向するようにしてエンジン２の排気通路３内に設けられる。
【００４８】
図８は、パティキュレート排出量検出装置の動作を説明するための図であり、図８の（ａ）は、ＰＭ排出量検出装置２０においてシャッタ部材２５が開いた状態を示し、図８の（ｂ）は、ＰＭ排出量検出装置２０においてシャッタ部材２５が閉じた状態を示している。
【００４９】
排気ガスＧ中のパティキュレート排出量を検出する際には、図８（ａ）に示すように、排気通路３内に第１の固体電解質層３２の表面３２ａを露出させて第１の固体電解質層３２の表面３２ａに排気ガスＧ中のパティキュレート４５が堆積されるように、シャッタ部材２５を開いてシャッタ部材２５を開状態にする。
【００５０】
ＰＭ排出量検出装置２０では、シャッタ部材２５を、例えば６０秒など所定時間開状態にした後に、図８（ｂ）に示すように、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに排気ガス中のパティキュレート４５が堆積しないように、シャッタ部材２５を閉じてシャッタ部材２５を閉状態にする。
【００５１】
そして、シャッタ部材２５を閉状態にした後に、加熱ヒータ４３からの伝熱によって固体電解質層３２、３３を加熱して第１の固体電解質層３２の表面３２ａに堆積しているパティキュレート４５を燃焼させる。このパティキュレート４５の燃焼に伴って、第１の固体電界質層３２の表面３２ａでは、パティキュレート４５が第１の固体電解質層３２内の酸素イオンと反応して二酸化炭素を生成するとともに第１の固体電解質層３２に電子を与え、第２の固体電解質層３３の表面３３ａでは、絶縁体層３４を通じて供給される酸素が電子を受け取り酸素イオンとして取り込まれ、第１の電極４０と第２の電極４１との間に起電力が生じる。
【００５２】
ＰＭ排出量検出装置２０では、一対の電極４０、４１の間に生じる起電力が前記起電力検出手段によって検出され、パティキュレート４５の燃焼時における検出素子３１の温度が熱電対１２によって検出され、制御ユニット１５では、検出素子３１の温度及び前記起電力に基づいてパティキュレートの堆積量が検出される。これにより、ＰＭ排出量検出装置２０では、このパティキュレートの堆積量から前記所定時間に排出されるパティキュレートの排出量が検出される。
【００５３】
なお、ＰＭ排出量検出装置２０のシャッタ部材２５は、パティキュレート４５が固体電解質層３２の表面３２ａを覆うように開閉可能な機能を有していればよく、ハウジング２１と離間し、且つ固体電解質層３２の表面３２ａの排気ガス上流部において別部材として設けられる構造を採用してもよい。
【００５４】
次に、ＰＭ排出量検出装置２０を用いたＰＭ帯電装置４の故障診断処理について説明する。
前述したように、制御ユニット１５は、ＰＭ排出量検出装置２０によって検出されるパティキュレート堆積量、ひいてはパティキュレート排出量に基づいて、ＰＭ帯電装置４が故障しているか否かについての診断処理を行う。また、制御ユニット１５は、ＰＭ帯電装置４が故障している場合に、ＰＭ帯電装置４の故障状態を検出するようになっている。
【００５５】
図９は、パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第１のフローチャートである。ＰＭ帯電装置４の故障診断を行う際には、先ず、シャッタ部材２５を閉じた状態で、加熱ヒータ４３を作動させてＰＭ排出量検出装置２０に残留するパティキュレート４５を燃焼させて除去する（ステップ＃１）。そして、ＰＭ帯電装置４の作動を開始し（ステップ＃２）、排気ガスＧ中のパティキュレート４５を帯電させる。
【００５６】
次に、ＰＭ排出量検出装置２０に逆電位を付与する（ステップ＃３）。ＰＭ排出量検出装置２０、具体的にはＰＭ堆積量検出素子３１に、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が帯電される極性と逆の極性の電位を付与するようにＰＭ排出量検出装置２０に電圧が印加される。そして、シャッタ部材２５を所定時間開き（ステップ＃４）、ＰＭ排出量検出装置２０にパティキュレート４５を取り込む。排気ガスＧに固体電解質層３２の表面３２ａを露出させ、該表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させる。排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質層３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積されるとともに、帯電されたパティキュレート４５が静電気力によって引き寄せられて堆積される。その後に、シャッタ部材２５を閉じ（ステップ＃５）、シャッタ部材２５を開いてパティキュレート４５を取り込んでいる際の運転状態を読み込む（ステップ＃６）。
【００５７】
ここで、エンジン２の運転状態とエンジン２から排出されるパティキュレート４５の排出量との関係について説明する。
図１０は、種々の運転状態においてエンジンから排出されるパティキュレートの粒径分布を示すグラフである。図１０では、パティキュレート４５の粒径を横軸にとり、パティキュレート４５の個数を縦軸にとり、アイドリング時、４０ｋｍ、６０ｋｍ、８０ｋｍ及び１００ｋｍ走行時について、エンジン２から排出されるパティキュレート４５の粒径分布を示している。
【００５８】
この図に示すように、アイドリング状態では、走行状態に比して小さい粒径のパティキュレート４５が排出され、走行状態では、高速運転時は、低速運転時に比して多くのパティキュレート４５が排出され、運転状態に応じてパティキュレートの排出量が大きく異なっている。そのため、故障診断処理では、エンジン２の運転状態とパティキュレート排出量との相関関係を示すマップを予め作成しておき、ＰＭ排出量検出装置２０によって検出されるパティキュレート排出量を運転状態に応じて補正する。
【００５９】
ステップ＃６で運転状態を読み込むと、次に、加熱ヒータ４３を作動させ、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、かかる起電力に基づいてパティキュレート排出量を検出する。そして、このパティキュレート排出量を、ステップ＃６で読み込んだ運転状態に応じて補正してパティキュレート排出量（Ａ）（ＰＭ排出量（Ａ））を算出する（ステップ＃７）。
【００６０】
その後に、ＰＭ帯電装置４の作動を停止し（ステップ＃８）、かかる状態で、シャッタ部材２５を所定時間開き（ステップ＃９）、ＰＭ排出量検出装置２０にパティキュレート４５を取り込む。排気ガスＧに固体電解質層３２の表面３２ａを露出させ、固体電解質層３２の表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させる。排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質層３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積される。その後に、シャッタ部材２５を閉じ（ステップ＃１０）、シャッタ部材２５を開いてパティキュレート４５を取り込んでいる際の運転状態を読み込む（ステップ＃１１）。
【００６１】
ステップ＃１１で運転状態を読み込むと、次に、加熱ヒータ４３を作動させ、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、かかる起電力に基づいてパティキュレート排出量を検出する。そして、このパティキュレート排出量をステップ＃１１で読み込んだ運転状態に応じて補正してパティキュレート排出量（Ｂ）（ＰＭ排出量（Ｂ））を算出する（ステップ＃１２）。
【００６２】
次に、ステップ＃７で算出されたＰＭ排出量（Ａ）とステップ＃１２で算出されたＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を算出し（ステップ＃１３）、このＰＭ排出量（Ａ）とＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）（ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ））が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下であるか否かが判断される（ステップ＃１４）。ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）は、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレート４５の排出量に対応するので、ステップ＃１４においてＰＭ帯電装置４が正常に作動しているか否かが判断される。所定値Ｘ、Ｙは、ＰＭ帯電装置４の作動が正常である範囲を設定するものであり、例えば所定値Ｘは所定値Ｙの９０％など運転状態に応じて好適に設定される。
【００６３】
ステップ＃１４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下である場合には、ＰＭ帯電装置４が正常に作動していると判断し、ＰＭ帯電装置４の故障診断を終了する。一方、ステップ＃１４での判定結果がＮＯの場合、すなわち、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘより小さい又は所定値Ｙより大きい場合には、ＰＭ帯電装置４の作動が異常であり、ＰＭ帯電装置４が故障していると判断し、例えばＰＭ帯電装置異常などの警告を発し（ステップ＃１５）、運転者にＰＭ帯電装置４が故障していることを知らせる。なお、ステップ＃７及びステップ＃１２において、ＰＭ排出量検出装置２０によってパティキュレートを燃焼させてパティキュレート排出量を検出する際にはＰＭ排出量検出装置２０への電圧印加は一時的に停止される。
【００６４】
本実施形態では、ＰＭ排出量（Ａ）とＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）に基づいてＰＭ帯電装置４が故障しているか否かを判断しているが、ＰＭ排出量（Ａ）とＰＭ排出量（Ｂ）との比率に基づいてＰＭ帯電装置４が故障しているか否かを判断するようにしてもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、ＰＭ排出量検出装置２０は、第１の固体電解質層３２の表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させるようにしているが、第１の固体電解質層３２を設けることなく、第１の電極４０が設けられる固体電解質層３３の表面にパティキュレート４５を堆積させるようにしてもよい。
【００６６】
このように、第１のフローチャートに示す故障診断処理によれば、ＰＭ排出量検出装置２０により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。詳細には、パティキュレート帯電装置４を作動させていない場合、パティキュレート４５は排気通路３内を流れている際に互いに接触することで極弱く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出装置２０に比較的少量が堆積し、一方、パティキュレート帯電装置４を作動させている場合、パティキュレート４５は強く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出装置２０に比較的多く堆積する。したがって、パティキュレート帯電装置４に故障が生じている場合には、パティキュレート排出量検出装置２０に堆積するパティキュレート４５の堆積量はパティキュレート帯電装置４を作動させていない場合と比べてそれらの差が少なくなる又は極度に大きくなる、あるいはそれらの比率が１に近づく又は極度に大きくなるという現象が捉えられる。これを基にすれば、パティキュレート帯電装置４におけるパティキュレート４５の帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置４の故障診断を的確に行うことができる。
【００６７】
また、ＰＭ排出量検出装置２０によってパティキュレート排出量を検出する毎に、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積されるパティキュレートが燃焼除去されるので、パティキュレート排出量をより精度良く検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００６８】
図１１は、パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第２のフローチャートである。前記第２のフローチャートは、図９に示す第１のフローチャートとステップ＃１からステップ＃１３までは同様のステップを備えているため、ステップ＃１からステップ＃１３までについては省略して示している。
【００６９】
図１１に示すフローチャートにおいても、ステップ＃７で算出されたＰＭ排出量（Ａ）とステップ＃１２で算出されたＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を算出し（ステップ＃１３）、このＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下であるか否かが判断される（ステップ＃１４）。第２のフローチャートでは、ステップ＃１４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下である場合には、ＰＭ帯電装置４が正常に作動していると判断し、ＰＭ帯電装置４の故障診断を終了するのに対し、ステップ＃１４での判定結果がＮＯの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘより小さい又は所定値Ｙより大きい場合には、ＰＭ帯電装置４の作動が異常であり、ＰＭ帯電装置４が故障していると判断し、次に、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙより大きいか否かが判断される（ステップ＃２５）。
【００７０】
ステップ＃２５での判定結果がＹＥＳの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙより大きい場合には、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレート４５の排出量が多すぎるのでＰＭ帯電装置４への印加電圧が増加していると判断し、警告「ＰＭ帯電装置印加電圧増加」を発し、運転者にＰＭ帯電装置４への印加電圧が増加していることを知らせる（ステップ＃２６）。
【００７１】
一方、ステップ＃２５での判定結果がＮＯの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙ以下、ひいては所定値Ｘより小さい場合には、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレート４５の排出量が少なすぎるのでＰＭ帯電装置４への印加電圧が低下していると判断し、警告「ＰＭ帯電装置印加電圧低下」を発し、運転者にＰＭ帯電装置４への印加電圧が低下していることを知らせる（ステップ＃２７）。
【００７２】
このように、第２のフローチャートに示す故障診断処理によれば、制御ユニット１５によってＰＭ帯電装置４の故障状態を検出することができ、ＰＭ帯電装置４の故障診断をより的確に行うことができる。制御ユニット１５によって検出されるＰＭ帯電装置の故障状態から、ＰＭ帯電装置４に付与される印加電圧の異常状態を診断することも可能である。
【００７３】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。第２の実施形態に係るＰＭ帯電装置の故障診断装置５０は、ＰＭ帯電装置４とＰＭ捕集装置５との間の排気通路３に２つのＰＭ排出量検出装置６０、７０が設けられていること以外は、図１に示したＰＭ帯電装置の故障診断装置１０と同様の構成を備えているため、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００７４】
前記故障診断装置５０は、エンジン２の排気通路３に、排気ガスＧの流れ方向に沿って設けられたＰＭ帯電装置４とＰＭ捕集装置５との間に、排気ガスＧの流れ方向上流側に設けられる第１のＰＭ排出量検出装置６０と排気ガスＧの流れ方向下流側に設けられる第２のＰＭ排出量検出装置７０とを備え、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０はそれぞれ、前述したＰＭ排出量検出装置２０と同様の構成を備えている。
【００７５】
第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０はそれぞれ、制御ユニット５５に接続され、制御ユニット５５は、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５や加熱ヒータ４３の作動及びＰＭ排出量検出装置６０、７０への印加電圧などを制御するとともに、固体電界質層３２の表面３２ａに堆積されるパティキュレートを燃焼させる際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量、ひいてはパティキュレートの排出量を検出し、ＰＭ帯電装置４の故障診断処理を行う。
【００７６】
図１３は、パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第３のフローチャートである。前記故障診断装置５０を用い、第３のフローチャートによるＰＭ帯電装置４の故障診断処理についても、先ず、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５を閉じた状態で加熱ヒータ４３を作動させて第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０に残留するパティキュレート４５を燃焼させて除去する（ステップ＃３１）。そして、ＰＭ帯電装置４の作動を開始し（ステップ＃３２）、排気ガスＧ中のパティキュレート４５を帯電させる。
【００７７】
次に、第１のＰＭ排出量検出装置６０にのみ逆電位を付与する（ステップ＃３３）。ＰＭ排出量検出装置６０、具体的にはＰＭ排出量検出装置６０の検出素子３１に、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が帯電される極性と逆の極性の電位を付与するようにＰＭ排出量検出装置６０に電圧が印加される。そして、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５を所定時間開き（ステップ＃３４）、パティキュレート４５を取り込む。第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０について、排気ガスＧに固体電解質３２の表面３２ａを露出させ、該表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させる。
【００７８】
第１のＰＭ排出量検出装置６０では、該ＰＭ排出量検出装置６０に逆電位が付与されているので、排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積されるとともに、帯電されたパティキュレート４５が静電気力の作用によって引き寄せられて堆積される。一方、第２のＰＭ排出量検出装置７０では、該ＰＭ排出量検出装置７０に逆電位が付与されていないので、排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積されるのみである。その後に、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５を閉じ（ステップ＃３５）、シャッタ部材２５を開いてパティキュレート４５を取り込んでいる際の運転状態を読み込む（ステップ＃３６）。
【００７９】
ステップ＃３６で運転状態を読み込むと、次に、第１のＰＭ排出量検出装置６０について、加熱ヒータ４３を作動させ、ＰＭ排出量検出装置６０に堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、かかる起電力に基づいてパティキュレート排出量を検出し、このパティキュレート排出量をステップ＃３６で読み込んだ運転状態に応じて補正してＰＭ排出量（Ａ）を算出する（ステップ＃３７）。
【００８０】
また、第２のＰＭ排出量検出装置７０についても、加熱ヒータ４３を作動させ、ＰＭ排出量検出装置７０に堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、パティキュレート排出量を検出し、このパティキュレート排出量をステップ＃３６で読み込んだ運転状態に応じて補正してＰＭ排出量（Ｂ）を算出する（ステップ＃３８）。尚、パティキュレートの排出量を検出する際は、固体電解質３２および表面３２ａへの印加電圧は停止されている。
【００８１】
そして、ステップ＃３７で算出されたＰＭ排出量（Ａ）とステップ＃３８で算出されたＰＭ堆積量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を算出し（ステップ＃３９）、このＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下であるか否かが判断され（ステップ＃４０）、ＰＭ帯電装置４が正常に作動しているか否かが判断される。ステップ＃４０での判定結果がＹＥＳの場合には、ＰＭ帯電装置４が正常に作動していると判断し、ＰＭ帯電装置４の故障診断を終了する一方、ステップ＃４０での判定結果がＮＯの場合には、ＰＭ帯電装置４の作動が異常であり、ＰＭ帯電装置４が故障していると判断し、例えばＰＭ帯電装置異常などの警告を発し（ステップ＃４１）、運転者にＰＭ帯電装置４が故障していることを知らせる。
【００８２】
本実施形態では、ＰＭ帯電装置４を作動させた状態で、逆電位が付与されるＰＭ排出量検出装置６０と逆電位が付与されないＰＭ排出量検出装置７０とを用いて、ＰＭ帯電装置４の故障診断を行っているが、１つのＰＭ排出量検出装置を用いて、このＰＭ排出量検出装置に逆電位を付与した場合に検出されるパティキュレートの排出量と逆電位を付与しない場合に検出されるパティキュレートの排出量からＰＭ帯電装置４の故障診断を行うようにしてもよい。
【００８３】
このように、第３のフローチャートに示す故障診断処理においても、ＰＭ排出量検出装置２０により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。
【００８４】
また、ＰＭ帯電装置４より下流側の排気通路３に設けられた２つのＰＭ排出量検出装置６０、７０によりＰＭ帯電装置４の故障診断を行うことができるので、１つのＰＭ排出量検出装置を用いてＰＭ帯電装置の故障診断を行う場合に比して、ＰＭ帯電装置４の故障診断を素早く行うことができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００８５】
図１３に示す第３のフローチャートにおいても、図１１に示す第２のフローチャートのように、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｘより小さい又は所定値Ｙより大きい場合に、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙより大きいか否かを判断することにより、ＰＭ帯電装置４への印加電圧が増加しているのか低下しているのかを判断することができ、運転者にＰＭ帯電装置４の故障状態を知らせることができる。
【００８６】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明では、ＰＭ排出量検出装置に逆電位を印加し、パティキュレートとＰＭ排出量検出装置間に静電気力による引力を発生しているが、ＰＭ排出量検出装置に同じ電位を印加し、パティキュレートとＰＭ排出量検出装置間に静電気力による斥力を発生させて同じような制御を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置は、自動車等の車両を含み、エンジンの排気通路にパティキュレート帯電装置を備えたものであれば、如何なるものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。
【図２】パティキュレート排出量検出装置を示す図である。
【図３】パティキュレート排出量検出装置の検出素子を示す概略断面図である。
【図４】前記検出素子の分解斜視図である。
【図５】前記検出素子の検出原理を説明するための説明図である。
【図６】前記検出素子に堆積されるパティキュレートを燃焼させる際に第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力を示すグラフである。
【図７】前記検出素子に堆積されるパティキュレート堆積量と第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力との関係を示すグラフである。
【図８】パティキュレート排出量検出装置の動作を説明するための図である。
【図９】パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第１のフローチャートである。
【図１０】運転状態に応じて排出されるパティキュレートの粒径分布を示すグラフである。
【図１１】パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第２のフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。
【図１３】パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第３のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
２ エンジン
３ 排気通路
４ パティキュレート帯電装置
１０、５０ 故障診断装置
１５、５５ 制御ユニット
２０、６０、７０ パティキュレート排出量検出装置
３２、３３ 固体電解質層
４０、４１ 電極
４３ 加熱ヒータ
４５ パティキュレート
Ｇ 排気ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば希薄燃焼ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンなどを備えた車両においては、エンジンから排出される排気ガス中に炭素成分を含む粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート）が含有されているため、パティキュレートを捕集するためのフィルタ部材を排気通路内に設けてパティキュレートの排出量を抑制することが行われている。
【０００３】
また、排気ガス中のパティキュレートを負に帯電させ、正に帯電されたフィルタ部材を用いて静電気力によってパティキュレートを捕集し、パティキュレートの排出量を抑制することも知られている。これに関し、例えば特許文献１には、内燃機関の排気ガスに含まれるＰＭをコロナ放電により帯電させて凝集し、捕集する内燃機関用の排気浄化装置において、印加電圧の電流値を測定することにより排気浄化装置の故障の有無を判断する内燃機関用排気浄化装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６ー１９４１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、車両から外部に排出される排気ガス中のパティキュレートについて、パティキュレートの環境に与える影響等から、パティキュレートの排出量に加えて、マイクロメートルオーダーの粒子からナノメートルオーダーの粒子まで、排出されるパティキュレートの粒子数自体が問題となっている。
【０００５】
パティキュレート帯電装置とパティキュレート捕集装置とを用いて、排気ガス中のパティキュレートを帯電させ、静電気力によってパティキュレートを捕集させ、パティキュレートの排出を抑制する場合、微小なパティキュレートが外部に排出されることを抑制する上で有用であるが、かかる場合には、パティキュレート帯電装置が、高温の排気ガスによって次第に熱劣化したり、長期使用によってその電源部が故障したりする畏れがある。
【０００６】
このようなパティキュレート帯電装置の故障時には、パティキュレート帯電装置によって排気ガス中のパティキュレートを正常に帯電することができず、排気ガス中のパティキュレートがパティキュレート捕集装置を通過して外部に放出され得るので、パティキュレート帯電装置の故障を的確に検出することが望まれる。
【０００７】
そこで、この発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができるパティキュレート帯電装置の故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本願の請求項１に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位が付与された状態で、前記パティキュレート帯電装置を作動させた場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と前記パティキュレート帯電装置を作動させない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、を備えていることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えていることを特徴としたものである。
【００１０】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴としたものである。
【００１１】
また更に、本願の請求項４に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、前記パティキュレート帯電装置が作動された状態で、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与した場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与しない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、を備えていることを特徴としたものである。
【００１２】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えていることを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項４又は５に係る発明において、前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願の請求項１に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置によれば、パティキュレート排出量検出手段により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。詳細には、パティキュレート帯電装置を作動させていない場合、パティキュレートは排気通路内を流れている際に互いに接触することで極弱く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出手段に比較的少量が堆積し、一方、パティキュレート帯電装置を作動させている場合、パティキュレートは強く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出手段に比較的多く堆積する。したがって、パティキュレート帯電装置に故障が生じている場合には、前記パティキュレート排出量検出手段に堆積するパティキュレートの堆積量はパティキュレート帯電装置を作動させていない場合と比べてそれらの差が少なくなる又は極度に大きくなる、あるいはそれらの比率が１に近づく又は極度に大きくなるという現象が捉えられる。これを基にすれば、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。
【００１５】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、故障状態検出手段によってパティキュレート帯電装置の故障状態を検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断をより的確に行うことができる。前記故障状態検出手段によって検出されるパティキュレート帯電装置の故障状態から、パティキュレート帯電装置に付与される印加電圧の異常状態を診断することも可能である。
【００１６】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、パティキュレート排出量検出手段によってパティキュレート排出量を検出する毎に、固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレートが燃焼除去されるので、パティキュレート排出量をより精度良く検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１７】
また更に、本願の請求項４に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置によれば、パティキュレート排出量検出手段により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。
【００１８】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、故障状態検出手段によってパティキュレート帯電装置の故障状態を検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断をより的確に行うことができる。前記故障状態検出手段によって検出されるパティキュレート帯電装置の故障状態から、パティキュレートを帯電させるためにパティキュレート帯電装置に付与される印加電圧の異常状態を診断することも可能である。
【００１９】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、パティキュレート排出量検出手段によってパティキュレート排出量を検出する毎に、固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレートが燃焼除去されるので、パティキュレート排出量をより精度良く検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。図１に示すように、例えば希薄燃焼ガソリンエンジンなどのエンジン２から排出される排気ガスＧを車両外部に放出するための排気通路３に、排気ガスＧ中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置（以下、適宜「ＰＭ帯電装置」を用いる）４と、排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集装置（以下、適宜「ＰＭ捕集装置」を用いる）５とが排気ガスＧの流れ方向に沿って順次配設されている。
【００２１】
ＰＭ帯電装置４は、排気通路３の外形形状と略同等の外径を有し筒状に形成された外部電極４ａと、外部電極４ａの内部に設けられた内部電極（不図示）とを備え、外部電極４ａと前記内部電極とはともに電源部１６に接続され、後述する制御ユニット１５によって、外部電極４ａと前記内部電極との間で放電を生じさせるようにＰＭ帯電装置４に電圧が印加されるようになっている。これにより、ＰＭ帯電装置４では、ＰＭ帯電装置４が作動した状態で、すなわちＰＭ帯電装置４に電圧が印加された状態で外部電極４ａ内を通過する排気ガスＧ中のパティキュレートを帯電させることができるようになっている。
【００２２】
なお、ＰＭ帯電装置４は、外部電極４ａと前記内部電極とによって放電を生じさせて排気ガスＧ中のパティキュレートを帯電させているが、これに限定されるものでなく、例えば、筒状の誘電体の内側に棒状の電極が挿入されるとともに前記誘電体の外周面にコイルが巻き付けられたＰＭ帯電装置を用いて、前記電極と前記コイルとの間に放電用電圧を印加して放電させ、排気ガス中のパティキュレートを帯電させるようにしてもよい。
【００２３】
ＰＭ捕集装置５は、排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するためのフィルタ部材（不図示）を備え、前記フィルタ部材は電源部１６に接続され、制御ユニット１５によって、ＰＭ帯電装置４によって帯電されるパティキュレートの極性と逆の極性の電位が付与されるように電源部１６から前記フィルタ部材に電圧が印加されるようになっている。前記フィルタ部材は、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレートが負に帯電される場合には正の電位が付与され、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレートが正に帯電される場合には負の電位が付与されるようになっている。これにより、ＰＭ捕集装置５では、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレートを静電気力によって前記フィルタ部材に捕集することができるようになっている。
【００２４】
図１に示すように、第１の実施形態に係るＰＭ帯電装置４の故障診断装置１０は、ＰＭ帯電装置４より下流側の排気通路３に、排気ガスＧ中に含まれるパティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置（以下、適宜「ＰＭ排出量検出装置」を用いる）２０を備えており、このＰＭ排出量検出装置２０は、排気ガスＧの流れ方向においてＰＭ帯電装置４より下流側でＰＭ捕集装置５より上流側の排気通路３に設けられている。
【００２５】
図２は、パティキュレート排出量検出装置を示す図であり、図２の（ａ）は、ＰＭ排出量検出装置の上面図、図２の（ｂ）は、ＰＭ排出量検出装置の正面図、図２の（ｃ）は、ＰＭ排出量検出装置の側面図である。なお、図２（ｃ）では、ＰＭ排出量検出装置の一部を切り欠いて断面図で示している。
【００２６】
図２に示すように、ＰＭ排出量検出装置２０は、検出素子３１と、検出素子３１を収容するハウジング２１と、検出素子３１を加熱する加熱手段としての加熱ヒータ４３とを備えている。
【００２７】
図３は、パティキュレート排出量検出装置の検出素子を示す概略断面図であり、図４は、前記検出素子の分解斜視図である。図３及び図４に示すように、ＰＭ排出量検出装置２０の検出素子３１は、酸素イオン伝導性を有する第１の固体電解質層３２及び第２の固体電解質層３３と、第１の固体電解質層３２と第２の固体電解質層３３との間に埋設される第１の電極４０と、第２の固体電解質層３３において第１の電極４０が設けられる表面と反対側の表面３３ａに、第１の電極４０に対向して設けられる第２の電極４１と、第２の電極４１を挟むようにして固体電解質層３３の表面３３ａに隣接して設けられる絶縁体層３４とを備えている。
【００２８】
また、検出素子３１では、絶縁体層３４において第２の電極４１が設けられる表面と反対側の表面３４ａに、検出素子３１の温度を検出する温度検出手段としての熱電対４２が設けられている。固体電解質層３２、３３が、加熱ヒータ４３により加熱される際には、熱電対４２によって検出素子３１の温度を測定することができるようになっている。
【００２９】
第１及び第２の固体電解質層３２、３３は、例えばＺｒとＮｄとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｎｄ−Ｏ）、ＺｒとＹとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｙ−Ｏ）、ＺｒとＹｂとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｙｂ−Ｏ）、ＺｒとＬａとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｌａ−Ｏ）、ＺｒとＣａとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｃａ−Ｏ）、ＺｒとＣｅとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｃｅ−Ｏ）、及びＺｒとＰｒとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｐｒ−Ｏ）などの酸素イオン伝導性を有する固体電解質を用いて形成され、第１及び第２の電極４０、４１は、例えばＰｔ、Ｐｔ−Ｒｈなどの熱耐久性を有する材料を用いて形成され、絶縁体層３４は、例えば多孔質アルミナ及び多孔質スピネルなどの電気的に絶縁性を有する材料を用いて形成される。また、絶縁体層３４は、電気的に絶縁性を有するとともに、酸素ガスが通過可能であるように微細連通孔を有する材料を用いて形成される。
【００３０】
図５は、前記検出素子の検出原理を説明するための説明図である。検出素子３１では、第１の固体電解質層３２において第１の電極４０が設けられる表面と反対側の表面３２ａにパティキュレート４５が堆積した状態で固体電解質層３２、３３が加熱されると、第１の固体電解質層３２の表面３２ａにおいて、パティキュレート４５の主成分であるカーボン（Ｃ）が、第１の固体電解質層３２内の酸素イオン（Ｏ２−）と反応して燃焼し、二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するとともに第１の固体電解質層３２に電子（ｅ−）を与える（下記、化学式（１）参照）。
【００３１】
【化１】
【００３２】
一方、第２の固体電解質層３３において第２の電極４１が設けられる表面３３ａでは、絶縁体層３４を通じて第２の固体電解質層３３の表面３３ａに供給される雰囲気中の酸素（Ｏ２）が、電子（ｅ−）を受け取りイオン化して、酸素イオン（Ｏ２−）として第２の固体電解質層３３内に取り込まれる（下記、化学式（２）参照）。そして、この酸素イオンは、第２の固体電解質層３３及び第１の固体電解質層３２内を拡散して第１の固体電解質層３２の表面３２ａに供給される。
【００３３】
【化２】
【００３４】
これにより、検出素子３１では、パティキュレート４５、具体的にはカーボンの燃焼に伴って第１の電極４０と第２の電極４１との間に酸素イオン濃度差が生じ、第１の電極４０がマイナス極、第２の電極４１がプラス極となり、第１の電極４０と第２の電極４１との間に起電力が生じる。この起電力は、後述するようにパティキュレートの堆積量に対応しているので、検出素子３１では、かかる起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量を検出することができる。
【００３５】
次に、検出素子３１において、パティキュレート４５の堆積量と、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力との関係について説明する。
本実施形態では、検出素子３１において、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに所定量のパティキュレート４５を堆積させ、固体電解質層３２、３３を加熱してパティキュレート４５を燃焼させ、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力を測定する試験を行った。
【００３６】
第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力の測定では、第１及び第２の電極４０、４１としてＰｔを用い、第１及び第２の固体電解質３２、３３としてＺｒとＮｄとを含む複合酸化物（金属としてのＺｒとＮｄとのモル比は、Ｚｒ：Ｎｄ＝７９：２１）を用い、パティキュレート堆積量１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇの３種類について大気雰囲気中において前記起電力を測定した。また、検出素子３１を昇温速度１０℃／ｍｉｎで昇温させ、パティキュレート４５を燃焼させた。
【００３７】
図６は、前記検出素子に堆積されるパティキュレートを燃焼させる際に第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力を示すグラフである。図６では、検出素子３１の温度を横軸にとり、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じた起電力を縦軸にとって表示し、パティキュレート堆積量１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇについて、パティキュレート４５の燃焼時に第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力をそれぞれ実線、破線、一点鎖線で示している。
【００３８】
図６に示すように、検出素子３１においてパティキュレート４５を燃焼させると、パティキュレート堆積量が１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇのいずれの場合においても、約４５０℃から起電力が生じ、約５４０℃から約６２０℃の間において起電力が大きくなることが分かった。また、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力は、パティキュレート堆積量が大きいほど大きくなることが分かった。
【００３９】
図７は、前記検出素子に堆積されるパティキュレート堆積量と第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力との関係を示すグラフである。図７では、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに堆積させたパティキュレート堆積量を横軸にとり、ＰＭ堆積量検出素子３１の温度５６０℃において第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じた起電力を縦軸にとって表示している。
【００４０】
図７に示すように、検出素子３１の温度５６０℃において第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じた起電力は、パティキュレート堆積量１ｍｇでは約２２ｍＶ、パティキュレート堆積量３ｍｇでは約３３ｍＶ、パティキュレート堆積量４ｍｇでは約４４ｍＶであり、パティキュレート堆積量に応じて大きくなることが分かった。これにより、検出素子３１では、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力に基づいて、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積されるパティキュレート堆積量を検出することができることが分かる。
【００４１】
このような検出素子３１を収容するハウジング２１は、図２に示すように、上面部２１ａ、下面部２１ｂ、側面部２１ｃ、正面部２１ｄ及び背面部２１ｅによって箱状に形成され、ハウジング２１内には、第１の固体電解質層３２の表面３２ａがハウジング２１の正面部２１ｄに対向するようにして検出素子３１が配設されている。
【００４２】
ハウジング２１の正面部２１ｄには、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに対応して四角状に形成される第１の開口部２２が設けられるとともに、平板状のシャッタ部材２５が備えられている。シャッタ部材２５は、ハウジング２１に取り付けられた軸部材２６に対し、図示しない駆動機構によって、矢印Ｒに示すように回動可能に支持され、第１の固体電解質層３２の表面３２ａを開閉可能に覆うことができるようになっている。
【００４３】
また、ハウジング２１の背面部２１ｅには、第２の開口部２３が設けられ、第２の開口部２３を通じて酸素ガスがハウジング２１内に取り込まれ、この酸素ガスが絶縁体層４を通じて第２の固体電解質層３３の表面３３ａに供給されるようになっている。なお、ハウジング２１、シャッタ部材２５及び軸部材２６は、例えばステンレスなど耐熱性を有する材料を用いて成形される。
【００４４】
検出素子３１を加熱する加熱手段としての加熱ヒータ４３は、シャッタ部材２５に取り付けられ、シャッタ部材２５が閉じられた状態で、すなわちシャッタ部材２５が第１の固体電解質層３２の表面３２ａを覆った状態で、検出素子３１、具体的には固体電解質層３２、３３を加熱することができるようになっている。
【００４５】
ＰＭ排出量検出装置２０はまた、第１の電極４０と第２の電極４１との間に生じる起電力を検出する起電力検出手段（不図示）を備えるとともに、ＰＭ帯電装置４によって帯電されるパティキュレート４５の極性と逆の極性の電位（以下、適宜「逆電位」という）が付与されるようになっている。ＰＭ排出量検出装置２０、具体的には検出素子３１は、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が負に帯電される場合には正の電位が付与され、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が正に帯電される場合には負の電位が付与されるように電力が印加されるようになっている。
【００４６】
このようにして構成されるＰＭ排出量検出装置２０は、図１に示すように、エンジン２の排気系に関係する構成を制御するために設けられた制御ユニット１５によって制御される。この制御ユニット１５は、シャッタ部材２５の開閉駆動、加熱ヒータ４３の作動並びにＰＭ帯電装置４、ＰＭ捕集装置５及びＰＭ排出量検出装置２０への電力印加などを制御するととともに、前記起電力検出手段によって検出される起電力に基づいて、具体的には、熱電対１２によって検出される検出素子３１の温度と前記起電力検出手段によって検出される起電力に基づいて、検出素子３１に堆積されるパティキュレートの堆積量、ひいてはパティキュレートの排出量を検出するとともに、後述するようにＰＭ帯電装置４の故障診断処理を行う。なお、前記制御ユニットは、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
【００４７】
ＰＭ排出量検出装置２０を用いて排気ガスＧ中のパティキュレートの排出量を検出する際には、ＰＭ排出量検出装置２０は、好ましくは、検出素子３１の第１の固体電解質層３２の表面３２ａが排気ガスＧの流れ方向に対向するようにしてエンジン２の排気通路３内に設けられる。
【００４８】
図８は、パティキュレート排出量検出装置の動作を説明するための図であり、図８の（ａ）は、ＰＭ排出量検出装置２０においてシャッタ部材２５が開いた状態を示し、図８の（ｂ）は、ＰＭ排出量検出装置２０においてシャッタ部材２５が閉じた状態を示している。
【００４９】
排気ガスＧ中のパティキュレート排出量を検出する際には、図８（ａ）に示すように、排気通路３内に第１の固体電解質層３２の表面３２ａを露出させて第１の固体電解質層３２の表面３２ａに排気ガスＧ中のパティキュレート４５が堆積されるように、シャッタ部材２５を開いてシャッタ部材２５を開状態にする。
【００５０】
ＰＭ排出量検出装置２０では、シャッタ部材２５を、例えば６０秒など所定時間開状態にした後に、図８（ｂ）に示すように、第１の固体電解質層３２の表面３２ａに排気ガス中のパティキュレート４５が堆積しないように、シャッタ部材２５を閉じてシャッタ部材２５を閉状態にする。
【００５１】
そして、シャッタ部材２５を閉状態にした後に、加熱ヒータ４３からの伝熱によって固体電解質層３２、３３を加熱して第１の固体電解質層３２の表面３２ａに堆積しているパティキュレート４５を燃焼させる。このパティキュレート４５の燃焼に伴って、第１の固体電界質層３２の表面３２ａでは、パティキュレート４５が第１の固体電解質層３２内の酸素イオンと反応して二酸化炭素を生成するとともに第１の固体電解質層３２に電子を与え、第２の固体電解質層３３の表面３３ａでは、絶縁体層３４を通じて供給される酸素が電子を受け取り酸素イオンとして取り込まれ、第１の電極４０と第２の電極４１との間に起電力が生じる。
【００５２】
ＰＭ排出量検出装置２０では、一対の電極４０、４１の間に生じる起電力が前記起電力検出手段によって検出され、パティキュレート４５の燃焼時における検出素子３１の温度が熱電対１２によって検出され、制御ユニット１５では、検出素子３１の温度及び前記起電力に基づいてパティキュレートの堆積量が検出される。これにより、ＰＭ排出量検出装置２０では、このパティキュレートの堆積量から前記所定時間に排出されるパティキュレートの排出量が検出される。
【００５３】
なお、ＰＭ排出量検出装置２０のシャッタ部材２５は、パティキュレート４５が固体電解質層３２の表面３２ａを覆うように開閉可能な機能を有していればよく、ハウジング２１と離間し、且つ固体電解質層３２の表面３２ａの排気ガス上流部において別部材として設けられる構造を採用してもよい。
【００５４】
次に、ＰＭ排出量検出装置２０を用いたＰＭ帯電装置４の故障診断処理について説明する。
前述したように、制御ユニット１５は、ＰＭ排出量検出装置２０によって検出されるパティキュレート堆積量、ひいてはパティキュレート排出量に基づいて、ＰＭ帯電装置４が故障しているか否かについての診断処理を行う。また、制御ユニット１５は、ＰＭ帯電装置４が故障している場合に、ＰＭ帯電装置４の故障状態を検出するようになっている。
【００５５】
図９は、パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第１のフローチャートである。ＰＭ帯電装置４の故障診断を行う際には、先ず、シャッタ部材２５を閉じた状態で、加熱ヒータ４３を作動させてＰＭ排出量検出装置２０に残留するパティキュレート４５を燃焼させて除去する（ステップ＃１）。そして、ＰＭ帯電装置４の作動を開始し（ステップ＃２）、排気ガスＧ中のパティキュレート４５を帯電させる。
【００５６】
次に、ＰＭ排出量検出装置２０に逆電位を付与する（ステップ＃３）。ＰＭ排出量検出装置２０、具体的にはＰＭ堆積量検出素子３１に、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が帯電される極性と逆の極性の電位を付与するようにＰＭ排出量検出装置２０に電圧が印加される。そして、シャッタ部材２５を所定時間開き（ステップ＃４）、ＰＭ排出量検出装置２０にパティキュレート４５を取り込む。排気ガスＧに固体電解質層３２の表面３２ａを露出させ、該表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させる。排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質層３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積されるとともに、帯電されたパティキュレート４５が静電気力によって引き寄せられて堆積される。その後に、シャッタ部材２５を閉じ（ステップ＃５）、シャッタ部材２５を開いてパティキュレート４５を取り込んでいる際の運転状態を読み込む（ステップ＃６）。
【００５７】
ここで、エンジン２の運転状態とエンジン２から排出されるパティキュレート４５の排出量との関係について説明する。
図１０は、種々の運転状態においてエンジンから排出されるパティキュレートの粒径分布を示すグラフである。図１０では、パティキュレート４５の粒径を横軸にとり、パティキュレート４５の個数を縦軸にとり、アイドリング時、４０ｋｍ、６０ｋｍ、８０ｋｍ及び１００ｋｍ走行時について、エンジン２から排出されるパティキュレート４５の粒径分布を示している。
【００５８】
この図に示すように、アイドリング状態では、走行状態に比して小さい粒径のパティキュレート４５が排出され、走行状態では、高速運転時は、低速運転時に比して多くのパティキュレート４５が排出され、運転状態に応じてパティキュレートの排出量が大きく異なっている。そのため、故障診断処理では、エンジン２の運転状態とパティキュレート排出量との相関関係を示すマップを予め作成しておき、ＰＭ排出量検出装置２０によって検出されるパティキュレート排出量を運転状態に応じて補正する。
【００５９】
ステップ＃６で運転状態を読み込むと、次に、加熱ヒータ４３を作動させ、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、かかる起電力に基づいてパティキュレート排出量を検出する。そして、このパティキュレート排出量を、ステップ＃６で読み込んだ運転状態に応じて補正してパティキュレート排出量（Ａ）（ＰＭ排出量（Ａ））を算出する（ステップ＃７）。
【００６０】
その後に、ＰＭ帯電装置４の作動を停止し（ステップ＃８）、かかる状態で、シャッタ部材２５を所定時間開き（ステップ＃９）、ＰＭ排出量検出装置２０にパティキュレート４５を取り込む。排気ガスＧに固体電解質層３２の表面３２ａを露出させ、固体電解質層３２の表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させる。排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質層３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積される。その後に、シャッタ部材２５を閉じ（ステップ＃１０）、シャッタ部材２５を開いてパティキュレート４５を取り込んでいる際の運転状態を読み込む（ステップ＃１１）。
【００６１】
ステップ＃１１で運転状態を読み込むと、次に、加熱ヒータ４３を作動させ、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、かかる起電力に基づいてパティキュレート排出量を検出する。そして、このパティキュレート排出量をステップ＃１１で読み込んだ運転状態に応じて補正してパティキュレート排出量（Ｂ）（ＰＭ排出量（Ｂ））を算出する（ステップ＃１２）。
【００６２】
次に、ステップ＃７で算出されたＰＭ排出量（Ａ）とステップ＃１２で算出されたＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を算出し（ステップ＃１３）、このＰＭ排出量（Ａ）とＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）（ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ））が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下であるか否かが判断される（ステップ＃１４）。ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）は、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレート４５の排出量に対応するので、ステップ＃１４においてＰＭ帯電装置４が正常に作動しているか否かが判断される。所定値Ｘ、Ｙは、ＰＭ帯電装置４の作動が正常である範囲を設定するものであり、例えば所定値Ｘは所定値Ｙの９０％など運転状態に応じて好適に設定される。
【００６３】
ステップ＃１４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下である場合には、ＰＭ帯電装置４が正常に作動していると判断し、ＰＭ帯電装置４の故障診断を終了する。一方、ステップ＃１４での判定結果がＮＯの場合、すなわち、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘより小さい又は所定値Ｙより大きい場合には、ＰＭ帯電装置４の作動が異常であり、ＰＭ帯電装置４が故障していると判断し、例えばＰＭ帯電装置異常などの警告を発し（ステップ＃１５）、運転者にＰＭ帯電装置４が故障していることを知らせる。なお、ステップ＃７及びステップ＃１２において、ＰＭ排出量検出装置２０によってパティキュレートを燃焼させてパティキュレート排出量を検出する際にはＰＭ排出量検出装置２０への電圧印加は一時的に停止される。
【００６４】
本実施形態では、ＰＭ排出量（Ａ）とＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）に基づいてＰＭ帯電装置４が故障しているか否かを判断しているが、ＰＭ排出量（Ａ）とＰＭ排出量（Ｂ）との比率に基づいてＰＭ帯電装置４が故障しているか否かを判断するようにしてもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、ＰＭ排出量検出装置２０は、第１の固体電解質層３２の表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させるようにしているが、第１の固体電解質層３２を設けることなく、第１の電極４０が設けられる固体電解質層３３の表面にパティキュレート４５を堆積させるようにしてもよい。
【００６６】
このように、第１のフローチャートに示す故障診断処理によれば、ＰＭ排出量検出装置２０により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。詳細には、パティキュレート帯電装置４を作動させていない場合、パティキュレート４５は排気通路３内を流れている際に互いに接触することで極弱く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出装置２０に比較的少量が堆積し、一方、パティキュレート帯電装置４を作動させている場合、パティキュレート４５は強く（−）に帯電し、パティキュレート排出量検出装置２０に比較的多く堆積する。したがって、パティキュレート帯電装置４に故障が生じている場合には、パティキュレート排出量検出装置２０に堆積するパティキュレート４５の堆積量はパティキュレート帯電装置４を作動させていない場合と比べてそれらの差が少なくなる又は極度に大きくなる、あるいはそれらの比率が１に近づく又は極度に大きくなるという現象が捉えられる。これを基にすれば、パティキュレート帯電装置４におけるパティキュレート４５の帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置４の故障診断を的確に行うことができる。
【００６７】
また、ＰＭ排出量検出装置２０によってパティキュレート排出量を検出する毎に、固体電解質層３２の表面３２ａに堆積されるパティキュレートが燃焼除去されるので、パティキュレート排出量をより精度良く検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００６８】
図１１は、パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第２のフローチャートである。前記第２のフローチャートは、図９に示す第１のフローチャートとステップ＃１からステップ＃１３までは同様のステップを備えているため、ステップ＃１からステップ＃１３までについては省略して示している。
【００６９】
図１１に示すフローチャートにおいても、ステップ＃７で算出されたＰＭ排出量（Ａ）とステップ＃１２で算出されたＰＭ排出量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を算出し（ステップ＃１３）、このＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下であるか否かが判断される（ステップ＃１４）。第２のフローチャートでは、ステップ＃１４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下である場合には、ＰＭ帯電装置４が正常に作動していると判断し、ＰＭ帯電装置４の故障診断を終了するのに対し、ステップ＃１４での判定結果がＮＯの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘより小さい又は所定値Ｙより大きい場合には、ＰＭ帯電装置４の作動が異常であり、ＰＭ帯電装置４が故障していると判断し、次に、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙより大きいか否かが判断される（ステップ＃２５）。
【００７０】
ステップ＃２５での判定結果がＹＥＳの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙより大きい場合には、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレート４５の排出量が多すぎるのでＰＭ帯電装置４への印加電圧が増加していると判断し、警告「ＰＭ帯電装置印加電圧増加」を発し、運転者にＰＭ帯電装置４への印加電圧が増加していることを知らせる（ステップ＃２６）。
【００７１】
一方、ステップ＃２５での判定結果がＮＯの場合、すなわちＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙ以下、ひいては所定値Ｘより小さい場合には、ＰＭ帯電装置４によって帯電されたパティキュレート４５の排出量が少なすぎるのでＰＭ帯電装置４への印加電圧が低下していると判断し、警告「ＰＭ帯電装置印加電圧低下」を発し、運転者にＰＭ帯電装置４への印加電圧が低下していることを知らせる（ステップ＃２７）。
【００７２】
このように、第２のフローチャートに示す故障診断処理によれば、制御ユニット１５によってＰＭ帯電装置４の故障状態を検出することができ、ＰＭ帯電装置４の故障診断をより的確に行うことができる。制御ユニット１５によって検出されるＰＭ帯電装置の故障状態から、ＰＭ帯電装置４に付与される印加電圧の異常状態を診断することも可能である。
【００７３】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。第２の実施形態に係るＰＭ帯電装置の故障診断装置５０は、ＰＭ帯電装置４とＰＭ捕集装置５との間の排気通路３に２つのＰＭ排出量検出装置６０、７０が設けられていること以外は、図１に示したＰＭ帯電装置の故障診断装置１０と同様の構成を備えているため、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００７４】
前記故障診断装置５０は、エンジン２の排気通路３に、排気ガスＧの流れ方向に沿って設けられたＰＭ帯電装置４とＰＭ捕集装置５との間に、排気ガスＧの流れ方向上流側に設けられる第１のＰＭ排出量検出装置６０と排気ガスＧの流れ方向下流側に設けられる第２のＰＭ排出量検出装置７０とを備え、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０はそれぞれ、前述したＰＭ排出量検出装置２０と同様の構成を備えている。
【００７５】
第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０はそれぞれ、制御ユニット５５に接続され、制御ユニット５５は、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５や加熱ヒータ４３の作動及びＰＭ排出量検出装置６０、７０への印加電圧などを制御するとともに、固体電界質層３２の表面３２ａに堆積されるパティキュレートを燃焼させる際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量、ひいてはパティキュレートの排出量を検出し、ＰＭ帯電装置４の故障診断処理を行う。
【００７６】
図１３は、パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第３のフローチャートである。前記故障診断装置５０を用い、第３のフローチャートによるＰＭ帯電装置４の故障診断処理についても、先ず、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５を閉じた状態で加熱ヒータ４３を作動させて第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０に残留するパティキュレート４５を燃焼させて除去する（ステップ＃３１）。そして、ＰＭ帯電装置４の作動を開始し（ステップ＃３２）、排気ガスＧ中のパティキュレート４５を帯電させる。
【００７７】
次に、第１のＰＭ排出量検出装置６０にのみ逆電位を付与する（ステップ＃３３）。ＰＭ排出量検出装置６０、具体的にはＰＭ排出量検出装置６０の検出素子３１に、ＰＭ帯電装置４によってパティキュレート４５が帯電される極性と逆の極性の電位を付与するようにＰＭ排出量検出装置６０に電圧が印加される。そして、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５を所定時間開き（ステップ＃３４）、パティキュレート４５を取り込む。第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０について、排気ガスＧに固体電解質３２の表面３２ａを露出させ、該表面３２ａにパティキュレート４５を堆積させる。
【００７８】
第１のＰＭ排出量検出装置６０では、該ＰＭ排出量検出装置６０に逆電位が付与されているので、排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積されるとともに、帯電されたパティキュレート４５が静電気力の作用によって引き寄せられて堆積される。一方、第２のＰＭ排出量検出装置７０では、該ＰＭ排出量検出装置７０に逆電位が付与されていないので、排気ガスＧ中のパティキュレート４５は、排気ガスＧの流れに沿って固体電解質３２の表面３２ａに衝突して物理的に堆積されるのみである。その後に、第１及び第２のＰＭ排出量検出装置６０、７０についてそれぞれ、シャッタ部材２５を閉じ（ステップ＃３５）、シャッタ部材２５を開いてパティキュレート４５を取り込んでいる際の運転状態を読み込む（ステップ＃３６）。
【００７９】
ステップ＃３６で運転状態を読み込むと、次に、第１のＰＭ排出量検出装置６０について、加熱ヒータ４３を作動させ、ＰＭ排出量検出装置６０に堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、かかる起電力に基づいてパティキュレート排出量を検出し、このパティキュレート排出量をステップ＃３６で読み込んだ運転状態に応じて補正してＰＭ排出量（Ａ）を算出する（ステップ＃３７）。
【００８０】
また、第２のＰＭ排出量検出装置７０についても、加熱ヒータ４３を作動させ、ＰＭ排出量検出装置７０に堆積したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートが燃焼される際に一対の電極４０、４１間に生じる起電力を測定し、パティキュレート排出量を検出し、このパティキュレート排出量をステップ＃３６で読み込んだ運転状態に応じて補正してＰＭ排出量（Ｂ）を算出する（ステップ＃３８）。尚、パティキュレートの排出量を検出する際は、固体電解質３２および表面３２ａへの印加電圧は停止されている。
【００８１】
そして、ステップ＃３７で算出されたＰＭ排出量（Ａ）とステップ＃３８で算出されたＰＭ堆積量（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を算出し（ステップ＃３９）、このＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が、所定値Ｘ以上且つ所定値Ｙ以下であるか否かが判断され（ステップ＃４０）、ＰＭ帯電装置４が正常に作動しているか否かが判断される。ステップ＃４０での判定結果がＹＥＳの場合には、ＰＭ帯電装置４が正常に作動していると判断し、ＰＭ帯電装置４の故障診断を終了する一方、ステップ＃４０での判定結果がＮＯの場合には、ＰＭ帯電装置４の作動が異常であり、ＰＭ帯電装置４が故障していると判断し、例えばＰＭ帯電装置異常などの警告を発し（ステップ＃４１）、運転者にＰＭ帯電装置４が故障していることを知らせる。
【００８２】
本実施形態では、ＰＭ帯電装置４を作動させた状態で、逆電位が付与されるＰＭ排出量検出装置６０と逆電位が付与されないＰＭ排出量検出装置７０とを用いて、ＰＭ帯電装置４の故障診断を行っているが、１つのＰＭ排出量検出装置を用いて、このＰＭ排出量検出装置に逆電位を付与した場合に検出されるパティキュレートの排出量と逆電位を付与しない場合に検出されるパティキュレートの排出量からＰＭ帯電装置４の故障診断を行うようにしてもよい。
【００８３】
このように、第３のフローチャートに示す故障診断処理においても、ＰＭ排出量検出装置２０により帯電されたパティキュレートを静電気力によって引き寄せて検出することができるので、パティキュレート帯電装置におけるパティキュレートの帯電状態を的確に検出することができ、パティキュレート帯電装置の故障診断を的確に行うことができる。
【００８４】
また、ＰＭ帯電装置４より下流側の排気通路３に設けられた２つのＰＭ排出量検出装置６０、７０によりＰＭ帯電装置４の故障診断を行うことができるので、１つのＰＭ排出量検出装置を用いてＰＭ帯電装置の故障診断を行う場合に比して、ＰＭ帯電装置４の故障診断を素早く行うことができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００８５】
図１３に示す第３のフローチャートにおいても、図１１に示す第２のフローチャートのように、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｘより小さい又は所定値Ｙより大きい場合に、ＰＭ排出量の差（Ａ−Ｂ）が所定値Ｙより大きいか否かを判断することにより、ＰＭ帯電装置４への印加電圧が増加しているのか低下しているのかを判断することができ、運転者にＰＭ帯電装置４の故障状態を知らせることができる。
【００８６】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明では、ＰＭ排出量検出装置に逆電位を印加し、パティキュレートとＰＭ排出量検出装置間に静電気力による引力を発生しているが、ＰＭ排出量検出装置に同じ電位を印加し、パティキュレートとＰＭ排出量検出装置間に静電気力による斥力を発生させて同じような制御を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置は、自動車等の車両を含み、エンジンの排気通路にパティキュレート帯電装置を備えたものであれば、如何なるものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。
【図２】パティキュレート排出量検出装置を示す図である。
【図３】パティキュレート排出量検出装置の検出素子を示す概略断面図である。
【図４】前記検出素子の分解斜視図である。
【図５】前記検出素子の検出原理を説明するための説明図である。
【図６】前記検出素子に堆積されるパティキュレートを燃焼させる際に第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力を示すグラフである。
【図７】前記検出素子に堆積されるパティキュレート堆積量と第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力との関係を示すグラフである。
【図８】パティキュレート排出量検出装置の動作を説明するための図である。
【図９】パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第１のフローチャートである。
【図１０】運転状態に応じて排出されるパティキュレートの粒径分布を示すグラフである。
【図１１】パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第２のフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るパティキュレート帯電装置の故障診断装置の構成を概念的に示す図である。
【図１３】パティキュレート帯電装置の故障診断処理についての第３のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
２ エンジン
３ 排気通路
４ パティキュレート帯電装置
１０、５０ 故障診断装置
１５、５５ 制御ユニット
２０、６０、７０ パティキュレート排出量検出装置
３２、３３ 固体電解質層
４０、４１ 電極
４３ 加熱ヒータ
４５ パティキュレート
Ｇ 排気ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、
前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、
前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位が付与された状態で、前記パティキュレート帯電装置を作動させた場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と前記パティキュレート帯電装置を作動させない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、
を備えていることを特徴とするパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項２】
前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えてい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帯電装置の故障診断装置。
【請求項３】
前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項４】
エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、
前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、
前記パティキュレート帯電装置が作動された状態で、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与した場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与しない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、
を備えていることを特徴とするパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項５】
前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えてい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帯電装置の故障診断装置。
【請求項６】
前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴とする請求項４又は５に記載のパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、
前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、
前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位が付与された状態で、前記パティキュレート帯電装置を作動させた場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と前記パティキュレート帯電装置を作動させない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、
を備えていることを特徴とするパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項２】
前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えてい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帯電装置の故障診断装置。
【請求項３】
前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項４】
エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中に含まれるパティキュレートを帯電させるパティキュレート帯電装置の故障診断装置であって、
前記パティキュレート帯電装置より下流側の排気通路に設けられ、前記パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出手段と、
前記パティキュレート帯電装置が作動された状態で、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与した場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量と、前記パティキュレート排出量検出手段に前記パティキュレート帯電装置によって帯電される前記パティキュレートの極性と逆の極性の電位を付与しない場合に前記パティキュレート排出量検出手段によって検出される前記パティキュレートの排出量との差又は比率に基づいて前記パティキュレート帯電装置が故障しているか否かを判断する故障判断手段と、
を備えていることを特徴とするパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【請求項５】
前記故障判断手段によって前記パティキュレート帯電装置が故障していると判断された場合に、前記パティキュレート帯電装置の故障状態を検出する故障状態検出手段をさらに備えてい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帯電装置の故障診断装置。
【請求項６】
前記パティキュレート排出量検出手段は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電界質層を挟んで設けられる一対の電極と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電界質層の表面に堆積される前記パティキュレートを燃焼させる際に前記一対の電極間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴とする請求項４又は５に記載のパティキュレート帯電装置の故障診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−４１４１６（Ｐ２００９−４１４１６Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０６１４５（Ｐ２００７−２０６１４５）
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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