粒子状物質検出手段の故障判定装置
【課題】排気管に設けられたセンサ電極部の静電容量の変化に基づいて排気に含まれるＰＭを検出するＰＭセンサについて、このようなＰＭセンサの故障判定装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、エンジン１の排気管４に設けられたセンサ電極部６１を有し、エンジン１から排出されたＰＭがセンサ電極部６１に付着することによるこのセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、排気に含まれるＰＭを検出するＰＭセンサ６の故障判定装置を提供する。故障判定装置は、エンジン１の始動直後に排気管４内に発生した凝縮水がセンサ電極部６１に付着することによるこのセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ６の故障を判定することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、エンジン１の排気管４に設けられたセンサ電極部６１を有し、エンジン１から排出されたＰＭがセンサ電極部６１に付着することによるこのセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、排気に含まれるＰＭを検出するＰＭセンサ６の故障判定装置を提供する。故障判定装置は、エンジン１の始動直後に排気管４内に発生した凝縮水がセンサ電極部６１に付着することによるこのセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ６の故障を判定することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出手段の故障判定装置に関する。より詳しくは、排気通路に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路となる排気管内には、内燃機関から排出された粒子状物質を検出するため、粒子状物質検出手段が設けられる。粒子状物質の検出には様々な手法が知られているが、中でも特許文献１や特許文献２に示されているもののように、排気管内に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段は、簡易な構成であっても高い精度で検出できることから近年では特に注目されている。
【０００３】
より具体的には、特許文献１の煤検出センサでは、多孔質の導電性物質で形成された一対の煤検出電極を排気管内に設け、排気に含まれる煤が付着することによる煤検出電極の電気抵抗の変化に基づいて、排気に含まれる煤の量を検出する。
【０００４】
また、特許文献２の粒子状物質検出装置では、排気管内に設けられた電極部に所定の電圧を印加することにより、排気に含まれる粒子状物質を電極部に積極的に付着させつつ、この時における電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気中の粒子状物質の量を検出する。
【０００５】
一方、特許文献３や特許文献４には、このような粒子状物質検出手段を、粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタの故障判定装置に応用した技術が示されている。
より具体的には、特許文献３には、排気浄化フィルタの下流側に粒子状物質検出手段を設け、この粒子状物質検出手段により検出された粒子状物質の量に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定装置が示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、排気浄化フィルタの上流側と下流側に粒子状物質検出手段を設け、これら２つの粒子状物質検出手段の出力に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定装置が示されている。この故障判定装置では、２つの粒子状物質検出手段の出力値の比に基づいて、排気浄化フィルタに流入した粒子状物質のうち排気浄化フィルタを通過した粒子状物質の割合を算出し、この割合を正常値と比較することにより排気浄化フィルタの故障を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２６６９６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９２９４号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献４】特開２００７−１３２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３や特許文献４に示された排気浄化フィルタの故障判定装置では、粒子状物質検出手段が正常に作動している場合には排気浄化フィルタの故障の判定を行えるものの、粒子状物質検出手段が故障した場合には排気浄化フィルタの故障の判定を行えないばかりか、誤信号に基づいて内燃機関の制御が行われてしまうおそれもある。
このため近年では、粒子状物質検出手段の故障を判定する故障判定装置の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、排気通路に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段について、このような粒子状物質検出手段の故障判定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】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管４）に設けられた電極部（例えば、後述のセンサ電極部６１）を有し、前記内燃機関から排出された粒子状物質が前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段（例えば、後述のＰＭセンサ６）の故障判定装置（例えば、後述のＥＣＵ５，５Ｂ）を提供する。前記故障判定装置は、前記排気通路に発生した液体（例えば、後述の凝縮水）、及び、供給された液体（例えば、後述の還元剤）の少なくとも何れかが前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする。
【００１１】
電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段は、粒子状物質が付着した場合と同様に液体が付着しても電極部の電気的特性が変化するため、これを検出することができる。本発明によれば、この点を利用して、排気通路に発生した液体及び供給された液体の少なくとも何れかが電極部に付着することによるこの電極部の電気的特性の変化に基づいて、粒子状物質検出手段の故障を判定する。
また、一般的には、内燃機関から排出される炭素を主成分とした粒子状物質に対して液体の導電率は高いため、粒子状物質が付着した場合と液体が付着した場合とで電極部の電気的特性の変化の大きさは異なる。このように、粒子状物質が付着した場合と液体が付着した場合とを区別することができるので、精度良く粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。
また、この故障判定装置によれば、電極部の電気的特性の変化といった粒子状物質の検出と同じ論理に基づいて粒子状物質検出手段の故障を判定するため、従来の粒子状物質検出手段に対し、大きな改良を加えることなく故障判定装置を製造することができる。したがって、故障判定装置の製造にかかるコストを低減することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路に発生した液体は、当該内燃機関の始動時に排気通路に発生した凝縮水であることを特徴とする。
【００１３】
内燃機関の始動時、特に長時間にわたり内燃機関を停止させていた後における始動時には、内燃機関から排出された高温の排気は、外気で冷めた排気通路で急激に冷やされるため、排気に含まれる水分が凝縮して凝縮水が発生する。このように発生した凝縮水は、排気の流れと共に下流側へ流れ、電極部に付着する場合がある。本発明によれば、このように内燃機関の始動時に必然的に発生する凝縮水を用いることにより、粒子状物質検出手段の故障をより高い精度で判定することができる。また、本発明によれば、液体を供給するための装置を別途設ける必要もないので、故障判定装置の製造にかかるコストを抑えることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記内燃機関を前回停止してから今回始動するまでの時間に基づいて、当該内燃機関の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定する凝縮水判定手段をさらに備え、前記内燃機関の始動時に凝縮水が発生すると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、内燃機関を前回停止してから今回始動するまでの時間に基づいて、内燃機関の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定し、凝縮水が発生すると判定された場合に粒子状物質検出手段の故障を判定することにより、粒子状物質検出手段の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路に供給された液体は、前記排気通路とは別に設けられた液体供給手段（例えば、後述のインジェクタ８Ｂ）により供給された液体であることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、排気通路とは別に設けられた液体供給手段により供給された液体を用いることにより、上述のような内燃機関の始動時に限らずに粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。また、液体供給手段により供給された液体を用いることにより、上述のように排気通路に発生した液体を用いた場合と比較して、液体が供給された時期を把握し易いので、粒子状物質検出手段の故障をより高い精度で判定することができる。
【００１８】
ところで、排気を浄化する排気浄化装置には、燃料や尿素水などの液体を排気通路内に供給する供給装置を備えるものが知られている。そこで、上記液体供給手段としては、このような排気浄化装置の供給装置を流用することが好ましい。この場合、液体を供給するための装置を別途設ける必要がなくなるので、故障判定装置のコストを抑えることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記液体供給手段により前記排気通路に液体が供給されているか否かを判定する液体供給判定手段をさらに備え、前記液体供給手段により液体が供給されていると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、液体供給手段により液体が供給されているか否かを判定し、液体が供給されていると判定された場合に粒子状物質検出手段の故障を判定することにより、粒子状物質検出手段の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路には液体を含む排気の一部を前記電極部へ整流する整流手段（例えば、後述の整流板６５Ａ，６６Ａ）が設けられることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、液体を含む排気の一部を電極部へ整流する整流手段を設けた。これにより、より効率的に液体を電極部に付着させることができるので、粒子状物質検出手段の故障をより高い精度で判定することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路には排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ３）が設けられ、前記電極部は、前記排気通路のうち前記排気浄化フィルタの下流側に設けられることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、排気通路のうち排気浄化フィルタの下流に電極部を設けた。これにより、粒子状物質検出手段を排気浄化フィルタの故障判定装置に応用することができる。すなわち、排気浄化フィルタの捕集性能が低下した場合には、排気浄化フィルタを通過した粒子状物質が電極部に付着するため、排気浄化フィルタの故障を判定することができる。
【００２５】
ところで、排気浄化フィルタが正常である場合、排気中の粒子状物質は捕集されてしまうため、排気浄化フィルタの下流側へ排出される粒子状物質の量は僅かである。したがって、例えば、粒子状物質が付着することによる電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質検出手段の故障を判定する場合、排気浄化フィルタが正常であるときは粒子状物質検出手段の故障を判定することが困難である。これに対して本発明では、排気浄化フィルタを通過することもでき、また排気浄化フィルタの下流側に発生させたり供給したりすることもできる液体が付着することによる電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質検出手段の故障を判定する。したがって、排気浄化フィルタの状態にかかわらず粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置、及びこれを適用したエンジンとその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】エンジンの始動直後におけるセンサ電極部の静電容量の特徴的な振る舞いを示す図である。
【図３】上記実施形態に係るＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る排気管の部分断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置、及びこれを適用したエンジンとその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図６】上記実施形態に係るＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００２８】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る粒子状物質検出手段の故障判定装置、及びこれを適用した内燃機関（以下、「エンジン」という）１とその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ５により制御される。
【００２９】
エンジン１の排気通路となる排気管４内には、排気浄化フィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」という）３と、排気に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」という）を検出する粒子状物質検出手段（以下、「ＰＭセンサ」という）６とが、上流側からこの順で設けられている。
【００３０】
ＤＰＦ３は、無数の細孔が形成された多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁を通過する際、排気に含まれるＰＭを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の細孔に堆積させることにより、これを捕集する。ＤＰＦ３の捕集能力の限界、すなわち堆積限界までＰＭを捕集すると、圧損が大きくなる。そこで、ＤＰＦに捕集されたＰＭを適切な時期に燃焼除去するＤＰＦ再生処理がＥＣＵ５により実行される。
【００３１】
ＰＭセンサ６は、排気管４の内部のうちＤＰＦ３の下流側に設けられたセンサ電極部６１と、ＥＣＵ５に接続され、このセンサ電極部６１を制御するセンサコントローラ６２と、を備える。
【００３２】
センサ電極部６１は、互いに平行にして配置された一対の電極板を備える。これら電極板の間には、排気中のＰＭが付着するキャビティが形成されている。ＰＭセンサ６は、以下に示すように、排気管４内を流通する排気に含まれるＰＭが付着したセンサ電極部６１の電気的特性を測定し、この測定値の変化に基づいて、排気管内を流通する排気中のＰＭを検出する。
【００３３】
センサコントローラ６２は、センサ電極部６１の電極板に集塵電圧を印加する電源部６３と、センサ電極部６１の電気的特性を検出するインピーダンス測定器６４と、を含んで構成される。
【００３４】
電源部６３は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の集塵電圧をセンサ電極部６１の電極板に印加する。これにより、排気に含まれるＰＭをセンサ電極部６１のキャビティ内に積極的に付着させることができる。また、この電源部６３は、センサ電極部６１に設けられたヒータに通電することにより、センサ電極部６１を暖機したり、堆積したＰＭを燃焼しセンサ電極部６１を再生したりすることができる。
【００３５】
インピーダンス測定器６４は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧及び測定周期の交流信号のもとでセンサ電極部６１の静電容量を検出し、検出した静電容量値に略比例した信号をＥＣＵ５に出力する。
【００３６】
ＥＣＵ５には、以上のようなＰＭセンサの他、警告灯５１、及びイグニッションスイッチ５２などが接続されている。
【００３７】
警告灯５１は、例えば、図示しない車両のメータパネルに設けられ、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて点灯する。後に詳述するように、ＥＣＵ５は、ＰＭセンサ６が故障したと判定した場合には、この警告灯５１を点灯させる。これにより、ＰＭセンサ６が故障したことを運転者に報知することができる。イグニッションスイッチ５２は、例えば、車両の運転席に設けられ、エンジン１の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ５に送信する。
【００３８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ５は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、センサコントローラ６２、警告灯５１、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。
【００３９】
また、以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ５には、ＤＰＦの故障を判定するＤＰＦ故障判定部５３や、ＰＭセンサの故障を判定するＰＭセンサ故障判定部５４などの各種モジュールが構成される。
【００４０】
ＤＰＦ故障判定部５３は、ＰＭセンサ６からの出力に基づいてＤＰＦ３の故障を判定する。エンジン１から排出されたＰＭはＤＰＦ３により捕集されるため、ＤＰＦ３が正常である限りセンサ電極部６１に到達するＰＭの量は制限される。しかしながらＤＰＦ３が故障すると、エンジン１から排出されたＰＭはＤＰＦ３を通過してセンサ電極部６１に付着する。そこで、ＤＰＦ故障判定部５３では、エンジン１を運転している間にセンサ電極部６１の静電容量の変化を監視しており、ＤＰＦ３が故障したことでＤＰＦ３から排出されたＰＭがセンサ電極部６１に付着することによる、このセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＤＰＦ３の故障を判定する。
【００４１】
ＰＭセンサ故障判定部５４は、上述のＤＰＦ故障判定部５３と同様に、ＰＭセンサ６からの出力に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定する。以下、図２及び図３を参照して、ＰＭセンサ故障判定部５４によるＰＭセンサ故障判定処理について詳細に説明する。
【００４２】
図２は、エンジンの始動直後におけるセンサ電極部の静電容量の特徴的な振る舞いを示す図である。この図２において、実線は正常に作動するＰＭセンサの静電容量の測定値を示し、破線は故障したＰＭセンサの静電容量の測定値を示す。
図２に示すように、センサ電極部の静電容量は、エンジンの始動直後に一時的に大きな値を示す。これは、エンジンの始動直後には、冷え切った排気管内をエンジンから排出された高温の排気が流通することにより、排気に含まれている水分が凝縮することで凝縮水が発生し、この凝縮水がセンサ電極部に付着したためであると考えられる。
【００４３】
また、凝縮水などの液体は、一般的に、炭素を主成分とするＰＭに比べて導電率が高いため、凝縮水がセンサ電極部に付着した際における静電容量の変化量は、ＰＭがセンサ電極部に付着した際における静電容量の変化量よりも十分に大きい。このため、凝縮水がセンサ電極部に付着した場合、センサ電極部の静電容量の測定値には、図２に示すようなピークが発生する。
【００４４】
ＰＭセンサ故障判定部５４では、エンジンの始動時に排気管内に発生した凝縮水がセンサ電極部に付着することによる、このセンサ電極部の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する。より具体的には、ＰＭセンサ故障判定部５４は、図２に示すようなエンジン始動時から所定の判定期間内に、センサ電極部の静電容量の測定値が所定の正常判定値を上回った場合に、ＰＭセンサは正常であると判断する。
【００４５】
図３は、ＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがオンにされた直後に、ＥＣＵのＰＭセンサ故障判定部により実行される。
ステップＳ１では、エンジンを前回停止してから今回始動するまでの時間を示すソーク時間を取得し、ステップＳ２に移る。
【００４６】
ステップＳ２では、取得したソーク時間に基づいて凝縮水が発生するか否かを判別する。より具体的には、ソーク時間が所定値以上であるか否かを判別することにより、凝縮水が発生するか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合、すなわち、所定時間以上、エンジンを停止していた場合には、排気管は外気温度と略等しくなるまで冷え切った状態であるため、凝縮水が発生すると考えられる。そこで、凝縮水を利用してＰＭセンサの故障を判定するべく、ステップＳ３に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、排気管が冷え切っておらず、凝縮水を利用したＰＭセンサの故障判定を行うことができないと判断し、この処理を直ちに終了する。
【００４７】
ステップＳ３では、所定の判定期間にわたってセンサ素子の静電容量を測定し、ステップＳ４に移る。
ステップＳ４では、上記判定期間の間に、静電容量の測定値が正常判定値を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合は、ＰＭセンサにより凝縮水を検出できたことを意味するので、ＰＭセンサは正常な状態であると判断し、この処理を直ちに終了する。一方、この判別がＮＯの場合は、ＰＭセンサにより凝縮水を検出できなかったことを意味するので、ＰＭセンサは故障した状態であると判断し、ステップＳ５に移り警告灯を点灯し、この処理を終了する。
【００４８】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、排気管４内に発生した凝縮水がセンサ電極部６１に付着することによるこのセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ６の故障を判定する。また、一般的には凝縮水はＰＭよりも導電率が高いため、ＰＭが付着した場合と凝縮水が付着した場合とを区別することができるので、精度良くＰＭセンサ６の故障を判定することができる。また、この故障判定装置によれば、センサ電極部６１の電気的特性の変化といったＰＭの検出と同じ論理に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定するため、従来のＰＭセンサに対し、大きな改良を加えることなく故障判定装置を製造することができる。したがって、故障判定装置の製造にかかるコストを低減することができる。
【００４９】
（２）本実施形態によれば、このようにエンジン１の始動時に必然的に発生する凝縮水を用いることにより、ＰＭセンサの故障をより高い精度で判定することができる。また、本実施形態によれば、液体を供給するための装置を別途設ける必要もないので、故障判定装置の製造にかかるコストを抑えることができる。
【００５０】
（３）本実施形態によれば、ソーク時間に基づいて、エンジン１の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定し、凝縮水が発生すると判定された場合にＰＭセンサ６の故障を判定することにより、ＰＭセンサ６の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００５１】
（４）本実施形態によれば、排気管４のうちＤＰＦ３の下流にセンサ電極部６１を設けた。これにより、ＰＭセンサ６をＤＰＦ３の故障判定装置に応用することができる。すなわち、ＤＰＦ３の捕集性能が低下した場合には、ＤＰＦ３を通過したＰＭがセンサ電極部６１に付着するため、このＰＭの付着によるセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＤＰＦ３の故障を判定することができる。
【００５２】
ところで、ＤＰＦ３が正常である場合、排気中のＰＭは捕集されてしまうため、ＤＰＦ３の下流側へ排出されるＰＭの量は僅かである。したがって、例えば、ＰＭが付着することによるセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定する場合、ＤＰＦ３が正常であるときはＰＭセンサ６の故障を判定することが困難である。これに対して本実施形態では、ＤＰＦ３を通過することもでき、またＤＰＦ３の下流側に発生させたり供給したりすることもできる液体が付着することによるセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定する。したがって、ＤＰＦ３の状態にかかわらずＰＭセンサ６の故障を判定することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るＰＭセンサ６の故障判定装置は、排気管４Ａ内のうちセンサ電極部６１の近傍の構成が第１実施形態と異なる。
図４は、排気管４Ａの部分断面図である。
【００５４】
図４に示すように、排気管４Ａ内には、ＤＰＦ３から下流側のセンサ電極部６１のキャビティＣへ延びる整流板６５Ａ，６６Ａが設けられている。このような整流板６５Ａ，６６Ａを設けることにより、凝縮水などの液体を含む排気の一部を、センサ電極部６１のキャビティＣへ向けて整流し、排気管４Ａ内で発生した凝縮水をセンサ電極部６１に付着させることができる。また、これら整流板６５Ａ，６６Ａには、エンジンの始動直後における排気を冷やし、整流板６５Ａ，６６Ａ上に凝縮水を積極的に生成させる作用もあるので、さらに多くの凝縮水をセンサ電極部６１に付着させることができる。
【００５５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述の効果（１）〜（４）に加えて、以下の効果を奏する。
（５）本実施形態によれば、凝縮水を含む排気の一部をセンサ電極部６１のキャビティＣへ整流する整流板６５Ａを設けた。これにより、より効率的に凝縮水をセンサ電極部６１に付着させることができるので、ＰＭセンサ６の故障をより高い精度で判定することができる。
【００５６】
［第３実施形態］
第３実施形態に係るＰＭセンサ６の故障判定装置は、ＰＭセンサ６が設けられる排気浄化システム２Ｂの構成が第１実施形態と異なる。
図５は、本実施形態に係るＰＭセンサ６の故障判定装置、及びこれを適用したエンジン１とその排気浄化システム２Ｂの構成を示す模式図である。
【００５７】
図５に示すように、排気浄化システム２Ｂは、ＤＰＦ３及びＰＭセンサ６の他、排気に含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置７Ｂと、このＮＯｘ浄化装置７Ｂに還元剤を供給するインジェクタ８Ｂとをさらに備える点が第１実施形態と異なる。
【００５８】
ＮＯｘ浄化装置７Ｂは、排気管４内のうち、ＤＰＦ３及びＰＭセンサ６のセンサ電極部６１よりも下流側に設けられる。このＮＯｘ浄化装置７は、排気中のＮＯｘを捕捉しておき、インジェクタ８Ｂから供給された還元剤の存在下で捕捉したＮＯｘを還元することにより、排気中のＮＯｘを浄化する。
【００５９】
インジェクタ８Ｂは、排気管４内のうちＤＰＦ３とＰＭセンサ６のセンサ電極部６１との間に設けられ、図示しないタンクに貯蔵された液体の還元剤を、排気中に噴射する。なお、インジェクタ８Ｂが噴射する還元剤としては、例えばエンジン１の燃料や、尿素水が用いられる。また、インジェクタ８ＢはＥＣＵ５Ｂに電気的に接続されており、インジェクタ８Ｂからの還元剤の噴射量及び噴射時期は、ＥＣＵ５Ｂにより制御される。
【００６０】
ＥＣＵ５Ｂのインジェクタ駆動部５５Ｂでは、ＮＯｘ浄化装置７Ｂに捕捉されたＮＯｘの量を逐次積算しておき、ＮＯｘの捕捉量が所定の量に達したことに応じてインジェクタ８Ｂを駆動し、排気管４内へ還元剤を噴射することにより、ＮＯｘ浄化装置７Ｂに捕捉されたＮＯｘを還元する。
【００６１】
ＥＣＵ５ＢのＰＭセンサ故障判定部５４Ｂでは、インジェクタ８Ｂから供給された還元剤がセンサ電極部６１に付着することによる、このセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ６の故障を判定する。
【００６２】
図６は、ＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションがオンにされた後に、ＥＣＵのＰＭセンサ故障判定部により所定の周期で繰り返し実行される。
【００６３】
ステップＳ１１では、インジェクタにより液体が供給されているか否か、すなわち、インジェクタにより排気管内へ還元剤が供給されているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、還元剤を利用してＰＭセンサの故障を判定するべく、ステップＳ１２に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、還元剤を利用したＰＭセンサの故障判定を行うことができないと判断し、この処理を直ちに終了する。
【００６４】
ステップＳ１２では、所定の判定期間にわたってセンサ素子の静電容量を測定し、ステップＳ１３に移る。
ステップＳ１３では、上記判定期間の間に、静電容量の測定値が正常判定値を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合は、ＰＭセンサにより還元剤を検出できたことを意味するので、ＰＭセンサは正常な状態であると判断し、この処理を直ちに終了する。一方、この判別がＮＯの場合は、ＰＭセンサにより還元剤を検出できなかったことを意味するので、ＰＭセンサは故障した状態であると判断し、ステップＳ１４に移り警告灯を点灯し、この処理を終了する。
【００６５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述した効果（１）及び（４）に加えて、以下の効果を奏する。
（６）本実施形態によれば、排気管４とは別に設けられたインジェクタ８Ｂにより供給された還元剤を用いることにより、上述のようなエンジン１の始動時に限らずにＰＭセンサ６の故障を判定することができる。また、インジェクタ８Ｂにより供給された還元剤を用いることにより、上述のように排気管４内に発生した凝縮水を用いた場合と比較して、液体が供給された時期を把握し易いので、ＰＭセンサ６の故障をより高い精度で判定することができる。また、排気浄化システム２Ｂのインジェクタ８Ｂを流用することにより、液体を供給するための装置を別途設ける必要がなくなるので、故障判定装置の製造にかかるコストを抑えることができる。
【００６６】
（７）本実施形態によれば、インジェクタ８Ｂにより還元剤が供給されているか否かを判定し、還元剤が供給されていると判定された場合にＰＭセンサ６の故障を判定することにより、ＰＭセンサ６の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００６７】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記第３実施形態では、ＰＭセンサの故障の判定に、排気浄化システム２Ｂのインジェクタ８Ｂにより供給された燃料や尿素水などの還元剤を利用したが、還元剤に限らず水を利用してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…エンジン（内燃機関）
２，２Ｂ…排気浄化システム
３…ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
４，４Ａ…排気管（排気通路）
６…ＰＭセンサ（粒子状物質検出手段）
６１…センサ電極部（電極部）
５…ＥＣＵ（故障判定装置、凝縮水判定手段、液体供給判定手段）
６５Ａ，６６Ａ…整流板（整流手段）
８Ｂ…インジェクタ（液体供給手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出手段の故障判定装置に関する。より詳しくは、排気通路に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路となる排気管内には、内燃機関から排出された粒子状物質を検出するため、粒子状物質検出手段が設けられる。粒子状物質の検出には様々な手法が知られているが、中でも特許文献１や特許文献２に示されているもののように、排気管内に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段は、簡易な構成であっても高い精度で検出できることから近年では特に注目されている。
【０００３】
より具体的には、特許文献１の煤検出センサでは、多孔質の導電性物質で形成された一対の煤検出電極を排気管内に設け、排気に含まれる煤が付着することによる煤検出電極の電気抵抗の変化に基づいて、排気に含まれる煤の量を検出する。
【０００４】
また、特許文献２の粒子状物質検出装置では、排気管内に設けられた電極部に所定の電圧を印加することにより、排気に含まれる粒子状物質を電極部に積極的に付着させつつ、この時における電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気中の粒子状物質の量を検出する。
【０００５】
一方、特許文献３や特許文献４には、このような粒子状物質検出手段を、粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタの故障判定装置に応用した技術が示されている。
より具体的には、特許文献３には、排気浄化フィルタの下流側に粒子状物質検出手段を設け、この粒子状物質検出手段により検出された粒子状物質の量に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定装置が示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、排気浄化フィルタの上流側と下流側に粒子状物質検出手段を設け、これら２つの粒子状物質検出手段の出力に基づいて排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定装置が示されている。この故障判定装置では、２つの粒子状物質検出手段の出力値の比に基づいて、排気浄化フィルタに流入した粒子状物質のうち排気浄化フィルタを通過した粒子状物質の割合を算出し、この割合を正常値と比較することにより排気浄化フィルタの故障を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２６６９６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９２９４号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５２７５号公報
【特許文献４】特開２００７−１３２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３や特許文献４に示された排気浄化フィルタの故障判定装置では、粒子状物質検出手段が正常に作動している場合には排気浄化フィルタの故障の判定を行えるものの、粒子状物質検出手段が故障した場合には排気浄化フィルタの故障の判定を行えないばかりか、誤信号に基づいて内燃機関の制御が行われてしまうおそれもある。
このため近年では、粒子状物質検出手段の故障を判定する故障判定装置の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、排気通路に設けられた電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段について、このような粒子状物質検出手段の故障判定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】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管４）に設けられた電極部（例えば、後述のセンサ電極部６１）を有し、前記内燃機関から排出された粒子状物質が前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段（例えば、後述のＰＭセンサ６）の故障判定装置（例えば、後述のＥＣＵ５，５Ｂ）を提供する。前記故障判定装置は、前記排気通路に発生した液体（例えば、後述の凝縮水）、及び、供給された液体（例えば、後述の還元剤）の少なくとも何れかが前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする。
【００１１】
電極部の電気的特性の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段は、粒子状物質が付着した場合と同様に液体が付着しても電極部の電気的特性が変化するため、これを検出することができる。本発明によれば、この点を利用して、排気通路に発生した液体及び供給された液体の少なくとも何れかが電極部に付着することによるこの電極部の電気的特性の変化に基づいて、粒子状物質検出手段の故障を判定する。
また、一般的には、内燃機関から排出される炭素を主成分とした粒子状物質に対して液体の導電率は高いため、粒子状物質が付着した場合と液体が付着した場合とで電極部の電気的特性の変化の大きさは異なる。このように、粒子状物質が付着した場合と液体が付着した場合とを区別することができるので、精度良く粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。
また、この故障判定装置によれば、電極部の電気的特性の変化といった粒子状物質の検出と同じ論理に基づいて粒子状物質検出手段の故障を判定するため、従来の粒子状物質検出手段に対し、大きな改良を加えることなく故障判定装置を製造することができる。したがって、故障判定装置の製造にかかるコストを低減することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路に発生した液体は、当該内燃機関の始動時に排気通路に発生した凝縮水であることを特徴とする。
【００１３】
内燃機関の始動時、特に長時間にわたり内燃機関を停止させていた後における始動時には、内燃機関から排出された高温の排気は、外気で冷めた排気通路で急激に冷やされるため、排気に含まれる水分が凝縮して凝縮水が発生する。このように発生した凝縮水は、排気の流れと共に下流側へ流れ、電極部に付着する場合がある。本発明によれば、このように内燃機関の始動時に必然的に発生する凝縮水を用いることにより、粒子状物質検出手段の故障をより高い精度で判定することができる。また、本発明によれば、液体を供給するための装置を別途設ける必要もないので、故障判定装置の製造にかかるコストを抑えることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記内燃機関を前回停止してから今回始動するまでの時間に基づいて、当該内燃機関の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定する凝縮水判定手段をさらに備え、前記内燃機関の始動時に凝縮水が発生すると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、内燃機関を前回停止してから今回始動するまでの時間に基づいて、内燃機関の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定し、凝縮水が発生すると判定された場合に粒子状物質検出手段の故障を判定することにより、粒子状物質検出手段の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路に供給された液体は、前記排気通路とは別に設けられた液体供給手段（例えば、後述のインジェクタ８Ｂ）により供給された液体であることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、排気通路とは別に設けられた液体供給手段により供給された液体を用いることにより、上述のような内燃機関の始動時に限らずに粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。また、液体供給手段により供給された液体を用いることにより、上述のように排気通路に発生した液体を用いた場合と比較して、液体が供給された時期を把握し易いので、粒子状物質検出手段の故障をより高い精度で判定することができる。
【００１８】
ところで、排気を浄化する排気浄化装置には、燃料や尿素水などの液体を排気通路内に供給する供給装置を備えるものが知られている。そこで、上記液体供給手段としては、このような排気浄化装置の供給装置を流用することが好ましい。この場合、液体を供給するための装置を別途設ける必要がなくなるので、故障判定装置のコストを抑えることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記液体供給手段により前記排気通路に液体が供給されているか否かを判定する液体供給判定手段をさらに備え、前記液体供給手段により液体が供給されていると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、液体供給手段により液体が供給されているか否かを判定し、液体が供給されていると判定された場合に粒子状物質検出手段の故障を判定することにより、粒子状物質検出手段の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路には液体を含む排気の一部を前記電極部へ整流する整流手段（例えば、後述の整流板６５Ａ，６６Ａ）が設けられることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、液体を含む排気の一部を電極部へ整流する整流手段を設けた。これにより、より効率的に液体を電極部に付着させることができるので、粒子状物質検出手段の故障をより高い精度で判定することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置において、前記排気通路には排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ３）が設けられ、前記電極部は、前記排気通路のうち前記排気浄化フィルタの下流側に設けられることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、排気通路のうち排気浄化フィルタの下流に電極部を設けた。これにより、粒子状物質検出手段を排気浄化フィルタの故障判定装置に応用することができる。すなわち、排気浄化フィルタの捕集性能が低下した場合には、排気浄化フィルタを通過した粒子状物質が電極部に付着するため、排気浄化フィルタの故障を判定することができる。
【００２５】
ところで、排気浄化フィルタが正常である場合、排気中の粒子状物質は捕集されてしまうため、排気浄化フィルタの下流側へ排出される粒子状物質の量は僅かである。したがって、例えば、粒子状物質が付着することによる電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質検出手段の故障を判定する場合、排気浄化フィルタが正常であるときは粒子状物質検出手段の故障を判定することが困難である。これに対して本発明では、排気浄化フィルタを通過することもでき、また排気浄化フィルタの下流側に発生させたり供給したりすることもできる液体が付着することによる電極部の電気的特性の変化に基づいて粒子状物質検出手段の故障を判定する。したがって、排気浄化フィルタの状態にかかわらず粒子状物質検出手段の故障を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置、及びこれを適用したエンジンとその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】エンジンの始動直後におけるセンサ電極部の静電容量の特徴的な振る舞いを示す図である。
【図３】上記実施形態に係るＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る排気管の部分断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るＰＭセンサの故障判定装置、及びこれを適用したエンジンとその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図６】上記実施形態に係るＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００２８】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る粒子状物質検出手段の故障判定装置、及びこれを適用した内燃機関（以下、「エンジン」という）１とその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ５により制御される。
【００２９】
エンジン１の排気通路となる排気管４内には、排気浄化フィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」という）３と、排気に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」という）を検出する粒子状物質検出手段（以下、「ＰＭセンサ」という）６とが、上流側からこの順で設けられている。
【００３０】
ＤＰＦ３は、無数の細孔が形成された多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁を通過する際、排気に含まれるＰＭを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の細孔に堆積させることにより、これを捕集する。ＤＰＦ３の捕集能力の限界、すなわち堆積限界までＰＭを捕集すると、圧損が大きくなる。そこで、ＤＰＦに捕集されたＰＭを適切な時期に燃焼除去するＤＰＦ再生処理がＥＣＵ５により実行される。
【００３１】
ＰＭセンサ６は、排気管４の内部のうちＤＰＦ３の下流側に設けられたセンサ電極部６１と、ＥＣＵ５に接続され、このセンサ電極部６１を制御するセンサコントローラ６２と、を備える。
【００３２】
センサ電極部６１は、互いに平行にして配置された一対の電極板を備える。これら電極板の間には、排気中のＰＭが付着するキャビティが形成されている。ＰＭセンサ６は、以下に示すように、排気管４内を流通する排気に含まれるＰＭが付着したセンサ電極部６１の電気的特性を測定し、この測定値の変化に基づいて、排気管内を流通する排気中のＰＭを検出する。
【００３３】
センサコントローラ６２は、センサ電極部６１の電極板に集塵電圧を印加する電源部６３と、センサ電極部６１の電気的特性を検出するインピーダンス測定器６４と、を含んで構成される。
【００３４】
電源部６３は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の集塵電圧をセンサ電極部６１の電極板に印加する。これにより、排気に含まれるＰＭをセンサ電極部６１のキャビティ内に積極的に付着させることができる。また、この電源部６３は、センサ電極部６１に設けられたヒータに通電することにより、センサ電極部６１を暖機したり、堆積したＰＭを燃焼しセンサ電極部６１を再生したりすることができる。
【００３５】
インピーダンス測定器６４は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧及び測定周期の交流信号のもとでセンサ電極部６１の静電容量を検出し、検出した静電容量値に略比例した信号をＥＣＵ５に出力する。
【００３６】
ＥＣＵ５には、以上のようなＰＭセンサの他、警告灯５１、及びイグニッションスイッチ５２などが接続されている。
【００３７】
警告灯５１は、例えば、図示しない車両のメータパネルに設けられ、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて点灯する。後に詳述するように、ＥＣＵ５は、ＰＭセンサ６が故障したと判定した場合には、この警告灯５１を点灯させる。これにより、ＰＭセンサ６が故障したことを運転者に報知することができる。イグニッションスイッチ５２は、例えば、車両の運転席に設けられ、エンジン１の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ５に送信する。
【００３８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ５は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、センサコントローラ６２、警告灯５１、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。
【００３９】
また、以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ５には、ＤＰＦの故障を判定するＤＰＦ故障判定部５３や、ＰＭセンサの故障を判定するＰＭセンサ故障判定部５４などの各種モジュールが構成される。
【００４０】
ＤＰＦ故障判定部５３は、ＰＭセンサ６からの出力に基づいてＤＰＦ３の故障を判定する。エンジン１から排出されたＰＭはＤＰＦ３により捕集されるため、ＤＰＦ３が正常である限りセンサ電極部６１に到達するＰＭの量は制限される。しかしながらＤＰＦ３が故障すると、エンジン１から排出されたＰＭはＤＰＦ３を通過してセンサ電極部６１に付着する。そこで、ＤＰＦ故障判定部５３では、エンジン１を運転している間にセンサ電極部６１の静電容量の変化を監視しており、ＤＰＦ３が故障したことでＤＰＦ３から排出されたＰＭがセンサ電極部６１に付着することによる、このセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＤＰＦ３の故障を判定する。
【００４１】
ＰＭセンサ故障判定部５４は、上述のＤＰＦ故障判定部５３と同様に、ＰＭセンサ６からの出力に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定する。以下、図２及び図３を参照して、ＰＭセンサ故障判定部５４によるＰＭセンサ故障判定処理について詳細に説明する。
【００４２】
図２は、エンジンの始動直後におけるセンサ電極部の静電容量の特徴的な振る舞いを示す図である。この図２において、実線は正常に作動するＰＭセンサの静電容量の測定値を示し、破線は故障したＰＭセンサの静電容量の測定値を示す。
図２に示すように、センサ電極部の静電容量は、エンジンの始動直後に一時的に大きな値を示す。これは、エンジンの始動直後には、冷え切った排気管内をエンジンから排出された高温の排気が流通することにより、排気に含まれている水分が凝縮することで凝縮水が発生し、この凝縮水がセンサ電極部に付着したためであると考えられる。
【００４３】
また、凝縮水などの液体は、一般的に、炭素を主成分とするＰＭに比べて導電率が高いため、凝縮水がセンサ電極部に付着した際における静電容量の変化量は、ＰＭがセンサ電極部に付着した際における静電容量の変化量よりも十分に大きい。このため、凝縮水がセンサ電極部に付着した場合、センサ電極部の静電容量の測定値には、図２に示すようなピークが発生する。
【００４４】
ＰＭセンサ故障判定部５４では、エンジンの始動時に排気管内に発生した凝縮水がセンサ電極部に付着することによる、このセンサ電極部の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサの故障を判定する。より具体的には、ＰＭセンサ故障判定部５４は、図２に示すようなエンジン始動時から所定の判定期間内に、センサ電極部の静電容量の測定値が所定の正常判定値を上回った場合に、ＰＭセンサは正常であると判断する。
【００４５】
図３は、ＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがオンにされた直後に、ＥＣＵのＰＭセンサ故障判定部により実行される。
ステップＳ１では、エンジンを前回停止してから今回始動するまでの時間を示すソーク時間を取得し、ステップＳ２に移る。
【００４６】
ステップＳ２では、取得したソーク時間に基づいて凝縮水が発生するか否かを判別する。より具体的には、ソーク時間が所定値以上であるか否かを判別することにより、凝縮水が発生するか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合、すなわち、所定時間以上、エンジンを停止していた場合には、排気管は外気温度と略等しくなるまで冷え切った状態であるため、凝縮水が発生すると考えられる。そこで、凝縮水を利用してＰＭセンサの故障を判定するべく、ステップＳ３に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、排気管が冷え切っておらず、凝縮水を利用したＰＭセンサの故障判定を行うことができないと判断し、この処理を直ちに終了する。
【００４７】
ステップＳ３では、所定の判定期間にわたってセンサ素子の静電容量を測定し、ステップＳ４に移る。
ステップＳ４では、上記判定期間の間に、静電容量の測定値が正常判定値を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合は、ＰＭセンサにより凝縮水を検出できたことを意味するので、ＰＭセンサは正常な状態であると判断し、この処理を直ちに終了する。一方、この判別がＮＯの場合は、ＰＭセンサにより凝縮水を検出できなかったことを意味するので、ＰＭセンサは故障した状態であると判断し、ステップＳ５に移り警告灯を点灯し、この処理を終了する。
【００４８】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、排気管４内に発生した凝縮水がセンサ電極部６１に付着することによるこのセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ６の故障を判定する。また、一般的には凝縮水はＰＭよりも導電率が高いため、ＰＭが付着した場合と凝縮水が付着した場合とを区別することができるので、精度良くＰＭセンサ６の故障を判定することができる。また、この故障判定装置によれば、センサ電極部６１の電気的特性の変化といったＰＭの検出と同じ論理に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定するため、従来のＰＭセンサに対し、大きな改良を加えることなく故障判定装置を製造することができる。したがって、故障判定装置の製造にかかるコストを低減することができる。
【００４９】
（２）本実施形態によれば、このようにエンジン１の始動時に必然的に発生する凝縮水を用いることにより、ＰＭセンサの故障をより高い精度で判定することができる。また、本実施形態によれば、液体を供給するための装置を別途設ける必要もないので、故障判定装置の製造にかかるコストを抑えることができる。
【００５０】
（３）本実施形態によれば、ソーク時間に基づいて、エンジン１の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定し、凝縮水が発生すると判定された場合にＰＭセンサ６の故障を判定することにより、ＰＭセンサ６の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００５１】
（４）本実施形態によれば、排気管４のうちＤＰＦ３の下流にセンサ電極部６１を設けた。これにより、ＰＭセンサ６をＤＰＦ３の故障判定装置に応用することができる。すなわち、ＤＰＦ３の捕集性能が低下した場合には、ＤＰＦ３を通過したＰＭがセンサ電極部６１に付着するため、このＰＭの付着によるセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＤＰＦ３の故障を判定することができる。
【００５２】
ところで、ＤＰＦ３が正常である場合、排気中のＰＭは捕集されてしまうため、ＤＰＦ３の下流側へ排出されるＰＭの量は僅かである。したがって、例えば、ＰＭが付着することによるセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定する場合、ＤＰＦ３が正常であるときはＰＭセンサ６の故障を判定することが困難である。これに対して本実施形態では、ＤＰＦ３を通過することもでき、またＤＰＦ３の下流側に発生させたり供給したりすることもできる液体が付着することによるセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいてＰＭセンサ６の故障を判定する。したがって、ＤＰＦ３の状態にかかわらずＰＭセンサ６の故障を判定することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るＰＭセンサ６の故障判定装置は、排気管４Ａ内のうちセンサ電極部６１の近傍の構成が第１実施形態と異なる。
図４は、排気管４Ａの部分断面図である。
【００５４】
図４に示すように、排気管４Ａ内には、ＤＰＦ３から下流側のセンサ電極部６１のキャビティＣへ延びる整流板６５Ａ，６６Ａが設けられている。このような整流板６５Ａ，６６Ａを設けることにより、凝縮水などの液体を含む排気の一部を、センサ電極部６１のキャビティＣへ向けて整流し、排気管４Ａ内で発生した凝縮水をセンサ電極部６１に付着させることができる。また、これら整流板６５Ａ，６６Ａには、エンジンの始動直後における排気を冷やし、整流板６５Ａ，６６Ａ上に凝縮水を積極的に生成させる作用もあるので、さらに多くの凝縮水をセンサ電極部６１に付着させることができる。
【００５５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述の効果（１）〜（４）に加えて、以下の効果を奏する。
（５）本実施形態によれば、凝縮水を含む排気の一部をセンサ電極部６１のキャビティＣへ整流する整流板６５Ａを設けた。これにより、より効率的に凝縮水をセンサ電極部６１に付着させることができるので、ＰＭセンサ６の故障をより高い精度で判定することができる。
【００５６】
［第３実施形態］
第３実施形態に係るＰＭセンサ６の故障判定装置は、ＰＭセンサ６が設けられる排気浄化システム２Ｂの構成が第１実施形態と異なる。
図５は、本実施形態に係るＰＭセンサ６の故障判定装置、及びこれを適用したエンジン１とその排気浄化システム２Ｂの構成を示す模式図である。
【００５７】
図５に示すように、排気浄化システム２Ｂは、ＤＰＦ３及びＰＭセンサ６の他、排気に含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置７Ｂと、このＮＯｘ浄化装置７Ｂに還元剤を供給するインジェクタ８Ｂとをさらに備える点が第１実施形態と異なる。
【００５８】
ＮＯｘ浄化装置７Ｂは、排気管４内のうち、ＤＰＦ３及びＰＭセンサ６のセンサ電極部６１よりも下流側に設けられる。このＮＯｘ浄化装置７は、排気中のＮＯｘを捕捉しておき、インジェクタ８Ｂから供給された還元剤の存在下で捕捉したＮＯｘを還元することにより、排気中のＮＯｘを浄化する。
【００５９】
インジェクタ８Ｂは、排気管４内のうちＤＰＦ３とＰＭセンサ６のセンサ電極部６１との間に設けられ、図示しないタンクに貯蔵された液体の還元剤を、排気中に噴射する。なお、インジェクタ８Ｂが噴射する還元剤としては、例えばエンジン１の燃料や、尿素水が用いられる。また、インジェクタ８ＢはＥＣＵ５Ｂに電気的に接続されており、インジェクタ８Ｂからの還元剤の噴射量及び噴射時期は、ＥＣＵ５Ｂにより制御される。
【００６０】
ＥＣＵ５Ｂのインジェクタ駆動部５５Ｂでは、ＮＯｘ浄化装置７Ｂに捕捉されたＮＯｘの量を逐次積算しておき、ＮＯｘの捕捉量が所定の量に達したことに応じてインジェクタ８Ｂを駆動し、排気管４内へ還元剤を噴射することにより、ＮＯｘ浄化装置７Ｂに捕捉されたＮＯｘを還元する。
【００６１】
ＥＣＵ５ＢのＰＭセンサ故障判定部５４Ｂでは、インジェクタ８Ｂから供給された還元剤がセンサ電極部６１に付着することによる、このセンサ電極部６１の静電容量の変化に基づいて、ＰＭセンサ６の故障を判定する。
【００６２】
図６は、ＰＭセンサ故障判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションがオンにされた後に、ＥＣＵのＰＭセンサ故障判定部により所定の周期で繰り返し実行される。
【００６３】
ステップＳ１１では、インジェクタにより液体が供給されているか否か、すなわち、インジェクタにより排気管内へ還元剤が供給されているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、還元剤を利用してＰＭセンサの故障を判定するべく、ステップＳ１２に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、還元剤を利用したＰＭセンサの故障判定を行うことができないと判断し、この処理を直ちに終了する。
【００６４】
ステップＳ１２では、所定の判定期間にわたってセンサ素子の静電容量を測定し、ステップＳ１３に移る。
ステップＳ１３では、上記判定期間の間に、静電容量の測定値が正常判定値を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合は、ＰＭセンサにより還元剤を検出できたことを意味するので、ＰＭセンサは正常な状態であると判断し、この処理を直ちに終了する。一方、この判別がＮＯの場合は、ＰＭセンサにより還元剤を検出できなかったことを意味するので、ＰＭセンサは故障した状態であると判断し、ステップＳ１４に移り警告灯を点灯し、この処理を終了する。
【００６５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、上述した効果（１）及び（４）に加えて、以下の効果を奏する。
（６）本実施形態によれば、排気管４とは別に設けられたインジェクタ８Ｂにより供給された還元剤を用いることにより、上述のようなエンジン１の始動時に限らずにＰＭセンサ６の故障を判定することができる。また、インジェクタ８Ｂにより供給された還元剤を用いることにより、上述のように排気管４内に発生した凝縮水を用いた場合と比較して、液体が供給された時期を把握し易いので、ＰＭセンサ６の故障をより高い精度で判定することができる。また、排気浄化システム２Ｂのインジェクタ８Ｂを流用することにより、液体を供給するための装置を別途設ける必要がなくなるので、故障判定装置の製造にかかるコストを抑えることができる。
【００６６】
（７）本実施形態によれば、インジェクタ８Ｂにより還元剤が供給されているか否かを判定し、還元剤が供給されていると判定された場合にＰＭセンサ６の故障を判定することにより、ＰＭセンサ６の故障の判定精度をさらに向上することができる。
【００６７】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記第３実施形態では、ＰＭセンサの故障の判定に、排気浄化システム２Ｂのインジェクタ８Ｂにより供給された燃料や尿素水などの還元剤を利用したが、還元剤に限らず水を利用してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…エンジン（内燃機関）
２，２Ｂ…排気浄化システム
３…ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
４，４Ａ…排気管（排気通路）
６…ＰＭセンサ（粒子状物質検出手段）
６１…センサ電極部（電極部）
５…ＥＣＵ（故障判定装置、凝縮水判定手段、液体供給判定手段）
６５Ａ，６６Ａ…整流板（整流手段）
８Ｂ…インジェクタ（液体供給手段）
【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電極部を有し、前記内燃機関から排出された粒子状物質が前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段の故障判定装置であって、
前記排気通路に発生した液体、及び、供給された液体の少なくとも何れかが前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項２】
前記排気通路に発生した液体は、当該内燃機関の始動時に排気通路に発生した凝縮水であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項３】
前記内燃機関を前回停止してから今回始動するまでの時間に基づいて、当該内燃機関の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定する凝縮水判定手段をさらに備え、
前記内燃機関の始動時に凝縮水が発生すると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項４】
前記排気通路に供給された液体は、前記排気通路とは別に設けられた液体供給手段により供給された液体であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項５】
前記液体供給手段により前記排気通路に液体が供給されているか否かを判定する液体供給判定手段をさらに備え、
前記液体供給手段により液体が供給されていると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする請求項４に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項６】
前記排気通路には前記液体を含む排気の一部を前記電極部へ整流する整流手段が設けられることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項７】
前記排気通路には排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタが設けられ、
前記電極部は、前記排気通路のうち前記排気浄化フィルタの下流側に設けられることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた電極部を有し、前記内燃機関から排出された粒子状物質が前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出手段の故障判定装置であって、
前記排気通路に発生した液体、及び、供給された液体の少なくとも何れかが前記電極部に付着することによる当該電極部の電気的特性の変化に基づいて、前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項２】
前記排気通路に発生した液体は、当該内燃機関の始動時に排気通路に発生した凝縮水であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項３】
前記内燃機関を前回停止してから今回始動するまでの時間に基づいて、当該内燃機関の始動時に凝縮水が発生するか否かを判定する凝縮水判定手段をさらに備え、
前記内燃機関の始動時に凝縮水が発生すると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項４】
前記排気通路に供給された液体は、前記排気通路とは別に設けられた液体供給手段により供給された液体であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項５】
前記液体供給手段により前記排気通路に液体が供給されているか否かを判定する液体供給判定手段をさらに備え、
前記液体供給手段により液体が供給されていると判定された場合に前記粒子状物質検出手段の故障を判定することを特徴とする請求項４に記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項６】
前記排気通路には前記液体を含む排気の一部を前記電極部へ整流する整流手段が設けられることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【請求項７】
前記排気通路には排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタが設けられ、
前記電極部は、前記排気通路のうち前記排気浄化フィルタの下流側に設けられることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の粒子状物質検出手段の故障判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２７５９１７（Ｐ２０１０−２７５９１７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２８６０５（Ｐ２００９−１２８６０５）
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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