JP2016109064A

JP2016109064A - フィルタの機能診断装置

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Publication number: JP2016109064A
Application number: JP2014248435A
Authority: JP
Inventors: 一哉高岡; Kazuya Takaoka; 徹木所; Toru Kidokoro
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: AU2015264906B2; CN105673168B; CN105673168A; JP6090293B2; EP3032060A1; EP3032060B1; US10288592B2; US20160161458A1; AU2015264906A1

Abstract

【課題】本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタであるＳＣＲＦより下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの出力値を用いて該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することを目的とする。【解決手段】センサ再生部によるセンサ再生処理の実行が終了した後、ＰＭセンサの電極間におけるＰＭの堆積が再開されると想定される時期である所定のＰＭ堆積再開時期以降の該ＰＭセンサの出力値をモニタ部によって継続的にモニタする。そして、ＮＯｘ浄化機能診断部によってＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときに、モニタ部によってモニタされるＰＭセンサの出力値が低下することがあった場合、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断する。【選択図】図６

Description

本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されているフィルタの機能を診断するフィルタの機能診断装置に関する。このフィルタは、排気中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集するＰＭ捕集機能とともに、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化機能を有する。

従来、内燃機関の排気通路に、排気中のＰＭを捕集するフィルタを設ける技術が知られている。フィルタにおいては、溶損や破損等の故障が発生する場合がある。このようなフィルタの故障が発生すると、該フィルタに捕集されずに、該フィルタから流出するＰＭの量が増加する。このようなフィルタの故障が発生したり、排気通路からフィルタが取り外されたりといったフィルタの異常が生じると、大気中に放出されるＰＭの増加を招くことになる。そこで、フィルタよりも下流側の排気通路にＰＭセンサを設け、該ＰＭセンサの出力値に基づいてフィルタの異常診断を行う技術が開発されている。このようなフィルタの異常診断に用いられるＰＭセンサとしては、センサ素子として一対の電極を有し、該電極間に堆積したＰＭの量に対応した信号を出力するものが知られている。

また、内燃機関の排気通路において、排気の流れに沿って上流側から順に、フィルタ、尿素水添加装置、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称する場合もある。）、およびＰＭセンサが配置された構成の排気浄化システムが知られている。ここで、ＳＣＲ触媒は、尿素水添加装置から添加された尿素が加水分解することで生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する触媒である。特許文献１には、上記のような構成の排気浄化システムにおいて、ＰＭセンサによってＰＭを検出するときには、尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限することが開示されている。

また、近年、ＳＣＲ触媒が担持されたフィルタも開発されている。以下、このようなフィルタを「ＳＣＲＦ」と称する場合もある。ＳＣＲＦは、排気中のＰＭを捕集するＰＭ捕集機能に加え、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化機能を有する。

国際公開第２０１３／０４２１９０号

上述したように、フィルタの故障が発生することで、そのＰＭ捕集機能が低下すると、該フィルタからのＰＭ流出量が増加する。そのために、フィルタより下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの電極間に捕集されるＰＭの量が増加する。その結果、ＰＭセンサの電極間のＰＭ堆積量が、フィルタが正常な状態の場合に比べて多くなる。そのため、所定の時期におけるＰＭセンサの出力値に基づいてフィルタのＰＭ捕集機能の診断を行うことができる。

ここで、フィルタをＳＣＲＦとした場合、該ＳＣＲＦにおいて排気中のＮＯｘを還元すべく、該ＳＣＲＦにその上流側から尿素水が供給される。この尿素水がＳＣＲＦをすり抜けてＰＭセンサに到達すると、該ＰＭセンサの出力値に影響を与える場合がある。この場合、ＳＣＲＦよりも下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの出力値に基づいて、上記
と同様の診断方法により該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を行うと誤診断する虞がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、ＳＣＲＦより下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの出力値を用いて該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することを目的とする。

本発明に係るフィルタの機能診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタであって、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＰＭを捕集するＰＭ捕集機能とともに、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化機能を有するフィルタと、前記フィルタより上流側の排気通路に設けられ、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記フィルタの機能を診断するフィルタの機能診断装置であって、前記フィルタにおけるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得部と、前記ＮＯｘ浄化率取得部によって取得された前記フィルタにおけるＮＯｘ浄化率に基づいて該フィルタのＮＯｘ浄化機能を診断するＮＯｘ浄化機能診断部と、前記フィルタよりも下流側の排気通路に設けられ、センサ素子として一対の電極を有し、該電極間にＰＭが堆積することで該電極間が導通すると、そのＰＭ堆積量に対応した信号を出力するＰＭセンサと、前記ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去するセンサ再生処理を実行するセンサ再生部と、前記センサ再生部による前記センサ再生処理の実行が終了した後、前記ＰＭセンサの電極間におけるＰＭの堆積が再開されると想定される時期である所定のＰＭ堆積再開時期以降の前記ＰＭセンサの出力値を継続的にモニタするモニタ部と、前記ＮＯｘ浄化機能診断部によって前記フィルタのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときに、前記モニタ部によってモニタされる前記ＰＭセンサの出力値が低下することがあった場合、前記フィルタのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断するＰＭ捕集機能診断部と、を備える。

本発明においては、尿素水添加装置から排気中に添加された尿素水がＳＣＲＦに供給される。そして、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアが、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒に吸着する。ＳＣＲＦでは、このアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが還元される。ここで、ＳＣＲＦにおいて破損や溶損等の故障が発生した場合（すなわち、ＰＭ捕集機能に異常が生じた場合）であっても、該ＳＣＲＦにおけるＮＯｘ浄化機能は正常な状態となり得ることがわかった。ただし、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じると、そのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であっても、該ＳＣＲＦに供給された尿素水が該ＳＣＲＦから流出する場合があることもわかった。

ここで、ＰＭセンサの電極間において、捕集されたＰＭを堆積させている期間中、すなわち、ＰＭ堆積再開時期以降においても、尿素添加装置からの尿素水の添加が行われる。このとき、上記のような尿素水の流出が生じると、該尿素水がＰＭセンサの電極間に付着することで、該ＰＭセンサの出力値に影響を与える場合がある。そこで、本発明では、センサ再生部によるセンサ再生処理の実行が終了した後、該ＰＭセンサの電極間におけるＰＭの堆積が再開されると想定される時期である所定のＰＭ堆積再開時期以降のＰＭセンサの出力値をモニタ部によって継続的にモニタする。ここで、センサ再生処理の実行終了後にＰＭセンサの電極間への電圧の印加が開始される場合、電圧印加開始時期をＰＭ堆積再開時期としてもよい。また、センサ再生処理の実行終了前にＰＭセンサの電極間への電圧の印加が開始される場合、センサ再生処理の実行終了時期をＰＭ堆積再開時期としてもよい。また、この場合、センサ再生処理の実行が終了した時点から、捕集されたＰＭが酸化されない程度までＰＭセンサの電極の温度が低下したと判断できる所定期間が経過した時点を、ＰＭ堆積再開時期としてもよい。

ＰＭセンサの出力値をモニタ部によって継続的にモニタすることで、ＰＭセンサの出力
値の挙動を継続的に把握することが可能となる。そして、本発明では、ＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であるときのＰＭセンサの出力値の挙動に基づいて、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を行う。具体的には、ＮＯｘ浄化機能診断部によってＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときに、ＰＭセンサの出力値が低下することがあった場合、ＰＭ捕集機能診断部が、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断する。

ＳＣＲＦから流出したＰＭはＰＭセンサの電極間に継続的に捕集される。そのため、ＰＭセンサの出力値は、ＰＭ堆積量の継続的な増加に応じて継続的に上昇する。一方、ＳＣＲＦからの尿素水の流出が生じ、該尿素水がＰＭセンサの電極間に付着すると、該電極間に堆積しているＰＭの一部が該尿素水によって剥がされる場合がある。この場合、電極間におけるＰＭ堆積量が減少することになるため、ＰＭセンサの出力値が低下する。したがって、ＰＭ堆積再開時期以降において、継続的に上昇していたＰＭセンサの出力値が低下することがあった場合、このＰＭセンサの出力値の挙動は、ＰＭセンサの電極間に尿素水が付着したことを示している可能性が高い。そして、このときに、ＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であれば、ＳＣＲＦにおける破損や溶損等の故障によるＰＭ捕集機能の低下に起因して尿素水の流出が生じたと判断できる。そのため、ＮＯｘ浄化機能診断部によってＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときに、ＰＭセンサの出力値が上記のような挙動を示した場合、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断することができる。

上記のように、本発明によれば、ＳＣＲＦより下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの出力値を用いて該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することができる。また、本発明によれば、ＳＣＲＦへの尿素水の供給を制限することなく、該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することができる。したがって、尿素水添加装置からの尿素水の添加制限（例えば、添加量の低減または添加停止）に伴うＳＣＲＦでのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

本発明においては、前記ＰＭ捕集機能診断部を第１ＰＭ捕集機能診断部としてもよい。そして、本発明に係るフィルタの機能診断装置は、第１ＰＭ捕集機能診断部に加えて、第２ＰＭ捕集機能診断部を備えてもよい。ここで、ＰＭ堆積再開時期から所定の判定期間が経過するまでの間に尿素水の影響によるＰＭセンサの出力値の低下がなければ、ＰＭ堆積再開時期から該判定期間が経過した時のＰＭセンサの出力値に基づいてＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することができる。そこで、第２ＰＭ捕集機能診断部は、第１ＰＭ捕集機能診断部によってＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断されなかった場合、ＰＭ堆積再開時期から所定の判定期間が経過した時のＰＭセンサの出力値に基づいてＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断してもよい。

なお、仮に、フィルタの機能診断装置が、第１ＰＭ捕集機能診断部を備えておらず、第２ＰＭ捕集機能診断部のみを備えていたとする。このような場合において、第２ＰＭ捕集機能診断部のみによってＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を行うと、所定の判定期間中にＰＭセンサの電極間への尿素水の付着に起因して該ＰＭセンサの出力低下が生じたときに、実際にはＳＣＲＦのＰＭ捕集機能は正常な状態であるにも関わらず、該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると誤診断する虞がある。また、このような場合には、所定の判定期間中にＰＭセンサの出力低下が生じたときはＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を実施しないようにすることも考えられる。しかしながら、この場合、所定の判定期間中にＰＭセンサの出力低下が生じなかったときにしかＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を実施することができないことになる。そのため、該診断の実施頻度を十分に確保することが困難となる虞がある。本発明における上記構成のように、第２ＰＭ捕集機能診断部に加え第１ＰＭ捕集機能診断部によってもＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を行うことで、これらの問題を解
決することができる。

また、本発明に係るフィルタの機能診断装置は、尿素水添加装置からの尿素水の添加を制御する制御部をさらに備えてもよい。この場合、第１ＰＭ捕集機能診断部によって、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断された場合、この診断結果を仮の診断結果として扱ってもよい。そして、このような仮の診断結果が出された場合、第２ＰＭ捕集機能診断部は、制御部によって、ＰＭ堆積再開時期以降の尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限し、該尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限した状態の下でＰＭ堆積再開時期から所定の判定期間が経過した時のＰＭセンサの出力値に基づいてＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断してもよい。これによれば、尿素水によるＰＭセンサの出力値への影響を低減させた状態で、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することができる。そのため、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能をより高精度で診断することができる。また、第１ＰＭ捕集機能診断部によってＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じているとの仮の診断結果が出された場合に限り尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限することで、仮にＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を実施する度に尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限するようにした場合に比べて、尿素水の添加制限の実行頻度を抑制することができる。したがって、尿素水の添加制限に伴うＳＣＲＦでのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

また、内燃機関の排気系においては、内燃機関から排出されたＰＭの一部が、ＰＭセンサに到達する前に、排気通路の壁面や、ＳＣＲＦの下流側端面、触媒、および還元剤添加装置（尿素水添加装置含む）等の排気通路に設けられる各種構造物（以下、「排気系構造物」と称する。）に一旦付着し、その後、該付着したＰＭが剥がれてＰＭセンサまで到達して該ＰＭセンサの電極間に捕集される、といった現象が生じる場合があることがわかった。以下、排気通路の壁面または排気系構造物に一旦付着した後に該壁面や該排気系構造物から剥がれたＰＭを「剥がれＰＭ」と称する。また、内燃機関から排出される排気中に含まれる通常のＰＭを「剥がれＰＭ」と区別して説明する必要がある場合、該通常のＰＭを「通常ＰＭ」と称する。

電圧印加時期から所定の判定期間が経過するまでの間において、剥がれＰＭが発生し、該剥がれＰＭがＰＭセンサの電極間に捕集された場合、該ＰＭセンサの出力値の挙動が、該電極間に通常ＰＭが捕集された場合とは異なる挙動を示すことになる。具体的には、剥がれＰＭがＰＭセンサの電極間に捕集されると、それに伴って、ＰＭセンサの出力値が上昇する。ただし、ＰＭセンサの電極間に捕集された剥がれＰＭは、通常ＰＭに比べて該電極間から脱離し易い。そして、ＰＭセンサの電極間に一旦捕集された剥がれＰＭが該電極間から脱離した場合、ＰＭセンサの出力値が低下することになる。つまり、電圧印加時期から判定期間が経過するまでの間において、剥がれＰＭが発生し、該剥がれＰＭがＰＭセンサの電極間に捕集された場合、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能が正常な状態であっても、ＰＭセンサの出力値が低下する場合があることがわかった。

そこで、本発明に係るフィルタの診断装置は、剥がれＰＭが生じ得る条件である所定の剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別する判別部をさらに備えてもよい。そして、ＰＭ捕集機能診断部は、ＮＯｘ浄化機能診断部によってＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときであって、且つ、判別部によって剥がれＰＭ発生条件が成立していないと判定されているときにモニタ部によってモニタされる前記ＰＭセンサの出力値に基づいて、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断してもよい。これによれば、実際にはＳＣＲＦのＰＭ捕集機能が正常な状態であるにもかかわらず、剥がれＰＭの影響によって、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じていると誤診断されることを抑制することができる。

なお、排気通路の壁面や排気系構造物に堆積したＰＭが増加するほど、剥がれＰＭが生
じ易くなる。そこで、内燃機関の排気浄化システムが、ＳＣＲＦに堆積したＰＭを酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生部をさらに備えている場合、判別部は、少なくとも、該フィルタ再生部によるフィルタ再生処理の実行終了後の、内燃機関からのＰＭ排出量の積算値（以下、この積算値を、単に「ＰＭ排出量の積算値」と称する場合もある。）に基づいて、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別してもよい。フィルタ再生処理が実行されると、ＳＣＲＦに堆積したＰＭのみならず、排気通路の壁面や排気系構造物に付着したＰＭも酸化され除去される可能性が高い。そして、フィルタ再生処理の実行が終了すると、内燃機関からのＰＭの排出に伴い、排気通路の壁面や排気系構造物にＰＭが再度付着し始める。そのため、排気通路の壁面や排気系構造物におけるＰＭの堆積量とＰＭ排出量の積算値とは相関がある。したがって、ＰＭ排出量の積算値に基づいて、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別することができる。具体的には、ＰＭ排出量の積算値が所定の判定積算値以上の場合、剥がれＰＭ発生条件が成立していると判別することができる。

また、排気通路を流れる排気の流量が多いほど、剥がれＰＭが生じ易くなる。そこで、判別部は、ＰＭ排出量の積算値に加えて、排気通路を流れる排気の流量に基づいて、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別してもよい。具体的には、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かをＰＭ排出量の積算値に基づいて判別するための閾値である判定積算値を、排気の流量が多いほど小さい値に設定してもよい。

本発明によれば、ＳＣＲＦより下流側の排気通路に設けられたＰＭセンサの出力値を用いて該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することができる。

実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。実施例に係るＰＭセンサの概略構成を示す図である。実施例に係るＰＭセンサの電極間におけるＰＭ堆積量との出力値との関係を示す図である。実施例に係るＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能の診断フローを示すフローチャートである。実施例に係る電圧印加時期以降のＰＭセンサの出力値の推移を示す第一の図である。実施例に係る電圧印加時期以降のＰＭセンサの出力値の推移を示す第二の図である。実施例に係る、ＰＭセンサの電極間に尿素水が付着した場合の該電極間の様子を示すイメージ図である。図７（ａ）は、ＰＭセンサの出力値が、図６の線Ｌ３における破線ａで囲まれた部分に示すような挙動を示した際の電極間の様子を示している。図７（ｂ）は、ＰＭセンサの出力値が、図６の線Ｌ３における破線ｂで囲まれた部分に示すような挙動を示した際の電極間の様子を示している。図７（ｃ）は、ＰＭセンサの出力値が、図６の線Ｌ３における破線ｃで囲まれた部分に示すような挙動を示した際の電極間の様子を示している。実施例１に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローの一部を示すフローチャートである。実施例１に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローの他の一部を示すフローチャートである。実施例２に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローの一部を示すフローチャートである。実施例に係る、ＰＭセンサの電極間に堆積したＰＭの様子を示すイメージ図である。図１１（ａ）は、通常ＰＭに加えて、剥がれＰＭが電極間に捕集されることでＰＭが堆積する様子を示している。図１１（ｂ）は、電極間に一旦捕集された剥がれＰＭが、該電極間から脱離する様子を示している。実施例３に係る剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別するための判別フローを示すフローチャートである。実施例３に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローの一部を示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関であってもよい。

内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。

内燃機関１は、吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０および吸気絞り弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。吸気絞り弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。吸気絞り弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。

内燃機関１は、排気通路５と接続されている。排気通路５には、排気浄化システムとして、酸化触媒５０、ＳＣＲＦ５１、燃料添加弁５２、および尿素水添加弁５３が設けられている。ＳＣＲＦ５１は、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタに、ＳＣＲ触媒が担持されて構成されている。ＳＣＲＦ５１は、このように構成されることで、排気中のＰＭを捕集するＰＭ捕集機能と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化機能とを有する。酸化触媒５０は、ＳＣＲＦ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。燃料添加弁５２は、酸化触媒５０よりもさらに上流側の排気通路５に設けられている。燃料添加弁５２は、排気通路５内を流れる排気中に燃料を添加する。尿素水添加弁５３は、酸化触媒５０よりも下流側且つＳＣＲＦ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。尿素水添加弁５３は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加する。尿素水添加弁５３から排気中に尿素水が添加されると、該尿素水がＳＣＲＦ５１に供給される。ＳＣＲＦ５１においては、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着する。そして、このＳＣＲ触媒に吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。つまり、ＳＣＲＦ４１におけるＮＯｘ浄化機能は尿素水添加弁５３から尿素水が供給されることで発揮される。

酸化触媒５０よりも下流側且つ尿素水添加弁５３よりも上流側の排気通路５には上流側ＮＯｘセンサ５６が設けられている。ＳＣＲＦ５１より下流側の排気通路５には下流側ＮＯｘセンサ５７が設けられている。上流側ＮＯｘセンサ５６および下流側ＮＯｘセンサ５７は排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。また、ＳＣＲＦ５１より下流側の排気通路５には温度センサ５４およびＰＭセンサ５５が設けられている。温度センサ５４は排気の温度に応じた電気信号を出力する。ＰＭセンサ５５は、フィルタ５１から流出するＰＭ量に相関のある電気信号を出力する。

ここで、ＰＭセンサ５５の概略構成について図２に基づいて説明する。図２は、ＰＭセンサ５５の概略構成を示す図である。ＰＭセンサ５５は、電極式のＰＭセンサである。なお、図２においては、一組の電極が図示されているが、複数組の電極を備えていてもよい。

ＰＭセンサ５５は、センサ素子５５３、電流計５５４、ヒータ５５５、カバー５５６を備えている。センサ素子５５３は、板状の絶縁体５５０の表面に互いに離間して配置された一対の電極５５１，５５２によって構成される。電流計５５４は、電極５５１，５５２間を流れる電流を計測する。ヒータ５５５は、絶縁体５５０の裏面に配置される電熱式のヒータである。カバー５５６はセンサ素子５５３を覆っている。カバー５５６には、複数の貫通孔５５７が形成されている。ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２およびヒータ５５５には、外部に設けられた電源６０から電力が供給される。そして、ＰＭセンサ５５からは、電流計５５４によって計測される電流値に応じた出力値が出力される。

上記のように構成されたＰＭセンサ５５が排気通路５に取り付けられると、排気通路５を流れる排気の一部が貫通孔５５７を通って該カバー５５６内に流入する。そして、カバー５５６内に流入した排気に含まれるＰＭが電極５５１，５５２間に捕集される。このとき、電極５５１，５５２に電圧が印加されていると、電極５５１，５５２間へのＰＭの捕集が促進される。

ここで、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量とＰＭセンサ５５の出力値との関係について図３に基づいて説明する。図３において、横軸は電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量を表し、縦軸はＰＭセンサ５５の出力値を表している。電極５５１，５５２間にＰＭが捕集されると、該電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量が徐々に増加する。このとき、電極５５１，５５２間に電圧が印加されていると、ＰＭは導電性を有するため、電極５５１，５５２間に一定量のＰＭが堆積することで一方の電極５５１から他方の電極５５２までＰＭが繋がったときに、電極５５１，５５２間が該ＰＭによって導通する。ただし、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量が一定量未満であるときは、電極５５１，５５２が非導通状態となっている。ここで、電極５５１，５５２が導通状態になるＰＭ堆積量を「有効ＰＭ堆積量」と称する。

図３に示すように、電極５５１，５５２間のＰＭ堆量が有効ＰＭ堆積量に達するまでは、電極５５１，５５２が非導通状態であるため、ＰＭセンサ５５の出力値は零である。そして、電極５５１，５５２間のＰＭ堆量が有効ＰＭ堆積量以上となると、該電極５５１、５５２間のＰＭ堆積量の増加に伴って、該電極５５１、５５２間の電気抵抗が小さくなる。その結果、電極５５１、５５２間を流れる電流が大きくなる。したがって、電極５５１、５５２間のＰＭ堆積量の増加に応じてＰＭセンサ５５の出力値が大きくなる。以下、ＰＭセンサ５５の出力値が零から上昇し始める時期を「出力開始時期」と称する。また、電極５５１，５５２間のＰＭ堆積量が多くなるほど、該ＰＭ堆積量の増加量に対する電極５５１，５５２間の電気抵抗の低下量が大きくなるため、該電極５５１，５５２間を流れる電流の増加量が大きくなる。そのため、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量が多くなるほど、該ＰＭ堆積量の増加量に対するＰＭセンサ５５の出力値の上昇量が大きくなる。

ここで、図１に戻る。内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、上流側ＮＯｘセンサ５６、下流側ＮＯｘセンサ５７、温度センサ５４、及びＰＭセンサ５５に加え、アクセルポジションセンサ７およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセン
サ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＰＭセンサ５５の出力値は、ＥＣＵ１０におけるモニタ部１０１に入力される。つまり、本実施例においては、ＥＣＵ１０のモニタ部１０１によって、ＰＭセンサ５５の出力値を継続的にモニタすることが可能となっている。なお、ＰＭセンサ５５に、該ＰＭセンサ５５を制御するセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）が設けられている場合、ＰＭセンサ５５の出力値を継続的にモニタするモニタ部をＳＣＵが備えていてもよい。

また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、吸気絞り弁４１、燃料添加弁５２、および尿素水添加弁５３等の各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、上記のような各センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲＦ５１におけるアンモニア吸着量（すなわち、ＳＣＲ触媒に吸着したアンモニア量）を目標吸着量に維持すべく、尿素水添加弁５３からの尿素水添加量を制御する。なお、目標吸着量は、ＳＣＲＦ５１において所望のＮＯｘ浄化率（ＳＣＲＦ５１に流入するＮＯｘ量に対する、該ＳＣＲＦ５１において還元されるＮＯｘ量の割合）を確保でき、且つ、ＳＣＲＦ５１からのアンモニアの流出量を許容範囲内に抑制することができる値として実験等に基づき予め定められた値である。

また、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲＦ５１におけるＰＭ堆積量の推定値が所定の閾値に達したときに、燃料添加弁５２から燃料を添加することでフィルタ再生処理を実行する。フィルタ再生処理では、燃料添加弁５２から添加された燃料が酸化触媒５０において酸化されることで生じる酸化熱によって、ＳＣＲＦ５１が昇温される。このとき、ＥＣＵ１０は、温度センサ５４の出力値に基づいて推定されるＳＣＲＦ５１の温度を目標温度とすべく、燃料添加弁５２からの燃料添加量を制御する。なお、目標温度は、ＰＭの酸化が可能な温度として実験等に基づき予め定められた値である。この結果、ＳＣＲＦ５１に堆積したＰＭが燃焼し除去される。なお、ＳＣＲＦ５１におけるＰＭ堆積量は、前回のフィルタ再生処理の実行が終了した時点からの、燃料噴射弁３からの燃料噴射量の積算値、および、ＳＣＲＦ５１の温度履歴等に基づいて推定することができる。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射量の積算値が所定の再生実行閾値に達する毎にフィルタ再生処理を実行するようにしてもよい。

［ＮＯｘ浄化機能診断］
ＳＣＲＦ５１に担持されたＳＣＲ触媒が劣化すると、該ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が低下するために、大気中に放出されるＮＯｘ量の増加を招くことになる。そこで、本実施例においては、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能の診断が行われる。以下、本実施例に係るＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能の診断方法について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施例に係るＳＣＲＦのＮＯｘ浄化機能の診断フローを示すフローチャートである。本フローは、所定のＮＯｘ浄化機能診断条件が成立したときにＥＣＵ１０によって実行される。ここで、ＮＯｘ浄化機能診断条件とは、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能の診断を実行するための条件である。このＮＯｘ浄化機能診断条件は、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能診断の実行頻度を必要十分に確保できるように設定されている条件である。このＮＯｘ浄化機能診断条件としては、本フローを前回実行してから所定のＮＯｘ浄化機能診断期間が経過しており、尚且つ、ＳＣＲＦ５１の温度が、該ＳＣＲＦ５１に担持されたＳＣＲ触媒の活性温度範囲内の温度となっていること等を例示することができる。

本フローでは、先ずＳ１０１において、上流側ＮＯｘセンサ５６の出力値および下流側ＮＯｘセンサ５７の出力値に基づいてＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが算出される。次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で算出されたＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率Ｒ
ｐｎｏｘが所定の判定浄化率Ｒｐｎｏｘ０以上であるか否かが判別される。ここで、判定浄化率Ｒｐｎｏｘ０は、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると判定できる閾値である。この判定浄化率Ｒｐｎｏｘ０は、実験等に基づいて予め定められた固定値であってもよい。また、ＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率は、該ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であっても、該ＳＣＲＦ５１におけるアンモニア吸着量に応じて変化する。そこで、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定したときの該ＳＣＲＦ５１におけるアンモニア吸着量を推定し、この推定値に基づいて判定浄化率Ｒｐｎｏｘ０を決定してもよい。この場合、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定したときの該ＳＣＲＦ５１におけるアンモニア吸着量の推定方法としては、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量を推定するための周知のどのような方法を採用してもよい。

Ｓ１０２において肯定判定された場合、すなわち、ＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが所定の判定浄化率Ｒｐｎｏｘ０以上である場合、次にＳ１０３において、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能は正常な状態であると判定される。一方、Ｓ１０２において否定判定された場合、すなわち、ＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが所定の判定浄化率Ｒｐｎｏｘ０より低い場合、次にＳ１０４において、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能に異常が生じている（すなわち、ＳＣＲＦ５１に担持されたＳＣＲ触媒が劣化している）と判定される。Ｓ１０４においてＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能に異常が生じていると判定されると、この診断結果がＥＣＵ１０に格納される。

［ＰＭ捕集機能診断］
ＳＣＲＦ５１においては、上記のフィルタ再生処理の実行に伴う昇温等に起因して、破損や溶損等の故障が発生する場合がある。このような故障が発生すると、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が低下するために、大気中に放出されるＰＭ量の増加を招くことになる。そこで、本実施例においては、ＰＭセンサ５５の出力値を用いて、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断が行われる。以下、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断方法について説明する。

本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能診断方法では、先ず、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に堆積しているＰＭを除去するためにセンサ再生処理を実行する。具体的には、電源６０からヒータ５５５に電力を供給することで、該ヒータ５５５によってセンサ素子５５３を加熱する。これによって、電極５５１，５５２間に堆積しているＰＭが酸化され除去される。なお、センサ再生処理においては、ヒータ５５５への電力供給量が調整されることで、センサ素子５５３の温度がＰＭの酸化が可能な温度に制御される。

センサ再生処理によって、電極５５１，５５２間に堆積していたＰＭが除去されると、次に、電源６０からの電極５５１，５５２への電圧印加が開始される。以下、電極５５１，５５２への電圧印加が開始される時期を「電圧印加時期」と称する。なお、センサ再生処理の終了後、暫くの間は電極５５１，５５２が高温になっている。そのため、センサ再生処理が終了してから電圧印加時期までの間に、電極５５１，５５２を冷却するための冷却期間を挟んでもよい。また、上述したように、電極５５１，５５２へ電圧が印加されると、該電極５５１，５５２間へのＰＭの捕集が促進される。そのため、本実施例では、この電圧印加時期が、本発明に係るＰＭ堆積再開時期に相当する。また、本実施例においては、センサ再生処理の実行中に電極５５１，５５２への電圧印加を開始してもよい。このような場合は、センサ再生処理の実行終了時期（すなわち、ヒータ５５５への電力供給停止時期）を、本発明に係るＰＭ堆積再開時期としてもよい。また、この場合、センサ再生処理の実行が終了した時点から、捕集されたＰＭが酸化されない程度までＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２の温度が低下したと判断できる所定期間が経過した時点を、本発明に係るＰＭ堆積再開時期としてもよい。

ここで、電極５５１，５５２への電圧印加が開始されてからのＰＭセンサ５５の出力値の挙動について図５に基づいて説明する。図５は、電圧印加時期以降のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示す図である。図５において、横軸は電圧印加時期からの経過時間を表しており、縦軸はＰＭセンサ５５の出力値を表している。また、図５において、線Ｌ１と線Ｌ２とは、内燃機関１の運転状態は同一であって、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の状態が異なっている場合のＰＭセンサ５５の出力値を表している。つまり、線Ｌ１は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示しており、線Ｌ２は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じている場合のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示している。また、図５において、ｔｓ１は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合の出力開始時期を示しており、ｔｓ２は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じている場合の出力開始時期を示している。

ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が低下すると、単位時間あたりにＳＣＲＦ５１から流出するＰＭの量（ＰＭ流出量）が増加する。これに伴い、ＰＭセンサ５５に到達し、電極５５１，５５２間に捕集されるＰＭ量も増加する。つまり、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量の増加速度が大きくなる。その結果、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が異常な状態となると、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態のときに比べて、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量がより早期に有効ＰＭ堆積量まで達することになる。したがって、図５に示すように、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が異常な状態の場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合に比べて、電圧印加時期から出力開始時期までの期間が短くなる（ｔｓ２＜ｔｓ１）。また、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が異常な状態となると、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態のときに比べて、出力開始時期以降の電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量の増加速度も大きくなる。したがって、図５に示すように、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が異常な状態の場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合に比べて、出力開始時期以降におけるＰＭセンサ５５の出力値の単位時間当たりの上昇量が大きくなる。

ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態のときと、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているときとでは、ＰＭセンサ５５の出力値の挙動に上記のような差異が生じる結果、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じている場合、電圧印加時期から一定期間経過後のＰＭセンサ５５の出力値が、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合よりも大きくなる。そこで、本実施例では、電圧印加時期から所定の判定期間ｄｔｄ経過後の判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値に基づいてＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断が行われる。具体的には、判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値が所定の異常判定値ｐｍｓｔｈ以上の場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定する。

ここで、判定期間ｄｔｄは、電圧印加時期から、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量の基準値（以下、「基準ＰＭ堆積量」と称する）が所定の判定ＰＭ堆積量に達するまでの期間として設定される。基準ＰＭ堆積量は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が基準故障状態にあると仮定して推定される値である。基準故障状態とは、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能診断においてＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定すべき状態のうち故障の程度が最も小さい故障状態のことである。つまり、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能がある程度低下している状態であっても、その状態が該基準故障状態よりも良好であれば（すなわち、破損や溶損の程度が小さければ）、ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能診断においては、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると判定される。また、異常判定値ｐｍｓｔｈは、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間のＰＭ堆積量が判定ＰＭ堆積量であるときのＰＭセンサ５５の出力値に設定される。

基準ＰＭ堆積量は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が基準故障状態にあると仮定したとき
の、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に捕集されるＰＭの量（以下、単に「ＰＭ捕集量」と称する。）を推定し、このＰＭ捕集量の推定値を積算することで算出される。なお、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の状態が同一の場合であっても、内燃機関１の運転状態（燃料噴射弁３からの燃料噴射量や排気の流量等）やＳＣＲＦ５１におけるＰＭ堆積量に応じて、該ＳＣＲＦ５１からのＰＭ流出量は変動する。また、排気の流量に応じて、該排気に含まれるＰＭ量のうち、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に捕集されるＰＭの割合（以下、ＰＭ捕集割合と称する）も変動する。そのため、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が基準故障状態にあると仮定してＰＭ捕集量を推定する際には、内燃機関１の運転状態およびＳＣＲＦ５１におけるＰＭ堆積量も考慮される。なお、基準ＰＭ堆積量の具体的な算出方法としては、周知のどのような方法を用いてもよい。

ここで、上述したように、本実施例では、ＳＣＲＦ５１に、尿素水添加弁５３から添加された尿素水が供給される。そして、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていても、該ＳＣＲＦ５１におけるＮＯｘ浄化機能は正常な状態となり得ることがわかった。ただし、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じると、該ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であっても、該ＳＣＲＦ５１に供給された尿素水が該ＳＣＲＦ５１から流出する場合があることもわかった。これは、ＳＣＲＦ５１における破損（または溶損）箇所を通って尿素水が該ＳＣＲＦ５１をすり抜けることが要因と考えられる。そして、このようなＳＣＲＦ５１からの尿素水の流出が生じると、該尿素水がＰＭセンサ５５に到達し、該ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に付着する場合がある。このとき、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に電圧が印加されており、該電極５５１，５５２間にＰＭが堆積していると、ＰＭセンサ５５の出力値が尿素水の影響を受けることになる。

ここで、電圧印加時期以降において尿素水添加弁５３からの尿素水の添加が行われ、ＳＣＲＦ５１から流出した尿素水がＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に付着した場合のＰＭセンサ５５の出力値への影響について図６および７に基づいて説明する。図６は、図５と同様、電圧印加時期以降のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示す図である。図６において、横軸は電圧印加時期からの経過時間を表しており、縦軸はＰＭセンサ５５の出力値を表している。また、図６における線Ｌ１は、図４と同様、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示している。また、図６において、線Ｌ３は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じており、尚且つ、該ＳＣＲＦ５１から流出した尿素水がＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に付着した場合の該ＰＭセンサ５５の出力値を示している。

また、図７は、ＰＭが堆積しているＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に尿素水が付着した場合の該電極５５１，５５２間の様子を示すイメージ図である。図７（ａ）は、ＰＭセンサ５５の出力値が、図６の線Ｌ３における破線ａで囲まれた部分に示すような挙動を示した際の電極５５１，５５２間の様子を示している。図７（ｂ）は、ＰＭセンサ５５の出力値が、図６の線Ｌ３における破線ｂで囲まれた部分に示すような挙動を示した際の電極５５１，５５２間の様子を示している。図７（ｃ）は、ＰＭセンサ５５の出力値が、図６の線Ｌ３における破線ｃで囲まれた部分に示すような挙動を示した際の電極５５１，５５２間の様子を示している。尚、図７において、菱形は尿素を表しており、黒丸はＰＭを表している。

上述したように、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じている場合、該ＰＭ捕集機能が正常な状態の場合に比べて電圧印加時期から出力開始時期までの期間が短くなる。したがって、線Ｌ３における出力開始時期ｔｓ３は線Ｌ１における出力開始時期ｔｓ１よりも早い時期となっている。また、線Ｌ３に示すＰＭセンサ５５の出力値は、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量の増加に伴い、出力開始時期ｔｓ３から徐々に増加している。このとき、ｔｘで示す時期に、電極５５１，５５２間に尿素水が付着すると、図７（ａ
）に示すように、電極５５１，５５２間に堆積しているＰＭの一部が該尿素水によって剥がされる場合がある。この場合、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量が減少する。そのため、図６の線Ｌ３における破線ａで囲まれた部分に示すように、ＰＭセンサ５５の出力値が低下することになる。

その後、図７（ｂ）に示すように、ＰＭの一部が尿素水によって剥がされた状態から、ＰＭを含んだ尿素水によって電極５５１，５５２間が導通した状態となると、図６の線Ｌ３における破線ｂで囲まれた部分に示すように、ＰＭセンサ５５の出力値が再度上昇する。ただし、電極５５１，５５２間に付着した尿素水の水分は時間の経過とともに蒸発する。尿素水の水分が蒸発すると、図７（ｃ）に示すように、電極５５１，５５２間にＰＭと尿素（析出物）とが混在して堆積した状態となる。ここで、尿素はＰＭに比べて導電性が低い。そのため、電極５５１，５５２間にＰＭと尿素とが混在して堆積した状態となると、ＰＭのみが堆積している状態に比べて電極５５１，５５２間の抵抗値が上昇する。したがって、ＰＭセンサ５５の出力値は、ＰＭを含んだ尿素水によって電極５５１，５５２間が導通することで再度上昇した後、該尿素水における水分の蒸発に伴って低下する。そして、電極５５１，５５２間にＰＭと尿素とが混在して堆積した状態となると、図６の線Ｌ３における破線ｃで囲まれた部分に示すように、ＰＭセンサ５５の出力値は、同量のＰＭのみが堆積している状態のときの出力値よりも低い値となる。

ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に尿素水が付着すると、該ＰＭセンサ５５の出力値が上記のような挙動を示すことから、電圧印加時期から所定の判定期間ｄｔｄ経過後の判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値が、該判定期間ｄｔｄ中におけるＳＣＲＦ５１からのＰＭ流出量の積算値に対応した値から大きくずれる場合がある。この場合、上述した判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値を用いたＰＭ捕集機能診断では、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能を正確に診断することが困難となる。例えば、図６に示すようなタイミングでＰＭセンサ５５の電極５５５１，５５２間に尿素水が付着し、該尿素水によって該電極５５１，５５２間のＰＭが剥がされると、ＰＭセンサ５５の出力値が低下している状態の時に判定時期ｔｄを迎えることになる。この場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているにも関わらず、上述したＰＭ捕集機能診断ではＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると誤診断されることになる。また、仮に、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間にＰＭと尿素とが混在して堆積した状態となることで、該電極５５１，５５２間に同量のＰＭのみが堆積している状態のときよりもＰＭセンサ５５の出力値が低くなっている時に判定時期ｔｄを迎えた場合も、上記の同様に、上述したＰＭ捕集機能診断では、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると誤診断される可能性がある。

そこで、本実施例では、上述したような、判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値に基づくＰＭ捕集機能診断を第２ＰＭ捕集機能診断とする。そして、この第２ＰＭ捕集機能診断とは診断方法が異なる第１ＰＭ捕集機能診断によってもＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断を行う。以下、本実施例に係る第１ＰＭ捕集機能診断について説明する。

本実施例では、ＥＣＵ１０のモニタ部１０１によって、電圧印加時期以降のＰＭセンサ５５の出力値が継続的にモニタされている。つまり、図５または図６に示されているようなＰＭセンサ５５の出力値の挙動をモニタ部１０１によってモニタすることができる。そして、第１ＰＭ捕集機能診断では、モニタ部１０１によってモニタされる、電圧印加時期から所定の判定期間ｄｔｄが経過する以前の以降のＰＭセンサ５５の出力値の挙動に基づいて、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断を行う。具体的には、上述したＮＯｘ浄化機能診断においてＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されていることを前提として、電圧印加時期から該所定の判定期間ｄｔｄが経過する以前にＰＭセンサ５５の出力値が低下することがあった場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じている
と診断する。

ＳＣＲＦ５１から流出したＰＭはＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２に継続的に捕集される。そのため、電極５５１，５５２への尿素水の付着が生じなければ、図５のＬ１，Ｌ２に示すように、電極５５１，５５２におけるＰＭ堆積量の継続的な増加に応じてＰＭセンサ５５の出力値も継続的に上昇する。一方、電極５５１，５５２間に尿素水が付着し、電極５５１，５５２間に堆積していたＰＭの一部が該尿素水によって剥がされると、図６の線Ｌ３における破線ａで囲まれた部分に示すように、ＰＭセンサ５５の出力値が低下する。したがって、電圧印加時期以降において、継続的に上昇していたＰＭセンサ５５の出力値が低下することがあった場合、このＰＭセンサ５５の出力値の挙動は、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２に尿素水が付着したことを示している可能性が高い。そして、このときに、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であれば、本来、ＮＯｘの還元のために消費されるべき尿素水がＮＯｘの還元に消費されていないためにＳＣＲＦ５１から尿素水が流出しているのではなく、ＳＣＲＦ５１における破損や溶損等の故障（すなわち、ＰＭ捕集機能の低下）に起因して尿素水の流出が生じたと判断できる。そのため、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときに、ＰＭセンサ５５の出力値が上記のような挙動を示した場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断することができる。つまり、上述した第２ＰＭ捕集機能診断では誤って正常な状態と診断してしまうケースであっても、第１ＰＭ捕集機能診断によればＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断することができる。

［ＰＭ捕集機能診断フロー］
以下、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローについて図８，９に基づいて説明する。図８，９は、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローを示すフローチャートである。本フローは、所定のＰＭ捕集機能診断条件が成立したときにＥＣＵ１０によって実行される。ここで、ＰＭ捕集機能診断条件とは、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断を実行するための条件である。このＰＭ捕集機能診断条件は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能診断の実行頻度を必要十分に確保できるように設定されている条件である。ＰＭ捕集機能診断条件としては、内燃機関１の運転状態が定常運転であり、尚且つ、本フローを前回実行してから所定期間が経過したことや、今回の内燃機関１の運転が開始されてから所定のＰＭ捕集機能診断期間が経過したこと等を例示することができる。なお、ＰＭセンサ５５にＳＣＵが設けられている場合、本フローはＳＣＵによって実行されてもよい。

本フローでは、先ずＳ２０１において、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であるか否かが判別される。上述したように、本実施例においては、本フローとは別に、図４に示すフローを実行することで、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能の診断が行われ、その診断結果がＥＣＵ１０に格納されている。Ｓ２０１においては、本フローの実行開始時の直近に行われたＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能診断の診断結果が読み込まれる。ＥＣＵ１０に、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能に異常が生じているとの診断結果が格納されていれば、Ｓ２０１において否定判定される。この場合、本フローの実行が終了される。一方、ＥＣＵ１０に、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能に異常が生じているとの診断結果が格納されていなければ、Ｓ２０１では肯定判定される。すなわち、本実施例においてはＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能に異常が生じていると診断されていないということをもって、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常であると判断している。Ｓ２０１で肯定判定された場合、次にＳ２０２の処理が実行される。

なお、図４に示すＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能の診断フローを実行する時点で、すでにＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているケースも考えられる。この場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常に起因した該ＳＣＲＦ５１からの尿素水の流出が生じると
、流出した尿素水が下流側ＮＯｘセンサ５７に到達する可能性もある。ただし、下流側ＮＯｘセンサ５７に尿素水が到達したとしても、ＮＯｘセンサの構造上、尿素水が下流側ＮＯｘセンサ５７の出力値に与える影響は、尿素水がＰＭセンサ５５の出力値に与える影響に比べて小さい。そのため、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常に起因した該ＳＣＲＦ５１からの尿素水の流出が生じていたとしても、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能の診断結果にその影響が出る可能性は低い。

Ｓ２０２においては、ＰＭセンサ５５が正常な状態であるか否かが判別される。本実施例においては、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能の診断と同様、本フローとは別のルーチンとしてＰＭセンサ５５の故障診断フローが実行され、その診断結果がＥＣＵ１０に格納されている。そして、Ｓ２０２では、ＥＣＵ１０に格納されているＰＭセンサ５５の故障診断の結果が読み込まれる。ＥＣＵ１０に、ＰＭセンサ５５が故障しているとの診断結果が格納されていれば、Ｓ２０２において否定判定される。この場合、本フローの実行が終了される。一方、ＥＣＵ１０に、ＰＭセンサ５５が故障しているとの診断結果が格納されていなければ、Ｓ２０２では肯定判定される。この場合、次にＳ２０３の処理が実行される。なお、ＰＭセンサ５５の故障診断方法としては周知のどのような方法を採用してもよい。

Ｓ２０３では、センサ再生処理が実行される。すなわち、電源６０からヒータ５５５への電力が供給される。そして、センサ素子５５３の温度がＰＭの酸化が可能な温度に制御される。Ｓ２０３では、ヒータ５５５への電力の供給が開始されてから、所定のセンサ再生時間が経過するまで、その電力の供給が継続される。ここで、センサ再生時間は、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に堆積しているＰＭを除去するのに十分な時間として実験等に基づいて予め定められた一定値であってもよい。また、センサ再生処理の開始時における電極５５１，５５２間のＰＭ堆積量を推定し、推定されたＰＭ堆積量に基づいてセンサ再生時間を設定してもよい。ヒータ５５５への電力の供給が開始されてから該センサ再生時間が経過すると、電源６０からヒータ５５５への電力供給が停止されることで、センサ再生処理の実行が終了される。センサ再生処理の実行終了時点においてはＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間のＰＭ堆積量は略零となっている。

次に、Ｓ２０４の処理が実行される。Ｓ２０４においては、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加が開始される。これによって、電極５５１，５５２間におけるＰＭの捕集が促進される。そして、本実施例では、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加が開始されると、ＥＣＵ１０のモニタ部１０１によるＰＭセンサ５５の出力値のモニタも開始される。なお、上述したように、センサ再生処理の実行が終了されてから、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加を開始するまでの間に電極５５１，５５２を冷却するための冷却期間を設けてもよい。また、上述したように、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加の開始時期と、ＥＣＵ１０のモニタ部１０１によるＰＭセンサ５５の出力値のモニタ開始時期とは必ずしも同時でなくてもよい。

次に、Ｓ２０５において、基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが算出される。ここでは、内燃機関１の運転状態およびフィルタ５１が基準故障状態にあると仮定した場合の該フィルタ５１におけるＰＭ堆積量に基づいて、基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが算出される。なお、フィルタ５１が基準故障状態にあると仮定した場合の該フィルタ５１におけるＰＭ堆積量は、フィルタ５１が基準故障状態にあると仮定した場合の該フィルタ５１によるＰＭ捕集量、および、排気温度が上昇することで酸化されて該フィルタ５１から除去されるＰＭ除去量を推定し、これらの推定値を積算することで算出することができる。

次に、Ｓ２０６において、ＰＭセンサ５５の出力値ｐｍｓ１が読み込まれる。以下、Ｓ２０６で読み込まれるＰＭセンサ５５の出力値ｐｍｓ１を「第１センサ出力値ｐｍｓ１」
と称する。次に、Ｓ２０７において、Ｓ２０６で読み込まれた第１センサ出力値ｐｍｓ１がＰＭセンサ５５から出力された時点から所定時間経過後の該ＰＭセンサ５５の出力値ｐｍｓ２が読み込まれる。以下、Ｓ２０７で読み込まれるＰＭセンサ５５の出力値ｐｍｓ２を「第２センサ出力値ｐｍｓ２」と称する。

次に、Ｓ２０８において、Ｓ２０７で読み込まれた第２センサ出力値ｐｍｓ２からＳ２０６で読み込まれた第１センサ出力値ｐｍｓ１を減算することで、センサ出力差Ｄｐｍｓが算出される。次に、Ｓ２０９において、Ｓ２０８で算出されたセンサ出力差Ｄｐｍｓが零以上であるか否かが判別される。なお、ＰＭセンサ５５の出力値には誤差が含まれる場合もあり得る。そのため、Ｓ２０９においては、センサ出力差Ｄｐｍｓが、ＰＭセンサ５５の出力値の誤差を考慮して設定された零より大きい所定の閾値以上であるか否かを判別するようにしてもよい。Ｓ２０９において肯定判定された場合、次に、Ｓ２１０において、Ｓ２０５で算出された基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが判定ＰＭ堆積量Ｑｐｍ０以上である否かが判別される。Ｓ２１０で否定判定された場合、Ｓ２０５からＳ２１０の処理が再度実行される。一方、Ｓ２１０において肯定判定された場合、ＰＭセンサ５５の出力値が途中で低下することなく、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過したことになる。この場合、次に、Ｓ２１１において、判定時期ｔｄのＰＭセンサ５５の出力値に基づくＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断（すなわち、第２ＰＭ捕集機能診断）が行われる。具体的には、基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが判定ＰＭ堆積量Ｑｐｍ０に達した時のＰＭセンサ５５の出力値ｐｍｓ（すなわち、判定時期ｔｄのＰＭセンサ５５の出力値）が異常判定値ｐｍｓｔｈ以上であるか否かが判別される。そして、Ｓ２１１において肯定判定された場合、次にＳ２１２において、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定される。一方、Ｓ２１１において否定判定された場合、次にＳ２１３において、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の異常は生じていない、すなわち、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると判定される。Ｓ２１２またはＳ２１３でのＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の異常または正常判定が行われた後、Ｓ２１４において、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加が停止される。

一方、Ｓ２０９において否定判定された場合、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過する以前に、第２センサ出力値ｐｍｓ２が第１センサ出力値ｐｍｓ１より小さくなっている、すなわち、ＰＭセンサ５５の出力値が低下していることになる。この場合、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に尿素水が付着した可能性が高い。つまり、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の低下に起因する該ＳＣＲＦ５１からの尿素水の流出が生じたと判断できる。そこで、この場合、次にＳ２１２において、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定される。

なお、上記フローでは、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過する以前に、ＰＭセンサ５５の出力値が低下していると判定された場合、その時点で、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定した。つまり、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過する以前に第１ＰＭ捕集機能診断を実行した。しかしながら、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過してから第１ＰＭ捕集機能診断を実行してもよい。ただし、この場合でも、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過する以前にＰＭセンサ５５の出力値が低下することがあったか否かに基づいて、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているか否かを判定する。また、この場合は、第２ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると判定された場合であっても、第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定された場合は、第１ＰＭ捕集機能診断による診断結果が優先される。つまり、最終的には、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断する。

また、従来の排気浄化システムのように、ＳＣＲ触媒とフィルタとが別体であって、Ｓ
ＣＲ触媒がフィルタより上流側の排気通路に設けられている場合は、ＳＣＲ触媒において破損や溶損等の尿素水の流出の要因となる故障が発生する可能性はＳＣＲＦに比べて低い。そして、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘ浄化機能が正常に発揮されていれば、フィルタのＰＭ捕集機能が低下していても、該フィルタより下流側に尿素水は流出し難い。したがって、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化機能自体が正常な状態であれば、フィルタより下流側に設けられたＰＭセンサまで尿素水が到達する可能性があるのは、ＳＣＲ触媒の基材の表面がＰＭによって覆われることでＮＯｘ浄化機能を発揮できない状態となったような場合に限られる。これに対し、ＳＣＲＦでは、上述したように、そのＰＭ捕集機能の低下に起因する尿素水の流出が生じ易い。したがって、仮に、ＰＭセンサの出力値に基づくＳＣＲＦのＰＭ捕集機能診断において、尿素水によるＰＭセンサの出力値への影響を低減すべくＳＣＲＦへの尿素水の供給を制限しようとした場合、該ＰＭ捕集機能診断を実施する毎に尿素水添加弁からの尿素水の添加制限（例えば、添加量の低減または添加停止）を行うことが必要となる。しかしながら、ＰＭ捕集機能診断を実施する毎に尿素水の添加制限を行うと、ＳＣＲＦでのＮＯｘ浄化率の過度な低下を招く虞がある。これに対し、本実施例においては、第１ＰＭ捕集機能診断を行うことで、ＳＣＲＦ５１への尿素水の供給を制限することなく、該ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能を診断することができる。したがって、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加制限に伴うＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

また、本実施例では、第１ＰＭ捕集機能診断と第２ＰＭ捕集機能診断とによりＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断した。しかしながら、本発明においては、第２ＰＭ捕集機能診断を実施することは必ずしも必須ではない。ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じた場合、尿素水の添加が行われていると、ＳＣＲＦからの尿素水の流出は比較的高い確率で生じ得る。したがって、電極間への尿素水の付着に起因するＰＭセンサの出力低下も比較的高い確率で生じ得る。そのため、第１ＰＭ捕集機能診断のみによってもＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じているか否かをある程度の精度では診断することができる。ただし、本実施例のように、第１ＰＭ捕集機能診断と第２ＰＭ捕集機能診断との両方によりＳＣＲＦのＰＭ捕集機能を診断することで、その診断精度をより高めることができる。

＜実施例２＞
本実施例においても、実施例１と同様の方法によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断が行われる。そして、本実施例においては、第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断された場合、この診断結果を仮の診断結果として扱う。そして、このような仮の診断結果が出された場合は、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止した状態で、センサ再生処理およびＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加を再度実行した上で、第２ＰＭ捕集機能診断を行う。

これによれば、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加が停止された状態の下で電圧印加時期から所定の判定期間ｄｔｄが経過した時のＰＭセンサ５５の出力値に基づいてＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が診断されることになる。つまり、尿素水によるＰＭセンサ５５の出力値への影響を排除した状態で第２ＰＭ捕集機能診断を行うことができる。そのため、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能をより高精度で診断することができる。また、第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているとの仮の診断結果が出された場合に限り尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止することで、仮にＰＭセンサ５５の出力値に基づくＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断を実施する度に尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止するようにした場合に比べて、尿素水の添加停止の実行頻度を抑制することができる。したがって、尿素水の添加停止に伴うＳＣＲＦ５１でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

［ＰＭ捕集機能診断フロー］
以下、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローについて図１０に基づいて説明する。図１０は、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローを示すフローチャートである。本実施例においても、図８，９に示すＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローが実行される。そして、図８，９に示すＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローのＳ２０９において否定判定されることでＳ２１２においてＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定された場合に、Ｓ２１４において電極５５１，５５２への電圧印加が停止された後で、図１０に示すフローがＥＣＵ１０によって実行される。なお、ＰＭセンサ５５にＳＣＵが設けられている場合、図８，９に示すフローと同様、本フローもＳＣＵによって実行されてもよい。

本フローでは、先ずＳ３０１において尿素水添加弁５３からの尿素水の添加が停止される。次に、Ｓ３０２およびＳ３０３において、図８，９に示すフローのＳ２０３およびＳ２０４での処理と同様の処理が実行される。つまり、センサ再生処理が実行されるとともに、該センサ再生処理の終了後、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加が開始される。次に、Ｓ３０４およびＳ３０５において、図８，９に示すフローのＳ２０５およびＳ２１０での処理と同様の処理が実行される。つまり、基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが算出され、その後、算出された基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが判定ＰＭ堆積量Ｑｐｍ０以上である否かが判別される。Ｓ３０５で否定判定された場合、Ｓ３０４およびＳ３０５の処理が再度実行される。一方、Ｓ３０５で肯定判定された場合、次に、Ｓ３０６の処理が実行される。

Ｓ３０６においては、図８，９に示すフローのＳ２１１と同様、基準ＰＭ堆積量Ｑｐｍｅが判定ＰＭ堆積量Ｑｐｍ０に達した時のＰＭセンサ５５の出力値ｐｍｓが異常判定値ｐｍｓｔｈ以上であるか否かが判別される。すなわち、第２ＰＭ捕集機能診断が行われる。そして、Ｓ３０６において肯定判定された場合、次にＳ３０７において、図８，９に示すフローのＳ２１２と同様、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると判定される。一方、Ｓ３０６において否定判定された場合、次にＳ３０８において、図８，９に示すフローのＳ２１３と同様、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると判定される。Ｓ３０７またはＳ３０８でのＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の異常または正常判定が行われた後、Ｓ３０９において、図８，９に示すフローのＳ２１４と同様、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加が停止される。次に、Ｓ３１０において、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加停止が解除される。

なお、上記においては、第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているとの仮の診断結果が出された場合、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止した。ただし、必ずしも尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止する必要はなく、ＳＣＲＦ５１への尿素水の供給を制限すれば、尿素水によるＰＭセンサ５５の出力値への影響を低減することができる。その結果、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能をより高精度で診断することが可能となる。したがって、本実施例では、第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているとの仮の診断結果が出された場合、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加量を減量した状態で、センサ再生処理およびＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加を再度実行し、その上で、第２ＰＭ捕集機能診断を行ってもよい。

また、本実施例では、第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているとの仮の診断結果が出された場合、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止してから、センサ再生処理の実行を開始した。しかしながら、尿素水によるＰＭセンサ５５の出力値への影響を排除または低減するためには、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間におけるＰＭの堆積が再開される前までに尿素水添加弁５３からの尿素水の添加が制限されればよい。したがって、本実施例の場合、センサ再生処理の実行中は尿素水
添加弁５３からの尿素水の添加を通常通りに継続し、電圧印加時期から、尿素水の添加を停止または尿素水の添加量を低減してもよい。

＜実施例３＞
本実施例においては、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断に際し、剥がれＰＭによるＰＭセンサ５５の出力値への影響を考慮する。図１に示す内燃機関の排気系の構成においては、排気通路５の壁面や、フィルタ５１の下流側端面および酸化触媒５０等の排気系構造物に排気中のＰＭの一部が付着する。そして、排気通路５の壁面や排気系構造物に一旦付着した後に該壁面や該排気系構造物から剥がれたＰＭである剥がれＰＭがＰＭセンサ５５に到達して電極５５１，５５２に捕集される、といった現象が生じる場合がある。以下、このような現象が生じた場合に、剥がれＰＭがＰＭセンサ５５の出力値に与える影響について図１１に基づいて説明する。図１１は、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に堆積したＰＭの様子を示すイメージ図である。図１１（ａ）は、内燃機関１から排出される排気中に含まれる通常ＰＭに加えて、剥がれＰＭが電極５５１，５５２間に捕集されることでＰＭが堆積する様子を示している。一方、図１１（ｂ）は、電極５５１，５５２間に一旦捕集された剥がれＰＭが、該電極５５１，５５２間から脱離する様子を示している。

排気通路５の壁面や排気系構造物にＰＭが付着すると、該壁面や排気系構造物上において該ＰＭが堆積し凝縮する。この凝縮したＰＭが剥がれて「剥がれＰＭ」となる。そのため、通常の場合、剥がれＰＭは通常ＰＭよりも大きくなっている。そのため、図１１（ａ）に示すように剥がれＰＭがＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に捕集されると、通常ＰＭのみがＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に捕集されているときと比べて、電極５５１，５５２間におけるＰＭ堆積量が急増することになる。その結果、ＰＭセンサ５５の出力値が急上昇する。ただし、剥がれＰＭは、その大きさが通常ＰＭよりも大きいことから、通常ＰＭに比べてＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間から脱離し易い。そして、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に一旦捕集された剥がれＰＭが該電極５５１，５５２間から脱離した場合、ＰＭ堆積量の増加に伴い上昇していたＰＭセンサ５５の出力値が低下することになる。つまり、電圧印加時期から判定期間ｄｔｄが経過するまでの間において、剥がれＰＭが発生し、該剥がれＰＭがＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に捕集された場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態であっても、ＰＭセンサ５５の出力値が低下する場合がある。そして、第１ＰＭ捕集機能診断において、剥がれＰＭに起因するＰＭセンサ５５の出力値の低下を、尿素水に起因するＰＭセンサ５５の出力値の低下と混同すると、実際にはＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態であるにもかかわらず、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると誤診断する虞がある。

そこで、本実施例においては、剥がれＰＭが生じ得る条件である所定の剥がれＰＭ発生条件が成立しているときは、ＰＭセンサ５５の出力値に基づくＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断を行わないこととした。換言すれば、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときであって、且つ、剥がれＰＭ発生条件が成立していないときのＰＭセンサ５５の出力値に基づいて、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断を行うこととした。これによれば、実際にはＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態であるにもかかわらず、剥がれＰＭの影響によって、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じていると誤診断されることを抑制することができる。したがって、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能の診断精度をより向上させることができる。

［剥がれＰＭ発生条件］
ここで、排気通路５の壁面や排気系構造物に堆積したＰＭが増加するほど、剥がれＰＭが生じ易くなる。また、上述したフィルタ再生処理が実行されると、排気通路５を流れる排気の温度が上昇するため、ＳＣＲＦ５１に堆積したＰＭのみならず、排気通路５の壁面や排気系構造物に付着したＰＭも酸化され除去される可能性が高い。そして、フィルタ再
生処理の実行が終了すると、内燃機関１からのＰＭの排出に伴い、排気通路５の壁面や排気系構造物にＰＭが再度付着し始める。そのため、排気通路５の壁面や排気系構造物におけるＰＭの堆積量と、ＰＭ排出量の積算値（フィルタ再生処理の実行が終了した時点からの、内燃機関１からのＰＭ排出量の積算値）とは相関がある。また、排気通路５を流れる排気の流量が大きいほど、排気通路５の壁面や排気系構造物に一旦堆積したＰＭが剥がれ易くなる。つまり、排気通路５を流れる排気の流量が多いほど、剥がれＰＭが生じ易くなる。そこで、本実施例では、ＰＭ排出量の積算値および排気の流量をパラメータとして、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別する。

以下、本実施例に係る、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別するための判別フローについて図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施例に係る、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別するための判別フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずＳ４０１において、前回のフィルタ再生処理の実行終了後（すなわち、上述したフィルタ再生処理のための燃料添加弁５２からの燃料添加の停止後）のＰＭ排出量の積算値Ｉｐｍｄが算出される。なお、内燃機関１からのＰＭ排出量は該内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。次に、Ｓ４０２において、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別するための閾値である判定積算値Ｉｐｍｄ０が排気の流量に基づいて設定される。このとき、排気の流量が多いほど判定積算値Ｉｐｍｄ０は小さい値に設定される。なお、排気の流量は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて推定することができる。また、判定積算値Ｉｐｍｄ０と排気の流量との関係は、実験等に基づいて予め求められている。そして、これらの関係がマップまたは関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。Ｓ４０２では、このマップまたは関数を用いて判定積算値Ｉｐｍｄ０が設定される。

次に、Ｓ４０３において、Ｓ４０１で算出されたＰＭ排出量の積算値Ｉｐｍｄが、Ｓ４０２で設定された判定積算値Ｉｐｍｄ０以上であるか否かが判別される。そして、Ｓ４０２において肯定判定された場合、すなわち、ＰＭ排出量の積算値Ｉｐｍｄが判定積算値Ｉｐｍｄ０以上の場合、次にＳ４０４において、剥がれＰＭ発生条件が成立していると判定される。一方、Ｓ４０２において否定判定された場合、すなわち、ＰＭ排出量の積算値Ｉｐｍｄが判定積算値Ｉｐｍｄ０より小さい場合、次にＳ４０５において、剥がれＰＭ発生条件は成立していないと判定される。そして、Ｓ４０４またはＳ４０５における判定結果がＥＣＵ１０に格納される。

［ＰＭ捕集機能診断フロー］
次に、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローについて図１３に基づいて説明する。図１３は、本実施例に係るＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローの一部を示すフローチャートである。本フローは、実施例１における、図８，９に示すＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローの実行タイミングと同様のタイミングで実行される。また、本フローにおけるＳ５０２以外のステップにおいて実行される処理は、図８，９に示すフローにおける各ステップにおいて実行される処理と同様である。そのため、図８，９に示すフローにおけるステップと同様の処理が実行されるステップについては同様の参照番号を付して、その説明を省略する。

本フローでは、Ｓ２０１において肯定判定された場合、すなわち、ＳＣＲＦ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると判定された場合、次に、Ｓ５０２の処理が実行される。Ｓ５０２においては、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かが判別される。上述したように、本実施例においては、図１２に示すフローを実行することで、剥がれＰＭ発生条
件が成立しているか否かの判定が行われ、その判定結果がＥＣＵ１０に格納されている。Ｓ５０２においては、このＥＣＵ１０に格納されている判定結果が読み込まれる。そして、ＥＣＵ１０に、剥がれＰＭ発生条件が成立しているとの判定結果が格納されていれば、Ｓ５０２において肯定判定される。この場合、本フローの実行が終了される。一方、ＥＣＵ１０に、剥がれＰＭ発生条件は成立していないとの判定結果が格納されていれば、Ｓ５０２において否定判定される。この場合、次にＳ２０２の処理が実行される。Ｓ２０２以降に実行されるステップは図８，９に示すフローと同様である。

なお、本実施例においては、上述したように、ＰＭ排出量の積算値および排気の流量をパラメータとして、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別した。しかしながら、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別するためのパラメータとして、必ずしもＰＭ排出量の積算値と排気の流量との両方を用いる必要はなく、ＰＭ排出量の積算値のみを用いてもよい。ただし、ＰＭ排出量の積算値と排気の流量との両方を用いることで、ＰＭ排出量の積算値のみを用いる場合に比べて、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かをより高精度で判別することができる。また、ＰＭ排出量の積算値および排気の流量以外の、剥がれＰＭの発生確率と相関のある値をパラメータとして、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別してもよい。例えば、より簡易的には、内燃機関１を搭載した車両の、フィルタ再生処理の実行が終了した時点からの走行距離に基づいて、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別してもよい。

また、本実施例においては、上記のように、図１２に示すような、剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別するための判別フローを、図１３に示すＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断フローとは別のフローとした。しかしながら、図１２に示すフローにおけるステップを、図１３に示すフローに組み込んでもよい。この場合、図１３に示すフローにおいて、Ｓ５０２の処理に代えて、図１２に示すＳ４０１〜Ｓ４０３の処理が実行される。つまり、図１３に示すフローのＳ２０１において肯定判定された場合、次に、図１２に示すフローのＳ４０１〜Ｓ４０３の処理が実行される。そして、Ｓ４０３において肯定判定された場合、図１３に示すフローの実行が終了される。一方、Ｓ４０３において否定判定された場合、次に、Ｓ２０２の処理が実行される。

また、上記実施例３は上記実施例２と組み合わせることができる。つまり、剥がれＰＭ発生条件が成立していないときに行われた第１ＰＭ捕集機能診断によってＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているとの診断結果が出された場合、この診断結果を仮の診断結果として扱ってもよい。そして、このような仮の診断結果が出された場合は、尿素水添加弁５３からの尿素水の添加を停止した状態（または、尿素水の添加量を低減した状態）で、センサ再生処理およびＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２への電圧印加を再度実行した上で、第２ＰＭ捕集機能診断を行ってもよい。

１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
５０・・酸化触媒
５１・・ＳＣＲＦ
５２・・燃料添加弁
５３・・尿素水添加弁
５４・・温度センサ
５５・・ＰＭセンサ
５５０・・絶縁体
５５１，５５２・・電極
５５３・・センサ素子
５５４・・電流計
５５５・・ヒータ
５５６・・カバー
５５７・・貫通孔
５６・・上流側ＮＯｘセンサ
５７・・下流側ＮＯｘセンサ
６０・・電源
１０・・ＥＣＵ

なお、仮に、フィルタの機能診断装置が、第１ＰＭ捕集機能診断部を備えておらず、第２ＰＭ捕集機能診断部のみを備えていたとする。このような場合において、第２ＰＭ捕集機能診断部のみによってＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を行うと、所定の判定期間中にＰＭセンサの電極間への尿素水の付着に起因して該ＰＭセンサの出力低下が生じたときに、実際にはＳＣＲＦのＰＭ捕集機能に異常が生じているにも関わらず、該ＳＣＲＦのＰＭ捕集機能は正常な状態であると誤診断する虞がある。また、このような場合には、所定の判
定期間中にＰＭセンサの出力低下が生じたときはＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を実施しないようにすることも考えられる。しかしながら、この場合、所定の判定期間中にＰＭセンサの出力低下が生じなかったときにしかＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を実施することができないことになる。そのため、該診断の実施頻度を十分に確保することが困難となる虞がある。本発明における上記構成のように、第２ＰＭ捕集機能診断部に加え第１ＰＭ捕集機能診断部によってもＳＣＲＦのＰＭ捕集機能の診断を行うことで、これらの問題を解決することができる。

ここで、電圧印加時期以降において尿素水添加弁５３からの尿素水の添加が行われ、ＳＣＲＦ５１から流出した尿素水がＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に付着した場合のＰＭセンサ５５の出力値への影響について図６および７に基づいて説明する。図６は、図５と同様、電圧印加時期以降のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示す図である。図６において、横軸は電圧印加時期からの経過時間を表しており、縦軸はＰＭセンサ５５の出力値を表している。また、図６における線Ｌ１は、図５と同様、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態の場合のＰＭセンサ５５の出力値の推移を示している。また、図６において、線Ｌ３は、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じており、尚且つ、該ＳＣＲＦ５１から流出した尿素水がＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に付着した場合の該ＰＭセンサ５５の出力値を示している。

ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に尿素水が付着すると、該ＰＭセンサ５５の出力値が上記のような挙動を示すことから、電圧印加時期から所定の判定期間ｄｔｄ経過後の判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値が、該判定期間ｄｔｄ中におけるＳＣＲＦ５１からのＰＭ流出量の積算値に対応した値から大きくずれる場合がある。この場合、上述した判定時期ｔｄにおけるＰＭセンサ５５の出力値を用いたＰＭ捕集機能診断では、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能を正確に診断することが困難となる。例えば、図６に示すようなタイミングでＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間に尿素水が付着し、該尿素水によって該電極５５１，５５２間のＰＭが剥がされると、ＰＭセンサ５５の出力値が低下している状態の時に判定時期ｔｄを迎えることになる。この場合、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能に異常が生じているにも関わらず、上述したＰＭ捕集機能診断ではＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると誤診断されることになる。また、仮に、ＰＭセンサ５５の電極５５１，５５２間にＰＭと尿素とが混在して堆積した状態となることで、該電極５５１，５５２間に同量のＰＭのみが堆積している状態のときよりもＰＭセンサ５５の出力値が低くなっている時に判定時期ｔｄを迎えた場合も、上記と同様に、上述したＰＭ捕集機能診断では、ＳＣＲＦ５１のＰＭ捕集機能は正常な状態であると誤診断される可能性がある。

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたフィルタであって、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＰＭを捕集するＰＭ捕集機能とともに、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化機能を有するフィルタと、
前記フィルタより上流側の排気通路に設けられ、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記フィルタの機能を診断するフィルタの機能診断装置であって、
前記フィルタにおけるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得部と、
前記ＮＯｘ浄化率取得部によって取得された前記フィルタにおけるＮＯｘ浄化率に基づいて該フィルタのＮＯｘ浄化機能を診断するＮＯｘ浄化機能診断部と、
前記フィルタよりも下流側の排気通路に設けられ、センサ素子として一対の電極を有し、該電極間にＰＭが堆積することで該電極間が導通すると、そのＰＭ堆積量に対応した信号を出力するＰＭセンサと、
前記ＰＭセンサの電極間に堆積しているＰＭを除去するセンサ再生処理を実行するセンサ再生部と、
前記センサ再生部による前記センサ再生処理の実行が終了した後、前記ＰＭセンサの電極間におけるＰＭの堆積が再開されると想定される時期である所定のＰＭ堆積再開時期以降の前記ＰＭセンサの出力値を継続的にモニタするモニタ部と、
前記ＮＯｘ浄化機能診断部によって前記フィルタのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときに、前記モニタ部によってモニタされる前記ＰＭセンサの出力値が低下することがあった場合、前記フィルタのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断するＰＭ捕集機能診断部と、
を備えるフィルタの機能診断装置。
前記ＰＭ捕集機能診断部が第１ＰＭ捕集機能診断部であって、
前記第１ＰＭ捕集機能診断部によって前記フィルタのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断されなかった場合、前記ＰＭ堆積再開時期から所定の判定期間が経過した時の前記ＰＭセンサの出力値に基づいて前記フィルタのＰＭ捕集機能を診断する第２ＰＭ捕集機能診断部をさらに備える請求項１に記載のフィルタの機能診断装置。
前記ＰＭ捕集機能診断部が第１ＰＭ捕集機能診断部であって、
前記尿素水添加装置からの尿素水の添加を制御する制御部をさらに備え、
前記第１ＰＭ捕集機能診断部によって前記フィルタのＰＭ捕集機能に異常が生じていると診断された場合、前記制御部によって、前記ＰＭ堆積再開時期以降の前記尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限し、該尿素水添加装置からの尿素水の添加を制限した状態の下で前記ＰＭ堆積再開時期から所定の判定期間が経過した時の前記ＰＭセンサの出力値に基づいて前記フィルタのＰＭ捕集機能を診断する第２ＰＭ捕集機能診断部をさらに備える請求項１に記載のフィルタの機能診断装置。
排気通路の壁面または排気系構造物に一旦付着したＰＭが、該排気通路の壁面または該排気系構造物から剥がれる現象が生じ得る条件である所定の剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別する判別部をさらに備え、
前記ＰＭ捕集機能診断部が、前記ＮＯｘ浄化機能診断部によって前記フィルタのＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると診断されているときであって、且つ、前記判別部によって前記剥がれＰＭ発生条件が成立していないと判定されているときに前記モニタ部によってモニタされる前記ＰＭセンサの出力値に基づいて、前記フィルタのＰＭ捕集機能を診断する請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルタの機能診断装置。
前記排気浄化システムが、前記フィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生部をさらに備え、
前記判別部が、少なくとも、前記フィルタ再生部によるフィルタ再生処理の実行終了後の、内燃機関からのＰＭ排出量の積算値に基づいて、前記剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別する請求項４に記載のフィルタの機能診断装置。
前記判別部が、前記フィルタ再生部によるフィルタ再生処理の実行が終了した時点からの、内燃機関からのＰＭ排出量の積算値に加えて、排気通路を流れる排気の流量に基づいて、前記剥がれＰＭ発生条件が成立しているか否かを判別する請求項５に記載のフィルタの機能診断装置。