JP2016205168A - フィルタの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗式のＰＭセンサを用いたＤＰＦの故障診断において、ＰＭセンサへの被水を抑制でき、ＤＰＦ故障の診断期間を増加でき、ＰＭセンサ出力のばらつきを抑制できるフィルタの故障診断装置を提供する。
【解決手段】排気管の乾燥状態から、イグニッションスイッチのオフによりエンジンが停止した場合に、ＰＭセンサの再生を実施する。排気管の乾燥判定が不成立の状態からエンジンが停止した場合、イグニッションスイッチのオフ以外の原因でエンジンが停止した場合、又はバッテリーの充電レベルが閾値未満の場合には、センサ再生を中止する。エンジンの始動後、排気管の乾燥判定が成立するまでは、センサ再生時よりも低温でＰＭセンサを昇温させる。エンジンの始動後、排気管の乾燥判定が成立した場合には、ＰＭセンサの静電捕集を開始してＤＰＦの故障診断を行う。エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合にはＤＰＦの故障診断を中止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタの故障診断装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質（パティキュレートマター、ＰＭ）を捕集するフィルタの故障診断装置の提案がある（例えば特許文献１参照）。特許文献１の故障診断装置では、排気ガス中の粒子状物質の量に応じた出力を発生する電気抵抗式のセンサを利用して、フィルタの故障診断を行っている。電気抵抗式のセンサは、一対の電極を有した付着部（絶縁体の素子）を備え、その一対の電極間に電圧を印加する形で使用される。粒子状物質は主に導電性を有するＳｏｏｔ成分（煤）から構成されているので、素子に一定量以上の粒子状物質が捕集されると一対の電極間が導通し、この導通時に粒子状物質の量に応じた検出値（一対の電極間を流れる電流）を出力するというものである。

特許文献１の故障診断装置では、このセンサをフィルタより下流に配置し、センサ出力が立ち上がる時期（導通開始時期）に基づいてフィルタの故障の有無を判定している。具体的には、フィルタが故障判定の基準となる故障フィルタであると仮定して、そのフィルタの下流に排出される粒子状物質の量を推定し、推定した粒子状物質の量に基づいてセンサ出力が立ち上がる時期（基準時期）を推定する。そして、センサ出力が実際に立ち上がる時期（実際時期）と基準時期とを比較して、実際時期が基準時期より先の場合にフィルタが故障であると判定している。

特許第５１１５８７３号公報

ところで、現状、センサの用いたフィルタの故障診断は、以下の（１）〜（３）の手順を経ている。（１）内燃機関の始動後にセンサへの被水による付着部の割れを防止するために排気管内が乾燥するのを待つ。（２）その後、センサに内蔵されたヒータを作動させて、付着部を昇温させることで付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去するセンサ再生を行う。（３）その後、電極間に電圧を印加することにより粒子状物質の捕集を開始して、フィルタの故障診断を行う。

しかしながら、この方法では、以下の問題を生じる。
・排気管の乾燥は排気ガスの温度などの情報から推定による判定ばらつきを生じるため、ばらつきによっては被水する恐れがある。乾燥判定のばらつきによる被水を抑えるために、排気管の乾燥判定の成立条件を厳しめに設定する（乾燥判定のマージンを大きくする）ことが考えられる。しかし、この場合には、センサへの粒子状物質の捕集開始時期が遅くなり、フィルタ故障の診断期間が短くなってしまう。
・センサ再生にはある程度の時間が必要なため、その間はフィルタの故障診断が行えず、診断期間が短くなってしまう。
・センサ再生後の冷却期間ではセンサ温度が大きく変化することで、排気ガス中の粒子状物質に働く熱泳動力が変化する。熱泳動力が変化すると、センサ出力がばらつくので、フィルタ故障の有無を誤診断する可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、センサへの被水を抑制でき、またフィルタ故障の診断期間を増加でき、さらにセンサ出力のばらつきを抑制できるフィルタの故障診断装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のフィルタの故障診断装置は、内燃機関の排気管に設けられた排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタより下流に設けられ、一対の電極及びヒータを有した付着部を備え、前記付着部に付着した粒子状物質の量に応じて変化する、前記一対の電極間に流れる電流又はそれに相関する値を出力するセンサと、
前記ヒータにより前記付着部を昇温させて、前記付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去するセンサ再生を行う再生制御手段と、
前記内燃機関の運転中、且つ前記センサ再生の実施後の前記センサの出力に基づいて前記フィルタの故障診断を行う故障診断手段とを備え、
前記再生制御手段は、前記内燃機関の停止中に前記センサ再生を行うことを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関の停止中にセンサ再生を行い、内燃機関の停止中は排気ガスの流れが無いので、排気ガス中の水分がセンサに付着するのを抑制できる。また、排気管に結露した水分が排気ガス流に乗ってセンサに付着するのを抑制できる。つまり、内燃機関の停止中にセンサ再生を行うことで、センサへの被水を抑制できる。また、内燃機関の始動後のセンサ再生を不要又は再生時間を短くでき、その結果、フィルタ故障の診断期間を増加できる。さらに、内燃機関の始動後のセンサ再生を不要にできることで、内燃機関の始動後のセンサの温度変化を小さくでき、その結果、フィルタの故障診断の際のセンサ出力のばらつきを抑制できる。

エンジンシステムの構成図である。 ＰＭセンサの構造を模式的に示した図である。 センサ素子における一対の電極付近の様子を示しており、ＰＭセンサによるＰＭ量の検出原理を説明する図である。 第１実施形態における故障診断処理のフローチャートである。 故障診断処理に関連する各種パラメータのタイミングチャートである。 センサ素子付近を流れるＰＭに働く熱泳動力を説明する図である。 排気温度が素子温度よりも高い場合にはＰＭとセンサ素子の間に引力が働き、反対に、素子温度が排気温度よりも高い場合にはＰＭとセンサ素子の間に斥力が働いている状態を示した図である。 排気温度と素子温度の温度差とＰＭ捕集効率の関係を、排気温度が高いときと低いときとで示した図である。 第２実施形態における故障診断処理のフローチャートである。 第３実施形態における故障診断処理のフローチャートである。

（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ながら説明する。図１は、本発明が適用された車両のエンジンシステム１の構成図である。エンジンシステム１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）を備えている。そのエンジン２には、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタが設けられている。エンジン２は、そのインジェクタから噴射された燃料が燃焼室で自己着火することで、車両を駆動するための動力を生み出している。

エンジン２の排気管３には、フィルタに相当するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４が設置されている。ＤＰＦ４は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして構成される。エンジン２から排出された排気ガスは、ＤＰＦ４の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間に排気ガスに含まれるＰＭ（パティキュレートマター、粒子状物質）が捕集されて次第に堆積する。

排気管３のＤＰＦ４よりも下流には、排気ガス中のＰＭ量を検出するセンサとしての電気抵抗式のＰＭセンサ５が設けられている。ここで、図２は、ＰＭセンサ５の構造を模式的に示した図である。図２に示すように、ＰＭセンサ５は、内部が中空にされた例えば金属製のカバー５１とそのカバー５１内に配置されたセンサ素子５２とを備えている。カバー５１には多数の孔５１１が形成されており、排気管３を流れる排気ガスの一部がそれら孔５１１からカバー５１内に侵入できるようになっている。また、カバー５１には、カバー５１内に侵入した排気ガスを排出するための排出孔５１２が形成されている。なお、図２では、排出孔５１２は、カバー５１の先端に形成された例を示している。

センサ素子５２はセラミックス等の絶縁体基板から構成されている。センサ素子５２（絶縁体基板）の一方の面には、互いに離間し、かつ対向した一対の電極５３が設けられている。なお、図３は、ＰＭセンサ５によるＰＭ量の検出原理を説明する図であり、一対の電極５３付近におけるＰＭ付着の様子を示している。図３に示すように、センサ素子５２には、後述のＥＣＵ６の指令に基づき一対の電極５３間に所定の直流電圧を印加する電圧印加回路５６が接続されている。カバー５１内に侵入した排気ガス中のＰＭの一部は自身が持つ粘着性によってセンサ素子５２に捕集（付着）される。センサ素子５２に捕集されなかったＰＭが排出孔５１２から排出される。

また、電圧印加回路５６により電極５３間に電圧が印加されると、各電極５３はそれぞれ正、負に帯電する。これにより、電極５３の近傍を通過するＰＭを帯電させて、センサ素子５２への捕集が促進される。以下では、電極５３間に電圧を印加することによるセンサ素子５２へのＰＭ捕集を「静電捕集」という。

ＰＭセンサ５の出力特性を説明すると、ＰＭセンサ５はセンサ素子５２に捕集されたＰＭによって電極５３間の抵抗が変化することを利用して、センサ素子５２に捕集されたＰＭ量に応じた出力を発生する。詳細には、センサ素子５２へのＰＭ捕集量が少ないうちはセンサ出力は発生しない（厳密には、センサ出力が立ち上がったとみなせる閾値出力よりも小さい出力しか発生しない）。ＰＭに含まれるＳｏｏｔ成分はカーボン粒子から構成されており高い導電性を有するので、ＰＭ捕集量が一定以上の量になった時に一対の電極５３間が導通して、センサ出力が立ち上がる（閾値出力以上の出力が発生する）。

センサ出力の立ち上がり後は、ＰＭ捕集量が多くなるほど一対の電極５３間の抵抗が小さくなるので、電極５３間に流れる電流、つまりセンサ出力が大きくなっていく。エンジンシステム１には、この電極５３間に流れる電流を計測する電流計５７（図３参照）が備えられ、この電流計５７の計測値がＰＭセンサ５の出力となる。なお、電極５３間を流れる電流に相関する値として例えば一対の電極５３間の抵抗値（電圧）を測定して、その抵抗値をＰＭセンサ５の出力としても良い。

また、センサ素子５２には、センサ素子５２を加熱するヒータ５４が設けられている。そのヒータ５４は、例えばセンサ素子５２に捕集されたＰＭを燃焼除去してＰＭセンサ５を再生させるために用いられる。ヒータ５４は、例えばセンサ素子５２（絶縁体基板）の電極５３が設けられていない方の面又はセンサ素子５２の内部に設けられている。ヒータ５４は、例えば白金（Ｐｔ）等の電熱線から構成されている。ＰＭセンサ５の再生においては、ＰＭを構成する各成分（Ｓｏｏｔ成分、ＳＯＦ成分等）の全てを燃焼除去できる温度、具体的には例えば６００℃以上の温度（例えば８００℃）にセンサ素子５２が昇温されるように、ヒータ５４は制御される。

ＰＭセンサ５は電極５３及びヒータ５４に接続された制御回路５５を備えている。その制御回路５５は、例えば内部に上述の電圧印加回路５６や電流計５７を備えて、ＥＣＵ６の指令に基づき、電圧印加回路５６により静電捕集を実施して、電流計５７により電極５３間に流れる電流を測定する。また、制御回路５５は、ヒータ５４の作動を制御し、ヒータ５４の作動時にはヒータ５４に流す電流（通電量）や通電時間を調整することでヒータ５４の温度（センサ素子５２の温度）を制御する。制御回路５５は、ＥＣＵ６に接続されており、ＥＣＵ６からの指令を受信するとともに、電流計５７で測定した電流値をＥＣＵ６に送信する。なお、センサ素子５２が付着部に相当する。

図１の説明に戻り、エンジンシステム１には、ＰＭセンサ５の他に、エンジン２の運転や排気ガスの浄化に必要な各種センサが設けられている。具体的には、例えばエンジン２の回転数を検出する回転数センサ７１、車両の運転者の要求トルクを車両側に知らせるためのアクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検出するアクセルペダルセンサ７２、排気ガスの温度（排気温度）を検出する排気温センサ７３、エンジン２に吸入する空気量を検出するエアフロメータ７４、外気温度（大気温度）を検出する外気温センサ７５などが設けられている。排気温センサ７３は、例えばＤＰＦ４とＰＭセンサ５の間の排気管３に設けられている。

また、車両には、エンジン２の回転を利用して発電するオルタネータ（発電機）の発電電力を蓄えるバッテリー７６が搭載されている。そのバッテリー７６は、ヒータ５４をはじめ車両に搭載された各種電装品の電源である。エンジンシステム１には、バッテリー７６の充電レベルを検出する検出部７７が設けられている。

また、エンジンシステム１には、エンジン２を始動させたり停止させたりするスイッチに相当するイグニッションスイッチ７８が設けられている。イグニッションスイッチ７８は、車両のドライバーによるキー操作（キーシリンダにキーを挿入後に、キーを所定の位置まで回転させる操作）によりオンする。ＥＣＵ６は、イグニッションスイッチ７８がオンしたことに基づいてエンジン２を始動させ、イグニッションスイッチ７８がオフしたことに基づいてエンジン２を停止させる。なお、車両と電子キーとの間の双方向通信に基づき、車両ドアの施開錠をしたり、エンジンを始動させたりする電子キーシステムに対応している場合には、車両には、キーをキーシリンダに挿入しなくてもエンジン２の始動を許可するスタートスイッチ（例えばプッシュスイッチ）が設けられる。この場合、ＥＣＵ６は、電子キーが車内に存在する条件下で、スタートスイッチがドライバーにより操作されたことに基づいてイグニッションスイッチ７８をオンさせて、エンジン２を始動させる。また、ＥＣＵ６はスタートスイッチがオフしたことに基づいて（エンジン２の運転中にスタートスイッチが操作されたことに基づいて）、イグニッションスイッチ７８をオフして、エンジン２を停止させる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ６は、所定条件が成立すると車両のドライバーによるエンジン２のオンオフ操作（イグニッションスイッチ７８のオンオフ操作）がなくても、エンジン２の自動停止及び再始動をするアイドルストップ機能を実行する。具体的には、ＥＣＵ６は、アイドルストップ機能として、車両が信号待ち等で停止した時（所定の自動停止条件の成立時）にエンジン２を自動停止し、その後、車両の発進時（所定の自動始動条件の成立時）にエンジン２を再始動させる。なお、上記「自動停止条件の成立時」は、例えば、車速がゼロとなってエンジン回転数がアイドル回転数になった時である。また、上記「自動始動条件の成立時」は、例えばブレーキペダルの踏み込みが解除された時である。

エンジンシステム１は、そのエンジンシステム１の全体制御を司るＥＣＵ６を備えている。そのＥＣＵ６は、通常のコンピュータの構造を有するものとし、各種演算を行うＣＰＵ（図示外）や各種情報の記憶を行うＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを備えている。ＥＣＵ６は、例えば上記各種センサからの検出信号に基づきエンジン２の運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン２への燃料噴射を制御する。

また、ＥＣＵ６は、ＰＭセンサ５の検出値に基づいて、ＤＰＦ４の故障の有無を診断する故障診断処理を実行する。以下、この故障診断処理の詳細を説明する。図４は故障診断処理のフローチャートである。図４の処理は、所定周期で繰り返し実行される。また、図５は、図４の処理に関連する各種パラメータのタイミングチャートを示しており、上から、（ａ）イグニッションスイッチ７８のオンオフのタイミング、（ｂ）エンジン回転数、（ｃ）排気管３の乾燥のオン（成立）、オフ（不成立）のタイミング、（ｄ）バッテリー７６の充電レベル、（ｅ）ヒータ５４のオンオフのタイミング、（ｆ）ヒータ５４の温度、（ｇ）ＰＭセンサ５の再生時間、（ｈ）ＰＭセンサ５の静電捕集及びＤＰＦ４の故障診断のオンオフのタイミングを示している。図５（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）において、実線（パターン１）はエンジン２の停止中にセンサ再生が完了した場合を示し、点線（パターン２）はエンジン２の停止中にセンサ再生が完了しなかった場合を示している。

図４の処理を開始すると、ＥＣＵ６は、先ず、エンジン２が停止しているか否かを判断する（Ｓ１）。具体的には、例えば回転数センサ７１が検出するエンジン回転数が所定値（例えば１００回転数）未満の場合にはエンジン２が停止していると判断し、エンジン回転数が所定値以上の場合にはエンジン２は運転中であると判定する。

エンジン２が停止している場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、そのエンジン２の停止が、排気管３が乾燥状態にあるか否かの乾燥判定が成立した状態、つまり排気管３が乾燥状態にあり、且つ、イグニッションスイッチ７８のオフに基づくエンジン停止であるのか否かを判断する（Ｓ２）。Ｓ２の判断を行うために、ＥＣＵ６は、エンジン２の運転中に、排気管３の乾燥判定を周期的に行う。ここで、排気管３の乾燥状態とは、ＰＭセンサ５（特にセンサ素子５２）が被水しない程度に排気管３内が乾燥した状態を言い、詳しくは、排気ガス中の水蒸気が排気管３内で水滴となって結露しない状態（排気管３が露点以上の温度状態）、かつ、もともと結露水が存在している場合にはその結露水が蒸発により消失する状態をいう。

このように乾燥判定を行うのは以下の理由による。すなわち、排気ガスには、燃料と吸入空気との燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれている。例えば、エンジン２の始動後には、排気ガスが排気管３に接触した際に排気ガス中の水蒸気が排気管３で冷却されて結露する。この結露水は、排気ガスに乗ってＰＭセンサ５に到達するとともにカバー５１内に侵入し、さらにセンサ素子５２に到達（被水）することがある。また、エンジン２の停止時では、排気管３の温度の低下に応じて水蒸気が結露し、その結露水はエンジン２の再始動後に排気ガスに乗ってセンサ素子５２に到達することがある。センサ素子５２が被水した状態で、センサ素子５２を昇温する処理（センサ再生）を行うと、センサ素子５２の被水した部分と、ヒータ５４の周辺部との間の温度差により生ずる熱応力が大きくなり、その熱応力によりセンサ素子５２の割れが生ずるおそれがある。このセンサ素子５２の割れ等の不具合を防ぐために、乾燥判定を行っている。

乾燥判定としては、具体的に、例えば排気温センサ７３が検出する排気温度が、結露水が蒸発により消失する所定温度（例えば１００℃）以上の場合に排気管３が乾燥状態にあると判定し、排気温度が所定温度未満の場合に排気管３は乾燥状態にないと判定する。なお、排気温センサ７３の代わりに、エンジン２の運転状態（エアフロメータ７４が検出する空気量、回転数センサ７１が検出するエンジン回転数等）に基づいて、排気温度を推定しても良い。

また、例えば特開２０１３−１６３９７８号公報に記載のように、排気ガスから排気管３へ伝達される受熱量と、排気管３から外気へ放熱される放熱量とに基づいて排気管３の壁面温度を推定する。そして、その壁面温度が所定温度（例えば１００℃）以上の場合に排気管３が乾燥状態にあると判定し、壁面温度が所定温度未満の場合に排気管３は乾燥状態にないと判定しても良い。なお、排気ガスから排気管３へ伝達される受熱量、及び排気管３から外気へ放熱される放熱量は、排気温度、排気ガスの流量、外気温度等に相関する。例えば、受熱量は、排気温度が高いほど大きくなり、排気ガスの流量が大きいほど小さくなる。また、例えば、放熱量は、外気温度が低いほど大きくなる。よって、ＥＣＵ６のメモリに、排気管３の壁面温度に影響を及ぼすパラメータ（排気温度、排気ガスの流量、外気温度等）と、排気管３の壁面温度とのマップを記憶しておき、そのマップに基づいて壁面温度を推定しても良い。なお、排気温度は、排気温センサ７３の検出温度としても良いし、エンジン２の運転状態から推定しても良い。また、排気ガスの流量は、例えばエアフロメータ７４が検出する吸入空気量とすれば良い。また、外気温度は、外気温センサ７５の検出温度とすれば良い。

また、特開２０１０−１７４６５７号公報、特許第５１５２３３９号公報に記載のように、飽和水蒸気濃度及び排気ガス中の水蒸気濃度に基づいて結露水量及び結露水の気化量を推定し、これら結露水量、気化量に基づいて乾燥判定を行っても良い。なお、Ｓ２の処理を実行するＥＣＵ６が乾燥判定手段及び停止判定手段に相当する。

Ｓ２において、乾燥判定と、イグニッションスイッチ７８のオフに基づくエンジン停止の少なくとも一方が不成立の場合（Ｓ２：Ｎｏ）、すなわち、乾燥判定が不成立の状態でエンジン２が停止した場合、又はイグニッションスイッチ７８のオフ以外の原因でエンジン２が停止した場合には、図４の処理を終了する。なお、イグニッションスイッチ７８のオフ以外の原因でエンジン２が停止した場合とは、具体的には、アイドルストップ機能によりエンジン２が停止した場合、又はドライバーが意図せずにエンジン２が停止した場合（いわゆるエンストの場合）を言う。

一方、排気管３の乾燥判定が成立した状態で、イグニッションスイッチ７８のオフによりエンジン２が停止した場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、図１の充電レベル検出部７７からバッテリー７６の充電レベルを取得する。そして、その充電レベルが予め定められた閾値以上か否かを判断する。この閾値は、閾値以上の充電レベルでは、センサ再生の実施によりバッテリー上がりが生じないという条件を満たす値に設定され、例えば、満充電（１００％）に対して８０％の値に設定される。

充電レベルが閾値未満の場合には（Ｓ３：Ｎｏ）、図４の処理を終了する。なお、図５では、排気管３の乾燥判定が成立（ＯＮ）した状態でイグニッションスイッチ７８のオフによりエンジン２が停止した例を示すとともに（図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）、バッテリー７６の充電レベルが閾値以上の例を示している（図５（ｄ）参照）。

充電レベルが閾値以上の場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、ヒータ５４を作動させて、センサ素子５２をＰＭが燃焼除去する温度（例えば８００℃）まで昇温させるセンサ再生を開始する（Ｓ４）（図５（ｅ）、（ｆ）も参照）。このとき、図２の制御回路５５は、センサ素子５２の温度が所定の目標温度（例えば８００℃）となるように予め定められた通電量でヒータ５４を作動させる。

また、センサ再生中は、センサ再生の開始からの経過時間、すなわちセンサ再生の実施時間（以下、再生時間という）を計測する（Ｓ５）。この再生時間ｔ（ｉ）は、所定周期で実行される図４の処理の前回の処理時における再生時間ｔ（ｉ−１）に、前回の処理時からの経過時間Δｔを加算した値となる。ＥＣＵ６は、計測した最新の再生時間を、自身のメモリに保持しておく。

次に、再生時間ｔ（ｉ）が予め定められた閾値に達したか否かを判断することで、センサ再生が完了したか否かを判断する（Ｓ６）。この閾値は、センサ素子５２に付着した全てのＰＭが燃焼除去される時間（例えば１分）に設定される。センサ再生が未だ完了していない場合、つまり再生時間が閾値に達していない場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、図４の処理を終了する。この場合、エンジン２が停止の間、上述のＳ１〜Ｓ６の処理が繰り返されるが、センサ再生が完了する前にエンジン２が始動した場合（Ｓ１：Ｎｏ）、ＥＣＵ６および制御回路５５は、ヒータ５４の通電を停止させてセンサ再生を終了する（図５のパターン２参照）。

センサ再生が完了した場合、つまり再生時間が閾値に達した場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６および制御回路５５は、ヒータ５４の通電を停止させてセンサ再生を終了する（Ｓ７）（図５の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）のパターン１参照）。その後、図４の処理を終了する。なお、ＥＣＵ６は、Ｓ７においてセンサ再生を終了させた場合には、今回のエンジン２の停止中には再度のセンサ再生は行わない。なお、Ｓ４〜Ｓ７の処理を実行するＥＣＵ６が再生制御手段に相当する。

その後、エンジン２が始動した場合には（Ｓ１：Ｎｏ）、排気管３の乾燥判定が成立したか否かを判断する（Ｓ８）。この乾燥判定の方法は、Ｓ２で説明した乾燥判定の方法と同じである。なお、Ｓ８の処理を実行するＥＣＵ６が乾燥判定手段に相当する。乾燥判定が不成立の場合には（Ｓ８：Ｎｏ）、Ｓ４のセンサ再生の時よりも小さい通電量でヒータ５４を作動させることで、センサ再生の時よりも低温（ＰＭが燃焼しない温度）でセンサ素子５２を昇温させる（Ｓ９）。具体的には例えば、センサ再生の時よりも低温（例えば５００℃以下）、かつ、排気ガスより高い温度として予め定められた温度（例えば４００℃）を目標温度に設定して、センサ素子５２が目標温度となるようにヒータ５４を作動させる。なお、排気温センサ７３の検出値である排気温度を取得し、この排気温度に基づいて目標温度を算出しても良い。具体的には、センサ再生の時よりも低温、且つ、取得した排気温度より所定温度（例えば５０℃）だけ高い温度を目標温度として設定しても良い。

ここで、図６〜図８を参照して、センサ素子５２の目標温度を、排気ガスより高い温度に設定する理由を説明する。図６は、センサ素子５２付近を流れるＰＭに働く熱泳動力を説明する図であり、センサ素子５２及びその付近を流れるＰＭを示している。排気ガスの方がセンサ素子５２よりも高温とすると、センサ素子５２付近のＰＭが高温の排気ガス１０１から受ける運動量は、センサ素子５２側の低温の排気ガス１０２から受ける運動量よりも大きくなる。その結果、ＰＭは、高温側から低温側（センサ素子５２側）へ移動する力（熱泳動力）を受ける。つまり、排気温度Ｔｇのほうが素子温度Ｔｅよりも高ければ、図７に示すように、センサ素子５２に引きつけられる力（引力）がＰＭに働く。反対に、素子温度Ｔｅのほうが排気温度Ｔｇよりも高ければ、図７に示すように、センサ素子５２から遠ざける力（斥力）がＰＭに働く。

下記式１はセンサ素子５２付近のＰＭに働く熱泳動速度（熱泳動力）ＵＴの計算式を示している。式１において、ｖは排気ガスの動粘度を示し、Ｔｇは排気ガスの温度を示し、Ｔｅはセンサ素子５２の温度を示し、ＫＴｈは熱泳動係数を示している。また、図８は、排気温度Ｔｇと素子温度Ｔｅの温度差（Ｔｇ−Ｔｅ）（横軸）とＰＭセンサ５のＰＭの捕集効率（縦軸）の関係を示している。式１に示されるように、温度差（Ｔｇ−Ｔｅ）が大きくなるほど、センサ素子５２に引きつけられる方向に働く熱泳動速度が大きくなる。よって、図８に示すように、温度差（Ｔｇ−Ｔｅ）が大きくなるほど、ＰＭの捕集効率が高くなる。また、温度差（Ｔｇ−Ｔｅ）を固定としたとき、排気温度Ｔｇが高いほど、熱泳動速度は小さくなる（式１参照）。よって、図８に示すように、排気温度Ｔｇが高い場合における温度差（Ｔｇ−Ｔｅ）と捕集効率の関係を示す線（実線）は、排気温度Ｔｇが低い場合における温度差（Ｔｇ−Ｔｅ）と捕集効率の関係を示す線（破線）よりも捕集効率が低い領域に設定されている。

また、図６〜図８では、ＰＭを例に挙げて熱泳動力を説明したが、この熱泳動力は、ＰＭ以外の物質（水分等）にも当てはまる。よって、Ｓ９において、センサ素子５２を、排気温度より高温にすることで、排気ガス中の物質に働く熱泳動力により、センサ素子５２への被水を抑制できるとともに、静電捕集以外の期間でＰＭがセンサ素子５２に捕集されてしまうのを抑制できる。また、センサ素子５２を、センサ再生時より低温に昇温することで、センサ素子５２に働く熱応力を小さくでき、センサ素子５２の割れを抑制できる。

なお、センサ素子５２の温度が排気温度よりも低温であったとしても、センサ素子５２を昇温しない場合に比べて、排気ガス中の物質に働く、センサ素子５２側に引きつけられる熱泳動力を弱めることができる。よって、Ｓ９では、昇温するのであれば、センサ素子５２の温度が排気温度よりも低温であったとしても良い。

上記では熱泳動力を考慮して、センサ素子５２の目標温度を設定する例を説明したが、センサ再生の時よりも低温の温度範囲で、ライデンフロスト効果を考慮して目標温度を設定しても良い。ここで、ライデンフロスト効果とは、所定の温度以上に加熱された固体と、液体とが接触した部位において、液体が気化、蒸発して蒸気の膜を形成し、この蒸気の膜によって、固体と液体とが接触しなくなるライデンフロスト現象によって生じる効果である。被堆積部を３００℃〜８００℃に加熱することにより、凝集水との間において、ライデンフロスト現象が発生し、被堆積部と凝集水とが接触しなくなる。また、水蒸気の膜の上に浮いた状態の凝集水は、被堆積部との間における摩擦係数が小さくなるため、被堆積部の表面を容易に移動することができる。

以上より、Ｓ９では、例えばセンサ再生の時よりも低温、かつ、ライデンフロスト効果が得られる温度（例えば５００℃）を目標温度に設定し、センサ素子５２がその目標温度となるようにヒータ５４を作動させても良い。これによって、センサ素子５２の割れを抑制しつつ、センサ素子５２への被水を抑制できる。

上記では、熱泳動力やライデンフロスト効果を考慮してセンサ素子５２の目標温度を設定する例を説明したが、Ｓ９では、センサ素子５２に付着してしまった水分を乾燥（蒸発）させることを考慮して目標温度を設定しても良い。すなわち、Ｓ９では、例えばセンサ再生の時よりも低温、かつ、水分が乾燥する温度（例えば１００℃）を目標温度に設定し、センサ素子５２がその目標温度となるようにヒータ５４を作動させても良い。これによって、センサ素子５２の割れを抑制しつつ、センサ素子５２に仮に水分が付着したとしてもその水分を乾燥させることができる。

Ｓ９の後、図４の処理を終了する。Ｓ９のヒータ５４の微通電は、エンジン２の運転中、排気管３の乾燥判定が不成立の間は継続的に行われる。なお、Ｓ９の処理を実行するＥＣＵ６がヒータ制御手段に相当する。

Ｓ８において、排気管３の乾燥判定が成立した場合には（Ｓ８：Ｙｅｓ）、Ｓ５で得られた再生時間に基づいて、エンジン停止中にセンサ再生が完了したか否かを判断する（Ｓ１０）。具体的には、再生時間が閾値（Ｓ６の閾値と同じ）に達した場合にエンジン停止中にセンサ再生が完了したと判断し、再生時間が閾値に達しなかった場合にエンジン停止中にセンサ再生が完了しなかったと判断する。エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、図４の処理を終了する。この場合は、今回のエンジン運転時においてはＤＰＦ４の故障診断を行わない（図５（ｇ）、（ｈ）のパターン２参照）。

エンジン停止中にセンサ再生が完了した場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、ＰＭセンサ５の静電捕集を開始し、ＰＭセンサ５の出力値に基づいてＤＰＦ４の故障診断を行う（Ｓ１１）（図５（ｈ）のパターン１も参照）。この故障診断は、上記特許文献１に記載の方法など、どのような故障診断方法を採用しても良い。特許文献１と同様の故障診断方法を採用する場合、Ｓ１１では、エンジン２の回転数やトルク（燃料噴射量）等のエンジン２の運転状態に基づいてＤＰＦ４が故障判定の基準となる基準故障ＤＰＦであると仮定したときのＤＰＦ４下流のＰＭ量の積算値を推定する。なお、基準故障ＤＰＦとは、具体的には、故障によりＤＰＦ４の捕集率が著しく低下し、ＤＰＦ４を通過するＰＭ量が自己故障診断（ＯＢＤ：Ｏｎ−ｂｏａｒｄ−ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の規制値相当の量であるＤＰＦを言う。

ＤＰＦ４下流のＰＭ量の推定値（積算値）が、ＰＭセンサ５の出力が発生する（電極５３間の導通が開始する）ＰＭ量として設定された所定値以上になるまで、この推定値の推定を継続する。そして、推定値が所定値以上になった場合には、ＰＭセンサ５の出力が既に発生しているか否かを判断する。そして、ＤＰＦ４下流のＰＭ量推定値が所定値以上になる前に、ＰＭセンサ５の出力が発生した場合にはＤＰＦ４の故障と診断し、ＰＭ量推定値が所定値以上になった後にＰＭセンサ５の出力が発生した場合にはＤＰＦ４は正常と診断する。

このことは、ＤＰＦ４が基準故障ＤＰＦと仮定したときのＤＰＦ４下流に排出されるＰＭ量を推定し、そのＰＭ量に基づいてセンサ出力が立ち上がる時期（基準時期）を推定し、センサ出力が実際に立ち上がる時期（実際時期）と基準時期との比較に基づいて、ＤＰＦ４の故障の有無を診断することを意味する。Ｓ１１の後、図４の処理を終了する。なお、Ｓ１１の処理を実行するＥＣＵ６が故障診断手段に相当する。

以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス流が生じないエンジン停止中にセンサ再生を行うので、センサ再生中に、排気ガスに乗ってセンサ素子５２に水分が付着するのを抑制でき、センサ素子５２の割れを抑制できる。また、排気管３の乾燥判定が成立した状態からエンジン２が停止した場合にセンサ再生を行う一方で、排気管３の乾燥判定が不成立の状態からエンジン２が停止した場合には、センサ再生は行わないので、センサ素子５２への被水をより一層抑制できる。

また、エンジン始動後はセンサ再生を行わないので、ＰＭセンサ５の静電捕集の開始時期を早くできる。つまり、ＰＭセンサ５によるＰＭ捕集期間（静電捕集の期間）を含むＤＰＦ４の故障診断期間を増加できる。さらに、エンジン始動後はセンサ再生を行わないことで、センサ素子５２の温度が下がった状態から静電捕集を開始できる。これにより、ＰＭセンサ５の出力のばらつきを抑えることができ、ＤＰＦ４の故障診断を正確に行うことができる。これに対し、エンジン始動後にセンサ再生を行い、センサ再生後の冷却期間に静電捕集を開始すると、その冷却期間ではセンサ温度が大きく変化することで熱泳動力が変化し、その熱泳動力の変化によりセンサ出力がばらついて、ＤＰＦ故障の誤診断をする可能性がある。

また、エンジン停止中にセンサ再生を行うことで、エンジン運転中において、センサ素子５２にＰＭが付着していない状態から静電捕集を開始できる。これにより、前回の故障診断時に捕集したＰＭの影響で、今回のＤＰＦ故障を誤診断してしまうのを抑制できる。

また、エンジン停止中は排気ガスの流れが無いため、エンジン停止中にセンサ再生を行うことで、センサ再生中にガス流によるセンサ素子５２の冷却を抑制できる。つまり、図５（ｆ）に示すように、実温度と目標温度との差異を小さくできる。これによって、エンジン運転中にセンサ再生を行う場合に比べて、センサ再生の時間を短くできる。センサ再生の時間を短くできることで、バッテリー７６の消費を抑制できる。これに対して、エンジン運転中にセンサ再生を行うと、ガス流によってセンサ素子５２が冷却されて、センサ素子５２の実温度が、目標温度よりも低くなりやすくなる。実温度が低くなることで、センサ再生が完了するまでの時間が長くなる。

また、エンジン停止中はセンサ素子５２への被水のリスクを軽減できるので、エンジン運転中よりも高温、早い昇温速度でセンサ再生を実施できる。これにより、センサ再生の時間を短縮できる。

また、イグニッションスイッチ７８のオフ以外の原因でエンジン２が停止した場合（アイドルストップ機能によるエンジン停止、エンストの場合）には、エンジン２が即座に再始動される可能性が高いことから、この場合には、センサ再生を行わないので、センサ再生の途中でエンジンが再始動されてしまうのを抑制できる。つまり、イグニッションスイッチ７８のオフによるエンジン停止に限定してセンサ再生を行うことで、エンジン停止中にセンサ再生を完了しやすくできる。

また、バッテリー７６の充電レベルが高い場合に限定してセンサ再生を行うので、センサ再生によってバッテリー上がりが発生してしまうのを抑制できる。

また、エンジン始動後は、排気管３が乾燥するまでは、ヒータ５４を微通電して、センサ再生時よりも低温でセンサ素子５２を昇温するので、センサ素子５２の割れを抑制しつつ、ＰＭの静電捕集期間前のセンサ素子５２への被水やＰＭの付着を抑制できる。センサ素子５２への被水やＰＭの付着を抑制することで、Ｓ１１における故障診断を正確に行うことができる。また、エンジン始動後、排気管３の乾燥を待って、ＰＭセンサ５の静電捕集及びＤＰＦ４の故障診断を行うので、静電捕集時にセンサ素子５２への被水を抑制でき、被水することによるＰＭセンサ５の出力が変わってしまうのを抑制できる。よって、ＤＰＦ４の故障診断を正確に行うことができる。

また、エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合には、次回のエンジン運転時では、静電捕集及びＤＰＦ４の故障診断を行わないので、センサ素子５２に前回に捕集したＰＭが残った状態から、今回の静電捕集及び故障診断を実施してしまうのを抑制できる。これにより、ＤＰＦ故障の誤診断を抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態のエンジンシステムの構成は、第１実施形態の構成（図１の構成）と同じである。ＥＣＵ６が実行する処理が、図４の処理と異なる。図９は、本実施形態のＥＣＵ６が実行する故障診断処理のフローチャートである。図９において、図４の処理と同一の処理には同一の符号を付している。図９において、Ｓ１０の否定判断後の処理が図４の処理と異なり、それ以外は図４の処理と同じである。

すなわち、エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、センサ再生が完了するのに不足した時間を算出し、その不足時間のみセンサ再生を行う（Ｓ１０１）。不足時間は、センサ再生が完了するのに必要な時間として予め定められた必要時間（Ｓ６の閾値と同じ時間であって、例えば１分）から、エンジン停止中に行ったセンサ再生における再生時間（Ｓ５で得られた時間）を減算することで得られる。エンジン始動後に不足時間分のセンサ再生を実施した後、静電捕集を開始して、ＤＰＦ４の故障診断を行う（Ｓ１１）。なお、Ｓ１０１の処理を実行するＥＣＵ６が再生制御手段に相当する。

このように本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られることに加えて、エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合であっても、エンジン始動後に不足時間のみセンサ再生を行うので、そのセンサ再生後に、ＤＰＦ４の故障診断を実施できる。また、不足時間のみセンサ再生を行うことで、ＰＭセンサ５の静電捕集の開始時期を早くでき、ＤＰＦ４の故障診断期間を増加できる。さらに、不足時間のみセンサ再生（センサ素子５２の昇温）を行うことで、センサ再生中のセンサ素子５２への被水及び被水によるセンサ素子５２の割れのリスクを軽減できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態のエンジンシステムの構成は、第１実施形態の構成（図１の構成）と同じである。ＥＣＵ６が実行する処理が、図４の処理と異なる。図１０は、本実施形態のＥＣＵ６が実行する故障診断処理のフローチャートである。図１０において、図４の処理と同一の処理には同一の符号を付している。図１０において、Ｓ１０の否定判断後の処理が図４の処理と異なり、それ以外は図４の処理と同じである。

すなわち、エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、Ｓ２及びＳ８の乾燥判定（通常時の乾燥判定）よりも、乾燥判定の成立条件を厳しめに設定して（乾燥判定のマージンをアップして）、排気管３の乾燥判定を行う（Ｓ１０２）。例えば、通常時の乾燥判定では、排気温度又は排気管３の壁面温度の閾値を１００℃としていた場合に、Ｓ１０２では、１００℃より大きい閾値（例えば１５０℃）に設定する。そして、排気温度又は排気管３の壁面温度が、厳しめに設定した閾値以上の場合に排気管３が乾燥していると判定し、閾値未満の場合には排気管３は乾燥していないと判定する。

乾燥判定が不成立の場合には（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ヒータ５４を微通電して、センサ再生時よりも低温でセンサ素子５２を昇温させる（Ｓ９）。これにより、センサ素子５２への被水及びＰＭの付着を抑制できる。そのＳ９の処理は、Ｓ１０２の乾燥判定が成立するまで継続させる。

乾燥判定が成立した場合には（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、図９のＳ１０１と同様に、センサ再生が完了するのに不足した時間を算出し、その不足時間のみセンサ再生を行う（Ｓ１０３）。その後、静電捕集を開始して、ＤＰＦ４の故障診断を行う（Ｓ１１）。なお、Ｓ１０２の処理を実行するＥＣＵ６が乾燥判定手段に相当し、Ｓ１０３の処理を実行するＥＣＵ６が再生制御手段に相当する。

このように本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られることに加えて、エンジン停止中にセンサ再生が完了しなかった場合には、排気管３の乾燥判定の成立条件を成立し難くする方向に変更し、その乾燥判定の成立を待って、不足時間分のセンサ再生を行うので、そのセンサ再生中におけるセンサ素子５２への被水及び被水によるセンサ素子５２の割れをより一層抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。

２ ディーゼルエンジン
３ 排気管
４ ＤＰＦ
５ ＰＭセンサ
５２ センサ素子
５３ 電極
５４ ヒータ
６ ＥＣＵ

Claims (8)

1. 内燃機関（２）の排気管（３）に設けられた排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ（４）より下流に設けられ、一対の電極（５３）及びヒータ（５４）を有した付着部（５２）を備え、前記付着部に付着した粒子状物質の量に応じて変化する、前記一対の電極間に流れる電流又はそれに相関する値を出力するセンサ（５）と、
   前記ヒータにより前記付着部を昇温させて、前記付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去するセンサ再生を行う再生制御手段（６）と、
   前記内燃機関の運転中、且つ前記センサ再生の実施後の前記センサの出力に基づいて前記フィルタの故障診断を行う故障診断手段（６、Ｓ１１）とを備え、
   前記再生制御手段（Ｓ４〜Ｓ７）は、前記内燃機関の停止中に前記センサ再生を行うことを特徴とするフィルタの故障診断装置。
2. 前記排気管の乾燥判定を行う乾燥判定手段（６、Ｓ２）を備え、
   前記再生制御手段は、前記乾燥判定が成立した状態から前記内燃機関が停止した場合に前記センサ再生を行い、前記乾燥判定が不成立の状態から前記内燃機関が停止した場合には前記センサ再生を中止することを特徴とする請求項１に記載のフィルタの故障診断装置。
3. 前記内燃機関を動力源として走行する車両に設けられてオフ時に前記内燃機関が停止するスイッチ（７８）のオフにより前記内燃機関が停止したのか、前記スイッチのオフ以外の原因で前記内燃機関が停止したのかを判定する停止判定手段（６、Ｓ２）を備え、
   前記再生制御手段は、前記スイッチのオフにより前記内燃機関が停止した場合に前記センサ再生を行い、前記スイッチのオフ以外の原因で前記内燃機関が停止した場合には前記センサ再生を中止することを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタの故障診断装置。
4. 前記故障診断手段は、前記内燃機関の停止中に前記センサ再生が完了しなかった場合には、次回の前記内燃機関の運転時における前記フィルタの故障診断を中止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタの故障診断装置。
5. 前記再生制御手段（６、Ｓ１０１、Ｓ１０３）は、前記センサ再生が完了する前に前記内燃機関の運転を開始した場合には、その開始後に、前記センサ再生が完了するのに不足した時間のみ前記センサ再生を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタの故障診断装置。
6. 前記乾燥判定手段（６、Ｓ１０２）は、前記センサ再生が完了する前に前記内燃機関の運転を開始した場合には、前記乾燥判定の成立条件を成立し難くする方向に変更して、前記乾燥判定を行い、
   前記再生制御手段（６、Ｓ１０３）は、前記センサ再生が完了する前に前記内燃機関の運転を開始した場合には、その開始後、前記乾燥判定が成立した状態で前記センサ再生を行うことを特徴とする請求項２に記載のフィルタの故障診断装置。
7. 前記再生制御手段は、前記内燃機関の停止中であっても、前記内燃機関を動力源として走行する車両の電源となるバッテリー（７６）の充電レベルが閾値未満の場合には、前記センサ再生を中止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタの故障診断装置。
8. 前記排気管の乾燥判定を行う乾燥判定手段（６、Ｓ８）と、
   前記内燃機関の運転中の前記乾燥判定が不成立の間、前記センサ再生の時よりも低温で前記付着部が昇温するよう前記ヒータを作動させるヒータ制御手段（６、Ｓ９）とを備え、
   前記故障診断手段は、前記乾燥判定が成立するのを待ってから、前記フィルタの故障診断を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタの故障診断装置。

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