JP5924546B2 - フィルタの故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの故障検出装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質（パティキュレートマター、ＰＭ）を捕集するフィルタの故障検出装置の提案がある（例えば特許文献１参照）。特許文献１の故障検出装置では、排気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ＰＭセンサを利用して、フィルタの故障検出を行っている。電気抵抗式のＰＭセンサは、一対の電極を有した絶縁体の付着部を備え、その一対の電極間に電圧を印加する形で使用される。粒子状物質はカーボン粒子から構成されており導電性を有するので、付着部に一定以上の量の粒子状物質が付着すると一対の電極間が導通する。この導通開始時にＰＭセンサの出力が立ち上がり、以降、電極間の抵抗、つまり電極間に付着した粒子状物質の量に応じた検出値を出力するというものである。

特許文献１の故障検出装置では、このＰＭセンサをフィルタより下流に設け、故障したフィルタを使用した場合におけるＰＭセンサの出力の立ち上がり時期を推定する。そして、推定した立ち上がり時期（推定時期）と、実際の立ち上がり時期（実際時期）との比較に基づき、フィルタの故障を判定している。

特開２０１２−１２２３９９号公報

ところで、近年環境意識の高まりから、内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立すると内燃機関を自動停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立すると内燃機関を再始動させるアイドルストップ機能（ＩＳＳ：アイドルストップシステム）を備えた車両が増加している。このアイドルストップ機能により内燃機関が停止すると、排気温度は急激に下がるのに対し、ＰＭセンサの素子温度は、ＰＭセンサが熱容量を持っているために排気温度に比べてゆっくり下がる。そのため、アイドルストップ機能により内燃機関が短時間で再始動すると、排気温度とＰＭセンサの素子温度の間で温度差（内燃機関の停止前と異なる温度差）が生じてしまう。この温度差が生じると、排気中の粒子状物質の量が同じであっても、ＰＭセンサ（付着部）に付着する粒子状物質の量が変化してしまい、その結果、ＰＭセンサの出力の立ち上がり時期が変化してしまう。特許文献１では、フィルタの故障判定の際に、アイドルストップ機能によりＰＭセンサの出力の立ち上がり時期が変化してしまうということを考慮していなかった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アイドルストップ機能によってＰＭセンサの出力の立ち上がり時期が変化した場合でも、フィルタの故障を正確に判定できるフィルタの故障検出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検出装置は、内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立すると前記内燃機関を停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立すると前記内燃機関を再始動させるアイドルストップ機能を実行する実行手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記排気通路の前記フィルタより下流に設けられ、排気中の粒子状物質が付着する付着部を備えてその付着部に付着した粒子状物質の量に応じた出力を発生するＰＭセンサであって、前記付着部に一定以上の量の粒子状物質が付着した時に前記出力が立ち上がるＰＭセンサと、
故障した前記フィルタを使用した場合における前記出力の立ち上がり時期を推定する推定手段と、
前記推定手段が推定した時期である推定時期と実際の前記出力の立ち上がり時期である実際時期との比較に基づき前記フィルタの故障を判定する判定手段と、
前記アイドルストップ機能により前記内燃機関が停止してから再始動するまでの停止期間を計測する計測手段と、
前記停止期間に応じて前記推定時期を補正する補正手段とを備え、
前記判定手段は、前記補正手段による補正後の前記推定時期と前記実際時期との比較に基づき前記フィルタの故障を判定することを特徴とする。

本発明によれば、アイドルストップ機能が実行された場合には、アイドルストップ機能による内燃機関の停止期間を計測する。その停止期間と、内燃機関の再始動後の排気温度とＰＭセンサの素子温度の温度差との間には相関がある。本発明では、故障フィルタを使用した場合におけるＰＭセンサの出力の立ち上がり時期を推定時期として推定し、その推定時期を内燃機関の停止期間に応じて補正するので、上記温度差を用いなくてもその温度差により変化する立ち上がり時期を得ることができる。そして、アイドルストップ機能によって実際の立ち上がり時期（実際時期）が変化した場合であっても、その実際時期と比較する補正後の推定時期もアイドルストップ機能を考慮した時期となっているので、フィルタの故障を正確に判定できる。また、排気温度とＰＭセンサの素子温度の温度差を正確に把握するのは困難であるが、本発明では、その温度差と相関する停止期間を用いて推定時期を補正するので、温度差から直接補正する場合に比べて、正確な推定時期を簡単に得ることができる。

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。 ＰＭセンサの出力特性の図である。 ＰＭセンサを使用してＤＰＦの故障判定をする方法を説明する図であり、故障ＤＰＦ、正常ＤＰＦを使用したときの時間に対するセンサ出力の変化の図である。 時間に対する排気温度、素子温度の変化、推定の立ち上がり時期がどこになるか、実際の立ち上がり時期がどこになるか及びＤＰＦの故障、正常の判定結果を示した図である。 センサ素子６０にＰＭが付着する様子を示した図である。 故障ＤＰＦを使用した場合のＰＭセンサの立ち上がり時期を推定する処理のフローチャートである。 第１実施形態におけるＤＰＦの故障判定をする処理のフローチャートである。 ＩＳＳによるエンジン停止期間に対する補正量のマップである。 第２実施形態におけるＤＰＦの故障判定をする処理のフローチャートである。 排気温度に対する調整量のマップである。 各排気温度ごとのエンジン停止期間に対する補正量のマップである。 第３実施形態におけるＤＰＦの故障判定をする処理のフローチャートである。 素子温度に対する調整量のマップの第１例である。 素子温度に対する調整量のマップの第２例である。 各素子温度ごとのエンジン停止期間に対する補正量のマップである。

（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、動力を生み出すものである。

エンジン２の排気通路３には、本発明の「フィルタ」としての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、その間に排気に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ、粒子状物質）が捕集されて次第に堆積する。そのＰＭは、煤を構成するものであり、カーボン粒子から構成されている。

排気通路３のＤＰＦ４よりも下流には排気温度を検出する排気温センサ５が設けられている。また、排気通路３の排気温センサ５よりも下流には、ＰＭ量を検出する電気抵抗式のＰＭセンサ６が設けられている。ここで、図２は、ＰＭセンサ６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６は、排気通路３の通路壁３１から排気通路３内に突出するように設けられる。そのＰＭセンサ６は、内部が中空にされた例えば金属製のカバー６１と、そのカバー６１内に配置されたセンサ素子６０と、そのセンサ素子６０に電気的に接続した制御回路６５とを備えている。カバー６１には多数の孔６１１が形成されており、排気通路３を流れる排気の一部がそれら孔６１１からカバー６１内に侵入できるようになっている。また、カバー６１には、カバー６１内に侵入した排気を排出するための排出孔６１２が形成されている。なお、図２では、排出孔６１２は、カバー６１の先端に形成されている例を示している。

センサ素子６０は、絶縁体で構成された基板６２と、その基板６２の一方の面にて互いに離間し、かつ対向する形で設けられた一対の電極６３と、基板６２の電極６３が設けられていない方の面に設けられたヒータ６４とを備えている。また、一対の電極６３間には一定電圧Ｖが印加されている。カバー６１内に侵入した排気中のＰＭの一部は自身が持つ粘着性によって基板６２に付着する。基板６２に付着しなかったＰＭは排出孔６１２から排出される。

ヒータ６４は、例えば白金Ｐｔ等の電熱線から構成され、基板６２を加熱して、基板６２に付着したＰＭを燃焼除去するためのものである。これによって、ＰＭセンサ６で繰り返しＰＭ量を検出できるようにしている。制御回路６５は、一対の電極６３間に流れる電流を測定して、測定した電流値をＰＭ量として出力したり、ヒータ６４のオンオフの切り替えやオン時のヒータ温度を制御したりする回路である。

図３はＰＭセンサ６の出力特性を示しており、詳細には、基板６２に付着したＰＭ量（ＰＭ付着量）に対するＰＭセンサの出力（センサ出力）を示している。図３に示すように、ＰＭ付着量が少ないうちはセンサ出力は発生しないが、ＰＭはカーボン粒子から構成されており導電性を有するので、ＰＭ付着量が一定以上の量ｘ０になった時に一対の電極６３間が導通して、センサ出力が立ち上がる。

センサ出力の立ち上がり後は、ＰＭ付着量が多くなるほど一対の電極６３間の抵抗が小さくなるので、電極６３間に流れる電流ｉ、つまりセンサ出力が大きくなっていく。ただし、電極６３間に付着したＰＭの電気抵抗は温度による影響を受けやすいので、センサ出力は同じＰＭ付着量であっても温度によって変化してしまう。そこで、本発明では、上記特許文献１と同様に、ＰＭセンサ６の出力が立ち上がる時期に基づいて、ＤＰＦ４の故障を判定している。その判定方法は後に詳細に説明する。

図１の説明に戻り、エンジンシステム１には、排気温センサ５、ＰＭセンサ６の他に、例えばＤＰＦ４の前後差圧を検出する差圧センサ、エンジン２に吸入する新気量を検出するエアフロメータ、エンジン２の回転数を検出する回転数センサ、アクセルペダルの状態（変位量）を検出するアクセルセンサ等の各種センサが設けられている。

また、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ＥＣＵ７を備えている。そのＥＣＵ７は、通常のコンピュータの構造を有するものとし、各種演算を行うＣＰＵ（図示外）や各種情報の記憶を行うメモリ７１や時間を計測するタイマー７２を備えている。ＥＣＵ７は、例えば、上記各種センサからの検出信号を基にエンジン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、ＥＣＵ７は、所定条件が成立すると車両の運転手によるエンジン２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（以下、ＩＳＳという）を実行する。具体的には、ＥＣＵ７は、ＩＳＳ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。

さらに、ＥＣＵ７は、ＤＰＦ４の故障を判定する故障判定処理を実行する。ＥＣＵ７は、この故障判定処理として、上述したようにＰＭセンサ６の出力が立ち上がる時期に基づいて、ＤＰＦ４の故障を判定している。ここで、図４は、センサ出力の立ち上がり時期に基づいてＤＰＦ４の故障判定をする方法を説明する図である。詳細には、図４は、ＤＰＦ４として故障ＤＰＦ、正常ＤＰＦを使用したときの時間に対するセンサ出力の変化を示しており、ライン１０１は、検出したい故障ＤＰＦを使用した場合を示し、ライン１０２は、正常ＤＰＦを使用した場合を示し、ライン１０３は、ライン１０１の故障ＤＰＦよりも故障レベルが悪化した故障ＤＰＦを使用した場合を示している。ＤＰＦの故障レベルが悪化するほど、ＤＰＦを通過するＰＭ量が多くなり、センサ素子６０（図２参照）に付着する単位時間当たりのＰＭ付着量が多くなる。そのため、図４に示すように、故障ＤＰＦは正常ＤＰＦに比べて、センサ出力の立ち上がり時期が早くなる。

なお、ここで言う「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通過量が例えば自己故障診断（ＯＢＤ：Ｏｎ−ｂｏａｒｄ−ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の規制値を満足することができないＤＰＦを言う。ＯＢＤの規制値は、ＥＵＲＯ６等の法による規制値より厳しめに設定される。例えば、特定の走行モードにおいて、法による規制値がＰＭ通過量＝４．５ｍｇ／ｋｍとしたときに、ＯＢＤの規制値は例えばその約２．６７倍のＰＭ通過量＝１２．０ｍｇ／ｋｍに設定される。ライン１０１の故障ＤＰＦは、例えばＰＭ通過量がＯＢＤの規制値に一致したＤＰＦを想定している。

ＥＣＵ７は、図４のライン１０１で示されるセンサ出力の立ち上がり時期Ｔｔｈを推定し、実際のセンサ出力の立ち上がり時期が、推定した立ち上がり時期Ｔｔｈよりも先か後かによって、ＤＰＦ４の故障判定を行う。つまり、実際の立ち上がり時期が推定の立ち上がり時期Ｔｔｈよりも後の場合（図４のライン１０２の立ち上がり時期Ｔ１の場合）には、ＤＰＦ４は正常であると判定する。これに対し、実際の立ち上がり時期が推定の立ち上がり時期Ｔｔｈよりも先の場合（図４のライン１０３の立ち上がり時期Ｔ２の場合）には、ＤＰＦ４は故障（異常）であると判定する。

ところが、ＩＳＳによりエンジン２を停止及び再始動させた場合にはセンサ出力の立ち上がり時期が変化する。その理由を、図５、図６を参照して説明する。図５の上のグラフは、時間に対する排気温度の変化をライン２０１で、ＰＭセンサ６の素子温度（センサ素子６０（図２参照）の温度）をライン２０２で示している。なお、図５の上のグラフにおいて、ＩＳＳにより時刻Ｔ３でエンジン２が停止し、その後時刻Ｔ４でエンジン２が再始動している。図６は、センサ素子６０にＰＭが付着する様子を示している。

ライン２０１、２０２が示すように、ＩＳＳによるエンジン停止前、つまり時刻Ｔ３より前では、排気温度のほうがＰＭセンサ６の素子温度（ただし、ヒータ６４（図２参照）がオフにおける素子温度）よりも高くなっている。一方、ライン２０１が示すように、ＩＳＳにより時刻Ｔ３でエンジン２が停止すると、エンジン２での燃焼（燃料噴射）が停止することになるので、排気温度はエンジン停止直後から急激に下がる。これに対し、ライン２０２が示すように、ＰＭセンサ６の素子温度は、ＰＭセンサ６が熱容量を持っているために、時刻Ｔ３でエンジン２が停止しても急激には下がらず、排気温度に比べてゆっくり下がる。そのため、エンジン２の停止期間に、排気温度と素子温度の関係が逆転、つまり、素子温度のほうが排気温度よりも高くなる。

その後、時刻Ｔ４でエンジン２が再始動すると、再始動後しばらくの間は、素子温度のほうが排気温度よりも高い状態が継続し、つまり、排気温度と素子温度の間に温度差が生じ、または、その温度差がエンジン停止前（時刻Ｔ３より前）から変化する。この温度差により、ＰＭがセンサ素子６０（基板６２）に付着する際の付着のしやすさが変化してしまう。すなわち、センサ素子６０周囲の排気温度とセンサ素子６０との間に温度差が生じると、ＰＭにはこの温度差により熱泳動力が作用する。例えば、排気温度のほうが素子温度よりも高ければ、図６に示すように、ＰＭにはセンサ素子６０に向かう熱泳動力Ｆ１が作用し、その結果、ＰＭはセンサ素子６０に付着しやすくなる。これに対し、素子温度のほうが排気温度よりも高ければ、ＰＭにはセンサ素子６０から離れる方向の熱永動力Ｆ２が作用し、その結果、ＰＭはセンサ素子６０に付着しにくくなる。このように、ＰＭに作用する熱永動力の方向や大きさによって、ＰＭのセンサ素子６０への付着のしやすさが変わってくる。

ＰＭのセンサ素子６０への付着のしやすさが変わってくると、排気中のＰＭ量、つまりＤＰＦ４を通過するＰＭ量が同じであっても、センサ素子６０への単位時間当たりのＰＭ付着量が変わってくるので、センサ出力の立ち上がり時期が変化してしまう。この立ち上がり時期の変化を考慮しないでＤＰＦ４の故障判定をすると誤判定するおそれがあるので、ＥＣＵ７は、ＩＳＳ実行による立ち上がり時期の変化を考慮して、ＤＰＦ４の故障判定をしている。以下、その詳細を説明する。

先ず、ＤＰＦ４として検出したい故障ＤＰＦを使用した場合のセンサ出力の立ち上がり時期Ｔｔｈ（図４のライン１０１における立ち上がり時期）の推定方法を説明する。図７は、その立ち上がり時期Ｔｔｈを推定する処理のフローチャートを示している。図７の処理は例えば車両始動と同時に開始し、以降繰り返し実行される。なお、図７の処理の開始時点では、ヒータ６４によってセンサ素子６０にはＰＭが付着されていないものとする。

図７の処理は特許文献１に記載の処理と同様である。すなわち、図７の処理を開始すると、先ず、検出したい故障ＤＰＦを使用した場合におけるその故障ＤＰＦに流入するＰＭ量（流入ＰＭ量）を推定する（Ｓ１１）。この流入ＰＭ量はエンジン２から排出されるＰＭ量であるので、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて流入ＰＭ量を推定する。具体的には、エンジン回転数及び燃料噴射量に対するエンジン２から排出されるＰＭ量のマップをメモリ７１に記憶しておく。そして、このマップから、今回のエンジン回転数及び燃料噴射量に対応するＰＭ量を流入ＰＭ量として読み出す。

次に、故障ＤＰＦを使用した場合におけるその故障ＤＰＦのＰＭ捕集率を推定する（Ｓ１２）。具体的には例えば、故障ＤＰＦのＰＭ捕集率として予め定められた値αを、Ｓ１２で推定するＰＭ捕集率とする。また、ＰＭ捕集率は、ＤＰＦ内に堆積されているＰＭ量（ＰＭ堆積量）や排気流量によっても変わってくるので、それらＰＭ堆積量、排気流量に応じて上記ＰＭ捕集率αを補正しても良い。これによって、より正確なＰＭ捕集率を得ることができる。なお、ＰＭ堆積量は、例えば、ＤＰＦ４（図１参照）の前後差圧に基づいて推定すれば良い。また、排気流量は、例えば、エアフロメータで検出される新気量に基づいて排気の体積流量として推定すれば良い。この際、排気温センサ５（図１参照）で検出される排気温度に応じた排気の膨張分や、圧力センサ（図示外）で検出される圧力に応じた排気の圧縮分を考慮して、排気流量を推定する。

次に、Ｓ１１で推定した流入ＰＭ量とＳ１２で推定したＰＭ捕集率とに基づいて、故障ＤＰＦを使用した場合におけるその故障ＤＰＦから流出するＰＭ量（流出ＰＭ量）を推定する（Ｓ１３）。具体的には、流入ＰＭ量とＰＭ捕集率とを乗算することで故障ＤＰＦに捕集されるＰＭ量（捕集ＰＭ量）が得られ、流入ＰＭ量からその捕集ＰＭ量を減ずることで、流出ＰＭ量を得ることができる。

次に、Ｓ１３で推定した流出ＰＭ量のうちのセンサ素子６０に付着するＰＭ量（ＰＭ付着量）を推定する（Ｓ１４）。具体的には、ＰＭセンサ６の外側を流れるＰＭのうちどの程度のＰＭが孔６１１（図２参照）からカバー６１内に侵入するかを示す侵入率βと、カバー６１内に侵入したＰＭのうちどの程度のＰＭがセンサ素子６０に付着するかを示す付着率γとを推定する。侵入率βや付着率γは排気流量、素子温度等の状況にかかわらず一定の予め定められた値を用いても良いし、状況に応じた値を用いても良い。例えば、排気流量が大きいほどＰＭはカバー６１内に侵入しにくくなり、カバー６１に侵入したＰＭはセンサ素子６０に付着しにくくなり、付着したとしてもセンサ素子６０から離脱しやすくなる。そのため、例えば、排気流量が大きいほど、小さい値となるように侵入率βや付着率γを推定する。また、例えば素子温度が高いほど、センサ素子６０に向かう熱泳動力が小さくなるのでＰＭがセンサ素子６０に付着しにくくなる。そのため、例えば、素子温度が高いほど、小さい値となるように付着率γを推定する。

なお、排気流量は、Ｓ１２で説明したように、例えばエアフロメータで検出される新気量に基づいて推定すれば良い。また、素子温度は、例えばセンサ素子６０に温度センサを設け、その温度センサが検出した温度とすれば良い。または、センサ素子６０の周囲の排気温度（排気温センサ５が検出する排気温度に基づいて推定）、排気流量、カバー６１内における熱の伝達率、センサ素子６０の熱容量、排気通路３の熱容量等を用いて、センサ素子６０とその周囲の部材、排気との間の熱交換量を推定し、その熱交換量に基づいて素子温度を推定しても良い。なお、二つの物質間の熱交換のモデルは公知であるので、さらに詳細な説明はここでは省略する。

そして、Ｓ１４では、例えば、Ｓ１３で推定した流出ＰＭ量に侵入率β及び付着率γを乗算することで、ＰＭ付着量を得るようにする。

次に、Ｓ１４で推定した今回の時点における単位時間当たりのＰＭ付着量を、前回の時点までに推定し積算した積算ＰＭ付着量に加算する（Ｓ１５）。そして、加算後の積算ＰＭ付着量が、一対の電極６３（図２参照）間の導通が開始するＰＭ付着量として予め定められた導通付着量に達したか否かを判断する（Ｓ１５）。未だ達していない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、センサ出力は未だ立ち上がらないとして、Ｓ１１に戻り、次の時点における単位時間当たりのＰＭ付着量を推定する（Ｓ１１〜Ｓ１４）。

積算ＰＭ付着量が導通付着量に達した場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、その達した時点を、故障ＤＰＦを使用した場合におけるセンサ出力の立ち上がり時期Ｔｔｈに設定する（Ｓ１６）。その後、図７のフローチャートの処理を終了する。

次に、図７の処理で得られた推定の立ち上がり時期Ｔｔｈを用いて、ＤＰＦ４の故障判定をする処理を説明する。図８のその処理のフローチャートを示している。なお、図８の処理は、図７の処理と並列に実行される。

図８の処理を開始すると、ＥＣＵ７は、所定の自動停止条件が成立したことを条件として、ＩＳＳによりエンジン２を停止、つまり燃料噴射を停止させる（Ｓ２１）。次に、タイマー７２（図１参照）を用いて、エンジン２を停止してからの時間の計測を開始する（Ｓ２２）。その後、所定の自動始動条件が成立したことを条件として、ＩＳＳによりエンジン２を再始動、つまり燃料噴射を再開する（Ｓ２３）。その再始動と同時に、タイマー７２による時間計測を終了する（Ｓ２４）。そして、Ｓ２２の時間計測を開始してから、Ｓ２４で時間計測を終了するまで期間を、ＩＳＳによるエンジン２の停止期間とする。

次に、今回のＩＳＳ実行により、センサ出力の立ち上がり時期がどの程度変化するかを示した補正量を算出する（Ｓ２５）。その補正量の算出方法を説明すると、図５の上のグラフを参照して上述したように、ＩＳＳによりエンジン２が再始動すると、再始動後しばらくの間は、センサ素子６０周囲の排気温度とセンサ素子６０の温度（素子温度）との間に温度差が生じる。この温度差は、素子温度のほうが排気温度よりも高くなる温度差である。そして、エンジン２の停止期間が長くなるほど、上記温度差が大きくなり、その結果、図６で説明したように、センサ素子６０に向かう熱泳動力は小さくなる。言い換えると、センサ素子６０から離れる方向の熱泳動力が大きくなる。つまり、エンジン２の停止期間が長くなるほど、再始動後しばらくの間はＰＭは付着しにくくなるので、センサ出力の立ち上がり時期は遅れる方向に変化する。

そこで、Ｓ２５では、エンジン２の停止期間が長いほど大きい値となる補正量を算出する。具体的には、図９に示すように、エンジン２の停止期間に対する補正量のマップを予めメモリ７１に記憶しておく。図９のマップは、停止期間が長くなるほど補正量が大きくなるマップ（下に凸のマップ）である。なお、各停止期間に対して具体的にどの程度センサ出力の立ち上がり時期が遅れるかは、実験（実車試験やシミュレーション）により求めることができるので、その実験結果に基づいて図９のマップを作成すれば良い。そして、Ｓ２５では、図９のマップから、今回の停止期間に対応する補正量を読み出せばよい。

次に、Ｓ２５で算出した補正量を用いて、図７の処理で得られた推定の立ち上がり時期Ｔｔｈを補正する（Ｓ２６）。具体的には、この立ち上がり時期ＴｔｈにＳ２５で算出した補正量を加算、つまり、その補正量の分だけ立ち上がり時期Ｔｔｈを遅らせる。

図５の上から２番目のグラフは、時間軸に対して推定の立ち上がり時期Ｔｔｈがどこになるかを示した図であり、ライン２０３（点線）は補正前の推定立ち上がり時期を示し、ライン２０４（実線）は補正後の推定立ち上がり時期を示している。ライン２０３では、時刻Ｔ５でセンサ出力が立ち上がることを示している。ライン２０４では、時刻Ｔ５よりも遅い時刻Ｔ６でセンサ出力が立ち上がることを示している。ライン２０４、２０５で示すように、Ｓ２６で補正することにより、推定の立ち上がり時期Ｔｔｈは、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６に変わる。

次に、実際のセンサ出力の立ち上がり時期が、補正後の推定の立ち上がり時期Ｔｔｈよりも先か後かを判断する（Ｓ２７）。なお、ＩＳＳ実行により、実際の立ち上がり時期も、Ｓ２５で算出した補正量と同等の分だけ、遅れる。

実際の立ち上がり時期が推定の立ち上がり時期Ｔｔｈよりも先又は同じ時期の場合には（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、ＤＰＦ４は故障していると判定する（Ｓ２８）。これに対し、実際の立ち上がり時期が推定の立ち上がり時期Ｔｔｈよりも後の場合には（Ｓ２７：Ｎｏ）、ＤＰＦ４は正常であると判定する（Ｓ２９）。Ｓ２８、Ｓ２９でＤＰＦ４の故障、正常を判定した後、図８のフローチャートの処理を終了する。

ここで、図５の上から３番目のグラフは、ＤＰＦ４が検出したい故障ＤＰＦを使用した場合における、時間軸に対して実際の立ち上がり時期がどこになるかを示した図である。そのグラフ中のライン２０５は、ＤＰＦ４が検出したい故障ＤＰＦである場合における、実際の立ち上がり時期を示している。ＤＰＦ４が検出したい故障ＤＰＦと同じＤＰＦとしているので、ライン２０５で示すように、実際の立ち上がり時期は、補正後の推定の立ち上がり時刻Ｔ６と一致している。

また、図５の一番下のグラフは、ＤＰＦ４が検出したい故障ＤＰＦである場合における、時間軸に対するそのＤＰＦ４の故障又は正常の判定結果のラインを示している。そのグラフ中でラインが立ち上がった状態は、ＤＰＦ４は故障していると判定したことを示し、立ち上がっていない状態は、ＤＰＦ４は正常であると判定したことを示している。また、そのグラフ中のライン２０６（点線）は、図７の処理で得られた推定の立ち上がり時期をそのまま用いてＤＰＦ４の故障判定をした場合、つまり従来方法による判定結果を示している。また、ライン２０７（実線）は、Ｓ２６で補正した立ち上がり時期を用いてＤＰＦ４の故障判定をした場合、つまり本発明の方法による判定結果を示している。

図５のライン２０４、２０５、２０７で示すように、本発明では、実際の立ち上がり時刻Ｔ６と推定の立ち上がり時刻Ｔ６とが一致しているので、その時期でＤＰＦ４は故障していると判定することができる。これに対して、従来の方法では、ライン２０３で示される推定の立ち上がり時刻Ｔ５よりも、ライン２０５で示される実際の立ち上がり時刻Ｔ６のほうが遅くなるので、ＤＰＦ４が検出したい故障ＤＰＦであるにもかかわらず、そのＤＰＦ４は正常であると誤判定してしまう（ライン２０６参照）。

以上説明したように、本実施形態では、ＩＳＳによるエンジン停止期間に応じて、ＤＰＦの故障、正常のしきい値となる推定の立ち上がり時期を遅らせているので、ＩＳＳによって実際の立ち上がり時期が遅れたとしても、正確にＤＰＦの故障、正常を判定できる。

また、排気温センサ５の設置位置とＰＭセンサ６の設置位置との間には距離差があり、その距離差により、排気温センサ５で検出される排気温度は、ＰＭセンサ６周囲の排気温度とは一致しない。そのため、ＰＭセンサ６周囲の排気温度とＰＭセンサ６の素子温度との間の温度差（ＩＳＳによるエンジン再始動後の温度差）を正確に把握するのは困難である。そのため、その温度差を用いて推定の立ち上がり時期を補正するのは困難である。本発明では、その温度差と相関するエンジン停止期間を用いて立ち上がり時期を補正するので、結果的に温度差を考慮した立ち上がり時期を簡単かつ正確に得ることができる。

（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実施形態と同じ図１の構成である。また、ＥＣＵ７は、図７の処理を実行して、検出したい故障ＤＰＦを使用した場合におけるＰＭセンサ６の立ち上がり時期を推定する。本実施形態では、図８の処理に代えて、図１０の処理を実行して、ＤＰＦ４の故障判定をする。以下、この図１０の処理を説明する。なお、図１０において、図８の処理と同じ処理には同一の符号を付している。図１０の処理では、Ｓ２４１、Ｓ２５１の処理が図８の処理と異なっており、それ以外は図８の処理と同じである。

図１０の処理を開始すると、先ず、ＩＳＳによるエンジン停止期間を計測する（Ｓ２１〜Ｓ２４）。次に、排気温センサ５が検出する排気温度、つまり、ＩＳＳによるエンジン再始動後におけるＤＰＦ下流の排気温度を取得する（Ｓ２４１）。

次に、今回のＩＳＳ実行により、ＰＭセンサ６の立ち上がり時期がどの程度遅れるかを示した補正量を算出する（Ｓ２５１）。この際、Ｓ２１〜Ｓ２４で計測したエンジン２の停止期間に加えて、Ｓ２４１で取得した排気温度も考慮してその補正量を算出する。具体的には、エンジン２の停止期間と補正量との関係については第１実施形態で説明したように、停止期間が長いほど補正量を大きくする。また、ＤＰＦ下流の排気温度と補正量との関係について説明すると、排気温度が高いほどセンサ素子６０（図２参照）に向かう熱泳動力が大きくなるので、ＰＭはセンサ素子６０に付着しやすくなる。つまり、排気温度が高いほど、センサ出力の立ち上がり時期を早める方向に変化させる。よって、排気温度が高いほど、ＩＳＳ実行による立ち上がり時期を遅らせる量、つまり上記補正量を小さくする。

そこで、Ｓ２５１では、例えば先ず、図８のＳ２５と同様に、図９のマップに基づいてエンジン２の停止期間に応じた補正量を仮補正量として算出する。次に、その仮補正量を、Ｓ２４１で取得した排気温度が高いほど小さい値となるように調整（変更）する。具体的には、図１１に示すように、排気温度と、仮補正量を調整するための調整量との関係を示したマップを予めメモリ７１（図１参照）に記憶しておく。図１１のマップは、排気温度が高くなるほど調整量が大きくなるマップである。なお、各排気温度に対して具体的にどの程度仮補正量を調整する必要があるかは、予め実験により求めればよい。この図１１のマップから、今回の排気温度に対応する調整量を読み出す。そして、図９のマップから得られた仮補正量をこの調整量の分だけ減らし、最終的な補正量とする。これによって、排気温度が高いほど小さい値となる補正量を得ることができる。

または、図１２に示すように、各排気温度ごとに、エンジン２の停止期間に対する補正量のマップを用意しても良い。この場合は、図９、図１１のマップは用意する必要がない。図１２では、排気温度が高くなるほど補正量が小さくなる複数のマップ（停止期間と補正量との関係）を示している。そして、図１２に示す複数のマップのうち、今回の排気温度に対応するマップを抽出し、抽出したマップから今回の停止期間に対応する補正量を読み出す。これによっても、エンジン２の停止期間が長いほど大きい値となり、かつ、排気温度が高いほど小さい値となる補正量を得ることができる。

その後、第１実施形態と同様に、図７の処理で得られた推定の立ち上がり時期Ｔｔｈを、Ｓ２５１で算出した補正量の分だけ遅らせる（Ｓ２６）。そして、補正後の立ち上がり時期Ｔｔｈと実際の立ち上がり時期との比較に基づいて、ＤＰＦ４の故障、正常を判定する（Ｓ２７〜Ｓ２９）。

以上説明したように、本実施形態では、ＩＳＳによるエンジン停止期間と、エンジン再始動後のＤＰＦ下流の排気温度の両方を考慮してＰＭセンサの立ち上がり時期を推定しているので、その推定をより正確に行うことができ、その結果、より正確にＤＰＦの故障、正常を判定できる。

（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、第２実施形態と同じ図１の構成である。また、ＥＣＵ７は、図７の処理を実行して、検出したい故障ＤＰＦを使用した場合におけるＰＭセンサ６の立ち上がり時期を推定する。本実施形態では、図８、図１０の処理に代えて、図１３の処理を実行して、ＤＰＦ４の故障判定をする。以下、この図１３の処理を説明する。なお、図１３において、図８、図１０の処理と同じ処理には同一の符号を付している。図１３の処理では、Ｓ２４２、Ｓ２５２の処理が図８、図１０の処理と異なっており、それ以外は図８、図１０の処理と同じである。

図１３の処理を開始すると、先ず、ＩＳＳによるエンジン停止期間を計測する（Ｓ２１〜Ｓ２４）。次に、ＩＳＳによるエンジン再始動後におけるＰＭセンサ６の素子温度、つまりセンサ素子６０（図２参照）の温度を取得する（Ｓ２４２）。具体的には、図７のＳ１４で説明したように、例えばセンサ素子６０に温度センサを設け、その温度センサが検出した温度を素子温度として取得しても良いし、センサ素子６０とその周囲の部材、排気との間の熱交換を考慮して素子温度を推定しても良い。

次に、今回のＩＳＳ実行により、ＰＭセンサ６の立ち上がり時期がどの程度遅れるかを示した補正量を算出する（Ｓ２５２）。この際、Ｓ２１〜Ｓ２４で計測したエンジン２の停止期間に加えて、Ｓ２４２で取得した素子温度も考慮してその補正量を算出する。具体的には、エンジン２の停止期間と補正量との関係については第１実施形態で説明したように、停止期間が長いほど補正量を大きくする。また、素子温度と補正量との関係について説明すると、素子温度が高いほどセンサ素子６０（図２参照）に向かう熱泳動力が小さくなるので、ＰＭはセンサ素子６０に付着しにくくなる。つまり、素子温度が高いほど、センサ出力の立ち上がり時期を遅らせる方向に変化させる。よって、素子温度が高いほど、ＩＳＳ実行による立ち上がり時期を遅らせる量、つまり上記補正量を大きくする。

そこで、Ｓ２５２では、例えば先ず、図８のＳ２５と同様に、図９のマップに基づいてエンジン２の停止期間に応じた補正量を仮補正量として算出する。次に、その仮補正量を、Ｓ２４２で取得した素子温度が高いほど大きい値となるように調整（変更）する。具体的には、図１４に示すように、素子温度と、仮補正量を調整するための調整量との関係を示したマップを予めメモリ７１（図１参照）に記憶しておく。図１４のマップは、素子温度が高くなるほど調整量が小さくなるマップである。なお、各素子温度に対して具体的にどの程度仮補正量を調整する必要があるかは、予め実験により求めればよい。この図１４のマップから、今回の素子温度に対応する調整量を読み出す。そして、図９のマップから得られた仮補正量をこの調整量の分だけ減らし、最終的な補正量とする。これによって、素子温度が高いほど大きい値となる補正量を得ることができる。

または、図１５に示すように、素子温度が高くなるほど調整量が大きくなるマップを用意し、この図１５のマップから得られた調整量を仮補正量に加算するようにしても良い。これによっても、素子温度が高いほど大きい値となる補正量を得ることができる。

または、図１６に示すように、各素子温度ごとに、エンジン２の停止期間に対する補正量のマップを用意しても良い。この場合は、図９、図１４、図１５のマップは用意する必要がない。図１６では、素子温度が高くなるほど補正量が大きくなる複数のマップ（停止期間と補正量との関係）を示している。そして、図１６に示す複数のマップのうち、今回の素子温度に対応するマップを抽出し、抽出したマップから今回の停止期間に対応する補正量を読み出す。これによっても、エンジン２の停止期間が長いほど大きい値となり、かつ、素子温度が高いほど大きい値となる補正量を得ることができる。

その後、第１、第２実施形態と同様に、図７の処理で得られた推定の立ち上がり時期Ｔｔｈを、Ｓ２５２で算出した補正量の分だけ遅らせる（Ｓ２６）。そして、補正後の立ち上がり時期Ｔｔｈと実際の立ち上がり時期との比較に基づいて、ＤＰＦ４の故障、正常を判定する（Ｓ２７〜Ｓ２９）。

以上説明したように、本実施形態では、ＩＳＳによるエンジン停止期間と、エンジン再始動後の素子温度の両方を考慮してＰＭセンサの立ち上がり時期を推定しているので、その推定をより正確に行うことができ、その結果、より正確にＤＰＦの故障、正常を判定できる。

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。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、ＤＰＦの故障を判定しても良い。つまり、故障ＤＰＦを使用した場合のＰＭセンサの立ち上がり時期を、ＩＳＳによるエンジン停止期間と、エンジン再始動後のＤＰＦ下流の排気温度と、エンジン再始動後の素子温度との全てを考慮して推定しても良い。この場合、例えば、図９のマップに基づいてエンジン停止期間に応じた仮補正量を算出する。また、図１１のマップに基づいて排気温度に応じた調整量（第１調整量）を算出する。また、図１４のマップに基づいて素子温度に応じた調整量（第２調整量）を算出する。そして、仮補正量から第１調整量及び第２調整量を減じて、最終的な補正量とする。これによって、エンジン２の停止期間が長いほど大きい値となり、かつ、排気温度が高いほど小さい値となり、かつ、素子温度が高いほど大きい値となる補正量を得ることができる。よって、より一層正確に、ＤＰＦの故障判定ができる。

２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気通路
４ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
６ ＰＭセンサ
６０ センサ素子
６２ 基板（付着部）
６３ 電極
７ ＥＣＵ
７２ タイマー

Claims (6)

1. 内燃機関（２）の運転中に所定の自動停止条件が成立すると前記内燃機関を停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立すると前記内燃機関を再始動させるアイドルストップ機能を実行する実行手段（７、Ｓ２１、Ｓ２３）と、
   前記内燃機関の排気通路（３）に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（４）と、
   前記排気通路の前記フィルタより下流に設けられ、排気中の粒子状物質が付着する付着部（６０）を備えてその付着部に付着した粒子状物質の量に応じた出力を発生するＰＭセンサであって、前記付着部に一定以上の量の粒子状物質が付着した時に前記出力が立ち上がるＰＭセンサ（６）と、
   故障した前記フィルタを使用した場合における前記出力の立ち上がり時期を推定する推定手段（７、Ｓ１１〜Ｓ１６）と、
   前記推定手段が推定した時期である推定時期と実際の前記出力の立ち上がり時期である実際時期との比較に基づき前記フィルタの故障を判定する判定手段（７、Ｓ２７〜Ｓ２９）と、
   前記アイドルストップ機能により前記内燃機関が停止してから再始動するまでの停止期間を計測する計測手段（７２、Ｓ２２、Ｓ２４）と、
   前記停止期間に応じて前記推定時期を補正する補正手段（７、Ｓ２５、Ｓ２５１、Ｓ２５２、Ｓ２６）とを備え、
   前記判定手段は、前記補正手段による補正後の前記推定時期と前記実際時期との比較に基づき前記フィルタの故障を判定することを特徴とするフィルタの故障検出装置。
2. 前記補正手段は、前記停止期間が長いほど遅い時期となるように前記推定時期を補正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検出装置。
3. 前記実行手段が前記内燃機関を再始動させた後の前記フィルタより下流の排気温度を取得する排気温度取得手段（Ｓ２４１、５）を備え、
   前記補正手段（Ｓ２５１）は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度に応じて前記推定時期の補正量を変更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検出装置。
4. 前記補正手段は、前記停止期間に応じて前記推定時期を遅らせる方向に補正し、その補正において前記排気温度取得手段が取得した排気温度が高いほど前記推定時期を遅らせる量を小さくすることを特徴とする請求項３に記載のフィルタの故障検出装置。
5. 前記実行手段が前記内燃機関を再始動させた後の前記ＰＭセンサの素子温度を取得する素子温度取得手段（Ｓ２４２）を備え、
   前記補正手段（Ｓ２５２）は、前記素子温度取得手段が取得した素子温度に応じて前記推定時期の補正量を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタの故障検出装置。
6. 前記補正手段は、前記停止期間に応じて前記推定時期を遅らせる方向に補正し、その補正において前記素子温度取得手段が取得した素子温度が高いほど前記推定時期を遅らせる量を大きくすることを特徴とする請求項５に記載のフィルタの故障検出装置。
   

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