JP6585970B2 - パティキュレートフィルタの故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、パティキュレートフィルタの故障診断装置に関し、特に、内燃機関の排出ガスの後処理に好適なパティキュレートフィルタの故障診断装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関においては、環境性能が高度に要求されており、従前から、例えばディーゼルエンジンの排出ガス中の微粒子であるＰＭ（Particulate Matter）をパティキュレートフィルタであるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）によって捕集し、酸化除去する排気後処理システムが多用されている。

この種の排気後処理システムにおいては、排気通路内のガスの温度がＰＭの自燃温度を超えない運転状態が多いと、ＤＰＦ上にＰＭが堆積し、その堆積量の増加によりＤＰＦの前後差圧に相当する圧損が大きくなる。そこで、ＤＰＦの前後差圧を差圧センサで検出し、その前後差圧が所定値に増加すると、ＤＰＦを通るガスの温度を燃料添加等により強制的に高めて、ＤＰＦ上に捕集されたＰＭを燃焼させる再生処理を実行している。

また、交互に目封じされたハニカム構造のＤＰＦに対して強制的な再生処理を繰り返すと、その目封じ部分に亀裂や溶損が生じ、目封じの欠損範囲が広がることでＤＰＦのＰＭ捕能力が所要の捕集レベルを下回る故障状態に陥ってしまう場合がある。しかし、そのようなＤＰＦの故障は、ＤＰＦの前後差圧から的確に判定することが困難である。

そこで、ＤＰＦの下流側でＰＭを検出部に堆積させ、その堆積量に応じて出力を変化させるＰＭセンサを設けて、その出力波形の傾きによりＤＰＦの故障診断を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＰＭセンサは、検出部の両側の電極間の電気抵抗が検出部上のＰＭ堆積量に応じて変化し、出力が変化するようになっている。

特開２０１１−１８５１６７号公報

上述した従来のパティキュレートフィルタの故障診断装置にあっては、ＤＰＦが故障しているか正常であるかの閾値となる基準値を設定し、ＰＭセンサの出力波形の傾きが基準値より大きい場合にＤＰＦが故障していると判定している（段落００３９〜００４１）。

一方で、ＤＰＦは、排気後処理システムの運用中、例えば複数の流路の目封じ部に多少の欠損があるものの、正常にＰＭを捕集し得る状態で作動していることもある。しかしながら、このような状態にあるＤＰＦでは、少ないながらも存在する目封じ部の欠損部でＰＭを補修できないことがある。その場合、捕集することができなかった、例えば粒径の大きなＰＭが下流側のＰＭセンサの検出部に付着するといった状況も起こり得る。

従来のパティキュレートフィルタの故障診断装置にあっては、上述のように複数の流路の目封じ部にさほどの欠損がなく、正常な状態を維持しているＤＰＦにおいて、目封じ部の欠損部で捕集でなかった粒径の大きなＰＭがＰＭセンサの検出部に付着した場合、ＰＭセンサの出力波形の傾きが大きくなり、ＤＰＦが正常であるにもかかわらず故障と判定されてしまうことがあった。この場合、ＤＰＦが故障であるとの誤判定により、排気後処理システムが不意に運用不能に陥り、復旧にも時間がかかるという未解決の課題があった。

本発明は、上述のような従来の課題を解決すべくなされたものであり、パティキュレートフィルタの誤った故障判定を回避でき、正常運用へ迅速に復帰可能なパティキュレートフィルタの故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置は、上記目的達成のため、内燃機関の排気中の粒子状物質を前記内燃機関の排気通路の途中で捕集するパティキュレートフィルタと、前記排気通路のうち前記パティキュレートフィルタの下流側に前記粒子状物質を堆積可能な検出部および該検出部に堆積した前記粒子状物質を燃焼させて除去するヒータを有する排気微粒子センサと、を備えた排気浄化システムに装備され、前記排気微粒子センサの前記検出部に堆積する前記粒子状物質の堆積量および堆積時間のうち少なくとも一方に応じて前記パティキュレートフィルタが故障状態か否かを判定するパティキュレートフィルタの故障診断装置であって、前記排気微粒子センサの前記検出部に堆積する前記粒子状物質の堆積量が予め設定された閾値堆積量に達したとき、前記ヒータにより前記粒子状物質を除去してから前記閾値堆積量に達するまでの堆積時間を予め設定した故障判定閾値時間と比較して前記パティキュレートフィルタが故障状態か否かの故障判定を実行する第１判定手段と、前記排気微粒子センサの出力を所定の周期で繰り返し検出して前記各周期の開始時に検出した開始時検出値と終了時に検出した終了時検出値の間における前記粒子状物質の堆積量の変化量を予め設定した変化異常判定閾値と比較し、該比較の結果に応じて、前記第１判定手段による前記故障判定の可否を判定する第２判定手段と、を有し、前記第２判定手段は、前記各周期の前記開始時検出値と前記終了時検出値の間における前記粒子状物質の堆積量の変化量が前記変化異常判定閾値未満であることを条件に、前記第１判定手段による前記故障判定を許可する一方、前記新旧の複数の検出値の間における前記粒子状物質の堆積量の変化量が前記変化異常判定閾値以上になったことを条件に、前記第１判定手段による前記故障判定を中止させることを特徴とするものである。

また、本発明に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置においては、前記第２判定手段が前記第１判定手段による前記故障判定を中止させたことを条件に前記ヒータを作動させて、前記検出部に堆積した前記粒子状物質を燃焼させて除去する除去手段を有し、前記第２判定手段は、前記除去手段による前記粒子状物質の除去後に、前記第１判定手段による前記故障判定の再開を許可する構成とすることができる。

本発明によれば、パティキュレートフィルタの誤った故障判定を回避でき、正常運用へ迅速に復帰可能なパティキュレートフィルタの故障診断装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置を備えた内燃機関の排気浄化システムの概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置におけるＰＭセンサの縦断面図である。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置におけるＰＭセンサの動作説明図である。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置のハード構成図である。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置の各種設定情報の設定条件を示すグラフであり、縦軸はＰＭセンサの出力を、横軸は時間を表している。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置におけるＤＰＦ故障診断プログラムの故障判定処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置におけるＤＰＦ故障診断プログラムの故障判定の可否判定処理手順を示すフローチャートである。 内燃機関の排出ガス中におけるＰＭの粒径分布を示す図であり、縦軸はＰＭの個数を、横軸はＰＭのサイズを表している。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１ないし図９は、本発明の一実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置を示しており、図１にその装置を備えた内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示している。

まず、その排気浄化システムの概略構成について説明する。

図１に示す本実施の形態の内燃機関の排気浄化システムは、エンジン１０から排気マニホールドおよび排気管１１を通して排出される排気すなわち排出ガスを、排気管１１の途中に配置された排気浄化装置１２によって浄化するものである。

エンジン１０は、車両を走行駆動する内燃機関、例えば多気筒のディーゼルエンジンである。このエンジン１０は、バイオ燃料等の他の燃料を併用するものであってもよいし、電動発電機と協働して車両を走行駆動するハイブリッド駆動式のパワーユニットを構成するものであってもよい。

排気管１１は、その上流端側で排気ターボ過給機１３の排気タービン部１３ｔの出口に接続されており、排気タービン部１３ｔに接続する排気マニホールドを介してエンジン１０に接続されている。そして、排気管１１内に形成される排気通路１１ａが、エンジン１０の複数の排気ポートに連通している。

この排気管１１の上流端側には、排気タービン部１３ｔの出口の下流側に位置する排気ブレーキ１４と、排気ブレーキ１４より下流側に位置する第１の酸化触媒１５と、が設けられている。排気ブレーキ１４は、排気通路１１ａ中を通る排気の流量を絞ることで排気温度を変化させることができ、第１の酸化触媒１５は、排気タービン部１３ｔの出口付近で排気中の未燃の燃料を酸化反応させ、その反応熱により排気を加熱することができる。

排気浄化装置１２は、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択触媒還元）方式とＤＰＦ（Diesel Particulate Filter：ディーゼル微粒子捕集）方式と組み合わせた一体型の触媒装置であり、この排気浄化装置１２は、第１の酸化触媒１５より下流側の排気管１１の途中に装着されている。排気浄化装置１２よりさらに下流側の排気管１１には、図外の排気消音装置が装着されている。

また、第１の酸化触媒１５と排気浄化装置１２間の排気管１１には、燃料添加弁１６が装着されている。この燃料添加弁１６は、エンジン１０により駆動される燃料ポンプ１７に対し、添加燃料配管Ｌ１を介して配管接続されている。そして、燃料添加弁１６は、エンジン１０の運転中に燃料ポンプ１７により加圧されて吐出される燃料を、添加燃料配管Ｌ１上のカットオフバルブ１８の開閉状態に応じて排気浄化装置１２の上流側の排気中に噴射するようになっている。燃料ポンプ１７から添加燃料の供給圧力は、添加燃料圧力センサ１９により検出される。

排気浄化装置１２は、排気管１１に接続されつつ第１の酸化触媒１５より下流側の排気通路１１ａの一部を形成するケース２１と、ケース２１内に収納された第２の酸化触媒２２、ＤＰＦ２３、ＳＣＲ触媒２４およびアンモニア低減触媒２５と、を有している。

ケース２１は、また、第１の酸化触媒１５より下流側の排気通路１１ａの一部を、略Ｓ字形の２回の折返し形状をなすように形成しており、下流側の排気通路１１ａの折返し前の上流側ケース部分２１ａ内に、第２の酸化触媒２２およびＤＰＦ２３が収納されている。

第２の酸化触媒２２は、ケース２１内に流入する排気中の未燃の燃料を酸化反応させ、その反応熱により排気をその排気中に浮遊する粒子状物質であるＰＭの自燃温度以上に加熱することができる。

ＤＰＦ２３は、格子状に区画された多数のセルが交互に目封じされることで高ＰＭ捕集率を有するウォールフロータイプのパティキュレートフィルタである。このＤＰＦ２３は、コージェライト（Cordierite）等のセラミックからなる多孔質のハニカム構造体で、排気通路１１ａの方向に延びつつ互いに並列するセル内の流路がＤＰＦ２３の上流端側で交互に目封じされ、ＤＰＦ２３の上流端側が目封じされていない流路についてはＤＰＦ２３の下流端側が目封じされている。そして、ＤＰＦ２３の複数の流路のうちＤＰＦ２３の上流端側で開口する上流側の流路とＤＰＦ２３の下流端側で目封じされた下流側の流路とを区画する多孔質のセル壁を透過した排気のみが、上流側の流路から隣接する下流側の流路に流れ、そのときＤＰＦ２３の多孔質のセル壁にＰＭが捕集されるようになっている。

下流側の排気通路１１ａの一部が２回の折返しをなすケース２１内のうち、その２回の折返しをなした後の下流側ケース部分２１ｂ内には、ＳＣＲ触媒２４およびアンモニア低減触媒２５が収納されている。

さらに、上流側ケース部分２１ａと下流側ケース部分２１ｂとの間には、ＤＥＦインジェクタ２６が装着されたミキシングパイプ２１ｃが介装されており、ＤＰＦ２３を通過し集合した排気中にＤＥＦインジェクタ２６から尿素水であるディーゼル排気液ＤＥＦ（Diesel exhaust fluid）が噴射されるようになっている。

このディーゼル排気液ＤＥＦは、ＤＥＦ供給ポンプ２７によってＤＥＦタンク２８から汲み上げられて加圧され、配管Ｌ２を介してＤＥＦインジェクタ２６に供給されるようになっている。ＤＥＦタンク２８には、内部に貯留されたディーゼル排気液ＤＥＦの温度、液面レベルおよび化学的特性に係る品質をチェックするためのＤＥＦセンサ２９が設けられている。

ミキシングパイプ２１ｃ内で排気に混合されるディーゼル排気液ＤＥＦは、高温の排気中でアンモニアと炭酸ガスに分解され、下流側ケース部分２１ｂに入る際に排気通路１１ａが拡張および折返しされることで排気中に分散されるようになっている。

ＳＣＲ触媒２４は、酸素共存下でも選択的にＮＯｘをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒であり、アンモニア（ＮＨ_３）と炭酸ガス（ＣＯ_２）が分散された排気がＳＣＲ触媒２４内に流入すると、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）がアンモニアにより還元されて窒素（Ｎ_２）になるとともに水（Ｈ_２Ｏ）が生成され、排気が浄化されるようになっている。

アンモニア低減触媒２５は、余剰のアンモニアを酸化処理して窒素と水にして無害化させることができ、大気中へ排出される排気中にアンモニアが残留することを有効に防止できるものである。

排気浄化装置１２の上流側の排気中への燃料添加とそれによるＤＰＦ２３の再生は、エンジン制御用の電子制御ユニットであるエンジンＥＣＵ３１によって、センサ情報を基に燃料ポンプ１７およびカットオフバルブ１８を制御することにより制御される。また、排気浄化装置１２内へのディーゼル排気液ＤＥＦの供給制御は、脱ＮＯｘ制御用の電子制御ユニットであるＤｅＮＯｘＥＣＵ４１によって、センサ情報を基にＤＥＦインジェクタ２６の開閉およびＤＥＦ供給ポンプ２７の作動を制御することにより制御されるようになっている。

エンジンＥＣＵ３１は、図３に典型例で例示するように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央制御部）３１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１３、ＲＯＭ（Read Only Memory）３１４および入出力インターフェース回路３１１を含むコンピュータ構成のものであり、ＲＯＭ３１４に格納された制御プログラムに従って、入出力インターフェース回路３１１における入力インターフェース回路３１１ａから各種センサ情報や通信情報を取り込み、設定情報や図示しないマップ等を参照しつつ、入出力インターフェース回路３１１における出力インターフェース回路３１１ｂからエンジン１０の運転制御や排気浄化の制御に必要な指令信号を出力するようになっている。ＤｅＮＯｘＥＣＵ４１も、略同様なコンピュータ構成のもので、エンジンＥＣＵ３１と協働し、排気中の窒素酸化物を除去するための脱ＮＯｘ制御を実行するようになっている。

前述の各種センサ情報を得るために、エンジンＥＣＵ３１には、添加燃料圧力センサ１９と、排気浄化装置１２の上流側ケース部分２１ａに配置された複数の排気温度センサ３２、３３、３４と、ＤＰＦ２３の前後差圧を検出する差圧センサ３５と、第１の酸化触媒１５の上流側の排気温度を検出する排気温度センサ４６とが接続されている。また、エンジンＥＣＵ３１は、ＣＡＮ通信等により、ＤｅＮＯｘＥＣＵ４１と通信可能になっており、燃料添加によるＤＰＦ２３の再生制御等に必要な他のセンサ情報に加え、後述するフィルタ故障判定等に必要な他のセンサ情報を取得可能となっている。

ＤｅＮＯｘＥＣＵ４１には、車両の周囲の外気温度、例えば排気浄化装置１２の近傍の外気温度を検出する外気温度センサ４２と、ミキシングパイプ２１ｃの下流側に配置された排気温度センサ３６とが接続されている。また、ＤｅＮＯｘＥＣＵ４１は、ＣＡＮ通信等により、ＤＥＦセンサ２９と、ＤＰＦ２３通過後の排気中のＮＯｘガス濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ３７と、アンモニア低減触媒２５通過後の排気中のＮＯｘガス濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ３８と、排気浄化装置１２の出口付近でアンモニア低減触媒２５通過後の排気中のＰＭを検出するＰＭセンサ４５（排気ガスセンサ）とから、それぞれの検出値を取り込み可能になっている。

また、ＤＥＦインジェクタ２６およびＤＥＦタンク２８には、エンジン１０の冷却水が循環供給され、ＤＥＦインジェクタ２６の適度の冷却とＤＥＦタンク２８内のディーゼル排気液ＤＥＦの適度の加熱がなされるようになっている。そして、その冷却液の循環量は、ＤｅＮＯｘＥＣＵ４１によりＤＥＦヒータバルブ４３の開度を変化させることで、制御されるようになっている。

図２に示すように、ＰＭセンサ４５は、絶縁基板５１の表面に例えばそれぞれ櫛歯状の一対の検出電極５２、５３を同図中の上下に交互に隣り合うように配置して検出部５４を構成したものであり、一対の検出電極５２、５３は、両検出電極５２、５３の間に所定電圧を印加しつつ両検出電極５２、５３の間の電気抵抗を計測する抵抗計測部６１に配線接続されている。

絶縁基板５１は、絶縁部材５６を介して雄ねじ付きのハウジング５７に支持されており、ハウジング５７は、ケース２１の一部にねじ締結により固定されている。また、ハウジング５７には、絶縁基板５１上の検出部５４を取り囲むカバー５８が装着されており、カバー５８には排気を通す複数の通気穴５８ａが形成されている。

また、図３に示すように、絶縁基板５１中には、検出部５４に捕捉されたＰＭをその自燃温度以上に加熱することができるヒータ５９が設けられており、ヒータ５９はヒータ加熱制御部６２に配線接続されている。このヒータ５９は、検出部５４に捕捉され所定量堆積したＰＭを燃焼させ、検出部５４上に堆積したＰＭを除去するようになっている。

抵抗計測部６１は、エンジンＥＣＵ３１およびＤｅＮＯｘＥＣＵ４１のうちいずれか一方、例えばエンジンＥＣＵ３１の入力インターフェース回路３１１ａに接続されており、ＰＭセンサ４５の一対の検出電極５２、５３の間の電気抵抗値の対応する検出情報が、エンジンＥＣＵ３１に抵抗計測値として取り込まれるようになっている。

また、ヒータ加熱制御部６２は、例えばエンジンＥＣＵ３１の出力インターフェース回路３１１ｂに接続されており、エンジンＥＣＵ３１からのヒータ加熱指令に応じてヒータ５９に通電し、検出部５４上に堆積したＰＭを燃焼させるようになっている。

さらに、エンジンＥＣＵ３１は、ヒータ５９を作動させるたびにリセットされ、その後のＰＭセンサ４５によるＰＭ検出期間を計測する計測期間タイマ（後述する第１計時部３１５１：図５参照）を起動させるようになっており、一対の検出電極５２、５３の間の抵抗計測値が所定値を下回り、ＰＭセンサ４５の検出部５４上に満杯量（所定量）のＰＭが堆積したと判定されたとき、計測期間タイマのカウント値を予め設定された故障判定閾値と比較することで、ＤＰＦ２３の故障判定を行うようになっている。

すなわち、ＤＰＦ２３の複数の流路の目封じ部に亀裂や溶損等による欠損が比較的広範に生じ、ＤＰＦ２３のＰＭ捕集率が所要値に達しなくなる程に低下した場合、計測期間タイマのカウント値が故障判定閾値に達しない短時間のうちに検出部５４上に満杯量のＰＭが堆積する。一方、ＤＰＦ２３の複数の流路の目封じ部にさほど欠損が生じておらず、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されている場合、計測期間タイマのカウント値が故障判定閾値を大きく超えてからでないと、検出部５４上に満杯量のＰＭが堆積することはない。

そこで、エンジンＥＣＵ３１は、計測期間タイマのカウント値が故障判定閾値に達しないうちに検出部５４上に満杯量のＰＭが堆積するか否かによって、ＤＰＦ２３が複数の流路の目封じ部に欠損が比較的広域に生じた故障状態にあるか正常であるかを判定する（図６参照）ようになっている。

本実施の形態においては、このように、ＤＰＦ２３とその下流側に配置されるとともにヒータ加熱によって検出特性が調整されるＰＭセンサ４５とを備えた排気浄化システムが構成されている。

そして、本実施の形態においては、エンジン１０の排気通路１１ａ中のＤＰＦ２３の複数の流路の目封じ部にさほど欠損が生じておらず、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されている状態で、目封じ部の欠損部により補修しきれなかった粒径の大きなＰＭがＤＰＦ２３より下流側に配置されるＰＭセンサ４５の検出部５４に付着する等の要因によるＤＰＦ２３の誤った故障判定を回避でき、正常運用へ迅速に復帰可能なパティキュレートフィルタの故障診断装置が、以下のように構成されている。

まず、ハード構成について説明する。本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００は、図４に示すように、ＰＭセンサ４５と、このＰＭセンサ４５にＣＡＮ通信路を介して接続されるエンジンＥＣＵ３１とにより構成される。エンジンＥＣＵ３１は、前述したように（図３参照）、入力インターフェース回路３１１ａおよび出力インターフェース回路３１１ｂを有する入出力インターフェース回路３１１、ＣＰＵ３１２、ＲＡＭ３１３およびＲＯＭ３１４を備えて構成される。

入力インターフェース回路３１１ａは、ＰＭセンサ４５から出力される信号（検出出力）をＣＡＮ通信路から受信し、エンジンＥＣＵ３１のＣＰＵ３１２に出力する。出力インターフェース回路３１１ｂは、エンジンＥＣＵ３１のＣＰＵ３１２からＰＭセンサ４５向けの後述するヒータ加熱信号を受け取ってＣＡＮ通信路によりＰＭセンサ４５へと送出する。

ＲＯＭ３１４は、制御プログラムや制御情報等の各種情報を記憶する。本実施の形態において、ＲＯＭ３１４は、後述するＤＰＦ故障診断プログラムとＤＰＦ２３の故障判定および故障判定の可否判定に用いる各種設定情報（図５参照）を記憶している。ＲＡＭ３１３は、ＣＰＵ３１２の作業領域としての記憶領域を有し、ＣＰＵ３１２によってＲＯＭ３１４から読み出されたＤＰＦ故障診断プログラムおよび各種設定情報を記憶する。

ＣＰＵ３１２は、ＲＯＭ３１４からＤＰＦ故障診断プログラムおよび各種設定情報を読み出してＲＡＭ３１３の作業領域に記憶したうえで、ＤＰＦ故障診断プログラムを起動する。このとき、ＣＰＵ３１２は、起動したＤＰＦ故障診断プログラムに基づき、入力インターフェース回路３１１ａを通じてＰＭセンサ４５の検出出力（出力）を取込みつつ各種設定情報を参照して後述するＤＰＦ２３の故障判定および該故障判定の可否判定の制御を行うようになっている。また、ＣＰＵ３１２は、後述するＰＭセンサ４５の検出特性調整制御を行う。この検出特性調整制御において、ＣＰＵ３１２は、ＤＰＦ２３の故障判定や該故障判定の可否判定の制御の実行中、ヒータ加熱信号を生成して出力インターフェース回路３１１ｂによりＰＭセンサ４５へと送出するようになっている。

図１にも示すように、エンジンＥＣＵ３１が接続されるＣＡＮ通信路にはＤｅＮＯｘＥＣＵ４１も接続されている。これにより、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００は、ＰＭセンサ４５とエンジンＥＣＵ３１とによる構成以外に、ＰＭセンサ４５とＤｅＮＯｘＥＣＵ４１とによる構成としてもよい。

次に、パティキュレートフィルタの故障診断装置１００の機能構成について図５を参照して説明する。図５において、ＰＭセンサ４５は、検出部５４におけるＰＭの堆積量に応じた抵抗値を抵抗計測部６１で計測し、その計測された抵抗計測値を示す信号を出力する。出力された抵抗計測値を示す信号は、ＰＭセンサ４５の出力としてＣＡＮ通信路に送出され、エンジンＥＣＵ３１側で入力インターフェース回路３１１ａによりＣＰＵ３１２に取り込まれる。このように、ＰＭセンサ４５は、排気微粒子検出手段を構成する。

また、ＰＭセンサ４５は、エンジンＥＣＵ３１からＣＡＮ通信路を介して送られてくるヒータ加熱信号を受信し、そのヒータ加熱信号に基づいてヒータ加熱制御部６２がヒータ５９に通電し、該ヒータ５９を加熱させることで検出部５４に付着したＰＭを燃焼させて除去する。上記ヒータ加熱信号は、後述するように、エンジンＥＣＵ３１の検出特性調整制御部３１７により生成されてＰＭセンサ４５に向けて送出される。このように、ＰＭセンサ４５のヒータ加熱制御部６２は、ＰＭセンサ４５の検出部５４に付着したＰＭを除去する除去手段を構成する。また、上記ヒータ加熱制御部６２は、エンジンＥＣＵ３１の検出特性調整制御部３１７とともに、ＰＭセンサ４５の検出特性をリセットする検出特性調整制御手段を構成する。

エンジンＥＣＵ３１において、ＲＡＭ３１３には、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００におけるＤＰＦ２３の故障判定処理および該故障判定の可否判定処理を実行するためのＤＰＦ故障診断プログラムと各種設定情報が記憶されている。前述したように、これらＤＰＦ故障診断プログラムおよび各種設定情報は、所定のタイミングでＲＯＭ３１４から読み出されてＲＡＭ３１３内の作業領域に記憶されたものである。図５においては、各種の設定情報の例として、閾値推定量ＴＤａ、故障判定閾値時間Ｔ１、変化異常判定周期Ｔｐおよび変化異常判定閾値ＴＤｖが記憶されている。

ここでまず、上述した各種設定情報について図６を参照して説明する。図６に実線で示す特性Ｃ１およびＣ２は、それぞれ、ＰＭセンサ４５においてヒータ５９によりＰＭを除去してから、つまり検出特性調整後からＰＭセンサ４５の検出部５４におけるＰＭの堆積量が規定の量、つまり、ＤＰＦ２３が故障していると判定可能な閾値に当たる量（１００％：上述した「満杯」に相当する量）に達するまでのＰＭセンサ４５の検知出力の時間に対する変化特性を示している。ここで、特性Ｃ１およびＣ２は、それぞれ、ＤＰＦ２３が正常な時および異常な時の特性に相当する。

本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００では、図６に示す特性Ｃ１およびＣ２を有するＰＭセンサ４５の出力についてＤＰＦ２３が正常か異常かの判定を実現するために、ＲＡＭ３１３には、上述した閾値に当たるＰＭ堆積量として閾値堆積量ＴＤａが設定されている。また、ＰＭセンサ４５の検出部５４におけるＰＭの堆積量がこの閾値堆積量ＴＤａに達するまでにかかる時間がどの程度であればＤＰＦ２３の故障と判定し得るかの閾値時間については故障判定閾値時間Ｔ１が設定されている。

このため、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００では、ＰＭセンサ４５の出力が図６における特性Ｃ１を示すＤＰＦ２３の運転環境については、ＰＭセンサ４５の検出特性調整後からのＰＭ堆積量が上記故障判定閾値時間Ｔ１を経過した後に閾値堆積量ＴＤａに達することから、ＤＰＦ２３によるＰＭ捕集能力が正常に維持されている、つまりＤＰＦ２３が正常であるとの判定が行える。一方、ＰＭセンサ４５の出力が図６における特性Ｃ２を示すＤＰＦ２３の運転環境については、ＰＭセンサ４５の検出特性調整後からのＰＭ堆積量は上記故障判定閾値時間Ｔ１に達する前に上記閾値堆積量ＴＤａに達することから、ＤＰＦ２３によるＰＭ捕集能力が低下している、つまりＤＰＦ２３が故障であるとの判定が行える。

また、ＲＡＭ３１３には、変化異常判定周期Ｔｐ、および変化異常判定閾値ＴＤｖがさらに設定されている。変化異常判定周期Ｔｐは、特性Ｃ１およびＣ２等を呈するＰＭセンサ４５の出力を対象とするＤＰＦ２３の故障判定処理と並行し、上述した故障判定閾値時間Ｔ１よりも短い周期Ｔｐで繰り返し行われるＰＭセンサ４５の出力の検出周期（繰り返し検出周期）である。変化異常判定周期Ｔｐは連続している。ＣＰＵ３１２は、各周期Ｔｐにおいて、例えば、当該周期Ｔｐの開始時に検出したＰＭセンサ４５の出力を開始時検出値として保持するとともに、当該周期の終了時に検出したＰＭセンサ４５の出力を終了時検出値として保持する。これにより、ＣＰＵ３１２は、終了時検出値、つまり今回検出値から開始時検出値、つまり前回検出値を減算することにより、当該周期ＴｐにおけるＰＭセンサ４５の検出部５４のＰＭの堆積量の変化量Ｄｖが算出するようになっている。また、変化異常判定閾値ＴＤｖは、上記変化異常判定周期Ｔｐ中にＤＰＦ２３が正常な状態でありながらＰＭセンサ４５の出力が大幅に変化する状況を判定するためのＰＭの堆積量の変化量の閾値である。

本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００では、上述した変化異常判定周期Ｔｐおよび変化異常判定閾値ＴＤｖが設定されているため、ＣＰＵ３１２は、変化異常判定周期Ｔｐ毎に、ＰＭセンサ４５の出力から演算により求めた当該周期ＴｐのＰＭの堆積量の変化量Ｄｖが上記変化異常判定閾値ＴＤｖ以上となったことを条件に、ＤＰＦ２３のＰＭ捕集機能が正常ながらも例えばＰＭセンサ４５の検出部５４に粒径の大きなＰＭが付着するなどの状況が発生している疑いがあることを認識可能になる。このような状況において、ＤＰＦ２３が故障であるとの誤判定を回避するために、本実施の形態では、ＤＰＦ２３の故障判定を中止させる制御を行っている。

図６において、ＤＰＦ２３の故障判定を中止させる制御の対象となる特性の一例として特性Ｃ３を一点鎖線で示している。この特性Ｃ３は、変化異常判定周期Ｔｐｎにおいて当該区間のＰＭセンサ４５の検出部５４のＰＭの堆積量の変化量Ｄｖｎが変化異常判定閾値ＴＤｖ以上となる変化を来すことを表わしている。ここで例えば、特性Ｃ３を示すＤＰＦ２３の運用環境について、特性Ｃ１およびＣ２と同様に閾値堆積量ＴＤａと故障判定閾値時間Ｔ１に基づき故障判定を行った場合を考えてみる。この場合、特性Ｃ３を示すＤＰＦ２３の運用環境については、ＰＭセンサ４５の検出特性調整後からのＰＭ堆積量は故障判定閾値時間Ｔ１に達する前に閾値堆積量ＴＤａに達することから、ＤＰＦ２３が故障であると誤って判定されることになる。この点、本実施の形態では、特性Ｃ３を示すＤＰＦ２３の運用環境については、変化異常判定周期ＴｐｎにおけるＰＭセンサ４５の検出部５４のＰＭの堆積量の変化量Ｄｖｎが求められ、該変化量ＤＶｎと予め設定されている変化異常判定閾値ＴＤｖと比較される。その結果、変化量ＤＶｎが変化異常判定閾値ＴＤｖ以上であることから、当該変化異常判定周期Ｔｐｎ内にＤＰＦ２３のＰＭ捕集機能が正常ながらも例えばＰＭセンサ４５の検出部５４に粒径の大きなＰＭが付着するなどの状況が発生している疑いがあることを認識可能になる。

図６を参照して述べたように、エンジンＥＣＵ３１は、閾値推定量ＴＤａ、故障判定閾値時間Ｔ１、変化異常判定周期Ｔｐおよび変化異常判定閾値ＴＤｖを記憶するＲＯＭ３１４とともに、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００における制御情報設定手段を構成する。

ここで再び図５を参照した機能構成の説明に戻る。図５に示すように、エンジンＥＣＵ３１において、ＣＰＵ３１２は、第１計時部３１５１を有する第１判定部３１５と、第２計時部３１６１を有する第２判定部３１６と、検出特性調整制御部３１７とを有する。第１判定部３１５は、ＰＭセンサ４５の出力を入力インターフェース回路３１１ａから取り込み、この出力とＲＡＭ３１３に記憶されている閾値堆積量ＴＤａおよび故障判定閾値時間Ｔ１に基づき、後で図７を参照して詳述するＤＰＦ２３の故障判定の処理を行う。すなわち、第１判定部３１５は、取り込んだＰＭセンサ４５の出力から現在のＰＭ堆積量を求めてこのＰＭ堆積量とＲＡＭ３１３に記憶されている閾値堆積量ＴＤａと比較しつつ現在のＰＭ堆積量が閾値堆積量ＴＤａに達するまでの満杯堆積時間を第１計時部３１５１で計時していき、該第１計時部３１５１が計時した満杯堆積時間とＲＡＭ３１３に記憶されている故障判定閾値時間Ｔ１を比較してＤＰＦ２３が故障か正常かの判定結果を出力する。

このように、エンジンＥＣＵ３１において、ＣＰＵ３１２は、排気微粒子センサの検出部に堆積する粒子状物質の堆積量が予め設定された閾値堆積量に達したとき、ヒータにより粒子状物質を除去してから閾値堆積量に達するまでの堆積時間を予め設定した故障判定閾値時間と比較してパティキュレートフィルタが故障状態か否かの故障判定を実行する第１判定手段を構成する。

また、図５において、第２判定部３１６は、ＰＭセンサ４５の出力を取り込み、ＲＡＭ３１３に記憶されている変化量異常判定周期Ｔｐ毎に、取り込んだＰＭセンサ４５の出力と、ＲＡＭ３１３に記憶されている変化異常判定閾値ＴＤｖを照合しつつ、後で図８を参照して詳述するＤＰＦ２３の故障判定の可否を判定する処理を行う。すなわち、第２判定部３１６は、第２計時部３１６１が上記変化量異常判定周期Ｔｐを計時しつつ、取り込んだＰＭセンサ４５の出力からそれまでのＰＭ堆積量を算出していき、第２計時部３１６１が計時している上記変化量異常判定周期Ｔｐがタイムアップするまでの、つまり変化量異常判定周期Ｔｐの期間のＰＭ堆積量の変化量Ｄｖを変化異常判定閾値ＴＤｖと比較して故障判定（つまり、診断）を許可するか中止するかを判定し、第１判定部３１５に対する故障判定許可（診断許可）または故障判定の中止（診断中止）の制御を行う。

このように、エンジンＥＣＵ３１において、ＣＰＵ３１２は、排気微粒子センサの出力を所定の周期で繰り返し検出して各周期の開始時に検出した開始時検出値と終了時に検出した終了時検出値の間における粒子状物質の堆積量の変化量を予め設定した変化異常判定閾値と比較し、該比較の結果に応じて、第１判定手段による故障判定の可否を判定する第２判定手段を構成する。

また、検出特性調整制御部３１７は、第１判定部３１５においてＤＰＦ２３が正常であると判定された場合や、第２判定部３１６においてＤＰＦ２３の故障判定を許可するとの判定がなされた場合等に、例えば第１判定部３１５から出力される検出特性調整指令に基づいてヒータ加熱指令を生成し、出力インターフェース回路３１１ｂを介してＰＭセンサ４５に送出する。ＰＭセンサ４５では、ヒータ加熱制御部６２が上記ヒータ加熱指令に基づいてヒータ５９に通電し、検出部５４に付着したＰＭを燃焼させて除去する検出特性調整制御を実行する。

このように、エンジンＥＣＵ３１のＣＰＵ３１２は、ＰＭセンサ４５のヒータ加熱制御部６２とともに、第２判定手段が第１判定手段による故障判定を中止させたことを条件にＰＭセンサ４５のヒータ５９に通電して作動させ、検出部５４に堆積した粒子状物質を燃焼させて除去する排気微粒子センサの検出特性調整制御手段を構成している。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００においては、車両のスタートスイッチやイングニッションスイッチが操作され、エンジンＥＣＵ３１およびＤｅＮＯｘＥＣＵ４１等に電源が供給されると、エンジンＥＣＵ３１により、図７に示すＤＰＦ２３の故障判定処理、および図８に示すＤＰＦ２３の故障判定の可否判定処理が実行される。

このうち、図７に示すＤＰＦ２３の故障判定処理は、ＰＭセンサ４５の検出特性を調整する処理（ステップＳ１１）から開始される。すなわち、ステップＳ１１において、第１判定部３１５は、検出特性調整制御部３１７にリセット指令を送出し、該検出特性調整制御部３１７によりヒータ５９に通電させて作動させ、ＰＭセンサ４５の検出部５４に付着したＰＭを燃焼させて除去させる。

ステップＳ１１におけるＰＭセンサ４５の検出特性調整が行われると、次いで、第１判定部３１５は、第１計時部３１５１に指示して当該ＰＭセンサ４５の検出特性調整が行われてからの該ＰＭセンサ４５におけるＰＭ堆積時間Ｔ０の計時を開始させる（ステップＳ１２）。

第１計時部３１５１によるＰＭ堆積時間Ｔ０の計時中、第１判定部３１５は、ＰＭセンサ４５の出力を入力インターフェース回路３１１ａから取り込み（ステップＳ１３）、このＰＭセンサ４５の出力から演算によりＰＭ堆積量Ｄａを算出するとともに、該ＰＭ堆積量Ｄａが予め設定されている閾値堆積量ＴＤａに達しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。

ここで、ＰＭ堆積量Ｄａが閾値堆積量ＴＤａに達していないと判定された場合（ステップＳ１４でＮＯ）、第１判定部３１５は、ステップＳ１３に戻ってＰＭセンサ４５の出力を取り込み、次いで、ステップＳ１４に進み、このＰＭセンサ４５の出力から求めたＰＭ堆積量Ｄａが予め設定されている閾値堆積量ＴＤａに達しているか否かを判定する。上記ステップＳ１３およびＳ１４の処理は、ステップＳ１４でＰＭ堆積量Ｄａが閾値堆積量ＴＤａに達していないと判定されている間、繰り返し実行される。

この間の処理中、ＰＭ堆積量Ｄａが閾値堆積量ＴＤａに達したと判定されると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、第１判定部３１５は、ステップＳ１２で開始した第１計時部３１５１におけるＰＭ堆積時間Ｔ０の計時を終了させる（ステップＳ１５）。

次いで、第１判定部３１５は、ステップＳ１５で計時終了したＰＭ堆積時間Ｔ０が予め設定されている故障判定閾値時間Ｔ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで、ＰＭ堆積時間Ｔ０が故障判定閾値時間Ｔ１以下であると判定された場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、第１判定部３１５は、ＤＰＦ２３は正常であると判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７でＤＰＦ２３は正常であると判定されると、引き続き、第１判定部３１５は、ステップＳ１１に戻ってＰＭセンサ４５の検出特性調整処理を行い、その後、ステップＳ１２以降の処理を実行する。

これに対し、ステップＳ１６において、ＰＭ堆積時間Ｔ０が故障判定閾値時間Ｔ１より大きいと判定された場合（ステップＳ１６でＮＯ）、第１判定部３１５は、ＤＰＦ２３は故障であると判定し（ステップＳ１８）、一連の故障診断処理を終了する。ステップＳ１８でＤＰＦ２３は故障であると判定された後、ＤＰＦ２３の故障判定処理（図７参照）を再開するには、例えば、エンジンＥＣＵ３１によって、排気浄化装置１２の上流側の排気中への燃料添加しＤＰＦ２３上に捕集されたＰＭを燃焼させる再生処理を実行すればよい。

一方、第２判定部３１６は、図７における第１判定部３１５でのＤＰＦ２３の故障診断処理に合わせて、変化異常判定周期Ｔｐ毎にＰＭセンサ４５の出力を繰り返し検出しながら図８に示すＤＰＦ２３の故障判定の可否判定処理を実行する。このＤＰＦ２３の故障判定の可否判定処理は、例えば、第１判定部３１５におけるＤＰＦ２３の故障診断処理中のステップＳ１１（図７参照）が実行されたことを契機に開始させることができる。

すなわち、第１判定部３１５によりＰＭセンサ４５の検出特性調整処理が実行されると、第２判定部３１６は、図８に示すＤＰＦ２３の故障判定の可否判定処理を開始し、まず、ＰＭセンサ４５の出力を取り込み、この出力から演算によりＰＭ堆積量Ｄａを算出するとともに、算出したＰＭ堆積量Ｄａを、当該変化異常判定周期Ｔｐの開始時に検出した開始時検出値としてＲＡＭ３１３の所定領域に記憶させる（ステップＳ２１）。

次いで、第２判定部３１６は、第２計時部３１６１により変化異常判定周期Ｔｐに相当する時間の計時を開始させる（ステップＳ２２）。引き続き、第２判定部３１６は、第２計時部３１６１による計時を続行させながらその計時時間が上記変化異常判定周期Ｔｐに相当する時間に達したか否か、つまり、変化異常判定周期Ｔｐがタイムアップしたか否かを判定する（ステップＳ２３）。ここで、変化異常判定周期Ｔｐがタイムアップしていないと判定されると（ステップＳ２３でＮＯ）、その後に当該変化異常判定周期Ｔｐがタイムアップしていると判定される（ステップＳ２３でＹＥＳ）まで、変化異常判定周期Ｔｐに相当する時間の計時を続行する（ステップＳ２２）。

上記変化異常判定周期Ｔｐに相当する時間の計時処理中、当該変化異常判定周期Ｔｐがタイムアップしたと判定されると（ステップＳ２３でＹＥＳ）、第２判定部３１６は、その時のＰＭセンサ４５の出力を取り込み、この出力からＰＭ堆積量Ｄａを算出するとともに、算出したＰＭ堆積量Ｄａを、当該変化異常判定周期Ｔｐの終了時に検出した終了時検出値としてＲＡＭ３１３の上記所定領域に記憶させる（ステップＳ２４）。

引き続き、第２判定部３１６は、上記ステップＳ２４で記憶した終了時検出値、すなわち今回検出値から上記ステップＳ２１で記憶した開始時検出値、すなわち前回検出値を減算して当該変化異常判定周期ＴｐにおけるＰＭ堆積量の変化量Ｄｖを算出したうえで、該変化量Ｄｖが予め設定されている変化異常判定閾値ＴＤｖより小さいか否かを判定する（ステップＳ２５）。

ここで、変化異常判定周期ＴｐにおけるＰＭ堆積量の変化量Ｄｖｎが変化異常判定閾値ＴＤｖよりも小さいと判定された場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、第２判定部３１６は、ＤＰＦ２３の故障判定（診断）を許可すると判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６で診断を許可すると判定すると、第２判定部３１６は、第１判定部３１５に対する診断許可制御（図５参照）として、例えば、第１判定部３１５にＤＰＦ２３の診断許可を指示し、その後、ステップＳ２１以降の処理を続行する。一方、第１判定部３１５は、第２判定部３１６からの上記指示に基づいて図７における一連の故障判定（診断）処理を続行する。ステップＳ２６の診断許可制御については、第２判定部３１６が上記指示を発することなく単にステップＳ２１以降の処理に移行し、第１判定部３１５もそのまま図７のＤＰＦ２３の故障判定処理を続行するようにしてもよい。

これに対し、上記ステップＳ２５において、変化異常判定周期ＴｐにおけるＰＭ堆積量の変化量Ｄｖｎが変化異常判定閾値ＴＤｖ以上であると判定された場合（ステップＳ２５でＮＯ）、第２判定部３１６は、ＤＰＦ２３の故障判定（診断）を中止すると判定する（ステップＳ２７）。第２判定部３１６は、ステップＳ２７において診断を中止すると判定すると、第１判定部３１５に対する診断中止制御（図５参照）として、例えば、第１判定部３１５にＤＰＦ２３の診断中止を指示する。その後、第２判定部３１６は、ＰＭセンサ４５の検出部５４に付着したＰＭを除去する処理を実施し、この処理によりＰＭが除去された後、第１判定部３１５に対してＤＰＦ２３の診断再開を指示する（ステップＳ２８）。

上記ステップＳ２８の診断再開の指示に先立つＰＭセンサ４５のＰＭ除去処理は、例えば、ステップＳ２７で第２判定部３１６によりＤＰＦ２３の故障判定（診断）を中止するとの判定がなされたことを条件に開始させることができる。この場合、第２判定部３１６は、ステップＳ２７でのＤＰＦ２３の故障判定（診断）を中止すると判定することにより、検出特性調整制御部３１７に検出特性調整指令を送出する。検出特性調整制御部３１７は、検出特性調整指令に基づきヒータ加熱指令を生成してＰＭセンサ４５に送信する。一方、ＰＭセンサ４５では、ヒータ加熱制御部６２が、上記ヒータ加熱指令に基づきヒータ５９に通電し、その検出部５４に付着しているＰＭを除去させる。上記ステップＳ２８において、第２判定部３１６は、上述したＰＭ除去処理により検出部５４に付着しているＰＭが除去された後、第１判定部３１５にＤＰＦ２３の診断再開を指示する。ここで、診断の再開を指示するための条件としては、上述したように、ＰＭが除去された後に限らず、例えば、上述したＰＭ除去処理中、通電によるヒータ５９の作動後としてもよい。

第２判定部３１６における上記ステップＳ２７、Ｓ２８の処理に対し、第１判定部３１５は、上記ステップＳ２７で第２判定部３１６から送出される診断中止の指示を受信すると、図７に示すステップＳ１６での判定結果に基づくＤＰＦ２３が正常か故障かの判定（ステップＳ１７、Ｓ１８）を行わないように制御する。また、第１判定部３１５は、その後、上記ステップＳ２８で第２判定部３１６から送出される診断再開の指示を受信することにより、上記ステップＳ１６〜Ｓ１８の処理を再開する。

図８に示すＤＰＦ２３の故障判定の可否判定処理においては、ＤＰＦ２３の故障判定を中止する判定が行われた後、自動でＰＭセンサ４５の検出部５４に付着したＰＭの除去処理を実行する（ステップＳ２８）こととしたが、ＤＰＦ２３の故障判定を中止する判定が行われた場合に、排気浄化システムを作動停止させ、ＤＰＦ２３の流路の目封じ部の欠損や、ＰＭセンサ４５の検出部５４のＰＭ堆積状況等を目視などにより検証したうえで、上記ＰＭ除去処理以降の処理を実施するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、第１判定部３１５が、ＰＭセンサ４５の出力に基づき、ＰＭセンサ４５の検出部５４に満杯量のＰＭが堆積したことが検出されたとき、ヒータ５９を作動させることにより検出部５４に堆積したＰＭを燃焼させて除去した後、つまりＰＭセンサ４５の検出特性調整後からＰＭセンサ４５におけるＰＭ堆積量が上記満杯量に達するまでの時間を予め設定した故障判定閾値時間Ｔ１と比較してＤＰＦ２３が故障状態か否かの故障判定を行う。

本実施の形態に係る排気浄化システムでは、ＰＭセンサ４５の検出特性調整後からのＰＭセンサ４５の検出部５４におけるＰＭ堆積量については、例えば、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されているにもかかわらず、短期間に大きな値へと変わる状況が起こり得る。このようなＰＭセンサ４５の出力の大幅な変化が発生する状況としては、ＤＰＦ２３の複数の目封じ部に多少の欠損があるものの、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されている状態で、上記欠損部で補修しきれなかった粒径の大きなＰＭがＰＭセンサ４５の検出部５４に付着する場合等が考えられる。

このように、ＰＭセンサ４５の検出部５４への粒径の大きなＰＭの付着等によりＰＭの出力が大幅に変化する状況下では、第１判定部３１５において、閾値堆積量ＴＤａに達するまでの堆積時間と故障判定閾値時間Ｔ１の比較結果でＤＰＦ２３の故障判定を行うと、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されているにもかかわらず、ＤＰＦ２３が故障であると判定（誤判定）される結果となる。

この点、本実施の形態に係るパティキュレートフィルタの故障診断装置１００では、上述した第１判定部３１５におけるＤＰＦ２３の故障判定処理と合わせて、第２判定部３１６が、ＰＭセンサ４５の出力を所定の変化異常判定周期Ｔｐ毎に繰り返し検出して各周期の開始時に検出した開始時検出値と終了時に検出した終了時検出値の間におけるＰＭの堆積量の変化量Ｄｖを求め、求めた各周期ＴｐにおけるＰＭの堆積量の変化量Ｄｖと予め設定した変化異常判定閾値ＴＤｖとの比較結果に応じてＤＰＦ２３の故障判定の可否を判定する。

この構成により、各変化異常判定周期ＴｐにおけるＰＭの堆積量の変化量と変化異常判定閾値ＴＤｖとの比較結果によっては第１判定部３１５におけるＤＰＦ２３の故障判定を中止させ、ＤＰＦ２３の故障判定結果を出力しないようにすることができる。したがって、本実施の形態では、ＤＰＦ２３の複数の目封じ部に多少の欠損があるものの、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されている状況下において、ＰＭセンサ４５の検出部５４に上記欠損部で補修しきれなかった粒径の大きなＰＭが付着する等、ＰＭセンサ４５の出力が大幅に変化した場合でも、ＤＰＦ２３を故障であると誤判定してしまうことを回避することができる。

上述したＰＭセンサ４５の検出部５４への付着により出力の大幅な変化を招来する粒径の大きなＰＭとしては、例えば、図９に示すＰＭの分布特性Ｃｄ中、領域ａ３に分布する粒径サイズのＰＭが想定される。領域ａ３に分布する粒径サイズの大きなＰＭは、領域ａ１に分布する粒径の小さいＰＭおよび領域ａ２に分布する中程度の粒径のＰＭの量を加算した量よりも少ない量ではあるが、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されているがＤＰＦ２３の複数の目封じ部に多少の欠損がある状況下では上記欠損部で捕集されることなくＰＭセンサ４５の検出部５４に付着する状況を引き起こす可能性がある。

本実施の形態によれば、こうした状況下で、第２判定部３１６が、変化異常判定周期ＴｐにおけるＰＭの堆積量の変化量が変化異常判定値ＴＤｖ以上となったことを認識して第１判定部３１５におけるＤＰＦ２３の故障判定を中止させることで、正常な状態が保持されているＤＰＦ２３が故障であると断定されないようにすることができる。これにより、本実施の形態では、ＤＰＦ２３の複数の流路の目封じ部にさほど欠損が生じておらず、ＤＰＦ２３の正常な状態が保持されている状態で、目封じ部の欠損部により補修しきれなかった粒径の大きなＰＭがＤＰＦ２３より下流側に配置されるＰＭセンサ４５の検出部５４に付着する等の要因によるＤＰＦ２３の誤った故障判定を回避できる。

また、本実施の形態において、第２判定部３１６は、各変化異常判定周期Ｔｐ毎にＰＭセンサ４５による終了時検出値と開始時検出値の間におけるＰＭの堆積量の変化量Ｄｖと変化異常判定閾値ＴＤｖとを比較した結果、ＰＭの堆積量の変化量Ｄｖが変化異常判定閾値ＴＤｖ未満であることを条件に、第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定を許可する一方、ＰＭの堆積量の変化量ＴＤｖｎが変化異常判定閾値ＴＤｖ以上になったことを条件に、第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定を中止させるようにしている。

この構成により、本実施の形態では、ＰＭの堆積量の変化量Ｄｖが任意の変化異常判定周期Ｔｐで変化異常判定閾値ＴＤｖ以上となるようなＰＭセンサ４５の出力の変化が生じた場合に第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定を中止させ、正常な状態が保持されているＤＰＦ２３が故障であると断定されないようにすることができる。また、故障判定を中止する判定を行った後、ＰＭセンサ４５の検出特性をリセットする処理を行うだけで、簡単かつ迅速に排気浄化システムを通常運用へと復帰させることができる。

また、本実施の形態においては、第２判定部３１６が第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定を中止させたことを条件にＰＭセンサ４５のヒータ５９を作動させ、検出部５４に堆積したＰＭを燃焼させて除去するヒータ加熱制御部６２（除去手段）を有し、第２判定部３１６は、ヒータ加熱制御部６２によるＰＭ除去後に、第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定の再開を許可するようにしている。

この構成により、本実施の形態では、例えば、ＰＭセンサ４５の検出部５４に粒径の大きなＰＭが付着することにより、当該周期ＴｐｎにおけるＰＭの堆積量の変化量ＴＤｖｎが大幅に変化したことを認識した第２判定部３１６によって第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定が中止された場合、その付着した粒径の大きなＰＭを除去するだけで第１判定部３１５によるＤＰＦ２３の故障判定処理を再開でき、通常運用へと迅速に復帰できるとともに、復帰後、ＰＭが除去された状態のＰＭセンサ４５の出力に基づき直ちにＤＰＦ２３の正確な故障判定を実行することができる。

上述の一実施の形態では、ＤＰＦ２３の故障判定の可否を判定に際し、ＰＭ堆積量の変化量を閾値（変化異常判定閾値ＴＤｖ）として設定し、ＰＭセンサ４５の出力（抵抗計測値）からＰＭセンサ４５のＰＭ堆積量の変化量を演算により求めて上記閾値であるＰＭ堆積量の変化量と比較するようにしたが、抵抗計測値を閾値として設定し、ＰＭセンサ４５の出力（抵抗計測値）と比較してＤＰＦ２３の故障判定の可否を判定するようにしてもよい。また、上記一実施の形態では、エンジンＥＣＵ３１が第１判定部３１５、第２判定部３１６を構成する例を挙げているが、これら第１判定部３１５、第２判定部３１６をＤｅＮＯｘＥＣＵ４１で構成するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、パティキュレートフィルタの誤った故障判定を回避できるとともに、正常運用へ迅速に復帰可能なパティキュレートフィルタの故障診断装置を提供できるものである。かかる本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気通路上に配置されるＤＰＦ２３等のパティキュレートフィルタの故障診断装置全般に有用である。

１０ エンジン（内燃機関、ディーゼルエンジン）
１１ 排気管
１１ａ 排気通路
１２ 排気浄化装置
１３ 排気ターボ過給機
１４ 排気ブレーキ
１６ 燃料添加弁
１７ 燃料ポンプ
１８ カットオフバルブ
１９ 添加燃料圧力センサ
２１ ケース
２２ 第２の酸化触媒
２３ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
２４ ＳＣＲ触媒
２５ アンモニア低減触媒
２６ ＤＥＦインジェクタ
２７ ＤＥＦ供給ポンプ
３１ エンジンＥＣＵ（第１判定手段、第２判定手段、検出特性調整制御手段、制御情報設定手段）
３２、３３、３４、３６、４６ 排気温度センサ
３５ 差圧センサ
４１ ＤｅＮＯｘＥＣＵ
４５ ＰＭセンサ
５１ 絶縁基板
５２、５３ 検出電極（一対の電極）
５４ 検出部
５６ 絶縁部材
５９ ヒータ
６１ 抵抗計測部
６２ ヒータ加熱制御部（除去手段、検出特性調整制御手段）
３１１ 入出力インターフェース回路
３１１ａ 入力インターフェース回路
３１１ｂ 出力インターフェース回路
３１２ ＣＰＵ（中央制御部）
３１３ ＲＡＭ（制御情報設定手段）
３１４ ＲＯＭ（制御情報設定手段）
３１５ 第１判定部（第１判定手段）
３１６ 第２判定部（第２判定手段）
３１７ 検出特性調整制御部（検出特性調整制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の排気中の粒子状物質を前記内燃機関の排気通路の途中で捕集するパティキュレートフィルタと、前記排気通路のうち前記パティキュレートフィルタの下流側に前記粒子状物質を堆積可能な検出部および該検出部に堆積した前記粒子状物質を燃焼させて除去するヒータを有する排気微粒子センサと、を備えた排気浄化システムに装備され、前記排気微粒子センサの前記検出部に堆積する前記粒子状物質の堆積量および堆積時間のうち少なくとも一方に応じて前記パティキュレートフィルタが故障状態か否かを判定するパティキュレートフィルタの故障診断装置であって、
   前記排気微粒子センサの前記検出部に堆積する前記粒子状物質の堆積量が予め設定された閾値堆積量に達したとき、前記ヒータにより前記粒子状物質を除去してから前記閾値堆積量に達するまでの堆積時間を予め設定した故障判定閾値時間と比較して前記パティキュレートフィルタが故障状態か否かの故障判定を実行する第１判定手段と、
   前記排気微粒子センサの出力を所定の周期で繰り返し検出して前記各周期の開始時に検出した開始時検出値と終了時に検出した終了時検出値の間における前記粒子状物質の堆積量の変化量を予め設定した変化異常判定閾値と比較し、該比較の結果に応じて、前記第１判定手段による前記故障判定の可否を判定する第２判定手段と、を有し、
   前記第２判定手段は、前記各周期の前記開始時検出値と前記終了時検出値の間における前記粒子状物質の堆積量の変化量が前記変化異常判定閾値未満であることを条件に、前記第１判定手段による前記故障判定を許可する一方、前記新旧の複数の検出値の間における前記粒子状物質の堆積量の変化量が前記変化異常判定閾値以上になったことを条件に、前記第１判定手段による前記故障判定を中止させることを特徴とするパティキュレートフィルタの故障診断装置。
2. 前記第２判定手段が前記第１判定手段による前記故障判定を中止させたことを条件に前記ヒータを作動させて、前記検出部に堆積した前記粒子状物質を燃焼させて除去する除去手段を有し、
   前記第２判定手段は、前記除去手段による前記粒子状物質の除去後に、前記第１判定手段による前記故障判定の再開を許可することを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタの故障診断装置。

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