JP2020007976A - フィルタ診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ故障診断の信頼性を向上させる。【解決手段】フィルタ診断装置は、期間判断部と出力取得部と上流微粒子量取得部と第１，２関連量算出部と故障判断部を備える。期間判断部は、フィルタ再生処理完了直後の故障判定期間内であるかを判断する。出力取得部は、故障判定期間内に、微粒子センサの検出結果を示すセンサ出力を取得する。上流微粒子量取得部は、上流微粒子量を示す情報を取得する。第１関連量算出部は、上流微粒子量と再生直後捕集効率に基づき、故障判定期間内にフィルタから排出される微粒子量に関連した第１下流微粒子関連量を算出する。第２関連量算出部は、センサ出力に基づき、故障判定期間内にフィルタから排出される微粒子の量に関連した第２下流微粒子関連量を算出する。故障判断部は、第１，２関連量算出部により算出された第１，２下流微粒子関連量に基づいてフィルタ故障を判断する。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の排気管に取り付けられたフィルタの故障診断を行うフィルタ診断装置に関する。

特許文献１には、排気管に取り付けられたフィルタの下流側に設置された微粒子センサの検出信号に基づいて、フィルタが故障しているか否かを判断する故障診断装置が記載されている。特許文献１に記載の微粒子センサは、一対の電極を備える。そして、一対の電極間に一定の電圧が印加されることにより、一対の電極間に付着した微粒子の量に応じた電流が一対の電極間に流れ、微粒子センサは、一対の電極間に流れる電流に応じた検出信号を出力する。

特許文献２には、コロナ放電によりイオンを生成する放電部を備え、生成したイオンを被測定ガス中に含まれる微粒子に付着させて帯電微粒子を生成することにより、被測定ガスに含まれる微粒子の量を検出する微粒子センサが記載されている。

特開２０１２−１２２３９９号公報 特開２０１５−１２９７１１号公報

特許文献２に記載の微粒子センサでは、微粒子センサの検出結果を示すセンサ出力の電流レベルがｐＡオーダーまたはｎＡオーダーであり微弱である。このため、特許文献２に記載の微粒子センサを上記フィルタの故障診断に用いる場合において、ノイズの影響を抑制して故障診断の信頼性を向上させるには、排気管内を通過する排気ガスに含まれる微粒子の量が多いタイミングで故障診断を実行することが望ましい。

本開示は、フィルタ故障診断の信頼性を向上させることを目的とする。

本開示の一態様は、内燃機関の排気管に取り付けられて、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子を除去するフィルタの故障診断を、フィルタから排出される微粒子の量を検出する微粒子センサを用いて行うフィルタ診断装置である。微粒子センサは、自身の内部に流入される排気ガスに含まれる微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するように構成された検出部を備える。

フィルタ診断装置は、期間判断部と、出力取得部と、上流微粒子量取得部と、第１関連量算出部と、第２関連量算出部と、故障判断部とを備える。
期間判断部は、フィルタに捕集された微粒子を除去することによりフィルタを再生するフィルタ再生処理が完了した直後における予め設定された故障判定期間内であるか否かを判断するように構成される。

出力取得部は、故障判定期間内であると期間判断部が判断した場合に、微粒子センサの検出結果を示すセンサ出力を取得するように構成される。
上流微粒子量取得部は、フィルタに流入する前における排気ガスに含まれる微粒子の量である上流微粒子量を示す上流微粒子量情報を取得するように構成される。

第１関連量算出部は、上流微粒子量取得部により取得された上流微粒子量情報が示す上流微粒子量と、フィルタ再生処理が完了した直後におけるフィルタの捕集効率を示す予め設定された再生直後捕集効率とに基づいて、故障判定期間内においてフィルタから排出される微粒子の量に関連した第１下流微粒子関連量を算出するように構成される。

第２関連量算出部は、出力取得部により取得されたセンサ出力に基づいて、故障判定期間内においてフィルタから排出される微粒子の量に関連した第２下流微粒子関連量を算出するように構成される。
故障判断部は、第１関連量算出部により算出された第１下流微粒子関連量と、第２関連量算出部により算出された第２下流微粒子関連量とに基づいて、フィルタが故障しているか否かを判断するように構成される。

このように構成された本開示のフィルタ診断装置は、上流微粒子量と再生直後捕集効率とに基づいて推定された第１下流微粒子関連量と、センサ出力に基づいて算出された第２下流微粒子関連量とに基づいて、フィルタの故障を判断する。センサ出力は、フィルタ再生処理が完了した直後においてフィルタから排出される微粒子の量を微粒子センサが検出した結果を示す。そして、フィルタ再生処理が完了した直後におけるフィルタの捕集効率は、フィルタ再生処理が開始される前と比較して低くなる。すなわち、フィルタ再生処理が完了した直後は、フィルタ再生処理が開始される前と比較して、センサ出力が大きくなる。このため、本開示のフィルタ診断装置は、フィルタの故障を判断するために用いられるセンサ出力に対するノイズの影響を抑制することができ、フィルタ故障診断の信頼性を向上させることができる。

また、本開示の一態様では、第１関連量算出部は、内燃機関が使用された累積時間と再生直後捕集効率との間で正の相関を有するように再生直後捕集効率を設定するようにしてもよい。これにより、本開示のフィルタ診断装置は、故障判定期間内においてフィルタから排出される微粒子の量をより精度良く推定することができ、フィルタ故障診断の信頼性を更に向上させることができる。

また、本開示の一態様では、フィルタ診断装置が、過渡判断部と、禁止部とを備えるようにしてもよい。過渡判断部は、内燃機関を搭載した車両が燃料噴射を伴って加速している過渡状態であるか否かを、予め設定された過渡判断条件に基づいて判断するように構成される。禁止部は、故障判定期間内であると期間判断部が判断し、且つ、過渡状態であると過渡判断部が判断している場合に、故障判断部によるフィルタの故障判断を禁止するように構成される。これにより、本開示のフィルタ診断装置は、内燃機関の運転状態が安定していないために上流微粒子量の推定精度が悪くなる過渡状態であるときを除外して、フィルタが故障しているか否かを判断するため、フィルタ故障診断の信頼性を更に向上させることができる。

また、本開示の一態様では、第１下流微粒子関連量および第２下流微粒子関連量は、故障判定期間内においてフィルタから排出される微粒子の量の平均値であってもよいし、故障判定期間内においてフィルタから排出される微粒子の量を累積した累積値であってもよい。また、第１下流微粒子関連量と第２下流微粒子関連量とを比較することで、フィルタが故障しているか否かを判断することができる。

センサ制御装置を構成要素とするシステムの概略構成を示す図である。 微粒子センサの断面図である。 微粒子センサの分解斜視図である。 先端側からの絶縁スペーサの斜視図である。 後端側からの絶縁スペーサの斜視図である。 セラミック素子の斜視図である。 セラミック素子の分解斜視図である。 センサ制御装置の回路構成を示す図である。 微粒子センサの検出動作を説明するための模式図である。 フィルタ故障判定処理の前半部分を示すフローチャートである。 フィルタ故障判定処理の後半部分を示すフローチャートである。 過渡期間判定処理を示すフローチャートである。 ＤＰＦ下流微粒子量等の時間変化を示すグラフである。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ制御装置１は、車両に搭載され、図１に示すように、微粒子センサ２を制御する。

センサ制御装置１は、ディーゼルエンジン３を制御する電子制御装置４との間で通信線５を介して、データを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置４をエンジンＥＣＵ４という。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。

ディーゼルエンジン３の排気管６には、排気ガスを取り込んで排気ガス中の粒子状物質を除去するＤＰＦ７が設置されている。ＤＰＦは、Diesel Particulate Filterの略である。

微粒子センサ２は、排気管６におけるＤＰＦ７より下流側に設置され、ＤＰＦ７から排出された排気ガスに含まれる微粒子（例えば、煤）の量を検出する。
微粒子センサ２は、図２に示すように、ケーシング１１、セラミック素子１２およびケーブル１３を備える。図２において、微粒子センサ２の下端側を先端側ＦＥ、微粒子センサ２の上端側を後端側ＢＥ、微粒子センサ２の長手方向を軸線方向ＤＡという。

ケーシング１１は、セラミック素子１２の先端側ＦＥを排気管６の内部に突出させるようにしてセラミック素子１２を保持する。
ケーシング１１は、内側金具２１と、外側金具２２と、絶縁スペーサ２３，２４と、絶縁ホルダ２５と、セパレータ２６，２７とを備える。

内側金具２１は、主体金具３１と、ガス取入管３２と、内筒３３と、内筒接続金具３４とを備える。
主体金具３１は、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成されたステンレス製の部材である。主体金具３１は、本体部４１とフランジ部４２とを備える。本体部４１は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成され、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔４１ａと、貫通孔４１ａの径方向内側に突出する棚部４１ｂとを備える。棚部４１ｂは、先端側ＦＥへ近づくにつれて貫通孔４１ａの径方向外側から中心に向かう傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。フランジ部４２は、本体部４１の外周から径方向に沿って外側へ延びる板状に形成されている。

主体金具３１の貫通孔４１ａの内部には、先端側ＦＥから後端側ＢＥに向かって順に、セラミック素子１２の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ４３と、粉末充填層である滑石リング４４，４５と、セラミックスリーブ４６とが積層されている。

セラミックスリーブ４６と主体金具３１の後端側ＢＥの端部との間には、加締リング４７が配置されている。セラミックホルダ４３と主体金具３１の棚部４１ｂとの間には、金属ホルダ４８が配置されている。金属ホルダ４８は、滑石リング４４およびセラミックホルダ４３を保持する。主体金具３１の後端側ＢＥの端部は、加締リング４７を介してセラミックスリーブ４６を先端側ＦＥに向かって押し付けるように加締められる部分である。

ガス取入管３２は、主体金具３１の先端側ＦＥの端部に設けられ、外側プロテクタ５１および内側プロテクタ５２を備える。外側プロテクタ５１および内側プロテクタ５２は、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成されたステンレス製の部材である。内側プロテクタ５２は、セラミック素子１２の先端側ＦＥの端部を覆った状態で主体金具３１に溶接され、外側プロテクタ５１は、内側プロテクタ５２を覆った状態で主体金具３１に溶接されている。

内筒３３は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたステンレス製の部材である。内筒３３は、本体部５４とフランジ部５５とを備える。本体部５４は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成され、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔５４ａを備える。フランジ部５５は、本体部５４における先端側ＦＥの端部の外周から径方向に沿って外側へ延びる板状に形成されている。内筒３３は、先端側ＦＥの端部の開口部内に主体金具３１の後端側ＢＥの端部を嵌め込んだ状態、すなわち、フランジ部５５を主体金具３１のフランジ部４２に重ねた状態で、主体金具３１に溶接される。

内筒３３の貫通孔５４ａの内部には、先端側ＦＥから後端側ＢＥに向かって順に、絶縁ホルダ２５と、セパレータ２６と、セパレータ２７とが積層されている。
絶縁ホルダ２５は、セラミック素子１２の径方向周囲を取り囲む筒状に形成された絶縁性の部材である。

セパレータ２６は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成された絶縁性の部材である。セパレータ２６には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔２６ａが形成されている。貫通孔２６ａ内には、セラミック素子１２がセパレータ２６における後端側ＢＥの端部から突出するように、セラミック素子１２が挿入される。

セパレータ２７は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成された絶縁性の部材である。セパレータ２７の内部には、セラミック素子１２における後端側ＢＥの端部が挿入される。セパレータ２７には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔２７ａおよび貫通孔２７ｂが形成されている。セパレータ２７の外表面には、径方向外側に突出するフランジ部２７ｃが形成されている。

内筒３３の後端側ＢＥの端部は、フランジ部２７ｃを先端側ＦＥに向かって押し付けるように加締められる。これにより、絶縁ホルダ２５、セパレータ２６およびセパレータ２７は、内筒３３に対して固定された状態で保持される。

内筒接続金具３４は、後端側ＢＥの端部が閉塞されている筒状に形成されたステンレス製の部材である。内筒接続金具３４は、先端側ＦＥの端部の開口部内に内筒３３の後端側ＢＥの端部を嵌め込んだ状態で、内筒３３に溶接される。内筒接続金具３４における後端側ＢＥの端部には、ケーブル１３を挿入するための複数の挿入口３４ａが形成されている。

外側金具２２は、取付金具６１と外筒６２とを備える。取付金具６１は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたステンレス製の部材である。取付金具６１は、本体部７１と六角部７２とを備える。本体部７１は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成され、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔７１ａと、貫通孔７１ａの径方向内側に突出する棚部７１ｂとを備える。棚部７１ｂは、先端側ＦＥへ近づくにつれて貫通孔７１ａの径方向外側から中心に向かう傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。本体部７１における先端側ＦＥの外周には、排気管６に固定するための雄ネジが形成されている。六角部７２は、本体部７１における後端側ＢＥの外周から径方向に沿って外側へ延びて外周が六角形の板状に形成されている。

排気管６には、微粒子センサ２を挿入するための挿入口６ａが形成されている。そして、排気管６の外周面には、挿入口６ａから突出するようにして取付用ボス６ｂが取り付けられている。このため、取付用ボス６ｂのネジ穴に微粒子センサ２を挿入して、取付金具６１の雄ネジを取付用ボス６ｂのネジ穴の内周壁に形成された雌ネジに螺合することで、ガス取入管３２が排気管６の内周面から突出するようにして微粒子センサ２が排気管６に取り付けられる。

外筒６２は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたステンレス製の部材である。外筒６２は、大径部７４と小径部７５とを備える。大径部７４は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成され、先端側ＦＥの端部の開口部内に取付金具６１の後端側ＢＥの端部を嵌め込んだ状態で取付金具６１に溶接される。

小径部７５は、軸線方向ＤＡに延びて外径および内径が大径部７４より小さい円筒状に形成され、大径部７４における後端側ＢＥの端部から軸線方向ＤＡに沿って突出するように配置されている。小径部７５は、後端側ＢＥの端部において径方向に沿って内側に延びる円環状に形成された縮径部７５ａを備える。縮径部７５ａの中央領域には、ケーブル１３を挿入するための挿入口７５ｂが形成されている。

大径部７４の内部には、内筒３３および内筒接続金具３４が収容される。小径部７５の内部には、先端側ＦＥから後端側ＢＥに向かって順に外筒接続金具６４とグロメット６５とが積層された状態で収容される。

外筒接続金具６４は、後端側ＢＥの端部が閉塞されている筒状に形成されたステンレス製の部材である。外筒接続金具６４における後端側ＢＥの端部には、ケーブル１３を挿入するための複数の挿入口６４ａが形成されている。

グロメット６５は、軸線方向ＤＡに延びる円柱状に形成された耐熱ゴム製の部材である。グロメット６５には、ケーブル１３を挿入するための複数の貫通孔６５ａが形成されている。

グロメット６５は、その外周面が小径部７５の内周面を押し付けた状態で、小径部７５の内部に収容される。また、小径部７５の外周面が径方向内向きに加締められることにより、外筒接続金具６４と小径部７５とが一体に固定される。これにより、グロメット６５は、小径部７５の挿入口７５ｂを塞いだ状態で小径部７５の内部に固定される。

絶縁スペーサ２３は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたアルミナ製の部材である。絶縁スペーサ２３は、大径部８１と、小径部８２と、段差部８３と、傾斜部８４とを備える。

大径部８１は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成される。小径部８２は、軸線方向ＤＡに延びて外径および内径が大径部８１より小さい円筒状に形成され、大径部８１よりも先端側ＦＥに配置される。

段差部８３は、軸線方向ＤＡに延びて外径が大径部８１に等しく且つ内径が小径部８２に等しい円筒状に形成される。そして段差部８３は、大径部８１における先端側ＦＥの端部から軸線方向ＤＡに沿って突出するように配置されている。これにより、大径部８１と段差部８３との接続箇所には、径方向内側に突出する段差８３ａが形成される。

傾斜部８４は、段差部８３と小径部８２との間に配置されて、内径が小径部８２に等しい円筒状に形成される。また傾斜部８４は、段差部８３との接続箇所から小径部８２との接続箇所へ向うにつれて外径が徐々に小さくなるように形成される。

絶縁スペーサ２３は、傾斜部８４の外周面が取付金具６１の棚部７１ｂに接触した状態で取付金具６１の貫通孔７１ａの内部に収容される。絶縁スペーサ２３は、上記のように取付金具６１の内側に収容されることにより、絶縁スペーサ２３における先端側ＦＥの端部において、排気ガスに接するガス接触表面２３ａを有するように形成されている。

そして主体金具３１は、フランジ部４２が絶縁スペーサ２３の段差８３ａにより支持された状態で絶縁スペーサ２３の内部に収容される。これにより、主体金具３１は、取付金具６１と電気的に絶縁された状態で取付金具６１の内部に収容される。

絶縁スペーサ２４は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたアルミナ製の部材である。絶縁スペーサ２４は、大径部８６と、小径部８７とを備える。
大径部８６は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成される。小径部８７は、軸線方向ＤＡに延びて外径が大径部８６より小さく且つ内径が大径部８６に等しい円筒状に形成される。小径部８７は、大径部８６における先端側ＦＥの端部から軸線方向ＤＡに沿って突出するように配置されている。小径部８７の外周面には、周方向に沿って延びる溝８７ａが形成されている。溝８７ａには、円筒状に形成されたヒータ接続金具８９が配置されている。

絶縁スペーサ２４は、小径部８７が絶縁スペーサ２３の大径部８１の内部に挿入されることにより、絶縁スペーサ２３よりも後端側ＢＥに配置される。これにより、内筒３３と取付金具６１とが電気的に絶縁される。そして、絶縁スペーサ２４の大径部８６と取付金具６１の後端側ＢＥの端部との間には、線パッキン９０が配置されている。取付金具６１の後端側ＢＥの端部は、線パッキン９０を介して絶縁スペーサ２４を先端側ＦＥに向かって押し付けるように加締められる。これにより、絶縁スペーサ２３，２４は、取付金具６１の内部に固定される。

ケーブル１３は、図３に示すように、電線１０１，１０２，１０３，１０４，１０５を備える。電線１０１は、三重同軸ケーブルであり、リード線１０１ａと、内側外部導体１０１ｂと、外側外部導体１０１ｃとを備える。内側外部導体１０１ｂは、リード線１０１ａの周囲を包囲する。外側外部導体１０１ｃは、内側外部導体１０１ｂの周囲を包囲する。電線１０２は、三重同軸ケーブルであり、リード線１０２ａと、内側外部導体１０２ｂと、外側外部導体１０２ｃとを備える。内側外部導体１０２ｂは、リード線１０２ａの周囲を包囲する。外側外部導体１０２ｃは、内側外部導体１０２ｂの周囲を包囲する。電線１０３，１０４，１０５はそれぞれ、単芯の絶縁電線であり、リード線１０３ａ，１０４ａ，１０５ａを備える。

リード線１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａはそれぞれ、先端側ＦＥの端部が金属端子１０６，１０７，１０８，１０９に接続される。リード線１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａは、内筒３３の内部に挿入される。そして金属端子１０６は、セパレータ２６の内部に配置される。金属端子１０７，１０８，１０９は、セパレータ２７の内部に配置される。

リード線１０５ａは、図２に示すように、外筒６２の内部に挿入される。そして、リード線１０５ａにおける先端側ＦＥの端部はヒータ接続金具８９に接続される。内側外部導体１０１ｂ，１０２ｂは、内筒接続金具３４の挿入口３４ａで内筒接続金具３４に接触することで、内側金具２１と電気的に接続される。外側外部導体１０１ｃ，１０２ｃは、外筒接続金具６４の挿入口６４ａで外筒接続金具６４に接触することで、外側金具２２と電気的に接続される。

絶縁スペーサ２３は、図４に示すように、発熱抵抗体１１１を備える。発熱抵抗体１１１は、線状に形成されており、小径部８２の全周にわたって小径部８２の内部に蛇行状に埋め込まれている。絶縁スペーサ２３は、ヒータ端子１１２を備える。ヒータ端子１１２は、傾斜部８４の外周面上の全体に亘って形成されている。そして、発熱抵抗体１１１の一端がヒータ端子１１２に接続される。

絶縁スペーサ２３は、図５に示すように、ヒータ端子１１３を備える。ヒータ端子１１３は、大径部８１の内周面上において、大径部８１の周方向に沿って延びる環状に形成されている。そして、発熱抵抗体１１１の他端がヒータ端子１１３に接続される。絶縁スペーサ２３と絶縁スペーサ２４とが取付金具６１の内部に固定されている状態では、絶縁スペーサ２４の溝８７ａに配置されたヒータ接続金具８９と、絶縁スペーサ２３のヒータ端子１１３とが接触する。

セラミック素子１２は、図６に示すように、セラミック層１２１，１２２，１２３が順次積層されることにより、軸線方向ＤＡに延びる板状に形成されている。またセラミック素子１２は、セラミック層１２１とセラミック層１２２との間に挟まれた放電電極体１２４を備える。

セラミック層１２１，１２２，１２３は、図７に示すように、軸線方向ＤＡに延びる板状に形成されたアルミナ製の部材である。セラミック層１２１は、セラミック層１２２，１２３よりも軸線方向ＤＡに沿った長さが短い。セラミック層１２２およびセラミック層１２３は、軸線方向ＤＡに沿った長さが互いに等しい。

放電電極体１２４は、針状電極部１４１と、リード部１４２とを備える。針状電極部１４１は、軸線方向ＤＡに延びる針状に形成された白金製の部材である。リード部１４２は、パターン印刷により軸線方向ＤＡに延びる長尺状に形成されたタングステン製の部材である。針状電極部１４１における後端側ＢＥの端部が、リード部１４２における先端側ＦＥの端部に接続される。

セラミック素子１２は、絶縁被覆層１２５，１２６と、補助電極体１２７と、素子用ヒータ１２８とを備える。
絶縁被覆層１２５は、印刷によりセラミック層１２１と同じ矩形状に形成されたアルミナ製の部材である。絶縁被覆層１２６は、印刷によりセラミック層１２２，１２３と同じ矩形状に形成されたアルミナ製の部材である。

補助電極体１２７は、パターン印刷により軸線方向ＤＡに延びる薄膜状に形成された電極である。補助電極体１２７は、矩形状に形成された補助電極部１４４と、軸線方向ＤＡに延びる長尺状に形成されたリード部１４５とを備える。補助電極部１４４における後端側ＢＥの端部が、リード部１４５における先端側ＦＥの端部に接続される。

素子用ヒータ１２８は、白金を主成分としセラミックが含まれる白金ペーストを用いたパターン印刷により形成された部材である。素子用ヒータ１２８は、発熱抵抗体１４７とリード部１４８，１４９とを備える。発熱抵抗体１４７の一端にリード部１４８が接続され、発熱抵抗体１４７の他端にリード部１４９が接続される。

そしてセラミック素子１２は、セラミック層１２３上に、セラミック層１２３に近い順に、素子用ヒータ１２８、絶縁被覆層１２６、補助電極体１２７、セラミック層１２２、放電電極体１２４、絶縁被覆層１２５およびセラミック層１２１が積層された構造を有する。なお、図６に示すように、放電電極体１２４は、針状電極部１４１における先端側ＦＥの一部分と、リード部１４２における後端側ＢＥの一部分とが絶縁被覆層１２５およびセラミック層１２１に覆われないように配置される。

そして、セラミック層１２１，１２２においてセラミック素子１２の外部に対して露出し、主体金具３１の内部に収容されるセラミックホルダ４３の先端から先端側ＦＥに向かって突出している部分は、排気ガスに接するガス接触表面１２ａである。このガス接触表面１２ａのうち、針状電極部１４１の周囲は、絶縁性が低下すると針状電極部１４１によるコロナ放電が抑制されてしまうガス接触表面１２ｂである。

またセラミック素子１２は、図７に示すように、導通パターン１３１と電極パッド１３２，１３３，１３４とを備える。
導通パターン１３１は、絶縁被覆層１２６とセラミック層１２３との間において、素子用ヒータ１２８より後端側ＢＥに配置される。電極パッド１３２，１３３，１３４は、セラミック層１２３においてセラミック層１２２に対向する面とは反対側の面上に密着して配置されている。また、電極パッド１３２，１３３，１３４は、セラミック素子１２における後端側ＢＥの端部に配置されている。

導通パターン１３１は、絶縁被覆層１２６における後端側ＢＥの端部に形成された貫通孔１２６ａを介して、補助電極体１２７のリード部１４５と電気的に接続される。さらに導通パターン１３１は、セラミック層１２３を貫通するスルーホール導体１２３ａを介して、電極パッド１３２と電気的に接続される。

電極パッド１３３は、セラミック層１２３を貫通するスルーホール導体１２３ｂを介して、素子用ヒータ１２８のリード部１４８と電気的に接続される。電極パッド１３４は、セラミック層１２３を貫通するスルーホール導体１２３ｃを介して、素子用ヒータ１２８のリード部１４９と電気的に接続される。

そして、放電電極体１２４における後端側ＢＥの端部は、金属端子１０６に接触する。電極パッド１３２は、金属端子１０７に接触する。電極パッド１３３は、金属端子１０８に接触する。電極パッド１３４は、金属端子１０９に接触する。

センサ制御装置１は、図８に示すように、絶縁トランス１６１と、内側回路ケース１６２と、外側回路ケース１６３と、イオン源電源回路１６４と、補助電極電源回路１６５と、計測制御部１６６とを備える。

絶縁トランス１６１は、一次側鉄心１７１と、二次側鉄心１７２と、一次側コイル１７３と、二次側コイル１７４，１７５とを備える。一次側コイル１７３は、一次側鉄心１７１に巻き付けられている。一次側コイル１７３の両端は、計測制御部１６６に接続される。二次側コイル１７４，１７５は、二次側鉄心１７２に巻き付けられている。二次側コイル１７４の両端は、イオン源電源回路１６４に接続される。二次側コイル１７５の両端は、補助電極電源回路１６５に接続される。

内側回路ケース１６２は、イオン源電源回路１６４および補助電極電源回路１６５を包囲する導体である。内側回路ケース１６２は、二次側鉄心１７２、内側外部導体１０１ｂおよび内側外部導体１０２ｂに接続される。

外側回路ケース１６３は、内側回路ケース１６２および計測制御部１６６を包囲する導体である。外側回路ケース１６３は接地されている。また外側回路ケース１６３は、一次側鉄心１７１、外側外部導体１０１ｃおよび外側外部導体１０２ｃに接続される。

イオン源電源回路１６４は、一次側コイル１７３に電流が流れることにより二次側コイル１７４の両端で発生する高電圧を出力する。イオン源電源回路１６４は、出力端１６４ａ，１６４ｂを備える。出力端１６４ａは、内側外部導体１０１ｂに接続される。出力端１６４ｂは、リード線１０１ａに接続される。なお、出力端１６４ｂの電位は、出力端１６４ａの電位より高い。

補助電極電源回路１６５は、一次側コイル１７３に電流が流れることにより二次側コイル１７５の両端で発生する高電圧を出力する。補助電極電源回路１６５は、出力端１６５ａ，１６５ｂを備える。出力端１６５ａは、内側外部導体１０２ｂに接続される。出力端１６５ｂは、リード線１０２ａに接続される。なお、出力端１６５ｂの電位は、出力端１６５ａの電位より高い。

計測制御部１６６は、電流検出回路１８１と、ヒータ通電回路１８２，１８３と、マイクロコンピュータ１８４と、レギュレータ電源１８５とを備える。
電流検出回路１８１は、入力端１８１ａ，１８１ｂおよび出力端１８１ｃを備える。入力端１８１ａは、内側回路ケース１６２に接続される。入力端１８１ｂは、外側回路ケース１６３に接続される。電流検出回路１８１は、入力端１８１ａと入力端１８１ｂとの間を流れる電流を検出し、その検出結果を示す信号を出力端１８１ｃから出力する。

ヒータ通電回路１８２は、出力端１８２ａ，１８２ｂを備える。出力端１８２ａは、リード線１０３ａに接続される。出力端１８２ｂは、外側回路ケース１６３に接続される。ヒータ通電回路１８２は、マイクロコンピュータ１８４からの指示に従って、出力端１８２ａと出力端１８２ｂとの間にＰＷＭ制御電圧を印加することにより、素子用ヒータ１２８へＰＷＭ信号を出力して、素子用ヒータ１２８の温度を制御する。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略である。

ヒータ通電回路１８３は、出力端１８３ａ，１８３ｂを備える。出力端１８３ａは、リード線１０５ａに接続される。出力端１８３ｂは、外側回路ケース１６３に接続されるとともに、リード線１０４ａに接続される。ヒータ通電回路１８３は、マイクロコンピュータ１８４からの指示に従って、出力端１８３ａと出力端１８３ｂとの間に、予め設定されたヒータ通電電圧を印加することにより、発熱抵抗体１１１を発熱させる。

マイクロコンピュータ１８４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部等を備える。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

レギュレータ電源１８５は、センサ制御装置１の外部に設置されているバッテリ８から電圧供給を受けて、センサ制御装置１を動作させるための電圧を生成する。
図９に示すように、外側プロテクタ５１は、先端側ＦＥの端部に開口部５１ａが形成されている。また外側プロテクタ５１は、側面の先端側ＦＥに複数のガス取入口５１ｂが形成されている。内側プロテクタ５２は、内側プロテクタ５２における先端側ＦＥの端部が外側プロテクタ５１の開口部５１ａから先端側ＦＥへ突出するように配置される。

内側プロテクタ５２は、先端側ＦＥの端部にガス排出口５２ａが形成されている。また内側プロテクタ５２は、側面において、外側プロテクタ５１のガス取入口５１ｂよりも後端側ＢＥに複数のガス導入口５２ｂが形成されている。

矢印Ｌ１で示すように排気ガスが排気管６内を流れると、内側プロテクタ５２のガス排出口５２ａの外側で排気ガスの流速が上昇し、ガス排出口５２ａの付近に負圧が発生する。
この負圧により、矢印Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で示すように、内側プロテクタ５２内の排気ガスが、ガス排出口５２ａから内側プロテクタ５２の外部へ排出される。これにより、矢印Ｌ５，Ｌ６で示すように、外側プロテクタ５１のガス取入口５１ｂの付近に存在している排気ガスが、ガス取入口５１ｂを通って外側プロテクタ５１の内部へ吸引される。さらに、矢印Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０で示すように、外側プロテクタ５１の内部へ吸引された排気ガスは、ガス導入口５２ｂを通って内側プロテクタ５２の内部へ流入する。

そして、イオン源電源回路１６４によって放電電極体１２４の針状電極部１４１に高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）が印加されると、針状電極部１４１と内側プロテクタ５２との間でコロナ放電が発生する。このコロナ放電により、針状電極部１４１の周囲で陽イオンＰＩが発生する。

また、ガス導入口５２ｂから排気ガスが流入することにより、内側プロテクタ５２の内部では、後端側ＢＥから先端側ＦＥへ向かう排気ガスの気流が発生している。これにより、針状電極部１４１の周囲で発生した陽イオンＰＩが、排気ガスに含まれる微粒子ＭＰに吸着して帯電し、帯電微粒子を生成する。

また、補助電極電源回路１６５によって補助電極体１２７の補助電極部１４４に予め設定された電圧（例えば、１００〜２００Ｖ）が印加される。これにより、排気ガス中の微粒子ＭＰに吸着せずに浮遊する陽イオンＰＩは、補助電極部１４４との間で作用する反発力により、補助電極部１４４から遠ざかる方向に移動する。そして、補助電極部１４４から遠ざかる方向に移動する陽イオンＰＩは、陰極となる内側プロテクタ５２の内壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが吸着することにより帯電微粒子は、陽イオンＰＩと比較して質量が大きいため、補助電極部１４４との間で作用する反発力の影響が小さい。このため、帯電微粒子は、排気ガスの流れに従って、ガス排出口５２ａから排出される。

なお、内側金具２１と外側金具２２は、絶縁スペーサ２３，２４により互いに絶縁されている。すなわち、外側金具２２は外側外部導体１０１ｃ，１０２ｃを介して接地され、内側金具２１は、接地電位にされている外側金具２２と絶縁された状態で排気管６内に保持されている。

ここで、微粒子センサ２の外部へ排出される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を漏洩電流Ｉ_ｅｓｃとし、内側金具２１に捕捉される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を捕捉電流Ｉ_ｔｒｐとすると、下式（１）に示す関係が成立する。

Ｉ_ｉｎ＝Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ＋Ｉ_ｅｓｃ ・・・（１）
そして、放電電流Ｉ_ｄｃと捕捉電流Ｉ_ｔｒｐが内側金具２１に流れ、入力電流Ｉ_ｉｎは一定値に保持されている。入力電流Ｉ_ｉｎは、コロナ放電により陽イオンＰＩを発生させるための電流である。

このため、下式（２）に示すように、入力電流Ｉ_ｉｎと、放電電流Ｉ_ｄｃおよび捕捉電流Ｉ_ｔｒｐの合計との差分により、漏洩電流Ｉ_ｅｓｃを算出することができる。
Ｉ_ｅｓｃ＝Ｉ_ｉｎ−（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ） ・・・（２）
上式（２）に示すように、内側金具２１では、入力電流Ｉ_ｉｎに対して漏洩電流Ｉ_ｅｓｃ分少ない電流が流れるために、内側金具２１の基準電位が外側金具２２の基準電位より低下する内側金具２１の電位の低下に伴い、この電位低下を補償する補償電流Ｉ_ｃが電流検出回路１８１から内側外部導体１０２ｂを介して内側金具２１へ流れる。この補償電流Ｉ_ｃは、漏洩電流Ｉ_ｅｓｃに相当する。換言すれば、補償電流Ｉ_ｃ（または、漏洩電流Ｉ_ｅｓｃ）は、帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流に相当する。電流検出回路１８１は、補償電流Ｉ_ｃの値を計測し、この補償電流Ｉ_ｃの計測値を、漏洩電流Ｉ_ｅｓｃの計測値とする。そして電流検出回路１８１は、漏洩電流Ｉ_ｅｓｃの計測値を示す漏洩電流信号をマイクロコンピュータ１８４へ出力する。

マイクロコンピュータ１８４は、電流検出回路１８１から入力された漏洩電流信号に基づいて漏洩電流Ｉ_ｅｓｃの計測値を特定し、漏洩電流Ｉ_ｅｓｃの計測値と排気ガス中の微粒子の量との対応関係を示すマップまたは演算式などを用いて、排気ガス中の微粒子の量を算出する。ここで、排気ガス中の微粒子の量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量として評価することもでき、微粒子の質量を基準とする量として評価することもできる。あるいは、排ガス中の微粒子量は、単位体積量の排ガス中の微粒子の個数を基準とする量として評価することもできる。本実施形態では、［ｍｇ／ｍ^３］を単位として微粒子量を算出する。

またマイクロコンピュータ１８４は、素子用ヒータ１２８および発熱抵抗体１１１を発熱させることにより、放電電極体１２４の針状電極部１４１に付着した微粒子と、絶縁スペーサ２３におけるガス接触表面２３ａに付着した微粒子とを燃焼させて除去する。

またマイクロコンピュータ１８４は、フィルタ故障判定処理と過渡期間判定処理とを実行する。
まず、フィルタ故障判定処理の手順を説明する。フィルタ故障判定処理は、マイクロコンピュータ１８４の動作中に繰り返し実行される処理である。

フィルタ故障判定処理が実行されると、マイクロコンピュータ１８４のＣＰＵは、図１０に示すように、まずＳ１０にて、電流検出回路１８１から出力される漏洩電流信号（以下、センサ出力）を、前回取得した時点から予め設定された単位測定時間（本実施形態では５０ｍｓ）が経過した時点で取得する。その後Ｓ２０にて、Ｓ１０で取得したセンサ出力に基づいて、排気ガス中の微粒子の量を算出する。

そしてＳ３０にして、予め設定された故障判定開始条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の故障判定開始条件は、エンジンＥＣＵ４から定期的（本実施形態では５０ｍｓ毎）に受信するＤＰＦ再生フラグ情報が示すＤＰＦ再生フラグの値が１から０に変化してから予め設定された故障判定開始時間（本実施形態では、例えば１０秒）が経過していない状態から、故障判定開始時間が経過した状態へ遷移することである。すなわち、マイクロコンピュータ１８４のＣＰＵは、前回（すなわち、単位測定時間前）のＳ３０において「ＤＰＦ再生フラグの値が１から０に変化してから故障判定開始時間が経過していない」と判断し、今回のＳ３０において「故障判定開始時間が経過している」と判断した場合に、故障判定開始条件が成立したと判断する。以下の説明において、フラグをセットするとは、そのフラグの値を１にすることを示し、フラグをクリアするとは、そのフラグの値を０にすることを示す。

エンジンＥＣＵ４は、ＤＰＦ７に捕集された微粒子を燃焼させて除去するＤＰＦ再生処理を実行しているときにＤＰＦ再生フラグの値を１に設定し、ＤＰＦ再生処理を実行していないときにＤＰＦ再生フラグの値を０に設定する。なお、エンジンＥＣＵ４は、ＤＰＦ７に捕集された微粒子の量を推定し、推定した微粒子量が予め設定された再生開始判定値より大きくなった場合に、排気行程中のポスト噴射をＤＰＦ再生処理として実行する。排気管６においてＤＰＦ７より上流側に設置された酸化触媒は、ポスト噴射により排気管６内に供給された未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により燃焼させて排気ガスの温度を上昇させる。そして、昇温された排気ガスがＤＰＦ７に流入することでＤＰＦ７の温度が上昇し、ＤＰＦ７に捕集された微粒子が燃焼する。これにより、ＤＰＦ７から微粒子が除去される。

ここで、故障判定開始条件が成立していない場合には、Ｓ１０に移行する。一方、故障判定開始条件が成立した場合には、Ｓ４０にて、ＲＡＭに設けられたタイマＴ１を起動する。このタイマＴ１は、例えば１秒毎にインクリメントするタイマであり、起動されると、その値が０からインクリメント（すなわち、１加算）する。

そしてＳ５０にて、前回取得した時点から単位測定時間が経過した時点でセンサ出力を取得する。その後Ｓ６０にて、Ｓ５０で取得したセンサ出力に基づいて、排気ガス中の微粒子の量を算出する。さらにＳ７０にて、ディーゼルエンジン３から排気管６へ排出された排気ガスの流量（以下、排気流量）を示す排気流量情報をエンジンＥＣＵ４から取得する。

そしてＳ８０にて、下流累積値Ｖｃ＿ｄを算出する。具体的には、まず、Ｓ６０で算出された微粒子量に、排気流量情報が示す排気流量を乗じた乗算値を算出する。その後、ＲＡＭに設けられた下流累積値Ｖｃ＿ｄに格納された値と、算出された乗算値とを加算し、この加算値を下流累積値Ｖｃ＿ｄに格納する。なお、エンジンＥＣＵ４は、少なくとも吸気流量、排気温度および燃料噴射量に基づいて、排気流量を算出する。また、Ｓ６０で算出された微粒子量は、［ｍｇ／ｍ^３］を単位とした値であり、排気流量情報が示す排気流量は［ｍ^３／ｓ］を単位とした値である。したがって、下流累積値Ｖｃ＿ｄの単位は、［ｍｇ／ｓ］である。

またＳ９０にて、ディーゼルエンジン３から排出された排気ガスに含まれる微粒子の量（以下、上流微粒子量）を示す上流微粒子量情報をエンジンＥＣＵ４から取得する。上流微粒子量は［ｍｇ／ｓ］を単位とした値である。エンジンＥＣＵ４は、ディーゼルエンジン３を制御するための制御値（例えば、吸入空気量、燃料噴射タイミング、噴射量および噴射圧など）と、ディーゼルエンジン３の運転状態を検出する各種センサからの検出信号とに基づいて、上流微粒子量を推定する。なお、エンジンＥＣＵ４が上流微粒子量を推定する手法については、例えば特開２０１５−１９０３９７号公報等にて公知であるため、詳述は省略する。

さらにＳ１００にて、上流累積値Ｖｃ＿ｕを算出する。具体的には、ＲＡＭに設けられた上流累積値Ｖｃ＿ｕに格納された値と、Ｓ９０で取得した上流微粒子量情報が示す上流微粒子量とを加算し、この加算値を上流累積値Ｖｃ＿ｕに格納する。

そしてＳ１１０にて、ＲＡＭに設けられた過渡期間フラグがセットされているか否かを判断する。ここで、過渡期間フラグがセットされている場合には、図１１に示すように、フィルタ故障判定処理を一旦終了する。一方、過渡期間フラグがセットされていない場合には、図１０に示すように、Ｓ１２０にて、予め設定された故障判定終了条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の故障判定終了条件は、タイマＴ１の値が予め設定された故障判定終了時間（本実施形態では、２０秒）に相当する値以上であることである。

ここで、故障判定終了条件が成立していない場合には、Ｓ５０に移行する。一方、故障判定終了条件が成立した場合には、図１１に示すように、Ｓ１３０にて、下流平均微粒子量を算出する。具体的には、下流累積値Ｖｃ＿ｄをタイマＴ１の値で除した除算値を上記の下流平均微粒子量とする。

そしてＳ１４０にて、ディーゼルエンジン３が使用された累積時間（以下、エンジン使用時間）を示すエンジン使用時間情報をエンジンＥＣＵ４から取得する。さらにＳ１５０にて、再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒを設定する。具体的には、Ｓ１４０で取得したエンジン使用時間情報が示すエンジン使用時間に基づき、捕集効率マップを参照して、再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒを算出する。捕集効率マップは、エンジン使用時間と再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとの対応関係が設定されたマップであり、エンジン使用時間と再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとの間で正の相関を有するように設定されている。なお、「エンジン使用時間と再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとの間で正の相関を有する」とは、エンジン使用時間の増加に伴い連続的に再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒが増加することだけではなく、エンジン使用時間の増加に伴い段階的に再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒが増加することも含む。捕集効率マップは、例えば、エンジン使用時間が１万時間増加する毎に、再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒが０．０２増加するように設定されている。

エンジン使用時間が長くなるほど再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒが増加するのは、ＤＰＦ７内にアッシュが堆積するためである。アッシュは、エンジンオイルや燃料添加剤などに由来する金属酸化物、硫酸塩やリン酸塩からなる不燃性物質である。排気ガスがＤＰＦ７内を通過することによりＤＰＦ７内にアッシュが堆積する。ＤＰＦ７内を通過する排気ガスの量が多い程、ＤＰＦ７内に堆積するアッシュの量が多くなる。そして、上述のようにアッシュは不燃性物質であるため、ＤＰＦ７内に堆積した微粒子と異なり、ＤＰＦ再生処理により燃焼させて除去することができない。これにより、エンジン使用時間が長くなる程、ＤＰＦ７内に堆積したアッシュの量が多くなり、ＤＰＦ７内を微粒子が通過し難くなるために、再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒが増加する。

そしてＳ１６０にて、下流推定平均微粒子量を算出する。具体的には、まず、Ｓ１５０設定された再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒと、上流累積値Ｖｃ＿ｕとを用いて、下式（３）により、下流推定微粒子量Ｖｅ＿ｄを算出する。そして、算出された下流推定微粒子量Ｖｅ＿ｄをタイマＴ１の値で除した除算値を上記の下流推定平均微粒子量とする。

Ｖｅ＿ｄ ＝ （１−ＥＦ＿ｒ）×Ｖｃ＿ｕ ・・・（３）
さらにＳ１７０にて、下流累積値Ｖｃ＿ｄおよび上流累積値Ｖｃ＿ｕをリセット（すなわち、０に設定）する。

そしてＳ１８０にて、微粒子量比が予め設定された故障判定値以上であるか否かを判断する。微粒子量比は、下流平均微粒子量を下流推定平均微粒子量で除した除算値である。ここで、微粒子量比が故障判定値未満である場合には、フィルタ故障判定処理を一旦終了する。一方、微粒子量比が故障判定値以上である場合には、Ｓ１９０にて、ＲＡＭに設けられたフィルタ故障フラグをセットし、フィルタ故障判定処理を一旦終了する。

次に、過渡期間判定処理の手順を説明する。過渡期間判定処理は、マイクロコンピュータ１８４の動作中に繰り返し実行される処理である。
過渡期間判定処理が実行されると、マイクロコンピュータ１８４のＣＰＵは、図１２に示すように、まずＳ３１０にて、車両の走行速度（以下、車速）を示す車速情報をエンジンＥＣＵ４から取得する。そしてＳ３２０にて、過渡期間フラグがセットされているか否かを判断する。

ここで、過渡期間フラグがセットされている場合には、Ｓ３５０に移行する。一方、過渡期間フラグがセットされていない場合には、Ｓ３３０にて、予め設定された過渡期間開始条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の過渡期間開始条件は、車速が０［ｍ／ｓ］である状態から、車速が０［ｍ／ｓ］より大きい状態へ移行することである。ここで、過渡期間開始条件が成立していない場合には、過渡期間判定処理を一旦終了する。一方、過渡期間開始条件が成立した場合には、Ｓ３４０にて、過渡期間フラグをセットして、過渡期間判定処理を一旦終了する。

またＳ３２０にて、過渡期間フラグがセットされている場合には、Ｓ３５０にて、予め設定された過渡期間終了条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の過渡期間終了条件は、車速の単位時間当りの変化量が０［ｍ／ｓ^２］より大きい状態から、車速の単位時間当りの変化量が０［ｍ／ｓ^２］である状態へ移行することである。換言すると、車両が加速している状態から、車両が定速走行している状態へ移行することである。ここで、過渡期間終了条件が成立していない場合には、過渡期間判定処理を一旦終了する。一方、過渡期間終了条件が成立した場合には、Ｓ３６０にて、過渡期間フラグをクリアして、過渡期間判定処理を一旦終了する。

図１３は、ＤＰＦ再生処理直前からＤＰＦ再生処理直後までにおけるＤＰＦ再生フラグ、ＤＰＦ下流排気温度およびＤＰＦ下流微粒子量の時間変化を示す。ＤＰＦ下流排気温度は、ＤＰＦ７から排出された排気ガスの温度である。ＤＰＦ下流微粒子量は、ＤＰＦ７から排出された排気ガスに含まれる微粒子の量である。

図１３に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間ＴＰ１は、ＤＰＦ再生処理直前の期間である。期間ＴＰ１では、ＤＰＦ再生フラグの値は０である。また、期間ＴＰ１におけるＤＰＦ下流排気温度を温度ＥＴ１［℃］とし、期間ＴＰ１におけるＤＰＦ下流微粒子量を微粒子量ＡＰ１［ｍｇ／ｍ^３］とする。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間ＴＰ２は、ＤＰＦ再生処理中の期間である。期間ＴＰ２では、ＤＰＦ再生フラグの値は１である。期間ＴＰ２におけるＤＰＦ下流排気温度は、温度ＥＴ１［℃］から徐々に上昇し、時刻ｔ２で温度ＥＴ２［℃］となる。期間ＴＰ２におけるＤＰＦ下流微粒子量は、粒子量ＡＰ１［ｍｇ／ｍ^３］より小さい粒子量ＡＰ２［ｍｇ／ｍ^３］となる。

時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間ＴＰ３は、ＤＰＦ再生処理直後であり且つＤＰＦ故障判定（すなわち、Ｓ３０〜Ｓ１９０の処理）が行われていない期間である。期間ＴＰ３では、ＤＰＦ再生フラグの値は０である。期間ＴＰ３におけるＤＰＦ下流排気温度は、温度ＥＴ２［℃］から徐々に下降する。また、期間ＴＰ３では、ＤＰＦ再生処理直後に、ＤＰＦ下流微粒子量のピークが発生する。すなわち、ＤＰＦ再生処理直後にＤＰＦ下流微粒子量が急激に増加して、時刻ｔ３で粒子量ＡＰ３［ｍｇ／ｍ^３］となり、その直後にＤＰＦ下流微粒子量が急激に減少して、時刻ｔ４で、粒子量ＡＰ１［ｍｇ／ｍ^３］より大きい粒子量ＡＰ４［ｍｇ／ｍ^３］となる。その後、ＤＰＦ下流微粒子量は、粒子量ＡＰ４［ｍｇ／ｍ^３］を維持する。

時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間ＴＰ４は、ＤＰＦ再生処理直後であり且つＤＰＦ故障判定が行われている期間である。期間ＴＰ４では、ＤＰＦ再生フラグの値は０である。期間ＴＰ４では、ＤＰＦ下流排気温度は徐々に下降する。また、期間ＴＰ４では、粒子量ＡＰ４［ｍｇ／ｍ^３］を維持する。したがって、ＤＰＦ再生処理直後の期間ＴＰ４では、ＤＰＦ再生処理直前の期間ＴＰ１よりもＤＰＦ下流微粒子量が大きくなる。

このように構成されたセンサ制御装置１は、ＤＰＦ７の故障診断を、ＤＰＦ７から排出される微粒子の量を検出する微粒子センサ２を用いて行う。ＤＰＦ７は、ディーゼルエンジン３の排気管６に取り付けられて、ディーゼルエンジン３から排出される排気ガスに含まれる微粒子を除去する。微粒子センサ２は、内側金具２１およびセラミック素子１２を備える。以下、内側金具２１およびセラミック素子１２を検出部ともいう。内側金具２１およびセラミック素子１２（すなわち、検出部）は、自身の内部に流入される排気ガスに含まれる微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するように構成される。

センサ制御装置１は、ＤＰＦ７に捕集された微粒子を除去することによりＤＰＦ７を再生するＤＰＦ再生処理が完了した直後における予め設定された故障判定期間内であるか否かを判断する。故障判定期間は、故障判定開始条件が成立してから故障判定終了条件が成立するまでの期間である。センサ制御装置１は、故障判定期間内であると判断した場合に、微粒子センサ２の検出結果を示すセンサ出力を取得する。

またセンサ制御装置１は、ＤＰＦ７に流入する前における排気ガスに含まれる微粒子の量である上流微粒子量を示す上流微粒子量情報を取得する。またセンサ制御装置１は、取得された上流微粒子量情報が示す上流微粒子量と、ＤＰＦ再生処理が完了した直後におけるＤＰＦ７の捕集効率を示す予め設定された再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとに基づいて、故障判定期間内においてＤＰＦ７から排出される微粒子の量に関連した下流推定平均微粒子量を算出する。またセンサ制御装置１は、取得されたセンサ出力に基づいて、故障判定期間内においてＤＰＦ７から排出される微粒子の量に関連した下流平均微粒子量を算出する。そしてセンサ制御装置１は、下流推定平均微粒子量と下流平均微粒子量とに基づいて、ＤＰＦ７が故障しているか否かを判断する。

このようにセンサ制御装置１は、上流微粒子量と再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとに基づいて推定された下流推定平均微粒子量と、センサ出力に基づいて算出された下流平均微粒子量とに基づいて、ＤＰＦ７の故障を判断する。センサ出力は、ＤＰＦ再生処理が完了した直後においてＤＰＦ７から排出される微粒子の量を微粒子センサ２が検出した結果を示す。そして、ＤＰＦ再生処理が完了した直後における再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒは、ＤＰＦ再生処理が開始される前と比較して低くなる。すなわち、ＤＰＦ再生処理が完了した直後は、ＤＰＦ再生処理が開始される前と比較して、センサ出力が大きくなる。このため、センサ制御装置１は、ＤＰＦ７の故障を判断するために用いられるセンサ出力に対するノイズの影響を抑制することができ、ＤＰＦ７の故障診断の信頼性を向上させることができる。

またセンサ制御装置１は、エンジン使用時間と再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとの間で正の相関を有するように再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒを設定する。これにより、センサ制御装置１は、下流推定平均微粒子量をより精度良く推定することができ、ＤＰＦ７の故障診断の信頼性を更に向上させることができる。

またセンサ制御装置１は、ディーゼルエンジン３を搭載した車両が燃料噴射を伴って加速している過渡状態であるか否かを、予め設定された過渡判断条件に基づいて判断する。過渡判断条件は、過渡期間開始条件が成立してから過渡期間終了条件が成立するまでである。そしてセンサ制御装置１は、故障判定期間内であると判断し、且つ、過渡状態であると判断している場合に、ＤＰＦ７の故障診断を禁止する。これにより、センサ制御装置１は、ディーゼルエンジン３の運転状態が安定していないために上流微粒子量の推定精度が悪くなる過渡状態であるときを除外して、ＤＰＦ７が故障しているか否かを判断するため、ＤＰＦ７の故障診断の信頼性を更に向上させることができる。

以上説明した実施形態において、センサ制御装置１はフィルタ診断装置に相当し、ディーゼルエンジン３は内燃機関に相当し、ＤＰＦ７はフィルタに相当し、内側金具２１およびセラミック素子１２が検出部に相当する。

また、Ｓ３０，Ｓ４０、Ｓ１２０は期間判断部としての処理に相当し、Ｓ５０は出力取得部としての処理に相当し、Ｓ９０は上流微粒子量取得部としての処理に相当し、Ｓ１００，Ｓ１４０〜Ｓ１６０は第１関連量算出部としての処理に相当し、Ｓ６０〜Ｓ８０，Ｓ１３０は第２関連量算出部としての処理に相当し、Ｓ１８０は故障判断部としての処理に相当する。

また、ＤＰＦ再生処理はフィルタ再生処理に相当し、下流推定平均微粒子量は第１関連量算出部により算出された第１下流微粒子関連量に相当し、下流平均微粒子量は第２関連量算出部により算出された第２下流微粒子関連量に相当する。

また、Ｓ３１０〜Ｓ３６０は過渡判断部としての処理に相当し、Ｓ１１０は禁止部としての処理に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

例えば上記実施形態では、第１下流微粒子関連量に相当する下流推定平均微粒子量および第２下流微粒子関連量に相当する下流平均微粒子量が、故障判定期間内においてＤＰＦ７から排出される微粒子の量の平均値である形態を示した。しかし、第１、第２下流微粒子関連量として、故障判定期間内においてＤＰＦ７から排出される微粒子の量を累積した累積値を用いるようにしてもよい。

また上記実施形態では、エンジン使用時間に基づいて再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒを設定する形態を示したが、エンジン使用時間の代わりに、エンジン使用時間と正の相関を有するパラメータを用いるようにしてもよい。例えば、ＤＰＦ７が使用された累積時間であるフィルタ使用時間、または、フィルタ使用時間に亘ってＤＰＦ７内に堆積した微粒子の総量である微粒子総堆積量を用いるようにしてもよい。

また上記実施形態では、故障判定期間内に過渡状態になると、故障判定期間内におけるセンサ出力の取得を中止することによりＤＰＦ７の故障診断を禁止する形態を示した。しかし、故障判定期間内に過渡状態になってもセンサ出力の取得を中止することなく継続し、故障判定期間が終了した後に、ＤＰＦ７の故障診断を禁止するようにしてもよい。または、故障判定期間内において過渡状態になったときのセンサ出力のみを除外にして、ＤＰＦ７の故障を判断するようにしてもよい。

また上記実施形態では、捕集効率マップを参照して、再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒを算出する形態を示したが、エンジン使用時間と再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒとの対応関係が設定された関係式を用いて再生直後捕集効率ＥＦ＿ｒを算出するようにしてもよい。

また上記実施形態では、車速を用いて、過渡状態であるか否かを判断する形態を示した。しかし、車速以外のパラメータを用いて、車両が燃料噴射を伴って加速している過渡状態であるか否かを判断するようにしてもよい。例えば、エンジン回転数、燃料噴射圧、アクセル開度、燃料噴射量、ディーゼルエンジン３に吸入される空気量（以下、吸入空気量）、吸気空気圧およびスロットル開度の少なくとも一つを用いるようにしてもよい。または、「吸入空気量×吸気空気圧」のように、エンジン負荷またはトルクを推定するためのパラメータを用いるようにしてもよい。または、空燃比、排気ガス温度、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブタイミングおよびＤＰＦ差圧の少なくとも１つを用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

上述したセンサ制御装置１の他、当該センサ制御装置１を構成要素とするシステム、当該センサ制御装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、故障診断方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…センサ制御装置、２…微粒子センサ、３…ディーゼルエンジン、６…排気管、７…ＤＰＦ、１２…セラミック素子、２１…内側金具

Claims (5)

1. 内燃機関の排気管に取り付けられて、前記内燃機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子を除去するフィルタの故障診断を、前記フィルタから排出される前記微粒子の量を検出する微粒子センサを用いて行うフィルタ診断装置であって、
   前記微粒子センサは、
   自身の内部に流入される前記排気ガスに含まれる前記微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するように構成された検出部を備え、
   前記フィルタ診断装置は、
   前記フィルタに捕集された前記微粒子を除去することにより前記フィルタを再生するフィルタ再生処理が完了した直後における予め設定された故障判定期間内であるか否かを判断するように構成された期間判断部と、
   前記故障判定期間内であると前記期間判断部が判断した場合に、前記微粒子センサの検出結果を示すセンサ出力を取得するように構成された出力取得部と、
   前記フィルタに流入する前における前記排気ガスに含まれる前記微粒子の量である上流微粒子量を示す上流微粒子量情報を取得するように構成された上流微粒子量取得部と、
   前記上流微粒子量取得部により取得された前記上流微粒子量情報が示す前記上流微粒子量と、前記フィルタ再生処理が完了した直後における前記フィルタの捕集効率を示す予め設定された再生直後捕集効率とに基づいて、前記故障判定期間内において前記フィルタから排出される前記微粒子の量に関連した第１下流微粒子関連量を算出するように構成された第１関連量算出部と、
   前記出力取得部により取得された前記センサ出力に基づいて、前記故障判定期間内において前記フィルタから排出される前記微粒子の量に関連した第２下流微粒子関連量を算出するように構成された第２関連量算出部と、
   前記第１関連量算出部により算出された前記第１下流微粒子関連量と、前記第２関連量算出部により算出された前記第２下流微粒子関連量とに基づいて、前記フィルタが故障しているか否かを判断するように構成された故障判断部と
   を備えるフィルタ診断装置。
2. 請求項１に記載のフィルタ診断装置であって、
   前記第１関連量算出部は、前記内燃機関が使用された累積時間と前記再生直後捕集効率との間で正の相関を有するように前記再生直後捕集効率を設定するフィルタ診断装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のフィルタ診断装置であって、
   前記内燃機関を搭載した車両が燃料噴射を伴って加速している過渡状態であるか否かを、予め設定された過渡判断条件に基づいて判断するように構成された過渡判断部と、
   前記故障判定期間内であると前記期間判断部が判断し、且つ、前記過渡状態であると前記過渡判断部が判断している場合に、前記故障判断部による前記フィルタの故障判断を禁止するように構成された禁止部と
   を備えるフィルタ診断装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のフィルタ診断装置であって、
   前記第１下流微粒子関連量および前記第２下流微粒子関連量は、前記故障判定期間内において前記フィルタから排出される前記微粒子の量の平均値であるフィルタ診断装置。
5. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のフィルタ診断装置であって、
   前記第１下流微粒子関連量および前記第２下流微粒子関連量は、前記故障判定期間内において前記フィルタから排出される前記微粒子の量を累積した累積値であるフィルタ診断装置。

Images