過濾器的故障檢測裝置、顆粒狀物質檢測裝置的製作方法

2023-08-05 21:43:16 4

本發明涉及對從內燃機排出的廢氣中的顆粒狀物質進行捕集的過濾器的故障檢測裝置、以及對廢氣中的顆粒狀物質的量進行檢測的顆粒狀物質檢測裝置。

背景技術：

以往，具有對從內燃機排出的廢氣中的顆粒狀物質(particulatematter，pm)的量進行檢測的裝置的提案(例如參照專利文獻1)。在專利文獻1中，公開了使用排氣溫度、傳感器的溫度或排氣流量對輸出與廢氣中的顆粒狀物質的量相應的值的電阻式的傳感器的輸出值進行校正。據此，能夠不受溫度或排氣流量對傳感器的輸出值的影響地檢測高精度的顆粒狀物質的量。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第5240679號公報

技術實現要素：

發明所要解決的課題

然而，根據本發明人們調查的結果可知，傳感器的輸出值還會因從內燃機排出的顆粒狀物質的粒徑而大幅度變化。在專利文獻1中，由於未考慮到顆粒狀物質的粒徑，因此不能抑制該粒徑所導致的輸出值的偏差。另外，在捕集顆粒狀物質的過濾器的下遊配置傳感器、並基於該傳感器的輸出值與閾值的比較進行過濾器故障的診斷的情況下，若傳感器的輸出值具有偏差，則該診斷結果也將會偏離。

本發明鑑於上述問題而完成，課題在於提供一種能夠抑制顆粒狀物質的粒徑所導致的過濾器故障的診斷結果的偏差的過濾器的故障檢測裝置、以及能夠抑制粒徑所導致的傳感器的輸出值的偏差的顆粒狀物質檢測裝置。

為了解決上述課題，本發明的過濾器的故障檢測裝置特徵在於，具備：過濾器(4)，設置在內燃機(2)的排氣通路(3)上，對廢氣中的顆粒狀物質進行捕集；傳感器(5)，設置在上述排氣通路的比上述過濾器靠下遊的位置，輸出與廢氣中的顆粒狀物質的量相應的值；粒徑推斷部(s4～s8、s24～s28、s44～s48、s64～s69、s85～s90、s104～s109、s125～s130、s144～s149、s165～s170、61)，對廢氣中的顆粒狀物質的平均粒徑進行推斷；故障判定部(s2、s3、s10～s12、s22、s23、s30～s32、s42、s43、s50～s52、s62、s63、s71～s73、s82、s83、s92～s94、s102、s103、s111～s113、s122、s123、s132～s134、s142、s143、s151～s153、s162、s163、s172～s174)，基於上述傳感器的輸出值與閾值的比較，判定上述過濾器有無故障；以及校正部(s9、s29、s49、s70、s91、s110、s131、s150、s171)，進行傳感器輸出校正和閾值校正中的至少一個校正，在上述傳感器輸出校正中，對上述傳感器的輸出值進行校正，以使得上述傳感器的輸出值成為表示上述粒徑推斷部所推斷的上述平均粒徑越小、則顆粒狀物質的量越多的值，在上述閾值校正中，對上述閾值進行校正，以使得上述閾值成為表示上述平均粒徑越小、則顆粒狀物質的量越少的值。

根據本發明人們所進行的調查，在從內燃機排出了相同量的顆粒狀物質的情況下，存在顆粒狀物質的平均粒徑越小、傳感器的輸出值越小的趨勢。本發明基於該調查結果而完成，推斷顆粒狀物質的平均粒徑，並根據該平均粒徑進行傳感器的輸出值的校正(傳感器輸出校正)和閾值的校正(閾值校正)中的至少一方。在傳感器輸出校正中，對傳感器的輸出值進行校正，以使得傳感器的輸出值成為表示平均粒徑越小、則顆粒狀物質的量越多的值，因此能夠使平均粒徑較小時的輸出值接近平均粒徑較大時的輸出值。換句話說，能夠抑制粒徑所導致的輸出值的偏差。另外，在閾值校正中，對閾值進行校正，以使得閾值成為表示平均粒徑越小、則顆粒狀物質的量越少的值。換句話說，向與傳感器的輸出值因粒徑而偏離的方向相同的方向對閾值進行校正。其結果，在傳感器的輸出值與閾值的比較中能夠抑制粒徑的影響。這樣，在本發明中，由於在進行了傳感器輸出校正與閾值校正中的至少一方的基礎上進行過濾器的故障判定，因此能夠抑制顆粒狀物質的粒徑所導致的過濾器故障的診斷結果的偏差。

另外，本發明的顆粒狀物質檢測裝置的特徵在於，具備：傳感器(5)，設置在內燃機(2)的排氣通路(3)上，輸出與廢氣中的顆粒狀物質的量相應的值；

粒徑推斷部(s4～s8、s44～s48、s64～s69、s85～s90、s144～s149、s165～s170、61)，對廢氣中的顆粒狀物質的平均粒徑進行推斷；以及校正部(s9、s49、s70、s91、s150、s171)，對上述傳感器的輸出值進行校正，以使得上述傳感器的輸出值成為表示上述粒徑推斷部所推斷的上述平均粒徑越小、則顆粒狀物質的量越多的值。

據此，由於對傳感器的輸出值進行校正，以使得傳感器的輸出值成為表示平均粒徑越小、則顆粒狀物質的量越多的值，因此能夠使平均粒徑較小時的輸出值接近平均粒徑較大時的輸出值。換句話說，能夠抑制粒徑所導致的輸出值的偏差。

附圖說明

圖1是應用了本申請發明的過濾器的故障檢測裝置以及顆粒狀物質檢測裝置的發動機系統的構成圖。

圖2是示意地表示在圖1中使用的pm傳感器的構造的圖。

圖3示出在圖1中使用的pm傳感器內的傳感器元件中的一對對置電極附近的情況，並且是說明pm傳感器對pm量進行檢測的檢測原理的圖。

圖4是表示pm傳感器的輸出相對於捕集時間的變化的圖。

圖5是pm的平均粒徑與pm傳感器的輸出的關係的實驗結果的圖。

圖6是第1實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖7是表示pm傳感器的加熱前後的傳感器輸出相對於捕集時間的變化的圖。

圖8是表示第1～第3實施方式中的輸出變化率與平均粒徑的關係的圖。

圖9是表示平均粒徑與傳感器輸出的校正係數的關係的圖。

圖10是第2實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖11是表示平均粒徑與閾值的校正係數的關係的圖。

圖12是第3實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖13是第4實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖14是在上段表示元件溫度相對於從pm的捕集開始起的經過時間的變化、在下段表示傳感器輸出的變化的圖，並且是說明在第4～第11實施方式中使用的傳感器元件的加熱控制以及該加熱控制下的傳感器輸出的變化的圖。

圖15是表示相等的pm平均粒徑下的pm傳感器相對於第1溫度的輸出變化率的圖。

圖16是表示sof揮發但soot不燃燒的第1溫度下的傳感器輸出值e1與soot燃燒的第2溫度下的傳感器輸出值e2之間的變化率與pm的平均粒徑的關係的圖。

圖17是第5實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖18是第6實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖19是第7實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖20是第8實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖21是第9實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖22是第10實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖23是第11實施方式的故障判定處理的流程圖。

圖24是表示在沿長度方向延伸的表面形成有對置電極的傳感器元件的圖。

圖25是表示在長度方向的一端側的面形成有對置電極的傳感器元件的圖。

圖26是表示圖25中所示的傳感器元件配置於筒狀罩內的pm傳感器的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖說明本發明的各實施方式的過濾器的故障檢測裝置以及顆粒狀物質檢測裝置。(第1實施方式)圖1示出應用了本發明的過濾器的故障檢測裝置以及顆粒狀物質檢測裝置的車輛的發動機系統1的構成圖。如圖1所示，發動機系統1具備作為內燃機的柴油發動機2(以下，簡稱為發動機)。在該發動機2中設有向燃燒室內噴射燃料的噴射器。發動機2通過使從該噴射器噴射的燃料在燃燒室中自點火，產生用於驅動車輛的動力。

在發動機2的排氣通路3設置有作為本發明的過濾器的柴油顆粒過濾器(dpf)4。dpf4是公知構造的陶瓷製過濾器，例如通過將堇青石等耐熱性陶瓷成形為蜂窩構造、並將成為氣體流路的多個單元以入口側或者出口側互不相同的方式封閉而構成。從發動機2排出的廢氣一邊通過dpf4的多孔性的隔壁一邊流向下遊，這期間，廢氣所包含的pm(particulatematter，顆粒狀物質)被捕集而逐漸堆積。

在排氣通路3的比dpf4靠下遊設有檢測廢氣中的pm量的、作為本發明的傳感器的電阻式的pm傳感器5。這裡，圖2是示意地表示pm傳感器5的構造的圖。如圖2所示，pm傳感器5具備內部被設為中空的例如金屬制的筒狀罩51(以下稱作罩51)與配置於該罩51內的傳感器元件52。在罩51形成有多個孔511，流經排氣通路3的廢氣的一部分能夠從這些孔511進入到罩51內。另外，在罩51形成有用於將進入到罩51內的廢氣排出的排出孔512。此外，在圖2中，示出了排出孔512形成於罩51的前端的例子。

傳感器元件52由陶瓷等絕緣體基板構成。在傳感器元件52(絕緣體基板)的一個面設有相互分離、並且對置的一對對置電極53。此外，圖3是說明pm傳感器5對pm量進行檢測的檢測原理的圖，並示出了一對對置電極53附近的pm附著的情況。如圖3所示，在傳感器元件52連接有基於後述的控制單元6的指令向一對對置電極53間施加規定的直流電壓的電壓施加電路55。進入到罩51內的廢氣中的pm的一部分因自身所具有的粘性而捕集(附著)於傳感器元件52。未被傳感器元件52捕集的pm從排出孔512排出。

另外，若利用電壓施加電路55向對置電極53間施加電壓，則各對置電極53分別帶正、負電。由此，使通過對置電極53的附近的pm帶電，促進了其向傳感器元件52的捕集。以下，將通過向對置電極53間施加電壓而向傳感器元件52進行的pm捕集稱作靜電捕集。

若說明pm傳感器5的輸出特性，pm傳感器5利用對置電極53間的電阻根據被傳感器元件52捕集的pm的量變化這一點，產生與被傳感器元件52捕集的pm量相應的輸出。換句話說，pm傳感器5將與對置電極53間的電阻值相應的值作為pm量而輸出。詳細地說，在向傳感器元件52捕集的pm捕集量較少的情況下，不產生傳感器輸出(嚴格來說，僅產生比視作傳感器輸出上升的閾值輸出小的輸出)。由於pm所包含的soot成分由碳顆粒構成且具有導電性，因此在pm捕集量達到一定以上的量時，一對對置電極53間導通，傳感器輸出上升(產生閾值輸出以上的輸出)。

在傳感器輸出上升之後，pm捕集量越多，一對對置電極53間的電阻越小，因此流經對置電極53間的電流、換句話說是傳感器輸出變大。發動機系統1具備對流經該對置電極53間的電流進行測量的電流計56(參照圖3)，該電流計56的測量值成為pm傳感器5的輸出。此外，作為流經對置電極53間的電流相關的值，也可以測定例如一對對置電極53間的電阻值(電壓)，並將該電阻值作為pm傳感器5的輸出。此外，電壓施加電路55和電流計56例如設於後述的控制單元6內。

另外，在傳感器元件52設有將傳感器元件52加熱的加熱器54。該加熱器54是為了將例如被傳感器元件52捕集的pm燃燒去除來使pm傳感器5再生而使用的。另外，在本發明中，加熱器54除了pm傳感器5的再生之外，也是為了求出pm的平均粒徑而被使用(之後詳細敘述)。加熱器54設於例如傳感器元件52(絕緣體基板)的未設有對置電極53的一個面或者傳感器元件52的內部。加熱器54例如由鉑(pt)等的電熱絲構成。在pm傳感器5的再生中，控制加熱器54，以使傳感器元件52達到能夠將構成pm的各成分(soot成分、sof成分等)全部燃燒去除的溫度，具體而言，例如是600℃以上的溫度(例如700℃)。加熱器54連接於後述的控制單元6。此外，傳感器元件52相當於本發明中的被附著部。另外，加熱器54相當於本發明中的加熱部。

返回圖1的說明，在發動機系統1中，除了pm傳感器5之外，還設有發動機2的運轉所需的各種傳感器。具體而言，例如設有檢測發動機2的轉速的轉速傳感器71、檢測用於將車輛的駕駛員的要求轉矩向車輛側通知的加速器踏板的操作量(踏入量)的加速器踏板傳感器72等。

另外，發動機系統1具備擔任該發動機系統1的整體控制的控制單元6。該控制單元6具有通常的計算機的構造，並具備進行各種運算的cpu(未圖示)和進行各種信息的存儲的存儲器61。控制單元6例如基於來自上述各種傳感器的檢測信號檢測發動機2的運轉狀態，計算與運轉狀態相應的最佳的燃料噴射量、噴射時期、噴射壓等，控制燃料向發動機2的噴射。

另外，控制單元6除了發動機2的控制之外，也具有作為控制pm傳感器5的工作的傳感器控制單元的功能。詳細地說，控制單元6連接於pm傳感器5，利用電壓施加電路55實施靜電捕集，或利用電流計56測定流經對置電極53間的電流。另外，控制單元6通過控制加熱器54的工作，並在加熱器54工作時調整流經加熱器54的電流(通電量)、通電時間，由此控制加熱器54的溫度(傳感器元件52的溫度)。

而且，控制單元6基於pm傳感器5的檢測值(對置電極53間的電流值)，執行判定有無dpf4的故障的故障判定處理。以下，對該故障判定處理進行說明。首先，參照圖4對故障判定處理的基本的思考方法進行說明。這裡，圖4是表示pm傳感器5的輸出相對於開始靜電捕集之後的時間(捕集時間)的變化的圖。詳細來說，圖4的單點劃線的線表示dpf4為故障判定的基準的過濾器(以下，稱作基準故障過濾器)的情況下的pm傳感器5的推斷輸出值ee，實線的線即(1)、(2)、(3)所示的線表示實際的pm傳感器5的輸出值。

在本實施方式中，為了進行dpf4的故障判定，推斷dpf4為基準故障過濾器的情況下的pm傳感器5的輸出值ee。將該推斷輸出值ee作為閾值，並基於該閾值(推斷輸出值ee)和實際的pm傳感器5的輸出值的比較，判定dpf4有無故障。詳細地說，如果實際的pm傳感器5的輸出值比閾值(推斷輸出值ee)大，則判定為dpf4產生了故障，如果實際的輸出值比閾值小，則判定為dpf4是正常。更詳細地說，將推斷輸出值ee達到規定值k的時刻(故障判定時刻)的推斷輸出值ee(換句話說是規定值k)設為閾值。而且，如果該故障判定時刻的實際的pm傳感器5的輸出值比閾值k大，則判定為dpf4產生了故障，如果實際的輸出值比閾值k小，則判定為dpf4正常。在圖4的例子中，在實際的輸出值是(1)、(2)的線的情況下將dpf4判定為故障，在(3)的線的情況下將dpf4判定為正常。

此外，故障判定方法中的上述為止的處理內容與日本專利第5115873號公報所記載的處理相同。本實施方式的故障判定方法除了上述為止的處理之外，還執行後述的校正處理。即，推斷dpf4是基準故障過濾器的情況下的、pm傳感器5的輸出上升的時期(基準時期)(相當於圖4所示的故障判定時刻)。而且，其意思是在pm傳感器5的輸出實際上升的時期(實際時期)比基準時期提前的情況下，判定為dpf4產生了故障，在靠後的情況下，判定為dpf4正常。

另一方面，如上述「發明將要解決的課題」的一欄中所說明，即使從發動機2排出的pm量相同，pm傳感器5的輸出值也會因pm的粒徑而大幅度變化。具體而言，在圖4中示出的(1)、(2)、(3)的線示出了雖然pm量相同、但pm的平均粒徑不同的情況下的傳感器輸出。如圖4所示，能夠理解到即便pm量相同，受平均粒徑之差的影響，pm傳感器5的輸出值也會大幅度偏離。其結果，即使pm量相同，也是在(1)、(2)所示的線的情況下判定為dpf故障，在(3)所示的線的情況下判定為dpf正常。換句話說，受pm的平均粒徑的影響，dpf4的故障判定結果將會偏離。

圖5示出pm的平均粒徑與pm傳感器5的輸出的關係的實驗結果。圖5的各點示出了開始靜電捕集之後的時間(捕集時間)為規定時間的情況下，換句話說是被pm傳感器5捕集的pm量在各點間相同的情況下的pm傳感器5的輸出值e1。圖5的(1)、(2)、(3)所示的各點分別表示圖4所示的(1)、(2)、(3)的線中的規定的捕集時間的輸出值。此外，在第1實施方式中使用的平均粒徑指的是由tsiinc.公司制的engineexhaustparticlesizer(eeps)spectorometer測量出的pm的粒徑分布中的、成為個數累積分布中的中央值的粒徑，換句話說是中值粒徑d50。

如圖5所示，pm的平均粒徑越小，pm傳感器5的輸出值越小。更詳細地說，在圖5中，如越是平均粒徑較小的區域、相對於平均粒徑的變化而言傳感器輸出的變化越大的、向上方凸起的曲線狀(參照圖5的點線)那樣，傳感器輸出相對於平均粒徑發生變化。認為這是因為，粒徑越小，pm越會成為結晶性低的非晶態，非晶態的pm(非晶碳)與石墨狀態的pm(石墨碳)相比導電性更低。

在第1實施方式中，為了解決上述的問題，在推斷pm的平均粒徑、並根據推斷的平均粒徑校正pm傳感器5的輸出值的基礎上，進行dpf4的故障判定。以下，說明控制單元6所執行的dpf4的故障判定處理的詳細情況。圖6示出該故障判定處理的流程圖。圖6的處理例如與發動機2的啟動同時開始，之後，被重複執行直至發動機2停止。此外，設為在圖6的處理開始時，尚未在pm傳感器5捕集有pm。

若開始圖6的處理，則控制單元6首先從電壓施加電路55(參照圖3)向對置電極53間施加電壓，從而實施靜電捕集(s1)。由此，pm傳感器5開始捕集廢氣內的pm，pm捕集開始。

接下來，基於發動機2的運轉狀態，推斷dpf4是基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出值ee(s2)。換句話說，推斷圖4的單點劃線的線。這裡，本實施方式中的基準故障dpf具體而言指的是，dpf4的捕集率因故障而明顯降低，通過dpf4的pm量是相當於自故障診斷(on－board－diagnostics，隨車診斷，簡稱obd)的限制值的量的dpf。obd限制值被設定為比euro6等em限制值(廢氣限制值)大的值。例如，在特定的行駛模式中，在設為em限制值中的pm量＝4.5mg/km時，obd限制值例如被設定為其約2.67倍的pm量＝12.0mg/km。

在s2中，具體而言，首先，基於發動機2的運轉狀態，推斷dpf4是基準故障dpf的情況下的、通過dpf4的pm的各時刻(每單位時間)的量f，並求出推斷的各時刻的pm量f的累計量b。具體而言，與日本專利第5115873號公報的方法相同，基於發動機2的轉速、轉矩(燃料噴射量)等發動機2的運轉狀態，推斷從發動機2排出的pm量、換言之是流入基準故障dpf的pm量(流入pm量)。此外，發動機2的轉速從轉速傳感器71獲得。轉矩(燃料噴射量)從加速器踏板傳感器72的檢測值、發動機轉速等獲得。將流入pm量相對於發動機2的運轉狀態(轉速、轉矩等)的映射預先存儲於存儲器61(參照圖1)。然後，從該映射中讀出與本次的發動機2的運轉狀態對應的流入pm量即可。

另外，推斷基準故障dpf的pm捕集率。具體而言，例如使用預先被確定為基準故障dpf的pm捕集率的值α。另外，由於dpf的pm捕集率還因堆積於dpf內的pm量(pm堆積量)、排氣流量而變化，因此也可以根據這些pm堆積量、排氣流量來校正上述pm捕集率α。此外，關於pm堆積量，例如基於dpf4的前後差壓來推斷即可。另外，關於排氣流量，例如基於由檢測吸入到發動機2的新氣量的空氣流量計(未圖示)檢測的新氣量來推斷即可。此時，考慮由排氣溫傳感器(未圖示)檢測的排氣溫度所對應的廢氣的膨脹量、由壓力傳感器(未圖示)檢測的壓力所對應的廢氣的壓縮量，推斷廢氣流量。

然後，基於推斷的流入pm量與基準故障dpf的pm捕集率，獲得從基準故障dpf流出的每單位時間的pm量f(流出pm量)。將該流出pm量f與在前一個時刻(i－1)推斷的累計量b(i－1)相加，獲得本次的時刻(i)的dpf4的下遊的pm量的累計量b。

接下來，推斷獲得的累計量b中的被pm傳感器5捕集的pm量。具體而言，例如考慮流經pm傳感器5的外側的pm中的多少程度的pm從孔511(參照圖2)進入罩51內、進入到罩51內的pm中的多少程度的pm附著於傳感器元件52等，推斷向pm傳感器5的pm捕集率β。pm捕集率β既可以與廢氣流量、λ(空氣過剩係數)、排氣溫度、傳感器元件52的溫度等各種狀態無關地使用恆定的預先確定的值，也可以使用根據各種狀態校正後的值。例如，廢氣流量越大，pm越不易進入罩51內，進入罩51的pm越不易附著於傳感器元件52，即使附著也容易從傳感器元件52脫離。另外，λ越小，換句話說越是濃厚而pm濃度高，未被pm傳感器5捕集的pm的比例越高。由此，例如像廢氣流量越大或者λ越小、則越成為較小的值那樣推斷pm捕集率β。另外，由於作用於傳感器元件52的熱永動力(日文：熱永動力)根據排氣溫度、傳感器元件52的溫度而變化，因此pm捕集率β將會改變。然後，基於上述累計量b與pm捕集率β，獲得已被pm傳感器5捕集的pm量。由於該pm量越多，pm傳感器5的輸出越大，因此預先調查該pm量與pm傳感器5的輸出的關係而存儲於存儲器61。然後，基於該關係和本次獲得的pm量，獲得dpf4為基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出的推斷值。

此外，由於dpf4的下遊的pm量的累計量b越多，pm傳感器5的輸出越大，因此也可以預先調查該累計量b與pm傳感器5的輸出的關係而存儲於存儲器61。然後，基於該關係和本次獲得的累計量b，推斷pm傳感器5的輸出。

接下來，通過判斷在s2中推斷的pm傳感器5的輸出值ee是否超過了規定值k(參照圖4)，從而判斷是否已到達進行dpf4的故障判定的時刻(故障判定時刻)(s3)。該規定值k例如被設定為視作pm傳感器5的輸出上升的值。此外，在s3中，與判定是否已來到dpf4為基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出上升的時刻意思相同。

在s3中，在尚未到達故障判定時刻的情況下，換句話說是輸出值ee小於規定值k的情況下(s3：no(否))，返回s1，繼續pm捕集的實施以及輸出值ee的推斷(s1、s2)。

在已到達故障判定時刻的情況下，換句話說是輸出值ee已超過規定值k的情況下(s3：yes(是))，進入s4，通過s4～s8推斷廢氣中的pm的平均粒徑d50(中值粒徑)。這裡，圖7、圖8是用於說明pm的平均粒徑d50的推斷方法的圖，詳細地說，圖7示出傳感器元件52的加熱前後的傳感器輸出相對於捕集時間的變化，圖8示出傳感器元件52的加熱前後的傳感器輸出的變化率e2/e1與平均粒徑d50的關係。此外，圖8的縱軸表示平均粒徑d50的倒數。另外，圖8的各點示出了基於上述eepsspectorometer的實驗結果的點。

接下來，參照圖7、圖8說明平均粒徑d50的推斷方法。如圖7所示，若使加熱器54工作而將傳感器元件52加熱，則傳感器元件52的溫度逐漸上升，伴隨著其溫度上升，傳感器輸出也逐漸上升。這是因為，由於傳感器元件52的加熱，使得被傳感器元件52捕集的pm也被加熱，從而其pm的晶體構造變化，導電率提高。也就是由於加熱而使得pm的構造從導電性較低的非晶態嚮導電性較高的石墨狀態變化的緣故。此時，若將加熱前的傳感器輸出(也是加熱開始時的傳感器輸出)設為e1(參照圖7)，將由於加熱而上升的傳感器輸出的峰值設為e2(參照圖7)，則這些輸出變化率e2/e1與平均粒徑d50相關聯(參照圖8)。

具體而言，如圖8所示，輸出變化率e2/e1與平均粒徑d50的倒數大致呈正相關(比例關係)。換句話說，輸出變化率e2/e1越大，平均粒徑d50越小(平均粒徑d50的倒數越大)。這是因為，越是粒徑小的pm，越會成為非晶態，原本的導電率較低，所以由於加熱而石墨化時的導電率的變化量變大。在圖7中，粒徑越小，加熱前的輸出值e1越小，另一方面，加熱後的輸出值e2無關於粒徑而是成為大致相同的值。所以，平均粒徑越小，輸出變化率e2/e1越大。

因此，預先調查圖8的關係100而存儲於本發明的存儲部的存儲器61。然後，在圖6的s4～s8中，基於該關係100和本次的輸出變化率e2/e1來推斷平均粒徑d50。即，首先，檢測利用加熱器54加熱之前的pm傳感器5的輸出值e1(加熱前輸出值)(s4)。

接下來，利用加熱器54加熱傳感器元件52(s5)。此時，即可以以pm燃燒的溫度(600℃以上)將傳感器元件52加熱，也可以以pm不會燃燒的溫度(例如約400℃)將傳感器元件52加熱。圖7示出了以pm燃燒的溫度將傳感器元件52加熱的例子。因此，在圖7中，伴隨著傳感器元件52的溫度通過加熱而逐漸上升，最初是傳感器輸出上升，以某一值e2為峰值而在之後的時間內，pm燃燒，從而傳感器輸出降低。這是因為，在從加熱開始至達到峰值e2的期間，傳感器元件52的溫度為pm不會燃燒的溫度，在峰值e2之後，達到pm燃燒的溫度。

此外，在以pm不會燃燒的溫度將傳感器元件52加熱的情況下，圖7的峰值e2之後的時間內的傳感器輸出不會降低，而是維持為峰值e2。

接下來，檢測由於通過傳感器元件52的加熱而上升的傳感器輸出的峰值e2(加熱後輸出值)(s6)。具體而言，例如可以通過對從加熱開始起的傳感器輸出進行監視而檢測峰值e2，也可以預先調查從傳感器輸出示出峰值的加熱開始起的時間，並將該時間內的傳感器輸出值檢測為峰值。此外，在s6中檢測的傳感器輸出值e2是傳感器元件52的溫度為pm不會燃燒的溫度(例如400℃)時的輸出值。這樣，通過檢測峰值e2，能夠使平均粒徑較小時的輸出變化率e2/e1與平均粒徑較大時的輸出變化率e2/e1的不同變得顯著。

接下來，計算在s4、s6中檢測出的pm傳感器5的輸出值e1、e2的變化率e2/e1(加熱後輸出值e2相對於加熱前輸出值e1的變化率)(s7)。接下來，基於圖8的關係100和在s7中計算出的輸出變化率e2/e1，推斷平均粒徑d50(s8)。通過s8的處理獲得的平均粒徑d50表示從基於s1的處理的靜電捕集開始至基於s3的處理的故障判定時刻的到達為止的捕集期間，向dpf4的下遊排出的pm的平均粒徑。

接下來，基於在s8中推斷的平均粒徑d50，對在s4中檢測出的傳感器輸出值e1(加熱前輸出值)進行校正(s9)。具體而言，如圖9所示，將平均粒徑d50和傳感器輸出的校正係數a1的關係(映射)存儲於存儲器61。在該圖9的關係中，平均粒徑d50越小，校正係數a1越大。此外，在圖9中，以比例關係示出了平均粒徑d50與校正係數a1，但並不限定於成為比例關係，也存在成為向上凸起的曲線狀或者向下凸起的曲線狀的情況。另外，將校正係數a1確定為，在平均粒徑d50為規定的基準值d0(例如60nm)時設為1，在平均粒徑d50比基準值d0小的區域中成為比1大的值，在平均粒徑d50比基準值d0大的區域中成為比1小的值。換言之，校正係數a1以在s9中校正後的傳感器輸出成為平均粒徑d50是基準值d0的情況下的傳感器輸出的方式被確定。

在s9中，基於圖9的關係與在s8中推斷出的平均粒徑d50，求出本次的校正係數a1。然後，通過將傳感器輸出值e1與校正係數a1相乘，求出校正後的傳感器輸出值er。換句話說，計算er＝a1×e1。由此，以平均粒徑d50越小、越是成為表示pm量更多的值的方式，換句話說是越是成為較大的值的方式，對傳感器輸出進行校正。另外，能夠使校正後的傳感器輸出值er接近基準值d0時的傳感器輸出。

接下來，判斷在s9中獲得的校正後的傳感器輸出值er是否比規定值k(參照圖4)大(s10)。此外，規定值k還是故障判定時刻的推斷輸出值ee。在傳感器輸出值er比規定值k大的情況下(s10：yes)，判定dpf4為dpf捕集能力低於基準故障dpf的故障dpf(s11)。與此相對，在傳感器輸出值er是規定值k以下的情況下(s10：no)，判定dpf4為dpf捕集能力優於基準故障dpf的正常dpf(s12)。在s11或者s12之後，結束圖6的流程圖的處理。

如以上說明那樣，根據第1實施方式的過濾器的故障檢測裝置以及顆粒狀物質檢測裝置，由於推斷pm的平均粒徑並基於該平均粒徑對傳感器輸出進行校正，因此能夠抑制平均粒徑的影響所導致的傳感器輸出的偏差，而且，由於基於抑制了偏差的傳感器輸出進行dpf的故障判定，因此能夠抑制該判定結果的偏差。換句話說，具備如下特徵：能夠抑制雖然dpf正常但判定為發生故障、或者雖然是故障但判定為正常的情況。

另外，本發明人們發現，加熱下的pm傳感器的輸出變化率e2/e1與pm的平均粒徑具有相關性(參照圖8)。在第1實施方式的過濾器的故障檢測裝置以及顆粒狀物質檢測裝置中，由於基於上述相關性推斷平均粒徑，因此能夠以高精度獲得廢氣中的顆粒狀物質的平均粒徑。

(第2實施方式)接下來，對本發明的第2實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與第1實施方式不同的部分為主進行說明。在第2實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與第1實施方式的情況不同，除此以外與第1實施方式相同。以下，對第2實施方式的故障判定處理進行說明。

圖10示出了第2實施方式的故障判定處理的流程圖。控制單元6取代圖6的處理而執行圖10的處理。圖10所示的s29、s30的處理與圖6所示的第1實施方式的s9、s10的處理不同，除此以外的處理(s21～s28、s31、s32的處理)與圖6所示的第1實施方式的s1～s8、s11、s12的處理相同。

在圖10的處理中，基於在s28中推斷的平均粒徑d50，對故障判定的閾值k(圖4的規定值k(還是故障判定時刻的推斷輸出值ee))進行校正(s29)。具體而言，如圖11所示，將平均粒徑d50和閾值的校正係數a2的關係(映射)存儲於存儲器61。在該圖11的關係中，平均粒徑d50越小，校正係數a2越小。此外，雖然在圖11中以比例關係示出了平均粒徑d50與校正係數a2，但除了比例關係以外，也存在成為向上方凸起的曲線狀、或向下方凸起的曲線狀的情況。另外，將校正係數a2確定為，在平均粒徑d50為規定的基準值d0(例如60nm)時設為1，在平均粒徑d50比基準值d0小的區域中成為比1小的值，在平均粒徑d50比基準值d0大的區域中成為比1大的值。換言之，校正係數a2以在s29中校正後的閾值成為平均粒徑d50是基準值d0的情況下的閾值的方式被確定。

在s29中，基於圖11的關係與在s28中推斷出的平均粒徑d50，求出本次的校正係數a2。然後，通過將閾值k與校正係數a2相乘，求出校正後的閾值kr。換句話說，計算kr＝a2×k。由此，以平均粒徑d50越小、越是成為表示pm量更少的值的方式、換句話說是越是成為較小的值的方式，對閾值進行校正。換言之，向與傳感器輸出因平均粒徑d50而偏離的方向相同的方向對閾值進行校正。例如，在平均粒徑d50較小導致傳感器輸出較小的情況下，閾值也被校正為較小的值。

接下來，判斷在s24中檢測出的傳感器輸出值e1是否比校正後的閾值kr大(s30)。然後，在傳感器輸出值e1比閾值er大的情況下(s30：yes)，判定dpf4為故障(s31)，在傳感器輸出值e1為閾值er以下的情況下(s30：no)，判定dpf4為正常(s32)。

如以上說明那樣，在第2實施方式中，由於取代傳感器輸出校正而進行閾值校正，因此與第1實施方式的情況相同，具有能夠抑制平均粒徑引起的dpf的故障判定結果的偏差的效果。

(第3實施方式)接下來，對本發明的第3實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與上述第1實施方式中的處理不同的處理為中心進行說明。在第3實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與第1實施方式不同，除此以外執行與第1實施方式相同的處理。以下，對第3實施方式的故障判定處理進行說明。在圖6所示的處理中，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出值ee(s2)，並基於該推斷輸出值ee是否已達到規定值k，來判定是否已到達故障判定時刻(s3)。與此相對，在第3實施方式中，取代圖6的處理而執行圖12所示的處理。即，圖12中的s42、s43的處理與圖6所示的s2、s3的處理不同，除此以外的處理(s41，s44～s52的處理)與圖6所示的s1、s4～s12的處理相同。

在圖12的處理中，當在s41中開始了靜電捕集之後，基於發動機2的運轉狀態，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的、通過dpf4的pm的各時刻(每單位時間)的量f，並求出推斷的各時刻的pm量f的累計量b(s42)。該累計量b的推斷方法與圖6的s2中所示的為了計算推斷輸出值ee而求出的累計量b的推斷方法相同。這樣，在s42中，並非推斷推斷輸出值ee，而是推斷獲得推斷輸出值ee的之前階段的、與推斷輸出值ee相關的累計量b。

接下來，通過判斷在s42中推斷的累計量b是否超過了規定量，判斷是否已到達故障判定時刻(s43)。在將該規定量換算為pm傳感器5的輸出值的情況下，該規定量是被確定為圖4的規定值k(s50的閾值k)的值。在累計量b小於規定量的情況下(s43：no)，視為尚未到達故障判定時刻，返回s41。與此相對，在累計量b超過了規定量的情況下，視為已到達故障判定時刻，執行s44之後的處理。

通過該圖12的處理，也可獲得與上述實施方式相同的效果。另外，在圖10的處理中，也可以取代s22、s23的處理而執行圖12的s42、s43的處理。而且，也可以取代圖12的s42、s43，推斷dpf4是基準故障dpf的情況下的pm傳感器5所捕集到的pm量，並基於該pm量是否已超過規定量來判斷是否已到達故障判定時刻。該pm量基於累計量b推斷即可。由此，可獲得與上述實施方式相同的效果。

(第4實施方式)接下來，對本發明的第4實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與上述各實施方式的處理不同的處理為中心進行說明。在第4實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與上述各實施方式所示的故障判定處理不同，除此以外與上述實施方式的處理相同。以下，對第4實施方式的故障判定處理進行說明。

pm主要由構成煤的煤成分(soot)、有機溶劑可溶成分(solubleorganicfraction，簡稱sof)、以及硫酸鹽成分構成。sof是燃料、潤滑油保持未燃燒的狀態單獨地或者以浸入soot的形式排出的物質。硫酸鹽是燃料中的硫成分的氧化生成物(硫化物)溶於廢氣中的水分並霧滴化而成的物質。

根據發動機的運轉條件，pm的sof含量變化。由於sof的導電率低於soot，因此pm的電阻因sof含量而變化，即使以相同的平均粒徑且相同的pm量被pm傳感器捕集，pm傳感器的輸出也不同。因此，在第4實施方式中，以排除了pm中所含有的sof的影響的形式求出pm的平均粒徑。以下，參照圖13～圖16，對反映出以排除了sof的影響的形式推斷pm的平均粒徑的方法的dpf的故障判定處理進行說明。

在第4實施方式中，控制單元6取代在第1實施方式中執行的圖6所示的處理，執行圖13所示的處理。此外，設為在圖13的處理開始時，pm傳感器5尚未捕集pm。

若圖13的處理開始，則控制單元6與圖6所示的s1～s3的處理相同，實施靜電捕集(s61)，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出值ee(s62)，判斷該輸出值ee是否超過了規定值k(s63)。在輸出值ee小於規定值k的情況下(s63：no)，視為尚未到達故障判定時刻，返回s61，繼續靜電捕集以及輸出值ee的推斷(s61、s62)。

另一方面，在輸出值ee超過了規定值k的情況下(s63：yes)，視為到達故障判定時刻，通過s64～s69的處理推斷廢氣中的pm的平均粒徑d50(中值粒徑)。具體而言，首先，如圖14的上段(元件溫度相對於開始向pm傳感器5捕集pm起的經過時間的變化)所示，利用加熱器54，將傳感器元件52加熱至雖然sof揮發但soot不燃燒的第1溫度(s64)。這裡，圖15是說明第1溫度的優選範圍的圖，詳細地說，是表示同等的pm平均粒徑(55nm前後)時的、pm傳感器5的輸出變化率(e2/e1)相對於第1溫度的圖。此外，圖15的縱軸的輸出變化率(e2/e1)示出了設將傳感器元件52加熱到第1溫度時的傳感器輸出值e1為第1輸出值、設加熱到soot燃燒的第2溫度時的傳感器輸出值e2為第2輸出值時，第2輸出值e2相對於第1輸出值e1的變化率。另外，在圖15中，○所示的點示出了發動機轉速為1654rpm、轉矩為24nm、pm中的sof比例(重量百分比濃度)為7.7wt％的條件下的結果。□所示的點示出了發動機轉速為2117rpm、轉矩為83nm、sof比例為1.3wt％的條件下的結果。

如圖15所示，在第1溫度為200℃～400℃的範圍內，sof比例較大的情況下的輸出變化率(○的結果)和sof比例較小的情況下的輸出變化率(□的結果)成為同等的值。因此，在第1溫度為200℃～400℃的範圍內，能夠以排除了sof的影響的形式獲得輸出變化率。與此相對，第1溫度小於200℃時，sof比例較大的情況下的輸出變化率(○的結果)比sof比例較小的情況下的輸出變化率(□的結果)大。這是因為，第1溫度小於200℃時，sof的揮發不充分，所以第1溫度下的傳感器輸出值e1根據sof比例而變化，具體而言，sof比例越大，pm的電阻越是增加，結果，傳感器輸出值e1越小。另一方面，在第2溫度時，由於sof揮發，因此第2溫度下的傳感器輸出值e2無關於sof比例而是成為同等的值。由此，推斷第1溫度小於200℃時，sof比例越大，輸出變化率e2/e1越大。

這樣，第1溫度小於200℃時，在輸出變化率中不能排除sof的影響。換言之，第1溫度小於200℃時，輸出變化率根據sof比例而變化。另一方面，雖然在圖15中未示出，但本發明人確認到，若第1溫度超過400℃，則以第1溫度保持加熱的過程中，傳感器輸出逐漸降低。認為這是因為，若第1溫度超過400℃，則soot的燃燒開始。根據以上，第1溫度優選的是設為200℃以上、400℃以下的溫度。

在s64的處理中，通過將傳感器元件52加熱到第1溫度，如圖14的下段(傳感器輸出相對於開始向pm傳感器5捕集pm起的經過時間的變化)所示，傳感器輸出上升。這是因為，被傳感器元件52捕集的pm也因傳感器元件52的加熱而加熱，從而使得其pm的晶體構造變化，導電率提高，換言之是電阻率降低。此外，在圖14中，例示了將第1溫度設為350℃的情況。

此外，在s64中，優選的是以第1溫度保持加熱的時間例如設為30秒以上。小於30秒時，擔心加熱溫度不穩定，sof的揮發不充分。但是，只要能夠充分揮發sof即可，也可以是小於30秒的加熱時間。另外，雖然保持加熱的時間可以較長，但測量會花費時間，因此優選的是三分鐘以下。此外，在圖14中，示出了將加熱保持的時間設為60秒的例子。

這樣，通過將傳感器元件52加熱到第1溫度，能夠排除傳感器輸出中的sof的影響。另外，若因發動機運轉條件導致排氣溫度不同，則pm的溫度不同，因此傳感器輸出會因為pm的電阻的溫度特性而變化。但是，通過s64的加熱處理，無論排氣溫度如何，都能夠使被傳感器元件52捕集的pm的溫度恆定，因此還能夠排除傳感器輸出中的排氣溫度的影響。

在s64的處理之後，檢測加熱到第1溫度時的pm傳感器5的第1輸出值e1(s65)。此時，將向第1溫度加熱保持的期間的傳感器輸出的峰值作為第1輸出值e1而檢測。

接下來，如圖14的上段所示，與第1溫度的加熱連續地將傳感器元件52加熱到soot燃燒的第2溫度(s66)。該第2溫度優選的是600℃以上、1000℃以下。小於600℃時，擔心soot的燃燒變得不充分。另外，若超過1000℃，則存在傳感器元件52、對置電極53不耐熱的情況，例如，存在因熱而損傷的可能性。此外，在圖14中示出了將第2溫度設為800℃的例子。

向第2溫度加熱保持的時間例如優選的是設為30秒以上。小於30秒時，加熱溫度不穩定，soot的燃燒變得不充分，在後述的s67中，存在不能檢測傳感器輸出的準確的峰值e2的情況。但是，如果能夠檢測準確的峰值e2，則也可以是小於30秒的加熱時間。另外，雖然向第2溫度的加熱保持的時間可以較長，但測量會花費時間，因此優選的是三分鐘以下。

如圖14的下段所示，由於向第2溫度的加熱，傳感器輸出從第1輸出值e1起進一步上升。具體而言，伴隨著從開始向第2溫度加熱起的時間經過，最初是傳感器輸出上升，以某一值e2作為峰值，在之後的時間內soot燃燒，從而傳感器輸出降低。這是因為，在開始向第2溫度加熱起至峰值e2的期間，傳感器元件52的溫度成為soot不會燃燒的溫度，在峰值e2之後，成為soot燃燒的溫度。另外，在開始向第2溫度加熱起至峰值e2的期間，傳感器輸出從第1輸出值e1起進一步上升的原因是，通過將傳感器元件52加熱至比第1溫度高溫的第2溫度，從而進一步促進被傳感器元件52捕集的pm的晶體構造向提高導電性的石墨狀態的變化。

接下來，檢測出傳感器元件52的因向第2溫度的加熱而上升的傳感器輸出的峰值e2作為第2輸出值(s67)。具體而言，例如可以通過對從加熱開始起的傳感器輸出進行監視而檢測峰值e2，也可以預先調查從傳感器輸出示出峰值的加熱開始起的時間，並將該時間內的傳感器輸出值檢測為峰值。

接下來，計算在s65、s67中檢測出的pm傳感器5的輸出值e1、e2的變化率e2/e1(第2輸出值e2相對於第1輸出值e1的變化率)(s68)。接下來，基於在s68中計算出的輸出變化率e2/e1，推斷廢氣中的pm的平均粒徑d50(s69)。這裡，圖16示出了第2溫度加熱時的傳感器輸出值e2相對於第1溫度加熱時的傳感器輸出值e1的變化率e2/e1和平均粒徑d50的關係。此外，圖16的縱軸表示平均粒徑d50的倒數。另外，圖16所示的各點示出了使用engineexhaustparticlesizer(eeps)spectorometer獲得的實驗結果。

如圖16所示，第1溫度下的傳感器輸出值e1與第2溫度下的傳感器輸出值e2的變化率e2/e1和平均粒徑d50相關聯。具體而言，輸出變化率e2/e1與平均粒徑d50的倒數大致呈正相關(比例關係)。因此，預先調查圖16的關係101而存儲於存儲器61。此外，如圖15所示，即使是相同的平均粒徑，若第1溫度變化則輸出變化率變化，因此需要使求出圖16的關係101時的第1溫度和s64的處理中的第1溫度為相同的值。

然後，在s69中，基於圖16所示的關係101和在s68中計算出的本次的輸出變化率e2/e1，推斷平均粒徑d50。通過s69的處理獲得的平均粒徑d50的意思是，從基於s61的處理的靜電捕集開始至基於s63的處理的故障判定時刻到達為止的捕集期間，向dpf4的下遊排出的pm的平均粒徑。

接下來，與圖6所示的s9的處理相同，基於在s69中推斷的平均粒徑d50，對在s65中檢測出的第1輸出值e1進行校正(s70)。具體而言，從圖9所示的映射中求出與本次的平均粒徑d50對應的校正係數a1。然後，通過將第1輸出值e1與校正係數a1相乘，求出校正後的傳感器輸出值er。換句話說，計算er＝a1×e1。

接下來，與圖6所示的s10～s12的處理相同，判斷校正後的傳感器輸出值er是否比規定值k大(s71)，在比規定值k大的情況下(s71：yes)，判定為dpf4的故障(s72)，在規定值k以下的情況下(s71：no)，判定dpf4為正常(s73)。在s72或者s73之後，結束圖13的流程圖所示的處理。

此外，在第1～第3實施方式中，基於圖14中的開始向第1溫度加熱時的傳感器輸出值e0和向第2溫度加熱時的傳感器輸出值e2之間的變化率e2/e0，推斷pm的平均粒徑。與此相對，在第4實施方式中，基於以將傳感器元件52加熱至sof揮發但soot不會燃燒的第1溫度時的傳感器輸出值e1為基準的輸出變化率e2/e1，推斷平均粒徑。由此，能夠獲得排除了sof的影響以及排氣溫度的影響這兩者的高精度的平均粒徑。由此，能夠抑制平均粒徑所導致的傳感器輸出的偏差，並且也能夠抑制pm中的sof含量、發動機運轉條件(排氣溫度)所導致的傳感器輸出的偏差。其結果，具有能夠抑制雖然dpf正常但判定為故障、或雖然發生故障但判定為正常的效果。

另外，在第4實施方式中，對排除了sof以及排氣溫度的影響的第1溫度下的傳感器輸出值e1進行校正，並基於該校正後的傳感器輸出值er進行dpf的故障判定，因此能夠在該故障判定中進一步排除sof以及排氣溫度的影響。

(第5實施方式)接下來，對本發明的第5實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與上述各實施方式的處理不同的處理為中心進行說明。在第5實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與上述第4實施方式的處理不同，除此以外的處理與上述第4實施方式的處理相同。以下，對第5實施方式的故障判定處理進行說明。

控制單元6執行圖17的處理作為故障判定處理。圖17所示的處理中，s84、s91的處理與圖13的處理不同，除此以外的處理(s81～s83、s85～s90、s92～s94的處理)與圖13所示的s61～s69、s71～s73的處理相同。

若開始圖17的流程圖所示的處理，則與圖13所示的s61～s63的處理相同，實施靜電捕集(s81)，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出值ee(s82)，判斷該輸出值ee是否超過了規定值k(s83)。在輸出值ee小於規定值k的情況下(s83：no)，視為尚未到達故障判定時刻，返回s81，繼續靜電捕集以及輸出值ee的推斷(s81、s82)。

另一方面，在輸出值ee超過了規定值k的情況下(s83：yes)，在接下來的s85中檢測將傳感器元件52加熱到第1溫度之前的傳感器輸出值e0(s84)。該傳感器輸出值e0如圖14的下段所示那樣，也是開始向第1溫度加熱時的傳感器輸出。

接下來，與圖13所示的s64～s69的處理相同，基於sof揮發但soot不會燃燒的第1溫度下的傳感器輸出值e1和soot燃燒的第2溫度下的傳感器輸出值e2的變化率e2/e1，推斷pm的平均粒徑d50(s85～s90)。

接下來，基於pm的平均粒徑d50，對在s84中檢測出的傳感器輸出值e0進行校正(s90)。具體而言，與圖6所示的s9的處理相同，從圖9所示的映射中求出與本次的平均粒徑d50對應的校正係數a1。然後，通過將傳感器輸出值e0與校正係數a1相乘，求出校正後的傳感器輸出值er。換句話說，計算er＝a1×e0。

接下來，與圖13的s71～s73的處理相同，判斷校正後的傳感器輸出值er是否比規定值k大(s92)，在比規定值k大的情況下(s92：yes)，判定為dpf4的故障(s93)，在規定值k以下的情況下(s92：no)，判定dpf4為正常(s94)。在s93或者s94之後，結束圖17的流程圖所示的處理。

這樣，相對於在第4實施方式的處理中校正第1溫度下的傳感器輸出值e1，在第5實施方式的處理中，對加熱到第1溫度之前(開始向第1溫度加熱時)的傳感器輸出值e0進行校正。由此，能夠以排除了sof的影響的形式進行dpf的故障判定。

(第6實施方式)接下來，對本發明的第6實施方式的故障判定處理進行說明。以與上述實施方式的處理不同的處理為中心進行說明。在第6實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與上述實施方式的情況不同，除此以外與上述各實施方式的處理相同。以下，對第6實施方式的故障判定處理進行說明。

控制單元6執行圖18的流程圖所示的處理作為故障判定處理。圖18所示的s110、s111的處理與圖13中的s70、s71的處理不同，除此以外的處理(s101～s109、s112、s113的處理)與圖13所示的s61～s69、s72、s73的處理相同。

若開始圖18的流程圖所示的處理，則與圖13所示的s61～s69的處理相同，在來到故障判定時刻的情況下，基於第1溫度下的傳感器輸出值e1和第2溫度下的傳感器輸出值e2的變化率e2/e1，推斷pm的平均粒徑d50(s101～s109)。

接下來，在圖18所示的s110中，與圖10所示的s29的處理相同，基於pm的平均粒徑d50，對故障判定的閾值k進行校正。具體而言，從圖11所示的映射中求出與本次的平均粒徑d50對應的校正係數a2。然後，通過將閾值k與校正係數a2相乘，求出校正後的閾值kr。換句話說，計算kr＝a2×k。

接下來，判斷在圖18所示的s105中檢測出的第1溫度下的傳感器輸出值e1是否比校正後的閾值kr大(s111)。在傳感器輸出值e1比閾值kr大的情況下(s111：yes)，判定為dpf4的故障(s112)，在為閾值kr以下的情況下(s111：no)，判定dpf4為正常(s113)。之後，結束圖18的流程圖所示的處理。

這樣，在第6實施方式的故障判定處理中，與第2實施方式所示的情況相同，取代傳感器輸出校正而進行閾值校正。另外，與第4、第5實施方式所示的情況相同，基於以sof揮發但soot不會燃燒的第1溫度下的傳感器輸出值e1為基準的輸出變化率e2/e1來推斷pm的平均粒徑，因此能夠以排除了sof以及排氣溫度的影響的形式獲得平均粒徑。而且，由於基於獲得的平均粒徑校正閾值，並基於校正後的閾值與傳感器輸出的比較來進行dpf的故障判定，因此能夠抑制該故障判定中的平均粒徑所導致的判定結果的偏差，並且能夠排除sof的影響、發動機運轉條件(排氣溫度)的影響。

另外，由於基於排除了sof以及排氣溫度的影響的第1溫度下的傳感器輸出值e1進行dpf的故障判定，因此在故障判定中能夠進一步排除sof以及排氣溫度的影響。

(第7實施方式)接下來，對本發明的第7實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與上述實施方式的處理不同的處理為中心進行說明。在第7實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與上述實施方式的情況不同，除此以外與上述各實施方式的處理相同。以下，對第7實施方式的故障判定處理進行說明。

控制單元6執行圖19的處理作為故障判定處理。圖19的流程圖所示的處理在圖18所示的處理中追加了s124的處理，此外，s132中的處理與圖18所示的s111的處理不同。除此以外的處理(s121～s123、s125～s131、s133、s134的處理)與圖18所示的s101～110、s112、s113的處理相同。

若開始圖19的流程圖所示的處理，則與圖18所示的s101～s102的處理相同，實施靜電捕集(s121)，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的pm傳感器5的輸出值ee(s122)，判斷該輸出值ee是否超過了規定值k(s123)。在輸出值ee小於規定值k的情況下(s123：no)，視為尚未到達故障判定時刻，返回s121，繼續靜電捕集以及輸出值ee的推斷(s121、s122)。

在輸出值ee超過了規定值k的情況下(s123：yes)，在接下來的s125中檢測將傳感器元件52加熱到第1溫度之前的傳感器輸出值e0(s124)。該傳感器輸出值e0如圖14的下段所示那樣，也是開始向第1溫度加熱時的傳感器輸出。

接下來，與圖18所示的s104～s110的處理相同，基於sof揮發但soot不會燃燒的第1溫度下的傳感器輸出值e1和soot燃燒的第2溫度下的傳感器輸出值e2的變化率e2/e1，推斷pm的平均粒徑d50，並基於該平均粒徑d50校正故障判定的閾值k(s125～s131)。

接下來，判斷在s124中檢測出的傳感器輸出值e0是否比校正後的閾值kr大(s132)。在傳感器輸出值e0比閾值kr大的情況下(s132：yes)，判定為dpf4的故障(s133)，在為閾值kr以下的情況下，(s132：no)，判定dpf4為正常(s134)。之後，結束圖19的流程圖所示的處理。

這樣，在第7實施方式中，雖然與第6實施方式相同地進行閾值校正，但在第6實施方式中與校正後的閾值比較的傳感器輸出值是第1溫度下的傳感器輸出值e1，而在第7實施方式中，該與校正後的閾值比較的傳感器輸出值是加熱前的傳感器輸出值e0。由此，也能夠以排除了sof的影響的形式執行dpf的故障判定。

(第8實施方式)接下來，對本發明的第8實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與上述各實施方式的處理不同的處理為中心進行說明。在第8實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與在上述實施方式中執行的處理不同，除此以外與上述各實施方式的處理相同。以下，對第8實施方式的故障判定處理進行說明。

控制單元6執行圖20的流程圖所示的處理作為故障判定處理。在圖20中，s142、s143所示的處理與圖13所示的s62、s63的處理不同，除此以外的處理(s141、s144～s153的處理)與圖13所示的s61、s64～s73的處理相同。另外，s142、s143所示的處理與圖12所示的s42、s43的處理相同。換句話說，在第8實施方式中，與第3實施方式相同，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的、通過dpf4的pm的累計量b，並基於該累計量b判定故障判定時刻的到達。到達故障判定時刻之後的處理與圖13所示的處理相同。由此，也能夠獲得與上述各實施方式的情況相同的效果。

(第9實施方式)接下來，對本發明的第9實施方式的故障判定處理進行說明。以下，以與上述實施方式不同的部分為中心進行說明。在第9實施方式中，控制單元6所執行的故障判定處理與上述實施方式的情況不同，除此以外與上述各實施方式的處理相同。以下，對第9實施方式的故障判定處理進行說明。

控制單元6執行圖21的流程圖所示的處理作為故障判定處理。圖21中的s162、s163的處理與圖17所示的s82、s83的處理不同，除此以外的處理(s161、s164～s174的處理)與圖17所示的s81、s84～s94的處理相同。另外，s162、s163的處理與圖12所示的s42、s43的處理相同。換句話說，在第9實施方式中，與第3實施方式相同，推斷dpf4為基準故障dpf的情況下的、通過dpf4的pm的累計量b，並基於該累計量b判定故障判定時刻的到達。到達故障判定時刻之後的處理與圖17所示的處理相同。由此，也能夠獲得與上述各實施方式相同的效果。

(第10實施方式)接下來，對本發明的第10實施方式的處理進行說明。在上述各實施方式中，為了校正傳感器輸出、dpf故障判定的閾值而求出了pm的平均粒徑，但在第10實施方式的處理中，基於求出的平均粒徑計算廢氣中的pm顆粒數。以下，以與上述各實施方式不同的部分為中心進行說明。除此以外與上述各實施方式的處理相同。

第10實施方式的過濾器的故障檢測裝置、顆粒狀物質檢測裝置的構成與上述各實施方式相同。但是，在第10實施方式中，控制單元6所執行的處理與在上述各實施方式中執行的故障判定處理不同。具體而言，控制單元6執行圖22的流程圖所示的處理。圖22的處理是在圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖21所示的dpf的故障判定處理的基礎上、或者取代該故障判定處理而執行的處理。此外，在圖22的流程圖所示的處理開始時，設為pm傳感器5尚未捕集pm。

若開始圖22所示的處理，則控制單元6首先實施pm向pm傳感器5的靜電捕集(s181)。接下來，判斷pm傳感器5的輸出是否已到達規定的輸出值e0(s182)。在尚未到達的情況下(s182：no)，返回s181，繼續靜電捕集以及傳感器輸出的監視。

在傳感器輸出到達規定的輸出值e0的情況下(s182：yes)，與圖13所示的s64～s69的處理相同地推斷pm的平均粒徑(s183～s188)。換句話說，基於sof揮發但soot不燃燒的第1溫度下的傳感器輸出值e1、以及soot燃燒的第2溫度下的傳感器輸出值e2的變化率e2/e1，推斷pm的平均粒徑。

接下來，基於在s184中檢測出的第1輸出值e1，推斷從s181的靜電捕集開始起至傳感器輸出到達規定的輸出值e0為止(換言之是開始向第1溫度加熱為止)的捕集期間中的、向dpf4的下遊排出的pm的質量(s189)。該質量是全部pm顆粒的質量的總和。pm傳感器5輸出與被傳感器元件52捕集的pm的質量相關的值。被傳感器元件52捕集的pm的質量與向dpf4的下遊排出的pm的質量相關。換句話說，傳感器輸出與從開始向pm傳感器5捕集起至輸出本次的傳感器輸出值為止的期間內的、向dpf4的下遊排出的pm質量的累計值相關。

由此，只要預先調查傳感器輸出與pm的質量的關係，就能夠基於傳感器輸出推斷向dpf4的下遊排出的pm的質量。此時，作為傳感器輸出，通過使用排除了sof以及排氣溫度的影響的第1輸出值e1，能夠以排除了sof以及排氣溫度的影響的形式獲得pm質量。

為了推斷pm質量，預先調查傳感器輸出和廢氣中的pm質量的關係，並存儲於存儲器61內。該關係是傳感器輸出越大、pm質量越大的關係。然後，在s189中，基於存儲於存儲器61的關係，推斷與第1輸出值e1對應的pm質量。

此外，在圖22所示的處理中，雖然在推斷pm的平均粒徑之後，在s189中推斷pm質量，但該s189的處理只要在第1輸出值e1的檢測後即可，可以在任何時刻執行。

接下來，基於在s188中推斷出的平均粒徑、在s189中推斷出的pm質量、以及預先確定的pm的比重，對捕集期間的向dpf4的下遊排出的pm的顆粒數進行計算(s190)。具體而言，基於平均粒徑，對在捕集期間向dpf4的下遊排出的、每一個pm的平均體積進行計算。更具體而言，假設pm顆粒的形狀為球形狀，將平均粒徑d代入作為球的體積的公式的以下的式1，由此求出每一個pm的平均體積。平均體積＝4/3×π×(d/2)3...(式1)。

然後，基於pm的平均體積、質量、以及比重，通過以下的式2計算pm的顆粒數。式2中的pm比重設為預先確定的值，具體而言例如設為1g/cm3。pm比重存儲於存儲器61即可。此外，式2的分母中的pm平均體積×pm比重的意思是在捕集期間向dpf4的下遊排出的每一個pm的平均質量。pm顆粒數＝pm質量/(pm平均體積×pm比重)...(式2)。

這樣，根據第10實施方式，能夠獲得在特定的期間(捕集期間)向dpf4的下遊排出的pm的顆粒數，因此能夠基於該顆粒數進行例如dpf4的故障判定。另外，由於能夠基於排除了sof以及排氣溫度的影響的平均粒徑推斷pm顆粒數，因此能夠獲得排除了sof以及排氣溫度的影響的高精度的pm顆粒數。

(第11實施方式)

接下來，對本發明的第11實施方式的處理進行說明。以下，以與上述實施方式的處理不同的處理為中心進行說明。在第11實施方式的處理中，與第10實施方式的處理相同，基於平均粒徑計算廢氣中的pm顆粒數。

控制單元6取代圖22所示的處理，執行圖23的流程圖所示的處理。在圖23中，s209的處理與圖22的s189的處理不同，除此以外的處理(s201～s208、s210的處理)與圖22所示的s181～s188、s190的處理相同。

雖然在圖22的s189中，基於第1輸出值e1推斷pm質量，但在圖23所示的s209中，基於加熱到第1溫度之前(換言之是開始向第1溫度加熱時)的規定的傳感器輸出值e0推斷pm質量。具體而言，預先調查與規定的傳感器輸出值e0對應的pm質量，並存儲於存儲器61。然後，在s209中，讀出存儲於存儲器61的pm質量即可。此外，s209的處理只要在傳感器輸出到達規定的輸出值e0之後即可，可以在任何時刻執行。

這樣，在第11實施方式的故障判定處理中，基於加熱前的傳感器輸出值e0推斷pm質量，並基於該pm質量計算pm的顆粒數。由此，也能夠獲得與第10實施方式的情況相同的效果。

(其他實施方式)此外，本申請發明並不限定於上述各實施方式和權利要求書所記載的內容，能夠在不脫離本申請發明的概念的範圍內進行各種變更。例如在上述第1～第9實施方式中，進行了傳感器輸出校正與閾值校正中的某一方，但也可以進行兩方。在該情況下，例如在圖6所示的s9之後或者s9之前，執行圖10所示的s29的處理。此時，在基於s9的傳感器輸出校正和基於s29的閾值校正之間設定權重，並以該權重的大小對傳感器輸出、閾值進行校正。例如，在將傳感器輸出校正的權重設為7成(0.7)、閾值校正的權重設為3成(0.3)的情況下，在s9中僅以只執行傳感器輸出校正的情況下的7成對傳感器輸出進行校正，在s29中僅以只執行閾值校正的情況下的3成對閾值進行校正。然後，取代圖6所示的s10，判斷校正後的傳感器輸出值er是否比校正後的閾值kr大。由此，也能夠獲得與上述各實施方式相同的效果。

另外，在上述第1～第3實施方式中，基於輸出變化率e2/e1推斷了平均粒徑，但由於pm的粒徑根據發動機2的運轉狀態(發動機轉速、燃料噴射量等)變化，因此也可以基於該運轉狀態推斷pm的平均粒徑。在該情況下，預先調查發動機2的運轉狀態與平均粒徑的關係(映射)並存儲於存儲器61。然後，基於該關係與發動機2的運轉狀態，推斷平均粒徑。

另外，在上述各第1～第3實施方式中，也可以基於加熱前輸出值e1相對於加熱後輸出值e2的變化率e1/e2推斷平均粒徑。在該情況下，變化率e1/e2越小，平均粒徑越小。同樣，在上述第4～第11實施方式中，也可以基於第1溫度下的傳感器輸出值e1相對於第2溫度下的傳感器輸出值e2的變化率e1/e2推斷平均粒徑。在該情況下，變化率e1/e2越小，平均粒徑越小。

另外，在上述各實施方式中，在dpf的故障檢測的用途中使用了pm傳感器，但也可以在除故障檢測以外的用途中使用pm傳感器。例如，也可以在dpf的上遊配置pm傳感器，並將該pm傳感器使用於檢測從發動機排出的pm量(向dpf流入的pm量)的用途。此時，通過本發明對傳感器輸出進行校正，從而能夠獲得抑制了平均粒徑的影響的高精度的pm量。

另外，在上述各實施方式中，基於某一捕集時間的pm傳感器的推斷輸出值與實際的輸出值的比較進行dpf的故障判定，但也可以基於傳感器輸出的斜率來進行故障判定。具體而言，推斷dpf為基準故障dpf的情況下的pm傳感器的輸出變化(斜率)，並將推斷出的輸出變化(斜率)設定為故障判定的閾值。對該閾值與實際的輸出變化(斜率)進行比較，如果實際的輸出變化比閾值大，則判定為dpf故障，如果比閾值小，則判定為dpf正常。此時，與上述各實施方式的情況相同，基於pm的平均粒徑，對實際的輸出變化、閾值進行校正。由此，也能夠獲得與上述各實施方式相同的效果。

另外，在上述各實施方式所使用的pm傳感器中，示出了在圖24所示的傳感器元件52的表面中的沿傳感器元件52的長度方向延伸的表面形成對置電極53、且如圖2所示那樣對置電極53構成為朝向罩51的側面的pm傳感器的例子。但是，pm傳感器也可以具有圖25、圖26那樣的構成。即，可以採用如圖25所示的構造那樣在傳感器元件52的長度方向的一端側的面形成對置電極53、或者如圖26所示的構造那樣在罩51內將對置電極53形成為朝向罩51的前端側的pm傳感器。

此外，在上述各實施方式中，執行圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖23的s4～s8、s24～s28、s44～s48、s64～s69、s85～s90、s104～s109、s125～s130、s144～s149、s165～s170、s183～s188、s203～s208的處理的控制單元6、以及存儲圖8、圖16的關係100、101存的儲器61相當於本發明中的粒徑推斷部。執行圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖21的s2、s3、s10～s12、s22、s23、s30～s32、s42、s43、s50～s52、s62、s63、s71～s73、s82、s83、s92～s94、s102、s103、s111～s113、s122、s123、s132～s134、s142、s143、s151～s153、s162、s163、s172～s174的處理的控制單元6相當於本發明中的故障判定部。執行圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖21的s9、s29、s49、s70、s91、s110、s131、s150、s171的處理的控制單元6相當於本發明中的校正部。執行圖6、圖10、圖13、圖17～圖19的s2、s3、s22、s23、s62、s63、s82、s83、s102、s103、s122、s123的處理的控制單元6相當於本發明中的輸出推斷部。執行圖12、圖20、圖21的s42、s43、s142、s143、s162、s163的處理的控制單元6相當於本發明中的累計量推斷部。執行圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖23的s5、s25、s45、s64、s66、s85、s87、s104、s106、s125、s127、s144、s146、s165、s167、s183、s185、s203、s205的處理的控制單元6相當於本發明中的加熱控制部。執行圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖23的s4、s6、s7、s24、s26、s27、s44、s46、s47、s65、s67、s68、s86、s88、s89、s105、s107、s108、s126、s128、s129、s145、s147、s148、s166、s168、s169、s184、s186、s187、s204、s206、s207的處理的控制單元6相當於本發明中的取得部。執行圖6、圖10、圖12、圖13、圖17～圖23的s8、s28、s48、s69、s90、s109、s130、s149、s170、s188、s208的處理的控制單元6相當於本發明中的推斷部。執行圖22、圖23的s189、s209的處理的控制單元6相當於本發明中的質量推斷部。執行圖22、圖23的s190、s210的處理的控制單元6相當於本發明中的顆粒數計算部。

附圖標記的說明

1發動機系統，2柴油發動機(內燃機)，3排氣通路，4dpf(過濾器)，5pm傳感器(傳感器)，6控制單元，61存儲器。