JP2011247650A - 粒子状物質検出センサ、及び粒子状物質検出センサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ガス中の導電性粒子状物質の量の検出と温度検出との両者を実施し、しかもその双方の検出を最小限の構成で実現する。
【解決手段】ＰＭセンサ１０は、基板上に対向配置された一対の検出電極１６，１７を有するセンサ素子１３を備え、ガス中の導電性粒子状物質（ＰＭ）の付着による検出電極１６，１７間の抵抗値の変化によりＰＭ量を検出するものである。特に、ＰＭセンサ１０は、一対の検出電極１６，１７間を導通する導通経路に設けられセンサ素子１３の温度を検出する温度検出抵抗３４と、温度検出抵抗３４が通電されない第１状態と通電される第２状態とを切り替える切替手段としてのコンデンサ３５とを備え、ＰＭ量の検出時には第１状態とされ、素子温度の検出時には第２状態とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子状物質検出センサ及び粒子状物質検出センサユニットに関し、詳しくは、ガス中の導電性粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサ及び粒子状物質検出センサユニットに関するものである。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、排気中に含まれる導電性粒子状物質（ＰＭ）を処理するための装置として、排気系にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が設けられている。ＤＰＦでは、排気中のＰＭが捕集されるとともに、その捕集されたＰＭが、排気温度が上昇されることで高温酸化される、いわゆる再生処理が実施される。この再生処理は、例えばＤＰＦのＰＭ堆積量を算出し、その算出したＰＭ堆積量が所定量を超えたタイミングで実施される。

ＤＰＦのＰＭ堆積量を算出する方法は種々提案されており、その一つとして、排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ（スモークセンサ）を用いることが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、基板上に一対の櫛歯状の検出用電極が対向配置され、その電極が２つの検出用端子に接続されるＰＭセンサが開示されている。この特許文献１のセンサによれば、一対の電極間にＰＭが堆積することによって生じる抵抗値の変化により排気中のＰＭ量が検出される。

また、特許文献１のセンサには、検出用電極とは別に、検出用電極と同一基板の表裏面に同一形状に形成された一対の温度補償用電極が設けられており、この電極が１つの温度補償用端子に接続されている。これにより、電極間の抵抗の温度依存性に影響されない正確なＰＭ濃度が検出されるようになっている。

なお、ＰＭセンサについては、ＤＰＦのＰＭ堆積量の算出以外に、ＤＰＦの故障診断においても用いられる。すなわち、ＤＰＦの破損等が発生した場合、ＤＰＦ下流側には過剰量のＰＭが排出される。これに鑑み、ＤＰＦの下流側にＰＭセンサを配置し、同センサによりＤＰＦ下流側のＰＭ量を検出することによりＤＰＦの故障診断を実施する。

特開昭６０−１５４６号公報

しかしながら、上記の特許文献１のセンサでは、温度補償用電極を備えることにより、ガス中のＰＭ量の検出に際して抵抗温度依存性の影響を少なくできるものの、ガス温度（センサ温度）を検出することができない。また、上記センサには、ＰＭ量検出用の配線と温度補償用の配線とが設けられており、配線数や制御装置の端子数が増加する等の問題が生じることが考えられる。加えて、このセンサに温度検出機能を持たせた場合には、温度検出用の配線や端子が更に必要になり、上記の問題がより大きく現れるものと考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガス中の導電性粒子状物質の量の検出と温度検出との両者を実施することができ、しかもその双方の検出を最小限の構成で実現することができる粒子状物質検出センサ及び粒子状物質検出センサユニットを提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、基板上に対向配置された一対の検出電極を有するセンサ素子を備え、ガス中の導電性粒子状物質の付着による検出電極間の抵抗値の変化により前記導電性粒子状物質の量である粒子状物質量を検出する粒子状物質検出センサに関するものである。そして、請求項１に記載の発明は、前記一対の検出電極間を導通する導通経路に設けられ前記センサ素子の温度を検出する温度検出抵抗と、前記温度検出抵抗が通電されない第１状態と通電される第２状態とを切り替える切替手段と、を備え、前記粒子状物質量の検出時には前記第１状態とされ、前記温度の検出時には前記第２状態とされることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、基板上に対向配置された一対の検出電極を有するセンサ素子を備え、ガス中の導電性粒子状物質の付着による検出電極間の抵抗値の変化により前記導電性粒子状物質の量である粒子状物質量を検出する粒子状物質検出センサと、前記粒子状物質検出センサにハーネスを介して接続されているコネクタとを備える粒子状物質検出センサユニットにおいて、前記一対の検出電極間を導通する導通経路に設けられ前記センサ素子の温度を検出する温度検出抵抗と、前記温度検出抵抗が通電されない第１状態と通電される第２状態とを切り替える切替手段と、を備え、前記粒子状物質量の検出時には前記第１状態とされ、前記温度の検出時には前記第２状態とされることを特徴とする。

上記構成では、一対の検出電極に加え温度検出抵抗を備えるとともに、温度検出抵抗が通電されない第１状態と通電される第２状態との切り替えが可能である。この場合、第１状態とすることで、検出電極間の抵抗値によりガス中の導電性粒子状物質の量を検出することができる。また、第２状態とすることで、検出電極間の抵抗値と温度検出抵抗の抵抗値との合成抵抗によりセンサ素子の温度を検出することができる。例えば、第１状態での抵抗値と第２状態での抵抗値との差が素子温度に相当するものとなっている。したがって、その検出温度に基づいて、センサ素子温度を粒子状物質量検出に好適な温度に制御可能である。

しかも、一対の検出電極間を導通する導通経路に温度検出抵抗を設けた上で上記の状態切替が実施される構成としたため、温度検出用の配線を粒子状物質量検出用の配線にて兼用できる。つまり、当該センサとその出力信号を取り込む制御装置との間の配線を少なくすることができる。したがって、本発明によれば、粒子状物質量の検出機能に加え温度検出機能を有するセンサを提供でき、またその提供に際し、システムの複雑化や部品数の増加に伴うコスト増加等といった不都合が生じるのを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、前記切替手段が、前記導通経路において前記温度検出抵抗に直列に配置されたコンデンサと、前記一対の検出電極に直流信号及び交流信号のいずれかを印加する電源部とを含んで構成されており、更に、前記検出電極に直流信号を印加することで前記第１状態とし、前記検出電極に交流信号を印加することで前記第２状態とする切替制御手段を備える。この構成では、コンデンサが、直流の通過を阻止し、交流の通過を許容する性質を利用して、温度検出抵抗の通電／非通電を切り替える。これにより、温度検出抵抗の通電／非通電の切り替えを比較的簡単に実施することができる。

請求項３に記載の発明では、前記コンデンサが、ガス雰囲気の外であって該ガス雰囲気の熱の影響が小さい位置に配置されている。一般に、コンデンサの耐熱性はさほど高くなく、高温の排気に曝されることにより劣化や故障が生じることが考えられる。したがって、上記構成のように、熱の影響が小さい位置にコンデンサを配置することにより、第１状態と第２状態との切り替えを好適に実施することができる。

前記検出電極間の抵抗値は温度依存性を有しており、素子温度が異なると粒子状物質量が同一であっても抵抗値が相違したものとなる。この点、請求項４に記載の発明は、前記センサ素子を加熱するヒータを備えており、前記第２状態で検出した前記温度に基づいて前記ヒータの通電を制御する。この構成によれば、センサ素子の実温度を監視しつつセンサ素子温度を所望の温度に好適に制御することができ、ひいては粒子状物質量を精度良く検出することができる。

上述したとおり前記検出電極間の抵抗値は温度依存性を有している。また、センサ素子は、設置環境等に応じて素子温度が変動する。仮に、センサ素子の検出温度に基づいてヒータ制御を実施したとしても、やはりガス温度の変化（例えばエンジンの排気温度の変化等）に起因してセンサ素子の温度変動は生じると考えられる。その点に鑑み、請求項５に記載の発明では、前記第２状態で検出した前記温度に基づいて、前記第１状態で検出した前記粒子状物質量を補正する。この構成によれば、検出電極間の抵抗値に基づき検出した粒子状物質量に対して温度補正が行われることにより、粒子状物質量の検出精度を一層向上させることができる。

請求項６に記載の発明では、前記第２状態の検出結果に基づいてセンサ断線異常を検出する。センサの断線異常が発生した場合、前記検出電極間の抵抗値の検出が不能となる。また、基板上に導電性粒子状物質が堆積していない場合、温度検出抵抗が通電されない第１状態では検出電極間が導通されず、検出電極間の抵抗値は無限大となる。したがって、第１状態では、導電性粒子状物質が堆積していない場合とセンサ断線異常が発生した場合とにおいて抵抗値の変化が同じになり、断線異常の有無を抵抗値から特定することができない。これに対し、温度検出抵抗が通電される第２状態では、基板上に導電性粒子状物質が堆積していない場合であっても、温度検出抵抗に通電されることによりセンサ素子温度に応じた抵抗が発生する。したがって、上記構成によれば、センサ断線異常が発生したことを特定できる。

センサ素子の概略構成を示す分解斜視図。 ＰＭセンサの全体概略を示す概略構成図。 本システムの全体概略を示す電気的構成図。 センサ制御回路の具体的な構成を示す構成図。 ＰＭ量補正量マップの一例を示す図。 ＰＭ量検出と温度検出とを実行するための処理手順を示すフローチャート。 ヒータ通電処理の処理手順を示すフローチャート。 他の実施形態のシステム全体概略を示す電気的構成図。 他の実施形態のシステム全体概略を示す電気的構成図。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車載エンジンの排気管に設けられた粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサを用い、そのＰＭセンサの出力に基づいて導電性粒子状物質の量（ＰＭ量）を検出するＰＭ量検出システムについて説明する。

なお、車載エンジンは例えばディーゼルエンジンであり、同エンジンの排気管に設けられる排気浄化装置としてのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）について、このＤＰＦに捕集された導電性粒子状物質（ＰＭ）を高温酸化するＤＰＦ再生処理等が、ＰＭセンサの出力に基づいて実施されるようになっている。例えば、ＤＰＦの下流側にＰＭセンサが設けられ、このＰＭセンサの出力から算出されるＰＭ量に基づいてＤＰＦのＰＭ堆積量を算出する。そして、その算出したＰＭ堆積量が判定値を上回る場合にＤＰＦの再生処理を実施する。また、このＰＭセンサによりＤＰＦ下流側において排気中のＰＭ量を検出し、その検出値に基づいてＤＰＦの故障診断を行うことも可能である。

ＰＭセンサの構成を、図１及び図２を用いて説明する。ここではまず、図２を用いてＰＭセンサ１０の全体構成を説明する。

図２に示すように、ＰＭセンサ１０は、ハウジング１１の内部に略筒状のインシュレータ１２を備えており、そのインシュレータ１２に挿入された状態で長尺板状のセンサ素子１３が支持されている。センサ素子１３は、ＰＭ量を検出するためのＰＭ検出部１４と、当該センサ素子１３を加熱するための加熱部１５とを有しており、ＰＭ検出部１４として一対の検出電極１６，１７が設けられ、加熱部１５としてヒータ１８が設けられている。センサ素子１３は、センサ先端部側がインシュレータ１２から突出した状態で設けられており、その突出部分にＰＭ検出部１４（検出電極１６，１７）が設けられている。そして、センサ素子１３の突出部分を覆うようにしてカバー体１９が設けられている。この場合、カバー体１９は、ハウジング１１の一端に取り付けられており、そのカバー体１９の内部にセンサ素子１３が収容されている。

センサ素子１３においてその基端部側（ＰＭ検出部１４に対して長手方向反対側）には、一対の検出電極１６，１７に接続された端子部２１と、ヒータ１８に接続された端子部２２とが設けられている。これらの端子部２１，２２には、接続金具２３，２４を介してセンサ配線（信号配線２５、ヒータ配線２６）がそれぞれ接続されており、それらセンサ配線２５，２６が、ケーシング２７の外側において図示しない制御装置に車両配線を介して接続されている。

ＰＭセンサ１０は、ハウジング１１にて排気管ＥＰの管壁部に取り付けられるようになっており、その取り付けられた状態では、センサ素子１３の先端部分が排気管ＥＰ内に配されるようになっている。この場合、センサ素子１３は、ＰＭ検出部１４（検出電極１６，１７）が排気管内の略中央部であって、かつ排気流の上流側を向く状態で取り付けられている。カバー体１９には複数の小孔（通気孔）１９ａが設けられており、この小孔１９ａを通じて排気がセンサ素子１３に供給される。

次に、センサ素子１３の構成を、図１を用いて説明する。図１は、センサ素子１３の概略構成示す分解斜視図である。

センサ素子１３は、電気絶縁性耐熱材よりなる３つの基板３１〜３３を備えており、それら基板３１〜３３が積層された構造になっている。このうち、第１基板３１上には、素子先端部となる位置に、ＰＭ検出部１４を構成する検出電極１６，１７が設けられている。検出電極１６，１７は、各々複数の櫛歯を有する櫛歯形状をなしており、各検出電極１６，１７の櫛歯同士が互い違いとなるようして所定間隔をあけて対向配置されている。各検出電極１６，１７では櫛歯が素子長手方向に並ぶようにして配置されている。また、第１基板３１上には、検出電極１６，１７とは逆側の端部位置に端子部２１が設けられている。

なお、一対の検出電極１６，１７の形状は上記に限定されず、例えば各検出電極１６，１７の櫛歯が素子長手方向に直交する方向に並ぶようにして配置されていてもよいし、各検出電極１６，１７が略渦巻形状をなすものであってもよい。

また、第２基板３２上にはヒータ１８が設けられている。ヒータ１８は例えば電熱線よりなり、検出電極１６，１７と同様、素子先端部に設けられている。なお、第２基板３２には、ヒータ配設面とは逆側に端子部２２が設けられており、同第２基板３２に設けられたスルーホール電極（図示略）を介してヒータ１８と端子部２２とが電気的に接続されている。

センサ素子１３において第１基板３１は表側基板、第２基板３２は裏側基板となっており、センサ素子１３は、第１基板３１が排気上流側、第２基板３２が排気下流側となる向きで排気管ＥＰ内に設けられる。これにより、ＰＭを含む排気が排気管ＥＰ内を流れる際、そのＰＭが第１基板３１において検出電極１６，１７及びその周辺に付着し堆積するようになっている。

第１基板３１と第２基板３２との間には第３基板３３が配置されており、第３基板３３上に温度検出抵抗３４が設けられている。温度検出抵抗３４は、センサ素子１３の温度を検出する温度検出素子であり、検出電極１６，１７やヒータ１８と同様、センサ素子１３の長手方向の先端側に配置されており、これにより、排気管ＥＰ内に配置されるようになっている。この場合、温度検出抵抗３４は、一対の検出電極１６，１７とヒータ１８とに挟まれた位置に設けられている。

また、第１基板３１上にはコンデンサ３５が設けられており、このコンデンサ３５と温度検出抵抗３４とは、第１基板３１に設けられたスルーホール電極（図示略）を介して直列に接続されている。この場合、第１基板３１上においては、素子長手方向の一端側に検出電極１６，１７が設けられる一方、他端側にコンデンサ３５が設けられており、これにより、排気管ＥＰの外であって排気の熱の影響を受けにくい位置にコンデンサ３５が配置される構成となっている（図２参照）。

温度検出抵抗３４とコンデンサ３５との直列回路は、ＰＭ検出部１４に並列に接続されている。つまり、温度検出抵抗３４とコンデンサ３５との直列回路は、その一端がＰＭ検出部１４の一方の検出電極１６に接続され、他端が他方の検出電極１７に接続されている。この場合特に、検出電極１６，１７の先端側（素子長手方向に延びる一対のプリント配線の先端部）に温度検出抵抗３４とコンデンサ３５との直列回路が接続されている。なお、上記直列回路と検出電極１６，１７とは、第１基板３１に設けられたスルーホール電極を介して接続されている。

上記構成では、一対の検出電極１６，１７間を導通する導通経路に、温度検出抵抗３４とコンデンサ３５との直列回路が設けられている。換言すれば、センサ素子１３において、ＰＭ検出部１４に並列に、温度検出抵抗３４を有してなる温度検出部が設けられる構成となっている。

コンデンサ３５は直流信号の通過を阻止し、かつ交流信号の通過を許可するものである。そのため、センサ素子１３（具体的には端子部２１）に直流信号が印加された状態では、ＰＭ検出部１４を含みかつ温度検出部（温度検出抵抗３４及びコンデンサ３５）を含まない通電経路が形成される。また、センサ素子１３に交流信号が印加された状態では、ＰＭ検出部１４及び温度検出部（温度検出抵抗３４及びコンデンサ３５）の両方を含む通電経路が形成される。なお、センサ素子１３に直流信号を印加した状態が、温度検出抵抗３４が通電されない第１状態に相当し、センサ素子１３に交流信号を印加した状態が、温度検出抵抗３４が通電される第２状態に相当する。

上記構成のＰＭセンサ１０は、排気中のＰＭがセンサ素子１３の第１基板３１に堆積しそれによりＰＭ検出部１４の抵抗値（すなわち一対の検出電極１６，１７間の抵抗値）が変化すること、及びその抵抗値の変化がＰＭ堆積量に対応していることに着目し、その抵抗値の変化を利用してＰＭ量を検出するものである。本実施形態のＰＭ量検出システムでは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として排気中のＰＭ量の検出を実施する。本システムの全体構成を示す電気的構成図を図３に示す。

図３に示すように、ＰＭセンサ１０のセンサ配線２５，２６は、車両配線２８，２９を介してＥＣＵ５０の各端子に接続されている。この場合、センサ配線２５，２６においてセンサ接続側とは反対側にはセンサコネクタ４０が設けられており、そのセンサコネクタ４０によりセンサ配線２５，２６と車両配線２８，２９との電気的な接続がなされている。なお、センサ配線２５，２６は車両配線２８，２９に比べて短く、例えば前者は０．５ｍ程度、後者は５ｍ程度となっている。

ＥＣＵ５０は、例えば車載のエンジンＥＣＵであり、それらの制御の主体となるマイコン５１を有している。マイコン５１は、都度の運転状態に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量などを制御する。また、ＥＣＵ５０は、センサ制御回路５２とヒータ制御回路５３とを有しており、ＰＭセンサ１０の検出信号はセンサ制御回路５２を介してマイコン５１に入力される。この場合、マイコン５１は、ＰＭセンサ１０の検出結果に基づいてＤＰＦのＰＭ堆積量を算出し、該算出したＰＭ堆積量が所定の判定値を超えていればＤＰＦの再生制御を実施する。また、ＰＭセンサ１０の検出結果に基づいてＤＰＦ下流側における排気中のＰＭ量を算出し、該算出したＰＭ量が所定の判定値を超えていればＤＰＦ故障ありと診断する。

図４は、センサ制御回路５２の具体的な構成を示す構成図である。図４に示すように、センサ制御回路５２は、ＰＭセンサ１０のセンサ素子１３に電源電圧を印加する電源装置５５と、該電源装置５５により電源電圧が印加された状態で、センサ素子１３のＰＭ検出部１４の抵抗値（検出電極１６，１７の電極間抵抗値）を検出する検出抵抗５６とを有している。この場合、ＰＭ検出部１４ではＰＭ堆積量に応じて抵抗値Ｒｐｍが変化し、その抵抗値Ｒｐｍの変化が、ＰＭ検出部１４と検出抵抗５６とからなる分圧回路の分圧電圧として検出される。つまり、ＰＭ検出部１４と検出抵抗５６との中間点Ａの電圧ＲｓがＰＭ検出電圧としてマイコン５１に入力される。

例えば、ＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍが無限大（ＰＭ堆積量＝０）から１ｋΩの範囲で変化する場合を想定し、検出抵抗５６の抵抗値Ｒｓが１００ｋΩであり、電源装置５５により直流５Ｖが印加されるとする。この場合、ＰＭ検出部１４のＰＭ堆積量が０であれば、
ＰＭ検出電圧＝５Ｖ×１００ｋΩ／（１００ｋΩ＋∞）
＝０Ｖ
となる。

また、ＰＭ検出部１４でのＰＭ堆積によりＲｐｍ＝１ｋΩになると、
ＰＭ検出電圧＝５Ｖ×１００ｋΩ／（１００ｋΩ＋１ｋΩ）
＝４．９５Ｖ
となる。

こうしてＰＭ検出部１４でのＰＭ堆積量に応じてＰＭ検出電圧が変化することから、マイコン５１では、ＰＭ検出電圧に応じてＰＭ堆積量の監視等を行う。

また、上述したとおりセンサ素子１３は、ＰＭ検出部１４に並列に設けられた温度検出部（温度検出抵抗３４及びコンデンサ３５）を有しており、センサ素子１３に直流信号／交流信号のいずれを印加するかにより、温度検出抵抗３４が通電されない状態（第１状態）と同温度検出抵抗３４が通電される状態（第２状態）との切替が可能となっている。次に、その状態切替のための構成について説明する。

電源装置５５は、直流電圧を発生する直流電源部５５ａと、交流電圧を発生する交流電源部５５ｂと、センサ素子１３に対して直流電圧及び交流電圧のいずれを印加するかを切り替えるスイッチ部５５ｃとを備えている。直流電源部５５ａは、例えば５Ｖの直流電圧を生成し出力する直流電圧出力回路であり、交流電源部５５ｂは、例えば±５Ｖの交流電圧を生成し出力する交流電圧出力回路である。

ここで、電源装置５５の直流電源部５５ａによりセンサ素子１３に直流電圧が印加された状態では、温度検出抵抗３４に電流が流れないことから、センサ素子１３の抵抗値、すなわち両端子部２１の間の抵抗値は、ＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍとなる。この場合、ＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍと検出抵抗５６の抵抗値Ｒｓとから決まるＰＭ検出電圧がマイコン５１に対して出力される。

これに対し、電源装置５５の交流電源部５５ｂによりセンサ素子１３に交流電圧が印加された状態では、温度検出抵抗３４に電流が流れることから、センサ素子１３の抵抗値、すなわち両端子部２１の間の抵抗値は、ＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍと温度検出抵抗３４の抵抗値Ｒｔとの合成抵抗の値となる。この場合、ＰＭ検出部１４及び温度検出抵抗３４の合成抵抗の値と検出抵抗５６の抵抗値Ｒｓとから決まるＰＭ検出電圧がマイコン５１に対して出力される。

直流印加時のＰＭ検出電圧は、可変抵抗成分としてＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍから決まる電圧信号となるのに対し、交流印加時のＰＭ検出電圧は、可変抵抗成分としてＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍと温度検出抵抗３４の抵抗値Ｒｔとから決まる電圧信号となる。この場合、直流印加時のＰＭ検出電圧と交流印加時のＰＭ検出電圧とによれば、ＰＭ堆積量だけでなく、センサ素子１３の実温度（センサ素子温度）を算出することができる。

なお、交流印加時には、ＰＭ検出電圧も交流信号として検出されるため、例えばローパスフィルタを通過させて交流分を除去した後のＰＭ検出電圧をマイコン５１に入力し、その入力値に基づいてＰＭ堆積量を算出するとよい。

スイッチ部５５ｃは、マイコン５１の切替制御信号により切替制御される。この場合、基本的にはセンサ素子１３に対して直流電源部５５ａにより直流電圧を印加し、温度制御に必要なタイミングで（例えば１２８ｍｓｅｃ毎に）交流電源部５５ｂにより交流電圧を印加するよう、スイッチ部５５ｃが切り替えられる。

マイコン５１は、センサ素子１３の温度を一定に保持し、かつ過加熱を抑制するようヒータ１８の通電を制御する。これにより、センサ素子１３を、ＰＭ捕集に好適であって、かつ検出精度を高めるのに好適な温度で保持するようにしている。具体的には、マイコン５１は、センサ素子温度Ｔｓが所定の目標温度（例えば２００℃）になるようにフィードバック制御を実施する。フィードバック制御について本実施形態では、温度検出抵抗３４を用いて検出したセンサ素子温度Ｔｓ（実温度）と目標温度Ｔｔｇとの偏差に基づいてヒータ通電のデューティ比を算出し、算出したデューティ比によりヒータ通電制御を実施する。つまり、マイコン５１は、温度検出抵抗３４を用いて検出したセンサ素子温度Ｔｓを用いて、センサ素子１３の温度管理を行う。

ところで、ＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍには温度依存性があり、センサ素子１３に堆積するＰＭ量が一定であっても、センサ素子温度によってその抵抗値Ｒｐｍが相違する。つまり、抵抗値Ｒｐｍが一定であっても、温度によってＰＭ堆積量が相違する。一方で、センサ素子１３は排気管ＥＰ内に配置されており、そのため、エンジンの排気温度の変化等に起因してセンサ素子１３の温度変動が生じると考えられる。また、温度変化の過渡時では、温度フィードバック制御中であっても目標温度からの温度ずれが生じやすく、この場合、センサ素子１３上のＰＭ量を精度良く検出できないことが懸念される。

そこで、本実施形態では、ＰＭセンサ１０の検出信号（ＰＭ検出電圧）により算出されたＰＭ量を、センサ素子温度に応じて補正し、その補正後の値に基づいてＤＰＦ再生制御やＤＰＦ故障診断等を実施することとしている。

具体的には、マイコン５１は、センサ素子１３が所定温度である場合の基本特性、すなわち抵抗値ＲｐｍとＰＭ堆積量との関係を用いて、都度のＲｐｍ検出値（ＰＭ検出電圧）に基づいて基本堆積量を算出するとともに、その基本堆積量を、センサ素子温度に基づいて算出した補正係数により補正することでＰＭ堆積量を算出する（ＰＭ堆積量＝基本堆積量×補正係数）。

補正係数は、例えば素子温度が高くなるほど、堆積ＰＭの抵抗値が小さくなる傾向にあり、実際のＰＭ堆積量が同じであっても、素子温度が高いほどＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍが小さい値となることに基づいて定められている。図５は、補正係数を算出するために用いるＰＭ量補正量マップの一例である。図５では、基準素子温度Ｔｒｅｆで補正係数＝１となり、Ｔｒｅｆよりも高温側で「１」よりも大きい補正係数が、Ｔｒｅｆよりも低温側で「１」よりも小さい補正係数が設定されるものとなっている。なお、基準素子温度Ｔｒｅｆは、例えばヒータ通電制御の目標温度である。

図５のマップによれば、センサ素子温度が基準素子温度Ｔｒｅｆよりも高温であれば基本堆積量が増補正され、センサ素子温度が基準素子温度Ｔｒｅｆよりも低温であれば基本堆積量が減補正される。

実際のＰＭ堆積量が異なると、素子温度の変化に対するＲｐｍ検出値（ＰＭ検出電圧）のずれ量にも差異が生じると考えられる。そこで、ＰＭ堆積量の検出精度を一層高めるには、Ｒｐｍ検出値（ＰＭ検出電圧）ごとにＰＭ量補正マップを用意しておき、都度のＲｐｍ検出値（ＰＭ検出電圧）に応じてＰＭ量補正マップの切替を行うことが望ましい。

センサ素子１３における実際のＰＭ堆積量が増加していき、同ＰＭ堆積量の算出値が所定量に達すると、ＤＰＦ再生処理が実施されるが、その際、ＰＭセンサ１０におけるＰＭ再生処理が実施される。つまり、本実施形態では、ＰＭ堆積量（算出値）が所定量を超えた場合、センサ素子１３上のＰＭを高温酸化して焼失させるＰＭ焼失制御を実施する。具体的には、マイコン５１は、ＰＭ堆積量（算出値）が所定量に達した時に、目標温度Ｔｔｇを一時的にＰＭ焼失温度（例えば８００℃）に設定し、ヒータ１８の通電制御を実施する。こうして、ヒータ１８の加熱によってセンサ素子温度Ｔｓを昇温させ、センサ素子１３の堆積ＰＭを焼失除去させる。

次に、マイコン５１において実行されるＰＭ量検出処理、温度検出処理及びヒータ通電処理の各処理について説明する。

図６は、ＰＭ量検出と温度検出とを実行するための処理手順を示すフローチャートである。この処理は、マイコン５１により所定周期（例えば４ｍｓｅｃ周期）で実行される。

図６において、まずステップＳ１０１では、今現在、ＰＭセンサ１０の温度検出タイミングであるか否かを判定する。温度検出タイミングは、例えば１２８ｍｓｅｃ周期で定められている。ステップＳ１０１がＮＯの場合、ステップＳ１０２に進み、電源装置５５を、センサ素子１３に直流電圧が印加される状態に制御する。このとき、交流電圧の印加状態になっているのであれば、スイッチ部５５ｃに対して切替制御信号を出力して直流電圧の印加状態への切替を実施する。

その後、ステップＳ１０３では、直流印加状態でのＰＭ検出電圧（Ｒｐｍ検出値）を読み込み、続くステップＳ１０４では、そのＰＭ検出電圧に基づいて基本堆積量を算出する。さらに、ステップＳ１０５では、基本堆積量を、その時のセンサ素子温度に基づいて算出した補正係数により補正することでＰＭ堆積量を算出する（ＰＭ堆積量＝基本堆積量×補正係数）。このとき、センサ素子温度として、前回の温度検出処理（後述するステップＳ１０８）で算出した値が読み出される。また、補正係数は図５のマップにより算出される。

また、ステップＳ１０１がＹＥＳの場合、ステップＳ１０６に進み、電源装置５５を、センサ素子１３に交流電圧が印加される状態に制御する。このとき、直流電圧の印加状態になっているのであれば、スイッチ部５５ｃに対して切替制御信号を出力して交流電圧の印加状態への切替を実施する。

その後、ステップＳ１０７では、交流印加状態でのＰＭ検出電圧（Ｒｐｍ検出値）を読み込み、続くステップＳ１０８では、そのＰＭ検出電圧に基づいてセンサ素子温度を算出する。このとき、交流印加状態では、ＰＭ検出電圧が素子温度の検出分を含んだもの、すなわちＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍと温度検出抵抗３４の抵抗値Ｒｔとの合成抵抗に相当するものとなっており、直流印加時のＰＭ検出電圧（ステップＳ１０３の読み込み値）と、交流印加時のＰＭ検出電圧（ステップＳ１０７の読み込み値）とにより、センサ素子温度を算出する。

次に、ヒータ通電処理について図７のフローチャートを用いて説明する。この処理は、マイコン５１により所定周期毎に実行される。

図７において、まずステップＳ２０１では、上記図６で算出したＰＭ堆積量（ステップＳ１０５の算出値）が所定量Ｋよりも少ないか否かを判定する。そして、ＰＭ堆積量＜所定量ＫであればステップＳ２０２に進み、ＰＭ堆積量≧所定量ＫであればステップＳ２０３に進む。ここで、所定量Ｋは、ＰＭ焼失除去のためのセンサ高温化処理の実行要否を判断する判定値である。

ステップＳ２０２では、センサ素子１３の目標温度Ｔｔｇを通常目標温度Ｔ１（例えば２００℃）に設定する。一方、ステップＳ２０３では、目標温度Ｔｔｇを通常目標温度Ｔ１より高い温度であって、センサ素子１３での堆積ＰＭを焼失除去可能な高温目標温度Ｔ２（例えば８００℃）に設定する。

その後、ステップＳ２０４では、目標温度Ｔｔｇと実温度（センサ素子温度）との偏差に基づいてヒータ通電のデューティ比Ｄｕｔｙを算出し、続くステップＳ２０５では、算出したデューティ比Ｄｕｔｙによりヒータ通電を実施する。

所定量Ｋとして、ＤＰＦ再生処理の実施の要否を判断するための判定値を設定する構成であってもよい。この場合、ＰＭ堆積量が所定量Ｋに達していれば、ＤＰＦにおけるＰＭ再生処理が行われることに加え、センサ素子１３においてもＰＭ除去処理が実施されることとなる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

一対の検出電極１６，１７に加え、温度検出抵抗３４を備える構成とし、更に、温度検出抵抗３４が通電されない第１状態と通電される第２状態との切り替え可能に構成したため、第１状態とすることで、検出電極１６，１７間の抵抗値Ｒｐｍにより、排気中のＰＭ量を検出することができる。また、第２状態とすることで、検出電極１６，１７間の抵抗値Ｒｐｍと温度検出抵抗３４の抵抗値Ｒｔとの合成抵抗により、センサ素子１３の温度を検出することができる。すなわち、第１状態での抵抗値（検出電極１６，１７間の抵抗値Ｒｐｍ）と第２状態での抵抗値（合成抵抗の値）との差により、素子温度を求めることができる。したがって、検出温度に基づいてセンサ素子温度をＰＭ量検出に好適な温度に制御することができる。

また、一対の検出電極１６，１７間を導通する導通経路に温度検出抵抗３４を設けた上で上記の状態切替が実施される構成としたため、温度検出用の配線をＰＭ量検出用の配線にて兼用でき、ＰＭセンサ１０とその出力信号を取り込む制御装置であるＥＣＵ５０との間の配線を少なくすることができる。したがって、本システムによれば、ＰＭ量検出機能に加え温度検出機能を有するセンサを提供でき、またその提供に際し、システムの複雑化や部品数の増加に伴うコスト増加等といった不都合が生じるのを抑制できる。

上記の状態切替を、一対の検出電極１６，１７間を導通する導通経路において温度検出抵抗３４に直列に配置されたコンデンサ３５と、一対の検出電極１６，１７に直流信号及び交流信号のいずれかを印加する電源装置５５とを用いて行う構成としたため、具体的には、コンデンサ３５が直流の通過を阻止し、交流の通過を許容する性質を利用して、検出電極１６，１７に直流信号を印加することによって温度検出抵抗３４が通電されない第１状態とし、検出電極１６，１７に交流信号を印加することによって温度検出抵抗３４に通電される第２状態とする構成としたため、温度検出抵抗３４の通電／非通電の切り替えを比較的簡単に実施することができる。

コンデンサ３５を、排気管ＥＰの外であって排気の熱の影響が小さい位置に配置する構成としたため、コンデンサ３５が排気熱によって劣化や故障するのを抑制することができ、ひいては、第１状態と第２状態との切り替えを好適に実施することができる。

検出電極１６，１７間の抵抗値Ｒｐｍは温度依存性を有しており、素子温度が異なるとＰＭ量が同一であっても抵抗値Ｒｐｍが相違したものとなるところ、温度検出抵抗３４に通電される第２状態で検出した素子温度に基づいてヒータ１８の通電を制御する構成としたため、センサ素子１３の実温度を監視しつつセンサ素子温度を所望の温度に好適に制御することができる。これにより、ＰＭ量を精度良く検出することができる。

上記第２状態で検出した素子温度に基づいて、上記第１状態で検出したＰＭ量、すなわち検出電極１６，１７間の抵抗値Ｒｐｍに基づき検出したＰＭ量を補正する構成としたため、検出ＰＭ量に対し、抵抗値Ｒｐｍの温度依存性を考慮した温度補正を行うことができ、その結果、ＰＭ量の検出精度を一層向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・切替手段として、温度検出抵抗３４に直列に配置されたコンデンサ３５を用い、センサ素子１３に直流信号を印加するか又は交流信号を印加するかを切り替えることにより、温度検出抵抗３４が通電される第１状態と通電されない第２状態とを切り替える構成としたが、これを変更する。例えば、切替手段として、温度検出抵抗３４に直列に接続されたスイッチ手段を用い、第１状態ではスイッチ手段を開放し、第２状態ではスイッチ手段を閉鎖することにより、第１状態と第２状態とを切り替える構成とする。

・第２状態で読み込んだＰＭ検出電圧（Ｒｐｍ検出値）に基づいて、ＰＭセンサ１０の断線異常を検出する。ＰＭセンサ１０の断線異常が発生した場合、ＰＭ検出部１４の抵抗値Ｒｐｍの検出が不能となり、ＰＭ検出電圧＝０となる。ここで、第１状態では、ＰＭが堆積していない場合において、電極間の抵抗値Ｒｐｍが無限大（∞）となりＰＭ検出電圧＝０となる。そのため、第１状態では、ＰＭ検出電圧＝０である場合に、それが、ＰＭが堆積していないことに基づくものか、又はセンサ断線異常が発生していることに基づくものであるかを特定することができない。これに対し、第２状態では、ＰＭが堆積していない場合、抵抗値Ｒｐｍは無限大となるが、温度検出抵抗３４の抵抗分が検出されるため、ＰＭ検出電圧≠０となる。したがって、第２状態でのＰＭ検出電圧を異常診断パラメータとすることにより、センサ１０に断線異常が発生しているか否かを特定することができる。

・センサ素子温度を検出する周期を可変にする。例えば、通常時では所定周期で（例えば１２８ｍｓｅｃ毎に）温度検出を実施し、温度変化の過渡時やＰＭ焼失制御の実行時において、通常時よりも短い周期で（例えば６４ｍｓｅｃ毎に）温度検出を実施する。こうすることにより、ヒータ通電制御によるセンサ素子１３の温度管理をより一層適正に実施できる。

・温度検出抵抗３４が通電されない第１状態と通電される第２状態とを切り替える切替手段としてのコンデンサ３５をＰＭセンサ１０に配置したが、排気管ＥＰの外であって排気の熱の影響を受けにくい位置であれば、コンデンサ３５の位置はこれに限定しない。例えば、切替手段としてのコンデンサ３５をＰＭセンサ１０以外の装置に配置する。具体的には、例えば図８に示すように、コンデンサ３５をセンサコネクタ４０内に配置する。この場合、ＰＭセンサ１０及びセンサコネクタ４０を含むセンサユニットにより、上記切替手段と温度検出抵抗とを備える本発明のセンサユニットが構成される。

・上記実施形態では、検出電極１６，１７に対して素子先端側で温度検出抵抗３４とコンデンサ３５との直列回路を接続したが、これを変更し、図９に示すように、検出電極１６，１７に対して素子基端側（端子部２１側）に温度検出抵抗３４とコンデンサ３５との直列回路を接続する構成でもよい。

１０…ＰＭセンサ、１３…センサ素子、１４…ＰＭ検出部、１５…加熱部、１６，１７…検出電極、１８…ヒータ、２１，２２…端子部、２５…信号配線、２６…ヒータ配線、２８，２９…車両配線、３１…第１基板、３２…第２基板、３３…第３基板、３４…温度検出抵抗、３５…コンデンサ（切替手段）、４０…センサコネクタ、５０…ＥＣＵ、５１…マイコン（切替制御手段、ヒータ制御手段、補正手段、異常検出手段）、５２…センサ制御回路、５５…電源装置（電源部）、５５ａ…直流電源部、５５ｂ…交流電源部、５５ｃ…スイッチ部、５６…検出抵抗、ＥＰ…排気管。

Claims (7)

1. 基板上に対向配置された一対の検出電極を有するセンサ素子を備え、ガス中の導電性粒子状物質の付着による検出電極間の抵抗値の変化により前記導電性粒子状物質の量である粒子状物質量を検出する粒子状物質検出センサにおいて、
   前記一対の検出電極間を導通する導通経路に設けられ前記センサ素子の温度を検出する温度検出抵抗と、
   前記温度検出抵抗が通電されない第１状態と通電される第２状態とを切り替える切替手段と、
   を備え、前記粒子状物質量の検出時には前記第１状態とされ、前記温度の検出時には前記第２状態とされることを特徴とする粒子状物質検出センサ。
2. 前記切替手段は、前記導通経路において前記温度検出抵抗に直列に配置されたコンデンサと、前記一対の検出電極に直流信号及び交流信号のいずれかを印加する電源部とを含んで構成されており、
   前記検出電極に直流信号を印加することで前記第１状態とし、前記検出電極に交流信号を印加することで前記第２状態とする切替制御手段を備える請求項１に記載の粒子状物質検出センサ。
3. 前記コンデンサが、ガス雰囲気の外であって該ガス雰囲気の熱の影響が小さい位置に配置されている請求項２に記載の粒子状物質検出センサ。
4. 前記センサ素子を加熱するヒータを備えており、
   前記第２状態で検出した前記温度に基づいて前記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ。
5. 前記第２状態で検出した前記温度に基づいて、前記第１状態で検出した前記粒子状物質量を補正する補正手段を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ。
6. 前記第２状態の検出結果に基づいてセンサ断線異常を検出する異常検出手段を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ。
7. 基板上に対向配置された一対の検出電極を有するセンサ素子を備え、ガス中の導電性粒子状物質の付着による検出電極間の抵抗値の変化により前記導電性粒子状物質の量である粒子状物質量を検出する粒子状物質検出センサと、前記粒子状物質検出センサにハーネスを介して接続されているコネクタとを備える粒子状物質検出センサユニットにおいて、
   前記一対の検出電極間を導通する導通経路に設けられ前記センサ素子の温度を検出する温度検出抵抗と、
   前記温度検出抵抗が通電されない第１状態と通電される第２状態とを切り替える切替手段と、
   を備え、前記粒子状物質量の検出時には前記第１状態とされ、前記温度の検出時には前記第２状態とされることを特徴とする粒子状物質検出センサユニット。

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