JP2012037369A - センサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭセンサによるＰＭ量検出不可となる期間を減らし、ひいてはセンサ検出値の利用範囲の拡張を図る。
【解決手段】ＰＭセンサ１７は、排気中に含まれるＰＭ（導電性粒子状物質）を付着させる被付着部と、被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、一対の対向電極間の抵抗値に応じた検出信号を出力する。マイコン４４は、ＰＭセンサ１７によるセンサ検出値に基づいてＰＭ堆積量を算出する。ＰＭセンサ１７には、被付着部に付着したＰＭを燃焼除去させるべく被付着部を加熱するヒータ部３５が設けられている。マイコン４４は、ヒータ部３５による加熱に際し、その加熱によるＰＭの燃焼除去後に被付着部に一部のＰＭが残存するようにヒータ部３５の通電を制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、粒子状物質検出センサの検出信号に基づいて粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量を算出するセンサ制御装置に関するものである。

従来から、エンジン等から排出されるＰＭの量を検出するＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）が各種提案されている。例えば、特許文献１のＰＭセンサでは、絶縁基板上に一対の対向電極を設けておき、その一対の対向電極間にＰＭが堆積すると電極間抵抗が変化することを利用し、電極間抵抗を計測することでＰＭ量を検出する構成としている。この場合、センサ素子に接続される検出回路としては、一対の対向電極間の抵抗分である電極間抵抗と所定のシャント抵抗とにより分圧回路を構成し、分圧回路の中間点電圧をセンサ検出信号として出力するようにしていた。

また、ＰＭセンサの絶縁基板において、そのＰＭの堆積量は徐々に増えるため、そのＰＭを除去させるために定期又は不定期でＰＭの燃焼除去が行われる。この燃焼除去により、絶縁基板に堆積したＰＭ量がほぼ０になり、センサ検出値が初期値（ゼロ点）に復帰する。

特開昭５９−１９６４５３号公報

しかしながら、ＰＭセンサにおいてＰＭの燃焼除去が行われる場合には、絶縁基板上のＰＭが全て除去されるため、その後は、絶縁基板にある程度の量のＰＭが付着するまで、ＰＭ量が検出不可能となる。これは、一般にＰＭセンサの不感帯と称される。不感帯によりＰＭ量が検出不可能となる場合、例えば、ＰＭセンサ出力の変化量に基づいてエンジンからのＰＭ排出量を算出したりすることが不可能となる。

本発明は、ＰＭセンサによるＰＭ量検出不可となる期間を減らし、ひいてはセンサ検出値の利用範囲の拡張を図ることができるセンサ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明のセンサ制御装置は、ガス中に含まれる導電性の粒子状物質を付着させる被付着部と、前記被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、前記一対の対向電極間の抵抗値に応じた検出信号を出力する粒子状物質検出センサに適用され、該粒子状物質検出センサによるセンサ検出値に基づいて前記粒子状物質の付着量を算出するものである。そして、請求項１に記載の発明では、前記被付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去させるべく前記被付着部を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による前記被付着部の加熱に際し、その加熱による粒子状物質の燃焼除去後に前記被付着部に一部の粒子状物質が残存するように前記加熱手段の加熱を制御する加熱制御手段と、を備える。

要するに、粒子状物質検出センサでは、被付着部に付着した全ての粒子状物質を燃焼除去すると、その後は、被付着部にある程度の量の粒子状物質が付着するまで、粒子状物質の付着量が検出不可能となる、いわゆる不感帯が存在する。この点、上記構成によれば、加熱手段による被付着部の加熱に際し、その加熱による粒子状物質の燃焼除去後に被付着部に一部の粒子状物質が残存するように加熱手段の加熱を制御するため、粒子状物質の燃焼除去直後も、一対の対向電極間に粒子状物質が残存し、その残存している粒子状物質の量に応じたセンサ検出値を取得できる。つまり、不感帯を無くすことが可能となる。また、仮に一対の対向電極間において粒子状物質が途切れたとしても、被付着部上に粒子状物質が残存していることでいち早く一対の対向電極間が導通され、不感帯を短縮することができる。したがって、粒子状物質検出センサにおける検出不感帯を減らす又は無くし、ひいてはセンサ検出値の利用範囲の拡張を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、加熱手段の加熱開始後においてセンサ検出値が粒子状物質の量＝０に相当するゼロ点値に復帰する以前に、加熱手段による加熱を停止させる。

既存の技術では、粒子状物質検出センサにおける粒子状物質の燃焼除去に際しては粒子状物質を全て除去するようにしており、センサ検出値がゼロ点値、すなわち粒子状物質の付着量＝０に相当する値に復帰した後まで加熱が継続される。これに対し、本発明では、センサ検出値がゼロ点に復帰する以前に加熱を停止させるため、粒子状物質検出センサに一部の粒子状物質を残存させることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、粒子状物質の燃焼除去後において被付着部に付着している粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて、次回以降の加熱制御手段による加熱条件を設定する。

加熱制御を実施すると、被付着部に付着している粒子状物質が燃焼除去されることに伴い一対の対向電極間の抵抗が増加変化する。ここで、一部の粒子状物質を残存させる場合に、その残存量（粒子状物質の最少量）があらかじめ想定した量にならないことがあると考えられる。この点、上記のとおり、被付着部に付着している粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値を算出し、そのセンサ検出値に基づいて次回以降の加熱条件を設定することにより、燃焼除去後の粒子状物質の残存量を所望量又はそれに近い量に調整することができる。

ここで、請求項４に記載したように、粒子状物質の燃焼除去後における粒子状物質検出センサの基準出力値を定めておき、粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値と基準出力値との比較に基づいて加熱条件を設定するとよい。

この場合、粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値と基準出力値との比較において、粒子状物質の残存量が基準量（基準出力値に相当する量）よりも多い場合には、粒子状物質の燃焼除去量を増やすべく、加熱の熱量を増やしたり加熱終了のタイミングを遅らせたりする。また逆に、粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値と基準出力値との比較において、粒子状物質の残存量が基準量（基準出力値に相当する量）よりも少ない場合には、粒子状物質の燃焼除去量を減らすべく、加熱の熱量を減らしたり加熱終了のタイミングを早めたりする。

請求項５に記載の発明では、粒子状物質の燃焼除去後において被付着部に付着している粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値を初期値として、その初期値と都度のセンサ検出値とに基づいて前記粒子状物質の付着量を算出する。

上記のとおり燃焼除去後に一部の粒子状物質を残存させる構成では、燃焼除去後の粒子状物質の残存量（すなわち粒子状物質の最少量）が一定量でないと考えられる。この点、請求項５の発明では、被付着部に付着している粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値を取得し、そのセンサ検出値を初期値として用いることにより、それ以降の粒子状物質の付着量の算出を好適に実施できる。つまり、燃焼除去後の粒子状物質の残存量（すなわち粒子状物質の最少量）を基準に、それからの粒子状物質の付着量を正しく求めることができる。

請求項６に記載の発明では、被付着部に付着している全ての粒子状物質を燃焼除去させる第１燃焼処理と、被付着部に付着している一部の粒子状物質を未燃焼とする第２燃焼処理とのいずれかを選択的に実施する。

ここで、一部の粒子状物質を残存させる燃焼処理だけを繰り返し実施する場合には、被付着部において常に同じ部位の粒子状物質だけが残存し、結果として粒子状物質が固着することが懸念される。これに対し、粒子状物質の全除去（第１燃焼処理）と、粒子状物質の一部除去（第２燃焼処理）とを選択的に実施することで、粒子状物質の固着を抑制できる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概要を示す構成図。 ＰＭセンサを構成するセンサ素子の要部構成を分解して示す分解斜視図。 ＰＭセンサに関する電気的構成図。 ＰＭ強制燃焼時の基本動作を説明するためのタイムチャート。 ＰＭセンサの再生処理を示すフローチャート。 ＰＭ検出電圧とＰＭ堆積量との関係を示す図。 条件設定処理を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車載エンジンを備える車両エンジンシステムにおいて、同エンジンから排出される排気中のＰＭ量（導電性粒子状物質の量）を監視するものである。特に、エンジン排気管にＰＭセンサを設け、そのＰＭセンサでのＰＭ付着量に基づいてＰＭ量を監視するものとしている。図１は、本システムの概略構成を示す構成図である。

図１において、エンジン１１は直噴式ガソリンエンジンであり、同エンジン１１には、同エンジン１１の運転に関わるアクチュエータとして燃料噴射弁１２や点火装置１３等が設けられている。エンジン１１の排気管１４には排気浄化装置としての三元触媒１５が設けられており、その三元触媒１５の上流側にはＡ／Ｆセンサ１６が設けられ、下流側には粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサ１７が設けられている。その他、本システムでは、エンジン回転速度を検出するための回転センサ１８や、吸気管圧力を検出するための圧力センサ１９等が設けられている。

ＥＣＵ２０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）を主体として構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１１の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ２０は、上記各種センサ等から各々信号を入力し、それらの各種信号に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算して燃料噴射弁１２や点火装置１３の駆動を制御する。

また、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１７の検出信号に基づいてエンジン１１の実際のＰＭ排出量（実ＰＭ排出量）を算出し、その実ＰＭ排出量に基づいてエンジン１１の燃焼状態を診断する。具体的には、実ＰＭ排出量が所定の異常判定値を超えていれば、ＰＭ排出過多の状態であり、エンジン異常であると判定する。

その他、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１７の検出結果から算出される実ＰＭ排出量に基づいて、エンジン１１の制御態様を可変に制御する構成であってもよい。例えば、実ＰＭ排出量に基づいて燃料噴射量を制御したり、燃料噴射時期を制御したり、点火時期を制御したりすることが可能である。

次に、ＰＭセンサ１７の構成、及びそのＰＭセンサ１７に関する電気的構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は、ＰＭセンサ１７を構成するセンサ素子３１の要部構成を分解して示す分解斜視図であり、図３は、ＰＭセンサ１７に関する電気的構成図である。

図２に示すように、センサ素子３１は、長尺板状をなす２枚の絶縁基板３２，３３を有しており、一方の絶縁基板３２にはＰＭ量を検出するためのＰＭ検出部３４が設けられ、他方の絶縁基板３３にはセンサ素子３１を加熱するためのヒータ部３５が設けられている。センサ素子３１は、絶縁基板３２，３３が二層に積層されることで構成されている。絶縁基板３２が被付着部に相当する。

絶縁基板３２には、他方の絶縁基板３３とは反対側の基板表面に、互いに離間して設けられる一対の検出電極３６ａ，３６ｂが設けられており、この一対の検出電極３６ａ，３６ｂによりＰＭ検出部３４が構成されている。検出電極３６ａ，３６ｂ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３６ａ，３６ｂ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。また、ヒータ部３５は例えば電熱線からなる発熱体により構成されている。

ただし、一対の検出電極３６ａ，３６ｂの形状は上記に限定されず、曲線状をなす形状で設けられているものや、各１本の線からなる一対の電極部が所定距離を隔てて平行に対向配置されているものであってもよい。

なお、図示は省略するが、ＰＭセンサ１７は、センサ素子３１を保持するための保持部を有しており、センサ素子３１はその一端側が保持部により保持された状態で排気管に固定されるようになっている。この場合、少なくともＰＭ検出部３４及びヒータ部３５を含む部位が排気管内に位置するように配されるとともに、センサ素子３１において絶縁基板３２（ＰＭ被付着部）が排気上流側を向くようにして、ＰＭセンサ１７が排気管に取り付けられる構成となっている。これにより、ＰＭを含む排気が排気管内を流れる際、そのＰＭが絶縁基板３２において検出電極３６ａ，３６ｂ及びその周辺に付着し堆積する。また、ＰＭセンサ１７は、センサ素子３１の突出部分を覆う保護カバーを有している。

上記構成のＰＭセンサ１７は、排気中のＰＭがセンサ素子３１の絶縁基板３２に付着し堆積すると、それによりＰＭ検出部３４の抵抗値（すなわち一対の検出電極３６ａ，３６ｂ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から、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。

図３に示すように、ＰＭセンサ１７に関する電気的構成として、ＰＭセンサ１７のＰＭ検出部３４の一端側にはセンサ電源４１が接続され、他端側にはシャント抵抗４２が接続されている。センサ電源４１は、例えば定電圧回路により構成されており、定電圧Ｖｃｃが５Ｖとなっている。この場合、ＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２とにより分圧回路４０が形成されており、それらの中間点電圧がＰＭ検出電圧Ｖｐｍ（センサ検出値）としてＥＣＵ２０に入力されるようになっている。つまり、ＰＭ検出部３４ではＰＭ堆積量に応じて抵抗値Ｒｐｍが変化し、その抵抗値Ｒｐｍとシャント抵抗４２の抵抗値ＲｓとによりＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化する。そして、そのＰＭ検出電圧ＶｐｍがＡ／Ｄ変換器４３を介してマイコン４４に入力される。

ここで、Ｖｃｃ＝５Ｖ、Ｒｓ＝１００ｋΩとすると、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは次の（１）式で求められる。
Ｖｐｍ＝５Ｖ×１００ｋΩ／（１００ｋΩ＋Ｒｐｍ） …（１）
このとき、ＰＭ堆積量が０（又は略０）であれば、ＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍは無限大になることから、Ｖｐｍ＝０Ｖとなる。また、ＰＭ堆積によりＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍが例えば１ｋΩまで低下すると、Ｖｐｍ＝４．９５Ｖとなる。こうしてＰＭ検出部３４でのＰＭ堆積量に応じてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化する。マイコン４４は、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに応じてＰＭ堆積量を算出する。

分圧回路４０により信号出力回路が構成されており、この分圧回路４０によって０〜５Ｖを出力範囲としてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化可能となっている。この場合、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの出力上限値は５Ｖであり、より厳密には５Ｖよりも若干低い電圧値となっている。

また、ＰＭセンサ１７のヒータ部３５には、ヒータ電源４５が接続されている。ヒータ電源４５は例えば車載バッテリであり、車載バッテリからの給電によりヒータ部３５が加熱される。この場合、ヒータ部３５のローサイドにはスイッチング素子としてのトランジスタ４６が接続されており、マイコン４４によりトランジスタ４６がオン／オフされることでヒータ部３５の加熱制御が行われる。

絶縁基板３２上にＰＭが堆積した状態でヒータ部３５の通電を開始すると、堆積ＰＭの温度が上昇し、それに伴い堆積ＰＭが強制的に燃焼される。こうした強制燃焼により、絶縁基板３２に堆積したＰＭが燃焼除去される。マイコン４４は、例えば、エンジン始動時や運転終了時に、又はＰＭ堆積量が所定量になったと判定された時に、ＰＭの強制燃焼要求が生じたとしてヒータ部３５による加熱制御を実施する。なお、ＰＭセンサ１７のＰＭ強制燃焼の処理は、ＰＭセンサ１７においてＰＭ堆積量の検出機能を再生するものであり、その意味からセンサ再生処理とも称される。

その他、ＥＣＵ２０には、各種の学習値や異常診断値（ダイアグデータ）等を記憶するためのバックアップ用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ４７が設けられている。

ところで、ＰＭセンサ１７では、絶縁基板３２上において一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間を導通させるようにＰＭが堆積（付着）することで電極間抵抗が低下するが、絶縁基板３２に微少量のＰＭが付着した状態では、一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間を導通させるまでには至らず、電極間抵抗の低下も生じない。つまり、ＰＭセンサ１７（絶縁基板３２）にＰＭが全く付着していない状態からＰＭが付着し始めることを想定すると、その付着し始めからある程度経過するまでの期間は、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０Ｖのままとなる、いわゆる不感帯となる。

本実施形態では、ＰＭセンサ１７のＰＭ強制燃焼時に、絶縁基板３２に堆積しているＰＭを全て燃焼除去させるのではなく、一部のＰＭを絶縁基板３２上に堆積させたまま残し、それによりＰＭセンサ１７の検出不感帯を無くすようにしている。つまり、ＰＭの燃焼除去直後にも、一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間にＰＭを残存させることで、その残存しているＰＭの量に応じたＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得できるようにし、これによりＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０ＶのままとなるＰＭ検出の不感帯を無くすようにしている。

図４は、ＰＭセンサ１７でのＰＭ堆積とＰＭ強制燃焼（燃焼除去）とが繰り返し実施される場合においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化を示すタイムチャートであり、（ａ）は従来技術におけるＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化を、（ｂ）は本実施形態におけるＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化を示す。なお、図４では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定値Ｖｔｈ１に到達したら、すなわちＰＭ堆積量が所定量になったら、その時点でヒータ加熱によるＰＭ強制燃焼が実施されることとしている。

図４（ａ）において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積が進むにつれて上昇する。そして、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定値Ｖｔｈ１に到達したタイミングｔ１でヒータ通電が開始される。このヒータ通電により、ＰＭセンサ１７に堆積しているＰＭが燃焼除去される。これにより、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０Ｖ（ゼロ点）まで低下し、その後タイミングｔ２でヒータ通電が終了される。その後、絶縁基板３２上にＰＭが再び堆積し、タイミングｔ３ではＰＭ検出電圧Ｖｐｍが再び上昇し始める。タイミングｔ２〜ｔ３の期間は、ＰＭ堆積が再開されてもＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇しない不感帯となっている。

一方、図４（ｂ）では、（ａ）と同様に、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定値Ｖｔｈ１に到達した時点でヒータ通電が開始され（タイミングｔ１１）、このヒータ通電により、ＰＭセンサ１７に堆積しているＰＭが燃焼除去される。ただし図４（ｂ）では、（ａ）と異なり、ヒータ通電の開始後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが降下している最中であって、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定値Ｖｔｈ２まで降下した時点で、ヒータ通電が終了されている（タイミングｔ１２）。つまり、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０Ｖ（ゼロ点）まで低下するよりも前にヒータ通電を終了している。これにより、タイミングｔ１２の後は、若干のＰＭ燃焼が継続された後にＰＭ燃焼が終了し、結果として絶縁基板３２上には若干量のＰＭが残存することとなる。つまり、絶縁基板３２上には、一対の検出電極３６ａ，３６ｂの導通を維持するだけのＰＭが残り、それゆえにＰＭ検出電圧Ｖｐｍは０Ｖまで低下しない。

ここで、ＰＭの燃焼除去後におけるＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値はＶｍｉｎであり、これは、ＰＭの燃焼除去後において絶縁基板３２に付着しているＰＭが最少量となった状態でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍである。言い換えれば、これはＰＭ残存量に相当する電圧値でもある。そしてその後、エンジンの運転に伴い新たにＰＭが堆積することにより、不感帯が生じることなく直ちにＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇変化することとなる。

図５は、ＰＭセンサ１７の再生処理を示すフローチャートであり、本処理はマイコン４４により所定周期で繰り返し実行される。

図５において、ステップＳ１１では、今現在のＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得し、続くステップＳ１２では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいてＰＭ堆積量を算出する。このＰＭ堆積量は、例えばエンジン１１のＰＭ排出量を監視するのに用いられる。本実施形態では、ＰＭ強制燃焼により最少量となったＰＭ堆積量を初期ＰＭ量として、その状態から付着したＰＭ量をＰＭ堆積量として算出することとしており、ＰＭ検出電圧ＶｐｍとＰＭ堆積量との関係は図６に示すとおりである。なお、Ｖｍｉｎは、ＰＭの燃焼除去後のＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値であり（図４（ｂ）参照）、これはＰＭ量を積算していく上での初期値である。ｋは、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍ［Ｖ］をＰＭ堆積量［ｍｇ］に変換するための変換係数である。より具体的には、次の（１）式によりＰＭ堆積量を算出する。
ＰＭ堆積量＝（Ｖｐｍ−Ｖｍｉｎ）×ｋ …（１）
その後、ステップＳ１３では、今現在、ＰＭ強制燃焼の実行中であるか否かを判定する。このとき、図４（ｂ）で言えば、タイミングｔ１１〜ｔ１２の期間では、ヒータ通電中であるためにステップＳ１３がＹＥＳと判定され、タイミングｔ１２〜ｔ１３の期間では、ヒータ非通電中であるためにステップＳ１３がＮＯと判定される。そして、ＰＭ強制燃焼の実行中でなければステップＳ１４に進み、実行中であればステップＳ１８に進む。

ステップＳ１４に進んだ場合、今現在のＰＭ検出電圧Ｖｐｍが、ＰＭ強制燃焼開始の判定しきい値である第１判定値Ｖｔｈ１以上であるか否かを判定する。そして、Ｖｐｍ≧Ｖｔｈ１であれば、ステップＳ１５に進み、ＰＭ強制燃焼を開始する（ヒータ通電を開始する）。

また、Ｖｐｍ＜Ｖｔｈ１であれば、ステップＳ１６に進み、前回実施したＰＭ強制燃焼の後にＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値Ｖｍｉｎが算出されたか否かを判定する。そして、最小値Ｖｍｉｎが算出されていなければ、ステップＳ１７に進み、最小値Ｖｍｉｎを算出する。このステップＳ１７では、ヒータ通電の終了後において、所定時間ごとに読み込んだＰＭ検出電圧Ｖｐｍについて前回値と今回値とを比較することでＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値Ｖｍｉｎを検索し、最小値Ｖｍｉｎが見つかった時点でＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。

一方、ＰＭ強制燃焼中においてステップＳ１８に進んだ場合、今現在のＰＭ検出電圧Ｖｐｍが、ＰＭ強制燃焼終了の判定しきい値である第２判定値Ｖｔｈ２以下になったか否かを判定する。なお、０＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ１である。そして、Ｖｐｍ＞Ｖｔｈ２であれば、そのまま本処理を一旦終了し、Ｖｐｍ≦Ｖｔｈ２であれば、ステップＳ１８に進んでＰＭ強制燃焼を終了する（ヒータ通電を終了する）。

なお、図５では、Ｖｐｍ≧Ｖｔｈ１であることをＰＭ強制燃焼の開始条件（ヒータ通電の開始条件）としているが、これを変更してもよい。例えば、エンジン始動時であること、エンジン運転終了時であること、前回のＰＭ強制燃焼からのエンジン運転時間や車両走行距離が所定値になったことの少なくともいずれかをＰＭ強制燃焼の開始条件（ヒータ通電の開始条件）とすることも可能である。

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。

ＰＭセンサ１７のＰＭ強制燃焼処理（センサ再生処理）の実施に際し、ＰＭの燃焼除去後に絶縁基板３２に一部のＰＭが残存するようにヒータ通電制御を実施するようにしたため、ＰＭの燃焼除去直後も、一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間にＰＭが残存し、ＰＭ強制燃焼処理の実施直後における不感帯を無くすことができる。この場合、ＰＭ強制燃焼処理の実施直後にあっても、ＰＭセンサ出力に基づいてエンジン１１のＰＭ排出量を監視したりすることができる。その結果、ＰＭセンサ１７における検出不感帯を無くし、ひいてはセンサ出力の利用範囲の拡張を図ることができる。

なお、ＰＭ強制燃焼処理の実施に際しては、ＰＭの燃焼除去分が想定よりも多くなってしまい、一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間においてＰＭが途切れることも考えられる。ただし、絶縁基板３２上にＰＭが残存しているためにいち早く一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間が導通され、不感帯を短縮することができる。したがって、やはりＰＭセンサ出力の利用範囲の拡張を図ることができる。

ヒータ通電制御として、ＰＭの燃焼除去によりＰＭ検出電圧Ｖｐｍが降下する途中でヒータ通電を終了させる構成とした。これにより、ヒータ通電開始後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０Ｖ（ゼロ点）に復帰する以前にＰＭ強制燃焼を停止させることができ、結果としてＰＭセンサ１７に一部のＰＭを残存させることが可能となる。

ＰＭの燃焼除去後において絶縁基板３２に付着しているＰＭが最少量となった状態でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍを最小値Ｖｍｉｎとして取得し、その最小値Ｖｍｉｎと都度のＰＭ検出電圧Ｖｐｍとに基づいてＰＭ堆積量を算出する構成とした。これにより、燃焼除去後におけるＰＭの残存量（すなわちＰＭ最少量）がＰＭ燃焼除去の都度相違していても、その後におけるＰＭ堆積量を正しく求めることができる。

（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。

・上記のようにＰＭの一部を残存させる場合、その残存量（ＰＭ最少量）があらかじめ想定した量にはならないことがあると考えられる。そこで、ＰＭの燃焼除去後においてＰＭが最少量となった状態でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍ（図４（ｂ）の最小値Ｖｍｉｎ）を取得し、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいて、次回以降のＰＭ強制燃焼の実施条件（ヒータ加熱条件）を可変に設定する構成としてもよい。

図７は、ＰＭ強制燃焼の実施条件を可変設定するための条件設定処理を示すフローチャートであり、本処理はマイコン４４により所定周期で繰り返し実行される。図７において、ステップＳ２１では、前回のＰＭの燃焼除去後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値Ｖｍｉｎが、あらかじめ定めた基準範囲の上限値Ｖｈｉ以上であるか否かを判定する。基準範囲は、最小値Ｖｍｉｎとして望ましい電圧値を、上限値＝Ｖｈｉ、下限値＝Ｖｌｏｗとして規定したものであり、０Ｖ付近であってかつ正の電圧域に定められている。基準範囲の上限値及び下限値が基準出力値に相当する。

そして、Ｖｍｉｎ≧Ｖｈｉであれば、ステップＳ２２に進み、ＰＭ強制燃焼中のＰＭ除去量を増やすべく、ヒータ通電終了のタイミングを遅らせる。具体的には、ＰＭ強制燃焼終了の判定しきい値である第２判定値Ｖｔｈ２を小さくする。

また、ステップＳ２３では、前回のＰＭの燃焼除去後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値Ｖｍｉｎが基準範囲の下限値Ｖｌｏｗ以下であるか否かを判定する。そして、Ｖｍｉｎ≦Ｖｌｏｗであれば、ステップＳ２４に進み、ＰＭ強制燃焼中のＰＭ除去量を減らすべく、ヒータ通電終了のタイミングを早める。具体的には、ＰＭ強制燃焼終了の判定しきい値である第２判定値Ｖｔｈ２を大きくする。

以上により、燃焼除去後のＰＭの残存量を所望量又はそれに近い量に調整することができる。したがって、ＰＭ強制燃焼後におけるＰＭ残存量が多すぎることで、ＰＭ再生処理の実施間隔が過剰に短くなってしまうとの不都合を回避できる。また、ＰＭ強制燃焼後において、ＰＭが確実に残存している状態とすることができる。

また、ＰＭ強制燃焼の実施条件を可変設定する手段として、ヒータ発熱量を調整することも可能である。ヒータ発熱量は、例えばヒータ駆動のデューティ指令値を制御することで調整可能である。かかる場合、Ｖｍｉｎ≧Ｖｈｉであれば、ＰＭ強制燃焼中のＰＭ除去量を増やすべく、ヒータ発熱量を増加させる。また、Ｖｍｉｎ≦Ｖｌｏｗであれば、ＰＭ強制燃焼中のＰＭ除去量を減らすべく、ヒータ発熱量を減少させる。

・ＰＭの燃焼除去後におけるＰＭセンサ１７の基準出力値を「０Ｖ」としておき、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値Ｖｍｉｎと基準出力値（０Ｖ）との比較に基づいてヒータ加熱条件を設定することも可能である。具体的には、ＰＭ強制燃焼の終了後において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０Ｖであるか否かを判定し、Ｖｐｍ＝０であれば、ＰＭの燃焼除去量を減らすべく（すなわち、ＰＭ残留量を増やすべく）、加熱の熱量を減らしたり加熱終了のタイミングを早めたりする。また、Ｖｐｍ≠０（Ｖｐｍ＞０）であれば、ヒータ加熱条件をそのまま維持するか、又は、ＰＭの燃焼除去量を増やすべく（すなわち、ＰＭ残留量を減らすべく）、加熱の熱量を増やしたり加熱終了のタイミングを遅らせたりする。

・上記実施形態では、ＰＭ強制燃焼の開始後において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが第２判定値Ｖｔｈ２（０＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ１）まで低下した時点でＰＭ強制燃焼を終了する構成としたが（図４（ｂ）参照）、これを変更し、ＰＭ強制燃焼の開始後において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが降下し始めた時点でＰＭ強制燃焼を終了する構成としてもよい。その他、ヒータ通電の終了後において余熱によるＰＭの燃焼速度が早い場合（すなわち、余熱によるＰＭ燃焼量が多い場合）を想定して、ＰＭ強制燃焼の開始後において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが降下し始める前にＰＭ強制燃焼を終了することも可能である。

・絶縁基板３２に付着している全てのＰＭを燃焼除去させる第１燃焼処理と、絶縁基板３２に付着している一部のＰＭを未燃焼とする第２燃焼処理とのいずれかを選択的に実施することも可能である。具体的には、マイコン４４は、ＰＭ強制燃焼を実施した回数をカウンタ等で算出し、その実施回数が所定値になるまでは第２燃焼処理を実施し、実施回数が所定値になったら１回のみ第１燃焼処理を実施する。例えば、ＰＭ燃焼処理の５回に１回の割合で第１燃焼処理を実施する。ここで、ＰＭ強制燃焼終了の判定しきい値である第２判定値Ｖｔｈ２について、第１燃焼処理を実施する場合には、Ｖｔｈ２＝０Ｖとし、第２燃焼処理を実施する場合には、Ｖｔｈ２＞０Ｖとする。

要するに、一部のＰＭを残存させる燃焼処理だけを繰り返し実施する場合には、絶縁基板３２上において常に同じ部位のＰＭだけが残存し、結果としてＰＭが固着することが懸念される。例えば、ヒータ加熱時には絶縁基板３２の各部で温度差（温度分布）が生じ、それゆえにＰＭが残存しがちな部位があると考えられる。これに対し、ＰＭの全除去（第１燃焼処理）と、ＰＭの一部除去（第２燃焼処理）とを選択的に実施することで、絶縁基板３２上におけるＰＭの固着を抑制できる。

また、同じ条件で繰り返し第２燃焼処理を実施した場合において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最小値Ｖｍｉｎが大きくなる傾向にあれば、ＰＭが燃焼除去されにくい状態であるとして、第１燃焼処理を実施する構成とすることも可能である。

車両において、イグニッションスイッチのオン後に１回のみ第１燃焼処理を実施し、それ以降は第２燃焼処理を実施する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ＰＭ強制燃焼のための加熱手段として、ＰＭセンサ１７の絶縁基板３３にヒータ部３５を設ける構成としたが、これを変更し、排気管内のガス温度をＰＭ燃焼可能温度（例えば６５０℃）まで上昇させる構成でもよい。例えば、エンジンから排出されるガス温度を上昇させる手法や、排気管にヒータ等の加熱手段を設けて排気管内の温度を上昇させる手法が考えられる。

・エンジン排気管にＰＭを捕集するためのＰＭフィルタを設け、その下流側又は上流側の少なくともいずれかにＰＭセンサを設けた構成において、ＰＭセンサの検出値に基づいてＰＭフィルタの再生タイミングを制御する構成としてもよい。また、ＰＭセンサの検出値に基づいてＰＭフィルタの故障診断を実施する構成としてもよい。

・上記実施形態では、直噴式ガソリンエンジンについての適用を例示したが、他の形式のエンジンにも適用できる。例えば、ディーゼルエンジン（特に、直噴式ディーゼルエンジン）に適用することとし、ディーゼルエンジンの排気管に設けられたＰＭセンサについて本発明を用いることも可能である。また、エンジンの排気以外のガスを対象としてＰＭ量を検出するものであってもよい。

１１…エンジン、１７…ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）、２０…ＥＣＵ、３２…絶縁基板（被付着部）、３４…ＰＭ検出部、３５…ヒータ部（加熱手段）、３６ａ，３６ｂ…検出電極（対向電極）、４４…マイコン（加熱制御手段、条件設定手段）。

Claims (6)

1. ガス中に含まれる導電性の粒子状物質を付着させる被付着部と、前記被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、前記一対の対向電極間の抵抗値に応じた検出信号を出力する粒子状物質検出センサに適用され、該粒子状物質検出センサによるセンサ検出値に基づいて前記粒子状物質の付着量を算出するセンサ制御装置において、
   前記被付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去させるべく前記被付着部を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段による前記被付着部の加熱に際し、その加熱による粒子状物質の燃焼除去後に前記被付着部に一部の粒子状物質が残存するように前記加熱手段の加熱を制御する加熱制御手段と、
   を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記加熱制御手段は、前記加熱手段の加熱開始後において前記センサ検出値が粒子状物質の量＝０に相当するゼロ点値に復帰する以前に、前記加熱手段による加熱を停止させる請求項１に記載のセンサ制御装置。
3. 前記粒子状物質の燃焼除去後において前記被付着部に付着している粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて、次回以降の前記加熱制御手段による加熱条件を設定する条件設定手段を備える請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。
4. 前記条件設定手段は、前記粒子状物質の燃焼除去後における前記粒子状物質検出センサの基準出力値を定めておき、前記粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値と前記基準出力値との比較に基づいて前記加熱条件を設定する請求項３に記載のセンサ制御装置。
5. 前記粒子状物質の燃焼除去後において前記被付着部に付着している粒子状物質が最少量となった状態でのセンサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値を初期値として、その初期値と都度のセンサ検出値とに基づいて前記粒子状物質の付着量を算出する手段を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。
6. 前記加熱制御手段は、前記被付着部に付着している全ての粒子状物質を燃焼除去させる第１燃焼処理と、前記被付着部に付着している一部の粒子状物質を未燃焼とする第２燃焼処理とのいずれかを選択的に実施する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

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