JP2017078373A

JP2017078373A - 粒子状物質検出装置

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Publication number: JP2017078373A
Application number: JP2015207175A
Authority: JP
Inventors: 貴司荒木; Takashi Araki; 田村　昌之; Masayuki Tamura; 昌之田村; 真宏山本; Masahiro Yamamoto; 豪宮川; Go Miyagawa; 坂輪　年洋; Toshihiro Sakawa; 年洋坂輪; 祐人勝野; Murahito Katsuno; 学吉留; Manabu Yoshitome
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-04-27
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Also published as: JP6358226B2; WO2017069241A1; US10487716B2; DE112016004813T5; CN108138625A; CN108138625B; US20180306087A1

Abstract

【課題】灰成分の素子部への融着を抑制可能な粒子状物質検出装置を提供する。【解決手段】エンジン２０の排気中に含まれるＰＭを付着させる素子部４１と、素子部４１を加熱するヒータ４４と、素子部４１の電気的特性に基づいてＰＭの量を検出する量検出部と、素子部４１の温度を検出する温度検出部と、素子部４１にＰＭを付着させる期間を除く第１期間において、検出された素子部４１の温度に基づいて、ヒータ４４により、素子部４１を、ＰＭに含まれる可溶性有機成分が燃焼し、且つＰＭに含まれる灰成分が融解しない第１温度域に加熱する第１温度制御部と、素子部４１にＰＭを付着させる期間を除く期間であって、第１期間の後の第２期間において、検出された素子部４１の温度に基づいて、ヒータ４４により、素子部４１を、第１温度域よりも高く且つＰＭに含まれる煤が燃焼する第２温度域に加熱する第２温度制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出装置に関する。

従来、粒子状物質センサにより、ディーゼルエンジン等の排気に含まれる粒子状物質（Particulate Matter、以下「PM」という）を検出した後に、粒子状物質センサの素子部を、ＰＭを燃焼させる所定の温度域に制御して、センサの素子部に堆積したＰＭを燃焼させて除去する装置がある（特許文献１参照）。このＰＭを燃焼除去する制御を、再生制御という。

特開２０１２−１２９６０号公報

ＰＭには、主体となる煤及び可溶性有機成分（ＳＯＦ）だけでなく、エンジンオイルや燃料等に由来する灰成分も含まれる。灰成分は、硫酸カルシウムや硫酸マグネシウム等を成分とする絶縁性物質である。本発明者は、素子部の再生制御を実施する際に、素子部を煤が燃焼する温度域に制御すると、灰成分の粒径等によっては、灰成分が融けて素子部へ融着することがあるとの知見を得た。ＰＭセンサは、素子部の電気的特性に基づいてＰＭの量を検出するため、絶縁性物質である灰成分が素子部へ融着すると、ＰＭの検出機能が低下したり喪失したりする。

本発明は、上記実情に鑑み、灰成分の素子部への融着を抑制可能な粒子状物質検出装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、粒子状物質検出装置であって、内燃機関（２０）の排気中に含まれる粒子状物質を付着させる素子部（４１）と、前記素子部を加熱するヒータ（４４）と、前記素子部の電気的特性に基づいて前記粒子状物質の量を検出する量検出部（７０）と、前記素子部の温度を検出する温度検出部（６０）と、前記素子部に前記粒子状物質を付着させる期間を除く第１期間において、前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて、前記ヒータにより、前記素子部を、前記粒子状物質に含まれる可溶性有機成分が燃焼し、且つ前記粒子状物質に含まれる灰成分が融解しない第１温度域に加熱する第１温度制御部（７０）と、前記素子部に前記粒子状物質を付着させる期間を除く期間であって、前記第１期間の後の第２期間において、前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて、前記ヒータにより、前記素子部を、前記第１温度域よりも高く且つ前記粒子状物質に含まれる煤が燃焼する第２温度域に加熱する第２温度制御部（７０）と、を備える。

本発明によれば、素子部に粒子状物質を付着させる期間を除く第１期間において、素子部は、粒子状物質に含まれる可溶性有機成分が燃焼し、且つ粒子状物質に含まれ灰成分が融解しない第１温度域に加熱される。その後、第２期間において、素子部は、第１温度域よりも高く且つ粒子状物質に含まれる煤が燃焼する第２温度域に加熱される。

一般に、素子部に付着した粒子状物質の検出が終わると、粒子状物質が燃焼されて除去され、素子部が再生される。ここで、発明者は、灰成分の粒径等によっては、素子部を粒子状物質の主成分である煤が燃焼する温度に加熱した場合、粒子状物質に含まれる灰成分が融解し、素子部に灰成分が融着するとの知見を得た。この点、素子部を第２温度域に加熱する前に第１温度域に加熱することにより、煤が燃焼する前に可溶性有機成分が燃焼して蒸気となる。そして、可溶性有機成分の気化に伴い、灰成分は融解しないままＰＭから離脱して素子部から飛んでいく。よって、素子部を第２温度域に加熱する際には、粒子状物質から灰成分が離脱しているため、素子部を第２温度域に加熱しても、灰成分の素子部への融着を抑制しつつ、煤を燃焼させることができる。また、第１温度域に加熱することにより、可溶性有機成分が燃焼する際の燃焼熱で素子部の温度が目標温度より高くなることがあるが、灰成分が融解する温度よりも低い温度に収まるため灰成分の素子部への融着を抑制することができる。

本実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図。エンジンの排気通路にＰＭセンサを取り付けた状態を示す概略断面図。ＰＭセンサの素子部及びヒータ部の概略構成図。第１実施形態に係るＰＭセンサの再生制御時における（ａ）センサ出力及び（ｂ）センサ温度のタイムチャート。第１実施形態に係るＰＭセンサの再生制御を実施する処理手順を示すフローチャート。第２実施形態に係るＰＭセンサの再生制御時における（ａ）センサ出力及び（ｂ）センサ温度のタイムチャート。第２実施形態に係るＰＭセンサの再生制御を実施する処理手順を示すフローチャート。第３実施形態に係るＰＭセンサの再生制御時における（ａ）センサ出力及び（ｂ）センサ温度のタイムチャート。第３実施形態に係るＰＭセンサの再生制御を実施する処理手順を示すフローチャート。第４実施形態に係るＰＭセンサの再生制御を実施する処理手順を示すフローチャート。

以下、粒子状物質検出装置（以下、ＰＭ検出装置という）を、車両に搭載されたエンジンシステムへ適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
まず、本実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。図１に示すように、エンジンシステム１０は、エンジン２０を備える。エンジン２０（内燃機関）は、例えば、ディーゼルエンジンである。エンジン２０には、吸気通路１２と排気通路１３とが接続されている。排気通路１３には、排気浄化装置１４が装着されている。排気浄化装置１４は、エンジン２０から排出された排気から有害成分を除去するように構成されている。有害成分は、窒素酸化物、燃料の未燃あるいは不完全燃焼によって生じたＨＣやＣＯ等の炭素化合物、ＰＭ等である。特に、本実施形態においては、排気浄化装置１４には、ＰＭ捕集フィルタ１５が設けられている。排気浄化装置１４の構成については周知であるので、詳細な説明は省略する。

また、エンジンシステム１０には、温度センサ１６及びＰＭ検出装置８０が設けられている。温度センサ１６は、排気浄化装置１４よりも排気通路１３の上流側に配設されており、排気温度を監視している。後述するＥＣＵ７０は、排気温度に基づいて、排気浄化装置１４やＰＭ捕集フィルタ１５の状態を監視し、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、ＰＭ捕集フィルタ１５の再生制御を行う。

ＰＭ検出装置８０は、ＰＭセンサ５０、ＳＣＵ６０（センサコントロールユニット）、及びＥＣＵ７０を備え、ＰＭ捕集フィルタ１５を通過したＰＭの量を検出する。ＰＭは、煤や可溶性有機成分（Soluble Organic Fraction、以下ＳＯＦという）を主体とし、灰成分（以下、アッシュという）を含む。アッシュは、エンジンオイルや燃料添加剤に含まれる金属成分等が酸化して発生したもので、例えば、リン、硫黄、カルシウム等の酸化物からなる。ＰＭの主成分である煤は導電性物質であるが、アッシュは絶縁性物質である。

ＰＭセンサ５０は、排気浄化装置１４よりも排気通路１３の下流側に配設されており、ＰＭ捕集フィルタ１５を通過して下流側にすり抜けるＰＭを検出する。以下、ＰＭセンサ５０の構成について、図２及び図３を参照して説明する。ＰＭセンサ５０は、センサ部４０、カバー体４００、筒状ハウジング５００、及び筒状インシュレータ６００を備える。筒状ハウジング５００は、排気通路１３の通路壁に螺結され、筒状インシュレータ６００は、筒状ハウジング５００の内部に保持される。カバー体４００は、内部が中空に形成されており、筒状ハウジング５００の下端部に固定されて、排気通路１３内に突出している。センサ部４０の上半部は、筒状インシュレータ６００に挿入固定され、センサ部４０の下半部は、カバー体４００の中空部分に位置している。カバー体４００の底部及び側部には、ＰＭ捕集フィルタ１５を通過したＰＭを含む排気が流出入するための通孔４１０，４１１が穿設されている。

ＰＭセンサ５０のセンサ部４０は、素子部４１とヒータ部４７とから構成されている。素子部４１は、絶縁基板４５における一の表面４５ａ上に、所定の電極間距離をおいて対向する櫛歯形状の一対の電極４２，４３が形成されて構成されている。図２では素子４１の側面部に一対の電極が形成されているが、素子先端面に一対の電極が形成されていてもよい。一対の電極４２，４３は、ＳＣＵ６０の制御回路６１に接続されている。絶縁基板４５は、アルミナ、ジルコニア、べリリア、ムライト、窒化珪素等の電気絶縁性及び熱耐性に優れたセラミックス材料を、ドクターブレード法、プレス形成法等の公知の手法により平板状にして形成されている。素子部４１には、通孔４１０，４１１から流入した排気中に含まれるＰＭが付着する。ＰＭの主成分は導電性物質の煤であるため、ＰＭが電極４２と電極４３との間に付着すると、電極間の電気抵抗は所定の程度まで低下し、電流が流れる。すなわち、電極間にＰＭが付着すると、素子部４１の電気的特性が変化する。

ヒータ部４７は、絶縁基板４５と同様の手法で形成された絶縁基板４６の一の表面４６ａ上に、ヒータ４４が形成されて構成されている。ヒータ４４は、ＳＣＵ６０のヒータ電源６２に接続されている。ヒータ部４７は、ヒータ４４が電極４２，４３の直下になるように配置されて、素子部４１を効率よく所定温度に加熱する。なお、絶縁基板４５と絶縁基板４６は一体化されていてもよい。すなわち、ヒータ４４は、素子部４１の絶縁基板４５に内蔵されており、センサ部４０が素子部４１のみから構成されていてもよい。

ＳＣＵ６０は、制御回路６１及びヒータ電源６２を備える。ヒータ電源６２は、ヒータ４４に供給される電力の電源となる。制御回路６１は、電極４２，４３を流れる電流を検出し、検出した電流に応じた電気信号をＥＣＵ７０へ送信する。制御回路６１は、適宜ＥＣＵ７０と情報をやり取りする。また、制御回路６１は、ヒータ電源６２の駆動を制御して、ヒータ４４の温度すなわちヒータ４４で加熱される素子部４１の温度を制御する。詳しくは、制御回路６１は、後述する温度検出部、第１温度制御部、及び第２温度制御部の機能を実現する。

ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ及びＩ／Ｏ等を備えるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ７０は、量検出部の機能を実現する。量検出部は、素子部４１の電気的特性に基づいてＰＭの量を検出する。詳しくは、量検出部は、制御回路６１から送信された電気信号と、電気信号とＰＭの量との対応マップ等とから、ＰＭの量を検出する。また、ＥＣＵ７０は、エンジン２０の制御や、ＰＭ捕集フィルタ１５の再生制御を実施する。

次に、ＰＭ検出装置８０の作動について説明する。ＰＭ捕集フィルタ１５に何らかの異常が生じて正常な捕集が困難になると、ＰＭ捕集フィルタ１５の下流側に放出されるＰＭの量が急増する。ＥＣＵ７０は、検出したＰＭの量を監視し、正常時よりも明らかに多い場合には、ＰＭ捕集フィルタ１５の異常を判定する。ただし、ＰＭ捕集フィルタ１５が正常であっても、素子部４１におけるＰＭの堆積量が一定量を超える場合には、電極４２，４３間の電気抵抗が小さくなり、ＰＭの検出精度が低下する。そのため、素子部４１にＰＭがある程度堆積した場合には、堆積したＰＭを燃焼させて除去するセンサ再生制御を実施することが望ましい。

ここで、ＰＭの主成分である煤の燃焼温度は一般に６００℃以上であり、７５０℃以上に加熱すれば、煤を完全に燃焼させて除去できる。また、ＳＯＦの燃焼温度は、一般に４００℃以上である。

また、アッシュの融点は一般に９００℃以上である。ただし、アッシュが直径数ナノメートル程度の微粒子になると、いわゆる量子サイズ効果により融点が低下することがある。さらに、複数種類のアッシュが混合すると、共晶反応が生じて融点が低下することがある。その結果、アッシュの融点は７５０℃程度まで低下することがあるが、７５０℃以下にまでには低下しにくい。また、煤や可溶性有機成分についても同様の効果により融点が低下することがある。

本発明者は、煤を完全に燃焼させるために、素子部４１を、例えば７５０℃〜８５０℃の温度に加熱すると、微粒子のアッシュが融解して素子部４１に融着するとの知見を得た。ＰＭセンサ５０は、素子部４１の電気的特性に基づいてＰＭの量を検出するため、絶縁性物質のアッシュが素子部４１に融着すると、ＰＭセンサ５０の感度が低下又は喪失する。

一方、素子部４１を６００℃〜７５０℃の温度に加熱した場合、煤が完全に燃焼せず、煤の燃え残りが素子部４１に残るおそれがある。また、素子部４１を６００℃〜７５０℃の温度に加熱した場合、煤とＳＯＦが一度に燃焼するため、アッシュが素子部４１から上手く飛んでいかず、アッシュが素子部４１に残留するおそれがある。そこで、本実施形態では、センサの再生制御において、素子部４１の温度を２段階に分けて加熱する。以下、制御回路６１の各機能について詳細を説明する。

温度検出部は、素子部４１の温度を検出する。具体的には、温度検出部は、ヒータ４４の電気抵抗値に基づいて、素子部４１の温度を検出する。ヒータ４４に通電して発熱させると、ヒータ４４の電気抵抗値は変化する。ヒータ４４の温度とヒータ４４の電気抵抗値との間には一定の関係がある。よって、ＳＣＵ６０によりヒータ４４の電気抵抗値を測定し、温度検出部は、電気抵抗値の測定値と、予め用意した温度と電気抵抗値との対応関係とから、ヒータ４４の温度を検出する。ヒータ４４の温度は、素子部４１の温度とみなせる。

あるいは、図１〜３に破線で示すように、素子部４１に温度センサ５１（温度検出装置）を設け、温度センサ５１により検出された温度に基づいて、素子部４１の温度を検出してもよい。素子部４１に温度センサ５１を設けることにより、素子部４１の温度を高精度に検出することができる。

第１温度制御部は、ＰＭ検出期間を除く第１期間において、温度検出部により検出された温度に基づいて、ヒータ４４により、素子部４１を第１温度域に第１期間加熱する。例えば、第１温度制御部は、検出された素子部４１の温度をフィードバックして、素子部４１の温度を第１温度域内の目標温度に制御する。第１温度域は、ＳＯＦが燃焼し且つアッシュが融解しない温度域である。具体的には、第１温度域は、４００℃〜６００℃である。ＰＭ検出期間は、素子部４１にＰＭを付着させてＰＭを収集する期間である。

そして、図４（ｂ）に示すように、第１温度制御部は、第１温度域において目標温度を一定にし、素子部４１の温度が一定の温度例えば５００℃になるように制御する。これにより、素子部４１を、第１温度域内の状況に応じた適切な温度に維持することができる。

第１温度域４００℃〜６００℃は、アッシュの融点が低くなっている場合でも、アッシュの融点よりも低い温度域である。また、素子部４１を第１温度域に加熱すると、煤が燃焼する前にＳＯＦが燃焼し、ＳＯＦの燃焼熱で素子部４１の温度が目標温度よりも高くなることがある。しかしながら、第１温度域の上限値とアッシュの融点の下限値との間に十分なマージンがあるため、燃焼熱で素子部４１の温度が目標温度よりも高くなっても、素子部４１の温度はアッシュの融点よりも低い温度に収まる。よって、素子部４１を第１温度域に加熱すると、ＳＯＦが燃焼して気化するとともに、ＳＯＦの気化に伴い、アッシュが融解しないままＰＭから離脱して素子部４１から飛んでいく。

また、第１温度域は、排気温度よりも高いことが多い。例えば、ディーゼルエンジンの排気温度は４００℃程度である。よって、第１温度域では、素子部４１から排気の方向へ熱泳動力が働き、アッシュは素子部４１から遠ざかる。したがって、素子部４１を第１温度域に加熱することにより、ＳＯＦは燃焼され、アッシュは素子部４１から引き離される。

図４（ａ）に示すように、第１期間では、ＳＯＦが燃焼することにより、電極４２，４３間の電気抵抗が大きくなって、ＰＭセンサ５０の出力は低下するが、煤が電極４２，４３間に堆積したままなので、ＰＭセンサ５０の出力はゼロまで低下していない。

第２温度制御部は、ＰＭ期間を除く期間であって第１期間の後の第２期間において、温度検出部により検出された温度に基づいて、ヒータ４４により、素子部４１を第２温度域に第２期間加熱する。例えば、第２温度制御部は、検出された素子部４１の温度をフィードバックして、素子部４１の温度を第２温度域の目標温度に制御する。第２温度域は、第１温度域よりも高く且つ煤が燃焼する温度域である。具体的には、第２温度域は、７５０℃〜８５０℃である。

そして、図４（ｂ）に示すように、第２温度制御部は、第１温度制御部と同様に、第２温度域において目標温度を一定にし、素子部４１の温度が一定の温度例えば８００℃となるように制御する。

第２温度域７５０℃〜８５０℃は、煤を完全に燃焼させる温度域である。素子部４１を７５０℃〜８５０℃に加熱することにより、素子部４１に堆積した煤は完全に燃焼され、燃え残りがなくなる。また、第２期間に移行した際には、アッシュはＰＭから離脱しているため、素子部４１を第２温度域に加熱しても、アッシュの素子部４１への融着は抑制される。

図４（ａ）に示すように、第２期間では、煤が燃焼するため、電極４２，４３間の電気抵抗が更に大きくなって非導通状態となり、ＰＭセンサ５０の出力はゼロまで低下している。

また、第１期間及び第２期間は、冷間始動時のように排気通路１３に凝縮水が存在する期間ではなく、排気通路１３が乾燥している期間である。そのため、素子部４１を第１温度域及び第２温度域に加熱しても、素子部４１が被水割れするおそれがない。排気通路１３が乾燥しているか否かは、例えば、エンジン２０の始動から所定時間経過したか否かで判定すればよい。

次に、本実施形態に係るＰＭセンサ５０の再生制御を実施する処理手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、エンジン２０が始動して排気通路１３の乾燥が完了した後、エンジン２０が停止するまでの間、ＥＣＵ７０及びＳＣＵ６０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、ステップＳ１０において、ヒータ４４をオフにしたまま、素子部４１に付着するＰＭの量の検出を開始する。続いて、ステップＳ１１において、ヒータ４４をオフにしたまま、素子部４１に付着するＰＭの量の検出を完了する。

続いて、ステップＳ１２において、ヒータ４４をオンにして、ＰＭセンサ５０の素子部４１の再生制御を開始する。まず、ステップＳ１３において、ヒータ４４の電力を制御して、素子部４１を第１温度域内の第１温度に第１期間加熱する。例えば、素子部４１を、５００℃に３０秒間加熱する。これにより、ＰＭに含まれるＳＯＦが燃焼するとともに、アッシュが素子部４１から飛んでいく。

続いて、ステップＳ１４において、ヒータ４４の電力を制御して、素子部４１を第２温度域内の第２温度に第２期間加熱する。例えば、素子部４１を、８００℃に６０秒加熱する。これにより、ＰＭに含まれる煤が燃焼し、素子部４１に堆積していたＰＭが除去される。続いて、ステップＳ１５において、再生制御を終了し、ヒータ４４をオフにする。

以上で本処理を終了する。次の処理サイクルでは、ステップＳ１０の処理から再度開始する。

次に、本実施形態に係るＰＭセンサ５０の再生制御を実施した場合、及び従来の一定温度による再生制御を実施した場合において、ＰＭセンサ５０の耐久試験を行った結果について述べる。本実施形態に係る耐久試験の１サイクルは、５００℃に３０秒加熱＋８００℃に６０秒加熱の再生制御→ヒータ４４をオフにして１５秒間冷却→ヒータ４４をオフにして２００秒間ＰＭ検出→ＰＭ検出後３００秒間走行（→再生制御に戻る）、とした。従来の再生制御に係る耐久試験の処理サイクルは、本実施形態に係る耐久試験の処理サイクルの再生制御を、８００℃で６０秒間加熱とした。どちらの耐久試験においても、ＰＭを１０ｍｇ／ｍ３の平均濃度でエンジン２０から排出させ、ＰＭ検出が２００秒以内に完了できなくなるまでの耐久試験のサイクル数を比較した。

その結果、従来の再生制御に係る耐久試験では、１１０サイクルを経過した時点で、ＰＭセンサ５０の感度が低下し、ＰＭ検出が２００秒以内に完了できなくなった。これに対して、本実施形態に係る耐久試験では、１６０サイクルを経過した時点で、ＰＭセンサ５０の感度が低下し、ＰＭ検出が２００秒以内に完了できなくなった。すなわち、本実施形態に係る耐久試験では、再生制御における温度を２段階としたことにより、アッシュの素子部４１への融着が抑制され、ＰＭセンサ５０の耐久性が向上している。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）素子部４１を第２温度域に加熱する前に第１温度域に加熱することにより、煤が燃焼する前にＳＯＦが燃焼する。そして、ＳＯＦの燃焼に伴い、アッシュは融解しないままＰＭから離脱して素子部４１から飛んでいく。よって、素子部４１を第２温度域に加熱する際には、ＰＭからアッシュが離脱しているため、素子部４１を第２温度域に加熱しても、アッシュの素子部４１への融着を抑制しつつ、煤を燃焼させることができる。

（２）第１温度域を４００℃〜６００℃にすることにより、アッシュの融点が低下している場合でも、第１温度域がアッシュの融点よりも低くなるとともに、ＳＯＦの燃焼に伴う燃焼熱で素子部４１の温度が目標温度よりも高くなっても、アッシュの融点より低い温度に収めることができる。さらに、熱泳動力により、アッシュを素子部４１から遠ざけることができる。よって、第１温度域を４００℃〜６００℃にすることにより、再生制御時におけるアッシュの融解を好適に抑制することができる。また、第２温度域を７５０℃〜８５０℃にすることにより、第２期間において、煤を確実に燃焼させることができる。

（３）第１期間及び第２期間は、排気通路１３が乾燥している期間であるため、素子部４１を第１温度域及び第２温度域に加熱しても、素子部４１の被水割れを防止することができる。

（４）第１温度域及び第２温度域において、素子部４１の温度を一定の温度に制御することにより、適切な温度に素子部４１を維持することができる。

（５）ヒータ４４の温度とヒータ４４の抵抗値との間には一定の関係があり、ヒータ４４の温度は素子部４１の温度とみなせる。よって、ヒータ４４の抵抗値に基づいて、素子部４１の温度を検出することができる。

（６）素子部４１に温度センサ５１を設けることにより、素子部４１の温度を高精度に検出することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態係るＰＭ検出装置８０について、第１実施形態に係るＰＭ検出装置８０と異なる点について説明する。第２実施形態に係るＰＭ検出装置８０は、第１温度制御部及び第２温度制御部による素子部４１の温度制御が、第１実施形態と異なる。

詳しくは、第１温度制御部は、図６（ｂ）に示すように、第１期間に、第１温度域において目標温度を可変にし、素子部４１の温度が可変するように制御する。例えば、第１温度制御部は、素子部４１の温度を、４００℃から６００℃へ徐々に上昇させる。また、第２温度制御部は、図６（ｂ）に示すように、第２期間に、第２温度域において目標温度を可変にし、素子部４１の温度が可変するように制御する。例えば、第２温度制御部は、素子部４１の温度を、７５０℃から８５０℃へ徐々に上昇させる。

図６（ｂ）に示すように、第１期間に、素子部４１の温度を４００℃から６００℃へ徐々に上昇させると、ＳＯＦの堆積量が徐々に減少し、図６（ａ）に示すように、ＰＭセンサ５０の出力は徐々に低下する。これにより、ＳＯＦ燃焼時の燃焼熱による過加熱が緩和され、アッシュの素子部４１への融着が第１実施形態よりも更に抑制される。そして、図６（ｂ）に示すように、第２期間に、素子部４１の温度を７５０℃から８５０℃へ徐々に上昇させると、第１実施形態よりも煤の堆積量が緩やかに減少する。これにより、煤の燃焼時の燃焼熱による過加熱が緩和され、アッシュの素子部４１への融着が第１実施形態よりも更に抑制される。そして、ＰＭが除去され、図６（ａ）に示すように、ＰＭセンサ５０の出力がゼロに低下する。

次に、本実施形態に係るＰＭセンサ５０の再生制御を実施する処理手順について、図７のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、エンジン２０が始動して排気通路１３の乾燥が完了した後、エンジン２０が停止するまでの間、ＥＣＵ７０及びＳＣＵ６０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、ステップＳ２０からステップＳ２２において、ステップＳ１０からステップＳ１２と同様の処理を行う。

続いて、ステップＳ２３において、ヒータ４４の電力を制御して、素子部４１を第１温度域内の温度に可変制御する。例えば、素子部４１を、４００℃〜６００℃内の温度で変化させながら、３０秒間加熱する。続いて、ステップＳ２４において、ヒータ４４の電力を制御して、素子部４１を第２温度域内の温度に可変制御する。例えば、素子部４１を、７５０℃〜８５０℃内の温度で変化させながら、６０秒間加熱する。続いて、ステップＳ２５において、再生制御を終了し、ヒータ４４をオフにする。以上で本処理を終了する。

本実施形態について、第１実施形態と同様の耐久試験を行った結果、１８０サイクルを経過した時点で、ＰＭセンサ５０の感度が低下し、ＰＭ検出が２００秒以内に完了できなくなった。すなわち、本実施形態によれば、第１実施形態よりも更にＰＭセンサ５０の耐久性が向上する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）及び（５）〜（６）と同様の効果を奏するとともに、更に、アッシュの素子部４１への融着を抑制し、ＰＭセンサ５０の耐久性を向上させることができる。また、第１温度域及び第２温度域において、素子部４１の温度を可変に制御することにより、素子部４１の温度が排気の影響を受けて可変しても、素子部４１の温度制御がし易い。

（第２実施形態の変形例）
第１期間の第１温度域及び第２期間の第２温度域のうちの一方において、第１実施形態と同様に、素子部４１を一定の温度に加熱するようにしてもよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るＰＭ検出装置８０について、第１実施形態に係るＰＭ検出装置８０と異なる点について説明する。第１実施形態に係るＰＭ検出装置８０は、第１期間となった際に、常に第１温度制御部による温度制御を開始した。これに対して、第３実施形態に係るＰＭ検出装置８０は、第１期間となった際に、所定の条件を満たす場合に限って、第１温度制御部による温度制御を開始する。

詳しくは、第１温度制御部は、量検出部により検出されたＰＭの量が所定閾値に到達したことを条件として、素子部４１を第１温度域に加熱する。素子部４１におけるＰＭの堆積量が多いほど、ＰＭに含まれるアッシュの量も多くなり、アッシュが融解した際におけるＰＭセンサ５０の感度の低下が大きくなる。

よって、素子部４１におけるＰＭの堆積量が所定閾値に到達した場合には、アッシュが融解した際に、ＰＭセンサ５０の感度の低下が比較的大きいとして、第１実施形態と同様に、再生制御において、素子部４１を２段階の温度域に加熱する。また、素子部４１におけるＰＭの堆積量が所定閾値未満である場合には、アッシュが融解したとしてもＰＭセンサ５０の感度の低下が比較的小さいとして、従来の再生制御のように、素子部４１を一定温度で加熱する。

素子部４１におけるＰＭの堆積量が所定閾値に到達したか否かは、ＰＭセンサ５０の出力電流が、閾値電流以上か否かで判定する。閾値電流は、例えば１５μＡである。図８（ａ）に実線で示すように、ＰＭの堆積量が所定閾値以上の場合には、ＰＭセンサ５０の出力電流は閾値電流以上となる。この場合、図８（ｂ）に実線で示すように、再生制御時の第１期間において、例えば５００℃で素子部４１を３０秒加熱し、第２期間において、例えば８００℃で素子部４１を６０秒加熱する。図８（ａ）に破線で示すように、ＰＭの堆積量が所定閾値未満の場合には、ＰＭセンサ５０の出力電流は閾値電流未満となる。この場合、図８（ｂ）に破線で示すように、再生制御の期間中、素子部４１を例えば８００℃の一定温度で９０秒加熱する。

次に、本実施形態に係るＰＭセンサ５０の再生制御を実施する処理手順について、図９のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、エンジン２０が始動して排気通路１３の乾燥が完了した後、エンジン２０が停止するまでの間、ＥＣＵ７０及びＳＣＵ６０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、ステップＳ３０及びステップＳ３１において、ステップＳ１０及びステップＳ１１と同様の処理を行う。

続いて、ステップＳ３２において、ＰＭ量の検出値が閾値以上か否か判定する。すなわち、ＰＭセンサ５０の出力電流が閾値電流以上か否か判定する。ステップＳ３２において、ＰＭ量の検出値が閾値以上の場合、アッシュの素子部４１への融着を抑制するため、素子部４１を２段階の温度域に加熱する再生制御を実施する。具体的には、ステップＳ３３からステップＳ３５において、ステップＳ１２からステップＳ１４と同様の処理を行い、ステップＳ３８において、再生制御を終了してヒータ４４をオフにし、本処理を終了する。

一方、ステップＳ３２において、ＰＭ量の検出値が閾値未満の場合、アッシュの素子部４１への融着を抑制する必要がないと判断して、従来の再生制御を実施する。具体的には、ステップＳ３６において、ヒータ４４をオンにして再生制御を開始し、ステップＳ３７において、素子部４１を一定温度に加熱する。そして、ステップＳ３８において、再生制御を終了してヒータ４４をオフにし、本処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（６）と同様の効果を奏するとともに、ＰＭの検出量が閾値に到達したことを条件として、素子部４１を２段階の温度域に加熱する再生制御が実施される。これにより、アッシュの素子部４１への融着により、ＰＭセンサ５０の感度の比較的大きな低下が懸念される場合に、アッシュの素子部４１への抑制処理が実施される。よって、アッシュの素子部４１への融着の抑制をより効果的に実施できる。

（第３実施形態の変形例）
ステップＳ３３からステップＳ３５において、第２実施形態のように、第１温度域及び第２温度域において素子部４１の温度が可変するように制御してもよい。あるいは、第１温度域及び第２温度域のいずれか一方で、素子部４１の温度が可変するように制御してもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るＰＭ検出装置８０について、第１実施形態に係るＰＭ検出装置８０と異なる点について説明する。素子部４１の温度は、排気の影響を受けて変化する。そこで、第４実施形態では、第１温度制御部及び第２温度制御部は、エンジン２０の排気の情報に基づいて、素子部４１を加熱する温度を設定する。

詳しくは、第１温度制御部は、排気の情報に基づいて、ヒータ４４の温度を設定する。排気の情報は、排気温度や排気流速等である。排気温度は温度センサ１６により検出される。排気流速は、エンジン２０の吸気量、吸気圧、排気通路１３の断面積等から算出される。素子部４１の温度は、排気温度の影響を受けて変化し、排気流速が大きいほど排気温度の影響を大きく受ける。例えば、排気温度が素子部４１の温度よりも低く、排気流速が比較的大きい場合は、素子部４１の温度はヒータ４４の温度よりも低くなりやすい。よって、この場合、第１温度制御部は、ヒータ４４の温度を素子部４１の目標温度よりも高めに設定する。

第２温度制御部も、第１温度制御部と同様に、排気の情報に基づいて、ヒータ４４の温度を設定する。

次に、本実施形態に係るＰＭセンサ５０の再生制御を実施する処理手順について、図１０のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、エンジン２０が始動して排気通路１３の乾燥が完了した後、エンジン２０が停止するまでの間、ＥＣＵ７０及びＳＣＵ６０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、ステップＳ４０〜ステップＳ４２において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２と同様の処理を行う。

続いて、ステップＳ４３において、排気温度や排気流速等の排気情報を取得する。続いて、ステップＳ４４において、ステップＳ４３で取得した排気情報に基づいて、素子部４１を第１温度域内の第１温度に加熱するように、ヒータ４４の温度を設定し、素子部４１を第１期間加熱する。

続いて、ステップＳ４５において、排気情報を取得する。続いて、ステップＳ４６において、ステップＳ４５で取得した排気情報に基づいて、素子部４１を第２温度域内の第２温度に加熱するように、ヒータ４４の温度を設定し、素子部４１を第２期間加熱する。

続いて、ステップＳ４７において、再生制御を終了し、ヒータ４４をオフにする。以上で本処理を終了する。

以上説明した第４実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（６）と同様の効果を奏するとともに、排気の情報に基づいて、素子部４１を加熱する温度を設定することにより、素子部４１の温度が目標温度となるように精度良く制御することができる。ひいては、アッシュの素子部４１への融着をより抑制することができる。

（第４実施形態の変形例）
・ステップＳ４４及びステップＳ４６において、第２実施形態のように、第１温度域及び第２温度域において素子部４１の温度が可変するように制御してもよい。あるいは、第１温度域及び第２温度域のいずれか一方で、素子部４１の温度が可変するように制御してもよい。

・第３実施形態のように、ＰＭの検出量が閾値に到達したことを条件として、素子部４１を２段階の温度域に加熱する再生制御を実施してもよい。第４実施形態に、第２実施形態及び第３実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。

（他の実施形態）
・ＳＣＵ６０の制御回路６１の機能はＥＣＵ７０が実現し、ヒータ電源６２はＥＣＵ７０に組み込まれていてもよい。すなわち、電極４２，４３及びヒータ４４はＥＣＵ７０に直接接続されており、ＰＭ検出装置８０はＰＭセンサ５０とＥＣＵ７０とから構成されていてもよい。また、ＰＭ検出装置８０が、ＳＣＵ６０及びＥＣＵ７０を備える場合も、制御回路６１の一部の機能をＥＣＵ７０が実現してもよいし、ＥＣＵ７０の一部の機能を制御回路６１が実現してもよい。また、ＥＣＵ７０は、エンジン２０の制御を実施なくてもよい。

・ＰＭ検出装置８０の適用対象は、ディーゼルエンジンに限定されない。ＰＭ検出装置８０は、ガソリン、アルコール、天然ガス等の燃料を用いるエンジンに対しても適用できる。

２０…エンジン、４１…素子部、４４…ヒータ、６０…ＳＣＵ、７０…ＥＣＵ、８０…ＰＭ検出装置。

Claims

内燃機関（２０）の排気中に含まれる粒子状物質を付着させる素子部（４１）と、
前記素子部を加熱するヒータ（４４）と、
前記素子部の電気的特性に基づいて前記粒子状物質の量を検出する量検出部（７０）と、
前記素子部の温度を検出する温度検出部（６０）と、
前記素子部に前記粒子状物質を付着させる期間を除く第１期間において、前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて、前記ヒータにより、前記素子部を、前記粒子状物質に含まれる可溶性有機成分が燃焼し、且つ前記粒子状物質に含まれる灰成分が融解しない第１温度域に加熱する第１温度制御部（７０）と、
前記素子部に前記粒子状物質を付着させる期間を除く期間であって、前記第１期間の後の第２期間において、前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて、前記ヒータにより、前記素子部を、前記第１温度域よりも高く且つ前記粒子状物質に含まれる煤が燃焼する第２温度域に加熱する第２温度制御部（７０）と、を備える、粒子状物質検出装置。
前記第１温度域は４００℃〜６００℃であり、
前記第２温度域は７５０℃〜８５０℃である請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
前記第１温度制御部は、前記量検出部により検出された前記量が所定閾値に到達したことを条件として、前記素子部を前記第１温度域に加熱する請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
前記第１期間及び前記第２期間は、前記内燃機関の排気通路（１３）が乾燥している期間である請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記第１温度制御部は、前記第１温度域において、前記素子部の温度を一定の温度になるように制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記第１温度制御部は、前記第１温度域において、前記素子部の温度を可変するように制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記第２温度制御部は、前記第２温度域において、前記素子部の温度を一定の温度になるように制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記第２温度制御部は、前記第２温度域において、前記素子部の温度を可変するように制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記第１温度制御部は、前記内燃機関の排気の情報に基づいて、前記ヒータの温度を設定する請求項１〜８のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記第２温度制御部は、前記内燃機関の排気の情報に基づいて、前記ヒータの温度を設定する請求項１〜９のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記温度検出部は、前記ヒータの抵抗値に基づいて、前記素子部の温度を検出する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。
前記素子部に設けられた温度検出装置（５１）を備え、
前記温度検出部は、前記温度検出装置により検出された温度に基づいて、前記素子部の温度を検出する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の粒子状物質検出装置。