JP2017207331A - Ｐｍ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗値が閾値まで低下するのに要する時間のみからＰＭ量を検出する場合よりも高精度にＰＭ量を検出できるようにしたＰＭ検出装置を提供する。【解決手段】第１センサ１００は、測定電極１１４を備えた感知部１１０と、ヒータ１２０とを備えており、第２センサ２００は、測定電極２１４を備えた感知部２１０と、ヒータ２２０とを備えている。第１センサ１００において感知部１１０に付着したＰＭをヒータ１２０によって除去した状態でまず、測定電極１１４に電圧を印加する。そして、測定電極１１４の抵抗値が閾値以下となることで、第２センサ２００において感知部２１０に付着したＰＭをヒータ２２０によって除去した状態で測定電極２１４に電圧を印加し、測定電極２１４の抵抗値が閾値以下となる時間である閾値到達時間を、そのときまでの測定電極１１４の抵抗値の低下速度によって補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、被検出ガス中に配置される測定電極の抵抗値の検出によって、前記被検出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭ検出装置に関する。

たとえば特許文献１には、測定電極を構成する一対の櫛歯電極間に微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）が付着し、一対の櫛歯電極間がＰＭによって電気的に接続されることによって、測定電極の抵抗値が変化することに基づきＰＭの量（ＰＭ量）を検出するＰＭ検出装置が記載されている。詳しくは、ヒータによって一対の櫛歯電極間のＰＭを燃焼させて除去した後、測定電極の抵抗値の変化に基づきＰＭを検出する。

特開２０１２−８３２１０号公報

上記抵抗値の変化は、たとえば、抵抗値が閾値まで低下するのに要する時間によって定量化することができる。ただし、上記抵抗値の低下速度は、排気中のＰＭ量のみならず、ＰＭが生成される過程における熱履歴に依存することが発明者によって見出された。このため、閾値まで低下するのに要する時間のみによっては、ＰＭ量を精度よく検出することは困難である。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗値が閾値まで低下するのに要する時間のみからＰＭ量を検出する場合よりも高精度にＰＭ量を検出できるようにしたＰＭ検出装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、被検出ガス中に配置される測定電極の抵抗値の変化に基づき、前記被検出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭ検出装置において、前記測定電極を加熱する加熱処理部と、前記測定電極に電圧を印加する印加処理部と、前記加熱処理部によって前記測定電極を加熱する処理が完了した状態で前記印加処理部によって電圧の印加が開始されてから前記測定電極の抵抗値が閾値以下となるまでに要した時間である閾値到達時間を検出する時間検出処理部と、前記測定電極の抵抗値が前記閾値以下となった後の前記抵抗値の低下速度に基づき、該低下速度が大きい場合に小さい場合よりも短くなるように前記時間検出処理部によって検出された前記閾値到達時間を補正する補正処理部と、を備え、前記補正された前記閾値到達時間を、前記被検出ガス中のＰＭ量を示すパラメータとする。

ＰＭの抵抗率は、ＰＭが生成される過程における熱履歴が異なれば、ＰＭの組成が異なるために異なる値となる。そして、ＰＭの抵抗率の相違は、加熱処理部によって測定電極を加熱する処理が完了した状態で印加処理部によって電圧の印加が開始されると、時間が経過するにつれて測定電極の抵抗値の低下速度の相違として顕在化する。そこで、上記構成では、ＰＭの抵抗率の違いによって閾値到達時間にばらつきが生じることを抑制するために閾値を極力大きな値に設定し、閾値に到達してさらに時間が経過し抵抗率の相違が抵抗値の低下速度として顕在化するときの低下速度をＰＭの抵抗率情報を有したパラメータとして利用する。そして、この抵抗値の低下速度に基づき閾値到達時間を補正することにより、補正後の閾値到達時間を、ＰＭの抵抗率が所定値であるとしたときの時間に近づけることができる。このため、抵抗値が閾値まで低下するまでに要する時間のみからＰＭ量を検出する場合よりも高精度にＰＭ量を検出できる。

第１の実施形態にかかるセンサの構成を示す斜視図。 同実施形態にかかるＰＭ検出装置の構成を示す図。 同実施形態にかかる測定電極の拡大平面図。 すすの生成温度と生成物の抵抗率との関係を示す図。 アモルファスカーボン、ＰＭおよびグラファイトカーボンの抵抗率を示すグラフ。 センサに低導電性ＰＭが付着するとき、および高導電性ＰＭが付着するときの出力電圧の推移を示すタイムチャート。 閾値の設定と、閾値到達時間との関係を示す図。 上記実施形態にかかるＰＭ検出処理の手順を示す流れ図。 電圧Ｖｃと抵抗率との関係を示す図。 抵抗率と閾値到達時間Ｔ１の補正率との関係を示す図。 第１センサおよび第２センサの出力の推移を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかるセンサの構成を示す斜視図。 同実施形態にかかるＰＭ検出装置の構成を示す図。 同実施形態にかかるＰＭ検出処理を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるＰＭ検出処理を示す別のタイムチャート。 同実施形態の比較例にかかるＰＭ検出処理を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかるＰＭ検出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるセンサの出力の推移を示すタイムチャート。 ヒータ加熱したＰＭと加熱前のＰＭの抵抗値とを対比したグラフ。 閾値到達時間と流速との関係を示す図。 閾値到達時間の増加率と流速との関係を示す図。 第３の実施形態にかかるＰＭ検出処理の手順を示す流れ図。 ＰＭ検出装置の変形例にかかるセンサの構成を示す分解平面図。 ＰＭ検出装置の変形例にかかるセンサの構成を示す分解平面図。

＜第１の実施形態＞
以下、ＰＭ検出装置にかかる第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１には、ＰＭ検出装置が備える第１センサ１００および第２センサ２００を示している。第１センサ１００は、感知部１１０と、感知部１１０を加熱するヒータ１２０とを備えている。感知部１１０は、絶縁板材１１２上に一対の櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂからなる測定電極１１４と、櫛歯電極１１４ａに接続された電極端子１１６ａと、櫛歯電極１１４ｂに接続された電極端子１１６ｂと、を備えている。一方、ヒータ１２０は、絶縁板材１２２上に形成された熱線１２４と、熱線に接続された電極端子１２６とを備えている。

同様に、第２センサ２００は、感知部１１０およびヒータ１２０に相当する感知部２１０およびヒータ２２０を備えている。感知部２１０は、感知部１１０の絶縁板材１１２、測定電極１１４および電極端子１１６ａ，１１６ｂに相当する絶縁板材２１２、測定電極２１４、および電極端子２１６ａ，２１６ｂを備えている。一方、ヒータ２２０は、ヒータ１２０の絶縁板材１２２、熱線１２４および電極端子１２６に相当する、絶縁板材２２２、熱線２２４および電極端子２２６を備えている。

本実施形態において、第１センサ１００および第２センサ２００は、内燃機関の排気通路に、測定電極１１４，２１４が排気中に露出するようにして配置される。なお、測定電極１１４と測定電極２１４とは、互いのヒータ１２０，２２０の熱の影響を抑制しつつも、それらに吹き付ける排気の状態が極力同一となるように近づけて配置することが望ましい。

図２に、本実施形態にかかるＰＭ検出装置を示す。
図２に示すように、第１センサ１００の測定電極１１４には、シャント抵抗１０が直列接続されている。詳しくは、図１に示した電極端子１１６ａにシャント抵抗１０が接続され、電極端子１１６ｂにスイッチング素子１２が接続されている。これにより、測定電極１１４およびシャント抵抗１０の直列接続体には、スイッチング素子１２が閉状態となる場合、バッテリＢの電圧が印加される。同様に、第２センサ２００の測定電極２１４には、シャント抵抗２０が直列接続されており、測定電極２１４およびシャント抵抗２０の直列接続体には、スイッチング素子２２が閉状態となる場合、バッテリＢの電圧が印加される。

制御装置４０は、中央処理装置（ＣＰＵ４２）およびメモリ４４を備えており、ヒータ１２０やヒータ２２０による加熱制御をした後、スイッチング素子１２，２２を閉操作し、シャント抵抗１０，２０の電圧降下を検出する電圧センサ５０，５２の検出値（電圧Ｖ１，Ｖ２）に基づき、ＰＭ量を検出する処理を実行する。

図３に、測定電極１１４や測定電極２１４の一部拡大図を示す。図３に示すように、測定電極１１４（２１４）は、お互いが隔てられて配置された一対の櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ（２１４ａ，２１４ｂ）を備えている。図３には、測定電極１１４，２１４や、絶縁板材１１２，２１２に、微粒子状物質（ＰＭ：図中、符号２にて表記）が付着した状態を示している。ＰＭが付着することにより、互いに隔てられて配置されることによって互いに絶縁されていた一対の櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ（２１４ａ，２１４ｂ）間が導通状態となる。

一対の櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ間にバッテリＢによる電圧が印加されている状態において、一対の櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ間が導通状態となると、図１に示す電極端子１１６ａ，１１６ｂ間の抵抗値が低下する。このため、電極端子１１６ａに接続された図２に示すシャント抵抗１０と電極端子１１６ｂに接続されたスイッチング素子１２とを介して、バッテリＢから測定電極１１４に流れる電流量が増加する。そしてこれにより、シャント抵抗１０の電圧降下が大きくなり、電圧センサ５０によって検出される電圧Ｖ１が上昇する。

同様に、一対の櫛歯電極２１４ａ，２１４ｂ間にバッテリＢによる電圧が印加されている状態において、一対の櫛歯電極２１４ａ，２１４ｂ間が導通状態となると、図２に示す電圧センサ５２によって検出される電圧Ｖ２が上昇する。

ここで、電圧Ｖ１が、電圧Ｖ１に対して設定された所定の閾値に到達するまでに要する時間（閾値到達時間）は、排気中のＰＭ量と相関を有する。すなわち、排気中のＰＭ量が多いほど、一対の櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ間がＰＭによって接続されるまでに要する時間が短くなるため、閾値到達時間が短くなると考えられる。しかし、ＰＭの抵抗率がＰＭが生成された温度に応じて異なるために、閾値到達時間の長さのみから排気中のＰＭ量を高精度に把握することはできない。以下、これについて説明する。

図４に、カーボンフィルムを生成する際の生成温度と、カーボンフィルムの抵抗率との関係を示す（出典「Electrical Properties of Arc-evaporated Carbon Films」Journal of Applied Physics 1956年 VOL.28）。図４に示すように、生成温度が高いほど、抵抗率が低くなっており、特に、生成温度が高いときにはグラファイトが生成され、生成温度が低いときにはアモルファスが生成される。

図５に、アモルファスカーボン、ＰＭ、およびグラファイトカーボンの抵抗率を比較して示す。ただし、ＰＭの抵抗率の棒グラフは、平均値であり、実際には、ＰＭの抵抗率には、生成温度に応じて図５に示す範囲（導電性範囲）の幅がある。

図６に、測定電極１１４に、抵抗率が高いＰＭ（低導電性ＰＭ）が付着したときの電圧の推移と、抵抗率が低いＰＭ（高導電性ＰＭ）が付着したときの電圧Ｖ１の推移とを示す。図６に示すように、低導電性ＰＭが付着した場合と比較して高導電性ＰＭが付着した場合には、電圧Ｖ１の上昇速度が大きくなる。

図７に、電圧Ｖ１の閾値を様々に設定した場合における電圧Ｖ１が閾値に到達する時間（閾値到達時間Ｔ１）を示す。図７に示すように、閾値を小さい値に設定することにより、低導電性ＰＭが付着する場合と高導電性ＰＭが付着する場合とにおける閾値到達時間Ｔ１の差が低減される。ちなみに、図７においては、低導電性ＰＭが付着する場合と高導電性ＰＭが付着する場合とについて、それぞれ２回ずつの計測結果を示している。

このように、低導電性ＰＭが付着するか高導電性ＰＭが付着するかに起因した閾値到達時間Ｔ１の変動を抑制する上では閾値を極力小さい値に設定することが望ましい。ただし、閾値を過度に小さい値に設定する場合には、ＳＮ比を高くすることができなくなる。そのため、本実施形態では、ＳＮ比を高く維持しつつも閾値を極力小さい値に設定することを狙う。具体的には、図６に一点鎖線にて示す大きさの閾値Ｖｔｈとする。しかしその場合、高導電性ＰＭが付着する場合と低導電性ＰＭが付着する場合とで、閾値到達時間Ｔ１にわずかに相違が生じている。これは、図６に例示する閾値Ｖｔｈの設定によっては、閾値到達時間Ｔ１から把握されるＰＭ量に誤差が生じることを意味する。

そこで本実施形態では、図８に示す処理によってＰＭ量を算出する。
図８は、本実施形態にかかるＰＭ量の算出処理の手順を示す。図８に示す処理は、メモリ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２が実行することによって実現される。図８に示す処理は、たとえば所定の条件が成立する都度繰り返し実行される。なお、所定の条件には、内燃機関が駆動している旨の条件や、図８に示す処理が実行されていない旨の条件が含まれる。

図８に示す一連の処理において、ＣＰＵ４２は、まず、第１センサ１００のヒータ１２０を通電することによって感知部１１０に付着したＰＭを加熱除去するとともに、第２センサ２００のヒータ２２０を通電することによって、感知部２１０に付着したＰＭを加熱除去する（Ｓ１０）。ＣＰＵ４２は、この加熱処理を、ヒータ１２０，２２０の温度が所定温度（たとえば７００°Ｃ）に達してから所定時間（たとえば１分）経過するまでの時間に渡って継続する。ＣＰＵ４２は、ヒータ１２０，２２０の温度を、ヒータ１２０，２２０の熱線１２４，２２４の抵抗値と温度との関係に基づき把握する。すなわち、ＣＰＵ４２は、ヒータ１２０，２２０に対する印加電圧を一定値とし、熱線１２４，２２４を流れる電流値を抵抗値を示すパラメータとして用いて、電流値から温度を検出する。これは、電流値と温度との関係を定めたマップをメモリ４４に予め記憶しておくことにより実現できる。

次に、ＣＰＵ４２は、第１センサ１００のヒータ１２０の通電を停止してスイッチング素子１２を閉操作することによって、測定電極１１４に電圧を印加する（Ｓ１２：図中、測定用電圧印加）。これにより、櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ間に静電場が生じて排気中のＰＭが櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ間に引き寄せられることなどから、感知部１１０にＰＭが付着する。そして、ＣＰＵ４２は、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機し（Ｓ１４：ＮＯ）、閾値Ｖｔｈに到達すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、第２センサ２００のヒータ２２０の通電を停止しスイッチング素子２２を閉操作して測定電極２１４に電圧を印加する（Ｓ１６：図中、測定用電圧印加）。そして、ＣＰＵ４２は、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機し（Ｓ１８：ＮＯ）、閾値Ｖｔｈに到達すると（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ１６の処理によって測定電極２１４に電圧を印加してから電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するまでに要した時間（閾値到達時間Ｔ１）を計測する（Ｓ２０）。また、ＣＰＵ４２は、ＰＭの抵抗率に応じた電圧Ｖ２の上昇速度の相違を表現するパラメータとしての電圧Ｖｃに、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達した時点における電圧Ｖ１を代入してメモリ４４に記憶する（Ｓ２２）。すなわち、「Ｖｃ−Ｖｔｈ」は、測定電極１１４の抵抗値が閾値Ｖｔｈに対応する値（抵抗値の閾値）となってから「Ｔ１」経過するまでの電圧の上昇量であり、且つ、閾値Ｖｔｈは、定数であるため、電圧Ｖｃは、測定電極１１４の抵抗値が閾値Ｖｔｈに対応する値となってから「Ｔ１」経過するまでの電圧の上昇量と１対１の対応関係を有する。このため、電圧Ｖｃを、抵抗値の変化速度を示すパラメータと見なすことができる。

次に、ＣＰＵ４２は、電圧Ｖｃに基づき、メモリ４４に記憶されたマップを用いて、抵抗率を算出する（Ｓ２４）。図９に、マップが表現する電圧Ｖｃと抵抗率との関係を示す。図９に示すように、電圧Ｖｃが高いほど抵抗率は低い値とされる。これは、高導電性ＰＭが付着した場合には低導電性ＰＭが付着した場合と比較して、シャント抵抗１０の電圧Ｖ１の上昇速度が高くなることを反映したものである。なお、マップとは、入力変数（ここでは、電圧Ｖｃ）の離散的な値のそれぞれと出力変数（ここでは、抵抗率）の値との組のデータである。なお、ＣＰＵ４２は、出力変数の値を算出する際の入力変数の実際の値が、マップの入力変数の値のいずれにも一致しない場合、補間演算によって出力変数の値を算出する。なお、マップは、抵抗率に応じた電圧Ｖｃの大きさを予め実験等に基づき計測することによって作成されるものであり、メモリ４４に予め記憶されているものである。

図８に戻り、ＣＰＵ４２は、メモリ４４に記憶されたマップを用いて、抵抗率に基づき、閾値到達時間Ｔ１の補正率を算出する（Ｓ２６）。図１０に、マップが表現する抵抗率と補正率との関係を示す。図１０に示すように、抵抗率が大きいほど補正率を小さくする。これは、抵抗率の相違による閾値到達時間Ｔ１の変動を低減し、補正率によって補正された閾値到達時間Ｔ１を、抵抗率が所定値であるときの時間に規格化するための設定である。

図８に戻り、ＣＰＵ４２は、閾値到達時間Ｔ１を補正率にて補正する（Ｓ２８）。これにより、ステップＳ２０によって測定された閾値到達時間Ｔ１が同一である場合、電圧Ｖｃが高いときほど、すなわち、測定電極１１４の抵抗値の低下速度が大きいときほど、補正された閾値到達時間Ｔ１は短い値とされる。

なお、ＣＰＵ４２は、ステップＳ２８の処理が完了する場合、図８に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。

図１１に、シャント抵抗１０の電圧Ｖ１（図中、第１センサ出力）およびシャント抵抗２０の電圧Ｖ２（図中、第２センサ出力）の推移を示す。
図１１に示すように、ＣＰＵ４２は、スイッチング素子１２を閉操作し（ＳＷオン）、第１センサ１００の測定電極１１４に電圧を印加した後、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達すると、スイッチング素子２２を閉操作し（ＳＷオン）、第２センサ２００の測定電極２１４に電圧を印加する。そして、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達すると、ＣＰＵ４２は、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達する際の閾値到達時間Ｔ１を、そのときの電圧Ｖ１の値である電圧Ｖｃに基づき補正し、補正した閾値到達時間Ｔ１によって、ＰＭ量を把握する。

すなわち、図６に示したように、感知部１１０に付着しているＰＭの導電性の相違は、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達した後の電圧Ｖ１の値に顕在化する。一方、電圧Ｖｃには、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達した後の電圧の上昇速度の情報が含まれていることから、電圧Ｖｃは、感知部１１０に付着しているＰＭの導電性、すなわち抵抗率の情報を含んでいることとなる。そして、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するのに要した閾値到達時間Ｔ１が同一である場合、電圧Ｖｃが高いほど、すなわち測定電極１１４の抵抗値の低下速度が大きいほど補正後の値が短くなるように閾値到達時間Ｔ１を補正する。このため、補正された閾値到達時間Ｔ１は、ＰＭの抵抗率が基準となる値であるとした場合のＰＭ量に応じた時間となる。このため、ＣＰＵ４２は、補正された閾値到達時間Ｔ１に基づきＰＭ量を把握することができる。すなわち、たとえば、閾値到達時間Ｔ１が短いほど、ＰＭ流量が多いと判断することができる。そしてこれにより、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するのに要する時間のみからＰＭ量を検出する場合よりも、すなわち補正前の閾値到達時間Ｔ１のみからＰＭ量を検出する場合よりも、より高精度にＰＭ量を検出できる。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
（１）第２センサ２００を用いて計測した閾値到達時間Ｔ１を、閾値到達時間Ｔ１の計測期間における電圧Ｖ１の上昇速度情報を有する電圧Ｖｃに基づき補正した。これにより、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するまでの期間と、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈから電圧Ｖｃへと上昇する期間とが共通となるため、それら一対の期間は、排気中のＰＭ量やＰＭの生成温度、排気の流速等が同じ条件となる期間となる。このため、それらの期間が相違する場合と比較すると、閾値到達時間Ｔ１を補正するうえで参照されるパラメータとして電圧Ｖｃがより適切なものとなることから、補正率にて補正された閾値到達時間Ｔ１が、ＰＭ量をより高精度に表現することとなる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１２に、本実施形態において利用するセンサを示す。図１２に示すように、本実施形態では、第１センサ１００および第２センサ２００に加えて、第３センサ３００を備えている。第３センサ３００は、感知部１１０およびヒータ１２０に相当する感知部３１０およびヒータ３２０を備えている。感知部３１０は、感知部１１０の絶縁板材１１２、測定電極１１４および電極端子１１６ａ，１１６ｂに相当する絶縁板材３１２、測定電極３１４および電極端子３１６ａ，３１６ｂを備えている。一方、ヒータ３２０は、ヒータ１２０の絶縁板材１２２、熱線１２４および電極端子１２６に相当する、絶縁板材３２２、熱線３２４および電極端子３２６を備えている。

図１３に、本実施形態にかかるＰＭ検出装置を示す。なお、図１３において、図１に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
図１３に示すように、第３センサ３００の測定電極３１４には、シャント抵抗３０が直列接続されており、測定電極３１４およびシャント抵抗３０の直列接続体には、スイッチング素子３２が閉状態となる場合、バッテリＢの電圧が印加される。また、シャント抵抗３０の電圧降下（電圧Ｖ３）は、電圧センサ５４によって検出される。

図１４に、本実施形態にかかるＰＭ検出処理を、電圧Ｖ１（図中、第１センサ出力）、電圧Ｖ２（図中、第２センサ出力）、および電圧Ｖ３（図中、第３センサ出力）の推移とともに示す。

図１４に示すように、第１センサ１００において、測定電極１１４に電圧を印加して電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達するのを待機している期間においては、第２センサ２００を用いて加熱処理が実行される。そして、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達すると、第２センサ２００において、測定電極２１４に電圧を印加して電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機する。電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機する期間においては、第３センサ３００を用いて加熱処理が実行される。そして、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに到達することにより第２センサ２００を用いた閾値到達時間Ｔ１の計測がなされた時点における電圧Ｖ１を用いて、第２センサ２００を用いて計測された閾値到達時間Ｔ１が補正される。

一方、第２センサ２００を用いた閾値到達時間Ｔ１の計測が終了すると、第３センサ３００において、測定電極３１４に電圧を印加して電圧Ｖ３が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機する。そして、電圧Ｖ３が閾値Ｖｔｈに到達すると、電圧Ｖ３が閾値Ｖｔｈに到達するまでの閾値到達時間Ｔ１が計測され、そのときの電圧Ｖ２を用いて、第３センサ３００を用いて計測した閾値到達時間Ｔ１が補正される。

第３センサ３００を用いた閾値到達時間Ｔ１の計測が終了すると、第１センサ１００において、測定電極１１４に電圧を印加して電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機する。そして、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達すると、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達するまでの閾値到達時間Ｔ１が計測され、そのときの電圧Ｖ３を用いて、第１センサ１００を用いて計測した閾値到達時間Ｔ１が補正される。

なお、上記加熱処理は、その所要時間が長くなることがありうる。図１５に、その場合のＰＭ検出処理を示す。図１５に示す例は、電圧Ｖ３が閾値Ｖｔｈに達した時点において、未だ第１センサ１００においてヒータ１２０が所定温度に達してから所定時間が経過していないために、測定電極１１４に電圧を印加する処理へと移行できなかった例である。

図１４に示すケースおよび図１５に示すケースのいずれにせよ、図１６に示すように、第１センサ１００および第２センサ２００のみを用いる場合と比較すると、閾値Ｖｔｈに到達するのを待機する期間の密度が高くなる。換言すれば、図１４〜図１６において「総検出時間」と記載している時間が長くなる。このため、ＰＭ量の検出をより緻密に行うことができる。

＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

第１の実施形態では、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とをともに用いて、すなわち、第１センサ１００と第２センサ２００とをともに用いて一度のＰＭ量の検出処理を実行した。これに対し、本実施形態では、第１センサ１００を用いたＰＭ量の検出処理と、第２センサ２００を用いたＰＭ量の検出処理とを、独立に実行する。

図１７に、第１センサ１００を用いたＰＭ検出処理の手順を示す。図１７に示す処理は、メモリ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２が実行することにより実現される。図１７に示す処理は、第１センサ１００のヒータ１２０を通電することによる感知部１１０の加熱処理が停止されることを条件に、繰り返し実行される。ちなみに、第２センサ２００を用いたＰＭ検出処理も、図１７に示した処理と同様である。

図１７に示す一連の処理において、ＣＰＵ４２は、まず、スイッチング素子１２を閉操作して測定電極１１４に電圧を印加する（Ｓ３０）。そしてＣＰＵ４２は、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに到達するまで待機し（Ｓ３２：ＮＯ）、到達した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、閾値到達時間Ｔ１を計測する（Ｓ３４）。

そして、ＣＰＵ４２は、閾値Ｖｔｈに到達してから、閾値到達時間Ｔ１と同じ長さの時間が経過するまで待機し（Ｓ３６：ＮＯ）、経過した場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、そのときの電圧Ｖ１を電圧Ｖｃとしてメモリ４４に記憶する（Ｓ３８）。

図１８に、この処理を示す。すなわち、時刻ｔ１に測定電極１１４に電圧を印加した後、時刻ｔ２に、図１８において実線にて示す電圧Ｖ１が図１８において一点鎖線にて示す閾値Ｖｔｈ以上となることにより、閾値到達時間Ｔ１を計測する。そして、その後、閾値到達時間Ｔ１と同じ長さの時間Ｔ２が経過する時刻ｔ３における電圧Ｖ１を、電圧Ｖｃとしてメモリ４４に記憶する。

図１７に戻り、ＣＰＵ４２は、第１センサ１００のヒータ１２０による感知部１１０の低温加熱処理を実行する（Ｓ４０）。ここで、低温加熱処理は、感知部１１０に付着したＰＭのうち可溶性有機成分（ＳＯＦ）を選択的に揮発させて除去することを狙ったものであり、感知部１１０を、上記加熱処理よりも低い所定温度（たとえば２００°Ｃ程度）に加熱する処理である。ＣＰＵ４２は、低温加熱処理を実行するとともに、電圧Ｖ１が安定するまで電圧Ｖ１を監視し（Ｓ４２：ＮＯ）、電圧Ｖ１が安定した場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、そのときの電圧Ｖ１を、電圧Ｖｅとしてメモリ４４に記憶する（Ｓ４４）。

図１８に、この処理を示す。時刻ｔ３において、図１８に二点鎖線にて示すヒータ１２０の温度を上昇させる。これにより、感知部１１０に付着したＰＭのうちＳＯＦが揮発するために、測定電極１１４の抵抗値が低下し、シャント抵抗１０に流れる電流が増加して電圧Ｖ１が上昇する。そして、感知部１１０に付着したＰＭ中のＳＯＦがほぼ揮発することによって、電圧Ｖ１の上昇速度が低下し、電圧Ｖ１が安定した時刻ｔ４において、そのときの電圧Ｖ１を、電圧Ｖｅとしてメモリ４４に記憶する。

参考のため、図１９に、すす（Ｓｏｏｔ）のみからなるＰＭの抵抗値（図１９左側）と、すすおよびＳＯＦからなるＰＭの抵抗値（図１９中央）と、すすおよびＳＯＦからなるＰＭをヒータで低温加熱した後の抵抗値（図１９右側）とを示す。図１９に示すように、すすおよびＳＯＦからなるＰＭが低温加熱されることによって、抵抗値が低下する。

図１７に戻り、ＣＰＵ４２は、閾値到達時間Ｔ１を、電圧Ｖｃに基づき図９および図１０によって示されたマップを用いて補正する処理と、この補正された値を、電圧Ｖｅと電圧Ｖｃとの比「Ｖｅ／Ｖｃ」に基づきさらに補正する処理とを実行する（Ｓ４６）。ここで、電圧Ｖｅと電圧Ｖｃとの比に基づく補正処理は、感知部１１０に付着したＰＭのうちＳＯＦの影響分を補正するためのものである。

この補正は、図２０に示すように、ＰＭ中にＳＯＦが含まれる場合と含まれない場合とで、閾値到達時間Ｔ１が変動することに鑑みたものである。図２１に、ＰＭ中にＳＯＦが含まれていない場合に対するＳＯＦが含まれている場合の閾値到達時間Ｔ１の増加率を示す。ここで、電圧Ｖｅと電圧Ｖｃとの比「Ｖｅ／Ｖｃ」は、感知部１１０に付着したＰＭ中のＳＯＦの割合を把握するためのパラメータであり、比が大きいほど、ＳＯＦの割合が多いことを意味する。このため、補正前の閾値到達時間Ｔ１が同一である場合、比が大きいほど閾値到達時間Ｔ１を小さい値に補正することにより、感知部１１０に付着しているＰＭが、ＳＯＦを含まないものである場合の値に規格化する。

なお、図２０および図２１に示すデータは、単位時間当たりに第１センサ１００に近接する上流側の領域を通過する排気中のＰＭ濃度を変化させてＰＭの流量を一定としたデータである。図２０および図２１に示すように、閾値到達時間Ｔ１は、排気の流速によっても変化する。これは、流速が大きくなると、感知部１１０に付着することなく通り過ぎるＰＭ量が多くなるためである。このため、閾値到達時間Ｔ１を、流速に応じてさらに補正し、流速が所定の値であるときの値に規格化することが望ましい。ここで、排気の流速は、吸気通路にエアフローメータを備えておくとともに、排気通路に排気温センサを備えておき、それらの検出値に基づき算出することができる。ここで、排気の流速は、吸入空気量が一定である場合、排気温が高いほど大きくなる。

図１７に戻り、ＣＰＵ４２は、第１センサ１００のヒータ１２０を通電することによる感知部１１０の加熱処理を実行する（Ｓ４８）。
なお、ＣＰＵ４２は、ステップＳ４８の処理を完了する場合、図１７に示す一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、電圧Ｖｃと電圧Ｖｅとの比に基づく補正処理を実行することにより、この処理を実行しない場合と比較して、閾値到達時間Ｔ１を、ＰＭ量を把握する上でより高精度な値とすることができる。

＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、第１の実施形態による閾値到達時間Ｔ１を電圧Ｖｃによって補正する処理と、第３の実施形態における電圧Ｖｅおよび電圧Ｖｃの比に基づく補正処理とを組み合わせる。

図２２に、本実施形態にかかるＰＭ検出処理の手順を示す。図２２に示す処理は、メモリ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２が実行することにより実現される。図２２に示す処理は、所定の条件が成立する都度繰り返し実行される。なお、所定の条件には、内燃機関が駆動している旨の条件や、図２２の処理が実行されていない旨の条件が含まれる。

図２２に示す一連の処理においては、ＣＰＵ４２は、図８のステップＳ１０〜Ｓ２２と同様の処理を実行した後、図１７のステップＳ４０〜Ｓ４６の処理と同様の処理を実行する。ただし、ここで、電圧Ｖｅおよび電圧Ｖｃの比や電圧Ｖｃに基づく補正対象となる閾値到達時間Ｔ１は、ステップＳ２０の処理によって得られたものである。

上記実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて第３の実施形態の効果が得られる。
＜対応関係＞
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。なお、以下において、「メモリ４４に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するＣＰＵ４２」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するＣＰＵ４２」と記載する。加熱処理部は、図８および図２２におけるステップＳ１０の処理を実行するＣＰＵ４２に対応し、また、図１７におけるステップＳ４８の処理を実行するＣＰＵ４２に対応する。印加処理部は、図８および図２２におけるステップＳ１２，Ｓ１６の処理を実行するＣＰＵ４２に対応し、また、図１７におけるステップＳ３０の処理を実行するＣＰＵ４２に対応する。時間検出処理部は、図８および図２２におけるステップＳ２０の処理を実行するＣＰＵ４２に対応し、図１７におけるステップＳ３４の処理を実行するＣＰＵ４２に対応する。また、補正処理部は、図８におけるステップＳ２８の処理を実行するＣＰＵ４２に対応し、また、図１７および図２２におけるステップＳ４６の処理を実行するＣＰＵ４２に対応する。

なお、「測定電極の抵抗値の検出」は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の検出に対応し、「測定電極の抵抗値が閾値以下となる」ことは、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が閾値Ｖｔｈ以上となることに対応する。また、「測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度」は、実施形態においては電圧Ｖｃとして定量化されている。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「センサについて」
第１の実施形態や第３の実施形態、第４の実施形態において、第１センサ１００および第２センサ２００を別体とする代わりに、図２３に示すように、一体としてもよい。図２３は、変形例のセンサの分解平面図である。なお、図２３において、図１に示した部材に相当するものについては、便宜上同一の符号を付している。

図２３に示すように、絶縁板材１１２には、第１センサ１００の測定電極１１４と第２センサ２００の測定電極２１４とが形成されている。測定電極１１４を構成する櫛歯電極１１４ａは、電極端子１１６ａに接続され、測定電極２１４を構成する櫛歯電極２１４ａは、電極端子２１６ａに接続されている。そして、測定電極１１４を構成する櫛歯電極１１４ｂと測定電極２１４を構成する櫛歯電極２１４ｂとは、電極端子１１６ｂに接続されている。また、絶縁板材１２２には、第１センサ１００の熱線１２４と、第２センサ２００の熱線２２４とが形成されている。

第２の実施形態において、第１センサ１００、第２センサ２００、および第３センサ３００を別体とする代わりに、図２４に示すように、一体としてもよい。図２４は、変形例のセンサの分解平面図である。なお、図２４において、図１２に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。

図２４に示すように、絶縁板材１１２には、第１センサ１００の測定電極１１４と第２センサ２００の測定電極２１４と第３センサ３００の測定電極３１４とが形成されている。また、絶縁板材１２２には、第１センサ１００の熱線１２４と、第２センサ２００の熱線２２４と、第３センサ３００の熱線３２４と、が形成されている。

・「測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度について」
第１の実施形態や第２の実施形態、第４の実施形態においては、測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度を、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈに達してから電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに達するまでの電圧Ｖ１の変化を示す電圧Ｖｃによって定量化したが、これに限らない。たとえば、第２センサ２００の測定電極２１４に電圧を印加するタイミングを、電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈとは異なる所定値に達するタイミングとし、電圧Ｖ２が閾値Ｖｔｈに達するときの電圧Ｖ１の値によって定量化してもよい。

・「制御装置について」
制御装置４０が、ＣＰＵ４２およびメモリ４４を備えて、上述した各種処理を全てソフトウェア処理するものに限らない。たとえば、閾値到達時間Ｔ１の補正処理を、専用のハードウェア（特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）にて処理するなど、少なくとも一部の処理を実行するＡＳＩＣを備えたものであってもよい。

・「そのほか」
上記実施形態では、図９に傾向を示すマップと図１０に傾向を示すマップとを用いたが、これに限らず、電圧Ｖｃと補正率との関係を定める１次元マップを用いてもよい。

測定電極としては、互いに絶縁された一対の櫛歯電極を備えるものに限らず、たとえば、図１に示した櫛歯電極１１４ａ，１１４ｂ同士がわずかに接続されたものであってもよい。

上記第３の実施形態で、第２センサ２００を削除してもよい。

１０…シャント抵抗、１２…スイッチング素子、２０…シャント抵抗、２２…スイッチング素子、３０…シャント抵抗、３２…スイッチング素子、４０…制御装置、４２…ＣＰＵ、４４…メモリ、５０，５２，５４…電圧センサ、１００…第１センサ、１１０…感知部、１１２…絶縁板材、１１４…測定電極、１１４ａ，１１４ｂ…櫛歯電極、１１６ａ，１１６ｂ…電極端子、１２０…ヒータ、１２２…絶縁板材、１２４…熱線、１２６…電極端子、２００…第２センサ、２１０…感知部、２１２…絶縁板材、２１４…測定電極、２１４ａ，２１４ｂ…櫛歯電極、２１６ａ，２１６ｂ…電極端子、２２０…ヒータ，２２２…絶縁板材、２２４…熱線、２２６…電極端子、３００…第３センサ、３１０…感知部、３１２…絶縁板材、３１４…測定電極、３１６ａ，３１６ｂ…電極端子、３２０…ヒータ、３２２…絶縁板材、３２４…熱線、３２６…電極端子。

Claims (1)

1. 被検出ガス中に配置される測定電極の抵抗値の変化に基づき、前記被検出ガス中のＰＭ量を検出するＰＭ検出装置において、
   前記測定電極を加熱する加熱処理部と、
   前記測定電極に電圧を印加する印加処理部と、
   前記加熱処理部によって前記測定電極を加熱する処理が完了した状態で前記印加処理部によって電圧の印加が開始されてから前記測定電極の抵抗値が閾値以下となるまでに要した時間である閾値到達時間を検出する時間検出処理部と、
   前記測定電極の抵抗値が前記閾値以下となった後の前記抵抗値の低下速度に基づき、該低下速度が大きい場合に小さい場合よりも短くなるように前記時間検出処理部によって検出された前記閾値到達時間を補正する補正処理部と、を備え、
   前記補正された前記閾値到達時間を、前記被検出ガス中のＰＭ量を示すパラメータとするＰＭ検出装置。

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