JP5196012B2 - Ｐｍセンサ、排気ガスのｐｍ量検知装置、内燃機関の異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＰＭセンサ、排気ガスのＰＭ量検知装置、内燃機関の異常検出装置に関する。

従来、例えば、特開平８−２８４６４４号公報に開示されているように、排気ガス中のパティキュレートマターをフィルタリングするためのパティキュレートフィルタを備えた内燃機関が知られている。以下、パティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ：粒子状物質）を、単に「パティキュレート」あるいは「ＰＭ」とも呼称する。

上記従来の内燃機関は、フィルタの差圧を検知する圧力センサを備えている。パティキュレート量の多い排気ガスがフィルタに流れ込むと、これに応じてフィルタ内のパティキュレート量は増加する。フィルタの差圧も、これに追随して変化する。従って、フィルタの差圧を検知することによって、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

他に、パティキュレート量検知用の構成として、特開２００７−３２４９０号公報や特開２００８−６４６２１号公報の構成が公知である。

特開平８−２８４６４４号公報 特開２００７−３２４９０号公報 特開２００８−６４６２１号公報

近年のエミッション規制強化に伴い、パティキュレート量を検知するためのセンサのニーズが高まっている。しかし、現在の技術水準において、実用に耐えうるオンボード用のＰＭセンサやＰＭ量検知装置は、未だ登場していない。パティキュレート量を検知するためのＰＭセンサやＰＭ量検知装置の開発が急務である。また、内燃機関のパティキュレートフィルタに異常が発生した場合には、速やかに対策を取る必要がある。パティキュレートフィルタの異常検知技術も、更なる技術進歩が望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パティキュレートマター量を検知することのできるＰＭセンサ、排気ガスのＰＭ量検知装置を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、パティキュレートフィルタの異常検出を行うことのできる、内燃機関の異常検出装置を提供することである。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＰＭセンサであって、
内燃機関の排気通路のガスのうち一部を摘出して流入させる流入口と、
前記流入口に流入したガスの中のパティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ）をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタに取り付けられ、前記フィルタの温度を変化させることができるヒータと、
前記フィルタを通過したガスを前記排気通路へと流出させる流出口と、
前記流出口側に配置され、前記フィルタを通過したガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサ素子と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記流入口側に配置され、前記流入口から前記フィルタに流れ込むガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサ素子を、さらに備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記流出口側の前記酸素濃度センサ素子および前記流入口側の前記酸素濃度センサ素子が、空燃比センサ素子であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記空燃比センサ素子は、ヒータを備え、作動時に該ヒータにより所定温度に加熱され、
前記空燃比センサ素子の温度が前記所定温度であるときに、前記フィルタが前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されない程度の温度になるように、前記フィルタと前記空燃比センサ素子とが離間されていることを特徴とする。

第５の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスのＰＭ量検知装置であって、
内燃機関の排気通路に備えられ、前記排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ）をフィルタリングするフィルタと、
前記排気通路内における前記フィルタの下流に配置され、前記フィルタを通過したガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサ素子と、
前記フィルタに取り付けられたヒータと、
前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されるまで前記フィルタが加熱されるように、前記ヒータを制御する加熱制御手段と、
前記加熱制御手段の前記制御後に、前記フィルタの温度が前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されない温度以下になるように、前記ヒータを制御する温度低減制御手段と、
前記フィルタの温度が前記温度以下になったあと、前記酸素濃度センサ素子の出力を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記出力に基づいて、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
前記取得手段が、前記フィルタの温度が前記温度以下になったあと、所定時間が経過したときに、前記酸素濃度センサ素子の出力を取得し、
前記フィルタの温度が前記温度以下になったあと、前記取得手段の前記出力の取得タイミングまでに前記フィルタに流れ込んだ排気ガス量の積算値を算出する手段を備え、
前記算出手段が、前記取得手段により取得された前記出力と、前記所定時間と、前記積算値と、に基づいて、単位時間当たりおよび単位体積当たりの、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出することを特徴とする。

また、第７の発明は、第５または６の発明において、
前記排気通路内における前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタに流れ込む排気ガスの酸素濃度に応じて出力を変化させることのできる酸素濃度センサ素子を、さらに備え、
前記算出手段が、前記フィルタ上流側の前記酸素濃度センサ素子の出力と前記フィルタ下流側の前記酸素濃度センサ素子の出力との差に基づいて、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出することを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、
前記フィルタ下流側の前記酸素濃度センサ素子および前記フィルタ上流側の前記酸素濃度センサ素子が、空燃比センサ素子であることを特徴とする。

また、第９の発明は、第８の発明において、
前記フィルタ下流側の前記空燃比センサと、前記フィルタ上流側の前記空燃比センサと、の間の出力偏差を校正する校正手段をさらに備えることを特徴とする。

第１０の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスのＰＭ量検知装置であって、
内燃機関の排気通路に備えられ、前記排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ）をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタに取り付けられたヒータと、
前記フィルタの温度が前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されない温度以下になるように、前記ヒータを制御する温度低減制御手段と、
前記温度低減制御手段の前記制御により前記フィルタの温度が前記温度以下になったときから所定期間が経過した後に、前記フィルタの温度が前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去される温度以上になるように、前記ヒータを制御する加熱制御手段と、
前記加熱制御手段の前記制御が行われているときに、前記フィルタ内のパティキュレートマターを除去するために前記ヒータが消費した電力消費量を検知する電力量検知手段と、
前記電力量検知手段により検知された前記電力消費量に基づいて、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記電力量検知手段は、
前記加熱制御手段の前記制御の開始後に、前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されたか否かを判定する判定手段と、
前記加熱制御手段の前記制御の開始から前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されたと判定されるまでの期間の、前記ヒータの電力消費量を算出する電力量算出手段と、
前記電力量算出手段が算出した前記電力消費量に基づいて、前記フィルタ内のパティキュレートマターを除去するために前記ヒータが消費した前記電力消費量を算出する手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第１２の発明は、第１１の発明において、
前記排気通路内における前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタに流入するガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる上流側酸素濃度センサと、
前記排気通路内における前記フィルタの下流に配置され、前記フィルタから流出するガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる下流側酸素濃度センサと、を備え、
前記判定手段は、前記上流側酸素濃度センサの出力と前記下流側酸素濃度センサの出力との差に基づいて、前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されたか否かを判定することを特徴とする。

第１３の発明は、上記の他の目的を達成するため、内燃機関の異常検出装置であって、
内燃機関の排気通路に備えられたパティキュレートフィルタの下流に配置され、前記パティキュレートフィルタから流出するガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサと、
前記パティキュレートフィルタを再生するように、前記パティキュレートフィルタを加熱する加熱手段と、
前記パティキュレートフィルタの前記再生後における前記下流の前記酸素濃度センサの出力に基づいて、前記パティキュレートフィルタの異常を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１４の発明は、第１３の発明において、
前記パティキュレートフィルタの上流に配置され、排気ガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサを、さらに備え、
前記検出手段が、前記上流の前記酸素濃度センサの出力に対する前記下流の前記酸素濃度センサの出力の差に基づいて、前記パティキュレートフィルタの異常を検出することを特徴とする。

また、第１５の発明は、第１４の発明において、
前記パティキュレートフィルタの前記上流と前記下流とにそれぞれ配置された前記酸素濃度センサが、空燃比センサであることを特徴とする。

第１の発明によれば、酸素濃度センサ素子が、フィルタ内のパティキュレート量が多いほど、低い酸素濃度の出力を示す。酸素濃度センサ素子の出力に基づいて、フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を検知することができる。更に、ヒータによってフィルタのパティキュレートを加熱除去できるため、パティキュレート量検知を繰り返し行うことができる。

第２の発明によれば、フィルタ上流側とフィルタ下流側に、それぞれ酸素濃度センサ素子が備えられる。これらの酸素濃度センサ素子の出力差が、フィルタ内のパティキュレート量に高精度に対応する。これらの酸素濃度センサ素子の出力差に基づいて、フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を高い精度で検知することができる。

第３の発明によれば、第１または２の発明において、空燃比センサ素子が、酸素濃度センサ素子として用いられる。排気ガスの酸素濃度を検知するセンサとしては、空燃比センサが高い実績を持っている。空燃比センサ素子を利用することにより、高い信頼度で、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

第４の発明によれば、次の効果が得られる。空燃比センサは、一般に、所定の活性温度に加熱された状態で作動する。一方、フィルタが特定温度以上に高温になると、パティキュレートが、フィルタ内に蓄積されることなく燃焼してしまう。第４の発明によれば、空燃比センサの温度が活性温度である間も、フィルタがパティキュレートを保持することが確実に可能である。その結果、空燃比センサが活性温度である間も、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

第５の発明によれば、フィルタが十分に高温に加熱された後、フィルタの温度がパティキュレート捕集可能な程度まで低下するように、ヒータが制御される。このヒータ制御の後、フィルタにパティキュレートが捕集されていくとともに、酸素濃度センサ素子の出力が取得される。フィルタ内のパティキュレート量が多ければ多いほど、フィルタ下流のガスの酸素濃度はより低くなり、酸素濃度センサ素子の出力がより低い酸素濃度の値を示す。従って、酸素濃度センサ素子の出力に基づいて、フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を算出することができる。これにより、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

第６の発明によれば、単位時間当たりおよび単位体積当たりの、排気ガスのパティキュレート量を算出することができる。

第７の発明によれば、フィルタ上流側とフィルタ下流側に、それぞれ酸素濃度センサ素子が備えられる。これらの酸素濃度センサ素子の出力差が、フィルタ内のパティキュレート量に高精度に対応する。これらの酸素濃度センサ素子の出力差に基づいて、フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を高い精度で検知することができる。

第８の発明によれば、空燃比センサ素子が、酸素濃度センサ素子として用いられる。排気ガスの酸素濃度を検知するセンサとしては、空燃比センサが高い実績を持っている。空燃比センサ素子を利用することにより、高い信頼度で、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

第９の発明によれば、複数の空燃比センサの間の出力ずれを校正することができる。これにより、より精度の高いパティキュレート量検知を行うことができる。

第１０の発明によれば、パティキュレートの量を検知することができる。排気ガス中のパティキュレート量が多ければ多いほど、単位時間内にフィルタに捕集されるパティキュレート量がより多くなる。フィルタ内のパティキュレート量が多ければ多いほど、フィルタ内のパティキュレートを除去するために必要なヒータ電力消費量もより多くなる。従って、フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を、ヒータ電力消費量に基づいて算出することができる。

第１１の発明によれば、フィルタ内のパティキュレートが除去されるまでにヒータで消費された消費電力量を、正確に算出することができる。

第１２の発明によれば、フィルタ内のパティキュレートが除去されたか否かを、高精度に判定することができる。

第１３の発明によれば、パティキュレートフィルタ下流に、酸素濃度センサが備えられる。パティキュレートフィルタがパティキュレートを正常に捕集できていれば、フィルタ内にパティキュレートが蓄積していき、パティキュレート蓄積の影響がこの酸素濃度センサの出力に表れるはずである。従って、この酸素濃度センサの出力に基づいて、パティキュレートフィルタの異常を検出することができる。

第１４の発明によれば、パティキュレートフィルタの上流と下流に、それぞれ酸素濃度センサ素子が備えられる。これらの酸素濃度センサ素子の出力差が、パティキュレートフィルタ内のパティキュレート量に高精度に対応する。これらの酸素濃度センサ素子の出力差に基づいて、高い信頼度で、パティキュレートフィルタの異常を検出することができる。

第１５の発明によれば、第１４の発明において、空燃比センサが、酸素濃度センサとして用いられる。排気ガスの酸素濃度を検知するセンサとしては、空燃比センサが高い実績を持っている。空燃比センサを利用することにより、高い信頼度で、パティキュレートフィルタの異常を検出することができる。

本発明の実施の形態１にかかるＰＭセンサおよび排気ガスのＰＭ量検知装置の構成を示す図である。 図１の構成を矢印Ａの向きに見た図である。 実施の形態１にかかるＰＭ量検知動作を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。 ΔＩ_Ｌの値とパティキュレート量（ＰＭ量）との間の相関線のマップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３にかかる内燃機関の異常検出装置の構成を示す図である。 実施の形態３においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。

２ 内燃機関
１０ 排気管
２０ 仕切
２２、２４ 空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
３０ フィルタ
３２ ヒータ
３４ ヒータ制御部
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
１３０ ＤＰＦ

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかるＰＭセンサおよび排気ガスのＰＭ量検知装置の構成を示す図である。図２は、図１の構成を矢印Ａの向きに見た図である。実施の形態１にかかるＰＭセンサおよび排気ガスのＰＭ量検知装置は、車両用内燃機関に好適である。

実施の形態１のＰＭセンサおよびＰＭ量検知装置は、内燃機関２の排気管１０に搭載される。内燃機関２の気筒数や方式に限定は無い。なお、図１の内燃機関２は、便宜上、簡略に図示してある。排気管１０には、空燃比センサ２２、フィルタ３０、空燃比センサ２４が、排気ガスの流れ方向に順次取り付けられている。以下の説明では、簡略化のため、空燃比センサを「Ａ／Ｆセンサ」とも称す。実施の形態１では、図１に示す仕切２０が備えられる。仕切２０は、図１の紙面左側と紙面右側がそれぞれ開口している。排気ガスが、図１紙面左側から仕切２０の内部を通って図１紙面右側へと流れる。

フィルタ３０は、小型の微粒子捕集用フィルタである。フィルタ３０は、所謂ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel particulate filter:ＤＰＦ）を小型化したものである。以下、パティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ：粒子状物質）を、単に「パティキュレート」あるいは「ＰＭ」とも呼称する。

フィルタ３０には、内燃機関２の排気管１０を流れる排気ガスの一部が流入する。フィルタ３０は、流入した排気ガスのパティキュレートをフィルタリングすることができる。これに伴い、フィルタ３０内部にはパティキュレートが蓄積していく。その結果、フィルタ３０が、パティキュレートを、捕まえて集めることができる（つまり、捕集することができる）。

フィルタ３０は、材質や具体的構成をＤＰＦに模して、その外形をＤＰＦよりも小さくすることによって、形成することができる。フィルタ３０の詳細な構造は、必ずしもＤＰＦと同一または相似でなくともよい。図２に示すように、フィルタ３０の外形寸法は、排気管１０の内径と比べて小さい。このため、排気ガスのうち、一部のガスはフィルタ３０へと流入し、残りのガスはフィルタ３０へ流入せずにそのまま排気管１０下流へと流れる。

Ａ／Ｆセンサ２２、２４は、限界電流式のＡ／Ｆセンサである。限界電流式のＡ／Ｆセンサは、雰囲気の酸素濃度言い換えれば被検出ガスの酸素濃度に応じて異なる限界電流値を示す。この限界電流値は、酸素濃度に応じて比例的に変化する。このため、Ａ／Ｆセンサ２２は、フィルタ３０の上流の排気ガスの酸素濃度に応じて、出力を変化させる。また、Ａ／Ｆセンサ２４も、フィルタ３０の下流の排気ガスの酸素濃度に応じて、出力を変化させる。

Ａ／Ｆセンサ２２、２４は、被検出ガスつまり排気ガスに晒される外側電極と、待機に晒される内側電極と、この外側電極および内側電極に挟まれた酸素イオン導電性電解質と、を備えている。酸素イオン導電性電解質は、例えば信頼性の高いＺｒＯ_２が好ましく用いられる。Ａ／Ｆセンサ２２、２４の具体的構成に特に限定は無いため、これ以上の説明は省略する。

Ａ／Ｆセンサ２２、２４は、内蔵のヒータによりエンジン始動時に所定の活性温度まで加熱され、その後この活性温度で空燃比のセンシングを行う。図１に示すように、フィルタ３０とＡ／Ｆセンサ２２、２４は、所定距離を離間されている。フィルタ３０とＡ／Ｆセンサ２２、２４との間の距離は、Ａ／Ｆセンサ２２、２４が活性温度にあるときでもフィルタ３０内にパティキュレートが燃焼せずに存在できる程度に、大きい距離である。

フィルタ３０は、小型のヒータであるヒータ３２を備えている。ヒータ３２は、ヒータ制御部３４に接続している。ヒータ３２によりフィルタ３０内を高温にし、フィルタ３０内のパティキュレートを除去することができる。これにより、フィルタ３０内のパティキュレート量を零にすることができ、フィルタ３０の再生（捕集能力の再生）を行うことができる。

実施の形態１では、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が、Ａ／Ｆセンサ２２、２４、およびヒータ制御部３４と接続している。ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力をそれぞれ取得できる。以下、説明の便宜上、Ａ／Ｆセンサ２２の限界電流値を、出力電流値Ｉ_Ｌ１あるいは出力Ｉ_Ｌ１とも称し、Ａ／Ｆセンサ２４の限界電流値を、出力電流値Ｉ_Ｌ２あるいは出力Ｉ_Ｌ２とも称す。また、実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、出力Ｉ_Ｌ１と出力Ｉ_Ｌ２の差を算出する演算処理を、予め記憶している。以下、出力Ｉ_Ｌ１と出力Ｉ_Ｌ２の差を、ΔＩ_Ｌとも称す。

また、ＥＣＵ５０は、ヒータ制御部３４に対して制御信号を発してヒータ３２のオンオフおよび発熱量調節を行うことができる。

なお、図示しないが、実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、排気管１０の上流にある内燃機関２の吸気量計測用のセンサ（例えば、吸気圧センサあるいはエアフローメータ）にも接続する。ＥＣＵ５０は、このセンサの出力に基づいて、内燃機関２の吸入空気量Gaを計測することができる。実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、この吸入空気量Gaに基づいて排気ガス量Gexhを算出するルーチンを記憶している。

［実施の形態１の動作］
（実施の形態１にかかるＰＭ検出原理）
本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、従来知られていなかった新規な検出原理に基づくパティキュレート量検知手法に想到した。すなわち、フィルタ３０のような小型フィルタにパティキュレートがフィルタリングされたとき、この小型フィルタ内を通過するガス（酸素：Ｏ_２）の拡散距離が変化する。

フィルタ内のパティキュレート量が多ければ多いほど、小型フィルタを通過するガスの拡散距離が長くなる。フィルタ内のパティキュレート量増大に応じて、小型フィルタを通過できるＯ_２量が減少し、その結果、小型フィルタ下流の酸素濃度が低下していく。従って、小型フィルタ下流の酸素濃度に基づいて、小型フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を検知できる。

上記の一連の現象においては、小型フィルタが、限界電流式Ａ／Ｆセンサにおける拡散律速層と、同じ役割を果たしている。小型フィルタの下流に限界電流式Ａ／Ｆセンサを配置した場合、小型フィルタとこの限界電流式Ａ／Ｆセンサの拡散律速層とを合計した層内における、酸素の拡散距離が、フィルタ内のパティキュレート量の増加に応じて増大する。その結果、フィルタ内のパティキュレート量の増加に応じて、下流の限界電流式Ａ／Ｆセンサの限界電流値が低下していく。

小型フィルタの上流と下流にそれぞれ限界電流式Ａ／Ｆセンサを配置した場合、フィルタ内のパティキュレート量の増加に応じて、上流、下流の限界電流式Ａ／Ｆセンサの出力差が増大していく。従って、上流、下流の限界電流式Ａ／Ｆセンサの出力差に基づいて、小型フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を検知できる。

（実施の形態１の具体的動作）
フィルタ３０にある空燃比かつあるパティキュレート量の排気ガスが流入している場合、Ａ／Ｆセンサ２２は、その空燃比に応じた特定出力を示す。一方、Ａ／Ｆセンサ２４の出力は、前述したように、フィルタ３０内のパティキュレート量に応じて変化する。排気ガスがフィルタ３０に流入し続けることにより、フィルタ３０内のパティキュレート量が増大する。フィルタ３０内のパティキュレート量が増大すると、Ａ／Ｆセンサ２４の雰囲気酸素濃度が低下し、Ｉ_Ｌ２が低下する。この結果、出力Ｉ_Ｌ１が一定であるのに対して出力Ｉ_Ｌ２が低下していくため、ΔＩ_Ｌが増大する。

同じ時間、同じ排気ガス流量では、排気ガスが含有するパティキュレート量が多ければ多いほど、ΔＩ_Ｌがより大きく増大する。従って、ΔＩ_Ｌに基づいて、フィルタ３０に現在流れ込んでいる排気ガスのパティキュレート量を、算出することができる。これに伴い、内燃機関２のパティキュレート発生量を検知できる。

図３を用いて、実施の形態１のＰＭ量検知手法をより具体的に説明する。図３は、実施の形態１にかかるＰＭ量検知動作を説明するためのタイムチャートである。実施の形態１のＰＭ量検知動作では、Ａ、Ｂ、Ｃの３つのステップが繰り返し行われる。実施の形態１では、Ａ／Ｆセンサ２２、２４は活性温度で一定に保たれているものとする。

ステップＡでは、先ず、ＥＣＵ５０からヒータ制御部３４に制御信号が送られ、ヒータ３２の加熱が行われる。ヒータ３２の加熱によって、フィルタ３０内のパティキュレートの除去（燃焼）が行われ、フィルタ３０内のパティキュレートが一旦零になる。また、実施の形態１においては、Ａ／Ｆセンサ２２とＡ／Ｆセンサ２４の間の出力のずれ（出力偏差）を解消するために、ステップＡにおいて出力ゼロ点補正も行われる。この出力ゼロ点補正により、ΔＩ_Ｌが、フィルタ３０内のパティキュレート量に応じた値を高精度に示す。

ステップＢでは、ヒータ３２がオフにされる。これにより、フィルタ３０の温度が低下し、パティキュレートがフィルタ３０内に蓄積され始める。ステップＢでは、この状態のまま所定時間が経過するまで、待機状態となる。

ステップＣでは、ステップＢから所定時間が経過したら、ＥＣＵ５０が、出力Ｉ_Ｌ１および出力Ｉ_Ｌ２を取得し、ΔＩ_Ｌを算出する。上記のステップＢ→Ｃの間の所定時間（つまりパティキュレート捕集期間）と、この時間に流れた排気ガス量Gexhの総量とに基づいて、単位時間当たりおよび単位ガス量当たりの、パティキュレート量が算出される。

ステップＣの後、引き続きステップＡが行われる。その後、ステップＡ、Ｂ、Ｃが繰り返し行われることによって、パティキュレート量を継続的に検知することができる。実施の形態１によれば、内燃機関２の運転中に、排気ガスのパティキュレートの量的な検知を、所定時間（所定サイクル）ごとに継続的に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、Ａ／Ｆセンサ２４の出力変化量（出力低下量）つまりΔＩ_Ｌに基づいて、フィルタ３０へ流入する排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。また、実施の形態１によれば、フィルタ３０上流側とフィルタ３０下流側にそれぞれＡ／Ｆセンサを備えることができる。Ａ／Ｆセンサ２２、２４の差ΔＩ_Ｌを計測することにより、フィルタ３０内のパティキュレート増加量を高精度に検知することができる。その結果、フィルタへの流入ガスのパティキュレート量を高い精度で検知することができる。

また、実施の形態１によれば、ヒータ３２によってフィルタ３０のパティキュレートを加熱除去できるため、パティキュレート量の検知を繰り返すことが可能となる。フィルタ３０は小型であり、パティキュレートの加熱除去を繰り返したとしてもヒータ３２の電力消費量は小さい。よって、燃費への影響も少なく抑えることができる。

また、実施の形態１によれば、Ａ／Ｆセンサ２２、２４を利用して、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。排気ガスの酸素濃度を検知するセンサとしては、空燃比センサが高い実績を持っている。空燃比センサを利用することにより、高い信頼度で、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

また、空燃比センサは、一般に、所定の活性温度に加熱された状態で作動する。フィルタ３０が特定温度（パティキュレートの燃焼温度）以上に高温になると、パティキュレートが、フィルタ３０内に蓄積されることなく燃焼してしまう。この点、実施の形態１によれば、Ａ／Ｆセンサ２２、２４とフィルタ３０とが離間されている。従って、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の温度が活性温度である間も、フィルタ３０がパティキュレートを保持することが確実に可能である。その結果、Ａ／Ｆセンサ２２、２４が活性温度である間も、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。さらに、実施の形態１によれば、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の温度が活性温度で一定に保たれており、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力の温度依存性も少ない。このため、出力の温度補正や、温度補正用の温度センサを、必要としないという利点がある。

［実施の形態１の具体的処理］
以下、図４を用いて、実施の形態１の排気ガスのＰＭ量検知装置が行う具体的処理を説明する。図４は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４のルーチンは、内燃機関２の始動時に実行される。図５は、ΔＩ_Ｌの値とパティキュレート量（ＰＭ量）との間の相関線のマップの一例を示す図である。図５には、空燃比＝２０、２５について、それぞれ相関線が記載されている。実施の形態１では、ＥＣＵ５０に、予め、図５に示す空燃比＝２０の相関マップを記憶させておく。

図４に示すルーチンでは、先ず、Ａ／Ｆセンサ加熱およびヒータ制御が行われる（ステップＳ１００）。このステップでは、内燃機関２の始動後、Ａ／Ｆセンサ２２、２４が活性と成るまでそれらのセンサが内蔵するヒータが加熱制御される。同時に、ヒータ３２も制御され、フィルタ３０がパティキュレート燃焼温度まで加熱される。

続いて、センサ活性およびＰＭ燃焼の判定の後、Ａ／Ｆセンサの出力ゼロ点補正が行われる（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２では、先ず、Ａ／Ｆセンサ２２、２４が活性であるか否かが判定される。センサ活性判定は、例えば、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力の誤差が所定範囲内にあるか否かにより判定することができる。また、このステップＳ１０２では、ＰＭ燃焼判定も行われる。ＰＭ燃焼判定は、フィルタ３０の付着パティキュレートが完全に燃焼したか否かを判定するために行われる。実施の形態１では、ヒータ３２によるフィルタ３０の加熱が所定時間だけ継続されたら、パティキュレートが完全に燃焼したと判定する。

ステップＳ１０２では、Ａ／Ｆセンサの出力ゼロ点補正も行われる。Ａ／Ｆセンサの出力ゼロ点補正は、Ａ／Ｆセンサ２２とＡ／Ｆセンサ２４の間の出力のずれ（出力偏差）を解消するために行われる。この出力ゼロ点補正は、例えば、次のように行うことができる。先ず、Ａ／Ｆセンサ２２の出力とＡ／Ｆセンサ２４の出力とが合うように、Ａ／Ｆセンサ２４の出力電流に乗ずるべき係数ｋを導出する。この係数ｋを、Ａ／Ｆセンサ２４の出力電流に乗算する。これにより、ステップＳ１０２の処理を経るごとに、出力差がキャンセルされ、出力ゼロ点補正が実現される。

続いて、ヒータ３２がオフにされる（ステップＳ１０４）。ヒータ３２がオフされると、フィルタ３０の温度は低下し、やがてパティキュレートがフィルタ３０内部に蓄積されうる温度まで、フィルタ３０が十分に冷える。これ以降、フィルタ３０内にパティキュレートが溜まっていく。

ヒータオフの後、ＥＣＵ５０が、フィルタ３０の温度がパティキュレート蓄積可能なほどに低くなったか否かを判定するための、フィルタ温度判定処理を実行する。このフィルタ温度判定では、例えば、ヒータ３２の抵抗値と所定値との比較に基づいて、ヒータ３２の温度が十分に低くなったか否かが判定されてもよい。ヒータ３２が十分に低温の場合に、フィルタ３０の温度が十分に低いと判定することができる。或いは、ΔＩ_Ｌが所定判定量まで大きくなった場合に、フィルタ３０の温度が十分に低くなっていると判定しても良い。フィルタ温度判定処理の条件成立が認められた場合には、その条件成立時点から時間が計測される。

ステップＳ１０４の時間計測開始後、同時に、積算排気ガス量を算出する処理が開始される（ステップＳ１０６）。このステップでは、ＥＣＵ５０が、排気ガス量Gexhを積算していく。以下、Gexhの積算値を、積算排気ガス量「Gexh_itg」とも称す。

その後、Ａ／Ｆセンサ出力記憶および排気ガス量記憶が行われる（ステップＳ１０８）。このステップでは、ステップＳ１０４の時間計測開始以降に、所定時間Ｔ_０が経過したときのＡ／Ｆセンサ２２、２４のそれぞれの出力が記憶される。また、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力を記憶したタイミングで、排気ガス量Gexhも記憶される。実施の形態１では、ここで記憶された排気ガス量Gexhが、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の排気ガス圧力依存性の補正のために用いられるものとする。

ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の一連の処理によれば、フィルタ３０にパティキュレートが溜り始めたことを確認できた時点から所定時間が経過した後に、Ａ／Ｆセンサ出力記憶および排気ガス量記憶を行うことができる。

なお、ステップＳ１０４〜１０８の間、内燃機関２を所定運転条件で運転するようにしてもよい。この所定運転条件において、所定時間Ｔ_０の経過後に、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力記憶および排気ガス量記憶を行ってもよい。ＰＭ量検知を行いたいエンジン運転領域が決まっている場合や、検知精度の観点からパティキュレート発生量がある程度多いときにＰＭ量検知を行いたい場合などは、ＰＭ量検知を行う際の運転条件を予め定めておいてもよい。

ステップＳ１０８の後、ΔＩ_Ｌ算出処理が実行される（ステップＳ１１０）。このステップでは、先ず、ステップＳ１０８で記憶された出力値の差が計算される。次いで、実施の形態１では、この計算により得た差を、空燃比および排気ガス量Gexhに応じて、基準電流値に換算する。基準電流値は、実施の形態１では、空燃比＝２０、排気ガス量１０ｇ／ｓの時のＡ／Ｆセンサ２２、２４の出力電流値とする。この換算により基準が統一され、最終的なΔＩ_Ｌが算定される。

次に、相関線からＰＭ量を算出する処理が実行される（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２では、図５に示した、空燃比＝２０の相関線が定められたマップが参照されることにより、換算後のΔＩ_Ｌに応じたＰＭ量が算定される。具体的には、この処理では、図５のマップに示すように、ΔＩ_Ｌが大きいほどＰＭ量が多く算出される。

上記のステップＳ１１０およびＳ１１２の処理により、次の効果が得られる。例えば図５に示すように、空燃比＝２５のときに得られた差ΔＩ_Ｌ２は、基準電流値に換算されることにより空燃比＝２０のときのΔＩ_Ｌ１に一致する。ＰＭ量とΔＩ_Ｌの関係は、排気ガスの空燃比に応じて異なる。図５に示すように、空燃比が２０のときΔＩ_Ｌ１が得られた場合、このΔＩ_Ｌ１に応じたＰＭ量が定まる。一方、空燃比が２５でΔＩ_Ｌ２が得られた場合、ΔＩ_Ｌ２がΔＩ_Ｌ１よりも大きな値でも、ＰＭ量としては空燃比＝２０のときのΔＩ_Ｌ１と同じ値になる。実施の形態１では、ステップＳ１１０の換算処理により、異なる排気ガス空燃比で得られたＡ／Ｆセンサ２２、２４の出力差が、空燃比＝２０に応じた値に換算される。この換算が行われた上で、空燃比＝２０の相関線が定められたマップが参照される。これにより、空燃比が刻々と変化する状況下でも、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力に基づいて、精度良くＰＭ量を検知することができる。

続いて、排気ガス量に応じたＰＭ量が算出される（ステップＳ１１４）。このステップでは、ステップＳ１０８で記憶された積算排気ガス量Gexh_itgと、所定時間Ｔ_０に基づいて、単位時間当たりおよび単位ガス量当たりの、パティキュレート量が算出される。これにより、排気ガス中のパティキュレートの量的な評価を行うことができる。

続いて、ヒータ３２が再度加熱されて、フィルタ３０内のパティキュレートが除去される（ステップＳ１１６）。その後、ステップＳ１０２へと処理が戻り、ステップＳ１０２以降の処理が繰り返し実行される。

以上の処理によれば、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

なお、ＥＣＵ５０に記憶するΔＩ_ＬとＰＭ量との関係を定めたマップは、２０、２５およびそれ以外の複数の空燃比ごとに相関線が定められた、いわゆる多次元マップでもよい。これにより、ステップＳ１１０の基準電流値への換算をせず、空燃比ごとの相関線を直接参照してＰＭ量を算出しても良い。また、実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、吸入空気量Gaに基づいて排気ガス量Gexhを算出している。このため、吸入空気量Gaの積算値を、積算排気ガス量Gexh_itgに代えて用いることもできる。

なお、上述した実施の形態１においては、フィルタ３０が前記第１の発明における「フィルタ」に、ヒータ３２が、前記第１の発明における「ヒータ」に、Ａ／Ｆセンサ２４が、前記第１の発明における「酸素濃度センサ素子」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１においては、Ａ／Ｆセンサ２２が、前記第２の発明における「酸素濃度センサ素子」に相当している。

なお、上述した実施の形態１においては、フィルタ３０が、前記第５の発明における「フィルタ」に、空燃比センサ２４が、前記第５の発明における「酸素濃度センサ素子」に、ヒータ３２が、前記第５の発明における「ヒータ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、図４のルーチンにおいて、ＥＣＵ５０がステップＳ１００またはステップＳ１１６の処理を実行することにより、前記第５の発明における「加熱制御手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ１０４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「温度低減制御手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ１０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「取得手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ１１０〜Ｓ１１４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「算出手段」が、それぞれ実現されている。

また、実施の形態１では、所定時間Ｔ_０が、前記第６の発明における「所定時間」に、積算排気ガス量Gexh_itgが、前記第６の発明における「積算値」に、それぞれ相当している。

また、実施の形態１では、図４のルーチンにおいて、ＥＣＵ５０がステップＳ１０２の処理を実行することにより、前記第９の発明における「校正手段」が実現されている。

［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、Ａ／Ｆセンサ２２、２４を、限界電流式の空燃比センサとした。しかしながら、本発明はこれに限られない。前述したように、フィルタ３０内のパティキュレート量増大に応じて、小型フィルタを通過できるＯ_２量が減少し、その結果、フィルタ３０下流の酸素濃度が低下していく。実施の形態１では、この事象を利用して、フィルタ３０下流の酸素濃度に基づいて、フィルタ３０への流入ガスのパティキュレート量を検知している。そこで、限界電流式以外の他の方式の空燃比センサ、例えばいわゆる２セル式の空燃比センサが、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の代わりに用いられても良い。また、空燃比センサ以外の、ガスの酸素濃度をリニアに計測できる酸素濃度センサが、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の代わりに用いられてもよい。

（第２変形例）
実施の形態１では、フィルタ３０の上流と下流に、１つずつＡ／Ｆセンサを設けた。しかしながら、本発明はこれに限られない。前述したように、フィルタ３０内のパティキュレート量増大に応じて、小型フィルタを通過できるＯ_２量が減少し、その結果、フィルタ３０下流の酸素濃度が低下していく。従って、フィルタ３０下流のみにＡ／Ｆセンサを設けて、このＡ／Ｆセンサの出力低下量（以下、ΔＩ_Ｌｄ）をΔＩ_Ｌに代えて用いてもよい。但し、フィルタ下流のみにＡ／Ｆセンサや酸素濃度センサを設ける場合には、フィルタ３０の上流の排気ガスの酸素濃度をセンサにより感知することができない。この場合には、例えば、内燃機関２の運転条件に基づいて算出した空燃比あるいは酸素濃度と、フィルタ下流のＡ／Ｆセンサや酸素濃度センサの出力との差を、ΔＩ_Ｌとすることができる。

（第３変形例）
実施の形態１では、Ａ／Ｆセンサ２２、２４、フィルタ３０、およびヒータ３２が、それぞれ単体の部品として組み合わせられることにより、前記第１の発明にかかる「ＰＭセンサ」が構成されている。しかしながら、本発明はこれに限られない。Ａ／Ｆセンサ２２、２４の素子部、フィルタ３０およびヒータ３２の機能を集約（一体化）させた１つのＰＭセンサを作製しても良い。

具体的には、排気ガスの流入口と排気ガスの流出口とを備えたＰＭセンサ用ケース内に、ＰＭをフィルタリングするためのフィルタが設けられる。さらに、このフィルタ上流及び下流に、それぞれ、空燃比センサ素子部あるいは酸素濃度センサ素子部が設けられる。フィルタを熱するためのヒータも内蔵される。以上により、排気ガスの流入口および流出口を備え、フィルタ、酸素濃度センサ素子部、およびヒータを内蔵したＰＭセンサが提供される。このＰＭセンサを排気通路に配置した場合には、流入口を介して排気ガスの一部が摘出されてＰＭセンサ用ケース内部に流入する。流入口から流入した排気ガスは、フィルタを通過した後、流出口から再び排気通路内に流出する。この構成において、フィルタ上流と下流の酸素濃度センサ素子部の出力差を実施の形態１のΔＩ_Ｌと同様に取り扱うことにより、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

本変形例にかかる一体化されたＰＭセンサによれば、実施の形態１の構成に比して排気ガス流量や空燃比の影響を小さくできるため、それらの影響を受けずに高精度なＰＭ量検知を行うことができる。上記の一体化を行う場合には、空燃比センサ素子の温度が活性温度である間もフィルタがパティキュレートを保持できるように、フィルタ周囲の断熱が十分に確保されていることが好ましい。なお、上記の第２変形例で述べたように、フィルタ下流のみに空燃比センサ素子部あるいは酸素濃度センサ素子部を設けてもよい。

（第４変形例）
なお、実施の形態１では、次のような計算プロセスの変形も可能である。先ず、Ｉ_Ｌ１の値やＩ_Ｌ２の値と、酸素濃度とのマップ（第１のマップ）をＥＣＵ５０が記憶しておく。また、ＥＣＵ５０に、フィルタ３０の上流と下流の酸素濃度差ΔＯ_２と、ＰＭ量との関係を定めた相関線のマップ（第２のマップ）も記憶させておく。この第２のマップは、酸素濃度差ΔＯ_２が大きいほどＰＭ量が多くなるように定めることができる。ステップＳ１０８でＥＣＵ５０がＩ_Ｌ１やＩ_Ｌ２を取得した後、それらの値に応じた酸素濃度値が上記第１のマップに従って算出される。次いで、その酸素濃度値の差に基づいて、上記第２のマップに従って、ＰＭ量が算出される。このような計算プロセスによって、ステップＳ１１０、Ｓ１１２の処理を代替してもよい。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
実施の形態２のＰＭ量検知装置は、実施の形態１の構成に対して、ヒータ３２の消費電力を計測する回路が加えられた構成を有する。この回路の具体的構成には特に限定は無く、ヒータ３２の電流および印加電圧を計測する電流センサおよび電圧センサを備えた回路を用いればよい。この点を除き実施の形態１、２のハードウェア構成は同じであるから、説明の簡略化のため実施の形態２のハードウェア構成は図示しない。実施の形態２のＰＭ量検知装置は、上記の構成において、ＥＣＵ５０の図６のルーチンを実行させることにより実現される。

以下の説明では、ヒータ３２の消費電力を「Ｐ_Ｈ」とも称す。また、ヒータ３２の消費電力Ｐ_Ｈを時間で積分した量、つまりヒータ３２の電力消費量を、「Ｗ_Ｈ」とも称す。

［実施の形態２の動作］
排気ガス中のパティキュレート量が多ければ多いほど、単位時間内にフィルタ３０に捕集されるパティキュレート量がより多くなる。フィルタ３０内のパティキュレート量が多ければ多いほど、フィルタ３０内のパティキュレートを除去するために必要なヒータ３２の電力消費量もより多くなる。そこで、実施の形態２では、フィルタ３０への流入ガスのパティキュレート量を、ヒータ３２の電力消費量に基づいて算出することとした。

［実施の形態２の具体的処理］
以下、図６を用いて、実施の形態２にかかる排気ガスのＰＭ量検知装置が行う具体的処理を説明する。図６は、本発明の実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。実施の形態２では、ＥＣＵ５０に、予め、Ｗ_ＨとＰＭ量との相関線のマップを記憶しておく。このマップは、実施の形態１の図５のマップと同じように、Ｗ_Ｈが大きいほどＰＭ量が多くなるように定めることができる。

図６のルーチンでは、先ず、実施の形態１で述べたステップＳ１００が実行される。

次いで、Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２、Gexhの記憶およびΔＩ_Ｌの算出が行われる（ステップＳ２０８）。実施の形態２では、Ａ／Ｆセンサ２２、２４の出力Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２を、それぞれ、所定周期（例えば８ミリ秒毎）で繰り返し記憶（サンプリング）する逐次記憶処理がＥＣＵ５０に備えられている。また、実施の形態２では、出力Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２の記憶と同じタイミングで、排気ガス量Gexhを記憶する逐次記憶処理も、ＥＣＵ５０に備えられている。ステップＳ２０８では、これらの逐次記憶処理の記憶値Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２、Gexhに基づいて、ステップＳ１０８、Ｓ１１０のΔＩ_Ｌ算出処理が繰り返し行われる。実施の形態２では、ＥＣＵ５０はこれらの処理をステップＳ２０８以降に継続実行し、ΔＩ_Ｌが最新の値に逐次更新される。

次いで、実施の形態１で述べたステップＳ１０４が実行され、ヒータがオフにされる。この後、フィルタ３０内にパティキュレートが溜まっていくのに応じて、逐次算出されているΔＩ_Ｌの値は、徐々に大きくなる。

次いで、ΔＩ_Ｌが所定値に達したら、時間カウントが開始される（ステップＳ２１３）。このステップにより、所定の程度のパティキュレートがフィルタ３０内に溜まった段階で、時間カウントが開始される。これにより、パティキュレートがフィルタ３０内に確実に捕集されている状況下で、以降の処理を進めることができる。結果、ＰＭ量算出の推定精度確保と、パティキュレートが捕集されていない条件下でのヒータ消費電力量の低減が実現される。

続いて、ステップＳ２１３でカウント開始された時間が所定時間（以下、「Ｔ_１」）に達したら、ヒータがＯＮにされる（ステップＳ２１４）。ヒータ３２のＯＮの後は、所定振幅Ｐ_０かつ所定のデューティ比Ｄ_Ｈでヒータ３２に電力が与えられる。このとき、ヒータ３２は、少なくともフィルタ３０をパティキュレート燃焼開始温度以上に加熱できるように制御される。また、実施の形態２では、ヒータ３２がＯＮにされた後、時間がカウントされる。

ステップＳ２１４におけるヒータ３２の制御開始後、ヒータ３２によってフィルタ３０が加熱され、フィルタ３０内のパティキュレートが燃焼、除去されてゆく。これに伴い、ΔＩ_Ｌの値は徐々に小さくなる。

その後、ΔＩ_Ｌが零となるまでの消費電力量が計算される（ステップＳ２１６）。実施の形態２では、先ず、ヒータ３２がＯＮにされた後、ΔＩ_Ｌが零になったか否かの判定処理が行われる。ΔＩ_Ｌ＝０が成立したタイミングで時間のカウントが停止され、ヒータ３２のＯＮ時刻からΔＩ_Ｌが零になるまでの時間Ｔ_Ｈが得られる。続いて、この時間Ｔ_Ｈと上記のＰ_０およびデューティ比Ｄ_Ｈとに基づいて消費電力量Ｗ_Ｈを計算する計算処理（具体的には例えばＴ_Ｈ×Ｐ_０×Ｄ_Ｈ＝Ｗ_Ｈの乗算）が実行される。計算された消費電力量Ｗ_Ｈが、フィルタ３０内のパティキュレートを除去するためにヒータ３２が消費した電力量とされる。

次いで、排気ガス量に応じたＰＭ量が算出される（ステップＳ２１８）。このステップでは、先ず、ＥＣＵ５０が記憶しているＷ_ＨとＰＭ量の相関線のマップが参照され、Ｗ_Ｈに応じたＰＭ量が算出される。その後、実施の形態１と同様に、積算排気ガス量Gexh_itgと、所定時間Ｔ_０に基づいて、単位時間当たりおよび単位ガス量当たりの、パティキュレート量が算出される。

その後、ヒータ３２が再度加熱されてフィルタ３０内のパティキュレートが除去される（ステップＳ２２０）。その後、ステップＳ２０８へと処理が戻り、ステップＳ２０８以降の処理が繰り返し実行される。

以上の処理によれば、排気ガスのパティキュレート量を検知することができる。

なお、上述した実施の形態２においては、フィルタ３０が、前記第１０の発明における「フィルタ」に、ヒータ３２が、前記第１０の発明における「ヒータ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態２では、図６のルーチンにおいて、ＥＣＵ５０がステップＳ２１２の処理を実行することにより、前記第１０の発明における「温度低減制御」が、ＥＣＵ５０がステップＳ２１３およびＳ２１４の処理を実行することにより、前記第１０の発明における「加熱制御手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ２１６の処理を実行することにより、前記第１０の発明における「電力量検知手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ２２０の処理を実行することにより、前記第１０の発明における「算出手段」が、それぞれ実現されている。

また、実施の形態２では、図６のルーチンのステップＳ２１６において、ΔＩ_Ｌが零か否かの判定処理をＥＣＵ５０が実行することにより、前記第１１の発明における「判定手段」が、時間Ｔ_Ｈと上記のＰ_０およびデューティ比Ｄ_Ｈとに基づいて消費電力量Ｗ_Ｈを計算する計算処理をＥＣＵ５０が実行することにより、前記第１１の発明における「電力量算出手段」が、それぞれ実現されている。

また、実施の形態２ではハードウェア構成を図示しなかったが、Ａ／Ｆセンサ２２が、前記第１２の発明における「上流側酸素濃度センサ」に、図示しないＡ／Ｆセンサ２４が、前記第１２の発明における「下流側酸素濃度センサ」に、それぞれ相当している。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２の具体的処理では、ステップＳ２１４において、所定時間Ｔ_１が経過したときのＡ／Ｆセンサ２２、２４の出力が記憶される。しかしながら、本発明はこれに限られない。所定時間Ｔ_１に変えて、積算排気ガス量Gexh_igtが所定量に達したときに、ＥＣＵ５０がＡ／Ｆセンサ２２、２４の出力を記憶してもよい。

ヒータ３２の制御は必ずしもステップＳ２１４のようなデューティ制御に限られない。例えば、ヒータ３２の抵抗値（ヒータ３２の温度）が所定値を示すように、ヒータ３２に電力を与えても良い。この場合、ヒータ３２の消費電力をモニタリングするなどして消費電力量を計算すればよい。

実施の形態２において、次のような変形例を挙げることもできる。この変形例では、ステップＳ２１２のヒータオフから、その後所定時間が経過したら（或いは排気ガス積算量が所定量に達したら）、ステップＳ２１４のヒータオン以降の処理が実行される。つまり、この変形例では、ステップＳ２１３におけるΔＩ_Ｌの所定値比較が除かれている。

また、実施の形態２に、実施の形態１で述べた変形例を組み合わせてもよい。

実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
図７は、本発明の実施の形態３にかかる内燃機関の異常検出装置の構成を示す図である。実施の形態３の異常検出装置は、排気管１０に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３０の異常を検出することができる。この異常検出装置は、車両搭載時のＯＢＤ（On-board diagnosis）に使用されることができる。

実施の形態３では、内燃機関２がディーゼルエンジンであるものとし、ＤＰＦ１３０を再生するための加熱機構（図示略）が備えられているものとする。ＥＣＵ５０は、加熱機構を制御して、ＤＰＦ１３０を再生することができる。

ＤＰＦ再生用の加熱機構は、すでに各種の構成が公知である。このため詳細な説明は行わないが、例えば、所謂ポスト噴射にてＤＰＦ１３０を加熱しても良い。具体的には、内燃機関２の排気通路に、排気系燃料添加弁を備えてもよい。排気系燃料添加弁は、排気通路を流れる排気ガスに燃料を添加するために備えられる。適宜のタイミングで排気系燃料添加弁による燃料添加を行うことで、ＤＰＦ１３０を再生することができる。また、所謂ポスト噴射を行って、燃料添加を行っても良い。また、ＤＰＦ１３０にヒータを取り付けて、このヒータによりＤＰＦ１３０を加熱してもよい。

図７に示すように、ＤＰＦ１３０の上流と下流には、実施の形態１のフィルタ３０のときと同様に、Ａ／Ｆセンサ２２、２４が備えられている。ＤＰＦ１３０においても、フィルタ３０と同様に、パティキュレート量増加に応じて、ΔＩ_Ｌが増大する。ＤＰＦ１３０がパティキュレートを正常に捕集できていれば、ＤＰＦ１３０内にパティキュレートが蓄積していき、パティキュレート蓄積の影響がΔＩ_Ｌに表れるはずである。従って、ΔＩ_Ｌに基づいて、ＤＰＦ１３０の異常を検出することができる。

［実施の形態３の具体的処理］
図８は、実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図８のルーチンは、内燃機関２の始動時に実行されるものとする。以下の説明では、上述した実施の形態１、２の内容で重複する点については、適宜に説明を省略ないしは簡略化する。

図８のルーチンでは、先ず、実施の形態１のステップＳ１００と同様に、Ａ／Ｆセンサを活性化するための加熱が行われる（ステップＳ３００）。

続いて、ＤＰＦ再生制御が実行される（ステップＳ３０２）。このステップでは、ＥＣＵ５０が既述した加熱機構を制御し、ＤＰＦ１３０内のパティキュレートが除去される。

続いて、実施の形態１と同様にステップＳ１０２、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０が実行される。これにより、Ａ／Ｆセンサの活性判定処理、ＤＰＦ１３０内のＰＭ燃焼判定処理、Ａ／Ｆセンサの出力ゼロ点補正処理、積算排気ガス量Gexh_itgの算出処理、およびΔＩ_Ｌの算出処理が、順次実行される。

次いで、ＰＭ量が算出される（ステップＳ３０４）。このステップでは、実施の形態１のステップＳ１１２の処理と同様に、ΔＩ_Ｌに基づいて、相関線に従って、ＰＭ量が算出される。実施の形態３においても、図５に示したような相関線のマップが予め作成され、このマップがＥＣＵ５０に記憶されている。

次いで、ＰＭ量が所定値以下か否かが判定される（ステップＳ３０６）。既述したように、ＤＰＦ１３０がパティキュレートを正常に捕集できていれば、ＤＰＦ１３０内にパティキュレートが蓄積していくはずである。この予想に反して、ＤＰＦ１３０内のＰＭ量が所定値以下を示している場合、ＤＰＦ１３０になんらかの異常が発生していると考えられる。よって、実施の形態３では、ＰＭ量が所定値以下か否かの判定を行うこととした。この条件が否定されている場合には、ＤＰＦ１３０が正常にパティキュレートを捕集していると判断され、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ３０６の条件が成立した場合には、ＤＰＦ１３０に異常があると判定される（ステップＳ３０８）。実施の形態３の異常検出装置がＯＢＤに用いられている場合には、例えば、警告ランプ点灯によるドライバへの警告が行われる。

以上の処理によれば、パティキュレートフィルタの異常検出を行うことができる。

なお実施の形態３では、ΔＩ_ＬからＰＭ量を算出した上で、このＰＭ量と所定値との比較に基づく判定を行った。しかしながら、本発明はこれに限られない。ＰＭ量への換算をせずに、ΔＩ_Ｌを所定値と比較することによって、比較判定を行っても良い。

なお、上述した実施の形態３では、ＤＰＦ１３０が、前記第１３の発明における「パティキュレートフィルタ」に、Ａ／Ｆセンサ２４が、前記第１３の発明における「酸素濃度センサ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態３では、ＥＣＵ５０が図８のルーチンのステップＳ３０２の処理を実行することにより、前記第１３の発明における「加熱手段」が、ＥＣＵ５０が図８のルーチンのステップＳ１１０、Ｓ３０４、Ｓ３０６およびＳ３０８の処理を実行することにより、前記第１３の発明における「検出手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態３では、Ａ／Ｆセンサ２２が、前記第１４の発明における「酸素濃度センサ」に相当している。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路のガスのうち一部を摘出して流入させる流入口と、
   前記流入口に流入したガスの中のパティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ）をフィルタリングするフィルタと、
   前記フィルタに取り付けられ、前記フィルタの温度を変化させることができるヒータと、
   前記フィルタを通過したガスを前記排気通路へと流出させる流出口と、
   前記流出口側に配置され、ヒータを備え、作動時に該ヒータにより所定温度に加熱され、前記フィルタを通過したガスの酸素濃度に応じて出力を変化させ、自身の温度が前記所定温度であるときに前記フィルタが前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されない程度の温度になるように前記フィルタと離間されて配置された酸素濃度センサ素子と、
   を備えることを特徴とするＰＭセンサ。
2. 前記流入口と前記フィルタの間に配置され、前記流入口から流れ込んだガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサ素子を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載のＰＭセンサ。
3. 前記流出口側の前記酸素濃度センサ素子および前記流入口側の前記酸素濃度センサ素子が、空燃比センサ素子であることを特徴とする請求項２に記載のＰＭセンサ。
4. 内燃機関の排気通路に備えられ、前記排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ）をフィルタリングするフィルタと、
   前記排気通路内における前記フィルタの下流に配置され、前記フィルタを通過したガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる酸素濃度センサ素子と、
   前記フィルタに取り付けられたヒータと、
   前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されるまで前記フィルタが加熱されるように、前記ヒータを制御する加熱制御手段と、
   前記加熱制御手段の前記制御後に、前記フィルタの温度が前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されない温度以下になるように、前記ヒータを制御する温度低減制御手段と、
   前記フィルタの温度が前記温度以下になったあと、所定時間が経過したときに、前記酸素濃度センサ素子の出力を取得する取得手段と、
   前記取得手段の前記出力の取得タイミングまでに前記フィルタに流れ込んだ排気ガス量の積算値を算出する手段と、
   前記取得手段により取得された前記出力と、前記所定時間と、前記積算値と、に基づいて、単位時間当たりおよび単位体積当たりの、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする排気ガスのＰＭ量検知装置。
5. 前記排気通路内における前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタに流れ込む排気ガスの酸素濃度に応じて出力を変化させることのできる酸素濃度センサ素子を、さらに備え、
   前記算出手段が、前記フィルタ上流側の前記酸素濃度センサ素子の出力と前記フィルタ下流側の前記酸素濃度センサ素子の出力との差に基づいて、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出することを特徴とする請求項４に記載の排気ガスのＰＭ量検知装置。
6. 前記フィルタ下流側の前記酸素濃度センサ素子および前記フィルタ上流側の前記酸素濃度センサ素子が、空燃比センサ素子であることを特徴とする請求項５に記載の排気ガスのＰＭ量検知装置。
7. 前記フィルタ下流側の前記空燃比センサと、前記フィルタ上流側の前記空燃比センサと、の間の出力偏差を校正する校正手段をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の排気ガスのＰＭ量検知装置。
8. 内燃機関の排気通路に備えられ、前記排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートマター（Particulate matter:ＰＭ）をフィルタリングするフィルタと、
   前記フィルタに取り付けられたヒータと、
   前記排気通路内における前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタに流入するガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる上流側酸素濃度センサと、
   前記排気通路内における前記フィルタの下流に配置され、前記フィルタから流出するガスの酸素濃度に応じて出力を変化させる下流側酸素濃度センサと、
   前記フィルタの温度が前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されない温度以下になるように、前記ヒータを制御する温度低減制御手段と、
   前記温度低減制御手段の前記制御により前記フィルタの温度が前記温度以下になったときから所定期間が経過した後に、前記フィルタの温度が前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去される温度以上になるように、前記ヒータを制御する加熱制御手段と、
   前記加熱制御手段の前記制御の開始後に前記上流側酸素濃度センサの出力と前記下流側酸素濃度センサの出力との差に基づいて前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されたか否かを判定する判定手段と、前記加熱制御手段の前記制御の開始から前記フィルタ内のパティキュレートマターが除去されたと判定されるまでの期間の前記ヒータの電力消費量を算出する電力量算出手段と、前記電力量算出手段が算出した前記電力消費量に基づいて前記フィルタ内のパティキュレートマターを除去するために前記ヒータが消費した電力消費量を算出する手段と、を含む電力量検知手段と、
   前記電力量検知手段により検知された前記電力消費量に基づいて、前記排気ガスのパティキュレートマター量を算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする排気ガスのＰＭ量検知装置。

Images