JP5924669B2 - 粒子状物質検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質検出装置に関する。詳しくは、内燃機関から排出された排気の粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」という）の濃度を検出する粒子状物質検出装置に関する。

従来、排気中のＰＭの濃度と、ＰＭセンサの電極部にＰＭが付着することによって生じる電極部の電気的特性の変化量との間に相関関係があることを利用し、排気管内に設けられたＰＭセンサの電極部の電気的特性の変化量に基づいて排気中のＰＭ濃度を算出する技術が知られている。

特許文献１には、フィルタの上流側に複数のセンサ本体を配置したＰＭセンサを設ける技術が提案されている。この技術では、複数のセンサ本体のうちの１つのセンサ出力が飽和に達した場合には、これを再生し、再生中は他の飽和に達していないセンサ本体のセンサ出力に基づいて排気中のＰＭを検出する。すなわち、特許文献１の技術では、複数のセンサ本体を相補的に用いることにより、ＰＭの高濃度環境下でも連続的な検出を可能としている。

特開２００８−１９０５０２号公報

しかしながら特許文献１の技術では、フィルタの下流側にセンサ本体を設ける場合と異なり、複数のセンサ本体がフィルタの上流側で高濃度のＰＭに曝される。このため、各センサ本体の電極部にＰＭが多量に堆積し、各センサ本体のセンサ出力がすぐに飽和するので、センサ本体１つ当たりのＰＭ検出可能な時間が短く検出精度が悪いという課題があった。
また、各センサ本体は、ＰＭ検出可能な時間が短く再生回数が増加するので、燃費の悪化を招くという課題があった。
加えて、複数のセンサ本体を有するので、コストアップするという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みたものであり、その目的は、高濃度の粒子状物質に曝される環境下にあっても、センサ出力が飽和し難く粒子状物質を長時間検出可能であり、高い検出精度で燃費が悪化せずに粒子状物質を検出できる安価な粒子状物質検出装置を提供することにある。

本発明に係る粒子状物質検出装置（例えば、後述のＰＭセンサ１１）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管４）に設けられた排気中の粒子状物質を検出するセンサ本体（例えば、後述のセンサ本体１８）を有し、当該センサ本体の電極部（例えば、後述の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ）に粒子状物質が付着した際に前記電極部に交流電圧を印加することによって前記電極部の電気的特性の変化を測定し、測定した電気的特性の変化量に基づいて粒子状物質濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、前記内燃機関の運転状態に基づいて、排気に含まれる粒子状物質濃度を推定する粒子状物質濃度推定手段（例えば、後述のＥＣＵ５）と、前記センサ本体の前記電極部に印加する交流電圧の周波数を変更する周波数変更手段（例えば、後述のＥＣＵ５、ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１１）と、前記内燃機関が始動直後の暖機状態であるか否かを判別する暖機状態判別手段（例えば、後述のＥＣＵ５、ステップＳ３）とを備え、前記周波数変更手段は、前記粒子状物質濃度推定手段が推定した粒子状物質濃度推定値が高い程、前記電極部に印加する交流電圧の周波数を高く切り替えるものであり、かつ、前記周波数変更手段は、少なくとも低周波数と高周波数との２つの周波数で変更可能に構成され、前記暖機状態判別手段によって暖機状態であると判定された場合には、前記電極部に印加する交流電圧を高周波数に変更することを特徴とする。

電極部に印加する交流電圧の周波数が高い程、電極部の静電容量は小さくなり、粒子状物質の静電容量の測定値を小さくでき、センサ出力が飽和し難くなる。すなわち、粒子状物質濃度推定値が高い程、電極部に印加する交流電圧の周波数を高く切り替えると、静電容量の測定値が小さくなり、測定感度が低下するが、センサ出力が飽和し難くなりより長時間測定可能となることで検出精度が向上する。
すなわち、図１に示すように、粒子状物質を測定する測定感度は、電極部に印加する交流電圧の周波数が高い程、粒子状物質が電極部に付着した場合の変化を読み取る感度が低下し、低感度となる。一方、粒子状物質を検出する検出精度は、電極部に印加する交流電圧の周波数が高い程、静電容量の測定値が小さくなり、長時間測定可能となり、高精度となる。
本発明によると、内燃機関の運転状態に基づいて推定された粒子状物質濃度推定値が高い程、電極部に印加する交流電圧の周波数を高く切り替える。これにより、センサ本体が高濃度の粒子状物質に曝されても、センサ出力が飽和し難く長時間測定することができ、高い検出精度で粒子状物質を検出することができる。このセンサ本体が高濃度の粒子状物質に曝される状態では、粒子状物質が多量に存在するので、粒子状物質を測定する測定感度はあまり必要とされず、測定感度が悪化することに問題はない。
また、電極部に印加する交流電圧の周波数を粒子状物質濃度推定値に応じて切り替えることにより、粒子状物質濃度に合わせた測定感度と検出精度とを選択でき、粒子状物質検出を良好に行うことができる。
また、検出精度が向上して粒子状物質検出可能な時間が長くなり、再生回数が減少するので、燃費を向上することができる。
また、少なくとも１つのセンサ本体だけを有すればよいので、安価となる。
したがって、高濃度の粒子状物質に曝される環境下にあっても、センサ出力が飽和し難く粒子状物質を長時間検出可能であり、高い検出精度で燃費が悪化せずに粒子状物質を検出できる安価な粒子状物質検出装置を提供することができる。

内燃機関の始動直後の暖機状態は、燃焼が不安定で高濃度の粒子状物質が排出されるので、センサ本体がより高濃度の粒子状物質に曝される。本発明によると、より高濃度の粒子状物質に曝される暖機状態である場合には、電極部に印加する交流電圧を高周波数に変更するので、センサ本体が高濃度の粒子状物質に曝されても、長時間測定することができ、高い検出精度で粒子状物質を検出することができる。

本発明に係る粒子状物質検出装置（例えば、後述のＰＭセンサ１１）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管４）に設けられた排気中の粒子状物質を検出するセンサ本体（例えば、後述のセンサ本体１８）を有し、当該センサ本体の電極部（例えば、後述の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ）に粒子状物質が付着した際に前記電極部に交流電圧を印加することによって前記電極部の電気的特性の変化を測定し、測定した電気的特性の変化量に基づいて粒子状物質濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、前記センサ本体の前記電極部に印加する交流電圧の周波数を変更する周波数変更手段（例えば、後述のＥＣＵ５）と、予め設定した粒子状物質濃度検出期間内において、前記周波数変更手段によって前記電極部に印加する交流電圧の周波数を変更し、周波数毎に電気的特性を測定して記憶する記憶手段（例えば、後述のＥＣＵ５、ステップＳ１０３）と、前記粒子状物質濃度検出期間内において、前記記憶手段により記憶された前回の測定時刻Ｔ（ｎ−１）から今回の測定時刻Ｔｎまでの間の周波数毎の電気的特性の変化量について判定を行い、電気的特性の変化量が小さい程、高周波数を選択する選択手段（例えば、後述のＥＣＵ５、ステップＳ１０６，Ｓ１０７）と、前記選択手段が選択した周波数のときの前記記憶手段が記憶した電気的特性に基づいて粒子状物質濃度を検出する検出手段（例えば、後述のＥＣＵ５、ステップＳ１１０）と、を備え、
前記選択手段は、前記粒子状物質濃度検出期間における低周波数側から当該周波数の電気的特性の変化量（例えば、後述の変化量（（Ｃ _Ｌ ｎ−Ｃ _Ｌ （ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１））），（（Ｃ _Ｍ ｎ−Ｃ _Ｍ （ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１））），（（Ｃ _Ｈ ｎ−Ｃ _Ｈ （ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１））））が当該周波数の規定値（例えば、後述の電気的特性規定値Ｃ _Ｌ Ｓ，Ｃ _Ｍ Ｓ，Ｃ _Ｈ Ｓ）内に含まれるか判定し、当該周波数の電気的特性の変化量が当該周波数の規定値内に含まれる場合に当該周波数を選択し、当該周波数の電気的特性の変化量が所定の規定値内に含まれない場合に更に高周波数側の次の周波数の電気的特性の変化量が当該次の周波数の規定値内に含まれるか判定していくことを特徴とする。

本発明によると、粒子状物質濃度検出期間内において記憶手段により記憶された周波数毎の電気的特性の変化量が小さい程、高周波数を選択する。これにより、センサ本体が高濃度の粒子状物質に曝されても、センサ出力が飽和し難く長時間測定することができ、高い検出精度で粒子状物質を検出することができる。このセンサ本体が高濃度の粒子状物質に曝される状態では、粒子状物質が多量に存在するので、粒子状物質を測定する測定感度はあまり必要とされず、測定感度が悪化することに問題はない。
また、電極部に印加する交流電圧の周波数を粒子状物質濃度推定値に応じて切り替えることにより、粒子状物質濃度に合わせた測定感度と検出精度とを選択でき、粒子状物質検出を良好に行うことができる。
また、検出精度が向上して粒子状物質検出可能な時間が長くなり、再生回数が減少するので、燃費を向上することができる。
また、少なくとも１つのセンサ本体だけを有すればよいので、安価となる。
したがって、高濃度の粒子状物質に曝される環境下にあっても、センサ出力が飽和し難く粒子状物質を長時間検出可能であり、高い検出精度で燃費が悪化せずに粒子状物質を検出できる安価な粒子状物質検出装置を提供することができる。

本発明によると、粒子状物質濃度検出期間内において記憶手段により記憶された周波数毎の電気的特性の変化量が小さい程、高周波数を選択することができる。

前記内燃機関が始動直後の暖機状態であるか否かを判別する暖機状態判別手段（例えば、後述のＥＣＵ５）を更に備え、前記周波数変更手段は、少なくとも低周波数と高周波数との２つの周波数で変更可能に構成され、前記選択手段は、前記暖機状態判別手段によって暖機状態であると判定された場合には、高周波数を選択することが好ましい。

内燃機関の始動直後の暖機状態は、燃焼が不安定で高濃度の粒子状物質が排出されるので、センサ本体がより高濃度の粒子状物質に曝される。本発明によると、より高濃度の粒子状物質に曝される暖機状態である場合には、電極部に印加する交流電圧を高周波数に変更するので、センサ本体が高濃度の粒子状物質に曝されても、長時間測定することができ、高い検出精度で粒子状物質を検出することができる。

前記排気通路に粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ３）を更に備え、前記センサ本体は、前記排気浄化フィルタよりも前記排気通路の上流側に配置されることが好ましい。

本発明によると、センサ本体が排気浄化フィルタよりも排気通路の上流側に配置されるので、センサ本体は高濃度の粒子状物質に曝されることになる。本発明によると、この場合であっても、粒子状物質検出を良好に行うことができる。
また、センサ本体が排気浄化フィルタよりも排気通路の上流側に配置されると、粒子状物質検出装置は内燃機関の運転状態に応じた粒子状物質堆積量を逐次検出できるので、粒子状物質検出装置を内燃機関の運転状態の制御に用いることができる。

本発明によれば、高濃度の粒子状物質に曝される環境下にあっても、センサ出力が飽和し難く粒子状物質を長時間検出可能であり、高い検出精度で燃費が悪化せずに粒子状物質を検出できる安価な粒子状物質検出装置を提供することができる。

本発明に係る各周波数の静電容量変化を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関およびその排気系の構成を示す図である。 上記実施形態に係るセンサ素子の斜視図である。 上記実施形態に係るセンサ素子の分解斜視図である。 上記実施形態に係るセンサ素子のキャビティ部内にＰＭが全面に付着したときの様子を模式的に示した図である。 上記実施形態に係るセンサ素子のキャビティ部に付着したＰＭの量とセンサ素子の静電容量との関係を模式的に示す図である。 上記実施形態に係る排気管に設けられたセンサ本体の斜視図である。 上記実施形態に係るＰＭセンサのＰＭ検出処理の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係る周波数の切り替えを必要とする排気が変化する状態を示す図である。 上記実施形態に係る周波数の切り替えを実行したときの静電容量の変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るＰＭセンサのＰＭ検出処理の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るステップＳ１０３における測定結果（周波数毎の電気的特性変化量）を示す図である。 上記実施形態に係るセンサ出力の経時変化を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図２は、本実施形態に係る粒子状物質検出装置が設けられた内燃機関およびその排気系の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には図示しない燃料噴射弁が設けられている。

エンジン１の排気が流通する排気管４には、排気に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置（以下、「ＰＭセンサ」という）１１と、排気浄化フィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」という）３とが、上流側からこの順で設けられている。

ＤＰＦ３は、多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気に含まれるＰＭを、フィルタ壁の表面およびフィルタ壁中の孔に堆積させることにより、これを捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、チタン酸アルミニウムやコージェライトなどを材料とした多孔質体が使用される。

ＰＭセンサ１１は、排気管４に設けられ排気中のＰＭを検出するセンサ素子１２を有するセンサ本体１８と、センサ本体１８に接続されたセンサ制御ユニット１７と、このセンサ制御ユニット１７に接続された電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５と、を備える。センサ制御ユニット１７は、集塵用ＤＣ電源１３と、インピーダンス測定器１４と、センサ素子１２の温度を制御する温度制御装置１５と、を含んで構成される。ＰＭセンサ１１は、以下に示すように、排気管４内を流通する排気に含まれるＰＭが付着したセンサ素子１２の電気的特性の測定に基づいて、排気管４内を流通する排気中のＰＭ濃度を算出する。

図３は、センサ素子１２の斜視図である。図３に示すように、センサ素子１２は、空洞状のキャビティ部１２０を備える。排気中に含まれるＰＭは、このキャビティ部１２０の内壁に付着する。以下では、キャビティ部１２０の一方の開口から他方の開口へ向かう方向を、キャビティ部１２０の長手方向と定義する。

図４は、センサ素子１２の分解斜視図である。センサ素子１２は、図４に示すように、一対の電極板１３０，１３１を、板状のスペーサ１２５Ａ，１２５Ｂを介装して組み合わせ、ヒーター層１２２，１２９およびアルミナプレート１２１で挟持することにより構成される。スペーサ１２５Ｂは、電極が形成された板状部材である。これにより、電極板１３０，１３１、スペーサ１２５Ａ，１２５Ｂに囲まれたキャビティ部１２０が形成される。

電極板１３０は、集塵電極層１２３により形成される。また、電極板１３１は、誘電体層１２６と、測定電極層１２７と、集塵電極層１２８とを積層することにより形成される。

測定電極層１２７は、一対の櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂを備える。具体的には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂは、測定電極層１２７の一端側のキャビティ部１２０に対応する位置に形成された一対の櫛歯部と、この櫛歯部から他端側へかけて延びる一対の櫛本体部と、を含んで構成される。より具体的には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂは、一方の櫛形の測定電極１２７Ａの櫛歯部と他方の櫛形の測定電極１２７Ｂの櫛歯部とが相互に挟み合うように対向配置されている。
また、一対の櫛本体部は、インピーダンス測定器１４に電気的に接続されている。

ここで、測定電極層１２７に櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂを備える本実施形態のＰＭ検出メカニズムについて説明する。
図５は、センサ素子１２のキャビティ部１２０内にＰＭが全面に付着したときの様子を模式的に示した図である。図５に示すように、キャビティ部１２０に付着したＰＭは、櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの櫛歯部上に誘電体層を介して堆積する。このとき、隣接する測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ間におけるもれ電界が、堆積したＰＭによる影響を受け、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ間の電気的特性が変化する。この電気的特性の変化は、ＰＭが付着した量に相関があることから、この電気的特性の変化を測定することにより、単位時間当たりにキャビティ部１２０に堆積したＰＭの量、ひいてはセンサ素子の周囲の排気のＰＭ濃度を算出できる。なお、以下の説明において、センサ素子１２の電気的特性とは、センサ素子１２のうちＰＭ付着量に相関のあるキャビティ部１２０の電気的特性を意味する。

集塵電極層１２３，１２８は、タングステン導体層からなる集塵電極１２３Ａ，１２８Ａを備える。集塵電極１２３Ａは、集塵電極層１２３の一端側のキャビティ部１２０に対応する位置に略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板の他端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。集塵電極層１２８は、全面に集塵電極１２８Ａを含んで構成される。
また、集塵電極１２３Ａの導線部および集塵電極１２８Ａは、集塵用ＤＣ電源１３に電気的に接続されている。
なお、集塵電極１２３Ａの導体部の一辺の長さは、約１０ｍｍである。

ヒーター層１２２，１２９は、ヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａを備え、これらヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａは、温度制御装置１５に電気的に接続されている。
また、アルミナプレート１２１は、略矩形状のアルミナ基板であり、厚みは約１ｍｍである。

集塵用ＤＣ電源１３は、集塵電極層１２３，１２８に備えられた集塵電極１２３Ａの導線部および集塵電極１２８Ａに電気的に接続されている。集塵用ＤＣ電源１３は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、後述する測定電圧よりも大きい所定の集塵電圧を集塵電極層１２３，１２８間に印加する。これにより、センサ素子１２の周囲のＰＭを引き寄せるようにしてキャビティ部１２０に付着させる。

インピーダンス測定器１４は、測定電極層１２７の一対の櫛本体部に電気的に接続されている。インピーダンス測定器１４は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧および測定周期のもとで、センサ素子１２の電気的特性を検出し、検出した静電容量に略比例した検出信号をＥＣＵ５に出力する。なお、本実施形態では、インピーダンス測定器１４により、センサ素子１２の電気的特性として特に静電容量を測定するが、これに限るものではない。

温度制御装置１５は、各電極板１３０，１３１に接して設けられたヒーター層１２２，１２９のヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａに電気的に接続されており、これらヒーター層１２２，１２９に電力を供給するヒーター用ＤＣ電源（図示せず）を含んで構成される。
ヒーター用ＤＣ電源は、ＥＣＵ５から送信された制御信号に基づいて動作し、ヒーター層１２２，１２９に所定の電流を通電する。ヒーター層１２２，１２９は、ヒーター用電源から電流が供給されると発熱し、各電極板１３０，１３１を加熱する。これにより、各電極板１３０，１３１を加熱し、キャビティ部１２０に付着したＰＭを燃焼除去でき、センサ素子１２を再生できる。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）と、を備える。この他、ＥＣＵ５は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、センサ制御ユニット１７に制御信号を出力する出力回路と、を備える。

次に、ＥＣＵ５によるＰＭセンサ１１の制御方法について、センサ素子１２の特性と合わせて説明する。
図６は、センサ素子１２のキャビティ部に付着したＰＭの量とセンサ素子１２の静電容量との関係を模式的に示す図である。図６では、横軸をＰＭの付着量とし、縦軸を静電容量とする。

先ず、センサ素子１２にはキャビティ部１２０の容積を超える量のＰＭを付着させることができないため、センサ素子１２のＰＭ付着量にはキャビティ部の容積に応じた限界量Ｑ_Ｍがある。この限界量Ｑ_Ｍ以下において、センサ素子１２の静電容量はＰＭ付着量に対して以下のように変化する。

ＰＭ付着量が０から所定量Ｑ_０までの間は、ＰＭはキャビティ部１２０の内壁に薄くまばらに付着した状態であり、ＰＭがセンサ素子１２の電気的特性に及ぼす影響が小さく、ＰＭ付着量によらず静電容量は初期値Ｃ_０一定のままである。したがって、キャビティ部１２０にＰＭが付着してもセンサ素子１２の静電容量に有意な変化は現れないため、単位時間当たりに付着したＰＭの量、ひいてはセンサ素子１２の周囲のＰＭ濃度を算出することはできない。また、キャビティ部１２０にＰＭが付着していない場合、既に付着している場合と比較して、新たなＰＭが付着し難くなっている。

ＰＭ付着量が上記所定量Ｑ_０を超えると、キャビティ部１２０の内壁にＰＭの基盤が形成された状態となり、センサ素子１２の静電容量は初期値Ｃ_０から変化し始める。このため、ＰＭ付着量が所定量Ｑ_０を超えた領域では、センサ素子１２の静電容量の変化量から、単位時間当たりに付着したＰＭの量を特定でき、ひいてはセンサ素子１２の周囲のＰＭ濃度を算出することができる。

ＥＣＵ５は、センサ素子１２の静電容量が初期値Ｃ_０以下であり、したがってＰＭ濃度を算出できない場合には、センサ素子１２に集塵電圧を印加し、センサ素子１２の周囲のＰＭを積極的にキャビティ部１２０に付着させる（静電集塵）。これにより、できるだけ速やかにセンサ素子１２を濃度の算出が可能な状態にする。
上述の静電集塵を開始してから、ＰＭが付着しセンサ素子１２の静電容量が初期値Ｃ_０から変化し始めた場合には、ＥＣＵ５は、集塵電圧の印加を停止し、これ以降は集塵電圧の印加によらず自然にＰＭをキャビティ部１２０に付着させる（自然集塵）。また、センサ素子１２の静電容量が初期値Ｃ_０からＣ_Ｍの範囲内にある間は、ＥＣＵ５は、単位時間当たりの静電容量の変化量ΔＣに基づいて、単位時間当たりのＰＭ付着量ΔＱを算出し、このＰＭ付着量ΔＱから、センサ素子１２の周囲のＰＭ濃度を算出する。
上述の自然集塵を開始してから、センサ素子１２の静電容量が初期値Ｃ_０に達した場合には、ＥＣＵ５は、センサ素子１２が飽和に達したと判断し、キャビティ部１２０内のＰＭを燃焼除去する。センサ素子１２の再生が完了すると、再び上記静電集塵を開始する。

図２に戻って、エンジン１から排出されたＰＭは、ほぼ全てＤＰＦ３によって捕集されるため、排気管４のうちＤＰＦ３より下流側はＰＭの低濃度領域となっており、ＤＰＦ３より上流側は相対的にＰＭの高濃度領域となっている。したがって、センサ本体１８をこのようなＰＭの高濃度領域に設けると、センサ素子１２は短時間で飽和に達してしまうため、長時間にわたりＰＭを検出し続けることが困難になる。そこで、センサ本体１８には、排気管４内でセンサ素子１２を保護する保護カバー６が取り付けられる。

図７は、排気管４に設けられたセンサ本体１８の斜視図である。
センサ本体１８は、円柱状のボディ１９と、ボディ１９の先端部に設けられたセンサ素子１２と、センサ素子１２を保護する保護カバー６とを備える。保護カバー６は、円筒状の胴部６１と、この胴部６１の一方の端部を塞ぐ底部６４とを有する有底筒状である。胴部６１の他方の端部６６には、ボディ１９の端部１９ａに形成された突起（図示せず）が嵌合する凹溝（図示せず）が形成されている。保護カバー６は、ボディ１９の突起を凹溝に嵌合させることにより、センサ素子１２を胴部６１で囲繞するようにボディ１９に取り付けられる。

センサ本体１８は、保護カバー６より先端側の部分のみが排気管４内に臨むようにして、排気管４に形成された図示しないセンサホールに取り付けられる。この際、センサ本体１８は、胴部６１の延在方向が排気の流れ方向に対し垂直となり、かつ保護カバー６の底部６４が鉛直下方を向くようにして、排気管４に取り付けられることが好ましい。

保護カバー６の材質は、ステンレス鋼が好ましい。排気管内には凝縮水が付着することから、保護カバー６の材質は、特にステンレス鋼の中でも耐腐食性に優れたフェライト系ステンレスが好ましい。

保護カバー６の胴部６１の形状は、圧損の低下をできるだけ小さくするため、その断面の形状が真円の筒状となっていることが好ましいが、本発明はこれに限るものではない。例えば、断面の形状が四角形や五角形などの多角形または楕円の筒状であってもよい。

保護カバー６は、排気管４内がＰＭの高濃度環境下であってもセンサ素子１２が短時間で飽和に達してしまうのを防止するために、センサ素子１２を保護するためのものである。しかし、保護カバー６の内側に設けられたセンサ素子１２により、保護カバー６の外側を流通する排気のＰＭ濃度を推定できるようにするため、保護カバー６の外側のＰＭ濃度の変化を保護カバー６の内側のＰＭ濃度の変化に反映させる必要がある。よって、保護カバー６の内側のＰＭ濃度を外側のＰＭ濃度よりも十分に低く維持しつつ、外側のＰＭ濃度の変化に連動して内側のＰＭ濃度を変化させるため、保護カバー６の胴部６１には、一対の流入孔６２ａ，６２ｂと、これら一対の流入孔６２ａ，６２ｂと対になる一対の流出孔６３ａ，６３ｂとが形成されている。

２つの流入孔６２ａ，６２ｂは、胴部６１のうち排気の上流側に面する部分に形成されており、排気管４内のうち保護カバー６の外側を流通する排気をＰＭとともに保護カバー６の内側へ流入させる。
２つの流出孔６３ａ，６３ｂは、胴部６１のうち排気の下流側に面する部分に形成されており、保護カバー６の内側の排気をＰＭとともに保護カバー６の外側へ流出させる。
また、保護カバー６の底部６２のうち、排気の流れ方向に平行な中心部には、上記流入孔６２ａ，６２ｂや流出孔６３ａ，６３ｂよりも大きな径のガス抜け孔６５が貫通して形成されている。

以上のような流出孔６３ａ，６３ｂやガス抜け孔６５を形成することにより、保護カバー６内側に滞留するガスを、保護カバー６の外側を流通する排気に引き込まれるようにして保護カバー６の外側へ排出し、保護カバー６の内側の圧力を低くすることができる。また、このように保護カバー６内のガス抜け性を向上することにより、保護カバー６の外側の濃度変動を保護カバー６の内側の濃度変動に速やかに反映させることができるので、濃度推定の遅れを小さくできる。また、上述のように、底部６２を鉛直下方に向けることにより、保護カバー６の内側に生じた凝縮水をその自重によりガス抜け孔６５を介して保護カバー６の外側に排出することができるので、センサ素子１２に凝縮水が付着するのを防止し、ひいてはセンサ素子１２の誤作動を防止できる。

しかしながら、上記のように保護カバー６によるセンサ素子１２の物理的な保護だけでは、排気管４内がＰＭの高濃度環境下であるとセンサ素子１２のセンサ出力が短時間で飽和に達してしまうのを防止できないおそれがある。
そこで、後述のようなＰＭ検出処理を実施することにより、排気管４内がＰＭの高濃度環境下であっても、センサ素子１２の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂでセンサ出力が飽和し難くＰＭを長時間検出可能とし、しかも単一のセンサ素子１２で使用可能とするようにした。

以下、本実施形態に係るＰＭセンサ１１のＰＭ検出処理の手順について説明する。ＰＭセンサ１１のＰＭ検出処理は、前述のＥＣＵ５により実行される。
図８は、本実施形態に係るＰＭセンサ１１のＰＭ検出処理の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、エンジン１が始動されると、ＰＭセンサ１１を起動する。

ステップＳ２では、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理を実行する。
具体的な測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理は、ヒーター層１２２，１２９に通電し、ＰＭセンサ１１の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの温度を昇温させる。測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの温度は、ＰＭ燃焼温度（５５０℃）まで昇温される。測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの温度がＰＭ燃焼温度に達すると、ＰＭは燃焼除去され、静電容量は急激に小さくなり、ＰＭが付着していなかった場合と同一の静電容量に収束する。その後、ヒーター層１２２，１２９の通電を遮断し、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理を終了する。

ステップＳ３では、エンジン始動から一定時間以内か否かを判定する。これにより、エンジン１が始動直後の暖機状態か否かを判断する。エンジン始動から一定時間以内であれば、暖機状態と判定してステップＳ４へ移行する。エンジン始動から一定時間を超えていれば、暖機状態ではないと判定してステップＳ６へ移行する。

ステップＳ４では、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数ｆを、高周波数に設定する。
ステップＳ４へ移行するようなエンジンが始動直後の暖機状態では、エンジン１から排出されるＰＭの量がより高濃度となる。このようにセンサ本体１８がより高濃度のＰＭに曝される暖機状態である場合に、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を高周波数に変更するので、センサ本体１８が高濃度のＰＭに曝されても、長時間測定することができる。

ステップＳ５では、エンジンオイルの温度が８０℃以上か否かを判定する。これにより、エンジン１が暖まり暖機状態を脱したか否かを判断する。エンジンオイルの温度が８０℃以上であれば、暖機状態を脱したと判定してステップＳ６へ移行する。エンジンオイルの温度が８０℃未満であれば、未だ暖機状態であると判定してステップＳ４へ移行する。

ステップＳ６では、エンジン１の運転状態に基づいて排気に含まれるＰＭ濃度推定値を算出する。ＰＭ濃度推定値は、エンジン１の回転速度と燃料噴射量とを、予め作成されてＥＣＵ５に格納されたＰＭ濃度推定マップに取り込むことにより算出される。

ステップＳ７では、ステップＳ６で算出したＰＭ濃度推定値が２０ｍｇ／ｍ^３以上か否かを判定する。これにより、排気中のＰＭ濃度が低濃度か否かを判断する。ＰＭ濃度推定値が２０ｍｇ／ｍ^３未満であれば、排気中のＰＭ濃度が低濃度であると判定してステップＳ８へ移行する。ＰＭ濃度推定値が２０ｍｇ／ｍ^３以上であれば、排気中のＰＭ濃度が低濃度ではないと判定してステップＳ９へ移行する。

ステップＳ８では、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数ｆを、低周波数に設定する。
ステップＳ８へ移行するような排気中のＰＭ濃度が低濃度の場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を低周波数に変更するので、ＰＭが測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに付着した場合の変化を読み取る精度が向上し、高い測定感度でＰＭを検出することができる。
ここで、排気に含まれるＰＭの濃度は、予め作成されてＥＣＵ５に格納された静電容量変化に応じたＰＭ濃度マップを参照することにより、算出される。上述したように、静電容量変化は測定電圧の周波数に応じて変動することから、ステップＳ８で実行した測定電圧の周波数ｆの切り替えに伴って、低周波数のときの静電容量変化に応じたＰＭ濃度マップの切り替えを実行している。

ステップＳ９では、ステップＳ６で算出したＰＭ濃度推定値が５０ｍｇ／ｍ^３以上か否かを判定する。これにより、排気中のＰＭ濃度が中濃度か否かを判断する。ＰＭ濃度推定値が５０ｍｇ／ｍ^３未満であれば、排気中のＰＭ濃度が中濃度であると判定してステップＳ１０へ移行する。ＰＭ濃度推定値が５０ｍｇ／ｍ^３以上であれば、排気中のＰＭ濃度が中濃度ではないと判定してステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１０では、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数ｆを、中周波数に設定する。
ステップＳ１０へ移行するような排気中のＰＭ濃度が中濃度の場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を中周波数に変更するので、ＰＭが測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに付着した場合の変化を読み取る感度と静電容量の測定値の変化とのバランスをとり、ＰＭ濃度に合わせた測定感度と検出精度との両立を図ってＰＭを検出することができる。
ここで、排気に含まれるＰＭの濃度は、予め作成されてＥＣＵ５に格納された静電容量変化に応じたＰＭ濃度マップを参照することにより、算出される。上述したように、静電容量変化は測定電圧の周波数に応じて変動することから、ステップＳ１０で実行した測定電圧の周波数ｆの切り替えに伴って、中周波数のときの静電容量変化に応じたＰＭ濃度マップの切り替えを実行している。

ステップＳ１１では、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数ｆを、高周波数に設定する。
ステップＳ１１へ移行するような排気中のＰＭ濃度が高濃度の場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を高周波数に変更するので、静電容量の測定値が小さくなり、長時間測定可能となり、高い検出精度でＰＭを検出することができる。
ここで、排気に含まれるＰＭの濃度は、予め作成されてＥＣＵ５に格納された静電容量変化に応じたＰＭ濃度マップを参照することにより、算出される。上述したように、静電容量変化は測定電圧の周波数に応じて変動することから、ステップＳ１１で実行した測定電圧の周波数ｆの切り替えに伴って、高周波数のときの静電容量変化に応じたＰＭ濃度マップの切り替えを実行している。

ステップＳ１２では、センサ本体１８のセンサ出力が飽和したか否かを判定する。これにより、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理が必要か否かを判断する。センサ本体１８のセンサ出力が飽和していれば、ステップＳ２へ移行する。センサ本体１８のセンサ出力が飽和していなければ、ステップＳ６へ移行する。

ここで、検出用周波数の切り替えについて、図９、図１０を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係る周波数の切り替えを必要とする排気が変化する状態を示す図である。図１０は、本実施形態に係る周波数の切り替えを実行したときの静電容量の変化を示す図である。
図９に示すように、エンジンが定常運転する場合において、排気中のＰＭ濃度推定値が低濃度（１８ｍｇ／ｍ^３）、中濃度（３６ｍｇ／ｍ^３）、高濃度（７２ｍｇ／ｍ^３）のように変化する。排気中のＰＭ濃度推定値が低濃度の場合に比して中濃度や高濃度の場合にガス流量が低下しているのは、スロットルを絞って吸入空気量を減少させ、排気をリッチ側にシフトさせているからである。
図１０に示すように、先ず、排気中のＰＭ濃度推定値が中濃度（３６ｍｇ／ｍ^３）の場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を中周波数に変更する。次に、排気中のＰＭ濃度推定値が高濃度（７２ｍｇ／ｍ^３）の場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を高周波数に変更する。次に、排気中のＰＭ濃度推定値が低濃度（１８ｍｇ／ｍ^３）の場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を低周波数に変更する。
なお、図１０中の排気中のＰＭ濃度推定値が低濃度（１８ｍｇ／ｍ^３）の場合にセンサ出力が余り上昇していないが、これは排気中のＰＭ濃度推定値が低濃度のためであり、センサ出力は飽和状態に至っていない。
上述したように、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数をＰＭ濃度推定値に応じて切り替えることにより、ＰＭ濃度に合わせた測定感度と検出精度とを選択でき、ＰＭ検出を良好に行うことができる。

なお、切り替える検出用周波数としては、例えば、切り替え前の検出用周波数に所定値α（＞０）を加算して得られた検出用周波数の他、切り替え前の検出用周波数に所定値αを乗算して得られた検出用周波数などが挙げられる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）本実施形態によると、ＰＭ濃度推定値が高い程、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する交流電圧の周波数を高く切り替える。これにより、センサ本体１８が高濃度のＰＭに曝されても、センサ出力が飽和し難く長時間測定することができ、高い検出精度でＰＭを検出することができる。このセンサ本体１８が高濃度のＰＭに曝される状態では、ＰＭが多量に存在するので、ＰＭを測定する測定感度はあまり必要とされず、測定感度が悪化することに問題はない。
また、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数をＰＭ濃度推定値に応じて切り替えることにより、ＰＭ濃度に合わせた測定感度と検出精度とを選択でき、ＰＭ検出を良好に行うことができる。
また、検出精度が向上してＰＭ検出可能な時間が長くなり、再生回数が減少するので、燃費を向上することができる。
また、少なくとも１つのセンサ本体１８だけを有すればよいので、安価となる。
したがって、高濃度のＰＭに曝される環境下にあっても、センサ出力が飽和し難くＰＭを長時間検出可能であり、高い検出精度で燃費が悪化せずにＰＭを検出できる安価なＰＭセンサ１１を提供することができる。

（２）エンジン１の始動直後の暖機状態は、燃焼が不安定で高濃度のＰＭが排出されるので、センサ本体１８がより高濃度のＰＭに曝される。本実施形態によると、より高濃度のＰＭに曝される暖機状態である場合には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧を高周波数に変更するので、センサ本体１８が高濃度のＰＭに曝されても、長時間測定することができ、高い検出精度でＰＭを検出することができる。

（３）センサ本体１８がＤＰＦ３よりも排気管４の上流側に配置されるので、センサ本体１８は高濃度のＰＭに曝されることになる。本実施形態によると、この場合であっても、ＰＭ検出を良好に行うことができる。
また、センサ本体１８がＤＰＦ３よりも排気管４の上流側に配置されると、ＰＭセンサ１１はエンジン１の運転状態に応じたＰＭ堆積量を逐次検出できるので、ＰＭセンサ１１をエンジン１の運転状態の制御に用いることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、ＰＭ検出処理が第１実施形態と異なるが他の部分は同様であるので、その特徴部分を説明し、同様の構成については説明を省略する。

以下、本実施形態に係るＰＭセンサ１１のＰＭ検出処理の手順について説明する。ＰＭセンサ１１のＰＭ検出処理は、前述のＥＣＵ５により実行される。
図１１は、本実施形態に係るＰＭセンサ１１のＰＭ検出処理の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、エンジン１が始動されると、ＰＭセンサ１１を起動する。

ステップＳ１０２では、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理を実行する。
具体的な測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理は、ヒーター層１２２，１２９に通電し、ＰＭセンサ１１の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの温度を昇温させる。測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの温度は、ＰＭ燃焼温度（５５０℃）まで昇温される。測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの温度がＰＭ燃焼温度に達すると、ＰＭは燃焼除去され、静電容量は急激に小さくなり、ＰＭが付着していなかった場合と同一の静電容量に収束する。その後、ヒーター層１２２，１２９の通電を遮断し、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの再生処理を終了する。

ステップＳ１０３では、集塵電圧を印加してＰＭを検出する。
具体的には、予め設定したＰＭ濃度検出期間が経過したとして、まず、集塵電極層１２３，１２８に所定の集塵電圧を印加する。次に、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに印加する測定電圧の周波数を変更し、周波数毎に電気的特性を測定してＰＭを検出し、測定結果をＥＣＵ５に記憶する。

図１２は、本実施形態に係るステップＳ１０３における測定結果（周波数毎の電気的特性変化量）を示す図である。図１２の横軸には静電容量変化量をとり、縦軸にはＰＭ濃度をとっている。
図１２に示すように、前回（ＰＭ濃度検出期間経過前）の低周波数の電気的特性（Ｃ_Ｌ（ｎ−１））、前回の中周波数の電気的特性（Ｃ_Ｍ（ｎ−１））、前回の高周波数の電気的特性（Ｃ_Ｈ（ｎ−１））を一致させると、今回のそれぞれの周波数の電気的特性（Ｃ_Ｌｎ，Ｃ_Ｍｎ，Ｃ_Ｈｎ）は、検出するＰＭ濃度に差が生じ、それぞれの周波数の電気的特性変化量が異なる。ＥＣＵ５は、このような今回のそれぞれの周波数の電気的特性（Ｃ_Ｌｎ，Ｃ_Ｍｎ，Ｃ_Ｈｎ）を記憶する。

ステップＳ１０４では、出力判定を行う。
具体的な出力判定は、今回記憶した高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈｎが、出力判定静電容量Ｃｏ以上か否かを判定する。出力判定静電容量Ｃｏは、測定可能な最低限度の静電容量である。
図１３は、本実施形態に係るセンサ出力の経時変化を示す図である。図１３の横軸には時間をとり、縦軸にはセンサ出力をとっている。
ステップＳ１０４では、例えば図１３に示すように、高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈｎと出力判定静電容量Ｃｏとの対比の一例として、高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈ２と出力判定静電容量Ｃｏとを対比させている。高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈ２が出力判定静電容量Ｃｏ以上であることにより、センサ出力がＰＭを検出することができる範囲の下限を超え、ＰＭを検出可能であることがわかる。

ステップＳ１０４において、今回記憶した高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈｎが、出力判定静電容量Ｃｏ以上であれば、ステップＳ１０５へ移行する。今回記憶した高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈｎが、出力判定静電容量Ｃｏ未満であれば、ステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０５では、静電容量飽和判定を行う。
具体的な静電容量飽和判定は、今回記憶した低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎが、出力飽和判定静電容量Ｃｓ未満か否かを判定する。出力飽和判定静電容量Ｃｓは、測定可能な最高限度の静電容量である。
前述と同様に、図１３は、本実施形態に係るセンサ出力の経時変化を示す図である。図１３の横軸には時間をとり、縦軸にはセンサ出力をとっている。
ステップＳ１０５では、例えば図１３に示すように、低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎと出力飽和判定静電容量Ｃｓとを対比させている。低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎが出力飽和判定静電容量Ｃｓ未満であることにより、センサ出力がＰＭを検出することができる範囲の上限以内であり、ＰＭを検出可能であることがわかる。

ステップＳ１０５において、今回記憶した低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎが、出力飽和判定静電容量Ｃｓ未満であれば、ステップＳ１０６へ移行する。今回記憶した低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎが、出力飽和判定静電容量Ｃｓ以上であれば、ステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０６では、低周波数の電気的特性変化量を判定する。
具体的な低周波数の電気的特性変化量の判定は、前回の測定時刻Ｔ（ｎ−１）から今回の測定時刻Ｔｎまでの間に、前回記憶した低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌ（ｎ−１）からステップＳ１０４で記憶した低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎに増加した変化量（すなわち（Ｃ_Ｌｎ−Ｃ_Ｌ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））が、低周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＬＳ以上か否かを判定する。低周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＬＳは、予め算出されたＥＣＵ５に記憶された、低周波数の電気的特性Ｃ_Ｌｎに基づいてＰＭの検出を許可するか否かを判定する基準値である。
上記変化量（（Ｃ_Ｌｎ−Ｃ_Ｌ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））が、低周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＬＳ以上であれば、排気中のＰＭ濃度が低濃度ではないと判定してステップＳ１０７へ移行する。上記変化量（（Ｃ_Ｌｎ−Ｃ_Ｌ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））が、低周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＬＳ未満であれば、排気中のＰＭ濃度が低濃度であると判定し、上記上記変化量（（Ｃ_Ｌｎ−Ｃ_Ｌ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））をＥＣＵ５に記憶させてステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０７では、中周波数の電気的特性変化量を判定する。
具体的な中周波数の電気的特性変化量の判定は、前回の測定時刻Ｔ（ｎ−１）から今回の測定時刻Ｔｎまでの間に、前回記憶した中周波数の電気的特性Ｃ_Ｍ（ｎ−１）からステップＳ１０４で記憶した中周波数の電気的特性Ｃ_Ｍｎに増加した変化量（すなわち（Ｃ_Ｍｎ−Ｃ_Ｍ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））が、中周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＭＳ以上か否かを判定する。中周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＭＳは、予め算出されたＥＣＵ５に記憶された、中周波数の電気的特性Ｃ_Ｍｎに基づいてＰＭの検出を許可するか否かを判定する基準値である。
上記変化量（（Ｃ_Ｍｎ−Ｃ_Ｍ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））が、中周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＭＳ以上であれば、排気中のＰＭ濃度が中濃度ではないと判定してステップＳ１０８へ移行する。上記変化量（（Ｃ_Ｍｎ−Ｃ_Ｍ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））が、中周波数の電気的特性規定値Ｃ_ＭＳ未満であれば、排気中のＰＭ濃度が中濃度であると判定し、上記上記変化量（（Ｃ_Ｍｎ−Ｃ_Ｍ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））をＥＣＵ５に記憶させてステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０８では、高周波数の電気的特性変化量を算出する。
具体的な高周波数の電気的特性変化量の算出は、前回の測定時刻Ｔ（ｎ−１）から今回の測定時刻Ｔｎまでの間に、前回記憶した高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈ（ｎ−１）からステップＳ１０４で記憶した高周波数の電気的特性Ｃ_Ｈｎに増加した変化量（すなわち（Ｃ_Ｈｎ−Ｃ_Ｈ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））として算出される。排気中のＰＭ濃度が高濃度であるので、上記変化量（（Ｃ_Ｈｎ−Ｃ_Ｈ（ｎ−１））／（Ｔｎ−Ｔ（ｎ−１）））をＥＣＵ５に記憶させてステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０９では、検出期間のエンジン１の運転条件を取得する。具体的には、エンジン１の機関回転速度、燃料噴射量、冷却水温などを取得する。

ステップＳ１１０では、選択したいずれかの上記変化量に基づいてＰＭ濃度を検出する。
具体的には、図１２に示すように、低周波数、中周波数または高周波数のうちいずれかのステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８で選択した上記変化量により、ＰＭ濃度を検出する。
本ステップの処理の後、ステップＳ１０３へ移行する。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に（１）〜（３）の効果を奏する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に包含される。
例えば、第２実施形態において、ＥＣＵ５は、エンジン１が始動直後の暖機状態であるか否かを判別する暖機状態判別ステップを更に設ける構成としてもよい。暖機状態判別ステップを設け、暖機状態であると判定された場合には、高周波数を選択してＰＭを検出することが好ましい。

１…エンジン（内燃機関）
３…ＤＰＦ
４…排気管（排気通路）
５…ＥＣＵ（ＰＭ濃度推定手段、周波数変更手段、暖機状態判別手段、記憶手段、選択手段、検出手段）
１８…センサ本体
１２７Ａ，１２７Ｂ…測定電極（電極部）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気中の粒状物質を検出するセンサ本体を有し、当該センサ本体の電極部に粒状物質が付着した際に前記電極部に交流電圧を印加することによって前記電極部の電気的特性の変化を測定し、測定した電気的特性の変化量に基づいて粒子状物質濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、排気に含まれる粒子状物質濃度を推定する粒子状物質濃度推定手段と、
   前記センサ本体の前記電極部に印加する交流電圧の周波数を変更する周波数変更手段と、
   前記内燃機関が始動直後の暖機状態であるか否かを判別する暖機状態判別手段と、を備え、
   前記周波数変更手段は、前記粒子状物質濃度推定手段が推定した粒子状物質濃度推定値が高い程、前記電極部に印加する交流電圧の周波数を高く切り替えるものであり、かつ、少なくとも低周波数と高周波数との２つの周波数で変更可能に構成され、前記暖機状態判別手段によって暖機状態であると判定された場合には、前記電極部に印加する交流電圧を高周波数に変更することを特徴とする粒子状物質検出装置。
2. 内燃機関の排気通路に設けられた排気中の粒子状物質を検出するセンサ本体を有し、当該センサ本体の電極部に粒子状物質が付着した際に前記電極部に交流電圧を印加することによって前記電極部の電気的特性の変化を測定し、測定した電気的特性の変化量に基づいて粒子状物質濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、
   前記センサ本体の前記電極部に印加する交流電圧の周波数を変更する周波数変更手段と、
   予め設定した粒子状物質濃度検出期間内において、前記周波数変更手段によって前記電極部に印加する交流電圧の周波数を変更し、周波数毎に電気的特性を測定して記憶する記憶手段と、
   前記粒子状物質濃度検出期間内において、前記記憶手段により記憶された前回の測定時刻Ｔ（ｎ−１）から今回の測定時刻Ｔｎまでの間の周波数毎の電気的特性の変化量について判定を行い、電気的特性の変化量が小さい程、高周波数を選択する選択手段と、
   前記選択手段が選択した周波数のときの前記記憶手段が記憶した電気的特性に基づいて粒子状物質濃度を検出する検出手段と、を備え、
   前記選択手段は、前記粒子状物質濃度検出期間における低周波数側から当該周波数の電気的特性の変化量が当該周波数の規定値内に含まれるか判定し、当該周波数の電気的特性の変化量が当該周波数の規定値内に含まれる場合に当該周波数を選択し、当該周波数の電気的特性の変化量が所定の規定値内に含まれない場合に更に高周波数側の次の周波数の電気的特性の変化量が当該次の周波数の規定値内に含まれるか判定していくことを特徴とする粒子状物質検出装置。
3. 前記内燃機関が始動直後の暖機状態であるか否かを判別する暖機状態判別手段を更に備え、
   前記周波数変更手段は、少なくとも低周波数と高周波数との２つの周波数で変更可能に構成され、前記選択手段は、前記暖機状態判別手段によって暖機状態であると判定された場合には、高周波数を選択することを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質検出装置。
4. 前記排気通路に粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタを更に備え、
   前記センサ本体は、前記排気浄化フィルタよりも前記排気通路の上流側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。

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