JP6665434B2

JP6665434B2 - 粒子状物質検出システム

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Publication number: JP6665434B2
Application number: JP2015131417A
Authority: JP
Inventors: 幸治安藤
Original assignee: Denso Corp
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Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2035-06-30
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Description

本発明は、排ガス中の粒子状物質の量を測定する粒子状物質センサと、該粒子状物質に接続した電流測定部と、これらに接続した制御回路部とを備える粒子状物質検出システムに関する。

排ガス中の粒子状物質（PM: Particulate Matter）の量を測定する粒子状物質センサと、該粒子状物質センサに接続した電流測定部と、これらに接続した制御回路部とを備える粒子状物質検出システムが知られている（下記特許文献１参照）。粒子状物質センサは、互いに離間した一対の電極と、該電極を加熱するヒータとを備える。

制御回路部は、測定モードと燃焼モードとを切り替え制御するよう構成されている。測定モードでは、粒子状物質センサの上記一対の電極間に電圧を加える。このようにすると、静電気力によって粒子状物質が集まり、電極間に電流が流れる。この電流値を測定することにより、排ガス中の粒子状物質の量を算出するようになっている。また、測定モードを暫く続けると、電極間に多くの粒子状物質が堆積し、電流が飽和する。したがって、この場合には、上記燃焼モードに切り替えて、ヒータを発熱させ、堆積した粒子状物質を燃焼させる。これにより、粒子状物質センサを再生するよう構成されている。

特開特開２０１２−３７３７３号公報

しかしながら、上記粒子状物質検出システムは、粒子状物質の量を充分正確に測定できない場合があり得る。すなわち、粒子状物質センサは、燃焼モードを行っても、粒子状物質が充分に燃焼されず、電極間に粒子状物質が残ることがある。この状態で測定モードに切り替えると、粒子状物質センサが充分再生していないため、粒子状物質の量を正確に測定できない可能性がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、排ガス中の粒子状物質の量をより正確に測定できる粒子状物質検出システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、排ガス中の粒子状物質が堆積する被堆積部と、該被堆積部に設けられ、互いに離間した一対の電極と、上記被堆積部を加熱するヒータと、上記一対の電極と上記ヒータとの間に介在する絶縁部材と、上記一対の電極に電気的に接続した一対の配線とを有する粒子状物質センサと、
上記一対の電極のうち一方の上記電極に上記一対の配線のうち一方の上記配線を介して電気的に接続した電流測定部と、
上記粒子状物質センサ及び上記電流測定部に接続した制御回路部とを備え、
該制御回路部は、上記ヒータへの通電を停止した状態で上記一対の電極間に電圧を加え、上記一対の電極間に流れる電流を上記電流測定部によって測定する測定モードと、該測定モードよりも上記一対の電極間に加える電圧を低くした状態で上記ヒータを発熱させ、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を燃焼する燃焼モードと、を切り替え制御し、
上記制御回路部は、上記燃焼モードを終了した後、上記ヒータへの通電を停止して、上記ヒータの温度が低くなってから、上記測定モードに切り替えると共に、上記燃焼モードから上記測定モードへ切り替えた直後における上記電流の測定値が、予め定められた閾値よりも高い場合には、上記被堆積部に上記粒子状物質が残っていると判断し、上記燃焼モードを再び行うことを繰り返すよう構成されており、かつ、
上記燃焼モードを再び行う処理を、予め定められた回数よりも多い回数、連続して行った場合には、上記粒子状物質センサが故障していると判断し、
上記電流の測定値が上記閾値以下であり、上記被堆積部に上記粒子状物質が残っていると判断されない場合には、上記電流の向きと値に基づいて、上記配線の異常の有無を判断し、
上記燃焼モードにおいては、上記ヒータから上記絶縁部材を介して、上記電極へ流れるリーク電流の測定値に基づいて、上記粒子状物質センサが故障しているか否かを判断するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出システムにある。

上記粒子状物質検出システムは、燃焼モードから測定モードへ切り替えた直後における電流の測定値が、予め定められた閾値よりも高い場合には、被堆積部に粒子状物質が残っていると判断し、燃焼モードを再び行うよう構成されている。
そのため、粒子状物質が燃焼不足で被堆積部に残っている場合は、燃焼モードが再び行われ、被堆積部の粒子状物質が充分に燃焼してから、排ガス中の粒子状物質の測定が行われる。したがって、被堆積部に粒子状物質が残っている状態で、排ガス中の粒子状物質の測定が行われることを抑制でき、排ガス中の粒子状物質の量を、正確に測定することが可能になる。

以上のごとく、本発明によれば、排ガス中の粒子状物質の量をより正確に測定できる粒子状物質検出システムを提供することができる。

実施例１における、測定モードでの、粒子状物質検出システムの回路図。実施例１における、燃焼モードでの、粒子状物質検出システムの回路図。実施例１における、粒子状物質センサの分解斜視図。実施例１における、制御回路部のフローチャート。図４に続くフローチャート。実施例１における、粒子状物質が充分に燃焼したときの、ヒータの温度と、第１電極の電圧と、第１電流測定部の測定値と、第２電流測定部の測定値とのグラフ。実施例１における、粒子状物質の燃焼不足が生じたときの、ヒータの温度と、第１電極の電圧と、第１電流測定部の測定値と、第２電流測定部の測定値とのグラフ。実施例１における、ヒータの温度と、電気抵抗との関係を表したグラフ。実施例２における、制御回路部のフローチャートの一部。実施例２における、第１配線及び第２配線がＧＮＤにショートしたときの、ヒータの温度と、第１電極の電圧と、第１電流測定部の測定値と、第２電流測定部の測定値とのグラフ。実施例３における、制御回路部のフローチャートの一部。実施例３における、第１配線が断線したときの、ヒータの温度と、第１電極の電圧と、第１電流測定部の測定値と、第２電流測定部の測定値とのグラフ。実施例３における、ヒータが故障したときの、ヒータの温度と、第１電極の電圧と、第１電流測定部の測定値と、第２電流測定部の測定値とのグラフ。実施例３における、絶縁部材が劣化したときの、ヒータの温度と、第１電極の電圧と、第１電流測定部の測定値と、第２電流測定部の測定値とのグラフ。実施例４における、制御回路部のフローチャートの一部。実施例５における、発熱モードでの、粒子状物質検出システムの回路図。

上記粒子状物質検出システムは、ディーゼル車に搭載するための、ディーゼル車用粒子状物質検出システムとすることができる。

（実施例１）
上記粒子状物質検出システムに係る実施例について、図１〜図８を用いて説明する。図１に示すごとく、本例の粒子状物質検出システム１は、粒子状物質センサ２と、電流測定部３と、制御回路部４とを備える。粒子状物質センサ２は、図３に示すごとく、被堆積部２０と、一対の電極２１（２１ａ，２１ｂ）と、ヒータ２２とを有する。被堆積部２０には、排ガス中の粒子状物質が堆積する。一対の電極２１は、被堆積部２０に設けられており、互いに離間している。ヒータ２２は、被堆積部２０を加熱するために設けられている。

電極２１には、第１電極２１ａと第２電極２１ｂとがある。図１に示すごとく、第２電極２１ｂは、上記電流測定部３に接続している。第１電極２１ａは、後述する補助電流測定部３’に接続している。
制御回路部４は、粒子状物質センサ２及び電流測定部３に接続している。

制御回路部４は、測定モード（図１参照）と燃焼モード（図２参照）とを切り替え制御するよう構成されている。測定モードでは、図１に示すごとく、ヒータ２２への通電を停止した状態で一対の電極２１間に電圧Ｖｓを加える。これにより、電極２１ａ，２１ｂ間に電界を発生させ、静電気力によって粒子状物質を捕集する。電極２１ａ，２１ｂ間に粒子状物質が堆積すると、電流Ｉが流れる。この電流Ｉを、電流測定部３によって測定する。
燃焼モードでは、上記測定モードよりも一対の電極２１間に加わる電圧を低くした状態で、ヒータ２２を発熱させ、被堆積部２０に堆積した粒子状物質を燃焼する。

制御回路部４は、燃焼モードから測定モードへ切り替えた直後における電流Ｉの測定値が、予め定められた閾値Ｉｂよりも高い場合には、被堆積部２０に粒子状物質が残っていると判断し、燃焼モードを再び行うよう構成されている。

本例の粒子状物質検出システム１は、ディ−ゼル車に搭載して用いられる。制御回路部４は、マイコンによって構成されている。マイコンには、複数のＡ／Ｄコンバータが形成されている。また、本例の粒子状物質検出システム１は、高電圧回路１１と、スイッチ６と、補助電流測定部３’と、ヒータ駆動回路１２と、ヒータ電流検出回路１３とを備える。

図１に示すごとく、電流測定部３は、電流電圧変換回路３１と、電圧測定回路３２とによって構成されている。電流電圧変換回路３１は、オペアンプＯＰと抵抗Ｒとを備える。抵抗Ｒは、オペアンプＯＰの反転入力端子３９と出力端子３７との間に接続している。また、電圧測定回路３２は、Ａ／Ｄコンバータ３２０によって構成されている。電圧測定回路３２は、オペアンプＯＰの出力電圧Ｖｏを測定する。

オペアンプＯＰの非反転入力端子３８は、所定の電圧（以下、非反転入力端子電圧Ｖａとも記す）に保持される。オペアンプＯＰの特性であるバーチャルショートにより、反転入力端子３９の電圧（以下、反転入力端子電圧Ｖａ’とも記す）は、非反転入力端子電圧Ｖａと略等しい値になる。

本例の制御回路部４は、測定モードでは、ヒータ２２への通電を停止し、図１に示すごとく、スイッチ６を制御して、第１電極２１ａを高電圧回路１１に接続する。そのため、電極２１間に電圧Ｖｓが加わり、粒子状物質が捕集されて、電極２１間に電流Ｉが流れる。この電流Ｉを、電流測定部３によって測定する。これにより、排ガスに含まれる粒子状物質の量を測定する。
電流Ｉは、オペアンプＯＰの反転入力端子３９には流れ込まず、抵抗Ｒを流れる。そのため、抵抗Ｒにおいて電圧がＲＩだけ降下する。したがって、オペアンプＯＰの出力電圧Ｖｏは、以下の式で表される値になる。
Ｖｏ＝Ｖａ’−ＲＩ
この式を変形すると、電流Ｉは、下記式（１）によって表されることが分かる。
Ｉ＝（Ｖａ’−Ｖｏ）／Ｒ・・・（１）

制御回路部４は、反転入力端子電圧Ｖａ’および抵抗Ｒの値を記憶している。そして、電圧測定回路３２によって測定した出力電圧Ｖｏの値を用いて、上記式（１）から、電流Ｉを算出する。これにより、排ガス中の粒子状物質の量を算出するよう構成されている。

また、上記補助電流測定部３’も、電流測定部３と同様の構成になっている。補助電流測定部３’の反転入力端子３９の電圧は、Ｖｂ’に保持される。補助電流測定部３’の反転入力端子電圧Ｖｂ’は、電流測定部３の反転入力端子電圧Ｖａ’と略等しい値になっている。

一方、本例の制御回路部４は、図２に示すごとく、燃焼モードでは、スイッチ６を制御し、第１電極２１ａを補助電流測定部３’に接続する。この状態でヒータ駆動回路１２を駆動し、ヒータ２２を発熱させる。

また、本例の粒子状物質検出システム１は、ヒータ２２の温度を測定する温度測定部５を備える。温度測定部５は、３つのＡ／Ｄコンバータ３３〜３５と、ヒータ電流検出回路１３とを有する。温度測定部５は、ヒータ２２の電気抵抗であるヒータ抵抗Ｒ_Ｈを測定し、この測定値を用いて、ヒータ２２の温度を算出している。図８に示すごとく、ヒータ２２の温度とヒータ抵抗Ｒ_Ｈとの間には、一定の関係がある。そのため、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈを測定することにより、ヒータ２２の温度を算出することができる。

ヒータ２２の温度の測定方法をより詳細に説明する。図２に示すごとく、ヒータ配線２２９ａ，２２９ｂには、配線抵抗Ｒｐが寄生している。２本のヒータ配線２２９ａ，２２９ｂの長さは等しくされている。そのため、２本のヒータ配線２２９ａ，２２９ｂにそれぞれ寄生する配線抵抗Ｒｐは、互いに等しい。
本例では、第３Ａ／Ｄコンバータ３３と第５Ａ／Ｄコンバータ３５とを用いて、ヒータ配線２２９が接続した２つの端子２２６，２２７間の電圧Ｖ_Ｈを測定する。また、ヒータ電流検出回路１３を用いて、ヒータ２２を流れる電流ｉを測定する。そして、電圧Ｖ_Ｈと電流ｉとの測定値を用いて、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈと２つの配線抵抗Ｒｐとの合計抵抗Ｒａを測定する。合計抵抗Ｒａは下記式（２）によって表すことができる。
Ｒａ＝Ｖ_Ｈ／ｉ＝Ｒ_Ｈ＋２Ｒｐ・・・（２）

また、本例では、第４Ａ／Ｄコンバータ３４と第５Ａ／Ｄコンバータ３５とを用いて、一方のヒータ配線２２９ｂに寄生した配線抵抗Ｒｐに加わる電圧Ｖｐを測定している。この電圧Ｖｐと上記電流ｉとの測定値を用いて、下記式（３）から、一方のヒータ配線２２９ｂに寄生する配線抵抗Ｒｐを算出することができる。
Ｒｐ＝Ｖｐ／ｉ・・・（３）

第４Ａ／Ｄコンバータ３４にはセンシング配線２２８が接続している。センシング配線２２８は、ヒータ２２の近傍に接続している。第４Ａ／Ｄコンバータ３４は、このセンシング配線２２８を介して、一方のヒータ配線２２９ｂに加わる電圧Ｖｐを測定している。センシング配線２２８にも抵抗が寄生するが、センシング配線２２８には電流が殆ど流れない。そのため、センシング配線２２８による電圧降下は無視できるほど小さく、上記電圧Ｖｐを正確に測定できるよう構成されている。

本例の温度測定部５は、上記式（２）、（３）を用いて、合計抵抗Ｒａと配線抵抗Ｒｐを測定し、さらに、下記式を用いて、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈを算出している。つまり、合計抵抗Ｒａから２つの配線抵抗Ｒｐを減算している。これにより、配線抵抗Ｒｐの影響を受けない、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの正確な値を求め、ヒータ２２の温度を正確に算出するよう構成されている。
Ｒ_Ｈ＝Ｒａ−２Ｒｐ

次に、制御回路部４の動作について説明する。図４に示すごとく、制御回路部４は、まず、粒子状物質センサ２を再生するか否かを判断する（ステップＳ１）。ここでは、例えば、電極２１間に流れる電流Ｉを測定し、その値が飽和している場合は、再生する（Ｙｅｓ）と判断する。ステップＳ１でＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ２に移り、燃焼モードに切り替える。すなわち、スイッチ６を制御して、第１電極２１ａを補助電流測定部３’に接続する（図２参照）と共に、ヒータ２２を発熱させる。

次いで、ステップＳ３に移り、ヒータ２２の温度が充分上昇したか否かを判断する。ここでは、温度検出部５によってヒータ２２の温度を測定し、その測定値が、予め定められた第２の値Ｔｂよりも高くなったか否かを判断する。ステップＳ３においてＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ４に移る。ここでは、所定時間経過したか否かを判断する。このように、ヒータ２２の温度が充分高い状態を所定時間、維持することにより、被堆積部２０に堆積した粒子状物質２を燃焼するようにしている。

ステップＳ４でＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ５に移り、ヒータ２２の通電を停止する。そして、ステップＳ６に進み、ヒータ２２の温度が充分に低下したか否かを判断する。すなわち、ヒータ２２に短時間通電することにより、温度検出部５によってヒータ２２の温度を測定し、その測定値が、予め定められた第１の値Ｔａ（Ｔｂ＞Ｔａ）よりも低くなったか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ７に移る。

ステップＳ７では、測定モードへの切り替えを行う。すなわち、スイッチ６を切り替えて、第１電極２１ａを高電圧回路１１に接続する（図１参照）と共に、電流測定部３を用いて、電流Ｉを測定する。その後、図５に示すごとく、ステップＳ８に移る。ここでは、測定モードに切り替えた直後の電流Ｉが、予め定められた閾値Ｉｂよりも多いか否かを判断する。すなわち、燃焼モードにおいて粒子状物質が充分に燃焼されておらず、被堆積部２０に粒子状物質が残っている場合は、測定モードに切り替えると、電極２１ａ，２１ｂ間に大きな電流が流れる。この電流値に基づいて、粒子状物質が残っているか否かを判断する。

ステップＳ８においてＹｅｓ、すなわち粒子状物質が残っていると判断した場合は、ステップＳ１０に移る。ここでは、燃焼モードを予め定められた回数よりも多い回数、連続して行ったか否かを判断する。ステップＳ１０でＮｏと判断された場合は、ステップＳ２に移り、燃焼モードを再び行う。このように本例では、ステップＳ８において粒子状物質が残っている（Ｙｅｓ）と判断した場合は、燃焼モードを再び行い、残っている粒子状物質を燃焼させる。これにより、粒子状物質を充分に燃焼してから、測定モードを行うようにしている。また、ステップＳ１０では、燃焼モードをＮ回連続して行った場合（Ｙｅｓ）は、粒子状物質センサ２のヒータ２２が故障していると判断する。そして、ステップＳ１１に移り、故障信号を発生する。これにより、ユーザ等に、粒子状物質センサ２の交換を促す。

また、ステップＳ８においてＮｏ、すなわち粒子状物質が残っていないと判断した場合は、ステップＳ９に移り、測定モードを続ける。そして、ステップＳ１（図４参照）に戻る。

次に、図６、図７を用いて、ヒータ２２の温度と、第１電極２１ａの電圧と、補助電流測定部３’の測定値と、電流測定部３の測定値との、時間変化を表したグラフについて説明する。図６は、燃焼モードにおいて粒子状物質が充分に燃焼した場合のグラフである。同図に示すごとく、測定モードにおいては、ヒータ２２の温度は比較的低い。このときは、第１電極２１ａは高電圧回路１１に接続しているため（図１参照）、第１電極２１ａの電圧は、高電圧回路１１の電圧Ｖｓと等しくなる。また、測定モードでは、補助電流測定部３’は第１電極２１ａに接続していないため、補助電流測定部３’によって電流は測定されない。測定モードを暫く続けると、粒子状物質が被堆積部２０に徐々に堆積するため、電極２１間に流れる電流が増加してくる。そのため、電流測定部３の測定値が徐々に上昇する。

測定モードを終了し、燃焼モードに切り替えると、ヒータ２２の温度が上昇し始める。ヒータ２２の温度が充分に上昇すると、被堆積部２０に堆積した粒子状物質が燃焼する。また、ヒータ２２の温度が上昇すると、ヒータ２２と電極２１との間に配された絶縁部材２３（図３参照）の温度も上昇し、絶縁部材２３の電気抵抗が低下する。そのため、ヒータ２２から電極２１ａ，２１ｂにリーク電流Ｉ_Ｌ（図２参照）が流れる。このリーク電流Ｉ_Ｌが、電流測定部３および補助電流測定部３’によって測定される。

図６に示すごとく、燃焼モードを終了すると、ヒータ２２の温度が徐々に低下する。ヒータ２２の温度が充分に低下した後、測定モードに切り替わる。燃焼モードにおいて粒子状物質が十分に燃焼し、被堆積部２０に粒子状物質が残っていない場合は、図６に示すごとく、測定モードに切り替えても、電流Ｉは急には流れない。測定モードに切り替えた後、時間が経過して粒子状物質が堆積すると、電流Ｉが徐々に流れ始める。

これに対して、図７に示すごとく、燃焼モードにおいて粒子状物質が充分に燃焼されなかった場合は、測定モードに切り替えると、電流Ｉが急に流れる。これは、導電性を有する粒子状物質が電極２１間に残っており、かつ、電極２１間に電圧Ｖｓが加わるためである。この電流Ｉが、電流測定部３によって測定される。測定された電流Ｉの値は、上記閾値Ｉｂを超える。

本例の作用効果について説明する。図５に示すごとく、本例の制御回路部４は、燃焼モードから測定モードへ切り替えた直後における電流Ｉの測定値が、予め定められた閾値Ｉｂよりも高い場合には、被堆積部２０に粒子状物質が残っていると判断し、燃焼モードを再び行うよう構成されている（ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ２）。
そのため、粒子状物質が燃焼不足で被堆積部２０に残っている場合は、燃焼モードが再び行われ、被堆積部２０の粒子状物質が充分に燃焼してから、排ガス中の粒子状物質の測定が行われる。したがって、被堆積部２０に粒子状物質が残っている状態で、排ガス中の粒子状物質の測定が行われることを抑制でき、排ガス中の粒子状物質の量を、正確に測定することが可能になる。

また、図５に示すごとく、本例の制御回路部４は、被堆積部２０に粒子状物質が残っていると判断し燃焼モードを再び行う処理を、予め定められた回数よりも多い回数、連続して行った場合には、粒子状物質センサ２が故障していると判断するよう構成されている（ステップＳ８，Ｓ１０）。
そのため、粒子状物質センサ２が故障したことを検出でき、ユーザ等に粒子状物質センサ２の交換を促すことができる。

また、図４に示すごとく、本例の制御回路部４は、燃焼モードを終了した後、温度検出部５によって測定されたヒータ２２の温度が、予め定められた第１の値Ｔａよりも低くなってから、測定モードに切り替えるよう構成されている（ステップＳ６，Ｓ７）。
ヒータ２２の温度が高い状態では、上述したように、ヒータ２２から電極２１にリーク電流Ｉ_Ｌが流れる。このように、ヒータ２２の温度が高く、リーク電流Ｉ_Ｌが流れる状態で測定モードに切り替えると、電流測定部３によって測定された電流値が、リーク電流Ｉ_Ｌによるものか、電極２１間を流れる電流Ｉによるものか区別できなくなる。したがって、電極２１間を流れる電流Ｉの値を正確に測定できず、被堆積部２０に粒子状物質が未燃焼で残っているか否かを判断しにくくなる。これに対して、本例のように、ヒータ２２の温度が充分に下がってから測定モードに切り替えれば、リーク電流Ｉ_Ｌが殆ど流れないため、電極２１間に電流Ｉが流れた場合、この値を正確に測定できる。そのため、被堆積部２０に粒子状物質が残っているか否かを正確に判断できる。

以上のごとく、本例によれば、排ガス中の粒子状物質の量をより正確に測定できる粒子状物質検出システムを提供することができる。

なお、本例では、ヒータ２２の電気抵抗を測定することにより、ヒータ２２の温度を測定しているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、別途専用の温度センサを設けても良い。

（実施例２）
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例は、制御回路部４の動作を変更した例である。図９に、本例の制御回路部４のフローチャートを示す。このフローチャートは、実施例１の図４に記載したステップＳ７から続いている。ステップＳ８〜Ｓ１１については、実施例１と同様なので、詳細な説明を省略する。本例では、ステップＳ８においてＮｏと判断された場合、すなわち、測定モードに切り替えた直後の電流Ｉが閾値Ｉｂよりも低く、被堆積部２０に粒子状物質が残っていないと判断した場合、ステップＳ８１に進む。ここでは、粒子状物質センサ２の配線２４（図３参照）がＧＮＤにショートしたか否かを判断する。すなわち、図１に示すごとく、電流測定部３に含まれるオペアンプＯＰの反転入力端子３９は、正の電圧（反転入力端子電圧Ｖａ’）に保持されている。そのため、配線２４がＧＮＤにショートした場合、通常とは逆向きに電流Ｉが流れる。例えば図１０に示すごとく、ある時刻ｔ１において第１配線２４ａがＧＮＤにショートした場合、補助電流測定部３’の測定値がマイナスの値となる。同様に、時刻ｔ２において第２配線２４ｂがＧＮＤにショートすると、電流測定部３の測定値がマイナスの値となる。

図９に示すごとく、上記ステップＳ８１では、電流Ｉが逆向きに流れ、予め定められた値−Ｉａよりも低い値になったか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合、ステップＳ８２に移り、配線２４がＧＮＤにショートしたと判断する。その後、ステップＳ１１に移り、故障信号を発生する。これにより、ユーザ等に、粒子状物質センサ２の交換を促す。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例３）
本例は、制御回路部４の動作を変更した例である。本例の制御回路部４は、燃焼モード等において、電流測定部３等を用いて、ヒータ２２から電極２１へ流れる上記リーク電流Ｉ_Ｌを測定し、その測定値を用いて、粒子状物質センサ２が故障しているか否かを判断するよう構成されている。例えば、仮に、粒子状物質センサ２の第１配線２４ａ（図３参照）が断線したとすると、リーク電流Ｉ_Ｌが第１配線２４ａを流れなくなる。そのため、図１２に示すごとく、燃焼モード中に、補助電流測定部３’によってリーク電流Ｉ_Ｌが測定されなくなり、予め定められた判定値Ｉｃよりも低くなる。この場合には、第１配線２４ａが断線していると判定できる。

また、仮に、粒子状物質センサ２のヒータ２２が故障していたとすると、燃焼モード中にヒータ２２の温度が充分に上昇せず、絶縁部材２３の温度も充分に上昇しなくなる。そのため、絶縁部材２３の電気抵抗が充分に低下せず、図１３に示すごとく、燃焼モード中にリーク電流Ｉ_Ｌが充分に流れなくなる。したがって、燃焼モード中のリーク電流Ｉ_Ｌが、予め定められた判定値Ｉｃよりも低い値になる。電流測定部３と補助電流測定部３’とによってそれぞれ測定されたリーク電流Ｉ_Ｌの値が、両方とも上記判定値Ｉｃよりも低い場合は、ヒータ２２が故障していると判断できる。

また、仮に、絶縁部材２３が劣化していたとすると、図１４に示すごとく、燃焼モードが終了し、ヒータ２２の温度が下がっても、大きなリーク電流Ｉ_Ｌが流れる。そのため、燃焼モードが終了した後、電流測定部３と補助電流測定部３’とによってそれぞれ測定されたリーク電流Ｉ_Ｌの値が、両方とも予め定められた値Ｉｄよりも高い場合は、絶縁部材２３が劣化していると判断できる。

次に、図１１のフローチャートを用いて、本例の制御回路部４の動作について説明する。同図のフローチャートは、実施例１の図４に記載したステップＳ３から続いている。ステップＳ３においてＹｅｓと判断された後、ステップＳ３１に移り、上記リーク電流Ｉ_Ｌを測定する。その後、ステップＳ３２に移り、粒子状物質センサ２が故障しているか否かを判断する。例えば、電流測定部３と補助電流測定部３’とによってそれぞれ測定されたリーク電流Ｉ_Ｌの値のうち、一方の値が、上記判定値Ｉｃよりも低い場合は、配線２４が断線していると判断する。また、測定されたリーク電流Ｉ_Ｌが両方とも、上記判定値Ｉｃよりも低い場合は、ヒータ２２が故障していると判断する。そして、ステップＳ３３に移り、故障信号を発生する。これにより、ユーザ等に、粒子状物質センサ２の交換を促す。

また、ステップＳ３２においてＮｏ、すなわち粒子状物質センサ２が故障していないと判断した場合は、ステップＳ４、Ｓ５を行い、続いてステップＳ５１を行う。ここでは、ヒータ２２の温度が、予め定められた第３の値Ｔｃ（Ｔｂ＞Ｔｃ＞Ｔａ）；図１４参照）よりも低くなったか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合はステップＳ５２に移り、リーク電流Ｉ_Ｌを再び測定する。その後、ステップＳ５３に移る。ここでは、電流測定部３と補助電流測定部３’とによってそれぞれ測定されたリーク電流Ｉ_Ｌの値が両方とも、予め定められた値Ｉｄ（図１４参照）よりも高いか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ５４に移り、絶縁部材２３が劣化していると判断する。その後、ステップＳ３３に進み、故障信号を発生する。また、ステップＳ５３においてＮｏと判断された場合は、ステップＳ６（図４参照）に進む。

本例の作用効果について説明する。リーク電流Ｉ_Ｌの測定値を用いて故障判定を行えば、配線２４が断線した場合や、ヒータ２２が故障した場合、又は絶縁部材２３が劣化した場合等、様々な理由によって粒子状物質センサ２が故障した場合でも、これを検出できる。そのため、粒子状物質センサ２が故障したことを、より確実に検出することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例４）
本例は、制御回路部４の動作を変更した例である。図１５に、本例のフローチャートを示す。本例のフローチャートは、実施例１の図５に記載したステップＳ８から続いている。図１５に示すごとく、本例では、上記ステップＳ８を行った後、ステップＳ８３を行う。ここでは、オペアンプＯＰ（図２参照）の反転入力端子電圧Ｖａ’を測定する。すなわち、ステップＳ８３を行う際には、既にステップＳ６（図４参照）を行っており、ヒータ２２の温度が充分に低下している。そのため、このときには、絶縁部材２３の劣化等がない限り、リーク電流Ｉ_Ｌが殆ど流れない。したがって、電流測定部３の抵抗Ｒにリーク電流Ｉ_Ｌが流れず、この抵抗Ｒにおいて電圧が降下しない。そのため、オペアンプＯＰの出力電圧Ｖｏは、反転入力端子電圧Ｖａ’と略等しい値になる。したがって、電圧測定回路３２を用いて出力電圧Ｖｏを測定することにより、反転入力端子電圧Ｖａ’（＝Ｖｏ）を正確に測定することができる。

ステップＳ８３を行った後、ステップＳ８４に移る。ここでは、上記式（１）中の反転入力端子電圧Ｖａ’の値を変更する。その後、ステップＳ９（図５参照）に移る。ステップＳ９では、測定モードを続け、上記式（１）を用いて電流Ｉを算出する。

本例の作用効果について説明する。オペアンプＯＰの反転入力端子電圧Ｖａ’は、非反転入力端子電圧Ｖａと厳密に一致しておらず、これらは、オフセット電圧ΔＶだけ異なる。また、オフセット電圧ΔＶは、温度等によって変化する。そのため、反転入力端子電圧Ｖａ’は、常に一定の値ではなく、温度等によって変化する値である。本例では、この反転入力端子電圧Ｖａ’を測定し、その測定値を、電流Ｉの値を算出する際に用いている。そのため、電流Ｉを正確に算出することができる。

特に、本例では、ヒータ２２の温度が充分に下がってから反転入力端子電圧Ｖａ’を測定している。そのため、リーク電流Ｉ_Ｌが抵抗Ｒを流れない状態で、反転入力端子電圧Ｖａ’（＝Ｖｏ）を測定できる。また、本例では、反転入力端子電圧Ｖａ’を測定する際には、第１電極２１ａを補助オペアンプＯＰ’（図２参照）の反転入力端子３９’に接続している。補助オペアンプＯＰ’の反転入力端子電圧Ｖｂ’は、オペアンプＯＰの反転入力端子電圧Ｖａ’と略等しい。したがって、一対の電極２１間の電位差が殆ど０Ｖになり、粒子状物質が残っていても、電極２１間に電流Ｉが殆ど流れなくなる。このように、本例では、電極２１間の電流Ｉやリーク電流Ｉ_Ｌが殆ど流れない状態で、出力電圧Ｖｏ、すなわち反転入力端子電圧Ｖａ’を測定している。したがって、抵抗Ｒにおいて電圧が降下せず、反転入力端子電圧Ｖａ’を正確に測定することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例５）
本例は、第１電極２１ａと補助電流測定部３’の接続方法を変更した例である。図１６に示すごとく、本例では、第１電極２１ａを補助電流測定部３’に、常に接続している。また、これらの接続点１０９と高電圧回路１１との間に、スイッチ６を設けてある。本例では、燃焼モードにする場合は、スイッチ６をオフにする。また、測定モードにする場合は、スイッチ６をオンにし、第１電極２１ａを高電圧回路１１に接続する。これにより、一対の電極２１ａ，２１ｂ間に高電圧回路１１の電圧Ｖｓを印加し、排ガス中の粒子状物質を捕集する。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

１粒子状物質検出システム
２粒子状物質センサ
２０被堆積部
２１電極
２２ヒータ
３電流測定部
４制御回路部
Ｉ電流

Claims

排ガス中の粒子状物質が堆積する被堆積部（２０）と、該被堆積部（２０）に設けられ、互いに離間した一対の電極（２１）と、上記被堆積部（２０）を加熱するヒータ（２２）と、上記一対の電極（２１）と上記ヒータ（２２）との間に介在する絶縁部材（２３）と、上記一対の電極（２１）に電気的に接続した一対の配線（２４）とを有する粒子状物質センサ（２）と、
上記一対の電極（２１）のうち一方の上記電極（２１ｂ）に上記一対の配線（２４）のうち一方の上記配線（２４ｂ）を介して電気的に接続した電流測定部（３）と、
上記粒子状物質センサ（２）及び上記電流測定部（３）に接続した制御回路部（４）とを備え、
該制御回路部（４）は、上記ヒータ（２２）への通電を停止した状態で上記一対の電極（２１）間に電圧を加え、上記一対の電極（２１）間に流れる電流（Ｉ）を上記電流測定部（３）によって測定する測定モードと、該測定モードよりも上記一対の電極（２１）間に加える電圧を低くした状態で上記ヒータ（２２）を発熱させ、上記被堆積部（２０）に堆積した上記粒子状物質を燃焼する燃焼モードと、を切り替え制御し、
上記制御回路部（４）は、上記燃焼モードを終了した後、上記ヒータ（２２）への通電を停止して、上記ヒータ（２２）の温度が低くなってから、上記測定モードに切り替えると共に、上記燃焼モードから上記測定モードへ切り替えた直後における上記電流（Ｉ）の測定値が、予め定められた閾値（Ｉｂ）よりも高い場合には、上記被堆積部（２０）に上記粒子状物質が残っていると判断し、上記燃焼モードを再び行うことを繰り返すよう構成されており、かつ、
上記燃焼モードを再び行う処理を、予め定められた回数よりも多い回数、連続して行った場合には、上記粒子状物質センサ（２）が故障していると判断し、
上記電流（Ｉ）の測定値が上記閾値（Ｉｂ）以下であり、上記被堆積部（２０）に上記粒子状物質が残っていると判断されない場合には、上記電流（Ｉ）の向きと値に基づいて、上記配線（２４ｂ）の異常の有無を判断し、
上記燃焼モードにおいては、上記ヒータ（２２）から上記絶縁部材（２３）を介して、上記電極（２１ｂ）へ流れるリーク電流（Ｉ _Ｌ）の測定値に基づいて、上記粒子状物質センサ（２）が故障しているか否かを判断するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出システム（１）。
上記一対の電極（２１）のうちのもう一方の上記電極（２１ａ）に、上記一対の配線（２４）のうちのもう一方の上記配線（２４ａ）を介して電気的に接続した補助電流測定部（３’）を、さらに備えており、
上記制御回路部（４）は、上記補助電流測定部（３’）に接続されると共に、上記燃焼モードにおいて、上記ヒータ（２２）から上記絶縁部材（２３）を介して、上記補助電流測定部（３’）の上記電極（２１ａ）へ流れるリーク電流（Ｉ _Ｌ）の測定値に基づいて、上記粒子状物質センサ（２）が故障しているか否かを判断するよう構成されており、かつ、
上記電流測定部（３）と上記補助電流測定部（３’）とによって、それぞれ測定されたリーク電流（Ｉ _Ｌ）の測定値の一方が、予め定められた閾値（Ｉｃ）よりも低い場合には、該測定値の一方に対応する上記配線（２４）が断線していると判断し、
上記リーク電流（Ｉ _Ｌ）の測定値の両方が、予め定められた判定値（Ｉｃ）よりも低い場合には、上記ヒータ（２２）が故障していると判断し、
上記リーク電流（Ｉ _Ｌ）の測定値の両方が、予め定められた値（Ｉｄ）よりも高い場合には、上記絶縁部材（２３）が劣化していると判断するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出システム（１）。
上記ヒータ（２２）の温度を検出する温度検出部（５）を備え、上記制御回路部（４）は、上記燃焼モードを終了した後、上記温度検出部（５）によって検出された上記ヒータ（２２）の温度が、予め定められた第１の値（Ｔａ）よりも低くなってから、上記測定モードに切り替えるよう構成されており、かつ、上記燃焼モードにおいては、上記ヒータ（２２）の温度が、予め定められた第２の値（Ｔｂ）よりも高くなってから、上記リーク電流（Ｉ_Ｌ）を測定し、上記ヒータ（２２）への通電を停止して、上記ヒータ（２２）の温度が、予め定められた第３の値（Ｔｃ）よりも低くなってから、上記リーク電流（ＩＬ）を再度測定するよう構成されていると共に、第２の値（Ｔｂ）＞第３の値（Ｔｃ）＞第１の値（Ｔａ）の関係にあ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システム（１）。