特許 7172861 排ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】排ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/04 20060101AFI20221109BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20221109BHJP

   F01N 11/00 20060101ALI20221109BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

G01N27/04 J ZAB

F01N3/18 C

F01N11/00

F02D45/00 360Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019100209

(22)【出願日】2019-05-29

(65)【公開番号】P2020193893

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-08-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】湊 雅登

(72)【発明者】

【氏名】勝野 祐人

(72)【発明者】

【氏名】荒木 貴司

【審査官】清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１２０９８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０３２６２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１７０３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００２７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０３０３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５４８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２２０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６６２９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００ － ２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４ － ２７／２４

Ｆ０１Ｎ ３／００ － ３／３８

Ｆ０１Ｎ １１／００

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｇ０１Ｋ １／００ － １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（ＥＮＧ）の排ガスに含まれる特定成分を検出する排ガスセンサ（Ｓ）であって、
排ガス管（１０１）に取り付けられるハウジング（１１）の内側に、上記特定成分の検出部（２）を備えるセンサ素子（１）を保持するセンサ本体（Ｓ１）と、
上記センサ素子を内側に収容し、上記検出部に排ガスを導入又は導出するためのガス流通孔（３１、３２）を有する素子カバー（３）と、
通電により発熱して上記センサ素子を加熱するヒータ（４）と、
上記ヒータによる上記センサ素子の加熱を制御するヒータ制御部（５）と、
上記センサ素子の温度を検出するセンサ温度検出部（５１）と、
上記センサ温度検出部により検出されるセンサ温度（Ｔｓ）に基づいて、上記排ガス管に対する上記センサ本体の搭載状態を診断するための搭載状態診断部（６）と、を有しており、
上記搭載状態診断部は、上記センサ温度の変動量（ΔＴｓ）と排ガス温度（Ｔｇ）の変動量（ΔＴｇ）とを算出する温度変動量算出部（６１）と、上記センサ温度の変動量の積算値と上記排ガス温度の変動量の積算値とを算出すると共に、上記排ガス温度の変動量の積算値に対する上記センサ温度の変動量の積算値の比率を算出する温度変動量積算部（６２）と、上記温度変動量積算部により算出される上記比率と、固定値として設定される診断閾値（ＴＨ２）とを比較して、搭載異常の有無の判定を行う、異常判定部（６３）と、上記排ガス温度の変動量の積算値に基づいて、搭載状態診断が可能な状態か否かを判定する、診断可否判定部（６４）とを有しており、
上記異常判定部は、上記比率が、上記診断閾値に満たないときに、搭載異常と判定する、排ガスセンサ。

【請求項2】

上記センサ温度の変動量又は上記排ガス温度の変動量は、周期的に検出される上記センサ温度又は上記排ガス温度の前回値と今回値の差分値の絶対値である、請求項１に記載の排ガスセンサ。

【請求項3】

上記診断閾値は、搭載正常時の上記比率の下限値と、搭載異常時の上記比率の上限値との間の値となるように、予め設定され、
上記異常判定部は、上記比率が、上記診断閾値ないしそれ以上となったときに、搭載異常無と判定する、請求項１又は２に記載の排ガスセンサ。

【請求項4】

上記診断可否判定部は、上記排ガス温度の変動量の積算値が、規定値（Ｔ０）以上となったときに、搭載状態診断可能と判定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の排ガスセンサ。

【請求項5】

上記診断可否判定部は、さらに、上記ヒータ制御部の制御状態、上記センサ温度検出部の状態、及び、上記内燃機関の運転状態のうちの少なくとも１つに基づいて、搭載状態診断が可能な状態か否かを判定する、請求項１～４のいずれか１項に記載の排ガスセンサ。

【請求項6】

上記診断可否判定部は、上記ヒータ制御部により上記ヒータによる加熱が停止された状態にあるときに、搭載状態診断が可能と判定する、請求項１～５のいずれか１項に記載の排ガスセンサ。

【請求項7】

上記特定成分は、粒子状物質であり、
上記ヒータ制御部は、上記検出部に粒子状物質を捕集する捕集モードと、上記検出部に堆積する粒子状物質を加熱燃焼させる再生モードとを備えており、
上記ヒータによる加熱が停止された状態は、上記ヒータ制御部により上記捕集モードが選択された状態である、請求項６に記載の排ガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガスに含まれる成分を検出するための排ガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

車両用エンジン等からの排ガスに含まれる特定のガス成分（例えば、ＮＯｘ）や粒子状物質（すなわち、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ；以下、適宜ＰＭと称する）等を検出するために排ガスセンサが用いられる。排ガスセンサは、通常、ハウジングに支持されるセンサ素子の先端部が、素子カバーに収容された状態で、排ガス通路に位置するように取り付けられる。

【0003】

近年、車両用エンジンの排ガス規制が厳しくなっており、排ガスセンサについても、その故障を検出することが要求されている。例えば、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを含む排ガス浄化システムには、ＰＭセンサが設けられて、パティキュレートフィルタの破損時等に漏れ出る粒子状物質を検出するようになっているが、ＰＭセンサが正常に動作しないと誤検出が生じるおそれがある。そこで、システムの信頼性を確保するために、ＰＭセンサそのものの異常の有無を検出することが必要となっている。

【0004】

また、センサ機能を低下させる要因の１つに、センサ搭載状態の不具合がある。例えば、ＰＭセンサが正しく取り付けられておらず、センサ本体の検出部に排ガスが導入されないと、本来の出力が得られずに、粒子状物質の検出が困難になるおそれがある。そこで、特許文献１には、排ガス管に配置されるセンサユニットをモニタし、センサ温度と排ガス温度を比較することで、センサユニットが非搭載状態あるいは正しい搭載状態にないと診断するシステムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１２０９８１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、センサ温度は、排ガス温度に追従して変化することから、排ガス温度が上昇している運転条件において、センサ温度が下降する方向に変化した場合には、何らかの異常の可能性がある。そこで、特許文献１のように、センサ温度と排ガス温度の温度差を利用し、例えば、所定の診断閾値よりも温度差が大きくなった場合に、搭載異常と診断することが考えられる。ところが、センサ温度と排ガス温度との関係は、排ガス浄化システムが使用される周辺環境、例えば、外気温や天候等によっても変化し、センサ温度と排ガス温度との温度差も変動する。そのため、診断閾値を適切に設定することは容易でなく、診断可能な環境が限られるか、誤診断につながるおそれがあり、非搭載状態の診断を精度よく行うことは難しかった。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、センサ素子の搭載状態の診断を精度よく実施可能として、より信頼性の高い排ガスセンサを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、
内燃機関（ＥＮＧ）の排ガスに含まれる特定成分を検出する排ガスセンサ（Ｓ）であって、
排ガス管（１０１）に取り付けられるハウジング（１１）の内側に、上記特定成分の検出部（２）を備えるセンサ素子（１）を保持するセンサ本体（Ｓ１）と、
上記センサ素子を内側に収容し、上記検出部に排ガスを導入又は導出するためのガス流通孔（３１、３２）を有する素子カバー（３）と、
通電により発熱して上記センサ素子を加熱するヒータ（４）と、
上記ヒータによる上記センサ素子の加熱を制御するヒータ制御部（５）と、
上記センサ素子の温度を検出するセンサ温度検出部（５１）と、
上記センサ温度検出部により検出されるセンサ温度（Ｔｓ）に基づいて、上記排ガス管に対する上記センサ本体の搭載状態を診断するための搭載状態診断部（６）と、を有しており、
上記搭載状態診断部は、上記センサ温度の変動量（ΔＴｓ）と排ガス温度（Ｔｇ）の変動量（ΔＴｇ）とを算出する温度変動量算出部（６１）と、上記センサ温度の変動量の積算値と上記排ガス温度の変動量の積算値とを算出すると共に、上記排ガス温度の変動量の積算値に対する上記センサ温度の変動量の積算値の比率を算出する温度変動量積算部（６２）と、上記温度変動量積算部により算出される上記比率と、固定値として設定される診断閾値（ＴＨ２）とを比較して、搭載異常の有無の判定を行う、異常判定部（６３）と、上記排ガス温度の変動量の積算値に基づいて、搭載状態診断が可能な状態か否かを判定する、診断可否判定部（６４）とを有しており、
上記異常判定部は、上記比率が、上記診断閾値に満たないときに、搭載異常と判定する、排ガスセンサにある。

【発明の効果】

【0009】

上記排ガスセンサにおいて、搭載状態診断部は、センサ温度検出部により検出されるセンサ温度の変動量を算出し、それを積算した変動量積算情報を用いて、診断を行う。一般に、排ガス温度は外気温より高いため、センサ本体と共にセンサ素子が正常に搭載されている状態では、素子カバーのガス流通孔を通過する排ガスに晒されて、センサ素子の温度が上昇する。排ガス温度が変動すると、それに追従するようにセンサ温度も変動する。一方、センサ本体が正常に搭載されておらず、センサ素子が排ガスに晒されない状態では、センサ素子の温度は、排ガス温度に追従せず、変化も小さい。

【0010】

そこで、搭載状態診断部は、センサ温度の変動量積算情報を指標として、診断閾値と比較することで、搭載状態の異常の診断を実施する。正常状態であれば、排ガス温度の変動に追従して変動量が大きくなり、搭載異常がある状態では、変動量は小さくなる。このとき、個々の変動量の差は小さいものの、変動量を積算することで、正常時と異常時との差が大きくなり、それらの関係に基づいて診断閾値を設定することで区別可能となる。したがって、診断に際して、従来のように周辺環境の影響を受けることなく、搭載状態診断を精度よく実施することができる。

【0011】

以上のごとく、上記態様によれば、センサ素子の搭載状態の診断を精度よく実施可能として、より信頼性の高い排ガスセンサを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】 参考形態１における、排ガスセンサの全体構成図。

【図2】 参考形態１における、排ガスセンサのセンサ本体の要部拡大断面図。

【図3】 参考形態１における、排ガスセンサのセンサ素子の要部拡大斜視図。

【図4】 参考形態１における、排ガスセンサを含む排ガス浄化システムの全体構成図。

【図5】 参考形態１における、センサ素子の動作を説明するための模式的な断面図。

【図6】 参考形態１における、センサ素子のセンサ温度とヒータ抵抗の関係の一例を示す図。

【図7】 参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部における処理の概要を示す図。

【図8】 参考形態１における、排ガスセンサのセンサ素子の制御モードとセンサ温度との関係を示す図。

【図9】 参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部において実施される搭載状態診断処理のフローチャート図。

【図10】 参考形態１における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御とセンサ素子の温度の推移を示すタイムチャート図。

【図11】 参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部において用いられるΔＴｇ積算値とΔＴｓ積算値との関係を、搭載正常品と搭載異常品とで比較して示す図。

【図12】 参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部において用いられるΔＴｇ積算値及びΔＴｓ積算値と、診断閾値との関係を示す図。

【図13】従来の排ガスセンサにおける、排ガスセンサの搭載状態診断の方法と、周辺環境による診断への影響を説明するためのタイムチャート図。

【図14】実施形態２における、排ガスセンサの搭載状態診断部における処理の概要を示す図。

【図15】実施形態２における、排ガスセンサの搭載状態診断部が備える診断可否判定部において実施される搭載状態診断処理のフローチャート図。

【図16】実施形態２における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御とセンサ素子の温度の推移を示すタイムチャート図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（参考形態１）
排ガスセンサに係る実施形態の基本構成を示す参考形態について、図１～図１２を参照して説明する。
図１～図３に示すように、排ガスセンサＳは、センサ本体Ｓ１と制御装置Ｓ２とを備えて構成され、センサ本体Ｓ１は、検出部２を備えるセンサ素子１と、センサ素子１を内側に収容する素子カバー３と、通電により発熱してセンサ素子１を加熱するヒータ４とを有している。制御装置Ｓ２は、ヒータ４によるセンサ素子１の加熱を制御するヒータ制御部５と、センサ素子１の温度を検出するセンサ温度検出部５１と、素子カバー３の状態を診断する搭載状態診断部６を有している。

【0014】

図４に示すように、排ガスセンサＳは、例えば、内燃機関としての車両用エンジンＥＮＧの排ガス浄化装置１００に搭載される。排ガスセンサＳは、センサ本体Ｓ１がハウジング１１の内側に保持された状態で、排ガス管１０１に取り付けられており、排ガス管１０１内に位置する素子カバー３内に排ガスが導入されて、排ガスに含まれる特定成分を検出するように構成される。

【0015】

図１において、センサ素子１は、細長い直方体形状で、センサ本体Ｓ１の軸方向Ｘに延びている。ここでは、図１における上下方向を軸方向Ｘとし、その下端側をセンサ本体Ｓ１の先端側、上端側をセンサ本体Ｓ１の基端側としている。検出部２は、軸方向Ｘにおけるセンサ素子１の先端部に設けられて、排ガスに含まれる特定成分を検出する。特定成分は、例えば、車両用エンジンＥＮＧから排出される排ガスに含まれる粒子状物質（以下、適宜ＰＭと略称する）や、ＮＯｘ等のガス成分である。

【0016】

素子カバー３は、センサ素子１を排ガス中の被毒物質や凝縮水等から保護するためのものであり、ガス流通孔３１、３２を有して、内部の空間に排ガスを導入又は導出可能に設けられる。センサ素子１は、通電により発熱してセンサ素子１を加熱するためのヒータ４を内蔵しており（例えば、図３参照）、ヒータ制御部５によってヒータ４によるセンサ素子１の加熱が制御される。センサ素子１は、ヒータ制御部５を含むセンサ制御部（Sensor Control Unit；以下、ＳＣＵと称する）５０を介して、搭載状態診断部６を含む車両側の電子制御部（Electronic Control Unit；以下、ＥＣＵと称する）６０と接続されている。

【0017】

搭載状態診断部６は、センサ温度検出部５１により検出されるセンサ温度Ｔｓに基づいて、排ガス管１０１に対するセンサ本体Ｓ１の搭載状態を診断する。搭載状態診断部６には、温度変動量算出部６１と、温度変動量積算部６２と、搭載異常の判定を行う異常判定部６３とが設けられる。温度変動量算出部６１は、所定期間におけるセンサ温度Ｔｓの変動量（以下、適宜、センサ温度変動量と略称する）ΔＴｓを算出し、温度変動量積算部６２は、算出されたセンサ温度変動量ΔＴｓを積算する。異常判定部６３は、センサ温度Ｔｓの変動量積算情報と診断閾値（例えば、第１診断閾値ＴＨ１）との比較結果に基づいて、搭載異常の有無の判定を行う。

【0018】

好適には、温度変動量算出部６１は、さらに、排ガス温度Ｔｇの変動量（以下、適宜、排ガス温度変動量と略称する）ΔＴｇを算出する。また、温度変動量積算部６２は、さらに、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算値を算出する。このとき、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算値に基づいて、第１診断閾値ＴＨ１を設定することができる。
温度変動量積算部６２は、具体的には、センサ温度Ｔｓの変動量積算情報として、センサ温度変動量ΔＴｓの積算値を算出する。異常判定部６３は、センサ温度変動量ΔＴｓの積算値が、第１診断閾値ＴＨ１以上となったときに、搭載異常無と判定することができる。

【0019】

好適には、搭載状態診断部６は、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算値に基づいて、搭載状態診断が可能な状態にあるか否かを判定する、診断可否判定部６４を、さらに備える。具体的には、診断可否判定部６４は、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算値が、予め設定された規定値Ｔ０以上となったときに、搭載状態診断可能と判定することができる。
このように、規定値Ｔ０に相当する積算量に到達後に、搭載状態診断を実施することで、より精度よい診断が可能になる。

【0020】

診断可否判定部６４は、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算情報の他に、例えば、ヒータ制御部５の制御状態、センサ温度検出部５１の状態、及び、車両用エンジンＥＮＧの運転状態のうちの少なくとも１つに基づいて、搭載状態診断が可能な状態か否かを判定することもできる。

【0021】

次に、排ガスセンサＳの詳細構成について、説明する。
図１において、排ガスセンサＳのセンサ本体Ｓ１は、筒状のハウジング１１の内側にセンサ素子１を収容すると共に、ハウジング１１の軸方向Ｘの先端側に固定される容器状の素子カバー３と、他端側に固定される筒状の大気カバー１２を備えている。ハウジング１１は、例えば、図４に示す排ガス浄化装置１００の排ガス管１０１に取り付けられて、素子カバー３によって覆われたセンサ素子１の先端側が、排ガス管１０１内に突出位置している。大気カバー１２は、排ガス管１０１の外部に位置するセンサ素子１の基端側を覆っており、大気カバー１２の基端側から取り出されるリード線１３を介して、センサ素子１とセンサ制御部５０とが電気的に接続されている。

【0022】

図２、図３に一例を示すように、センサ素子１は、例えば、積層構造を有する積層型素子であり、偏平な直方体形状の絶縁性基体２１の先端面を検出部２としている。検出部２には、一対の検出電極２ａ、２ｂとなる複数の線状電極が配置されており、交互に極性の異なる複数の電極対を構成している。検出部２は、例えば、絶縁性基体２１となる複数の絶縁性シートの間に、検出電極２ａ、２ｂとなる電極膜を交互に配設して積層体とし、焼成して一体化することにより形成される。このとき、絶縁性基体２１に少なくとも一部が埋設される電極膜の端縁部が、絶縁性基体２１の先端面に線状に露出して、検出電極２ａ、２ｂを構成する。絶縁性基体２１は、例えば、アルミナ等の絶縁性セラミックス材料を用いて構成することができる。

【0023】

絶縁性基体２１の内部には、一対の検出電極２ａ、２ｂに接続される、図示しないリード部が埋設されている。これらリード部は、センサ素子１の基端側に引き出されて、リード線１３を介してＳＣＵ５０のＰＭ検出制御部５２に接続される（例えば、図１参照）。ＰＭ検出制御部５２は、例えば、一対の検出電極２ａ、２ｂ間にＰＭ検出用電圧を印加するための電圧印加回路を備え、所定の検出期間において、一対の検出電極２ａ、２ｂ間にＰＭを静電捕集する。

【0024】

素子カバー３は、例えば、ハウジング１１側が開口する二重容器状で、同軸配置されるアウタカバー３ａとインナカバー３ｂからなる。アウタカバー３ａは、概略一定径の筒状体とこれを閉鎖する先端面からなり、先端面側の側面に、複数のガス流通孔３１が貫通形成されて、排ガス管１０１から排ガスを導入又は導出可能となっている。インナカバー３ｂは、先端面にガス流通孔３２が貫通形成されて、インナカバー３ｂ内の空間とアウタカバー３ａ内の空間とを連通している。

【0025】

また、インナカバー３ｂの基端側の側面に、複数のガス流通孔３２が貫通形成されており、ガス流通孔３２には、インナカバー３ｂの内側へ向けて傾斜するガイド部３３が設けられている。これにより、アウタカバー３ａ内に導入された排ガスは、インナカバー３ｂの外側面に沿って基端側へ誘導され、ガス流通孔３２からインナカバー３ｂ内へ導入される。ガイド部３３の先端は、インナカバー３ｂの軸線上に位置するセンサ素子１の検出部２に向けて配置され、インナカバー３ｂ内へ導入される排ガスは、検出部２に向かった後、先端面のガス流通孔３２から導出され、アウタカバー３ａから外部へ導出される排ガスの流れに合流する。

【0026】

アウタカバー３ａとインナカバー３ｂの先端面側のガス流通孔３１、３２は、例えば、円形孔形状であり、インナカバー３ｂの基端側のガス流通孔３２は、例えば、軸方向Ｘに細長い長孔形状で、インナカバー３ｂの側面を切り欠いて形成される細長い板状のガイド部３３と一体的に形成される。

【0027】

なお、アウタカバー３ａとインナカバー３ｂの形状や、ガス流通孔３１、３２の形状は、上記したものに限らず、任意の構成とすることができる。また、ガス流通孔３２にガイド部３３を設けない構成であってもよく、ガス流通孔３１、３２の数や配置も、任意に設定することができる。好適には、ガス流通孔３１、３２が、アウタカバー３ａ又はインナカバー３ｂの側面の全周に均等配置されるようにすると、ガス流れに対する指向性を有しない構成となる。

【0028】

図４に示すように、本形態における排ガスセンサＳは、車両用エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）ＥＮＧの排ガス浄化装置１００に適用される。センサ本体Ｓ１は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと略称する）１０２の下流側において、排ガス管１０１の管壁にハウジング１１が取り付けられて、素子カバー３側の半部が排ガス管１０１内に位置する。このとき、排ガスセンサＳは、ＰＭセンサとして用いられ、ＤＰＦ１０２から漏れ出る粒子状物質を検出して、検出信号をＳＣＵ５０に送信している。ＤＰＦ１０２とセンサ本体Ｓ１の間には、温度センサ１０３が配設されて、ＤＰＦ１０２の下流側における排ガス管１０１内の排ガス温度Ｔｇを検出している。温度センサ１０３の検出信号は、排ガス温度情報としてＥＣＵ６０へ送信される。

【0029】

ここで、図５に示す模式図によりＰＭ検出原理を説明する。センサ素子１の検出部２は、絶縁性基体２１の表面に一対の検出電極２ａ、２ｂが所定間隔をおいて対向配設されており、初期状態において一対の検出電極２ａ、２ｂは導通していない。ＰＭ検出期間に、ＰＭ検出制御部５２によって所定の電圧が印加されると、一対の検出電極２ａ、２ｂ間に発生する電界によってＰＭが引き寄せられ、徐々に堆積する。これにより、一対の検出電極２ａ、２ｂ間が導通すると、ＰＭ捕集量に応じて一対の検出電極２ａ、２ｂ間の抵抗値が変化し、したがって、ＰＭ検出制御部５２において、一対の検出電極２ａ、２ｂ間の電流を検出することができる。

【0030】

また、図３に示すように、絶縁性基体２１の内部には、検出電極２ａ、２ｂが形成される先端面の近傍に、ヒータ４の発熱部４１を構成するヒータ電極と、発熱部４１に通電するための一対のリード部４２、４３と、検出用リード部４４が埋設されている。これらリード部４２、４３、４４は、センサ素子１の基端側に引き出されて、リード線１３を介してＳＣＵ５０のヒータ制御部５に接続される（例えば、図１参照）。

【0031】

ヒータ制御部５は、例えば、ヒータ駆動信号のパルス幅を制御するパルス幅変調回路を備え、パルス信号のデューティ比(以下、ヒータデューティと称する)によって、発熱部４１への通電量を制御する。これにより、予め設定されるセンサ温度Ｔｓの制御モードに対応するように、ヒータ制御部５によってヒータ４の発熱量を制御し、センサ素子１を、所望の温度に加熱することができる。例えば、ＰＭ検出制御部５２によるＰＭ検出時には、これに先立って、検出部２をＰＭの燃焼温度以上に加熱し、捕集されたＰＭを燃焼除去して初期状態に戻すことができる。

【0032】

ヒータ制御部５は、センサ温度検出部５１によって検出されるセンサ温度Ｔｓが、制御モードに応じた温度となるように、ヒータデューティを可変制御する。その際に、センサ温度検出部５１は、センサ温度Ｔｓを、例えば、センサ素子１に内蔵されるヒータ４の抵抗値に基づいて検出することができる。あるいは、センサ素子１に、熱電対やサーミスタ等の温度検出手段を設けて、センサ温度Ｔｓを検出するようにしてもよい。ＳＣＵ５０によるセンサ温度Ｔｓの制御モードについては、後述する。

【0033】

図６は、ヒータ抵抗特性を示すものであり、図６上図にセンサ温度Ｔｓ（単位：℃）とヒータ抵抗（単位：Ω）の関係を示すように、センサ温度Ｔｓが高くなるほど、ヒータ抵抗は大きくなる。したがって、例えば、センサ温度検出部５１にヒータ抵抗検出回路を設けて、所定の電圧を印加したときにヒータ４の発熱部４１に流れる電流からヒータ抵抗を検出し、さらに図６上図の関係を用いてセンサ温度Ｔｓを検出することができる。図６下図については、後述する。

【0034】

ＥＣＵ６０には、ＳＣＵ５０からのＰＭセンサ情報や、温度センサ１０３からの排ガス温度情報の他、図示しない各種センサからの検出情報が入力される。ＰＭセンサ情報には、ヒータ制御部５による制御モードやヒータデューティ等のヒータ制御情報、センサ温度検出部５１からのセンサ温度情報、ＰＭ検出制御部５２からのＰＭ検出情報が含まれる。

【0035】

また、ＥＣＵ６０には、図示しないエアフローメータにより検出される吸入空気量や、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等からの検出信号が入力される運転状態検出部１４が設けられる（例えば、図１参照）。ＥＣＵ６０は、これら入力情報に基づいて、エンジンＥＮＧの運転状態を知り、車両全体を制御している。エンジンＥＮＧの運転状態には、排ガス管１０１内の排ガス流速等の排ガス情報や、排ガス管１０１内に設置されるＤＰＦ１０２の再生情報も含まれる。排ガス流速は、検出値であっても、エンジンＥＮＧの運転状態等から推定される推定値であってもよい。

【0036】

さらに、ＥＣＵ６０には、ＤＰＦ１０２の再生制御を行うＤＰＦ再生制御部１５やＤＰＦ１０２の故障診断を行うＤＰＦ故障診断部１６が設けられる。ＤＰＦ再生制御部１５は、例えば、運転状態検出部１４によって検出される車両の運転状態等から、ＤＰＦ１０２の再生実施の要否を判定し、ＤＰＦ故障診断部１６は、例えば、ＰＭ検出制御部５２からのＰＭ検出情報に基づいて、ＤＰＦ１０２の割れ等の故障の有無を判定する。

【0037】

なお、エンジンＥＮＧは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンでもよい。その場合には、ＤＰＦ１０２に代えて、ガソリンパティキュレートフィルタ（すなわち、ＧＰＦ）が配置される。

【0038】

次に、排ガスセンサＳの搭載状態診断部６の詳細について、説明する。
ＰＭ検出制御部５２によるＰＭ検出情報は、主に、上述したＥＣＵ６０のＤＰＦ故障診断部１６におけるＤＰＦ１０２の故障診断に用いられる。このとき、ＤＰＦ１０２の故障を確実に検出するには、排ガスセンサＳによるＰＭ検出が正常に実施されることが必要であり、その前提として、センサ素子１を含むセンサ本体Ｓ１が、所定の位置に適切に搭載された状態にあることが重要となる。

【0039】

例えば、センサ本体Ｓ１が、何らかの意図もしくは誤って排ガス管１０１から取り外された状態で、エンジンＥＮＧが運転を開始した場合には、センサ素子１に排ガスが到達しなくなる。このような場合には、仮にＤＰＦ１０２が故障していても、センサ素子１からＰＭ検出信号が出力されないために、故障判定や乗員への報知がなされず、粒子状物質が車外に排出されるおそれがある。
同様に、センサ本体Ｓ１が、排ガス管１０１に対して適切に取り付けられておらず、あるいは、正しい搭載姿勢にないために、素子カバー６内に十分な排ガスが導入されない場合にも、センサ素子１から本来の出力が得られずに、ＰＭ検出が困難になる懸念がある。

【0040】

そこで、排ガスセンサＳには、図７に概要を示す搭載状態診断部６が設けられて、センサ素子１の搭載状態の診断（以下、適宜、搭載状態診断と称する）を実施し、センサ素子１を含むセンサ本体Ｓ１の外れ等による搭載異常の検出を可能とする。
なお、図７に示す搭載状態診断の処理手順（１）～（６）において、手順（３）は、温度変動量算出部６１に相当し、手順（４）は、温度変動量積算部６２に相当し、手順（６）は、異常判定部６３に相当する。また、手順（１）、（５）は、診断可否判定部６４に相当し、手順（２）では、センサ温度検出部５１が用いられる。

【0041】

搭載状態診断には、手順（２）におけるセンサ温度検出部５１の検出結果に基づく、センサ温度Ｔｓの変動量積算情報を用いることができる。本形態では、センサ温度Ｔｓの変動量積算情報として、センサ温度変動量ΔＴｓの積算値（以下、適宜、ΔＴｓ積算値と称する）を用い、所定の第１診断閾値ＴＨ１と比較する。

【0042】

好ましくは、手順（２）～（４）におけるΔＴｓ積算値の算出に先立ち、手順（１）に示すように、センサ温度検出部５１の状態やヒータ制御部５の制御状態に基づいて、搭載状態診断の可否を判定することが望ましい。センサ温度検出部５１の状態は、センサ温度検出部５１による温度検出の実施可否に基づいて判定することができ、ヒータ制御部５の制御状態は、ＳＣＵ５０によるセンサ素子１の制御モードに基づいて判定することができる。

【0043】

具体的には、ヒータ４の抵抗値を用いたセンサ温度Ｔｓの検出が正常に実施でき、かつ、センサ素子１の制御モードが、ヒータ４への通電がオフとなるモード（例えば、粒子状物質の捕集モード）にあるときに、センサ温度検出部５１による温度検出の実施が可能であり、かつ、搭載状態診断に適した状態にあるとして、搭載状態診断が可能と判定することができる。

【0044】

一方、ヒータ４の劣化等により、正常な温度検出が実施不可であり、又は、センサ素子１の制御モードが、センサ温度検出部５１による温度検出に影響する可能性があるモードであるときには、搭載状態診断に適した状態にないとして、搭載状態診断を実施不可とする。その場合には、手順（２）の温度検出を実施不可とし、以降の搭載状態診断を実施しない。

【0045】

温度検出の実施可否は、具体的には、図６下図に示すように、センサ温度Ｔｓの検出に用いられるヒータ抵抗に基づいて判定される。例えば、劣化等によりヒータ抵抗が変化すると、ヒータ抵抗を用いたセンサ温度Ｔｓの検出精度が低下するので、予めヒータ抵抗の正常範囲を、抵抗閾値Ｒth１、Ｒth2を上下限値として設定しておき、検出されたヒータ抵抗が正常範囲にあるとき（すなわち、Ｒth１≦ヒータ抵抗≦Ｒth2）、ヒータ４が正常状態にあると判定することができる。

【0046】

図８に例示するように、ＳＣＵ５０によるセンサ素子１の制御モードは、エンジンＥＮＧの始動に際して、耐被水・液相被毒モード、センサ再生モード、冷却モード、捕集モード、耐固相被毒モードの順に遷移する。例えば、耐被水・液相被毒モードは、低温始動時において、センサ素子１に付着する水滴等が蒸発可能な温度に保持するものであり、さらに、センサ再生モードにて、粒子状物質が燃焼可能な温度に昇温して保持する。次いで、冷却モードにて、ヒータ４への通電を停止し、センサ素子１が排ガス管１０１内の排ガス温度Ｔｇと同等まで冷却した後、捕集モードへ移行する。その後、耐固相被毒モードにて、センサ素子１に付着する固相被毒物質を除去可能な温度に保持することができる。

【0047】

このように、予め、センサ温度検出部５１に用いられるヒータ４の状態やその制御状態等から、センサ温度検出部５１による温度検出の実施の可否を判定することで、より精度よい搭載状態の診断が可能になる。

【0048】

搭載状態診断部６は、手順（１）が実施可と判定されると、手順（２）～（４）において、センサ温度検出部５１によるセンサ温度Ｔｓの検出、センサ温度変動量ΔＴｓの算出、ΔＴｓ積算値の算出を、順次実施する。
ここで、センサ温度変動量ΔＴｓとは、単位時間当たりのセンサ温度Ｔｓの変動量、例えば、一定周期で検出されるセンサ温度Ｔｓの前回値と今回値の差分値（絶対値）とすることができる。あるいは、単位時間毎に検出されるセンサ温度Ｔｓの変動量、例えば、一定周期で検出されるセンサ温度Ｔｓと基準温度との差分値（絶対値）とすることもできる。

【0049】

このとき、センサ温度Ｔｓに加えて、排ガス温度Ｔｇについても、変動量積算情報として排ガス温度変動量ΔＴｇの積算値（以下、適宜、ΔＴｇ積算値と称する）を算出することが望ましい。その場合には、センサ温度Ｔｓと同様の手順で、温度センサ１０３を用いて排ガス温度Ｔｇを検出し、排ガス温度変動量ΔＴｇの算出、ΔＴｇ積算値の算出を、順次実施することができる。排ガス温度変動量ΔＴｇは、センサ温度変動量ΔＴｓと同様にして算出することができる。

【0050】

さらに、搭載状態診断部６は、搭載異常の判定に先立ち、手順（５）において、算出されたΔＴｇ積算値に基づいて、搭載状態診断の可否の判定を実施することが望ましい。ここでは、ΔＴｇ積算値を、予め設定された規定値Ｔ０と比較することで、排ガス温度Ｔｇの変動が診断に十分な積算量に達したか否かを判定することができる。

【0051】

搭載状態診断部６は、ΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０に達した場合に、手順（６）において、算出されたΔＴｓ積算値に基づく搭載異常の有無の判定を実施する。ここでは、例えば、可変値である第１診断閾値ＴＨ１を、ΔＴｇ積算値に基づいて算出し、ΔＴｓ積算値と比較する。ΔＴｓ積算値が、第１診断閾値ＴＨ１に達していれば、搭載正常と判定し、診断閾値ＴＨ１に満たなければ、搭載異常と判定することができる。

【0052】

このとき、搭載状態診断部６において実行される搭載状態診断処理の一例を、図９のフローチャートを用いて説明する。本処理は、例えば、一定周期で繰り返し実行される。
図９のステップＳ１０１～ステップＳ１０２は、図７の手順（１）に対応し、ステップＳ１０３～ステップＳ１０５は、図７の手順（２）～（４）にそれぞれ対応している。ステップＳ１０６は、図７の手順（５）に対応しており、ステップＳ１０７～ステップＳ１０８は、図７の手順（６）に対応している。

【0053】

図９において、搭載状態診断処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１にて、センサ温度検出部５１が、正常に動作可能な状態にあるか否かを判定する。具体的には、ヒータ制御部５によりヒータ４に所定電圧を印加したときに流れる電流からヒータ抵抗を検出し、上記図６下図に示される関係に基づいて、検出されたヒータ抵抗が正常範囲内にあるか否かを判定する（すなわち、Ｒth１≦ヒータ抵抗≦Ｒth2？）。

【0054】

ここで、ヒータ４は、貴金属等を含む導電性材料から構成されており、センサ素子１の動作に伴い、連続的又は断続的に加熱されることが繰り返されると、貴金属材料の凝集等により、ヒータ抵抗が変化する。この変化が大きくなるとヒータ４が正常に機能しなくなり、搭載状態診断の精度も低下する。そこで、例えば、初期状態におけるヒータ抵抗を予め測定しておき、この初期抵抗に基づく抵抗閾値Ｒth１を、正常範囲の下限値とする。また、この抵抗閾値Ｒth１に対して、経年劣化等によるヒータ抵抗の変化量を考慮して、正常範囲の上限値となる抵抗閾値Ｒth2を設定することができる。

【0055】

ステップＳ１０１が肯定判定された場合には、センサ温度Ｔｓを検出するためのセンサ温度検出部５１が、正常に動作可能な状態にあると判定して、ステップＳ１０２へ進む。否定判定された場合には、センサ温度検出部５１が正常に動作しないと判定して、本処理を一旦終了し、搭載状態診断は実施しない。

【0056】

ステップＳ１０２では、ＳＣＵ５０によるセンサ温度Ｔｓの制御モードが、捕集モードであるか否かを判定する。ステップＳ１０２が肯定判定された場合には、ヒータ４への通電がオフ状態で、ヒータ４による加熱の影響がなく、搭載状態診断に適した状態と判定して、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０２が否定判定された場合には、制御モードが捕集モード以外であり、センサ温度検出部５１を用いた搭載状態診断に適した状態にないと判定して、本処理を終了し、搭載状態診断は実施しない。

【0057】

上記図８に示されるように、ＳＣＵ５０によるセンサ素子１の制御モードは、エンジンＥＮＧが始動すると、耐被水・液相被毒モード、センサ再生モードと遷移し、ヒータ制御部５によってヒータ４へ通電されて所定温度に制御される。その後、冷却モードにて、ヒータ４がオフされ、捕集モードへ移行する。冷却後の捕集モードでは、センサ素子１は排ガス温度Ｔｇと同等まで低下しており、排ガス温度Ｔｇの変動に伴って、センサ温度Ｔｓも変動する。

【0058】

したがって、ＳＣＵ５０によるセンサ素子１の制御モードが、捕集モードとなっていれば、ヒータ４がオフ状態かつセンサ温度Ｔｓが排ガス温度Ｔｇと同等であり、搭載状態診断部６による異常判定が可能な状態にある。
このように、ステップＳ１０１、１０２において、ヒータ状態に基づいて搭載状態診断の実施可否を予め判定することで、搭載状態診断の信頼性を高めることができる。

【0059】

ステップＳ１０３では、センサ温度検出部５１により検出されるセンサ温度Ｔｓを取り込むと共に、温度センサ１０３により検出される排ガス温度Ｔｇを取り込む。
次いで、ステップＳ１０４へ進んで、センサ温度変動量ΔＴｓ、排ガス温度変動量ΔＴｇを、それぞれ算出する。例えば、下記式に示すように、前回検出されたセンサ温度Ｔｓ、排ガス温度Ｔｇと、今回検出されたセンサ温度Ｔｓ、排ガス温度Ｔｇとから、その差分値の絶対値を算出して、センサ温度変動量ΔＴｓ、排ガス温度変動量ΔＴｇとすることができる。
ΔＴｓ＝［前回のＴｓ－今回のＴｓ］の絶対値
ΔＴｇ＝［前回のＴｇ－今回のＴｇ］の絶対値

【0060】

さらに、ステップＳ１０５へ進んで、ΔＴｓ積算値、ΔＴｇ積算値を算出する。例えば、下記式に示すように、今回算出されたセンサ温度変動量ΔＴｓ、排ガス温度変動量ΔＴｇを、前回までのΔＴｓ積算値又はΔＴｇ積算値に加算して、今回のΔＴｓ積算値、ΔＴｇ積算値とすることができる。すなわち、今回算出される積算値は、今回までの温度変動量（絶対値）を全て足し合わせた値である。
ΔＴｓ積算値＝ΔＴｓ＋［前回のΔＴｓ積算値］
ΔＴｇ積算値＝ΔＴｇ＋［前回のΔＴｇ積算値］

【0061】

その後、ステップＳ１０６以降へ進んで、搭載状態診断を実施する。
ここで、図１０に示すように、エンジン回転数や排ガス流速が変動する運転状態において、排ガス温度Ｔｇとセンサ温度Ｔｓの関係は、搭載状態が正常か否かで異なる。すなわち、搭載状態が正常な場合には、センサ温度Ｔｓは、センサ素子１の再生、冷却により、排ガス温度Ｔｇまで低下し、その後、排ガス温度Ｔｇの変動に追従するように、センサ温度Ｔｓも変動する。一方、センサ本体Ｓ１が非搭載状態にある場合には、センサ温度Ｔｓは、排ガス温度Ｔｇより低い外気温程度まで低下し、その後の変化は小さい。

【0062】

そのため、排ガス温度Ｔｇの変動に対して、センサ温度Ｔｓは、搭載正常時の方が搭載異常時よりも変動が大きくなっており、搭載正常時のΔＴｓ積算値は、搭載異常時のΔＴｓ積算値よりも大きい。また、搭載正常時のΔＴｓ積算値は、ΔＴｇ積算値に沿うように変化しているのに対して、搭載異常時のΔＴｓ積算値は、時間経過と共に、ΔＴｇ積算値から離れていき、時間が経過するほど、搭載正常時と搭載異常時のΔＴｓ積算値との差が大きくなっている。

【0063】

なお、図１０は、自動車用排出ガス試験モードであるＷＬＴＣ(Worldwide harmonized Light duty driving Test Cycle)モードにおける、排ガス温度Ｔｇ、センサ温度Ｔｓの変動の様子と、それらの積算値との関係を示したものである。このとき、温度検出が実施可能となると、温度検出の積算が開始される。ΔＴｇ積算値、ΔＴｓ積算値は、積算開始後のセンサ温度Ｔｓの温度変化を示す特性線の軌跡の全長となる。

【0064】

センサ素子１の搭載状態が正常であれば、センサ素子１の表面に、ガス流通孔３１、３２を通過した排ガスが当たりやすい。そのため、排ガス温度Ｔｇの変動の影響を受けやすく、センサ温度Ｔｓの変動量が大きくなる。さらに、排ガス流速の変動によっても、センサ温度Ｔｓが変動し、例えば、排ガス流速が高い場合には、排ガス温度Ｔｇの変化がセンサ素子１に伝達されやすくなり、低い場合に比べて、センサ温度Ｔｓの変動量がより大きくなる。

【0065】

一方、センサ素子１の搭載状態に異常があり、センサ素子１が非搭載状態か、排ガスにほとんど晒されない状態では、排ガス温度Ｔｇやその変動、排ガス流速の変動等の影響を受けにくくなる。そのため、搭載異常時のセンサ温度Ｔｓは、排ガス温度Ｔｇより低い外気温に近づき、センサ温度Ｔｓの変動量も、搭載正常時より小さくなる。そこで、この関係を利用して、センサ変動量ΔＴｓを積算したΔＴｓ積算値から、センサ素子１の搭載状態の異常の有無を判定することができる。

【0066】

図１１に示すように、ΔＴｇ積算値を横軸、ΔＴｓ積算値を縦軸としたグラフにおいて、ΔＴｇ積算値が比較的小さい範囲では、搭載正常時と搭載異常時のΔＴｓ積算値に大きな差はなく、図中に点線で示すばらつきを考慮すると、搭載正常時と搭載異常時のΔＴｓ積算値を区別するのは容易でない。ただし、搭載正常時と搭載異常時のΔＴｓ積算値の差は、徐々に大きくなり、ある一定のΔＴｇ積算値（すなわち、図中に示す規定値Ｔ０；例えば、７０℃）を超えると、搭載正常時と搭載異常時のΔＴｓ積算値とを区別可能となる。規定値Ｔ０は、ばらつきを考慮した搭載正常時のΔＴｓ積算値（ばらつきを含む下限値）と、搭載異常時のΔＴｓ積算値（ばらつきを含む上限値）とが重ならない範囲で、互いに区別可能となるように、適宜設定することができる。

【0067】

また、図１２に示すように、ΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０以上である範囲において、ΔＴｇ積算値の大きさに応じて、搭載正常時と搭載異常時とを区別するための第１診断閾値ＴＨ１を設定することができる。第１診断閾値ＴＨ１は、例えば、搭載正常時のΔＴｓ積算値（ばらつきを含む下限値）と、搭載異常時のΔＴｓ積算値（ばらつきを含む上限値）との中央値とすることができ、下記表１のように設定される。

【0068】

【表1】

【0069】

そこで、ステップＳ１０６では、上記図１１の関係を用いて、ステップＳ１０５において算出したΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０以上となったか否かを判定する（すなわち、ΔＴｇ積算値≧Ｔ０？）。ステップＳ１０６が肯定判定された場合は、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算量が、搭載状態診断が可能な規定値Ｔ０に達したと判断して、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０６が否定判定された場合は、ステップＳ１０３に戻って、それ以降のステップを繰り返す。

【0070】

ステップＳ１０７では、上記図１２の関係を用いて、ステップＳ１０５において算出したΔＴｇ積算値から、第１診断閾値ＴＨ１を算出する。搭載状態診断部６は、例えば、上記表１の関係に基づく閾値マップ又は演算式を予め記憶しておくことにより、搭載状態の診断時点におけるΔＴｇ積算値に対応させて、搭載状態診断のための第１診断閾値ＴＨ１を適切に算出することができる。

【0071】

次いで、ステップＳ１０８へ進んで、ステップＳ１０５において算出したΔＴｓ積算値が、Ｓ１０６において算出した第１診断閾値ＴＨ１以上となったか否かを判定する（すなわち、ΔＴｓ積算値≧ＴＨ１？）。ステップＳ１０８が肯定判定された場合は、ステップＳ１０９へ進んで、搭載正常と判定し、否定判定された場合は、ステップＳ１１０へ進んで、搭載異常と判定する。その後、本処理を終了する。

【0072】

例えば、上記表１に示すように、ΔＴｇ積算値が８０℃であった場合、第１診断閾値ＴＨ１は４３℃となる。素子カバー３が正常な状態にあれば、ばらつきを含むΔＴｓ積算値は４７～７７℃程度となり、第１診断閾値ＴＨ１より大きい値となるため、正常判定される。一方、素子カバー３が正常な状態にない場合は、ばらつきを含むΔＴｓ積算値は２４～３９℃程度となり、第１診断閾値ＴＨ１より小さい値となるため、異常判定される。

【0073】

このように、本形態の搭載状態診断部６では、温度検出部５１にて検出されたセンサ温度Ｔｓの変動量を積算する一方、排ガス温度Ｔｇの変動量を積算する、変動量算出部６１、変動量積算部６２を備え、異常判定部６３にて、ΔＴｇ積算値に応じた第１診断閾値ＴＨ１をΔＴｓ積算値と比較することで、センサ素子１の搭載状態が、正常状態か異常状態かを確実に判断することができる。また、搭載異常の有無の判定に先立ち、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算量が、所定の規定値Ｔ０以上となり、ヒータ４の状態が温度検出に適した状態にあることを、診断可否判定部６４にて判定することで、より精度よく信頼性の高い搭載状態診断を実施することが可能になる。

【0074】

なお、図１３に示すように、センサ温度Ｔｓと排ガス温度Ｔｇを比較した場合には、外気温や天候等の周辺環境が変化することによって、それらの温度差も変化する。例えば、図１３上図は、通常走行時の再生モード以降の温度変化を示し、再生・冷却後のセンサ温度Ｔｓは、正常な搭載状態では、排ガス温度Ｔｇよりやや低い温度で安定する。これに対し、非搭載状態では、より低い温度まで低下し、排ガス温度Ｔｇ及び正常状態のセンサ温度Ｔｓとの温度差が大きくなる。上述したように、従来は、これらの差に基づく診断閾値を設定することで、センサ温度Ｔｓと排ガス温度Ｔｇの温度差を用いた搭載状態診断を実施している。

【0075】

ただし、図１３中図に示す雨天・冠水路走行時のように、排ガス管１０１が冷却されやすい環境にあると、排ガス管１０１の内部を流通する排ガス温度Ｔｇが、通常走行時よりも低下しやすくなる。そのために、排ガス温度Ｔｇに追従する正常搭載状態のセンサ温度Ｔｓだけでなく、非搭載状態のセンサ温度Ｔｓと排ガス温度Ｔｇとの温度差も、想定される診断閾値の範囲内となり、正常状態と誤判定されるおそれがある。

【0076】

また、図１３下図に示すように、雨天・冠水路走行時において、例えば、排ガス流量が多く排ガス温度Ｔｇが低下しにくくなる環境では、排ガス温度Ｔｇは通常時と同様となる。ただし、排ガス管１０１から外部に露出するセンサ本体Ｓ１の一部が冷却されることで、センサ温度Ｔｓのみ低下することがあり、その場合には、正常搭載状態であっても、排ガス温度Ｔｇとセンサ温度Ｔｓとの温度差が大きくなる。そのために、正常状態のセンサ素子１が、非搭載状態と誤判定されるおそれがある。

【0077】

このように、センサ温度Ｔｓと排ガス温度Ｔｇとの温度差を用いる方法では、搭載状態診断を、精度よく行うことは容易でなく、誤判定を回避するために、例えば、診断可能な環境が制限されるおそれがある。これに対して、本形態の搭載状態診断部６によれば、周囲環境によらず、精度よい診断が可能になる。

【0078】

（実施形態２）
図１４～図１６を参照して、実施形態２の排ガスセンサＳについて説明する。
本形態において、排ガスセンサＳの基本構成及び基本動作は、上記参考形態１と同様であり、図１４に示すように、搭載状態診断部６において実行される手順の概要において、診断可否判定部６４にて実施される手順（１）、異常判定部６３にて実施される手順（６）の一部が異なっている。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0079】

図１４に示す搭載状態診断の処理手順（１）～（６）において、手順（３）は、温度変動量算出部６１に相当し、手順（４）は、温度変動量積算部６２に相当し、手順（６）は、異常判定部６３に相当する。また、手順（１）、（５）は、診断可否判定部６４に相当し、手順（２）では、センサ温度検出部５１が用いられる。このうち、処理手順（２）～（５）は、上記参考形態１と同様であり、説明を省略する。

【0080】

本形態の手順（１）では、手順（２）～（４）におけるΔＴｓ積算値の算出に先立ち、搭載状態診断の可否を判定する際に、センサ温度検出部５１の状態やヒータ制御部５の制御状態に加えて、運転状態検出部１４にて検出される排ガスの状態に基づいて、搭載状態診断が可能か否かを判定することが望ましい。具体的には、排ガス管１０１内の排ガスの状態として、排ガス流速を検出し、単位時間当たりの排ガス流速変化が、所定の規定値Ｖ０以上（例えば、１ｍ／ｓ）であるか否かを判定する。

【0081】

上記参考形態１にて、排ガス流速の影響について述べたように、排ガス管１０１内の排ガス流速の変化が大きいと、センサ温度Ｔｓや排ガス温度Ｔｇの変動が大きくなる傾向にある。その場合には、搭載正常と搭載異常での温度変動においても、特性線の軌跡長の差が表れやすい。そのため、手順（１）にて、排ガス流速の変化が大きい場合のみ、温度検出を実施可能とするようにしてもよい。排ガス流速の変化が小さい場合には、以降の手順を実施しない。

【0082】

手順（１）において、センサ温度検出部５１の状態や、ヒータ制御部５の制御状態に基づく搭載状態診断の可否も、上記参考形態１と同様にして判定される。このようにして、搭載状態診断に適した状態にあるときのみ、手順（２）以降の温度検出及び搭載状態診断を実施することが望ましい。このように、予め、搭載状態診断のための温度検出の実施の可否を判定することで、より精度よい搭載状態診断を診断が可能になる。

【0083】

手順（１）が実施可と判定されると、上記参考形態１と同様にして、手順（２）～（４）において、センサ温度Ｔｓの検出、センサ温度変動量ΔＴｓの算出、ΔＴｓ積算値の算出を、順次実施する。また、排ガス温度Ｔｇの検出、排ガス温度変動量ΔＴｇの算出、ΔＴｇ積算値の算出を実施する。同様にして、手順（５）において、算出されたΔＴｇ積算値に基づいて、予め設定された規定値Ｔ０と比較することで、搭載状態診断の可否の判定を実施することで、排ガス温度Ｔｇの変動が診断に十分な積算量に達したか否かを判定する。

【0084】

搭載状態診断部６は、ΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０に達した場合に、手順（６）において、算出されたΔＴｓ積算値に基づく搭載異常の有無の判定を実施する。
上記参考形態１では、ΔＴｇ積算値に基づいて可変値である第１診断閾値ＴＨ１を算出し、ΔＴｓ積算値と比較したが、本形態では、下記式のように、ΔＴｓ積算値とΔＴｇ積算値との比率を算出する。
比率＝ΔＴｓ積算値／ΔＴｇ積算値
算出された比率は、診断閾値として、予め設定された固定値である第２診断閾値ＴＨ２と比較される。このように、ΔＴｇ積算値を基準とする比率を算出するようにしてもよく、搭載状態診断のための診断閾値を算出するためのマップ等を不要とすることができる。ΔＴｓ積算値が、第２診断閾値ＴＨ２に達していれば、搭載正常と判定し、第２診断閾値ＴＨ２に満たなければ、搭載異常と判定することができる。

【0085】

このとき、搭載状態診断部６において実行される搭載状態診断処理の一例を、図１５のフローチャートを用いて説明する。本処理は、例えば、一定周期で繰り返し実行される。
図１５のステップＳ２０１～ステップＳ２０３は、図１４の手順（１）に対応し、ステップＳ２０４～ステップＳ２０６は、図１４の手順（２）～（４）にそれぞれ対応している。ステップＳ２０７は、図１４の手順（５）に対応しており、ステップＳ２０８～ステップＳ２０９は、図１４の手順（６）に対応している。

【0086】

図１５において、搭載状態診断処理が開始されると、まず、ステップＳ２０１にて、センサ温度検出部５１が、正常に動作可能な状態にあるか否かを判定し、肯定判定された場合には、ステップＳ２０２へ進んで、ＳＣＵ５０によるセンサ温度Ｔｓの制御モードが、捕集モードであるか否かを判定する。ステップＳ２０１～Ｓ２０２は、上記参考形態１におけるステップＳ１０１～Ｓ１０２と同様であり、説明を省略する。

【0087】

ステップＳ２０３では、さらに、運転状態検出部１４にて検出される排ガス流速を取り込み、前回からの排ガス流速変化が、規定値Ｖ０以上（例えば、１ｍ／ｓ）であるか否かを判定する（すなわち、排ガス流速変化≧Ｖ０？）。ステップＳ２０３が肯定判定された場合には、排ガス流速が搭載状態診断に適した状態にあると判断し、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０１～Ｓ２０３のいずれかが否定判定された場合には、本処理を終了する。

【0088】

ステップＳ２０４では、センサ温度検出部５１により検出されるセンサ温度Ｔｓ、温度センサ１０３により検出される排ガス温度Ｔｇを取り込み、次いで、ステップＳ２０５へ進んで、センサ温度変動量ΔＴｓ、排ガス温度変動量ΔＴｇを、それぞれ算出する。さらに、ステップＳ２０６へ進んで、ΔＴｓ積算値、ΔＴｇ積算値を算出する。これらステップＳ２０４～Ｓ２０６は、上記参考形態１におけるステップＳ１０３～Ｓ１０５と同様であり、説明を省略する。

【0089】

その後、ステップＳ２０７以降へ進んで、搭載状態診断を実施する。ステップＳ２０７では、上記参考形態１におけるステップＳ１０６と同様にして、算出したΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０以上となったか否かを判定する（すなわち、ΔＴｇ積算値≧Ｔ０？）。ステップＳ２０７が肯定判定された場合は、ステップＳ２０８へ進み、否定判定された場合は、ステップＳ２０４に戻って、それ以降のステップを繰り返す。

【0090】

ステップＳ２０８では、ΔＴｓ積算値とΔＴｇ積算値との比率を算出し、ステップＳ２０９へ進む。ステップＳ２０９では、算出された比率が、予め設定された第２診断閾値ＴＨ２以上となったか否かを判定する（すなわち、比率≧ＴＨ２？）。ステップＳ２０９が肯定判定された場合は、ステップＳ２１０へ進んで、搭載正常と判定し、否定判定された場合は、ステップＳ２１１へ進んで、搭載異常と判定する。その後、本処理を終了する。

【0091】

図１６は、上記図１０に示した走行モードにおけるΔＴｓ積算値とΔＴｇ積算値との関係から、これらの比率を求め、搭載正常時と搭載異常時とで比較して示したものである。このとき、温度検出が可能となり、ばらつきを考慮した搭載正常時の比率の下限値と、搭載異常時の比率の上限値とは、互いに重なることはなく、いずれもある程度の時間が経過すると変動が小さくなると共に、比率の差が大きくなっている。

【0092】

したがって、例えば、搭載正常時の比率の下限値と、搭載異常時の比率の上限値との間の値となるように、第２診断閾値ＴＨ２を設定することで、搭載状態診断が可能になる。例えば、図１６の関係から、第２診断閾値ＴＨ２を０．５に設定したとき、センサ本体Ｓ１が正常に搭載されている状態であれば、算出された比率（例えば、０．７）が第２診断閾値ＴＨ２より大きい値となり、搭載正常と診断される。一方、センサ本体Ｓ１の非搭載等の異常がある状態では、算出された比率（例えば、０．３）が第２診断閾値ＴＨ２より小さい値となり、搭載異常と診断される。

【0093】

このように、本形態の搭載状態診断部６においても、温度検出部５１にて検出されたセンサ温度Ｔｓの変動量を積算する一方、排ガス温度Ｔｇの変動量を積算する、変動量算出部６１、変動量積算部６２を備え、異常判断部６３にて、ΔＴｇ積算値に対するΔＴｓ積算値の比率を、第２診断閾値ＴＨ２と比較することで、センサ素子１の搭載状態が正常か異常かを確実に判断することができる。また、搭載異常の有無の判定に先立ち、排ガス温度変動量ΔＴｇの積算量が、所定の規定値Ｔ０以上となり、ヒータ４の状態や排ガス流速等が温度検出に適した状態にあることを、診断可否判定部６４にて判定することで、より精度よく信頼性の高い搭載状態診断を実施することが可能になる。

【0094】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、排ガスセンサＳをＰＭセンサに用いる場合について、説明したが、ＰＭセンサに限らず、ＮＯｘセンサ等のガスセンサに用いることもできる。このようなガスセンサに用いた場合においても、搭載状態診断部６を備えることで、同様にして、センサ素子１の搭載状態を診断することができる。

【0095】

また、上記実施形態では、ＤＰＦ１０２を含むエンジンの排ガス浄化システムへの適用例を示したが、エンジンを含むシステム構成は、適宜変更することができる。また、車両用に限らず、各種用途に利用することができ、排ガスセンサＳやセンサ素子１の構造も、適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0096】

Ｓ 排ガスセンサ
１ センサ素子
２ 検出部
３ 素子カバー
３１、３２ ガス流通孔
４ ヒータ
５ ヒータ制御部
５１ センサ温度検出部
６ 搭載状態診断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】