(57)【要約】【課題】センサ素子を保護する素子カバーの状態診断を精度よく実施可能とし、より信頼性の高い排ガスセンサを提供する。【解決手段】検出部２を備えるセンサ素子１を内側に収容しガス流通孔３１、３２を有する素子カバー３と、センサ素子１を加熱するヒータ４と、センサ素子１の加熱を制御するヒータ制御部５を備える排ガスセンサＳであって、ヒータ制御部５によりヒータ４を動作させたときのヒータ情報を用いて、素子カバー３の状態を診断するカバー状態診断部６を有しており、カバー状態診断部６は、ヒータ４の動作状態と素子カバー３の周辺環境状態とから知られるヒータ情報の確度に基づいて、素子カバー３の状態の診断が可能か否かを判定する、診断可否判定部６１を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスに含まれる特定成分を検出する検出部（２）を備えるセンサ素子（１）と、
上記センサ素子を内側に収容し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、を備える排ガスセンサ（Ｓ）であって、
上記ヒータ制御部により上記ヒータを動作させたときのヒータ情報を用いて、上記素子カバーの状態を診断するカバー状態診断部（６）を有しており、
上記カバー状態診断部は、上記ヒータの動作状態と上記素子カバーの周辺環境状態とから知られる上記ヒータ情報の確度に基づいて、上記素子カバーの状態の診断が可能か否かを判定する、診断可否判定部（６１）を備えている、排ガスセンサ。
【請求項２】
上記診断可否判定部は、上記ヒータ情報の確度の有無を、上記ヒータが正常動作可能な状態にあるか否か、及び、上記周辺環境状態が上記素子カバーの状態を診断可能な状態にあるか否か、に基づいて判定する、請求項１に記載の排ガスセンサ。
【請求項３】
上記診断可否判定部は、上記ヒータの抵抗値情報又は上記センサ素子の温度情報に基づいて、上記ヒータが正常動作可能な状態にあると判定されると共に、上記素子カバーの周辺の排ガス情報に基づく上記周辺環境状態が、上記素子カバーの状態を診断可能な状態にあると判定されるときに、上記素子カバーの状態の診断が可能と判定する、請求項２に記載の排ガスセンサ。
【請求項４】
上記排ガス情報は、ガス温度及びガス流速のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の排ガスセンサ。
【請求項５】
上記特定成分は、粒子状物質であり、
上記センサ素子は、排ガスが流通する排ガス管（１０１）内に、上記素子カバーに覆われた状態で位置し、
上記素子カバーに対して排ガス流れ方向の上流側には、上記粒子状物質の捕集用フィルタ（１０２）が配設されており、
上記排ガス情報は、上記捕集用フィルタの再生情報を含む、請求項３又は４に記載の排ガスセンサ。
【請求項６】
上記ヒータ制御部は、上記センサ素子の目標温度に応じて、上記ヒータへの通電を制御するものであり、
上記ヒータ情報は、上記ヒータへ供給される電力量又は上記ヒータ制御部による上記ヒータの制御量を含む、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】
上記カバー状態診断部は、上記診断可否判定部によって診断可能と判定されたときに、上記ヒータへ供給される電力量又は上記ヒータ制御部による上記ヒータの制御量を診断閾値（Ａ、Ｂ）と比較して、上記素子カバーの状態を診断する、請求項６に記載の排ガスセンサ。
【請求項８】
上記診断閾値は、上記素子カバーの周辺環境状態に応じて設定される、請求項７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、素子カバーの異常があり、例えば、カバー詰まりや脱落等が生じると、センサ素子へ導入される排ガスの状態が変化して、正常な出力が得られなくなる。これに対して、特許文献１には、ＰＭセンサに、素子カバーの通気孔が目詰まりしたことを検出する目詰まり検出手段を設けることが提案されている。この目詰まり検出手段は、センサ素子が不感帯となる期間においても検出可能とするために、センサ素子の温度を用いており、例えば、センサ素子をヒータ加熱した場合の温度変化の速さや、上流側の排ガス温度との差分が、所定値より大きい場合に目詰まりが生じたと判定するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０３２６２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、例えば、センサ素子の温度に基づいて判定を行う場合には、センサ素子を加熱するためのヒータが正常に機能していることが前提となり、ヒータに劣化等が生じると、判定精度が低下する。また、例えば、エンジンの運転状態に応じて周辺環境が変動すると、センサ素子へのガス当たりの状態が変化し、ヒータ加熱した場合の温度変化に影響するために、誤検出のおそれがある。このように、周辺環境の影響を受けるセンサ素子の温度等を用いて、カバー状態の判定を行うことは容易でなかった。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、センサ素子を保護する素子カバーの状態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、
排ガスに含まれる特定成分を検出する検出部（２）を備えるセンサ素子（１）と、
上記センサ素子を内側に収容し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、を備える排ガスセンサ（Ｓ）であって、
上記ヒータ制御部により上記ヒータを動作させたときのヒータ情報を用いて、上記素子カバーの状態を診断するカバー状態診断部（６）を有しており、
上記カバー状態診断部は、上記ヒータの動作状態と上記素子カバーの周辺環境状態とから知られる上記ヒータ情報の確度に基づいて、上記素子カバーの状態の診断が可能か否かを判定する、診断可否判定部（６１）を備えている、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、カバー状態診断部は、センサ素子を加熱するヒータ情報を用いて素子カバーの状態を診断するのに先立ち、診断可否判定部において、素子カバーの診断が可能か否かを判定する。その際に、ヒータの動作状態と素子カバーの周辺環境の両方に基づいてヒータ情報の確度の有無を判断し、例えば、センサ素子を加熱するためのヒータが正常に動作可能であると共に、素子カバーの周辺環境が、ヒータ情報を用いたカバー状態の診断に及ぼす影響が小さいと判断される場合に、診断可能と判定する。これにより、センサ素子及び周辺環境が良好な状態にてカバー状態の診断を実施し、誤検出を防止することが可能になる。
【００１０】
以上のごとく、上記態様によれば、センサ素子を保護する素子カバーの状態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】
【００１１】
【図１】実施形態１における、排ガスセンサの全体構成図。
【図２】実施形態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】実施形態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】実施形態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】実施形態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】実施形態１における、排ガスセンサのカバー状態診断部において実施されるカバー状態診断処理のフローチャート図。
【図７】実施形態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８】実施形態１における、排ガスセンサのカバー状態診断部において用いられるヒータ情報と診断閾値との関係を、正常品とカバー詰まり品とで比較して示す図。
【図９】実施形態２における、排ガスセンサのカバー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診断可否判定処理のフローチャート図。
【図１０】実施形態２における、カバー状態診断部の診断可否判定部において用いられるヒータ抵抗の正常範囲と抵抗閾値との関係を示す図。
【図１１】実施形態２の変形例における、排ガスセンサのカバー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診断可否判定処理の一部を示すフローチャート図。
【図１２】実施形態２の変形例における、カバー状態診断部の診断可否判定部において用いられるヒータ抵抗とセンサ温度との関係を示す図。
【図１３】実施形態２の変形例における、カバー状態診断部の診断可否判定部において用いられるセンサ温度の正常範囲と抵抗閾値との関係を示す図。
【図１４】実施形態２における、排ガスセンサのカバー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ヒータ情報判定処理の一部を示すフローチャート図。
【図１５】実施形態２における、カバー状態診断部の診断可否判定部において用いられるガス流速とガス温度との関係を示す図。
【図１６】実施形態３における、排ガスセンサのカバー状態診断部が備えるヒータ情報判定部において実施されるヒータ情報判定処理のフローチャート図。
【図１７】実施形態３における、カバー状態診断部のヒータ情報判定部において用いられる診断閾値Ａの設定方法を説明するための図で、ヒータデューティとガス温度との関係を示す図。
【図１８】実施形態３における、カバー状態診断部のヒータ情報判定部において用いられる診断閾値Ａの設定方法を説明するための図で、ヒータデューティとガス流速との関係を示す図。
【図１９】実施形態４における、排ガスセンサのカバー状態診断部が備えるヒータ情報判定部において実施されるヒータ情報判定処理のフローチャート図。
【図２０】実施形態４における、カバー状態診断部のヒータ情報判定部において用いられる診断閾値Ａ、Ｂの設定方法を説明するための図で、ヒータデューティとガス温度との関係を示す図。
【図２１】実施形態４における、カバー状態診断部のヒータ情報判定部において用いられる診断閾値Ａ、Ｂの設定方法を説明するための図で、ヒータデューティとガス流速との関係を示す図。
【図２２】実施形態５における、排ガスセンサのカバー状態診断部が備えるヒータ診断可否診断部において実施されるヒータ情報判定処理のフローチャート図。
【図２３】試験例１における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御時のヒータデューティとガス温度との関係を、正常品とカバー故障品とで比較して示す図。
【図２４】試験例１における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御時のセンサ温度及びヒータデューティとガス流速との関係を、正常品とカバー詰まり品とで比較して示す図。
【図２５】試験例１における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御モードとセンサ素子の温度の推移を示すタイムチャート図。
【図２６】排ガスセンサのセンサ素子の他の構成例を示す要部拡大断面図。
【図２７】排ガスセンサのセンサ素子の温度検出部の構成例を示す要部拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
排ガスセンサに係る実施形態について、図１〜図１４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、例えば、図４に示す車両用の排ガス浄化装置１００に適用される。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とを有しており、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、素子カバー３の状態を診断するカバー状態診断部６とを有している。
【００１３】
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、車両用エンジン等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。
図４に示す排ガス浄化装置１００は、排ガスセンサＳを、特定成分としての粒子状物質を検出するＰＭセンサとして用いた例としている。
【００１４】
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、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を含むセンサ制御部（Sensor Control Unit；以下、ＳＣＵと称する）５０を介して、カバー状態診断部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。
【００１５】
カバー状態診断部６は、ヒータ４を動作させたときのヒータ情報を用いて、素子カバー３の状態を診断する。カバー状態診断部６には、診断可否判定部６１が設けられ、ヒータ４の動作状態と素子カバー３の周辺環境状態とから知られるヒータ情報の確度に基づいて、素子カバー３の状態の診断が可能か否かを判定する。
このとき、診断可否判定部６１は、ヒータ情報の確度の有無を、ヒータ４が正常動作可能な状態にあるか否か、及び、周辺環境状態が素子カバー３の状態を診断可能な状態にあるか否か、に基づいて判定することができる。
【００１６】
具体的には、診断可否判定部６１は、ヒータ４の抵抗値情報又はセンサ素子１の温度情報に基づいて、ヒータ４が正常動作可能な状態にあると判定されると共に、素子カバー３の周辺の排ガス情報に基づく周辺環境状態が、上記素子カバーの状態を診断可能な状態にあると判定されるときに、素子カバー３の状態の診断が可能と判定する。
【００１７】
そして、カバー状態診断部６は、診断可否判定部６１によって診断可能と判定されたときに、ヒータ情報判定部６２において、ヒータ情報を、予め設定した診断閾値Ａ、Ｂと比較する。ヒータ情報は、例えば、ヒータ４へ供給される電力量や、ヒータ制御部５による制御量であり、診断閾値Ａ、Ｂとの比較判定結果に基づいて、素子カバー３の状態を診断することができる。
【００１８】
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Ｓ１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Ｓ１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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５１に接続される（図１参照）。ＰＭ検出制御部５１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。
【００２１】
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５１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５１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。
【００２２】
また、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（図１参照）。
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（ヒータＤｕｔｙ）と称する)によって、発熱部４１への通電量を制御することができる。
したがって、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５１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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
図４に示すように、本形態における排ガスセンサＳは、例えば、ディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する）ＥＮＧの排ガス浄化装置１００に適用され、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の管壁に取り付けられる。排ガスセンサＳは、センサ本体Ｓ１の軸方向Ｘの先端側半部が排ガス管１０１内に位置し、ＤＰＦ１０２から漏れ出る粒子状物質を検出して、ＳＣＵ５０に送信する。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内のガス温度を検出している。温度センサ１０３の検出信号は、排ガス情報としてＥＣＵ６０へ送信される。
【００２７】
ＥＣＵ６０には、温度センサ１０３からのガス温度情報の他、ＳＣＵ５０のヒータ制御部５からのヒータデューティ情報やＰＭ検出制御部５１からのＰＭ検出情報が入力される。また、ＥＣＵ６０には、ＤＰＦ１０２の再生制御を行うＤＰＦ再生制御部６３やＤＰＦ１０２の故障診断を行うＤＰＦ故障診断部６４が設けられる（図１参照）。ＤＰＦ再生制御部６３は、例えば、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６４は、例えば、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。
【００２８】
なお、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ており、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。
排ガス情報には、ガス温度の他、排ガス管１０１内のガス流量等のエンジンＥＮＧの運転に関する情報や、ＤＰＦ１０２の再生情報が含まれる。これらガス温度やガス流量は、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。
また、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（以下、ＧＰＦと略称する）が配置される。
【００２９】
次に、ＥＣＵ６０のカバー状態診断部６の詳細について、説明する。
排ガスセンサＳによるＰＭ検出情報は、主に、上述したＥＣＵ６０のＤＰＦ故障診断部６４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、そのためには、センサ素子１のみならず、センサ素子１の動作に影響する素子カバー３の状態も重要となる。
【００３０】
例えば、素子カバー３のガス流通孔３１、３２に粒子状物質等が付着して堆積することにより、または何らかの意図もしくは誤って閉塞されることにより、カバー詰まりが生じた場合には、ガス流通性が低下して、センサ素子１に十分な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。一方、素子カバー３が破損して外れたり、脱落したりした場合には、センサ素子１に導入される排ガスが増加し、誤検出を生じるおそれがある。
【００３１】
そこで、排ガスセンサＳには、カバー状態診断部６が設けられて、素子カバー３の状態の診断（以下、適宜、カバー状態診断と称する）を可能とする。カバー状態診断には、ヒータ制御部５によりセンサ素子１を加熱するヒータ４を動作させたときのヒータ情報を用いることができ、ヒータ情報判定部６２において、ヒータ情報の閾値判定がなされる。その場合に、ヒータ情報による閾値判定を信頼性よく行うには、ヒータ４が正常に動作していると共に、ヒータ情報が外部の要因等の影響を受けない環境にあることが必要となる。そのために、カバー状態診断部６には、診断可否判定部６１が設けられ、ヒータ情報による診断に先立ち、カバー状態診断が可能か否かの判定を行う。
【００３２】
このとき、カバー状態診断部６において実行される手順の概要を、図６を用いて説明する。図６のステップＳ１〜ステップＳ３は、カバー状態診断部６の診断可否判定部６１に対応しており、ステップＳ４〜ステップＳ７は、ヒータ情報判定部６２に対応する。
する。
図６において、素子カバー３のカバー状態診断処理が開始されると、まず、ステップＳ１にて、ヒータ４の動作状態が、正常動作可能な状態にあるか否かを判定する（すなわち、ヒータ：正常動作状態？）。ステップＳ１が肯定判定された場合には、ステップＳ２へ進み、ステップＳ１が否定判定された場合には、診断実施不可と判断されて、本処理を一旦終了する。
【００３３】
ステップＳ２では、さらに、素子カバー３の周辺環境状態が、カバー状態診断を、良好に実施可能な状態にあるか否かを判定する（すなわち、周辺環境：診断可能状態？）。ステップＳ２が肯定判定された場合には、ステップＳ３へ進み、否定判定された場合には、ステップＳ１へ戻って、実施可能な状態となるまで、以降のステップを繰り返す。
【００３４】
これらステップＳ１、Ｓ２は、センサ本体Ｓ１に内蔵されてセンサ素子１を加熱するヒータ４が、正常に機能するか否かを判定すると共に（すなわち、内的要因）、センサ本体Ｓ１の周辺環境状態、具体的には、排ガス管１０１内を流通する排ガスのガス温度やガス流速が、素子カバー３の状態診断に適した所定の状態となっているか否かを判定するものである（すなわち、外的要因）。
本形態では、これら内的要因と外的要因の両方から、排ガスセンサＳのヒータ情報の確度を判断することで、より信頼性の高いカバー状態診断が可能になる。
【００３５】
ステップＳ３では、ステップＳ１、２の両方が肯定判定されたことにより、カバー状態診断を実施可能と判断する。その後、ステップＳ４へ進んで、ヒータ制御を開始する。具体的には、ヒータ制御部５によりヒータ４に通電して、センサ素子１の検出部２が所定の目標温度に保持されるように、例えば、測定温度との偏差に基づくＰＩＤ制御を行い、通電量を制御する。なお、検出部２の温度は、例えば、後述するヒータ抵抗とセンサ温度の関係（例えば、図１２参照）に基づいて、測定することができる。
【００３６】
さらに、ステップＳ５において、ヒータ情報の一例として、ヒータ電力を測定し、ステップＳ６へ進んで、ヒータ電力の測定値を、診断閾値Ａ及び診断閾値Ｂと比較する。診断閾値Ａは、例えば、カバー詰まりによる異常の有無を判断可能な下限側の閾値であり、診断閾値Ｂは、例えば、カバー脱落による異常の有無を判断可能な上限側の閾値である。
なお、ヒータ情報としては、ヒータ４の異常を検出可能な情報であればよく、ヒータ４に供給される電圧や電流、ヒータ制御部５による制御量、例えば、ヒータデューティ等を用いることができる。
【００３７】
図７に示すように、エンジンＥＮＧの始動後のセンサ素子１の温度（すなわち、センサ温度）は、例えば、ＰＭ検出のためのセンサ再生に先立つ一定の期間、凝縮水を除去可能な温度に加熱制御される。このとき、センサ本体Ｓは、加熱温度より低い排ガス温度に曝されることになり、素子カバー３の状態によってヒータ制御性が変化する。
【００３８】
例えば、図８に示すように、素子カバー３が正常な状態にある正常品と、カバー詰まりがある異常品とでは、加熱制御時にヒータ４の発熱部４１に供給されるヒータ電力（又はヒータ電力を制御するヒータデューティ）に差が生じる。これは、素子カバー３のガス流通孔３１、３２が塞がれた状態では、排ガスが導入されず、センサ素子１が冷やされにくくなるためであり、素子カバー３が正常な状態と比較して、センサ素子１の加熱に必要なヒータ電力は小さくなる。そこで、このヒータ電力の関係に基づいて、例えば、正常品のヒータ電力を、ばらつき下限とし、異常品のヒータ電力を、ばらつき上限としたときに、これらの間のヒータ電力値から、診断閾値Ａを、予め設定することができる。
【００３９】
一方、素子カバー３が脱落した状態にある場合には、センサ素子１が直接排ガスに露出して、加熱温度より低い排ガス温度に曝されることになる。その場合には、素子カバー３が正常な状態と比較して、センサ素子１の加熱に必要なヒータ電力は大きくなる。そこで、同様にして、これらヒータ電力の関係に基づいて、診断閾値Ｂを、予め設定することができる。
【００４０】
したがって、ステップＳ６において、ヒータ電力の測定値が、下限側の診断閾値Ａより大きく、上限側の診断閾値Ｂより小さい、所定の範囲にあるか否かを判定することで（すなわち、診断閾値Ａ＜ヒータ電力測定値＜診断閾値Ｂ）、素子カバー３が正常な状態にあるか否か診断定することができる。すなわち、ステップＳ６が肯定判定された場合には、ステップＳ７へ進んで、素子カバー３は正常と診断し、否定判定された場合には、ステップＳ８へ進んで、素子カバー３は異常と診断する。その後、本処理を一旦終了する。
【００４１】
本形態によれば、カバー状態診断部６が診断可否判定部６１を備えるので、ヒータ４が正常に機能し、かつ、周辺環境がヒータ制御に影響しない状態においてのみ、ヒータ情報判定部６２に移行する。すなわち、ヒータ電力等のヒータ情報の確度が高い状態で、ヒータ情報に基づくカバー状態の診断を精度よく実施できるので、誤検出を防止することが可能であり、信頼性が向上する。
【００４２】
（実施形態２）
本形態では、図９〜図１５に示すフローチャートを用いて、診断可否判定部６１による判定手順を、より具体的に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施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、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００４３】
図９は、上記図６のステップＳ１に対応するものであり、カバー状態診断の診断可否判定処理が開始されると、まず、ステップＳ１１にて、ヒータ４の動作状態を示す指標の１つとして、ヒータ４の発熱部４１の抵抗値（以下、適宜、ヒータ抵抗と略称する）を検出する。次いで、ステップＳ１２にて、検出したヒータ抵抗を、所定の抵抗閾値Ｒth１、Ｒth2と比較して、図１０に示すように、下限側の抵抗閾値Ｒth１と上限側の抵抗閾値Ｒth2とで規定される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）。
なお、ヒータ抵抗は、例えば、図示しないヒータ抵抗検出回路により、検出用リード部４４を介して所定の電圧を印加したときに、ヒータ４の発熱部４１に流れる電流を検出することにより算出することができる（すなわち、ヒータ抵抗＝印加電圧／検出電流）。
【００４４】
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が正常に機能しなくなり、カバー状態診断の精度も低下する。
そこで、例えば、予め初期状態におけるヒータ抵抗を測定しておき、この初期抵抗に基づく正常範囲の下限値を、抵抗閾値Ｒth１として記憶する。さらに、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から、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。そして、判定時におけるヒータ抵抗の測定値が、抵抗閾値Ｒth2を超えた場合には、ヒータ４は正常に機能しないと判定して、以降の判定を行わない。
このとき、抵抗閾値Ｒth2を設定するための変化量は、適宜設定することができ、例えば、初期抵抗に対して所定の割合に相当する変化量として求めてもよい。
【００４５】
ステップＳ１２が肯定判定された場合には、ステップＳ１３へ進んで、ヒータ４の動作状態は正常と判定した後、［１］周辺環境状態の判定へ進む。
一方、ステップＳ１２が否定判定された場合には、ステップＳ１４へ進む。この場合は、ヒータ４の動作状態は異常と判定して、本処理を終了し、カバー状態診断は実施しない。
【００４６】
また、図１１に示すように、ヒータ４の動作状態を示す指標の１つとして、ヒータ抵抗に基づくセンサ素子１の温度を用いることもできる。
その場合には、診断可否判定処理を開始すると、まず、ステップＳ２１において、上記図９のステップＳ１１と同様に、ヒータ抵抗を検出する。次いで、ステップＳ２２において、例えば、図１２に示すヒータ抵抗とセンサ温度との関係から、検出したヒータ抵抗を用いて、センサ素子１の検出部２の温度を算出する。
このとき、図１２に示すように、例えば、周辺環境等の影響を受けてセンサ温度が上昇すると、ヒータ抵抗が上昇する。したがって、これらの関係を予めマップ等として記憶しておくことにより、ヒータ抵抗から、間接的にセンサ温度を検出することができる。
【００４７】
さらに、ステップＳ２３において、算出したセンサ温度を、基準温度に基づく所定の温度閾値Ｔth１、Ｔth2と比較して、図１３に示すように、下限側の温度閾値Ｔth１と上限側の温度閾値Ｔth2とで規定される正常範囲内にあるか否かを判定する（すなわち、Ｔth１＜センサ温度＜Ｔth2）。
【００４８】
ここで、基準温度は、例えば、温度センサ１０３によって検出される、センサ素子１の周辺の排ガス温度であり、ヒータ制御が実施されておらず、排ガス温度が安定した状態においては、センサ温度は排ガス温度と実質的に同等となる。つまり、ヒータ抵抗に基づくセンサ温度を、温度センサ１０３による基準温度を比較し、その差が規定範囲内にあるときは、ヒータ４は正常に機能していると判断される。そこで、正常時の両者の差を考慮して、所定の温度閾値Ｔth１、Ｔth2を設定することで、ヒータ抵抗に基づくセンサ温度を、温度センサ１０３による基準温度を比較し、ヒータ４の動作状態を判定することができる。
【００４９】
ステップＳ２３が肯定判定された場合には、ステップＳ２４へ進んで、ヒータ４の動作状態は正常と判定した後、［１］周辺環境状態の判定へ進む。
一方、ステップＳ２３が否定判定された場合には、ステップＳ２５へ進む。この場合は、ヒータ４の動作状態は異常と判定して、本処理を終了し、カバー状態診断は実施しない。
【００５０】
以上のような方法によるヒータ動作状態の判定に際しては、周辺温度環境が安定した状態であることが、検出精度を向上させる上で望ましい。例えば、エンジンＥＮＧの始動直後の低負荷環境時や、定速度走行状態のように、排ガスの温度が比較的低く、安定した温度環境において実施されることが望ましく、その後の周辺環境の判定やカバー状態診断へ速やかに移行することができる。
【００５１】
上記図９のステップＳ１３にて正常判定された場合には、次いで、図１４の周辺環境状態の判定へ移行する。上記図１１のステップＳ２４にて正常判定された場合も同様である。
図１４は、上記図６のステップＳ２に対応するものであり、まず、ステップＳ１４において、周辺環境状態を示す指標となる、ガス温度及びガス流速を検出する。ガス温度は、センサ周辺の排ガスの温度であり、温度センサ１０３によって検出することができる。ガス流速は、センサ周辺の排ガスの流速であり、例えば、ガス温度の他、上述した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、排ガス管１０１の断面積情報等から算出することができる。
【００５２】
ステップＳ１５では、検出されたガス温度及びガス流速が、例えば、図１５に示す診断実施可能範囲にあるか否かを判定する。一般的には、素子カバー３の故障の有無は、ガス当たりによる温度変動の違いが大きい方が検出しやすい。そのため、カバー状態診断の条件としては、ガス温度が低い方が、また、ガス流速が大きい方が望ましい。例えば、ガス温度が１５０℃〜４００℃程度の範囲にあるとき、ガス温度が低いほど、診断実施可能なガス流速の範囲が広くなる（例えば、ガス温度：１５０℃において、ガス流速：１５ｍ／ｓ〜４０ｍ／ｓ程度）。
そこで、図１５に示すガス温度とガス流速の関係を、予めマップ等として記憶しておくことで、検出されたガス温度及びガス流速が、診断実施可能範囲にあるか診断実施可能範囲外にあるかを判定することができる。
【００５３】
ステップＳ１５が肯定判定された場合には、ステップＳ１６へ進んで、周辺環境状態が、カバー状態診断が可能な環境にあり、ヒータ情報の確度が高いと判定される（すなわち、ヒータ情報確度：高）。その場合には、診断実施可と判断されるので、続いて、［２］ヒータ情報判定に基づくカバー状態診断へ移行する。
ステップＳ１５が否定判定された場合には、ステップＳ１７へ進んで、周辺環境状態が、カバー状態診断が可能な環境になく、ヒータ情報の確度が低いと判定される（すなわち、ヒータ情報確度：低）。その場合には、診断実施不可と判断される。
【００５４】
このようにして、センサ素子１が正常な動作状態にあり、周辺環境もカバー状態診断に適した状態であることを確認した上で、以降のカバー状態診断を行うことで、精度良い診断を行うことができる。
【００５５】
（実施形態３）
本形態では、図１６〜図１８に示すフローチャートを用いて、ヒータ情報判定部６２による診断手順の他の例について、具体的に説明する。上記実施形態１では、カバー状態診断のためのヒータ情報として、ヒータ電力を用いたが、本形態では、ヒータデューティを用いる。また、カバー状態として、特に、カバー詰まりによる故障診断を行う場合の診断閾値Ａの設定方法を説明する。
【００５６】
図１６は、上記図６のステップＳ４以降に対応するものであり、ヒータ情報判定処理（カバー詰まり故障）を開始したら、まず、ステップＳ３１において、ヒータ制御を開始する。
具体的には、上記図７に示したエンジン始動後のセンサ素子１の再生時におけるヒータ加熱を利用することができ、その際のヒータデューティを、ステップＳ３２において測定する。次いで、ステップＳ３３において、ガス温度及びガス流速を検出し、ステップＳ３４に進んで、検出したガス温度及びガス流速に基づいて、カバー詰まり故障に対応する診断閾値Ａを算出する。
【００５７】
図１７にヒータデューティとガス温度の関係を示すように、ガス流速が一定（例えば、２５ｍ／ｓ）の場合、正常品では、ガス温度（例えば、１５０℃〜３５０℃）が高くなるほど、ヒータデューティが低くなる関係にある。
これに対して、カバー詰まり故障品では、ガス流通孔３１、３２を通過するガス流量が低下し、センサ素子１に排ガスが当たりにくくなる。そのために、センサ素子１の温度が低下しにくくなり、ヒータデューティが小さくなる方向に特性線がシフトする。また、ガス温度２５０℃以上の範囲では、ヒータデューティがほぼ一定となる。
【００５８】
また、図１８にヒータデューティとガス流速の関係を示すように、ガス温度が一定（例えば、１５０℃）の場合、正常品では、ガス流速（例えば、１５ｍ／ｓ〜４０ｍ／ｓ）が高くなるほど、ヒータデューティが高くなる関係にある。
これに対して、カバー詰まり故障品では、正常品よりも特性線の傾斜が緩やかとなり、ガス流速の上昇に対するヒータデューティの増加の程度が小さくなる。
【００５９】
そこで、これら関係において、正常品とカバー詰まり故障品の特性線で囲まれる範囲を診断閾値Ａの設定可能範囲とし、ガス温度及びガス流速の組み合わせごとに、診断閾値Ａとなるヒータデューティを設定することができる。
その一例を、下記表１に示すように、ガス温度が低いほど、また、ガス流速が高いほど、診断閾値Ａは大きい値に設定される。この関係は、予め試験等を行って得ることができ（例えば、後述する試験例１参照）、その試験結果に基づく閾値マップや閾値算出式を記憶しておいて、カバー状態診断に用いることができる。
【００６０】
【表１】
2020067374.tif 000003
【００６１】
次いで、ステップＳ３５において、検出されたヒータデューティが、算出された診断閾値Ａより大きいか否かを判定する（すなわち、ヒータデューティ検出値＞診断閾値Ａ？）。ステップＳ３５が肯定判定されたら、カバー詰まり故障はないと判断されるので、ステップＳ３６へ進んでカバー正常と判定し、カバー詰まり故障の診断を終了する。
一方、ステップＳ３５が否定判定されたら、カバー詰まり故障はあると判断されるので、ステップＳ３７へ進んでカバー異常と判定し、カバー詰まり故障の診断を終了する。
【００６２】
このようにして、正常な動作状態にあるヒータ４によりヒータ制御を行い、また、診断に適した周辺環境においてガス温度及びガス流速を検出し、診断閾値Ａを算出することで、カバー状態診断を精度よく実施することができる。
【００６３】
（実施形態４）
本形態では、図１９〜図２１に示すフローチャートを用いて、ヒータ情報判定部６２による診断手順の他の例について、具体的に説明する。本実施形態においても、上記実施形態１と同様に、カバー状態診断のためのヒータ情報として、ヒータデューティを用いる。また、カバー状態としては、カバー詰まりに加えてカバー脱落による故障診断を行うものとし、その場合の診断閾値Ａ、Ｂの設定方法を説明する。
【００６４】
図１９は、上記図６のステップＳ４以降に対応するものであり、ヒータ情報判定処理（カバー詰まり故障）を開始したら、まず、ステップＳ４１において、ヒータ制御を開始する。
具体的には、上記図７に示したエンジン始動後のセンサ素子１の再生時におけるヒータ加熱を利用することができ、その際のヒータデューティを、ステップＳ４２において測定する。次いで、ステップＳ４３において、ガス温度及びガス流速を検出し、ステップＳ４４に進んで、検出したガス温度及びガス流速に基づいて、カバー詰まり故障に対応する診断閾値Ａを算出する。診断閾値Ａの設定方法は、上記実施形態３と同様である。
【００６５】
さらに、ステップＳ４５において、検出したガス温度及びガス流速に基づいて、カバー脱落故障に対応する診断閾値Ｂを算出する。
図２０にヒータデューティとガス温度の関係を示すように、ガス流速が一定（例えば、２５ｍ／ｓ）の場合、正常品に対して、カバー脱落故障品では、センサ素子１に排ガスが当たりやすくなるために、センサ素子１の温度が低下しやすくなり、ヒータデューティが大きくなる方向に特性線がシフトする。
また、図２１にヒータデューティとガス流速の関係を示すように、ガス温度が一定（例えば、１５０℃）の場合、カバー脱落故障品では、正常品よりも特性線の傾斜が大きくなり、ガス流速の上昇に対するヒータデューティの増加の程度が大きくなる。
【００６６】
そこで、これら関係において、正常品とカバー詰まり故障品の特性線で囲まれる範囲を診断閾値Ｂの設定可能範囲とし、ガス温度及びガス流速の組み合わせごとに、診断閾値Ｂとなるヒータデューティを設定することができる。
その一例を、下記表２に示すように、診断閾値Ｂは、同じガス温度及びガス流速の組み合わせに対する診断閾値Ａよりも大きく、ガス温度が低いほど、また、ガス流速が高いほど大きい値に設定される。この関係を、閾値マップや閾値算出式として記憶しておき、カバー状態診断に用いることができる。
【００６７】
【表２】
2020067374.tif 000004
【００６８】
次いで、ステップＳ４６において、検出されたヒータデューティが、算出された診断閾値Ａより大きいか否かを判定する（すなわち、ヒータデューティ検出値＞診断閾値Ａ？）。ステップＳ４６が肯定判定されたら、カバー詰まり故障はないと判断されるので、ステップＳ４７へ進む。ステップＳ４６が否定判定されたら、カバー詰まり故障はあると判断されるので、ステップＳ４８へ進んでカバー詰まり故障と判定し、診断を終了する。
【００６９】
ステップＳ４７では、検出されたヒータデューティが、算出された診断閾値Ｂより小さいか否かを判定する（すなわち、ヒータデューティ検出値＜診断閾値Ｂ？）。ステップＳ４７が肯定判定されたら、カバー脱落故障はないと判断されるので、ステップＳ４９へ進んでカバー正常と判定し、診断を終了する。ステップＳ４７が否定判定されたら、カバー脱落故障はあると判断されるので、ステップＳ４０へ進んでカバー脱落故障と判定し、診断を終了する。
【００７０】
このようにして、正常な動作状態にあるヒータ４によりヒータ制御を行い、また、診断に適した周辺環境においてガス温度及びガス流速を検出し、診断閾値Ａ及び診断閾値Ｂを算出することで、カバー状態診断を精度よく実施することができる。
【００７１】
（実施形態５）
本形態では、図２２に示すフローチャートを用いて、カバー状態診断部６の診断可否判定部６１による判定手順の他の例を説明する。
本形態では、排ガスセンサＳのセンサ本体Ｓ１の上流側にＤＰＦ１０２（又はＧＰＦ）が位置する場合について、周辺環境状態として、ＤＰＦ１０２等の再生による温度上昇を考慮して、診断可否判定部６１を行うものとする。
【００７２】
図２２において、診断可否判定処理が開始されると、まず、ステップＳ５１にて、ＤＰＦ１０２が再生中か否かを判定する（すなわち、ＤＰＦ再生中？）。ステップＳ５１が否定判定された場合には、ステップＳ５２へ進む。ステップＳ５１が肯定判定された場合には、ＤＰＦ１０２に堆積したＰＭ燃焼のための再生中であり、下流側に設置されたセンサ素子１の周辺のガス温度が高くなる可能性があるため、診断不可と判定して、以降のカバー状態診断を実施しない。
【００７３】
ステップＳ５２では、ヒータ４の動作状態を示す指標であるヒータ抵抗を検出する。次いで、ステップＳ５３にて、検出したヒータ抵抗が、下限側の抵抗閾値Ｒth１と上限側の抵抗閾値Ｒth2とで規定される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）。ステップＳ５３が肯定判定された場合には、ステップＳ５４へ進んで、ヒータ４の動作状態は正常と判定し、ステップＳ５５へ進む。ステップＳ５３が否定判定された場合には、ステップＳ５９へ進んで、ヒータ抵抗異常により診断不可と判定し、以降のカバー状態診断を実施しない。
【００７４】
ステップＳ５５では、周辺環境状態の判定のために、ガス温度及びガス流速を検出し、ステップＳ５６へ進んで、ガス温度及びガス流速が診断実施可能範囲か否かを判定する。ステップＳ５６が肯定判定された場合には、ステップＳ５７へ進んで、診断可能領域（すなわち、ヒータ情報確度：高）と判定する。その場合には、診断実施可となり、［２］ヒータ情報判定に基づくカバー状態診断へ移行する。ステップＳ５６が否定判定された場合には、ステップＳ５８へ進んで、診断可能領域外（すなわち、ヒータ情報確度：低）判定し、以降のカバー状態診断を実施しない。
【００７５】
このように、診断可否判定部６１において、ヒータ情報を検出するのに先立ち、ＤＰＦ１０２等の再生を判定することで、以降のカバー状態診断を効率よく実施することができる。
【００７６】
（試験例１）
ここで、図２３に示すように、評価用の排ガスセンサＳを用いて、所定の周辺環境状態で、ヒータ制御部５によるセンサ素子１の温度制御を行った場合の、ガス流速とヒータデューティの関係を調べた。評価条件は、以下の通りとした。
・ＰＭセンサ: 正常品(カバー詰まりなし)、カバー詰まり品、カバー脱落品
・ガス温度 : ２００℃〜３００℃
・ガス流速：〜３０ｍ／ｓ
【００７７】
評価は、ＰＭ検出用のセンサ素子１と新品の素子カバー３を備えるセンサ本体（ｎ＝５）を正常品として、実機試験を行い、図２３に示すように、排ガスの状態を変化させたときの、センサ温度とヒータデューティの変化を、カバー詰まり品と比較した。カバー詰まり品は、正常品と同じセンサ本体（ｎ＝５）を用い、素子カバー３を、ガス流通孔３１、３２を目詰まりさせたもの付け替えて、また、カバー脱落品は素子カバー３を外して、同様の試験を行った。また、ヒータ４の発熱部４１に劣化があるヒータ異常品についても同様の試験を行った。
【００７８】
図２４に示すように、正常品では、ヒータ制御による加熱開始と共に、ヒータデューティが増大し、センサ温度が追従して、所定の温度まで徐々に上昇する。その後、所定の温度を維持するためのヒータデューティは徐々に小さくなって安定し、エンジンＥＮＧの加速により、ガス流速が上昇すると、ヒータデューティは再び大きくなる。
これに対して、カバー詰まり品は、正常品と同様の傾向を示すものの、ガス当たりによるセンサ温度への影響が小さく、加熱開始時の立ち上がりが速く、ヒータデューティが全体に正常品より小さくなる。
【００７９】
そのために、図２３に示すように、ガス流速の全範囲において、正常品のヒータデューティに対して、カバー詰まり品のヒータデューティは大きくなり、カバー脱落品のヒータデューティは小さくなった。このように、ヒータデューティの大きさから、図中に示す診断閾値Ａ、診断閾値Ｂを設定することで、カバー状態診断を実施し、カバー詰まりやカバー脱落による故障を検出可能であることがわかる。
なお、ヒータ異常品は、カバー詰まり品に対してヒータデューティの差がほとんどなく、ヒータデューティによるカバー状態診断は実施できない。
【００８０】
図２５は、ヒータ制御部３によるヒータ制御の一例を示しており、例えば、エンジンＥＮＧの始動直後は、センサ素子１の検出部２を、凝縮水を撥水すると共に液相被毒を抑制可能な温度に制御する（３００℃〜６００℃）。その後、ＰＭ燃焼し、かつアッシュ成分が融着しない温度に制御し（６００℃〜８００℃）、ヒータ４をオフとして、検出部を冷却しＰＭ捕集を行う。その後は、熱泳動現象を発現して被毒物が付着しない温度に制御する（排ガス温度以上）。
したがって、これら各制御モードにおけるヒータ制御を利用して、カバー状態診断を実施することができる。
【００８１】
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。その場合には、図２６に示すように、センサ素子１の内部に、固体電解質体２０１を挟んで、排ガスが導入される被測定ガス室２０２と大気が導入される大気室２０３が設けられ、被測定ガス室２０２に面して、ポンプ電極２０４とセンサ電極２０５が、大気室２０３に面して基準電極２０６が設けられる。センサ素子１の先端面には、被測定ガス室２０２と外部とを連通する拡散抵抗層２０７が設けられ、センサ素子１の先端部の表面を覆って、被毒物質を捕捉するためのトラップ層２０８が設けられる。
【００８２】
このようなガスセンサに用いた場合にも、センサ素子１に内蔵されるヒータ４を用いて、検出部２のヒータ制御を行う際に、同様にして、図示しない素子カバー３の状態を診断することができる。また、検出部２の温度は、例えば、固体電解質体２０１を挟んで設置される２つの電極（例えば、センサ電極２０５と基準電極２０６）の電極間インピーダンスとセンサ温度の関係（例えば、図１２参照）に基づいて、測定することができる。
【００８３】
なお、図２７に示す（１）の例のように、ＰＭセンサに用いられるセンサ素子１においても、検出部２の温度を、一対の電極２ａ、２ｂの電極間インピーダンスを用いて測定することができる。また、（２）の例のように、センサ素子１内に、温度検出用のサーミスタを埋設して、サーミスタ抵抗とセンサ温度の関係から、検出部２の温度を測定することができる。（３）の例は、上述した実施形態１に示した例であり、センサ素子１に内蔵されるヒータ４のヒータ抵抗とセンサ温度の関係から、検出部２の温度を測定する。
【００８４】
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、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】
【００８５】
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
６  カバー状態診断部
６１  診断可否判定部
【図１】
2020067374.tif 000005
【図２】
2020067374.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020067374.tif 000010
【図７】
2020067374.tif 000011
【図８】
2020067374.tif 000012
【図９】
2020067374.tif 000013
【図１０】
2020067374.tif 000014
【図１１】
2020067374.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020067374.tif 000018
【図１５】
2020067374.tif 000019
【図１６】
2020067374.tif 000020
【図１７】
2020067374.tif 000021
【図１８】
2020067374.tif 000022
【図１９】
2020067374.tif 000023
【図２０】
2020067374.tif 000024
【図２１】
2020067374.tif 000025
【図２２】
2020067374.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
2020067374.tif 000028
【図２５】
2020067374.tif 000029
【図２６】
2020067374.tif 000030
【図２７】
2020067374.tif 000031