(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼状態の異常を好適に検出する。【解決手段】エンジン１１の排気管１４にはＰＭセンサ１７が設けられている。ＰＭセンサ１７は、ガス中に含まれるＰＭ（導電性粒子状物質）を付着させる被付着部と、被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、一対の対向電極間の抵抗値に応じたセンサ検出信号を出力する。マイコン４４は、エンジン１１の運転状態に基づいて、エンジン１１から排出されるＰＭ量を推定排出量として算出し、その推定算出量とセンサ検出信号とに基づいて、エンジン１１の燃焼状態の異常診断を実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気に含まれる導電性の粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサが排気通路に設けられた内燃機関に適用され、前記粒子状物質検出センサのセンサ検出信号に基づいて排気中の前記粒子状物質の量を算出する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記内燃機関から排出される前記粒子状物質の量を推定排出量として算出する推定量算出手段と、
前記推定量算出手段により算出した推定排出量と前記センサ検出信号とに基づいて、前記内燃機関の燃焼状態の異常診断を実施する異常診断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記異常診断手段は、前記推定排出量がゼロ又は略ゼロとなる期間において、前記センサ検出信号の変化に基づいて前記異常診断を実施する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記粒子状物質検出センサは、ガス中に含まれる前記粒子状物質を付着させる被付着部と、前記被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを備え、前記一対の対向電極間の抵抗値に応じたセンサ検出信号を出力するものであり、
前記被付着部に付着している前記粒子状物質を除去する除去手段と、
前記被付着部の前記粒子状物質を除去してから、前記一対の対向電極の抵抗値の減少変化に伴い前記センサ検出信号が変化するまでの不感帯の時間である不感帯時間を算出する不感帯時間算出手段と、
前記推定量算出手段により算出した推定排出量に基づいて前記不感帯の期間内で前記内燃機関から排出される前記粒子状物質の総量を算出する不感帯排出量算出手段と、を備え、
前記異常診断手段は、前記不感帯時間算出手段により算出した不感帯時間と、前記不感帯排出量算出手段により算出した前記粒子状物質の総量とに基づいて、前記異常診断を実施する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出センサの検出信号に基づいて、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量を算出する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出される排気に含まれるＰＭの量を検出するＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）が各種提案されている。例えば、特許文献１のＰＭセンサでは、絶縁基板上に一対の対向電極を設けておき、その一対の対向電極間にＰＭが堆積すると電極間抵抗が変化することを利用し、電極間抵抗を計測することでＰＭ量を検出する構成としている。この場合、センサ素子に接続される検出回路としては、一対の対向電極間の抵抗分である電極間抵抗と所定のシャント抵抗とにより分圧回路を構成し、分圧回路の中間点電圧をセンサ検出信号として出力するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１９６４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関では、内燃機関の燃焼に係る各種アクチュエータの故障や、内燃機関の燃焼状態を制御するための各種パラメータにおいて適合値のずれ等が生じると、ＰＭ排出過多の状態になり、エミッションが悪化することが想定される。この場合、環境の悪化を招くことから、何らかの対策を講じるべく、その異常を検出する必要がある。
【０００５】
本発明は、内燃機関の燃焼状態の異常を好適に検出することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００７】
本発明は、排気に含まれる導電性の粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサが排気通路に設けられた内燃機関に適用され、前記粒子状物質検出センサのセンサ検出信号に基づいて排気中の前記粒子状物質の量を算出する内燃機関の制御装置に関するものである。そして、請求項１に記載の発明は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記内燃機関から排出される前記粒子状物質の量を推定排出量として算出する推定量算出手段と、前記推定量算出手段により算出した推定排出量と前記センサ検出信号とに基づいて、前記内燃機関の燃焼状態の異常診断を実施する異常診断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
粒子状物質検出センサでは、排気中の粒子状物質の量に応じてセンサ検出信号が変動する。また、排気中の粒子状物質の量は内燃機関の運転状態に応じて変化するが、その運転状態と粒子状物質の量との関係を予め把握しておくことは可能である。本発明は、内燃機関の燃焼状態に異常が生じていると、内燃機関の運転状態に基づき算出される排気中の粒子状物質の量（推定排出量）と、実際に粒子状物質検出センサにより検出される排気中の粒子状物質の量（実排出量）とが相違することに着目し、推定排出量とセンサ検出信号とをパラメータにして内燃機関の異常診断を実施するものである。この場合、内燃機関の燃焼状態に異常が生じ、粒子状物質の排出過多が生じている場合にも、その排出過多の状態を粒子状物質検出センサのセンサ検出信号によって把握できる。したがって、内燃機関の異常の有無を検出することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、前記異常診断手段は、前記推定排出量がゼロ又は略ゼロとなる期間において、前記センサ検出信号の変化に基づいて前記異常診断を実施する。
【００１０】
例えばアイドル運転時や低負荷運転時、燃料カット時では、内燃機関の燃焼状態が正常であれば、内燃機関から排出される粒子状物質がゼロか又は略ゼロとなる。このような粒子状物質の排出量が少ない状態であれば、推定排出量と実排出量とのずれを検出しやすく、その結果、内燃機関の異常の有無を精度良く検出できる。
【００１１】
具体的には、推定排出量がゼロ又は略ゼロとなる期間において、その期間におけるセンサ検出信号又はセンサ検出信号に基づき算出される実排出量の変化量を算出し、その変化量と予め定めた正常状態の変化量とを比較することにより異常診断を実施する。または、上記期間において、その期間におけるセンサ検出信号又は実排出量の変化速度を算出し、その算出した変化速度と予め定めた正常状態の変化速度とを比較することにより異常診断を実施してもよい。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、前記粒子状物質検出センサは、ガス中に含まれる前記粒子状物質を付着させる被付着部と、前記被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを備え、前記一対の対向電極間の抵抗値に応じたセンサ検出信号を出力するものである。また、前記被付着部に付着している前記粒子状物質を除去する除去手段と、前記被付着部の前記粒子状物質を除去してから、前記一対の対向電極の抵抗値の減少変化に伴い前記センサ検出信号が変化するまでの不感帯の時間である不感帯時間を算出する不感帯時間算出手段と、前記推定量算出手段により算出した推定排出量に基づいて前記不感帯の期間内で前記内燃機関から排出される前記粒子状物質の総量を算出する不感帯排出量算出手段と、を備え、前記異常診断手段は、前記不感帯時間算出手段により算出した不感帯時間と、前記不感帯排出量算出手段により算出した前記粒子状物質の総量とに基づいて、前記異常診断を実施する。
【００１３】
粒子状物質検出センサでは、被付着部に付着した粒子状物質に応じて一対の対向電極間の抵抗値が変わり、それに伴いセンサ検出信号が変動する。このとき、対向電極間が粒子状物質を介して繋がった状態になるまではセンサ検出信号は変動せず、付着量０に相当する値で一定に保持される（不感帯）。ところが、内燃機関の燃焼状態の異常が生じ、粒子状物質が排出過多の状態になると、センサ検出信号が、正常時に比べて早い時点で付着量０に相当する値から変動する。
【００１４】
その点に着目し、本発明では、被付着部の粒子状物質を除去してからセンサ検出信号が変動するまでの実際の不感帯時間と、不感帯の期間内で内燃機関から排出される粒子状物質の総量との比較により内燃機関の異常の有無を検出する。具体的には、内燃機関から排出される粒子状物質の総量に基づいてしきい値を算出し、実際の不感帯時間としきい値とを比較することにより異常診断を実施する。これにより、内燃機関の燃焼状態に異常が生じ、粒子状物質の排出過多が生じている場合にも、その排出過多の状態を把握できる。特に、内燃機関の高負荷時や負荷上昇時などのように内燃機関から排出される粒子状物質の量が上昇変化する場合に異常検出を精度良く実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。
【図２】センサ素子の要部構成を分解して示す分解斜視図。
【図３】ＰＭセンサに関する電気的構成を示す図。
【図４】第１の実施形態における異常診断処理を示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態の異常診断処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。
【図６】ＰＭセンサの不感帯を説明するための図。
【図７】第２の実施形態における異常診断処理を示すフローチャート。
【図８】異常判定値設定用マップの一例を示す図。
【図９】第２の実施形態の異常診断処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車載エンジンを備える車両エンジンシステムにおいて、同エンジンから排出される排気中のＰＭ量（導電性粒子状物質の量）を監視するものである。特に、エンジン排気管にＰＭセンサを設け、そのＰＭセンサでのＰＭ付着量に基づいてＰＭ量を監視するものとしている。図１は、本システムの概略構成を示す構成図である。
【００１７】
図１において、エンジン１１は直噴式ガソリンエンジンであり、同エンジン１１の運転に関わるアクチュエータとして燃料噴射弁１２や点火装置１３等が設けられている。エンジン１１の排気管１４には排気浄化装置としての三元触媒１５が設けられており、その三元触媒１５の上流側にはＡ／Ｆセンサ１６が設けられ、下流側には粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサ１７が設けられている。その他、本システムでは、エンジン回転速度を検出するための回転センサ１８や、吸気管圧力を検出するための圧力センサ１９等が設けられている。
【００１８】
ＥＣＵ２０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）を主体として構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１１の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ２０は、上記各種センサ等から各々信号を入力し、それらの各種信号に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算して燃料噴射弁１２や点火装置１３の駆動を制御する。
【００１９】
また、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１７の検出信号に基づいてエンジン１１の実際のＰＭ排出量（実ＰＭ排出量）を算出し、その実ＰＭ排出量に基づいてエンジン１１の燃焼状態を診断する。具体的には、実ＰＭ排出量が所定の異常判定値を超えていれば、ＰＭ排出過多の状態であり、エンジン異常であると判定する。
【００２０】
その他、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１７の検出結果から算出される実ＰＭ排出量に基づいて、エンジン１１の制御態様を可変に制御する構成であってもよい。例えば、実ＰＭ排出量に基づいて燃料噴射量を制御したり、燃料噴射時期を制御したり、点火時期を制御したりすることが可能である。
【００２１】
次に、ＰＭセンサ１７の構成、及びそのＰＭセンサ１７に関する電気的構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は、ＰＭセンサ１７を構成するセンサ素子３１の要部構成を分解して示す分解斜視図であり、図３は、ＰＭセンサ１７に関する電気的構成図である。
【００２２】
図２に示すように、センサ素子３１は、長尺板状をなす２枚の絶縁基板３２，３３を有しており、一方の絶縁基板３２にはＰＭ量を検出するためのＰＭ検出部３４が設けられ、他方の絶縁基板３３にはセンサ素子３１を加熱するためのヒータ部３５が設けられている。センサ素子３１は、絶縁基板３２，３３が二層に積層されることで構成されている。絶縁基板３２が被付着部に相当する。
【００２３】
絶縁基板３２には、他方の絶縁基板３３とは反対側の基板表面に、互いに離間して設けられる一対の検出電極３６ａ，３６ｂが設けられており、この一対の検出電極３６ａ，３６ｂによりＰＭ検出部３４が構成されている。検出電極３６ａ，３６ｂは、各々複数の櫛歯を有する櫛歯形状をなしており、各検出電極３６ａ，３６ｂの櫛歯同士が互い違いとなるようして所定間隔をあけて対向配置されている。また、ヒータ部３５は例えば電熱線からなる発熱体により構成されている。
【００２４】
ただし、一対の検出電極３６ａ，３６ｂの形状は上記に限定されず、曲線状をなす形状で設けられているものや、各１本の線からなる一対の電極部が所定距離を隔てて平行に対向配置されているものであってもよい。
【００２５】
なお、図示は省略するが、ＰＭセンサ１７は、センサ素子３１を保持するための保持部を有しており、センサ素子３１はその一端側が保持部により保持された状態で排気管に固定されるようになっている。この場合、少なくともＰＭ検出部３４及びヒータ部３５を含む部位が排気管内に位置するように配されるとともに、センサ素子３１において絶縁基板３２（ＰＭ被付着部）が排気上流側を向くようにして、ＰＭセンサ１７が排気管に取り付けられる構成となっている。これにより、ＰＭを含む排気が排気管内を流れる際、そのＰＭが絶縁基板３２において検出電極３６ａ，３６ｂ及びその周辺に付着し堆積する。また、ＰＭセンサ１７は、センサ素子３１の突出部分を覆う保護カバーを有している。
【００２６】
上記構成のＰＭセンサ１７は、排気中のＰＭがセンサ素子３１の絶縁基板３２に付着し堆積すると、それによりＰＭ検出部３４の抵抗値（すなわち一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗値）が変化すること、及びその抵抗値の変化がＰＭ堆積量に対応していることから、その抵抗値の変化を利用してＰＭ量を検出するものである。
【００２７】
図３に示すように、ＰＭセンサ１７に関する電気的構成として、ＰＭセンサ１７のＰＭ検出部３４の一端側にはセンサ電源４１が接続され、他端側にはシャント抵抗４２が接続されている。センサ電源４１は、例えば定電圧回路により構成されており、定電圧Ｖｃｃが５Ｖとなっている。この場合、ＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２とにより分圧回路４０が形成されており、それらの中間点電圧がＰＭ検出電圧Ｖｐｍ（センサ検出値）としてＥＣＵ２０に入力されるようになっている。つまり、ＰＭ検出部３４ではＰＭ堆積量に応じて抵抗値Ｒｐｍが変化し、その抵抗値Ｒｐｍとシャント抵抗４２の抵抗値ＲｓとによりＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化する。そして、そのＰＭ検出電圧ＶｐｍがＡ／Ｄ変換器４３を介してマイコン４４に入力される。
【００２８】
ここで、Ｖｃｃ＝５Ｖ、Ｒｓ＝１００ｋΩとすると、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは次の（１）式で求められる。
Ｖｐｍ＝５Ｖ×１００ｋΩ／（１００ｋΩ＋Ｒｐｍ）      …（１）
このとき、ＰＭ堆積量が０（又は略０）であれば、ＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍは無限大になることから、Ｖｐｍ＝０Ｖとなる。また、ＰＭ検出部３４でのＰＭ堆積によりＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍが例えば１ｋΩまで低下すると、Ｖｐｍ＝４．９５Ｖとなる。こうしてＰＭ検出部３４でのＰＭ堆積量に応じてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化する。マイコン４４は、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに応じてＰＭ堆積量を算出する。
【００２９】
分圧回路４０により信号出力回路が構成されており、この分圧回路４０によって０〜５Ｖを出力範囲としてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化可能となっている。この場合、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの出力上限値は５Ｖであり、より厳密には５Ｖよりも若干低い電圧値となっている。
【００３０】
また、ＰＭセンサ１７のヒータ部３５には、ヒータ電源４５が接続されている。ヒータ電源４５は例えば車載バッテリであり、車載バッテリからの給電によりヒータ部３５が加熱される。この場合、ヒータ部３５のローサイドにはスイッチング素子としてのトランジスタ４６が接続されており、マイコン４４によりトランジスタ４６がオン／オフされることでヒータ部３５の加熱制御が行われる。
【００３１】
絶縁基板３２上にＰＭが堆積した状態でヒータ部３５の通電を開始すると、堆積ＰＭの温度が上昇し、それに伴い堆積ＰＭが強制燃焼される。こうした強制燃焼により、絶縁基板３２に堆積したＰＭが燃焼除去される。マイコン４４は、例えば、エンジン始動時や運転終了時に、又はＰＭ堆積量が所定量になったと判定された時や、前回のＰＭ強制燃焼からのエンジン運転時間や車両走行距離が所定値になったと判定された時に、ＰＭの強制燃焼要求が生じたとしてヒータ部３５による加熱制御を実施する。
【００３２】
その他、ＥＣＵ２０には、各種の学習値や異常診断値（ダイアグデータ）等を記憶するためのバックアップ用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ４７が設けられている。
【００３３】
さて、本実施形態では、エンジン１１の運転状態に基づいて、エンジン１１から排出されるＰＭ量を推定ＰＭ排出量として算出し、その算出した推定ＰＭ排出量を、ＰＭセンサ１７の検出信号に基づき算出されるエンジン１１の実際のＰＭ排出量（実ＰＭ排出量）と比較することにより、エンジン１１の燃焼状態の異常診断を実施することとしている。以下、その異常診断処理について詳しく説明する。
【００３４】
図４は、エンジン１１の異常診断処理を示すフローチャートである。本処理は、マイコン４４により所定時間ごとに繰り返し実行される。
【００３５】
図４において、ステップＳ１１では、エンジン１１の運転に係るアクチュエータの駆動状態が正常であるか否かを判定する。エンジン運転に係るアクチュエータとしては、例えば、燃料噴射弁１２や点火装置１３、スロットルバルブ（図示略）等が挙げられる。これらのアクチュエータが正常に駆動することの判定は、図示しない別のルーチンにより実行される各種アクチュエータの異常診断の結果を入力することで行う。
【００３６】
エンジン１１の運転に係るアクチュエータが正常に駆動する場合にはステップＳ１２へ進み、ＰＭセンサ１７において有効なＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得可能な状態であるか否かを判定する。ここでは、エンジン１１の暖機が完了した後であればＹＥＳと判定される。
【００３７】
すなわち、本実施形態では、エンジン始動時には、強制燃焼要求が生じたとしてヒータ部３５による絶縁基板３２の加熱を行い、その強制燃焼により、絶縁基板３２に堆積したＰＭを除去する。その後、有効なＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得可能であるとして、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づくエンジン１１の制御を開始する。ところが、冷間始動の場合では、排気通路において水が生じやすく、その水がセンサ素子３１に付着した状態でヒータ加熱を行うと、センサ素子３１の破損を招くおそれがある。そこで、エンジン始動時では、所定の始動期間が経過した後（エンジン１１の暖機後）にＰＭ強制燃焼を実施することとしており、その始動期間において、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを用いた制御を禁止することとしている。
【００３８】
有効なＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得可能であればステップＳ１３へ進み、エンジン１１の運転状態に基づいて排気中のＰＭ量を算出し、その算出したＰＭ量を推定ＰＭ排出量Ｗｒとして記憶する。ここで算出される推定ＰＭ排出量Ｗｒは、現在のエンジン運転状態においてエンジン１１から排出されるＰＭ量の瞬時値である。ステップＳ１３では、エンジン回転速度や吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、空燃比、エンジン冷却水温、点火時期、バルブタイミング、燃圧等といったエンジン運転状態に関するパラメータと、エンジン１１から排出されるＰＭ量との関係を適合マップとして予め定めて記憶してあり、その適合マップを用いて、今現在のエンジン運転状態での推定ＰＭ排出量を算出する。なお、エンジン１１の排気を吸気系に還流するためのＥＧＲ装置を備えるエンジンであれば、上記のパラメータに更にＥＧＲ率を加えても良い。
【００３９】
続くステップＳ１４では、推定ＰＭ排出量Ｗｒがゼロか又はゼロ近傍の値であるか否かを判定する。このステップＳ１４は、今現在のエンジン１１の運転状態が、エンジン１１からのＰＭ排出量＝０とみなすことができる状態であることを判定するための処理でもある。このようなエンジン運転状態としては、アイドル運転時、低負荷走行時、燃料カット時などが挙げられる。ステップＳ１４がＮＯの場合、ステップＳ１５以降の異常診断処理を実行せずに本処理を終了する。
【００４０】
なお、ステップＳ１３では、瞬時値としての推定ＰＭ排出量Ｗｒが０又は略０か否かを判定したが、これに代えて、推定ＰＭ排出量Ｗｒの積算値の変化の速さ（変化の傾き）が０又は略０か否かを判定してもよい。
【００４１】
ステップＳ１４がＹＥＳの場合にはステップＳ１５へ進み、ＰＭ排出量診断カウンタＣｐｍを１インクリメントする。ＰＭ排出量診断カウンタは、推定ＰＭ排出量Ｗｒが０又は略０となった時を起点としてそのＷｒ≒０となった時点からの経過時間を計測するためのカウンタである。また、ステップＳ１５では、Ｗｒ≒０となった時点でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得し、これを記憶する。
【００４２】
続くステップＳ１６では、ＰＭ排出量診断カウンタＣｐｍのカウンタ値が所定の判定値Ｋ１以上であるか否かを判定する。カウンタ値≧Ｋ１の場合にはステップＳ１７に進み、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得し、Ｗｒ≒０となった時点からのＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化量ΔＶｐｍを算出する。ここでは、今現在のＰＭ検出電圧Ｖｐｍと、Ｗｒ≒０となった時点でのＰＭ検出電圧との差を変化量ΔＶｐｍとして算出する。
【００４３】
ステップＳ１８では、変化量ΔＶｐｍが異常判定値ＫＥ１以上であるか否かを判定する。ΔＶｐｍ≧ＫＥ１である場合、ステップＳ２０に進んでエンジン１１の燃焼状態に異常が生じていると判定する。このとき、エンジン１１の燃焼異常を表す異常診断データ（ダイアグデータ）をＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。
【００４４】
なお、ステップＳ１８では、変化量ΔＶｐｍと異常判定値ＫＥ１との比較に代えて、Ｗｒ≒０の期間においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化の速さ（変化の傾き）を算出し、その算出した変化の早さと異常判定値とを比較することにより異常診断を行ってもよい。変化の速さは、今現在のＰＭ検出電圧ＶｐｍとＷｒ≒０の開始時点でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍとの差を、ＰＭ排出量診断カウンタＣｐｍの値で割ることにより、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化時における平均速度として算出する。また、ＰＭ排出量診断カウンタＣｐｍ及び変化量ΔＶｐｍについては、例えば、ステップＳ１１，Ｓ１２及びＳ１４の少なくともいずれかの処理でＮＯと判定されたときにリセットしてもよいし、あるいは、本ルーチンによる異常診断処理が終了した後にリセットしてもよい。
【００４５】
図５は、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍによるエンジン１１の異常判定処理をより具体的に説明するためのタイムチャートである。図５では、エンジン始動時を想定している。
【００４６】
図５において、タイミングｔ１１では、エンジン始動要求が生じエンジン１１の燃焼が開始されることにより、エンジン回転速度が上昇し、推定ＰＭ排出量Ｗｒが増加する側に変動する。タイミングｔ１２では、ＰＭ強制燃焼フラグがセットされる。これにより、ヒータ通電がオンされ、堆積ＰＭの強制燃焼が開始される。
【００４７】
なお、ヒータ部３５の通電開始に伴いＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇するのは、ＰＭセンサ１７（絶縁基板３２）に堆積している堆積ＰＭの温度が上昇することにより電極間抵抗が小さくなったことに起因するものである。つまり、ＰＭは、温度上昇により抵抗値が下がる温度特性を有しており、抵抗値が下がることでＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇し、Ｖｐｍが出力上限値に張り付いた状態になる。その後、強制燃焼により堆積ＰＭが除去されると、抵抗値が上がることでＰＭ検出電圧Ｖｐｍが減少し、Ｖｐｍが略０の状態になる。
【００４８】
ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが減少する側に変動すると、強制燃焼処理が終了したとしてヒータ通電がオフされ、ＰＭ強制燃焼フラグがリセットされる。また、ＰＭ計測許可フラグがセットされる。なお、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが略０になった後にヒータ通電がオフされてもよい。
【００４９】
ＰＭ計測許可フラグがセットされ、有効なＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得可能となった後、エンジン１１がアイドル運転状態になった場合（推定ＰＭ排出量Ｗｒ≒０又はその積算値の変化速度≒０の場合）を考える。この場合、タイミングｔ１３で、ＰＭ排出量診断カウンタのカウントアップが開始される。また、そのカウンタ値が判定値Ｋ１以上になると、異常診断が開始される。このとき、変化量ΔＶｐｍが異常判定値ＫＥ１以上の場合にエンジン１１の燃焼状態が異常であると判定される。
【００５０】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００５１】
エンジン１１の運転状態に基づいて、エンジン１１から排出されるＰＭ量を推定ＰＭ排出量Ｗｒとして算出し、その算出した推定ＰＭ排出量ＷｒとＰＭ検出電圧Ｖｐｍとに基づいてエンジン１１の燃焼状態の異常診断を実施する構成としたため、エンジン１１の燃焼状態に異常が生じ、ＰＭ排出過多となっている場合にも、その排出過多の状態をＰＭセンサのセンサ検出信号によって把握できる。したがって、エンジン１１の燃焼状態の異常の有無を検出することができる。
【００５２】
推定ＰＭ排出量Ｗｒがゼロか又は略ゼロとなる期間においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化に基づいて異常診断を実施する構成としたため、本来であればエンジン１１からＰＭが排出されない状態においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化を検出することにより、エンジン１１の燃焼状態の異常を精度良く検出することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、上記の第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施形態では、エンジン運転状態に基づき算出される推定ＰＭ排出量Ｗｒがゼロ又は略ゼロとなる期間においてエンジン１１の異常診断を実施したが、本実施形態では、推定ＰＭ排出量Ｗｒが増加する側に変動する期間においてエンジン１１の異常診断を実施する。
【００５４】
ＰＭセンサ１７では、排気中のＰＭが絶縁基板３２に付着し、その付着したＰＭを介して一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間が繋がることにより検出電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗値（ＰＭ検出部３４の抵抗値）が変化する。そのため、ＰＭセンサ１７では、ＰＭの付着により一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間が繋がるまでの期間では、ＰＭ堆積量≠０であってもＰＭ検出電圧Ｖｐｍは上昇せず、Ｖｐｍ＝０となる状態が継続する不感帯となる。
【００５５】
図６は、ＰＭセンサ１７の不感帯を説明するための図である。排気中にＰＭが含まれていれば、時間の経過に伴いＰＭ検出電圧Ｖｐｍが大きくなる。このとき、時間とＶｐｍとの関係は、本来は破線で示すように、時間＝０でＶｐｍ＝０となり、その後は時間の経過に伴いＶｐｍが大きくなる。ところが、ＰＭセンサ１７により堆積ＰＭ量を検出しようとすると、実線で示すように、時間０〜ｔ１までの期間においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍは０となり、ｔ１でＶｐｍが増加側へ変化し始める。この時間０〜ｔ１までの期間が不感帯である。
【００５６】
ところで、エンジン１１の燃焼状態の異常に伴いＰＭ排出過多となっている状態では、今現在のエンジン運転状態に基づき算出されるエンジン１１のＰＭ排出量（推定ＰＭ排出量Ｗｒ）と、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいて算出される実ＰＭ排出量Ｗｐｍとにずれが生じ、実際のＰＭ排出量（実ＰＭ排出量Ｗｐｍ）は、推定ＰＭ排出量Ｗｒの積算値として算出される値よりも大きくなる。この場合、ＰＭ燃焼除去後において、推定ＰＭ排出量Ｗｒと実ＰＭ排出量Ｗｐｍとのずれが不感帯時間の相違として現れ、今現在のエンジン運転状態によればＰＭ排出量はＰＭセンサ１７の不感帯に相当する程度であると判定される場合であっても、実際には不感帯に相当する量よりも多いＰＭがエンジン１１から排出されていることがある。
【００５７】
この点に着目し、本実施形態では、絶縁基板３２上のＰＭを燃焼除去してから、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇に転じるまでの不感帯時間と、その不感帯の期間内でエンジン１１から排出される推定ＰＭ排出量Ｗｒの総量とを比較し、その比較結果に基づいてエンジン１１の燃焼状態の異常を診断する。
【００５８】
図７は、エンジン１１の異常診断処理を示すフローチャートである。本処理は、マイコン４４により所定時間ごとに繰り返し実行される。なお、上記図４と同様の処理については、図４と同じステップ番号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図７において、ステップＳ３１及びＳ３２では、図４のステップＳ１１及びＳ１２と同じ処理を実施し、ステップＳ３２がＹＥＳの場合にはステップＳ３３へ進む。
【００６０】
ステップＳ３３では、ＰＭ強制燃焼処理を終了した直後であるか否かを判定し、ＹＥＳの場合にはステップＳ３５へ進み、ＰＭ除去後カウンタＣｆのカウントアップを開始する。ＰＭ除去後カウンタＣｆは、ＰＭの強制燃焼処理の終了時（例えばヒータオフ時）を起点としてその時点からの経過時間を計測するためのカウンタである。
【００６１】
ステップＳ３３がＮＯの場合にはステップＳ３４へ進み、本ルーチンにおける異常診断の実施中か否かを判定し、異常診断の実施中であればステップＳ３５へ進む。ステップＳ３４では、ＰＭ除去後カウンタＣｆ≠０でない場合にＹＥＳと判定される。
【００６２】
ステップＳ３６では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０から上昇に転じたか否かを判定する。Ｖｐｍ＝０の場合、ＰＭセンサ１７の不感帯の期間であるとしてそのまま本ルーチンを終了する。一方、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０から０よりも大きい値に変化した場合にはステップＳ３７に進む。なお、ＰＭ強制除去の終了からステップＳ３６がＹＥＳとなるまでの期間がＰＭセンサ１７における不感帯の期間であり、ステップＳ３６がＹＥＳになった時点でのＰＭ除去後カウンタＣｆが不感帯時間となる。
【００６３】
ステップＳ３７では、エンジン１１の運転状態に基づいて算出した推定ＰＭ排出量Ｗｒを用いて、不感帯期間内でエンジン１１から排出されたＰＭ排出量の総量として推定ＰＭ積算値ΣＷｒを算出する。また、ステップＳ３８では、予め定めた異常判定値設定用マップを用いて、推定ＰＭ積算値ΣＷｒに基づいて異常判定値ＫＥ２を算出する。
【００６４】
図８は、異常判定値設定用マップの一例を示す図である。図８によれば、推定ＰＭ積算値ΣＷｒが多いほど（エンジン１１のＰＭ排出量が多いほど）、異常判定値ＫＥ２が小さい値になっている。
【００６５】
ステップＳ３９では、ＰＭ除去後カウンタＣｆが異常判定値ＫＥ２未満であるか否かを判定する。つまり、ステップＳ３９は、エンジン運転状態を基に算出される不感帯時間と、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを基に算出される実際の不感帯時間とを比較する処理であり、後者が前者よりも短い場合にＹＥＳと判定される。Ｃｆ＜ＫＥ２である場合、ステップＳ４１に進んでエンジン１１の燃焼状態に異常が生じていると判定する。このとき、エンジン１１の燃焼異常を表す異常診断データ（ダイアグデータ）をＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。
【００６６】
図９は、本実施形態のエンジン１１の異常診断処理をより具体的に説明するためのタイムチャートである。なお、図中、実線はエンジン１１の正常時を示し、一点鎖線はエンジン１１の異常時を示している。
【００６７】
図９において、タイミングｔ２１では、ＰＭ強制燃焼処理の終了に伴いＰＭ除去後カウンタＣｆのカウントアップが開始される。また、タイミングｔ２１では、エンジン１１は高負荷運転状態であり、推定ＰＭ積算値ΣＷｒが増加する。
【００６８】
タイミングｔ２１以降ではエンジン高負荷運転状態が継続されており、このＰＭ排出量の増加期間においてエンジン１１の異常診断処理が実施される。
【００６９】
このとき、エンジン１１の燃焼状態が正常であれば、実線で示すように、タイミングｔ２３でＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇する。このとき、タイミングｔ２１からＰＭ検出電圧Ｖｐｍの上昇タイミング（ｔ２３）までの不感帯時間（Ｃｆのカウンタ値）は、その上昇タイミング（ｔ２３）での推定ＰＭ積算値ΣＷｒに基づき算出される異常判定値ＫＥ２以上となる。これに対し、エンジン１１の燃焼状態に異常が生じていると、一点鎖線で示すように、タイミングｔ２２でＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇する。このとき、Ｃｆ＜ＫＥ２であり、エンジン１１の燃焼状態が異常であると判定される。
【００７０】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００７１】
絶縁基板３２上のＰＭを除去してからＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇に転じるまでの実際の不感帯時間と、その不感帯の期間内での推定ＰＭ積算値ΣＷｒとに基づいて、具体的には、推定ＰＭ積算値ΣＷｒに基づき算出される異常判定値ＫＥ２と実際の不感帯時間との比較により、エンジン１１の燃焼状態の異常を診断する構成としたため、エンジン１１の燃焼状態に異常が生じ、ＰＭ排出過多となっている場合にも、その排出過多の状態を把握できる。特に、エンジン１１の高負荷時や負荷上昇時などのようにエンジン１１から排出されるＰＭ量が上昇変化する場合において、異常検出を精度良く実施できる。
【００７２】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００７３】
・エンジン運転状態に基づいて算出した推定ＰＭ排出量Ｗｒ（瞬時値）の所定時間での積算値と、その所定時間でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍの増加量（センサ１７の絶縁基板３２上のＰＭ堆積量）との比較により、エンジン１１の燃焼状態の異常診断を実施する。この場合、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づき算出したＰＭ堆積量が、エンジン運転状態に基づき算出した推定ＰＭ排出量Ｗｒの積算値よりも多い場合に、エンジン１１の燃焼状態の異常有りと判定する。
【００７４】
・推定ＰＭ排出量Ｗｒの所定時間におけるＰＭ積算量の変化の速度と、ＰＭセンサ１７の絶縁基板３２上に堆積したＰＭ堆積量の変化の速度との比較により、エンジン１１の燃焼状態の異常診断を実施する。この場合、後者の上昇変化が前者の上昇変化よりも速い場合に、エンジン１１の燃焼状態の異常有りと判定する。
【００７５】
・推定ＰＭ排出量ＷｒとＰＭ検出電圧Ｖｐｍとに基づいて、エンジン１１の燃焼状態に係るアクチュエータの異常の有無を検出する構成としてもよい。
【００７６】
・上記実施形態では、信号出力回路として図３に示す分圧回路４０を用いたが、これを変更してもよい。例えば、分圧回路を構成するＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２との接続を逆にし、ＰＭ検出部３４をローサイド、シャント抵抗４２をハイサイドに設ける構成としてもよい。本構成では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは次の（２）式で求められることとなる。
Ｖｐｍ＝５Ｖ×Ｒｐｍ／（Ｒｓ＋Ｒｐｍ）      …（２）
なお、ＲｐｍはＰＭ検出部３４の抵抗値、Ｒｓはシャント抵抗４２の抵抗値（例えば５ｋΩ）である。
【００７７】
・上記実施形態では、ＰＭ強制燃焼のための加熱手段として、絶縁基板３２と一体にヒータ部３５を設ける構成としたが、ＰＭセンサ１７の周囲ガスの温度（例えば、エンジン排気管内の温度）をＰＭの燃焼温度まで上昇させる構成としてもよい。この場合、例えば、エンジンの燃焼制御により排気温度を上昇させる構成や、ヒータ部３５とは別の加熱手段（ヒータ等）を排気管に設ける構成とする。
【００７８】
・エンジン排気管にＰＭを捕集するためのＰＭフィルタを設け、その下流側又は上流側の少なくともいずれかにＰＭセンサを設けた構成において、ＰＭセンサの検出値に基づいてＰＭフィルタの再生タイミングを制御する構成としてもよい。また、ＰＭセンサの検出値に基づいて、ＰＭフィルタの故障診断を実施する構成としてもよい。
【００７９】
・上記実施形態では、直噴式ガソリンエンジンについての適用を例示したが、他の形式のエンジンにも適用できる。例えば、ディーゼルエンジン（特に、直噴式ディーゼルエンジン）に適用することとし、ディーゼルエンジンの排気管に設けられたＰＭセンサについて本発明を用いることも可能である。また、エンジンの排気以外のガスを対象としてＰＭ量を検出するものであってもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１１…エンジン、１７…ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）、２０…ＥＣＵ、３２…絶縁基板（被付着部）、３４…ＰＭ検出部、３５…ヒータ部（加熱手段）、３６ａ，３６ｂ…検出電極（対向電極）、４０…分圧回路、４４…マイコン（推定量算出手段、異常診断手段、除去手段、不感帯時間手段、総量算出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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