(57)【要約】【課題】アッシュが堆積した状態でもＰＭセンサの精度が低下するのを防止する。【解決手段】多孔質性隔壁で区画されて排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルＣ１、Ｃ２を有し、セルＣ１が排気ガスの流路方向における下流側が目封止されているフィルタ部材３１と、フィルタ部材３１を挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材３２、３３とからなる第１センサ部３０を有するセンサ１０において、一対の電極部材３２、３３をフィルタ部材３１が目封止されている位置から所定の間隔だけセルＣ１の流路方向における上流側に離して配置した。【選択図】図３
2017194446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質性隔壁で区画されて排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルを有し、前記複数のセルの少なくとも一部が排気ガスの流路方向における下流側において目封止されているフィルタ部材と、
前記フィルタ部材を挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材からなる第１センサ部を有するセンサにおいて、
前記一対の電極部材を前記フィルタ部材が目封止されている位置から所定の間隔だけ前記セルの流路方向における上流側に離して配置した
ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記第１センサ部が有する前記一対の電極部材よりも前記流路方向における下流側に、前記フィルタ部材を挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材からなる第２センサ部を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第２センサ部の一対の電極部材のうち一方を、前記第１センサ部が有する前記一対の電極部材の一つとした
ことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記所定の間隔を、前記センサの使用期間において前記セルに堆積したアッシュが侵入しない間隔とした
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサ。
【請求項５】
前記第１センサ部が有する一対の電極部材において、一方の電極部材は他方の電極部材に向けて電磁波を放射すると共に、他方の電極部材は前記フィルタ部を通過した電磁波を受信し、
前記第２センサ部が有する一対の電極部材において、一方の電極部材は他方の電極部材に向けて電磁波を放射すると共に、他方の電極部材は前記フィルタ部を通過した電磁波を受信する、
請求項２に記載のセンサ。
【請求項６】
前記第１センサ部が有する一対の電極部材において、一方の電極部材が他方の電極部材に向けて電磁波を放射する時間帯と、前記第２センサ部が有する一対の電極部材において、一方の電極部材は他方の電極部材に向けて電磁波を放射する時間帯とは互いに異なる、
請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
請求項５または６に記載のセンサと共に用いられるコントロールユニットであって、
前記第１センサ部における一方の電極部材が放射した電磁波と、他方の電極部材が受信した電磁波とに基づき、前記セル内に捕集された粒子状物質の量を推定するＰＭ量推定演算部と、
前記第２センサ部における一方の電極部材が放射した電磁波と、他方の電極部材が受信した電磁波とに基づき、前記セル内における下流側に堆積するアッシュ量を推定するアッシュ量推定演算部と、
を備えたコントロールユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサおよびコントロールユニットに関し、特に、排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下「ＰＭ」という。）を検出するＰＭセンサおよびそれを用いたコントロールユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出される排気ガス中のＰＭを検出するセンサとして、ＰＭセンサが知られている。ＰＭセンサは、対向配置された一対の電極の間にフィルタ部材を配置し、前記フィルタ部材に堆積するＰＭによって電極間の電気的特性（例えば静電容量値）が変化することを利用してＰＭ量を測定している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図７は、従来の積層タイプのＰＭセンサのセンサ部を模式的に示す斜視図である。センサ部７０は、複数のフィルタ層７１と、複数枚の第１及び第２電極板７２、７３と、図示しないヒータとを備えている。
【０００４】
フィルタ層７１は、例えば多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止し、これらセルを一方向に並べて配置することによって直方体状に形成されている。なお、以下の説明では、下流側を目封止されたセルをセルＣ１とし、上流側を目封止されたセルをセルＣ２とし、セル流路方向をセンサ部７０の長さ方向（図７（Ａ）中の矢印Ｌ）とし、セルが並べられた方向をセンサ部７０の幅方向（図７（Ａ）中の矢印Ｗ）とし、センサ部７０の長さ方向及び幅方向と直交する方向をセンサ部７０の厚さ方向する。
【０００５】
セルＣ１及びセルＣ２の長手方向すなわち流路方向は、センサ部７０が収容されるケース部材の長手方向と一致しており、排気ガスがセルＣ１からセルＣ２に流れ込むことで、セルＣ１の隔壁表面や細孔に排気ガスに含まれるＰＭが捕集される。
【０００６】
第１及び第２電極板７２、７３は、例えば平板状の導電性部材であり、第１及び第２電極板７２、７３は、フィルタ層７１を厚さ方向に挟んで交互に積層される。図７の例では、第１電極板７２と第２電極板７３とを対向配置し、第１電極板７２と第２電極板７３との間にフィルタ層７１を挟持させることでコンデンサが形成される。このように、平板状の第１及び第２電極板７２、７３によりコンデンサを形成するようにしたことで、電極表面積を効果的に確保することが可能となり、検出可能な静電容量を増大させることができる。
【０００７】
図８は、従来の積層タイプのＰＭセンサのセンサ部を幅方向からみた断面図を模式的に示したものである。図８における左右方向が排気ガスの流れ方向であり、左側が上流側、右側が下流側である。なお、実際には、セルＣ１と第２電極板７３を挟んで厚さ方向に隣接するセルはセルＣ２であるが、図８においては、理解を容易にするため、セルＣ２の代わりにセルＣ２に隣接するセルＣ１を示している。
【０００８】
図８に示すように、第１及び第２電極板７２、７３は、セルＣ１においてＰＭが捕集される全領域を覆うように、セルＣ１の長手方向の略全域に亘って配置されている。
【０００９】
図８において、７４は排気ガス中に含まれるＰＭである。図８に示すように、ＰＭは、セルＣ１の隔壁で捕集され、セルＣ１の隔壁表面に堆積する。センサ部７０は、セルＣ１の隔壁表面に堆積したＰＭによって電極板７２、７３間の電気的特性が変化することを利用してＰＭ量を測定している。
【００１０】
また、セルＣ１の隔壁表面へのＰＭの堆積量がある程度に達した場合、図示しないヒータによりセルＣ１を加熱することで、セルＣ１の隔壁表面に堆積したＰＭを燃焼除去する再生制御が行われる。
【００１１】
この種のＰＭセンサにおいて、上述のような再生制御を実行しても、依然としてセルＣ１内に堆積物が残留することがある。これらの堆積物は、「アッシュ」と呼ばれるものであって、具体的には、アッシュは、リン酸カルシウム等の金属塩（絶縁性）やカルシウム、マグネシウム等の金属（導電性）、さらにはリン等を含む。これらの成分は、内燃機関の潤滑油や添加剤等に含まれるカルシウム等の金属元素や、燃料や添加剤等に含まれる硫黄等に由来するものである。このアッシュは、内燃機関における燃焼によって発生することで最初からＰＭに含まれ、あるいは、ＰＭセンサの再生制御における加熱により事後的に発生する。
【００１２】
図９は、アッシュ７５がセルＣ１の目封止された下流側端に堆積した様子を示したものである。例えば、アッシュ７５は、セルＣ１の隔壁表面に一旦堆積し、その後セルＣ１の上流側から流入する排気ガスの圧力によってセルＣ１の隔壁表面から剥がれ落ち、最終的には図９に示すようにセルＣ１の目封止された下流側端に堆積する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１６−００８８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
アッシュ７５が堆積している部分における電極板７２、７３間の誘電率、電極間距離又はエネルギー損失は、ＰＭ７４が堆積している部分における電極板７２、７３間の誘電率、電極間距離又はエネルギー損失とは異なる。そのため、アッシュが堆積すると、ＰＭ量の推定に誤差が生じ、再生制御が正しく実行されない等の支障が生じるおそれがある。
【００１５】
本発明は、アッシュが堆積した状態でもＰＭセンサの精度が低下するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の問題を解決するため、本発明は、多孔質性隔壁で区画されて排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルを有し、前記複数のセルの少なくとも一部が排気ガスの流路方向における下流側において目封止されているフィルタ部材と、前記フィルタ部材を挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材とからなる第１センサ部を有するセンサにおいて、前記一対の電極部材を前記フィルタ部材が目封止されている位置から所定の間隔だけ前記セルの流路方向における上流側に離して配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極部材をセルの流路方向における上流側に配置したことで、排気ガスの流路方向における下流側が目封止されたセルの下流側端にアッシュが堆積した状態でも、ＰＭセンサの精度が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態のＰＭセンサが適用された排気系の概略構成図
【図２】第一実施形態のＰＭセンサを模式的に示す部分断面図
【図３】第一実施形態のＰＭセンサを模式的に示す横断面図
【図４】第二実施形態のＰＭセンサを模式的に示す横断面図
【図５】第三実施形態のＰＭセンサを模式的に示す横断面図
【図６】第四実施形態のＰＭセンサを模式的に示す横断面図
【図７】（Ａ）センサ部を示す模式的な斜視図（Ｂ）センサ部を模式的に示す分解斜視図
【図８】従来のＰＭセンサのセンサ部を示す模式的な横断面図
【図９】従来のＰＭセンサのセンサ部にアッシュが堆積した状態を模式的に示す横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態のＰＭセンサ１０が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という。）１００の排気系を示す概略構成図である。排気管１１０には、排気上流側から順に、酸化触媒２１０、ＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）２２０、ＮＯＸ浄化触媒２３０等が設けられている。本実施形態のＰＭセンサ１０は、例えば、ＤＰＦ２２０よりも上流側の排気管１１０、又は、ＤＰＦ２２０よりも下流側の排気管１１０に設けられる。
【００２０】
次に、図２に基づいて、第一実施形態に係るＰＭセンサ１０の詳細構成について説明する。ＰＭセンサ１０は、排気管１１０内に挿入されたケース部材１１と、ケース部材１１を排気管１１０に取り付ける台座部２０と、ケース部材１１に収容されたセンサ部３０と、コントロールユニット４０（図３を参照）とを備える。
【００２１】
ケース部材１１は、有底円筒状の内側ケース部１１Ａと、内側ケース部１１Ａの円筒外周面を囲む円筒状の外側ケース部１１Ｂとを備えている。内側ケース部１１Ａは、先端側が外側ケース部１１Ｂよりも突出するように、その軸方向長さが外側ケース１１Ｂよりも長くなるよう形成されている。内側ケース部１１Ａの軸方向長さは、内側ケース部１１Ａの底部が排気管１１０の軸中心ＣＬ近傍まで突出するように、排気管１１０の半径と略同一の長さとされている。
【００２２】
また、本実施形態では内側ケース部１１Ａ及び外側ケース部１１Ｂの軸方向に垂直な断面の形状は円形状である。なお、以下の説明では、ケース部材１１の底部側を先端側、底部側とは反対側を基端側とする。
【００２３】
内側ケース部１１Ａの底部には、内側ケース部１１Ａ内の排気ガスを排気管１１０内に導出する導出口１３が設けられている。さらに、内側ケース部１１Ａの基端側の筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の通過口１４が設けられている。この通過口１４は、内側ケース部１１Ａの外周面と外側ケース部１１Ｂの内周面とで区画された流路１５内の排気ガスを内側ケース部１１Ａ内に通過させる。
【００２４】
流路１５の上流端には、内側ケース部１１Ａの先端側筒壁部と外側ケース部１１Ｂの先端部により区画された円環状の導入口１２が設けられている。これにより、排気管１１０を流れる排気ガスは、外側ケース部１１Ｂよりも突出した内側ケース部１１Ａの筒壁面に当たり、排気管１１０の軸中心ＣＬ近傍に配置された導入口１２から流路１５内に円滑に取り込まれる。
【００２５】
流路１５内を流れる排気ガスは、通過口１４から内側ケース部１１Ａに取り込まれ、センサ部３０を通過した後に、排気管１１０の軸中心ＣＬ近傍に配置された導出口１３から排気管１１０内に円滑に導出される。
【００２６】
さらに、導入口１２の開口面積Ｓ１２は、導出口１３の開口面積Ｓ１３よりも小さく形成されている。こうすることで、導入口１２付近の排気流速Ｖ１２が導出口１３付近の排気流速Ｖ１３よりも遅くなり、導入口１２側の圧力Ｐ１２は導出口１３側の圧力Ｐ１３よりも高くなる。これにより、導入口１２からはケース部材１１内に排気ガスが円滑に取り込まれると共に、導出口１３からはケース部材１１内の排気ガスが排気管１１０内に円滑に導出される。
【００２７】
このように、導入口１２と導出口１３とを、排気管１１０内で排気流速が最も速くなる軸中心ＣＬ近傍に配置すると共に、導入口１２の開口面積Ｓ１２を、導出口１３の開口面積Ｓ１３よりも小さく形成したことで、センサ部３０を通過する排気流量を効果的に高めることが可能となる。
【００２８】
台座部２０は、雄ネジ部２１と、ナット部２２とを備えている。雄ネジ部２１はケース部材１１の基端部に設けられており、ケース部材１１の基端側開口部を閉塞する。この雄ネジ部２１は、排気管１１０に形成されたボス部１１０Ａの雌ネジ部と螺合される。雄ネジ部２１がボス部１１０Ａの雌ネジ部と螺合されることで、ケース部材１１が排気管１１０に対して固定される。
【００２９】
ナット部２２は、例えば六角ナットであって、雄ネジ部２１の上端部に設けられている。これら雄ネジ部２１及びナット部２２には、後述する導電線等を挿通させる貫通穴（不図示）が形成されている。なお、ケース部材１１を排気管１１０に対して固定する方法については上述のネジ係合には限定されず、例えば、ケース部材１１の基端側に排気管１１０の外形に沿った形状のフランジを形成し、該フランジを排気管１１０の外周面にボルト等を用いて固定することによってケース部材１１を排気管１１０に対して固定するようにしても良い。
【００３０】
次に、センサ部３０の詳細構成について、図３に示す模式的な横断面図に基づいて説明する。センサ部３０の詳細構成は、基本的には上述した図６に示す従来技術と同様であるので、既に述べたことについては省略し、以下の説明においては図６も併せて参照するものとする。なお、実際には、セルＣ１と第２電極板３３を挟んで厚さ方向に隣接するセルはセルＣ２であるが、図３においては、説明を容易にするため、セルＣ２の代わりにセルＣ２に隣接するセルＣ１を示している。
【００３１】
また、図３に示すように、センサ部３０は、複数のセルＣ１を有するフィルタ層３１と、複数枚の第１及び第２電極板３２、３３と、図示を省略したヒータと、を有する。図３にはさらに、センサ部３０に関連して、コントロールユニット４０も示される。
【００３２】
複数のセルＣ１は、それぞれが多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路をなすものであり、図３に示すように、セルＣ１の下流側端部は目封止されている。セルＣ１の長手方向すなわち流路方向は、センサ部３０が収容される内側ケース部１１Ａの長手方向と一致しており、排気ガスが導入口１２から導出口１３に至る過程で、セルＣ１の隔壁表面や細孔に排気ガスに含まれるＰＭが捕集される。
【００３３】
第１及び第２電極板３２、３３は、例えば平板状の導電性部材であり、第１及び第２電極板３２、３３は、セルＣ１を厚さ方向に挟んで交互に積層される。第１電極板３２と第２電極板３３とを対向配置し、第１電極板３２と第２電極板３３との間にセルＣ１を挟持させることでコンデンサを形成するようにしている。このように、平板状の第１及び第２電極板３２、３３によりコンデンサを形成するようにしたことで、電極板の表面積を効果的に確保することが可能となり、検出可能な静電容量を増大させることができる。
【００３４】
図３において記載を省略した電気ヒータは、例えば電熱線であって、通電により発熱してセルＣ１を加熱することで、セルＣ１内に堆積したＰＭを燃焼除去する、いわゆるフィルタ再生を実行する。
【００３５】
コントロールユニット４０は、フィルタ再生制御部４１と、ＰＭ量推定演算部４２とを各機能要素として備えており、配線３２Ａ、３３Ａによって第１及び第２電極板３２、３３と接続されている。
【００３６】
フィルタ再生制御部４１は、静電容量検出回路（不図示）によって検出される各電極３２、３３間の静電容量Ｃｐに応じて電気ヒータに通電するフィルタ再生制御を実行する。
【００３７】
電極板３２、３３間の静電容量Ｃｐは、電極板３２、３３間の媒体の誘電率をε、電極板３２、３３の表面積をＳ、電極板３２、３３間の距離をｄとして以下の数式１で表される。
【００３８】
【数１】
2017194446.tif 000003
【００３９】
数式１において、電極板３２、３３の表面積Ｓは一定であり、セルＣ１に捕集されたＰＭによって誘電率ε及び距離ｄが変化すると、それに伴い静電容量Ｃｐも変化する。電極板３２、３３間の静電容量Ｃｐとフィルタ部材３１のＰＭ堆積量との間には略比例関係が成立することが知られている。
【００４０】
セルＣ１に捕集されたＰＭの堆積量が上限値を超えると、電極板３２、３３間の静電容量ＣｐとＰＭ堆積量との比例関係が崩れ、電極板３２、３３間の静電容量Ｃｐの推定精度が低下する。そこで、フィルタ再生制御部４１は、電極板３２、３３の静電容量ＣｐがＰＭ上限堆積量を示す所定の静電容量上限閾値ＣｐＭＡＸに達すると、電気ヒータに通電するフィルタ再生制御を開始する。このフィルタ再生制御は、静電容量ＣｐがＰＭの完全除去を示す所定の静電容量下限閾値Ｃｐｍｉｎに低下するまで継続される。
【００４１】
ＰＭ量推定演算部４２は、再生インターバルＴｎ間（フィルタ再生制御終了から次のフィルタ再生制御開始まで）における静電容量変化量ΔＣｐに基づいて、エンジン１００から排出される排気ガス中の総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭを推定する。再生インターバルＴｎ間にフィルタ部材３１で捕集されるＰＭ量ｍＰＭｎは、静電容量変化量ΔＣｐに一次の係数βを乗算した以下の数式２で得られる。
【００４２】
【数２】
2017194446.tif 000004
【００４３】
ＰＭ量推定演算部４２は、数式２から算出される各再生インターバルＴｎ間のＰＭ量ｍＰＭｎを順次積算する以下の数式３に基づいて、エンジン１００から排出される排気ガス中の総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭをリアルタイムに演算する。
【００４４】
【数３】
2017194446.tif 000005
【００４５】
なお、ＰＭ量の推定は、上記の手法に限られず、様々な手法を採用することができる。例えば、予め実験等により静電容量ＣｐとＰＭ量ｍＰＭとの関係を求めてマップを作成しておき、このマップを参照することで総ＰＭ量や瞬時のＰＭ量を推定することもできる。
【００４６】
次に、本実施形態の特徴部分について、図３を参照して説明する。図３は、アッシュがセルＣ１の目封止された下流側端に堆積した様子を示したものであり、３４がＰＭを示し、３５がアッシュを示している。本実施形態では、電極板３２、３３は、セルＣ１の全域ではなく、セルＣ１の流路方向における上流側に配置されている。
【００４７】
数式１におけるε及びｄは電極板３２、３３間の全領域における平均値であるため、電極板３２、３３がセルＣ１の全域に配置されていると、ＰＭ量推定演算部４２は、ＰＭ３４が堆積している部分とアッシュ３５が堆積している部分の誘電率εの違いや、ＰＭ３４とアッシュ３５の堆積量の違いに起因して、ＰＭ堆積量を誤って推定してしまう。
【００４８】
それに対して、本実施形態では、電極板３２、３３はセルＣ１の流路方向における上流側に配置されているので、アッシュ３５が堆積しても、電極板３２、３３間まで侵入することが無く、ＰＭ量推定演算部４２がＰＭ堆積量を誤って推定してしまう恐れがない。したがって、セルＣ１の目封止された下流側端にアッシュ３５が堆積した状態でも、ＰＭセンサの精度低下を防止することができる。
【００４９】
また、上述のように、アッシュ３５は再生制御を実行しても燃焼しないので、再生制御を繰り返すうちにアッシュ３５が電極板３２、３３間の領域に侵入するようになる。そこで、本実施形態では、電極板３２、３３を配置する範囲を、ＰＭセンサの想定寿命での使用期間でアッシュ３５が侵入しない範囲としている。逆に、アッシュ３５が電極板３２、３３間の領域に侵入するまでの期間を、ＰＭセンサの寿命として設定することも可能である。
【００５０】
［第二実施形態］
次に、図４に基づいて、第二実施形態に係るセンサ部５０の詳細について説明する。第二実施形態のセンサ部５０は、セルＣ１の隔壁に堆積したＰＭの堆積量を推定する機能に加えて、セルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュの堆積量を推定する機能を有する。
【００５１】
第二実施形態のセンサ部５０は、複数のセルＣ１を有するフィルタ層５１と、電極板５２、５３とを備えている。電極板５２、５３は、それぞれ配線５２Ａ、５３Ａを介して、コントロールユニット４０に接続されている。なお、５４はセルＣ１の隔壁に堆積したＰＭを、５５はセルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュを示している。これらについては第一実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
第二実施形態のセンサ部５０は更に、電極板５６、５７と、配線５６Ａ、５７Ａとを備えている。電極板５６、５７は、電極板５２、５３よりも流路方向下流側に、電極板５２、５３と長手方向に隙間を持たせた状態で配置されている。配線５６Ａ、５７Ａは、電極板５６、５７とコントロールユニット４０とを接続している。コントロールユニット４０は、フィルタ再生制御部４１、ＰＭ量推定演算部４２に加え、アッシュ量推定演算部４３を機能要素として備えている。
【００５３】
アッシュ量推定演算部４３は、セルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュ堆積量を推定する。電極板５６、５７間の静電容量Ｃｐも、電極板５２、５３間の静電容量と同様に、上述の数式１で表させる。したがって、ＰＭ堆積量を推定するのと同様に、電極板５６、５７間の静電容量Ｃｐを検出することにより、セルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュ５５の堆積量を推定することができる。なお、上述のとおり、アッシュ５５は再生制御を実行しても燃焼除去されないため、電極板５６、５７の静電容量Ｃｐを検出するのみで、アッシュ５５の堆積量を推定することが可能である。
【００５４】
アッシュ５５の堆積量が多くなり、電極板５６、５７間の領域に侵入すると、ＰＭ量推定演算部４２によるＰＭ堆積量の推定精度が低下する。そのため、ＰＭセンサ１０は所定のライフサイクルで交換する必要がある。第一実施形態ではアッシュ堆積量を把握することができないため、ＰＭセンサ１０の使用時間が予め定められたセンサ寿命（アッシュが最も多く生成される運転状態で使用した場合でもアッシュが電極板５６、５７間の領域に侵入することがないように決定される）に達した場合に、ＰＭセンサを交換する必要がある。
【００５５】
これに対して、第二実施形態では、アッシュ堆積量を推定できるようにしたため、アッシュ量推定演算部４３によるアッシュ堆積量が予め定められた上限閾値に達した場合に、図示しない報知手段でセンサ寿命であると報知するようにすれば、適正なタイミングでＰＭセンサ１０の交換を行うことができる。
【００５６】
このように、第二実施形態のセンサ部５０は、ＰＭ５４の堆積量を推定する機能に加えて、アッシュ５５の堆積量を推定する機能を有するので、ＰＭ堆積量に加え、アッシュ堆積量も把握することができ、ＰＭセンサ１０の寿命（精度が低下するタイミング）を把握することができ、適正なタイミングでＰＭセンサ１０の交換を行うことができる。
【００５７】
［第三実施形態］
次に、図５に基づいて、第三実施形態に係るセンサ部６０の詳細について説明する。第二実施形態では、ＰＭ堆積量を推定するための電極と、アッシュ堆積量を推定するための電極を別々のものとしていたが、第三実施形態では、一対の電極のうちの一方を、ＰＭ堆積量推定用とアッシュ堆積量推定用で共通のものとしている。
【００５８】
第三実施形態のセンサ部６０は、複数のセルＣ１を有するフィルタ層６１と、電極板６２、６６、６７とを備えている。電極板６２、６６、６７は、それぞれ配線６２Ａ、６６Ａ、６６Ｂ、６７Ａを介して、コントロールユニット４０に接続されている。なお、６４はセルＣ１の隔壁に堆積したＰＭを、６５はセルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュを示している。
【００５９】
電極板６２は、第二実施形態における電極板５２と同様に、セルＣ１の流路方向上流側に配置されている。電極板６７は、第二実施形態における電極板５６と同様に、電極板５２よりも流路方向下流側であって電極板５２と長手方向に隙間を有する状態で配置されている。そして、電極板６６は、セルＣ１の流路方向における全域に亘って配置されている。
【００６０】
電極板６２の上流側端部には配線６２Ａが接続されている。電極板６７の下流側端部には配線６７Ａが接続されている。そして、電極板６６には、上流側端部に配線６６Ａが、下流側端部に配線６６Ｂが、それぞれ接続されている。
【００６１】
第三実施形態では、ＰＭ堆積量を推定するための電極板と、アッシュ堆積量を推定するための電極板を、電極板６６で共用している。そのため、第二実施形態に比べ、部品点数を少なくすることができる。
【００６２】
［その他］
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００６３】
上述の実施形態では、フィルタ層を厚さ方向に複数有する積層タイプの静電容量型ＰＭセンサを例に説明したが、積層タイプに限られず、単層タイプでも良い。さらに、電極板でフィルタ層を厚さ方向に挟持するものに限られず、例えば複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止し、上流側を目封止されたセルに下流側から電極棒を挿入するようにしたものでも良い。
【００６４】
また、上述の実施形態においては、ＰＭセンサ１０は、電極間の静電容量に基づいて、ＰＭ量やアッシュ量を推定しているが、電極間の電気抵抗値などの他の電気的特性の変化に基づいて、ＰＭ量やアッシュ量を推定してもよい。
【００６５】
［第四実施形態］
次に、図６に基づいて、第四実施形態に係るＰＭセンサ７０の詳細について説明する。ＰＭセンサ７０は、図１に示すように、第一実施形態に係るＰＭセンサ１０と同様の位置に設けられれば良い。
【００６６】
また、ＰＭセンサ７０は、図２に示すように、ＰＭセンサ１０に備わるセンサ部３０及びコントロールユニット４０がセンサ部８０及びコントロールユニット９０に代わる点で相違する。それ以外に、ＰＭセンサ１０，７０の間に相違点は無いので、ＰＭセンサ７０において、ＰＭセンサ１０の構成に相当するものには同一参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
【００６７】
ここで、センサ部８０は、図６に示すように、セルＣ１の隔壁に堆積したＰＭの堆積量を推定するため、さらには、セルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュの堆積量を推定するために、複数のセルＣ１を有するフィルタ層８１と、電極板（電極対）８２、８３とを備えている。なお、複数のセルＣ１は、例えば、図６の紙面手前側から奥手側に配列されるが、図６では、便宜上、単一のセルＣ１のみを示している。
【００６８】
電極板８２、８３は、例えば平面パッチアンテナとして用いられ、それぞれ配線８２Ａ、８３Ａを介して、コントロールユニット９０に接続されている。ここで、８４はセルＣ１の隔壁に堆積したＰＭを示し、８５はセルＣ１の下流側の目封止部に堆積したアッシュを示している。ＰＭ８４及びアッシュ８５に関しては、第一実施形態のＰＭ３４及びアッシュ３５と同様であるため、詳説を控える。電極板８２、８３は、ＰＭの堆積量の誤推定を避けるために、セルＣ１における下流側の目封止部近傍（即ち、アッシュ８５が堆積する部分）には設けられない。
【００６９】
センサ部８０は更に、電極板（電極対）８６、８７と、配線８６Ａ、８７Ａとを備えている。電極板８６、８７は、例えば平面パッチアンテナとして用いられ、電極板８２、８３よりも流路方向における下流側に、電極板８２、８３と長手方向に隙間を持たせた状態で配置されている。配線８６Ａ、８７Ａは、電極板８６、８７とコントロールユニット９０とを接続している。
【００７０】
コントロールユニット９０は、基板上に配置された送信回路９１、受信回路９２およびマイコン９３等を備えている。マイコン９３は、予め格納されたプログラムを実行することで、ＰＭ量推定演算部９４、フィルタ再生制御部９５及びアッシュ量推定演算部９６として機能する。
【００７１】
送信回路９１は、電圧制御発振器およびスイッチ等を含み、少なくとも、互いに異なる第１周波数および第２周波数を有する第１マイクロ波信号および第２マイクロ波信号を生成する。第１周波数は、例えば、電極板８２の共振周波数であり、第２周波数は、例えば、電極板８６の共振周波数である。
【００７２】
また、第１マイクロ波信号および第２マイクロ波信号は、予め定められた振幅値（送信電界強度）を有する。また、送信回路９１は、スイッチの機能により、第１マイクロ波信号を電極板８２の給電点に供給し、第２マイクロ波信号を電極板８６の給電点に供給する。これによって、電極板８２は、第１マイクロ波信号に基づく電磁波を、フィルタ層８１のセルＣ１においてＰＭ８４が堆積する部分に向けて放射し、電極板８６は、第２マイクロ波信号に基づく電磁波を、同セルＣ１においてアッシュ８５が堆積する部分に向けて放射する。
【００７３】
上記の結果、電極板８３は、電極板８２から放射されフィルタ層８１を通過した電磁波を検出すると、受電点から受信回路９２へと誘導電流を出力する。また、電極板８７は、電極板８６から放射されフィルタ層８１を通過した電磁波を検出すると、受電点から受信回路９２へと誘導電流を出力する。
【００７４】
受信回路９２は、受信電界強度の検出器、比較器およびスイッチ等を含む。
受信回路９２においては、スイッチの機能により電極板８２が電磁波を放射中、検出器は、電極板８３の受信電界強度を検出して、比較器に出力する。それに対し、電極板８６が電磁波を放射中、検出器は、電極板８７の受信電界強度を検出する。
【００７５】
比較器には、受信電界強度に加え、送信回路９１側の送信電界強度が入力される。比較器は、送信電界強度に対する受信電界強度の差を、比較器出力としてマイコン９３に出力する。
【００７６】
マイコン９３は、再生インターバルＴｎの間（フィルタ再生制御終了から次のフィルタ再生制御開始まで）、送信回路９１及び受信回路９２のスイッチを、電極板８２が電磁波を放射し、検出器が電極板８３の受信電界強度を検出するよう設定する。その後、マイコン９３は、ＰＭ量推定演算部９４として機能し、比較器出力に基づいて、エンジン１００から排出される排気ガス中の総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭを推定する。
【００７７】
エンジン１００が動作し、その動作時間の経過により、比較器出力が大きくなる。従って、本ＰＭセンサ７０の設計・開発段階における実験やシミュレーション等で、比較器出力に対するＰＭの堆積量の相関関係を得て、得られた相関関係を示すテーブルや計算式をプログラム等に記述しておく。ＰＭ量推定演算部９４は、受け取った比較器出力に対応するＰＭ堆積量（即ち、電極板８２、８３の間に介在するセルＣ１のＰＭ堆積量）を、テーブル等から取得する。ＰＭ量推定演算部９４は、本ＰＭセンサ７０に設けられた全ての電極対に対し同様の処理を行った後、排気ガス中の総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭを求める。
【００７８】
ＰＭ量推定演算部９４に求められた総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭがＰＭ上限堆積量を示す所定の上限閾値に達すると、フィルタ再生制御部９５は、電気ヒータに通電するフィルタ再生制御を開始する。
【００７９】
フィルタ再生制御中も、ＰＭ量推定演算部９４は総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭを求めている。総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭが、ＰＭの完全除去を示す所定の下限閾値に低下すると、フィルタ再生制御部９５は、フィルタ再生制御を停止する。
【００８０】
ところで、アッシュ８５の再生頻度は、ＰＭ８４の再生頻度と比較して少なくても良い。そこで、マイコン９３は、例えば一月に一度程度、再生インターバルＴｎ以外の時間帯に、送信回路９１及び受信回路９２のスイッチを、電極板８６が電磁波を放射し、検出器が電極板８７の受信電界強度を検出するよう設定する。その後、マイコン９３は、アッシュ量推定演算部９６として機能し、比較器出力に基づいて、エンジン１００から排出される排気ガス中の総アッシュ量ｍＡＳＨＳＵＭを推定する。総アッシュ量ｍＡＳＨＳＵＭは、総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭと同様の要領で実施されるため、その詳細な説明を控える。
【００８１】
アッシュ量推定演算部９６に求められた総アッシュ量ｍＡＳＨＳＵＭがアッシュ上限堆積量を示す所定の上限閾値に達すると、フィルタ再生制御部９５は、電気ヒータに通電するフィルタ再生制御を開始する。なお、この時、電気ヒータの加熱温度は、ＰＭのフィルタ再生制御時の温度よりも高く設定される。
【００８２】
フィルタ再生制御中も、アッシュ量推定演算部９６は総アッシュ量ｍＡＳＨＳＵＭを求めている。総アッシュ量ｍＡＳＨＳＵＭが、アッシュ８５のシュリンクを示す所定の下限閾値に低下すると、フィルタ再生制御部９５は、フィルタ再生制御を停止する。
【００８３】
上記ＰＭセンサ７０でも、他の実施形態と同様に、セルＣ１の下流側端にアッシュ８５が堆積した状態でも、総ＰＭ量ｍＰＭＳＵＭの精度が低下するのを防止することができる。
【００８４】
なお、本実施形態では、アッシュ量ｍＡＳＨＳＵＭはアッシュ８５の再生制御に使用されていた。しかし、これに限らず、第二実施形態と同様に、ＰＭセンサ７０の保守・交換タイミングの警告に使用されても良い。
【００８５】
［付記］
上記では、ＰＭセンサ１０、７０は、ディーゼルエンジン１００の排気系に適用されるとして説明した。しかし、これに限らず、ＰＭセンサ１０，７０は、ガソリンエンジンの排気系に適用されても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係るセンサおよびコントロールユニットは、排気ガス中に含まれるＰＭを検出するのに好適である。
【符号の説明】
【００８７】
１０，７０  ＰＭセンサ
１１  ケース部材
１１Ａ  内側ケース部
１１Ｂ  外側ケース部
１２  導入口
１３  導出口
１４  通過口
１５  流路
２０  台座部
２１  雄ネジ部
２２  ナット部
３０、５０、６０、８０  センサ部
３１、５１、６１、７１，８１  フィルタ層
３２、３３、５２、５３、６２、７２、７３、８２、８３  電極板
５６、５７、６６、６７、８６、８７  電極板
４０、９０  コントロールユニット
４１、９５  フィルタ再生制御部
４２、９４  ＰＭ量推定演算部
４３、９６  アッシュ量推定演算部
９１  送信回路
９２  受信回路
１００  エンジン
１１０  排気管
２１０  酸化触媒
２２０  ＤＰＦ
２３０  ＮＯＸ浄化触媒
【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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