ガスセンサとガスセンサの断線検出方法
【目的】被測定ガス中に含まれる導電性の微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、不感期間がなく、断線異常を速やかに検出できる信頼性の高いガスセンサとその断線検出方法を提供する、
【解決手段】検出部１１と抵抗測定手段６０との間を繋ぐ導通経路（１１１〜１１７、１２１〜１２７）の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値ＲＯＦＦＳＥＴを有する断線検出抵抗１３を一対の検出電極１１０、１２０を導通すると共に、検出電極（１１０、１２０）間に形成される検出抵抗ＲＳＥＮに対して並列となるように反抵抗測定手段側に設ける。
【解決手段】検出部１１と抵抗測定手段６０との間を繋ぐ導通経路（１１１〜１１７、１２１〜１２７）の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値ＲＯＦＦＳＥＴを有する断線検出抵抗１３を一対の検出電極１１０、１２０を導通すると共に、検出電極（１１０、１２０）間に形成される検出抵抗ＲＳＥＮに対して並列となるように反抵抗測定手段側に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼排気等の被測定ガス中に含まれる導電性微粒子を検出するガスセンサとガスセンサの断線異常を早期に検出する断線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コモンレール式燃料噴射システム、過給器システム、酸化触媒、ディーゼル粒子状物質フィルタＤＰＦ、選択触媒還元（ＳＣＲ）システム、排気再循環（ＥＧＲ）システム等を組み合わせて、ディーゼル機関やガソリンリーンバーン機関等の燃焼排気中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、粒状物質ＰＭ、未燃炭化水素ＨＣ等の環境負荷物質の低減が図られている。
このようなシステムに用いられるＤＰＦは、一般に、耐熱性に優れ、かつ、無数の細孔を有する多孔質セラミックスを素材としたハニカム構造とされ、多孔質の隔壁に存在する細孔中にＰＭを捕捉し、ＰＭが堆積して細孔に目詰まりを起こして圧力損失が高くなると、バーナやヒータ等で加熱したり、機関の燃焼爆発後に少量の燃料を噴射するポスト噴射等によりＤＰＦ内に高温の燃焼排気を導入したりして、ＤＰＦを加熱し、ＤＰＦ内に捕集されたＰＭを燃焼除去して再生できる構成とされている。
内燃機関の燃焼効率をさらに向上すべく、このようなＤＰＦの再生時期の判断や、ＤＰＦの劣化、破損等を検出するＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス、車載式故障診断装置）や、内燃機関のフィードバック制御等において、燃焼排気中に含まれるＰＭを高精度で連続的に検出できるガスセンサが必要とされている。さらに、このようなＰＭを検出するガスセンサを用いる場合、ガスセンサの故障に対する確実なフェールセーフが求められている。
【０００３】
燃焼排気中のＰＭの検出手段として、特許文献１には、耐熱性及び電気絶縁性を有する基板の表面に一対の電極を形成し、該電極間を検出部とし、前記基板の裏面及び／又は内部に発熱体を形成し、該基板上の検出部を形成する前記電極、検出部及び端子部を除く導電部を気密で電気絶縁物質よりなる保護層で被覆し、該検出部と保護層との境界付近の発熱体の発熱密度を該検出部の発熱密度より高くし、該検出部の温度を４００℃以上で且つ６００℃以下に加熱することを特徴とするスモーク濃度センサが開示されている。
【０００４】
ところが、特許文献１にあるような、従来のスモーク濃度センサでは、導電性のスモークの堆積により変化する一対の電極間の電気抵抗を電子回路により検出しているが、スモークが堆積していない状態では一対の電極間は絶縁状態であるので、スモークの堆積によって一対の電極間の電気抵抗が徐々に低下し電子回路によって電気抵抗が検出できるようになるまでに不感期間が存在する。
【０００５】
このような不感期間の問題を解消する方法として、特許文献２には、ガス流内の微粒子を検出するための検出装置であって、基板上に形成された少なくとも２つの電極からなる電極対を具備すると共に、該電極対の少なくとも２つの電極が導電層によって覆われ、該導電層の抵抗値が測定ガス中の微粒子によって形成される抵抗値の最小値と同等又はそれ以下の抵抗値であることを特徴とする微粒子検出装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、このような微粒子検出装置において、ガス流中の微粒子を検出する検出用の電極対とは別に参照用の電極対を具備し、検出用の電極対間に流れる電流と参照用の電極対間に流れる電流との比又は差が所定の閾値を超えたとき断線と認識する検出装置と異常検出方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献２にあるように、２つの電極を覆うように形成した導電層によって電極間を導通させて、電極間に堆積する微粒子によって形成される抵抗が検出可能となるまでの不感期間を解消しようとした場合、導電層の抵抗値として、極めて狭い範囲の抵抗値を維持することが必要となる。
しかし、このような微粒子検出装置では、検出用の電極対に堆積する微粒子を加熱燃焼除去する必要がある。このため、長期の使用により加熱が繰り返されると導電層と電極との間で金属成分が移動するマイグレーションを起こし、導電層の抵抗値が変化する。導電層の抵抗値の変化は、検出結果に影響を与え、ガス流中の微粒子の正確な検出ができなくなる虞がある。
また、このような検出装置では、導電層によって全面的に両電極間が導通されているため、２つの電極のいずれか一方又は両方に断線異常が生じた場合であっても、導電層によって断線部分を導通する導電パスが形成されるため断線異常を検出することができない。
【０００８】
また、特許文献３にあるように、参照用電極対との比較によって検出用電極対の断線の有無を検出しようとした場合、従来の一対の電極によって粒子の検出を行う場合の倍の電極対が必要であるので製造コストの増加を招く虞がある。
さらに、参照用電極対自身の断線を検出することができない虞もある。
【０００９】
そこで、かかる実情に鑑み、本願発明は、簡易な構成により被測定ガス中に含まれる導電性の微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、不感期間がなく、断線異常を速やかに検出できる信頼性の高いガスセンサとその断線検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明では、少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、
上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように反抵抗測定手段側に設ける（請求項１）。
【００１１】
第１の発明によれば、微粒子の堆積により上記検出部に形成される検出抵抗と上記断線検出抵抗とが並列に接続されているので、これらの合成抵抗が低下し、上記抵抗測定手段によって検出するときに、上記微粒子検出素子に流れる電流を該抵抗測定手段の検出限界以上に引上げ、不感期間を解消することができる。
加えて、上記検出部と上記抵抗測定手段とを繋ぐ通電経路が、上記断線検出抵抗を介して直列に接続された状態となるので、上記通電経路に断線が発生した場合には、上記検出部に堆積した微粒子を上記加熱部によって加熱し、微粒子を燃焼除去した直後において、出力電圧が０となるので、確実に上記検出部と上記抵抗測定手段とを繋ぐ通電経路の断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができる。
【００１２】
第２の発明では、上記一対の検出電極を複数の電極が突出する櫛歯形状に形成し、これらを対向せしめる。
【００１３】
第２の発明によれば、 第１の発明と同様に、不感期間が解消されるのに加え、上記検出部の微粒子が堆積する部分以外の通電経路に断線が発生した場合に、出力電圧が０となるので、断線を検出することが可能となる。
【００１４】
第３の発明では、上記一対の検出電極の一部をクランク状に屈曲させて、これらを対向せしめる（請求項３）。
【００１５】
第３の発明によれば、第１の発明と同様に、不感期間を解消することができる上に、上記一対の検出電極を含め上記検出部と上記抵抗測定手段とを繋ぐ通電経路の全てが、上記断線検出抵抗を介して直列に接続された状態となるので、上記検出電極及び上記通電経路のいずれかに断線が発生した場合に、それが上記検出電極と上記通電経路の如何なる場所であっても、上記検出部に堆積した微粒子を上記加熱部によって加熱し燃焼除去した直後には、出力電圧が０となるので、確実に断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができ、より信頼性の高いガスセンサが実現できる。
【００１６】
第４の発明では、上記断線検出抵抗を熱的に安定した位置に載置する（請求項４）。
【００１７】
第４の発明によれば、上記断線検出抵抗の抵抗値が安定し、確実に断線検出を行うことができる。
【００１８】
第５の発明では、上記断線検出抵抗として感温特性を有するサーミスタを用いると共に、上記検出部側に設ける（請求項５）。
【００１９】
第５の発明によれば、第１の発明と同様の効果に加え、上記検出部の温度を検出することが可能となり、微粒子検出時の検出部の温度管理や上記加熱部の温度制御がより正確に実現できるようになり、さらに信頼性の高いガスセンサが実現できる。
【００２０】
第６の発明では、少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサの断線検出方法であって、
上記ガスセンサが、上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように設けた、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を具備し、
少なくとも、上記検出抵抗と上記断線検出抵抗との合成抵抗によって検出される出力電圧と所定の閾値との比較によって断線の有無を検出する断線判定手段を有し、上記出力電圧が所定の閾値を越えた場合に断線と判定する（請求項６）。
【００２１】
第６の発明によれば、断線を生じていなければ、少なくとも上記断線検出抵抗によって導通が確保されているので、上記出力電圧が必ず発生し、誤差を考慮して、上記出力電圧が上記所定の閾値を越えた場合には、確実に断線していると判断できる。
なお、上記出力電圧が上記所定の閾値以上を断線と判断するか上記所定の閾値以下を断線と判断するかは、上記抵抗測定手段を上記検出抵抗に対してハイサイドに設けるかローサイドに設けるか、上記出力電圧を反転出力とするか非反転出力とするか、上記閾値を上記出力電圧に対してハイサイドに設けるかローサイドに設けるか等によって適宜変更可能である。
【００２２】
第７の発明では、上記加熱部の作動により上記検出部に堆積した微粒子を燃焼除去する燃焼行程と、燃焼時間及び微粒子検出素子の出力のいずれか１つ若しくは両方を用いて微粒子の燃焼完了を判定する微粒子燃焼完了判定手段と、微粒子の燃焼確認後における微粒子検出素子の出力の有無によって断線の有無を判定する断線判定手段とを具備し、微粒子を完全に除去した状態で断線の有無を判定する（請求項７）。
【００２３】
第７の発明によれば、確実に微粒子を燃焼除去した状態で断線の有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子を含むガスセンサの概要を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、ＰＭ堆積時における検出部の等価回路図、（ｃ）は、ＰＭ燃焼後における検出部の等価回路図。
【図２】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の変形例を示す展開斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子を用いたガスセンサ全体の概要を２方向から示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の他の変形例を示す展開斜視図。
【図５】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の他の変形例の概要を示し、（ａ）は検出部側から見た斜視図、（ｂ）は、裏面側から見た斜視図。
【図６】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の他の変形例を示す展開斜視図。
【図７】本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子を含むガスセンサの概要を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、ＰＭ堆積時における検出部の等価回路図、（ｃ）は、ＰＭ燃焼後における検出部の等価回路図。
【図８】本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子の変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、他の変形例を示す平面図、（ｂ）は、その断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態における検出部の変形例を示し、（a）は、定電流電源を用いた等価回路図、（ｂ）は、低電圧電源を用いた等価回路図。
【図１０】本発明のガスセンサに用いられ得断線検出方法を示すフローチャートであって、（ａ）は、最も基本的なフローチャート、（ｂ）は、より確実な断線検出を図ったフローチャート。
【図１１】本発明のガスセンサに用いられる断線検出方法を示すフローチャート。
【図１２】本発明の微粒子検出素子の不感期間解消効果を比較例と共に示す特性図。
【図１３】本発明のガスセンサの断線検出効果を示し、（ａ）は、検出部以外で断線が発生した場合の特性図、（ｂ）は、検出部に断線が発生した場合の特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０とこれを有するガスセンサ１の概要について説明する。
本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０は、例えば、ディーゼル内燃機関から排出される燃焼排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼル粒子状物質フィルタ（ＤＰＦ）の故障診断（ＯＢＤ）や、ＤＰＦの再生制御を行うべく、燃焼排気中のＰＭ、特に、導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサ１に用いられる。
微粒子検出素子１０は、所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極１１０と検出電極１２０とによって形成される検出部１１に堆積するＰＭの量によって変化する検出抵抗ＲＳＥＮを外部に設けた抵抗測定手段６０によって測定して、被測定ガス中のＰＭを検出するものである。検出電極１１０と検出電極１２０とは、それぞれリード部１１１、１２１から複数の電極が突出する櫛歯形状に形成し、これらを対向せしめてあり、電極間にＰＭが堆積するようになっている。
本発明の微粒子検出素子１０は、検出部１１と加熱部１４とによって構成され、ガスセンサ１は、微粒子検出素子１０と、微粒子検出素子１０の検出部１１に形成される検出抵抗ＲＳＥＮを測定する抵抗測定手段６０と、検出部１１を所定の温度に加熱して、検出抵抗ＲＳＥＮを安定化したり、検出部１１に堆積したＰＭを加熱除去したりするための加熱部１４への通電を制御するヒータ制御手段６１と、抵抗測定手段６０からの出力電圧ＶＯＵＴに応じて、後述する断線判定制御等を行う電子制御装置７０とによって構成されている。
【００２６】
本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０の最大の特徴は、図１（ｂ）に示すように、断線検出手段として、所定のオフセット抵抗値ＲＯＦＦＳＥＴを有する断線検出抵抗１３を介して検出電極１１０と検出電極１２０と導通すると共に、検出抵抗ＲＳＥＮに対して並列となるように断線検出抵抗１３を反抵抗測定手段側に設けた点にある。
このような構成とすることによって、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと検出抵抗ＲＳＥＮとの合成抵抗ＲＳＵＭ（＝ＲＯＦＦＳＥＴ・ＲＳＥＮ／（ＲＯＦＦＳＥＴ＋ＲＳＥＮ））を低くし、合成抵抗ＲＳＵＭによって降下する出力電圧ＶＯＵＴを、抵抗測定手段６０として設けた分圧抵抗Ｒ１によって検出するときに微粒子検出素子１０に流れる電流を抵抗測定手段６０の検出限界以上に引上げ、不感期間を解消することができる。
検出部１１に微粒子ＰＭが堆積し、飽和状態となった場合には、検出抵抗ＲＳＥＮが断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて遙かに小さくなり、電源電圧ＶＣＣを検出抵抗ＲＳＥＮと断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴとの合成抵抗ＲＳＵＭ及び分圧抵抗Ｒ１とによって案分した出力電圧ＶＯＵＴとして検出することができ、検出部１１に堆積した微粒子ＰＭが燃焼除去された場合には、検出抵抗ＲＳＥＮが断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて遙かに大きくなり、電源電圧ＶＣＣを断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって案分した出力電圧ＶＯＵＴとして検出することができる。
加えて、図１（ｃ）に示すように、検出部１１と抵抗測定手段６０とを繋ぐ通電経路（１１１〜１１７、１２１〜１２７）が断線検出抵抗１３を介して直列に接続された状態となるので、通電経路（１１１〜１１７、１２１〜１２７）のいずれかに断線が発生した場合に、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼除去した直後には、断線箇所によって通電経路が遮断され抵抗測定手段との導通がなくなるので、容易に断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができる。
なお、本実施形態においては、検出部１１と抵抗測定手段６０とを繋ぐ通電経路の断線を検出することができるが、検出電極１１０、１２０自体の断線を検出することはできない。
【００２７】
電子制御装置７０は、抵抗測定手段６０によって検出された出力電圧ＶＯＵＴに基づき、被測定ガス中のＰＭ量を把握し、内燃機関の運転条件にフィードバックさせると共に、ＰＭ量に応じて、微粒子検出素子１０の検出条件を決定したり、微粒子検出素子１０の再生の要否を判断したりして、ヒータ１４０への通電条件を決定し、さらに、後述する断線判定手段に従って、微粒子検出素子１０と抵抗測定手段６０と間を繋ぐ通電経路に断線の有無を判定している。
【００２８】
より具体的には、検出部１１は、電気絶縁性耐熱基板１００と、電気絶縁性耐熱基板１００上に所定の距離を離隔して設けた一対の検出電極１１０と検出電極１２０と、本発明の要部であり、検出電極１１０と検出電極１２０とを繋ぐ断線検出手段として設けた断線検出抵抗１３によって構成されている。
本実施形態において、検出電極１１０と検出電極１２０とは、外部の抵抗測定手段６０との導通を図るリード部１１１、１２１に接続されており、複数の検出電極１１０と検出電極１２０とが交互に対向するように櫛歯状に形成されている。
さらにリード部１１１、１２１の出力側の端部には、端子部１１２、１２２が形成され、外部の抵抗測定手段６０と接続金具１１５、１１６、１２５、１２６、導通線１１７、１２７を介して接続されている。
また、リード部１１１、１２１の反出力側の端部には、本発明の要部であり、検出電極間に堆積するＰＭによって形成される検出抵抗ＲＳＥＮに対して並列となるように、所定の抵抗値ＲＯＦＦＳＥＴを有し、不感期間解消手段と断線検出手段とを兼ねる、断線検出抵抗１３が、断線検出抵抗リード部１１３、１２３、断線検出抵抗電極部１１４、１２４を介して接続されている。
さらに、断線検出抵抗１３をバイパスしてリード部１１２、１２１間を短絡するように堆積するＰＭと、断線検出抵抗１３、リード部１１３、１１４、１２３、１２４との電気絶縁性を確保するために、断線検出抵抗１３及びリード部１１３、１１４、１２３、１２４の表面を覆うように電気絶縁性耐熱材料を用いて絶縁性耐熱保護層１５０が形成されている。
加熱部１４は、通電により発熱するヒータ１４１と、ヒータ１４１と通電制御装置６１とを接続する一対のヒータリード部１４２ａ、１４２ｂと、ヒータ端子部１４４ａ、１４４ｂと、電気絶縁性耐熱基板１４０と、絶縁性耐熱基板１４０を貫通し、ヒータリード部１４２ａ、１４２ｂとヒータ端子部１４４ａ、１４４ｂとを導通するスルーホール電極１４３ａ、１４３ｂと、通電線１４５ａ、１４５ｂと、検出部１１以外、特に、電線検出抵抗１３を保護する絶縁性耐熱保護層１５０とによって構成されている。
電気絶縁性耐熱基板１００、１４０は、アルミナ等の電気絶縁性耐熱材料をドクターブレード法、プレス成形法、ＣＩＰ、ＨＩＰ等の公知の方法により平板状に形成されている。
検出電極１１０、１２０、リード部１１１、１２１、端子部１１２、１２２、断線検出抵抗リード部１１３、１２３、断線検出抵抗端子部１１４、１２４、ヒータ１４１、ヒータリード部１４２ａ、１４２ｂ、ヒータ端子部１４４ａ、１４４ｂは、厚膜印刷、メッキ、蒸着等の公知の方法により電気絶縁性耐熱基板１００、１４０上に形成されている。
断線検出抵抗１３には、金属、金属酸化物、金属化合物、炭素、炭素化合物のいずれか１以上を含む単体又は複合体からなる抵抗体が用いられる。
本実施形態においては、電気絶縁性耐熱基板１００の表面に厚膜形成した抵抗体を用いた例を示す。
また、本実施形態においては、断線検出抵抗１３は、加熱部１４によって加熱可能な位置に形成し、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴの安定化を図っている。
なお、検出部１１に堆積するＰＭによって形成される検出抵抗ＲＳＥＮは、ＰＭ堆積時には、数百Ω〜１ｋΩとなり、ＰＭ燃焼時には１ＭΩ以上に変化する。
また、本実施形態において、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴは、１６ｋΩ〜３６ｋΩ、出力電圧検出手段６０の分圧抵抗Ｒ１は、４ｋΩ〜２４ｋΩに設定され、電源電圧ＶＣＣは、５．０ｖに設定されている。
【００２９】
検出部１１にＰＭが最大量堆積した場合、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて検出抵抗ＲＳＥＮが遙かに小さいので出力電圧ＶＯＵＴは、検出抵抗ＲＳＥＮと分圧抵抗Ｒ１とによって決まり、４．０ｖ〜４．８ｖとなり、ダイナミックレンジを有効活用すると共に、出力のバラツキを考慮しても安定して検出可能な範囲となる。
分圧抵抗Ｒ１を２４ｋΩ以上にすると出力バラツキが大きくなり、分圧抵抗Ｒ１を４ｋΩ以下にするとダイナミックレンジが低下し、検出精度が悪くなる。
また、検出部１１に堆積したＰＭが燃焼除去された状態では、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて検出抵抗ＲＳＥＮが遙かに大きいので出力電圧ＶＯＵＴは、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって決まり、０．５ｖ〜１．０ｖとなる。
オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴを３６ｋΩ以上にすると、ダイナミックレンジが低下し、検出精度が悪くなり、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴを１６ｋΩ以下にすると、オフセット値が小さくなり、正常時と断線時との判別が困難となる。
【００３０】
図２を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の変形例１０ａについて説明する。
上記実施形態においては、断線検出抵抗１３を加熱部１４によって加熱可能な位置に設けて、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴの安定化を図っているが、本実施形態においては、リード部１１１、１２１の反出力側から引き出した断線検出抵抗リード部１１３ａ、１２３ａを、電気絶縁性基板１００の出力側まで引き延ばし、被測定ガスの熱や、加熱部１４からの熱を受けず、熱的に安定した位置に、断線検出抵抗端子部１１４ａ、１２４ａを設け、チップ抵抗等の固定抵抗器からなる断線検出抵抗１３ａを実装し、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴの安定化を図っている。
なお、本実施形態において、断線検出抵抗１３ａとして感温特性を有するサーミスタを用いると共に、検出部側の加熱部１４によって加熱可能な位置に設けても良い。
このような構成とすることにより、上記実施形態と同様の効果に加え、検出部１１の温度を検出することが可能となり、微粒子検出時の検出部１１の温度管理や加熱部１４の温度制御がより正確に実現できるようになり、さらに信頼性の高いガスセンサが実現できる。
【００３１】
図３を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ａを用いたガスセンサ１のより具体的な構成について説明する。
ガスセンサ１は、微粒子検出素子１０を内側に挿入保持する略筒状のインシュレータ２１と、被測定ガスの流れる流路壁４０に固定され、インシュレータ２１を保持すると共に、微粒子検出素子１０の検出部１１を被測定流路４００内の所定の位置に保持するハウジング２０と、ハウジング２０の先端側に設けられ、微粒子検出素子１０の検出部１１を保護するカバー体３０と、ハウジング２０の基端側に設けられ、接続金具１１５、１１６、１２５、１２６を介して微粒子検出素子１０の端子部１１２、１２２に接続され、検出部１１に捕集・堆積されたＰＭ量に応じて変化する検出電極１１０、１２０間の検出電気抵抗ＲＳＥＮを外部の抵抗測定手段６０に伝達する一対の信号線１１７、１２７と、微粒子検出素子１０に内蔵されたヒータ１１４１とヒータ端子部１４５ａ、１４５ｂ、接続金具１４６ａ、１４６ｂを介して接続される一対の導通線１４７ａ、１４７ｂとを、封止部材２２０を介して基端側で固定する略筒状のケーシング２２とによって構成されている。
カバー体３０のカバー基体３００には、ＰＭを含む被測定ガスを検出部１１に導入するための被測定ガス入出孔３０１、３０２が適宜穿設され、基端側に設けたフランジ部３０３がハウジング２０の先端側に設けた加締め部２０３によって加締め固定されている。
本実施形態において、断線検出抵抗１３ａは、インシュレータ２１内の比較的温度が安定した位置に配置してある。
被測定ガスとして、ＰＭを含むディーゼル燃焼排気が、被測定ガス流路４００内を流れ、カバー体３０に設けられた被測定ガス入出孔３０１、３０２から導入され、被測定ガス中に検出部１１を晒している微粒子検出素子１０の検出部１１の表面に接触し、検出電極１１０、１２０の間にＰＭが堆積し、検出電極１１０、１２０間に検出抵抗ＲＳＥＮが形成され、ガスセンサ１の外部に設けた抵抗測定手段６０によって検出抵抗ＲＳＥＮとオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴとの合成抵抗を検出し、ＰＭの堆積量を算出することができる。
【００３２】
図４を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ｂとして他の変形例について説明する。上記実施形態においては、リード部１１１、１２１の反抵抗測定手段側の端部と断線検出抵抗１３とを、電気絶縁性基板１００に厚膜印刷等の方法により形成した断線検出抵抗リード部１１３、１２３を介して接続した例を示したが、本実施例における微粒子検出素子１０ｂでは、断線線検出抵抗１３ｂとして、電気絶縁性基板１００の出力側に配置した、リード付き固定抵抗器を用い、リード線１１３ｂ、１２３ｂを介してリード部１１１、１２１の反抵抗測定手段側の端部と接続してある。このような構成とすることにより、厚膜によって形成した場合に比べ、断線検出抵抗リード部１１３ｂ、１２３ｂの内部抵抗を小さくでき、検出精度の向上を図ると共に、断線検出抵抗リード部１１３ｂ、１２３ｂの耐久性の向上を図ることもできる。
【００３３】
図５を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ｃとして他の変形例を説明する。
図５に示すように、断線検出抵抗１３ｃとして、リード付き固定抵抗器を用い、さらに、断線検出抵抗リード部１１３ｃ、１２３ｃを折り曲げ、検出部１１の裏面側で断線検出抵抗１３ｃが加熱部１４に接するようにしても良い。
このような構成とすることによって、断線検出抵抗１３ｃをヒータ１４１によって加熱可能とし熱的に安定させると共に、検出部１１の裏面側に配設することにより、断線検出抵抗リード部１１３ｃ、１２３ｃと電気絶縁性基板１００とが立体的に離隔されるのでＰＭの堆積による導電パスが形成されがたくなり。断線検出抵抗１３ｃへの影響を廃除できる。
【００３４】
図６を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ｄとして他の変形例を説明する。
上記実施形態においては、電気絶縁性基板１０の表面に断線検出抵抗１３を形成した例を示したが、本実施形態のように、電気絶縁性基板１００ｄを検出部１１と加熱部１４との間に介挿し、その表面に断線検出抵抗リード部１１３ｄ、１２３ｄ及び断線検出抵抗１３ｄを形成し、リード部１１１、１２１の反検出側の端部と電気絶縁性基板１００ｄを貫通するスルーホール電極１１８、１２８を介して接続させても良い。
本実施形態においては、断線検出抵抗１３ｄを非可熱領域に設けた例を示したが、ヒータ１４０によって加熱可能な位置に設けても良い。
【００３５】
図７を参照して、本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子１０ｅを用いたガスセンサ１ｅの概要について説明する。
上記実施形態においては、検出部１１を構成する一対の検出電極１１０、１２０を、それぞれ、リード部１１１、１２１から直線的に伸びるように複数の検出電極１１０、１２０を引き出し、これらを対向せしめて櫛歯状に形成した例を示したが、本実施形態においては、リード部１１１、１２１に接続される一対の検出電極１１０ｅ、１２０ｅの一部をクランク状に屈曲させて所定の間隙を設けて対向させ、これらの反抵抗測定部側の端部が断線検出抵抗リード部１１３ｅ、１２３ｅを介して断線検出抵抗１３に接続してある。
このような構成とすることによって、図７（ｂ）に示すように、ＰＭの堆積により検出部１１ｅに形成される検出抵抗ＲＳＥＮと、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴとが並列に接続されるので合成抵抗が低下し、電源電圧ＶＣＣから合成抵抗によって降下する出力電圧ＶＯＵＴを、抵抗測定手段６０として設けた分圧抵抗Ｒ１によって検出するときに、微粒子検出素子１０に流れる電流を分圧抵抗Ｒ１の検出限界以上に引上げ、不感期間を解消することができる。
【００３６】
加えて、図７（ｃ）に示すように、検出電極１１０ｅ、１２０ｅを含め検出部１１と抵抗測定手段６０とを繋ぐ通電経路（１１１、１１２、１１３ｅ、１１４〜１１７、１２１、１２２、１２３ｅ、１２４〜１２７）の全てが、断線検出抵抗１３を介して直列に接続された状態となるので、検出電極１１０ｅ、１２０ｅ及び通電経路（１１１、１１２、１１３ｅ、１１４〜１１７、１２１、１２２、１２３ｅ、１２４〜１２７）のいずれかに断線が発生した場合に、導通経路のみならず検出部１１の如何なる場所で断線が発生しても、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼除去した直後には、出力電圧ＶＯＵＴが０となるので、確実に断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができる。
上記第１の実施形態においては、導通経路における断線の有無の検出は可能でも、検出電極１１０、１２０自体の断線の検出ができなかったが、本実施形態においては、検出電極１１０ｅ、１２０ｅ自体の断線も検出することができる。
なお、本実施形態においては、分圧抵抗Ｒ１を検出抵抗ＲＳＥＮと接地との間に設けた例を示したが、電源電圧ＶＣＣと検出抵抗ＲＳＥＮとの間に設けた構成としても良い。
【００３７】
図８を参照して、本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子１０ｆ、１０ｇとして変形例について説明する。
本実施形態においても上記実施形態と同様、断線検出抵抗リード部１１３、１２３を介して断線検出抵抗１３ｆ、１３ｇの載置位置を検出部１１ｆ、１１ｇの電気的に反出力側に載置するのであれば、断線検出抵抗１３の載置位置を適宜変更することができる。
【００３８】
図９を参照して、本発明の第２の実施形態における検出部１１の変形例について説明する。上記実施形態においては、断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと検出抵抗ＲＳＥＮの合成抵抗ＲＳＵＭと分圧抵抗Ｒ１とによって電源電圧ＶＣＣを分圧して出力電圧ＶＯＵＴを検出するように構成した例について説明したが、本図（ａ）に示すように、定電流電源６０ｈを設け、オペアンプ６０１によって、出力電圧ＶＯＵＴを検出するように構成しても良いし、本図（ｂ）に示すように、定電圧電源８０を用い、オペアンプ６０１ｉを用いて出力電圧ＶＯＵＴを検出するように構成しても良い。
なお、これらの実施形態は、本発明の第１の実施形態にも適宜採用し得るものである。
【００３９】
図１０を参照して、本発明のガスセンサ１の基本的な断線検出方法について説明する。
本図（ａ）は、最も単純化した断線検出方法を示すものであり、ステップＳ１００の出力電圧閾値判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴと所定の閾値ＶＲＥＦとの比較を行い、例えば閾値ＶＲＥＦとして、０ｖに近い値を設定すれば、出力電圧ＶＯＵＴが限りなく０ｖに近ければ判定Ｙｅｓとなり、断線が発生していると判断され、ステップＳ１１０の断線判定がなされ、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦ以上であれば、断線があるとは判定されず、見かけ上正常と判断し得るので、判定Ｎｏとなり、一応の正常判定とすることもできるが、より正確な判定をするために、後述するステップＳ２００の正常判定手段に進む。
本実施形態によれば、断線を生じていなければ、少なくとも断線検出抵抗１３によって導通が確保されているので、出力電圧ＶＯＵＴが必ず発生し、誤差を考慮して、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦより小さければ、確実に断線していると判断できる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦ以下を断線と判断したが、所定の閾値ＶＲＥＦ以上を断線と判断するように構成しても良い。 出力電圧ＶＯＵＴが上定の閾値ＶＲＥＦ以上を断線と判断するか、所定の閾値ＶＲＥＦ以下を断線と判断するかは、、抵抗測定手段６０を検出抵抗ＲＳＥＮに対してハイサイドに設けるかローサイドに設けるか、出力電圧ＶＯＵＴを反転出力とするか非反転出力とするか、閾値ＶＲＥＦを形成する分圧抵抗Ｒ１を検出抵抗ＲＳＥＮに対して、ハイサイドに設けるかローサイドに設けるか等によって適宜変更可能である。
【００４１】
本図（ｂ）は、確実な断線の有無を判定するための判定方法を示すフローチャートである。
ステップＳ２００のＰＭ燃焼行程では、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼するためにヒータ部１４へ通電がなされＰＭが燃焼除去される。
ステップＳ２１０のＰＭ燃焼完了判定手段では、ＰＭの燃焼が完了したか否かが判定される。具体的には、ＰＭ燃焼行程がスタートしてからの燃焼時間を計測したり、検出抵抗ＲＳＥＮの出力の有無を検出することによって判断したり、これらの両方を組み合わせてＰＭ燃焼が完了したか否かを判定することができる。
ステップＳ２１０で、燃焼完了していないと判定された場合には、判定Ｎｏとなり、ステップＳ２００のＰＭ燃焼行程に戻り、完全にＰＭが燃焼されるまで繰り返される。
検出部１１に堆積したＰＭが完全に燃焼されるとステップＳ２１０の燃焼完了判定手段で判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ２２０の閾値判定手段に進む。
ステップＳ２２０の閾値判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値より小さいか否かが判定され、断線が発生している場合には、出力電圧ＶＯＵＴは０又は限りなく０に近い値となり、判定Ｙｅｓとなり、断線判定される。
検出部１１にＰＭが完全に堆積していない状態で、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦ（例えば、断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって分圧されたオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ）以上であれば、判定Ｎｏとなり、ステップＳ２３０の正常判定に進む。
【００４２】
図１１を参照して本発明のガスセンサ１の断線検出方法の他の具体例について説明する。電子制御装置７０に設けられた断線検出手段では、図１１に示したフローチャートに従って、ガスセンサ１の断線判定が開始される。なお、本断線検出方法は、断線検出手段であると同時に、ガスセンサの再生手段でもある。
ステップＳ３００の第１の出力判定手段では、微粒子検出素子１０の出力電圧ＶＯＵＴの有無が判定され、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖより大きければ、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ３１０に進み、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖ、即ち、出力がなければ、判定にＮｏとなり、ステップＳ３７０の断線判定手段に進む。
ステップＳ３１０の第２の出力判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴが所定の第１の閾値Ｖｒｅｆ１より大きいか否かが判定される。出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以下である場合には、微粒子検出素子１０の検出部１１に堆積したＰＭの量が飽和状態となっておらず、ＰＭ量を検出可能であるため、判定Ｎｏとなる。ＰＭの堆積量が所定量以上となり、検出電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以上となり、判定Ｙｅｓとなるまで、ステップＳ３００とステップＳ３１０とを繰り返す。
ＰＭの堆積量が飽和量に近づき、ステップＳ３１０で判定Ｙｅｓとなると、ステップＳ３２０の微粒子燃焼行程に進む。
ステップＳ３２０の微粒子燃焼行程では、検出部１１に堆積したＰＭ量が所定量以上となっているため、ヒータ１４０へ通電を開始し、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼除去させる。
微粒子燃焼行程が開始されると、出力電圧ＶＯＵＴがモニタされ、ステップ１３０の微粒子燃焼完了判定手段において、ＰＭの燃焼が完了されたかどうかを、出力電圧ＶＯＵＴと第２の閾値Ｖｒｅｆ２との比較によって判定される。
ＰＭの燃焼により、検出電極１１０、１２０間の検出抵抗ＲＳＥＮが上がり、出力電圧ＶＯＵＴが第２の閾値Ｖｒｅｆ２以下となるまで、判定Ｎｏとなり、ステップＳ３２０とステップＳ３３０とを繰り返し、ＰＭの燃焼のためにヒータ１４０への通電が維持される。
ステップＳ３３０で出力電圧ＶＯＵＴが第２の閾値Ｖｒｅｆ２以下となり、判定ＹｅｓとなるとステップＳ３４０の微粒子燃焼確認タイマｔがスタートする。
次いでステップＳ３５０の微粒子燃焼確認判定手段では、微粒子燃焼確認タイマｔが所定の閾値ｔｒｅｆを経過したかどうかが判定される。
微粒子燃焼確認タイマｔが閾値ｔｒｅｆ経過するまでは、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値Ｖｒｅｆ２以下となってもＰＭを確実に燃焼させるため、ヒータ１４０への通電が維持される。
所定時間が経過し、ステップＳ３５０で判定Ｙｅｓとなるとステップ１６０の微粒子燃焼停止行程に進み、ＰＭの燃焼のためのヒータ１４０への通電が停止される。
次いでステップＳ３７０の断線判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖであるか否かによって、断線判定を行う。
ステップＳ３４０からステップＳ３６０によって確実にＰＭが燃焼された状態であるにも拘わらず、ステップＳ３７０において出力電圧ＶＯＵＴが０ｖである場合には、断線していることが確実であるので、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ３８０の断線判定を行う。
ステップＳ３４０からステップＳ３６０によって確実にＰＭが燃焼された状態であり、かつ、ステップＳ３７０において出力電圧ＶＯＵＴが０ｖ出ない場合には、正常であることが確実であるので、判定Ｎｏとなり、ステップＳ３９０の正常判定を行う。
ステップＳ３００で出力電圧ＶＯＵＴが０ｖであれば、断線しており、必然的にステップＳ３７０においても、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖとなり、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ３８０の断線判定を行う。
スッテプＳ１８０及びステップＳ３９０では、断線の有無の判定結果をダイアグ出力等により外部に伝達し、断線判定を終了する。
なお、ＰＭの堆積によって出力電圧ＶＯＵＴが０ｖのままである場合には、検出部１１以外の導通経路における断線であり、ＰＭの堆積によって出力電圧ＶＯＵＴが変化し、ＰＭの燃焼後の出力電圧ＶＯＵＴが０となる場合には、検出部１１における断線であることと判断できるので、ステップ１８０における断線判定において、検出部１１における断線であるか、検出部１１以外の通電経路における断線であるかを判定してダイアグ出力を分けて行うこともできる。
【００４３】
図１２を参照して、本発明の微粒子検出素子１０を用いたガスセンサ１の正常時における本発明の効果について、比較例と共に説明する。
本発明の断線検出抵抗１３を備えていない微粒子検出素子を用いたガスセンサの出力変化を比較例として示す。
比較例では、一対の検出電極間にＰＭが堆積し始める時期においては、１ＭΩから１０ＭΩ程度の極めて高い抵抗値であるため、出力電圧ＶＯＵＴは、ほとんど０ｖで推移し、検出することができない不感期間ｔｄが存在する。
このため、不感期間ｔｄにおいて、ガスセンサ１に断線異常が発生していても異常かどうかの判断をすることができず、排気浄化装置の故障によるＰＭの流出等の異常を阻止できない虞がある。
一方、本発明の断線検出抵抗１３を備えた微粒子検出素子１０を用いたガスセンサ１では、断線検出抵抗１３が、検出部１１に堆積するＰＭによって形成される出力電極１１０、１２０間に検出抵抗ＲＳＥＮを形成したときに、検出抵抗ＲＳＥＮに対して、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＳＥＴが並列となるので、合成抵抗が下がり、ＰＭ堆積初期においても、出力電圧ＶＯＵＴの検出が可能となる。
ＰＭの堆積量が少ない場合、検出電極１１０、１２０間に形成される検出抵抗ＲＳＥＮが大きく、出力電圧ＶＯＵＴは、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって決まり、オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴにほぼ等しくなる。
さらに、ＰＭの堆積が進み、出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以上となると、上述の断線判定手段に従って、ＰＭの燃焼が開始され、出力電圧ＶＯＵＴがオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴの近傍の第２の閾値ＶＲＥＦ２以下となってから所定時間ｔｒｅｆだけＰＭの燃焼が維持され確実にＰＭが除去された状態で、断線の有無が判定され、ＰＭ燃焼停止後の出力電圧ＶＯＵＴが０ｖ以上のオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴとなっていれば、正常判定され、そのままＰＭが堆積し、出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値以上となると再びＰＭの燃焼が開始される。
【００４４】
図１３を参照して、断線異常が発生した場合の効果について説明する。
図１３（ａ）に示すように、正常であれば、出力電圧ＶＯＵＴは、ＰＭの堆積によって出力電圧ＶＯＵＴが上昇し、ＰＭの燃焼によってもオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ以下とはならず、検出部１１にＰＭが堆積している途中で検出部１１以外の通電経路に断線が発生した場合には、ＰＭの燃焼の有無に関わらず出力電圧ＶＯＵＴが０となったまま継続されるので容易に断線が生じていることが分かる。
本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと第２の実施形態における微粒子検出素子１０ｅ、１０ｆ、１０ｇのいずれを用いてもこのような断線を検出することができる。
図１３（ｂ）に示すように、検出部１１ｅに断線が発生した場合、ＰＭの堆積途中では、断線部分にＰＭが堆積して導電パスを形成すると、出力電圧ＶＯＵＴは、断線が生じていても０とならず、この状態では断線の有無が検出されず、ガスセンサ１は、一見正常なように機能する。
ＰＭの堆積が進み出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以上となり、ＰＭの燃焼が開始され、断線部分に堆積したＰＭが除去されると、検出部１１の断線部以外にＰＭが残存していても、急激に抵抗値が高くなり、出力電圧ＶＯＵＴは、第２の閾値Ｖｒｅｆ２以下となる。しかし、本発明では、出力電圧ＶＯＵＴが第２の閾値となっても直ちにＰＭの燃焼を停止するのではなく、所定の時間ｔｒｅｆだけ、ＰＭの燃焼を維持し、完全に検出部１１に堆積したＰＭを除去した後、断線判定を行う。
このため、検出部１１に断線が生じている場合には、ＰＭ燃焼確認後に、出力電圧ＶＯＵＴが０となっているので検出部１１に断線が生じていることが解り、確実に断線判定をすることができる。
なお、検出部１１に断線が生じている場合、このままガスセンサ１を作動させると、断線部にＰＭが堆積し、断線部をバイパスして一見正常なように作動するが、ＰＭ燃焼後には、出力電圧ＶＯＵＴが０となり、断線異常であることが分かる。
【００４５】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載される粒子状物質検出センサを例に説明したが、本発明の粒子状物質検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおける粒子状物質検出の用途にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ ガスセンサ
１０ 微粒子検出素子
１１ 検出部
１１０、１２０ 検出電極
１１１、１２１ リード部
１１２、１２２ 端子部
１１３、１２３ 断線検出抵抗リード部
１１４、１２４ 断線検出抵抗端子部
１１５、１１６、１２５、１２６ 接続金具
１１７、１２７ 信号線
１００、１４０ 電気絶縁性耐熱基板
１３ 断線検出抵抗
１４１ ヒータ
１４２ａ、１４２ｂ ヒータリード部
１４３ａ、１４３ｂ スルーホール電極
１４４ａ、１４４ｂ ヒータ端子部
１４５ａ、１４５ｂ、１４６ａ、１４６ｂ 接続金具
１４７ａ、１４７ｂ 通電線２０ ハウジング
２１ インシュレータ
２２ ケーシング
２２０ 封止部材
３０ カバー体
３０１、３０２ 被測定ガス入出孔
４０ 被測定ガス流路壁
４００ 被測定ガス流路
６０ 抵抗測定手段
６１ 加熱制御手段
７０ 電子制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１３８６６１号
【特許文献３】欧州特許出願公開第１９２５９２６号明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼排気等の被測定ガス中に含まれる導電性微粒子を検出するガスセンサとガスセンサの断線異常を早期に検出する断線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コモンレール式燃料噴射システム、過給器システム、酸化触媒、ディーゼル粒子状物質フィルタＤＰＦ、選択触媒還元（ＳＣＲ）システム、排気再循環（ＥＧＲ）システム等を組み合わせて、ディーゼル機関やガソリンリーンバーン機関等の燃焼排気中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、粒状物質ＰＭ、未燃炭化水素ＨＣ等の環境負荷物質の低減が図られている。
このようなシステムに用いられるＤＰＦは、一般に、耐熱性に優れ、かつ、無数の細孔を有する多孔質セラミックスを素材としたハニカム構造とされ、多孔質の隔壁に存在する細孔中にＰＭを捕捉し、ＰＭが堆積して細孔に目詰まりを起こして圧力損失が高くなると、バーナやヒータ等で加熱したり、機関の燃焼爆発後に少量の燃料を噴射するポスト噴射等によりＤＰＦ内に高温の燃焼排気を導入したりして、ＤＰＦを加熱し、ＤＰＦ内に捕集されたＰＭを燃焼除去して再生できる構成とされている。
内燃機関の燃焼効率をさらに向上すべく、このようなＤＰＦの再生時期の判断や、ＤＰＦの劣化、破損等を検出するＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス、車載式故障診断装置）や、内燃機関のフィードバック制御等において、燃焼排気中に含まれるＰＭを高精度で連続的に検出できるガスセンサが必要とされている。さらに、このようなＰＭを検出するガスセンサを用いる場合、ガスセンサの故障に対する確実なフェールセーフが求められている。
【０００３】
燃焼排気中のＰＭの検出手段として、特許文献１には、耐熱性及び電気絶縁性を有する基板の表面に一対の電極を形成し、該電極間を検出部とし、前記基板の裏面及び／又は内部に発熱体を形成し、該基板上の検出部を形成する前記電極、検出部及び端子部を除く導電部を気密で電気絶縁物質よりなる保護層で被覆し、該検出部と保護層との境界付近の発熱体の発熱密度を該検出部の発熱密度より高くし、該検出部の温度を４００℃以上で且つ６００℃以下に加熱することを特徴とするスモーク濃度センサが開示されている。
【０００４】
ところが、特許文献１にあるような、従来のスモーク濃度センサでは、導電性のスモークの堆積により変化する一対の電極間の電気抵抗を電子回路により検出しているが、スモークが堆積していない状態では一対の電極間は絶縁状態であるので、スモークの堆積によって一対の電極間の電気抵抗が徐々に低下し電子回路によって電気抵抗が検出できるようになるまでに不感期間が存在する。
【０００５】
このような不感期間の問題を解消する方法として、特許文献２には、ガス流内の微粒子を検出するための検出装置であって、基板上に形成された少なくとも２つの電極からなる電極対を具備すると共に、該電極対の少なくとも２つの電極が導電層によって覆われ、該導電層の抵抗値が測定ガス中の微粒子によって形成される抵抗値の最小値と同等又はそれ以下の抵抗値であることを特徴とする微粒子検出装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、このような微粒子検出装置において、ガス流中の微粒子を検出する検出用の電極対とは別に参照用の電極対を具備し、検出用の電極対間に流れる電流と参照用の電極対間に流れる電流との比又は差が所定の閾値を超えたとき断線と認識する検出装置と異常検出方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献２にあるように、２つの電極を覆うように形成した導電層によって電極間を導通させて、電極間に堆積する微粒子によって形成される抵抗が検出可能となるまでの不感期間を解消しようとした場合、導電層の抵抗値として、極めて狭い範囲の抵抗値を維持することが必要となる。
しかし、このような微粒子検出装置では、検出用の電極対に堆積する微粒子を加熱燃焼除去する必要がある。このため、長期の使用により加熱が繰り返されると導電層と電極との間で金属成分が移動するマイグレーションを起こし、導電層の抵抗値が変化する。導電層の抵抗値の変化は、検出結果に影響を与え、ガス流中の微粒子の正確な検出ができなくなる虞がある。
また、このような検出装置では、導電層によって全面的に両電極間が導通されているため、２つの電極のいずれか一方又は両方に断線異常が生じた場合であっても、導電層によって断線部分を導通する導電パスが形成されるため断線異常を検出することができない。
【０００８】
また、特許文献３にあるように、参照用電極対との比較によって検出用電極対の断線の有無を検出しようとした場合、従来の一対の電極によって粒子の検出を行う場合の倍の電極対が必要であるので製造コストの増加を招く虞がある。
さらに、参照用電極対自身の断線を検出することができない虞もある。
【０００９】
そこで、かかる実情に鑑み、本願発明は、簡易な構成により被測定ガス中に含まれる導電性の微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、不感期間がなく、断線異常を速やかに検出できる信頼性の高いガスセンサとその断線検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明では、少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、
上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように反抵抗測定手段側に設ける（請求項１）。
【００１１】
第１の発明によれば、微粒子の堆積により上記検出部に形成される検出抵抗と上記断線検出抵抗とが並列に接続されているので、これらの合成抵抗が低下し、上記抵抗測定手段によって検出するときに、上記微粒子検出素子に流れる電流を該抵抗測定手段の検出限界以上に引上げ、不感期間を解消することができる。
加えて、上記検出部と上記抵抗測定手段とを繋ぐ通電経路が、上記断線検出抵抗を介して直列に接続された状態となるので、上記通電経路に断線が発生した場合には、上記検出部に堆積した微粒子を上記加熱部によって加熱し、微粒子を燃焼除去した直後において、出力電圧が０となるので、確実に上記検出部と上記抵抗測定手段とを繋ぐ通電経路の断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができる。
【００１２】
第２の発明では、上記一対の検出電極を複数の電極が突出する櫛歯形状に形成し、これらを対向せしめる。
【００１３】
第２の発明によれば、 第１の発明と同様に、不感期間が解消されるのに加え、上記検出部の微粒子が堆積する部分以外の通電経路に断線が発生した場合に、出力電圧が０となるので、断線を検出することが可能となる。
【００１４】
第３の発明では、上記一対の検出電極の一部をクランク状に屈曲させて、これらを対向せしめる（請求項３）。
【００１５】
第３の発明によれば、第１の発明と同様に、不感期間を解消することができる上に、上記一対の検出電極を含め上記検出部と上記抵抗測定手段とを繋ぐ通電経路の全てが、上記断線検出抵抗を介して直列に接続された状態となるので、上記検出電極及び上記通電経路のいずれかに断線が発生した場合に、それが上記検出電極と上記通電経路の如何なる場所であっても、上記検出部に堆積した微粒子を上記加熱部によって加熱し燃焼除去した直後には、出力電圧が０となるので、確実に断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができ、より信頼性の高いガスセンサが実現できる。
【００１６】
第４の発明では、上記断線検出抵抗を熱的に安定した位置に載置する（請求項４）。
【００１７】
第４の発明によれば、上記断線検出抵抗の抵抗値が安定し、確実に断線検出を行うことができる。
【００１８】
第５の発明では、上記断線検出抵抗として感温特性を有するサーミスタを用いると共に、上記検出部側に設ける（請求項５）。
【００１９】
第５の発明によれば、第１の発明と同様の効果に加え、上記検出部の温度を検出することが可能となり、微粒子検出時の検出部の温度管理や上記加熱部の温度制御がより正確に実現できるようになり、さらに信頼性の高いガスセンサが実現できる。
【００２０】
第６の発明では、少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサの断線検出方法であって、
上記ガスセンサが、上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように設けた、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を具備し、
少なくとも、上記検出抵抗と上記断線検出抵抗との合成抵抗によって検出される出力電圧と所定の閾値との比較によって断線の有無を検出する断線判定手段を有し、上記出力電圧が所定の閾値を越えた場合に断線と判定する（請求項６）。
【００２１】
第６の発明によれば、断線を生じていなければ、少なくとも上記断線検出抵抗によって導通が確保されているので、上記出力電圧が必ず発生し、誤差を考慮して、上記出力電圧が上記所定の閾値を越えた場合には、確実に断線していると判断できる。
なお、上記出力電圧が上記所定の閾値以上を断線と判断するか上記所定の閾値以下を断線と判断するかは、上記抵抗測定手段を上記検出抵抗に対してハイサイドに設けるかローサイドに設けるか、上記出力電圧を反転出力とするか非反転出力とするか、上記閾値を上記出力電圧に対してハイサイドに設けるかローサイドに設けるか等によって適宜変更可能である。
【００２２】
第７の発明では、上記加熱部の作動により上記検出部に堆積した微粒子を燃焼除去する燃焼行程と、燃焼時間及び微粒子検出素子の出力のいずれか１つ若しくは両方を用いて微粒子の燃焼完了を判定する微粒子燃焼完了判定手段と、微粒子の燃焼確認後における微粒子検出素子の出力の有無によって断線の有無を判定する断線判定手段とを具備し、微粒子を完全に除去した状態で断線の有無を判定する（請求項７）。
【００２３】
第７の発明によれば、確実に微粒子を燃焼除去した状態で断線の有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子を含むガスセンサの概要を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、ＰＭ堆積時における検出部の等価回路図、（ｃ）は、ＰＭ燃焼後における検出部の等価回路図。
【図２】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の変形例を示す展開斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子を用いたガスセンサ全体の概要を２方向から示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の他の変形例を示す展開斜視図。
【図５】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の他の変形例の概要を示し、（ａ）は検出部側から見た斜視図、（ｂ）は、裏面側から見た斜視図。
【図６】本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の他の変形例を示す展開斜視図。
【図７】本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子を含むガスセンサの概要を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、ＰＭ堆積時における検出部の等価回路図、（ｃ）は、ＰＭ燃焼後における検出部の等価回路図。
【図８】本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子の変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、他の変形例を示す平面図、（ｂ）は、その断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態における検出部の変形例を示し、（a）は、定電流電源を用いた等価回路図、（ｂ）は、低電圧電源を用いた等価回路図。
【図１０】本発明のガスセンサに用いられ得断線検出方法を示すフローチャートであって、（ａ）は、最も基本的なフローチャート、（ｂ）は、より確実な断線検出を図ったフローチャート。
【図１１】本発明のガスセンサに用いられる断線検出方法を示すフローチャート。
【図１２】本発明の微粒子検出素子の不感期間解消効果を比較例と共に示す特性図。
【図１３】本発明のガスセンサの断線検出効果を示し、（ａ）は、検出部以外で断線が発生した場合の特性図、（ｂ）は、検出部に断線が発生した場合の特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０とこれを有するガスセンサ１の概要について説明する。
本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０は、例えば、ディーゼル内燃機関から排出される燃焼排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼル粒子状物質フィルタ（ＤＰＦ）の故障診断（ＯＢＤ）や、ＤＰＦの再生制御を行うべく、燃焼排気中のＰＭ、特に、導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサ１に用いられる。
微粒子検出素子１０は、所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極１１０と検出電極１２０とによって形成される検出部１１に堆積するＰＭの量によって変化する検出抵抗ＲＳＥＮを外部に設けた抵抗測定手段６０によって測定して、被測定ガス中のＰＭを検出するものである。検出電極１１０と検出電極１２０とは、それぞれリード部１１１、１２１から複数の電極が突出する櫛歯形状に形成し、これらを対向せしめてあり、電極間にＰＭが堆積するようになっている。
本発明の微粒子検出素子１０は、検出部１１と加熱部１４とによって構成され、ガスセンサ１は、微粒子検出素子１０と、微粒子検出素子１０の検出部１１に形成される検出抵抗ＲＳＥＮを測定する抵抗測定手段６０と、検出部１１を所定の温度に加熱して、検出抵抗ＲＳＥＮを安定化したり、検出部１１に堆積したＰＭを加熱除去したりするための加熱部１４への通電を制御するヒータ制御手段６１と、抵抗測定手段６０からの出力電圧ＶＯＵＴに応じて、後述する断線判定制御等を行う電子制御装置７０とによって構成されている。
【００２６】
本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０の最大の特徴は、図１（ｂ）に示すように、断線検出手段として、所定のオフセット抵抗値ＲＯＦＦＳＥＴを有する断線検出抵抗１３を介して検出電極１１０と検出電極１２０と導通すると共に、検出抵抗ＲＳＥＮに対して並列となるように断線検出抵抗１３を反抵抗測定手段側に設けた点にある。
このような構成とすることによって、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと検出抵抗ＲＳＥＮとの合成抵抗ＲＳＵＭ（＝ＲＯＦＦＳＥＴ・ＲＳＥＮ／（ＲＯＦＦＳＥＴ＋ＲＳＥＮ））を低くし、合成抵抗ＲＳＵＭによって降下する出力電圧ＶＯＵＴを、抵抗測定手段６０として設けた分圧抵抗Ｒ１によって検出するときに微粒子検出素子１０に流れる電流を抵抗測定手段６０の検出限界以上に引上げ、不感期間を解消することができる。
検出部１１に微粒子ＰＭが堆積し、飽和状態となった場合には、検出抵抗ＲＳＥＮが断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて遙かに小さくなり、電源電圧ＶＣＣを検出抵抗ＲＳＥＮと断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴとの合成抵抗ＲＳＵＭ及び分圧抵抗Ｒ１とによって案分した出力電圧ＶＯＵＴとして検出することができ、検出部１１に堆積した微粒子ＰＭが燃焼除去された場合には、検出抵抗ＲＳＥＮが断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて遙かに大きくなり、電源電圧ＶＣＣを断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって案分した出力電圧ＶＯＵＴとして検出することができる。
加えて、図１（ｃ）に示すように、検出部１１と抵抗測定手段６０とを繋ぐ通電経路（１１１〜１１７、１２１〜１２７）が断線検出抵抗１３を介して直列に接続された状態となるので、通電経路（１１１〜１１７、１２１〜１２７）のいずれかに断線が発生した場合に、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼除去した直後には、断線箇所によって通電経路が遮断され抵抗測定手段との導通がなくなるので、容易に断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができる。
なお、本実施形態においては、検出部１１と抵抗測定手段６０とを繋ぐ通電経路の断線を検出することができるが、検出電極１１０、１２０自体の断線を検出することはできない。
【００２７】
電子制御装置７０は、抵抗測定手段６０によって検出された出力電圧ＶＯＵＴに基づき、被測定ガス中のＰＭ量を把握し、内燃機関の運転条件にフィードバックさせると共に、ＰＭ量に応じて、微粒子検出素子１０の検出条件を決定したり、微粒子検出素子１０の再生の要否を判断したりして、ヒータ１４０への通電条件を決定し、さらに、後述する断線判定手段に従って、微粒子検出素子１０と抵抗測定手段６０と間を繋ぐ通電経路に断線の有無を判定している。
【００２８】
より具体的には、検出部１１は、電気絶縁性耐熱基板１００と、電気絶縁性耐熱基板１００上に所定の距離を離隔して設けた一対の検出電極１１０と検出電極１２０と、本発明の要部であり、検出電極１１０と検出電極１２０とを繋ぐ断線検出手段として設けた断線検出抵抗１３によって構成されている。
本実施形態において、検出電極１１０と検出電極１２０とは、外部の抵抗測定手段６０との導通を図るリード部１１１、１２１に接続されており、複数の検出電極１１０と検出電極１２０とが交互に対向するように櫛歯状に形成されている。
さらにリード部１１１、１２１の出力側の端部には、端子部１１２、１２２が形成され、外部の抵抗測定手段６０と接続金具１１５、１１６、１２５、１２６、導通線１１７、１２７を介して接続されている。
また、リード部１１１、１２１の反出力側の端部には、本発明の要部であり、検出電極間に堆積するＰＭによって形成される検出抵抗ＲＳＥＮに対して並列となるように、所定の抵抗値ＲＯＦＦＳＥＴを有し、不感期間解消手段と断線検出手段とを兼ねる、断線検出抵抗１３が、断線検出抵抗リード部１１３、１２３、断線検出抵抗電極部１１４、１２４を介して接続されている。
さらに、断線検出抵抗１３をバイパスしてリード部１１２、１２１間を短絡するように堆積するＰＭと、断線検出抵抗１３、リード部１１３、１１４、１２３、１２４との電気絶縁性を確保するために、断線検出抵抗１３及びリード部１１３、１１４、１２３、１２４の表面を覆うように電気絶縁性耐熱材料を用いて絶縁性耐熱保護層１５０が形成されている。
加熱部１４は、通電により発熱するヒータ１４１と、ヒータ１４１と通電制御装置６１とを接続する一対のヒータリード部１４２ａ、１４２ｂと、ヒータ端子部１４４ａ、１４４ｂと、電気絶縁性耐熱基板１４０と、絶縁性耐熱基板１４０を貫通し、ヒータリード部１４２ａ、１４２ｂとヒータ端子部１４４ａ、１４４ｂとを導通するスルーホール電極１４３ａ、１４３ｂと、通電線１４５ａ、１４５ｂと、検出部１１以外、特に、電線検出抵抗１３を保護する絶縁性耐熱保護層１５０とによって構成されている。
電気絶縁性耐熱基板１００、１４０は、アルミナ等の電気絶縁性耐熱材料をドクターブレード法、プレス成形法、ＣＩＰ、ＨＩＰ等の公知の方法により平板状に形成されている。
検出電極１１０、１２０、リード部１１１、１２１、端子部１１２、１２２、断線検出抵抗リード部１１３、１２３、断線検出抵抗端子部１１４、１２４、ヒータ１４１、ヒータリード部１４２ａ、１４２ｂ、ヒータ端子部１４４ａ、１４４ｂは、厚膜印刷、メッキ、蒸着等の公知の方法により電気絶縁性耐熱基板１００、１４０上に形成されている。
断線検出抵抗１３には、金属、金属酸化物、金属化合物、炭素、炭素化合物のいずれか１以上を含む単体又は複合体からなる抵抗体が用いられる。
本実施形態においては、電気絶縁性耐熱基板１００の表面に厚膜形成した抵抗体を用いた例を示す。
また、本実施形態においては、断線検出抵抗１３は、加熱部１４によって加熱可能な位置に形成し、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴの安定化を図っている。
なお、検出部１１に堆積するＰＭによって形成される検出抵抗ＲＳＥＮは、ＰＭ堆積時には、数百Ω〜１ｋΩとなり、ＰＭ燃焼時には１ＭΩ以上に変化する。
また、本実施形態において、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴは、１６ｋΩ〜３６ｋΩ、出力電圧検出手段６０の分圧抵抗Ｒ１は、４ｋΩ〜２４ｋΩに設定され、電源電圧ＶＣＣは、５．０ｖに設定されている。
【００２９】
検出部１１にＰＭが最大量堆積した場合、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて検出抵抗ＲＳＥＮが遙かに小さいので出力電圧ＶＯＵＴは、検出抵抗ＲＳＥＮと分圧抵抗Ｒ１とによって決まり、４．０ｖ〜４．８ｖとなり、ダイナミックレンジを有効活用すると共に、出力のバラツキを考慮しても安定して検出可能な範囲となる。
分圧抵抗Ｒ１を２４ｋΩ以上にすると出力バラツキが大きくなり、分圧抵抗Ｒ１を４ｋΩ以下にするとダイナミックレンジが低下し、検出精度が悪くなる。
また、検出部１１に堆積したＰＭが燃焼除去された状態では、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴに比べて検出抵抗ＲＳＥＮが遙かに大きいので出力電圧ＶＯＵＴは、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって決まり、０．５ｖ〜１．０ｖとなる。
オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴを３６ｋΩ以上にすると、ダイナミックレンジが低下し、検出精度が悪くなり、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴを１６ｋΩ以下にすると、オフセット値が小さくなり、正常時と断線時との判別が困難となる。
【００３０】
図２を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子の変形例１０ａについて説明する。
上記実施形態においては、断線検出抵抗１３を加熱部１４によって加熱可能な位置に設けて、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴの安定化を図っているが、本実施形態においては、リード部１１１、１２１の反出力側から引き出した断線検出抵抗リード部１１３ａ、１２３ａを、電気絶縁性基板１００の出力側まで引き延ばし、被測定ガスの熱や、加熱部１４からの熱を受けず、熱的に安定した位置に、断線検出抵抗端子部１１４ａ、１２４ａを設け、チップ抵抗等の固定抵抗器からなる断線検出抵抗１３ａを実装し、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴの安定化を図っている。
なお、本実施形態において、断線検出抵抗１３ａとして感温特性を有するサーミスタを用いると共に、検出部側の加熱部１４によって加熱可能な位置に設けても良い。
このような構成とすることにより、上記実施形態と同様の効果に加え、検出部１１の温度を検出することが可能となり、微粒子検出時の検出部１１の温度管理や加熱部１４の温度制御がより正確に実現できるようになり、さらに信頼性の高いガスセンサが実現できる。
【００３１】
図３を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ａを用いたガスセンサ１のより具体的な構成について説明する。
ガスセンサ１は、微粒子検出素子１０を内側に挿入保持する略筒状のインシュレータ２１と、被測定ガスの流れる流路壁４０に固定され、インシュレータ２１を保持すると共に、微粒子検出素子１０の検出部１１を被測定流路４００内の所定の位置に保持するハウジング２０と、ハウジング２０の先端側に設けられ、微粒子検出素子１０の検出部１１を保護するカバー体３０と、ハウジング２０の基端側に設けられ、接続金具１１５、１１６、１２５、１２６を介して微粒子検出素子１０の端子部１１２、１２２に接続され、検出部１１に捕集・堆積されたＰＭ量に応じて変化する検出電極１１０、１２０間の検出電気抵抗ＲＳＥＮを外部の抵抗測定手段６０に伝達する一対の信号線１１７、１２７と、微粒子検出素子１０に内蔵されたヒータ１１４１とヒータ端子部１４５ａ、１４５ｂ、接続金具１４６ａ、１４６ｂを介して接続される一対の導通線１４７ａ、１４７ｂとを、封止部材２２０を介して基端側で固定する略筒状のケーシング２２とによって構成されている。
カバー体３０のカバー基体３００には、ＰＭを含む被測定ガスを検出部１１に導入するための被測定ガス入出孔３０１、３０２が適宜穿設され、基端側に設けたフランジ部３０３がハウジング２０の先端側に設けた加締め部２０３によって加締め固定されている。
本実施形態において、断線検出抵抗１３ａは、インシュレータ２１内の比較的温度が安定した位置に配置してある。
被測定ガスとして、ＰＭを含むディーゼル燃焼排気が、被測定ガス流路４００内を流れ、カバー体３０に設けられた被測定ガス入出孔３０１、３０２から導入され、被測定ガス中に検出部１１を晒している微粒子検出素子１０の検出部１１の表面に接触し、検出電極１１０、１２０の間にＰＭが堆積し、検出電極１１０、１２０間に検出抵抗ＲＳＥＮが形成され、ガスセンサ１の外部に設けた抵抗測定手段６０によって検出抵抗ＲＳＥＮとオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴとの合成抵抗を検出し、ＰＭの堆積量を算出することができる。
【００３２】
図４を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ｂとして他の変形例について説明する。上記実施形態においては、リード部１１１、１２１の反抵抗測定手段側の端部と断線検出抵抗１３とを、電気絶縁性基板１００に厚膜印刷等の方法により形成した断線検出抵抗リード部１１３、１２３を介して接続した例を示したが、本実施例における微粒子検出素子１０ｂでは、断線線検出抵抗１３ｂとして、電気絶縁性基板１００の出力側に配置した、リード付き固定抵抗器を用い、リード線１１３ｂ、１２３ｂを介してリード部１１１、１２１の反抵抗測定手段側の端部と接続してある。このような構成とすることにより、厚膜によって形成した場合に比べ、断線検出抵抗リード部１１３ｂ、１２３ｂの内部抵抗を小さくでき、検出精度の向上を図ると共に、断線検出抵抗リード部１１３ｂ、１２３ｂの耐久性の向上を図ることもできる。
【００３３】
図５を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ｃとして他の変形例を説明する。
図５に示すように、断線検出抵抗１３ｃとして、リード付き固定抵抗器を用い、さらに、断線検出抵抗リード部１１３ｃ、１２３ｃを折り曲げ、検出部１１の裏面側で断線検出抵抗１３ｃが加熱部１４に接するようにしても良い。
このような構成とすることによって、断線検出抵抗１３ｃをヒータ１４１によって加熱可能とし熱的に安定させると共に、検出部１１の裏面側に配設することにより、断線検出抵抗リード部１１３ｃ、１２３ｃと電気絶縁性基板１００とが立体的に離隔されるのでＰＭの堆積による導電パスが形成されがたくなり。断線検出抵抗１３ｃへの影響を廃除できる。
【００３４】
図６を参照して、本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０ｄとして他の変形例を説明する。
上記実施形態においては、電気絶縁性基板１０の表面に断線検出抵抗１３を形成した例を示したが、本実施形態のように、電気絶縁性基板１００ｄを検出部１１と加熱部１４との間に介挿し、その表面に断線検出抵抗リード部１１３ｄ、１２３ｄ及び断線検出抵抗１３ｄを形成し、リード部１１１、１２１の反検出側の端部と電気絶縁性基板１００ｄを貫通するスルーホール電極１１８、１２８を介して接続させても良い。
本実施形態においては、断線検出抵抗１３ｄを非可熱領域に設けた例を示したが、ヒータ１４０によって加熱可能な位置に設けても良い。
【００３５】
図７を参照して、本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子１０ｅを用いたガスセンサ１ｅの概要について説明する。
上記実施形態においては、検出部１１を構成する一対の検出電極１１０、１２０を、それぞれ、リード部１１１、１２１から直線的に伸びるように複数の検出電極１１０、１２０を引き出し、これらを対向せしめて櫛歯状に形成した例を示したが、本実施形態においては、リード部１１１、１２１に接続される一対の検出電極１１０ｅ、１２０ｅの一部をクランク状に屈曲させて所定の間隙を設けて対向させ、これらの反抵抗測定部側の端部が断線検出抵抗リード部１１３ｅ、１２３ｅを介して断線検出抵抗１３に接続してある。
このような構成とすることによって、図７（ｂ）に示すように、ＰＭの堆積により検出部１１ｅに形成される検出抵抗ＲＳＥＮと、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴとが並列に接続されるので合成抵抗が低下し、電源電圧ＶＣＣから合成抵抗によって降下する出力電圧ＶＯＵＴを、抵抗測定手段６０として設けた分圧抵抗Ｒ１によって検出するときに、微粒子検出素子１０に流れる電流を分圧抵抗Ｒ１の検出限界以上に引上げ、不感期間を解消することができる。
【００３６】
加えて、図７（ｃ）に示すように、検出電極１１０ｅ、１２０ｅを含め検出部１１と抵抗測定手段６０とを繋ぐ通電経路（１１１、１１２、１１３ｅ、１１４〜１１７、１２１、１２２、１２３ｅ、１２４〜１２７）の全てが、断線検出抵抗１３を介して直列に接続された状態となるので、検出電極１１０ｅ、１２０ｅ及び通電経路（１１１、１１２、１１３ｅ、１１４〜１１７、１２１、１２２、１２３ｅ、１２４〜１２７）のいずれかに断線が発生した場合に、導通経路のみならず検出部１１の如何なる場所で断線が発生しても、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼除去した直後には、出力電圧ＶＯＵＴが０となるので、確実に断線を検出することが可能となり、速やかに異常を警告する等により異常解消のための対応を図ることができる。
上記第１の実施形態においては、導通経路における断線の有無の検出は可能でも、検出電極１１０、１２０自体の断線の検出ができなかったが、本実施形態においては、検出電極１１０ｅ、１２０ｅ自体の断線も検出することができる。
なお、本実施形態においては、分圧抵抗Ｒ１を検出抵抗ＲＳＥＮと接地との間に設けた例を示したが、電源電圧ＶＣＣと検出抵抗ＲＳＥＮとの間に設けた構成としても良い。
【００３７】
図８を参照して、本発明の第２の実施形態における微粒子検出素子１０ｆ、１０ｇとして変形例について説明する。
本実施形態においても上記実施形態と同様、断線検出抵抗リード部１１３、１２３を介して断線検出抵抗１３ｆ、１３ｇの載置位置を検出部１１ｆ、１１ｇの電気的に反出力側に載置するのであれば、断線検出抵抗１３の載置位置を適宜変更することができる。
【００３８】
図９を参照して、本発明の第２の実施形態における検出部１１の変形例について説明する。上記実施形態においては、断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと検出抵抗ＲＳＥＮの合成抵抗ＲＳＵＭと分圧抵抗Ｒ１とによって電源電圧ＶＣＣを分圧して出力電圧ＶＯＵＴを検出するように構成した例について説明したが、本図（ａ）に示すように、定電流電源６０ｈを設け、オペアンプ６０１によって、出力電圧ＶＯＵＴを検出するように構成しても良いし、本図（ｂ）に示すように、定電圧電源８０を用い、オペアンプ６０１ｉを用いて出力電圧ＶＯＵＴを検出するように構成しても良い。
なお、これらの実施形態は、本発明の第１の実施形態にも適宜採用し得るものである。
【００３９】
図１０を参照して、本発明のガスセンサ１の基本的な断線検出方法について説明する。
本図（ａ）は、最も単純化した断線検出方法を示すものであり、ステップＳ１００の出力電圧閾値判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴと所定の閾値ＶＲＥＦとの比較を行い、例えば閾値ＶＲＥＦとして、０ｖに近い値を設定すれば、出力電圧ＶＯＵＴが限りなく０ｖに近ければ判定Ｙｅｓとなり、断線が発生していると判断され、ステップＳ１１０の断線判定がなされ、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦ以上であれば、断線があるとは判定されず、見かけ上正常と判断し得るので、判定Ｎｏとなり、一応の正常判定とすることもできるが、より正確な判定をするために、後述するステップＳ２００の正常判定手段に進む。
本実施形態によれば、断線を生じていなければ、少なくとも断線検出抵抗１３によって導通が確保されているので、出力電圧ＶＯＵＴが必ず発生し、誤差を考慮して、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦより小さければ、確実に断線していると判断できる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦ以下を断線と判断したが、所定の閾値ＶＲＥＦ以上を断線と判断するように構成しても良い。 出力電圧ＶＯＵＴが上定の閾値ＶＲＥＦ以上を断線と判断するか、所定の閾値ＶＲＥＦ以下を断線と判断するかは、、抵抗測定手段６０を検出抵抗ＲＳＥＮに対してハイサイドに設けるかローサイドに設けるか、出力電圧ＶＯＵＴを反転出力とするか非反転出力とするか、閾値ＶＲＥＦを形成する分圧抵抗Ｒ１を検出抵抗ＲＳＥＮに対して、ハイサイドに設けるかローサイドに設けるか等によって適宜変更可能である。
【００４１】
本図（ｂ）は、確実な断線の有無を判定するための判定方法を示すフローチャートである。
ステップＳ２００のＰＭ燃焼行程では、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼するためにヒータ部１４へ通電がなされＰＭが燃焼除去される。
ステップＳ２１０のＰＭ燃焼完了判定手段では、ＰＭの燃焼が完了したか否かが判定される。具体的には、ＰＭ燃焼行程がスタートしてからの燃焼時間を計測したり、検出抵抗ＲＳＥＮの出力の有無を検出することによって判断したり、これらの両方を組み合わせてＰＭ燃焼が完了したか否かを判定することができる。
ステップＳ２１０で、燃焼完了していないと判定された場合には、判定Ｎｏとなり、ステップＳ２００のＰＭ燃焼行程に戻り、完全にＰＭが燃焼されるまで繰り返される。
検出部１１に堆積したＰＭが完全に燃焼されるとステップＳ２１０の燃焼完了判定手段で判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ２２０の閾値判定手段に進む。
ステップＳ２２０の閾値判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値より小さいか否かが判定され、断線が発生している場合には、出力電圧ＶＯＵＴは０又は限りなく０に近い値となり、判定Ｙｅｓとなり、断線判定される。
検出部１１にＰＭが完全に堆積していない状態で、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値ＶＲＥＦ（例えば、断線検出抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって分圧されたオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ）以上であれば、判定Ｎｏとなり、ステップＳ２３０の正常判定に進む。
【００４２】
図１１を参照して本発明のガスセンサ１の断線検出方法の他の具体例について説明する。電子制御装置７０に設けられた断線検出手段では、図１１に示したフローチャートに従って、ガスセンサ１の断線判定が開始される。なお、本断線検出方法は、断線検出手段であると同時に、ガスセンサの再生手段でもある。
ステップＳ３００の第１の出力判定手段では、微粒子検出素子１０の出力電圧ＶＯＵＴの有無が判定され、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖより大きければ、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ３１０に進み、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖ、即ち、出力がなければ、判定にＮｏとなり、ステップＳ３７０の断線判定手段に進む。
ステップＳ３１０の第２の出力判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴが所定の第１の閾値Ｖｒｅｆ１より大きいか否かが判定される。出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以下である場合には、微粒子検出素子１０の検出部１１に堆積したＰＭの量が飽和状態となっておらず、ＰＭ量を検出可能であるため、判定Ｎｏとなる。ＰＭの堆積量が所定量以上となり、検出電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以上となり、判定Ｙｅｓとなるまで、ステップＳ３００とステップＳ３１０とを繰り返す。
ＰＭの堆積量が飽和量に近づき、ステップＳ３１０で判定Ｙｅｓとなると、ステップＳ３２０の微粒子燃焼行程に進む。
ステップＳ３２０の微粒子燃焼行程では、検出部１１に堆積したＰＭ量が所定量以上となっているため、ヒータ１４０へ通電を開始し、検出部１１に堆積したＰＭを燃焼除去させる。
微粒子燃焼行程が開始されると、出力電圧ＶＯＵＴがモニタされ、ステップ１３０の微粒子燃焼完了判定手段において、ＰＭの燃焼が完了されたかどうかを、出力電圧ＶＯＵＴと第２の閾値Ｖｒｅｆ２との比較によって判定される。
ＰＭの燃焼により、検出電極１１０、１２０間の検出抵抗ＲＳＥＮが上がり、出力電圧ＶＯＵＴが第２の閾値Ｖｒｅｆ２以下となるまで、判定Ｎｏとなり、ステップＳ３２０とステップＳ３３０とを繰り返し、ＰＭの燃焼のためにヒータ１４０への通電が維持される。
ステップＳ３３０で出力電圧ＶＯＵＴが第２の閾値Ｖｒｅｆ２以下となり、判定ＹｅｓとなるとステップＳ３４０の微粒子燃焼確認タイマｔがスタートする。
次いでステップＳ３５０の微粒子燃焼確認判定手段では、微粒子燃焼確認タイマｔが所定の閾値ｔｒｅｆを経過したかどうかが判定される。
微粒子燃焼確認タイマｔが閾値ｔｒｅｆ経過するまでは、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値Ｖｒｅｆ２以下となってもＰＭを確実に燃焼させるため、ヒータ１４０への通電が維持される。
所定時間が経過し、ステップＳ３５０で判定Ｙｅｓとなるとステップ１６０の微粒子燃焼停止行程に進み、ＰＭの燃焼のためのヒータ１４０への通電が停止される。
次いでステップＳ３７０の断線判定手段では、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖであるか否かによって、断線判定を行う。
ステップＳ３４０からステップＳ３６０によって確実にＰＭが燃焼された状態であるにも拘わらず、ステップＳ３７０において出力電圧ＶＯＵＴが０ｖである場合には、断線していることが確実であるので、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ３８０の断線判定を行う。
ステップＳ３４０からステップＳ３６０によって確実にＰＭが燃焼された状態であり、かつ、ステップＳ３７０において出力電圧ＶＯＵＴが０ｖ出ない場合には、正常であることが確実であるので、判定Ｎｏとなり、ステップＳ３９０の正常判定を行う。
ステップＳ３００で出力電圧ＶＯＵＴが０ｖであれば、断線しており、必然的にステップＳ３７０においても、出力電圧ＶＯＵＴが０ｖとなり、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ３８０の断線判定を行う。
スッテプＳ１８０及びステップＳ３９０では、断線の有無の判定結果をダイアグ出力等により外部に伝達し、断線判定を終了する。
なお、ＰＭの堆積によって出力電圧ＶＯＵＴが０ｖのままである場合には、検出部１１以外の導通経路における断線であり、ＰＭの堆積によって出力電圧ＶＯＵＴが変化し、ＰＭの燃焼後の出力電圧ＶＯＵＴが０となる場合には、検出部１１における断線であることと判断できるので、ステップ１８０における断線判定において、検出部１１における断線であるか、検出部１１以外の通電経路における断線であるかを判定してダイアグ出力を分けて行うこともできる。
【００４３】
図１２を参照して、本発明の微粒子検出素子１０を用いたガスセンサ１の正常時における本発明の効果について、比較例と共に説明する。
本発明の断線検出抵抗１３を備えていない微粒子検出素子を用いたガスセンサの出力変化を比較例として示す。
比較例では、一対の検出電極間にＰＭが堆積し始める時期においては、１ＭΩから１０ＭΩ程度の極めて高い抵抗値であるため、出力電圧ＶＯＵＴは、ほとんど０ｖで推移し、検出することができない不感期間ｔｄが存在する。
このため、不感期間ｔｄにおいて、ガスセンサ１に断線異常が発生していても異常かどうかの判断をすることができず、排気浄化装置の故障によるＰＭの流出等の異常を阻止できない虞がある。
一方、本発明の断線検出抵抗１３を備えた微粒子検出素子１０を用いたガスセンサ１では、断線検出抵抗１３が、検出部１１に堆積するＰＭによって形成される出力電極１１０、１２０間に検出抵抗ＲＳＥＮを形成したときに、検出抵抗ＲＳＥＮに対して、断線検出抵抗１３のオフセット抵抗ＲＯＦＳＥＴが並列となるので、合成抵抗が下がり、ＰＭ堆積初期においても、出力電圧ＶＯＵＴの検出が可能となる。
ＰＭの堆積量が少ない場合、検出電極１１０、１２０間に形成される検出抵抗ＲＳＥＮが大きく、出力電圧ＶＯＵＴは、オフセット抵抗ＲＯＦＦＳＥＴと分圧抵抗Ｒ１とによって決まり、オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴにほぼ等しくなる。
さらに、ＰＭの堆積が進み、出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以上となると、上述の断線判定手段に従って、ＰＭの燃焼が開始され、出力電圧ＶＯＵＴがオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴの近傍の第２の閾値ＶＲＥＦ２以下となってから所定時間ｔｒｅｆだけＰＭの燃焼が維持され確実にＰＭが除去された状態で、断線の有無が判定され、ＰＭ燃焼停止後の出力電圧ＶＯＵＴが０ｖ以上のオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴとなっていれば、正常判定され、そのままＰＭが堆積し、出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値以上となると再びＰＭの燃焼が開始される。
【００４４】
図１３を参照して、断線異常が発生した場合の効果について説明する。
図１３（ａ）に示すように、正常であれば、出力電圧ＶＯＵＴは、ＰＭの堆積によって出力電圧ＶＯＵＴが上昇し、ＰＭの燃焼によってもオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ以下とはならず、検出部１１にＰＭが堆積している途中で検出部１１以外の通電経路に断線が発生した場合には、ＰＭの燃焼の有無に関わらず出力電圧ＶＯＵＴが０となったまま継続されるので容易に断線が生じていることが分かる。
本発明の第１の実施形態における微粒子検出素子１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと第２の実施形態における微粒子検出素子１０ｅ、１０ｆ、１０ｇのいずれを用いてもこのような断線を検出することができる。
図１３（ｂ）に示すように、検出部１１ｅに断線が発生した場合、ＰＭの堆積途中では、断線部分にＰＭが堆積して導電パスを形成すると、出力電圧ＶＯＵＴは、断線が生じていても０とならず、この状態では断線の有無が検出されず、ガスセンサ１は、一見正常なように機能する。
ＰＭの堆積が進み出力電圧ＶＯＵＴが第１の閾値Ｖｒｅｆ１以上となり、ＰＭの燃焼が開始され、断線部分に堆積したＰＭが除去されると、検出部１１の断線部以外にＰＭが残存していても、急激に抵抗値が高くなり、出力電圧ＶＯＵＴは、第２の閾値Ｖｒｅｆ２以下となる。しかし、本発明では、出力電圧ＶＯＵＴが第２の閾値となっても直ちにＰＭの燃焼を停止するのではなく、所定の時間ｔｒｅｆだけ、ＰＭの燃焼を維持し、完全に検出部１１に堆積したＰＭを除去した後、断線判定を行う。
このため、検出部１１に断線が生じている場合には、ＰＭ燃焼確認後に、出力電圧ＶＯＵＴが０となっているので検出部１１に断線が生じていることが解り、確実に断線判定をすることができる。
なお、検出部１１に断線が生じている場合、このままガスセンサ１を作動させると、断線部にＰＭが堆積し、断線部をバイパスして一見正常なように作動するが、ＰＭ燃焼後には、出力電圧ＶＯＵＴが０となり、断線異常であることが分かる。
【００４５】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載される粒子状物質検出センサを例に説明したが、本発明の粒子状物質検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおける粒子状物質検出の用途にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ ガスセンサ
１０ 微粒子検出素子
１１ 検出部
１１０、１２０ 検出電極
１１１、１２１ リード部
１１２、１２２ 端子部
１１３、１２３ 断線検出抵抗リード部
１１４、１２４ 断線検出抵抗端子部
１１５、１１６、１２５、１２６ 接続金具
１１７、１２７ 信号線
１００、１４０ 電気絶縁性耐熱基板
１３ 断線検出抵抗
１４１ ヒータ
１４２ａ、１４２ｂ ヒータリード部
１４３ａ、１４３ｂ スルーホール電極
１４４ａ、１４４ｂ ヒータ端子部
１４５ａ、１４５ｂ、１４６ａ、１４６ｂ 接続金具
１４７ａ、１４７ｂ 通電線２０ ハウジング
２１ インシュレータ
２２ ケーシング
２２０ 封止部材
３０ カバー体
３０１、３０２ 被測定ガス入出孔
４０ 被測定ガス流路壁
４００ 被測定ガス流路
６０ 抵抗測定手段
６１ 加熱制御手段
７０ 電子制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１３８６６１号
【特許文献３】欧州特許出願公開第１９２５９２６号明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、
上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように反抵抗測定手段側に設けたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
上記一対の検出電極を複数の電極が突出する櫛歯形状に形成し、これらを対向せしめた請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記一対の検出電極の一部をクランク状に屈曲させて、これらを対向せしめた請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記断線検出抵抗を熱的に安定した位置に載置した１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
上記断線検出抵抗として感温特性を有するサーミスタを用いると共に、上記検出部側に設けた請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサの断線検出方法であって、
上記ガスセンサが、上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように設けた、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を具備し、
少なくとも、上記検出抵抗と上記断線検出抵抗との合成抵抗によって検出される出力電圧と所定の閾値との比較によって断線の有無を検出する断線判定手段を有し、上記出力電圧が所定の閾値を越えた場合に断線と判定することを特徴とするガスセンサの断線検出方法。
【請求項７】
上記加熱部の作動により上記検出部に堆積した微粒子を燃焼除去する燃焼行程と、燃焼時間及び微粒子検出素子の出力のいずれか１つ若しくは両方を用いて微粒子の燃焼完了を判定する微粒子燃焼完了判定手段と、微粒子の燃焼確認後における微粒子検出素子の出力の有無によって断線の有無を判定する断線判定手段とを具備し、微粒子を完全に除去した状態で断線の有無を判定する請求項６に記載のガスセンサの断線検出方法。
【請求項１】
少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサにおいて、
上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように反抵抗測定手段側に設けたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
上記一対の検出電極を複数の電極が突出する櫛歯形状に形成し、これらを対向せしめた請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記一対の検出電極の一部をクランク状に屈曲させて、これらを対向せしめた請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記断線検出抵抗を熱的に安定した位置に載置した１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
上記断線検出抵抗として感温特性を有するサーミスタを用いると共に、上記検出部側に設けた請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
少なくとも、被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けた検出部と該検出部を加熱する加熱部とを有する微粒子検出素子と、該微粒子検出素子によって検出された導電性微粒子の量に応じて変化する上記検出電極間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを具備して、被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するガスセンサの断線検出方法であって、
上記ガスセンサが、上記検出部と上記抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、上記一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように設けた、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を具備し、
少なくとも、上記検出抵抗と上記断線検出抵抗との合成抵抗によって検出される出力電圧と所定の閾値との比較によって断線の有無を検出する断線判定手段を有し、上記出力電圧が所定の閾値を越えた場合に断線と判定することを特徴とするガスセンサの断線検出方法。
【請求項７】
上記加熱部の作動により上記検出部に堆積した微粒子を燃焼除去する燃焼行程と、燃焼時間及び微粒子検出素子の出力のいずれか１つ若しくは両方を用いて微粒子の燃焼完了を判定する微粒子燃焼完了判定手段と、微粒子の燃焼確認後における微粒子検出素子の出力の有無によって断線の有無を判定する断線判定手段とを具備し、微粒子を完全に除去した状態で断線の有無を判定する請求項６に記載のガスセンサの断線検出方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２０３０９３（Ｐ２０１１−２０３０９３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０２２１（Ｐ２０１０−７０２２１）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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