(57)【要約】  本発明は、粒子状物質排出量を精度良く推定することのできる内燃機関の粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。  本発明の内燃機関の粒子状物質検出装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質を検出するための一対の電極を有するセンサと、センサの出力に基づいて粒子状物質の排出量を推定する排出量推定手段と、排気ガス中の粒子状物質がセンサに堆積する割合の指標となる所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段とを備え、排出量推定手段は、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づいて、粒子状物質排出量の推定値を補正する。
2012077182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質を検出するための一対の電極を有するセンサと、
前記センサの出力に基づいて、粒子状物質の排出量を推定する排出量推定手段と、
排気ガス中の粒子状物質が前記センサに堆積する割合の指標となる所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
を備え、
前記排出量推定手段は、前記パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づいて、粒子状物質排出量の推定値を補正することを特徴とする内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記所定のパラメータは、前記センサの近傍の排気ガス流量であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記センサは、前記一対の電極間に電圧を印加することによって発生した電界により粒子状物質を引き寄せて捕集する静電捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を大きくする方向に補正することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記センサは、排気ガスの流れに乗って移動する粒子状物質の慣性によって粒子状物質を捕集する慣性捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記所定のパラメータは、前記一対の電極間のインピーダンスであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記排出量推定手段は、前記インピーダンスが小さい場合には前記インピーダンスが大きい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記センサに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するセンサリセットを行うリセット手段を備え、
前記パラメータ取得手段は、前記センサリセット後、前記センサが所定温度となったときに前記インピーダンスを計測することを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質をトラップするフィルタを備え、
前記所定のパラメータは、前記フィルタの再生処理後における前記フィルタの前後の差圧であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開２００９−１４４５７７号公報には、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの下流に設けられた、パティキュレートマター（ＰＭ）が付着する電気絶縁材と、この電気絶縁材に相互に離間して設けられた複数の電極と、この複数の電極間の電気抵抗値に相関する指標を計測し、計測した指標が所定基準より小さくなったことを検出すると、パティキュレートフィルタの故障を判定する制御手段とを備えたパティキュレートフィルタの故障判定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００９−１４４５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に開示されたようなＰＭセンサを用いた粒子状物質検出装置では、従来、次のようにして、粒子状物質排出量を推定している。ＰＭセンサは、電極間の電気抵抗に応じたセンサ出力を発する。電極間に堆積した粒子状物質の量に応じて、電極間の電気抵抗が低下する。粒子状物質排出量が多いほど、電極間に堆積する粒子状物質の量が多くなる。以上を前提として、ＰＭセンサのセンサ出力が粒子状物質排出量と対応する関係にあるものとして、粒子状物質排出量を推定している。【０００５】
しかしながら、本発明者の研究によれば、車両の走行条件などによって、上記の方法による粒子状物質排出量の推定値と、実際の粒子状物質排出量との間にずれが生ずる場合がある。【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、粒子状物質排出量を精度良く推定することのできる内燃機関の粒子状物質検出装置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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の粒子状物質検出装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質を検出するための一対の電極を有するセンサと、
前記センサの出力に基づいて、粒子状物質の排出量を推定する排出量推定手段と、
排気ガス中の粒子状物質が前記センサに堆積する割合の指標となる所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
を備え、
前記排出量推定手段は、前記パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づいて、粒子状物質排出量の推定値を補正することを特徴とする。【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記所定のパラメータは、前記センサの近傍の排気ガス流量であることを特徴とする。【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記センサは、前記一対の電極間に電圧を印加することによって発生した電界により粒子状物質を引き寄せて捕集する静電捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を大きくする方向に補正することを特徴とする。【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記センサは、排気ガスの流れに乗って移動する粒子状物質の慣性によって粒子状物質を捕集する慣性捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする。【００１１】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記所定のパラメータは、前記一対の電極間のインピーダンスであることを特徴とする。【００１２】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記排出量推定手段は、前記インピーダンスが小さい場合には前記インピーダンスが大きい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする。【００１３】
また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記センサに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するセンサリセットを行うリセット手段を備え、
前記パラメータ取得手段は、前記センサリセット後、前記センサが所定温度となったときに前記インピーダンスを計測することを特徴とする。【００１４】
また、第８の発明は、第１の発明において、
前記排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質をトラップするフィルタを備え、
前記所定のパラメータは、前記フィルタの再生処理後における前記フィルタの前後の差圧であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、排気ガス中の粒子状物質がセンサに堆積する割合の指標となる所定のパラメータを取得し、その取得されたパラメータに基づいて粒子状物質排出量の推定値を補正することができる。このため、排気ガス中の粒子状物質がセンサに堆積する割合を変化させる要因の影響を適切に補正することができるので、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。【００１６】
第２の発明によれば、センサの近傍の排気ガス流量が及ぼす影響を適切に補正することができるので、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。【００１７】
第３の発明によれば、静電捕集式のセンサを用いたシステムにおいて、センサの近傍の排気ガス流量が及ぼす影響を適切に補正し、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。【００１８】
第４の発明によれば、慣性捕集式のセンサを用いたシステムにおいて、センサの近傍の排気ガス流量が及ぼす影響を適切に補正し、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。【００１９】
第５の発明によれば、電極間のインピーダンスに基づいて粒子状物質排出量の推定値を補正することにより、電極の凝集あるいは被毒が及ぼす影響を適切に補正することができるので、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。【００２０】
第６の発明によれば、電極の凝集あるいは被毒が及ぼす影響を適切に補正することができるので、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。【００２１】
第７の発明によれば、センサが所定温度となったときにインピーダンスを計測することにより、温度によるインピーダンスの変化の影響を排除することができるので、適切な補正を容易に行うことができる。【００２２】
第８の発明によれば、粒子状物質をトラップするフィルタの再生処理後におけるフィルタの前後差圧に基づいて、電極の被毒が及ぼす影響を適切に補正することができるので、粒子状物質排出量の推定精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】ＰＭセンサを示す断面図である。
【図３】ＰＭセンサのセンサ素子部の一部を拡大した図である。
【図４】図３中のＡ−Ｂ線での模式的な断面図である。
【図５】電極間にＰＭが堆積する様子を模式的に示す図である。
【図６】ＰＭ排出量の検出を行った際のＰＭセンサのセンサ出力と、ＰＭ排出量との関係を示す図である。
【図７】ＰＭセンサによりＰＭ排出量を検出する実験の結果を示す図である。
【図８】排気ガス流量が大きい場合、中程度の場合、小さい場合、のそれぞれの場合においてＰＭ排出量の検出を行った際のＰＭセンサのセンサ出力と、ＰＭ排出量との関係を示す図である。
【図９】ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍと、平均排気ガス流量との関係を示す図である。
【図１０】ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍと、電極間のインピーダンスとの関係を示す図である。
【図１１】電極間のインピーダンスに基づいてＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを補正するための補正係数を示すマップである。
【図１２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１３】ＰＭ再生処理後のパティキュレートフィルタの前後の差圧と、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関２０を備えている。内燃機関２０は、例えば車両に動力源として搭載される。内燃機関２０の排気通路２２の途中には、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter、以下「ＰＭ」と略記することもある。）をトラップする機能を有するパティキュレートフィルタ２４が設置されている。パティキュレートフィルタ２４の下流側の排気通路２２には、粒子状物質を検出可能なＰＭセンサ２が設置されている。
【００２６】
本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、ＰＭセンサ２のほか、内燃機関２０の吸入空気量を検出するエアフローメータ２６、内燃機関２０の出力軸の回転角度を検出するクランク角センサ２８、内燃機関２０を搭載した車両の運転席のアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」と称する）を検出するアクセル開度センサ３０、パティキュレートフィルタ２４の前後の差圧（上流側と下流側との差圧）を検出する差圧センサ３２等の各種のエンジン制御用センサ、並びに、図示しない燃料インジェクタ等の各種のエンジン制御用アクチュエータが電気的に接続されている。
【００２７】
本実施形態では、パティキュレートフィルタ２４の下流側にＰＭセンサ２を設けたことにより、パティキュレートフィルタ２４の下流側に排出されたＰＭの量を検出することができる。パティキュレートフィルタ２４に故障が生じた場合には、パティキュレートフィルタ２４によるＰＭ除去率が低下するので、パティキュレートフィルタ２４の下流側に排出されるＰＭの量が大きく増加する。本実施形態では、ＰＭセンサ２で検出されるパティキュレートフィルタ２４の下流側のＰＭ排出量に基づいて、パティキュレートフィルタ２４の故障の有無を精度良く検出することができる。
【００２８】
ただし、本発明におけるＰＭセンサ２の設置箇所は、パティキュレートフィルタ２４の下流側に限定されるものではない。例えば、内燃機関２０から排出されるＰＭを直接検出する位置にＰＭセンサ２を設けてもよい。
【００２９】
図２は、ＰＭセンサ２を示す断面図、図３は、ＰＭセンサ２のセンサ素子部の一部を拡大した図である。図２に示すように、ＰＭセンサ２は、カバー４と、カバー４内の空間に設置された素子部６とを備えている。カバー４は、気体を通過させる複数の孔を有している。カバー４の複数の孔からカバー４内部に排気ガスが流入し、素子部６が排気ガスに接した状態となる。
【００３０】
図３に示されるように、素子部６は、その表面に一対の電極８，１０を有している。一対の電極８，１０は、互いに接触しない状態で、互いに一定の間隔を開けて配置されている。電極８，１０は、それぞれ電極が他の部分より密に配置された密領域を有している。より具体的には、電極８，１０のそれぞれは、密領域以外の領域には、素子部６の長手方向にのびる導電部８ａ，１０ａが形成されている。一方、素子部６の先端付近の密領域には、導電部８ａ，１０ａと、導電部８ａ、１０ｂに垂直な方向に形成された複数の導電部８ｂ、１０ｂとが形成されている。すなわち、電極８，１０それぞれは、素子部６の密領域に櫛歯形状に配置された導電部８ｂ，１０ｂを有し、この櫛歯形状の部分は、互いに噛み合わされるように配置されている。
【００３１】
図４は、図３中のＡ−Ｂ線での模式的な断面図である。図４の上側が、図３の素子部６の表面側に対応している。図５は、電極８，１０間にＰＭが堆積する様子を模式的に示す図である。
【００３２】
図４に示すように、電極８，１０は、絶縁層１２に接して配置されている。絶縁層１２は、ＰＭを付着させる機能を有する。絶縁層１２内部の電極８，１０の近傍には、電極８，１０のそれぞれ対応する熱電対などの温度センサ１４（温度検出手段）が埋め込まれている。
【００３３】
電極８と電極１０とは、それぞれ、電源回路等を介して電源（図示せず）に接続される。これにより、電極８と電極１０との間に電圧が印加される。この電圧を印加することにより、電極８，１０間に電界が発生し、この電界によって排気ガス中の帯電したＰＭが引き寄せられ、電極８，１０間にＰＭが堆積していく（図５参照）。
【００３４】
温度センサ１４にはそれぞれに生じる起電力を検出する検出器（図示せず）が所定の回路を介して接続されている。温度センサ１４の起電力を検出することで、電極８，１０近傍の温度を検出することができる。
【００３５】
温度センサ１４の下層にはヒータ１６（加熱手段）が埋め込まれている。ヒータ１６は、その発熱の中心が、電極８，１０の密領域のすぐ下層にくるように形成されており、特にこの密領域が効率的に加熱するように構成されている。このヒータ１６には、電源回路等を介して通電可能になっている。
【００３６】
上記の検出器や電源回路等は、ＥＣＵ５０に電気的に接続され、ＥＣＵ５０によって制御される。ＰＭセンサ２は、電極８，１０間の電気抵抗に応じたセンサ出力を発する。ＥＣＵ５０は、ＰＭセンサ２のセンサ出力に基づいて、ＰＭ排出量（ＰＭセンサ２の設置箇所を通過したＰＭの量）を検出することができる。
【００３７】
電極８，１０間に堆積したＰＭの量が、ある一定の限度を超えた場合には、その堆積したＰＭを除去する必要がある。本実施形態では、ヒータ１６に通電して素子部６を加熱することにより、電極８，１０間に堆積したＰＭを燃焼させて除去することができる。ヒータ１６に通電して電極８，１０間に堆積したＰＭを除去することを「リセット」と称する。
【００３８】
ＰＭ排出量の検出は、ＰＭセンサ２をリセットした状態から開始される。図６は、ＰＭ排出量の検出を行った際のＰＭセンサ２のセンサ出力と、ＰＭ排出量との関係を示す図である。図６の横軸のＰＭ排出量とは、リセット後にＰＭセンサ２の設置位置を通過したＰＭの積算量（重量）である。
【００３９】
ＰＭセンサ２をリセットした状態では、電極８，１０間は絶縁されている。電極８，１０間が絶縁されているときには、センサ出力はゼロとなる。このため、図６に示すように、検出開始当初、センサ出力は、ゼロとなる。図５の左側の図は、電極８，１０間にＰＭが堆積し始めたが、導通パスがまだ形成されていない状態を表している。この状態では、電極８，１０間が絶縁されているので、センサ出力はゼロのままとなる。電極８，１０間にＰＭが更に堆積していき、ある一定の堆積量に達すると、図５の右側の図に示すように、堆積したＰＭによって電極８，１０間に導通パスが形成される。このような導通パスが形成されると、電極８，１０間の電気抵抗が下がり、センサ出力が出始める。そして、ＰＭ堆積量が更に多くなるほど、導通パスが大きくなり、電極８，１０間の電気抵抗が更に下がる。このようにして電極８，１０間の電気抵抗が小さくなるにつれて、センサ出力が大きくなる。
【００４０】
電極８，１０間に印加された電圧によって発生した電界により、ＰＭセンサ２の設置箇所を通過する排気ガス中のＰＭは、ＰＭセンサ２に引き寄せられて電極８，１０間に堆積する。ＰＭセンサ２の設置箇所を通過するＰＭの量（ＰＭ排出量）が多いほど、電極８，１０間に堆積するＰＭの量も多くなる。このため、ＰＭ排出量は、電極８，１０間のＰＭ堆積量と相関がある。また、電極８，１０間のＰＭ堆積量と、センサ出力とは、上述した関係がある。すなわち、電極８，１０間のＰＭ堆積量が所定量に到達すると、導通パスが形成され、センサ出力が出始める。そして、ＰＭ堆積量が更に多くなるにつれて、センサ出力が大きくなる。このため、センサ出力とＰＭ排出量とは、図６に示す関係があると想定できる。このため、図６に示す関係に基づき、センサ出力からＰＭ排出量を推定することができる。
【００４１】
本実施形態では、センサ出力が出始めた時点（導通パスが形成された時点）でのＰＭ排出量を推定するものとする。すなわち、次のようにしてＰＭ排出量を推定する。図６に示す関係において、リセット終了時からセンサ出力が出始めた時点までのＰＭ排出量が所定値Ｍｐｍ（例えば３０ミリグラム）であるとする。ＥＣＵ５０は、ＰＭセンサ２をリセットして検出を開始した後、センサ出力が出始めた時点で、リセット終了時からその時点までのＰＭ排出量がＭｐｍであると推定する。
【００４２】
図６に示すように、リセット後、センサ出力が出始めるまでは、センサ出力がゼロのままであり、変化しない。すなわち、センサ出力が出始めるまでの間は、センサ出力がＰＭ排出量に反応しない不感帯となる。以下の説明では、リセット後、センサ出力が出始めるまでの時間を「不感帯時間」と称する。
【００４３】
なお、本発明でＰＭ排出量を推定する方法は、センサ出力が出始めた時点でのＰＭ排出量を推定する方法に限定されるものではない。すなわち、図６に示すように、ＥＣＵ５０は、センサ出力がＹになった時点で、リセット終了時からその時点までのＰＭ排出量がβであると推定するようにしてもよい。
【００４４】
ＥＣＵ５０は、上記のようにしてＰＭ排出量の検出を終了した後、電極８，１０間のＰＭ堆積量が、リセットを行うべき量に到達したかどうかを、センサ出力等に基づいて判断する。そして、ＥＣＵ５０は、リセットを行うべき量にＰＭ堆積量が到達したと判定した場合には、ＰＭセンサ２をリセットする。ＰＭセンサ２のリセットが終了すると、次回のＰＭ排出量の検出を開始する。
【００４５】
本発明者は、内燃機関２０を搭載した車両について、各種の走行条件（走行モード）の下でＰＭセンサ２によりＰＭ排出量を検出する実験を行った。この実験では、リセット終了時からセンサ出力が出始めた時点（所定の閾値を超えた時点）までの正確なＰＭ排出量を排気ガス分析装置により測定した。図７は、その実験結果を示す図であり、黒丸で示す各点が各走行条件での実験結果を表している。図７に示すように、排気ガス分析装置により測定された実際のＰＭ排出量と、ＰＭセンサ２による推定値Ｍｐｍとがほぼ一致している実験結果がある一方で、両者の間にずれが生じている実験結果もあった。特に、図７中の破線で囲って示すように、実際のＰＭ排出量と、ＰＭセンサ２による推定値Ｍｐｍとが大きく乖離している実験結果もあった。
【００４６】
このように、ＰＭセンサ２による推定値Ｍｐｍが実際のＰＭ排出量と必ずしも一致しない原因の一つは、車両の走行条件によって、ＰＭセンサ２の近傍の排気ガス流量（以下、単に「排気ガス流量」と称する）が異なるためである。図８は、排気ガス流量が大きい場合、中程度の場合、小さい場合、のそれぞれの場合においてＰＭ排出量の検出を行った際のＰＭセンサ２のセンサ出力と、ＰＭ排出量との関係を示す図である。図８に示すように、排気ガス流量が比較的小さい場合においてセンサ出力が出始めるときのＰＭ排出量をＡとし、排気ガス流量が比較的大きい場合においてセンサ出力が出始めるときのＰＭ排出量をＣとし、排気ガス流量がそれらの中間である場合においてセンサ出力が出始めるときのＰＭ排出量をＢとすると、Ａ＞Ｂ＞Ｃなる関係が成立する。
【００４７】
本実施形態のＰＭセンサ２では、電極８，１０間に印加された電圧によって発生した電界により、排気ガス中のＰＭが素子部６に引き寄せられて、電極８，１０間に堆積する。このとき、排気ガス流量が大きいほど、排気ガス中のＰＭが電極８，１０間に堆積する割合は小さくなる。排気ガス流量が大きいほど、流れの勢いが強いので、ＰＭが素子部６に引き寄せられにくくなるためである。このことが原因となって、図８に示すような特性がもたらされる。すなわち、排気ガス流量が小さい場合には、排気ガス中のＰＭが電極８，１０間に堆積する割合が大きいので、ＰＭ排出量がＡに達した時点で、電極８，１０間に導通パスが形成され、センサ出力が出始める。これに対し、排気ガス流量が大きい場合には、排気ガス中のＰＭが電極８，１０間に堆積する割合が小さいので、ＰＭ排出量がＣ（＞Ａ）まで達しないと、電極８，１０間に導通パスが形成されず、センサ出力が出ない。排気ガス流量が中程度の場合には、排気ガス中のＰＭが電極８，１０間に堆積する割合も中程度となるので、ＰＭ排出量がＢ（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）に達した時点で、電極８，１０間に導通パスが形成され、センサ出力が出始める。
【００４８】
上記のような排気ガス流量の影響を補正するためには、ＰＭセンサ２のリセット終了時からセンサ出力が出始めた時点までのＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍは、排気ガス流量が小さい場合には上記Ａのように比較的小さい値とする必要があり、排気ガス流量が大きい場合には上記Ｃのように比較的大きい値とする必要があり、排気ガス流量が中程度の場合には上記Ｂのように中程度の値とすることが必要である。そこで、本実施形態では、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを次のようにして補正することとした。図９は、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍと、平均排気ガス流量との関係を示す図である。図９の横軸の平均排気ガス流量とは、ＰＭ排出量の検出期間（リセット終了時からセンサ出力が出始めた時点までの期間）における排気ガス流量を平均した値である。図９に示すマップでは、平均排気ガス流量が大きくなるほど、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍが大きくなるように定められている。上述した理由により、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを図９に示すマップに基づいて補正することにより、排気ガス流量の影響を適切に補正することができる。
【００４９】
また、本発明者の研究によれば、ＰＭセンサ２の経年変化（経年劣化）により、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍに誤差が生ずる場合があることが判明している。この経年変化としては、具体的には、電極８，１０の凝集や、電極８，１０の被毒がある。電極８，１０の凝集は、電極８，１０間に放電が発生した際に電極８，１０が溶けて変形することによって生ずる。電極８，１０の凝集が生ずると、電極８，１０の間隔が狭くなるため、電極８，１０間に発生する電界の強度が高くなる。このため、排気ガス中のＰＭを素子部６に引き寄せる力が増大するので、排気ガス中のＰＭが電極８，１０間に堆積する割合が増加する。それゆえ、電極８，１０の凝集が生じた場合には、正常な場合と比べて早い時点で、導通パスが形成され、センサ出力が出始めることになる。したがって、電極８，１０の凝集が生じた場合、その影響を補正するためには、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを小さくする方向に補正する必要がある。
【００５０】
一方、電極８，１０の被毒は、アッシュと一般に呼ばれるような絶縁性の被毒物質が電極８，１０間に付着堆積することによって生ずる。電極８，１０の被毒が生ずると、電極８，１０間の電界強度が低下するため、排気ガス中のＰＭを素子部６に引き寄せる力が低下する。その結果、排気ガス中のＰＭが電極８，１０間に堆積する割合が低下する。それゆえ、電極８，１０の被毒が生じた場合には、正常な場合と比べ、導通パスが形成されるまでにかかる時間が長くなり、センサ出力が出始める時点が遅くなる。したがって、電極８，１０の被毒が生じた場合、その影響を補正するためには、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを大きくする方向に補正する必要がある。
【００５１】
電極８，１０の凝集や被毒は、リセット後の電極８，１０間のインピーダンス（以下、単に「インピーダンス」と称する）を計測することによって検出することができる。リセット後、すなわち電極８，１０間に堆積したＰＭが除去された状態におけるインピーダンスは、堆積したＰＭの影響を受けないので、電極８，１０の状態を表す指標となる。電極８，１０の凝集が生ずるとインピーダンスが低下し、電極８，１０の被毒が生ずるとインピーダンスが上昇する。この点に鑑み、本実施形態では、インピーダンスが正常値と比べて低くなった場合には、電極８，１０の凝集が生じていると判断できるので、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを小さくする方向に補正することとした。これに対し、インピーダンスが正常値と比べて高くなった場合には、電極８，１０の被毒が生じていると判断できるので、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを大きくする方向に補正することとした。図１０は、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍと、インピーダンスとの関係を示す図である。図１０に示すように、インピーダンスが低い場合にはＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを小さくする方向に補正し、インピーダンスが高い場合にはＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを大きくする方向に補正することにより、電極８，１０の凝集や被毒の影響を適切に補正することができる。
【００５２】
なお、インピーダンスが特に高い場合には、断線等の故障によるものであると判断することができる。このため、図１０に示すように、インピーダンスが所定の限度を超えた場合には、ＰＭセンサ２が故障したと判定するようにしてもよい。
【００５３】
図１１は、インピーダンスに基づいてＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを補正するための補正係数を示すマップである。図１１に示すマップは、図１０に示す傾向を補正係数に変換したものである。本実施形態では、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍに対し、排気ガス流量に基づく補正と、インピーダンスに基づく補正との両方を施す。排気ガス流量に基づく補正に関しては、図９に示すマップに従って補正する。そして、その補正後の推定値Ｍｐｍに、図１１のマップから求めた補正係数を乗ずることにより、インピーダンスに基づく補正を行う。
【００５４】
図１２は、本実施形態においてＰＭ排出量を検出する際にＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンによれば、まず、ＰＭセンサ２のリセットを開始する（ステップ１００）。そして、電極８，１０間に堆積したＰＭが除去できたら、ＰＭセンサ２のリセットを終了する（ステップ１０２）。
【００５５】
続いて、インピーダンスの計測が行われる（ステップ１０４）。リセット時、ヒータ１６によって加熱された素子部６は高温となっている。リセットが終了し、ヒータ１６が停止されると、素子部６の温度が降下していく。この温度降下の途中、温度センサ１４で検出される温度が所定温度となったときに、インピーダンスが計測される。インピーダンスは、温度によっても変化する。上記の処理によれば、毎回、特定の温度でのインピーダンスを計測することができるので、温度によるインピーダンス変化の影響を除外することができる。インピーダンスが計測されると、そのインピーダンスから、図１１に示すマップに基づき、補正係数が算出される。
【００５６】
また、ＥＣＵ５０は、ＰＭセンサ２のリセットが終了し、ＰＭ排出量の検出が開始した後、平均排気ガス流量Ｖａｖｅの算出を逐次行う（ステップ１０６）。具体的には、まず、エアフローメータ２６で検出される吸入空気量等に基づいて、排気ガス流量を算出する。その算出された排気ガス流量の履歴に基づいて、ＰＭ排出量の検出開始時点から現時点までの平均排気ガス流量Ｖａｖｅを逐次算出する。なお、排気温度を検出する排気温度センサや排気圧力を検出する排気圧力センサが設けられている場合には、排気温度や排気圧力の検出値をも利用して、排気ガス流量をより高い精度で算出するようにしてもよい。
【００５７】
また、ＥＣＵ５０は、ＰＭセンサ２のセンサ出力が所定の閾値を超えたかどうかを逐次判断している（ステップ１０８）。そして、センサ出力が上記閾値を超えた場合には、センサ出力に変化が現れた（センサ出力が出始めた）ものと判定される。この場合には、平均排気ガス流量Ｖａｖｅの算出を終了し、補正したＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを算出する処理が行われる（ステップ１１０）。このステップ１１０では、まず、算出された平均排気ガス流量Ｖａｖｅと、図９に示すマップとに基づいて、排気ガス流量の影響を補正したＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍが算出される。続いて、この算出値に、上記ステップ１０４で算出されたインピーダンスに基づく補正係数を乗ずることにより、電極８，１０の凝集あるいは被毒の影響を補正した、最終的なＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍが算出される。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス流量や、電極８，１０の凝集、被毒の影響を適切に補正することができる。このため、ＰＭ排出量を正確に推定することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施形態では、排気ガス流量の影響に関する補正と、電極８，１０の凝集、被毒に関する補正との両方を行っているが、例えば次のような場合には、何れか一方の補正のみを行うようにしてもよい。ＰＭセンサ２の経年期間が短い場合には、電極８，１０の凝集あるいは被毒のおそれはないと判断できる。このような場合には、排気ガス流量の影響に関する補正のみを行えばよい。また、常に一定の機関負荷および機関回転数で運転される内燃機関の場合には、排気ガス流量の変化がないので、電極８，１０の凝集、被毒に関する補正のみを行えばよい。
【００６０】
また、電極８，１０の被毒に関する補正については、上述したインピーダンスに基づく方法に代えて、以下のような方法で補正することもできる。パティキュレートフィルタ２４に堆積したＰＭの量が多くなると、パティキュレートフィルタ２４の通気抵抗が増大し、パティキュレートフィルタ２４の前後の差圧が大きくなる。図１に示すシステムでは、差圧センサ３２で検出される差圧が大きくなった場合には、パティキュレートフィルタ２４に堆積したＰＭの量が多くなったものと判断し、このＰＭを燃焼除去するためのＰＭ再生処理を行う。ＰＭ再生処理は、公知の事項であるため、説明は省略する。ＰＭ再生処理が行われ、堆積したＰＭが除去されると、通常は、差圧センサ３２で検出される差圧は、正常値へと低下する。しかしながら、ＰＭ再生処理の後も、差圧センサ３２で検出される差圧が正常値まで低下しない場合がある。このような場合には、パティキュレートフィルタ２４にアッシュのような被毒物質が多く堆積していると判断することができる。被毒物質は、ＰＭ再生処理時の温度では燃焼しないので、除去されない。このため、ＰＭ再生処理の後も、堆積した被毒物質の影響によってパティキュレートフィルタ２４の通気抵抗が十分に低下せずに、差圧センサ３２で検出される差圧が高くなるのである。このように、ＰＭ再生処理の後に差圧センサ３２で検出される差圧は、パティキュレートフィルタ２４に堆積した被毒物質の量を表す指標となる。そして、パティキュレートフィルタ２４に被毒物質が堆積している場合には、ＰＭセンサ２の電極８，１０間にも、それに相応した量の被毒物質が堆積していると推定することができる。したがって、ＰＭ再生処理の後に差圧センサ３２で検出される差圧は、電極８，１０の被毒を表す指標として用いることができる。すなわち、ＰＭ再生処理の後に差圧センサ３２で検出される差圧が高い場合には、電極８，１０の被毒が生じていると判断できるので、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを大きくする方向に補正すればよい。図１３は、このような方法によってＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍを補正する場合の、ＰＭ再生処理後のパティキュレートフィルタ２４の前後の差圧と、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍとの関係を示す図である。図１３に示すマップによれば、上記差圧が大きい場合ほど、ＰＭ排出量の推定値Ｍｐｍが大きくなるように補正される。これにより、電極８，１０の被毒の影響を適切に補正することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、電極８，１０間に電圧を印加することによって発生した電界によりＰＭを引き寄せて素子部６に捕集する静電捕集式のＰＭセンサ２を備えたシステムを例に説明したが、本発明は、慣性捕集式のＰＭセンサを備えたシステムにも適用可能である。慣性捕集式のＰＭセンサでは、排気ガスの流れに乗って移動するＰＭの慣性によってＰＭがセンサ素子部に衝突することにより、ＰＭがセンサ素子部に付着堆積する。このため、排気ガス流量が大きいほど、排気ガスの流れが速く、ＰＭの慣性が大きいので、排気ガス中のＰＭがセンサ素子部に堆積する割合が大きくなる。したがって、慣性捕集式ＰＭセンサでは、排気ガス流量に基づいてＰＭ排出量を補正する場合に、静電捕集式ＰＭセンサとは補正の方向が逆となる。すなわち、慣性捕集式ＰＭセンサでは、排気ガス流量が大きい場合には排気ガス流量が小さい場合に比してＰＭ排出量の推定値を小さくする方向に補正すればよい。
【００６２】
上述した実施の形態１においては、排気ガス流量、インピーダンス、およびパティキュレートフィルタ２４の前後の差圧が、前記第１の発明における「所定のパラメータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４，１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「パラメータ取得手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「排出量推定手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００６３】
２    ＰＭセンサ
６    素子部
８，１０  電極
１２    絶縁層
１４    温度センサ
１６    ヒータ
２０    内燃機関
２２    排気通路
２４    パティキュレートフィルタ
３２    差圧センサ
５０    ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
2012077182.tif 000004
【図３】
2012077182.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012077182.tif 000007
【図６】
2012077182.tif 000008
【図７】
2012077182.tif 000009
【図８】
2012077182.tif 000010
【図９】
2012077182.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年10月11日(2011.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質が付着する絶縁層と前記絶縁層に接して配置された一対の電極とを有し、排気ガス中の粒子状物質を検出するセンサと、
前記センサの出力に基づいて、粒子状物質の排出量を推定する排出量推定手段と、
を備え、
前記排出量推定手段は、排気ガス流量に基づいて、粒子状物質排出量の推定値を補正することを特徴とする内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記センサは、前記一対の電極間に電圧を印加することによって発生した電界により粒子状物質を引き寄せて捕集する静電捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を大きくする方向に補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記センサは、排気ガスの流れに乗って移動する粒子状物質の慣性によって粒子状物質を捕集する慣性捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記排出量推定手段は、更に、前記一対の電極間のインピーダンスが小さい場合には前記インピーダンスが大きい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記センサに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するセンサリセットを行うリセット手段と、
前記センサリセット後、前記センサが所定温度となったときに前記インピーダンスを計測する手段と、
を備えることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質をトラップするフィルタを備え、
前記排出量推定手段は、更に、前記フィルタの再生処理後における前記フィルタの前後の差圧が大きい場合には前記差圧が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を大きくする方向に補正することを特徴とする請求項１，３，４，６，７の何れか１項記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月26日(2012.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質が付着する絶縁層と前記絶縁層に接して配置された一対の電極とを有し、排気ガス中の粒子状物質を検出するセンサと、
前記センサの出力に基づいて、粒子状物質の排出量を推定する排出量推定手段と、
を備え、
前記排出量推定手段は、排気ガス流量に基づいて、粒子状物質排出量の推定値を補正することを特徴とする内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記センサは、前記一対の電極間に電圧を印加することによって発生した電界により粒子状物質を引き寄せて捕集する静電捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を大きくする方向に補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記センサは、排気ガスの流れに乗って移動する粒子状物質の慣性によって粒子状物質を捕集する慣性捕集式のものであり、
前記排出量推定手段は、前記排気ガス流量が大きい場合には前記排気ガス流量が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記排出量推定手段は、更に、前記一対の電極間のインピーダンスが小さい場合には前記インピーダンスが大きい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を小さくする方向に補正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記センサに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するセンサリセットを行うリセット手段と、
前記センサリセット後、前記センサが所定温度となったときに前記インピーダンスを計測する手段と、
を備えることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質をトラップするフィルタを備え、
前記排出量推定手段は、更に、前記フィルタの再生処理後における前記フィルタの前後の差圧が大きい場合には前記差圧が小さい場合に比して粒子状物質排出量の推定値を大きくする方向に補正することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
【国際調査報告】
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