(57)【要約】【課題】電気抵抗型ＰＭセンサと共に用いられ、粒子状物質の温度特性の影響を低減可能な制御装置を提供することである。【解決手段】本開示の一形態は、排ガスに晒される絶縁体上に設けられた電極の間の抵抗値を表す第一信号を出力する電気抵抗型のＰＭセンサと共に用いられる制御装置であって、自身の周辺温度を表す第二信号を出力する温度センサと、電力供給を受けて発熱する発熱体と、前記第二信号が表す温度と、前記ＰＭセンサの再生温度未満でかつ前記排ガス温度に基づき設定される所定温度とが一致するように、前記発熱体への電力供給を制御する応答遅れ補償部と、前記第一信号と前記第二信号に基づき、前記排ガス中の粒子状物質の量を導出するＰＭ量導出部と、を備えた制御装置に向けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスに晒される絶縁体上に設けられた電極の間の抵抗値を表す第一信号を出力する電気抵抗型のＰＭセンサと共に用いられる制御装置であって、
自身の周辺温度を表す第二信号を出力する温度センサと、
電力供給を受けて発熱する発熱体と、
前記第二信号が表す温度と、前記ＰＭセンサの再生温度未満でかつ前記排ガス温度に基づき設定される所定温度とが一致するように、前記発熱体への電力供給を制御する応答遅れ補償部と、
前記第一信号と前記第二信号に基づき、前記排ガス中の粒子状物質の量を導出するＰＭ量導出部と、
を備えた制御装置。
【請求項２】
前記所定温度は、前記排ガスの温度範囲の中間値に設定される、
請求項１に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気抵抗型ＰＭセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関で生じる排ガスの流路には、排ガスに含まれる粒子状物質の量に相関する信号を出力する電気抵抗型ＰＭセンサが設けられることがある。
【０００３】
この種のＰＭセンサは、絶縁体の一例としての絶縁基板と、この絶縁体の表面上に相互に間隔をあけて配置された一対の電極と、を含んでいる。
【０００４】
粒子状物質は、主として、導電性を有する煤から構成されているので、電極間に一定量以上の粒子状物質が堆積すると、電極間に導電パスが形成される。また、粒子状物質の堆積量に応じて、導電パスの抵抗値が変化する。
【０００５】
電極間には、例えば、所定値を有する電圧（例えば定電圧）が印加されるので、導電パスの抵抗値（換言すると、粒子量物質の堆積量）に相関する信号が電極対から出力される。
【０００６】
また、電極周辺に堆積した粒子状物質を除去するために、絶縁体を加熱する発熱体と、粒子状物質の全てを燃焼可能な温度に基材温度が一致するように発熱体への電力供給を制御する電力制御部と、が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１７５３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
排ガス温度は内燃機関の運転状況により大きく変動し、粒子状物質の抵抗値には温度依存性（以下、単に温度特性という）がある。このような状況下でも、一対の電極からの出力信号に基づいて、粒子状物質の堆積量をより正確に導出することが求められる。
【０００９】
本開示の目的は、電気抵抗型ＰＭセンサと共に用いられる制御装置であって、粒子状物質の温度特性の影響を低減可能な制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一形態は、排ガスに晒される絶縁体上に設けられた電極の間の抵抗値を表す第一信号を出力する電気抵抗型のＰＭセンサと共に用いられる制御装置であって、自身の周辺温度を表す第二信号を出力する温度センサと、電力供給を受けて発熱する発熱体と、前記第二信号が表す温度と、前記ＰＭセンサの再生温度未満でかつ前記排ガス温度に基づき設定される所定温度とが一致するように、前記発熱体への電力供給を制御する応答遅れ補償部と、前記第一信号と前記第二信号に基づき、前記排ガス中の粒子状物質の量を導出するＰＭ量導出部と、を備えた制御装置に向けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、電気抵抗型ＰＭセンサ共に用いられ、粒子状物質の温度特性の影響を低減可能な加熱装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に関する制御装置が用いられる排気系の構成を示す図
【図２】図１の制御装置のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、上記図面を参照して、制御装置１について詳説するが、それに先立ち、まずは用語の定義を行う。
【００１４】
＜１．定義＞
下表１は、本実施形態で使用される頭字語や略語の意味を示している。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
＜２．制御装置やＰＭセンサの概略構成＞
図１に示すように、輸送機器Ｖ（例えば車両）には、制御装置１と、排気系３と、ＰＭセンサ５と、が搭載されている。
【００１７】
以下、制御装置１に先立ち、排気系３およびＰＭセンサ５の説明を行う。
【００１８】
排気系３は、図示しない内燃機関と接続される。内燃機関は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン（特に直噴エンジン）であって、排ガスを生じる。
【００１９】
排気系３は排ガス流路３１を有する。排ガス流路３１は、内燃機関で生じた排ガスを大気中（車外）に導く。また、排ガス流路３１には、排ガスの後処理装置として、ＰＭフィルタ３３が設けられている。
【００２０】
ＰＭフィルタ３３は、例えばＤＰＦやＧＰＦである。ＰＭフィルタ３３は、所謂ウォールフロー型フィルタであって、セラミックで作製され、円柱形状のハニカム担体を有する。
【００２１】
ＰＭフィルタ３３の作製時、ハニカム担体の両端面を貫通する多数の孔が形成された後、上流側端面および下流側端面の各開口が交互に目封じされて半貫通孔（即ち、セル）が形成される。これによって、ＰＭフィルタ３３には、上流側端面の開口（即ち、セルの開口）から、上流側のセル、ハニカム壁面（隣り合う二個のセルの隔壁）および下流側のセルを通って、下流側端面の開口（隣接セルの開口）に至る排ガスの流路が形成される。なお、ハニカム壁面には、貴金属触媒（酸化触媒）が担持またはコーティングされても良い。
【００２２】
上記構成のＰＭフィルタ３３を、排ガス流路３１の上流側から案内されてきた排ガスは通過する。その過程で、ハニカム壁面の上流側表面に、排ガス中の粒子状物質が堆積し捕集される。また、ＰＭフィルタ３３を通過した排ガスは、周知のＳＣＲ等により処理されて無害化された後、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
【００２３】
ＰＭセンサ５は、所謂電気抵抗型のＰＭセンサである。このＰＭセンサ５は、例えば、排ガス流路３１においてＰＭフィルタ３３の直ぐ下流側に配置されて、ここを通過する排ガスに晒される。これにより、ＰＭフィルタ３３の内部には、排ガス中の粒子状物質が堆積し、その堆積量に応じて変化する第一信号を制御装置１に出力する。
【００２４】
なお、ＰＭセンサ５は、ＰＭフィルタ３３の直ぐ下流側に限らず、ＰＭフィルタ３３の上流側等、他の場所に設けられても構わない。
【００２５】
ここで、図１の楕円内には、ＰＭセンサ５の要部の斜視図が描かれている。以下、これを参照しつつ、ＰＭセンサ５の要部を詳説する。
【００２６】
ＰＭセンサ５は、絶縁体５１と、少なくとも一対の電極５３と、を備えている。
【００２７】
絶縁体５１は、電気絶縁性を有する材料（例えば、耐熱性セラミック等）からなり、例えば、所定方向に相対向する二つの主面５１ａ，５１ｂを有する絶縁基板である。
【００２８】
一対の電極５３は、導電性材料からなり、例えば主面５１ａ上に、相互に間隔をあけて配置される。各電極５３の形状は、特に限定される訳では無いが、例えば櫛歯状である。
【００２９】
上記のような絶縁体５１は、例えば、一対の電極５３が排ガス流路３１において排ガスに晒され、排ガス流路３１の上流側を主面５１ａが向くように、配置される。
【００３０】
排ガス中の粒子状物質は、主に、導電性を有する煤から構成されている。そのため、一対の電極５３間に一定量以上の粒子状物質が堆積すると、一対の電極５３の間に導電パスが形成される。また、粒子状物質の堆積量により導電パスの抵抗値が変化する。
【００３１】
一対の電極５３の両端子間には、例えば制御部１７の制御下で、所定値を有する電圧（例えば定電圧）Ｖｄが印加される。従って、導電パスの抵抗値（換言すると、粒子状物質の堆積量）に相関する電流Ｉｄが、一対の電極５３（以下、電極対５３とも称する）を流れる。この電流Ｉｄは第一信号として、制御部１７に与えられる。
【００３２】
制御装置１は、発熱体１１と、温度センサ１３と、電源回路１５と、制御部１７と、を備えている。
【００３３】
発熱体１１は、相対的に高い抵抗値を有する導電性材料からなり、絶縁体５１に設けられる。ここで、発熱体１１が絶縁体５１に設けられる態様としては、下記が例示される。
【００３４】
第一の態様は、図示した通りであって、発熱体１１が絶縁体５１の主面５１ｂ上に設けられる態様である。第二の態様は、図示していないが、発熱体１１が絶縁体５１内に埋設するように設けられる態様である。第三の態様は、図示していないが、発熱体１１が絶縁体５１から若干離れて設けられる態様である。
【００３５】
発熱体１１は、主面５１ｂの法線方向からの平面視で蛇行形状等を有し、制御部１７の制御下で電源回路１５から供給された電力を熱に変換し放出する。これにより、絶縁体５１が加熱される。
【００３６】
温度センサ１３は、例えば、正または負の温度特性を有するチップタイプのサーミスタ等であって、絶縁体５１の表面上に実装されれば良い。この温度センサ１３は、自身の周囲温度に相関する第二信号を制御部１７に出力する。ここで、自身の周囲温度は、実質的に、電極５３間に堆積する粒子状物質の温度に相当する。
【００３７】
電源回路１５は、図示しないバッテリからの出力電圧から定電圧Ｖｄを生成して、電極５３の端子間に印加する。電源回路１５はさらに、例えば上記バッテリからの出力電圧を、後述の制御部１７から出力された制御信号に基づきスイッチング素子にてスイッチングし、これにより得られたパルス電圧を発熱体１１の両端子間に印加する。
【００３８】
制御部１７は、制御基板上に実装された入出力コネクタ、マイコン、プログラムメモリおよびメインメモリを含むＥＣＵである。
【００３９】
入出力コネクタは、前述の温度センサ１３および電源回路１５と電気的に接続される。
【００４０】
マイコンは、プログラムメモリ内のプログラムを、メインメモリを使って実行して、図２に示すような処理を実行する。
【００４１】
＜３．制御部の処理＞
図２において、マイコンは、電極対５３から第一信号を、温度センサ１３から第二信号を受け取る（ステップＳ００１）。
【００４２】
次に、マイコンは、応答遅れ補償部として動作し、温度センサ１３からの入力第二信号が表す温度と、予め定められた所定温度との偏差がゼロに近づくように、第一デューティ比を有するパルス状の制御信号を生成し、入出力コネクタから電源回路１５のスイッチング素子に出力する（ステップＳ００３）。
【００４３】
ステップＳ００３の処理により、発熱体１１は発熱し、電極５３間に堆積する粒子状物質の温度が所定温度となるように、発熱体１１は絶縁体５１を加熱する。
【００４４】
ここで、所定温度は、後述のＰＭセンサ５の再生温度未満で、かつ、内燃機関で生じる排ガス温度に基づき定められる。ここで、内燃機関で生じる排ガスの温度は、内燃機関の運転状況により大きく変動するが、リアルワールド（実走行環境）においては、ある程度一定の温度範囲内で変動する。温度範囲は、予め実験等により求めておくことが出来る。所定温度は、例えば、排ガスの温度範囲の中間値に設定される。
【００４５】
もし、排ガスの温度範囲が０℃〜４００℃程度であれば、所定温度は例えば１５０℃〜２５０℃程度に設定される。より好ましくは、所定温度は、中間値の２００℃程度に設定される。
【００４６】
次に、マイコンは、ＰＭ量導出部として動作し、電極対５３からの入力第一信号が表す抵抗値と、温度センサ１３からの入力第二信号が表す温度とに基づき、排ガス中の粒子状物質の量を導出する（ステップＳ００５）。
【００４７】
具体的には、プログラムメモリには、第一信号が表す抵抗値および第二信号が表す温度の組み合わせ毎に、排ガス中の粒子状物質の量が記述されたマップが格納されている。マイコンは、入力第一信号が表す抵抗値と、入力第二信号が表す温度とで特定される粒子状物質の量を読み出す。
【００４８】
ステップＳ００５の次に、マイコンは、ＰＭセンサ５の再生処理の実行条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ００７）。ステップＳ００７の判断基準は公知のもので良いが、例えば、下記の二つが例示される。
・前回の再生処理から所定時間が経過したか否か
・ステップＳ００５で求めた粒子状物質の量が所定量以上となったか否か
【００４９】
ステップＳ００７でＮＯと判断されると、処理はステップＳ００１に戻る。
【００５０】
それに対し、ステップＳ００７でＹＥＳと判断されると、マイコンは、再生処理部として機能し、ステップＳ００１で受け取った第二信号が表す温度と、ＰＭセンサ５に堆積した粒子状物質の全てを燃焼除去可能な温度（以下、再生温度という）との偏差がゼロに近づくように、第二デューティ比を有するパルス状の制御信号を生成し、入出力コネクタから電源回路１５のスイッチング素子に出力する（ステップＳ００９）。
【００５１】
ステップＳ００９の処理により、電極５３間に堆積する粒子状物質の温度が再生温度（例えば、約６００℃）となるように、発熱体１１は絶縁体５１を加熱する。その結果、電極５３間の粒子状物質が完全に燃焼する（ＰＭセンサ５の再生処理）。
【００５２】
＜４．制御装置の効果＞
本開示の制御装置１は、ステップＳ００３の応答遅れ補償を実行することを特徴する。もし、本ステップＳ００３を実行しなかったとすると、下記のような技術的課題が生じる。
【００５３】
前述の通り、内燃機関で生じる排ガスの温度は、ある程度一定の温度範囲内で、内燃機関の運転状況により大きく変動する。
【００５４】
また、粒子状物質の抵抗値は温度特性を有する。具体的には、粒子状物質の温度に対し粒子状物質の抵抗値は指数関数的に変化する。
【００５５】
また、温度センサ１３の動作は熱現象であるため、応答遅れが伴う。
【００５６】
従って、ステップＳ００３を実行する事無く、ステップＳ００５を実行してしまうと、排ガスの温度（即ち、粒子状物質の温度）が大きく変化した場合、温度センサ１３の応答遅れに起因して、制御部１７は、粒子状物質の現在の温度を正しく認識することが出来ず、その結果、粒子状物質の現在の量を正しく導出することが出来なくなる。
【００５７】
しかし、上述のステップＳ００３を実行して、電極５３間の粒子状物質の温度を前述の所定温度（好ましくは、排ガスの温度範囲の中間値）としておくと、排ガス温度が大きく変化したとしても、ステップＳ００３を実行しない場合と比較して、第二信号が表す温度が実際の粒子状物質の温度にいち早く追従する可能性が高くなる。即ち、応答遅れを補償することが出来る。
【００５８】
上述の通り、本開示の制御装置１によれば、粒子状物質の温度特性の影響も低減させて、より現状に適した粒子状物質の量を導出することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本開示の制御装置は、粒子状物質の温度特性の影響を低減可能であり、輸送機器に好適である。
【符号の説明】
【００６０】
１  制御装置
１１  発熱体
１３  温度センサ
１７  制御部
５  ＰＭセンサ
５１  絶縁体
５３  電極
【図１】
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【図２】
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