(57)【要約】【課題】この発明はディーゼル機関から排出される排気微粒子の濃度を検出するうえで好適な排気微粒子濃度検出装置に関し、ＰＭの付着量に応じた出力値を発するＰＭセンサを用いて、排気ガス中のＰＭ濃度を精度良く検知することを目的とする。【解決手段】ＰＭの付着量に応じた出力値を発するセンサ素子３０を具備するＰＭセンサ２２を排気通路１６に配置する。ＰＭセンサ２２は更にセンサ素子３０に付着したＰＭを消失させるヒータ４２を備える。ＥＣＵ２４は、ＰＭの消失によるＰＭセンサ２２のリセット後、出力値が立ち上がるまでに要した出力立ち上がり時間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に基づいてＰＭの濃度検出値を算出する。濃度検出値は、出力立ち上がり時間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）が短いほど大きな値に算出される。【選択図】図３
2015098823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気微粒子の付着量に応じた出力値を発するセンサ素子と、当該センサ素子に付着した排気微粒子を消失させる微粒子除去機構とを備える排気微粒子センサと、
前記排気微粒子の消失によるリセットの後、前記出力値が立ち上がるまでに要した出力立ち上がり時間に基づいて排気微粒子の濃度を表す濃度検出値を算出する電子機器とを備え、
前記濃度検出値は、前記出力立ち上がり時間が短いほど大きな値に算出されることを特徴とする内燃機関の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項２】
前記センサ素子は、内燃機関の排気通路に露出された絶縁体と、当該絶縁体に配置された一対の電極と、当該一対の電極間に電圧を印加する電源機構と、を具備し、
前記微粒子除去機構は、前記絶縁体を加熱して排気微粒子を焼失させるヒータを具備することを特徴とする請求項１に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項３】
前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項４】
前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値の増加率が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項５】
前記電子機器は、内燃機関の排気流速に基づいて前記濃度検出値を補正し、
当該補正は、少なくとも一部の排気流速域では、排気流速が低いほど、前記濃度検出値が大きな値になるように大きな補正率で行われることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項６】
前記排気流速の変化に対する前記補正率の変化の傾きは、排気流速が変局値より低い低排気流速域においてより、排気流速が前記変局値より高い高排気流速域において緩やかであることを特徴とする請求項５に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項７】
前記電子機器は、排気ガスと前記センサ素子の温度差に基づいて前記濃度検出値を補正し、
当該補正は、排気ガスが前記センサ素子に比して高温であるほど前記濃度検出値が小さな値になるように行われることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【請求項８】
排気微粒子濃度推定モデルを用いて、内燃機関から排出される排気微粒子の濃度推定値を算出する排気微粒子濃度推定手段と、
前記濃度推定値が前記濃度検出値に近づくように前記排気微粒子濃度推定モデルのパラメータを学習するパラメータ学習手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の排気微粒子濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気微粒子濃度検出装置に係り、特に、ディーゼル式の内燃機関から排出される排気微粒子の濃度を検出するうえで好適な排気微粒子濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、内燃機関から排出される排気微粒子（以下「ＰＭ」（Particulate Matter）と称す）の濃度をＰＭセンサを用いて検出するシステムが開示されている。このシステムが用いるＰＭセンサは、絶縁体と、そこに配置された一対の電極とを備えている。電極対には、それらの間に電圧を印加するための電源回路が接続されている。
【０００３】
ＰＭセンサの絶縁体は排気通路内に晒されている。このため、絶縁体表面には、排気ガス中に含まれるＰＭが、時間の経過と共に堆積されていく。ＰＭは導電体であるため、電極対間の電気抵抗は、ＰＭの堆積量が増えるに従って低下する。上記従来のシステムはこの性質を利用して、以下のような手法でＰＭ濃度を検出することとしている。
【０００４】
すなわち、上記従来のシステムは、電極間に電圧を印加し、その状態で電極対間に流れる電流を出力値として検知する。そして、このシステムは、所定の計測時間の前後で出力値に生じた変化量を検知し、その変化量に基づいてＰＭ濃度を計算する。
【０００５】
ＰＭセンサの絶縁体には、ＰＭ濃度が高いほど多くのＰＭが付着する。そして、ＰＭセンサの出力値は、計測時間中に付着したＰＭの量に応じた変化を示す。このため、出力値の変化量はＰＭ濃度と相関を有しており、上記の手法によれば排気ガス中のＰＭ濃度をある程度正確に検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５００２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９０５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＰＭセンサの出力値に現れる変化量は、計測時間中に新たに付着したＰＭ量だけを反映したものではなく、計測時間の開始時点で既に付着していたＰＭ量の影響をも受けている。このため、上記の計測時間を任意のタイミングで開始した場合、その前後で生じた出力値の変化量からは、ＰＭ濃度を精度良く検知することはできない。
【０００８】
上記のＰＭセンサは、絶縁体に付着しているＰＭをヒータ加熱によって焼失させることができる。計測時間の開始前にこの機能によってＰＭを焼失させれば、その開始の時点におけるＰＭの付着状態を揃えることが可能である。しかしながら、このような処理を行ったとしても、計測時間の前後に生ずる出力値の変化量は、必ずしも排気ガス中のＰＭ濃度と正確に対応した値にはならない。
【０００９】
すなわち、上記の焼失により絶縁体表面のＰＭが除去されると、その後ある程度のＰＭが付着するまでの間は、電極対間に電流の流通経路が存在しない状態となり、その間は出力値が発生しない。そして、出力値が発生しない時間は、排気ガス中のＰＭ濃度に応じて大幅に変動する。このため、適当なタイミングで計測時間を開始する手法では、その計測時間中のどの時点で出力値に変化が現れ始めるかが定まらないため、結局のところ計測時間の前後で出力値に現れる変化量は、ＰＭ濃度を正しく表したものとはならない。
【００１０】
以上のような理由により、上記従来のシステムは、ＰＭ濃度を精度良く検出するという意味において、必ずしも最適なものではなかった。そして、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＰＭの付着量に応じた出力値を発するＰＭセンサを用いて、排気ガス中のＰＭ濃度を精度良く検知することのできる内燃機関のＰＭ濃度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】
【００１１】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気微粒子濃度検出装置であって、排気微粒子の付着量に応じた出力値を発するセンサ素子と、当該センサ素子に付着した排気微粒子を消失させる微粒子除去機構とを備える排気微粒子センサと、前記排気微粒子の消失によるリセットの後、前記出力値が立ち上がるまでに要した出力立ち上がり時間に基づいて排気微粒子の濃度を表す濃度検出値を算出する電子機器とを備え、前記濃度検出値は、前記出力立ち上がり時間が短いほど大きな値に算出されることを特徴とする。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記センサ素子は、内燃機関の排気通路に露出された絶縁体と、当該絶縁体に配置された一対の電極と、当該一対の電極間に電圧を印加する電源機構と、を具備し、前記微粒子除去機構は、前記絶縁体を加熱して排気微粒子を焼失させるヒータを具備することを特徴とする。
【００１３】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする。
【００１４】
また、第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値の増加率が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする。
【００１５】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記電子機器は、内燃機関の排気流速に基づいて前記濃度検出値を補正し、当該補正は、少なくとも一部の排気流速域では、排気流速が低いほど前記濃度検出値が大きな値になるように、排気流速が低いほど大きな補正率で行われることを特徴とする。
【００１６】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記排気流速の変化に対する前記補正率の変化の傾きは、排気流速が変局値より低い低排気流速域においてより、排気流速が前記変局値より高い高排気流速域において緩やかであることを特徴とする。
【００１７】
また、第７の発明は、第１乃至６の発明の何れかにおいて、前記電子機器は、排気ガスと前記センサ素子の温度差に基づいて前記濃度検出値を補正し、当該補正は、排気ガスが前記センサ素子に比して高温であるほど前記濃度検出値が小さな値になるように行われることを特徴とする。
【００１８】
また、第８の発明は、第１乃至７の発明の何れかにおいて、排気微粒子濃度推定モデルを用いて、内燃機関から排出される排気微粒子の濃度推定値を算出する排気微粒子濃度推定手段と、前記濃度推定値が前記濃度検出値に近づくように前記排気微粒子濃度推定モデルのパラメータを学習するパラメータ学習手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、リセットの後の出力立ち上がり時間に基づいて排気微粒子の濃度検出値を算出することができる。この出力立ち上がり時間は、排気ガス中のＰＭ濃度と高い相関を有している。このため、本発明によれば、排気ガス中のＰＭ濃度を精度良く表す濃度検出値を得ることができる。
【００２０】
第２の発明によれば、第１の発明におけるセンサ素子を、絶縁体と、一対の電極と、その間に電圧を印加する電源機構とで実現することができる。また、この発明によれば、第１の発明における微粒子除去機構をヒータにより実現することができる。
【００２１】
第３の発明によれば、リセットの後、センサ素子の出力値が判定閾値を越えるまでの時間を計数することで出力立ち上がり時間を検知することができる。
【００２２】
第４の発明によれば、リセットの後、センサ素子の出力値の増加率が判定閾値を越えるまでの時間を計数することで出力立ち上がり時間を検知することができる。
【００２３】
第５の発明によれば、少なくとも一部の排気流速域で、排気流速が低いほど濃度検出値を大きな値に補正することができる。排気流速が低い領域では、ＰＭがセンサ素子まで辿り着けない事態が生じ易く、濃度検出値が現実のＰＭ濃度に対して過少な値と成り易い。本発明によればこのような特性を相殺して、現実のＰＭ濃度と精度良く一致する濃度検出値を得ることができる。
【００２４】
第６の発明によれば、排気流速の変化に対する補正率の変化の傾きを、高排気流速域において、低排気流速域においてより緩やかにすることができる。この場合、低排気流速域では排気流速の変化に対して高い感度で濃度検出値が補正され、一方、高排気流速域では、排気流速の変化に対する濃度検出値の補正感度が低く抑えられることになる。低排気流速域では、排気流速が下がるほどＰＭはセンサ素子に辿り着きにくくなるため、その影響を相殺するためには感度良く濃度検出値を補正する必要がある。これに対して、高排気流速域では、排気流速が早くなるに連れてＰＭがセンサ素子に辿り着き易くなる一方で、センサ素子に付着しているＰＭが吹き飛ばされ易くなる。このため、高排気流速域では、ＰＭ付着量が排気流速に影響され難くなり、排気流速の変化に対する補正の必要性が低下する。本発明によれば、上述した高排気流速域と低排気流速域の違いを適切に補正に反映させることができ、全排気流速域において精度良く現実のＰＭ濃度と一致する濃度検出値を得ることができる。
【００２５】
第７の発明によれば、排気ガスがセンサ素子に比して高温であるほど濃度検出値を小さな値に補正することができる。排気ガスがセンサ素子に比して高温であると、その温度差に起因する熱泳動により、排気ガス中のＰＭはセンサ素子に向かって移動する現象が生ずる。このため、排気ガスがセンサ素子に比して高温であるほど、センサ素子に付着するＰＭの量が現実のＰＭ濃度に対して過大になり易く、従って、濃度検出値も過大になり易い。本発明によればこのような特性を相殺して、現実のＰＭ濃度と精度良く一致する濃度検出値を得ることができる。
【００２６】
第８の発明によれば、排気微粒子濃度推定モデルを用いて、ＰＭ濃度を表す濃度推定値を算出することができる。更に、本発明によれば、その濃度推定値が濃度検出値に近づくように排気微粒子濃度推定モデルのパラメータを学習することができる。本発明では、現実のＰＭ濃度と精度良く一致する濃度検出値が得られている。このため、濃度推定値が濃度検出値と一致するようにパラメータを学習すれば、排気微粒子濃度推定モデルを、現実のＰＭ濃度と精度良く一致する濃度推定値が算出できる状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】図１に示すシステムが備えるＰＭセンサの断面図である。
【図３】図２に示すＰＭセンサの出力特性を説明するための図である。
【図４】図２に示すＰＭセンサにより検出される出力立ち上がり時間を濃度検出値に換算するためのマップの一例である。
【図５】ＰＭセンサにより検出される出力立ち上がり時間と排気流速との関係を示す実験結果の一例である。
【図６】排気流速が濃度検出値に与える影響を排除するための補正係数のマップの一例である。
【図７】ＰＭセンサにより検出される出力立ち上がり時間と、排気ガスとセンサ素子の温度差との関係を示す実験結果の一例である。
【図８】排気ガスとセンサ素子の温度差が濃度検出値に与える影響を排除するための補正係数のマップの一例である。
【図９】図９（ａ）は排気流速の時間的変化を示す図である。図９（ｂ）は排気流速の影響を考慮していない濃度検出値と、その濃度検出値に基づいて学習されたＰＭ濃度推定モデルによって推定された濃度推定値の時間的変化を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は排気流速の時間的変化を示す図である。図１０（ｂ）は排気流速の影響を排除した濃度検出値と、その濃度検出値に基づいて学習されたＰＭ濃度推定モデルによって推定された濃度推定値の時間的変化を示す図である。
【図１１】図１に示すシステムにおいて実行されるＰＭ濃度検出制御のブロック線図である。
【図１２】図１に示すシステムにおいて実行されるＰＭ濃度検出制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムのハードウェア構成を説明するための図である。本実施形態のシステムはディーゼル式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、吸気通路１２にエアフロメータ１４を備えている。エアフロメータ１４は吸気通路１２を流れる空気の流量に応じた出力を発する。
【００２９】
内燃機関１０の排気通路１６には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１８が配置されている。ＤＰＦ１８は、内燃機関１０から排出される排気ガスに含まれるＰＭを除去するためのフィルタである。
【００３０】
ＤＰＦ１８の上流には、排気温度センサ２０が配置されている。また、ＤＰＦ１８の下流には、ＰＭセンサ２２が配置されている。内燃機関１０には、これらのセンサの他にも、機関回転数ＮＥを検知するためのＮＥセンサ、アクセル開度ＡＡを検知するためのアクセル開度センサ、冷却水温度ＴＨＷを検知するための水温センサなどが搭載されている（何れも図示省略）。上述したエアフロメータ１４を含めて、これらのセンサは何れもＥＣＵ２４と電気的に接続されている。
【００３１】
ＥＣＵ２４は、その内部にマイクロコンピュータやメモリを備える電子機器である。本実施形態において、ＥＣＵ２４には、ＰＭセンサ２２の出力等に基づいて排気ガス中のＰＭ濃度を検知するためのプログラムが格納されている。このプログラムの実行に際して、ＥＣＵ２４は、エアフロメータ１４の出力に基づいて排気流速を、排気温度センサ２０の出力に基づいて排気ガスの温度を、また、上述した各種センサの出力に基づいて機関回転数等の物理量を検知することができる。
【００３２】
図２は、上述したＰＭセンサ２２の構成を説明するための断面図である。ＰＭセンサ２２は、排気通路１６に固定されるハウジング２６を有している。ハウジング２６の内部には、センサ素子３０が保持されている。センサ素子３０は、排気通路１６の内外を隔絶するように装着される絶縁体３２を備えている。絶縁体３２の表面、即ち排気通路１６の内部に晒される面には電極対３４，３６が配置されている。
【００３３】
電極対３４，３６には、電源機構３８と電流検知機構４０が接続されている。電源機構３８は、ＥＣＵ２４の指令に応じて電極対間に電圧を印加することができる。また、電流検知機構４０は、電極対３４，３６の間を流れる電流を検知して、その結果をＰＭセンサ２２の出力値としてＥＣＵ２４に提供することができる。
【００３４】
センサ素子３０は、また、絶縁体３２の裏面に貼付されたヒータ４２と、このヒータ４２を制御するためのヒータ制御機構４４を備えている。ヒータ制御機構４４は、ＥＣＵ２４の指令に応じて、ヒータ４２の駆動を制御することができる。
【００３５】
センサ素子３０は、排気通路１６の内部でカバー４６により覆われている。カバー４６には、その中に排気ガスを導くために、多数の通気孔が設けられている。また、カバー４６には、センサ素子３０の近傍に位置するように、素子温度センサ４８が装着されている。素子温度センサ４８は、センサ素子３０の温度を検知して、その結果をＥＣＵ２４に提供することができる。
【００３６】
図２に示すように、内燃機関１０から排出される排気ガス中にはＰＭが含まれている。排気ガス中のＰＭは、通気孔を通ってカバー４６の内側に流入することができる。流入したＰＭの一部は絶縁体３２の表面に付着する。本実施形態において、ＰＭセンサ２２は、ヒータ４２により絶縁体３２を加熱することにより、このようにして付着したＰＭを焼失させることができる。
【００３７】
絶縁体３２の表面にＰＭが存在しない状況下では、二つの電極３４，３６が電気的に絶縁された状態となる。この場合、電極対間に電流が流通しないためＰＭセンサ２２（電流検知機構４０）から出力値は発せられない。一方、図２に示すように電極対間がＰＭによって埋められると、ＰＭが導電性を有するため、電極３４，３６間に電流が流れ得る状態となる。この場合、ＰＭセンサ２２は、電源機構３８によって印加される電圧と電極対間の電気抵抗とに応じた出力値を発する。
【００３８】
［ＰＭ濃度検出値の算出原理］
図３は、ＰＭセンサ２２の出力特性を説明するための図である。本発明の発明者は、ＰＭセンサ２２が、上述した特性を有することから、図３に示すような出力特性を示すことを見出した。本実施形態では、その出力特性を利用して、排気ガス中のＰＭ濃度を表す濃度検出値が算出される。
【００３９】
図３中に示すＩＴＨは、本実施形態において用いられる判定閾値である。判定閾値ＩＴＨは、ＰＭセンサ２２の電極対３４，３６間がＰＭによって埋められていく過程で、ＰＭセンサ２２の出力値が急増する初期の段階で発生する電流として予め実験的に定めた値である。
【００４０】
図３中に示す波形（ｉ）は、計測開始からＴ１秒を要してＰＭセンサ２２の出力値が立ち上がった様子、即ち、計測開始の後、出力値が判定閾値ＩＴＨを越えるまでにＴ１秒の時間を要した様子を示している。また、波形（ii）及び波形（iii）は、それぞれ、出力値が判定閾値ＩＴＨを越えるのにＴ２秒又はＴ３秒の時間を要した様子を示している。以下、この時間を「出力立ち上がり時間」と称する。
【００４１】
図３に示す「計測開始」は、内燃機関１０の作動中に、絶縁体３２に付着していたＰＭを焼失させた状態で電極対３４，３６に電圧を印加し始めた時点を意味する。計測開始の後、電極３４，３６間に付着ＰＭによる導電経路が形成されるまでは出力値がほぼゼロに維持される。そして、電極３４，３６間にＰＭの導電経路が形成されることにより出力値が発生し始め、その後、ＰＭ付着量が増加して導通経路の電気抵抗が下がることにより出力値は大きな値に変化する。
【００４２】
この際、出力立ち上がり時間は、ＰＭ付着量の増加速度が速いほど短時間となる。そして、ＰＭ付着量の増加速度は、排気ガス中のＰＭ濃度が高いほど高速となる。このため、図３に示すように、出力立ち上がり時間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）は、排気ガス中のＰＭ濃度が高いほど短時間となる（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）。
【００４３】
図４は、ＰＭセンサ２２の出力立ち上がり時間［ｓｅｃ］と、排気ガス中のＰＭ濃度［ｍｇ／ｍ３］との関係を示すマップである。図４に示すマップは、排気ガス中のＰＭ濃度を変化させてＰＭ濃度毎に出力立ち上がり時間を計測した実験の結果から得たものである。このマップを参照すれば、ＰＭセンサ２２の出力立ち上がり時間に基づいて、排気ガス中のＰＭ濃度を大まかに検知することが可能である。本明細書では、このようにして検知する値を「濃度検出値」と称す。
【００４４】
［排気流速に基づく濃度検出値の補正］
図５は、出力立ち上がり時間と排気流速との関係を示す。この関係は、ＰＭ濃度を一定に維持したまま排気流速を変化させ、排気流速毎に出力立ち上がり時間を計測した実験の結果から得たものである。図５に示す結果は、以下の２つの現象を示している。
（１）排気流速が変局値である３０［ｍ／ｓ］を下回る低排気流速域では、排気流速が低いほど出力立ち上がり時間が長くなる。
（２）排気流速が上記の変局値を超える高排気流速域では、排気流速が出力立ち上がり時間に殆ど影響しない。
【００４５】
上記（１）の現象は、低排気領域では、排気流速が下がるほど排気ガス中のＰＭがカバー４６内に進入し難くなり、ＰＭが絶縁体３２に付着し難くなることに起因すると考えられる。一方、上記（２）の現象は、高排気領域では、下記の２つの事象が相殺し合うことにより生じていると考えられる。
（ａ）排気流速が増えるほどＰＭがカバー４６内に進入し易くなり、ＰＭが絶縁体３２に付着し易くなる。
（ｂ）排気流速が増えるほど、絶縁体３２に付着しているＰＭが吹き飛ばされ易くなり、ＰＭ付着量が増え難くなる。
【００４６】
図５に示す結果は、物理的な意味においては、出力立ち上がり時間が、低排気流速域では現実のＰＭ濃度に対して過大になることを示している。より具体的には、図５に示す結果は、出力立ち上がり時間に基づいて正確な濃度検出値を得るためには、低排気流速域では、出力立ち上がり時間を、排気流速が低いほど短く補正する必要があることを示している。
【００４７】
図６は、上記の補正を可能にするためにＥＣＵ２４が用いる排気流速補正係数のマップの一例である。図６に示すマップによれば、排気流速が３０［ｍ／ｓ］を越える高排気流速域では、排気流速補正係数が一定値「１」となる。また、排気流速が３０［ｍ／ｓ］を下回る低排気流速域では、排気流速に対して比例的に、１より小さな排気流速補正係数が設定される。本実施形態において、ＥＣＵ２４は、このマップを参照して設定した補正係数を掛け合わせることにより出力立ち上がり時間を補正する。この結果、ＥＣＵ２４は、排気流速の高低に影響されることなく、現実のＰＭ濃度に対応する出力立ち上がり時間を算出することができる。
【００４８】
［温度差に基づく濃度検出値の補正］
図７は、排気温度からセンサ素子３０の温度を差し引くことで得られる温度差と出力立ち上がり時間との関係を示す。この関係は、ＰＭ濃度を一定に維持したまま上記の温度差を変化させ、その温度差毎に出力立ち上がり時間を計測した実験の結果から得たものである。この関係は、ＰＭ濃度が一定である場合、排気温度がセンサ素子３０の温度に対して高いほど、出力立ち上がり時間が短くなることを示している。
【００４９】
絶縁体３２に付着するＰＭの量は、熱泳動の影響を受けることが知られている。すなわち、絶縁体３２の近傍を浮遊するＰＭは、排気ガスの温度が絶縁体３２の温度より高いと、その温度差の影響で絶縁体３２に向かう力を受ける。そして、その力は、排気ガスの温度が絶縁体３２の温度に比して高いほど大きなものとなる。
【００５０】
図７に示す結果は、排気ガスが絶縁体３２（センサ素子３０）に比して高温であるほど、熱泳動の影響でＰＭが絶縁体３２に付着し易くなり、その結果、出力立ち上がり時間が短くなることを表している。この結果は、物理的には、排気ガスがセンサ素子３０に比して高温であるほど、現実のＰＭ濃度に対して出力立ち上がり時間が短くなり過ぎることを示している。従って、出力立ち上がり時間に基づいて正確な濃度検出値を得るためには、それらの温度差が大きいほど、出力立ち上がり時間を長くする補正が必要である。
【００５１】
図８は、上記の補正を可能にするためにＥＣＵ２４が用いる温度差補正係数のマップの一例である。図８に示すマップによれば、排気温度からセンサ素子温度を差し引くことで得られる温度差に対して、比例的に変化する温度差補正係数を得ることができる。ＥＣＵ２４は、このマップを参照して設定した補正係数を掛け合わせることにより出力立ち上がり時間を補正する。この結果、ＥＣＵ２４は、上記の温度差に影響されることなく、現実のＰＭ濃度に対応する出力立ち上がり時間を算出することができる。
【００５２】
［ＰＭ濃度推定モデルとその学習］
本実施形態のシステムは、ＰＭセンサ２２を用いたＰＭ濃度の検出処理を行うと同時に、公知のＰＭ濃度推定モデルを用いたＰＭ濃度の推定処理を行う。以下、この推定処理について説明する。
【００５３】
ＥＣＵ２４には、特開２００７−４６４７７号公報に開示されているものと同様のＰＭ濃度推定モデルが搭載されている。このモデルによれば、ＥＣＵ２４は、機関回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＡ、及び冷却水温度ＴＨＷ等に基づいて、内燃機関１０から排出されてくる排気ガス中のＰＭ濃度を推定することができる。
【００５４】
ＥＣＵ２４は、上述した通り、ＰＭセンサ２２の出力に基づいて排気ガス中のＰＭ濃度に対応する濃度検出値を算出することができる。ＰＭセンサ２２はＤＰＦ１８の下流に位置しているため、その濃度検出値は、ＤＰＦ１８をすり抜けてきたＰＭの濃度に対応したものとなる。ここで、ＤＰＦ１８をすり抜けるＰＭの割合（以下、「ＤＰＦすり抜け率」と称す）は既知又は検知が可能である。そして、そのＤＰＦすり抜け率を用いれば、ＤＰＦ１８下流の濃度検出値をＤＰＦ１８上流の濃度検出値に換算することが可能である。
【００５５】
本実施形態において、ＥＣＵ２４は、上述したモデルを用いてＤＰＦ１８上流のＰＭ濃度を推定する(以下、その値を「濃度推定値」と称す)と共に、上記の手法を用いてＤＰＦ１８上流のＰＭ濃度を表す濃度検出値を計算する。ＤＰＦ１８が正常である間は、濃度推定値と濃度検出値はほぼ同じ値となる。一方、ＤＰＦ１８に異常が生じてその下流にすり抜けるＰＭ量が増加すると、濃度推定値に対して濃度検出値が急に大きな値となる。ＥＣＵ２４は、この特性を利用してＤＰＦ１８の異常を検知することができる（モデルと実測を併用することによる第１の利点）。
【００５６】
ＰＭ濃度を推定するためのモデルは、種々のパラメータが公差の中央値にある等の前提の下で適合される。このため、内燃機関１０の個体差、経時変化、運転状態の変動、等の条件変化に対応する推定値を得るためには、濃度推定値が現実のＰＭ濃度に一致するように、モデルを適宜学習していくことが有益である。
【００５７】
ＰＭセンサ２２の出力値には、内燃機関１０に関わる条件変化の影響が反映される。このため、その出力値に基づいて算出される濃度検出値は現実のＰＭ濃度をみなすことができる。そこで、本実施形態において、ＥＣＵ２４は、モデルに基づく濃度推定値が、ＰＭセンサ２２の出力値に基づく濃度検出値に一致するように、モデルを学習することとしている。
【００５８】
図９及び図１０は、上記のモデル学習の基礎として、本実施形態の手法で得られた濃度検出値が用いられることによる効果を説明するためのタイミングチャートの１例である。これらの図は、具体的には、モデル学習が濃度検出値に基づいて行われ、かつ、その濃度検出値が、排気流速の影響に関わらず常に現実のＰＭ濃度を正しく表すことにより得られる効果を説明している。
【００５９】
図９（ａ）中に（ｉ）を付して示す波形は現実の排気流速の変化を示す。また、同図中に示す破線は、モデル適合に用いられた排気流速の値（以下、「モデル適合値」と称す）を示す。図９（ａ）は、排気流速（ｉ）が、時刻ｔ１まではモデル適合値と同等であったが、その後徐々に低下した様子を示している。
【００６０】
図９（ｂ）中に（ii）を付して示す波形は、ＤＰＦ１８上流における現実のＰＭ濃度を示し、（iii）を付して示す波形は、排気流速に基づく補正を行わなかった場合の濃度検出値を示す。更に、同図中に（iv）を付して示す波形は、濃度検出値（iii）に基づく学習の結果が反映された濃度推定値を示す。図９（ｂ）において、時刻ｔ２は濃度推定値のモデル学習が開始された時刻である。
【００６１】
排気流速に基づく補正が行われなければ、時刻ｔ１以後、排気流速（ｉ）が減少するのに伴って、濃度検出値（iii）は、現実のＰＭ（ii）に比して小さな値として算出される。時刻ｔ２以後、モデル学習が開始されることにより、濃度推定値（iv）は必然的にその濃度検出値（iii）と等しい値に収束していく。この場合、濃度検出値（iii）と同様に濃度推定値（iv）も現実のＰＭ濃度（ii）から乖離した値となる。
【００６２】
図１０（ａ）は、図９（ａ）と同様に、排気流速のモデル適合値（破線）と、現実の排気流速（ｉ）とを示す。ここでも、排気流速（ｉ）は時刻ｔ１以後減少を示している。図１０（ｂ）中に（v）を付して示す波形は、排気流速に基づく補正が行われた場合の濃度検出値を示す。また、同図中に（vi）を付して示す波形は、その濃度検出値（v）に基づくモデル学習の結果が反映された濃度推定値を示す。
【００６３】
排気流速に基づく補正が行われれば、時刻ｔ１以後、排気流速（ｉ）が減少しても、濃度検出値（v）は現実のＰＭ（ii）と整合する値に算出される。この場合、時刻ｔ２以後モデル学習が開始されれば、濃度推定値（vi）は必然的に、現実のＰＭ濃度（ii）と一致する値に収束していく。
【００６４】
上述した通り、本実施形態のシステムは、濃度検出値を排気流速に基づいて補正する。このため、このシステムによれば、図１０に示すように、排気流速（ｉ）がモデル適合値から乖離した状況下でも、モデル学習を正しく進めることができ、現実のＰＭ濃度と精度良く整合する濃度推定値（vi）を算出することができる。
【００６５】
加えて、本実施形態では、濃度検出値に、排気温度とセンサ素子温度の差に基づく補正が施される。更に、本実施形態では、濃度検出値が、出力立ち上がり時間（図３参照）に基づいて、精度良く現実のＰＭ濃度を表す値として検出される。このため、本実施形態のシステムによれば、あらゆる状況下で、モデル学習を正しく進めることができ、現実のＰＭ濃度と精度良く整合する濃度推定値を算出することができる。
【００６６】
［ＰＭ濃度に関する制御の流れ］  
図１１は、ＥＣＵ２４が実行するＰＭ濃度に関する制御のブロック線図を示す。図１１に示すブロック線図の制御は、具体的には、ＥＣＵ２４が図１２に沿ったルーチンを実行することにより実現される。
【００６７】
本実施形態において、ＥＣＵ２４は、内燃機関１０が始動された後、図１２に示すルーチンを所定時間毎に繰り返し実行する。ここでは、先ず、ＰＭ濃度検出の前提としてＰＭセンサ２２が活性化されているか否かが判別される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、センサ素子３０の温度が所定の活性温度に達しているか、及びセンサ素子３０に付着しているＰＭの焼却除去が終了しているかが判別される。前者の判断は素子温度センサ４８の出力に基づいて行われる。また、後者の判断は、ＰＭ焼却のためのヒータ４２への通電時間に基づいて行われる。
【００６８】
ＰＭセンサ２２の活性化が認められると、次に、ＰＭセンサ２２の出力立ち上がり時間が取得される（ステップ１０２）。ここでは、先ず、電極対３４，３６に対する電圧印加が開始される。電圧印加は、電流検知機構４０が検出する電流値が判定閾値ＩＴＨを越えるまで継続される。ＥＣＵ２４は、電圧印加の開始後、電流値が判定閾値ＩＴＨを越えるまでに要した時間を出力立ち上がり時間として取得する。
【００６９】
次に、排気流速に基づく補正と、温度差に基づく補正とが実行される（ステップ１０４）。前者の補正については、先ず、エアフロメータ１４の出力に基づいてＰＭセンサ２２の周囲における排気流速が検出される。次いで、図６に示すマップにその排気流速が当てはめられて排気流速補正係数が特定される。温度差に基づく補正については、先ず、排気温度センサ２０の出力と素子温度センサ４８の出力とに基づいて温度差（＝排気温度−センサ素子温度）が算出される。次いで、図８に示すマップにその温度差が当てはめられて温度差補正係数が特定される。ここでは、これら二つの補正係数が、上記ステップ１０２で取得された出力立ち上がり時間に掛け合わされることにより、排気流速に基づく補正と温度差に基づく補正とが実行される。
【００７０】
上記の処理が終わると、次に、図４に示すマップに従ってＰＭの濃度検出値が取得される（ステップ１０６）。具体的には、上記ステップ１０４で補正された出力立ち上がり時間を図４に示すＰＭ濃度マップに当てはめることにより、その立ち上がり時間に対応する濃度検出値が特定される。
【００７１】
以上説明した通り、本実施形態では、ＰＭの濃度検出値が、ＰＭセンサ２２の出力立ち上がり時間に基づいて特定されている。出力立ち上がり時間は、常に一定の状態から、即ち、センサ素子３０にＰＭが付着していない状態から計測が開始されるため、現実のＰＭ濃度に対して優れた再現性を示す。更に、濃度検出値の特定には、排気ガスとセンサ素子との温度差の影響、並びに排気流量の影響が反映された出力立ち上がり時間が用いられる。このため、本実施形態によれば、排気流速の多少によらず、また、温度差の高低によらず、現実のＰＭ濃度と精度良く一致する濃度検出値を得ることができる。
【００７２】
上記ステップ１０６で取得した濃度検出値は、ＤＰＦ１８下流のＰＭ濃度を表す値である。ここでは、その濃度検出値を、下記（１）式により、ＤＰＦ１８上流のＰＭ濃度検出値とする変換処理が行われる（ステップ１０８）。
（ＤＰＦ上流ＰＭ濃度検出値）
＝（ＤＰＦ下流ＰＭ濃度検出値）／（ＤＰＦすり抜け率）      ・・・（１）
但し、ＤＰＦすり抜け率は、上述した通りＥＣＵ２４にとって既知又は検知可能である。
【００７３】
図１２に示すルーチンでは、次に、上述したモデルに基づいて、ＤＰＦ１８上流のＰＭ濃度推定値が取得される（ステップ１１０）。
【００７４】
次いで、下記（２）式により、ＰＭ濃度の推定値と検出値の比が、その推定値に最終補正を施すための補正係数として算出される（ステップ１１２）。
（補正係数）＝（ＤＰＦ上流ＰＭ濃度検出値）／（ＤＰＦ上流ＰＭ濃度推定値）
・・・（２）
【００７５】
このようにして算出された補正係数は、上記ステップ１１０で取得された濃度推定値の補正に用いられると共に（ステップ１１４）、モデル学習のための学習マップに記録される（ステップ１１６）。ステップ１１４の補正、及び学習マップに記録された補正係数は、最終的な濃度推定値がＤＰＦ１８上流の濃度検出値に近づくように利用される。このため、上記の処理によれば、内燃機関１０の経時変化等に影響されることなく、ＰＭの濃度検出値と精度良く一致する濃度推定値を得ることができる。
【００７６】
［変形例］
ところで、上述した実施の形態１では、モデルを用いたＰＭ濃度の推定と、ＰＭセンサ２２を用いたＰＭ濃度の検出と単一のシステムに共存させることとしているが、本発明の適用は、この種のシステムに限定されるものではない。即ち、ＤＰＦ１８の上流にＰＭセンサを追加して、その位置でのＰＭ濃度はそのセンサにより実測することとしてもよい。更に、ＤＰＦ１８の上下でＰＭ濃度を知る必要がない場合には、何れか一方だけにＰＭセンサを配置することとしてもよい。
【００７７】
また、上述した実施の形態１では、出力立ち上がり時間の終端を、ＰＭセンサ２２の出力値が判定閾値ＩＴＨに達した時点としているが、その終端はこれに限定されるものではない。すなわち、出力立ち上がり時間の終端は、ＰＭセンサ２２の出力値の増加率が予め設定しておいた判定閾値を越えた時点として定めることとしてもよい。
【００７８】
また、上述した実施の形態１では、ＰＭセンサ２２の出力立ち上がり時間を排気流速［ｍ／ｓ］に基づいて補正することとしているが、排気流速は排気流量で置き換えることとしてもよい。この点において、本明細書において、排気流速は排気流量を含む概念であるものとする。
【００７９】
また、上述した実施の形態１では、排気流速補正係数を、図６に示すように、低排気流速域では排気流速の変化に対して比例的に変化させ、また、高排気流速域では一定値に維持することとしている。しかしながら、排気流速補正係数の傾向はこれに限定されるものでははい。例えば、排気流速補正係数は、排気流速の変化に対する変化の傾きが、排気流速の増加に伴って徐々に緩やかになるように変化させることとしてもよい。
【００８０】
更に、上述した実施の形態１では、ヒータ４２により付着ＰＭを焼失させることによりＰＭセンサ２２をリセットすることにしているが、リセットの手法はこれに限定されるものではない。すなわち、電極対３４，３６間に付着しているＰＭを消失させることができれば、リセットの手法としては如何なる公知の手法を用いてもよい。
【００８１】
尚、上述した実施の形態１においては、ＰＭセンサ２２のヒータ４２が前記第１の発明における「微粒子除去機構」に相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ２４が上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第８の発明における「排気微粒子濃度推定手段」が実現されている。また、ＥＣＵ２４が上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第８の発明における「パラメータ学習手段」が実現されている。更に、上述した実施の形態１においては、排気流速に基づく補正の実行下で得られた濃度検出値と、その補正が行われなかった場合に得られる濃度検出値との比が前記請求項５又は６における「補正率」に相当している。
【符号の説明】
【００８２】
１０  内燃機関
１８  ＤＰＦ
２０  排気温度センサ
２２  ＰＭセンサ
２４  ＥＣＵ
３０  センサ素子
３２  絶縁体
３４，３６  電極（電極対）
３８  電源機構
４２  ヒータ
４８  素子温度センサ
【図１】
2015098823.tif 000003
【図２】
2015098823.tif 000004
【図３】
2015098823.tif 000005
【図４】
2015098823.tif 000006
【図５】
2015098823.tif 000007
【図６】
2015098823.tif 000008
【図７】
2015098823.tif 000009
【図８】
2015098823.tif 000010
【図９】
2015098823.tif 000011
【図１０】
2015098823.tif 000012
【図１１】
2015098823.tif 000013
【図１２】
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