(57)【要約】【課題】機関の運転状態に影響を与えずに測定精度を維持できる内燃機関の排気微粒子測定装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、酸化触媒７３と、酸化触媒７３を加熱して酸化触媒７３に堆積したＰＭを燃焼させるヒータ７１と、酸化触媒７３の温度を検出する温度センサ７２と、を含むＰＭセンサ７０と、ＰＭの燃焼時における酸化触媒７３の温度に基づいてＰＭの堆積量を推定するＥＣＵ４とを備え、ヒータ７１の作動中に排気をＰＭセンサ７０から迂回されるバイパス通路３６ｂ、切替弁７１を有している。【選択図】図５
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【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、酸化触媒と、前記酸化触媒を加熱して前記酸化触媒に堆積した排気微粒子を燃焼させる加熱手段と、前記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を含むＰＭセンサと、
前記排気微粒子の燃焼時における前記酸化触媒の温度に基づいて前記排気微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、
前記加熱手段の作動中に排気を前記ＰＭセンサから迂回させるバイパス手段を有している、ことを特徴とする内燃機関の排気微粒子測定装置。
【請求項２】
前記バイパス手段は、前記ＰＭセンサが配置された主通路を迂回した副通路と、排気の流路を前記主通路又は副通路に切り替える切替弁とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気微粒子測定装置。
【請求項３】
排気が前記ＰＭセンサから迂回されているときに前記ＰＭセンサに酸素を供給する酸素供給手段を備えている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気微粒子測定装置。
【請求項４】
前記切替弁は、前記ＰＭセンサを挟むように前記主通路の上流側及び下流側にそれぞれ配置された一対の切替弁からなり、
前記酸素供給手段は、前記一対の切替弁の間の前記主通路に形成された通気孔と、前記通気孔を開閉する開閉弁とを含む、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気微粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気微粒子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気微粒子（Particulate Matter、以下「ＰＭ」と称する。）を検出するためのセンサが知られている（特許文献１乃至４参照）。
このようなセンサは、ＰＭが含まれる排気中に酸化触媒を配置し、ヒータなどにより酸化触媒を加熱して酸化触媒に堆積したＰＭを燃焼させ、その燃焼時の温度上昇に基づいて、酸化触媒に堆積したＰＭの量を測定するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２１７５９号公報
【特許文献１】特開２００５−３３７７８２号公報
【特許文献１】特開２００５−２２６５４７号公報
【特許文献１】特願２００６−１３５６０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなセンサを、内燃機関の排気中に含まれるＰＭの量を測定するために、内燃機関の排気通路に配置すると、堆積したＰＭが燃焼されている間に、排気中のＰＭが新たに堆積する場合があり、ＰＭの測定精度が低下する恐れがある。
この問題を解決するために、エンジンから排出されるＰＭ量が少ないタイミングで測定を実行すれば、ＰＭの測定精度の低下を抑制することができる。例えばディーゼルエンジンにおいては、パイロット噴射を禁止することにより、ＰＭの排出量を抑制でき、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えたガソリンエンジンでは、筒内噴射弁による燃料噴射からポート噴射弁による燃料噴射へと切り替えることにより、ＰＭの排出量を抑制できる。
しかしながら、パイロット噴射を禁止すると、騒音が問題になるおそれがある。また、筒内噴射弁による燃料噴射からポート噴射弁による燃料噴射へと切り替えると、エンジンの出力が抑制されるおそれがある。
【０００５】
したがって本発明の目的は、機関の運転状態に影響を与えずに測定精度を維持できる内燃機関の排気微粒子測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、内燃機関の排気通路に配置され、酸化触媒と、前記酸化触媒を加熱して前記酸化触媒に堆積した排気微粒子を燃焼させる加熱手段と、前記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を含むＰＭセンサと、前記排気微粒子の燃焼時における前記酸化触媒の温度に基づいて前記排気微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、前記加熱手段の作動中に排気を前記ＰＭセンサから迂回させるバイパス手段を有している、ことを特徴とする内燃機関の排気微粒子測定装置によって達成できる。
この構成により、加熱手段の作動中に排気が前記ＰＭセンサから迂回されるので、加熱手段の作動中、即ち酸化触媒に堆積した排気微粒子が燃焼している間に、排気中の排気微粒子が更に酸化触媒に堆積することを抑制できる。従って、排気微粒子の測定精度を維持できる。また、排気をＰＭセンサからバイパスすることによって、機関の運転状態を変更しなくとも測定精度が維持される。
【０００７】
また、上記構成において、前記バイパス手段は、前記ＰＭセンサが配置された主通路を迂回した副通路と、排気の流路を前記主通路又は副通路に切り替える切替弁とを含む、構成を採用できる。
このような構成により、機関の運転状態に影響を与えずに測定精度を維持できる。
【０００８】
また、上記構成において、排気が前記ＰＭセンサから迂回されているときに前記ＰＭセンサに酸素を供給する酸素供給手段を備えている、構成を採用できる。
排気が迂回されているときには、ＰＭセンサには酸素が供給されにくい状況となるが、酸素供給手段を設けることによって、ＰＭセンサの酸化触媒に堆積した排気微粒子の燃焼を促進させることができる。
【０００９】
また、上記構成において、前記切替弁は、前記ＰＭセンサを挟むように前記主通路の上流側及び下流側にそれぞれ配置された一対の切替弁からなり、前記酸素供給手段は、前記一対の切替弁の間の前記主通路に形成された通気孔と、前記通気孔を開閉する開閉弁とを含む、構成を採用できる。
このような構成により、切替弁は、ＰＭセンサを挟むように主通路に配置された一対の切替弁からなるので、バイパス時は、ＰＭセンサを排気から遮断することができる。また、酸素供給手段は、一対の切替弁の間の主通路に形成された通気孔と、通気孔を開閉する開閉弁とを含むため、バイパス時に、開閉弁により通気孔を開放することによって、ＰＭセンサに大気を導入することができる。また、一対の切替弁により、バイパス時にはＰＭセンサを排気から遮断することができるので、開閉弁により通気孔を開放することによって、バイパスされた排気が、通気孔から排出されることを防止できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機関の運転状態に影響を与えずに測定精度を維持できる内燃機関の排気微粒子測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る複数の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係るエンジンシステムの構成を示した模式図であり、自動車に搭載された多気筒ガソリンエンジン（以下「エンジン」と略す）２及びその電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４の概略構成を示している。図１では１つの気筒の構成を中心として示している。
ここでエンジン２の出力は変速機（図示略）を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、燃焼室１０内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１２と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁１１と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。
【００１３】
燃焼室１０に接続している吸気ポート１６は吸気バルブ（図示略）の駆動により開閉される。吸気ポート１６に接続された吸気通路２０の途中にはサージタンク２２が設けられ、サージタンク２２の上流側にはスロットルモータ２４によって開度が調節されるスロットルバルブ２６が設けられている。
【００１４】
このスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸気量が調整される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出され、サージタンク２２内の吸気圧ＰＭは、サージタンク２２に設けられた吸気圧センサ３０により検出されて、ＥＣＵ４に読み込まれている。
また、吸気通路２０にはエアフロメータ２１が配置されて、吸入空気量をＥＣＵ４に出力する。
【００１５】
燃焼室１０に接続している排気ポート３２は排気バルブ（図示略）の駆動により開閉される。排気ポート３２に接続された排気通路３６には、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元とを行い、酸素吸蔵、放出機能を有する三元触媒であるスタートキャタリスト３８が設けられている。また、排気通路３６には、スタートキャタリスト（以下、単に「触媒」という。）３８の下流にＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられている。
【００１６】
また、排気通路３６には、触媒３８の上流側に、空燃比センサ６４が、触媒３８とＮＯｘ吸蔵還元触媒４０との間に酸素センサ６６が、それぞれ配置されている。空燃比センサ６４として、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比に応じた電圧信号を出力するリニア空燃比センサが使用されている。酸素センサ６６は、それぞれ排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するセンサである。
【００１７】
また、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ４１が設けられ、検出したエンジン冷却水温度は、ＥＣＵ４に出力される。
【００１８】
また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０の下流側には、排気中のＰＭ量を測定するＰＭセンサＰＭセンサ７０が配置されている。また、ＰＭセンサ７０を排気から迂回させるためのバイパス通路３６ｂ、切替弁８１とを備えている。ＰＭセンサ７０は、メイン通路３６ａに配置され、バイパス通路３６ｂは、メイン通路３６ａを迂回するように設けられている。切替弁８１、バイパス通路３６ｂは、バイパス手段として機能する。ＰＭセンサ７０、切替弁８１などの詳細については後述する。
【００１９】
ＥＣＵ４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などから構成され、エンジン全体の作動を制御する。
このＥＣＵ４は、スロットル開度センサ２８及び吸気圧センサ３０以外に、アクセルペダル４４の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ５６からの信号を入力している。更に、ＥＣＵ４は、クランク軸５４の回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５８、空燃比センサ６４、酸素センサ６６からそれぞれ信号を入力している。
【００２０】
ＥＣＵ４は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、筒内噴射量、ポート噴射量、噴射時期、及びスロットル開度ＴＡを適宜制御する。
【００２１】
ＥＣＵ４は、触媒３８の酸化・還元能力を高めるために、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射量を、空燃比センサ６４の出力、或いはその出力と酸素センサ６６の出力とに基づいてフィードバック制御する。
【００２２】
次に、ＰＭセンサ７０について詳細に説明する。
図２は、ＰＭセンサ７０の構成を示した模式図である。
ＰＭセンサ７０は、図２に示すように、ヒータ７１、温度センサ７２、酸化触媒７３、等から構成される。
ヒータ７１は、酸化触媒７３を加熱するための加熱手段として機能する。ヒータ７１は、ＥＣＵ４によってその作動が制御される。
温度センサ７２は、ヒータ７１と酸化触媒７３との間に配置されて酸化触媒７３の温度を検出し、その検出値をＥＣＵ４に出力する。
【００２３】
酸化触媒７３は、触媒コート７４、基材７５から構成される。触媒コート７４は、基材７５の表面に形成されている。基材７５は、セラミックにより形成され、触媒コート７４は、白金や、パラジウムなどの金属から形成される。また、触媒コート７４には、排気ガス中の酸素を吸蔵、放出機能を有するセリアが添加されている。
【００２４】
図２に示すように、ヒータ７１は、ＰＭを捕集するための凹部が形成され、この凹部が排気ガスの上流側を向くように、ＰＭセンサ７０は、排気通路３６に配置される。
【００２５】
従って、ＰＭセンサ７０は、酸化触媒７３が排気ガス中のＨＣ、ＣＯ成分を酸化（酸素と反応）してＣＯ２、Ｈ２Ｏに変換することができると共に、排気ガス中のＰＭを捕集することができる。また、酸化触媒７３は、前述したように酸素吸蔵、放出機能を有するので、酸化触媒７３における酸素吸蔵量が十分である場合に、ヒータ７１を作動させることにより、酸化触媒７３が加熱されて活性化し、堆積しているＰＭが酸化触媒７３に吸蔵されている酸素を利用して燃焼することとなり、ＥＣＵ４は、このときの温度センサ７２からの出力に基づいてＰＭの堆積量を推定することができる。
【００２６】
図３は、ヒータ温度に対するセンサ温度を示したグラフである。
ヒータ７１が作動すると、酸化触媒７３が加熱されるため、図３に実線で示すように、ヒータ温度が上昇するのに伴って、温度センサ７２が検出した酸化触媒７３の温度が比例して上昇する。このとき、酸化触媒７３にＰＭが堆積していると、酸化触媒７３の温度がＰＭを燃焼可能な温度までに上昇した時点で、このＰＭが燃焼する。このＰＭの燃焼により、図３に示した一点鎖線で示すように、温度センサ７２が検出した酸化触媒７３の温度が急激に上昇する。そして、ＰＭが全て燃焼すると、温度センサ７２の検出温度が急激に低下する。
従って、ＰＭセンサ７０の酸化触媒７３にＰＭが堆積した期間の吸入空気量と、このときの温度上昇量とに基づいて、所定のマップを用いてＥＣＵ４は、ＰＭの堆積量を推定することができる。これにより、排気ガス中に含まれるＰＭ量を測定することができる。
【００２７】
次に、このようなＰＭセンサを用いてＰＭを検出する際に起こり得る問題点について簡単に説明する。
前述したように、ＰＭセンサ７０は、酸化触媒７３に堆積したＰＭを燃焼させ、そのときの温度上昇に基づいてＰＭの堆積量を推定するものである。従って、ＰＭを燃焼させているときに、排気ガス中に含まれるＰＭが新たに酸化触媒７３に堆積すると、ＰＭ量の測定精度が低下する。
【００２８】
図４は、ＰＭ燃焼中に更にＰＭが堆積した場合の、ヒータ温度に対するセンサ温度を示したグラフである。
図４に示すように、一点鎖線で示した酸化触媒７３の温度が上昇してピークを迎えた後に、温度は下降するはずであるが、新たに酸化触媒７３にＰＭが堆積すると、その新たに堆積した分のＰＭが燃焼し始め、再び酸化触媒７３の温度は上昇する。このような状況は、ＰＭの排出の多いエンジン運転領域でＰＭ量の測定を行った場合に発生しうる。従って、実施例１に係るエンジンシステムは、上記問題を解消すべく、排気ガスをＰＭセンサ７０からバイパスさせるバイパス手段を有している。
【００２９】
図５は、実施例１に係るＰＭセンサ７０周辺の拡大図である。
ＰＭセンサ７０は、図５に示すように、メイン通路３６ａに配置されている。また、メイン通路３６ａであって、ＰＭセンサ７０よりも上流側であり、メイン通路３６ａとバイパス通路３６ｂとの分岐点よりも下流側に、切替弁８１が設けられている。切替弁８１は、ＥＣＵ４によってその作動を制御され、排気が通過する通路をメイン通路３６ａ又はバイパス通路３６ｂに切り替える。
ＰＭセンサ７０は、メイン通路３６ａに配置され、メイン通路３６ａとバイパス通路３６ｂとの分岐点より下流側であり、メイン通路３６ａとバイパス通路３６ｂとの合流点よりも上流側に配置されている。
【００３０】
図５（ａ）は、切替弁８１が、バイパス通路３６ｂを遮断した状態を示しており、排気はメイン通路３６ａを通過する。図５（ｂ）は、切替弁８１が、メイン通路３６ａを遮断し、バイパス通路３６ｂを開放している状態を示しており、排気は、バイパス通路３６ｂを通過してＰＭセンサ７０から迂回される。
【００３１】
次に、ＥＣＵ４が実行するＰＭ量測定処理について説明する。
図６は、ＥＣＵ４が実行するＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャート図である。
【００３２】
ＥＣＵ４は、エンジンの運転状態がフューエルカット後であるかどうかを判定し（ステップＳ１ａ）、フューエルカット後である場合には、フューエルカット中の酸素量が基準値Ｃを上回ったかどうかを判定する（ステップＳ１ｂ）。
これは、ガソリンエンジンの場合、ＰＭセンサ７０の酸化触媒７３が酸素吸蔵、放出機能を有する場合であっても、ディーゼルエンジンと異なり、排気ガス中に酸素が十分存在しているわけではないため、酸化触媒７３に十分酸素が吸蔵させたうえで、ＰＭを燃焼させるのが好ましいからである。また、後述するように、ＰＭ燃焼中は、切替弁８１により、ＰＭセンサ７０と排気ガスの接触は遮断されるため、酸化触媒７３に酸素が吸蔵されていることが必要だからである。尚、フューエルカット中の酸素量は、エアフロメータ２１に基づいて算出する。
【００３３】
フューエルカット中の酸素量が、所定の基準値Ｃを上回った場合、切替弁８１を切り替えて、バイパス通路３６ｂへ排気を流入させる（ステップＳ１）。これにより、ＰＭセンサ７０は、排気ガスから遮断される。
【００３４】
次に、ＥＣＵ４は、ヒータ７１を作動させ（ステップＳ２）、酸化触媒７３に堆積したＰＭの燃焼が終了したかどうかを判定する（ステップＳ３）。ＰＭの燃焼終了の判定は、図３に示したように、温度センサ７２の出力に基づいて判定する。
【００３５】
燃焼が終了した場合には、ＥＣＵ４は、ヒータ７１の作動を停止する（ステップＳ４）。以上の処理により、酸化触媒７３に既に堆積したＰＭを燃焼除去することができる。
次に、温度センサ７２の出力値が、規定値以下まで低下したかどうかを判定する（ステップＳ５）。ここで規定値とは、ＰＭが燃焼不能な温度をいい、ＰＭが燃焼可能な温度と十分な差がある値をいう。
【００３６】
温度センサ７２の出力値が規定値以下にまで低下すると、ＥＣＵ４は、切替弁８１を切り替えて、ＰＭセンサ７０側（メイン通路３６ａ側）に排気ガスを流入させ（ステップＳ６）、吸入空気量の積算を開始する（ステップＳ７）。具体的には、ＥＣＵ４は、エアフロメータ２１により検出された吸入空気量を積算する。
吸入空気量の積算を開始し、吸入空気量の積算値Σｇａが、予め設定された所定値Ａより大きくなったかどうかを判定する（ステップＳ８）。小さい場合には、ＥＣＵ４は、吸入空気量の積算を継続する（ステップＳ９）。
【００３７】
吸入空気量の積算値Σｇａが、所定値Ａを超えた場合、ＥＣＵ４は、エンジンの運転状態がフューエルカット後であるかどうかを判定し（ステップＳ９ａ）、フューエルカット後である場合には、フューエルカット中の酸素量が基準値Ｃを上回ったかどうかを判定する（ステップＳ９ｂ）。フューエルカット後ではない場合、または、フューエルカット中の酸素量が基準値Ｃを上回っていない場合には、上記ステップＳ９ａ、Ｓ９ｂの処理を実行する。
このように、ステップＳ９ａ、Ｓ９ｂにおいて、前述したステップＳ１ａ、Ｓ１ｂと同様の処理を実行することにより、酸化触媒７３に再び十分な酸素を吸蔵させ、ＰＭの燃焼を確実に行うためである。
【００３８】
フューエルカット後であり、フューエルカット中の酸素量が基準値Ｃを上回っている場合には、ＥＣＵ４は、切替弁８１を切り替えて、バイパス通路３６ｂ側に排気ガスが流入するように制御する（ステップＳ１０）。
【００３９】
次に、ＥＣＵ４は、ヒータ７１を作動させ（ステップＳ１１）、酸化触媒７３に堆積したＰＭを燃焼させる。そして、このときの温度センサ７２の出力温度と、吸入空気量の積算値とに基づいて、ＥＣＵ４は、酸化触媒７３へのＰＭの堆積量を算出する（ステップＳ１２）。
【００４０】
次に、酸化触媒７３に堆積したＰＭが完全に燃焼したかどうかでＰＭ量の算出処理が終了したかどうかを判定する（ステップＳ１３）。この場合、酸化触媒７３に堆積したＰＭが燃焼することで酸化触媒７３の温度が急激に上昇した後に、酸化触媒７３の温度が低下し、図３に実線で示す変化に戻ることにより判定することができる。そして、ＰＭ量の算出処理が終了するまで、ＥＣＵ４は、上記ステップＳ１１、Ｓ１２、の処理を実行する。
【００４１】
その後、ＰＭ量の算出処理が終了した場合には、ＥＣＵ４は、ヒータ７１の作動を停止して（ステップＳ１４）、温度センサ７２の出力値が規定値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。規定値以下の場合には、ＥＣＵ４は、切替弁８１を切り替えて、排気ガスをＰＭセンサ７０側へと流入させる（ステップＳ１６）。
【００４２】
このように、ＥＣＵ４は、ステップＳ１、Ｓ１０、で実行した処理のように、切替弁８１を切り替えることにより、ヒータ７１の作動中に排気ガスをＰＭセンサ７０から迂回させる。このような構成により、ヒータ７１の作動中、即ち酸化触媒７３に堆積したＰＭが燃焼している間に、排気ガス中のＰＭが更に酸化触媒７３に堆積することを抑制できる。従って、ＰＭの測定精度を維持できる。また、排気ガスをＰＭセンサ７０からバイパスすることによって、機関の運転状態を変更しなくとも測定精度が維持される。
【００４３】
また、ＥＣＵ４は、ステップＳ５で実行した処理のように、温度センサ７２の出力値を基準として、吸入空気量の積算を開始する。例えば、本実施例のようにバイパス手段がない場合に、温度センサ７２の規定値を低く設定された場合、即ち、ＰＭが燃焼可能な温度を低く設定されると、吸入空気量積算開始時には、酸化触媒７３に燃焼温度の高いＰＭが既に堆積している恐れがある。このように吸入空気量積算開始時に既にＰＭ量が堆積していると、ＰＭ量の測定の際に、誤差が生じる恐れがある。また、逆に温度センサ７２の規定値を高く設定された場合には、吸入空気量積算開始後であっても、排気ガス中のＰＭが酸化触媒７３に堆積して燃焼する恐れがある。
【００４４】
しかしながら、本実施例に係るエンジンシステムでは、上述したように、温度センサ７２の出力値が十分に低い値となってから、切替弁８１を切り替えてＰＭセンサ７０側に排気ガスを流入させて吸入空気量の積算を開始するため、上記のような問題は解消される。
【００４５】
次に、ＥＣＵ４が実行する実施例１に係るＰＭ量測定処理の変形例について説明する。図７は、ＥＣＵ４が実行する実施例１に係るＰＭ量測定処理の実施例を示したフローチャートである。
【００４６】
尚、実施例１に係る変形例の処理は、上記で説明した処理と異なり、ガソリンエンジンを前提とするものではなく、ディーゼルエンジンを前提とするものである。ディーゼルエンジンの場合には、図１に示したガソリンエンジンの構成と一部分で異なり、ポート噴射弁１１、点火プラグ１４、三元触媒として機能する触媒３８は設けられていない。
【００４７】
図７に示すように、ＥＣＵ４は、ディーゼルエンジンの場合には、図６に示した処理と異なり、フューエルカット後であるか、及びフューエルカット中の酸素量が所定値Ｃを上回ったかどうかを判定することなく、ＰＭ量の測定処理を開始する。
【００４８】
この理由は、ディーゼルエンジンの場合、ガソリンエンジンと比較して排気ガス中に含まれる酸素濃度が高いため、酸化触媒７３が酸素吸蔵、放出機能を有している場合には、酸化触媒７３にＰＭが堆積している間に、酸素を吸蔵することができるからである。従って、ディーゼルエンジンの場合には、常時ＰＭ量の測定が可能となる。
【実施例２】
【００４９】
次に、実施例２に係るエンジンシステムについて説明する。
図８は、実施例２に係るエンジンシステムのＰＭセンサ７０周辺の拡大図である。
【００５０】
図８に示すように、メイン通路３６ａには、ＰＭセンサ７０への酸素供給手段として機能するエアポンプ８０が配置されている。エアポンプ８０は、切替弁８１よりも下流側であり、ＰＭセンサ７０よりも上流側に配置されている。
【００５１】
エアポンプ８０は、排気がＰＭセンサ７０から迂回されているときにＰＭセンサ７０に酸素を供給する。排気がＰＭセンサ７０から迂回されているときは、ヒータ７１が作動してＰＭを燃焼させているが、この場合には、切替弁８１により排気が迂回されているため、ＰＭセンサ７０に酸素が供給されにくい状況となる。しかしながら、エアポンプ８０によって酸素が供給されるため、ＰＭセンサ７０の酸化触媒７３に堆積したＰＭの燃焼を促進することができる。これにより、エンジンの運転状態に影響を与えずに、常時ＰＭの測定を行うことができる。
【００５２】
尚、エアポンプ８０は、大気中の空気を取り込んで、ＰＭセンサ７０に酸素を供給するように構成してもよいし、酸素ボンベと接続されて、ＰＭセンサ７０に酸素を供給するように構成してもよい。エアポンプ８０の動作については以下に述べる。
【００５３】
次に、ＥＣＵ４が実行する実施例２に係るＰＭ量測定処理について説明する。
図９は、ＥＣＵ４が実行する実施例２に係るＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャート図である。
尚、本処理は、ディーゼルエンジンであっても、ガソリンエンジンであっても適用できる。また、酸化触媒７３は酸素吸蔵、放出機能を有していないことを前提として説明する。
まず、ＥＣＵ４は、切替弁８１を作動させて、排気をバイパス通路３６ｂ側に流入させる（ステップＳ１）。
【００５４】
次に、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０を作動させて、ＰＭセンサ７０に酸素を供給し（ステップＳ２ａ）、温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満であるかどうかを判定する（ステップＳ２ｂ）。
温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満である場合とは、温度センサ７２の検出温度が略一定となった場合をいう。これは、エアポンプ８０から供給される酸素によって、ＰＭセンサ７０の温度が低下し始めるが、一定時間が経過すると、ＰＭセンサ７０の温度は略一定となり、ＥＣＵ４は、この状態を判定している。具体的には、エアポンプ８０の作動後、１０秒間の温度センサ７２からの出力温度の変化が、５℃以下となったら、ＥＣＵ４は、以下の処理を実行する。
【００５５】
温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満の場合、ステップＳ２〜Ｓ４の処理を実行して、温度センサ７２の出力値が規定値以下になった場合には（ステップＳ５）、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０の作動を停止させる（ステップＳ６ａ）。
【００５６】
次にステップＳ６、Ｓ７の処理を実行して、吸入空気量の積算値Σｇａが、予め設定された所定値Ａより大きくなったかどうかを判定し（ステップＳ８）、所定値Ａよりも大きくなった場合には、切替弁８１を制御してバイパス通路３６ｂ側へ排気を流入させると共に（ステップＳ１０）、エアポンプ８０を作動させる（ステップＳ１１ａ）。そして、ＥＣＵ４は、温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満であるかどうかを判定する（ステップＳ１１ｂ）。所定値Ｂ未満でない場合には、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０による酸素の供給を継続する（ステップＳ１１ａ）。
【００５７】
所定値Ｂ未満の場合には、ＥＣＵ４は、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を実行して、ＰＭ量の測定を終了した後にヒータ７１の作動を停止させた後に、温度センサ７２の出力値が規定値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。規定値以下の場合には、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０の作動を停止させる（ステップＳ１６ａ）。その後に、ＥＣＵ４は切替弁８１の作動させて、排気をＰＭセンサ７０側に流入させる（ステップＳ１６）。
【００５８】
上記ステップＳ５、Ｓ６ａ、Ｓ１５、Ｓ１６ａで実行した処理のように、温度センサ７２の出力値が規定値以下となるまで、エアポンプ８０を作動させることによって、ヒータ７１の冷却時間を短縮することができる。これにより、ＰＭ量を測定するために必要な時間を短縮することができ、ＰＭ量の測定頻度を増やすことができる。
【００５９】
また、ステップＳ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂで実行した処理のように、エアポンプ８０によってＰＭセンサ７０に酸素が供給されてから、温度センサ７２の出力が安定した後に、ヒータ７１を作動させる。
ＰＭセンサ７０に酸素が供給され始めて、温度センサ７２の出力が安定しないうちにヒータ７１を作動させた場合には、ＰＭが燃焼中における温度センサ７２の出力も不安定となる恐れがあり、ＰＭの測定精度が低下する恐れがある。しかし、ＰＭセンサ７０に酸素が供給されてから、温度センサ７２の出力が安定した後にヒータ７１を作動させることによって、燃焼中での温度センサ７２の出力も安定し、ＰＭの測定精度の低下を防止できる。
【００６０】
次に、ＥＣＵ４が実行する実施例２に係るＰＭ量測定処理の変形例について説明する。
図１０は、ＥＣＵ４が実行する実施例２に係るＰＭ量測定処理の変形例についてのフローチャートである。
尚、酸化触媒７３は、酸素吸蔵、放出機能を有していることを前提として説明する。
【００６１】
ＥＣＵ４は、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を実行し、ステップＳ５において、温度センサ７２の出力温度が、規定値以下になった場合には、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０による供給空気量の積算を開始する（ステップＳ６ｂ）。
【００６２】
次に、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０による供給空気量が、酸化触媒７３に十分に酸素が吸蔵されるために必要となる空気量を上回ったかどうかを判定する（ステップＳ６ｃ）。尚、酸化触媒７３の最大酸素吸蔵量は、触媒コート７４に添加されたセリアの量に基づいて算出でき、この算出結果に基づいて、エアポンプ８０の供給空気量が設定されている。
【００６３】
供給空気量が十分である場合、即ち、酸化触媒７３に十分に酸素が吸蔵された場合には、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０の作動を停止させる（ステップＳ６ｄ）。
【００６４】
次に、ＥＣＵ４はステップＳ７〜Ｓ１６の処理を実行して、ＰＭ量を測定する。ここで、ステップＳ７〜Ｓ１６までの処理においては、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０を作動させることなく、ヒータ７１によりＰＭを燃焼させる。これは、ステップＳ６ｂ、Ｓ６ｃの処理によって、酸化触媒７３に十分な酸素が吸蔵されているため、ステップＳ１１においてＰＭを燃焼させる際には、酸化触媒７３に吸蔵されている酸素により、その燃焼が促進されることになる。従って、切替弁８１によりＰＭセンサ７０が排気ガスから遮断されている場合であっても、ＰＭを燃焼させることができる。
【００６５】
また、ステップＳ１１を実行する際にエアポンプ８０を作動させると、エアポンプ８０によってＰＭセンサ７０が冷却されるので、酸化触媒７３へのＰＭの堆積量の差によらずに、温度センサ７２の出力値の差が小さくなるおそれがある。温度センサ７２の出力値の差が小さいと、ＰＭ量を誤検出する恐れがある。
また、エアポンプ８０によってヒータ７１も冷却されるため、ヒータ７１の電力消費が増加する恐れがある。更に、エアポンプ８０を作動させることによっても電力消費は増加する。
従って、ＰＭ量を測定中においては、エアポンプ８０を作動させないことにより、ＰＭ量の測定精度の低下を抑制でき、電力消費の増大も抑制できる。
【実施例３】
【００６６】
次に、実施例３に係るエンジンシステムについて説明する。
図１１は、実施例３に係るエンジンシステムのＰＭセンサ７０周辺の拡大図である。
尚、本実施例において、切替弁８１を便宜上、第１切替弁８１として説明する。
【００６７】
図１１に示すように、メイン通路３６ａには、第１切替弁８１に加えて、第２切替弁８２、開閉弁８３が配置されている。
第２切替弁８２は、メイン通路３６ａとバイパス通路３６ｂとの合流点よりも上流側に配置されている。第２切替弁８２は、第１切替弁８１とにより、ＰＭセンサ７０を挟み込むように配置されている。
また、第１切替弁８１と第２切替弁８２との間には、開閉弁８３が配置されている。開閉弁８３は、図１１（ｂ）に示すように、メイン通路３６ａに形成された通気孔８４を開閉する。通気孔８４は、大気と連通している。開閉弁８３は、ＰＭセンサ７０よりも若干上流側に配置されている。通気孔８４も、同様の位置に形成されている。
【００６８】
ＥＣＵ４は、ヒータ７１を作動させて、ＰＭを燃焼させている間は、図１１（ａ）に示した状態から、図１１（ｂ）に示した状態へと切り替える。即ち、ＥＣＵ４は、第１切替弁８１及び第２切替弁８２によって、メイン通路３６ａを閉鎖してＰＭセンサ７０を排気ガスから遮断する。これにより、排気ガスは、バイパス通路３６ｂへと流入する。そして、ＥＣＵ４は、開閉弁８３を作動して通気孔８４を開放することにより、大気が通気孔８４を介して、メイン通路３６ａに流入する。この大気には通常、酸素が含まれているため、ＰＭセンサ７０に酸素が供給される。これにより、排気ガスがＰＭセンサ７０からバイパスされている場合であっても、ＰＭを燃焼させることができる。
【００６９】
また、ヒータ７１を作動させている間は、第２切替弁８２もメイン通路３６ａを閉鎖するため、バイパス通路３６ｂを通過した排気ガスが、メイン通路３６ａとバイパス通路３６ｂとの合流点を介して、メイン通路３６ａの上流側に進み、通気孔８４から排出されることを防止できる。これにより、通気孔８４から排気が逃げ出して騒音が発生することを防止できる。即ち、第２切替弁８２を設けたことによって、排気ガスをマフラー９０に案内することができる。
【００７０】
次に、ＥＣＵ４が実行する実施例３に係るＰＭ量測定処理について説明する。
図１２は、ＥＣＵ４が実行する実施例３に係るＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャートである。
【００７１】
ＥＣＵ４は、第１切替弁８１を作動させ、排気をバイパス通路３６ｂ側に流入させる（ステップＳ１ｃ）。次に、第２切替弁８２を作動させ、ＰＭセンサ７０を排気ガスから遮断する（ステップＳ１ｄ）。次に、ＥＣＵ４は、開閉弁８３を作動させて、通気孔８４を開放して、大気をメイン通路３６ａへと流入させる（ステップＳ１ｅ）。
これにより、ＰＭセンサ７０から排気ガスが遮断されると共に、大気を供給することができる。
【００７２】
次に、ステップＳ２ｂ〜Ｓ５の処理を実行した後、開閉弁８３を作動させて、通気孔８４を遮断し（ステップＳ６ｅ）、第２切替弁８２を作動させ、バイパス通路３６ｂの下流側を閉鎖し（ステップＳ６ｆ）、第１切替弁８１を作動させて、メイン通路３６ａの上流側を閉鎖する（ステップＳ６ｇ）。その後に、ステップＳ７以降の処理を実行する。これにより、ＰＭセンサ７０へＰＭを堆積させることができる。
【００７３】
次に、ステップＳ８、Ｓ９の処理を実行した後、ステップＳ１ｃ〜１ｄの処理と同様に、ステップＳ１０ａ〜Ｓ１０ｓの処理を実行する。これによって、ステップＳ１１においてＰＭが燃焼している間に、通気孔８４から酸素が供給される。
【００７４】
次に、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理を実行した後、ステップＳ６ｅ〜Ｓ６ｇと同様に、ステップＳ１６ｂ〜Ｓ１６ｄの処理を実行する。
【００７５】
このように、ヒータ７１の作動時には、通気孔８４から酸素を供給することができるので、酸化触媒７３に酸素吸蔵、放出機能を有していない場合であってもＰＭを燃焼させることができる。これにより、ＰＭセンサ７０のコストを抑制することができる。また、実施例２に係るエンジンシステムのように、エアポンプ８０を設ける必要はないので、これによってもコストを抑制することができる。
【００７６】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施例１に係るエンジンシステムの構成を示した模式図である。
【図２】ＰＭセンサの構成を示した模式図である。
【図３】ヒータ温度に対するセンサ温度を示したグラフである。
【図４】ＰＭ燃焼中に更にＰＭが堆積した場合の、ヒータ温度に対するセンサ温度を示したグラフである。
【図５】実施例１に係るＰＭセンサ周辺の拡大図である。
【図６】ＥＣＵが実行するＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャート図である。
【図７】ＥＣＵが実行する実施例１に係るＰＭ量測定処理の変形例を示したフローチャートである。
【図８】実施例２に係るエンジンシステムのＰＭセンサ周辺の拡大図である。
【図９】ＥＣＵが実行する実施例２に係るＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャート図である。
【図１０】ＥＣＵが実行する実施例２に係るＰＭ量測定処理の変形例についてのフローチャートである。
【図１１】実施例３に係るエンジンシステムのＰＭセンサ周辺の拡大図である。
【図１２】ＥＣＵが実行する実施例３に係るＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
２        エンジン
４        ＥＣＵ（堆積量推定手段）
１０      燃焼室
１１      ポート噴射弁
１２      筒内噴射弁
１４      点火プラグ
１６      吸気ポート
２０      吸気通路
２２      サージタンク
２４      スロットルモータ
２６      スロットルバルブ
２８      スロットル開度センサ
３０      吸気圧センサ
３２      排気ポート
３６      排気通路
３６ａ    メイン通路（主通路）
３６ｂ    バイパス通路（副通路）
３８      触媒
４０      ＮＯｘ吸蔵還元触媒
４１      水温センサ
４４      アクセルペダル
５４      クランク軸
５６      アクセル開度センサ
５８      エンジン回転数センサ
６４      空燃比センサ
６６      酸素センサ
７０      ＰＭセンサ
７１      ヒータ
７２      温度センサ
７３      酸化触媒
７４      触媒コート
７５      基材
８０      エアポンプ
８１      切替弁、第１切替弁
８２      第２切替弁
８３      開閉弁
８４      通気孔
９０      マフラー
【図１】
2008261322.tif 000003
【図２】
2008261322.tif 000004
【図３】
2008261322.tif 000005
【図４】
2008261322.tif 000006
【図５】
2008261322.tif 000007
【図６】
2008261322.tif 000008
【図７】
2008261322.tif 000009
【図８】
2008261322.tif 000010
【図９】
2008261322.tif 000011
【図１０】
2008261322.tif 000012
【図１１】
2008261322.tif 000013
【図１２】
2008261322.tif 000014