(57)【要約】【課題】排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えた排気浄化装置において、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼・除去する再生制御を適切に実行する。【解決手段】ＤＰＦのＰＭ堆積量が所定値に達したことを条件にフィルタ再生制御を開始し（ステップST2,ST5）、この再生制御開始後に、空燃比センサの素子インピーダンスが所定値Ｚ２（ＰＭの燃焼可能温度に相当する値）よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して再生制御の終了タイミングを決定する（ステップST6〜ST8）。このように、空燃比センサの素子温度（排気温度）と相関関係にある素子インピーダンスに基づいて再生制御終了タイミングを決定することで、ＤＰＦに堆積したＰＭの全体を確実に燃焼させることが可能となり、再生制御を適切なタイミングで終了することができる。【選択図】図６
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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設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に配設された空燃比センサと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼・除去する再生制御を実行する再生制御手段とを備え、所定の条件が成立したときに前記再生制御を開始する排気浄化装置において、
前記空燃比センサの素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスに基づいて前記再生制御の終了タイミングを決定することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気浄化装置において、
前記再生制御を開始した後、前記空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して前記再生制御の終了タイミングを決定することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の排気浄化装置において、
前記再生制御を開始する前に、前記空燃比センサのセンサ素子のヒータ加熱を停止し、前記ヒータ加熱の停止後に、当該空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも大きくなった時点で再生制御を開始することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化装置において、
前記排気通路に燃料を添加することにより前記再生制御を行うとともに、当該再生制御中の空燃比センサの素子インピーダンスが所定値になるように燃料添加量を制御することを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関（以下、エンジンともいう）を駆動したときに排出される排気ガス中には、そのまま大気に排出することが好ましくない物質が含まれている。特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）という場合もある）、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分：Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）などが含まれており、大気汚染の原因になる。
【０００３】
排気ガス中のＰＭを浄化する装置として、ディーゼルエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、排気通路を流れる排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することによって、大気中に放出されるエミッションの量を低減する排気浄化装置が知られている。
【０００４】
パティキュレートフィルタとしては、例えば、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。
【０００５】
パティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という場合もある）を用いてＰＭの捕集を行う場合、捕集したＰＭの堆積量が多くなってフィルタの詰りが生じると、フィルタを通過する排気ガスの圧力損失が増大し、これに伴うエンジンの排気背圧増大によってエンジン出力低下や燃費の低下が発生する。これを解消する方法として、排気通路（フィルタの上流側）に燃料添加を行って排気温度を上昇させることによって、フィルタに堆積したＰＭを燃焼・除去する制御（フィルタ再生制御）が行われている。
【０００６】
また、フィルタの再生制御において排気温度を上昇させる他の方法として、燃料噴射時期を遅角して排気温度を高くする方法や、エンジンの吸入空気量を絞ることにより空燃比（Ａ／Ｆ）を低くして排気温度を高くする方法などがある。
【０００７】
こうしたフィルタ再生制御では、フィルタへのＰＭの堆積量を推定し、そのＰＭ堆積量が所定の基準値（限界堆積量）に達したときに、フィルタの再生時期であると判定して燃料添加等の再生制御を実施している。
【０００８】
具体的には、例えば、フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧（フィルタ前後の差圧）を検出する圧力センサを設け、その圧力センサの出力値（差圧検出値）が所定値（限界堆積量に相当する値）に達したときにフィルタの再生制御を開始し、圧力センサの出力値が所定値（再生制御終了判定値）以下となったときにフィルタの再生制御を終了するという処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、排気通路を流れる排気ガスの温度を検出する排気温度センサを設け、その排気温度センサにて検出される排気温度に基づいてＰＭ堆積量を推定してフィルタの再生制御を行っている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
一方、車両に搭載されるエンジンにおいては、排気通路に配置した空燃比センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度に基づいて排気空燃比が適切な目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御を実行している。
【００１１】
空燃比フィードバック制御等に用いる空燃比センサにおいては、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要がある。そのため、センサ素子を加熱するヒータ（例えば電気ヒータ）を設け、素子温度が所定の活性化温度となるようにヒータへの通電を制御している。
【００１２】
このようなヒータの通電制御を行うには、センサ素子の温度を検出する必要があるが、一般には素子温度を直接検出するのではなく、センサ素子の素子インピーダンス（交流インピーダンス）と素子温度との間に相関関係があることを利用し、素子インピーダンスを検出し、その検出した素子インピーダンスに基づいて素子温度を間接的に検出している。
【特許文献１】特開２００４−０３６４５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１８２８号公報
【特許文献３】特開２００３−０９７３３３号公報
【特許文献４】特開２００１−３５５５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、フィルタの再生制御に圧力センサを用いる場合、圧力センサではフィルタの全体が再生されたことを把握することができないため、以下の点が問題となる。
【００１４】
まず、フィルタに堆積したＰＭの燃焼・除去は、フィルタの全体にわたって均一に行われずに、ＰＭが部分的に除去される場合がある。フィルタに堆積したＰＭが部分的に除去されてフィルタの一部が吹き抜けた状態になると、フィルタ前後の差圧が低下する。このようにしてフィルタ前後の差圧が低下すると、圧力センサの出力値が所定値（再生制御終了判定値）以下となってしまい、フィルタ全体の再生（ＰＭ燃焼）が完了していないのにも関わらず、フィルタの再生制御が終了してしまう。さらに、フィルタの吹き抜けた部分にＰＭが堆積し、その部分に詰まりが生じたときに、再度、フィルタの再生制御が開始されてしまうため、短期間の間に再生制御が繰り返される状況となる場合がある。
【００１５】
また、上記した従来のフィルタ再生制御では、圧力センサや排気温度センサなどの再生制御に必要な情報を得るためのセンサが必要である。
【００１６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置において、フィルタに堆積したＰＭを燃焼・除去する再生制御を適切に実行することが可能な技術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】
【００１７】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に配設された空燃比センサと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼・除去する再生制御を実行する再生制御手段とを備え、所定の条件が成立したときに前記再生制御を開始する排気浄化装置において、前記空燃比センサの素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスに基づいて前記再生制御の終了タイミングを決定することを特徴としている。
【００１８】
本発明の具体的な構成として、フィルタの再生制御を開始した後、空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して再生制御の終了タイミングを決定するという構成を挙げることができる。
【００１９】
次に、本発明の作用を述べる。
【００２０】
まず、本発明では、所定の条件が成立したときにフィルタの再生制御を開始する。具体的には、フィルタへの粒子状物質の堆積量を推定し、その粒子状物質堆積量が所定値（限界堆積量）に達したことを条件にフィルタの再生制御を開始する。フィルタの再生制御としては、例えば、フィルタの上流側の排気通路に燃料を添加して排気温度を上昇させることで、粒子状物質を燃焼・除去するという方法を採用する。
【００２１】
なお、フィルタの再生制御を開始する際に、ヒータ加熱により空燃比センサの素子温度が高温（活性化温度）になっている場合、ヒータ加熱を停止して空燃比センサの素子温度を粒子状物質の燃焼可能温度よりも低い温度（例えば素子インピーダンスの検出が可能な温度）にまで低下させた後に、燃料添加等により排気温度を上昇させる。
【００２２】
次に、フィルタ再生制御の終了タイミングを空燃比センサの素子インピーダンスに基づいて決定する。具体的には、空燃比センサの素子温度と相関関係にある素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスが所定値（粒子状物質の燃焼可能温度に相当する値）よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して再生制御の終了タイミングを決定する。再生制御終了時間は、フィルタに堆積した粒子状物質が十分に燃焼することが可能な時間とし、例えば、内燃機関の積算吸入空気量及び空燃比センサの素子温度に基づいて算出する。そして、このようにして算出した再生制御停止時間が経過した時点でフィルタの再生制御を終了する。
【００２３】
以上のように、本発明によれば、空燃比センサの素子温度（排気温度）と相関関係にある素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスに基づいて再生制御終了時間を算出してフィルタの再生制御終了タイミングを決定しているので、空燃比センサの素子インピーダンスをパラメータとして、フィルタに堆積した粒子状物質の全体を確実に燃焼させることが可能な再生制御終了時間を、予め実験・計算等により経験的に求めておけば、フィルタに堆積した粒子状物質の全体が十分に燃焼するタイミングで再生制御を適切に終了することができる。これによって、フィルタ全体の再生が完了していないのにも関わらず、再生制御が終了してしまうといった不具合が発生することがなくなり、フィルタの再生制御を適切に実行することができる。
【００２４】
しかも、本発明では、内燃機関の制御用の空燃比センサを利用し、その空燃比センサの素子インピーダンスに基づいてフィルタの再生制御を行っているので、圧力センサや排気温度センサなどの再生制御に必要な情報を得るためのセンサを搭載する必要がなくなる。
【００２５】
本発明において、フィルタの再生制御を開始する前に、空燃比センサのセンサ素子のヒータ加熱を停止し、そのヒータ加熱の停止後に、当該空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも上昇した時点で再生制御を開始する。
【００２６】
このようにヒータ加熱停止して空燃比センサの素子温度を一度低下させた状態で、フィルタの再生制御を開始することで、再生制御により排気温度が上昇しても、空燃比センサのセンサ素子が過度に加熱されることを防止することができ、センサ素子を保護することができる。
【００２７】
本発明において、排気通路への燃料添加にてフィルタの再生制御を実行する場合、再生制御中の空燃比センサの素子インピーダンスが所定値（粒子状物質の燃焼に適した温度に相当する素子インピーダンス）になるように燃料添加量を制御する。このような制御を行うと、再生制御中において空燃比センサの素子インピーダンス（素子温度）つまりフィルタの床温を粒子状物質燃焼に適した温度に保持することが可能となり、粒子状物質の燃焼を効率よく安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。
【００３０】
この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気通路６、及び、排気通路７などを主要部として構成されている。
【００３１】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、燃圧制御弁２６、燃料調量弁２７、機関燃料通路２８、及び、添加燃料通路２９などを備えている。
【００３２】
サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２８を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。
【００３３】
また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２９を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気通路７の排気ポート７１から排気マニホールド７２に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２９を遮断して燃料供給を停止する。
【００３４】
吸気通路６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３と、この吸気マニホールド６３に接続される吸気管６４とを備えている。また、吸気通路６には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、スロットルバルブ６２、吸気温センサ３３、及び、吸気圧センサ３４が配設されている。
【００３５】
排気通路７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２と、この排気マニホールド７２に接続される排気管７３とを備えている。排気管７３には排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ４が配設されている。
【００３６】
ＤＰＦ４は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、多孔質材料（例えばコージェライト）からなる円筒形状のセラミック構造体４０によって形成されている。セラミック構造体４０の内部は、セル隔壁４１によって格子状に区画されたハニカム構造となっており（図２（Ａ）参照）、複数のガス流入側セル４２及びガス流出側セル４３が設けられている（図２（Ｂ）参照）。ガス流入側セル４２は排気ガス下流側の端部が閉塞されたガス流路であり、ガス流出側セル４３は排気ガス上流側の端部が閉塞されたガス流路である。これらガス流入側セル４２とガス流出側セル４３とは、ガス流通の際にフィルタとなるセル隔壁（フィルタ隔壁）４１を介して互いに隣り合っている。
【００３７】
以上の構造のＤＰＦ４において、上流側開口部４２ａからガス流入側セル４２内に流入した排気ガスは、図２（Ｂ）の矢印で示すように、セル隔壁４１を通過して隣接するガス流出側セル４３に流入し、下流側開口部４３ａから排出される。このようにして排気ガスがセル隔壁４１を通過する際に、排気ガス中に含まれるＰＭがセル隔壁４１で捕集され、ＰＭの排出を抑制することができる。
【００３８】
以上のＤＰＦ４、燃料添加弁２５、添加燃料通路２９、後述する空燃比センサ１０１、及び、燃料添加弁２５の開閉制御などを実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２００等によって排気浄化装置が構成されている。
【００３９】
エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２とコンプレッサインペラ５３とを備えている。
【００４０】
コンプレッサインペラ５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００４１】
吸気通路６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１の下流側にスロットルバルブ６２が設けられている。スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００４２】
また、エンジン１には、吸気通路６と排気通路７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８が設けられている。ＥＧＲ通路８は、排気ガスの一部を適宜吸気通路６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられており、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整することにより、排気通路７から吸気通路６に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。
【００４３】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００４４】
例えば、エアフローメータ３２は、吸気通路６のスロットルバルブ６２の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３５は、コモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。
【００４５】
そして、空燃比センサ１０１は、排気通路７の排気管７３（ＤＰＦ４の下流側）に配置され、排気空燃比に応じた検出信号を出力する。空燃比センサ１０１の構造について説明する。
【００４６】
−空燃比センサ−
空燃比センサ１０１は、積層型の空燃比センサであって、図３に示すように、センサ素子１１０、通気性の内カバー１１６、及び、外カバー１１７などを備えている。また、空燃比センサ１０１には、センサ素子１１０を加熱するためのヒータ１０２が組み込まれている。
【００４７】
センサ素子１１０は、板状の固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）１１１、この固体電解質層１１１の一方の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）１１２、固体電解質層１１１の他方の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）１１３、及び拡散抵抗層（例えば多孔質のセラミック）１１４などによって構成されている。
【００４８】
センサ素子１１０の大気側電極１１２は大気ダクト１１５内に配置されている。大気ダクト１１５内は大気に解放されており、この大気ダクト１１５内に流入した大気が大気側電極１１２に接触する。
【００４９】
排気側電極１１３の表面は拡散抵抗層１１４にて覆われており、ＤＰＦ４の下流側の排気管７３を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層１１４によって拡散された状態で排気側電極１１３に接触する。なお、排気ガスは、外カバー１１７の小孔１１７ａ及び内カバー１１６の小孔１１６ａを通過してセンサ素子１１０（排気側電極１１３）に達する。
【００５０】
ヒータ１０２は、車載のバッテリ電源ＶＢ（図５参照）からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１１０の全体を加熱する。
【００５１】
以上の構造の空燃比センサ１０１において、大気側電極１１２と排気側電極１１３との間に、後述する検出用電圧ＶＲ（＝［ＶAF＋］−［ＶAF−］）が印加され、この電圧印加によって空燃比センサ１０１に、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れる。
【００５２】
−ＥＣＵ・空燃比センサの制御回路−
ＥＣＵ２００は、図４に示すように、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。
【００５３】
ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５４】
ＥＣＵ２００には、エンジン１の冷却水温に応じた信号を出力する水温センサ３１、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、空燃比センサ１０１、レール圧センサ３５、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、及び、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するクランクポジションセンサ３７などが接続されている。
【００５５】
また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５４、スロットルバルブ６２、ＥＧＲバルブ８１、及び、空燃比センサ１０１のヒータ１０２などが接続されている。
【００５６】
次に、空燃比センサ１０１の制御を行う制御回路２１０の構成を図５を参照して説明する。なお、制御回路２１０はＥＣＵ２００の内部に組み込まれている。
【００５７】
この例の空燃比センサ１０１の制御回路２１０は、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４、シャント抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２〜Ｒ７、基準電圧発生回路２１１、パルス印加回路２１２、及び、ヒータ１０２の制御用のトランジスタ２１３などを備えている。
【００５８】
基準電圧発生回路２１１は、電源ＶＣとグランドとの間に直列接続された３つの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３によって構成されており、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間で電圧ＶAF＋（例えば３．３Ｖ）が生成され、抵抗Ｒ１２とＲ１３との間で電圧ＶFA−（例えば２．９Ｖ）が生成される。
【００５９】
抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間で生成された電圧ＶAF＋は、オペアンプＯＰ３及びパルス印加回路２１２を介して、オペアンプＯＰ１のプラス側端子に印加される。また、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３との間で生成された電圧ＶAF−は、オペアンプＯＰ２のプラス側端子に直接印加される。
【００６０】
オペアンプＯＰ１の出力端子は、シャント抵抗Ｒ１を介して空燃比センサ１０１のプラス側入力端子（大気側電極１１２側の端子）１０１ａに接続されるとともに、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して当該オペアンプＰ１のマイナス側端子に接続されている。
【００６１】
オペアンプＯＰ２の出力端子は、抵抗Ｒ３，Ｒ５を介して空燃比センサ１０１のマイナス側入力端子（排気側電極１１３側の端子）１０１ｂに接続されるとともに、抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して当該オペアンプＯＰ２のマイナス側端子に接続されている。
【００６２】
空燃比センサ１０１のプラス側入力端子１０１ａにはオペアンプＯＰ１から電圧ＶAF＋が印加される。また、空燃比センサ１０１のマイナス側入力端子１０１ｂにはオペアンプＯＰ２から電圧ＶAF−が印加される。これによって、空燃比センサ１０１の入力端子１０１ａ，１０１ｂ間（大気側電極１１２と排気側電極１１３との間）に、電圧ＶAF＋と電圧ＶAF−との差電圧（例えば０．４Ｖ）が、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出用電圧ＶＲとして印加される。
【００６３】
オペアンプＯＰ３の出力端子とオペアンプＯＰ１のプラス側端子との間にはパルス印加回路２１２が設けられている。パルス印加回路２１２は、オペアンプＯＰ１のプラス側端子に印加する電圧、つまり、空燃比センサ１０１のプラス側入力端子１０１ａ（大気側電極１１２）に印加する電圧ＶAF＋を、所定の変化幅ΔＶAF（例えばΔＶAF＝０．２Ｖ）でプラス側とマイナス側に所定周期で変化させる回路である。
【００６４】
ヒータ１０２の一端はバッテリ電源ＶＢに接続されている。ヒータ１０２の他端にはトランジスタ２１３が接続されている。トランジスタ２１３のベースはＣＰＵ２０１に接続されており、そのＣＰＵ２０１からのヒータ制御信号に応じてトランジスタ２１３がＯＮ／ＯＦＦすることによってヒータ１０２の通電が制御される。
【００６５】
以上の回路構成において、オペアンプＯＰ１と空燃比センサ１０１との間に接続されたシャント抵抗Ｒ１には、空燃比センサ１０１に流れる電流（センサ電流Ｉｓ）と同じ電流が流れるので、そのシャント抵抗Ｒ１の両端電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、センサ電流Ｉｓに比例した値となる。従って、シャント抵抗Ｒ１の両端電位差（Ｖ１−Ｖ２）を算出することで、空燃比センサ１０１のセンサ電流Ｉｓを検出できる。
【００６６】
そこで、この例では、シャント抵抗Ｒ１の空燃比センサ１０１側の電圧Ｖ１をオペアンプＯＰ４のプラス側端子に抵抗Ｒ６を介して導き、シャント抵抗Ｒ１の空燃比センサ１０１側とは反対側の電圧Ｖ２をオペアンプＯＰ４のマイナス側端子に抵抗Ｒ７を介して導いて、それら電圧の差（Ｖ１−Ｖ２）を演算・増幅している。
【００６７】
オペアンプＯＰ４の出力信号Ｖ３は、センサ電流検出用のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２１４によってデジタル変換された後にＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１では、オペアンプＯＰ４の出力信号Ｖ３（デジタル変換後の信号）からセンサ電流Ｉｓを算出し、そのセンサ電流Ｉｓに基づいて排気ガスの空燃比を算出する。
【００６８】
また、ＣＰＵ２０１には、シャント抵抗Ｒ１の両端の電圧Ｖ１，電圧Ｖ２が、それぞれインピーダンス検出用のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２１５，２１６を介して入力される。ＣＰＵ２０１では、それら入力電圧Ｖ１，Ｖ２、及び、空燃比センサ１０１のプラス側入力端子（大気側電極１１２）に印加する電圧ＶAF＋の変化幅ΔＶAFに基づいて空燃比センサ１０１の素子インピーダンス（交流インピーダンス）を検出する。
【００６９】
素子インピーダンスは、センサ素子１１０に印加する電圧の電圧変化ΔＶ（ΔＶAF）と、その電圧変化ΔＶによって生じる電流変化ΔＩ（シャント抵抗Ｒ１の両端電位差（Ｖ１−Ｖ２）から得られる電流変化量）に基づいて、演算式［素子インピーダンス＝ΔＶ／ΔＩ］から求めることができる。
【００７０】
ここで、空燃比センサ１０１の素子温度と素子インピーダンスとの間には相関関係があるので、この関係を利用して、上記処理により検出した素子インピーダンスに基づいて空燃比センサ１０１の素子温度を推定することができる。
【００７１】
そして、ＥＣＵ２００は、上記の処理で検出した空燃比センサ１０１の素子インピーダンスに基づいてセンサ素子１１０の温度を求め、その実際の素子温度が目標値（センサ素子の活性化温度（例えば７５０℃））に一致するように、トランジスタ２１３へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ１０２の通電制御を行う。
【００７２】
また、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は下記のフィルタ再生制御を実行する。
【００７３】
−フィルタ再生制御−
まず、この例のフィルタ再生制御では、ＤＰＦ４へのＰＭの堆積量が所定値に達したことを条件にＤＰＦ４の再生制御を開始し、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスに基づいて再生制御の終了タイミングを決定する点に特徴がある。
【００７４】
そのフィルタ再生制御の具体的な例を図６及び図７を参照して説明する。図６に示すフィルタ再生制御の制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。なお、図６に示す制御ルーチンの実行中においても、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスを上記した処理にて逐次検出している。
【００７５】
ステップＳＴ１において、ＤＰＦ４へのＰＭの堆積量を推定する。ＰＭ堆積量を推定する方法としては、例えば、エンジン１の運転状態（例えば、燃料噴射量、エンジン回転数等）に応じたＰＭ付着量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＰＭ付着量を積算してＰＭの堆積量とするという方法を採用する。
【００７６】
ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１で推定したＰＭ推定量が所定値（限界堆積量）よりも大きくなったときに、ＤＰＦ４の再生時期であると判断してステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合は、このルーチンを一旦抜ける。
【００７７】
ステップＳＴ３では、空燃比センサ１０１のヒータ１０２をＯＦＦにする。このステップＳＴ３の処理は空燃比センサ１０１の保護を目的として行われる。
【００７８】
具体的には、空燃比センサ１０１の素子温度が高い状態（活性温度）のときに、ＤＰＦ４の再生制御が実行されると、センサ素子１１０が過度に加熱される可能性があり、これを回避するために、ＤＰＦ４の再生制御を開始する前に、空燃比センサ１０１のヒータ１０２をＯＦＦにして空燃比センサ１０１の素子温度を一旦低下させている。
【００７９】
このようにして、ヒータ１０２をＯＦＦにし、空燃比センサ１０１の素子温度を一度低下させることにより、ＤＰＦ４の再生制御（排気通路７への燃料添加）により排気温度が上昇しても、空燃比センサ１０１のセンサ素子１１０が高温に加熱されることを防止することができ、センサ素子１１０を保護することができる。
【００８０】
なお、ヒータ１０２のＯＦＦにより空燃比センサ１０１の素子温度が低下すると、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスが上昇する（図７参照）。
【００８１】
次に、ステップＳＴ４において、素子インピーダンスが所定値Ｚ１よりも上昇したか否かを判定する。その判定結果が肯定判定（素子インピーダンス＞Ｚ１）となったときにＤＰＦ４の再生制御を開始する（ステップＳＴ５）。
【００８２】
ＤＰＦ４の再生制御は、燃料添加弁２５の開閉を制御して排気通路７（ＤＰＦ４の上流側の排気マニホールド７２）に燃料添加を断続的に繰り返すという処理によって行う。また、再生制御時の燃料添加量は、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスが所定値Ｚ３（ＰＭ燃焼に適した温度に相当する素子インピーダンス）に一致するように制御する（図７参照）。このような燃料添加により、排気温度（ＤＰＦ４の床温）が上昇し、ＤＰＦ４に堆積しているＰＭが酸化され、Ｈ2ＯやＣＯ2となって排出する。また、燃料添加により排気温度が上昇すると、これに伴って空燃比センサ１０１の温度が上昇して素子インピーダンスが低下する（図７参照）。
【００８３】
なお、上記ステップＳＴ４の判定処理に用いる所定値Ｚ１については、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスの検出限界値（素子インピーダンスの検出が可能な素子温度の下限値に相当する値）に近い値を設定する。
【００８４】
以上のＤＰＦ４の再生制御を開始した後、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスが所定値Ｚ２よりも低下した否かを判定し（ステップＳＴ６）、素子インピーダンスが所定値Ｚ２未満（素子インピーダンス＜Ｚ２）となった時点で、空燃比センサ１０１の素子温度つまり排気温度が、ＰＭ燃焼が可能な温度に達したと判断してステップＳＴ７に進む。なお、ステップＳＴ６の判定処理に用いる所定値Ｚ２は、空燃比センサ１０１の素子温度（ＰＭ燃焼可能温度）と素子インピーダンスとの関係を考慮して設定する。
【００８５】
ステップＳＴ７では、ＤＰＦ４の再生制御終了時間Ｔｅを算出する。具体的には、エアフローメータ３２の出力信号に基づいて積算吸入空気量（再生制御開始時からの積算量）を算出するとともに、素子インピーダンスから空燃比センサ１０１の素子温度を推定し、それら積算吸入空気量及び素子温度に基づいて、予め作成したマップを参照して再生制御終了時間Ｔｅを算出する。再生制御終了時間Ｔｅは、図７に示すように、素子インピーダンスが所定値Ｚ２未満（素子インピーダンス＜Ｚ２）となった時点から再生制御終了までの時間である。
【００８６】
なお、再生制御終了時間Ｔｅを求めるマップは、積算吸入空気量と素子温度（素子インピーダンス）とをパラメータとして、ＤＰＦ４に堆積したＰＭが十分に燃焼するのに要する時間を、実験・計算等によって経験的に求めた値をマップ化したものであり、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶されている。
【００８７】
そして、ステップＳＴ８において、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスが所定値Ｚ２未満となった時点から、ステップＳＴ７で算出した再生制御終了時間Ｔｅが経過した否かを判定し、その判定結果が肯定判定となった時点でＤＰＦ４の再生制御を終了する（ステップＳＴ９）。
【００８８】
以上のように、この例の再生制御によれば、空燃比センサ１０１の素子温度（排気温度）と相関関係にある素子インピーダンスに基づいて再生制御終了時間Ｔｅを算出して、ＤＰＦ４の再生制御終了タイミングを決定しているので、フィルタに堆積した粒子状物質の全体が十分に燃焼するタイミングで再生制御を適切に終了することができる。これによって、再生制御に圧力センサ（差圧センサ）を用いた場合の問題、つまり、ＤＰＦ４全体の再生（ＰＭ燃焼）が完了していないのにも関わらず、ＤＰＦ４の再生制御が終了してしまうといった不具合が発生することがなく、ＤＰＦ４の再生制御を適切に実行することができる。
【００８９】
しかも、エンジン１の制御用の空燃比センサ１０１を利用し、その空燃比センサ１０１の素子インピーダンスに基づいてフィルタの再生制御を実行しているので、圧力センサや排気温度センサなどの再生制御に必要な情報を得るためのセンサを搭載する必要がなくなる。
【００９０】
さらに、この例では、ＤＰＦ４の再生制御を行う際に、空燃比センサ１０１の素子インピーダンスが所定値Ｚ３（ＰＭ燃焼に適した温度に相当する素子インピーダンス）に一致するように燃料添加量を制御しているので、再生制御中において空燃比センサ１０１の素子インピーダンス（素子温度）つまりＤＰＦ４の床温をＰＭ燃焼に適した温度に保持することが可能となり、ＤＰＦ４に堆積しているＰＭの燃焼を効率よく安定して行うことができる。
【００９１】
−他の実施形態−
以上の例では、排気通路に燃料添加を行って排気温度を上昇させることによって、ＤＰＦ上のＰＭの燃焼・除去を行っているが、他の方法を採用してもよい。例えば、燃料噴射時期を遅角（着火遅れ制御）して排気温度を高くする方法、あるいは、エンジンの吸入空気量を絞ることにより空燃比を低くして排気温度を高くする方法によって、ＤＰＦ上のＰＭの燃焼・除去を行うようにしてもよい。
【００９２】
以上の例では、積層型の空燃比センサが搭載されたエンジンの排気浄化装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、コップ型の空燃比センサが搭載されたエンジンの排気浄化装置にも適用可能である。
【００９３】
以上の例では、ＤＰＦを備えた排気浄化装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えばＤＰＮＲなどの他のパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置にも適用可能である。
【００９４】
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明の排気浄化装置を適用することできる。
【００９５】
さらに、本発明の排気浄化装置は、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリンエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】ＤＰＦの正面図（Ａ）及び中央縦断面図（Ｂ）を併記して示す図である。
【図３】空燃比センサの構造を示す断面図である。
【図４】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】空燃比センサの制御回路の構成を示す回路図である。
【図６】フィルタの再生制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】フィルタの再生制御時における素子インピーダンスの変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
１  エンジン（内燃機関）
２  燃料供給系
２１  サプライポンプ
２３  インジェクタ
２４  遮断弁
２５  燃料添加弁
２９  添加燃料通路
４  ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
７  排気通路
７１  排気ポート
７２  排気マニホールド
７３  排気管
１０１  空燃比センサ
１１０  センサ素子
１０２  ヒータ（空燃比センサ加熱用）
２００  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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