(57)【要約】【課題】活性となった空燃比センサを利用してＰＭを精度良く検出できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１０は、排気通路１８と連通したエンジン本体１２と、エンジン本体１２を制御するＥＣＵ５０と、排気通路１８に設けられ、ＰＭ燃焼温度より低い予め定められた第１温度Ｔ１において活性であるＡ／Ｆセンサ５２と、Ａ／Ｆセンサ５２をＰＭ燃焼温度以上の予め定められた第２温度Ｔ２まで加熱可能なヒータ６６と、を備える。ＥＣＵ５０は、第１温度Ｔ１におけるＡ／Ｆセンサ５２の出力値Ａ１と第２温度Ｔ２におけるＡ／Ｆセンサ５２の出力値Ａ２との差ΔＡに基づいてＰＭを検出する。例えば、出力値Ａ２が閾値Ａｔｈより高い場合にはＰＭ堆積量が予め定めた基準量よりも少なく、出力値Ａ２が閾値Ａｔｈ以下の値であればＰＭ堆積量が予め定めた基準量以上であると判定する判定処理をＥＣＵ５０に行わせてもよい。【選択図】図１
2016044659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ、ＰＭ燃焼温度より低い予め定められた第１温度および前記ＰＭ燃焼温度以上である予め定められた第２温度において活性状態である酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値に基づいてＰＭを検出するＰＭ検出制御を実行する制御装置と、
を備え、
前記ＰＭ検出制御は、前記酸素濃度センサが前記第１温度であるときの前記酸素濃度センサの第１出力値と前記酸素濃度センサが前記第２温度であるときの前記酸素濃度センサの第２出力値とのうち一方の出力値を取得し、前記一方の出力値を取得した後に前記第１出力値と前記第２出力値のうちの他方の出力値を取得し、
前記第２出力値は、前記酸素濃度センサの前記第２温度への到達と同時または前記酸素濃度センサの前記第２温度への温度上昇があってから予め定めた所定時間の経過時に取得され、
前記ＰＭ検出制御は、前記第１出力値および前記第２出力値の差または比に基づいてＰＭを検出する内燃機関。
【請求項２】
前記第２温度に前記酸素濃度センサを加熱可能なヒータをさらに備え、
前記ＰＭ検出制御は、前記第１出力値の取得後に前記ヒータで前記酸素濃度センサを前記第２温度に加熱し、前記ヒータによる前記第２温度への加熱後、前記所定時間が経過したときの前記酸素濃度センサの出力値を前記第２出力値として取得する請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御装置は、ＰＭ再生制御を実行可能であり、
前記ＰＭ再生制御は、前記ヒータで前記第２温度まで前記酸素濃度センサを加熱した後に、前記第１温度における前記酸素濃度センサの出力値と前記第２温度における前記酸素濃度センサの出力値との差または比が予め定めた値より大きい場合には前記酸素濃度センサを前記ＰＭ燃焼温度以上に維持するように前記ヒータを制御する請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記ＰＭ検出制御を実行した後に、予め設定した所定期間が経過するまで、次回の前記ＰＭ検出制御を行わず、
前回の前記ＰＭ検出制御における前記第１出力値に対する前記第２出力値の低下量が少ないほど前記所定期間を長く設定する時間設定制御を実行する請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記ＰＭ検出制御を、フューエルカット中、アイドル運転中、およびアイドルストップ中の少なくとも１つの期間に実行する請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置は、前記内燃機関の運転条件が前記酸素濃度センサが被水するおそれのある予め定めた条件に該当するときは、前記ＰＭ検出制御を実行しない請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記ＰＭ検出制御は、前記第１温度のときの前記酸素濃度センサの出力値に対する前記第２温度のときの前記酸素濃度センサの出力値の低下量が大きいほどＰＭの量をより多く算出する制御を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００９−２８１９７４号公報に開示されているように、内燃機関等において発生する粒子状物質、詳しくはカーボンからなる煤を検出する煤検出装置が知られている。この粒子状物質は、一般に「ＰＭ」とも略称される。この公報にかかる煤検出装置は、安定化ジルコニア等の酸素イオン伝導体と、酸素イオン伝導体を加熱する加熱手段と、煤の燃焼によって変化した酸素濃度を測定する第１酸素濃度測定部とを備えている。
【０００３】
この酸素イオン伝導体の温度は、煤が残存し、且つ、ポンピングにより供給される酸素（活性酸素）によって煤の燃焼が可能な温度に制御される。煤の検出時には、酸素イオン伝導体の両電極間に電圧を印加して酸素のポンピングを行い、このポンピングされた酸素を用いて制御温度で煤を燃焼させる。第１酸素濃度測定部が酸素濃度を示す出力（例えば電流値）を発するので、この出力を用いて煤の検出（煤の量等の算出）を行うことができる。ただし、上記従来の技術は、制御温度を一定範囲内に維持しつつ酸素イオン伝導体の両電極間に電圧を印加して酸素ポンピングを行うものであり、制御温度を意図的に変化させるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８１９７４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ming Li et al., “A family of oxide ion conductors based on the ferroelectric perovskite Na0.5Bi0.5TiO3”, NATURE MATERIALS, VOL 13, JANUARY 2014
【非特許文献２】Koichiro Fukuda et al., “Crystal Structure and Oxide-Ion Conductivity along c-Axis of Si-Deficient Apatite-Type Lanthanum Silicate”, CHEMISTRY OF MATERIALS, 2013, 25, 2154-2162
【非特許文献３】Hideki Yoshioka et al., “Ionic conductivity and fuel cell properties of apatite-type lanthanum silicates doped with Mg and containing excess oxide ions”, Solid State Ionics 179(2008)2165-2169
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の研究成果によれば、例として上記非特許文献１〜３に示すように、比較的低い温度で高い酸素イオン伝導度を示す固体電解質材料が見出されている。非特許文献１〜３に例示される固体電解質材料を用いた酸素濃度センサは、従来の酸素濃度センサの活性温度時の同等の性能を、より低い温度で発揮できる。つまり、このような固体電解質材料を酸素濃度センサに使用することで、ジルコニア等の従来材料よりも酸素濃度センサの活性温度を下げることができ、ＰＭ燃焼温度よりも低い温度で酸素濃度センサを活性させることができる。そこで、本願発明者は、このような低温で活性状態にある酸素濃度センサを用いて精度よくＰＭを検知できる新規な技術を見出した。
【０００７】
本発明は、酸素濃度センサを利用して良好な精度でＰＭ検出を行うことのできる内燃機関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】
【０００８】
本発明にかかる内燃機関は、排気通路に設けられ、ＰＭ燃焼温度より低い予め定められた第１温度および前記ＰＭ燃焼温度以上である予め定められた第２温度において活性状態である酸素濃度センサと、前記酸素濃度センサの出力値に基づいてＰＭを検出するＰＭ検出制御を実行する制御装置と、を備える。前記ＰＭ検出制御は、前記酸素濃度センサが前記第１温度であるときの前記酸素濃度センサの第１出力値と前記酸素濃度センサが前記第２温度であるときの前記酸素濃度センサの第２出力値とのうち一方の出力値を取得し、前記一方の出力値を取得した後に前記第１出力値と前記第２出力値のうちの他方の出力値を取得する。前記第２出力値は、前記酸素濃度センサの前記第２温度への到達と同時または前記酸素濃度センサの前記第２温度への温度上昇があってから予め定めた所定時間の経過時に取得され、前記ＰＭ検出制御は、前記第１出力値および前記第２出力値の差または比に基づいてＰＭを検出する。
【０００９】
前記第２温度に前記酸素濃度センサを加熱可能なヒータをさらに備えてもよい。前記ＰＭ検出制御は、前記第１出力値の取得後に前記ヒータで前記酸素濃度センサを前記第２温度に加熱し、前記ヒータによる前記第２温度への加熱後、前記所定時間が経過したときの前記酸素濃度センサの出力値を前記第２出力値として取得してもよい。
【００１０】
前記制御装置は、ＰＭ再生制御を実行可能であってもよい。前記ＰＭ再生制御は、前記ヒータで前記第２温度まで前記酸素濃度センサを加熱した後に、前記第１温度における前記酸素濃度センサの出力値と前記第２温度における前記酸素濃度センサの出力値との差または比が予め定めた値より大きい場合には前記酸素濃度センサを前記ＰＭ燃焼温度以上に維持するように前記ヒータを制御する。
【００１１】
前記制御装置は、前記ＰＭ検出制御を実行した後に、予め設定した所定期間が経過するまで、次回の前記ＰＭ検出制御を行わないことが好ましい。前回の前記ＰＭ検出制御における前記第１出力値に対する前記第２出力値の低下量が少ないほど前記所定期間を長く設定する時間設定制御を実行してもよい。
【００１２】
前記ＰＭ検出制御を、フューエルカット中、アイドル運転中、およびアイドルストップ中の少なくとも１つの期間に実行してもよい。
【００１３】
前記制御装置は、前記内燃機関の運転条件が前記酸素濃度センサが被水するおそれのある予め定めた条件に該当するときは、前記ＰＭ検出制御を実行しないことが好ましい。
【００１４】
前記ＰＭ検出制御は、前記第１温度のときの前記酸素濃度センサの出力値に対する前記第２温度のときの前記酸素濃度センサの出力値の低下量が大きいほどＰＭの量をより多く算出してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１、２温度のいずれにおいても酸素濃度センサが活性であり、ＰＭ検出に利用する複数のセンサ出力値がいずれも高精度に酸素濃度と相関を有している。従って、ＰＭ燃焼に伴う酸素濃度変化を高精度に測定でき、良好な精度でＰＭ検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる内燃機関が備える空燃比センサを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるＰＭ検出方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行されるＰＭ検出制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行されるＰＭ再生制御の内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行されるＰＭ検出要求判定の内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態にかかる内燃機関においてＰＭ検出制御を実行する間隔を定めたマップの一例である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行される、ＰＭ検出前提条件の成立を判定する処理の内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行される、ＰＭ検出前提条件の成立を判定する処理の内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行される、ＰＭ検出前提条件の成立を判定する処理の内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関において実行される、ＰＭ検出前提条件の成立を判定する処理の内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の運転動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の運転動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の運転動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関１０を示す模式図である。以下、内燃機関１０を、単に「エンジン１０」とも称す。本実施形態ではエンジン１０がガソリンエンジンであるものとする。エンジン１０は、シリンダブロック、シリンダヘッド、ピストン、吸気バルブ、排気バルブ等からなるエンジン本体１２を備えている。エンジン本体１２は、直列に並んだ４つの気筒を有する。各気筒には、図示しない点火プラグが設けられている。図１に示すエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１８】
エンジン１０は、燃料噴射装置２８を備えている。エンジン本体１２の各気筒には、燃料噴射装置２８と接続したポート噴射弁２９が１つずつ配置されている。エンジン本体１２の各気筒の吸気ポートは、吸気マニホールド１４に接続している。吸気マニホールド１４には吸気温センサ（図示略）が配置されている。吸気マニホールド１４から吸気通路の上流に向かって、スロットル２６、インタークーラ２４、エアフローメータ２２が順次設けられている。エアフローメータ２２側から新気が取り入れられ、吸気マニホールド１４を介してエンジン本体１２の各気筒へと空気が供給される。スロットル２６の開度は、後述するＥＣＵ５０により、任意に制御可能になっている。
【００１９】
エンジン本体１２の各気筒の排気ポートは、排気マニホールド１６に接続している。排気マニホールド１６の下流は、排気通路１８に接続している。排気通路１８には、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）５２が設けられている。Ａ／Ｆセンサ５２の下流には、触媒３６が配置されている。エンジン１０は、過給機４６を備えている。過給機４６は、吸気通路のエアフローメータ２２下流に設けられたコンプレッサと、排気通路１８におけるＡ／Ｆセンサ５２の上流に設けられたタービンとを備えている。
【００２０】
エンジン１０は、排気ガスの一部を吸気マニホールド１４に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことが可能なＥＧＲ通路３９を備えている。図１に示すように、ＥＧＲ通路３９の一端は排気マニホールド１６に接続され、他端は吸気マニホールド１４に接続されている。ＥＧＲ通路３９の途中には、排気マニホールド１６側から順に、ＥＧＲクーラ４０と、ＥＧＲバルブ４２が設けられている。ＥＧＲバルブ４２の開度は、後述するＥＣＵ５０により、任意に制御可能になっている。
【００２１】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータに加えて、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角センサ（図示略）が電気的に接続されている。このクランク角センサの出力からエンジン回転速度を検知することができる。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。
【００２２】
Ａ／Ｆセンサ５２の内部には、後述するようにヒータ６６が設けられている。ヒータ６６の通電制御はＥＣＵ５０によって行われる。ＥＣＵ５０は、エンジン１０の始動時にヒータ６６をオンとし、Ａ／Ｆセンサ５２の活性化のために予め定めた目標温度ＴｓまでＡ／Ｆセンサ５２を加熱する。本実施形態では、この目標温度Ｔｓと後述する第１温度Ｔ１とが同じ値であるものとする。第１温度Ｔ１は、Ａ／Ｆセンサ５２の活性温度以上である。ＥＣＵ５０は、第１温度Ｔ１でのＡ／Ｆセンサ５２の出力値を用いて空燃比の制御を行う。ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値を利用してフィードバック的に空燃比を制御する。なお、エンジン１０をディーゼルエンジンとした場合も同様に、公知のフィードバック制御がエンジン１０に適用される。ディーゼルエンジンの空燃比制御は新規な事項ではなく、ディーゼルエンジンにおいてＡ／Ｆセンサの出力値に基づきＥＧＲ率あるいは燃料噴射量が調整される各種のフィードバック制御が既に公知であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
なお、ヒータ６６の通電制御は、ヒータ６６の通電量とセンサ素子温度との相関を予め特定しておくことでフィードフォワード制御を行っても良く、あるいはセンサ素子温度に基づいてヒータ６６の通電量をフィードバック制御しても良い。素子インピーダンスが素子温度と相関関係を有することが公知技術であるため、例えば素子インピーダンスを検出してセンサ素子温度を推定してもよい。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０が備えるＡ／Ｆセンサ５２を示す図であり、Ａ／Ｆセンサ５２のセンサ素子６０の構造を示す図である。センサ素子６０は、絶縁層６１と、絶縁層６１に固着された板状の固体電解質６２と、この固体電解質６２の表裏面に互いに対向するよう設置された一対の電極（すなわち排気電極６３および大気電極６４）とを備える。絶縁層６１のうち、内側の大気電極６４に対面する部位には大気室６５が形成されており、大気電極６４が大気に晒されるようになっている。絶縁層６１にはヒータ６６が埋設されている。排気電極６３及び固体電解質６２の上に、例えば多孔質セラミックからなる拡散抵抗層６８が積層され、拡散抵抗層６８の上に遮蔽層６９が積層されている。素子雰囲気の排ガスは、拡散抵抗層６８の入口面６８ａから拡散抵抗層６８の内部に浸入し、拡散抵抗層６８の内部を拡散して排気電極６３に至る。このとき排気電極６３に到達したガスの酸素濃度に応じた限界電流が電極６３，６４間に流れ、この限界電流に基づきセンサ出力値が生成される。
【００２５】
一般に、Ａ／Ｆセンサは、始動時にヒータにより加熱されて予め定められた活性温度に達した段階で、実用的なセンサ出力を発する活性状態となる。Ａ／Ｆセンサ５２は、ＰＭ燃焼温度より低い値に予め定めた第１温度Ｔ１において活性である。この第１温度Ｔ１以上の温度域では、Ａ／Ｆセンサ５２が活性状態に維持される。ＰＭ燃焼温度は一例として約５００度であり、この場合には第１温度Ｔ１は例えば約３００度〜約４００度の温度に定めてもよい。
【００２６】
ＰＭ燃焼温度より低い第１温度Ｔ１で活性なＡ／Ｆセンサ５２を得るためには、固体電解質６２の材料が、ＰＭ燃焼温度より低い温度で空燃比測定に必要な酸素イオン伝導度を示すものであればよい。このような固体電解質は既に公知であり、例えば、マグネシウム添加ケイ酸ランタン、マグネシウムは添加せず組成変更等を施したケイ酸ランタン系材料、およびペロブスカイト系ＮａＢｉＴｉＯなどがある。これらの材料の詳細は例えば前述の非特許文献１〜３にも記載されており、新規な事項ではないため、説明は省略する。また、ここで列挙したマグネシウム添加ケイ酸ランタンなどに固体電解質６２の材料が限定されるものではなく、ＰＭ燃焼温度より低い温度においてこれらと同様に高い酸素イオン伝導度を示す他の固体電解質を用いてもよい。
【００２７】
従来のＡ／Ｆセンサでは固体電解質６２にジルコニアを用いており、ジルコニアでは６００度〜７００度程度の高温にならないと十分な酸素イオン伝導度が得られないので、従来のＡ／Ｆセンサはその活性温度が６００度以上の高温であった。このような従来のＡ／Ｆセンサと比較して、Ａ／Ｆセンサ５２の活性温度は低い。
【００２８】
ヒータ６６は、Ａ／Ｆセンサ５２を、ＰＭ燃焼温度以上の値に予め定めた第２温度Ｔ２まで加熱可能である。第２温度Ｔ２は、ＰＭ燃焼温度以上の温度かつＡ／Ｆセンサ５２が活性状態である温度であり、例えば約６００度に定めてもよい。Ａ／Ｆセンサ５２のセンサ素子６０は排気通路１８に露出するので、拡散抵抗層６８の表面に排気ガス中のＰＭが堆積する。ヒータ６６により第２温度Ｔ２まで加熱すれば、堆積したＰＭを燃焼することができる。なお、上述した第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の具体的数値は一例であり、ＰＭ燃焼温度および固体電解質６２の使用材料などの各種条件に応じて適宜に設定すればよい。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態にかかるＰＭ検出方法を説明するための図である。以下、説明の便宜上、Ａ／Ｆセンサ５２が第１温度Ｔ１であるときのＡ／Ｆセンサ５２の出力値を、「出力値Ａ１」と総称する。また、説明の便宜上、Ａ／Ｆセンサ５２が第２温度Ｔ２であるときのＡ／Ｆセンサ５２の出力値を、「出力値Ａ２」と総称する。本実施形態にかかるＰＭ検出方法では、出力値Ａ１と出力値Ａ２との差ΔＡに基づいて、ＰＭを検出する。出力値Ａ２は、ＰＭ堆積量に応じて複数の異なる値をとり、図３では出力値Ａ２０〜Ａ２３を例示している。また、出力値Ａ１についても、エンジン１０の運転条件に応じて異なる値をとりうる。図１２に示すエンジン１０の運転動作例では、一例として、出力値Ａ１が運転条件に応じた異なる値Ａ１１、Ａ１２となっている。
【００３０】
図３は、ＰＭ堆積量が異なる場合のＡ／Ｆセンサ５２の出力値の傾向を説明するためのセンサ出力特性９０、９２、９４および基準センサ出力特性９６を図示したものである。図３の縦軸はＡ／Ｆセンサ５２の出力値Ａであり、横軸が温度Ｔである。図３は、排気ガス中の酸素濃度が一定であるものと仮定した好ましい条件でのセンサ出力特性を例示したものである。ここで述べるＰＭ検出方法は、排気ガスの酸素濃度が一定となる運転条件下で好ましく使用される。
【００３１】
センサ出力特性９０、９２、９４それぞれは、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２へとＡ／Ｆセンサ５２を加熱したときのセンサ出力−温度特性を模式的に示したものである。センサ出力特性９０は、Ａ／Ｆセンサ５２にＰＭが堆積していなかった場合の特性の一例であり、ここでは温度上昇に対しフラットな特性を示すものとして図示している。センサ出力特性９２は、Ａ／Ｆセンサ５２に少量のＰＭが堆積している場合の特性の一例である。センサ出力特性９４は、Ａ／Ｆセンサ５２に多量のＰＭが堆積している場合の特性の一例である。センサ出力特性９２、９４では、温度Ｔｔｈに到達すると出力値の低下が始まる。これは、温度Ｔｔｈ以上でＰＭの燃焼に起因する酸素濃度の低下が始まっている様子を模式的に示している。
【００３２】
Ａ／Ｆセンサ５２にＰＭが堆積している場合には、第２温度Ｔ２に加熱したときにＰＭ燃焼に伴って酸素濃度が低下する。Ａ／Ｆセンサ５２は酸素濃度に対してほぼリニアな出力を発するので、ＰＭ燃焼に伴う酸素濃度低下量が多ければ多いほど出力値が比例的に低下する。図３を参照すると、ＰＭ堆積量が零であるセンサ出力特性９０では出力値Ａ２が値Ａ２０であり、この値Ａ２０は出力値Ａ１と同じ値である。一方、センサ出力特性９２はＰＭ堆積量が少量であり、出力値Ａ２が値Ａ２１である。これに対し、ＰＭ堆積量が多量であるセンサ出力特性９４では出力値Ａ２が値Ａ２１よりも低い値Ａ２２である。このように、出力値Ａ１と出力値Ａ２との差ΔＡは、Ａ／Ｆセンサ５２に堆積していたＰＭの量と相関を有する。
【００３３】
基準センサ出力特性９６は、予め定めた「基準ＰＭ量」のＰＭが堆積していた場合に得られる出力カーブである。基準センサ出力特性９６と実際にＡ／Ｆセンサ５２から得られた出力値Ａ２とを比較することで、ＰＭが堆積しているか否かを検出できる。図３に示された所定値Ａ０は、基準センサ出力特性９６における出力値Ａ２３と、出力値Ａ１との間の差である。所定値Ａ０は、実験などで予め定められた値であり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。差ΔＡが所定値Ａ０以上である場合には、基準ＰＭ量よりも多い量のＰＭがＡ／Ｆセンサ５２に堆積していたと判断できる。
【００３４】
図３には、閾値Ａｔｈが図示されている。閾値Ａｔｈは、出力値Ａ１から所定値Ａ０を減じることで求めることができる。閾値Ａｔｈは予め定めた値であり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。閾値Ａｔｈにより、ＰＭ堆積量が基準ＰＭ量に達したか否かを判定できる。言い換えると、閾値Ａｔｈは、第１温度Ｔ１での出力値Ａ１を標準値としたときのＡ／Ｆセンサ５２の出力偏差を調べるための値である。上述したように、出力値Ａ１と出力値Ａ２との差ΔＡはＰＭ堆積量と相関がある。出力値Ａ２が閾値Ａｔｈより高い場合にはＰＭ堆積量が予め定めた基準ＰＭ量よりも少なく、出力値Ａ２が閾値Ａｔｈ以下の値であればＰＭ堆積量が予め定めた基準ＰＭ量以上であると判定する判定処理をＥＣＵ５０に行わせてもよい。図３で例示した出力値Ａ２０、Ａ２１は閾値Ａｔｈより高いので、基準センサ出力特性９６のＰＭ堆積量つまり「基準ＰＭ量」よりも、今回のＰＭ堆積量が多かったと判断することができる。
【００３５】
なお、閾値Ａｔｈは、エンジン１０の運転条件などに応じて変更可能としてもよい。閾値Ａｔｈは、出力値Ａ１から所定値Ａ０を減じることで求めることができる。出力値Ａ１は、エンジン１０の運転条件に応じて異なる値をとる。後述する図１２ではエンジン１０の運転動作の一例を示している。この図１２で例示する運転動作例では、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）、およびアイドルストップ（ストップアンドスタート：Ｓ＆Ｓなどとも称される）の場合には、出力値Ａ１は、ある値Ａ１１をとる。そこで、出力値Ａ１２から所定値Ａ０を減算することで、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）、およびアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）用に第１の閾値Ａｔｈ１を定めてもよい。また、図１２の運転動作例では、アイドル運転中の出力値Ａ１は値Ａ１２であり、この出力値Ａ１２は出力値Ａ１１よりも低い。そこで、出力値Ａ１２から所定値Ａ０を減算することで、アイドル運転中に使用すべき第２の閾値Ａｔｈ２を定めてもよい。これにより、閾値Ａｔｈ２は閾値Ａｔｈ１よりも低い値に設定される。但し、ここで述べた閾値Ａｔｈ１、Ａｔｈ２は具体例として示したものであり、本発明はこれに限られるものではなく、実機での適合を行うなどして運転条件と出力値Ａ１との相関を調べることで実際の閾値Ａｔｈを定めればよい。
【００３６】
なお、出力値Ａ１と出力値Ａ２との差ΔＡがＡ／Ｆセンサ５２に堆積していたＰＭの量と相関を有することを利用して、ＰＭの量を計算してもよい。つまり、差ΔＡとＰＭ堆積量の間の相関を予め実験などで特定し、それらの量の比例定数を定めてＥＣＵ５０に予め記憶してもよい。あるいは、差ΔＡとＰＭ堆積量との対応関係を定めたマップを作成し、ＥＣＵ５０に予め記憶してもよい。この比例定数あるいはマップを用いて、差ΔＡが大きいほどＰＭの量をより多く算出するという算出処理をＥＣＵ５０に実行させてもよい。
【００３７】
なお、出力値Ａ１と出力値Ａ２との差ΔＡに代えて、出力値Ａ１と出力値Ａ２との比に基づいてＰＭを検出してもよい。出力値Ａ１と出力値Ａ２とが近づくほど、これらの比が１に近づく。従って、出力値Ａ１と出力値Ａ２との比の大きさを予め定めた他の閾値と比較することで、ＰＭ堆積量が前述の「基準ＰＭ量」よりも多いか否かを判定することもできる。また、出力値Ａ１と出力値Ａ２との比と、ＰＭ堆積量との間の相関を予め測定しておくことで、比例定数を予め定めてもよい。この比例定数を用いて、例えば「出力値Ａ２／出力値Ａ１」の値が１よりも小さいほどＰＭ堆積量を多く算出するという処理を、ＥＣＵ５０に実行させてもよい。
【００３８】
なお、第１温度Ｔ１においてＡ／Ｆセンサ５２が既に活性状態であればよいので、第１温度Ｔ１はＡ／Ｆセンサ５２の活性温度以上であればよく、第１温度Ｔ１と活性温度とが一致していなくともよい。この点に関し、例えば下記の観点から第１温度Ｔ１の値を適宜に定めることができる。例えば、エンジン１０の始動時には、Ａ／Ｆセンサ５２を速やかに活性状態にしてそのセンサ出力を使用するために、ヒータ６６をオンすることでＡ／Ｆセンサ５２が加熱される。ヒータ６６による加熱は、Ａ／Ｆセンサ５２が予め定められた目標温度Ｔｓに達するまで継続される。目標温度ＴｓはＡ／Ｆセンサ５２が実用的な出力を発し始める活性温度と同じあるいはそれよりも高い温度に設定されるのが一般的である。第１温度Ｔ１は、この目標温度Ｔｓと同じ温度にしてもよく、あるいは目標温度Ｔｓよりも高い温度であってもよい。また、エンジン１０の始動時などに、Ａ／Ｆセンサ５２が活性となったか否かを判定する活性判定処理を行う技術が既に公知である。そのような公知の活性判定処理において活性／不活性を判別するための判定温度が定められている場合に、活性／不活性の判定値と第１温度Ｔ１は一致しなくともよい。つまり、第１温度Ｔ１はこの判定温度と同じであっても良く、あるいは第１温度Ｔ１がこの判定温度よりも高く定められてもよい。
【００３９】
上述した実施の形態では空燃比センサ５２を用いてＰＭ検出を行っているが、本発明はこれに限られない。空燃比センサ５２の代わりに、酸素濃度が予め設定した閾値を越えると出力を急峻に変化させる公知の酸素センサを用いてもよい。具体的には、このような公知の酸素センサに、固体電解質６２と同様の材料からなる固体電解質を使用することで、ＰＭ燃焼温度よりも低い温度でも酸素濃度に応じた出力を発する酸素センサを製造することができる。この酸素センサにおいても、ＰＭが堆積している場合には第２温度Ｔ２に加熱したときにＰＭ燃焼に伴って酸素濃度が低下するので、酸素濃度低下量が酸素センサが有する閾値を超えた場合には急峻な出力変化が発生する。逆に、ＰＭが堆積していない場合あるいはＰＭ堆積量が少ない場合には、第２温度Ｔ２に加熱したときのＰＭ燃焼量が零または少ない。この場合には、ＰＭ燃焼に伴う酸素濃度低下量が、零であるか、または酸素センサが有する閾値を超えない程度に小さいので、急峻な出力変化が生じない。このように、本発明の他の実施の形態として、酸素センサを用いることによってＰＭを検知することもできる。
【００４０】
図４は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０において実行されるＰＭ検出制御の内容を示すフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、「ＰＭ検出要求フラグ」がオンとなっているか否かを判定する（ステップＳ１００）。「ＰＭ検出要求フラグ」は、後述する図６のフローチャートによってオンとなるフラグであり、ＰＭ検出制御を実行すべきタイミングか否かを表すフラグである。ステップＳ１００の条件が不成立である場合には、ＰＭ検出制御を実行すべきタイミングではないので、今回のルーチンが終了する。
【００４１】
ステップＳ１００でＰＭ検出要求フラグがオンであった場合には、ＥＣＵ５０は、「ＰＭ検出前提条件フラグ」がオンとなっているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。「ＰＭ検出前提条件フラグ」は、後述する図８のフローチャートによってオンとなるフラグであり、ＰＭ検出制御のための前提条件が整っているか否かを表すフラグである。ステップＳ１０２の条件が不成立である場合には、ＰＭ検出制御のための前提条件が整っていないので、今回のルーチンが終了する。
【００４２】
ステップＳ１０２でＰＭ検出前提条件フラグがオンであった場合には、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値Ａ１を既に取得しているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。出力値Ａ１を未取得である場合には、処理はステップＳ１０６に進み、Ａ／Ｆセンサ５２が第１温度Ｔ１であるときの出力値Ａ１を取得する。出力値Ａ１を取得済みである場合には、ステップＳ１０６を飛ばして処理はステップＳ１０８に進む。
【００４３】
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０はヒータ６６の通電量を増加させる。これによりＡ／Ｆセンサ５２が加熱される。次に、ＥＣＵ５０は、現在のセンサ素子温度が第２温度Ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０の条件が不成立である場合には、出力値Ａ２を取得すべき温度には至っていないので、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。
【００４４】
ステップＳ１１０の条件が成立している場合には、この時点でセンサ素子温度が第２温度Ｔ２以上となっているので、処理はステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、出力値Ａ２を取得する。本実施の形態では、好ましい形態の一つとして、ＥＣＵ５０が、センサ素子温度が第２温度Ｔ２となってから予め定めた「第１所定時間」が経過したときのＡ／Ｆセンサ５２の出力を出力値Ａ２として取得する。ステップＳ１１０およびＳ１１２の処理により、センサ素子温度が第２温度Ｔ２に到達したときのＡ／Ｆセンサ５２の出力を出力値Ａ２として取得することができる。
【００４５】
次に、ＥＣＵ５０は、出力値Ａ１と出力値Ａ２との差の絶対値であるΔＡを計算する（ステップＳ１１４）。続いて、ＥＣＵ５０は、予め記憶したマップ等を参照することで、このΔＡの値からＰＭ量ＰＭｍを算出する（ステップＳ１１６）。次に、ＥＣＵ５０は、ＰＭ検出要求フラグをオフとする（ステップＳ１１８）。さらに、ＥＣＵ５０は、この差ΔＡを、予め定めた所定値Ａ０と比較する（ステップＳ１２０）。差ΔＡが所定値Ａ０よりも大きい場合には、処理はステップＳ１２２に進み、ＥＣＵ５０は「ＰＭ再生要求フラグ」をオンとする。「ＰＭ再生要求フラグ」は、後述する図５のフローチャートに示す「ＰＭ再生制御」を実行する条件となるフラグである。なお、「ＰＭ再生」とは、Ａ／Ｆセンサ５２に付着したＰＭを酸化させて除去することをいう。一方、差ΔＡが所定値Ａ０以下である場合には、処理はステップＳ１２４に進みヒータ６６の通電量を低減する。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１、２温度Ｔ１、Ｔ２のいずれにおいてもＡ／Ｆセンサ５２が活性なので、ＰＭ検出に利用する複数のセンサ出力値Ａ１、Ａ２がいずれも高精度な値である。従って、ＰＭを精度良く検出することができる。また、本実施の形態によれば、１つのＡ／Ｆセンサ５２で、エンジン１０の空燃比検出機能とＰＭ検出機能を両立させることができる。
【００４７】
なお、ステップＳ１１２では「第１所定時間」をおいて出力値Ａ２を取得しているが、出力値Ａ２の取得に関しては下記に述べる様々な変形例が想定される。後述する図１２〜図１４で模式的に示すように、第２温度Ｔ２への加熱後、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値は、ＰＭ燃焼開始に伴って第１出力値Ａ１から一旦低下する。ＰＭの燃焼中には、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値は第１出力値Ａ１よりも低い値を示す。その後、ヒータ６６の加熱を停止するとＡ／Ｆセンサ５２の出力値は、第１出力値Ａ１側へと増加つまり回復していく。
【００４８】
センサ素子温度を第２温度Ｔ２に維持し続けることでＰＭが燃焼することによっても、ＰＭ堆積量が減っていくのでＡ／Ｆセンサ５２の出力値は第１出力値Ａ１側へと増加つまり回復していく。第２温度Ｔ２に長時間維持し続けると堆積していたＰＭが減少するので、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値がＰＭ堆積量がゼロであるときの値に近づく。出力値Ａ２の取得タイミングが遅すぎると、ＰＭ燃焼中のＡ／Ｆセンサ５２の出力値を出力値Ａ２として取得できない。そこで、出力値Ａ２を取得する時期は、センサ素子温度の第２温度Ｔ２への温度上昇があってから上述した第１所定時間が経過した時点とすることが好ましい。「第１所定時間」は、ＰＭが燃焼している最中つまりＰＭが燃焼し切る前に第２温度Ｔ２でのＡ／Ｆセンサ５２の出力値を取得するために、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値を取得するタイミングを決める時間である。「第１所定時間」は、予め定めた固定値であってもよく、予め定めた規則に従って変化する可変値としてもよい。第１所定時間を可変値とする場合の好ましい形態の一つとして、ＥＣＵ５０に次の処理を実行させても良い。まず、エンジン１０の運転状態からＡ／Ｆセンサ５２に付着した推定ＰＭ堆積量を計算する処理をＥＣＵ５０に実行させる。ＥＣＵ５０に、推定ＰＭ堆積量が多いほど長時間となるように第１所定時間を予め設定した数式あるいはマップ等を記憶しておく。ＥＣＵ５０は、今回の推定ＰＭ推定量に応じた第１所定時間をマップ等から算出する。好ましくは推定ＰＭ堆積量のＰＭが燃焼し切るまでの時間を予め実験等で特定しておくことにより、ＰＭが燃焼し切る時間よりも第１所定時間を短くするように上記マップ等の値を決定する。
【００４９】
ステップＳ１１２に関して、センサ素子温度の第２温度Ｔ２への温度上昇があってからの経過時間を計測する処理には、少なくとも下記の処理（ｐ１）〜（ｐ３）のいずれかの処理を適用してもよい。上記（ｐ１）〜（ｐ３）の処理は、センサ素子温度の第２温度Ｔ２への温度上昇に応答して経過時間を計測する点で共通するが、その経過時間の起算点が互いに異なる。
（ｐ１）ＥＣＵ５０が、センサ素子温度が第２温度Ｔ２に一致した時点を起算点として時間計測を開始してもよい。センサ素子温度は前述したようにＡ／Ｆセンサ５２の素子インピーダンスに基づいて推定してもよい。このように、センサ素子温度が第２温度Ｔ２に到達してからの時間を、第１所定時間と比較してもよい。
（ｐ２）ＥＣＵ５０がヒータ６６の出力上昇開始時点を起算点として時間計測を開始してもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、計測時間から、ヒータ６６の出力上昇後にセンサ素子温度が第２温度Ｔ２に達するまでの昇温遅延時間を差し引いた値を、第１所定時間と比較する。これにより、センサ素子温度の第２温度Ｔ２への温度上昇開始移行の経過時間を、第１所定時間と比較してもよい。つまり、時間計測の起算点は、必ずしも、センサ素子温度が第２温度Ｔ２に一致した時刻としなくともよい。
（ｐ３）ＥＣＵ５０が、センサ素子温度が予め記憶したＰＭ燃焼温度に一致した時点を起算点として時間計測を開始してもよい。これにより、ＰＭが燃焼を開始した以後の経過時間を、第１所定時間と比較してもよい。
【００５０】
センサ素子温度を第２温度Ｔ２に維持している期間であっても、時間軸上で見た場合にはＡ／Ｆセンサ５２の出力値が一定ではない。そこで、好ましい形態の一つとして、センサ素子温度を第２温度Ｔ２に維持している間にＡ／Ｆセンサ５２の出力値が描くカーブの下限側のピーク値を、出力値Ａ２に設定しても良い。他の好ましい形態としては、センサ素子温度を第２温度Ｔ２に維持している間、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値を複数個サンプリングしてもよい。複数個サンプリングしたＡ／Ｆセンサ５２の出力値のうち、最低値を、出力値Ａ２に設定しても良い。この最低値は必ずしも下限ピーク値でなくともよい。ステップＳ１１６でＰＭ量ＰＭｍを算出するためのマップ等およびステップＳ１２０で用いる所定値Ａ０等も、ステップＳ１１２についての上記各種変形に適合させて作成すればよい。
【００５１】
図１２〜図１４で模式的に示すように、第２温度Ｔ２への加熱後に時間が経つほどＡ／Ｆセンサ５２の出力が明確に低下する。従って、上記の第１所定時間の設定はＰＭ堆積量の出力精度を向上させるので好ましい。しかしながら、本発明はこれに限られず、第１所定時間を設けなくとも良い。第２温度Ｔ２に到達した時点で、ＰＭは燃焼を開始しているので、ＰＭ燃焼の影響がＡ／Ｆセンサ５２の出力値に現れる。そこで、センサ素子温度の第２温度Ｔ２への到達と同時にＡ／Ｆセンサ５２の出力値を取得し、この値を出力値Ａ２に設定してもよい。
【００５２】
なお、ステップＳ１２０において、出力値Ａ２が、閾値Ａｔｈを下回ったか否かを判定してもよい。また、既に述べたように出力値Ａ１と出力値Ａ２との比に基づいてＰＭを検出することもできる。従って、図４のルーチンにおけるステップＳ１２０の処理を、出力値Ａ１と出力値Ａ２との比が予め定めた範囲内か否かを判定する処理に置き換えてもよい。
【００５３】
なお、ヒータ６６で第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２へＡ／Ｆセンサ５２を加熱した後に、その加熱前後の２つの出力値を出力値Ａ１と出力値Ａ２として用いることが好ましい。しかしながら本発明はこれに限られず、時間的に離れた２つの出力値を使用してもよい。例えば、出力値Ａ１の取得後にヒータ６６による加熱制御を開始したにもかかわらず、何らかの理由で第２温度Ｔ２となる前にヒータ６６の加熱を中止することがありうる。その後、ヒータ６６の加熱を再開すれば、Ａ／Ｆセンサ５２を加熱して出力値Ａ２を得ることができる。これらの時間的に離れた出力値Ａ２と出力値Ａ１の差ΔＡを計算して、ＰＭ検出に利用してもよい。
【００５４】
なお、上述した実施の形態ではヒータ６６の加熱により第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２への温度上昇を実現しているが、本発明はこれに限られるものではない。ヒータ６６の加熱に頼らずに、第２温度Ｔ２での出力値Ａ２を取得しても良い。具体例としては、排気温度が高温となる運転条件でエンジン１０を運転している場合には、ヒータ６６の出力増大をしなくとも、センサ素子温度がＰＭ燃焼温度以上に到達しうる。このようなセンサ素子温度がＰＭ燃焼温度以上に到達する運転条件を「高排気温度運転条件」としてＥＣＵ５０に予め設定、記憶しておいてもよい。この高排気温度運転条件の成立時にＡ／Ｆセンサ５２の出力値を取得して、このセンサ出力値を出力値Ａ２として用いても良い。この場合に、ヒータ６６および高排気温度運転条件は、Ａ／Ｆセンサ５２を第２温度Ｔ２まで加熱可能な「加熱手段」に相当する。
【００５５】
なお、上述した実施の形態では、出力値Ａ１を取得した後に出力値Ａ２を取得する、という順番で制御が行われている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、出力値Ａ１と出力値Ａ２のうち一方を取得した後に他方を取得すればよい。つまり実施の形態とは逆の順番であってもよく、具体的には、Ａ／Ｆセンサ５２が第２温度Ｔ２であるときに出力値Ａ２を取得し、その後、Ａ／Ｆセンサ５２の温度が第１温度Ｔ１まで低下した段階で出力値Ａ１を取得してもよい。出力値Ａ１と出力値Ａ２の取得順序にかかわらず、図３に示すＡ／Ｆセンサ５２の出力値とセンサ素子温度との間の関係が成り立つので、ＰＭ堆積量を検出することができる。
【００５６】
図５は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０において実行されるＰＭ再生制御の内容を示すフローチャートである。「ＰＭ再生制御」は、Ａ／Ｆセンサ５２をＰＭ燃焼温度以上に維持するようにヒータ６６を制御するものである。より具体的には、図５のルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０が、ＰＭ再生要求フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ２００）。ＰＭ再生要求フラグは、上記の図４におけるステップＳ１２２でオンとなるフラグである。
【００５７】
ＰＭ再生要求フラグがオンとなっていない場合には、ＰＭ再生制御を実行すべきタイミングではないので、今回のルーチンは終了する。一方、ＰＭ再生要求フラグがオンとなっている場合には、次に、ＥＣＵ５０が、センサ素子温度が予め定めた「ＰＭ再生温度」より低いか否かを判定する（ステップＳ２０４）。「ＰＭ再生温度」は、ＰＭ再生制御でセンサ素子温度を維持すべき目標温度であり、予め決定しておく値である。ＰＭ再生温度は、ＰＭ燃焼温度（一例として約５００℃）以上に予め定めた温度である。本実施形態ではＰＭ再生温度と第２温度Ｔ２とが同じ温度であるものとして説明を行うが、本発明はこれに限られず、ＰＭ再生温度は第２温度Ｔ２より低い温度または高い温度に定めても良い。ステップＳ２０４の条件が不成立である場合には、ＥＣＵ５０は、ヒータ６６の通電量を増加させ（ステップＳ２０６）、その後ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０４の条件が成立している場合には、ＥＣＵ５０は、ヒータ６６の通電量を維持したままステップＳ２０８に進む。
【００５８】
ステップＳ２０８では、ＥＣＵ５０が、下記の２つの条件Ｘ１、Ｘ２の少なくとも一方が成立しているか否かを判定する。
（条件Ｘ１）Ａ／Ｆセンサ５２の出力値が、予め定めた所定値以上である。この所定値は、Ａ／Ｆセンサ５２からＰＭが十分に燃焼除去されて出力値が回復したか否かを判定するための値として、予め定めておく。
（条件Ｘ２）再生時間が、予め定めた第２所定時間以上である。なお、「再生時間」とは、一例としては、センサ素子温度をＰＭ再生温度以上としている時間の長さである。再生時間は、例えば、センサ素子温度がＰＭ再生温度に達した時刻からＥＣＵ５０が備えるタイマにより時間計測を行うことで計測しても良い。
条件Ｘ１と条件Ｘ２の両方が不成立である場合には、ステップＳ２０８の判定結果は否定（ＮＯ）とされる。この場合には、今回のルーチンが終了し、処理がリターンすることで、再度ステップＳ２００以降の処理が繰り返される。その結果、条件Ｘ１、Ｘ２のいずれかが成立するまで、Ａ／Ｆセンサ５２がＰＭ再生温度に維持される。一方、条件Ｘ１と条件Ｘ２の少なくとも一方が成立した場合には、ステップＳ２０８の判定結果は肯定（ＹＥＳ）とされる。
【００５９】
ステップＳ２０８の判定結果が肯定となった場合には、ＥＣＵ５０は、ヒータ６６の通電量を低減する（ステップＳ２１０）。ＥＣＵ５０は、センサ素子温度を第１温度Ｔ１に維持する通常通電量までヒータ６６の通電量を低減する。その後、ＰＭ再生要求フラグがオフとされ、今回のルーチンが終了する。
【００６０】
図６は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０において実行されるＰＭ検出要求判定の内容を示すフローチャートである。「ＰＭ検出要求判定」は、図４で説明したＰＭ検出制御を実行すべき要求があるか否かを判定するものである。図６のルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０が、前回のＰＭ検出制御から予め定めた所定期間ＴＰＭＩが経過しているか否かを判定する（ステップＳ３００）。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＰＭ検出制御を終了した時刻を記憶する処理を備えており、最新のＰＭ検出制御終了時刻を記憶している。ステップＳ３００では、この終了時刻から現在の時刻までの経過時間が予め定めた所定期間ＴＰＭＩ以上であるか否かが判定される。経過時間が所定期間ＴＰＭＩ未満である場合には、今回のルーチンが終了する。
【００６１】
ステップＳ３００で経過時間が所定期間ＴＰＭＩ以上であると判定されたら、処理はステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ５２が活性状態であるか否かを判定する。より具体的には、Ａ／Ｆセンサ５２が活性温度に達しているか否かが判定される。Ａ／Ｆセンサ５２が活性状態で無い場合には、今回のルーチンが終了する。Ａ／Ｆセンサ５２が活性状態である場合には、処理はステップＳ３０４に進み、ＰＭ検出要求フラグがオンとされる。
【００６２】
ＰＭ検出制御を行うとＡ／Ｆセンサ５２を第２温度Ｔ２まで加熱するので、ＰＭ堆積量が減少する。短期間にＰＭ検出制御を繰り返すと、ＰＭがそれほど堆積していないにもかかわらずＡ／Ｆセンサ５２を第２温度Ｔ２まで加熱することになる。これはヒータ６６で無駄な電力を消費することになるので好ましくない。ステップＳ３００の処理によれば、前回のＰＭ検出制御の後に予め設定した所定期間ＴＰＭＩが経過するまで、次回のＰＭ検出制御が行われない。このため、ＰＭ検出制御の間隔が狭くなりすぎるのを抑制し、ヒータ６６による無駄な電力消費を抑制できる。
【００６３】
図７は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０においてＰＭ検出制御を実行する間隔を定めたマップの一例である。図７のマップには、出力値Ａ２と上述した所定期間ＴＰＭＩとの関係が定められている。所定期間ＴＰＭＩは、ＰＭ検出制御を実行すべき最小の間隔である。図７で説明したように、ＰＭ堆積量が少ないほど、出力値Ａ２は高い値を示し、差ΔＡが小さくなる。ＰＭ堆積量が少なければ、ＰＭ検出制御を実行する間隔は長くともよい。そこで、図７のマップでは、出力値Ａ２が高いほど所定期間ＴＰＭＩが長くなるように両者の関係が定められている。ＥＣＵ５０は、図７に示すマップに従って、前回に取得したＰＭ検出量が少ないほど所定期間ＴＰＭＩを長く設定する「時間設定制御」を行うことが好ましい。
【００６４】
図８〜図１０は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０において実行される、ＰＭ検出前提条件の成立を判定する処理の内容を示すフローチャートである。図８〜図１０のルーチンは、エンジン１０が車両に搭載されている場合に好適に実行される。図８〜図１０のルーチンにより、ＰＭ検出制御の好ましい実施条件が満足されているか否かを判別することができる。
【００６５】
図８に示すルーチンでは、フューエルカットとの関係でＰＭ検出前提条件を定めている。図８のルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０が、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）フラグがオンとなっているかを判定する（ステップＳ４００）。ステップＳ４００でＦ／Ｃフラグがオンと判定された場合には、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ５２の出力が予め定めた規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。この規定値は、大気相当の雰囲気でＡ／Ｆセンサ５２が示す出力値と同じ値に定められる。ステップＳ４０２の条件が成立している場合には、フューエルカットが実行された結果、気筒内に新気が導入され、排気酸素濃度がほぼ一定になる環境が作り出されている。このような環境では精度良くＰＭ検出制御を行うことができる。そこで、処理はステップＳ４０４に進み、ＥＣＵ５０がＰＭ検出前提条件フラグをオンとし、今回のルーチンが終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ４００あるいはステップＳ４０２の条件が否定された場合には、処理はステップＳ４０６に進み、ＥＣＵ５０がＰＭ検出前提条件フラグをオフとする。その後、ＥＣＵ５０は、センサ素子温度が予め定めた下限値以上か否かを判定する。センサ素子温度が下限値を下回っている場合には、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。一方、センサ素子温度が下限値以上である場合には、ＥＣＵ５０は、ヒータ６６の通電量を低減する（ステップＳ４１０）。その後今回のルーチンが終了する。
【００６７】
図９に示すルーチンでは、アイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）との関係でＰＭ検出前提条件を定めている。ステップＳ５００、Ｓ５０２を除き、図９と図８の内容は同じである。図９のルーチンでは、まず、ステップＳ５００で、エンジン１０がアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）による停止中であるか否かが判定される。ステップＳ５００でアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）中ではないと判定された場合には、図８と同様にステップＳ４０６以降の処理が実行される。一方、ステップＳ５００でアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）であると判定された場合には、次に、ＥＣＵ５０はエンジン１０のエンジン回転速度が予め定めた検出上限値Ｎｅｔｈを下回っているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。ステップＳ５０２でエンジン回転速度がＮｅｔｈ以上である場合には、処理はステップＳ４０６に進む。一方、ステップＳ５０２でエンジン回転速度がＮｅｔｈを下回っている場合には、ＰＭ検出前提条件フラグがオンとされ、今回のルーチンが終了する。
【００６８】
図１０に示すルーチンでは、アイドル運転との関係でＰＭ検出前提条件を定めている。ステップＳ６００、Ｓ６０２を除き、図９と図８の内容は同じである。図９のルーチンでは、まず、ステップＳ６００で、エンジン１０がアイドル中であるか否かが判定される。ステップＳ６００でアイドル中ではないと判定された場合には、図８と同様にステップＳ４０６以降の処理が実行される。一方、ステップＳ５００でアイドル中であると判定された場合には、次にＥＣＵ５０はＡ／Ｆセンサ５２の出力値が理論空燃比付近に予め定めた一定範囲内の値を示しているか否かを判定する（ステップＳ６０２）。ステップＳ６０２でＡ／Ｆセンサ５２の出力値が上記一定範囲を逸脱している場合には、処理はステップＳ４０６に進む。一方、ステップＳ６０２の条件が成立している場合には、ＰＭ検出前提条件フラグがオンとされ、今回のルーチンが終了する。
【００６９】
以上説明した図８〜図１０のルーチンによれば、フューエルカット中、アイドル運転中、およびアイドルストップ中の少なくとも１つの期間に、ＰＭ検出制御を実行することができる。これらの期間は排気酸素濃度がほぼ一定になるので、精度良くＰＭを検出することができる。
【００７０】
図１１は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０において実行される、ＰＭ検出前提条件の成立を判定する処理の内容を示すフローチャートである。図１１のルーチンでは、まず、ステップＳ７００において、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転条件がＡ／Ｆセンサ５２が被水するおそれのある予め定めた所定条件に該当するか否かを判定する処理を実行する。所定条件は、例えばエンジン１０が冷間始動時に該当するという条件である。エンジン１０の運転条件がこの所定条件が該当すると判定されたときには、今回のルーチンが終了する。一方、エンジン１０の運転条件がステップＳ７００の所定条件に該当しないと判定されたときには、ステップＳ４０４に移り、ＰＭ検出前提条件フラグがオンとされる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００７１】
高温のＡ／Ｆセンサ５２が被水するとセンサ素子６０の割れが発生するという問題がある。ＰＭ検出制御を行うとＡ／Ｆセンサ５２が第２温度Ｔ２に加熱されるので、被水の可能性が高いときにＰＭ検出制御を行うことは好ましくない。この点、図１１のルーチンによれば、Ａ／Ｆセンサ５２が被水するおそれが高いときにはＰＭ検出前提条件フラグがオンとならない。これによりセンサ素子の割れを抑制することができる。
【００７２】
図１２〜図１４は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０の運転動作の一例を示すタイムチャートである。図１２はフューエルカット、図１３はアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）、図１４はアイドルをそれぞれ実施したときのタイムチャートである。
【００７３】
図１２〜図１４のタイムチャートは、Ａ／Ｆセンサ５２が活性状態であることを前提としている。すなわち、エンジン１０が始動するとヒータ６６がオンされ、Ａ／Ｆセンサ５２を活性状態にするためにＡ／Ｆセンサ５２が目標温度Ｔｓまで加熱される。ここで述べる運転動作例では、第１温度Ｔ１が目標温度Ｔｓと同じ値に設定されているものする。その後、Ａ／Ｆセンサ５２が第１温度Ｔ１に達し、Ａ／Ｆセンサ５２が活性となる。Ａ／Ｆセンサ５２が活性となることで、ＥＣＵ５０がＡ／Ｆセンサ５２の出力値を用いた制御、具体的にはＡ／Ｆフィードバック制御を開始する。その後、エンジン１０が通常どおりに運転される。
【００７４】
まず図１２を用いてフューエルカット時の運転動作を説明する。図１２における時刻ｔ０に、エンジン１０でフューエルカットが開始される。フューエルカットが開始されることで吸入空気量が減り、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値は大気レベルに定めた規定値まで上昇する。図示しないが、この時点において、図８のルーチンにより「ＰＭ検出前提条件フラグ」がオンとなる。その後、時刻ｔ１において、ＰＭ検出要求フラグがオンとなる。これに応じて、図４のルーチンのステップＳ１００およびＳ１０２がともに条件成立する。その結果、ステップＳ１０４での第１出力値Ａ１の記憶、およびステップＳ１０８でのヒータ通電量増加が行われる。その後、センサ素子温度が第２温度Ｔ２に到達し、図４のルーチンにおけるステップＳ１１０の条件が成立する。時刻ｔ１から、ステップＳ１１２で述べた予め定めた第１所定時間を経過した後、時刻ｔ２が到来する。その後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１２以降の処理に従って、出力値Ａ２を取得し、差ΔＡを計算し、ＰＭ量ＰＭｍを算出し、ＰＭ検出要求フラグをオフとする。図１２に示す運転動作例では、ＰＭ堆積量大であるＡ／Ｆセンサ５２の出力値が、閾値Ａｔｈを下回っている。この場合、図４のステップＳ１２２でＰＭ再生要求フラグがオンとされ、さらにＥＣＵ５０が図５に示すＰＭ再生制御を実行する。図１２の運転動作例では、時刻ｔ３で再生時間が予め定めた第２所定時間に達したものとし、ヒータ通電量が低減される。よって、時刻ｔ３の後、ＰＭ燃焼が止みＡ／Ｆセンサ５２の出力値は増大し、時刻ｔ１以前の値に回復する。その後、時刻ｔ４で、フューエルカットが終了し、加速を開始する。なお、図１２には、ＰＭ堆積量が多い場合のＡ／Ｆセンサ５２の出力値を実線で図示しているほかに、比較のために、ＰＭ堆積量が少ない場合のＡ／Ｆセンサ５２の出力値を破線で図示している。なお、図１２の最下段「ＰＭ堆積量［ｇ］」には、ＰＭ堆積量が多い場合のグラフを実線で、ＰＭ堆積量が少ない場合のグラフを破線で、それぞれ図示している。これは下記の図１３および図１４でも同様である。なお、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間におけるＰＭ堆積量の変化を見ると、ＰＭ堆積量が多いほど燃焼速度が速い。
【００７５】
次に図１３を用いてアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）時の運転動作を説明する。図１３における時刻ｔ１０に、エンジン１０でアイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）が開始される。アイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）を開始する時刻ｔ１０で、吸入空気量、車速、およびエンジン回転速度がゼロとなる。図示しないが、エンジン回転速度が検出上限値Ｎｅｔｈを下回った時点において、図８のルーチンにより「ＰＭ検出前提条件フラグ」がオンとなる。図１３では一例として、時刻ｔ１０以後にＡ／Ｆセンサ５２の出力値が大気レベルまで上昇し、その後Ａ／Ｆセンサ５２の出力値が徐々にストイキまで低下する。図１３では一例としてＡ／Ｆセンサ５２の出力値がストイキに達した時期に、ＰＭ検出要求フラグがオンとなったものとする。時刻ｔ１１においてＰＭ検出要求フラグがオンとなったことに応じて、図４のルーチンのステップＳ１００およびＳ１０２がともに条件成立する。その結果、ステップＳ１０４での第１出力値Ａ１の記憶、およびステップＳ１０８でのヒータ通電量増加が行われる。時刻ｔ１１から、ステップＳ１１２で述べた予め定めた第１所定時間を経過した後、時刻ｔ１２が到来する。これ以降は、図１２で時刻ｔ３〜ｔ４について述べたのと同様にＥＣＵ５０が出力値Ａ２の取得およびそれ以降の各処理を実行する。その後、時刻ｔ１３で、アイドルストップ（Ｓ＆Ｓ）が終了し、加速を開始する。
【００７６】
次に図１４を用いてアイドル時の運転動作を説明する。図１４における時刻ｔ２０に、エンジン１０でフューエルカットが開始される。その後時刻ｔ２１でフューエルカットが終了する。フューエルカット終了に応じて燃料噴射が再開され、一時的に空燃比がリッチとされ、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値がリッチを示す。時刻ｔ２２でリッチ運転が終了する。図示しないが、リッチ運転終了後、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値が理論空燃比を示したら、図８のルーチンにより「ＰＭ検出前提条件フラグ」がオンとなる。その後、時刻ｔ２３でＰＭ検出要求フラグがオンとなり、図４のルーチンにおけるステップＳ１１０の条件が成立する。時刻ｔ２３以後は、図１２の時刻ｔ１〜ｔ３について説明したのと同様に、ＰＭ検出要求フラグがオンとなり、ＥＣＵ５０がヒータ通電量増加、出力値Ａ２の取得、およびこれ以降の各処理を実行する。その後、時刻ｔ２５で、加速を開始する。
【００７７】
図１５は、本発明の実施の形態にかかるエンジン１０の変形例を示す図である。図１５に示す変形例では、２つのＡ／Ｆセンサ５２、５４が触媒３６の上流と下流に配置されている。このような２つのＡ／Ｆセンサ５２、５４を用いて触媒３６の活性を判定する技術が知られている。ＰＭ検出制御またはＰＭ再生制御を実施するとＡ／Ｆセンサ５２、５４が加熱された第２温度Ｔ２に到達する。これにより堆積していたＰＭが燃焼するので、ＰＭ燃焼に起因してＡ／Ｆセンサ５２、５４に出力ずれが生じる。従って、触媒活性を判定する処理を実行する際には、Ａ／Ｆセンサ５２、５４をＰＭ燃焼温度より低く維持することが好ましい。そこで、この変形例では、ＰＭ検出制御の前提条件を判定するルーチンとして、さらに触媒活性判定処理の実行中であるか否かを判定する処理を追加する。触媒活性判定処理の実行中であると判定されたら、ＰＭ検出要求フラグをオンとしない。これにより、触媒活性判定処理とＰＭ検出制御とが同時に実行されることを抑制できる。
【符号の説明】
【００７８】
１０  内燃機関
１２  エンジン本体
１４  吸気マニホールド
１６  排気マニホールド
１８  排気通路
２２  エアフローメータ
２４  インタークーラ
２６  スロットル
２８  燃料噴射装置
２９  ポート噴射弁
３６  触媒
３９  通路
４０  ＥＧＲクーラ
４２  ＥＧＲバルブ
４６  過給機
５２  Ａ／Ｆセンサ
６０  センサ素子
６１  絶縁層
６２  固体電解質
６３  排気電極
６４  大気電極
６５  大気室
６６  ヒータ
６８  拡散抵抗層
６８ａ  入口面
６９  遮蔽層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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