JP2011220974A - Particulate matter detector and failure detection device for exhaust gas purification filter using the same - Google Patents

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Keizo Iwama
恵三 岩間
Masanobu Miki
雅信 三木
Tatsuya Okayama
竜也 岡山
Makoto Hattori
真 服部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particulate matter (PM) sensor allowing particulate matter detection with a single measuring circuit without requiring switching of measuring circuits between electrode regeneration and collection and detection of particulate matters (PM), and a failure detection device for a diesel particulate filter (DPF) using the particulate matter sensor.SOLUTION: The particulate matter (PM) sensor comprises: electrodes; measurement means for measuring a capacitance by applying a measurement voltage between the electrodes; particulate matter detection means for detecting a value correlated to the amount of a particulate matter (PM) based on change in the capacitance; electrode regeneration means for regenerating the electrodes; and regeneration completion determination means determining electrode regeneration completion based on the capacitance. The particulate matter detection means detects the value correlated to the amount of the particulate matter (PM) based on change in the capacitance that occurs when applying a measurement voltage at a detection frequency between the electrodes. The regeneration completion determination means determines the electrode regeneration completion based on the capacitance measured after changing the frequency of the measurement voltage that is applied between the electrodes into a regeneration frequency which is higher than the detection frequency at the time of electrode regeneration.

Description

本発明は、粒子状物質検出装置およびこれを用いた排気浄化フィルタの故障検知装置に関する。   The present invention relates to a particulate matter detection device and a failure detection device for an exhaust purification filter using the particulate matter detection device.

内燃機関の排気管に、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタを設け、粒子状物質の排出量を低減する技術が広く用いられている。また、排気浄化フィルタが設けられた車両には、排気浄化フィルタの故障を検知するための装置が設けられる。この故障検知装置は、排気に含まれる粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置を排気浄化フィルタの下流に備え、この粒子状物質検出装置の出力に基づいて、排気浄化フィルタの故障を検知する。   2. Description of the Related Art A technique for reducing the amount of particulate matter discharged by providing an exhaust gas purification filter for collecting particulate matter contained in exhaust gas in an exhaust pipe of an internal combustion engine is widely used. Further, a vehicle provided with an exhaust purification filter is provided with a device for detecting a failure of the exhaust purification filter. This failure detection device includes a particulate matter detection device that detects the concentration of particulate matter contained in exhaust gas downstream of the exhaust purification filter, and based on the output of the particulate matter detection device, detects failure of the exhaust purification filter. Detect.

上記粒子状物質検出装置として、例えば、多孔質の導電性物質で構成された電極部を備える粒子状物質検出装置が提案されている(特許文献1参照)。この粒子状物質検出装置は、粒子状物質が自然に集塵されて付着することによる電極部の電気抵抗値の変化を測定し、この測定値に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の濃度を検出する。電極部に付着させることができる粒子状物質の量には限界があるため、検出後は、例えばヒータなどの加熱手段によって、電極部に付着した粒子状物質を燃焼除去する。   As the particulate matter detection device, for example, a particulate matter detection device including an electrode portion made of a porous conductive material has been proposed (see Patent Document 1). This particulate matter detection device measures the change in the electrical resistance value of the electrode due to the particulate matter being naturally collected and adhered, and based on this measurement value, the concentration of particulate matter contained in the exhaust gas Is detected. Since there is a limit to the amount of particulate matter that can be attached to the electrode portion, the particulate matter attached to the electrode portion is burned and removed by a heating means such as a heater after detection.

また、例えば、静電集塵式の粒子状物質検出装置が提案されている(特許文献2参照)。この静電集塵式の粒子状物質検出装置では、一対の電極板で構成された電極部を排気管内に設け、この検出電極に所定の電圧を印加することで粒子状物質を積極的に集塵して検出電極に付着させる。次に、粒子状物質が付着した電極部の静電容量などの電気的特性を測定することにより、排気の粒子状物質の濃度を検出する。上記特許文献1の粒子状物質検出装置と同様に、検出後は、例えばヒータなどの加熱手段によって、電極部に付着した粒子状物質を燃焼除去する。   For example, an electrostatic dust collection type particulate matter detection device has been proposed (see Patent Document 2). In this electrostatic dust collection type particulate matter detection device, an electrode part composed of a pair of electrode plates is provided in the exhaust pipe, and particulate matter is actively collected by applying a predetermined voltage to the detection electrode. Dust and adhere to the detection electrode. Next, the concentration of the particulate matter in the exhaust gas is detected by measuring the electrical characteristics such as the capacitance of the electrode part to which the particulate matter has adhered. Similar to the particulate matter detection device of Patent Document 1, after detection, particulate matter adhering to the electrode portion is burned and removed by a heating means such as a heater.

ところで、電極部に付着した粒子状物質を燃焼除去する際には、付着した粒子状物質の燃焼除去が完了し、電極部の再生が完了したか否かを判定する手段が必要となる。
かかる手段としては、例えば、粒子状物質の付着量に応じて、付着した粒子状物質の燃焼除去に要する所定時間を予め実験を行うことにより求めておき、かかる所定時間が経過したか否かに基づいて、電極部の再生が完了したか否かを判定する手段が挙げられる。
また、上記特許文献2のように、電極部の静電容量に基づいて、電極部の再生が完了したか否かを判定する手段が挙げられる。
By the way, when the particulate matter adhering to the electrode portion is burned and removed, a means for determining whether or not the adhering particulate matter is burned and removed and the regeneration of the electrode portion is completed is required.
As such means, for example, a predetermined time required for burning and removing the adhering particulate matter is obtained by conducting an experiment in advance according to the amount of the adhering particulate matter, and whether or not the predetermined time has passed. Based on this, there is a means for determining whether or not the regeneration of the electrode unit is completed.
Further, as in Patent Document 2, there is a means for determining whether or not the regeneration of the electrode part is completed based on the capacitance of the electrode part.

特開2006−266961号公報JP 2006-266961 A 特開2008−139294号公報JP 2008-139294 A

しかしながら、予め設定した所定時間が経過したか否かに基づいて電極部の再生が完了したか否かを判定する手段では、判定の精度が低く、再生時間を長めに設定する必要がある。そのため、再生による消費電力が増大して燃費が悪化するうえ、粒子状物質の検出頻度が減少する結果、排気浄化フィルタの故障検知回数が減少してしまう。   However, the means for determining whether or not the regeneration of the electrode portion is completed based on whether or not a predetermined time set in advance has passed requires a low accuracy of determination and a longer regeneration time. As a result, power consumption due to regeneration increases and fuel consumption deteriorates, and the frequency of detection of particulate matter decreases, resulting in a decrease in the number of times the failure of the exhaust purification filter is detected.

一方、上記特許文献2で用いる粒子状物質の静電容量は、温度によって大きく変動し、運転条件や排気浄化フィルタの再生などの外部要因による影響を大きく受ける。具体的には、粒子状物質の静電容量は、温度が高くなるにつれて増大する。そのため、特に電極部の再生時においては、電極部を550℃以上にまで昇温させることから、電極部に付着した粒子状物質の静電容量は顕著に増大する。   On the other hand, the capacitance of the particulate matter used in Patent Document 2 varies greatly depending on the temperature, and is greatly affected by external factors such as operating conditions and regeneration of the exhaust purification filter. Specifically, the capacitance of the particulate matter increases as the temperature increases. For this reason, particularly during regeneration of the electrode part, the electrode part is heated to 550 ° C. or higher, so that the capacitance of the particulate matter adhering to the electrode part is remarkably increased.

このように、電極部の再生時には、検出される粒子状物質の静電容量が顕著に増大するため、測定回路の測定レンジは広く設定される。これに対して、粒子状物質の集塵・検知時には、高い測定精度が求められるとともに、温度が比較的低い条件下での検出であるため、測定レンジは狭く設定される。即ち、電極部の再生時と、粒子状物質の集塵・検知時とでは、静電容量を検出するための測定回路に求められる測定レンジが大きく異なる。そのため、上記特許文献2の粒子状物質検出装置では、測定レンジの異なる少なくとも2つの測定回路を備える必要があり、コストの増加を招いてしまう。   As described above, when the electrode portion is regenerated, the capacitance of the detected particulate matter is remarkably increased, so that the measurement range of the measurement circuit is set wide. On the other hand, when collecting and detecting particulate matter, high measurement accuracy is required, and detection is performed under conditions where the temperature is relatively low, so the measurement range is set narrow. That is, the measurement range required for the measurement circuit for detecting the electrostatic capacitance is greatly different between the regeneration of the electrode portion and the dust collection / detection of the particulate matter. For this reason, the particulate matter detection device of Patent Document 2 needs to include at least two measurement circuits having different measurement ranges, resulting in an increase in cost.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極部の再生時と粒子状物質の集塵・検知時とで、測定回路を切換える必要が無く、1つの測定回路で粒子状物質の検出が可能な粒子状物質検出装置およびこれを用いた排気浄化フィルタの故障判定装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and the object of the present invention is that there is no need to switch the measurement circuit between the regeneration of the electrode part and the dust collection / detection of the particulate matter. An object of the present invention is to provide a particulate matter detection device capable of detecting a substance and an exhaust purification filter failure determination device using the particulate matter detection device.

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気系(例えば、後述の排気管4)に設けられた電極部(例えば、後述の電極板130,131および集塵部120)と、前記電極部に測定電圧を印加して前記電極部の静電容量を測定する測定手段(例えば、後述のセンサ制御ユニット17)と、前記測定手段によって測定される静電容量が前記電極部に粒子状物質が付着することにより変化する特性に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出する粒子状物質検出手段(例えば、後述のECU5およびセンサ制御ユニット17)と、前記粒子状物質検出手段による検出を実行した後、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去することで前記電極部を再生する電極部再生手段(例えば、後述のヒータ層122,129およびセンサ制御ユニット17)と、前記測定手段によって測定された静電容量に基づいて、前記電極部再生手段による前記電極部の再生の完了を判定する再生完了判定手段(例えば、後述のECU5,センサ制御ユニット17および図11のステップS64の実行に係る手段)と、を備える粒子状物質検出装置(例えば、後述のPMセンサ11およびECU5)を提供する。この粒子状物質検出装置は、前記測定手段によって印加される交流の測定電圧の周波数を変更する周波数変更手段(例えば、後述のECU5,センサ制御ユニット17および図11のステップS61の実行に係る手段)を備え、前記粒子状物質検出手段は、前記電極部に検出用周波数(例えば、後述の検出用周波数fa)の測定電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出し、前記再生完了判定手段は、前記電極部再生手段による前記電極部の再生の実行時において、前記周波数変更手段によって前記電極部に印加する測定電圧の周波数を前記検出用周波数よりも高い再生用周波数(例えば、後述の再生用周波数fz)に変更したうえで前記測定手段によって測定された静電容量に基づいて、前記電極部再生手段による前記電極部の再生の完了を判定することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is directed to electrode portions (for example, electrode plates 130 and 131 to be described later and collectors) to be provided in an exhaust system (for example, an exhaust pipe 4 to be described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 described later). Dust portion 120), measuring means for applying a measurement voltage to the electrode portion to measure the capacitance of the electrode portion (for example, sensor control unit 17 described later), and capacitance measured by the measuring means Is based on characteristics that change due to the particulate matter adhering to the electrode part, and particulate matter detection means (for example, an ECU 5 and a sensor described later) that detects a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas. After the detection by the control unit 17) and the particulate matter detection means, the electrode part regeneration means (for example, regenerates the electrode part by burning and removing the particulate matter adhering to the electrode part) , Heater layers 122 and 129 and a sensor control unit 17), which will be described later, and regeneration completion determination means for determining completion of regeneration of the electrode part by the electrode part regeneration means based on the capacitance measured by the measurement means. (For example, an ECU 5, a sensor control unit 17, which will be described later, and a means related to the execution of step S64 in FIG. 11), a particulate matter detection device (for example, a PM sensor 11 and an ECU 5 which will be described later). This particulate matter detection device is a frequency changing means for changing the frequency of the alternating measurement voltage applied by the measuring means (for example, an ECU 5, a sensor control unit 17, which will be described later, and a means for executing step S61 in FIG. 11). The particulate matter detection means includes particles contained in the exhaust gas based on a change in capacitance when a measurement voltage of a detection frequency (for example, a detection frequency fa described later) is applied to the electrode portion. A value having a correlation with the amount of particulate matter is detected, and the regeneration completion judging means determines the measurement voltage applied to the electrode part by the frequency changing means when the electrode part regeneration means performs the regeneration of the electrode part. After changing the frequency to a reproduction frequency higher than the detection frequency (for example, a reproduction frequency fz described later), the capacitance measured by the measurement means Zui it, and judging the completion of the electrode portion of the reproduction by the electrode unit reproducing means.

本発明では、粒子状物質の集塵・検知時には、周波数が低い検出用周波数の測定電圧を電極部に印加して静電容量を測定し、測定された静電容量の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出する構成とした。また、検出後に実行する電極部の再生時には、検出用周波数よりも高い再生用周波数に変更して静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて電極部の再生の完了を判定する構成とした。   In the present invention, at the time of dust collection / detection of particulate matter, a measurement voltage with a detection frequency having a low frequency is applied to the electrode portion to measure the capacitance, and the exhaust gas is discharged based on the change in the measured capacitance. It was set as the structure which detects the value which has a correlation with the quantity of the particulate matter contained. In addition, at the time of regeneration of the electrode part executed after detection, the capacitance is measured by changing to a reproduction frequency higher than the detection frequency, and the completion of regeneration of the electrode part is determined based on the measured capacitance. The configuration.

ここで、周波数をf、インピーダンスをZcとしたときに、静電容量Cは、1/(2πfZc)で表され、図1に示すように、周波数fが高くなるにつれて静電容量Cは小さくなる特性を有する。そのため、各周波数の静電容量変化は、理論的には図2に示す通りとなるが、実際の粒子状物質では、不特定な要因によって曲線の立ち上り部分や収束位置がずれて、図3に示すような周波数特性を示す。この図3から、周波数を高くすることによって、粒子状物質の静電容量の測定値を小さくできることが分かる。   Here, when the frequency is f and the impedance is Zc, the capacitance C is represented by 1 / (2πfZc). As shown in FIG. 1, the capacitance C decreases as the frequency f increases. Has characteristics. Therefore, the change in capacitance at each frequency is theoretically as shown in FIG. 2, but in the actual particulate matter, the rising portion of the curve and the convergence position are shifted due to unspecified factors, and FIG. The frequency characteristics as shown are shown. It can be seen from FIG. 3 that the measured value of the capacitance of the particulate matter can be reduced by increasing the frequency.

また、再生時における電極部の静電容量Cの温度特性を図4に示す。図4に示すように、電極部を昇温させたときには、粒子状物質(PM)が付着していない場合に比べて、付着している場合の方が静電容量Cの変化が顕著に大きい。具体的には、粒子状物質が電極部に付着していない場合には、電極部の温度がおよそ500℃付近に達した後、電極部の静電容量Cは緩やかに増大する。これに対して、粒子状物質が電極部に付着している場合には、温度T(400℃)で静電容量Cは急激に増大し始め、粒子状物質の燃焼温度である温度T(550℃)まで指数関数的に増大する。この図4から、粒子状物質が付着した電極部の再生時には、静電容量Cは顕著に増大し、集塵・検知時に比べて広い測定レンジが必要であることが分かる。 Further, FIG. 4 shows the temperature characteristics of the capacitance C of the electrode portion during reproduction. As shown in FIG. 4, when the temperature of the electrode portion is increased, the change in the capacitance C is significantly greater when the particulate matter (PM) is attached than when the particulate matter (PM) is not attached. . Specifically, when the particulate matter is not attached to the electrode part, after the temperature of the electrode part reaches approximately 500 ° C., the capacitance C of the electrode part gradually increases. On the other hand, when the particulate matter adheres to the electrode portion, the capacitance C starts to increase rapidly at the temperature T 2 (400 ° C.), and the temperature T 1 that is the combustion temperature of the particulate matter. Increases exponentially to (550 ° C.). From FIG. 4, it can be seen that the electrostatic capacity C increases remarkably during regeneration of the electrode part to which the particulate matter has adhered, and a wider measurement range is required than during dust collection and detection.

そこで、本発明によれば、静電容量が顕著に増大する電極部の再生時に、粒子状物質の集塵・検知時に比べて高い周波数の測定電圧に切換える構成としたため、測定される静電容量の値を小さくできる。これにより、測定電圧の周波数を高周波数化することによって、より広いレンジでの静電容量の測定が可能となり、測定回路の切換えを行うことなく、測定された静電容量に基づいて再生の完了を判定できる。従って、電極部の再生時と粒子状物質の集塵・検知時とで、測定回路を切換えることなく1つの測定回路で粒子状物質を検出でき、コストを削減できる。
また、例えば1つの測定回路で測定レンジを広げた場合と比べて、精度良く静電容量を測定でき、再生の完了を精度良く判定できる。
Therefore, according to the present invention, when the electrode portion where the capacitance is remarkably increased is switched to a measurement voltage having a higher frequency than when collecting and detecting particulate matter, the measured capacitance The value of can be reduced. This makes it possible to measure the capacitance in a wider range by increasing the frequency of the measurement voltage, and complete the regeneration based on the measured capacitance without switching the measurement circuit. Can be determined. Accordingly, the particulate matter can be detected by one measurement circuit without switching the measurement circuit between the regeneration of the electrode portion and the dust collection / detection of the particulate matter, thereby reducing the cost.
Further, for example, the capacitance can be measured with higher accuracy than when the measurement range is expanded with one measurement circuit, and the completion of reproduction can be determined with higher accuracy.

この場合、前記周波数変更手段は、第1の検出用周波数(例えば、後述の検出用周波数fa)と、当該第1の検出用周波数よりも高い第2の検出用周波数(例えば、後述の検出用周波数fb)の少なくとも2つの検出用周波数に切換え可能であり、前記粒子状物質検出手段(例えば、後述の図14の処理の実行に係る手段)は、前記電極部に前記第1の検出用周波数の測定電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出し、前記電極部に粒子状物質が付着することによって静電容量が所定の上限値(例えば、後述の閾値C)に達したときには、前記周波数変更手段によって前記第1の検出用周波数から前記第2の検出用周波数に切換えたうえで、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続することが好ましい。 In this case, the frequency changing means includes a first detection frequency (for example, a detection frequency fa described later) and a second detection frequency (for example, a detection frequency described later) higher than the first detection frequency. It is possible to switch to at least two detection frequencies of frequency fb), and the particulate matter detection means (for example, means relating to execution of the processing of FIG. 14 described later) is provided in the electrode section with the first detection frequency. Based on the change in capacitance when applying the measurement voltage, a value correlated with the amount of the particulate matter contained in the exhaust gas is detected, and the particulate matter adheres to the electrode portion to thereby detect the capacitance. Is reached from the first detection frequency to the second detection frequency by the frequency changing means, and then the particles contained in the exhaust gas are exhausted when a predetermined upper limit value (for example, a threshold value C 3 described later) is reached. The amount of particulate matter It is preferred to continue the detection of certain values of Seki.

本発明では、粒子状物質の集塵・検知時において、先ず、周波数の低い第1の検出用周波数の測定電圧を印加して静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出する構成とした。また、電極部に粒子状物質が付着することによって静電容量が所定の上限値に達したときには、第1の検出用周波数よりも高い第2の検出用周波数の測定電圧に切換えて静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続する構成とした。
これにより、周波数の低い第1の検出用周波数の測定電圧を印加して測定された静電容量が所定の上限値にまで達したときに、第1の検出用周波数よりも高い第2の検出用周波数の測定電圧に切換えることにより、測定される静電容量の値を小さくでき、より広いレンジでの静電容量の測定が可能となる。そのため、静電容量の変化の検出を継続でき、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続して行うことができる。従って、検出時間を長く確保することができるため、粒子状物質の量に相関のある値の検出頻度を高めて検出精度を向上できる。また、検出精度を向上できるため、電極部の再生回数を低減でき、燃費を向上できる。
また、この発明によれば、検出時間を長く確保できるため連続測定に近い測定が可能となり、排気浄化フィルタの故障判定以外の内燃機関制御にも利用できる。
In the present invention, at the time of collecting and detecting particulate matter, first, the measurement voltage of the first detection frequency having a low frequency is applied to measure the capacitance, and the exhaust is performed based on the measured capacitance. In this configuration, a value having a correlation with the amount of the particulate matter contained in is detected. In addition, when the electrostatic capacity reaches a predetermined upper limit due to the particulate matter adhering to the electrode portion, the electrostatic capacity is switched to the measurement voltage of the second detection frequency higher than the first detection frequency. And the detection of a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas based on the measured capacitance was continued.
Thereby, when the capacitance measured by applying the measurement voltage of the first detection frequency having a low frequency reaches a predetermined upper limit value, the second detection higher than the first detection frequency. By switching to the measurement voltage at the operating frequency, the value of the measured capacitance can be reduced, and the capacitance can be measured in a wider range. For this reason, it is possible to continue detecting the change in capacitance and continuously detect a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas. Accordingly, since a long detection time can be secured, the detection accuracy can be improved by increasing the detection frequency of a value correlated with the amount of particulate matter. In addition, since the detection accuracy can be improved, the number of times the electrode portion is regenerated can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
In addition, according to the present invention, since a long detection time can be ensured, measurement close to continuous measurement becomes possible, and it can be used for internal combustion engine control other than the determination of exhaust purification filter failure.

この場合、前記所定の上限値(例えば、後述の閾値C)は、前記電極部に粒子状物質が付着することにより、前記電極部の静電容量に有意な変化が現れる上限値であることが好ましい。 In this case, the predetermined upper limit value (for example, a threshold value C 3 described later) is an upper limit value at which a significant change appears in the capacitance of the electrode portion due to particulate matter adhering to the electrode portion. Is preferred.

この発明では、第1の検出用周波数の測定電圧を印加して測定した電極部の静電容量が、有意な変化が現れる上限値に達したときに、第1の検出用周波数よりも高い第2の検出用周波数の測定電圧に切換える構成とした。
これにより、第1の検出用周波数の測定電圧を印加することによって静電容量の変化を検出可能な限界まで静電容量の測定を行った後に、第2の検出用周波数に切換えて静電容量の測定を継続できる。そのため、検出時間をより長く確保することができるため、検出頻度をより高めて検出精度をより向上できる。
In the present invention, when the capacitance of the electrode portion measured by applying the measurement voltage of the first detection frequency reaches an upper limit value at which a significant change appears, the first detection frequency is higher than the first detection frequency. It was set as the structure switched to the measurement voltage of the frequency for 2 detection.
Thus, after measuring the capacitance to the limit at which the change in capacitance can be detected by applying the measurement voltage of the first detection frequency, the capacitance is switched to the second detection frequency. Measurement can be continued. Therefore, since the detection time can be secured longer, the detection frequency can be increased and the detection accuracy can be further improved.

また、本発明では、内燃機関の排気系に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ(例えば、後述のDPF3)の故障検知装置(例えば、後述のECU5Aおよびセンサ制御ユニット17)を提供する。この故障検知装置は、前記排気浄化フィルタの下流に設けられた請求項2または3記載の粒子状物質検出装置(例えば、後述のPMセンサ11およびECU)と、前記粒子状物質検出手段によって検出された排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値(例えば、後述のPM捕集率X)に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段(例えば、後述のECU5A,センサ制御ユニット17および図16のステップS734〜S736の実行に係る手段)と、前記故障判定手段による故障判定を実行するか否かを判定する実行判定手段(例えば、後述のECU5A,センサ制御ユニット17および図16のステップS727の実行に係る手段)と、前記第1の検出用周波数(例えば、後述の検出用周波数fa)の測定電圧を印加して静電容量を測定していた期間における前記内燃機関からの粒子状物質の排出量を算出する排出量算出手段(例えば、後述のECU5Aおよび図16のステップS725,S728,S732の実行に係る手段)と、を備え、前記実行判定手段は、前記排出量が所定量(例えば、後述の閾値Y)以上であるときには、前記排気浄化フィルタの故障判定を実行すると判定し、前記排出量が前記所定量未満であるときには、前記排気浄化フィルタの故障判定を実行しないと判定し、前記粒子状物質検出手段(例えば、後述の図16のステップS721〜S733の実行に係る手段)は、前記電極部に前記第1の検出用周波数の測定電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出し、前記電極部に粒子状物質が付着することによって静電容量が前記所定の上限値(例えば、後述の閾値C)に達しかつ前記実行判定手段によって前記排気浄化フィルタの故障判定を実行しないと判定されたときには、前記周波数変更手段によって前記第1の検出用周波数から前記第2の検出用周波数(例えば、後述の検出用周波数fb)に切換えたうえで、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続することを特徴とする。 Further, according to the present invention, a failure detection device (for example, an ECU 5A and a sensor control unit described later) provided in an exhaust system of the internal combustion engine and collects particulate matter contained in the exhaust (for example, a DPF 3 described later). 17). The failure detection device is detected by a particulate matter detection device (for example, a PM sensor 11 and an ECU described later) provided downstream of the exhaust purification filter and the particulate matter detection means. Failure determination means for determining failure of the exhaust purification filter based on a value (for example, PM collection rate X described later) correlated with the amount of particulate matter contained in exhaust gas (for example, ECU 5A, sensor described later) The control unit 17 and means for executing steps S734 to S736 in FIG. 16) and execution determination means for determining whether or not to perform failure determination by the failure determination means (for example, ECU 5A, sensor control unit 17 described later and 16) and a measurement voltage of the first detection frequency (for example, a detection frequency fa described later). Emission amount calculation means for calculating the emission amount of particulate matter from the internal combustion engine during the period when the electrostatic capacity was applied and applied (for example, in execution of ECU 5A described later and steps S725, S728, and S732 in FIG. 16) And the execution determination unit determines that the exhaust purification filter failure determination is to be performed when the emission amount is equal to or greater than a predetermined amount (for example, a threshold value Y 1 described later), and the emission amount. Is less than the predetermined amount, it is determined that failure determination of the exhaust purification filter is not executed, and the particulate matter detection means (for example, means related to execution of steps S721 to S733 in FIG. 16 described later) A value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas is detected based on a change in capacitance when the measurement voltage of the first detection frequency is applied to the electrode section. Then, when the particulate matter adheres to the electrode part, the electrostatic capacity reaches the predetermined upper limit value (for example, a threshold value C 5 described later), and the failure determination of the exhaust purification filter is not executed by the execution determination means. Is determined, the frequency changing unit switches the first detection frequency to the second detection frequency (for example, a detection frequency fb described later), and then the particulate matter contained in the exhaust gas. The detection of a value correlated with the quantity is continued.

この発明では、電極部に粒子状物質が付着することによって、第1の検出用周波数の測定電圧で測定された静電容量が所定の上限値に達し、かつ内燃機関からの粒子状物質の排出量が所定量以上であるときには、排気浄化フィルタの故障判定を実行する構成とした。また、静電容量が所定の上限値に達し、かつ内燃機関からの粒子状物質の排出量が所定量未満であるときには、排気浄化フィルタの故障判定を実行せずに、第1の検出用周波数よりも高い第2の検出用周波数に切換えたうえで粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続し、故障判定を実行する構成とした。
これにより、第1の検出用周波数の測定電圧を印加した状態で、排気浄化フィルタの故障判定が精度良く行える所定量以上の粒子状物質が排出されていたときに故障判定を実行するため、精度の高い故障判定ができる。一方、故障判定が精度良く行える所定量の粒子状物質が排出されていなかったときには故障判定を実行しないため、誤判定のおそれを回避できる。また、この場合には、より高い周波数の第2の検出用周波数に切換えることによって、第2の検出用周波数の測定電圧で測定された静電容量の変化に基づいて排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続し、かかる値に基づいた故障判定を再度、実行するため、精度の高い故障判定が可能となる。
ところで、測定精度としては周波数の低い測定電圧の方が高いため、より周波数の低い第1の検出用周波数の測定電圧を印加した状態で測定を行うのが望ましい。これに対して、故障判定では、測定レンジを広く使って静電容量の測定および粒子状物質の量に相関のある値の検出を行うことにより、高い判定精度が得られる。そのため、第1の検出用周波数の測定電圧で、複数回に分割して故障判定を実行した場合にあっては、故障判定の精度は大きく低下する。そこで、本発明によれば、第1の検出用周波数の測定電圧下で測定可能な限界まで測定を行った後、粒子状物質の排出量が少ない場合には故障判定を実行せずに、より高い第2の検出用周波数に切換えたうえで測定、検出を継続し、故障判定を実行するため、精度の高い故障判定が可能となる。
In this invention, when the particulate matter adheres to the electrode portion, the capacitance measured at the measurement voltage of the first detection frequency reaches the predetermined upper limit value, and the particulate matter is discharged from the internal combustion engine. When the amount is equal to or greater than the predetermined amount, the exhaust purification filter failure determination is executed. Further, when the electrostatic capacity reaches a predetermined upper limit value and the amount of particulate matter discharged from the internal combustion engine is less than a predetermined amount, the first detection frequency is not executed without executing the failure determination of the exhaust purification filter. After switching to a higher second detection frequency, detection of a value correlated with the amount of particulate matter is continued, and a failure determination is executed.
As a result, the failure determination is executed when a predetermined amount or more of particulate matter that can accurately determine the failure of the exhaust purification filter is discharged in a state where the measurement voltage of the first detection frequency is applied. High failure judgment can be made. On the other hand, failure determination is not executed when a predetermined amount of particulate matter that can be determined with high accuracy has not been discharged, thereby avoiding the risk of erroneous determination. In this case, the particulate matter contained in the exhaust gas based on the change in the capacitance measured at the measurement voltage of the second detection frequency by switching to the second detection frequency having a higher frequency. Since the detection of the value having a correlation with the amount is continued and the failure determination based on the value is executed again, the failure determination with high accuracy becomes possible.
By the way, since the measurement voltage with a low frequency is higher as the measurement accuracy, it is desirable to perform the measurement in a state where the measurement voltage of the first detection frequency having a lower frequency is applied. On the other hand, in the failure determination, high determination accuracy can be obtained by measuring the capacitance and detecting a value correlated with the amount of the particulate matter using a wide measurement range. Therefore, when the failure determination is performed by dividing the measurement voltage at the first detection frequency into a plurality of times, the accuracy of the failure determination is greatly reduced. Therefore, according to the present invention, after the measurement is performed up to the limit that can be measured under the measurement voltage of the first detection frequency, if the discharge amount of the particulate matter is small, the failure determination is not performed. Since the measurement and detection are continued after switching to the high second detection frequency and the failure determination is executed, it is possible to determine the failure with high accuracy.

本発明によれば、電極部の再生時と粒子状物質の集塵・検知時とで、測定回路を切換える必要が無く、1つの測定回路で粒子状物質の検出が可能な粒子状物質検出装置およびこれを用いた排気浄化フィルタの故障判定装置を提供できる。   According to the present invention, there is no need to switch the measurement circuit between the regeneration of the electrode portion and the dust collection / detection of the particulate matter, and the particulate matter detection device capable of detecting the particulate matter with one measurement circuit. And the failure determination apparatus of the exhaust gas purification filter using the same can be provided.

周波数と静電容量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a frequency and an electrostatic capacitance. 各周波数の静電容量変化を示す図である。It is a figure which shows the electrostatic capacitance change of each frequency. 粒子状物質の静電容量の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the electrostatic capacitance of a particulate matter. 再生時における電極部の静電容量の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the electrostatic capacitance of the electrode part at the time of reproduction | regeneration. 本発明の第1実施形態に係るPMセンサが適用されたエンジンの排気浄化装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of an engine exhaust gas purification device to which a PM sensor concerning a 1st embodiment of the present invention is applied. 上記実施形態に係るPMセンサの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of PM sensor which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るセンサ素子の斜視図である。It is a perspective view of the sensor element which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るセンサ素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the sensor element which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るセンサ素子の集塵部内にPMが全面に付着して堆積したときの様子を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically a mode when PM adheres and accumulates in the whole surface in the dust collection part of the sensor element which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るECUによるPMセンサの制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of PM sensor by ECU which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るPMセンサの電極部再生処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the electrode part reproduction | regeneration process of PM sensor which concerns on the said embodiment. 再生時における電極部の静電容量の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the electrostatic capacitance of the electrode part at the time of reproduction | regeneration. 再生時における電極部の静電容量変化を示す図である。It is a figure which shows the electrostatic capacitance change of the electrode part at the time of reproduction | regeneration. 上記実施形態に係るPMセンサのPM検知処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of PM detection processing of PM sensor which concerns on the said embodiment. 周波数の切換えを実行したときの静電容量の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the electrostatic capacitance when frequency switching is performed. 本発明の第2実施形態に係るPMセンサのPM検知処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of PM detection processing of PM sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. PM総排出量と静電容量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between PM total discharge amount and an electrostatic capacitance. PM捕集率とPMエミッション値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between PM collection rate and PM emission value.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第2実施形態以後の説明において、第1実施形態と共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description after the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

<第1実施形態>
図5は、本実施形態に係る粒子状物質検出装置が適用された内燃機関の排気浄化装置の構成を示す模式図である。
内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下、「ECU(Electric Control Unit)」という)5により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間は、ECU5により制御される。
<First Embodiment>
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of an exhaust emission control device for an internal combustion engine to which the particulate matter detection device according to the present embodiment is applied.
An internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into each cylinder, and each cylinder is provided with a fuel injection valve (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU (Electronic Control Unit)”) 5, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the ECU 5. .

エンジン1の排気が流通する排気管4には、排気に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質(以下、「PM(Particulate Matter)」という)を捕集し排気を浄化する排気浄化フィルタ(以下、「DPF(Diesel Particulate Filter)」という)3と、排気に含まれるPMを検出する粒子状物質検出装置(以下、「PMセンサ」という)11とが、上流側からこの順で設けられている。   In the exhaust pipe 4 through which the exhaust of the engine 1 circulates, an exhaust purification filter (hereinafter referred to as “PM (Particulate Matter)”) that collects particulate matter mainly composed of carbon contained in the exhaust and purifies the exhaust. Hereinafter, a “DPF (Diesel Particulate Filter)”) 3 and a particulate matter detection device (hereinafter referred to as “PM sensor”) 11 for detecting PM contained in the exhaust gas are provided in this order from the upstream side. Yes.

DPF3は、多孔質体のフィルタ壁を備え、排気がこのフィルタ壁の微細な孔を通過する際に、排気に含まれるPMをフィルタ壁の表面およびフィルタ壁中の微細孔に堆積させることにより、これを捕集する。   The DPF 3 includes a porous filter wall, and when the exhaust gas passes through the fine holes in the filter wall, PM contained in the exhaust gas is deposited on the surface of the filter wall and the fine holes in the filter wall. Collect this.

図6は、PMセンサ11の概略構成を示す図である。
PMセンサ11は、排気管4の内部のうちDPF3の下流側に設けられたセンサ素子12と、ECU5に接続され、このセンサ素子12を制御するセンサ制御ユニット17と、を備える。PMセンサ11は、以下に示すように、排気管4内を流通する排気に含まれるPMが付着したセンサ素子12の静電容量を測定し、この測定値に基づいて、排気管4内を流通する排気中のPMを検出する。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the PM sensor 11.
The PM sensor 11 includes a sensor element 12 provided on the downstream side of the DPF 3 in the exhaust pipe 4 and a sensor control unit 17 that is connected to the ECU 5 and controls the sensor element 12. The PM sensor 11 measures the electrostatic capacitance of the sensor element 12 to which PM contained in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 4 adheres as shown below, and flows through the exhaust pipe 4 based on the measured value. The PM in the exhaust is detected.

センサ制御ユニット17は、集塵用DC電源13と、インピーダンス測定器14と、センサ素子12の温度、より詳しくは後述の電極部の温度を制御する温度制御装置15と、を含んで構成される。   The sensor control unit 17 includes a dust collection DC power source 13, an impedance measuring device 14, and a temperature control device 15 that controls the temperature of the sensor element 12, more specifically, the temperature of the electrode unit described later. .

図7は、センサ素子12の斜視図である。
図7に示すように、センサ素子12は、PMを含む排気が通過する通気孔を有しており、この通気孔により集塵部120が形成される。排気中に含まれるPMは、この集塵部120の内壁に付着して堆積する。
FIG. 7 is a perspective view of the sensor element 12.
As shown in FIG. 7, the sensor element 12 has a vent hole through which exhaust gas containing PM passes, and the dust collecting portion 120 is formed by the vent hole. The PM contained in the exhaust is deposited on the inner wall of the dust collection unit 120.

図8は、センサ素子12の分解斜視図である。
センサ素子12は、図8に示すように、一対の電極板130,131を、板状のスペーサ125A,125Bを介装して組み合わせ、ヒータ層122,129およびアルミナプレート121で挟持することにより構成される。これにより、電極板130,131、スペーサ125A,125Bで囲まれた集塵部120が形成される。
FIG. 8 is an exploded perspective view of the sensor element 12.
As shown in FIG. 8, the sensor element 12 is configured by combining a pair of electrode plates 130 and 131 with plate-like spacers 125 </ b> A and 125 </ b> B interposed therebetween and sandwiching them between the heater layers 122 and 129 and the alumina plate 121. Is done. Thereby, the dust collecting part 120 surrounded by the electrode plates 130 and 131 and the spacers 125A and 125B is formed.

電極板130は、誘電体層124と、集塵電極層123とを積層することにより形成される。また、電極板131は、誘電体層126と、測定電極層127と、集塵電極層128とを積層することにより形成される。
なお、これら電極板130,131と、上述の集塵部120とにより、本実施形態の電極部が構成される。
The electrode plate 130 is formed by laminating a dielectric layer 124 and a dust collecting electrode layer 123. The electrode plate 131 is formed by laminating a dielectric layer 126, a measurement electrode layer 127, and a dust collection electrode layer 128.
In addition, the electrode part of this embodiment is comprised by these electrode plates 130 and 131 and the above-mentioned dust collection part 120. FIG.

測定電極層127は、一対の櫛形の測定電極127A,127Bを備える。具体的には、測定電極127A,127Bは、測定電極層127の一端側の集塵部120に対応する位置に形成された一対の櫛歯部と、この櫛歯部から他端側へかけて延びる一対の櫛本体部と、を含んで構成される。より具体的には、測定電極127A,127Bは、一方の櫛形の測定電極127Aの櫛歯部と他方の櫛形の測定電極127Bの櫛歯部とが相互に挟み合うように対向配置されている。
また、一対の櫛本体部は、インピーダンス測定器14に電気的に接続されている。
The measurement electrode layer 127 includes a pair of comb-shaped measurement electrodes 127A and 127B. Specifically, the measurement electrodes 127A and 127B include a pair of comb teeth formed at a position corresponding to the dust collection section 120 on one end of the measurement electrode layer 127, and the comb teeth extending from the comb teeth to the other end. And a pair of extending comb bodies. More specifically, the measurement electrodes 127A and 127B are arranged to face each other so that the comb tooth portion of one comb-shaped measurement electrode 127A and the comb tooth portion of the other comb-shaped measurement electrode 127B are sandwiched with each other.
The pair of comb main body portions is electrically connected to the impedance measuring instrument 14.

ここで、測定電極層127に櫛形の測定電極127A,127Bを備える本実施形態のPM検出メカニズムについて説明する。
図9は、本実施形態のセンサ素子12の集塵部120内にPMが全面に付着して堆積したときの様子を模式的に示した図である。図9に示すように、集塵部120に集塵されたPMは、櫛形の測定電極127A,127Bの櫛歯部上に誘電体層を介して堆積する。このとき、隣接する測定電極127A,127B間におけるもれ電界が、堆積したPMによる影響を受け、測定電極127A,127B間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、PMの付着量に相関があることから、この静電容量の変化を測定することにより、排気に含まれるPMを検出できる。なお、以下の説明において、センサ素子12の静電容量とは、センサ素子12のうちPMの付着量に相関のある集塵部120の静電容量を意味する。
Here, the PM detection mechanism of the present embodiment in which the measurement electrode layer 127 includes the comb-shaped measurement electrodes 127A and 127B will be described.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a state in which PM adheres and accumulates on the entire surface in the dust collecting portion 120 of the sensor element 12 of the present embodiment. As shown in FIG. 9, PM collected in the dust collection unit 120 is deposited on the comb teeth of the comb-shaped measurement electrodes 127A and 127B via a dielectric layer. At this time, the leakage electric field between the adjacent measurement electrodes 127A and 127B is affected by the deposited PM, and the capacitance between the measurement electrodes 127A and 127B changes. Since this change in capacitance has a correlation with the amount of adhesion of PM, PM contained in exhaust gas can be detected by measuring this change in capacitance. In the following description, the capacitance of the sensor element 12 means the capacitance of the dust collection unit 120 having a correlation with the amount of PM attached to the sensor element 12.

集塵電極層123,128は、タングステン導体層からなる集塵電極123A,128Aを備える。この集塵電極123A,128Aは、集塵電極層123,128の一端側の集塵部120に対応する位置に略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板の他端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。
また、集塵電極123A,128Aの導線部は、集塵用DC電源13に電気的に接続されている。
なお、集塵電極123A、128Aの導体部の一辺の長さは、約10mmである。
The dust collection electrode layers 123 and 128 include dust collection electrodes 123A and 128A made of a tungsten conductor layer. The dust collecting electrodes 123A and 128A are formed in a substantially square shape at a position corresponding to the dust collecting portion 120 on one end side of the dust collecting electrode layers 123 and 128, and the other end side of the alumina substrate from the conductor portion. A conductive wire portion extending linearly over the wire.
Further, the conducting wire portions of the dust collecting electrodes 123A and 128A are electrically connected to the dust collecting DC power source 13.
Note that the length of one side of the conductor portions of the dust collecting electrodes 123A and 128A is about 10 mm.

ヒータ層122,129は、ヒータ配線122A,129Aを備え、これらヒータ配線122A,129Aは、温度制御装置15およびインピーダンス測定器14に電気的に接続されている。
また、アルミナプレート121は、略矩形状のアルミナ基板であり、厚みは約1mmである。
The heater layers 122 and 129 include heater wires 122A and 129A, and these heater wires 122A and 129A are electrically connected to the temperature control device 15 and the impedance measuring instrument 14.
The alumina plate 121 is a substantially rectangular alumina substrate and has a thickness of about 1 mm.

集塵用DC電源13は、集塵電極層123,128に備えられた集塵電極123A,128Aの導線部に電気的に接続されている。集塵用DC電源13は、ECU5から送信された制御信号に基づいて動作し、後述する測定電圧よりも大きい所定の集塵電圧を集塵電極層123,128間に印加する。電極部にPMが未付着の状態では静電容量の有意な変化が検出できず、測定が不可能であるところ、集塵電圧を印加してPMの付着を促進することにより、ある程度PMが付着して静電容量の有意な変化が検出できる状態を素早く形成できる。   The dust collection DC power supply 13 is electrically connected to the conductive wire portions of the dust collection electrodes 123A and 128A provided in the dust collection electrode layers 123 and 128. The dust collection DC power supply 13 operates based on a control signal transmitted from the ECU 5, and applies a predetermined dust collection voltage higher than a measurement voltage described later between the dust collection electrode layers 123 and 128. In the state where PM is not attached to the electrode part, a significant change in capacitance cannot be detected and measurement is impossible. However, PM is attached to some extent by applying a dust collection voltage to promote PM attachment. Thus, a state in which a significant change in capacitance can be detected can be quickly formed.

インピーダンス測定器14は、測定電極層127の一対の櫛本体部に電気的に接続されている。インピーダンス測定器14は、ECU5から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧および測定周期のもとで、センサ素子12の静電容量を検出し、検出した静電容量に略比例した検出信号をECU5に出力する。   The impedance measuring instrument 14 is electrically connected to a pair of comb main body portions of the measurement electrode layer 127. The impedance measuring device 14 operates based on the control signal transmitted from the ECU 5, detects the capacitance of the sensor element 12 under a predetermined measurement voltage and measurement cycle, and is approximately proportional to the detected capacitance. The detected signal is output to the ECU 5.

温度制御装置15は、各電極板130,131に接して設けられたヒータ層122,129のヒータ配線122A,129Aに電気的に接続されており、これらヒータ層122,129に電力を供給するヒータ用DC電源(図示せず)を含んで構成される。
ヒータ用DC電源は、ECU5から送信された制御信号に基づいて動作し、ヒータ層122,129に所定の電流を通電する。ヒータ層122,129は、ヒータ用電源から電流が供給されると発熱し、各電極板130,131を加熱する。これにより、各電極板130,131を加熱し、集塵部120に付着したPMを燃焼除去する。
なお、電極部の温度は、温度制御装置15により検出されるヒータ配線の抵抗値に基づいて算出される。
The temperature control device 15 is electrically connected to the heater wires 122A and 129A of the heater layers 122 and 129 provided in contact with the electrode plates 130 and 131, and a heater that supplies electric power to the heater layers 122 and 129. A DC power supply (not shown) is included.
The heater DC power supply operates based on a control signal transmitted from the ECU 5 and supplies a predetermined current to the heater layers 122 and 129. The heater layers 122 and 129 generate heat when current is supplied from the heater power source, and heat the electrode plates 130 and 131. Thereby, each electrode plate 130 and 131 is heated and PM adhering to the dust collection part 120 is burned and removed.
Note that the temperature of the electrode portion is calculated based on the resistance value of the heater wiring detected by the temperature control device 15.

ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU5は、CPUで実行される各種演算プログラムおよび演算結果等を記憶する記憶回路と、センサ制御ユニット17およびエンジン1の燃料噴射弁等に制御信号を出力する出力回路とを備える。
以上のようなハードウェア構成により、ECU5には、以下に示すPMセンサの制御処理を実行するための粒子状物質検出部、再生完了判定部および周波数変更部の各モジュールが構成される。
The ECU 5 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter “ CPU ”). In addition, the ECU 5 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that outputs control signals to the sensor control unit 17 and the fuel injection valve of the engine 1.
With the hardware configuration described above, the ECU 5 includes modules of a particulate matter detection unit, a regeneration completion determination unit, and a frequency change unit for executing the following PM sensor control process.

次に、図10〜14を参照して、ECUによるPMセンサの制御について説明する。
図10は、ECUによるPMセンサの制御手順を示すフローチャートである。このPMセンサの制御処理は、ECUにより所定の周期で繰り返し実行される。
Next, control of the PM sensor by the ECU will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a flowchart showing a control procedure of the PM sensor by the ECU. This PM sensor control process is repeatedly executed by the ECU at a predetermined cycle.

ステップS1では、電極部に印加する測定電圧の周波数fが、周波数が低く高感度測定が可能な検出用周波数faに設定されていない場合には、faへの切換えを実行する。その後、ステップS2に移る。
検出用周波数faとしては、後述する再生用周波数fzよりも低い周波数に設定される。例えば、検出用周波数faは、再生用周波数fzに対して、fa=fz×10−2(Hz)の関係式を満たすように設定される。
In step S1, when the frequency f of the measurement voltage applied to the electrode section is not set to the detection frequency fa that allows the high sensitivity measurement with a low frequency, switching to fa is executed. Thereafter, the process proceeds to step S2.
The detection frequency fa is set to a frequency lower than a reproduction frequency fz described later. For example, the detection frequency fa is set so as to satisfy the relational expression of fa = fz × 10 −2 (Hz) with respect to the reproduction frequency fz.

ステップS2では、電極部の静電容量の測定を開始する。具体的には、ステップS1で切換え設定した検出用周波数faの測定電圧を電極部に印加し、静電容量の測定を開始する。その後、ステップS3に移る。   In step S2, measurement of the capacitance of the electrode unit is started. Specifically, the measurement voltage of the detection frequency fa switched and set in step S1 is applied to the electrode portion, and the measurement of the capacitance is started. Thereafter, the process proceeds to step S3.

ステップS3では、電極部の温度Tが100℃以上であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、エンジンの始動時に発生して電極部に付着した凝縮水が揮発する状態にあると判断し、ステップS4に移る。一方、NOの場合には、この判定を再度実行する。
なお、電極部の温度Tは、温度制御装置により検出されたヒータ配線の抵抗値に基づいて算出される。より詳しくは、電極部の温度Tは、温度制御装置により検出されたヒータ配線122A,129Aの抵抗値に基づいて、ECU5により算出される。
In step S3, it is determined whether or not the temperature T of the electrode portion is 100 ° C. or higher. If this determination is YES, it is determined that the condensed water generated at the start of the engine and attached to the electrode portion is in a state of volatilization, and the process proceeds to step S4. On the other hand, in the case of NO, this determination is performed again.
The temperature T of the electrode part is calculated based on the resistance value of the heater wiring detected by the temperature control device. More specifically, the temperature T of the electrode part is calculated by the ECU 5 based on the resistance values of the heater wires 122A and 129A detected by the temperature control device.

ステップS4では、測定された電極部の静電容量Cが、所定の閾値C以下であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、電極部に付着していた凝縮水が完全に揮発して除去されたと判断し、ステップS5に移る。一方、この判別がNOの場合には、凝縮水がまだ電極部に付着していると判断し、この判別を再度実行する。
なお、所定の閾値Cとしては、図4に示した温度T(PMの温度特性変化が増大して静電容量が急激に増大しはじめる温度であり、具体的には400℃)以下の所定温度におけるPMが付着した電極部の静電容量に設定される。凝縮水のような液体は導電率が高いため、その静電容量はPMに比して顕著に大きいことから、C以下であれば、凝縮水は完全に除去されたと判断できる。
In step S4, the electrostatic capacitance C of the measured electrode portion, it is determined whether the predetermined threshold value C 1 below. If this determination is YES, it is determined that the condensed water adhering to the electrode portion has been completely volatilized and removed, and the process proceeds to step S5. On the other hand, when this determination is NO, it is determined that the condensed water is still attached to the electrode portion, and this determination is executed again.
Note that the predetermined threshold C 1 is equal to or lower than the temperature T 2 shown in FIG. 4 (a temperature at which the change in the temperature characteristic of PM increases and the capacitance starts to increase rapidly, specifically 400 ° C.). It is set to the capacitance of the electrode part to which PM at a predetermined temperature is attached. Since liquid such as condensed water has high conductivity, its capacitance is significantly larger than that of PM. Therefore, it can be determined that condensed water has been completely removed if it is C 1 or less.

ステップS5では、電極部の再生の有無を判定する。具体的には、測定された電極部の静電容量Cが所定の閾値Cを超えているか否かを判定する。この判定がYESの場合には、電極部の再生処理が必要であると判断し、ステップS6の電極部再生処理に移る。一方、NOの場合には、電極部の再生処理は不要であると判断し、ステップS7のPM検知処理に移る。
所定の閾値Cは、予め実験を行うことにより設定される。例えば、後述する図13で示すように、PMが付着していない電極部の静電容量に設定される。
In step S5, it is determined whether or not the electrode portion is regenerated. Specifically, it is determined the capacitance C of the measured electrode portion whether exceeds a predetermined threshold value C 0. If this determination is YES, it is determined that the electrode part regeneration process is necessary, and the process proceeds to the electrode part regeneration process in step S6. On the other hand, in the case of NO, it is determined that the regeneration process of the electrode part is unnecessary, and the process proceeds to the PM detection process in step S7.
The predetermined threshold value C0 is set by conducting an experiment in advance. For example, as shown in FIG. 13 to be described later, the capacitance is set to the electrode portion where PM is not attached.

ステップS6では、電極部の再生処理を実行する。その後、ステップS7のPM検知処理に移る。本ステップにより、電極部に付着していたPMが燃焼除去される。この電極部の再生処理の詳細については後述する。   In step S6, an electrode portion regeneration process is executed. Thereafter, the process proceeds to the PM detection process in step S7. By this step, PM adhering to the electrode portion is burned and removed. The details of the regeneration processing of this electrode part will be described later.

ステップS7では、PMの検知処理を実行する。その後、本PMセンサの制御処理を終了する。本ステップにより、排気中のPM濃度や捕集率が算出される。このPM検知処理の詳細については後述する。   In step S7, PM detection processing is executed. Thereafter, the PM sensor control process is terminated. By this step, the PM concentration in the exhaust gas and the collection rate are calculated. Details of this PM detection processing will be described later.

次に、PMセンサの電極部再生処理の手順について説明する。
図11は、PMセンサの電極部再生処理の手順を示すフローチャートである。
Next, the procedure of the electrode sensor regeneration process of the PM sensor will be described.
FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the electrode sensor regeneration process of the PM sensor.

ステップS61では、電極部に印加されている測定電圧の検出用周波数faを、再生用周波数fzに切換える処理を実行する。その後、ステップS62に移る。
再生用周波数fzとしては、上述の検出用周波数faよりも高い周波数に設定され、例えば、再生用周波数fzは、検出用周波数faに対して、fz=fa×10(Hz)の関係式を満たすように設定される。
In step S61, a process of switching the detection frequency fa of the measurement voltage applied to the electrode portion to the reproduction frequency fz is executed. Thereafter, the process proceeds to step S62.
The reproduction frequency fz is set to a frequency higher than the above-described detection frequency fa. For example, the reproduction frequency fz has a relational expression of fz = fa × 10 2 (Hz) with respect to the detection frequency fa. Set to meet.

ここで、検出用周波数faと再生用周波数fzについて、図12を参照して説明する。
図12は、再生時における電極部の静電容量の周波数特性を示す図である。図12に示すように、先ず、検知処理時における集塵の際には、検出用周波数faの集塵電圧を電極部に印加することにより、PMが積極的に電極部に付着するため、静電容量Cは急激な立ち上りを示す。その後、検出用周波数faの測定電圧を電極部に印加すると、PMが電極部に自然付着していくにつれて、静電容量Cは緩やかに上昇した後、やがて飽和する。
再生処理時には、電極部の温度TはPMの温度特性変化が増大しはじめる温度T(400℃)を超えるため、静電容量Cは指数関数的に増大する。そして、電極部の温度TがPM燃焼温度Tに達したときに、PMは燃焼除去されるため、静電容量Cは急激に低下する。
Here, the detection frequency fa and the reproduction frequency fz will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a diagram showing the frequency characteristics of the capacitance of the electrode section during reproduction. As shown in FIG. 12, first, during dust collection during the detection process, PM is positively attached to the electrode portion by applying a dust collection voltage having a detection frequency fa to the electrode portion. The electric capacity C shows a sudden rise. Thereafter, when a measurement voltage having a detection frequency fa is applied to the electrode part, the capacitance C gradually increases and then becomes saturated as PM naturally adheres to the electrode part.
During the regeneration process, since the temperature T of the electrode part exceeds the temperature T 2 (400 ° C.) at which the temperature characteristic change of PM begins to increase, the capacitance C increases exponentially. Then, when the temperature T of the electrode portion reaches the PM combustion temperature T 1, since the PM is burned off, the capacitance C decreases rapidly.

このように、再生用周波数fzに比して低い検出用周波数faの場合には、検知処理時と再生処理時とでは測定される静電容量の値が大きく異なる。そのため、検知処理時の測定感度を維持するためには、検知処理時には測定レンジ1の測定回路を用い、再生処理時にはより広い測定レンジ2の測定回路に切換える必要がある。これに対して本実施形態では、再生処理時に、例えば電極部の温度TがTに達したときに、検出用周波数faから再生用周波数fzへの切換えを実行し、これにより、再生時における電極部の静電容量Cの値を小さくして、再生処理時の測定回路の切換えを不要とするものである。従って、再生用周波数fzは、測定される静電容量Cの値が測定レンジ1の範囲内となるように、即ち検出用周波数faのときの測定レンジと同等の測定レンジとなるように、設定される。 Thus, in the case of the detection frequency fa lower than the reproduction frequency fz, the measured capacitance value is greatly different between the detection process and the reproduction process. Therefore, in order to maintain the measurement sensitivity during the detection process, it is necessary to use the measurement circuit of the measurement range 1 during the detection process and switch to the measurement circuit of the wider measurement range 2 during the reproduction process. In contrast, in this embodiment, during the reproduction process, for example, when the temperature T of the electrode portion reaches T 2, performs switching from the detection frequency fa to reproduction frequency fz, thereby, at the time of reproduction The value of the capacitance C of the electrode part is reduced, so that it is not necessary to switch the measurement circuit during the regeneration process. Accordingly, the reproduction frequency fz is set so that the value of the measured capacitance C is within the measurement range 1, that is, the measurement range equivalent to the measurement range at the detection frequency fa. Is done.

図11に戻って、ステップS62では、ヒータをオンにし、PMセンサの電極部の温度を昇温させる。その後、ステップS63に移る。
具体的には、温度制御装置により、電極部の温度を図4に示したPMの燃焼温度T(550℃)まで昇温させる。
Returning to FIG. 11, in step S62, the heater is turned on to raise the temperature of the electrode portion of the PM sensor. Thereafter, the process proceeds to step S63.
Specifically, the temperature of the electrode portion is raised to the PM combustion temperature T 1 (550 ° C.) shown in FIG. 4 by the temperature control device.

ステップS63では、電極部の温度Tが、PMの燃焼温度Tに達したか否かを判定する。この判定がYESの場合には、ステップS64に移り、NOの場合には、この判定を再度実行する。
なお、電極部の温度Tは、温度制御装置により検出されたヒータ配線の抵抗値に基づいて算出される。
In step S63, it determines the temperature T of the electrode portion, whether it has reached the combustion temperature T 1 of the PM. If this determination is YES, the process proceeds to step S64, and if this determination is NO, this determination is executed again.
The temperature T of the electrode part is calculated based on the resistance value of the heater wiring detected by the temperature control device.

ステップS64では、電極部の静電容量Cが所定の閾値C以下であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、電極部の再生が完了したものと判断し、ステップS65に移る。一方、NOの場合には、この判定を再度実行する。 In step S64, the electrostatic capacitance C of the electrode portion is equal to or the predetermined threshold value C 2 or less. If this determination is YES, it is determined that the regeneration of the electrode portion has been completed, and the routine goes to Step S65. On the other hand, in the case of NO, this determination is performed again.

ここで、所定の閾値Cについて、図13を参照して説明する。
図13は、再生時における電極部の静電容量変化を示す図である。図13に示すように、電極部にPMが付着していない場合には、電極部自体の温度特性により、静電容量Cの初期状態から温度の上昇とともに静電容量は増大する。そして、電極部の温度TがPM燃焼温度Tに達した後、静電容量は緩やかに減少し、所定の静電容量で収束する。静電容量の立ち上り部分におけるオーバーシュートは、ヒータ制御のオーバーシュート、検知できないほど微量のPM、静電容量測定用の測定電極とヒータ間に生じる温度差などが要因と考えられる。
これに対して、電極部にPMが付着している場合には、電極部およびPMの温度特性により、静電容量Cの初期状態から温度の上昇とともに静電容量は指数関数的に増大する。そして、電極部の温度TがPM燃焼温度Tに達すると、PMは燃焼除去されるため、静電容量は急激に小さくなり、PMが付着していなかった場合と同一の静電容量で収束する。このときの収束値をCと設定し、電極部の再生の完了の判定基準として用いる。
Here, the predetermined threshold value C 2, will be described with reference to FIG. 13.
FIG. 13 is a diagram illustrating a change in capacitance of the electrode unit during reproduction. As shown in FIG. 13, when PM does not adhere to the electrode part, the electrostatic capacity increases as the temperature increases from the initial state of the electrostatic capacity C 0 due to the temperature characteristics of the electrode part itself. Then, after the temperature T of the electrode portion reaches the PM combustion temperature T 1, the capacitance decreases slowly, converge at predetermined capacitance. The overshoot at the rising portion of the capacitance is considered to be caused by overshoot of the heater control, a minute amount of PM that cannot be detected, a temperature difference generated between the measurement electrode for capacitance measurement and the heater, and the like.
On the other hand, when PM adheres to the electrode portion, the capacitance increases exponentially with the temperature rise from the initial state of the capacitance C 1 due to the temperature characteristics of the electrode portion and PM. . When the temperature T of the electrode portion reaches the PM combustion temperature T 1, since the PM is burned off, the capacitance abruptly decreases, convergence of the same capacitance and if PM was not deposited To do. The convergence value at this time is set to C 2, it is used as a criterion for the completion of the regeneration of the electrode unit.

図11に戻って、ステップS65では、ヒータをオフにし、電極部再生処理を終了する。   Returning to FIG. 11, in step S <b> 65, the heater is turned off, and the electrode portion regeneration process ends.

次に、PMセンサのPM検知処理の手順について説明する。
図14は、PMセンサのPM検知処理の手順を示すフローチャートである。
Next, the procedure of PM detection processing of the PM sensor will be described.
FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of PM detection processing of the PM sensor.

ステップS701では、電極部に印加する測定電圧の周波数fが、周波数が低く高感度測定が可能な検出用周波数faに設定されていない場合には、faへの切換えを実行する。その後、ステップS702に移る。   In step S701, when the frequency f of the measurement voltage applied to the electrode unit is not set to the detection frequency fa that allows low-frequency and high-sensitivity measurement, switching to fa is executed. Thereafter, the process proceeds to step S702.

ステップS702では、検出用周波数faのときの静電容量変化に応じたPM濃度マップへの切換えを実行する。その後、ステップS703に移る。
ここで、排気に含まれるPMの濃度は、予め作成されてECUに格納された静電容量変化に応じたPM濃度マップを参照することにより、算出される。上述したように、静電容量変化は測定電圧の周波数に応じて変動することから、ステップS701で実行した検出用周波数faの切換えに伴って、検出用周波数faのときの静電容量変化に応じたPM濃度マップの切換えを実行するものである。
In step S702, switching to the PM concentration map corresponding to the change in capacitance at the detection frequency fa is executed. Thereafter, the process proceeds to step S703.
Here, the concentration of PM contained in the exhaust gas is calculated by referring to a PM concentration map that is prepared in advance and stored in the ECU according to the capacitance change. As described above, since the change in capacitance varies depending on the frequency of the measurement voltage, the change in capacitance at the detection frequency fa corresponds to the change in the detection frequency fa executed in step S701. The PM concentration map is switched.

ステップS703では、PMの集塵を開始する。その後、ステップS704に移る。
具体的には、電極部に検出用周波数faの集塵電圧を印加し、排気に含まれるPMを積極的に捕集する。集塵は、例えば車速が0になったときなど、予め決定されたタイミングで開始する。
In step S703, PM dust collection is started. Thereafter, the process proceeds to step S704.
Specifically, a dust collection voltage with a detection frequency fa is applied to the electrode portion to positively collect PM contained in the exhaust gas. Dust collection starts at a predetermined timing, for example, when the vehicle speed becomes zero.

ステップS704では、電極部の静電容量Cが所定の閾値C以上であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、測定される静電容量に有意な変化が現れ、その変化に基づいてPM濃度の算出が可能な程度にPMが捕集されたと判断し、ステップS705に移る。一方、NOの場合には、この判定を再度実行する。
所定の閾値Cは、予め実験を行うことにより、測定される静電容量に有意な変化が現れる程度に、電極部にPMが付着したときの静電容量に設定される。
In step S704, the electrostatic capacitance C of the electrode portion is equal to or a predetermined threshold value C 4 or higher. If this determination is YES, a significant change appears in the measured capacitance, and it is determined that PM has been collected to the extent that the PM concentration can be calculated based on the change, and the process moves to step S705. On the other hand, in the case of NO, this determination is performed again.
Predetermined threshold value C 4, by performing the experiment in advance, to the extent that appears significant change in the measured capacitance, is set to the electrostatic capacity when PM is deposited on the electrode unit.

ステップS705では、PMの集塵を停止する。その後、ステップS706に移る。
具体的には、電極部に対する検出用周波数faの集塵電圧の印加を停止し、PMの捕集を停止する。
In step S705, PM dust collection is stopped. Thereafter, the process proceeds to step S706.
Specifically, the application of the dust collection voltage of the detection frequency fa to the electrode unit is stopped, and the PM collection is stopped.

ステップS706では、電極部の静電容量Cが所定の閾値C未満であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、PMセンサが静電容量の変化を検知可能な状態であると判断し、ステップS707に移る。一方、NOの場合には、PMセンサが静電容量の変化を検知不可能な状態であると判断し、ステップS708に移る。
所定の閾値Cは、予め実験を行うことにより、静電容量に有意な変化が現れる上限値に設定される。
At step S706, the electrostatic capacitance C of the electrode portion is equal to or less than the predetermined threshold value C 3. If this determination is YES, it is determined that the PM sensor can detect a change in capacitance, and the process proceeds to step S707. On the other hand, in the case of NO, the PM sensor determines that the change in capacitance cannot be detected, and the process proceeds to step S708.
Predetermined threshold value C 3, by performing the experiment in advance, is set to the upper limit value appears significant change in electrostatic capacitance.

ステップS707では、排気中のPM濃度を算出する。算出後は、ステップS706に戻る。
具体的には、PM濃度は、検出用周波数faのときの静電容量変化に応じたPM濃度マップを参照することにより、算出される。
In step S707, the PM concentration in the exhaust gas is calculated. After the calculation, the process returns to step S706.
Specifically, the PM concentration is calculated by referring to a PM concentration map corresponding to a change in capacitance at the detection frequency fa.

ステップS708では、現在設定されている測定電圧の検出用周波数fが、再生用周波数fzに達しているか否かを判定する。この判定がYESの場合には、これ以上高い周波数への切換えを実行した場合にあっては測定回路の測定レンジを超えてしまうため、周波数の切換えを実行せずにPM検知処理を終了する。一方、NOの場合には、ステップS709に移る。   In step S708, it is determined whether or not the currently set measurement voltage detection frequency f has reached the reproduction frequency fz. If this determination is YES, when switching to a higher frequency is performed, the measurement range of the measurement circuit will be exceeded, so the PM detection processing is terminated without switching the frequency. On the other hand, if NO, the process moves to step S709.

ステップS709では、より高い検出用周波数への切換えを実行する。その後、ステップS710に移る。   In step S709, switching to a higher detection frequency is executed. Thereafter, the process proceeds to step S710.

ステップS710では、切換え後の検出用周波数のときの静電容量変化に応じたPM濃度マップへの切換えを実行する。その後、ステップS706に戻る。   In step S710, switching to the PM concentration map corresponding to the change in capacitance at the detection frequency after switching is executed. Thereafter, the process returns to step S706.

ここで、検出用周波数の切換えについて、図15を参照して説明する。
図15は、周波数の切換えを実行したときの静電容量の変化を示す図である。図15に示すように、先ず、低い検出用周波数faの集塵電圧を印加してPMの捕集を積極的に行った後、検出用周波数faの測定電圧を印加すると、時間の経過とともに電極部にPMが自然付着することにより、静電容量Cは増大する。そして、静電容量Cが予め設定されたPM濃度を検知可能な上限値Cに達したときに、より高い周波数fbへの切換えを実行する。上述したように、周波数が高くなるにつれて静電容量は小さくなる一方で、検知可能な上限値はCで一定であることから、図15に示すように、この周波数の切換えにより静電容量の測定の継続が可能となる。周波数fbでの測定を継続し、再び静電容量がCに達したときに、より高い周波数fcへの切換えを実行する。このような周波数の切換え処理を、周波数fが再生用周波数fzに達するまで繰り返し実行する。
なお、切換える検出用周波数としては、例えば、切換え前の検出用周波数に所定値α(>0)を加算して得られた検出用周波数の他、切換え前の検出用周波数に所定値αを乗算して得られた検出用周波数が挙げられる。
Here, switching of the detection frequency will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating changes in capacitance when frequency switching is performed. As shown in FIG. 15, first, after applying a dust collection voltage with a low detection frequency fa to actively collect PM, and then applying a measurement voltage with the detection frequency fa, the electrode is gradually collected over time. As the PM naturally adheres to the part, the capacitance C increases. Then, when reaching the PM concentration capacitance C is set in advance in the detectable limit C 3, to perform switching to a higher frequency fb. As described above, while the capacitance decreases as the frequency increases, since the detectable limit is constant at C 3, as shown in Figure 15, the capacitance by switching of the frequency Measurement can be continued. Continued measurement at frequency fb, when the capacitance reaches a C 3 again executes the switching to a higher frequency fc. Such frequency switching processing is repeatedly executed until the frequency f reaches the reproduction frequency fz.
As the detection frequency to be switched, for example, in addition to the detection frequency obtained by adding a predetermined value α (> 0) to the detection frequency before switching, the detection frequency before switching is multiplied by the predetermined value α. The frequency for detection obtained by doing this is mentioned.

なお、本実施形態のPM検知処理により算出されたPM濃度は、例えばDPFの故障検知に利用される。また、本実施形態のPM検知処理では、検出用周波数を切換えることによって静電容量の測定を継続して実行できるため、例えば内燃機関の燃焼制御や、PM堆積計算の補正などに利用される。   Note that the PM concentration calculated by the PM detection process of the present embodiment is used, for example, for DPF failure detection. Further, in the PM detection processing of the present embodiment, the capacitance can be continuously measured by switching the detection frequency, and is used, for example, for combustion control of an internal combustion engine, correction of PM deposition calculation, and the like.

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、PMの集塵・検知時には、周波数が低い検出用周波数faの測定電圧を電極部に印加して静電容量を測定し、測定された静電容量の変化に基づいて排気に含まれるPMの量に相関のある値を検出する構成とした。また、検出後に実行する電極部の再生時には、検出用周波数faよりも高い再生用周波数fzに変更して静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて電極部の再生の完了を判定する構成とした。
即ち、本実施形態によれば、静電容量が顕著に増大する電極部の再生時に、PMの集塵・検知時に比べて高い周波数の測定電圧に切換える構成としたため、測定される静電容量の値を小さくできる。これにより、測定電圧の周波数を高周波数化することによって、より広いレンジでの静電容量の測定が可能となり、測定回路の切換えを行うことなく、測定された静電容量に基づいて再生の完了を判定できる。従って、電極部の再生時とPMの集塵・検知時とで、測定回路を切換えることなく1つの測定回路でPMを検出でき、コストを削減できる。
また、例えば1つの測定回路で測定レンジを広げた場合と比べて、精度良く静電容量を測定でき、再生の完了を精度良く判定できる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
In the present embodiment, at the time of PM dust collection / detection, a measurement voltage with a low detection frequency fa is applied to the electrode portion to measure the capacitance, and the exhaust is based on the measured change in capacitance. It was set as the structure which detects the value which has a correlation with the quantity of contained PM. Further, at the time of regeneration of the electrode portion executed after detection, the capacitance is measured by changing to a reproduction frequency fz higher than the detection frequency fa, and the regeneration of the electrode portion is completed based on the measured capacitance. It was set as the structure judged.
That is, according to the present embodiment, when the electrode portion where the capacitance is remarkably increased is switched to the measurement voltage having a frequency higher than that at the time of PM dust collection / detection, the measured capacitance is reduced. The value can be reduced. This makes it possible to measure the capacitance in a wider range by increasing the frequency of the measurement voltage, and complete the regeneration based on the measured capacitance without switching the measurement circuit. Can be determined. Therefore, PM can be detected by one measurement circuit without switching the measurement circuit between the regeneration of the electrode part and the dust collection / detection of PM, thereby reducing the cost.
Further, for example, the capacitance can be measured with higher accuracy than when the measurement range is expanded with one measurement circuit, and the completion of reproduction can be determined with higher accuracy.

また、本実施形態では、PMの集塵・検知時において、先ず、周波数の低い検出用周波数faの測定電圧を印加して静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて排気に含まれるPMの量に相関のある値を検出する構成とした。また、電極部にPMが付着することによって静電容量が所定の上限値Cに達したときには、検出用周波数faよりも高い検出用周波数fbの測定電圧に切換えて静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて排気に含まれるPMの量に相関のある値の検出を継続する構成とした。
これにより、周波数の低い検出用周波数faの測定電圧を印加して測定された静電容量が所定の上限値Cにまで達したときに、検出用周波数faよりも高い検出用周波数fbの測定電圧に切換えることにより、測定される静電容量の値を小さくでき、より広いレンジでの静電容量の測定が可能となる。そのため、静電容量の変化の検出を継続でき、排気に含まれるPMの量に相関のある値の検出を継続して行うことができる。従って、検出時間を長く確保することができるため、PMの量に相関のある値の検出頻度を高めて検出精度を向上できる。また、検出精度を向上できるため、電極部の再生回数を低減でき、燃費を向上できる。
また、本実施形態によれば、検出時間を長く確保できるため連続測定に近い測定が可能となり、DPFの故障判定以外のエンジン制御にも利用できる。
Further, in the present embodiment, at the time of PM dust collection / detection, first, a measurement voltage of a low frequency for detection fa is applied to measure the capacitance, and the exhaust is based on the measured capacitance. It was set as the structure which detects the value which has a correlation with the quantity of contained PM. Further, when the capacitance has reached a predetermined upper limit value C 3 by PM from adhering to the electrode unit, the capacitance was measured by switching the high measured voltage of the detection frequency fb than detection frequency fa, Based on the measured electrostatic capacity, detection of a value correlated with the amount of PM contained in the exhaust gas is continued.
Accordingly, when the capacitance measured by applying a measurement voltage of low frequency detection frequency fa has reached a predetermined upper limit value C 3, the measurement of the high detection frequency fb than detection frequency fa By switching to the voltage, the value of the measured capacitance can be reduced, and the capacitance can be measured in a wider range. For this reason, it is possible to continuously detect the change in the capacitance, and to continuously detect a value correlated with the amount of PM contained in the exhaust gas. Accordingly, since a long detection time can be secured, the detection accuracy can be improved by increasing the detection frequency of a value correlated with the amount of PM. In addition, since the detection accuracy can be improved, the number of times the electrode portion is regenerated can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
In addition, according to the present embodiment, since a long detection time can be secured, measurement close to continuous measurement is possible, and it can be used for engine control other than DPF failure determination.

また、本実施形態では、検出用周波数faの測定電圧を印加して測定した電極部の静電容量が、有意な変化が現れる上限値Cに達したときに、検出用周波数faよりも高い検出用周波数fbの測定電圧に切換える構成とした。
これにより、検出用周波数faの測定電圧を印加することによって静電容量の変化を検出可能な限界まで静電容量の測定を行った後に、検出用周波数fbに切換えて静電容量の測定を継続できる。そのため、検出時間をより長く確保することができるため、検出頻度をより高めて検出精度をより向上できる。
Further, in the present embodiment, when the capacitance of the electrode portion was measured by applying a measured voltage of the detection frequency fa is, has reached the upper limit value C 3 of significant change appears higher than the detection frequency fa It was set as the structure switched to the measurement voltage of the frequency fb for a detection.
Thus, after measuring the capacitance to the limit at which the change in capacitance can be detected by applying the measurement voltage at the detection frequency fa, switching to the detection frequency fb and continuing the measurement of the capacitance it can. Therefore, since the detection time can be secured longer, the detection frequency can be increased and the detection accuracy can be further improved.

<第2実施形態>
第2実施形態は、PMセンサのPM検知処理の手順が第1実施形態と異なる。具体的には、検出用周波数の切換えを実行する条件が第1実施形態と異なり、ECUの構成が第1実施形態と異なる。
具体的には、図示しない本実施形態のECU5Aは、ECU5の構成に加えて、以下に示すPMセンサの制御処理を実行するための故障判定部、実行判定部および排出量算出部
の各モジュールが構成される。
また、本実施形態のECU5Aには、警告灯が接続される。警告灯は、DPFが故障した状態であることを示すためのものであり、例えば、車両のメータパネルに設けられる。警告灯は、ECU5Aから送信された制御信号に基づいて点灯し、これにより、運転者はDPFが故障した状態であることを認識する。
Second Embodiment
The second embodiment differs from the first embodiment in the procedure of PM detection processing of the PM sensor. Specifically, the conditions for switching the detection frequency are different from those in the first embodiment, and the configuration of the ECU is different from that in the first embodiment.
Specifically, in the ECU 5A of the present embodiment (not shown), in addition to the configuration of the ECU 5, each module of a failure determination unit, an execution determination unit, and an emission amount calculation unit for executing the PM sensor control process shown below is Composed.
In addition, a warning light is connected to the ECU 5A of the present embodiment. The warning lamp is for indicating that the DPF is in a failure state, and is provided, for example, on a meter panel of the vehicle. The warning light is turned on based on the control signal transmitted from the ECU 5A, and thereby the driver recognizes that the DPF is in a failed state.

以下、本実施形態に係るPMセンサのPM検知処理の手順について説明する。
図16は、本実施形態に係るPMセンサのPM検知処理の手順を示すフローチャートである。
Hereinafter, the procedure of the PM detection process of the PM sensor according to the present embodiment will be described.
FIG. 16 is a flowchart showing a procedure of PM detection processing of the PM sensor according to the present embodiment.

ステップS721では、電極部に印加する測定電圧の周波数fが、周波数が低く高感度測定が可能な検出用周波数faに設定されていない場合には、faへの切換えを実行する。その後、ステップS722に移る。   In step S721, when the frequency f of the measurement voltage applied to the electrode unit is not set to the detection frequency fa that allows the high-sensitivity measurement with a low frequency, switching to fa is executed. Thereafter, the process proceeds to step S722.

ステップS722では、PMの集塵を開始する。その後、ステップS723に移る。
具体的には、電極部に検出用周波数faの集塵電圧を印加し、排気に含まれるPMを積極的に捕集する。集塵は、例えば車速が0になったときなど、予め決定されたタイミングで開始する。
In step S722, PM dust collection is started. Thereafter, the process proceeds to step S723.
Specifically, a dust collection voltage with a detection frequency fa is applied to the electrode portion to positively collect PM contained in the exhaust gas. Dust collection starts at a predetermined timing, for example, when the vehicle speed becomes zero.

ステップS723では、電極部の静電容量Cが所定の閾値C以上であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、測定される静電容量に有意な変化が現れ、その変化に基づいてPM濃度の算出が可能な程度にPMが捕集されたと判断し、ステップS724に移る。一方、NOの場合には、この判定を再度実行する。
所定の閾値Cは、予め実験を行うことにより、測定される静電容量に有意な変化が現れる程度に、電極部にPMが付着したときの静電容量に設定される。
In step S723, the electrostatic capacitance C of the electrode portion is equal to or a predetermined threshold value C 4 or higher. If this determination is YES, a significant change appears in the measured capacitance, and it is determined that PM has been collected to the extent that the PM concentration can be calculated based on the change, and the process moves to step S724. On the other hand, in the case of NO, this determination is performed again.
Predetermined threshold value C 4, by performing the experiment in advance, to the extent that appears significant change in the measured capacitance, is set to the electrostatic capacity when PM is deposited on the electrode unit.

ステップS724では、PMの集塵を停止する。その後、ステップS725に移る。
具体的には、電極部に対する検出用周波数faの集塵電圧の印加を停止し、PMの捕集を停止する。
In step S724, PM dust collection is stopped. Thereafter, the process proceeds to step S725.
Specifically, the application of the dust collection voltage of the detection frequency fa to the electrode unit is stopped, and the PM collection is stopped.

ステップS725では、エンジンから排出されてDPFに流入するPM量Yの積算を開始する。PM量Yの積算は、PM量Yが「0」でない場合には「0」にリセットした後に開始する。その後、ステップS726に移る。
なお、PM量Yは、例えば、エンジン回転数および燃料噴射量に応じた所定のマップを検索することにより算出される。また、例えば、DPFの上流側の排気管内に、別のPMセンサを設け、このPMセンサの出力に基づいてPM量Yを算出することもできる。
In step S725, integration of the PM amount Y discharged from the engine and flowing into the DPF is started. The integration of the PM amount Y is started after resetting to “0” when the PM amount Y is not “0”. Thereafter, the process proceeds to step S726.
The PM amount Y is calculated, for example, by searching a predetermined map corresponding to the engine speed and the fuel injection amount. Further, for example, another PM sensor can be provided in the exhaust pipe upstream of the DPF, and the PM amount Y can be calculated based on the output of this PM sensor.

ステップS726では、電極部の静電容量Cが所定の閾値C以上であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、PMセンサが静電容量の変化を検知不可能な状態になったと判断し、ステップS727に移る。一方、NOの場合には、PMセンサが静電容量の変化を検知可能な状態であると判断し、測定を継続してこの判定を再度実行する。
所定の閾値Cは、予め実験を行うことにより、静電容量に有意な変化が現れる上限値に設定される。
In step S726, the electrostatic capacitance C of the electrode portion is equal to or a predetermined threshold value C 5 or higher. If this determination is YES, it is determined that the PM sensor has become unable to detect a change in capacitance, and the process proceeds to step S727. On the other hand, in the case of NO, it is determined that the PM sensor is in a state in which a change in capacitance can be detected, measurement is continued, and this determination is performed again.
Predetermined threshold value C 5, by performing the experiment in advance, is set to the upper limit value appears significant change in electrostatic capacitance.

ステップS727では、DPFの故障判定を実行するか否かを判定する。具体的には、積算されたPM量Yが、所定の閾値Y以上であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、十分な精度でPM捕集率を算出でき精度の高いDPF故障判定が可能である程、多量のPMが排出されてDPFに流入したと判断し、ステップS728に移る。一方、NOの場合には、少量のPMしかDPFに流入しておらず、精度の高いDPF故障判定が不可能であると判断し、ステップS730に移る。 In step S727, it is determined whether or not to perform DPF failure determination. Specifically, it accumulated the PM amount Y is equal to or a predetermined threshold Y 1 or more. When this determination is YES, it is determined that a larger amount of PM is discharged and flows into the DPF as the PM collection rate can be calculated with sufficient accuracy and the DPF failure determination can be performed with higher accuracy. Move. On the other hand, in the case of NO, it is determined that only a small amount of PM has flowed into the DPF, and it is impossible to determine the DPF failure with high accuracy, and the process proceeds to step S730.

ステップS728では、上記ステップS727で、精度の高いDPF故障判定が可能である程、多量のPMが排出されてDPFに流入したと判断されたため、DPFに流入するPM量Yの積算を終了する。その後、ステップS729に移る。   In step S728, since it is determined that a larger amount of PM is discharged and flows into the DPF as the accuracy of the DPF failure determination is higher in step S727, the accumulation of the PM amount Y flowing into the DPF is ended. Thereafter, the process proceeds to step S729.

ステップS729では、DPFにおけるPM捕集率Xを算出する。算出後は、ステップS734に移る。
具体的には、下記式(1)により、PM捕集率X(%)を算出する。下記式(1)において、Yは、ステップS725で積算を開始しステップS728で積算を終了して取得したPMの積算量であり、Mは、PM量Yの積算期間(即ち、検出用周波数faを印加して静電容量を測定していた期間)において、DPFから流出したPMの総量である。なお、このMは、予め実験を行うことにより設定されてECUに格納された、図17に示すようなPM総量(DPFから流出したPMの総量)と静電容量Cとの関係に基づいて算出される。
[数1]
X(%)=(1−M/Y)×100 ・・・式(1)
In step S729, the PM collection rate X in the DPF is calculated. After the calculation, the process proceeds to step S734.
Specifically, the PM collection rate X (%) is calculated by the following formula (1). In the following formula (1), Y is an accumulated amount of PM terminated by obtaining the integration at step S728 to start the integration in step S725, M 1 is the integration period of the PM amount Y (i.e., the detection frequency This is the total amount of PM that has flowed out of the DPF during the period when the capacitance is measured by applying fa. This M 1 is set based on the relationship between the total amount of PM (total amount of PM flowing out from the DPF) and the capacitance C as shown in FIG. Calculated.
[Equation 1]
X (%) = (1−M 1 / Y) × 100 (1)

ステップS730では、上記ステップS727で、少量のPMしかDPFに流入しておらず、精度の高いDPF故障判定が不可能であると判断されたため、検出用周波数faから、より高い検出用周波数fbへの切換えを実行する。これにより、測定される静電容量の値を小さくでき、静電容量の測定の継続が可能となる。その後、ステップS731に移る。   In step S730, since it is determined in step S727 that only a small amount of PM has flowed into the DPF and it is impossible to accurately determine the DPF failure, the detection frequency fa is changed to a higher detection frequency fb. Execute the switching. Thereby, the value of the measured capacitance can be reduced, and the measurement of the capacitance can be continued. Thereafter, the process proceeds to step S731.

ステップS731では、電極部の静電容量Cが所定の閾値C以上であるか否かを判定する。この判定がYESの場合には、PMセンサが静電容量の変化を検知不可能な状態になったと判断し、ステップS732に移る。一方、NOの場合には、PMセンサが静電容量の変化を検知可能な状態であると判断し、この判定を再度実行する。
所定の閾値Cは、予め実験を行うことにより、静電容量に有意な変化が現れる上限値に設定される。
In step S731, the electrostatic capacitance C of the electrode portion is equal to or a predetermined threshold value C 5 or higher. If this determination is YES, it is determined that the PM sensor has become unable to detect a change in capacitance, and the process proceeds to step S732. On the other hand, in the case of NO, it is determined that the PM sensor can detect a change in capacitance, and this determination is performed again.
Predetermined threshold value C 5, by performing the experiment in advance, is set to the upper limit value appears significant change in electrostatic capacitance.

ステップS732では、DPFに流入するPM量Yの積算を終了する。その後、ステップS733に移る。   In step S732, the integration of the PM amount Y flowing into the DPF is terminated. Thereafter, the process proceeds to step S733.

ステップS733では、DPFにおけるPM捕集率Xを算出する。算出後は、ステップS734に移る。
具体的には、下記式(2)により、PM捕集率X(%)を算出する。下記式(2)において、Yは、ステップS725で積算を開始しステップS732で積算を終了して取得したPMの積算量であり、Mは、PM量Yの積算期間(即ち、検出用周波数faを印加して静電容量を測定していた期間と検出用周波数fbを印加して静電容量を測定していた期間の合計期間)においてDPFから流出したPMの総量である。なお、このMは、予め実験を行うことにより設定されてECUに格納された、図17に示すようなPM総量(DPFから流出したPMの総量)と静電容量Cとの関係に基づいて算出される。
[数2]
X(%)=(1−M/Y)×100 ・・・式(2)
In step S733, the PM collection rate X in the DPF is calculated. After the calculation, the process proceeds to step S734.
Specifically, the PM collection rate X (%) is calculated by the following formula (2). In Formula (2), Y is the cumulative amount of PM terminated by obtaining the integration at step S732 to start the integration in step S725, M 2 is the integration period of the PM amount Y (i.e., the detection frequency The total amount of PM that has flowed out of the DPF during the period in which the capacitance is measured by applying fa and the period in which the capacitance is measured by applying the detection frequency fb). This M 2 is set based on the relationship between the total amount of PM (total amount of PM flowing out from the DPF) and the capacitance C as shown in FIG. Calculated.
[Equation 2]
X (%) = (1−M 2 / Y) × 100 (2)

ステップS734では、DPFの故障判定を実行する。具体的には、ステップS729またはステップS733で算出されたPM捕集率Xが、所定の閾値X以下であるか否かを判定する。この判定がNOの場合には、ステップS735に移ってDPFは正常であると判断し、本PM検知処理を終了する。一方、YESの場合には、ステップS736に移ってDPFは故障していると判断し、警告灯を点灯させて、本PM検知処理を終了する。
なお、所定の閾値Xは、予め実験を行うことにより設定される。具体的には、所定の閾値Xは、図18に示すようなPM捕集率XとPMエミッション値との関係に基づいて、PMエミッション値が所定値となるときのPM捕集率Xと、PMエミッション値が所定値+αとなるときのPM捕集率Xとの間の値に設定される。
In step S734, failure determination of the DPF is executed. Specifically, step S729 or PM collection rate X calculated in step S733 it is determined whether a predetermined threshold X 1 or less. If this determination is NO, the process moves to step S735, where it is determined that the DPF is normal, and this PM detection process is terminated. On the other hand, in the case of YES, it moves to step S736, determines that the DPF is out of order, turns on the warning lamp, and ends this PM detection process.
The predetermined threshold value X 1 is set by performing experiments in advance. Specifically, the predetermined threshold X 1, based on the relationship between the PM collection rate X and PM emission value as shown in FIG. 18, the PM collection rate X 2 when PM emission value becomes a predetermined value If, PM emission value is set to a value between the PM collection rate X 3 when a predetermined value + alpha.

本実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、さらに以下の効果が奏される。
本実施形態では、電極部にPMが付着することによって、検出用周波数faの測定電圧で測定された静電容量が所定の上限値Cに達し、かつエンジンからのPMの排出量が所定量Y以上であるときには、DPFの故障判定を実行する構成とした。また、静電容量が所定の上限値Cに達し、かつエンジンからのPMの排出量が所定量Y未満であるときには、DPFの故障判定を実行せずに、検出用周波数faよりも高い検出用周波数fbに切換えたうえでPMの量に相関のある値の検出を継続し、故障判定を実行する構成とした。
これにより、検出用周波数faの測定電圧を印加した状態で、DPFの故障判定が精度良く行える所定量Y以上のPMが排出されていたときに故障判定を実行するため、精度の高い故障判定ができる。一方、故障判定が精度良く行える所定量Y以上のPMが排出されていなかったときには故障判定を実行しないため、誤判定のおそれを回避できる。また、この場合には、より高い周波数の検出用周波数fbに切換えることによって、検出用周波数fbの測定電圧で測定された静電容量の変化に基づいて排気に含まれるPMの量に相関のある値の検出を継続し、かかる値に基づいた故障判定を再度、実行するため、精度の高い故障判定が可能となる。
ところで、測定精度としては周波数の低い測定電圧の方が高いため、より周波数の低い検出用周波数faの測定電圧を印加した状態で測定を行うのが望ましい。これに対して、故障判定では、測定レンジを広く使って静電容量の測定およびPMの量に相関のある値の検出を行うことにより、高い判定精度が得られる。そのため、検出用周波数faの測定電圧で、複数回に分割して故障判定を実行した場合にあっては、故障判定の精度は大きく低下する。そこで、本実施形態によれば、検出用周波数faの測定電圧下で測定可能な限界まで測定を行った後、PMの排出量が少ない場合には故障判定を実行せずに、より高い検出用周波数fbに切換えたうえで測定、検出を継続し、故障判定を実行するため、精度の高い故障判定が可能となる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects are further exhibited.
In the present embodiment, by PM from adhering to the electrode portion, the electrostatic capacitance measured in the measurement voltage of the detection frequency fa reaches a predetermined upper limit value C 5, and a predetermined amount emissions of PM from the engine when it is Y 1 or more, and configured to perform a failure determination of the DPF. Further, the electrostatic capacity reaches a predetermined upper limit value C 5, and when the discharge amount of PM from the engine is less than a predetermined amount Y 1 does not perform the failure determination of the DPF, higher than the detection frequency fa After switching to the detection frequency fb, detection of a value correlated with the amount of PM is continued, and a failure determination is executed.
Thus, in a state in which the measured voltage is applied to the detection frequency fa, for a predetermined amount Y 1 or more of PM failure determination of the DPF can be performed accurately performs the failure determination when being discharged, a high failure determination accuracy Can do. Meanwhile, since the predetermined amount Y 1 or more of PM failure determination can accurately be carried out does not perform failure determination when the has not been discharged, it is possible to avoid the risk of erroneous determination. Further, in this case, by switching to a higher detection frequency fb, there is a correlation with the amount of PM contained in the exhaust based on the change in capacitance measured at the measurement voltage of the detection frequency fb. Since the detection of the value is continued and the failure determination based on the value is executed again, the failure determination with high accuracy becomes possible.
By the way, since measurement voltage with a low frequency is higher as measurement accuracy, it is desirable to perform measurement in a state where a measurement voltage with a detection frequency fa having a lower frequency is applied. On the other hand, in failure determination, high determination accuracy can be obtained by measuring the capacitance and detecting a value correlated with the amount of PM using a wide measurement range. Therefore, when the failure determination is performed by dividing the measurement voltage at the detection frequency fa into a plurality of times, the accuracy of the failure determination is greatly reduced. Therefore, according to the present embodiment, after measurement is performed to the limit that can be measured under the measurement voltage of the detection frequency fa, if the PM emission amount is small, the failure determination is not performed and a higher detection is performed. Since the measurement and detection are continued after switching to the frequency fb and the failure determination is executed, the failure determination with high accuracy becomes possible.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば、上記第2実施形態では、DPFのPM捕集率Xに基づいてDPFの故障判定を実行したが、これに限定されない。DPFに流入するPM量Yの積算の代わりに、エンジンから排出される排気量、即ちDPFに流入する排気量を積算してもよい。排気量は、エンジンの吸気量などに基づいて算出される。この場合には、PM捕集率Xの代わりに、排気量の積算期間においてDPFから流出したPMの総量を排気量で除して平均PM濃度を算出し、この平均PM濃度に基づいてDPFの故障判定を実行する。
また、DPFに流入するPM量とDPFから流出したPM量から直接、DPFの故障判定を実行してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the second embodiment, the DPF failure determination is performed based on the PM collection rate X of the DPF. However, the present invention is not limited to this. Instead of integrating the PM amount Y flowing into the DPF, the exhaust amount discharged from the engine, that is, the exhaust amount flowing into the DPF may be integrated. The displacement is calculated based on the intake amount of the engine. In this case, instead of the PM collection rate X, an average PM concentration is calculated by dividing the total amount of PM flowing out from the DPF during the exhaust amount integration period by the exhaust amount, and the DPF is calculated based on the average PM concentration. Perform failure determination.
Alternatively, the DPF failure determination may be performed directly from the PM amount flowing into the DPF and the PM amount flowing out from the DPF.

1…エンジン(内燃機関)
11…PMセンサ(粒子状物質検出装置)
12…センサ素子
120…集塵部(電極部)
122,129…ヒータ層(電極部再生手段)
130,131…電極板(電極部)
17…センサ制御ユニット(測定手段、粒子状物質検出手段、電極部再生手段、再生完了判定手段、周波数変更手段)
3…DPF
4…排気管(排気系)
5…ECU(粒子状物質検出装置、再生完了判定手段、周波数変更手段)

1. Engine (internal combustion engine)
11 ... PM sensor (particulate matter detection device)
12 ... Sensor element 120 ... Dust collection part (electrode part)
122, 129 ... Heater layer (electrode unit regeneration means)
130, 131 ... Electrode plate (electrode part)
17 ... Sensor control unit (measuring means, particulate matter detecting means, electrode part regenerating means, regeneration completion determining means, frequency changing means)
3 ... DPF
4 ... Exhaust pipe (exhaust system)
5 ... ECU (particulate matter detection device, regeneration completion judging means, frequency changing means)

Claims (4)

内燃機関の排気系に設けられた電極部と、
前記電極部に測定電圧を印加して前記電極部の静電容量を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定される静電容量が前記電極部に粒子状物質が付着することにより変化する特性に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出する粒子状物質検出手段と、
前記粒子状物質検出手段による検出を実行した後、前記電極部に付着している粒子状物質を燃焼除去することで前記電極部を再生する電極部再生手段と、
前記測定手段によって測定された静電容量に基づいて、前記電極部再生手段による前記電極部の再生の完了を判定する再生完了判定手段と、を備える粒子状物質検出装置であって、
前記測定手段によって印加される交流の測定電圧の周波数を変更する周波数変更手段を備え、
前記粒子状物質検出手段は、前記電極部に検出用周波数の測定電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出し、
前記再生完了判定手段は、前記電極部再生手段による前記電極部の再生の実行時において、前記周波数変更手段によって前記電極部に印加する測定電圧の周波数を前記検出用周波数よりも高い再生用周波数に変更したうえで前記測定手段によって測定された静電容量に基づいて、前記電極部再生手段による前記電極部の再生の完了を判定することを特徴とする粒子状物質検出装置。
An electrode provided in the exhaust system of the internal combustion engine;
Measuring means for measuring a capacitance of the electrode unit by applying a measurement voltage to the electrode unit;
Particulate matter for detecting a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas based on the characteristic that the capacitance measured by the measuring means changes due to the particulate matter adhering to the electrode part Detection means;
After performing detection by the particulate matter detection means, electrode part regeneration means for regenerating the electrode part by burning and removing particulate matter adhering to the electrode part;
A regeneration completion determination unit that determines completion of regeneration of the electrode unit by the electrode unit regeneration unit based on the capacitance measured by the measurement unit, and a particulate matter detection device comprising:
Comprising frequency changing means for changing the frequency of the alternating measurement voltage applied by the measuring means;
The particulate matter detection means detects a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust based on a change in capacitance when a measurement voltage of a detection frequency is applied to the electrode part,
The regeneration completion determining means sets the frequency of the measurement voltage applied to the electrode section by the frequency changing means to a reproduction frequency higher than the detection frequency when the electrode section regeneration means performs the regeneration of the electrode section. The particulate matter detection device, wherein the completion of regeneration of the electrode unit by the electrode unit regeneration unit is determined based on the capacitance measured by the measurement unit after being changed.
前記周波数変更手段は、第1の検出用周波数と、当該第1の検出用周波数よりも高い第2の検出用周波数の少なくとも2つの検出用周波数に切換え可能であり、
前記粒子状物質検出手段は、前記電極部に前記第1の検出用周波数の測定電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出し、前記電極部に粒子状物質が付着することによって静電容量が所定の上限値に達したときには、前記周波数変更手段によって前記第1の検出用周波数から前記第2の検出用周波数に切換えたうえで、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続することを特徴とする請求項1記載の粒子状物質検出装置。
The frequency changing means can be switched to at least two detection frequencies, a first detection frequency and a second detection frequency higher than the first detection frequency.
The particulate matter detection means has a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust based on a change in capacitance when a measurement voltage of the first detection frequency is applied to the electrode portion. When the electrostatic capacity reaches a predetermined upper limit due to particulate matter adhering to the electrode portion, the frequency changing means changes the first detection frequency to the second detection frequency. 2. The particulate matter detection device according to claim 1, wherein after the switching, detection of a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas is continued.
前記所定の上限値は、前記電極部に粒子状物質が付着することにより、前記電極部の静電容量に有意な変化が現れる上限値であることを特徴とする請求項2記載の粒子状物質検出装置。   3. The particulate matter according to claim 2, wherein the predetermined upper limit value is an upper limit value at which a significant change appears in the capacitance of the electrode portion when the particulate matter adheres to the electrode portion. Detection device. 内燃機関の排気系に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタの故障検知装置であって、
前記排気浄化フィルタの下流に設けられた請求項2または3記載の粒子状物質検出装置と、
前記粒子状物質検出手段によって検出された排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を判定する故障判定手段と、
前記故障判定手段による故障判定を実行するか否かを判定する実行判定手段と、
前記第1の検出用周波数の測定電圧を印加して静電容量を測定していた期間における前記内燃機関からの粒子状物質の排出量を算出する排出量算出手段と、を備え、
前記実行判定手段は、前記排出量が所定量以上であるときには、前記排気浄化フィルタの故障判定を実行すると判定し、前記排出量が前記所定量未満であるときには、前記排気浄化フィルタの故障判定を実行しないと判定し、
前記粒子状物質検出手段は、前記電極部に前記第1の検出用周波数の測定電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいて、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値を検出し、前記電極部に粒子状物質が付着することによって静電容量が前記所定の上限値に達しかつ前記実行判定手段によって前記排気浄化フィルタの故障判定を実行しないと判定されたときには、前記周波数変更手段によって前記第1の検出用周波数から前記第2の検出用周波数に切換えたうえで、排気に含まれる粒子状物質の量に相関のある値の検出を継続することを特徴とする排気浄化フィルタの故障判定装置。














































A failure detection device for an exhaust purification filter that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and collects particulate matter contained in exhaust,
The particulate matter detection device according to claim 2 or 3, provided downstream of the exhaust purification filter,
Failure determination means for determining failure of the exhaust purification filter based on a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas detected by the particulate matter detection means;
Execution determination means for determining whether or not to perform failure determination by the failure determination means;
An emission amount calculating means for calculating an emission amount of the particulate matter from the internal combustion engine during a period in which the capacitance was measured by applying a measurement voltage of the first detection frequency,
The execution determination means determines that the exhaust purification filter failure determination is performed when the exhaust amount is equal to or greater than a predetermined amount, and determines the failure determination of the exhaust purification filter when the exhaust amount is less than the predetermined amount. Decide not to run,
The particulate matter detection means has a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust based on a change in capacitance when a measurement voltage of the first detection frequency is applied to the electrode portion. When the electrostatic capacity reaches the predetermined upper limit due to the particulate matter adhering to the electrode portion and the execution determination means determines that the exhaust purification filter failure determination is not performed, Exhaust gas characterized by continuing detection of a value correlated with the amount of particulate matter contained in the exhaust gas after switching from the first detection frequency to the second detection frequency by frequency changing means. Purification filter failure determination device.














































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