JP2015098823A - Exhaust particulate concentration detecting device for internal combustion engine - Google Patents

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広偉 永澤
Hiroi NAGASAWA
広偉 永澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust particulate concentration detecting device which is suitable to detect the concentration of exhaust particulates exhausted from a diesel engine, for accurately detecting the concentration of PMs in exhaust gas by using a PM sensor which issues an output value appropriate to the attachment amount of the PMs.SOLUTION: A PM sensor 22, including a sensor element 30 which issues an output value appropriate to the attachment amount of the PMs, is provided in an exhaust passage 16. The PM sensor 22 further includes a heater 42 for causing the disappearance of the PMs attached to the sensor element 30. An ECU 24 calculates a concentration detection value for the PMs on the basis of an output rising time (T, T, T) taken after the PM sensor 22 is reset with the disappearance of the PMs but before the output value rises. The concentration detection value is calculated to be a greater value as the output rising time (T, T, T) is shorter.

Description

この発明は、内燃機関の排気微粒子濃度検出装置に係り、特に、ディーゼル式の内燃機関から排出される排気微粒子の濃度を検出するうえで好適な排気微粒子濃度検出装置に関する。   The present invention relates to an exhaust particulate concentration detection device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust particulate concentration detection device suitable for detecting the concentration of exhaust particulate discharged from a diesel internal combustion engine.

下記特許文献1には、内燃機関から排出される排気微粒子(以下「PM」(Particulate Matter)と称す)の濃度をPMセンサを用いて検出するシステムが開示されている。このシステムが用いるPMセンサは、絶縁体と、そこに配置された一対の電極とを備えている。電極対には、それらの間に電圧を印加するための電源回路が接続されている。   Patent Document 1 below discloses a system that detects the concentration of exhaust particulates (hereinafter referred to as “PM” (Particulate Matter)) discharged from an internal combustion engine using a PM sensor. The PM sensor used in this system includes an insulator and a pair of electrodes disposed thereon. A power supply circuit for applying a voltage between them is connected to the electrode pair.

PMセンサの絶縁体は排気通路内に晒されている。このため、絶縁体表面には、排気ガス中に含まれるPMが、時間の経過と共に堆積されていく。PMは導電体であるため、電極対間の電気抵抗は、PMの堆積量が増えるに従って低下する。上記従来のシステムはこの性質を利用して、以下のような手法でPM濃度を検出することとしている。   The PM sensor insulator is exposed in the exhaust passage. For this reason, PM contained in the exhaust gas is deposited on the insulator surface over time. Since PM is a conductor, the electrical resistance between the electrode pair decreases as the amount of PM deposited increases. The above conventional system utilizes this property to detect the PM concentration by the following method.

すなわち、上記従来のシステムは、電極間に電圧を印加し、その状態で電極対間に流れる電流を出力値として検知する。そして、このシステムは、所定の計測時間の前後で出力値に生じた変化量を検知し、その変化量に基づいてPM濃度を計算する。   That is, in the above conventional system, a voltage is applied between the electrodes, and a current flowing between the electrode pairs in that state is detected as an output value. This system detects the amount of change in the output value before and after a predetermined measurement time, and calculates the PM concentration based on the amount of change.

PMセンサの絶縁体には、PM濃度が高いほど多くのPMが付着する。そして、PMセンサの出力値は、計測時間中に付着したPMの量に応じた変化を示す。このため、出力値の変化量はPM濃度と相関を有しており、上記の手法によれば排気ガス中のPM濃度をある程度正確に検知することができる。   As the PM concentration increases, more PM adheres to the insulator of the PM sensor. And the output value of PM sensor shows the change according to the quantity of PM adhering during measurement time. For this reason, the change amount of the output value has a correlation with the PM concentration, and according to the above method, the PM concentration in the exhaust gas can be detected to some extent accurately.

特開2012−150028号公報JP 2012-150028 A 特開2008−190502号公報JP 2008-190502 A

しかしながら、PMセンサの出力値に現れる変化量は、計測時間中に新たに付着したPM量だけを反映したものではなく、計測時間の開始時点で既に付着していたPM量の影響をも受けている。このため、上記の計測時間を任意のタイミングで開始した場合、その前後で生じた出力値の変化量からは、PM濃度を精度良く検知することはできない。   However, the amount of change that appears in the output value of the PM sensor does not reflect only the amount of PM that has newly adhered during the measurement time, but is also affected by the amount of PM that has already adhered at the start of the measurement time. Yes. For this reason, when the above measurement time is started at an arbitrary timing, the PM concentration cannot be accurately detected from the change amount of the output value generated before and after the measurement time.

上記のPMセンサは、絶縁体に付着しているPMをヒータ加熱によって焼失させることができる。計測時間の開始前にこの機能によってPMを焼失させれば、その開始の時点におけるPMの付着状態を揃えることが可能である。しかしながら、このような処理を行ったとしても、計測時間の前後に生ずる出力値の変化量は、必ずしも排気ガス中のPM濃度と正確に対応した値にはならない。   The PM sensor can burn off PM adhering to the insulator by heating the heater. If the PM is burned out by this function before the start of the measurement time, it is possible to align the PM adhesion state at the start time. However, even if such processing is performed, the amount of change in the output value occurring before and after the measurement time does not necessarily correspond to the PM concentration in the exhaust gas.

すなわち、上記の焼失により絶縁体表面のPMが除去されると、その後ある程度のPMが付着するまでの間は、電極対間に電流の流通経路が存在しない状態となり、その間は出力値が発生しない。そして、出力値が発生しない時間は、排気ガス中のPM濃度に応じて大幅に変動する。このため、適当なタイミングで計測時間を開始する手法では、その計測時間中のどの時点で出力値に変化が現れ始めるかが定まらないため、結局のところ計測時間の前後で出力値に現れる変化量は、PM濃度を正しく表したものとはならない。   That is, when the PM on the surface of the insulator is removed by the above-mentioned burning, there is no current flow path between the electrode pairs until a certain amount of PM adheres thereafter, and no output value is generated during that period. . The time during which no output value is generated varies greatly depending on the PM concentration in the exhaust gas. For this reason, in the method of starting the measurement time at an appropriate timing, it is not possible to determine at which point in the measurement time the change begins to appear, so in the end, the amount of change that appears in the output value before and after the measurement time. Does not represent the correct PM concentration.

以上のような理由により、上記従来のシステムは、PM濃度を精度良く検出するという意味において、必ずしも最適なものではなかった。そして、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、PMの付着量に応じた出力値を発するPMセンサを用いて、排気ガス中のPM濃度を精度良く検知することのできる内燃機関のPM濃度検出装置を提供することを目的とする。   For the reasons described above, the conventional system is not necessarily optimal in the sense that PM concentration is detected with high accuracy. The present invention has been made to solve the above-described problems, and accurately detects the PM concentration in the exhaust gas using a PM sensor that emits an output value corresponding to the amount of adhesion of PM. It is an object of the present invention to provide a PM concentration detection device for an internal combustion engine capable of performing the same.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気微粒子濃度検出装置であって、排気微粒子の付着量に応じた出力値を発するセンサ素子と、当該センサ素子に付着した排気微粒子を消失させる微粒子除去機構とを備える排気微粒子センサと、前記排気微粒子の消失によるリセットの後、前記出力値が立ち上がるまでに要した出力立ち上がり時間に基づいて排気微粒子の濃度を表す濃度検出値を算出する電子機器とを備え、前記濃度検出値は、前記出力立ち上がり時間が短いほど大きな値に算出されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust particulate concentration detection device for an internal combustion engine, which includes a sensor element that emits an output value according to the amount of exhaust particulate attached, and exhaust particulate attached to the sensor element. A particulate detection sensor that includes a particulate removal mechanism that eliminates exhaust gas, and a concentration detection value that represents the concentration of exhaust particulates based on the output rise time required until the output value rises after reset due to the disappearance of the exhaust particulates The density detection value is calculated to be larger as the output rise time is shorter.

また、第2の発明は、第1の発明において、前記センサ素子は、内燃機関の排気通路に露出された絶縁体と、当該絶縁体に配置された一対の電極と、当該一対の電極間に電圧を印加する電源機構と、を具備し、前記微粒子除去機構は、前記絶縁体を加熱して排気微粒子を焼失させるヒータを具備することを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the sensor element includes an insulator exposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, a pair of electrodes disposed in the insulator, and a gap between the pair of electrodes. A power supply mechanism for applying a voltage, and the particulate removal mechanism includes a heater that heats the insulator and burns exhaust particulates.

また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする。   According to a third aspect, in the first or second aspect, the output rise time is a time required for the output value to exceed a determination threshold after the reset.

また、第4の発明は、第1又は第2の発明において、前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値の増加率が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the output rise time is a time required for the output value increase rate to exceed a determination threshold after the reset. To do.

また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、前記電子機器は、内燃機関の排気流速に基づいて前記濃度検出値を補正し、当該補正は、少なくとも一部の排気流速域では、排気流速が低いほど前記濃度検出値が大きな値になるように、排気流速が低いほど大きな補正率で行われることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the electronic device corrects the concentration detection value based on an exhaust flow velocity of the internal combustion engine, and the correction includes at least a part of the exhaust gas. In the flow velocity range, the lower the exhaust flow velocity, the larger the concentration detection value becomes, and the lower the exhaust flow velocity, the larger the correction rate.

また、第6の発明は、第5の発明において、前記排気流速の変化に対する前記補正率の変化の傾きは、排気流速が変局値より低い低排気流速域においてより、排気流速が前記変局値より高い高排気流速域において緩やかであることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the slope of the change in the correction factor with respect to the change in the exhaust flow rate is greater in the low exhaust flow rate region where the exhaust flow rate is lower than the variable value. It is characterized by being gentle in a high exhaust flow velocity range higher than the value.

また、第7の発明は、第1乃至6の発明の何れかにおいて、前記電子機器は、排気ガスと前記センサ素子の温度差に基づいて前記濃度検出値を補正し、当該補正は、排気ガスが前記センサ素子に比して高温であるほど前記濃度検出値が小さな値になるように行われることを特徴とする。   According to a seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the electronic device corrects the concentration detection value based on a temperature difference between the exhaust gas and the sensor element, and the correction is performed on the exhaust gas. Is performed such that the detected density value becomes smaller as the temperature is higher than that of the sensor element.

また、第8の発明は、第1乃至7の発明の何れかにおいて、排気微粒子濃度推定モデルを用いて、内燃機関から排出される排気微粒子の濃度推定値を算出する排気微粒子濃度推定手段と、前記濃度推定値が前記濃度検出値に近づくように前記排気微粒子濃度推定モデルのパラメータを学習するパラメータ学習手段と、を備えることを特徴とする。   Further, an eighth invention according to any one of the first to seventh inventions, the exhaust particulate concentration estimating means for calculating the estimated value of the exhaust particulate discharged from the internal combustion engine using the exhaust particulate concentration estimation model, Parameter learning means for learning parameters of the exhaust particulate concentration estimation model so that the concentration estimated value approaches the detected concentration value.

第1の発明によれば、リセットの後の出力立ち上がり時間に基づいて排気微粒子の濃度検出値を算出することができる。この出力立ち上がり時間は、排気ガス中のPM濃度と高い相関を有している。このため、本発明によれば、排気ガス中のPM濃度を精度良く表す濃度検出値を得ることができる。   According to the first aspect, it is possible to calculate the exhaust gas particulate concentration detection value based on the output rise time after reset. This output rise time has a high correlation with the PM concentration in the exhaust gas. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a concentration detection value that accurately represents the PM concentration in the exhaust gas.

第2の発明によれば、第1の発明におけるセンサ素子を、絶縁体と、一対の電極と、その間に電圧を印加する電源機構とで実現することができる。また、この発明によれば、第1の発明における微粒子除去機構をヒータにより実現することができる。   According to the second invention, the sensor element according to the first invention can be realized by an insulator, a pair of electrodes, and a power supply mechanism that applies a voltage therebetween. Further, according to the present invention, the fine particle removing mechanism in the first invention can be realized by the heater.

第3の発明によれば、リセットの後、センサ素子の出力値が判定閾値を越えるまでの時間を計数することで出力立ち上がり時間を検知することができる。   According to the third invention, after the reset, the output rise time can be detected by counting the time until the output value of the sensor element exceeds the determination threshold.

第4の発明によれば、リセットの後、センサ素子の出力値の増加率が判定閾値を越えるまでの時間を計数することで出力立ち上がり時間を検知することができる。   According to the fourth invention, after the reset, the output rise time can be detected by counting the time until the increase rate of the output value of the sensor element exceeds the determination threshold.

第5の発明によれば、少なくとも一部の排気流速域で、排気流速が低いほど濃度検出値を大きな値に補正することができる。排気流速が低い領域では、PMがセンサ素子まで辿り着けない事態が生じ易く、濃度検出値が現実のPM濃度に対して過少な値と成り易い。本発明によればこのような特性を相殺して、現実のPM濃度と精度良く一致する濃度検出値を得ることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the concentration detection value can be corrected to a larger value as the exhaust flow rate is lower in at least a part of the exhaust flow rate region. In a region where the exhaust flow rate is low, a situation where PM cannot reach the sensor element is likely to occur, and the concentration detection value tends to be too small relative to the actual PM concentration. According to the present invention, it is possible to obtain such a density detection value that cancels out such characteristics and accurately matches the actual PM density.

第6の発明によれば、排気流速の変化に対する補正率の変化の傾きを、高排気流速域において、低排気流速域においてより緩やかにすることができる。この場合、低排気流速域では排気流速の変化に対して高い感度で濃度検出値が補正され、一方、高排気流速域では、排気流速の変化に対する濃度検出値の補正感度が低く抑えられることになる。低排気流速域では、排気流速が下がるほどPMはセンサ素子に辿り着きにくくなるため、その影響を相殺するためには感度良く濃度検出値を補正する必要がある。これに対して、高排気流速域では、排気流速が早くなるに連れてPMがセンサ素子に辿り着き易くなる一方で、センサ素子に付着しているPMが吹き飛ばされ易くなる。このため、高排気流速域では、PM付着量が排気流速に影響され難くなり、排気流速の変化に対する補正の必要性が低下する。本発明によれば、上述した高排気流速域と低排気流速域の違いを適切に補正に反映させることができ、全排気流速域において精度良く現実のPM濃度と一致する濃度検出値を得ることができる。   According to the sixth aspect of the invention, the gradient of the change in the correction factor with respect to the change in the exhaust flow rate can be made gentler in the high exhaust flow rate region and in the low exhaust flow rate region. In this case, the concentration detection value is corrected with high sensitivity to changes in the exhaust flow velocity in the low exhaust flow velocity region, while the correction sensitivity of the concentration detection value with respect to changes in the exhaust flow velocity is kept low in the high exhaust flow velocity region. Become. In the low exhaust flow rate region, the PM becomes less likely to reach the sensor element as the exhaust flow rate decreases, so the concentration detection value needs to be corrected with high sensitivity in order to offset the influence. On the other hand, in the high exhaust flow rate region, PM tends to reach the sensor element as the exhaust flow rate becomes faster, while PM adhering to the sensor element is easily blown away. For this reason, in the high exhaust flow velocity region, the PM adhesion amount is not easily affected by the exhaust flow velocity, and the need for correction for changes in the exhaust flow velocity is reduced. According to the present invention, the difference between the high exhaust flow velocity region and the low exhaust flow velocity region described above can be appropriately reflected in correction, and a concentration detection value that accurately matches the actual PM concentration in all exhaust flow velocity regions can be obtained. Can do.

第7の発明によれば、排気ガスがセンサ素子に比して高温であるほど濃度検出値を小さな値に補正することができる。排気ガスがセンサ素子に比して高温であると、その温度差に起因する熱泳動により、排気ガス中のPMはセンサ素子に向かって移動する現象が生ずる。このため、排気ガスがセンサ素子に比して高温であるほど、センサ素子に付着するPMの量が現実のPM濃度に対して過大になり易く、従って、濃度検出値も過大になり易い。本発明によればこのような特性を相殺して、現実のPM濃度と精度良く一致する濃度検出値を得ることができる。   According to the seventh aspect of the invention, the detected concentration value can be corrected to a smaller value as the exhaust gas has a higher temperature than the sensor element. If the exhaust gas has a higher temperature than the sensor element, a phenomenon occurs in which PM in the exhaust gas moves toward the sensor element due to thermophoresis caused by the temperature difference. For this reason, the higher the temperature of the exhaust gas compared to the sensor element, the more easily the amount of PM adhering to the sensor element becomes larger than the actual PM concentration, and therefore the detected concentration value tends to be too large. According to the present invention, it is possible to obtain such a density detection value that cancels out such characteristics and accurately matches the actual PM density.

第8の発明によれば、排気微粒子濃度推定モデルを用いて、PM濃度を表す濃度推定値を算出することができる。更に、本発明によれば、その濃度推定値が濃度検出値に近づくように排気微粒子濃度推定モデルのパラメータを学習することができる。本発明では、現実のPM濃度と精度良く一致する濃度検出値が得られている。このため、濃度推定値が濃度検出値と一致するようにパラメータを学習すれば、排気微粒子濃度推定モデルを、現実のPM濃度と精度良く一致する濃度推定値が算出できる状態に維持することができる。   According to the eighth invention, it is possible to calculate a concentration estimation value representing the PM concentration using the exhaust particulate concentration estimation model. Furthermore, according to the present invention, it is possible to learn the parameters of the exhaust particulate concentration estimation model so that the estimated concentration value approaches the detected concentration value. In the present invention, a detected density value that accurately matches the actual PM density is obtained. For this reason, if the parameter is learned so that the concentration estimated value matches the detected concentration value, the exhaust particulate concentration estimation model can be maintained in a state where a concentration estimated value that accurately matches the actual PM concentration can be calculated. .

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 図1に示すシステムが備えるPMセンサの断面図である。It is sectional drawing of PM sensor with which the system shown in FIG. 1 is provided. 図2に示すPMセンサの出力特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the output characteristic of PM sensor shown in FIG. 図2に示すPMセンサにより検出される出力立ち上がり時間を濃度検出値に換算するためのマップの一例である。It is an example of the map for converting the output rise time detected by PM sensor shown in FIG. 2 into a density | concentration detection value. PMセンサにより検出される出力立ち上がり時間と排気流速との関係を示す実験結果の一例である。It is an example of the experimental result which shows the relationship between the output rise time detected by PM sensor, and an exhaust flow velocity. 排気流速が濃度検出値に与える影響を排除するための補正係数のマップの一例である。It is an example of the map of the correction coefficient for eliminating the influence which an exhaust gas flow velocity has on a concentration detection value. PMセンサにより検出される出力立ち上がり時間と、排気ガスとセンサ素子の温度差との関係を示す実験結果の一例である。It is an example of the experimental result which shows the relationship between the output rise time detected by PM sensor, and the temperature difference of exhaust gas and a sensor element. 排気ガスとセンサ素子の温度差が濃度検出値に与える影響を排除するための補正係数のマップの一例である。It is an example of the map of the correction coefficient for eliminating the influence which the temperature difference of exhaust gas and a sensor element has on the concentration detection value. 図9(a)は排気流速の時間的変化を示す図である。図9(b)は排気流速の影響を考慮していない濃度検出値と、その濃度検出値に基づいて学習されたPM濃度推定モデルによって推定された濃度推定値の時間的変化を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing a temporal change in the exhaust gas flow velocity. FIG. 9B is a diagram showing a temporal change in a concentration detection value that does not consider the influence of the exhaust flow velocity and a concentration estimation value estimated by a PM concentration estimation model learned based on the concentration detection value. . 図10(a)は排気流速の時間的変化を示す図である。図10(b)は排気流速の影響を排除した濃度検出値と、その濃度検出値に基づいて学習されたPM濃度推定モデルによって推定された濃度推定値の時間的変化を示す図である。FIG. 10A is a diagram showing a temporal change in the exhaust gas flow velocity. FIG. 10B is a diagram showing a temporal change of the concentration estimation value estimated by the PM concentration estimation model learned based on the concentration detection value excluding the influence of the exhaust flow velocity and the concentration detection value. 図1に示すシステムにおいて実行されるPM濃度検出制御のブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of PM concentration detection control executed in the system shown in FIG. 1. 図1に示すシステムにおいて実行されるPM濃度検出制御のフローチャートである。It is a flowchart of PM density | concentration detection control performed in the system shown in FIG.

実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステムのハードウェア構成を説明するための図である。本実施形態のシステムはディーゼル式の内燃機関10を備えている。内燃機関10は、吸気通路12にエアフロメータ14を備えている。エアフロメータ14は吸気通路12を流れる空気の流量に応じた出力を発する。
Embodiment 1 FIG.
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a hardware configuration of a system according to the first embodiment of the present invention. The system of this embodiment includes a diesel-type internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 includes an air flow meter 14 in the intake passage 12. The air flow meter 14 generates an output corresponding to the flow rate of air flowing through the intake passage 12.

内燃機関10の排気通路16には、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)18が配置されている。DPF18は、内燃機関10から排出される排気ガスに含まれるPMを除去するためのフィルタである。   A diesel particulate filter (DPF) 18 is disposed in the exhaust passage 16 of the internal combustion engine 10. The DPF 18 is a filter for removing PM contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10.

DPF18の上流には、排気温度センサ20が配置されている。また、DPF18の下流には、PMセンサ22が配置されている。内燃機関10には、これらのセンサの他にも、機関回転数NEを検知するためのNEセンサ、アクセル開度AAを検知するためのアクセル開度センサ、冷却水温度THWを検知するための水温センサなどが搭載されている(何れも図示省略)。上述したエアフロメータ14を含めて、これらのセンサは何れもECU24と電気的に接続されている。   An exhaust gas temperature sensor 20 is disposed upstream of the DPF 18. A PM sensor 22 is disposed downstream of the DPF 18. In addition to these sensors, the internal combustion engine 10 includes an NE sensor for detecting the engine speed NE, an accelerator opening sensor for detecting the accelerator opening AA, and a water temperature for detecting the cooling water temperature THW. A sensor or the like is mounted (both not shown). These sensors, including the air flow meter 14 described above, are all electrically connected to the ECU 24.

ECU24は、その内部にマイクロコンピュータやメモリを備える電子機器である。本実施形態において、ECU24には、PMセンサ22の出力等に基づいて排気ガス中のPM濃度を検知するためのプログラムが格納されている。このプログラムの実行に際して、ECU24は、エアフロメータ14の出力に基づいて排気流速を、排気温度センサ20の出力に基づいて排気ガスの温度を、また、上述した各種センサの出力に基づいて機関回転数等の物理量を検知することができる。   The ECU 24 is an electronic device that includes a microcomputer and a memory therein. In the present embodiment, the ECU 24 stores a program for detecting the PM concentration in the exhaust gas based on the output of the PM sensor 22 and the like. In executing this program, the ECU 24 determines the exhaust flow velocity based on the output of the air flow meter 14, the temperature of the exhaust gas based on the output of the exhaust temperature sensor 20, and the engine speed based on the outputs of the various sensors described above. It is possible to detect physical quantities such as

図2は、上述したPMセンサ22の構成を説明するための断面図である。PMセンサ22は、排気通路16に固定されるハウジング26を有している。ハウジング26の内部には、センサ素子30が保持されている。センサ素子30は、排気通路16の内外を隔絶するように装着される絶縁体32を備えている。絶縁体32の表面、即ち排気通路16の内部に晒される面には電極対34,36が配置されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the PM sensor 22 described above. The PM sensor 22 has a housing 26 that is fixed to the exhaust passage 16. A sensor element 30 is held inside the housing 26. The sensor element 30 includes an insulator 32 that is mounted so as to isolate the inside and outside of the exhaust passage 16. Electrode pairs 34 and 36 are arranged on the surface of the insulator 32, that is, the surface exposed to the inside of the exhaust passage 16.

電極対34,36には、電源機構38と電流検知機構40が接続されている。電源機構38は、ECU24の指令に応じて電極対間に電圧を印加することができる。また、電流検知機構40は、電極対34,36の間を流れる電流を検知して、その結果をPMセンサ22の出力値としてECU24に提供することができる。   A power supply mechanism 38 and a current detection mechanism 40 are connected to the electrode pairs 34 and 36. The power supply mechanism 38 can apply a voltage between the electrode pair in accordance with a command from the ECU 24. Further, the current detection mechanism 40 can detect a current flowing between the electrode pairs 34 and 36 and provide the result to the ECU 24 as an output value of the PM sensor 22.

センサ素子30は、また、絶縁体32の裏面に貼付されたヒータ42と、このヒータ42を制御するためのヒータ制御機構44を備えている。ヒータ制御機構44は、ECU24の指令に応じて、ヒータ42の駆動を制御することができる。   The sensor element 30 also includes a heater 42 attached to the back surface of the insulator 32 and a heater control mechanism 44 for controlling the heater 42. The heater control mechanism 44 can control the driving of the heater 42 in accordance with a command from the ECU 24.

センサ素子30は、排気通路16の内部でカバー46により覆われている。カバー46には、その中に排気ガスを導くために、多数の通気孔が設けられている。また、カバー46には、センサ素子30の近傍に位置するように、素子温度センサ48が装着されている。素子温度センサ48は、センサ素子30の温度を検知して、その結果をECU24に提供することができる。   The sensor element 30 is covered with a cover 46 inside the exhaust passage 16. The cover 46 is provided with a large number of ventilation holes for guiding exhaust gas therein. An element temperature sensor 48 is attached to the cover 46 so as to be positioned in the vicinity of the sensor element 30. The element temperature sensor 48 can detect the temperature of the sensor element 30 and provide the result to the ECU 24.

図2に示すように、内燃機関10から排出される排気ガス中にはPMが含まれている。排気ガス中のPMは、通気孔を通ってカバー46の内側に流入することができる。流入したPMの一部は絶縁体32の表面に付着する。本実施形態において、PMセンサ22は、ヒータ42により絶縁体32を加熱することにより、このようにして付着したPMを焼失させることができる。   As shown in FIG. 2, PM is contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10. The PM in the exhaust gas can flow into the cover 46 through the vent hole. Part of the inflow PM adheres to the surface of the insulator 32. In the present embodiment, the PM sensor 22 can burn off the PM adhered in this manner by heating the insulator 32 with the heater 42.

絶縁体32の表面にPMが存在しない状況下では、二つの電極34,36が電気的に絶縁された状態となる。この場合、電極対間に電流が流通しないためPMセンサ22(電流検知機構40)から出力値は発せられない。一方、図2に示すように電極対間がPMによって埋められると、PMが導電性を有するため、電極34,36間に電流が流れ得る状態となる。この場合、PMセンサ22は、電源機構38によって印加される電圧と電極対間の電気抵抗とに応じた出力値を発する。   Under the situation where PM is not present on the surface of the insulator 32, the two electrodes 34 and 36 are electrically insulated. In this case, since no current flows between the electrode pairs, no output value is generated from the PM sensor 22 (current detection mechanism 40). On the other hand, when the gap between the electrode pairs is filled with PM as shown in FIG. 2, since PM has conductivity, a current can flow between the electrodes 34 and 36. In this case, the PM sensor 22 emits an output value corresponding to the voltage applied by the power supply mechanism 38 and the electrical resistance between the electrode pair.

[PM濃度検出値の算出原理]
図3は、PMセンサ22の出力特性を説明するための図である。本発明の発明者は、PMセンサ22が、上述した特性を有することから、図3に示すような出力特性を示すことを見出した。本実施形態では、その出力特性を利用して、排気ガス中のPM濃度を表す濃度検出値が算出される。
[Calculation principle of PM concentration detection value]
FIG. 3 is a diagram for explaining the output characteristics of the PM sensor 22. The inventor of the present invention has found that the PM sensor 22 has an output characteristic as shown in FIG. In the present embodiment, a concentration detection value representing the PM concentration in the exhaust gas is calculated using the output characteristics.

図3中に示すITHは、本実施形態において用いられる判定閾値である。判定閾値ITHは、PMセンサ22の電極対34,36間がPMによって埋められていく過程で、PMセンサ22の出力値が急増する初期の段階で発生する電流として予め実験的に定めた値である。 I TH shown in FIG. 3 is a determination threshold used in the present embodiment. The determination threshold value I TH is a value experimentally determined in advance as a current generated at an early stage in which the output value of the PM sensor 22 rapidly increases in the process in which the space between the electrode pairs 34 and 36 of the PM sensor 22 is filled with PM. It is.

図3中に示す波形(i)は、計測開始からT秒を要してPMセンサ22の出力値が立ち上がった様子、即ち、計測開始の後、出力値が判定閾値ITHを越えるまでにT秒の時間を要した様子を示している。また、波形(ii)及び波形(iii)は、それぞれ、出力値が判定閾値ITHを越えるのにT秒又はT秒の時間を要した様子を示している。以下、この時間を「出力立ち上がり時間」と称する。 The waveform (i) shown in FIG. 3 shows that the output value of the PM sensor 22 rises after T 1 second from the start of measurement, that is, after the measurement starts, until the output value exceeds the determination threshold value I TH. T shows a situation where 1 second is required. Further, the waveform (ii) and the waveform (iii) respectively show a state where it takes T 2 seconds or T 3 seconds for the output value to exceed the determination threshold value I TH . Hereinafter, this time is referred to as “output rise time”.

図3に示す「計測開始」は、内燃機関10の作動中に、絶縁体32に付着していたPMを焼失させた状態で電極対34,36に電圧を印加し始めた時点を意味する。計測開始の後、電極34,36間に付着PMによる導電経路が形成されるまでは出力値がほぼゼロに維持される。そして、電極34,36間にPMの導電経路が形成されることにより出力値が発生し始め、その後、PM付着量が増加して導通経路の電気抵抗が下がることにより出力値は大きな値に変化する。   “Measurement start” shown in FIG. 3 means a point in time when the voltage applied to the electrode pairs 34 and 36 is started while the PM adhering to the insulator 32 is burned out during the operation of the internal combustion engine 10. After the start of measurement, the output value is maintained at substantially zero until a conductive path is formed between the electrodes 34 and 36 by the adhered PM. Then, an output value starts to be generated when a PM conductive path is formed between the electrodes 34 and 36, and then the output value changes to a large value due to an increase in PM adhesion amount and a decrease in the electrical resistance of the conductive path. To do.

この際、出力立ち上がり時間は、PM付着量の増加速度が速いほど短時間となる。そして、PM付着量の増加速度は、排気ガス中のPM濃度が高いほど高速となる。このため、図3に示すように、出力立ち上がり時間(T、T、T)は、排気ガス中のPM濃度が高いほど短時間となる(T<T<T)。 At this time, the output rise time becomes shorter as the increase rate of the PM adhesion amount is faster. And the increase rate of PM adhesion amount becomes so high that PM concentration in exhaust gas is high. Therefore, as shown in FIG. 3, the output rise time (T 1 , T 2 , T 3 ) becomes shorter as the PM concentration in the exhaust gas is higher (T 1 <T 2 <T 3 ).

図4は、PMセンサ22の出力立ち上がり時間[sec]と、排気ガス中のPM濃度[mg/m]との関係を示すマップである。図4に示すマップは、排気ガス中のPM濃度を変化させてPM濃度毎に出力立ち上がり時間を計測した実験の結果から得たものである。このマップを参照すれば、PMセンサ22の出力立ち上がり時間に基づいて、排気ガス中のPM濃度を大まかに検知することが可能である。本明細書では、このようにして検知する値を「濃度検出値」と称す。 FIG. 4 is a map showing the relationship between the output rise time [sec] of the PM sensor 22 and the PM concentration [mg / m 3 ] in the exhaust gas. The map shown in FIG. 4 is obtained from the result of an experiment in which the output rise time is measured for each PM concentration by changing the PM concentration in the exhaust gas. With reference to this map, it is possible to roughly detect the PM concentration in the exhaust gas based on the output rise time of the PM sensor 22. In this specification, the value detected in this way is referred to as a “density detection value”.

[排気流速に基づく濃度検出値の補正]
図5は、出力立ち上がり時間と排気流速との関係を示す。この関係は、PM濃度を一定に維持したまま排気流速を変化させ、排気流速毎に出力立ち上がり時間を計測した実験の結果から得たものである。図5に示す結果は、以下の2つの現象を示している。
(1)排気流速が変局値である30[m/s]を下回る低排気流速域では、排気流速が低いほど出力立ち上がり時間が長くなる。
(2)排気流速が上記の変局値を超える高排気流速域では、排気流速が出力立ち上がり時間に殆ど影響しない。
[Correction of concentration detection value based on exhaust flow velocity]
FIG. 5 shows the relationship between the output rise time and the exhaust flow velocity. This relationship is obtained from the result of an experiment in which the exhaust flow rate is changed while the PM concentration is kept constant, and the output rise time is measured for each exhaust flow rate. The results shown in FIG. 5 show the following two phenomena.
(1) In the low exhaust flow velocity range where the exhaust flow velocity is less than the variable value of 30 [m / s], the lower the exhaust flow velocity, the longer the output rise time.
(2) In a high exhaust flow rate range where the exhaust flow rate exceeds the above-mentioned inflection value, the exhaust flow rate has little influence on the output rise time.

上記(1)の現象は、低排気領域では、排気流速が下がるほど排気ガス中のPMがカバー46内に進入し難くなり、PMが絶縁体32に付着し難くなることに起因すると考えられる。一方、上記(2)の現象は、高排気領域では、下記の2つの事象が相殺し合うことにより生じていると考えられる。
(a)排気流速が増えるほどPMがカバー46内に進入し易くなり、PMが絶縁体32に付着し易くなる。
(b)排気流速が増えるほど、絶縁体32に付着しているPMが吹き飛ばされ易くなり、PM付着量が増え難くなる。
The phenomenon (1) is considered to be caused by the fact that PM in the exhaust gas does not easily enter the cover 46 as the exhaust flow rate decreases, and the PM does not easily adhere to the insulator 32 in the low exhaust region. On the other hand, the phenomenon of (2) is considered to be caused by the following two events canceling out in the high exhaust region.
(A) As the exhaust gas flow rate increases, the PM easily enters the cover 46, and the PM easily adheres to the insulator 32.
(B) As the exhaust gas flow rate increases, the PM adhering to the insulator 32 is easily blown away, and the amount of PM adhesion is less likely to increase.

図5に示す結果は、物理的な意味においては、出力立ち上がり時間が、低排気流速域では現実のPM濃度に対して過大になることを示している。より具体的には、図5に示す結果は、出力立ち上がり時間に基づいて正確な濃度検出値を得るためには、低排気流速域では、出力立ち上がり時間を、排気流速が低いほど短く補正する必要があることを示している。   The results shown in FIG. 5 indicate that, in a physical sense, the output rise time becomes excessive with respect to the actual PM concentration in the low exhaust flow velocity region. More specifically, the results shown in FIG. 5 indicate that in order to obtain an accurate concentration detection value based on the output rise time, the output rise time must be corrected to be shorter as the exhaust flow rate is lower in the low exhaust flow rate region. It shows that there is.

図6は、上記の補正を可能にするためにECU24が用いる排気流速補正係数のマップの一例である。図6に示すマップによれば、排気流速が30[m/s]を越える高排気流速域では、排気流速補正係数が一定値「1」となる。また、排気流速が30[m/s]を下回る低排気流速域では、排気流速に対して比例的に、1より小さな排気流速補正係数が設定される。本実施形態において、ECU24は、このマップを参照して設定した補正係数を掛け合わせることにより出力立ち上がり時間を補正する。この結果、ECU24は、排気流速の高低に影響されることなく、現実のPM濃度に対応する出力立ち上がり時間を算出することができる。   FIG. 6 is an example of an exhaust flow velocity correction coefficient map used by the ECU 24 to enable the above correction. According to the map shown in FIG. 6, the exhaust flow velocity correction coefficient is a constant value “1” in the high exhaust flow velocity region where the exhaust flow velocity exceeds 30 [m / s]. Further, in the low exhaust flow velocity region where the exhaust flow velocity is lower than 30 [m / s], an exhaust flow velocity correction coefficient smaller than 1 is set in proportion to the exhaust flow velocity. In the present embodiment, the ECU 24 corrects the output rise time by multiplying the correction coefficient set with reference to this map. As a result, the ECU 24 can calculate the output rise time corresponding to the actual PM concentration without being affected by the level of the exhaust gas flow rate.

[温度差に基づく濃度検出値の補正]
図7は、排気温度からセンサ素子30の温度を差し引くことで得られる温度差と出力立ち上がり時間との関係を示す。この関係は、PM濃度を一定に維持したまま上記の温度差を変化させ、その温度差毎に出力立ち上がり時間を計測した実験の結果から得たものである。この関係は、PM濃度が一定である場合、排気温度がセンサ素子30の温度に対して高いほど、出力立ち上がり時間が短くなることを示している。
[Correction of density detection value based on temperature difference]
FIG. 7 shows the relationship between the temperature difference obtained by subtracting the temperature of the sensor element 30 from the exhaust temperature and the output rise time. This relationship is obtained from the result of an experiment in which the temperature difference is changed while the PM concentration is kept constant, and the output rise time is measured for each temperature difference. This relationship indicates that when the PM concentration is constant, the output rise time is shortened as the exhaust temperature is higher than the temperature of the sensor element 30.

絶縁体32に付着するPMの量は、熱泳動の影響を受けることが知られている。すなわち、絶縁体32の近傍を浮遊するPMは、排気ガスの温度が絶縁体32の温度より高いと、その温度差の影響で絶縁体32に向かう力を受ける。そして、その力は、排気ガスの温度が絶縁体32の温度に比して高いほど大きなものとなる。   It is known that the amount of PM adhering to the insulator 32 is affected by thermophoresis. That is, when the temperature of the exhaust gas is higher than the temperature of the insulator 32, the PM floating in the vicinity of the insulator 32 receives a force toward the insulator 32 due to the temperature difference. The force becomes larger as the temperature of the exhaust gas is higher than the temperature of the insulator 32.

図7に示す結果は、排気ガスが絶縁体32(センサ素子30)に比して高温であるほど、熱泳動の影響でPMが絶縁体32に付着し易くなり、その結果、出力立ち上がり時間が短くなることを表している。この結果は、物理的には、排気ガスがセンサ素子30に比して高温であるほど、現実のPM濃度に対して出力立ち上がり時間が短くなり過ぎることを示している。従って、出力立ち上がり時間に基づいて正確な濃度検出値を得るためには、それらの温度差が大きいほど、出力立ち上がり時間を長くする補正が必要である。   The result shown in FIG. 7 is that the higher the exhaust gas is, the higher the temperature of the insulator 32 (sensor element 30), the more easily PM adheres to the insulator 32 due to the influence of thermophoresis, and as a result, the output rise time It represents a shortening. This result physically indicates that the output rise time becomes too short with respect to the actual PM concentration as the exhaust gas is at a higher temperature than the sensor element 30. Therefore, in order to obtain an accurate density detection value based on the output rise time, it is necessary to correct the output rise time as the temperature difference between them increases.

図8は、上記の補正を可能にするためにECU24が用いる温度差補正係数のマップの一例である。図8に示すマップによれば、排気温度からセンサ素子温度を差し引くことで得られる温度差に対して、比例的に変化する温度差補正係数を得ることができる。ECU24は、このマップを参照して設定した補正係数を掛け合わせることにより出力立ち上がり時間を補正する。この結果、ECU24は、上記の温度差に影響されることなく、現実のPM濃度に対応する出力立ち上がり時間を算出することができる。   FIG. 8 is an example of a temperature difference correction coefficient map used by the ECU 24 to enable the above correction. According to the map shown in FIG. 8, it is possible to obtain a temperature difference correction coefficient that changes in proportion to the temperature difference obtained by subtracting the sensor element temperature from the exhaust gas temperature. The ECU 24 corrects the output rise time by multiplying the correction coefficient set with reference to this map. As a result, the ECU 24 can calculate the output rise time corresponding to the actual PM concentration without being affected by the temperature difference.

[PM濃度推定モデルとその学習]
本実施形態のシステムは、PMセンサ22を用いたPM濃度の検出処理を行うと同時に、公知のPM濃度推定モデルを用いたPM濃度の推定処理を行う。以下、この推定処理について説明する。
[PM concentration estimation model and its learning]
The system of the present embodiment performs a PM concentration detection process using a known PM concentration estimation model while performing a PM concentration detection process using the PM sensor 22. Hereinafter, this estimation process will be described.

ECU24には、特開2007−46477号公報に開示されているものと同様のPM濃度推定モデルが搭載されている。このモデルによれば、ECU24は、機関回転数NE、アクセル開度AA、及び冷却水温度THW等に基づいて、内燃機関10から排出されてくる排気ガス中のPM濃度を推定することができる。   The ECU 24 is equipped with a PM concentration estimation model similar to that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-46477. According to this model, the ECU 24 can estimate the PM concentration in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 based on the engine speed NE, the accelerator opening AA, the coolant temperature THW, and the like.

ECU24は、上述した通り、PMセンサ22の出力に基づいて排気ガス中のPM濃度に対応する濃度検出値を算出することができる。PMセンサ22はDPF18の下流に位置しているため、その濃度検出値は、DPF18をすり抜けてきたPMの濃度に対応したものとなる。ここで、DPF18をすり抜けるPMの割合(以下、「DPFすり抜け率」と称す)は既知又は検知が可能である。そして、そのDPFすり抜け率を用いれば、DPF18下流の濃度検出値をDPF18上流の濃度検出値に換算することが可能である。   As described above, the ECU 24 can calculate a concentration detection value corresponding to the PM concentration in the exhaust gas based on the output of the PM sensor 22. Since the PM sensor 22 is located downstream of the DPF 18, the detected concentration value corresponds to the concentration of PM that has passed through the DPF 18. Here, the ratio of PM that passes through the DPF 18 (hereinafter referred to as “DPF slip-through rate”) is known or can be detected. If the DPF slip-through rate is used, the concentration detection value downstream of the DPF 18 can be converted into the concentration detection value upstream of the DPF 18.

本実施形態において、ECU24は、上述したモデルを用いてDPF18上流のPM濃度を推定する(以下、その値を「濃度推定値」と称す)と共に、上記の手法を用いてDPF18上流のPM濃度を表す濃度検出値を計算する。DPF18が正常である間は、濃度推定値と濃度検出値はほぼ同じ値となる。一方、DPF18に異常が生じてその下流にすり抜けるPM量が増加すると、濃度推定値に対して濃度検出値が急に大きな値となる。ECU24は、この特性を利用してDPF18の異常を検知することができる(モデルと実測を併用することによる第1の利点)。   In the present embodiment, the ECU 24 estimates the PM concentration upstream of the DPF 18 using the above-described model (hereinafter, this value is referred to as “concentration estimated value”), and the PM concentration upstream of the DPF 18 using the above method. Calculate the concentration detection value to represent. While the DPF 18 is normal, the density estimation value and the density detection value are substantially the same value. On the other hand, when an abnormality occurs in the DPF 18 and the amount of PM passing through downstream increases, the detected concentration value suddenly becomes a large value with respect to the estimated concentration value. The ECU 24 can detect an abnormality of the DPF 18 using this characteristic (first advantage by using a model and actual measurement in combination).

PM濃度を推定するためのモデルは、種々のパラメータが公差の中央値にある等の前提の下で適合される。このため、内燃機関10の個体差、経時変化、運転状態の変動、等の条件変化に対応する推定値を得るためには、濃度推定値が現実のPM濃度に一致するように、モデルを適宜学習していくことが有益である。   The model for estimating the PM concentration is adapted under the assumption that various parameters are at the median tolerance. For this reason, in order to obtain an estimated value corresponding to a condition change such as an individual difference of the internal combustion engine 10, a change with time, or a change in operating state, the model is appropriately set so that the estimated concentration value matches the actual PM concentration. It is beneficial to learn.

PMセンサ22の出力値には、内燃機関10に関わる条件変化の影響が反映される。このため、その出力値に基づいて算出される濃度検出値は現実のPM濃度をみなすことができる。そこで、本実施形態において、ECU24は、モデルに基づく濃度推定値が、PMセンサ22の出力値に基づく濃度検出値に一致するように、モデルを学習することとしている。   The output value of the PM sensor 22 reflects the influence of a change in conditions related to the internal combustion engine 10. For this reason, the concentration detection value calculated based on the output value can be regarded as the actual PM concentration. Therefore, in the present embodiment, the ECU 24 learns the model so that the estimated concentration value based on the model matches the detected concentration value based on the output value of the PM sensor 22.

図9及び図10は、上記のモデル学習の基礎として、本実施形態の手法で得られた濃度検出値が用いられることによる効果を説明するためのタイミングチャートの1例である。これらの図は、具体的には、モデル学習が濃度検出値に基づいて行われ、かつ、その濃度検出値が、排気流速の影響に関わらず常に現実のPM濃度を正しく表すことにより得られる効果を説明している。   FIG. 9 and FIG. 10 are examples of timing charts for explaining the effect of using the density detection value obtained by the method of this embodiment as the basis of the above-described model learning. Specifically, these figures show effects obtained when model learning is performed based on the detected concentration value, and the detected concentration value always accurately represents the actual PM concentration regardless of the influence of the exhaust flow velocity. Is explained.

図9(a)中に(i)を付して示す波形は現実の排気流速の変化を示す。また、同図中に示す破線は、モデル適合に用いられた排気流速の値(以下、「モデル適合値」と称す)を示す。図9(a)は、排気流速(i)が、時刻tまではモデル適合値と同等であったが、その後徐々に低下した様子を示している。 The waveform indicated by (i) in FIG. 9 (a) shows the actual change in the exhaust gas flow velocity. Further, the broken line shown in the figure indicates the value of the exhaust velocity used for model adaptation (hereinafter referred to as “model adaptation value”). 9 (a) is an exhaust flow rate (i) is, until time t 1 is was equivalent to model adaptive value indicates the then gradually how decreased.

図9(b)中に(ii)を付して示す波形は、DPF18上流における現実のPM濃度を示し、(iii)を付して示す波形は、排気流速に基づく補正を行わなかった場合の濃度検出値を示す。更に、同図中に(iv)を付して示す波形は、濃度検出値(iii)に基づく学習の結果が反映された濃度推定値を示す。図9(b)において、時刻tは濃度推定値のモデル学習が開始された時刻である。 The waveform indicated by (ii) in FIG. 9B indicates the actual PM concentration upstream of the DPF 18, and the waveform indicated by (iii) is obtained when correction based on the exhaust flow velocity is not performed. The concentration detection value is shown. Further, a waveform indicated by (iv) in the figure shows a concentration estimation value reflecting a learning result based on the concentration detection value (iii). In FIG. 9 (b), the time t 2 is the time when the model learning is initiated density estimate.

排気流速に基づく補正が行われなければ、時刻t以後、排気流速(i)が減少するのに伴って、濃度検出値(iii)は、現実のPM(ii)に比して小さな値として算出される。時刻t以後、モデル学習が開始されることにより、濃度推定値(iv)は必然的にその濃度検出値(iii)と等しい値に収束していく。この場合、濃度検出値(iii)と同様に濃度推定値(iv)も現実のPM濃度(ii)から乖離した値となる。 If correction is performed based on the exhaust flow rate, the time t 1 after, as the exhaust flow rate (i) is decreased, the concentration detection value (iii), as a value smaller than the actual PM (ii) Calculated. Time t 2 after, by the model learning is initiated, concentration estimated value (iv) is gradually converged to a value equal inevitably its concentration detected value (iii). In this case, similarly to the concentration detection value (iii), the concentration estimation value (iv) is also a value deviating from the actual PM concentration (ii).

図10(a)は、図9(a)と同様に、排気流速のモデル適合値(破線)と、現実の排気流速(i)とを示す。ここでも、排気流速(i)は時刻t以後減少を示している。図10(b)中に(v)を付して示す波形は、排気流速に基づく補正が行われた場合の濃度検出値を示す。また、同図中に(vi)を付して示す波形は、その濃度検出値(v)に基づくモデル学習の結果が反映された濃度推定値を示す。 FIG. 10 (a) shows the exhaust gas flow velocity model adaptation value (broken line) and the actual exhaust gas flow velocity (i), as in FIG. 9 (a). Again, the exhaust flow rate (i) represents a time t 1 after reduction. The waveform indicated by (v) in FIG. 10 (b) indicates the concentration detection value when correction based on the exhaust flow rate is performed. In addition, the waveform indicated by (vi) in the figure indicates a concentration estimation value that reflects the result of model learning based on the concentration detection value (v).

排気流速に基づく補正が行われれば、時刻t以後、排気流速(i)が減少しても、濃度検出値(v)は現実のPM(ii)と整合する値に算出される。この場合、時刻t以後モデル学習が開始されれば、濃度推定値(vi)は必然的に、現実のPM濃度(ii)と一致する値に収束していく。 If performed correction based on the exhaust flow rate, the time t 1 after, also the exhaust flow rate (i) is reduced, the concentration detection value (v) is calculated to a value that is consistent with actual PM (ii). In this case, if the time t 2 subsequent model learning starts, concentration estimated value (vi) is inevitably converges to a value that matches the actual PM concentration (ii).

上述した通り、本実施形態のシステムは、濃度検出値を排気流速に基づいて補正する。このため、このシステムによれば、図10に示すように、排気流速(i)がモデル適合値から乖離した状況下でも、モデル学習を正しく進めることができ、現実のPM濃度と精度良く整合する濃度推定値(vi)を算出することができる。   As described above, the system of the present embodiment corrects the detected concentration value based on the exhaust flow rate. For this reason, according to this system, as shown in FIG. 10, model learning can be correctly performed even in a situation where the exhaust flow velocity (i) deviates from the model fit value, and it matches with the actual PM concentration with high accuracy. A concentration estimate (vi) can be calculated.

加えて、本実施形態では、濃度検出値に、排気温度とセンサ素子温度の差に基づく補正が施される。更に、本実施形態では、濃度検出値が、出力立ち上がり時間(図3参照)に基づいて、精度良く現実のPM濃度を表す値として検出される。このため、本実施形態のシステムによれば、あらゆる状況下で、モデル学習を正しく進めることができ、現実のPM濃度と精度良く整合する濃度推定値を算出することができる。   In addition, in the present embodiment, the concentration detection value is corrected based on the difference between the exhaust temperature and the sensor element temperature. Further, in the present embodiment, the concentration detection value is detected as a value that accurately represents the actual PM concentration based on the output rise time (see FIG. 3). For this reason, according to the system of the present embodiment, model learning can be correctly performed under any circumstances, and a concentration estimation value that accurately matches the actual PM concentration can be calculated.

[PM濃度に関する制御の流れ]
図11は、ECU24が実行するPM濃度に関する制御のブロック線図を示す。図11に示すブロック線図の制御は、具体的には、ECU24が図12に沿ったルーチンを実行することにより実現される。
[Flow of control related to PM concentration]
FIG. 11 shows a block diagram of control related to PM concentration executed by the ECU 24. The control of the block diagram shown in FIG. 11 is specifically realized by the ECU 24 executing a routine according to FIG.

本実施形態において、ECU24は、内燃機関10が始動された後、図12に示すルーチンを所定時間毎に繰り返し実行する。ここでは、先ず、PM濃度検出の前提としてPMセンサ22が活性化されているか否かが判別される(ステップ100)。ここでは、具体的には、センサ素子30の温度が所定の活性温度に達しているか、及びセンサ素子30に付着しているPMの焼却除去が終了しているかが判別される。前者の判断は素子温度センサ48の出力に基づいて行われる。また、後者の判断は、PM焼却のためのヒータ42への通電時間に基づいて行われる。   In the present embodiment, the ECU 24 repeatedly executes the routine shown in FIG. 12 every predetermined time after the internal combustion engine 10 is started. Here, it is first determined whether or not the PM sensor 22 is activated as a premise for detecting the PM concentration (step 100). Specifically, it is determined whether the temperature of the sensor element 30 has reached a predetermined activation temperature and whether the incineration removal of PM adhering to the sensor element 30 has been completed. The former determination is made based on the output of the element temperature sensor 48. The latter determination is made based on the energization time to the heater 42 for PM incineration.

PMセンサ22の活性化が認められると、次に、PMセンサ22の出力立ち上がり時間が取得される(ステップ102)。ここでは、先ず、電極対34,36に対する電圧印加が開始される。電圧印加は、電流検知機構40が検出する電流値が判定閾値ITHを越えるまで継続される。ECU24は、電圧印加の開始後、電流値が判定閾値ITHを越えるまでに要した時間を出力立ち上がり時間として取得する。 If the activation of the PM sensor 22 is recognized, then the output rise time of the PM sensor 22 is acquired (step 102). Here, first, voltage application to the electrode pairs 34 and 36 is started. The voltage application is continued until the current value detected by the current detection mechanism 40 exceeds the determination threshold value ITH . ECU24 after the start of voltage application to acquire the time the current value required until exceeding the judgment threshold I TH as the output rise time.

次に、排気流速に基づく補正と、温度差に基づく補正とが実行される(ステップ104)。前者の補正については、先ず、エアフロメータ14の出力に基づいてPMセンサ22の周囲における排気流速が検出される。次いで、図6に示すマップにその排気流速が当てはめられて排気流速補正係数が特定される。温度差に基づく補正については、先ず、排気温度センサ20の出力と素子温度センサ48の出力とに基づいて温度差(=排気温度−センサ素子温度)が算出される。次いで、図8に示すマップにその温度差が当てはめられて温度差補正係数が特定される。ここでは、これら二つの補正係数が、上記ステップ102で取得された出力立ち上がり時間に掛け合わされることにより、排気流速に基づく補正と温度差に基づく補正とが実行される。   Next, correction based on the exhaust flow velocity and correction based on the temperature difference are executed (step 104). As for the former correction, first, the exhaust flow velocity around the PM sensor 22 is detected based on the output of the air flow meter 14. Next, the exhaust flow velocity correction coefficient is specified by fitting the exhaust flow velocity to the map shown in FIG. Regarding the correction based on the temperature difference, first, the temperature difference (= exhaust temperature−sensor element temperature) is calculated based on the output of the exhaust temperature sensor 20 and the output of the element temperature sensor 48. Next, the temperature difference is applied to the map shown in FIG. 8 to specify the temperature difference correction coefficient. Here, the correction based on the exhaust flow velocity and the correction based on the temperature difference are executed by multiplying these two correction coefficients by the output rise time acquired in step 102.

上記の処理が終わると、次に、図4に示すマップに従ってPMの濃度検出値が取得される(ステップ106)。具体的には、上記ステップ104で補正された出力立ち上がり時間を図4に示すPM濃度マップに当てはめることにより、その立ち上がり時間に対応する濃度検出値が特定される。   When the above processing is completed, a PM concentration detection value is acquired according to the map shown in FIG. 4 (step 106). Specifically, by applying the output rise time corrected in step 104 to the PM concentration map shown in FIG. 4, the concentration detection value corresponding to the rise time is specified.

以上説明した通り、本実施形態では、PMの濃度検出値が、PMセンサ22の出力立ち上がり時間に基づいて特定されている。出力立ち上がり時間は、常に一定の状態から、即ち、センサ素子30にPMが付着していない状態から計測が開始されるため、現実のPM濃度に対して優れた再現性を示す。更に、濃度検出値の特定には、排気ガスとセンサ素子との温度差の影響、並びに排気流量の影響が反映された出力立ち上がり時間が用いられる。このため、本実施形態によれば、排気流速の多少によらず、また、温度差の高低によらず、現実のPM濃度と精度良く一致する濃度検出値を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, the PM concentration detection value is specified based on the output rise time of the PM sensor 22. Since the output rise time is always measured from a constant state, that is, from the state where PM is not attached to the sensor element 30, the output rise time exhibits excellent reproducibility with respect to the actual PM concentration. Furthermore, the output rise time reflecting the influence of the temperature difference between the exhaust gas and the sensor element and the influence of the exhaust flow rate is used for specifying the concentration detection value. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to obtain a concentration detection value that accurately matches the actual PM concentration regardless of the exhaust flow velocity or the temperature difference.

上記ステップ106で取得した濃度検出値は、DPF18下流のPM濃度を表す値である。ここでは、その濃度検出値を、下記(1)式により、DPF18上流のPM濃度検出値とする変換処理が行われる(ステップ108)。
(DPF上流PM濃度検出値)
=(DPF下流PM濃度検出値)/(DPFすり抜け率) ・・・(1)
但し、DPFすり抜け率は、上述した通りECU24にとって既知又は検知可能である。
The concentration detection value acquired in step 106 is a value representing the PM concentration downstream of the DPF 18. Here, a conversion process is performed in which the detected concentration value is converted into a detected PM concentration value upstream of the DPF 18 by the following equation (1) (step 108).
(DPF upstream PM concentration detection value)
= (DPF downstream PM concentration detection value) / (DPF slip-through rate) (1)
However, the DPF slip-through rate is known or can be detected by the ECU 24 as described above.

図12に示すルーチンでは、次に、上述したモデルに基づいて、DPF18上流のPM濃度推定値が取得される(ステップ110)。   In the routine shown in FIG. 12, next, an estimated PM concentration value upstream of the DPF 18 is acquired based on the above-described model (step 110).

次いで、下記(2)式により、PM濃度の推定値と検出値の比が、その推定値に最終補正を施すための補正係数として算出される(ステップ112)。
(補正係数)=(DPF上流PM濃度検出値)/(DPF上流PM濃度推定値)
・・・(2)
Next, the ratio between the estimated value and the detected value of the PM concentration is calculated as a correction coefficient for performing final correction on the estimated value by the following equation (2) (step 112).
(Correction coefficient) = (DPF upstream PM concentration detection value) / (DPF upstream PM concentration estimated value)
... (2)

このようにして算出された補正係数は、上記ステップ110で取得された濃度推定値の補正に用いられると共に(ステップ114)、モデル学習のための学習マップに記録される(ステップ116)。ステップ114の補正、及び学習マップに記録された補正係数は、最終的な濃度推定値がDPF18上流の濃度検出値に近づくように利用される。このため、上記の処理によれば、内燃機関10の経時変化等に影響されることなく、PMの濃度検出値と精度良く一致する濃度推定値を得ることができる。   The correction coefficient calculated in this way is used for correcting the density estimation value acquired in step 110 (step 114) and recorded in a learning map for model learning (step 116). The correction in step 114 and the correction coefficient recorded in the learning map are used so that the final density estimation value approaches the density detection value upstream of the DPF 18. For this reason, according to the above processing, it is possible to obtain a concentration estimated value that accurately matches the PM concentration detection value without being affected by a change with time of the internal combustion engine 10 or the like.

[変形例]
ところで、上述した実施の形態1では、モデルを用いたPM濃度の推定と、PMセンサ22を用いたPM濃度の検出と単一のシステムに共存させることとしているが、本発明の適用は、この種のシステムに限定されるものではない。即ち、DPF18の上流にPMセンサを追加して、その位置でのPM濃度はそのセンサにより実測することとしてもよい。更に、DPF18の上下でPM濃度を知る必要がない場合には、何れか一方だけにPMセンサを配置することとしてもよい。
[Modification]
By the way, in the first embodiment described above, the PM concentration estimation using the model and the PM concentration detection using the PM sensor 22 are made to coexist in a single system. It is not limited to a kind of system. That is, a PM sensor may be added upstream of the DPF 18 and the PM concentration at that position may be actually measured by the sensor. Furthermore, when there is no need to know the PM concentration above and below the DPF 18, the PM sensor may be disposed only on one of them.

また、上述した実施の形態1では、出力立ち上がり時間の終端を、PMセンサ22の出力値が判定閾値ITHに達した時点としているが、その終端はこれに限定されるものではない。すなわち、出力立ち上がり時間の終端は、PMセンサ22の出力値の増加率が予め設定しておいた判定閾値を越えた時点として定めることとしてもよい。 In the first embodiment described above, the end of the output rise time is the time when the output value of the PM sensor 22 reaches the determination threshold ITH , but the end is not limited to this. That is, the end of the output rise time may be determined as a point in time when the increase rate of the output value of the PM sensor 22 exceeds a preset determination threshold.

また、上述した実施の形態1では、PMセンサ22の出力立ち上がり時間を排気流速[m/s]に基づいて補正することとしているが、排気流速は排気流量で置き換えることとしてもよい。この点において、本明細書において、排気流速は排気流量を含む概念であるものとする。   In the first embodiment described above, the output rise time of the PM sensor 22 is corrected based on the exhaust flow velocity [m / s]. However, the exhaust flow velocity may be replaced with the exhaust flow rate. In this regard, in this specification, the exhaust flow rate is a concept including the exhaust flow rate.

また、上述した実施の形態1では、排気流速補正係数を、図6に示すように、低排気流速域では排気流速の変化に対して比例的に変化させ、また、高排気流速域では一定値に維持することとしている。しかしながら、排気流速補正係数の傾向はこれに限定されるものでははい。例えば、排気流速補正係数は、排気流速の変化に対する変化の傾きが、排気流速の増加に伴って徐々に緩やかになるように変化させることとしてもよい。   In the first embodiment described above, the exhaust flow velocity correction coefficient is changed in proportion to the change in the exhaust flow velocity in the low exhaust flow velocity region as shown in FIG. 6, and is constant in the high exhaust flow velocity region. To keep on. However, the tendency of the exhaust flow velocity correction coefficient is not limited to this. For example, the exhaust flow velocity correction coefficient may be changed so that the gradient of the change with respect to the change in the exhaust flow velocity becomes gradually gentler as the exhaust flow velocity increases.

更に、上述した実施の形態1では、ヒータ42により付着PMを焼失させることによりPMセンサ22をリセットすることにしているが、リセットの手法はこれに限定されるものではない。すなわち、電極対34,36間に付着しているPMを消失させることができれば、リセットの手法としては如何なる公知の手法を用いてもよい。   Further, in the first embodiment described above, the PM sensor 22 is reset by burning off the adhered PM by the heater 42, but the resetting method is not limited to this. That is, any known method may be used as the resetting method as long as the PM adhering between the electrode pairs 34 and 36 can be eliminated.

尚、上述した実施の形態1においては、PMセンサ22のヒータ42が前記第1の発明における「微粒子除去機構」に相当している。また、上述した実施の形態1においては、ECU24が上記ステップ110の処理を実行することにより前記第8の発明における「排気微粒子濃度推定手段」が実現されている。また、ECU24が上記ステップ116の処理を実行することにより前記第8の発明における「パラメータ学習手段」が実現されている。更に、上述した実施の形態1においては、排気流速に基づく補正の実行下で得られた濃度検出値と、その補正が行われなかった場合に得られる濃度検出値との比が前記請求項5又は6における「補正率」に相当している。   In the first embodiment described above, the heater 42 of the PM sensor 22 corresponds to the “particulate removal mechanism” in the first invention. In the first embodiment described above, the “exhaust particulate concentration estimating means” according to the eighth aspect of the present invention is realized by the ECU 24 executing the processing of step 110. Further, the “parameter learning means” according to the eighth aspect of the present invention is implemented when the ECU 24 executes the processing of step 116. Furthermore, in the above-described first embodiment, the ratio of the concentration detection value obtained under the execution of the correction based on the exhaust flow velocity and the concentration detection value obtained when the correction is not performed is the above-mentioned claim 5. Or it corresponds to the “correction rate” in 6.

10 内燃機関
18 DPF
20 排気温度センサ
22 PMセンサ
24 ECU
30 センサ素子
32 絶縁体
34,36 電極(電極対)
38 電源機構
42 ヒータ
48 素子温度センサ
10 Internal combustion engine 18 DPF
20 Exhaust temperature sensor 22 PM sensor 24 ECU
30 Sensor element 32 Insulator 34, 36 Electrode (electrode pair)
38 Power supply mechanism 42 Heater 48 Element temperature sensor

Claims (8)

排気微粒子の付着量に応じた出力値を発するセンサ素子と、当該センサ素子に付着した排気微粒子を消失させる微粒子除去機構とを備える排気微粒子センサと、
前記排気微粒子の消失によるリセットの後、前記出力値が立ち上がるまでに要した出力立ち上がり時間に基づいて排気微粒子の濃度を表す濃度検出値を算出する電子機器とを備え、
前記濃度検出値は、前記出力立ち上がり時間が短いほど大きな値に算出されることを特徴とする内燃機関の排気微粒子濃度検出装置。
An exhaust particulate sensor comprising a sensor element that emits an output value according to the amount of exhaust particulate attached, and a particulate removal mechanism that eliminates exhaust particulate attached to the sensor element;
An electronic device that calculates a concentration detection value representing a concentration of exhaust particulates based on an output rise time required until the output value rises after reset due to disappearance of the exhaust particulates;
The concentration detection value is calculated as a larger value as the output rise time is shorter.
前記センサ素子は、内燃機関の排気通路に露出された絶縁体と、当該絶縁体に配置された一対の電極と、当該一対の電極間に電圧を印加する電源機構と、を具備し、
前記微粒子除去機構は、前記絶縁体を加熱して排気微粒子を焼失させるヒータを具備することを特徴とする請求項1に記載の排気微粒子濃度検出装置。
The sensor element includes an insulator exposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, a pair of electrodes disposed in the insulator, and a power supply mechanism that applies a voltage between the pair of electrodes,
The exhaust particulate concentration detection apparatus according to claim 1, wherein the particulate removal mechanism includes a heater that heats the insulator to burn away exhaust particulates.
前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気微粒子濃度検出装置。   3. The exhaust particulate concentration detection apparatus according to claim 1, wherein the output rise time is a time required for the output value to exceed a determination threshold after the reset. 前記出力立ち上がり時間は、前記リセットの後、前記出力値の増加率が判定閾値を越えるまでに要した時間であることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気微粒子濃度検出装置。   3. The exhaust particulate concentration detection apparatus according to claim 1, wherein the output rise time is a time required for the rate of increase of the output value to exceed a determination threshold after the reset. 前記電子機器は、内燃機関の排気流速に基づいて前記濃度検出値を補正し、
当該補正は、少なくとも一部の排気流速域では、排気流速が低いほど、前記濃度検出値が大きな値になるように大きな補正率で行われることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の排気微粒子濃度検出装置。
The electronic device corrects the concentration detection value based on the exhaust flow velocity of the internal combustion engine,
5. The correction according to claim 1, wherein the correction is performed at a large correction rate so that the concentration detection value becomes larger as the exhaust flow rate is lower in at least a part of the exhaust flow rate region. The exhaust particulate concentration detecting device according to the item.
前記排気流速の変化に対する前記補正率の変化の傾きは、排気流速が変局値より低い低排気流速域においてより、排気流速が前記変局値より高い高排気流速域において緩やかであることを特徴とする請求項5に記載の排気微粒子濃度検出装置。   The inclination of the change in the correction factor with respect to the change in the exhaust flow rate is more gradual in the high exhaust flow rate region where the exhaust flow rate is higher than the variable value than in the low exhaust flow rate region where the exhaust flow rate is lower than the variable value. The exhaust particulate concentration detector according to claim 5. 前記電子機器は、排気ガスと前記センサ素子の温度差に基づいて前記濃度検出値を補正し、
当該補正は、排気ガスが前記センサ素子に比して高温であるほど前記濃度検出値が小さな値になるように行われることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の排気微粒子濃度検出装置。
The electronic device corrects the concentration detection value based on a temperature difference between the exhaust gas and the sensor element,
The exhaust gas according to any one of claims 1 to 6, wherein the correction is performed such that the concentration detection value becomes smaller as the exhaust gas temperature is higher than that of the sensor element. Particulate concentration detector.
排気微粒子濃度推定モデルを用いて、内燃機関から排出される排気微粒子の濃度推定値を算出する排気微粒子濃度推定手段と、
前記濃度推定値が前記濃度検出値に近づくように前記排気微粒子濃度推定モデルのパラメータを学習するパラメータ学習手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の排気微粒子濃度検出装置。
Exhaust particulate concentration estimating means for calculating an estimated value of exhaust particulate discharged from the internal combustion engine using an exhaust particulate concentration estimation model;
Parameter learning means for learning parameters of the exhaust particulate concentration estimation model so that the concentration estimation value approaches the concentration detection value;
The exhaust particulate concentration detector according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
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