JP2016109512A - Sensor and control device of internal combustion engine - Google Patents

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正 内山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor having a fuel property discriminating function and capable of accurately discriminating the fuel property and a control device of an internal combustion engine.SOLUTION: A sensor arranged in an exhaust passage 110 of an internal combustion engine 100 and detecting the amount of a particulate substance contained in an exhaust gas provides at least a pair of electrodes 32, 33 sandwiching a cell and facing each other on a filter member 31 arranged in the exhaust passage 110 and collecting the particulate substance in the exhaust gas, and is composed of a capacitance type sensor having estimation means 42 for estimating the amount of the particulate substance in the exhaust gas based on the capacitance between the pair of electrodes 32, 33, and includes a fuel property discrimination part 2 for discriminating a fuel property on the basis of the amount of the particulate substance estimated by the estimation means 42.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、センサ及び内燃機関の制御装置に関するものであり、特に、排気中に含まれる粒子状物質(以下、PMという)を検出するPMセンサ及び内燃機関の制御装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor and a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a PM sensor for detecting particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in exhaust gas and a control device for an internal combustion engine.

従来、内燃機関から排出される排気中のPMを検出するセンサとして、電気抵抗型PMセンサが知られている。電気抵抗型PMセンサは、絶縁性基板の表面に一対の導電性電極を対向配置し、これら電極に付着する導電性のPM(主に、スート成分)によって電気抵抗値が変化することを利用してPM量を推定している(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, an electrical resistance type PM sensor is known as a sensor for detecting PM in exhaust discharged from an internal combustion engine. An electrical resistance type PM sensor uses a pair of conductive electrodes facing each other on the surface of an insulating substrate, and the electrical resistance value changes depending on the conductive PM (mainly soot component) adhering to these electrodes. The PM amount is estimated (see, for example, Patent Document 1).

ところで、内燃機関の制御を行うにあたっては、使用する燃料に応じて適切な制御を行うことが望まれる。具体的には、標準的な燃料以外の燃料、例えば、バイオ燃料や粗悪燃料等を使用した場合にも、使用する燃料性状に応じた適切な制御を行うことが望まれる。   By the way, when controlling an internal combustion engine, it is desired to perform appropriate control according to the fuel to be used. Specifically, even when a fuel other than standard fuel, for example, biofuel or poor fuel, is used, it is desired to perform appropriate control according to the fuel property to be used.

特許文献2では、パティキュレートフィルタの下流側に配置されたPMセンサにおいて、給油後のセンサ再生完了時のPM量を検出し、この値が給油前のセンサ再生完了時のPM量より大きい場合には、燃料の給油によるセタン価の低下が原因と判定する点が開示されている。   In Patent Document 2, in the PM sensor arranged on the downstream side of the particulate filter, when the PM amount at the time of sensor regeneration completion after refueling is detected, and this value is larger than the PM amount at the time of sensor regeneration completion before refueling Discloses that the cause is a decrease in cetane number due to fuel supply.

特開2012−83210号公報JP2012-83210A 特開2011−185095号公報JP 2011-185095 A

しかしながら、特許文献2では、セタン価の低下は判定できるものの、例えばバイオ燃料を用いた場合の判定は困難であり、燃料性状の判別が不十分である。   However, in Patent Document 2, although a decrease in cetane number can be determined, for example, determination using biofuel is difficult, and determination of fuel properties is insufficient.

また、特許文献2では、PMセンサの具体的な構造が開示されておらず、一般的な電気抵抗型PMセンサを用いていると考えられる。電気抵抗型PMセンサは、各電極にPMを付着させる簡素な構造のため、特に排気流量が多くなる運転状態では、電極に付着したPMの一部が離脱する可能性があり、推定精度を担保できない課題がある。また、電極間の電気抵抗値はPMの堆積によって電極が互いに繋がるまで変化を示さないため、電極がPMで繋がるまでの期間はPM量を正確に推定できない課題がある。そのため、電気抵抗型PMセンサでは、燃料性状を精度良く判別することは期待できない。   In Patent Document 2, the specific structure of the PM sensor is not disclosed, and it is considered that a general electric resistance type PM sensor is used. Since the electric resistance type PM sensor has a simple structure that attaches PM to each electrode, there is a possibility that a part of the PM adhering to the electrode may be detached, especially in an operation state where the exhaust flow rate increases, thereby ensuring the estimation accuracy. There is a problem that cannot be done. Further, since the electrical resistance value between the electrodes does not change until the electrodes are connected to each other due to the deposition of PM, there is a problem that the amount of PM cannot be accurately estimated during the period until the electrodes are connected by PM. For this reason, the electric resistance PM sensor cannot be expected to accurately determine the fuel property.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃料性状判別機能を有し、燃料性状を精度良く判別可能なセンサ及び内燃機関の制御装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor and an internal combustion engine control device that solve the above-described problems, have a fuel property discrimination function, and can accurately discriminate the fuel property.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、内燃機関の排気通路に配置されて排気中に含まれる粒子状物質量を検出するセンサであって、前記排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集するセルを含むフィルタ部材に、前記セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極を設け、前記一対の電極間の静電容量に基づいて排気中の粒子状物質量を推定する推定手段を備えた静電容量式のセンサからなり、前記推定手段が推定した粒子状物質量に基づき、燃料性状を判別する燃料性状判別部を備えたセンサである。   The present invention was devised to achieve the above object, and is a sensor that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and detects the amount of particulate matter contained in the exhaust, and is disposed in the exhaust passage. A filter member including a cell that collects particulate matter in the exhaust is provided with at least a pair of electrodes that are arranged opposite to each other with the cell interposed therebetween to form a capacitor, and the exhaust is performed based on the capacitance between the pair of electrodes. A sensor having an electrostatic capacity type sensor having an estimation unit for estimating the amount of particulate matter in the sensor, and having a fuel property determination unit for determining a fuel property based on the amount of particulate matter estimated by the estimation unit. is there.

本発明によれば、燃料性状判別機能を有し、燃料性状を精度良く判別可能なセンサを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a sensor having a fuel property determination function and capable of accurately determining a fuel property.

(A)は、本発明の一実施形態に係るPMセンサが適用されたディーゼルエンジンの排気系の一例を示す概略構成図であり、(B)は電子制御ユニットの機能ブロック図である。(A) is a schematic block diagram which shows an example of the exhaust system of the diesel engine to which PM sensor which concerns on one Embodiment of this invention was applied, (B) is a functional block diagram of an electronic control unit. 本発明の一実施形態に係る診断装置のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing PM sensor of a diagnostic device concerning one embodiment of the present invention. (A)は、本発明の一変形例に係るPMセンサのセンサ部を示す模式的な斜視図、(B)は、そのPMセンサのセンサ部を示す模式的な分解斜視図である。(A) is a typical perspective view which shows the sensor part of PM sensor which concerns on one modification of this invention, (B) is a typical disassembled perspective view which shows the sensor part of the PM sensor. 本発明の一変形例に係るPMセンサを示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing PM sensor concerning one modification of the present invention.

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係るセンサ(以下、PMセンサと呼称する)を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, a sensor according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a PM sensor) will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図1(A)は、本実施形態に係るPMセンサが適用されたディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の排気系の一例を示す概略構成図であり、図1(B)は電子制御ユニットの機能ブロック図である。   FIG. 1A is a schematic configuration diagram illustrating an example of an exhaust system of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) to which a PM sensor according to the present embodiment is applied, and FIG. 1B is a diagram of an electronic control unit. It is a functional block diagram.

図1(A)に示すように、エンジン100の排気通路(排気管)110内には、排気上流側から順に酸化触媒210、パティキュレート・フィルタ(以下、DPFという)220等が設けられている。本実施形態の診断装置は、PMセンサ10をDPF220よりも上流側の排気通路110に配置して構成されている。なお、PMセンサ10の個数は限定されず、二個以上であってもよい。また、PMセンサ10の配置位置は、DPF220よりも下流側の排気通路110であってもよい。   As shown in FIG. 1A, an oxidation catalyst 210, a particulate filter (hereinafter referred to as DPF) 220, and the like are provided in the exhaust passage (exhaust pipe) 110 of the engine 100 in order from the exhaust upstream side. . The diagnostic device of the present embodiment is configured by arranging the PM sensor 10 in the exhaust passage 110 upstream of the DPF 220. The number of PM sensors 10 is not limited and may be two or more. In addition, the arrangement position of the PM sensor 10 may be the exhaust passage 110 on the downstream side of the DPF 220.

次に、PMセンサ10の詳細構成について説明する。   Next, a detailed configuration of the PM sensor 10 will be described.

図2に示すように、PMセンサ10は、排気通路110内に挿入されたケース部材11と、ケース部材11を排気通路110に取り付ける台座部20と、ケース部材11内に収容されたセンサ部30と、を備えている。   As shown in FIG. 2, the PM sensor 10 includes a case member 11 inserted into the exhaust passage 110, a pedestal portion 20 for attaching the case member 11 to the exhaust passage 110, and a sensor portion 30 accommodated in the case member 11. And.

ケース部材11は、底部側(図示例では下端側)を閉塞した有底円筒状に形成されている。ケース部材11の筒軸方向の長さLは、その底部側の筒壁部が排気通路110の軸中心CL近傍まで突出するように、排気通路110の半径Rと略同一の長さで形成されている。なお、以下の説明では、ケース部材11の底部側を先端側、底部側とは反対側をケース部材11の基端側とする。   The case member 11 is formed in a bottomed cylindrical shape with the bottom side (the lower end side in the illustrated example) closed. The length L of the case member 11 in the cylinder axis direction is formed to be substantially the same as the radius R of the exhaust passage 110 so that the bottom cylindrical wall portion protrudes to the vicinity of the axial center CL of the exhaust passage 110. ing. In the following description, the bottom side of the case member 11 is the front end side, and the side opposite to the bottom side is the base end side of the case member 11.

ケース部材11の先端側筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の導入口12が設けられている。また、ケース部材11の基端側筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の導出口13が設けられている。導入口12の総開口面積S12は、導出口13の総開口面積S13よりも小さく形成されている(S12<S13)。すなわち、導入口12付近の排気流速V12が導出口13付近の排気流速V13よりも遅くなることで(V12<V13)、導入口12側の圧力P12は導出口13側の圧力P13よりも高くなる(P12>P13)。これにより、導入口12からはケース部材11内に排気ガスが円滑に取り込まれると同時に、導出口13からはケース部材11内の排気ガスが排気通路110内に円滑に導出される。 A plurality of inlets 12 arranged at intervals in the circumferential direction are provided in the cylindrical wall portion on the distal end side of the case member 11. In addition, a plurality of outlets 13 arranged at intervals in the circumferential direction are provided in the base end side cylindrical wall portion of the case member 11. The total opening area S 12 of the inlet 12 is smaller than the total opening area S 13 of the outlet 13 (S 12 <S 13) . That is, in the exhaust flow velocity V 12 of the inlet 12 near slower than the exhaust flow velocity V 13 near guide outlet 13 (V 12 <V 13), the pressure P 12 in the inlet 12 side pressure outlet 13 side It is higher than the P 13 (P 12> P 13 ). Thereby, exhaust gas is smoothly taken into the case member 11 from the inlet 12, and at the same time, the exhaust gas in the case member 11 is smoothly led out into the exhaust passage 110 from the outlet 13.

台座部20は、雄ネジ部21と、ナット部22とを備えている。雄ネジ部21はケース部材11の基端部に設けられており、ケース部材11の基端側開口部を閉塞する。この雄ネジ部21は、排気通路110に形成されたボス部110Aの雌ネジ部と螺合される。ナット部22は、例えば六角ナットであって、雄ネジ部21の上端部に固定されている。これら雄ネジ部21及びナット部22には、後述する導電線32A,33A等を挿通させる貫通孔(不図示)が形成されている。   The pedestal portion 20 includes a male screw portion 21 and a nut portion 22. The male screw portion 21 is provided at the base end portion of the case member 11 and closes the base end side opening of the case member 11. The male screw portion 21 is screwed with a female screw portion of a boss portion 110 </ b> A formed in the exhaust passage 110. The nut portion 22 is, for example, a hexagonal nut, and is fixed to the upper end portion of the male screw portion 21. The male screw portion 21 and the nut portion 22 are formed with through holes (not shown) through which conductive wires 32A, 33A described later are inserted.

センサ部30は、フィルタ部材31と、複数対の電極32,33と、電気ヒータ34とを備えている。   The sensor unit 30 includes a filter member 31, a plurality of pairs of electrodes 32 and 33, and an electric heater 34.

フィルタ部材31は、例えば、多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。このフィルタ部材31は、セルの流路方向をケース部材11の軸方向(図中上下方向)と略平行にした状態で、ケース部材11の内周面にクッション部材31Aを介して保持されている。導入口12からケース部材11内に取り込まれた排気ガス中のPMは、排気ガスが下流側を目封止されたセルから上流側を目封止されたセルに流れ込むことで、隔壁表面や細孔に捕集される。なお、以下の説明では、下流側が目封止されたセルを測定用セルといい、上流側が目封止されたセルを電極用セルという。   The filter member 31 is formed, for example, by alternately plugging the upstream side and the downstream side of a plurality of cells forming a lattice-like exhaust flow path partitioned by porous ceramic partition walls. The filter member 31 is held on the inner peripheral surface of the case member 11 via a cushion member 31A in a state in which the flow path direction of the cell is substantially parallel to the axial direction of the case member 11 (vertical direction in the drawing). . The PM in the exhaust gas taken into the case member 11 from the introduction port 12 flows from the cell plugged downstream to the cell plugged upstream, so that the surface of the partition wall It is collected in the hole. In the following description, a cell whose downstream side is plugged is referred to as a measurement cell, and a cell whose upstream side is plugged is referred to as an electrode cell.

電極32,33は、例えば導電性の金属線であって、測定用セルを挟んで対向する電極用セルに下流側(非目封止側)から交互に挿入されてコンデンサを形成する。これら電極32,33は、車両の電子制御ユニット(ECUという)40に内蔵された図示しない静電容量検出回路に導電線32A,33Aを介してそれぞれ接続されている。   The electrodes 32 and 33 are, for example, conductive metal wires, and are alternately inserted from the downstream side (non-plugged side) into the electrode cells facing each other across the measurement cell to form a capacitor. These electrodes 32 and 33 are connected to a capacitance detection circuit (not shown) built in an electronic control unit (ECU) 40 of the vehicle via conductive wires 32A and 33A, respectively.

電気ヒータ34は、例えば電熱線であって、本発明の再生手段を構成する。電気ヒータ34は、通電により発熱して測定用セルを加熱することで、測定用セル内に堆積したPMを燃焼除去するいわゆるセンサ再生(フィルタ再生)を実行する。このため、電気ヒータ34は、連続S字形に屈曲して形成されており、互いに平行な直線部分を各測定用セル内に流路に沿って挿入されている。   The electric heater 34 is, for example, a heating wire and constitutes the regenerating means of the present invention. The electric heater 34 generates heat by energization and heats the measurement cell, thereby performing so-called sensor regeneration (filter regeneration) for burning and removing PM accumulated in the measurement cell. For this reason, the electric heater 34 is formed by being bent into a continuous S-shape, and straight portions parallel to each other are inserted into each measurement cell along the flow path.

また、図1(B)に示すように、PMセンサ10は、センサ再生制御部41と、PM量推定演算部42と、を備えている。センサ再生制御部41とPM量推定演算部42は、ECU40に搭載されている。なお、センサ再生制御部41とPM量推定演算部42は、ECU40と別体に構成されたハードウェアユニットに搭載されていてもよい。ECU40は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置を構成するものであり、燃料噴射タイミングを含むエンジン100の制御を行うように構成されている。   As shown in FIG. 1B, the PM sensor 10 includes a sensor regeneration control unit 41 and a PM amount estimation calculation unit 42. The sensor regeneration control unit 41 and the PM amount estimation calculation unit 42 are mounted on the ECU 40. Note that the sensor regeneration control unit 41 and the PM amount estimation calculation unit 42 may be mounted on a hardware unit configured separately from the ECU 40. The ECU 40 constitutes a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment, and is configured to control the engine 100 including fuel injection timing.

センサ再生制御部41は、図示しない静電容量検出回路によって検出される電極32,33間の静電容量Cpに応じて電気ヒータ34をON(通電)にするセンサ再生を実行する。電極32,33間の静電容量Cpは、電極32,33間の媒体の誘電率ε、電極32,33の表面積S、電極32,33間の距離dとする以下の数式1で表される。   The sensor regeneration control unit 41 performs sensor regeneration that turns on (energizes) the electric heater 34 in accordance with the capacitance Cp between the electrodes 32 and 33 detected by a capacitance detection circuit (not shown). The electrostatic capacitance Cp between the electrodes 32 and 33 is expressed by the following formula 1 where the dielectric constant ε of the medium between the electrodes 32 and 33, the surface area S of the electrodes 32 and 33, and the distance d between the electrodes 32 and 33 are expressed. .

Figure 2016109512
Figure 2016109512

数式1において、電極32,33の表面積Sは一定であり、フィルタ部材31にPMが捕集されると、誘電率ε及び距離dが変化して、これに伴い静電容量Cpも変化する。すなわち、電極32,33間の静電容量Cpとフィルタ部材31のPM堆積量との間には比例関係が成立する。   In Formula 1, the surface areas S of the electrodes 32 and 33 are constant, and when PM is collected by the filter member 31, the dielectric constant ε and the distance d change, and the capacitance Cp also changes accordingly. That is, a proportional relationship is established between the capacitance Cp between the electrodes 32 and 33 and the amount of PM deposited on the filter member 31.

センサ再生制御部41は、電極32,33間の静電容量Cpがフィルタ部材31のPM上限堆積量を示す所定の静電容量上限閾値CP_maxに達すると、電気ヒータ34をONにするセンサ再生を開始する(図3参照)。このセンサ再生は、静電容量CpがPMの完全除去を示す所定の静電容量下限閾値CP_minに低下するまで継続される。 When the electrostatic capacity Cp between the electrodes 32 and 33 reaches a predetermined electrostatic capacity upper limit threshold CP_max indicating the PM upper limit deposition amount of the filter member 31, the sensor regeneration control unit 41 turns on the electric heater 34 to perform sensor regeneration. (See FIG. 3). This sensor regeneration is continued until the capacitance Cp falls to a predetermined capacitance lower limit threshold CP_min indicating complete removal of PM.

PM量推定演算部42は、本発明の推定手段の一例であって、電極32,33間の静電容量Cpを求めると共に、測定対象となる期間における静電容量変化量ΔCpnに基づいて、排気中の総PM量mPM_sumを推定する。 Estimating the PM amount calculation unit 42 is an example of a means for estimating the present invention, together with obtaining the capacitance Cp between the electrodes 32 and 33, on the basis of the variation amount of capacitance [Delta] Cp n in the period to be measured, The total PM amount m PM_sum in the exhaust is estimated.

任意の期間Tn間にフィルタ部材31で捕集されるPM量mPM_nは、静電容量変化量ΔCpnに一次の係数βを乗算した以下の数式2で得られる。 PM quantity m PM_n to be trapped by the filter member 31 between any period T n is obtained by Equation 2 below obtained by multiplying the first coefficient β to the variation amount of capacitance [Delta] Cp n.

Figure 2016109512
Figure 2016109512

PM量推定演算部42は、数式2から算出される期間TnのPM量mPM_nを順次積算する以下の数式3に基づいて、PMセンサ10のフィルタ部材31に流れ込む排気中の総PM量mPM_sumをリアルタイムに演算する。 The PM amount estimation calculation unit 42 sequentially accumulates the PM amount m PM_n of the period T n calculated from Equation 2, based on the following Equation 3, the total PM amount m in the exhaust gas flowing into the filter member 31 of the PM sensor 10. Calculate PM_sum in real time.

Figure 2016109512
Figure 2016109512

さて、PMセンサ10は、燃料性状判別部2をさらに備えている。   The PM sensor 10 further includes a fuel property determination unit 2.

燃料性状判別部2は、推定手段であるPM量推定演算部42が推定したPM量に基づき、燃料性状を判別するように構成されている。   The fuel property determination unit 2 is configured to determine the fuel property based on the PM amount estimated by the PM amount estimation calculation unit 42 serving as an estimation unit.

燃料性状判別部2は、燃料性状の判別基準となる標準燃料を使用した場合にエンジン100から排出されるPM量である基準粒子状物質量(基準PM量という)を運転状況毎にマップ化した燃料性状マップ3を有しており、燃料性状マップ3を参照して現在の運転状況に対応する基準PM量を求め、求めた基準PM量とPM量推定演算部42が推定したPM量(推定PM量という)とを比較することにより、燃料性状を判別するように構成される。   The fuel property determination unit 2 maps a reference particulate matter amount (referred to as a reference PM amount) that is a PM amount discharged from the engine 100 when a standard fuel that is a reference for determining a fuel property is used for each driving situation. A fuel property map 3 is provided, a reference PM amount corresponding to the current driving situation is obtained with reference to the fuel property map 3, and the obtained reference PM amount and the PM amount estimated by the PM amount estimation calculation unit 42 (estimated) (Referred to as “PM amount”).

例えば、炭化水素の量が多い燃料では、エンジン100から排出されるPM量が多くなるので、推定PM量が基準PM量より多くなる。また、バイオ燃料は含酸素量が多いので、バイオ燃料を用いた場合は、エンジン100から排出されるPM量が少なくなり、推定PM量が基準PM量より少なくなる。よって、本実施形態では、燃料性状判別部2は、推定PM量が基準PM量より多いか少ないかによって、現在使われている燃料の燃料性状を判別している。   For example, in a fuel with a large amount of hydrocarbons, the amount of PM discharged from the engine 100 increases, so the estimated PM amount becomes larger than the reference PM amount. Moreover, since biofuel has a large oxygen content, when biofuel is used, the amount of PM discharged from the engine 100 decreases, and the estimated PM amount becomes smaller than the reference PM amount. Therefore, in the present embodiment, the fuel property determination unit 2 determines the fuel property of the currently used fuel depending on whether the estimated PM amount is larger or smaller than the reference PM amount.

燃料性状マップ3は、予め実験またはPM堆積モデルを用いた演算により、考えられる運転状況毎に基準PM量を求めて作成される。ここでは、エンジン回転数とエンジン負荷とを運転状況を表すパラメータとして用い、エンジン回転数とエンジン負荷毎に所定時間にエンジン100より排出されるPM量を演算して基準PM量を求め、燃料性状マップ3を作成した。ただし、運転状況を表すパラメータはこれに限定されるものではなく、例えば3つ以上のパラメータを用いるようにしても構わない。   The fuel property map 3 is created by obtaining a reference PM amount for each possible operating situation by an experiment or a calculation using a PM deposition model in advance. Here, the engine speed and the engine load are used as parameters representing the driving situation, the PM amount discharged from the engine 100 at a predetermined time is calculated for each engine speed and the engine load, and the reference PM amount is obtained. Map 3 was created. However, the parameter indicating the driving situation is not limited to this, and for example, three or more parameters may be used.

燃料性状判別部2は、燃料性状マップ3を参照して現在の運転状況に対応する基準PM量を求めると共に、PM量推定演算部42により所定時間(基準PM量を演算する際に用いた所定時間と等しい時間)にフィルタ部材31に堆積したPM量である推定PM量を求め、基準PM量と推定PM量の大小関係と両者の差異(乖離)を、燃料性状データとして出力する。   The fuel property determining unit 2 refers to the fuel property map 3 to obtain a reference PM amount corresponding to the current driving situation, and at the same time, a predetermined amount (a predetermined amount used when calculating the reference PM amount by the PM amount estimation calculating unit 42). The estimated PM amount that is the amount of PM deposited on the filter member 31 at a time equal to the time) is obtained, and the magnitude relationship between the reference PM amount and the estimated PM amount and the difference (deviation) between the two are output as fuel property data.

燃料性状判別部2は、例えば車両の始動時など、エンジン100から排出されるPM量が安定しない場合には、燃料性状を判別しないように構成されてもよい。   The fuel property determination unit 2 may be configured not to determine the fuel property when the amount of PM discharged from the engine 100 is not stable, for example, when the vehicle is started.

燃料性状判別部2より出力された燃料性状データは、ECU40に搭載された燃料性状対応制御部4に入力される。燃料性状対応制御部4は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置を構成するものである。   The fuel property data output from the fuel property determination unit 2 is input to the fuel property correspondence control unit 4 mounted on the ECU 40. The fuel property response control unit 4 constitutes a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment.

燃料性状対応制御部4は、燃料性状判別部2が判別した燃料性状、すなわち、燃料性状判別部2から入力された燃料性状データに応じて、燃料噴射タイミングを含むエンジン100の制御を行うものである。   The fuel property correspondence control unit 4 controls the engine 100 including the fuel injection timing according to the fuel property determined by the fuel property determination unit 2, that is, the fuel property data input from the fuel property determination unit 2. is there.

燃料性状対応制御部4は、例えば、炭化水素が多く基準PM量よりも推定PM量が大きくなっており、かつ、基準PM量と推定PM量の乖離が所定の閾値よりも大きい場合には、当該乖離の程度に応じて、標準燃料使用時の燃料噴射タイミングよりも早いタイミングで燃料噴射を行うように燃料噴射タイミングの補正制御を行う。   For example, when the fuel property control unit 4 has a large amount of hydrocarbons and the estimated PM amount is larger than the reference PM amount, and the difference between the reference PM amount and the estimated PM amount is larger than a predetermined threshold, According to the degree of the deviation, the fuel injection timing correction control is performed so that the fuel injection is performed at a timing earlier than the fuel injection timing when the standard fuel is used.

なお、燃料性状対応制御部4は、燃料噴射タイミングの補正制御以外にも、例えば、燃料性状に応じて燃料噴射量の補正制御を行うように構成されてもよく、燃料性状に応じて燃費や排気ガス中のNOx量が最適となるようにエンジン100の制御を行うように構成される。   In addition to the fuel injection timing correction control, the fuel property response control unit 4 may be configured to perform, for example, fuel injection amount correction control according to the fuel property. The engine 100 is configured to be controlled so that the amount of NOx in the exhaust gas is optimized.

本実施形態の作用効果を説明する。   The effect of this embodiment is demonstrated.

本実施形態に係るPMセンサ10では、排気通路110に配置されて排気中のPMを捕集するセルを含むフィルタ部材31に、セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極32,33を設け、一対の電極32,33間の静電容量に基づいて排気中のPM量を推定するPM量推定演算部42を備えた静電容量式のセンサからなり、PM量推定演算部42が推定したPM量に基づき、燃料性状を判別する燃料性状判別部2を備えている。   In the PM sensor 10 according to the present embodiment, at least a pair of electrodes 32 that are disposed opposite to each other with a cell interposed between a filter member 31 that includes a cell that is disposed in the exhaust passage 110 and collects PM in the exhaust, and forms a capacitor. , 33, and a capacitance type sensor having a PM amount estimation calculation unit 42 for estimating the PM amount in the exhaust gas based on the capacitance between the pair of electrodes 32, 33, and a PM amount estimation calculation unit A fuel property determination unit 2 for determining the fuel property based on the PM amount estimated by 42 is provided.

従来の電気抵抗型PMセンサは、排気流量が多くなる運転状態でPMの一部が離脱する可能性があり、また、電極間の電気抵抗値はPMの堆積によって電極が互いに繋がるまで変化を示さないため、PM量を正確に推定できない課題がある。   In the conventional electric resistance type PM sensor, there is a possibility that a part of the PM is detached in an operation state in which the exhaust gas flow rate increases, and the electric resistance value between the electrodes changes until the electrodes are connected to each other by the deposition of PM. Therefore, there is a problem that the amount of PM cannot be accurately estimated.

これに対して、本実施形態に係るPMセンサ10では、感度の良好な電極32,33間の静電容量変化量に基づいてPM量を推定しており、かつ、排気ガス中のPMをフィルタ部材31で確実に捕集するように構成されているため、エンジン100から排出される排気ガス中のPM量を高精度に推定することができる。よって、推定したPM量を基に燃料性状を判別する燃料性状判別部2をさらに備えることにより、燃料性状判別機能を有し、燃料性状を精度良く判別可能なPMセンサ10を実現できる。   On the other hand, in the PM sensor 10 according to the present embodiment, the PM amount is estimated based on the capacitance change amount between the electrodes 32 and 33 having good sensitivity, and the PM in the exhaust gas is filtered. Since it is configured to be surely collected by the member 31, the amount of PM in the exhaust gas discharged from the engine 100 can be estimated with high accuracy. Therefore, by further including the fuel property determination unit 2 that determines the fuel property based on the estimated amount of PM, the PM sensor 10 having a fuel property determination function and capable of accurately determining the fuel property can be realized.

燃料性状を精度良く判別することにより、燃料性状に応じたエンジン100の制御が可能となり、標準燃料だけでなく、バイオ燃料、粗悪燃料等にも対応した最適なエンジン制御が可能となる。   By accurately discriminating the fuel properties, the engine 100 can be controlled in accordance with the fuel properties, and optimal engine control corresponding to not only the standard fuel but also biofuel, poor fuel, and the like is possible.

特に、燃料としてバイオ燃料を用いた場合には、排気ガス中のNOx量が増加して規制値を超えてしまう可能性が生じるが、本実施形態によればバイオ燃料の使用を早期に判別し、燃料性状に応じた最適なエンジン制御を行うことが可能であり、排気ガス中のNOx量を適切にコントロールすることが可能である。   In particular, when biofuel is used as the fuel, there is a possibility that the amount of NOx in the exhaust gas increases and exceeds the regulation value. However, according to this embodiment, the use of biofuel is discriminated early. It is possible to perform optimal engine control according to the fuel properties, and to appropriately control the NOx amount in the exhaust gas.

なお、排気ガス中のPM量が多い場合には燃費の悪化が考えられるが、燃料性状に応じた最適なエンジン制御を行うことで、燃費を向上させることも可能になる。   Note that when the amount of PM in the exhaust gas is large, fuel consumption may be deteriorated, but it is also possible to improve fuel consumption by performing optimal engine control in accordance with fuel properties.

また、本実施形態に係るPMセンサ10によれば、PM量と燃料性状の推定が同時に可能であり、個々の機能を別の装置で実現した場合と比較して低コストである。   Further, according to the PM sensor 10 according to the present embodiment, the PM amount and the fuel property can be estimated at the same time, and the cost is low as compared with the case where each function is realized by another device.

さらに、本実施形態のPMセンサ10では、センサ部30を収容したケース部材11を、その先端部を排気通路110内で排気流速が最も速い軸中心CL近傍まで突出させている。このケース部材11の先端側筒壁部には、ケース部材11内に排気ガスを取り込む導入口12が設けられている。また、ケース部材11の基端側筒壁部には、導入口12よりも開口面積を大きく形成した導出口13が設けられている。すなわち、本実施形態のPMセンサ10によれば、導入口12を排気流速が速い排気通路110の軸中心CL近傍に配置し、導出口13の開口面積を大きくしたことで、導入口12と導出口13との静圧差を大きく確保することが可能となり、センサ部30を通過する排気ガスの流れを効果的に促進させることができる。   Further, in the PM sensor 10 of the present embodiment, the case member 11 that houses the sensor unit 30 has its tip projecting to the vicinity of the axial center CL where the exhaust flow velocity is the fastest in the exhaust passage 110. An inlet 12 that takes in exhaust gas into the case member 11 is provided in the cylindrical wall portion on the distal end side of the case member 11. In addition, a outlet port 13 having an opening area larger than that of the inlet 12 is provided in the base end side cylindrical wall portion of the case member 11. That is, according to the PM sensor 10 of the present embodiment, the introduction port 12 is disposed in the vicinity of the axial center CL of the exhaust passage 110 where the exhaust flow rate is fast, and the opening area of the outlet port 13 is increased, so that the introduction port 12 and the introduction port 12 are guided. A large static pressure difference from the outlet 13 can be secured, and the flow of exhaust gas passing through the sensor unit 30 can be effectively promoted.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、PMセンサ10の具体的な構成は上記実施形態に限定されるものではなく、図3(A),(B)に示すように、積層タイプのセンサ部60を用いるようにしてもよい。   For example, the specific configuration of the PM sensor 10 is not limited to the above embodiment, and a stacked type sensor unit 60 may be used as shown in FIGS.

センサ部60は、上流側と下流側とを交互に目封止したセルを一方向に並列に配置した直方体状の複数のフィルタ層61と、平板状の導電性部材からなる複数枚の第1及び第2電極板62,63とを備え、第1及び第2電極板62,63をフィルタ層61を挟んで交互に積層して構成される。第1及び第2電極板62,63は、その長さ方向L及び幅方向Wの外形寸法がフィルタ層61と略同一に形成されている。   The sensor unit 60 includes a plurality of rectangular parallelepiped filter layers 61 in which cells that are alternately plugged on the upstream side and the downstream side are arranged in parallel in one direction, and a plurality of first plates made of a plate-like conductive member. And the second electrode plates 62 and 63, and the first and second electrode plates 62 and 63 are alternately stacked with the filter layer 61 interposed therebetween. The first and second electrode plates 62 and 63 are formed so that the outer dimensions in the length direction L and the width direction W are substantially the same as those of the filter layer 61.

第1電極板62と第2電極板63とを対向配置し、これら電極板62,63間にフィルタ層61を挟持させることで、電極表面積Sを効果的に確保することが可能となり、検出可能な静電容量絶対値を高めることが可能になる。また、電極間距離dがセルピッチとなり均一化されることで、初期静電容量のバラツキを効果的に抑制することができる。   By arranging the first electrode plate 62 and the second electrode plate 63 to face each other and sandwiching the filter layer 61 between the electrode plates 62 and 63, the electrode surface area S can be effectively secured and detected. It is possible to increase the absolute capacitance value. Further, since the inter-electrode distance d becomes the cell pitch and is made uniform, variations in the initial capacitance can be effectively suppressed.

なお、セルに堆積したPMを燃焼除去する場合は、電極板62,63に電圧を直接印加するか、あるいは、フィルタ層61と電極板62,63との間に図示しないヒータ基板等を介設すればよい。   When the PM accumulated in the cell is burned and removed, a voltage is directly applied to the electrode plates 62, 63, or a heater substrate (not shown) is interposed between the filter layer 61 and the electrode plates 62, 63. do it.

また、図4に示すように、導入口12と導出口13との位置を入れ替えて、ケース部材11内に導入される排気ガスの流れを逆向きにしてもよい。この場合は、フィルタ部材31をケース部材11内に反転させて収容すればよい。   In addition, as shown in FIG. 4, the positions of the inlet 12 and the outlet 13 may be interchanged so that the flow of exhaust gas introduced into the case member 11 is reversed. In this case, the filter member 31 may be stored in the case member 11 by being inverted.

2 燃料性状判別部
3 燃料性状マップ
4 燃料性状対応制御部
10 PMセンサ(センサ)
40 ECU
42 PM量推定演算部(推定手段)
100 エンジン(内燃機関)
110 排気通路
2 Fuel property determination unit 3 Fuel property map 4 Fuel property response control unit 10 PM sensor (sensor)
40 ECU
42 PM amount estimation calculation unit (estimating means)
100 engine (internal combustion engine)
110 Exhaust passage

Claims (3)

内燃機関の排気通路に配置されて排気中に含まれる粒子状物質量を検出するセンサであって、
前記排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集するセルを含むフィルタ部材に、前記セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極を設け、前記一対の電極間の静電容量に基づいて排気中の粒子状物質量を推定する推定手段を備えた静電容量式のセンサからなり、
前記推定手段が推定した粒子状物質量に基づき、燃料性状を判別する燃料性状判別部を備えた
ことを特徴とするセンサ。
A sensor that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and detects the amount of particulate matter contained in the exhaust,
A filter member including a cell that is disposed in the exhaust passage and collects particulate matter in the exhaust is provided with at least a pair of electrodes that are opposed to each other with the cell interposed therebetween to form a capacitor, and between the pair of electrodes. It consists of a capacitance type sensor equipped with an estimation means for estimating the amount of particulate matter in the exhaust based on the capacitance,
A sensor comprising a fuel property determining unit for determining a fuel property based on the amount of particulate matter estimated by the estimating means.
前記燃料性状判別部は、燃料性状の判別基準となる標準燃料を使用した場合に前記内燃機関から排出される粒子状物質量である基準粒子状物質量を運転状況毎にマップ化した燃料性状マップを有し、該燃料性状マップを参照して現在の運転状況に対応する前記基準粒子状物質量と、前記推定手段が推定した粒子状物質量とを比較することにより、燃料性状を判別するように構成される
請求項1記載のセンサ。
The fuel property determination unit is a fuel property map in which a reference particulate matter amount, which is the amount of particulate matter discharged from the internal combustion engine when a standard fuel serving as a reference for determining fuel properties is used, is mapped for each operating situation. The fuel property map is determined by comparing the reference particulate matter amount corresponding to the current operating state with reference to the fuel property map and the particulate matter amount estimated by the estimation means. The sensor according to claim 1.
請求項1または2記載のセンサと、
前記燃料性状判別部が判別した燃料性状に応じて、燃料噴射タイミングを含む前記内燃機関の制御を行う燃料性状対応制御部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
A sensor according to claim 1 or 2,
A fuel property response control unit that controls the internal combustion engine including fuel injection timing according to the fuel property determined by the fuel property determination unit;
A control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
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