JP2017218993A - フィルタ再生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】捕集した粒子状物質（ＰＭ）の特性を検出してフィルタの再生温度を決定することにより、エネルギ浪費を回避して、フィルタを効率よく再生することのできるフィルタ再生制御装置を提供すること。【解決手段】内燃機関と、この内燃機関に取り付けられる排気管と、この排気管内を流れる排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦとを備える車両に搭載されて、ＤＰＦの捕集したＰＭを燃焼させて当該ＤＰＦを再生するフィルタ再生制御装置であって、排気管のＤＰＦの上流側に設置されてＰＭの電気特性を検出する検出回路５０と、ＰＭの燃焼温度を調整して該ＰＭを除去するＤＰＦの再生処理を実行するＥＣＵ２１とを備えており、ＥＣＵは、検出回路の検出用電圧計５５の出力する検出電圧値Ｖｐｍから算出したＰＭの抵抗率に基づいて当該ＰＭの燃焼温度を更新してＤＰＦの再生処理を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化するフィルタの再生処理を実行するフィルタ再生制御装置に関する。

燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関は、燃焼後の排気に含まれる物質を除去して浄化させる装置が設けられる。このような内燃機関では、排気中に含まれる未燃焼燃料やＮＯｘやＳＯｘや粒子状物質（以下、ＰＭ：Particulate Matter）を浄化するために触媒やフィルタ（例えば、ＤＰＦ：diesel particulate filter）などの排気浄化装置を設置することが広く利用されている。

この排気浄化装置は、排気の処理量に伴って性能が低下することから、適宜、再生処理をする必要がある。特に、粒子状物質を除去するフィルタは、捕集したＰＭが一定量以上になると、圧損の要因となって、動力性能を低下させるとともに、燃焼を妨げてしまう。

このことから、特許文献１には、そのフィルタが捕集したＰＭの結晶性を内燃機関の運転履歴から特定して、その捕集ＰＭを燃焼除去してフィルタの再生処理を行う温度を決定するフィルタ再生制御装置が開示されている。このフィルタ再生制御装置では、捕集したＰＭの不完全燃焼や、再生処理に使用する燃料などの浪費がないように、捕集したＰＭを適切な温度で燃焼させるようになっている。

特開２００９−３０５３８号公報

ここで、内燃機関により生成されてフィルタにより捕集されるＰＭは、構成成分に炭素成分を含む微粒子状物質である。このＰＭに含まれる炭素成分は、その生成条件に応じた異なる結晶構造で結晶化あるいは非晶質化される。このことから、ＰＭは、例えば、グラファイトカーボンやアモルファスカーボンなどのように結晶構造の異なる炭素成分が混在している。このグラファイトカーボンやアモルファスカーボンは、その結晶構造により燃焼温度が異なる。

このため、ＰＭは、含まれる炭素成分の結晶構造やその結晶構造毎の含有率に応じて燃焼温度に違いが生じることになる。このことから、フィルタの再生温度を決定する際には、ＰＭに含まれる炭素成分の結晶構造やその含有率が問題になる。このため、フィルタの再生温度は、ＰＭに含まれる炭素成分の結晶構造やその含有率の差異をＰＭの結晶性というパラメータとして決定する必要がある。すなわち、本明細書においては、ＰＭに含まれる炭素成分の結晶構造やその含有率をＰＭの結晶性と称して以下を説明する。

ところで、この特許文献１に記載のフィルタ再生制御装置にあっては、フィルタが捕集したＰＭの結晶性を内燃機関の運転履歴から判断していることから、ＰＭの結晶性を間接的に推定しているだけであり、正確性に欠ける。

このため、内燃機関の駆動時に、推定したＰＭの結晶性に応じた燃焼温度でフィルタの再生処理を行ったとしても、フィルタ内に未処理のＰＭが残ったり、その再生処理時に必要以上の燃料を浪費するなどしてしまうことを回避できない場合があった。

そこで、本発明は、捕集した粒子状物質の電気特性を検出してフィルタの再生温度を決定することにより、フィルタを効率よく再生することのできるフィルタ再生制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するフィルタ再生制御装置の発明の一態様は、内燃機関と、前記内燃機関に取り付けられる排気管と、前記排気管内を流れる排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタとを備える車両に搭載されて、前記フィルタの捕集した前記粒子状物質を燃焼させて当該フィルタを再生するフィルタ再生制御装置であって、前記排気管の前記フィルタの上流側に設置されて前記粒子状物質の電気特性を検出する検出装置と、前記粒子状物質の燃焼温度を調整して該粒子状物質を除去する前記フィルタの再生処理を実行する再生制御部と、を備えており、前記再生制御部は、前記検出装置の検出する前記粒子状物質の電気特性に基づいて前記粒子状物質の燃焼温度を決定して調整するように構成されている。

このように本発明の一態様によれば、フィルタに流入する排気に含まれる粒子状物質の電気特性が検出されて、その電気特性に基づいて粒子状物質の燃焼温度、すなわち、フィルタの再生温度を決定することができる。このため、粒子状物質を適正な温度で燃焼させることができ、フィルタ内に未処理の粒子状物質を残すことなく、また、無駄に燃料などを浪費することなく、フィルタの再生処理を行うことができる。

したがって、過不足のない適切な燃料消費で、フィルタの再生処理を実行することができるフィルタ再生制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るフィルタ再生制御装置を搭載する車両の一例を示す図であり、その車両の要部構成を示す概念図である。 図２は、粒子状物質の電気特性を検出するＰＭセンサにおけるセンサ部と加熱部の構成を示す分解斜視図である。 図３は、粒子状物質の電気特性を検出するＰＭセンサのセンサ部を組み込んだ検出回路を示す回路図である。 図４は、粒子状物質の電気特性を検出するＰＭセンサのセンサ部を再生する加熱部を組み込んだ加熱回路を示す回路図である。 図５は、ＰＭセンサのセンサ部における櫛歯電極への粒子状物質の堆積を説明する一部拡大平面構成図である。 図６は、ＰＭセンサのセンサ部の櫛歯電極への粒子状物質の堆積量に応じた粒子状物質の結晶性毎の電気特性の変化を説明するグラフである。 図７は、ＰＭセンサのセンサ部の櫛歯電極に堆積する粒子状物質の結晶性毎の電気特性としての抵抗率を説明するグラフである。 図８は、ＰＭセンサのセンサ部の櫛歯電極に堆積する粒子状物質の結晶性毎の燃焼特性を説明するグラフである。 図９は、２セットのＰＭセンサを利用してセンサ部の櫛歯電極に堆積する粒子状物質の電気特性を検出する際の処理を説明するグラフである。 図１０は、２セットのＰＭセンサを利用してセンサ部の櫛歯電極に堆積する粒子状物質の電気特性を検出する際の処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１０は本発明の一実施形態に係るフィルタ再生制御装置を説明する図であり、図１はそのフィルタ再生制御装置を搭載する車両の一例を示す図である。

図１において、車両１００は、動力源として搭載する内燃機関型のエンジン１１から変速機１９を介して出力される回転動力により不図示の駆動輪が転動されて走行するようになっている。本実施形態のエンジン１１は、圧縮点火式のディーゼルエンジンである。このエンジン１１は、燃料噴射弁１２が不図示の燃焼室（筒内）内に噴射する燃料を不図示の吸気管から引き込む吸気（新気）と混合させて、その混合気を自己着火させることにより燃焼させる。また、このエンジン１１は、その燃焼室から掃気される燃焼後の排気を排気マニホールド１４を介して排気管１５から外気中に排出する。

エンジン１１の排気管１５には、排気中に含まれる炭化水素や一酸化炭素を浄化する酸化触媒１６と、ディーゼルエンジンで発生するＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）１７とが排気浄化装置として配置されている。

酸化触媒１６は、排気管１５における排気マニホールド１４の下流側に設置されている。この酸化触媒１６は、流入する排気中の炭化水素などの浄化処理を行う。また、酸化触媒１６は、未燃焼燃料を流入させて排気中の酸素により貯めた炭化水素などを燃焼させて除去する再生処理が適宜行われるようになっている。

ＤＰＦ１７は、排気管１５における酸化触媒１６の下流側に設置されている。このＤＰＦ１７は、酸化触媒１６を通過して流入する排気中に含まれるＰＭを捕集する浄化処理を行う。また、ＤＰＦ１７は、酸化触媒１６での燃焼により昇温された高温の排気が導入されることにより、ＰＭを燃焼させて除去する再生処理が適宜行われるようになっている。すなわち、酸化触媒１６が捕集ＰＭを燃焼除去してＤＰＦ１７を再生する装置として機能する。

ところで、エンジン１１は、車両１００に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１により燃料噴射弁１２などの駆動が統括制御されて所望の駆動トルクを回転動力として出力する。ＥＣＵ２１は、備えるメモリ２２内に格納されている制御プログラムを実行することにより、各種情報に応じた制御処理を行う。ここで、ＥＣＵ２１は、後述するように、適宜、カウンタ機能をタイマ２３として利用して経過時間を計時（カウント）することもできる。

ＥＣＵ２１には、ＤＰＦ１７の上流側の排気管１５に設置されて排気圧力を検出する圧力センサ２５と、ＤＰＦ１７の下流側の排気管１５に設置されて排気圧力を検出する圧力センサ２６と、が検出情報を受け取り可能に接続されている。

このＥＣＵ２１は、圧力センサ２５、２６から受け取る排気圧力の検出情報からＤＰＦ１７の前後の排気管１５における差圧を算出して、その差圧が予めメモリ２２内に設定されている再生閾値よりも大きくなったときに、ＤＰＦ１７に所定以上のＰＭが堆積しているものと判断して、ＰＤＦ１７を再生する制御プログラムを実行する。このとき、ＥＣＵ２１は、燃料噴射弁１２の駆動を制御して所定のタイミングに燃料噴射させることにより、未燃焼燃料を酸化触媒１６に処理させてＤＰＦ１７に高温の排気を流入させることによって捕集した堆積ＰＭを燃焼させる再生処理を実施する。

また、ＥＣＵ２１には、ＤＰＦ１７の上流側の排気管１５に設置されて、そのＤＰＦ１７に流入して捕集されるＰＭの電気特性を検出するＰＭセンサ３０の２セット（図１中には、３０Ａ、３０Ｂとして図示）が検出情報を受け取り可能に接続されている。このＥＣＵ２１は、そのＰＭセンサ３０の検出情報に基づいて再生処理時にＤＰＦ１７に流入させる排気温度を決定し、酸化触媒１６における反応温度がその決定排気温度に達するように燃料噴射弁１２からの燃料噴射量などを調整する制御処理を実行するようになっている。

なお、ＥＣＵ２１は、酸化触媒１６における反応温度を燃料噴射量などの駆動条件に基づいて演算して、あるいは排気管１５の下流側に設置する温度センサの検出情報に基づいて推定して取得するようにしてもよい。また、酸化触媒１６に処理させる未燃焼燃料は、燃焼噴射弁１２から燃焼室に所定のタイミングで噴射させるだけでなく、例えば、排気管１５に、所謂、燃料添加弁を設置して流入させるようにしてもよい。

ＰＭセンサ３０は、図２に示すように、センサ部３１と、加熱部４１とを備えて構築されている。このＰＭセンサ３０は、ＤＰＦ１７に流入する排気中のＰＭがセンサ部３１に堆積することにより、ＰＭの電気特性が検出可能になる。また、このＰＭセンサ３０は、センサ部３１に堆積するＰＭが加熱部４１の発熱により燃焼除去されることにより、そのセンサ部３１のＰＭ堆積面を絶縁状態にリセットして検出処理を再開可能に再生されるようになっている。

センサ部３１には、絶縁基板３９の一面側をＰＭ堆積面３９ｆとするように、一対の櫛歯電極３３、３４と、一対の接続端子３５、３６とが形成されている。接続端子３５、３６は、絶縁基板３９の一端側短辺部３９ａに形成されて、櫛歯電極３３、３４にそれぞれ接続されている。このセンサ部３１は、櫛歯電極３３および接続端子３５と、櫛歯電極３４および接続端子３６との間の絶縁性が確保されている。

櫛歯電極３３、３４は、一対の接続端子３５、３６から絶縁基板３９の両長辺部３９ｂに沿って他端側短辺部３９ｃ側まで延長されている共通配線３３ｗ、３４ｗと、この共通配線３３ｗ、３４ｗをそれぞれ共通にして絶縁基板３９の内側の直交方向に向かって並列状態に延長されている複数本の検出電極部３３ｓ、３４ｓと、により構成されている。この櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓは、絶縁基板３９の長手方向において交互に位置するように形成されて、微小間隔に離隔する櫛歯間隔ｄになるようにパターニングされている。ここで、以下の説明では、検出電極部３３ｓ、３４ｓを櫛歯電極３３、３４と称して説明する場合もある。

このＰＭセンサ３０は、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓがＤＰＦ１７の上流側に向かって対面するように排気管１５に設置されて機能するようになっている。

これにより、センサ部３１は、櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓの形成領域に、排気中に含まれる検出対象のＰＭが堆積する（図５を参照）。ここで、ＰＭは、構成成分に炭素成分を含む微粒子状物質であり、その炭素成分は生成条件に応じた結晶構造で結晶化あるいは非晶質化されることから、その結晶構造に応じて燃焼温度が異なる。また、このＰＭは、このように結晶構造の異なる炭素成分を含むことから、その結晶構造に応じて電気特性も異なる。このため、検出対象のＰＭは、抵抗率の異なる微粒子状の抵抗体Ｒｔｇｔとして生成されてセンサ部３１に堆積する。この抵抗体Ｒｔｇｔ内には、例えば、グラファイトカーボンやアモルファスカーボンなどのように結晶構造の異なる炭素成分がそれぞれの含有率で混在している。

このことから、このセンサ部３１は、その櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓ上に堆積するＰＭ（抵抗体Ｒｔｇｔ）の堆積量に応じた電気特性が検出情報として、後述する検出回路５０に接続されているＥＣＵ２１に取得される。

加熱部４１は、電熱線４３と、一対の接続端子４５、４６と、一対の導通端子４７、４８とにより構成されている。電熱線４３および導通端子４７、４８は、センサ部３１の絶縁基板３９の櫛歯電極３３、３４（ＰＭ堆積面３９ｆ）の背面側に接合される絶縁基板４９の一面側の接合面４９ｆに形成されている。接続端子４５、４６は、絶縁基板４９の接合面４９ｆの背面側の一端側短辺部４９ａに形成されている。導通端子４７、４８は、絶縁基板４９の一端側短辺部４９ａに形成されて、電熱線４３の両端部に接続されている。この導通端子４７、４８は、接続端子４５、４６に絶縁基板４９を貫通するスルーホールなどによりそれぞれ導通接続されている。

電熱線４３は、導通配線４３ｗと、加熱配線４３ｈとにより構成されている。導通配線４３ｗは、導通端子４７、４８から絶縁基板４９の両長辺部４９ｂに沿って他端側短辺部４９ｃ側まで延長されている。加熱配線４３ｈは、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓの形成領域の背面側に位置して、絶縁基板４９の接合面４９ｆの平面内において繰り返し屈曲されて線間隔を狭く形成されることによりヒータとして機能可能にパターニングされている。

このＰＭセンサ３０は、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４等の形成されている絶縁基板３９のＰＭ堆積面３９ｆの背面に、加熱部４１の電熱線４３等の形成されている絶縁基板４９の接合面４９ｆが密着するように接合されている。この加熱部４１は、接続端子４５、４６に再生用電源６１（図４を参照）が接続される。

これにより、加熱部４１は、接続端子４５、４６に接続する再生用電源６１から導通端子４７、４８を介して電熱線４３に通電されて、その通電量に応じて、特に加熱配線４３ｈが発熱させられる。この加熱部４１は、その加熱配線４３ｈの発熱量を絶縁基板３９に伝熱させてセンサ部３１の検出電極部３３ｓ、３４ｓを加熱することができ、その検出電極部３３ｓ、３４ｓ間に堆積したＰＭを燃焼除去して繰り返し利用可能に再生処理を実施することができる。

そして、ＰＭセンサ３０は、図３に示すように、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４が検出回路５０内に組み込まれている。検出回路５０では、検出用電源５１の出力端子５１ｎ、５１ｐの間に、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４と固定抵抗値Ｒｓのシャント抵抗５６とが直列接続されており、そのシャント抵抗５６の両端部に検出用電圧計５５が並列接続されている。なお、シャント抵抗５６には検出回路５０に流れる電流値ｉに応じた電圧を検出可能にある程度の高抵抗の抵抗器が選択されて接続されている。

この検出回路５０は、検出用電源５１と検出用電圧計５５がＥＣＵ２１に接続されることにより、検出用電源５１から検出用印加電圧Ｖｄを出力させ、また、検出用電圧計５５の計測する電圧値Ｖｐｍを検出情報としてＥＣＵ２１に取得させる回路構成になっている。すなわち、検出回路５０が本発明における検出装置を構成している。

これにより、検出回路５０は、図５に示すように、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓ間に検出対象のＰＭである抵抗体Ｒｔｇｔが堆積することにより閉回路になる。このとき、検出回路５０では、ＥＣＵ２１により駆動される検出用電源５１から検出用印加電圧Ｖｄが出力されることにより、その櫛歯電極３３、３４間の抵抗体Ｒｔｇｔに検出用電流Ｉが通電される。このため、検出回路５０では、櫛歯電極３３、３４間の抵抗体Ｒｔｇｔに通電された検出用電流Ｉの回路電流値ｉに応じてシャント抵抗５６の両端間に発生する検出電圧値Ｖｐｍが検出用電圧計５５により計測（検出）される。ＥＣＵ２１は、その検出電圧値Ｖｐｍを堆積ＰＭの電気特性の検出情報として取得することができる。

このＰＭセンサ３０は、図４に示すように、加熱部４１の電熱線４３が加熱回路６０内に組み込まれている。加熱回路６０では、加熱部４１の電熱線４３の接続端子４５、４６に再生用電源６１の出力端子６１ｎ、６１ｐが接続されて、この再生用電源６１にＥＣＵ２１が接続されている。

この加熱回路６０では、再生用電源６１から電熱線４３に通電させる電力量がＥＣＵ２１により調整されるようになっている。ＥＣＵ２１は、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に堆積するＰＭを燃焼させるのに十分な電力を再生用電源６１から出力させる。

これにより、加熱回路６０では、ＥＣＵ２１による堆積ＰＭの電気特性の取得処理の終了後や開始前に、加熱部４１の電熱線４３に通電されて発熱されることにより、図５に示すように、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に堆積するＰＭを燃焼除去することができる。すなわち、この加熱回路６０は、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓ間の堆積ＰＭを燃焼除去して絶縁状態に戻す（リセットする）ことができ、堆積するＰＭの電気特性の検出処理を再開可能にする再生処理を実施することができる。

なお、検出回路５０の検出用電源５１や加熱回路６０の再生用電源６１は、車両１００に搭載されている不図示のバッテリの出力を、例えば、ＥＣＵ２１が制御する別系統のコンバータなどによりそれぞれに適した電圧に変換して印加あるいは通電するようにすればよい。

ところで、ＰＭセンサ３０の検出対象のＰＭは、上述するように、含まれる成分に応じて各種特性に差が生じることになり、例えば、含まれる炭素の種別、言い換えると、炭素の結晶構造などに応じて抵抗率等の電気特性や加熱時の燃焼特性に差が生じる。具体的には、例えば、結晶化された結晶構造のグラファイトカーボンの含有率が高いＰＭｇｒａは、非晶質化された結晶構造のアモルファスカーボンの含有率が高いＰＭａｍｏよりも抵抗率が小さく、また、燃焼温度が高くなる傾向にある。

また、検出対象のＰＭは、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１の櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓの間に堆積される際に、図５に示すように、微細な抵抗体Ｒｔｇｔ同士として互いに接触することにより、その櫛歯電極３３、３４の間を導通状態にして電気特性が検出可能になる。

このため、検出対象のＰＭは、ＰＭセンサ３０による検出処理が開始されたセンサ部３１への堆積当初には抵抗体Ｒｔｇｔ同士の接触が少ない。このことから、このときのＥＣＵ２１は、図６に示すように、櫛歯電極３３、３４間が絶縁状態にあることを示す実質ゼロＶの検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍを取得する。この後に、検出対象のＰＭは、センサ部３１に堆積することにより、その櫛歯電極３３、３４間の抵抗体Ｒｔｇｔ同士が接触して導通状態になる。このことから、このときのＥＣＵ２１は、図６に示すように、そのＰＭ（抵抗体Ｒｔｇｔ）の抵抗率ｒに応じた検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍを取得する。

この検出対象のＰＭは、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１の櫛歯電極３３、３４間において、微小な抵抗体Ｒｔｇｔ同士の導通接触により通電可能にする。このように、そのＰＭの堆積当初には抵抗体Ｒｔｇｔの接触面積が小さく櫛歯電極３３、３４間の通電電流Ｉも微小電流から徐々に上昇する程度である。このことから、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍに抵抗体Ｒｔｇｔの抵抗率ｒの差が現れるのには時間が掛かる。

このため、ＰＭの検出処理においては、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍと比較する後述の導通閾値を微小電圧に設定しておくことにより、検出対象のＰＭに含まれる炭素成分の結晶構造や含有率、すなわち、結晶性が異なる場合でも、略同様な堆積量で導通状態になったことを判別することができる。このことから、ＥＣＵ２１は、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍが導通閾値に到達するタイミングを検出開始基準時として利用することができ、その時点からのＰＭの堆積量や結晶性に応じた電気特性の差異を取得して、検出対象のＰＭの燃焼温度などを特定することができる。

具体的に、検出対象が、図６に実線で示すアモルファスカーボンの含有率が高いＰＭａｍｏの場合と、図６に破線で示すグラファイトカーボンの含有率が高いＰＭｇｒａの場合とでは、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍが導通閾値を超えるタイミングに大きな時間差はなく、ほぼ同じタイミングを検出開始基準時とすることができる。その検出開始基準時の後に堆積量が上昇するのに伴って、グラファイトカーボンのＰＭｇｒａは、小抵抗率であるために通電量も増加して、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍが急上昇していることが分かる。これに対して、アモルファスカーボンのＰＭａｍｏは、高抵抗率であるために通電量の増加が抑えられて、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍも緩やかに上昇していることが分かる。

例えば、図７に示すように、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に検出対象のＰＭが同量堆積する場合でも、アモルファスカーボンの含有率が大きなＰＭａｍｏでは高抵抗率であるのに対して、グラファイトカーボンの含有率が大きなＰＭｇｒａでは低抵抗率であることが分かる。また、同様に、図８に示すように、同じ堆積量で同様な加熱処理時間で燃焼除去可能な温度で比較すると、例えば、アモルファスカーボンの含有率が大きなＰＭａｍｏの燃焼温度は６２０℃であるのに対して、グラファイトカーボンの含有率が大きなＰＭｇｒａの燃焼温度は７３５℃と大きな差があることが分かる。なお、この図７における抵抗率や図８における燃焼温度は、一例に過ぎず、ＰＭの結晶性に応じて変動する。

ここで、ＰＭセンサ３０の検出対象のＰＭの各種特性は、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍが既定値に至るまでの検出時間（ＰＭの堆積時間）をパラメータとして演算処理することにより特定することが考えられる。例えば、検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍは、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に堆積するＰＭの抵抗成分に、その櫛歯電極３３、３４間の通電電流Ｉ（検出電流Ｉ）が連動して変化する。このことから、その検出電圧値Ｖｐｍが既定値に至るまでの検出時間に基づいてＰＭの電気特性の抵抗率ｒを決定して、そのＰＭに含まれる炭素成分の結晶性に対応するＰＭの燃焼温度を取得することが考えられる。

しかしながら、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１に堆積するＰＭは、エンジン１１の駆動条件などに応じて構成成分、すなわち、結晶性が変動する。このことから、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に堆積するＰＭの抵抗率ｒも変動することになる。また、ＰＭの生成速度もエンジン１１の駆動条件などに応じて変動することから、その櫛歯電極３３、３４間でのＰＭの堆積速度ｕも変動することになる。さらに、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１に堆積するＰＭは、上述するように、その櫛歯電極３３、３４間を導通状態にして初めて電気特性が検出可能になる。このことから、ＰＭセンサ３０の検出用電圧計５５の検出電圧値Ｖｐｍが既定値に達するまでの検出時間に、櫛歯電極３３、３４間を導通状態にするまでの堆積時間がどの程度含まれるのかが不明である。

このことから、本実施形態では、上述するように、２セットのＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂを排気管１５に、それぞれのセンサ部３１に同様の状態でＰＭが堆積するように設置している。このＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂは、それぞれのセンサ部３１の櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓ間に同様な回路電流値ｉが流れることになり、ＥＣＵ２１は、そのＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂ毎の回路電流値ｉに応じた検出電圧値Ｖｐｍを取得するように検出用電圧計５５に接続されている。

これにより、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂ毎のセンサ部３１の櫛歯電極３３、３４に、同時期に、かつ同様に堆積するＰＭに関する別個の情報を取得することができ、排気中に含まれるＰＭの生成量や構成成分、すなわち、堆積量や炭素成分などが微妙に変動する場合でも、その堆積ＰＭに応じた各種情報を正確に取得することができる。言い換えると、ＥＣＵ２１が１セットのＰＭセンサ３０から別個の情報を順次に取得する場合、その異なる取得期間毎にＰＭの生成量や構成成分が変動してしまっては、取得するＰＭに関する情報の正確性や信頼性に欠けることになるが、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂ毎に別個の情報を同時期のＰＭから取得することにより、その正確性や信頼性を確保することができる。

ここで、以下の説明では、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂ毎に、センサ部３１などにも同様に符号Ａ、Ｂを付すことにより、適宜、区別可能に説明する。

具体的に、図９に示すように、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂは、加熱部４１Ａ、４１Ｂの電熱線４３Ａ、４３Ｂに再生用電源６１Ａ、６１Ｂから通電されてセンサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂに堆積するＰＭが燃焼除去される再生処理が施される。これにより、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂは、センサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂ間が絶縁状態にされて検出用電圧計５５Ａ、５５Ｂの検出電圧値ＶｐｍがゼロＶにリセットされる。

このＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂは、その検出用電圧計５５Ａ、５５Ｂ毎の検出電圧値Ｖｐｍがリセットされた後のそれぞれの所定タイミングに、再生用電源６１Ａ、６１Ｂからの通電が適宜停止されてセンサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４ＢへのＰＭの堆積が開始（再開）される。これにより、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂは、加熱回路６０Ａ、６０Ｂにより堆積ＰＭが燃焼除去された後に、センサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂに再度堆積するＰＭの堆積量に応じて、検出回路５０Ａ、５０Ｂの検出用電圧計５５Ａ、５５Ｂの検出電圧値Ｖｐｍが上昇される。

そして、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａにおいて、センサ部３１Ａの再生処理の完了後、すなわち、櫛歯電極３３Ａ、３４Ａの絶縁化後に加熱部４１Ａの電熱線４３Ａへの再生用電源６１Ａからの通電を停止する。この後に、ＥＣＵ２１は、検出用電源５１Ａから検出用印加電圧Ｖｄを出力して櫛歯電極３３Ａ、３４Ａに印加することにより、検出用電圧計５５Ａの検出電圧値Ｖｐｍを取得する処理を開始する。

また、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａのセンサ部３１の櫛歯電極３３Ａ、３４Ａにおける検出用電圧計５５Ａの検出電圧値Ｖｐｍがメモリ２２内に予め設定されている導通閾値に達するＰＭ堆積時間ｓ´が経過したとき、ＰＭセンサ３０Ｂにおいても同様に、センサ部３１Ｂの再生処理を停止する。この後に、ＥＣＵ２１は、検出用電源５１Ｂから検出用印加電圧Ｖｄを出力して櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂに印加することにより、検出用電圧計５５Ｂの検出電圧値Ｖｐｍを取得する処理を開始する。

このＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ｂのセンサ部３１Ｂの櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂにおける検出用電圧計５５Ｂの検出電圧値Ｖｐｍが上記の導通閾値に達したときに、その櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂ間が導通状態になるまでに掛かったＰＭ堆積時間ｓ（≠ｓ´）を取得する。このとき、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ｂの検出電圧値Ｖｐｍが導通閾値に達した時点でのＰＭセンサ３０Ａのセンサ部３１Ａの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ間における検出用電圧計５５Ａの検出電圧値Ｖｐｍを取得する。さらに、ＥＣＵ２１は、櫛歯電極３３Ａ、３４Ａの櫛歯間隔ｄをＰＭ堆積時間ｓにより除算することによりＰＭ堆積速度ｕを算出して、堆積するＰＭの抵抗率ｒを次の演算式（ｆ）
r＝｛（u×s）²×Vd×Rs｝／（Vpm×d） ・・・（ｆ）
ｒ：ＰＭの抵抗率、ｕ：ＰＭの堆積速度、ｓ：ＰＭの堆積時間ｓ
Ｖｄ：検出用印加電圧、Ｒｓ：シャント抵抗値、Ｖｐｍ：検出電圧値、ｄ：櫛歯間隔
から求めて取得する。このＥＣＵ２１は、その取得したＰＭの抵抗率ｒに基づいて、メモリ２２内に予め格納されているＰＭの炭素成分の結晶性、すなわち、アモルファスカーボンとグラファイトカーボンとの含有率に応じた燃焼温度のマップを参照して、堆積するＰＭを燃焼除去するのに必要十分な燃焼温度を特定して、ＤＰＦ１７の再生温度を決定するようになっている。すなわち、ＥＣＵ２１が本発明における再生制御部を構成している。なお、本実施形態では、ＰＭの抵抗率ｒの演算式の一例を説明するが、これに限るものではなく、他の演算式を用いて、ＰＭの抵抗率ｒを取得するようにしてもよい。

ここで、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に堆積するＰＭの抵抗値Ｒｐｍは、櫛歯電極３３、３４の検出電極部３３ｓ、３４ｓ間を導通させた後にさらにその離間方向と直交する２次元方向に堆積するＰＭの堆積量で決まる。このため、そのＰＭの抵抗値Ｒｐｍは、次式（１）
Rpm＝｛r／（u×s）²｝×d ・・・（１）
のようにおくことができる。要するに、上記の演算式（ｆ）においては、櫛歯電極３３、３４の櫛歯間隔ｄを固定値として、他の２次元方向毎で変化するパラメータの堆積速度ｕおよび堆積時間ｓの乗算項を２乗するようにしている。

また、センサ部３１の櫛歯電極３３、３４間に堆積するＰＭの抵抗値Ｒｐｍは、抵抗率ｒのＰＭの抵抗体Ｒｔｇｔが堆積して櫛歯電極３３、３４の微小な櫛歯間隔ｄで離隔する検出電極部３３ｓ、３４ｓ間を導通させた後の電気特性値であり、シャント抵抗値Ｒｓよりも大きな制限抵抗として機能する抵抗値（Ｒｓ≪Ｒｐｍ）となる。このため、センサ部３１を含む検出回路５０における回路電流値ｉは次式（２）
i＝Vd／（Rs＋Rpm） ・・・（２）
で算出することから、検出電圧値Ｖｐｍは次式（３）
Vpm＝i×Rs＝｛Vd／（Rs＋Rpm）｝×Rs＝（Vd／Rpm）×Rs ・・・（３）
のように簡素化することができる。要するに、上記の演算式（ｆ）においては、回路電流値ｉを求める際のシャント抵抗値Ｒｓの項を省いてＰＭ抵抗値Ｒｐｍの項からＰＭ抵抗率ｒを算出するようにしている。

そして、ＥＣＵ２１は、車両１００のイグニッションスイッチがオンされたときに制御プログラムを実行する。このＥＣＵ２１は、圧力センサ２５、２６の検出情報から算出する排気管１５のＤＰＦ１７前後における差圧がメモリ２２内に予め格納する再生準備閾値よりも大きくなったときに、ＤＰＦ１７の再生処理に最適な堆積ＰＭの燃焼温度を決定する再生準備処理を実行する。このＥＣＵ２１は、その堆積ＰＭの燃焼温度の決定後に、排気管１５のＤＰＦ１７前後の差圧が再生閾値を超えたときに、そのＤＰＦ１７の堆積ＰＭを燃焼除去する再生処理を実行するようになっている。

ここで、本実施形態では、再生閾値とは別に再生準備閾値をメモリ２２内に格納してＰＭの燃焼温度を決定する制御処理をＥＣＵ２１が実行する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、ＥＣＵ２１は、排気管１５のＤＰＦ１７前後の差圧が再生閾値を超えたタイミングにＰＭの燃焼温度を決定して、その後に続けて、ＤＰＦ１７の再生処理を実行するようにしてもよい。なお、再生準備閾値は、再生閾値よりも小さめの値を適宜設定すればよく、例えば、その再生閾値に達するまでに、堆積ＰＭの燃焼温度を決定するのに必要な時間を十分に確保することができる程度の値を設定すればよい。

詳細に、ＥＣＵ２１は、例えば、図１０のフローチャートに示す制御プログラムを実行する。まず、ＥＣＵ２１は、排気管１５内の排気圧力を検出する圧力センサ２５、２６の検出情報からＤＰＦ１７前後の差圧を算出し（ステップＳ１１）、その差圧が再生準備閾値を超えたか否かを確認して（ステップＳ１２）、超えていない場合にはステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１２において、排気管１５のＤＰＦ１７前後の差圧が再生準備閾値を超えたことを確認したＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂの加熱部４１Ａ、４１Ｂの電熱線４３Ａ、４３Ｂに再生用電源６１Ａ、６１Ｂから通電してセンサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂに堆積するＰＭを燃焼除去する再生処理を開始する（ステップＳ１３）。このとき、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａ、３０Ｂの再生処理の開始時に、タイマ２３をリセットして、その再生処理の開始からの経過時間の計測を開始する（ステップＳ１４）。ここで、センサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂに堆積するＰＭは、少量であることから、燃焼除去に必要な電力量は少なく済む。このため、ＥＣＵ２１は、再生処理の実行時において、その堆積ＰＭの結晶性に拘わらずに、センサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４ＢをＰＭの燃焼除去可能な温度に十分に昇温させることのできる電力を電熱線４３Ａ、４３Ｂに通電するようになっている。

次いで、ＥＣＵ２１は、タイマ２３のカウントする経過時間がセンサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂの再生処理に必要な時間として予めメモリ２２内に設定されている絶縁化時間を経過したか否かを繰り返し確認する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５において、センサ部３１Ａ、３１Ｂの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂの再生処理に必要な絶縁化時間が経過したことを確認したＥＣＵ２１は、まずは、１つのＰＭセンサ３０Ａの電熱線４３Ａへの通電による櫛歯電極３３Ａ、３４Ａの加熱を停止して（ステップＳ１６）、その櫛歯電極３３Ａ、３４Ａに検出用電源５１Ａから既定の検出用印加電圧Ｖｄを印加して検出用電圧計５５Ａによる検出電圧値Ｖｐｍの計測を開始する（ステップＳ１７）。

次いで、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａのセンサ部３１Ａの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ間の絶縁化後に、ゼロＶであった検出用電圧計５５Ａによる検出電圧値ＶｐｍがＰＭの堆積によりメモリ２２内の導通閾値以上に達しているか否か繰り返し確認する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８において、ＰＭセンサ３０Ａの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ間の検出電圧値Ｖｐｍが導通閾値以上に達したことを確認したＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａに続けて、もう１つのＰＭセンサ３０Ｂの電熱線４３Ｂへの通電による櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂの加熱を停止して（ステップＳ１９）、その櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂに検出用電源５１Ｂから既定の検出用印加電圧Ｖｄを印加して検出用電圧計５５Ｂによる検出電圧値Ｖｐｍの計測を開始する（ステップＳ２０）。このとき、ＥＣＵ２１は、タイマ２３を再度リセットして、その再生処理の停止からの経過時間の計測を開始する（ステップＳ２１）。

次いで、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ａと同様に、もう１つのＰＭセンサ３０Ｂのセンサ部３１Ｂの櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂ間の検出用電圧計５５による検出電圧値ＶｐｍがＰＭの堆積によりメモリ２２内の導通閾値以上に達しているか否か繰り返し確認する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２において、ＰＭセンサ３０Ｂの櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂ間の検出電圧値Ｖｐｍが導通閾値以上に達したことを確認したＥＣＵ２１は、導通閾値に到達後もＰＭの堆積を継続させているＰＭセンサ３０Ａのセンサ部３１Ａの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａ間の検出用電圧計５５Ａによる検出電圧値Ｖｐｍを取得するとともに、同時に、再度リセットしてからのタイマ２３の経過時間を堆積時間ｓとして取得する（ステップＳ２３）

次いで、ＥＣＵ２１は、予めメモリ２２内に設定されているセンサ部３１における既定の櫛歯電極３３、３４の櫛歯間隔ｄを読み出して、取得したＰＭの堆積時間ｓにより除算することによりＰＭの堆積速度ｕを算出して取得する（ステップＳ２４）。

次いで、このＥＣＵ２１は、その櫛歯電極３３、３４の櫛歯間隔ｄに加えて、予めメモリ２２内に設定されている既定の検出用印加電圧Ｖｄおよびシャント抵抗値Ｒｓも読み出して、取得した検出電圧値ＶｐｍとＰＭの堆積時間ｓと共に上記の演算式（ｆ）に代入して、センサ部３１Ａの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａに堆積するＰＭの抵抗率ｒを算出して取得する（ステップＳ２５）。

この後に、ＥＣＵ２１は、その取得したＰＭの抵抗率ｒに基づいて、メモリ２２内のマップを参照して、そのＰＭの結晶性、すなわち、ＰＭの炭素成分におけるアモルファスカーボンのＰＭａｍｏとグラファイトカーボンのＰＭｇｒａとの含有率に応じた燃焼温度を決定して取得する（ステップＳ２６）。

次いで、ＥＣＵ２１は、メモリ２２内に設定済みのＤＰＦ１７の再生温度をその決定したＰＭの燃焼温度に更新した後に（ステップＳ２７）、ステップＳ１１と同様に、排気管１５のＤＰＦ１７前後の排気圧力の差圧を算出し（ステップＳ２８）、その差圧が再生閾値を超えたか否かを確認して（ステップＳ２９）、超えていない場合にはステップＳ２８に戻って同様の処理を繰り返す。

ステップＳ２９において、排気管１５のＤＰＦ１７前後の差圧が再生閾値を超えたことを確認したＥＣＵ２１は、燃料噴射弁１２から所定のタイミングに燃料噴射させることにより、酸化触媒１６からＤＰＦ１７に流入させる排気をメモリ２２内の再生温度に昇温させて捕集ＰＭを燃焼除去する再生処理を実施する（ステップＳ３０）。

これにより、ＥＣＵ２１は、ＰＭセンサ３０Ｂの櫛歯電極３３Ｂ、３４Ｂに堆積するＰＭの堆積速度ｕと、ＰＭセンサ３０Ａの櫛歯電極３３Ａ、３４Ａに堆積するＰＭの堆積量に応じた検出電圧値Ｖｐｍとを同時期に取得して、ＤＰＦ１７に捕集されるＰＭの電気特性として抵抗率ｒを高精度に算出することができる。このため、ＥＣＵ２１は、メモリ２２内のマップを参照して、そのＰＭの抵抗率ｒに対応する燃焼温度を特定して取得することができ、ＤＰＦ１７に捕集されているＰＭを燃焼除去するための再生温度を精度良く更新して調整することができる。

このように、本実施形態のＥＣＵ２１においては、ＤＰＦ１７に捕集されているＰＭの結晶性、すなわち、アモルファスカーボンとグラファイトカーボンとの含有率に応じた燃焼温度を、そのＰＭの抵抗率ｒに基づいて決定してＤＰＦ１７の再生温度とすることができる。このため、エンジン１１の排気中に含まれるＰＭの堆積速度ｕや炭素成分などが変動する場合でも、そのＰＭの燃焼温度を信頼性高く高精度に取得して、酸化触媒１６の排気温度を最適化することができる。

したがって、ＥＣＵ２１は、ＤＰＦ１７の再生温度が低くて未処理のＰＭが残ってしまったり、酸化触媒１６の排気温度を無駄に上げ過ぎてしまうことを回避することができ、過不足のない適切な燃料噴射量でＤＰＦ１７の再生処理を実行することができる。この結果、ＥＣＵ２１は、ＤＦＰ１７に起因する圧損の発生を安価に回避しつつ排気の清浄性を確保することができる。

ここで、本実施形態においては、ＤＰＦ１７の再生温度を決定する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、本実施形態の第１の他の態様として、ＰＭセンサ３０のセンサ部３１の再生温度、すなわち、加熱部４１の電熱線４３に通電して櫛歯電極３３、３４の堆積ＰＭを燃焼除去する絶縁化処理時の加熱温度も併せてフィードバック処理して更新するようにしてもよく、その絶縁化処理時における電気エネルギの浪費を抑えるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、エンジン１１によるＰＭの生成量や炭素成分が安定しない場合に備えて、ＰＭセンサ３０を２セット設置する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、本実施形態の第２の他の態様として、エンジン１１のＰＭの生成量が一定である場合、ＰＭセンサ３０を１セットにしてもよい。この場合、まずは、櫛歯電極３３、３４の絶縁化処理後にＰＭの堆積時間ｓを取得して堆積速度ｕを算出し、この後に続けて、さらにその堆積時間ｓが経過、すなわち、絶縁化処理から２倍の堆積時間ｓが経過した時点での検出電圧値Ｖｐｍを検出することにより、ＰＭの抵抗率ｒを算出するようにしてもよい。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１１ エンジン（内燃機関）
１５ 排気管
１６ 酸化触媒
１７ ＤＰＦ（フィルタ）
２１ ＥＣＵ（再生制御部）
３０、３０Ａ、３０Ｂ ＰＭセンサ
３１、３１Ａ、３１Ｂ センサ部
３３、３４、３３Ａ、３４Ａ、３３Ｂ、３４Ｂ 櫛歯電極
４１、４１Ａ、４１Ｂ 加熱部
４３、４３Ａ、４３Ｂ 電熱線
５０、５０Ａ、５０Ｂ 検出回路（検出装置）
６０、６０Ａ、６０Ｂ 加熱回路
１００ 車両

Claims (1)

1. 内燃機関と、前記内燃機関に取り付けられる排気管と、前記排気管内を流れる排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタとを備える車両に搭載されて、前記フィルタの捕集した前記粒子状物質を燃焼させて当該フィルタを再生するフィルタ再生制御装置であって、
   前記排気管の前記フィルタの上流側に設置されて前記粒子状物質の電気特性を検出する検出装置と、前記粒子状物質の燃焼温度を調整して該粒子状物質を除去する前記フィルタの再生処理を実行する再生制御部と、を備えており、
   前記再生制御部は、前記検出装置の検出する前記粒子状物質の電気特性に基づいて当該粒子状物質の燃焼温度を決定して調整する、フィルタ再生制御装置。

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