JP5240679B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置に関する。

今日、内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（粒子状物質、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の除去が重要である。ＰＭの除去の目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が装備されることが多い。

排気中のＰＭ量を検出する手段としてＰＭセンサがある。例えばＤＰＦ下流にＰＭセンサを配置した場合、ＰＭセンサの検出値を用いてＤＰＦが故障していることを検出できる。またＤＰＦ上流にＰＭセンサを配置した場合には、ＰＭセンサの検出値からＤＰＦに堆積するＰＭ量を推定することが可能となる。例えば下記特許文献１では、排気管内にＰＭセンサを配置してＤＰＦ内のＰＭ堆積量を推定するシステムが開示されている。

特開昭５９−６００１８号公報

上記のとおりＰＭセンサを用いてＤＰＦの故障検出やＰＭ堆積量の推定を行う場合、当然ＰＭセンサの精度が高いことが望まれる。しかしＰＭセンサの検出値はエンジンの運転条件などによって変化してしまい精度が低減する。

ＰＭセンサの代表的な構造は、図３に示されているとおり、絶縁体５０と１対の電極５１、５２と電源５４とを備える。ＰＭが流通する排気管中にＰＭセンサ５を配置すると絶縁体５０にＰＭが付着する。ＰＭは導体なので、電極５１、５２間をつなぐまでＰＭが堆積すると電極間が電気的に導通状態となる。したがって電源５４によって電極５１、５２間に電圧を供給すると電極５１、５２間に電流が流れる。より多くのＰＭが電極５１、５２間に堆積するほど、より多くの電流が流れる。よって電極間に流れる電流値によって絶縁体に堆積したＰＭ量、さらには排気管中のＰＭ量が検出（推定）できる。

発明者は、ＰＭセンサおよびその周囲の温度や排気流量、ＰＭセンサ出力値などによって、ＰＭセンサの検出値が影響を受けるとの知見を得ている。例えば図１０に示されているように、温度が高い領域から温度が低い領域へ向けて粒子が力を受ける現象（熱泳動）の影響で、センサ素子（絶縁体）の周囲の温度分布によって絶縁体へのＰＭの付着量が異なりＰＭセンサの出力値が異なる。

また図１１に示されているように、排気流速が大きいと絶縁体にＰＭが付着しにくくなったり、一旦付着したＰＭが分離（離脱）する可能性が大きくなるので、ＰＭセンサの出力値は排気流速の影響を受ける。堆積したＰＭ量が多いほど、このＰＭの離脱は多いとみなされるので、ＰＭセンサ出力値それ自身もＰＭセンサの出力値に影響を与える。さらに図１２に示されているように、絶縁体の表面に堆積したＰＭ層が有する電気抵抗値が温度により変化するとの知見も得ている。したがって例えばＰＭセンサの出力が電流値などの場合、ＰＭセンサの出力がＰＭ層の温度の影響を受ける。

ＰＭセンサの出力値から排気管中のＰＭ量を知りたい場合、以上の影響はＰＭセンサの出力値から排除したい。したがって上記の影響を排除するように排気管中のＰＭ量の検出値を適切に補正する方法を開発することが望まれる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＰＭセンサの温度あるいはその周囲の排気温度や排気流量、粒子状物質検出値などに応じて、排気管中のPM量の検出値を補正することにより高精度なＰＭ量が検出できる検出装置を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明に係る検出装置は、内燃機関の排気通路を流通する排気中に配置された絶縁体と、その絶縁体に少なくとも一部が当接するように配置された１対の電極と、その１対の電極間に電圧を印加して、前記絶縁体に付着して前記１対の電極間を電気的に導通させた排気中の粒子状物質の量と相関を有する数値である粒子状物質検出値を検出する検出部と、を備えた粒子状物質検出手段と、前記粒子状物質検出手段を通過する排気の温度を検出する排気温度検出手段および前記絶縁体の温度を検出する絶縁体温度検出手段と、前記排気温度検出手段によって検出された排気温度および前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度を用いて、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る検出装置では、絶縁体上に１対の電極を配置した構成で、絶縁体に付着した粒子状物質によって導通状態となった電極間に電圧を印加して排気中の粒子状物質の量と相関を有する検出値を検出する際に、検出手段を通過する排気温度あるいは絶縁体の温度を用いて粒子状物質検出値を補正する。よって、検出手段の温度あるいはその周囲の温度分布による熱泳動や電気抵抗値の変化の影響を低減するように検出値を補正できる。したがって、熱泳動や電気抵抗値の変化の影響を受けずに、排気通路中の粒子状物質量を検出する高精度な検出装置が実現できる。

また本発明に係る検出装置は、排気中に配置された絶縁体と、その絶縁体に少なくとも一部が当接するように配置された１対の電極と、その１対の電極間に電圧を印加して、前記絶縁体に付着して前記１対の電極間を電気的に導通させた排気中の粒子状物質の量と相関を有する数値である粒子状物質検出値を検出する検出部と、を備えた粒子状物質検出手段と、少なくとも、前記粒子状物質検出手段を通過する排気の温度を検出する排気温度検出手段および前記絶縁体温度を検出する絶縁体温度検出手段のうちひとつと、前記絶縁体を通過する排気の流量を検出する排気流量検出手段と、その排気温度検出手段によって検出された前記排気温度および前記絶縁体温度検出手段によって検出された前記絶縁体温度のうちの少なくとも一方と、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量と、を用いて、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る検出装置では、絶縁体上に１対の電極を配置した構成で、絶縁体に付着した粒子状物質によって導通状態となった電極間に電圧を印加して排気中の粒子状物質の量と相関を有する検出値を検出する際に、検出手段を通過する排気温度あるいは絶縁体の温度、さらに排気流量を用いて粒子状物質検出値を補正する。よって、検出手段の温度あるいはその周囲の温度分布による熱泳動や電気抵抗値の変化の影響、さらには排気流量による付着や離脱の影響を低減するように粒子状物質検出値を補正できる。したがって、熱泳動や電気抵抗値の変化、付着や離脱のしやすさの影響を受けずに、排気通路中の粒子状物質量を検出する高精度な検出装置が実現できる。

また排気中に配置された絶縁体と、その絶縁体に少なくとも一部が当接するように配置された１対の電極と、その１対の電極間に電圧を印加して、前記絶縁体に付着して前記１対の電極間を電気的に導通させた排気中の粒子状物質量と相関を有する数値である粒子状物質検出値を検出する検出部と、を備えた粒子状物質検出手段と、少なくとも、前記粒子状物質検出手段を通過する排気の温度を検出する排気温度検出手段および前記絶縁体の温度を検出する絶縁体温度検出手段のうちのひとつと、前記絶縁体を通過する排気の流量を検出する排気流量検出手段と、前記絶縁体に付着した粒子状物質が絶縁体から脱離した量を検出する粒子状物質脱離量検出手段と、排気温度検出手段によって検出された前記排気温度および前記絶縁体温度検出手段によって検出された前記絶縁体温度のうちの少なくとも一方と、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量と、前記粒子状物質脱離量検出手段で検出された前記粒子状物質脱離量と、を用いて、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る検出装置では、絶縁体上に１対の電極を配置した構成で、絶縁体に付着した粒子状物質によって導通状態となった電極間に電圧を印加して排気中の粒子状物質量と相関を有する検出値を検出する際に、検出手段を通過する排気温度あるいは絶縁体の温度、さらに排気流量、粒子状物質脱離量を用いて検出値を補正する。よって、検出手段の温度あるいはその周囲の温度分布による熱泳動や電気抵抗値の変化の影響、さらには排気流量による付着や離脱の影響、絶縁体に付着した粒子状物質離脱量の影響を低減するように粒子状物質検出値を補正できる。したがって、熱泳動や電気抵抗値の変化、付着や離脱のしやすさの影響を受けずに、排気通路中の粒子状物質量を検出する高精度な検出装置が実現できる。

また、前記補正手段は、前記絶縁体温度検出手段によって検出された前記絶縁体温度から前記排気温度検出手段によって検出された排気温度を減算した数値が大きいほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値の変化速度を、前記粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正する第１副補正手段を備えたとしてもよい。

これにより絶縁体の温度から排気温度を減算した数値が大きいほど、検出手段による前記粒子状物質検出値の変化速度を、粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正するので、絶縁体の温度から排気温度を減算した数値が大きいほど、熱泳動により絶縁体に付着する粒子状物質が少なくなる現象を打ち消すように粒子状物質検出値が補正される。したがって熱泳動の影響を低減するように補正されて、排気通路中の粒子状物質量を検出する高精度な検出装置が実現できる。

また前記補正手段は、前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度、あるいは前記絶縁体温度検出手段によって検出された前記絶縁体温度が高いほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記検出値を、前記粒子状物質の量がより少ないことを示す数値の側に補正する第２副補正手段を備えたとしてもよい。

これにより排気温度あるいは絶縁体の温度が高いほど、検出値を、粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正するので、排気温度あるいは絶縁体温度が高いほど、絶縁体に堆積した粒子状物質の層の電気抵抗値が小さくなる現象を打ち消すように粒子状物質検出値が補正される。したがって電気抵抗値の変化の影響を低減するように補正されて、排気通路中の粒子状物質の量のみを反映した高精度な検出値を検出する検出装置が実現できる。

また前記補正手段は、前記排気流量検出手段によって検出された前記排気流量が大きいほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値の変化速度を、前記粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正する第３副補正手段を備えたとしてもよい。

これにより排気流量が大きいほど、前記粒子状物質検出値の変化速度を、粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正するので、排気流量が大きいほど、絶縁体に粒子状物質が付着しにくく、さらに一旦付着した粒子状物質が離脱しやすい現象を打ち消すように粒子状物質検出値が補正される。したがって付着や離脱の影響を低減するように補正されて、排気通路中の粒子状物質の量を検出する高精度な検出装置が実現できる。

また前記補正手段は、前記粒子状物質脱離量検出手段で検出された前記粒子状物質脱離量が大きいほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記検出値を、前記粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正する第４副補正手段を備えたとしてもよい。

これにより検出手段による粒子状物質脱離量が大きいほど、前記粒子状物質検出値を、粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正するので、脱離による粒子状物質が減少する影響を打ち消すように、粒子状物質検出値が補正される。したがって離脱の影響を低減するように補正されて、排気通路中の粒子状物質の量を検出する高精度な検出装置が実現できる。

また前記排気温度検出手段は、前記排気通路に備えられて、排気通路を流通する排気の温度を計測する温度センサと、前記温度センサによって検出された前記排気通路温度と、前記排気流量検出手段によって検出された前記絶縁体を通過する排気流量と、前記絶縁体温度検出手段により検出された前記絶縁体温度と、を用いて、前記粒子状物質検出手段を通過する排気温度を算出する排気温度算出手段と、を備えたとしてもよい。

これにより排気通路に設置された温度センサの検出値と排気流量と絶縁体の温度とから前記粒子状物質検出手段を通過する排気温度を算出するので、前記粒子状物質検出手段を通過する排気温度を直接検出しなくとも、精度のよい排気温度情報を得ることができる。したがって高精度な温度情報を用いて、熱泳動などの影響を低減するように粒子状物質検出値を補正することができる。

また電気抵抗と電力手段とを備えて、その電力手段から電力を供給して前記電気抵抗を発熱することよって前記絶縁体を昇温する昇温手段を備え、前記絶縁体温度検出手段は、前記電気抵抗の抵抗値の変化によって前記絶縁体温度を検出する第１検出手段を備えたとしてもよい。

これにより昇温手段によって絶縁体に付着した粒子状物質を燃焼することによって前記粒子状物質検出手段を再生することができ、さらにその電気抵抗値の変化から絶縁体の温度も算出することができる。したがって前記粒子状物質検出手段を再生する手段を利用することによって、絶縁体温度の検出も行える。

また前記絶縁体温度検出手段は、前記排気通路に備えられて、排気通路を流通する排気の温度を計測する温度センサと、前記絶縁体を通過する排気流量を検出する排気流量検出手段と、前記温度センサによって検出された前記排気通路温度と前記排気流量検出手段によって検出された前記排気流量とを用いて、前記絶縁体温度を算出する第２検出手段と、を備えたとしてもよい。

前記第２検出手段における前記絶縁体温度の算出には、例えば、物理現象に基づいた数式モデルを用いることもでき、これにより、直接検出する手段を省いて、簡素な構成により数式モデルによって粒子状物質検出手段の素子温度が算出できる。

また前記粒子状物質脱離量検出手段は、前記粒子状物質検出手段によって検出された粒子状物質検出値と、前記絶縁体を通過する前記排気流量と、を用いて、前記粒子状物質脱離量を算出するとしてもよい。

これにより粒子状物質検出値と排気流量を用いて粒子状物質脱離量を算出するので、高精度に粒子状物質脱離量を算出できる。したがって高精度な粒子状物質脱離量を用いて高精度な粒子状物質検出値へ補正する検出装置が実現できる。

また前記内燃機関の筒内への燃料の噴射量を指令する指令手段と、前記排気通路に備えられて、排気通路を流通する排気温度を計測する温度センサと、前記排気通路内の圧力を検出する排気通路圧力検出手段のうち少なくともひとつと、前記内燃機関の吸気通路を流通する吸気量を検出する吸気量検出手段と、を備え、前記排気流量検出手段は、前記指令手段によって指令された燃料噴射量と、前記温度センサによって検出された前記排気通路温度と、前記排気通路内圧力検出手段によって検出された前記排気通路圧力と、のうちの少なくともひとつと、前記吸気量検出手段によって検出された吸気量と、を用いて排気流量を算出するとしてもよい。

これにより内燃機関の吸気量と燃料噴射量と排気通路温度と排気通路圧力とを用いて排気流量を算出するので、高精度に排気流量を算出できる。したがって高精度な排気流量を用いて高精度な粒子状物質検出値へ補正する検出装置が実現できる。

本発明における検出装置の実施例における構成図。 ＤＰＦの配置例を示す図。 ＰＭセンサの構造の例を示す図。 実施例１における検出処理のフローチャート。 実施例２における検出処理のフローチャート。 実施例３における検出処理のフローチャート。 ＰＭセンサ出力補正係数と素子温度とカバー内温度との差分値の間の関係の例を示す図。 排気管ＰＭ流通量補正係数と排気流量の間の関係の例を示す図。 排気管ＰＭ流通量補正係数とＰＭセンサ出力値の間の関係の例を示す図。 熱泳動の影響を示す図。 排気流速の影響を示す図。 ＰＭ温度の影響を示す図。 粒子状物質検出値補正係数とＰＭ温度の間の関係の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る検出システム１（システム、検出装置）の実施例における装置構成の概略図である。

システム１は、ディーゼルエンジン２（エンジン）の排気管４中のＰＭ量を検出するためのシステムである。エンジン２へ吸気（空気）を供給する吸気管３には、エアフロメータ３０が装備されている。エアフロメータ３０によって吸気量（例えば単位時間当たりの質量流量）が検出される。エンジン２の排気管４には、排気温センサ４０とＰＭセンサ５とが配置されている。

排気温センサ４０は排気温度を検出する。ＰＭセンサ５は排気中のＰＭ量を検出する。そして以上のシステムを制御する電子制御装置６（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が装備されている。ＥＣＵ６は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ６０を備えるとすればよい。

図１では、ＤＰＦが省略されているとすればよい。ＤＰＦを装備する場合の例が図２に示されている。図２（ａ）の例は、ＤＰＦ４１を排気温センサ４０とＰＭセンサ５の間に配置した例であり、図２（ｂ）の例は、排気温センサ４０およびＰＭセンサ５の下流に配置した例である。図２（ａ）の場合、ＰＭセンサ５によってＤＰＦ４１をすり抜けたＰＭ量を検出することによって、ＤＰＦ４１の故障の有無が検出できる。図２（ｂ）の場合、ＰＭセンサ５によってＤＰＦ４１に流入するＰＭ量が検出できるので、ＤＰＦ４１におけるＰＭ堆積量が推定できる。

ＰＭセンサ５の構造の例が図３に示されている。ＰＭセンサ５は、板状の絶縁体であるセンサ素子５０の上に１対の電極５１、５２が形成されている。そして全体が、例えば金属製のカバー５３で覆われている。カバー５３には多数の孔部が形成されていて、カバーの内側にＰＭが流入する。そしてＰＭは、自身が持つ粘着性によってセンサ素子５０に付着、堆積していく。ＰＭは導電性を有するので、センサ素子５０上に堆積したＰＭによって電極５１、５２間が連結されると、電極５１、５２間が導通状態となる。

電極５１、５２間には直流電源５４によって電圧が印加されており、センサ素子５０上に堆積したＰＭによって電極５１、５２間が導通状態となると、電極５１、５２間に電流が流れる。その電流値を電流計５５によって計測し、センサ出力としてＥＣＵ６へ出力する。

ＰＭセンサ５には、ヒータ５６およびヒータ制御部５７が装備されている。ヒータ５６は例えばセンサ素子５０の裏面に形成した金属線（導線、導体）とすればよい。ヒータ制御部５７によってヒータ５６に電流を流してヒータ５６の電気抵抗によって昇温させて、これによりセンサ素子５０表面に堆積したＰＭを燃焼して除去する。これによってＰＭセンサ５が再生される。

ヒータ制御部５７は、ヒータ５６を流れる電圧値、電流値を検出することによって、両者の除算によってヒータ５６の電気抵抗値を算出できるとする。周知のとおり電気抵抗値は温度によって変化する性質を有するので、ヒータ制御部５７によってヒータ５６の温度、すなわち近似的にセンサ素子５０の温度が検出できる。ヒータ制御部５７から電圧値、電流値をＥＣＵ６へ送ってＥＣＵ６で電気抵抗値さらにはヒータ５６の温度を算出してもよい。

あるいは排気温度と排気流量とからセンサ素子５０の温度を算出するマップを予め作成しておいて、それを用いてセンサ素子５０の温度を算出してもよい。排気温度は排気温センサ４０で計測すればよい。排気流量の算出方法は後述する。またＰＭセンサ５は排気温度を検出するセンサ５８を備える。排気温センサ５８によってカバー５３内部の温度を検出する。

なお本実施例では、後述するようにカバー５３内部の温度を検出するが、その検出方法は次の２つの方法のうちどちらを用いてもよい。第１の方法は、排気温センサ５８を用いてカバー５３内部の温度を直接検出する方法である。第２の方法は、排気温センサ４０とセンサ素子５０の温度とを用いてカバー５３内部の温度を推定する方法である。この場合、排気温センサ４０の検出値およびセンサ素子５０の温度からカバー５３内部の温度を算出する数式モデルを予め求めておいて、そのモデルを用いてカバー５３内部の温度を算出する。第２の方法を用いる場合は排気温センサ５８は装備しなくてもよい。

以上の構成のもとでシステム１は、ＰＭセンサ５の出力から、排気管４中のＰＭ量を精度よく反映した数値を算出する。排気管４中のＰＭ量を精度良く補正するポイントが図１０から図１２に示されている。

図１０は熱泳動による影響を示している。センサ素子５０の周辺における排気温度分布が、センサ素子５０のより遠くの温度が高く、より近くの温度が低い分布の場合、いわゆる熱泳動の影響によってＰＭはセンサ素子５０の方へ向かう力を受ける。逆にセンサ素子５０のより近くの温度が高く、より遠くの温度が低い場合、熱泳動の影響でＰＭはセンサ素子５０から遠ざかる向きの力を受ける。

前者の場合は後者の場合よりもセンサ素子５０により多くのＰＭが堆積し、ＰＭセンサの出力値は大きくなる。したがって排気管４中のＰＭ量が同じでも、センサ素子５０及びその周辺における温度分布が異なると、熱泳動の影響でＰＭセンサの出力値が異なる。したがって排気管４内のＰＭ量のみを正確に反映した数値を得たい場合には、熱泳動の影響を打ち消したい。よって排気管４中のＰＭ変化速度を、熱泳動の影響を打ち消すように補正する必要がある。

図１１には排気流速の影響が示されている。排気の流速が遅い場合と比較して、排気の流速が速い場合には、ＰＭセンサ５のセンサ素子５０に付着せずに、センサ素子５０を通り過ぎるＰＭが多くなる。また排気の流速が速い場合には、一旦センサ素子５０に付着したＰＭが排気によって再度センサ素子５０から分離しやすいと考えられる。したがって、排気流速が速い場合には、その影響でＰＭセンサ出力が小さくなると考えられるので、それを打ち消すように補正する必要がある。

図１２には堆積したＰＭ層の電気抵抗が示されている。図１２のグラフは、縦軸がセンサ素子５０に堆積したＰＭ層による電極５１、５２間の電気抵抗値、横軸がそのＰＭ層の温度である。同図のとおり、温度が高くなるにつれて、ＰＭ層による電極５１、５２間の電気抵抗値は低くなる。この現象の原因は以下のように推定される。

温度が高いほどＰＭの各粒子は大きく振動する。したがってＰＭの各粒子間の接触面積が大きくなる。したがって各粒子間の接触部分を通って電流が流れる際に、電流の通る面積が大きくなるので、電流が流れやすくなり、ＰＭセンサ５の出力が大きくなる。このことは電気抵抗値が小さくなることと等価である。したがって排気管４内のＰＭ量を正確に反映した数値を得たい場合には、排気管４中のＰＭ量に、温度変化による電気抵抗の変化の影響を打ち消す補正を施す必要がある。

システム１では、以上の３つの現象の影響を打ち消すように排気管4中のＰＭ量を補正する。その処理手順が図４に示されている。図４（および後述の図５、図６）の処理手順は予めプログラム化されて例えばＥＣＵ６内のメモリ６０に記憶されており、ＥＣＵ６が自動的にそれを実行すればよい。

図４の処理ではまず手順Ｓ１０でＥＣＵ６は、ＰＭセンサ５の出力値を取得する。次にＳ２０でＥＣＵ６は、所定時間内に排気管４中の任意の軸方向直交断面を流通したＰＭ流通量(排気管中ＰＭ流通量)を算出する。この算出は例えば、所定時間前後のＰＭセンサ検出値の変化量から排気管中ＰＭ流通量を予め求めておいた相関関係に基づいて算出すれば良い。理論的には、排気管中ＰＭ流通量がａ倍になればＰＭセンサの検出値の単位時間あたりの変化量もａ倍になるとみなされる。したがってＰＭセンサ出力値の変化量と排気管中ＰＭ流通量との間には相関関係がある。次にＳ３０でセンサ素子５０の温度を取得する。センサ素子５０の温度は上述の方法で算出すればよい。次にＳ４０でＥＣＵ６は、センサ素子５０周りの排気温度（あるいはカバー５３内排気温度）を取得する。これは上述の２つの方法のいずれかを用いて取得すればよい。

続いてＳ６０でＥＣＵ６は、排気管中流通ＰＭ量補正係数１（以下、係数１）を算出する。係数１（および後述の係数２、３）は、排気管中ＰＭ流通量に例えば乗算されるかたちで排気管ＰＭ流通量を補正する正の数値である。係数１は、上述の熱泳動の影響を補正するための係数である。係数１は例えばマップを用いて算出すればよく、そのマップの例が図７に示されている。

図７は、縦軸に排気管中のＰＭ量補正係数１、横軸にセンサ素子５０の温度からカバー内排気温度を減算した数値をとっている。センサ素子５０の温度はＳ３０で、カバー内排気温度はＳ４０で取得している。上述のとおり、素子温度からカバー内排気温度を減算した数値が大きいほど、熱泳動の影響で、排気管中ＰＭ流通量に対するＰＭセンサの出力増加が小さくなる。したがって素子温度からカバー内排気温度を減算した数値が大きいほど係数１を大きな（正の）数値とする。図７における縦軸、横軸の目盛りは使用する装置の特性などに応じて適切に定めればよい。

熱泳動においては、素子温度からカバー内排気温度を減算した数値が大きいほど、センサ素子５０からＰＭを遠ざける傾向がより大きくなる。この傾向を打ち消すために、図７に示された係数１を決定する曲線は下に凸、すなわち素子温度からカバー内排気温度を減算した数値が大きいほど、係数１の増加率（曲線の傾き）は大きくなっている。Ｓ６０では、図７のマップを用いて係数１を算出する。

続いてＳ９０では、Ｓ６０で算出した補正係数１を用いて、排気管中ＰＭ流通量を補正する(補正後排気管中ＰＭ流通量)。具体的には、Ｓ２０で算出した排気管ＰＭ流通量にＳ６０で算出した係数１を乗算すればよい。

続いてＳ１００では、Ｓ９０で算出した補正後排気管中ＰＭ流通量を積算する。これにより、排気管４中を流通したＰＭの総量(粒子状物質検出値)を算出することができる。

上記で算出された粒子状物質検出値を図１２を考慮に入れて、補正してもよい。上述のとおり、センサ素子５０の表面に堆積したＰＭの温度が高いほど、ＰＭ間を通る電流に対する電気抵抗が減少する。電気抵抗が減少するほどＰＭセンサ５の出力値である電流値は大きくなる。したがって、この影響を打ち消すために、センサ素子５０の表面に堆積したＰＭの温度が高いほど、前記粒子状物質検出値が小さくなるように補正する。

センサ素子５０の表面に堆積したＰＭの温度は、例えばセンサ素子温度、あるいはカバー内温度（あるいは両数値の中間の数値、例えば平均値など）によって近似すればよい。したがってこの場合の係数を求めるマップは例えば図１３のようになる。前記粒子状物質検出値は、図１３に基づいて算出された補正値に例えば乗算するかたちで、前記粒子状物質検出値を補正することができる。

次に実施例２を説明する。実施例１では、熱泳動の影響を打ち消すように排気管中ＰＭ流通量を補正したが、実施例２においては、熱泳動に加えて排気流速の影響も打ち消すように排気管中ＰＭ流通量を補正する。実施例２においても、図１から図３の装置構成を用いればよい。実施例２における処理手順が図５に示されている。図５において図４と同一符号の処理は図４と同じ処理を行えばよいので、重複する説明は省略する。

図５の処理では、Ｓ５０およびＳ７０の処理が実行される。Ｓ５０ではセンサ素子周りの排気流速を検出する。排気流速の算出方法は後述する。Ｓ７０でＥＣＵ６は、排気管中ＰＭ流通量補正係数２（以下、係数２）を算出する。係数２は、上述の排気流速の影響を打ち消すための補正係数である。係数２は例えばマップを用いて算出すればよく、そのマップの例が図８に示されている。

図８は、縦軸に係数２、横軸に（単位時間当たりの）排気流量（排気流速）をとっている。上述のとおり、排気流速が大きいほど、排気管ＰＭ流通量に対するＰＭセンサの出力増加が小さくなる。したがって排気流速が大きいほど係数２を大きな数値とする。図８における縦軸、横軸の目盛りは使用する装置の特性などに応じて適切に定めればよい。

上述のとおり、排気流速の影響においては、排気流速が大きいほど、センサ素子５０にＰＭが付着しにくくなる傾向、センサ素子５０からＰＭが離脱しやすくなる傾向がより大きくなる。この傾向を打ち消すために、図８に示された係数２を決定する曲線は下に凸、すなわち排気流速が大きいほど、係数２の増加率（曲線の傾き）は大きくなっている。Ｓ６０では、図８のマップを用いて係数２を算出する。

そして図５のＳ９０では、Ｓ２０で取得した排気管中ＰＭ流通量に、Ｓ６０で算出した係数１を乗算し、さらにＳ７０で算出した係数２を乗算する。さらに、Ｓ１００で補正後排気中ＰＭ流通量を積算し、粒子状物質検出値を算出する。以上が図５の処理手順である。

次に実施例３を説明する。実施例３においては、熱泳動、排気流速、に加えてセンサ素子５０に付着したＰＭの離脱の影響も打ち消すように粒子状物質検出値を補正する。実施例３においても、図１から図３の装置構成を用いればよい。実施例３における処理手順が図６に示されている。図６において図４、図５と同一符号の処理は図４、図５と同じ処理を行えばよいので、重複する説明は省略する。

図６の処理では、Ｓ１１０の処理が実行される。Ｓ１１０でＥＣＵ６は、粒子状物質検出値補正係数（以下、係数３）を算出する。係数３は、上述の排気流速の影響でセンサ素子５０の表面に堆積したＰＭが離脱することに関係する補正係数である。

ここで、ＰＭセンサ出力値が大きいほどセンサ素子５０の表面により多くのＰＭが堆積しており、センサ素子により多くのＰＭが堆積しているほど、堆積状態から離脱するＰＭの量も多くなると考えられる。したがってＰＭセンサ出力値が大きいほど、センサ素子５０から離脱するＰＭ量が大きくなるので、係数３によってその影響を補正する。係数３は例えばマップを用いて算出すればよく、そのマップには図９の性質が用いられる。つまり上述の理由から、ＰＭセンサの出力値が大きいほど係数３の値は大きくする。

図６のＳ８０では、そのマップから補正係数３を算出する。そして図６のＳ１２０では、Ｓ１００で取得した粒子状物質検出値に、Ｓ１１０で算出した係数３を乗算し、補正後粒子状物質検出値を算出する。以上が実施例３である。

上記実施例で用いられるセンサ素子周りの排気流速の算出方法を以下で説明する。ここで排気流速の算出には、例えば排気管中の単位時間あたりの体積流量(排気管流通排気体積流量)に係数を乗算すればよい。排気管流通排気体積流量の算出は、エアフロメータ３１で計測した吸気の単位時間当たりの質量流量を排気の体積流量に変換する。排気管流通排気体積流量の算出は例えば、次の式（Ｅ１）にしたがって行う。
Ｖ（ｍ^３ ／ｓｅｃ）
＝[［Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）／２８．８（ｇ／ｍｏｌ）］
×２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）
＋[Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）／２０７．３（ｇ／ｍｏｌ）
×０．８４（ｇ／ｃｃ）×６．７５]
×２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）]
×［Ｔeg（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
× [Ｐ０（ｋＰａ）／[Ｐ０（ｋＰａ）+ｄＰ（ｋＰａ）]] （Ｅ１）

式（Ｅ１）において、Ｖ（ｍ^３ ／ｓｅｃ）が排気管流通排気体積流量、Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）が吸気の単位時間当たりの質量流量、Ｔｅｇ（Ｋ）が排気温度、ｄＰ（ｋＰａ）が差圧、Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）が単位時間当たりの燃料噴射量をそれぞれ示している。Ｇ、Ｔｅｇはそれぞれ、エアフロメータ３０、排気温センサ４０の計測値、そしてＱはインジェクタへの噴射量の指令値とすればよい。

式（Ｅ１）の右辺第１項は吸気の質量流量を体積流量に変換したものであり、第２項は、噴射燃料の燃焼による吸気から排気への増量分である。第２項中、０．８４（ｇ／ｃｃ）は軽油の代表的な液密度である。２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）は摂氏０度、１気圧（ａｔｍ）での理想気体の１ｍｏｌ当たりの体積である。６．７５は燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対する排気のモル数の増加率である。

増加率（６．７５）は以下により得ている。軽油の組成は代表的には、Ｃ_１５Ｈ_２７．３（分子量２０７．３）と表され、燃焼は次の反応式（Ｅ２）で表される。したがって、燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対し、排気は６．７５（＝（１５＋１３．５）−２１．７５）倍のモル数となる。
Ｃ_１５Ｈ_２７．３＋２１．７５Ｏ_２ →１５ＣＯ_２ ＋１３．５Ｈ_２ Ｏ （Ｅ２）

また、燃料噴射はＥＣＵ６で決定される所定の噴射時期にのみ噴射され、間欠的な噴射となる。式（Ｅ１）中の燃料噴射量Ｑは、非噴射期間も合わせた平均的な燃料噴射量である。

吸気の単位時間当たりの質量流量Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）はエアフロメータ３０で計測すればよい。排気温度Ｔｅｇ（Ｋ）は排気温センサ４０で計測すればよい。単位時間当たりの燃料噴射量Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）はＥＣＵ６による噴射量の指令値を用いればよい。

なお排気管流通体積流量は次の式（Ｅ３）で算出してもよい。式（Ｅ３）で算出される排気管流通体積流量は、ＤＰＦ４１の上流における排気流速であり、Ｐ０（ｋＰａ）が大気圧、ｄＰ（ｋＰａ）がＤＰＦ差圧である。ＤＰＦ差圧は、例えばＤＰＦ４１に差圧計を装備して計測すればよい。
Ｖ（ｍ^３ ／ｓｅｃ）
＝[［Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）／２８．８（ｇ／ｍｏｌ）］
×２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）
＋[Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）／２０７．３（ｇ／ｍｏｌ）
×０．８４（ｇ／ｃｃ）×６．７５]
×２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）]
×［Ｔeg（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
× [Ｐ０（ｋＰａ）／[Ｐ０（ｋＰａ）+ｄＰ（ｋＰａ）]] （Ｅ３）

上記実施例は、特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してよい。例えば上記では電流値を出力するＰＭセンサ５を用いたが、シャント（分流）抵抗を有して、電圧値を出力とするＰＭセンサでもよく、排気管中のＰＭ量と相関を有する数値を出力するセンサであればよい。

上記実施例で、電流計５５が検出部を構成する。ＰＭセンサ５が粒子状物質検出手段を構成する。Ｓ２０、Ｓ３０の手順とＥＣＵ６とが温度検出手段を構成する。Ｓ７０の手順とＥＣＵ６とが補正手段を構成する。Ｓ５０の手順とＥＣＵ６とが第１副補正手段を構成する。Ｓ５０の手順とＥＣＵ６とが第２副補正手段を構成する。Ｓ６０の手順とＥＣＵ６とが第３副補正手段を構成する。

またＳ６５の手順とＥＣＵ６とが第４副補正手段を構成する。排気温センサ４０が温度センサを構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ６とが算出手段を構成する。ヒータ５６が昇温手段を構成する。ヒータ制御部５７が第１検出手段を構成する。Ｓ２０の手順とＥＣＵ６とが第２検出手段を構成する。エアフロメータ３０が吸気量検出手段を構成する。ＥＣＵ６が指令手段を構成する。

また、ヒータ５６により、絶縁体５０、及び電極５１、５２付近が昇温され、付着したＰＭが燃焼除去された直後、Ｓ１００で算出される粒子状物質検出値は、ゼロ(0)に設定される。

１ 検出システム（検出装置）
２ ディーゼルエンジン（エンジン、内燃機関）
４ 排気管（排気通路）
５ ＰＭセンサ
４１ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）

Claims (13)

1. 内燃機関の排気通路を流通する排気中に配置された絶縁体と、その絶縁体に少なくとも一部が当接するように配置された１対の電極と、その１対の電極間に電圧を印加して、前記絶縁体に付着して前記１対の電極間を電気的に導通させた排気中の粒子状物質の量と相関を有する数値である粒子状物質検出値を検出する検出部と、を備えた粒子状物質検出手段と、
   前記粒子状物質検出手段を通過する排気の温度を検出する排気温度検出手段および前記絶縁体の温度を検出する絶縁体温度検出手段と、
   前記排気温度検出手段によって検出された排気温度および前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度を用いて、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする検出装置。
2. 前記絶縁体を通過する排気の流量を検出する排気流量検出手段を備え、
   前記補正手段は、前記排気温度検出手段によって検出された排気温度および前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度と、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量と、を用いて、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を補正する請求項１に記載の検出装置。
3. 前記絶縁体に付着した粒子状物質が絶縁体から脱離した量を検出する粒子状物質脱離量検出手段を備え、
   前記補正手段は、前記排気温度検出手段によって検出された排気温度および前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度と、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量と、前記粒子状物質脱離量検出手段で検出された粒子状物質脱離量と、を用いて、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を補正する請求項２に記載の検出装置。
4. 前記補正手段は、前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度から前記排気温度検出手段によって検出された排気温度を減算した数値を用いて、前記粒子状物質検出値を補正する第１副補正手段を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出装置。
   
5. 前記第１副補正手段は、前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度から前記排気温度検出手段によって検出された排気温度を減算した数値が大きいほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値の変化速度を、前記粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正する請求項４に記載の検出装置。
6. 前記補正手段は、前記排気温度検出手段によって検出された排気温度、あるいは前記絶縁体温度検出手段によって検出された絶縁体温度が高いほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を、前記粒子状物質の量がより少ないことを示す数値の側に補正する第２副補正手段を備えた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記絶縁体を通過する排気の流量を検出する排気流量検出手段を備え、
   前記補正手段は、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量が大きいほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値の変化速度を、前記粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正する第３副補正手段を備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記補正手段は、前記粒子状物質脱離量検出手段で検出された前記粒子状物質脱離量が大きいほど、前記粒子状物質検出手段によって検出された前記粒子状物質検出値を、前記粒子状物質の量がより多いことを示す数値の側に補正する第４副補正手段を備えた請求項３に記載の検出装置。
9. 前記絶縁体を通過する排気の流量を検出する排気流量検出手段を備え、
   前記排気温度検出手段は、
   前記排気通路に備えられて、排気通路を流通する排気の温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサによって検出された排気温度と、前記排気流量検出手段によって検出された前記絶縁体を通過する排気流量と、前記絶縁体温度検出手段により検出された絶縁体温度と、を用いて、前記粒子状物質検出手段を通過する排気温度を算出する排気温度算出手段と、
   を備えた請求項１乃至８のいずれか１項に記載の検出装置。
10. 電気抵抗と電力手段とを備えて、その電力手段から電力を供給して前記電気抵抗を発熱することよって前記絶縁体を昇温する昇温手段を備え、
    前記絶縁体温度検出手段は、前記電気抵抗の抵抗値によって前記絶縁体温度を検出する第１検出手段を備えた請求項１乃至９のいずれか１項に記載の検出装置。
11. 前記絶縁体温度検出手段は、
    前記排気通路に備えられて、排気通路を流通する排気の温度を計測する温度センサと、
    前記絶縁体を通過する排気流量を検出する排気流量検出手段と、
    前記温度センサによって検出された排気温度と前記排気流量検出手段によって検出された排気流量とを用いて前記絶縁体温度を算出する第２検出手段と、を備えた請求項１乃至９のいずれか１項に記載の検出装置。
12. 前記粒子状物質脱離量検出手段は、
    前記絶縁体を通過する排気流量を検出する排気流量検出手段と、
    前記粒子状物質検出値と前記排気流量とを用いて、前記粒子状物質脱離量を算出する算出手段と、
    を備えた請求項３に記載の検出装置。
13. 前記絶縁体を通過する排気の流量を検出する排気流量検出手段を備え、
    前記内燃機関の筒内への燃料の噴射量を指令する指令手段と、
    前記排気通路に備えられて、排気通路を流通する排気の温度を計測する温度センサと、
    前記排気通路内の圧力を検出する排気通路圧力検出手段と、のうち少なくともひとつと、
    前記内燃機関の吸気通路を流通する吸気量を検出する吸気量検出手段と、
    を備え、
    前記排気流量検出手段は、前記指令手段によって指令された燃料噴射量と、前記温度センサによって検出された排気温度と、前記排気通路圧力検出手段によって検出された排気通路圧力と、のうちの少なくともひとつと、前記吸気量検出手段によって検出された吸気量と、を用いて排気流量を算出する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の検出装置。

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