JP5278615B2 - 内燃機関の粒子状物質検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の粒子状物質検出装置に関する。
日本特開2009−144577号公報には、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの下流に設けられた、パティキュレートマター(PM)が付着する電気絶縁材と、この電気絶縁材に相互に離間して設けられた複数の電極と、この複数の電極間の電気抵抗値に相関する指標を計測し、計測した指標が所定基準より小さくなったことを検出すると、パティキュレートフィルタの故障を判定する制御手段とを備えたパティキュレートフィルタの故障判定装置が開示されている。
上記公報に開示されたようなPMセンサでは、電極間に電圧を印加することによって電界を発生させ、排気ガス中の帯電した粒子状物質を、その電界によって引き寄せて捕集する。そして、電極間に粒子状物質が堆積すると電極間の電気抵抗が低下することを利用して、排気ガス中の粒子状物質の量を検出する。このPMセンサには、堆積した粒子状物質を燃焼除去するためのヒータが設けられている。PMセンサに堆積した粒子状物質が所定量に達した場合には、このヒータに通電し、堆積した粒子状物質を燃焼除去すること、すなわちPMセンサのリセットが行われる。
このようなPMセンサでは、リセット後、電極間の粒子状物質の堆積量が一定の量に達するまでの間は、電極間の電気抵抗に変化が現れない。PMセンサのリセット後、電極間の電気抵抗(センサ出力)に変化が現れるまでの時間を、以下、「不感帯時間」と称する。1回の検出が終了するには、少なくとも不感帯時間以上の時間が必要となる。
時間当たりの粒子状物質の排出量は、内燃機関の運転状況などによって大きく異なる。例えば、機関負荷の変動が緩やかな場合には粒子状物質排出量は少ないが、機関負荷の急な変動が多い場合には粒子状物質排出量が多くなる。時間当たりの粒子状物質排出量が少ないときには、電極間の粒子状物質の堆積量が上記一定の量に到達するまでに時間がかかるので、不感帯時間が長くなる。このため、1回の検出に要する時間が長くなり、粒子状物質の排出量を把握できない状態が長時間に渡って続くこととなり、好ましくない。逆に、時間当たりの粒子状物質排出量が多いときには、電極間の粒子状物質の堆積量が、短時間のうちに、リセットを行うべき量に到達する。このため、PMセンサのリセットが頻繁に行われることとなり、ヒータの消費電力が大きくなるという問題がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、1回の検出に要する時間の短縮と、センサリセットのためのヒータの消費電力の抑制とのバランスを適正に保つことのできる内燃機関の粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の粒子状物質検出装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、粒子状物質を捕集する一対の電極を有するセンサと、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記粒子状物質の排出量の多寡と関連する所定の指標を取得する排出量指標取得手段と、
前記排出量指標取得手段により取得された指標に基づき、粒子状物質排出量が多い場合には粒子状物質排出量が少ない場合に比して前記一対の電極間に印加する電圧が低くなるように電圧を調節する電圧調節手段と、
を備えることを特徴とする。
内燃機関の排気通路に配置され、粒子状物質を捕集する一対の電極を有するセンサと、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記粒子状物質の排出量の多寡と関連する所定の指標を取得する排出量指標取得手段と、
前記排出量指標取得手段により取得された指標に基づき、粒子状物質排出量が多い場合には粒子状物質排出量が少ない場合に比して前記一対の電極間に印加する電圧が低くなるように電圧を調節する電圧調節手段と、
を備えることを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記指標は、前記内燃機関の負荷変動の緩急を表す値であることを特徴とする。
前記指標は、前記内燃機関の負荷変動の緩急を表す値であることを特徴とする。
また、第3の発明は、第1の発明において、
前記指標は、前記センサに堆積した粒子状物質を除去した後、前記センサの出力に変化が現れるまでの時間であることを特徴とする。
前記指標は、前記センサに堆積した粒子状物質を除去した後、前記センサの出力に変化が現れるまでの時間であることを特徴とする。
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の平均的な1回の運転時間である平均運転時間を算出する平均運転時間算出手段と、
前記平均運転時間算出手段により算出された平均運転時間が短い場合には該平均運転時間が長い場合に比して前記一対の電極間に印加する電圧を高くする方向に補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
前記内燃機関の平均的な1回の運転時間である平均運転時間を算出する平均運転時間算出手段と、
前記平均運転時間算出手段により算出された平均運転時間が短い場合には該平均運転時間が長い場合に比して前記一対の電極間に印加する電圧を高くする方向に補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
第1の発明によれば、粒子状物質排出量が多い場合には、電極間の印加電圧を比較的低くして電界を弱くすることができる。このため、電極間に粒子状物質が堆積する速度を抑制することができる。これにより、粒子状物質排出量が多い場合であっても、電極間に堆積した粒子状物質を除去するためのセンサリセットが頻繁に生ずることを確実に防止することができ、センサリセットに要するヒータの消費電力を低減することができる。一方、粒子状物質排出量が少ない場合には、電極間の印加電圧を比較的高くして電界を強くすることができる。このため、電極間に粒子状物質が堆積する速度を上昇させることができるので、粒子状物質排出量の1回の検出に要する時間を短縮することができる。これにより、粒子状物質排出量が少ない場合であっても、1回の検出に要する時間が長くなりすぎることを確実に防止することができる。
第2の発明によれば、内燃機関の負荷変動の緩急を表す値を指標とすることにより、粒子状物質排出量の多寡を精度良く推測することができる。
第3の発明によれば、センサに堆積した粒子状物質を除去した後、センサの出力に変化が現れるまでの時間(不感帯時間)を指標とすることにより、粒子状物質排出量の多寡を精度良く推測することができる。
第4の発明によれば、内燃機関の平均運転時間が短い場合には該平均運転時間が長い場合に比して電極間の印加電圧を高くする方向に補正することができる。このため、1回の運転時間が短い使用条件で用いられる内燃機関においても、機関停止前に少なくとも1回の粒子状物質排出量検出を確実に完了させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
実施の形態1.
図1は、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。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関20を備えている。内燃機関20は、例えば車両に動力源として搭載される。内燃機関20の排気通路22の途中には、排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter、以下「PM」と略記することもある。)をトラップする機能を有するパティキュレートフィルタ24が設置されている。パティキュレートフィルタ24の下流側の排気通路22には、粒子状物質を検出可能なPMセンサ2が設置されている。
図1は、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。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関20を備えている。内燃機関20は、例えば車両に動力源として搭載される。内燃機関20の排気通路22の途中には、排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter、以下「PM」と略記することもある。)をトラップする機能を有するパティキュレートフィルタ24が設置されている。パティキュレートフィルタ24の下流側の排気通路22には、粒子状物質を検出可能なPMセンサ2が設置されている。
本実施形態のシステムは、更に、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、PMセンサ2のほか、内燃機関20の吸入空気量を検出するエアフローメータ26、内燃機関20の出力軸の回転角度を検出するクランク角センサ28、内燃機関20を搭載した車両の運転席のアクセルペダルの踏み込み量(以下、「アクセル開度」と称する)を検出するアクセル開度センサ30等の各種のエンジン制御用センサ、並びに、図示しない燃料インジェクタ等の各種のエンジン制御用アクチュエータが電気的に接続されている。
本実施形態では、パティキュレートフィルタ24の下流側にPMセンサ2を設けたことにより、パティキュレートフィルタ24の下流側に排出されたPMの量を検出することができる。パティキュレートフィルタ24に故障が生じた場合には、パティキュレートフィルタ24によるPM除去率が低下するので、パティキュレートフィルタ24の下流側に排出されるPMの量が大きく増加する。本実施形態では、PMセンサ2で検出されるパティキュレートフィルタ24の下流側のPM排出量に基づいて、パティキュレートフィルタ24の故障の有無を精度良く検出することができる。
ただし、本発明におけるPMセンサ2の設置箇所は、パティキュレートフィルタ24の下流側に限定されるものではない。例えば、内燃機関20から排出されるPMを直接検出する位置にPMセンサ2を設けてもよい。
図2は、PMセンサ2を示す断面図、図3は、PMセンサ2のセンサ素子部の一部を拡大した図である。図2に示すように、PMセンサ2は、カバー4と、カバー4内の空間に設置された素子部6とを備えている。カバー4は、気体を通過させる複数の孔を有している。カバー4の複数の孔からカバー4内部に排気ガスが流入し、素子部6が排気ガスに接した状態となる。
図3に示されるように、素子部6は、その表面に一対の電極8,10を有している。一対の電極8,10は、互いに接触しない状態で、互いに一定の間隔を開けて配置されている。電極8,10は、それぞれ電極が他の部分より密に配置された密領域を有している。より具体的には、電極8,10のそれぞれは、密領域以外の領域には、素子部6の長手方向にのびる導電部8a,10aが形成されている。一方、素子部6の先端付近の密領域には、導電部8a,10aと、導電部8a、10bに垂直な方向に形成された複数の導電部8b、10bとが形成されている。すなわち、電極8,10それぞれは、素子部6の密領域に櫛歯形状に配置された導電部8b,10bを有し、この櫛歯形状の部分は、互いに噛み合わされるように配置されている。
図4は、図3中のA−B線での模式的な断面図である。図4の上側が、図3の素子部6の表面側に対応している。図5は、電極8,10間にPMが堆積する様子を模式的に示す図である。
図4に示すように、電極8,10は、絶縁層12に接して配置されている。絶縁層12は、PMを付着させる機能を有する。絶縁層12内部の電極8,10の近傍には、電極8,10のそれぞれ対応する熱電対などの温度センサ14(温度検出手段)が埋め込まれている。
電極8と電極10とは、それぞれ、電源回路等を介して電源(図示せず)に接続される。これにより、電極8と電極10との間に電圧が印加される。この電圧を印加することにより、電極8,10間に電界が発生し、この電界によって排気ガス中の帯電したPMが引き寄せられ、電極8,10間にPMが堆積していく(図5参照)。
温度センサ14にはそれぞれに生じる起電力を検出する検出器(図示せず)が所定の回路を介して接続されている。温度センサ14の起電力を検出することで、電極8,10近傍の温度を検出することができる。
温度センサ14の下層にはヒータ16(加熱手段)が埋め込まれている。ヒータ16は、その発熱の中心が、電極8,10の密領域のすぐ下層にくるように形成されており、特にこの密領域が効率的に加熱するように構成されている。このヒータ16には、電源回路等を介して通電可能になっている。
上記の検出器や電源回路等は、ECU50に電気的に接続され、ECU50によって制御される。PMセンサ2は、電極8,10間の電気抵抗に応じたセンサ出力を発する。ECU50は、PMセンサ2のセンサ出力に基づいて、PM排出量(PMセンサ2の設置箇所を通過したPMの量)を検出することができる。
電極8,10間に堆積したPMの量が、ある一定の限度を超えた場合には、その堆積したPMを除去する必要がある。本実施形態では、ヒータ16に通電して素子部6を加熱することにより、電極8,10間に堆積したPMを燃焼させて除去することができる。ヒータ16に通電して電極8,10間に堆積したPMを除去することを「リセット」と称する。
PM排出量の検出は、PMセンサ2をリセットした状態から開始される。図6は、PM排出量の検出を行った際のPMセンサ2のセンサ出力と、PM排出量との関係を示す図である。図6の横軸のPM排出量とは、リセット後にPMセンサ2の設置位置を通過したPMの積算量である。
PMセンサ2をリセットした状態では、電極8,10間は絶縁されている。電極8,10間が絶縁されているときには、センサ出力はゼロとなる。このため、図6に示すように、検出開始当初、センサ出力は、ゼロとなる。図5の左側の図は、電極8,10間にPMが堆積し始めたが、導通パスがまだ形成されていない状態を表している。この状態では、電極8,10間が絶縁されているので、センサ出力はゼロのままとなる。電極8,10間にPMが更に堆積していき、ある一定の堆積量に達すると、図5の右側の図に示すように、堆積したPMによって電極8,10間に導通パスが形成される。このような導通パスが形成されると、電極8,10間の電気抵抗が下がり、センサ出力が出始める。そして、PM堆積量が更に多くなるほど、導通パスが大きくなり、電極8,10間の電気抵抗が更に下がる。このようにして電極8,10間の電気抵抗が小さくなるにつれて、センサ出力が大きくなる。
電極8,10間に印加された電圧によって発生した電界により、PMセンサ2の設置箇所を通過する排気ガス中のPMは、一定の割合で、PMセンサ2に引き寄せられて電極8,10間に堆積する。このため、PMセンサ2の設置箇所を通過したPMの量(PM排出量)と、電極8,10間のPM堆積量とは、相関がある。また、電極8,10間のPM堆積量と、センサ出力とは、上述した関係がある。すなわち、電極8,10間のPM堆積量が所定量に到達すると、導通パスが形成され、センサ出力が出始める。そして、PM堆積量が更に多くなるにつれて、センサ出力が大きくなる。このため、センサ出力とPM排出量とは、図6に示すような関係となる。よって、センサ出力に基づいて、PM排出量を求めることができる。
図6に示すように、センサ出力が出始めたとき(導通パスが形成されたとき)のPM排出量は、ある一定の値α(例えば30mg)となる。したがって、ECU50は、PMセンサ2をリセットして検出を開始した後、センサ出力が出始めた時点で、リセット時からその時点までのPM排出量が上記αに達したと判定することができる。また、ECU50は、図6に示すように、センサ出力がYになった時点で、リセット時からその時点までのPM排出量がβに達したと判定するようにしてもよい。
また、ECU50は、電極8,10間のPM堆積量が、リセットを行うべき量に到達したかどうかを、センサ出力等に基づいて判断する。そして、ECU50は、リセットを行うべき量にPM堆積量が到達したと判定した場合には、PMセンサ2をリセットする。PMセンサ2のリセットが終了すると、次回のPM排出量の検出を開始する。
以下の説明では、センサ出力が出始めるときのPM排出量を「検出下限PM量」と称する。図6に示すように、リセット後のPM排出量が検出下限PM量αに達するまでの間は、センサ出力がゼロのままとなる。したがって、PM排出量が検出下限PM量α未満の範囲は、センサ出力がPM排出量に反応しない不感帯となる。このように、リセット後のPM排出量が検出下限PM量αに達するまでの間は、センサ出力がゼロのままであるので、PM排出量を検出することができない。
リセット後、センサ出力が出始めるまでの時間を以下「不感帯時間」と称する。すなわち、不感帯時間は、リセット後のPM排出量が検出下限PM量αに達するまでの時間である。時間当たりのPM排出量が多い場合には、リセット後のPM排出量が短時間のうちに検出下限PM量αに到達するので、不感帯時間は短くなる。逆に、時間当たりのPM排出量が少ない場合には、リセット後のPM排出量が検出下限PM量αに到達するまでに長い時間がかかるので、不感帯時間は長くなる。
内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量は、内燃機関20の運転状況によって大きく異なるので、車両の運転者の運転の仕方に大きく依存する。例えば、急加速やアクセルペダルの開閉を頻繁にしがちな運転者の場合には、機関負荷の急な変動が多くなるので、時間当たりのPM排出量は多くなる。一方、急加速やアクセルペダルの開閉をなるべくしない、穏やかな運転を行う運転者の場合には、機関負荷の変動が緩やかになるので、時間当たりのPM排出量は少なくなる。パティキュレートフィルタ24は、通常、排気ガス中のPMを一定の割合でトラップする。このため、内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量と、パティキュレートフィルタ24の下流側における時間当たりのPM排出量とは、同様の傾向を示す。
以上のようなことから、内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量が少ない場合には、PMセンサ2のリセット後のPM排出量が検出下限PM量αに到達するまでに長い時間がかかるので、不感帯時間が長くなる。不感帯時間が長すぎる場合には、1回の検出に要する時間が長くなり、ECU50がPM排出量を把握できない状態が長時間に渡って続くことになる。このため、パティキュレートフィルタ24の故障が生じた場合などに、そのことを直ちに検出することができないおそれがあり、好ましくない。
逆に、内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量が多い場合には、電極8,10間にPMが堆積する速度が速くなるので、電極8,10間のPM堆積量が、短時間のうちに、リセットを行うべき量に到達する。このため、PMセンサ2のリセットが頻繁に行われることとなり、ヒータ16の消費電力が大きくなるという問題がある。
上述したような点を改善するためには、PM排出量の多寡を推測し、その推測結果に応じて、電極8,10間の印加電圧を変更することが望ましい。図7は、電極8,10間の印加電圧の影響を説明するための図である。図7には、異なる印加電圧の下でPM排出量の検出を行った際のPMセンサ2のセンサ出力とPM排出量との関係が示されている。電極8,10間の印加電圧を高くすると、発生する電界が強くなるので、排気ガス中のPMを引き寄せる力が強くなる。したがって、電極8,10間の印加電圧が高い場合には、排気ガス中のPMが電極8,10間に堆積する割合が高くなる。このため、電極8,10間の印加電圧が高い場合ほど、電極8,10間のPM堆積量の増加速度が速くなり、導通パスが早期に形成される。よって、電極8,10間の印加電圧が高い場合ほど、不感帯時間は短くなり、また、検出下限PM量αは小さくなる。
一方、電極8,10間の印加電圧が低い場合には、発生する電界が弱くなるので、排気ガス中のPMを引き寄せる力が弱くなる。したがって、排気ガス中のPMが電極8,10間に堆積する割合が低くなる。このため、電極8,10間の印加電圧が低い場合には、電極8,10間のPM堆積量の増加速度が遅くなるので、不感帯時間は長くなり、また、検出下限PM量αは大きくなる。
上記の事項に鑑み、本実施形態では、PM排出量が少ないと推測される場合には電極8,10間の印加電圧を比較的高くすることとした。これにより、不感帯時間を短縮することができるので、PM排出量が少ない場合であっても、1回のPM排出量検出に要する時間が長くなりすぎることを防止することができる。また、PM排出量が多いと推測される場合には、電極8,10間の印加電圧を比較的低くすることとした。これにより、電極8,10間のPM堆積量の増加速度を低下させることができるので、PMセンサ2のリセットの頻度を低下させることができる。このため、PM排出量が多い場合であっても、ヒータ16の消費電力を抑制することができる。
また、本実施形態では、PM排出量の多寡を次のようにして推測することとした。前述したように、急加速やアクセルペダルの開閉を頻繁にしがちな運転者の場合には、内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量が多いと推測することができる。アクセル開度がプラス側に変化するときのアクセル開度の変化速度を時間的に積算した値(以下、「アクセル開度変化速度積算値」と称する)は、その積算した期間において急加速やアクセルペダルの開閉が多いかどうかの指標となる。したがって、アクセル開度変化速度積算値が大きい場合には、急加速やアクセルペダルの開閉が頻繁であり、PM排出量が多いと判断できる。逆に、アクセル開度変化速度積算値が小さい場合には、急加速やアクセルペダルの開閉が少なく、PM排出量は少ないと判断できる。そこで、本実施形態では、アクセル開度変化速度積算値が大きい場合には、電極8,10間の印加電圧を低くする方向に補正し、アクセル開度変化速度積算値が小さい場合には、電極8,10間の印加電圧を高くする方向に補正することとした。
図8は、本実施形態においてPM排出量を検出する際にECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図8に示すルーチンによれば、まず、PMセンサ2のリセットを開始する(ステップ100)。そして、電極8,10間に堆積したPMが除去できたら、PMセンサ2のリセットを終了する(ステップ102)。
続いて、PM排出量の検出開始に先立ち、電極8,10間の印加電圧を設定する処理が行われる(ステップ104)。ECU50は、アクセル開度センサ30の出力の履歴に基づいて、過去所定期間におけるアクセル開度変化速度積算値を逐次算出している。前述したように、アクセル開度変化速度積算値が大きいほど、内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量が多い傾向にあると推測でき、アクセル開度変化速度積算値が小さいほど、内燃機関20から時間当たりに排出されるPMの量が少ない傾向にあると推測できる。ステップ104では、このアクセル開度変化速度積算値が読み込まれる。図9は、アクセル開度変化速度積算値と、印加電圧の補正係数との関係を示すマップである。図9に示すマップでは、アクセル開度変化速度積算値が大きくなるにつれて補正係数が小さくなるように定められている。ステップ104では、図9に示すマップに基づいて求められた補正係数を、標準の印加電圧に乗ずることにより、今回のPM排出量の検出に用いる印加電圧が算出される。このようにして印加電圧が設定された後、PM排出量の検出が開始される(ステップ106)。このステップ106では、ステップ104で設定された電圧が電極8,10間に印加される。
以上説明した図8に示すルーチンの処理によれば、アクセル開度変化速度積算値が比較的小さい場合、すなわち、PM排出量が少ない傾向にあると推測される場合には、補正係数が大きくされるので、電極8,10間の印加電圧を標準より高くすることができる。これにより、不感帯時間を短縮することができるので、1回のPM排出量検出に要する時間が長くなりすぎることを防止することができる。
また、アクセル開度変化速度積算値が比較的大きい場合、すなわち、PM排出量が多い傾向にあると推測される場合には、補正係数が小さくされるので、電極8,10間の印加電圧を標準より低くすることができる。このため、PMセンサ2のリセットの頻度を低下させることができ、ヒータ16の消費電力を抑制することができる。
上述した実施の形態1においては、アクセル開度変化速度積算値が前記第1および第2の発明における「指標」に相当している。また、ECU50が、電源回路等を介して電極8,10間に電圧を印加することにより前記第1の発明における「電圧印加手段」が、過去所定期間におけるアクセル開度変化速度積算値を算出することにより前記第1の発明における「排出量指標取得手段」が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第1の発明における「電圧調節手段」が、それぞれ実現されている。
実施の形態2.
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
前述した実施の形態1では、アクセル開度変化速度積算値に基づいて、PM排出量の多寡を推測している。これに対し、本実施形態では、エアフローメータ26で検出される空気流量のプラス側への変化量を時間的に積算した値(以下、「空気流量変化積算値」と称する)に基づいて、PM排出量の多寡を推測する。ある期間の空気流量変化積算値が比較的大きい場合には、その期間における機関負荷の急な変動が多いことを示しているので、PM排出量が多いと推測することができる。一方、その期間の空気流量変化積算値が比較的小さい場合には、その期間における機関負荷の変動が緩やかであることを示しているので、PM排出量は少ないと推測することができる。
図10は、空気流量変化積算値と、印加電圧の補正係数との関係を示すマップである。図10に示すマップでは、空気流量変化積算値が大きくなるにつれて補正係数が小さくなるように定められている。ECU50は、エアフローメータ26の出力の履歴に基づいて、過去所定期間における空気流量変化積算値を逐次算出している。本実施形態では、図8のステップ104において、図9に示すマップに代えて図10に示すマップに基づいて補正係数を求め、その求めた補正係数を標準の印加電圧に乗ずることにより、電極8,10間の印加電圧が設定される。
本実施形態によれば、空気流量変化積算値が比較的小さい場合、すなわち、PM排出量が少ない傾向にあると推測される場合には、補正係数が大きくされるので、電極8,10間の印加電圧を標準より高くすることができる。これにより、不感帯時間を短縮することができるので、1回のPM排出量検出に要する時間が長くなりすぎることを防止することができる。
また、空気流量変化積算値が比較的大きい場合、すなわち、PM排出量が多い傾向にあると推測される場合には、補正係数が小さくされるので、電極8,10間の印加電圧を標準より低くすることができる。このため、PMセンサ2のリセットの頻度を低下させることができ、ヒータ16の消費電力を抑制することができる。
上述した実施の形態2においては、空気流量変化積算値が前記第1および第2の発明における「指標」に相当している。
実施の形態3.
次に、図11を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
次に、図11を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
前述した実施の形態1では、アクセル開度変化速度積算値に基づいて、PM排出量の多寡を推測している。これに対し、本実施形態では、過去に行ったPM排出量検出における不感帯時間に基づいて、PM排出量の多寡を推測する。過去に行ったPM排出量検出における不感帯時間が短い場合は、電極8,10間にPMが堆積する速度が速いことになるので、PM排出量が多い傾向にあると推測することができる。逆に、過去に行ったPM排出量検出における不感帯時間が長い場合には、電極8,10間にPMが堆積する速度が遅いことになるので、PM排出量が少ない傾向にあると推測することができる。
図11は、不感帯時間と、印加電圧の補正係数との関係を示すマップである。図11に示すマップでは、不感帯時間が長くなるにつれて補正係数が大きくなるように定められている。ECU50は、過去に行われたPM排出量検出における目安となる不感帯時間(例えば、過去所定回数の平均値)を算出している。本実施形態では、図8のステップ104において、図9に示すマップに代えて図11に示すマップに基づいて補正係数を求め、その求めた補正係数を標準の印加電圧に乗ずることにより、電極8,10間の印加電圧が設定される。
本実施形態によれば、過去に行われたPM排出量検出における不感帯時間が比較的長い場合、すなわち、PM排出量が少ない傾向にあると推測される場合には、補正係数が大きくされるので、電極8,10間の印加電圧を標準より高くすることができる。これにより、不感帯時間を短縮することができるので、1回のPM排出量検出に要する時間が長くなりすぎることを防止することができる。
また、不感帯時間が比較的短い場合、すなわち、PM排出量が多い傾向にあると推測される場合には、補正係数が小さくされるので、電極8,10間の印加電圧を標準より低くすることができる。このため、PMセンサ2のリセットの頻度を低下させることができ、ヒータ16の消費電力を抑制することができる。
上述した実施の形態3においては、不感帯時間が前記第1および第3の発明における「指標」に相当している。
実施の形態4.
次に、図12を参照して、本発明の実施の形態4について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
次に、図12を参照して、本発明の実施の形態4について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
本実施形態は、以下のような制御を前述した実施の形態1〜3の何れかと組み合わせて実行する。例えば、平均的な1回の走行距離が短い用途に使用される車両のように、内燃機関20の1回の運転時間(始動から停止までの時間)が短い傾向を示す場合がある。このような場合に、1回の運転時間との関係において不感帯時間が長すぎると、PM排出量検出が1回も完了しないうちに内燃機関20が停止されてしまう事態が生ずる可能性がある。このような事態が生ずると、ECU50がPM排出量やパティキュレートフィルタ24の故障の有無などの情報を把握できなくなり、好ましくない。
上記のような点を改善するため、本実施形態では、内燃機関20の1回の運転時間が短い傾向にある場合には、電極8,10間の印加電圧を高くする方向に補正することにより、不感帯時間を短縮することとした。ECU50は、過去の内燃機関20の運転履歴に基づいて、過去の平均的な1回の運転時間である平均運転時間を学習して算出する。例えば、内燃機関20の総運転時間を始動回数で除することにより、平均運転時間を算出する。図12は、平均運転時間と、印加電圧の補正係数との関係を示すマップである。図12に示すマップでは、平均運転時間が短くなるにつれて補正係数が大きくなるように定められている。本実施形態では、図8のステップ104において、実施の形態1〜3の何れかの方法で算出された印加電圧に、図12に示すマップに基づいて求められた補正係数を更に乗ずることにより、最終的な印加電圧を算出する。
本実施形態によれば、平均運転時間が短い場合には、電極8,10間の印加電圧を高くする方向に補正するので、不感帯時間を短縮することができる。このため、1回の運転時間が短い使用条件で用いられる内燃機関20においても、機関停止前に少なくとも1回のPM排出量検出を確実に完了させることができる。よって、PM排出量やパティキュレートフィルタ24の故障の有無などの情報をECU50に確実に把握させることができる。
上述した実施の形態4においては、ECU50が、過去の運転履歴に基づいて平均運転時間を算出することにより前記第4の発明における「平均運転時間算出手段」が、図12に示すマップに基づいて電極8,10間の印加電圧を補正することにより前記第4の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
2 PMセンサ
6 素子部
8,10 電極
12 絶縁層
14 温度センサ
16 ヒータ
20 内燃機関
22 排気通路
24 パティキュレートフィルタ
50 ECU
6 素子部
8,10 電極
12 絶縁層
14 温度センサ
16 ヒータ
20 内燃機関
22 排気通路
24 パティキュレートフィルタ
50 ECU
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に配置され、粒子状物質を捕集する一対の電極を有するセンサと、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記粒子状物質の排出量の多寡と関連する所定の指標を取得する排出量指標取得手段と、
前記排出量指標取得手段により取得された指標に基づき、粒子状物質排出量が多い場合には粒子状物質排出量が少ない場合に比して前記一対の電極間に印加する電圧が低くなるように電圧を調節する電圧調節手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の粒子状物質検出装置。 - 前記指標は、前記内燃機関の負荷変動の緩急を表す値であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
- 前記指標は、前記センサに堆積した粒子状物質を除去した後、前記センサの出力に変化が現れるまでの時間であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
- 前記内燃機関の平均的な1回の運転時間である平均運転時間を算出する平均運転時間算出手段と、
前記平均運転時間算出手段により算出された平均運転時間が短い場合には該平均運転時間が長い場合に比して前記一対の電極間に印加する電圧を高くする方向に補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の粒子状物質検出装置。
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