JPWO2013014739A1

JPWO2013014739A1 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JPWO2013014739A1
Application number: JP2012520405A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎青木; 西嶋　大貴; 大貴西嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2015-02-23
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Abstract

内燃機関（２）の排気経路（４）には、ガス中の微粒子量に応じた出力を発する微粒子センサ（８）が設置される。この制御装置（１０）は、微粒子センサ（８）の出力を検出する手段と、内燃機関（２）の運転状態に関する情報を検出する手段と、情報に応じて、内燃機関が始動されてから暖気されるまでの間の所定の時期に、出力を補正する手段とを備える。このような内燃機関の始動時の出力補正により、微粒子径やセンサ温度の違いに起因して生じる微粒子センサ（８）の出力のばらつきが抑制される。

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路中に設置され、排気ガス中の微粒子量を検知するための微粒子センサを有する内燃機関の制御装置に関するものである。

例えば特許文献１には、内燃機関の排気ガス中の微粒子（particulate matter；以下「ＰＭ」とも称する）量を検出するセンサが開示されている。特許文献１のセンサは、ＰＭを付着させる絶縁層と互いに間隔を開けて絶縁層に配置された一対の電極とを備えている。このセンサが排気ガスに接し、排気ガス中のＰＭが電極間に堆積すると、ＰＭ堆積量に応じて電極間の導電性が変化するため、電極間の抵抗が変化する。従って、センサの電極間の抵抗を検出することで、電極間のＰＭ堆積量が検出される。このＰＭ堆積量に基づき排気ガス中のＰＭ量が推定され、ＰＭ捕集用フィルタの故障の有無の判定等が実行される。

日本特開２００８−１９０５０２号公報

ところで、内燃機関の始動時、排気ガス中には、粒子径の大きなＰＭが多く含まれる傾向にある。センサの電極間に粒子径の大きなＰＭが堆積すると、少ないＰＭ量でも電極間の導電性は高くなり、センサは、実際のＰＭ量に相当する値よりも高い出力を出しやすくなる。更に、センサの素子部の温度は電極間の抵抗値に影響を与える。これらに起因して、始動後は、センサの出力にばらつきが生じることが考えられる。

従って、一般には、内燃機関の始動時、センサが暖気された後で、センサの出力検出が開始される。このため内燃機関の始動後、センサ暖気のための待ち時間が発生することが考えられる。しかし、ＰＭ量の検出や、フィルタの故障の有無の判定等、ＰＭセンサの出力に基づく制御は、内燃機関の始動後早い段階で実行しうる状態となることが望ましい。

この発明は上記課題を解決することを目的とし、内燃機関の始動時、より早くにＰＭ量の測定ができる状態となるように改良された内燃機関の制御装置を提供するものである。

この発明の内燃機関の制御装置は、上記目的を達成するため、内燃機関の排気経路に設置され、ガス中の微粒子量に応じた出力を発する微粒子センサを備える内燃機関を制御する制御装置であって、微粒子センサの出力を検出する手段と、内燃機関の運転状態に関する情報を検出する手段と、情報に応じて、内燃機関が始動されてから暖気されるまでの間の所定の時期に、前記出力を補正する手段と、を備えるものである。

この発明において、内燃機関の制御装置は、内燃機関の暖気の後、微粒子センサの素子部を基準温度にまで昇温させて、素子部に堆積した微粒子を除去する手段を、更に備えるものとしてもよい。

また、この発明において、運転状態に関する情報を検出する手段は、内燃機関の始動後、微粒子センサが暖気されるまでの間、運転状態に関する情報の検出を続け、出力を補正する手段は、内燃機関の始動後、微粒子センサが暖気されるまでの間、出力の補正を続けるものとしてもよい。

また、この発明において、運転状態に関する情報を検出する手段は、内燃機関が冷間始動される場合に、内燃機関が冷間始動されてから暖気されるまでの間、運転状態に関する情報の検出を続け、出力を補正する手段は、内燃機関が冷間始動されてから暖気されるまでの間、出力の補正を続けるものとしてもよい。

また、この発明は、運転状態に関する情報として、内燃機関の冷却水の水温、内燃機関の始動時からの積算吸入空気量、及び、内燃機関の始動時からの積算燃料噴射量からなる群のうち、少なくとも１つが検出されるものであってもよい。

また、この発明において、内燃機関の制御装置は、出力を補正する手段により補正された補正出力に基づいて、微粒子を捕集するためのフィルタの故障の有無を判定する手段と、フィルタの故障の有無の判定後、微粒子センサの素子部を基準温度にまで昇温させて、素子部に堆積した微粒子を除去する手段と、微粒子の除去後、内燃機関が停止するまでの間、微粒子センサの素子部を、基準温度よりも高い温度に維持する手段と、を更に備えるものであってもよい。

この発明によれば、内燃機関の運転状態に関する情報に応じて、内燃機関が始動されてから暖気されるまでの間の所定の時期に、微粒子センサの出力を補正することができる。内燃機関が始動されてから暖気されるまでの間、例えば、排気ガス中の微粒子の大きさや、排気ガスの温度等が大きく変化し、これにより微粒子センサの出力にばらつきが生じる場合がある。従って、この発明は、内燃機関の始動から暖気までの間、内燃機関の運転状態に応じて、微粒子センサの出力が補正できるようにすることで、内燃機関の運転状態に起因した微粒子センサの出力ばらつきを抑制することができる。

微粒子センサの素子部に堆積した微粒子を除去させるため、素子部を加熱する処理は、一般には内燃機関の暖気後に実行される。従って、内燃機関の暖気後、微粒子センサ素子部の微粒子が除去されるまでの間は、通常、微粒子センサが使用されない状態となる。この点、本発明では、内燃機関の始動から暖気までの間は、微粒子センサの出力を補正して用い、内燃機関の暖気の後、素子部に堆積した微粒子を除去する。従って、微粒子センサが使用できない期間を短縮すると共に、内燃機関の始動後直ちに微粒子センサを利用できる状態とすることができる。

また、内燃機関の始動後から微粒子センサの暖気までの期間、また、内燃機関の冷間始動の場合の冷間始動から暖気までの期間には、微粒子径の大きさや、微粒子センサの抵抗の変化により、センサ出力にばらつきが生じやすい。この点、内燃機関の始動後、微粒子センサが暖気されるまでの期間や、内燃機関の冷間始動から暖気までの期間、運転状態に関する情報に応じて、センサ出力の補正を続けるものであれば、出力ばらつきが特に生じやすい期間、確実に出力のばらつきを補正することができる。

また、特に、排気ガスの温度や、積算吸入空気量や積算燃料噴射量は、排気ガス中の微粒子径や、微粒子センサの素子温に影響を与える要因となりやすく、センサ出力と関係を有するパラメータである。従って、これらのパラメータに応じて微粒子センサの出力を補正するものについては、内燃機関の始動時に生じる微粒子センサの出力ばらつきをより適正に補正することができる。

また、センサ素子部の微粒子除去の後、内燃機関の停止前に、微粒子センサの素子部を高温に維持することで、次回内燃機関の始動時、微粒子センサの素子部に微粒子が堆積していない状態とすることができる。これにより、次回の内燃機関の始動後は、素子部の微粒子を除去することなく、微粒子センサの使用を開始することができる。また、このとき温度が低い状態であっても、本発明によれば、運転状態に応じて出力が補正されるため、始動時の運転状態の影響を抑えて効果的に微粒子センサ出力を用いることができる。

この発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。この発明の実施の形態のＰＭセンサの素子部の構成について説明するための模式図である。この発明の実施の形態におけるＰＭセンサの出力感度及び出力補正値の、水温との関係について説明するための図である。この発明の実施の形態において制御装置が実行する他の制御のルーチンについて説明するための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の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
[本実施の形態のシステムの構成について]
図１は、この発明の実施の形態のシステムの全体構成について説明するための図である。図１に示すシステムにおいて、内燃機関２の排気経路４には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）６が設置されている。ＤＰＦ６は、排気ガスに含まれる微粒子状物質（ＰＭ;particulate matter）を捕集するフィルタである。排気経路４のＤＰＦ６の下流には、ＰＭセンサ８（微粒子センサ）が設置されている。このシステムにおいてＰＭセンサ８は、ＤＰＦ６を通過した排気ガスに含まれるＰＭ量の検出に用いられる。

このシステムは制御装置１０を備えている。制御装置１０の入力側には、ＰＭセンサ８の他、各種センサが接続されている。また、制御装置１０の出力側には、内燃機関２の各種アクチュエータが接続されている。制御装置１０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関２の運転に関する種々の制御を実行する。

図２は、本実施の形態のＰＭセンサ８の素子部を拡大して表した模式図である。図２に示されるように、ＰＭセンサ８の素子部は、その表面に一対の電極１２、１４を有している。一対の電極１２、１４は互いに接触しない状態で、一定の間隔を開けて配置されている。更に、電極１２、１４それぞれは櫛歯形状に形成された部分を有し、この部分において互いに噛み合うように配置されている。電極１２、１４は、その下層に形成された絶縁層１６に接している。絶縁層１６内部の電極１２、１４の下層には、図示しないヒータが埋め込まれている。

電極１２と電極１４とには、それぞれに電源回路等を介して電源（図示せず）に接続されている。これにより電極１２と電極１４との間にＰＭ捕集用の所定の電圧（以下「捕集用電圧」とも称する）を印加することができる。ヒータは、電源回路等を介して電源（図示せず）に接続されており、ヒータに所定の電力が供給されることで素子部が加熱される。これら電源回路等は制御装置１０に接続され、制御される。

[本実施の形態における制御の概要]
本実施の形態において、制御装置１０が行う制御には、以下のＰＭセンサ８出力に基づくＰＭ排出量の検出、ＤＰＦ６の再生、ＤＰＦ６の故障判定、及び、ＰＭセンサ８のリセットの制御が含まれる。

（１）ＰＭ排出量の検出
ＰＭ排出量の検出に際し、制御装置１０は、電極１２、１４間に捕集用電圧を印加する。電極１２、１４間に捕集用電圧が印加されると、電極１２、１４間に排気ガス中のＰＭが堆積する。電極１２、１４間に堆積するＰＭが増加するにつれて、電極１２、１４間の導通箇所が増加し、電極１２、１４間の抵抗値が小さくなる。従って、ＰＭセンサ８の出力値（電流値）は、電極１２、１４間に堆積するＰＭの量が増加するに連れて大きくなる。制御装置１０は捕集用電圧を印加したときのＰＭセンサ８の出力値（電流値）を検出することで、排気ガス中のＰＭ量、即ち、ＤＰＦ６の下流に排出されたＰＭの量であるＰＭ排出量が求められる。なお、以下、捕集用電圧を印加し、ＰＭ排出量を検出する状態を「ＰＭ検出モード」とも称する。ＰＭ検出モードにおいて素子部は、３００℃より低い温度に維持されるものとする。

（２）ＤＰＦ６の再生
ＤＰＦ６が排気ガス中のＰＭの捕集をし続けると、やがてＤＰＦ６への堆積量が限界に達し、それ以上ＰＭを捕集できない状態となる。このような状態を避けるため、ＤＰＦ６のＰＭ堆積量がある程度となった段階で、ＰＭを燃焼除去してＤＰＦ６の再生の処理を行う。

具体的に、ＤＰＦ６の再生処理では、制御装置１０は、例えば、燃料噴射の後に再度燃料を噴射する制御、噴射タイミングを遅らせる制御等、所定の制御プログラムに従って排気温度を上昇させる制御を行う。これにより、ＤＰＦ６に堆積したＰＭが燃焼除去される。このようなＰＭの燃焼除去を一定時間実行することで、ＤＰＦ６に堆積したＰＭの多くが除去され、ＤＰＦ６の再生が完了する。

なお、制御装置１０は、内燃機関２から排出される排気ガスのＰＭ量をモデル等により推定することで、ＤＰＦ６に堆積するＰＭの量を推定する。そして推定された量（以下「推定ＰＭ堆積量」とも称する）が、所定の判定量に達したときを、ＤＰＦ６の再生時期として、上記の再生処理をおこなう。

（３）ＤＰＦ故障判定
ＤＰＦ６が故障すると、ＰＭがＤＰＦ６をすり抜け大気中に放出される事態を生じ得る。従って、制御装置１０は、定期的にＤＰＦ６の故障の有無を判定する制御を実行する。具体的に、制御装置１０は、ＤＰＦ６の後ろ（下流）の排気ガスに含まれるＰＭ量を、モデルに従って推定する。制御装置１０は、推定された量（以下「推定ＰＭ排出量」とも称する）と、ＰＭセンサ８の出力に応じたＰＭ排出量とを比較することで、ＤＰＦ６の故障の有無を判定する。つまり、ＰＭセンサ８の出力に基づき検出されたＰＭ排出量が、推定ＰＭ排出量より大きい場合、ＤＰＦ６の故障と判定する。なお、ここで用いられる推定ＰＭ排出量は、モデルから算出されるＤＰＦ６後ろの排気ガスに含まれるＰＭ排出量の推定値に、許容される余裕分が加算された値である。

（４）ＰＭリセット
また、上記ＤＰＦ６の故障判定では、ＰＭセンサ８のセンサ出力が用いられるが、センサ出力は素子部に堆積しているＰＭ量に応じて変化する出力である。従って、ＤＰＦ６の故障判定を行う際には、それまでにＰＭセンサ８に付着していたＰＭを、一度除去する必要がある。このＰＭを除去する処理を「ＰＭリセット」とも称する。

ＰＭリセットに際し、制御装置１０は、ＰＭセンサ８のヒータに所定の電力を供給し、ＰＭセンサ８の素子部を過熱昇温させる。これにより、ＰＭセンサ８の素子部に付着したＰＭを燃焼除去させる。なお、ここでＰＭリセット時の温度は５００℃より高いものとする。

なお、ＰＭリセットの実行は、種々のタイミングが考えられる。一般には、内燃機関２の始動直後に実行される。そして、ＰＭリセット完了後に、ＰＭ検出モードとし、ＤＰＦ６の故障判定が実行される。

しかし、内燃機関２の始動時には排気経路４に凝縮水が滞留する場合があるが、凝縮水によりＰＭセンサ８が被水した状態でＰＭセンサ８を急激に昇温させると、ＰＭセンサ８が素子割れを起こす場合がある。従って、内燃機関２の始動後ＰＭリセットを実行する場合には、凝縮水の排出を待ってから実行する必要がある。このため、内燃機関２の始動時にＰＭリセットを実行する場合、ＰＭセンサ８によるＰＭ量の検出開始までにある程度の時間を要することとなる。

従って、本実施の形態では、内燃機関２の始動後、直ちにＰＭ検出モードとするべく、始動直後、ＰＭセンサ８にＰＭが堆積されていない状態となるように制御する。具体的に、この制御では、内燃機関２の始動から開始までの１回の運転で、ＤＰＦ６の故障判定を１度だけ実行することとする。そして、ある１回の内燃機関２の運転時、ＤＰＦ６の故障判定が完了した後、直ちにＰＭリセットを行う。ＰＭリセットが完了した後は、内燃機関２の停止までの間、ＰＭセンサ８の素子温をＰＭリセット時の高温（５００℃より高温）に維持する。このように素子温を高温に維持することで、これ以降、素子部へのＰＭの堆積が抑制される。

従って、この回の内燃機関２の運転停止後、次回の内燃機関２の始動時には、ＰＭセンサ８にＰＭが堆積していない状態となる。従って、次回の内燃機関２の始動時、ＰＭリセットを行うことなく、直ちに、ＰＭセンサ８の出力を検出し、ＰＭ検出モードに入ることができる。なお、ＰＭ検出モードは、３００℃より低温で実行されものであり、ＰＭリセット時の温度より低温である。ＰＭセンサ８の素子部の被水による素子割れは、素子部が被水した状態で素子部を急激に昇温させるために発生するが、ＰＭ検出モードにおける３００℃程度の温度であれば素子割れが発生しにくい。従って、内燃機関２の始動時、ＰＭセンサ８にＰＭが堆積されていない状態であれば、排気経路の凝縮水の排水・乾燥を待つこともなく、直ちにＰＭ検出モードとし、ＤＰＦ６の故障判定を行うことができる。

［本実施の形態の特徴的な制御］
ところで、内燃機関２が冷間始動されるような場合、排気ガスには粒子径の大きなＰＭが含まれやすい。ＰＭの粒子径が大きいとき、ＰＭセンサ８への実際のＰＭ堆積量が少なくても電極間１２、１４間の導電率は高くなりやすく、その結果、ＰＭセンサ８の出力は大きくなりやすい。また冷間始動時にはＰＭセンサ８の素子部の温度も低い状態であるため、電極１２、１４間の電気抵抗値は小さくなりやすい。

従って、内燃機関２の冷間始動後すぐの段階では、ＰＭセンサ８の出力に、特にばらつきが生じやすい。従って、上記のように内燃機関２の始動時ＰＭリセットを行わずに、直ちにＰＭセンサ８の出力を用いる制御（ＰＭ排出量の検出や、ＤＰＦ６の故障判定など）を行うためには、ＰＭセンサ８の出力ばらつきによる影響を抑制することが望ましい。そこで、本実施の形態において、制御装置１０は、上記の制御に加え、内燃機関２の始動時の冷却水の温度（水温）に応じて、ＰＭセンサ８の出力を補正する制御を実行する。

図３は、本実施の形態におけるＰＭセンサ８の出力感度及び出力補正値と、温度との関係について説明するための図である。図３において横軸は水温、縦軸は出力感度及び出力補正値を表している。また、図３において、曲線（ａ）は出力感度を表し、曲線（ｂ）はＰＭセンサ８の出力補正値を表している。

図３に示されるように、水温とＰＭセンサ８の出力感度とは相関を有し、特に、水温が低い領域において、水温が低くなるほど感度が高くなる傾向にある。従って、本実施の形態では（ｂ）に示されるように、水温が低い場合ほどセンサ出力を小さくするように補正値を設定する。このような水温と補正値との関係は、あらかじめ実験等により求められ、制御装置１０にマップとして記憶しておく。

なお、上記の処理では、前回の運転で、ＤＰＦ６の故障検出が実行され、ＰＭリセットされ、その後ＰＭセンサ８が高温に維持されて、内燃機関２が停止した場合を前提として説明した。しかし、例えば、前回の運転で、ＤＰＦ６の故障判定や、ＰＭリセットが完了せず、内燃機関２が停止している場合が考えられる。

例えば、ＤＰＦ６の故障判定が完了せずに内燃機関２が停止される場合、ＰＭリセットも実行されず、ＰＭセンサ８の素子部にはＰＭが堆積した状態となる。このような場合、制御装置１０は、その回の運転でＰＭ排出量を検出した検出時間や、各種出力補正のための運転条件パラメータ、その回の運転中に算出された出力補正値や、それに基づくＰＭ排出量、あるいは推定ＰＭ排出量、ＤＰＦ６への推定ＰＭ堆積量等がバックアップＲＡＭに保存される。その後、再び、内燃機関２が始動された後は、前回バックアップＲＡＭに記憶された情報を用いて、ＰＭリセットすることなく、前回からの処理が続行される。

このような場合、前回の始動時の水温と今回の始動時の水温が異なることが考えられる。従って、今回の水温に応じて補正した値と、前回のセンサ出力補正値との差を検出し、この差分に応じた堆積量を、前回までのＰＭ排出量に加えていくことで、ＰＭ排出量を検出する。

［本実施の形態の具体的な制御のルーチン］
図４は、この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンは、内燃機関２の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。図４のルーチンでは、内燃機関２が始動されると、まず、バックアップラムに記憶されたＰＭセンサの出力補正値及び、推定ＰＭ排出量の積算値が読み込まれる（Ｓ１０２）。出力補正値と、推定ＰＭ排出量とは、このルーチンの後述する処理により算出され、記憶される値である。

次に、ＤＰＦ６の再生条件が成立するか否かが判別される（Ｓ１０４）。ここで、ＤＰＦ６の再生条件は、予め制御装置１０に記憶されている。ＤＰＦ６の再生条件としては、例えば、ＰＭセンサ８が活性温度にまで達していること、現在までのＤＰＦ６への推定ＰＭ堆積量が、判定量より大きくなったか否かなどである。

ステップＳ１０４において、ＤＰＦ再生条件の成立が認められた場合、次に、ＰＭセンサ８がモニタマスクされる（Ｓ１０６）。つまり、ここでは、ＰＭセンサ８への捕集用電圧印加が停止され、センサ出力が検出されない状態とされる。次に、ＤＰＦ６の再生が実行さる（Ｓ１０８）。ＤＰＦ６の再生処理は、別途制御装置１０に記憶されたプログラムに従って実行される。具体的には、例えば燃料噴射時期の遅角制御等により、排気温度が高くなるように制御され、ＤＰＦ６に堆積したＰＭが燃焼除去される。

次に、ＰＭリセットが完了しているか否かが判別される（Ｓ１１０）。具体的には、前回のルーチンの後述する処理により、ＰＭリセットが実行された後、ＰＭセンサ８が高温に維持された状態となっているかなど、ＰＭリセットの完了が認められる条件が成立するか否かが判別される。

ステップＳ１１０において、ＰＭリセットの完了が認められない場合、次に、ＰＭリセットが実行される（Ｓ１１２）。ここでは、ＰＭセンサ８の素子部に設けられたヒータに必要な電力が供給される。これにより素子部が５００℃より高温で過熱昇温され、堆積したＰＭが燃焼除去される。

ステップＳ１１２において、ＰＭリセットが実行された場合、再びＳ１１０において、ＰＭリセットの完了か否かの判別が行われる。ここでは、ステップＳ１１０のＰＭリセット開始後、素子部に堆積したＰＭが燃焼除去される十分な時間が経過したか否かなど、制御装置１０に記憶されたＰＭ完了を判断する条件が成立するか否かに基づく判別が行われる。

以上の処理で、ステップＳ１１０においてＰＭリセットの完了が認められると、次に、ＰＭセンサ８の出力モニタマスクが解除される（Ｓ１１４）。即ち、ＰＭセンサ８には捕集用電圧が印加され、ＰＭセンサ８の出力が検出可能な状態となる。

ステップＳ１０６〜Ｓ１１４の、ＤＰＦ６の再生とＰＭリセットを含む処理が実行された場合、又は、ステップＳ１０４において、ＤＰＦ６の再生条件の成立が認められなかった場合、次に、今回の運転において、既に、ＤＰＦ６の故障判定が完了したか否かが判別される（Ｓ１１６）。ＤＰＦ６の故障判定は、後述する処理により実行される。制御装置１０は、内燃機関２の１回の運転ごとに故障判定が一度行われた場合に、故障判定の完了を記録する。ステップＳ１１６の処理は、この故障判定完了が記録されているか否かに基づき判定される。

ステップＳ１１６において、故障判定の完了が認められない場合、次に、現在の水温が検出される（Ｓ１１８）。水温は、内燃機関２の冷却水温を検出するための水温センサ（図示せず）の出力に応じて検出される。

次に、冷間始動時のＰＭ出力補正値が算出される（Ｓ１２０）。ここでは、まず、予め制御装置１０に記憶されたマップに従って、現在の水温に応じて補正係数Ｋが算出される。出力補正値は、現在のセンサ出力に、求められた補正係数Ｋが乗じられることで算出される。ここで、例えば、ステップＳ１０６〜Ｓ１１４の処理が実行され、ＰＭセンサ８が既に暖気状態にある場合、補正係数Ｋは１又は１近傍の値となり、出力補正値はセンサ出力とほぼ同一の値となる。一方、例えば、始動後、１回目の処理のような場合であって、水温が低い場合などには補正係数Ｋは１よりも大幅に小さな値となり、出力補正値はセンサ出力に対して小さな値となる。

次に、今回のルーチンでのセンサ出力増加量と、それに基づくＰＭ排出量が算出される（Ｓ１２２）。具体的には、まず、出力増加量として、今回の処理のステップＳ１２０で算出された出力補正値と、ステップＳ１０２においてバックアップＲＡＭから読み込みされた前回の処理時の出力補正値との差（今回出力補正値−前回出力補正値）が求められる。そして、この出力増加量に応じて、今回のＰＭ排出量が算出される。算出された今回ＰＭ排出量は、ステップＳ１０２において読み込まれた前回までのＰＭ排出量に加算され、今回までのＰＭ排出量が求められる。

次に、ＤＰＦ６の故障判定条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ１２４）。故障判定条件は、故障判定を適正に実行しうる運転条件等であり、予め、制御装置１０に記憶されている。ここでＤＰＦ６の故障判定条件の成立が認められると、次に、ＤＰＦ６の後ろ（下流）の推定ＰＭ排出量が基準量に到達しているか否かが判別される（Ｓ１２８）。

ここで、ステップＳ１２４において、ＤＰＦ６の故障判定条件の成立が認められない場合、あるいは、ステップＳ１２６において、推定ＰＭ排出量が基準量より大きくなっていることが認められない場合、Ｓ１２８に進み、ステップＳ１２２で算出された出力補正値とＰＭ排出量とがバックアップＲＡＭに記憶され、今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ１２６において、推定ＰＭ排出量が基準量より大きいことが認められると、次に算出されたＰＭ排出量が、推定ＰＭ排出量より小さいか否かが判別される（Ｓ１３０）。つまり、ステップS１２２において算出されたＤＰＦ６下流のＰＭ排出量が、モデルに基づいて算出されるＤＰＦ６下流の推定ＰＭ排出量（排出許容範囲の所定の余裕分を含む）よりも小さいか否かが判別される。

ステップＳ１３０において、ＰＭ排出量が推定ＰＭ排出量より小さいことが認められると、ＤＰＦ６の下流側に排出されるＰＭ量は、排出許容範囲を含めて推定される値よりも、実際の検出値（ＰＭ排出量）より小さいことが認められる。従って、ＰＭはＤＰＦ６によって捕集されていると判断され、ＤＰＦ６は正常であると判定される（Ｓ１３２）。一方、ＰＭ排出量＜推定ＰＭ排出量が認められない場合、ＤＰＦ６下流のＰＭ排出量の検出値が、許容範囲を超えて大きくなっていることが判る。この場合には、ＤＰＦ６の故障と判定され（Ｓ１３４）、例えば、警告灯の点灯など、所定の処理が実行される。

ステップＳ１３２又はＳ１３４において、フィルタの正常/故障が判定された後、次に、ＰＭリセットが実行される（Ｓ１３６）。ここではＰＭセンサ８の素子部に設置されたヒータに所定の電力が供給され素子部が過熱昇温される。これにより素子部に堆積したＰＭが、燃焼除去される。次に、バックアップＲＡＭに記憶されていた、出力補正値と、ＰＭ排出量がクリアされ、ゼロに戻される（Ｓ１３８）。

ステップＳ１３８において、バックアップＲＡＭに記憶された各値がクリアされた後、あるいは、ステップＳ１１６において、今回の運転中にＤＰＦ６の故障判定が完了していると判定された後は、ＰＭセンサ８は、ヒータが高温に維持され、捕集用電圧がＯＦＦとされた状態とされる（Ｓ１４０）。その後、今回の処理が終了する。なお、この状態は制御装置１０に記憶され、今後このルーチンが繰り返される間、今回の運転では、ＤＰＦ６の故障判定とＰＭリセットとが完了したものと判別される。

また、ステップＳ１４０において、ＰＭセンサ８が高温に維持された後は、ＰＭセンサ８には、ＰＭが堆積しない状態となり、この回の運転が停止するまでの間、ＰＭセンサ８はこのまま維持される。従って、次回始動時にＰＭが堆積していない状態となり、始動後にＰＭリセットを行うことなく、直ちにＰＭセンサをＰＭ検出モードとすることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、ＰＭセンサ８の出力は、水温に応じた補正値により補正される。従って、例えば、冷間始動時のセンサ出力が大きくなりがちな状態においてもＤＰＦ６の故障判定等の制御を高い精度で実行することができる。

なお、本実施の形態においては、このルーチンが繰り返されるたびに毎回出力補正値を算出し、前回の出力補正値との差を求めて、この分のＰＭ排出量を前回までのＰＭ排出量に積算してＰＭ排出量を求める場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、始動時の水温のみを記憶しておいて、この始動時の情報のみに応じて補正値を求めるものであっても良い。

また、このルーチンが繰り返される間、毎回出力補正値を算出するものに限らず、例えば、始動時から暖気までの間の所定の期間に、その時の運転情報に応じて、１回又は数回、出力補正を行うようにしてもよい。このようにしても、特に始動時の出力ばらつきを生じやすい状態に対応し、効果的に出力ばらつきを補正することができる。

また、本実施の形態では、内燃機関の始動後、このルーチンが繰り返されている間、常に、出力補正値が算出される場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、内燃機関の始動から微粒子センサの暖気が完了するまでの期間のみ、あるいは、内燃機関２の冷間始動から暖気までの期間のみに限って、センサ出力を補正する処理を行うものであってもよい。また、例えば、このように設定された期間、運転状態に応じたセンサ出力の補正を繰り返し続けるものであってもよいし、この期間のうち、最初の数回、あるいは、一部の期間や所定回数だけ、補正を行うようにしてもよい。このように始動時（あるいは冷間始動時）のある期間に絞って補正を行うようにすることで、センサ出力にばらつきが生じやすい領域を絞って、効果的にセンサ出力のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、センサ出力を内燃機関２の冷却水の水温に応じて補正する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、冷却水の水温に限らず、内燃機関２の温度又はＰＭセンサ８の温度と相関を有する他の部分の温度に応じて、センサ出力を補正するものであってもよい。また、温度に応じて補正するものに限られず、例えば、吸入空気量の積算値や、燃料噴射量の積算値に応じた補正を行うこともできる。センサ感度は、吸入空気量や燃料噴射量の積算値とも、水温と同様の相関を有している。従って、水温の場合と同様に、吸入空気量の積算値、あるいは燃料噴射量の積算値と、センサ出力感度との関係を実験等により求め、これをマップ等として記憶しておけば、吸入空気量や燃料噴射量をパラメータとした、センサの出力補正を実行することができる。

また、本実施の形態においては、１回の運転の間に、ＤＰＦ６の故障判定とその後のＰＭリセットを１度のみ行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限られるものではない。ＤＰＦ６の故障判定やＰＭリセットは他のタイミングで実行されるものであってもよく、例えば、１回の運転中に複数回実行されるように設定したものであってもよい。また、例えば、始動時にはＰＭセンサ８の出力を要する場合、始動時にはセンサ出力を本実施の形態のように補正して利用し、ＰＭセンサ８の暖気後にＰＭリセットを行うこともできる。

また、本実施の形態では、ＤＰＦ６の再生を、推定ＰＭ堆積量が判定量より多くなった場合など、所定の条件を満たした場合に行う場合について説明した。しかし、ＤＰＦ６の再生タイミングは、この発明を限定するものでなく、例えば、一定の走行距離ごとに１回行うなど、他の条件でＤＰＦ６を再生するようにしてもよい。

また、本実施の形態は、前回の内燃機関２の運転停止までの過熱昇温によりＰＭが堆積していない状態を維持されたＰＭセンサ８が、次回、冷間始動される場合に、特に有効である。しかし、この発明はこのような場合に限られるものではない。この発明において水温に応じた補正は、始動後すぐにＰＭセンサ８の使用が望まれるような場合に、有効に適用することができる。

また、本実施の形態では、ＰＭリセット後、素子部を高い温度に維持することでＰＭが堆積しない状態とする場合について説明した。しかし、この発明はこれに限られるものではない。例えば、捕集用電圧の印加をＯＦＦとするなど、ＰＭが堆積しない状態が維持されるものであればよい。

また、本実施の形態において、ＰＭセンサ８の出力として、電流を検出する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、ＰＭセンサの出力として、他の電気的特性を検出するものであってもよい。

また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

２内燃機関
４排気経路
６ＤＰＦ
８ＰＭセンサ
１０制御装置

この発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。この発明の実施の形態のＰＭセンサの素子部の構成について説明するための模式図である。この発明の実施の形態におけるＰＭセンサの出力感度及び出力補正値の、水温との関係について説明するための図である。この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。

例えば、ＤＰＦ６の故障判定が完了せずに内燃機関２が停止される場合、ＰＭリセットも実行されず、ＰＭセンサ８の素子部にはＰＭが堆積した状態となる。このような場合、制御装置１０は、その回の運転でＰＭ排出量を検出した検出時間や、各種出力補正のための運転条件パラメータ、その回の運転中に算出された出力補正値や、それに基づくＰＭ排出量、あるいは推定ＰＭ排出量、ＤＰＦ６への推定ＰＭ堆積量等をバックアップＲＡＭに保存する。その後、再び、内燃機関２が始動された後は、前回バックアップＲＡＭに記憶された情報を用いて、ＰＭリセットすることなく、前回からの処理が続行される。

ステップＳ１１２において、ＰＭリセットが実行された場合、再びＳ１１０において、ＰＭリセットの完了か否かの判別が行われる。ここでは、ステップＳ１１０のＰＭリセット開始後、素子部に堆積したＰＭが燃焼除去される十分な時間が経過したか否かなど、制御装置１０に記憶されたＰＭリセット完了を判断する条件が成立するか否かに基づく判別が行われる。

次に、ＤＰＦ６の故障判定条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ１２４）。故障判定条件は、故障判定を適正に実行しうる運転条件等であり、予め、制御装置１０に記憶されている。ここでＤＰＦ６の故障判定条件の成立が認められると、次に、ＤＰＦ６の後ろ（下流）の推定ＰＭ排出量が基準量に到達しているか否かが判別される（Ｓ１２６）。

ステップＳ１３０において、ＰＭ排出量が推定ＰＭ排出量より小さいことが認められると、ＤＰＦ６の下流側に排出されるＰＭ量の排出許容範囲を含めて推定される値よりも、実際の検出値（ＰＭ排出量）が小さいことが認められる。従って、ＰＭはＤＰＦ６によって捕集されていると判断され、ＤＰＦ６は正常であると判定される（Ｓ１３２）。一方、ＰＭ排出量＜推定ＰＭ排出量が認められない場合、ＤＰＦ６下流のＰＭ排出量の検出値が、許容範囲を超えて大きくなっていることが判る。この場合には、ＤＰＦ６の故障と判定され（Ｓ１３４）、例えば、警告灯の点灯など、所定の処理が実行される。

Claims

内燃機関の排気経路に設置され、ガス中の微粒子量に応じた出力を発する微粒子センサを備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記微粒子センサの出力を検出する手段と、
前記内燃機関の運転状態に関する情報を検出する手段と、
前記情報に応じて、前記内燃機関が始動されてから暖気されるまでの間の所定の時期に、前記出力を補正する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の暖気の後、前記微粒子センサの素子部を基準温度にまで昇温させて、前記素子部に堆積した微粒子を除去する手段を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記運転状態に関する情報を検出する手段は、前記内燃機関の始動後、前記微粒子センサが暖気されるまでの間、前記運転状態に関する情報の検出を続け、
前記出力を補正する手段は、前記内燃機関の始動後、前記微粒子センサが暖気されるまでの間、前記出力の補正を続けることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記運転状態に関する情報を検出する手段は、前記内燃機関が冷間始動される場合に、前記内燃機関が冷間始動されてから暖気されるまでの間、前記運転状態に関する情報の検出を続け、
前記出力を補正する手段は、前記内燃機関の冷間始動されてから暖気されるまでの間、前記出力の補正を続けることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記運転状態に関する情報として、前記内燃機関の冷却水の水温、前記内燃機関の始動時からの積算吸入空気量、及び、前記内燃機関の始動時からの積算燃料噴射量からなる群のうち、少なくとも１つが検出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記出力を補正する手段により補正された補正出力に基づいて、微粒子を捕集するためのフィルタの故障の有無を判定する手段と、
前記フィルタの故障の有無の判定後、前記微粒子センサの素子部を基準温度にまで昇温させて、前記素子部に堆積した微粒子を除去する手段と、
前記微粒子の除去後、前記内燃機関が停止するまでの間、前記微粒子センサの素子部を、前記基準温度よりも高い温度に維持する手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。