JPWO2013061421A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明が適用される内燃機関（２）の排気経路（４）にはＳＣＲシステム（８）が配置され、その下流に微粒子センサ（１４）が配置されている。制御装置（１６）は、微粒子センサの素子部の温度を制御する温度制御手段を備える。温度制御手段は、今回、微粒子センサによる微粒子量の検出を開始した後、特定の運転状態で微粒子センサが使用された時間の積算値（ｔ）が、基準時間（ｔ１）に達した場合に、微粒子センサの素子部の温度を第１温度域（Ｔ１）に上昇させる制御を行う。ここで、特定の運転状態とは、ＳＣＲシステム（８）の下流側に尿素関連物質が排出されやすい運転状態を考慮して設定された運転状態である。また、第１温度域（Ｔ１）は、尿素関連物質が分解する温度より高く、かつ、微粒子が燃焼除去される温度より低い温度である。

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、排気経路に微粒子センサを備えた内燃機関を制御する制御装置に関するものである。

例えば、特許文献１のシステムには、内燃機関の排気経路の微粒子（particulate matter；以下「ＰＭ」とも称する）を検出するためのＰＭセンサ（微粒子センサ）が配置されている。このＰＭセンサは、絶縁基材と、互いに間隔を開けて絶縁基材上に配置された一対の電極とを備えている。

このＰＭセンサの一対の電極間に排気ガス中のＰＭが堆積すると、電極間の導電性が変化する。堆積したＰＭ量と電極間の導電性との間には一定の相関があり、電極間へのＰＭ堆積量に応じて電極間の抵抗が変化する。また電極間に堆積したＰＭ量と排気ガス中のＰＭ量との間には相関がある。従って、ＰＭセンサの電極間の抵抗値を検出することで排気ガス中のＰＭ量を検出される。

ところで、特許文献１の技術では、ＰＭセンサは微粒子捕集用フィルタ（Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」とも称する）の下流に配置されている。特許文献１では、ＰＭセンサの電極間の抵抗値に基づいて、ＤＰＦ下流に排出されたＰＭ量を検出することで、ＤＰＦの故障の有無の判定等が実行される。

日本特開２００９−１４４５７７号公報

内燃機関の排気経路にＮＯｘ浄化のための尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが配置され、その下流にＰＭセンサが配置されるシステムがある。ＳＣＲシステムでは排気経路に尿素水が噴射供給され、尿素水から生成されるアンモニアにより、触媒でＮＯｘが還元される。

しかし供給された尿素及び尿素由来の物質（以下、尿素及び尿素由来の物質を含んで「尿素関連物質」とも称することとする）がＳＣＲシステムを通過して、下流側に排出される場合がある。下流に排出された尿素関連物質は、ＰＭセンサの電極に付着すると、ＰＭセンサの電極間の抵抗値を変化させる。その結果、ＰＭセンサの出力にばらつきが生じたり、ＰＭセンサの感度が低下したりすることがある。ＰＭセンサの出力ばらつきや感度の低下は、例えばＤＰＦの故障判定に誤判定を生じさせるなどの事態を生じ得るため、好ましいものではない。

本発明は、上記課題を解決することを目的とし、ＰＭセンサの電極への尿素関連物質の付着による影響を抑え、より高い精度でＰＭ量の検出やＤＰＦの故障判定を行うことができるように改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、排気経路にＳＣＲシステムが配置され、その下流に微粒子センサが配置された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に基づいて、排気経路内の、内燃機関の運転に由来する微粒子の量を検出する微粒子検出手段と、微粒子センサの素子部の温度を制御する温度制御手段と、を備える。温度制御手段は、今回、微粒子センサによる微粒子量の検出を開始した後、特定の運転状態で微粒子センサが使用された時間の積算値が、基準時間に達した場合に、微粒子センサの素子部の温度を第１温度域に上昇させる制御を行う。

ここで、特定の運転状態とは、ＳＣＲシステムの下流側に尿素関連物質が排出されやすい運転状態を考慮して設定された運転状態である。尿素関連物質が排出されやすい運転状態としては、例えば、吸入空気量が多い状態、尿素当量比が高い状態、触媒の温度が低い状態などが挙げられる。

また、第１温度域は、尿素関連物質が分解する温度より高く、かつ、微粒子が燃焼除去される温度より低い温度である。

この発明において、内燃機関の排気経路の微粒子センサの上流に、排気ガス中の微粒子を捕集するための微粒子捕集用フィルタが配置されたものの場合、内燃機関の制御装置は、素子部の温度が第１温度域に達するまでの間、微粒子捕集用フィルタに関する所定の制御を禁止する手段を、更に備えるものとしてもよい。あるいは、素子部の温度が第１温度域に達した後で、微粒子捕集用フィルタに関する所定の制御を開始する手段を、更に備えるものであってもよい。

これらの場合において、所定の制御としては、微粒子センサの出力に基づく、微粒子捕集用フィルタの故障の有無を判定する故障判定制御が好適である。

またこの発明において、温度制御手段は、内燃機関が、排出する微粒子の量が基準量より少ない運転状態にある場合に、素子部の温度を上昇させる制御を行うものとすることができる。

またこの発明において、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを有するものの場合、内燃機関の運転中の負荷の変化が所定より大きくなる運転状態にある場合に、ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流を停止する手段を、更に備えるものであってもよい。

また、この発明において、内燃機関運転中の負荷の変化が所定より大きい場合に、アクセル開度変化量を、通常の場合のアクセル開度の変化量より小さい所定の範囲内に制限する手段を、更に備えるものであってもよい。

尿素関連物質が排出されやすい特定の運転状態で微粒子センサがある程度使用されると、微粒子センサの素子部に尿素関連物質が付着し、微粒子センサの出力にばらつきが生じることが考えられる。この点、本発明によれば、特定の運転状態で、ある程度微粒子センサが使用された場合に、素子部を第１温度域に昇温させる制御が実行される。この制御において、第１温度域は、尿素関連物質を分解する温度より高温で、微粒子の燃焼温度より低温の温度である。従って、素子部に付着した微粒子を残しつつ、尿素関連物質が除去される。これにより、尿素関連物質の付着による影響を抑え、微粒子量に応じたより正確な微粒子センサの出力を得ることができる。

また、本発明において、素子部の温度が第１温度域に達するまで、微粒子捕集用フィルタに関する所定の制御を禁止する手段を有するものや、あるいは素子部の温度が第１温度域に達した後で、所定の制御を開始する手段を有するものの場合、より正確に微粒子センサの出力が得られる状態となった後で、微粒子捕集用フィルタに関する制御を実行することができる。従って、より高い精度で微粒子捕集用フィルタの制御を実行することができる。

ところで、上記の制御により、素子部が第１温度域にある場合、微粒子は通常の状態に比べると素子部に付着しにくい状態となる場合がある。この点、この発明において、排出する微粒子の量が基準量より少ない運転状態にある場合に、素子部の温度を上昇させる制御を行うものであれば、上記の素子部の昇温による微粒子センサの感度の低下を抑えることができ、より正確に微粒子センサの出力を得ることができる。

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。 尿素水の温度に対する状態の変化について説明するための図である。 本発明の実施の形態１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。 本発明の実施の形態１のＰＭセンサの出力ばらつきを、従来のＰＭセンサのものと比較して説明するための図である。 本発明の実施の形態２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。 本発明の実施の形態３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。

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１．
[本実施の形態１のシステムの全体構成について]
図１は、この発明の実施の形態１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のシステムは車両等に搭載されて用いられる。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、微粒子捕集用フィルタであるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）６が設置されている。ＤＰＦ６は、排気ガスに含まれる粒子状物質である微粒子（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、尿素ＳＣＲシステム８（以下、「ＳＣＲシステム」とも称する）が配置されている。ＳＣＲシステム８は、排気経路４に設置された尿素水の噴射弁１０と、排気経路４の噴射弁１０の下流に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒１２（以下、単に「ＮＯｘ触媒」とも称する）とを有している。噴射弁１０は、図示しない尿素水タンクに接続され、ＮＯｘ触媒１２上流において排気経路４内に尿素水を噴射する。後述するように、噴射された尿素水は分解されアンモニアが生成される。ＮＯｘ触媒１２はアンモニアを還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを還元し、排気ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１２の下流には、ＰＭセンサ１４（微粒子センサ）が設置されている。

このシステムは制御装置１６を備えている。制御装置１６の入力側には、ＰＭセンサ１４の他、内燃機関２の各種センサが接続されている。また、制御装置１６の出力側には、内燃機関２のＰＭセンサ１４の電気回路、噴射弁１０や、その他各種のアクチュエータが接続されている。制御装置１６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等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１のＰＭセンサ１４の素子部の構成について説明するための模式図である。図２に示されるように、ＰＭセンサ１４の素子部は絶縁基材１８を備えている。絶縁基材１８の表面には、一対の電極２０、２２が形成されている。一対の電極２０、２２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。電極２０、２２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形成されている。なお、本実施の形態１では櫛歯形状を有する電極２０、２２を例示したが、本発明においてはこのような形状に限らず、一対の電極が互いに向き合っているものであればよい。絶縁基材１８内部の電極２０、２２の下層には、図示しないヒータが埋め込まれている。

一対の電極２０、２２は電気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２０と電極２２との間には高電圧が印加される。またヒータは、電気回路等を介して電源（図示せず）に接続されており、これによりヒータには所定の電力が供給され、その結果、素子部が加熱される。これらの電力供給は制御装置１６により制御される。

[本実施の形態１における制御の概要]
本実施の形態１において、制御装置１６が行う制御には、下記のＰＭ量の検出、ＰＭセンサ１４のリセット、ＤＰＦ６の故障判定、及び、ＤＰＦ６の再生、の制御が含まれる。

なお、以下の実施の形態において、ＤＰＦ６の捕集対象であり、ＰＭセンサ１４の計測対象であるＰＭは、スート（カーボン等のすす状物質）やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction;可溶性有機フラクション）等の内燃機関の燃焼に由来する物質や、潤滑油由来のＡｓｈ（すす）など、内燃機関２の運転により内燃機関２から排出された粒子状物質を意味するものとする。

（１）ＰＭ量の検出
ＰＭ排出量の検出に際し、電極２０、２２間にＰＭを捕集するための高電圧である「捕集用電圧」が印加される。電極２０、２２間に捕集用電圧が印加されると、排気ガス中のＰＭが捕集され電極２０、２２間に堆積する。電極２０、２２間に堆積するＰＭが増加するにつれて、電極２０、２２間の導通箇所が増加し、電極２０、２２間の抵抗値が小さくなる。ここでは、ＰＭセンサ１４のセンサ出力として電極２０、２２間の抵抗と相関を有する電気的特性を検出する。電極２０、２２に堆積するＰＭ量は、排気ガス中に含まれるＰＭ量の変化に連動して変化するものと考える。従って、ＰＭセンサ１４の出力に応じて、排気ガス中のＰＭ量が検出される。なお、以下の実施の形態では、便宜的に、センサ出力が電極２０、２２間のＰＭ堆積量が増加するにつれて大きくなるものとして説明する。

（２）ＰＭリセット（微粒子を燃焼除去する制御）
ＰＭセンサ１４の出力は、電極２０、２２間へのＰＭ堆積量が増加するにつれて増加する。しかし、電極２０、２２間への堆積量が限界値に達すると、ＰＭセンサ１４の出力は、もはやそれ以上の変化をしなくなる。この状態となると、ＰＭセンサ１４は、排気ガス中のＰＭ量に応じた出力を発することができなくなる。従って、所定のタイミングで、素子部に堆積している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１６は、ＰＭセンサ１４のヒータに所定の電力を供給し、ＰＭセンサ１４の素子部を、ＰＭが燃焼除去される温度にまで過熱昇温させる。これにより、ＰＭセンサ１４の素子部に付着したＰＭを燃焼除去させる。なお、ここでＰＭリセット期間中の素子部の温度は、500℃より高く、より好ましくは700℃より高いものとする。もしくは、ＰＭリセット期間中の素子部の目標温度を500℃より高く、より好ましくは700℃より高く設定して、ヒータに電力を供給してもよい。ＰＭが燃焼する温度が約500℃〜約650℃であるため、リセット温度は700℃以上（好ましくは700℃〜800℃）とすると、ＰＭの燃焼の確実性を高めることができる。

（３）ＤＰＦの故障判定
ＤＰＦ６が故障すると、ＤＰＦ６をすり抜けＤＰＦ６の下流に排出されるＰＭ排出量が増加する。従って、ＤＰＦ６が故障している場合、ＰＭセンサ１４の電極２０、２２間に堆積するＰＭ堆積量は次第に増加し、センサ出力は大きくなる。従って、センサ出力に基づいて、ＤＰＦ６の故障判定を行うことができる。

具体的に、本実施の形態１では、制御装置１６は、ＰＭリセットを実行して素子部に堆積するＰＭを除去してから所定時間経過した後のＰＭセンサ１４の出力を検出する。検出されたＰＭセンサ１４の出力と、判定の基準となる基準出力を比較し、ＰＭセンサ１４の出力が基準出力より大きい場合に、ＤＰＦ６は故障と判定される。

なお、ＤＰＦ６が正常に機能している場合に、所定時間にＤＰＦ６の後ろ（下流）に排出されたと推定されるＰＭ量（以下、「推定ＰＭ排出量」とも称する）は、モデルに従って推定される。判定の基準となる基準出力は、推定ＰＭ排出量に応じた出力に許容される誤差分等を含めるなどして、適正な値に設定される。この基準出力は、制御装置１６に記憶される。

（４）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に堆積したＰＭの量が限界に達し、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１６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、通常、制御装置１６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が、所定の量に達したときをＤＰＦ６の再生時期として、上記の再生処理をおこなう。また、ＤＰＦ６の再生処理の後には、一度、素子部に堆積したＰＭを除去するため、ＰＭリセットを実行する。

［本実施の形態１の特徴的な制御］
ところで、本実施の形態１にはＳＣＲシステム８が配置されている。ＳＣＲシステム８では、噴射弁１０から尿素水が排気経路４に噴出される。排気経路４内及びＮＯｘ触媒１２において、次式（１）の熱分解反応と次式（２）の加水分解反応との結果、尿素水からアンモニア（ＮＨ_３）が生成される。
ＣＯ（ＮＨ_２）_２→ＮＨ_３＋ＨＣＮＯ ・・・・（１）
ＨＣＮＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＮＨ_３＋ＣＯ_２ ・・・・（２）
ＮＯｘ触媒１２は、上記のように尿素水から生成されたアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元し、排気ガスを浄化する。

図３は、試料である尿素水の温度に対する状態変化を説明するための図である。図３に示されるように、１９０℃より高温の温度域では、試料は、上記（１）、（２）のように十分に分解され、アンモニアが生成されている。

一方、約１００℃より低温では液体の尿素水の状態で存在するが、約１００℃を超えると水分が蒸発し尿素が結晶化する。このとき試料は絶縁体として存在する。尿素は約１３０℃に達すると液化する。さらに、約１３５℃で、試料は熱分解反応（上記（１）式）を開始する。図３の約１３０〜１３５℃の温度域では、尿素は液体の状態となる。この時、試料は誘導体として存在する。約１３５℃に達し、尿素が気化して上記（１）の熱分解された状態で、試料は再び絶縁体となる。

約１６０℃で尿素とイソシアン酸とが反応し、ビウレット（Ｃ_２Ｈ_５Ｎ_３Ｏ_２）の生成が開始する。更に、ビウレットを含む試料は、約１７５〜１９０℃の温度域において液体となり試料は導電体となる。その後、約１９０℃に達するとビウレットが分解される。

このように、ＮＯｘ触媒１２における尿素水の熱分解反応（１）や加水分解反応（２）が不十分な状態となると、ＮＯｘ触媒１２には、尿素やイソシアン酸、ビウレット等、尿素水に由来の物質（以下「尿素関連物質」とも称する）が存在する。これら尿素関連物質は、ＮＯｘ触媒１２で還元剤として使用されず、ＮＯｘ触媒１２の下流にそのまま排出される場合がある。なお、以下実施の形態において、尿素水に由来する尿素関連物質は、上述した内燃機関２の運転に由来するＰＭには含まれず、区別して表現されるものとする。

ＮＯｘ触媒１２の下流に排出された尿素関連物質は、ＰＭセンサ１４の電極２０、２２に付着すると、電極２０、２２の導電性を急激に変化させたり、電極２０、２２の感度を低下させたりする。この場合、センサ出力と排ガス中のＰＭ量との相関がなくなり、ＰＭ量の変化とは無関係に、センサ出力が急激に変動したり、感度が低下したりすることが考えられる。このような場合、高い精度で安定してＤＰＦ６の故障判定等を実行することが難しい状態となる。従って、電極２０、２２間に付着した尿素関連物質は、除去することが望まれる。

そこで、本実施の形態１では、ＤＰＦ６の故障判定制御の実行前の段階で尿素関連物質を除去できる温度にまで素子部の温度を上昇させる制御を行う。具体的に、本実施の形態１の制御では、ＰＭセンサ１４の素子部を、ビウレットの分解温度より高い温度に昇温し、尿素関連物質を分解除去する。ただし、ＤＰＦ６の故障判定のため、ＤＰＦ６下流に排出されたＰＭを検知する必要がある。つまり、ＰＭセンサ１４の素子部に付着したＰＭは残しておく必要がある。従って、尿素関連物質の除去のため昇温時、ＰＭが燃焼する温度より低い温度内に留める。

以上より、尿素関連物質の分解除去においては、素子部の温度を、ビウレットの分解温度より高く、かつ、ＰＭの燃焼温度より低い第１温度域Ｔ１に上昇させるよう制御する。より好ましくは素子部の温度が、ビウレット分解温度である約１９０℃より高く、かつ約１９０℃付近の温度である温度域内となるように、素子部を昇温させる。ＰＭは５００℃程度で燃焼するが、素子部に付着するＰＭまで除去すると、ＤＰＦ６の故障検出に誤差が生じることが考えられる。また、素子温が高温となると素子部へのＰＭの付着性が低下し、ＰＭセンサ１４の検出感度が低下する。従って、過度な温度上昇を避けるため、ビウレットの分解温度（１９０℃）より高温かつ、分解温度に近い温度とする。

素子部の第１温度域Ｔ１への昇温は、ヒータへの通電時間により制御される。つまり、素子部の温度が、尿素関連物質を燃焼させるだけの時間、第１温度域Ｔ１内に制御されるようにヒータへの通電が制御される。適正なヒータへの通電時間は、ＰＭセンサ１４の素子部の温度変化の特性を考慮して、実験等により求められる。この値は、制御装置１６に基準加熱時間として予め記憶される。

ところで、尿素関連物質のＳＣＲシステム下流側への排出量は、内燃機関２の特定の運転状態において特に増加しやすいことがわかっている。具体的な例としては、例えば、吸入空気量Ｇａが大きい場合には、排気ガスの流れも速くなるため、尿素関連物質がＳＣＲシステム８下流へ排出されやすい。同様に、尿素当量比が高い、即ち噴射弁１０からの尿素の投入量が多い場合や、ＮＯｘ触媒１２の温度が低温である場合などにも、尿素関連物質がＳＣＲシステム８下流へ排出されやすい。

このように、尿素関連物質の排出量が多くなりやすい運転状態でＰＭセンサ１４が一定時間以上使用された場合に、特に、素子部への尿素関連物質の付着量が多くなり、センサ出力への影響が大きくなるものと予想される。従って、本実施の形態１のシステムでは、尿素関連物質が増加しやすい特定の運転状態において、ＰＭセンサ１４が使用された積算時間が基準使用時間（基準時間）に達した場合にのみ、尿素関連物質の除去のため素子部の加熱を行う。

このように素子部に尿素関連物質の付着が予想される場合にのみ、素子部の昇温制御を実行することで、必要な場合に限り尿素関連物質の除去処理を行うことができ、ＰＭセンサ１４の感度低下を最小限に抑えるとともに、消費電力の低減を図ることができる。

なお、ここで判定の基準となる基準使用時間は、尿素関連物質が排出される環境下でＰＭセンサ１４が使用された場合にも、尿素関連物質の付着によるＰＭセンサ１４の出力への影響が許容範囲となる時間の上限値付近の時間である。具体的な基準使用時間は、設置される内燃機関２やＳＣＲシステムの特性、容範囲等を考慮して実験等により求められ、設定される。この基準使用時間は、判定の基準値として、制御装置１６に記憶される。

また、実施の形態において、特定の運転状態は、上記のように吸入空気量が多い場合、尿素当量比が高い場合、ＮＯｘ触媒１２の温度が低温である場合のほか、種々に考えられる。このような運転状態は、実験等により求められる。これを基に「特定の運転状態」であるか否かを判別するにあたり満たすべき運転条件が設定され、予め制御装置１６に記憶される。

［実施の形態１の具体的な制御］
図４は、本発明の実施の形態１において制御装置１６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、一定時間ごとに繰り返されるルーチンである。図４のルーチンでは、まず、現在、ＤＰＦ６の故障検出が実行中であるか否かが確認される（Ｓ１０２）。ここで、ＤＰＦ６の故障検出実行中とは、前回、図４のＤＰＦ６の故障判定終了後、更にＰＭリセットが実行された後、再びＰＭセンサ１４に捕集用電圧が印加されてＰＭ量の検出が行われている状態である。ステップＳ１０２において、ＤＰＦ６の故障検出実行中であることが認められない場合、今回の処理は一旦終了する。

ステップＳ１０２において、ＤＰＦ６の故障検出中であることが認められると、次に、推定ＰＭ排出量が算出される（Ｓ１０４）。推定ＰＭ排出量は、ＤＰＦ６が正常に機能している場合に、今回、ＤＰＦ６の故障判定を開始してから現在までに、ＤＰＦ６の下流に排出されたと推定されるＰＭ量の積算値であり、内燃機関２の機関回転数等をパラメータとし、モデルに従って推定される。

次に、推定ＰＭ排出量が第１基準量Ｒｅｆ＿１より大きくなったか否かが判別される（Ｓ１０６）。第１基準量Ｒｅｆ＿１は、ＰＭがＤＰＦ６下流に排出されている場合に、排出されたＰＭ量に応じＰＭセンサ１４の出力が安定して得られる程度にＰＭ量が排出されたことを判別する基準となる値である。この値はＰＭセンサ１４ごとに実験等により求められ、制御装置１６に記憶されている。ステップＳ１０６において、推定ＰＭ排出量＞第１基準量Ｒｅｆ＿１の成立が認められない場合、今回の処理は一旦、終了する。

ステップＳ１０６において、推定ＰＭ排出量＞第１基準量Ｒｅｆ＿１の成立が認められると、次に、今回、ＤＰＦ６の故障検出を開始してから現在までの、上記特定の運転状態下でのＰＭセンサ１４の積算時間ｔが読出される（Ｓ１０８）。ここで特定の運転状態であるか否かを判別するための特定の運転条件は、予め設定されており、積算時間ｔは、この特定の運転条件を満たしている場合に時間カウンタによりカウントされる時間である。なお、積算時間ｔは、毎回ＤＰＦ６の故障検出を開始する時に積算が開始される。

次に、ステップＳ１０８において読出された積算時間ｔが基準使用時間ｔ１より大きいか否かが判別される（Ｓ１１０）。これにより、尿素関連物質が排出される環境下でＰＭセンサ１４が一定時間以上使用されたか否かが判別される。基準使用時間ｔ１は、上記のように、予め制御装置１６に記憶された判別の基準値である。

ステップＳ１１０において、積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の成立が認められない場合、次に、センサ出力が基準出力より大きくなっているか否かが判別される（Ｓ１０）。基準出力は、上記のように予め制御装置１６に記憶された判別の基準となる値である。

ステップＳ１０において、センサ出力が基準出力より大きいことが認められると、ＤＰＦ６の故障と判定され（Ｓ１２）、警告灯の点灯等、設定された所定の制御が実行される。その後今回の処理は終了する。一方、ステップＳ１６において、センサ出力＞基準出力の成立が認められない場合、ＤＰＦ６は正常と判定される（Ｓ１４）。その後、今回の処理は終了する。なお、ＤＰＦ６の故障判定の後、次回のＤＰＦ６の故障判定前に、ＰＭリセット、ＤＰＦ６の再生処理等、必要な処理が、所定のタイミングで実行される。

一方、ステップＳ１１０において、積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の成立が認められた場合、次に、ヒータがＯＮがされる（Ｓ１１２）。即ち、ここでは、制御装置１６からの制御信号によりヒータに所定の電力が供給され、通電される。これにより素子部の加熱が開始する。

次に、ステップＳ１１２においてヒータＯＮとされてからの保持時間ｓが、基準加熱時間ｓ１より長くなったか否かが判別される（Ｓ１１４）。基準加熱時間ｓ１は、素子部の温度が、第１温度域Ｔ１に昇温されるのに必要十分な時間として予め制御装置１６に記憶された判別の基準値である。従って、ステップＳ１１４において、保持時間ｓ＞基準加熱時間ｓ１の成立が認められない場合、再び、Ｓ１１２に戻りヒータＯＮの状態が維持され、Ｓ１１４において保持時間ｓ＞基準加熱時間ｓ１の成立が認められるかが判別される。

ステップＳ１１４において保持時間ｓ＞基準加熱時間ｓ１の成立が認められると、素子部が第１温度域Ｔ１まで昇温されたと考えられるため、ヒータがＯＦＦとされる（Ｓ１１６）。この状態では、素子部の加熱によりＰＭセンサ１４の素子部に付着した尿素関連物質が除去されたものと考えられる。従って、その後、Ｓ１０に進み、Ｓ１０〜Ｓ１４の処理により、ＤＰＦ６の故障の有無が判定される。ＤＰＦ６の故障判定の後、次回のＤＰＦ６の故障判定前に、ＰＭリセット、ＤＰＦ６の再生処理等、必要な処理が、所定のタイミングで実行される。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、ＰＭセンサ１４が、尿素関連物質が排出される環境下に一定時間晒された場合に、尿素関連物質を除去する処理を行ってから、ＤＰＦ６の故障の有無の判定を行う。従って、センサ出力に影響を与える尿素関連物質を除去した状態で、ＰＭセンサの出力を得ることができ、ＤＰＦ６の故障検出の精度をより向上させることができる。

図５は、同一のＰＭ量のガスを検出した場合の、実施の形態１の制御を行った場合のＰＭセンサ１４の感度のばらつきと、実施の形態１の制御を行わない場合のＰＭセンサの感度のばらつきを比較する図である。図５からも、本実施の形態１の制御により、センサの感度のばらつきが抑制され、高い感度を維持できることがわかる。

なお、本実施の形態１では、ステップＳ１０６において、推定ＰＭ排出量＞第１基準量Ｒｅｆ＿１の成立が認められた場合にのみ、その後の処理を行う場合について説明した。しかし、この発明において、この処理順序はこれに限るものではなく、たとえば、最初に、積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の判定を行い、その後、この判定が、成立、非成立の場合、それぞれにおいて、推定ＰＭ排出量が所定の基準量より大きくなったか否かを判別し、それぞれに応じて、昇温処理（Ｓ１１２、Ｓ１１４）や、故障の有無の判定（Ｓ１０〜Ｓ１４）に進むようにしてもよい。これは実施の形態２、３においても同様である。

また、本実施の形態１では、推定ＰＭ排出量＞第１基準量Ｒｅｆ＿１の成立が認められた場合にのみ、その後の処理を行う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、たとえば、故障検出開始からの経過時間が所定の時間に達した場合に、その後の処理を進めるようにすることもできる。ここで所定の時間は、ＤＰＦ６が故障している場合に、下流側に排出されるＰＭ量に対し、ＰＭセンサ１４が安定した出力を発するまでに十分な時間に設定される。これは実施の形態２、３においても同様である。

また、尿素関連物質を除去する処理として、ヒータをＯＮとした状態を一定時間保持する場合について説明した。しかし、尿素関連物質の除去の制御はこれに限るものではない。例えば、ヒータをＯＮとした後、素子部の温度をモニターするようにしてもよい。この場合、素子部の温度が第１温度域Ｔ１に達したか否かを判別し、素子部の温度が第１温度域Ｔ１に達した場合に、次の処理に進むようにする。なお、素子部の温度は、直接温度センサを設置して検出するものであってもよいし、ヒータのインピーダンスや抵抗等を検出することで、加熱温度を制御するものであってもよい。これは実施の形態２、３においても同様である。

また、本実施の形態１では、ＤＰＦ６の故障判定の制御中に、ステップＳ１１０における積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の成否の判定し、これが成立する場合には素子部の昇温制御を行った後、続けてＤＰＦ６の故障の有無の判定（Ｓ１０〜Ｓ１４）を実行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く、例えば、積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の成否の判定（Ｓ１０８、Ｓ１１０）と昇温制御（Ｓ１１２〜１１６）とを、故障判定制御とは別のルーチンとして実行するものとしてもよい。

具体的に、例えば、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６及びＳ１０〜Ｓ１４からなるような故障判定の制御のルーチンを準備し、一定時間ごとに繰り返し実行させる。一方、ステップＳ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２〜Ｓ１１６からなるような、積算時間の判定と尿素関連物質の除去のための昇温処理とからなるルーチンを準備し、別途、一定時間ごとに繰り返し実行させる。そして、Ｓ１１０において、積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の成立が認められた場合、ステップＳ１１２〜Ｓ１１６の昇温処理が完了するまで、故障判定の制御のステップＳ１０〜Ｓ１４によるＤＰＦ６の故障判定を禁止する処理を行う。このようにしても、尿素関連物質の付着が予測される場合には尿素関連物質を除去することができ、ＤＰＦ６の故障判定における誤判定を抑制することができる。これは実施の形態２、３においても同様である。

また、本実施の形態１では、ＰＭセンサ１４の昇温処理後に開始する制御、あるいは昇温完了まで禁止する制御として、ＤＰＦ６の故障判定の制御を挙げて説明した。しかし、この発明において、昇温処理後に開始される制御、あるいは昇温完了まで禁止される制御としては、これに限らず、ＤＰＦ６に関連する他の制御を対象とするものであってもよい。これは実施の形態２、３においても同様である。

実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、特にＥＧＲシステムと、アクセル開度を電子制御可能な機能とを備える点を除き、図１のシステムと同様の構成を有している。実施の形態２のシステムにおいても、実施の形態１の場合と同様に、内燃機関２の特定の運転状態での積算時間ｔが基準使用時間ｔ１より長くなった場合に、尿素関連物質を除去するべく、素子部の温度を第１温度域Ｔ１に昇温させる制御が実行される。但し、本実施の形態２においては、以下に説明する通り、素子部の温度を昇温させる処理を実行する環境等が制限される。

尿素関連物質除去のための昇温処理により素子部の温度が高くなると、ＰＭセンサ１４の素子部へのＰＭ付着量が低下する。従って、昇温処理をＰＭ排出量が多い環境下で実行した場合、昇温処理によるＰＭセンサ１４の感度低下により、故障判定時に、実際のＰＭセンサ１４の出力と、実際のＰＭ排出量とのずれが大きくなることが考えられる。

そこで、本実施の形態２のシステムでは、尿素関連物質除去のための昇温処理を、内燃機関２から排出され得るＰＭ量が少なくなる環境下で実行する。より具体的に、昇温処理は、瞬間的な短時間あたりのＰＭ排出量の推定値（以下、「推定瞬間ＰＭ量」とも称する）が、第２基準量Ｒｅｆ＿２より小さい場合に実行される。第２基準量Ｒｅｆ＿２は、排出されうるＰＭの量が少ない運転状態であるか否かの判別の基準となる値である。ここでは、第２基準量Ｒｅｆ＿２は、その量のＰＭがＤＰＦ６下流に排出された状態でＰＭセンサ１４が昇温されても、出力感度の低下によるＰＭセンサの出力ばらつきが許容範囲内となるような量の上限値であり、予め実験等により求められ、設定される。

更に、このような環境下で昇温制御を実行する場合、負荷変化があった場合には、ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流を停止するものとする。また、同時に、アクセル開度変化量が一定値より少ない範囲で変化するように制御する。これにより負荷が大きくなった場合にもトルクの低下を抑え、かつエミッション増加を抑制し、尿素関連物質の除去を行うことができる。

図６は、この発明の実施の形態２において制御装置１６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６のルーチンは、図４のルーチンのＳ１１０の処理とＳ１１２との処理の間に、Ｓ２０２〜Ｓ２０４の処理を有する点においてのみ、図４のルーチンと異なっている。

具体的に、このルーチンでは、特定運転状態でのＰＭセンサ１４の積算時間ｔが、基準使用時間ｔ１より大きいことが認められた場合（Ｓ１１０）、次に、推定瞬間ＰＭ量が、第２基準量Ｒｅｆ＿２より少ないか否かが判別される（Ｓ２０２）。ここで推定瞬間ＰＭ量は現在の運転状態により算出される値であり、第２基準量Ｒｅｆ＿２は予め制御装置１６に記憶され、排出され得るＰＭ量が多い運転状態であるか否かの判断の基準となる値である。

ステップＳ２０２において、推定瞬間ＰＭ量＜第２基準量Ｒｅｆ＿２の成立が認められない場合、ステップＳ２０２において、推定瞬間ＰＭ量＜第２基準量Ｒｅｆ＿２の成立が認められるまで、ステップＳ２０２の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ２０２において推定瞬間ＰＭ量＜第２基準量Ｒｅｆ＿２の成立が認められると、次に、ステップＳ２０４において、ＥＧＲをＯＦＦとし、アクセル開度変化量を一定値より小さい範囲に制限する処理が実行される。ＥＧＲのＯＮ、ＯＦＦ、アクセル開度は、別途設定された制御プログラムによって制御される。ここでは、必要な場合に、その制御プログラムにおいて、ＥＧＲがＯＦＦとされ、アクセル開度の変化量が制限される。

その後、ステップＳ１１２〜Ｓ１１６の素子部の昇温処理、Ｓ１０〜Ｓ１６のＤＰＦ６の故障の有無の判定の処理が、図４のルーチンと同様に実行される。

以上説明したように、本実施の形態２の処理では、推定瞬間ＰＭ量が第２基準量Ｒｅｆ＿２より少なくなる環境下でのみ、素子部の加熱による尿素関連物質の除去処理が実行される。これにより、素子部の昇温によるＰＭセンサ１４の出力感度の低下の影響を小さくし、より正確なＰＭセンサ１４の出力を得ることができる。

また、素子部の加熱時、負荷変化がある場合にＥＧＲはＯＦＦとされ、アクセル開度の変化量が一定値より小さくなるように制御される。これによりトルクの低下、エミッション増加等を抑制しつつ、ＰＭ排出量が少ない環境で素子部の昇温処理を行うことができ、より正確なＰＭセンサの出力を得ることがでる。

実施の形態３．
実施の形態３のシステム及びＰＭセンサは、図１、図２のＰＭセンサと同様の構成を有している。実施の形態３のシステムでは、実施の形態１又は２の、ＤＰＦ６故障検出前のタイミングで行う素子部の昇温処理に加え、尿素関連物質中の、特に液体として存在する物質が付着しない状態を維持する処理を実行する。

具体的に、上述のように尿素関連物質の排出量が多い特定の運転状態が予想される場合に、実施の形態３のシステムでは、予め素子部への、液体である尿素関連物質の付着を事前に抑制する処理を実行する。具体的には、尿素関連物質の排出量増加が予想される特定の運転状態下において、素子部の温度が、尿素の液相温度である１３０〜１３５℃の第２温度域Ｔ２、ビウレットの分解前の温度域である１７５〜１９０℃の第３温度域Ｔ３とならないように制御する。これにより、特にセンサ出力に影響を与える液体であり導電性を有する尿素関連物質の付着を予め防ぎ、センサ出力のばらつきを抑制することができる。

図７は、この発明の実施の形態３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７のルーチンは、例えば、図４、図６のルーチンの、ステップＳ１０６において積算時間ｔ＞基準使用時間ｔ１の成立が認められない場合に、ＤＰＦ６の故障判定が実行される前に実行することができる。

具体的に図７のルーチンでは、まず、現在、尿素関連物質の排出が予想される特定の運転状態であるか否かが判別される（Ｓ３０２）。尿素関連物質の排出が予想される特定の運転状態とされる条件は、予め定められ制御装置１６に記憶されている。従って、ここでは、制御装置１６に記憶された条件が満たされる運転状態であるか否かが判別される。

ステップＳ３０２において、尿素関連物質の排出が予想されることが認められない場合、今回の処理は終了する。一方、ステップＳ３０２において、尿素関連物質が排出される環境であることが認められると、次に、現在の素子部の温度が検出される（Ｓ３０４）。ここで素子部の温度はヒータの抵抗を検出することで求められる。

次に、素子部の温度が第２温度域Ｔ２又は第３温度域Ｔ３内の温度であるか否かが判別される（Ｓ３０６）。第２温度域Ｔ２は尿素の液相温度域であり、第３温度域Ｔ３はビウレットの分解前の温度域である。ステップＳ３０６において、温度が第２温度域Ｔ２内又は第３温度域Ｔ３内であることが認められない場合、ヒータがＯＦＦとされる（Ｓ３０８）。その後、今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ４０６において、素子温が第２温度域Ｔ２内、又は第３温度域Ｔ３内にあることが認められると、次に、ヒータが一定時間通電され、素子部が昇温される（Ｓ３１０）。これにより、例えば温度が第２温度域Ｔ２にある場合には、素子部の温度は、第２温度域Ｔ２より高く第３温度域Ｔ３より低い範囲、あるいは、第３温度域Ｔ３より高温である第１温度域Ｔ１に制御される。また、素子部の温度が第３温度域Ｔ３内にある場合には、素子部の温度は、第１温度域Ｔ１に制御される。ここでは、温度はヒータの通電時間により制御される。ヒータの通電時間は素子部が適正な温度となるように、予め適正な時間に設定されている。これにより、出力に影響の大きい導電体の状態の尿素関連物質を、素子部から除去することができる。その後、今回の処理が終了する。

また、本実施の形態３のルーチンは、例えば、図４、図６のルーチン開始前に実行することもできる。これにより、仮に尿素関連物質が排出されやすい環境下であっても、素子部への導電性物質が付着されにくいように予め制御されている。従って、例えば、ステップＳ１１０における基準使用時間ｔ１を長く設定することもでき、これにより尿素関連物質の除去のため、素子部が高温の第１温度域に昇温される回数を少なく抑えることができる。

また、このルーチンは、図４、図６のルーチンとは関係なく、尿素関連物質の付着が好ましくない環境において、適宜独立して実行することができる。これにより、必要に応じて、ＰＭセンサ１４の素子部に、導電体の状態で存在する尿素関連物質が付着するのを効果的に抑制することができる。

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製造工程等は、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
８ ＳＣＲシステム
１０ 噴射弁
１２ ＮＯｘ触媒
１４ ＰＭセンサ
１６ 制御装置
１８ 絶縁基材
２０、２２ 電極
ｔ１ 基準使用時間（基準時間）
ｓ１ 基準加熱時間
Ｒｅｆ１ 第１基準量
Ｒｅｆ２ 第２基準量
Ｔ１ 第１温度域
Ｔ２ 第２温度域
Ｔ３ 第３温度域

Claims (7)

1. 内燃機関の排気経路に配置されたＳＣＲシステムの下流に配置された微粒子センサの出力に基づいて、前記排気経路内の、前記内燃機関の運転に由来する微粒子の量を検出する微粒子検出手段と、
   前記微粒子センサの素子部の温度を制御する温度制御手段と、を備え、
   前記温度制御手段は、
   今回、前記微粒子センサによる微粒子量の検出を開始した後、前記ＳＣＲシステムの下流側に尿素関連物質が排出されやすい特定の運転状態で前記微粒子センサが使用された時間の積算値が、基準時間に達した場合に、
   前記尿素関連物質が分解する温度より高く、かつ、前記微粒子が燃焼除去される温度より低い温度である第１温度域に、前記微粒子センサの素子部の温度を上昇させる制御を行う、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気経路の前記微粒子センサの上流には、前記微粒子を捕集するための微粒子捕集用フィルタが配置され、
   前記素子部の温度が前記第１温度域に達するまでの間、前記微粒子捕集用フィルタに関する所定の制御を禁止する手段を、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。
3. 前記排気経路の前記微粒子センサの上流には、排気ガス中の微粒子を捕集するための微粒子捕集用フィルタが配置され、
   前記素子部の温度が前記第１温度域に達した後で、前記微粒子捕集用フィルタに関する所定の制御を開始する手段を、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。
4. 前記所定の制御は、前記微粒子センサの出力に基づく、前記微粒子捕集用フィルタの故障の有無を判定する故障判定制御であることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記温度制御手段は、前記内燃機関が、排出する前記微粒子の量が基準量より少ない運転状態にある場合に、前記素子部の温度を上昇させる制御を行う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。
6. 前記内燃機関は、ＥＧＲシステムを備え、
   前記内燃機関の運転中の負荷の変化が所定より大きい場合に、前記ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流を停止する手段を、更に備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関の運転中の負荷の変化が所定より大きい場合に、アクセル開度変化量を、通常の場合のアクセル開度の変化量より小さい所定の範囲内に制限する手段を、更に備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。

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