JP2008261820A - Exhaust fine particle measuring device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust fine particle measuring device of an internal combustion engine of which a measurement timing is not determined by an operating condition of an engine. <P>SOLUTION: The exhaust fine particle measuring device comprises a PM sensor 70 which includes an oxidation catalyst 73, a heater 71 for heating the oxidation catalyst 73 and burning PM deposited on the oxidation catalyst 73, and a temperature sensor 72 for detecting a temperature of the oxidation catalyst 73, and an ECU 4 for estimating a deposited amount of the PM based on the temperature of the oxidation catalyst 73 in combustion of the PM, and an air pump 80 for supplying oxygen to the PM sensor 70. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気微粒子測定装置に関する。   The present invention relates to an exhaust particulate measurement device for an internal combustion engine.

従来から、排気微粒子（Particulate Matter、以下「ＰＭ」と称する。）を検出するためのセンサが知られている（特許文献１乃至４参照）。
このようなセンサは、ヒータなどにより酸化触媒を加熱して酸化触媒に堆積したＰＭを燃焼させ、その燃焼時の温度上昇に基づいて、酸化触媒に堆積したＰＭの量を測定するものである。
例えば、このようなセンサを内燃機関の排気通路に配置することにより、内燃機関の排気中に含まれるＰＭ量を測定することができる。 Conventionally, sensors for detecting exhaust particulates (hereinafter referred to as “PM”) are known (see Patent Documents 1 to 4).
Such a sensor measures the amount of PM deposited on the oxidation catalyst based on the temperature rise during the combustion by heating the oxidation catalyst with a heater or the like and burning the PM deposited on the oxidation catalyst.
For example, by arranging such a sensor in the exhaust passage of the internal combustion engine, the amount of PM contained in the exhaust gas of the internal combustion engine can be measured.

特開２００１−２２１７５９号公報JP 2001-221759 A 特開２００５−３３７７８２号公報JP-A-2005-337782 特開２００５−２２６５４７号公報JP 2005-226547 A 特願２００６−１３５６０２号Japanese Patent Application No. 2006-135602

このようなセンサでは、ＰＭ量を測定するために、ＰＭを燃焼させる必要があるが、ＰＭを燃焼させるためには、そのセンサ周辺に十分な酸素が存在していることが望ましい。そのため、酸化触媒が酸素吸蔵、放出機能を有していない場合には、内燃機関の運転状態を、排気中に酸素が多く含まれるような状態に制御した上で、ＰＭの測定を開始する必要がある。
例えば、内燃機関の運転状態がフューエルカット制御中であるような場合には、センサ周辺に十分に酸素が供給されているため、ＰＭ量を測定することができる。
また、酸化触媒が酸素吸蔵、放出機能を有している場合であっても、酸化触媒に十分な酸素量を吸蔵させるために、例えばフューエルカット制御により酸化触媒に酸素を吸蔵させたうえで、その後にＰＭ量を測定する必要がある。
このように、ＰＭ量を測定するタイミングは機関の運転状態に左右されるという問題がある。また、ＰＭ量を測定する毎に、強制的にフューエルカット制御を実行することは、ドライビリティーを考慮しても不可能である。 In such a sensor, it is necessary to burn PM in order to measure the amount of PM, but in order to burn PM, it is desirable that sufficient oxygen be present around the sensor. Therefore, when the oxidation catalyst does not have an oxygen storage / release function, it is necessary to start PM measurement after controlling the operation state of the internal combustion engine to a state in which a large amount of oxygen is contained in the exhaust gas. There is.
For example, when the operation state of the internal combustion engine is under fuel cut control, oxygen is sufficiently supplied around the sensor, so the PM amount can be measured.
Further, even when the oxidation catalyst has an oxygen storage and release function, in order to store a sufficient amount of oxygen in the oxidation catalyst, for example, after the oxygen is stored in the oxidation catalyst by fuel cut control, After that, it is necessary to measure the amount of PM.
Thus, there is a problem that the timing for measuring the PM amount depends on the operating state of the engine. Further, it is impossible to forcibly execute fuel cut control every time the amount of PM is measured, even in consideration of dryability.

したがって本発明の目的は、測定のタイミングが機関の運転状態に左右されない内燃機関の排気微粒子測定装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust particulate measuring device for an internal combustion engine in which the timing of measurement does not depend on the operating state of the engine.

上記目的は、内燃機関の排気通路に配置され、酸化触媒と、前記酸化触媒を加熱して前記酸化触媒に堆積した排気微粒子を燃焼させる加熱手段と、前記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を含むＰＭセンサと、前記排気微粒子の燃焼時における前記酸化触媒の温度に基づいて前記排気微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、前記ＰＭセンサに酸素を供給する酸素供給手段を有している、ことを特徴とする内燃機関の排気微粒子測定装置によって達成できる。
この構成により、ＰＭセンサに酸素が供給されるので、ＰＭセンサの酸化触媒に堆積した排気微粒子の燃焼を促進させることができる。これにより、内燃機関の運転状態に左右されずに、ＰＭセンサに酸素を供給することができるので、機関の運転状態に左右されずに、排気微粒子量の測定をすることができる。 The object is to provide an oxidation catalyst, a heating unit for heating the oxidation catalyst and burning the exhaust particulates deposited on the oxidation catalyst, and a temperature detection unit for detecting the temperature of the oxidation catalyst. And an oxygen supply for supplying oxygen to the PM sensor, and a PM amount sensor for estimating a deposit amount of the exhaust particulates based on a temperature of the oxidation catalyst during combustion of the exhaust particulates. It can be achieved by an exhaust particulate measuring device for an internal combustion engine characterized by comprising means.
With this configuration, oxygen is supplied to the PM sensor, so that combustion of exhaust particulates deposited on the oxidation catalyst of the PM sensor can be promoted. As a result, oxygen can be supplied to the PM sensor without being influenced by the operating state of the internal combustion engine, so that the amount of exhaust particulates can be measured without being influenced by the operating state of the engine.

また、上記構成において、前記ＰＭセンサは、前記排気通路に配置された排気浄化触媒よりも下流側に配置され、前記酸素供給手段は、前記排気浄化触媒よりも下流側であって、前記ＰＭセンサよりも上流側に配置されている、構成を採用できる。
酸素供給手段を、排気浄化触媒よりも下流側でありＰＭセンサよりも上流側に配置することによって、確実にＰＭセンサへ酸素を供給することができる。 In the above configuration, the PM sensor is disposed downstream of the exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage, and the oxygen supply means is downstream of the exhaust purification catalyst, and the PM sensor The structure arrange | positioned rather than the upstream can be employ | adopted.
By arranging the oxygen supply means downstream of the exhaust purification catalyst and upstream of the PM sensor, oxygen can be reliably supplied to the PM sensor.

また、上記構成において、前記加熱制御手段は、前記酸素供給手段によって前記ＰＭセンサに酸素が供給されてから、前記温度検出手段の出力が安定した後に、前記加熱手段を作動させる、構成を採用できる。
ＰＭセンサに酸素が供給され始めて、温度検出手段の出力が安定しないうちに加熱手段を作動させた場合には、排気微粒子が燃焼中における温度検出手段の出力も不安定となる恐れがあり、排気微粒子の測定精度が低下する恐れがある。しかし、ＰＭセンサに酸素が供給されてから、温度検出手段の出力が安定した後に加熱手段を作動させることによって、燃焼中での温度検出手段の出力も安定し、排気微粒子の測定精度の低下を防止できる。 Further, in the above configuration, the heating control unit may employ a configuration in which the heating unit is operated after the output of the temperature detection unit is stabilized after oxygen is supplied to the PM sensor by the oxygen supply unit. .
If oxygen is started to be supplied to the PM sensor and the heating means is operated before the output of the temperature detection means is stabilized, the output of the temperature detection means during exhaust gas combustion may become unstable. There is a risk that the measurement accuracy of fine particles may be reduced. However, after the oxygen is supplied to the PM sensor, by operating the heating means after the output of the temperature detection means is stabilized, the output of the temperature detection means during combustion is also stabilized, and the measurement accuracy of exhaust particulates is reduced. Can be prevented.

また、上記構成において、前記酸化触媒は、酸素吸蔵、放出機能を有し、前記酸素供給手段は、前記酸化触媒の酸素吸蔵量以上の酸素量を供給する、構成を採用できる。
酸化触媒の酸素吸蔵量以上の酸素量を供給することにより、酸素触媒による排気微粒子の燃焼を十分に行うことができる。 In the above configuration, the oxidation catalyst may have an oxygen storage / release function, and the oxygen supply unit may supply an oxygen amount equal to or greater than the oxygen storage amount of the oxidation catalyst.
By supplying an oxygen amount equal to or greater than the oxygen storage amount of the oxidation catalyst, the exhaust catalyst can be sufficiently burned by the oxygen catalyst.

本発明によれば、測定のタイミングが機関の運転状態に左右されない内燃機関の排気微粒子測定装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide an exhaust particulate measuring device for an internal combustion engine in which the timing of measurement is not affected by the operating state of the engine.

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本実施例に係るエンジンシステムの構成を示した模式図であり、自動車に搭載された多気筒ガソリンエンジン（以下「エンジン」と略す）２及びその電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４の概略構成を示している。図１では１つの気筒の構成を中心として示している。
ここでエンジン２の出力は変速機（図示略）を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、燃焼室１０内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１２と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁１１と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system according to the present embodiment. A multi-cylinder gasoline engine (hereinafter abbreviated as “engine”) 2 mounted on an automobile and its electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”). The general configuration of 4 is shown. In FIG. 1, the configuration of one cylinder is mainly shown.
Here, the output of the engine 2 is finally transmitted as a driving force to the wheels via a transmission (not shown). The engine 2 includes an in-cylinder injection valve 12 that directly injects fuel into the combustion chamber 10, a port injection valve 11 that injects fuel into the intake port, and an ignition plug 14 that ignites the injected fuel. It has been.

燃焼室１０に接続している吸気ポート１６は吸気バルブ（図示略）の駆動により開閉される。吸気ポート１６に接続された吸気通路２０の途中にはサージタンク２２が設けられ、サージタンク２２の上流側にはスロットルモータ２４によって開度が調節されるスロットルバルブ２６が設けられている。   The intake port 16 connected to the combustion chamber 10 is opened and closed by driving an intake valve (not shown). A surge tank 22 is provided in the middle of the intake passage 20 connected to the intake port 16, and a throttle valve 26 whose opening degree is adjusted by a throttle motor 24 is provided upstream of the surge tank 22.

このスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸気量が調整される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出され、サージタンク２２内の吸気圧ＰＭは、サージタンク２２に設けられた吸気圧センサ３０により検出されて、ＥＣＵ４に読み込まれている。
また、吸気通路２０にはエアフロメータ２１が配置されて、吸入空気量をＥＣＵ４に出力する。 The intake air amount is adjusted by the opening of the throttle valve 26 (throttle opening TA). The throttle opening degree TA is detected by a throttle opening degree sensor 28, and the intake pressure PM in the surge tank 22 is detected by an intake pressure sensor 30 provided in the surge tank 22 and read into the ECU 4.
An air flow meter 21 is disposed in the intake passage 20 to output the intake air amount to the ECU 4.

燃焼室１０に接続している排気ポート３２は排気バルブ（図示略）の駆動により開閉される。排気ポート３２に接続された排気通路３６には、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元とを行い、酸素吸蔵、放出機能を有する三元触媒であるスタートキャタリスト３８が設けられている。また、排気通路３６には、スタートキャタリスト（以下、単に「触媒」という。）３８の下流にＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられている。   The exhaust port 32 connected to the combustion chamber 10 is opened and closed by driving an exhaust valve (not shown). The exhaust passage 36 connected to the exhaust port 32 performs oxidation of unburned components (HC, CO) and reduction of nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas, and has a three-way catalyst having oxygen storage and release functions. A start catalyst 38 is provided. Further, a NOx occlusion reduction catalyst 40 is provided in the exhaust passage 36 downstream of a start catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst”) 38.

また、排気通路３６には、触媒３８の上流側に、空燃比センサ６４が、触媒３８とＮＯｘ吸蔵還元触媒４０との間に酸素センサ６６が、それぞれ配置されている。空燃比センサ６４として、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比に応じた電圧信号を出力するリニア空燃比センサが使用されている。酸素センサ６６は、それぞれ排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するセンサである。   In the exhaust passage 36, an air-fuel ratio sensor 64 is disposed upstream of the catalyst 38, and an oxygen sensor 66 is disposed between the catalyst 38 and the NOx storage reduction catalyst 40. As the air-fuel ratio sensor 64, a linear air-fuel ratio sensor that outputs a voltage signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 38 is used. The oxygen sensor 66 is a sensor that detects whether the air-fuel ratio is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio based on the residual oxygen concentration in the exhaust gas.

また、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ４１が設けられ、検出したエンジン冷却水温度は、ＥＣＵ４に出力される。   Further, a water temperature sensor 41 for detecting the engine coolant temperature is provided, and the detected engine coolant temperature is output to the ECU 4.

また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０の下流側には、排気中のＰＭ量を測定するＰＭセンサ７０と、ＰＭセンサ７０へ酸素を供給するエアポンプ８０とを備えている。ＰＭセンサ７０、エアポンプ８０についての詳細は後述する。   Further, on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst 40, a PM sensor 70 that measures the amount of PM in the exhaust gas and an air pump 80 that supplies oxygen to the PM sensor 70 are provided. Details of the PM sensor 70 and the air pump 80 will be described later.

ＥＣＵ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成され、エンジン全体の作動を制御する。
このＥＣＵ４は、スロットル開度センサ２８及び吸気圧センサ３０以外に、アクセルペダル４４の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ５６からの信号を入力している。更に、ＥＣＵ４は、クランク軸５４の回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５８、空燃比センサ６４、酸素センサ６６からそれぞれ信号を入力している。 The ECU 4 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and controls the operation of the entire engine.
In addition to the throttle opening sensor 28 and the intake pressure sensor 30, the ECU 4 inputs a signal from an accelerator opening sensor 56 that detects the amount of depression of the accelerator pedal 44 (accelerator opening ACCP). Further, the ECU 4 receives signals from an engine speed sensor 58, an air-fuel ratio sensor 64, and an oxygen sensor 66 that detect the engine speed NE from the rotation of the crankshaft 54.

ＥＣＵ４は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、筒内噴射量、ポート噴射量、噴射時期、及びスロットル開度ＴＡを適宜制御する。   The ECU 4 appropriately controls the in-cylinder injection amount, the port injection amount, the injection timing, and the throttle opening degree TA based on the detection contents from the various sensors described above.

ＥＣＵ４は、触媒３８の酸化・還元能力を高めるために、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射量を、空燃比センサ６４の出力、或いはその出力と酸素センサ６６の出力とに基づいてフィードバック制御する。   In order to increase the oxidation / reduction ability of the catalyst 38, the ECU 4 sets the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 38 becomes the stoichiometric air-fuel ratio, the output of the air-fuel ratio sensor 64, Feedback control is performed based on the output of the oxygen sensor 66.

次に、ＰＭセンサ７０について詳細に説明する。
図２は、ＰＭセンサ７０の構成を示した模式図である。
ＰＭセンサ７０は、図２に示すように、ヒータ７１、温度センサ７２、酸化触媒７３、等から構成される。
ヒータ７１は、酸化触媒７３を加熱するための加熱手段として機能する。ヒータ７１は、ＥＣＵ４によってその作動が制御される。 Next, the PM sensor 70 will be described in detail.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the PM sensor 70.
As shown in FIG. 2, the PM sensor 70 includes a heater 71, a temperature sensor 72, an oxidation catalyst 73, and the like.
The heater 71 functions as a heating unit for heating the oxidation catalyst 73. The operation of the heater 71 is controlled by the ECU 4.

温度センサ７２は、ヒータ７１と酸化触媒７３との間に配置されて酸化触媒７３の温度を検出し、その検出値をＥＣＵ４に出力する。
酸化触媒７３は、触媒コート７４、基材７５から構成される。触媒コート７４は、基材７５の表面に形成されている。基材７５は、セラミックにより形成され、触媒コート７４は、白金や、パラジウムなどの金属から形成される。 The temperature sensor 72 is disposed between the heater 71 and the oxidation catalyst 73, detects the temperature of the oxidation catalyst 73, and outputs the detected value to the ECU 4.
The oxidation catalyst 73 includes a catalyst coat 74 and a base material 75. The catalyst coat 74 is formed on the surface of the substrate 75. The base material 75 is made of ceramic, and the catalyst coat 74 is made of a metal such as platinum or palladium.

図２に示すように、ヒータ７１は、ＰＭを捕集するための凹部が形成され、この凹部が排気ガスの上流側を向くように、ＰＭセンサ７０は、排気通路３６に配置される。   As shown in FIG. 2, the heater 71 is formed with a recess for collecting PM, and the PM sensor 70 is disposed in the exhaust passage 36 so that the recess faces the upstream side of the exhaust gas.

従って、ＰＭセンサ７０は、酸化触媒７３が排気ガス中のＨＣ、ＣＯ成分を酸化（酸素と反応）してＣＯ２、Ｈ２Ｏに変換することができると共に、排気ガス中のＰＭを捕集することができる。また、ヒータ７１を作動させることにより、酸化触媒７３が加熱されて活性化し、堆積しているＰＭが燃焼され、ＥＣＵ４は、このときの温度センサ７２からの出力に基づいてＰＭの堆積量を推定することができる。 Therefore, in the PM sensor 70, the oxidation catalyst 73 can oxidize (react with oxygen) the HC and CO components in the exhaust gas and convert them into CO 2 and H 2 O, and collects PM in the exhaust gas. can do. Further, by operating the heater 71, the oxidation catalyst 73 is heated and activated, and the accumulated PM is combusted, and the ECU 4 estimates the PM accumulation amount based on the output from the temperature sensor 72 at this time. can do.

図３は、ヒータ温度に対する、センサ温度を示したグラフである。
ヒータ７１が作動すると、酸化触媒７３が加熱されるため、図３に実線で示すように、ヒータ温度が上昇するのに伴って、温度センサ７２が検出した酸化触媒７３の温度が比例して上昇する。このとき、酸化触媒７３にＰＭが堆積していると、酸化触媒７３の温度がＰＭを燃焼可能な温度までに上昇した時点で、このＰＭが燃焼する。このＰＭの燃焼により、図３に示した一点鎖線で示すように、温度センサ７２が検出した酸化触媒７３の温度が急激に上昇する。そして、ＰＭが全て燃焼すると、温度センサ７２の検出温度が急激に低下する。
従って、ＰＭセンサ７０の酸化触媒７３にＰＭが堆積した期間の吸入空気量と、このときの温度上昇量とに基づいて、所定のマップを用いてＥＣＵ４は、ＰＭの堆積量を推定することができる。これにより、排気ガス中に含まれるＰＭ量を測定することができる。 FIG. 3 is a graph showing the sensor temperature with respect to the heater temperature.
When the heater 71 is activated, the oxidation catalyst 73 is heated, and as shown by the solid line in FIG. 3, the temperature of the oxidation catalyst 73 detected by the temperature sensor 72 increases proportionally as the heater temperature rises. To do. At this time, if PM is deposited on the oxidation catalyst 73, the PM burns when the temperature of the oxidation catalyst 73 rises to a temperature at which PM can be combusted. Due to the combustion of PM, the temperature of the oxidation catalyst 73 detected by the temperature sensor 72 rapidly increases as indicated by the alternate long and short dash line shown in FIG. When all the PM is burned, the temperature detected by the temperature sensor 72 is rapidly reduced.
Therefore, the ECU 4 can estimate the PM accumulation amount using a predetermined map based on the intake air amount during the period when PM has accumulated on the oxidation catalyst 73 of the PM sensor 70 and the temperature increase amount at this time. it can. Thereby, the amount of PM contained in exhaust gas can be measured.

また、図１に示すように、ＰＭセンサ７０の上流側手前には、エアポンプ８０が配置されている。ＰＭ量測定中、即ち、酸化触媒７３に堆積したＰＭを燃焼している間に、エアポンプ８０からＰＭセンサ７０に向けて酸素が供給されることにより、ＰＭの燃焼が促進される。尚、エアポンプ８０は、大気中の空気を取り込んで、ＰＭセンサ７０に酸素を供給するように構成してもよいし、酸素ボンベと接続されて、ＰＭセンサ７０に酸素を供給するように構成してもよい。エアポンプ８０の動作については以下に述べる。   Further, as shown in FIG. 1, an air pump 80 is disposed in front of the PM sensor 70 on the upstream side. During the measurement of the amount of PM, that is, while the PM deposited on the oxidation catalyst 73 is burning, oxygen is supplied from the air pump 80 to the PM sensor 70, thereby promoting the combustion of PM. The air pump 80 may be configured to take in air in the atmosphere and supply oxygen to the PM sensor 70, or connected to an oxygen cylinder and configured to supply oxygen to the PM sensor 70. May be. The operation of the air pump 80 will be described below.

次に、ＥＣＵ４が実行するＰＭ量測定処理について説明する。
図４は、ＥＣＵ４が実行するＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャート図である。図５は、ＰＭ量測定処理時のセンサ温度と、経過時間との関係を示したグラフである。尚、図５において、ＰＭが燃焼可能となる温度を破線でＴＨとして示している。 Next, the PM amount measurement process executed by the ECU 4 will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the PM amount measurement process executed by the ECU 4. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the sensor temperature and the elapsed time during the PM amount measurement process. In FIG. 5, the temperature at which PM can be combusted is indicated by TH with a broken line.

まず、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０を作動させて、ＰＭセンサ７０に酸素を供給する（ステップＳ１、※１）。
次に、ＥＣＵ４は、温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。
温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満である場合とは、温度センサ７２の検出温度が略一定となった場合をいう。これは、エアポンプ８０から供給される酸素によって、ＰＭセンサ７０の温度が低下し始めるが、一定時間が経過すると、ＰＭセンサ７０の温度は略一定となり、ＥＣＵ４は、この状態を判定している。具体的には、エアポンプ８０の作動後、１０秒間の温度センサ７２からの出力温度の変化が、５℃以下となったら、ＥＣＵ４は、以下の処理を実行する。 First, the ECU 4 operates the air pump 80 to supply oxygen to the PM sensor 70 (step S1, * 1).
Next, the ECU 4 determines whether or not the change rate of the temperature detected by the temperature sensor 72 is less than a predetermined value B (step S2).
The case where the change rate of the temperature detected by the temperature sensor 72 is less than the predetermined value B refers to the case where the temperature detected by the temperature sensor 72 is substantially constant. This is because the temperature of the PM sensor 70 starts to decrease due to oxygen supplied from the air pump 80, but when a certain time elapses, the temperature of the PM sensor 70 becomes substantially constant, and the ECU 4 determines this state. Specifically, after the operation of the air pump 80, when the change in the output temperature from the temperature sensor 72 for 10 seconds becomes 5 ° C. or less, the ECU 4 executes the following processing.

温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満の場合、ＥＣＵ４は、ヒータ７１を作動させる（ステップＳ３、※２）。ヒータ７１が作動されると、ＰＭが燃焼し始め、ＥＣＵ４は、温度センサ７２の出力に基づいて、ＰＭの燃焼が終了したかどうかを判定する（ステップＳ４）。ＰＭの燃焼終了の判定は、図３に示したように、温度センサ７２の出力に基づいて判定する。
ＰＭの燃焼が終了すると（※３）、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０及びヒータ７１の作動を停止する（ステップＳ５、Ｓ６、※４）。
尚、上記ステップＳ１〜Ｓ６までの処理は、酸化触媒７３に残存しているＰＭを燃焼除去するための処理である。
次に、ＥＣＵ４は、温度センサ７２の出力温度が、規定値以下になったかどうかを判定する（ステップＳ７）。具体的には、規定値とは、ヒータ７１によるＰＭの燃焼が不能となる値である。即ち、温度センサ７２の出力温度が、図５に示すＴＨを下回ったかどうかを判定する。
温度センサ７２の出力温度が、規定値を超えている場合には、ステップＳ６の処理を継続させる。 When the rate of change of the temperature detected by the temperature sensor 72 is less than the predetermined value B, the ECU 4 operates the heater 71 (step S3, * 2). When the heater 71 is activated, the PM starts to burn, and the ECU 4 determines whether the combustion of the PM has ended based on the output of the temperature sensor 72 (step S4). The determination of the end of PM combustion is made based on the output of the temperature sensor 72 as shown in FIG.
When PM combustion ends (* 3), the ECU 4 stops the operation of the air pump 80 and the heater 71 (steps S5, S6, * 4).
In addition, the process from the above steps S1 to S6 is a process for burning and removing PM remaining in the oxidation catalyst 73.
Next, the ECU 4 determines whether or not the output temperature of the temperature sensor 72 has become a specified value or less (step S7). Specifically, the specified value is a value at which PM cannot be burned by the heater 71. That is, it is determined whether or not the output temperature of the temperature sensor 72 is lower than TH shown in FIG.
If the output temperature of the temperature sensor 72 exceeds the specified value, the process of step S6 is continued.

温度センサ７２の出力温度が規定値を下回った場合には（※４）、ＥＣＵ４は、吸入空気量の積算を開始する（ステップＳ８）。具体的には、ＥＣＵ４は、エアフロメータ２１により検出された吸入空気量を積算する。吸入空気量の積算を開始し、吸入空気量の積算値Σｇａが、予め設定された所定値Ａより大きくなったかどうかを判定する（ステップＳ９）。小さい場合には、ＥＣＵ４は、吸入空気量の積算を継続する（ステップＳ１０）。   When the output temperature of the temperature sensor 72 falls below the specified value (* 4), the ECU 4 starts integrating the intake air amount (step S8). Specifically, the ECU 4 integrates the intake air amount detected by the air flow meter 21. The integration of the intake air amount is started, and it is determined whether or not the integrated value Σga of the intake air amount has become larger than a predetermined value A set in advance (step S9). If it is smaller, the ECU 4 continues to integrate the intake air amount (step S10).

吸入空気量の積算値Σｇａが、所定値Ａを超えた場合、ＥＣＵ４は、現在のエンジンの運転状態が、１２による直噴運転状態であるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。
直噴運転の場合には、ＥＣＵ４は、ポート噴射運転へと切り替える（ステップＳ１２）。ポート噴射運転に切り替えることにより、ＰＭの排出量を、直噴運転状態でのＰＭの排出量よりも減少させることができる。これにより、ＰＭを燃焼させる際に、酸化触媒７３に新たにＰＭが堆積することを抑制できる。 When the integrated value Σga of the intake air amount exceeds the predetermined value A, the ECU 4 determines whether or not the current engine operation state is the direct injection operation state by 12 (step S11).
In the case of the direct injection operation, the ECU 4 switches to the port injection operation (step S12). By switching to the port injection operation, the PM emission amount can be reduced more than the PM emission amount in the direct injection operation state. Thereby, when PM is combusted, it can suppress that PM accumulates on the oxidation catalyst 73 newly.

ステップＳ１１において直噴運転状態ではない場合、またはステップＳ１２においてポート噴射運転に切り替えられた場合には、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０を作動させ（ステップＳ１３、※５）、温度センサ７２の検出温度の変化率が所定値Ｂ未満であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。Ｂ未満の場合には、ＥＣＵ４は、ヒータ７１を作動し（ステップＳ１５、※６）、酸化触媒７３に堆積したＰＭを燃焼させる。
そして、このときの温度センサ７２の出力温度と、吸入空気量の積算値とに基づいて、ＥＣＵ４は、酸化触媒７３へのＰＭの堆積量を算出する（ステップＳ１６）。 When it is not in the direct injection operation state in step S11 or when it is switched to the port injection operation in step S12, the ECU 4 operates the air pump 80 (step S13, * 5), and the change in temperature detected by the temperature sensor 72 It is determined whether or not the rate is less than a predetermined value B (step S14). If it is less than B, the ECU 4 operates the heater 71 (step S15, * 6) and burns the PM deposited on the oxidation catalyst 73.
Then, based on the output temperature of the temperature sensor 72 at this time and the integrated value of the intake air amount, the ECU 4 calculates the amount of PM deposited on the oxidation catalyst 73 (step S16).

次に、酸化触媒７３に堆積したＰＭが完全に燃焼したかどうかでＰＭ量の算出処理が終了したかどうかを判定する（ステップＳ１７）。そして、ＰＭ量の算出処理が終了するまで、ＥＣＵ４は、上記ステップＳ１５、Ｓ１６、の処理を実行する。   Next, it is determined whether or not the PM amount calculation process has been completed based on whether or not the PM deposited on the oxidation catalyst 73 has completely combusted (step S17). And ECU4 performs the process of said step S15, S16 until the calculation process of PM amount is complete | finished.

その後、ＰＭ量の算出処理が終了した場合には、ＥＣＵ４は、ヒータ７１及びエアポンプ８０の作動を停止して（ステップＳ１８、※７）、ＰＭ量測定処理を終了する。   Thereafter, when the PM amount calculation process is completed, the ECU 4 stops the operation of the heater 71 and the air pump 80 (step S18, * 7), and ends the PM amount measurement process.

以上のように、ステップＳ１、Ｓ１３で実行した処理のように、ＰＭセンサ７０に酸素が供給されるので、ＰＭセンサ７０の酸化触媒７３に堆積したＰＭの燃焼を促進させることができる。これにより、エンジンの運転状態に左右されずに、ＰＭセンサ７０に酸素を供給することができ、ＰＭ量を測定することができる。   As described above, since oxygen is supplied to the PM sensor 70 as in the processes executed in steps S1 and S13, combustion of PM deposited on the oxidation catalyst 73 of the PM sensor 70 can be promoted. Thereby, oxygen can be supplied to the PM sensor 70 regardless of the operating state of the engine, and the amount of PM can be measured.

また、ステップＳ２、Ｓ１４で実行した処理のように、エアポンプ８０によってＰＭセンサ７０に酸素が供給されてから、温度センサ７２の出力が安定した後に、ヒータ７１を作動させる。
ＰＭセンサ７０に酸素が供給され始めて、温度センサ７２の出力が安定しないうちにヒータ７１を作動させた場合には、ＰＭが燃焼中における温度センサ７２の出力も不安定となる恐れがあり、ＰＭの測定精度が低下する恐れがある。しかし、ＰＭセンサ７０に酸素が供給されてから、温度センサ７２の出力が安定した後にヒータ７１を作動させることによって、燃焼中での温度センサ７２の出力も安定し、ＰＭの測定精度の低下を防止できる。 Further, as in the processes executed in steps S2 and S14, after the oxygen is supplied to the PM sensor 70 by the air pump 80, the heater 71 is operated after the output of the temperature sensor 72 is stabilized.
If oxygen is started to be supplied to the PM sensor 70 and the heater 71 is operated before the output of the temperature sensor 72 is stabilized, the output of the temperature sensor 72 during PM combustion may also become unstable. The measurement accuracy may be reduced. However, by operating the heater 71 after the output of the temperature sensor 72 is stabilized after oxygen is supplied to the PM sensor 70, the output of the temperature sensor 72 during combustion is also stabilized, and the PM measurement accuracy is reduced. Can be prevented.

また、エアポンプ８０は、前述したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０よりも下流側でありＰＭセンサ７０よりも上流側に配置されている。エアポンプ８０を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０や、触媒３８よりも上流側に設置すると、ＰＭセンサ７０にまで酸素が供給されない恐れがあるが、これらよりも下流側に配置することにより、確実にＰＭセンサ７０へ酸素を供給することができる。   Further, as described above, the air pump 80 is disposed downstream of the NOx storage reduction catalyst 40 and upstream of the PM sensor 70. If the air pump 80 is installed on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst 40 or the catalyst 38, oxygen may not be supplied to the PM sensor 70. Oxygen can be supplied to 70.

次に、ＥＣＵ４が実行するＰＭ量測定処理の変形例について説明する。
図６は、ＥＣＵ４が実行するＰＭ量測定処理の変形例を示したフローチャートである。図７は、変形例に係るＰＭ量測定処理時のセンサ温度と経過時間との関係を示したグラフである。 Next, a modified example of the PM amount measurement process executed by the ECU 4 will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing a modified example of the PM amount measurement process executed by the ECU 4. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the sensor temperature and the elapsed time during the PM amount measurement process according to the modification.

尚、変形例に係る処理は、上記で説明した処理と異なり、ＰＭセンサ７０の酸化触媒７３は、酸素吸蔵、放出機能を有することを前提として説明する。具体的には、触媒コート７４には、排気ガス中の酸素を吸蔵、放出機能を有するセリアが添加されている。従って、酸化触媒７３における酸素吸蔵量が十分である場合に、ヒータ７１を作動させることにより、酸化触媒７３が加熱されて活性化し、堆積しているＰＭは酸化触媒７３に吸蔵されている酸素により効率的に燃焼されることになる。   Note that the processing according to the modified example will be described on the assumption that, unlike the processing described above, the oxidation catalyst 73 of the PM sensor 70 has an oxygen storage / release function. Specifically, ceria having a function of occluding and releasing oxygen in the exhaust gas is added to the catalyst coat 74. Accordingly, when the oxygen storage amount in the oxidation catalyst 73 is sufficient, the oxidation catalyst 73 is heated and activated by operating the heater 71, and the deposited PM is caused by the oxygen stored in the oxidation catalyst 73. It will be burned efficiently.

ステップＳ４において、ＰＭの燃焼が終了すると、ＥＣＵ４は、ヒータ７１の作動を停止させるが（ステップＳ６、※３ａ）、エアポンプ８０の作動はそのまま継続させる。次に、温度センサ７２の出力温度が、規定値以下になった場合には（ステップＳ７でＹｅｓ）、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０による供給空気量の積算を開始する（ステップＳ７ａ）。   In step S4, when PM combustion ends, the ECU 4 stops the operation of the heater 71 (step S6, * 3a), but the operation of the air pump 80 is continued as it is. Next, when the output temperature of the temperature sensor 72 is equal to or lower than the specified value (Yes in Step S7), the ECU 4 starts integrating the supply air amount by the air pump 80 (Step S7a).

次に、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０による供給空気量が、酸化触媒７３に十分に酸素が吸蔵されるために必要となる空気量を上回ったかどうかを判定する（ステップＳ７ｂ）。尚、酸化触媒７３の最大酸素吸蔵量は、触媒コート７４に添加されたセリアの量に基づいて算出でき、この算出結果に基づいて、エアポンプ８０の供給空気量が設定されている。   Next, the ECU 4 determines whether or not the amount of air supplied by the air pump 80 exceeds the amount of air necessary for oxygen to be sufficiently stored in the oxidation catalyst 73 (step S7b). The maximum oxygen storage amount of the oxidation catalyst 73 can be calculated based on the amount of ceria added to the catalyst coat 74, and the supply air amount of the air pump 80 is set based on the calculation result.

供給空気量が十分である場合、即ち、酸化触媒７３に十分に酸素が吸蔵された場合には、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０の作動を停止させる（ステップＳ７ｃ、※４ａ）。
次に、ステップＳ８以降の処理を実行し、ＰＭ量の算出処理が終了した場合には（ステップＳ１７でＹｅｓ）、ＥＣＵ４は、ヒータ７１の作動を停止して（ステップＳ１８ａ、※７ａ）、ＰＭ量測定処理を終了する。 When the supply air amount is sufficient, that is, when oxygen is sufficiently stored in the oxidation catalyst 73, the ECU 4 stops the operation of the air pump 80 (step S7c, * 4a).
Next, when the processing after step S8 is executed and the calculation processing of the PM amount is completed (Yes in step S17), the ECU 4 stops the operation of the heater 71 (step S18a, * 7a), and PM The amount measurement process is terminated.

このように、エアポンプ８０は、酸化触媒７３の酸素吸蔵量以上の酸素量を供給することにより、酸化触媒７３によるＰＭの燃焼を十分に行うことができる。
また、ＰＭの燃焼が開始されてから、温度センサ７２の出力値がＰＭの燃焼可能温度以下となるまでの間は、エアポンプ８０からの空気が供給され続ける。これにより、この間に、排気ガス中のＰＭが酸化触媒７３に新たに堆積した場合であっても、エアポンプ８０により酸化触媒７３には一定の酸素量が供給され続けているため、この酸素を利用することにより、ヒータ７１の作動が停止している場合であっても、ＰＭが燃焼される。従って、残存するＰＭの処理を確実に行うことができる。 In this manner, the air pump 80 can sufficiently burn PM by the oxidation catalyst 73 by supplying an oxygen amount equal to or greater than the oxygen storage amount of the oxidation catalyst 73.
Further, the air from the air pump 80 continues to be supplied until the output value of the temperature sensor 72 becomes equal to or lower than the PM combustible temperature after the PM combustion is started. As a result, even if PM in the exhaust gas is newly deposited on the oxidation catalyst 73 during this period, a constant amount of oxygen is continuously supplied to the oxidation catalyst 73 by the air pump 80. By doing so, PM is burned even when the operation of the heater 71 is stopped. Therefore, the remaining PM can be reliably processed.

また、ステップＳ１〜Ｓ７ｃまでの処理を実行した後、ＥＣＵ４は、エアポンプ８０の作動を停止させた状態のまま、ヒータ７１を作動させてＰＭを燃焼させる（ステップＳ１５）。このように、エアポンプ８０を作動させないのは、前述したように、酸化触媒７３には酸素吸蔵、放出機能を有しており、ステップＳ７ａ、Ｓ７ｂの処理によって、触媒コート７４に十分な酸素量が吸蔵されているため、エアポンプ８０によって空気量を吸蔵させなくても、ＰＭを十分に燃焼させることができるからである。このように、エアポンプ８０を必要最低限の場合にのみ作動させることにより、エアポンプ８０を作動させることによる電力の消費を低減することができる。   Further, after executing the processing from steps S1 to S7c, the ECU 4 operates the heater 71 and burns PM while the operation of the air pump 80 is stopped (step S15). In this way, the air pump 80 is not operated, as described above, because the oxidation catalyst 73 has an oxygen storage / release function, and a sufficient amount of oxygen is applied to the catalyst coat 74 by the processing in steps S7a and S7b. This is because PM is sufficiently burned without being occluded by the air pump 80 because it is occluded. Thus, by operating the air pump 80 only when it is the minimum necessary, it is possible to reduce power consumption due to the operation of the air pump 80.

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

本実施例に係るエンジンシステムの構成を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the structure of the engine system which concerns on a present Example. ＰＭセンサの構成を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the structure of PM sensor. ヒータ温度に対するセンサ温度を示したグラフである。It is the graph which showed sensor temperature with respect to heater temperature. ＥＣＵが実行するＰＭ量測定処理の一例を示したフローチャート図である。It is the flowchart figure which showed an example of PM amount measurement process which ECU performs. ＰＭ量測定処理時のセンサ温度と経過時間との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the sensor temperature at the time of PM amount measurement processing, and elapsed time. ＥＣＵが実行するＰＭ量測定処理の変形例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the modification of PM amount measurement processing which ECU performs. 変形例に係るＰＭ量測定処理時のセンサ温度と経過時間との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the sensor temperature at the time of the PM amount measurement process which concerns on a modification, and elapsed time.

符号の説明Explanation of symbols

２ エンジン
４ ＥＣＵ（堆積量推定手段）
１０ 燃焼室
１１ ポート噴射弁
１２ 筒内噴射弁
１４ 点火プラグ
１６ 吸気ポート
２０ 吸気通路
２２ サージタンク
２４ スロットルモータ
２６ スロットルバルブ
２８ スロットル開度センサ
３０ 吸気圧センサ
３２ 排気ポート
３６ 排気通路
３８ 触媒
４０ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
４１ 水温センサ
４４ アクセルペダル
５４ クランク軸
５６ アクセル開度センサ
５８ エンジン回転数センサ
６４ 空燃比センサ
６６ 酸素センサ
７０ ＰＭセンサ
７１ ヒータ
７２ 温度センサ
７３ 酸化触媒
７４ 触媒コート
７５ 基材
８０ エアポンプ（酸素供給手段） 2 Engine 4 ECU (Accumulation amount estimation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Combustion chamber 11 Port injection valve 12 In-cylinder injection valve 14 Spark plug 16 Intake port 20 Intake passage 22 Surge tank 24 Throttle motor 26 Throttle valve 28 Throttle opening sensor 30 Intake pressure sensor 32 Exhaust port 36 Exhaust passage 38 Exhaust passage 38 Catalyst 40 NOx occlusion Reduction catalyst 41 Water temperature sensor 44 Accelerator pedal 54 Crankshaft 56 Accelerator opening sensor 58 Engine speed sensor 64 Air-fuel ratio sensor 66 Oxygen sensor 70 PM sensor 71 Heater 72 Temperature sensor 73 Oxidation catalyst 74 Catalyst coat 75 Base material 80 Air pump (oxygen supply) means)

Claims (4)

内燃機関の排気通路に配置され、酸化触媒と、前記酸化触媒を加熱して前記酸化触媒に堆積した排気微粒子を燃焼させる加熱手段と、前記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を含むＰＭセンサと、
前記排気微粒子の燃焼時における前記酸化触媒の温度に基づいて前記排気微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、
前記ＰＭセンサに酸素を供給する酸素供給手段を有している、ことを特徴とする内燃機関の排気微粒子測定装置。 An oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; heating means for heating the oxidation catalyst to burn exhaust particulates deposited on the oxidation catalyst; and temperature detection means for detecting the temperature of the oxidation catalyst. PM sensor,
A deposition amount estimating means for estimating a deposition amount of the exhaust particulates based on a temperature of the oxidation catalyst during combustion of the exhaust particulates;
An exhaust particulate measuring device for an internal combustion engine, comprising oxygen supply means for supplying oxygen to the PM sensor. 前記ＰＭセンサは、前記排気通路に配置された排気浄化触媒よりも下流側に配置され、
前記酸素供給手段は、前記排気浄化触媒よりも下流側であって、前記ＰＭセンサよりも上流側に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気微粒子測定装置。 The PM sensor is disposed on the downstream side of the exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage,
2. The exhaust particulate measuring device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the oxygen supply means is disposed downstream of the exhaust purification catalyst and upstream of the PM sensor. 前記加熱制御手段は、前記酸素供給手段によって前記ＰＭセンサに酸素が供給されてから、前記温度検出手段の出力が安定した後に、前記加熱手段を作動させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気微粒子測定装置。   The heating control means operates the heating means after the output of the temperature detection means is stabilized after oxygen is supplied to the PM sensor by the oxygen supply means. 2. An exhaust particle measuring apparatus for an internal combustion engine according to 1. 前記酸化触媒は、酸素吸蔵、放出機能を有し、
前記酸素供給手段は、前記酸化触媒の酸素吸蔵量以上の酸素量を供給する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の排気微粒子測定装置。 The oxidation catalyst has oxygen storage and release functions,
The exhaust particulate measuring device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen supply means supplies an oxygen amount equal to or greater than an oxygen storage amount of the oxidation catalyst.
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