JP2013024097A - センサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気中のＰＭ粒子数を精度良く検出する。
【解決手段】エンジン１０の排気管１３には、ＰＭセンサとして、触媒１４の上流側に配置された上流側ＰＭセンサ１６と、触媒１４の下流側に配置された下流側ＰＭセンサ１７とが設けられている。上記ＰＭセンサは、ガス中に含まれるＰＭ（導電性粒子状物質）を付着させる被付着部と、被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、一対の対向電極間の抵抗値に応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ４０は、上流側ＰＭセンサ１６の検出信号を取得し、その取得した検出信号に基づいて排気中のＰＭの粒子数を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子状物質検出センサの検出信号に基づいて粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）の量を算出するセンサ制御装置に関するものである。

従来、ＰＭ規制を背景に、エンジンから排出される排気中のＰＭの量を検出するＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）をエンジンの排気通路に配置し、ＰＭ排出量をモニタすることが提案されている。例えば特許文献１に記載のＰＭセンサでは、絶縁基板上に一対の対向電極を設けておき、その一対の対向電極間にＰＭが堆積すると電極間抵抗が変化することを利用し、電極間抵抗を計測することでＰＭ量を検出する構成としている。なお、ＰＭは、有機溶媒に溶解する可溶有機分（Soluble Organic Fraction：ＳＯＦ）と、不溶分としての煤（Soot）及び硫酸塩（Salfate）とを含んでいる。

特開２００９−１４４５７７号公報

上記特許文献１の構成のＰＭセンサでは、センサ検出信号に基づいてＰＭ量が算出される場合、そのＰＭ量は重量として算出される。一方、ＰＭ規制としては、排気中のＰＭ重量とＰＭ粒子数との２種類の規制が検討されている。上記のような重量検出タイプのＰＭセンサを用いてＰＭ粒子数を検出する場合、例えばＰＭセンサに付着する粒子状物質の平均粒子質量を予め定めておき、ＰＭセンサにより検出したＰＭ量（重量）を平均粒子質量で除算することにより、ＰＭ重量をＰＭ粒子数に換算することが考えられる。

ここで、現状のＰＭ規制では、ＰＭ重量とＰＭ粒子数とで規制となる対象成分が異なり、ＰＭ重量規制ではＰＭの各成分のうちＳｏｏｔ，ＳＯＦ，硫酸塩の３成分が規制対象であるのに対し、ＰＭ粒子数規制ではＳｏｏｔのみが規制対象になっている。そのため、排気中のＰＭ重量検出を目的として取得したＰＭ重量を平均粒子質量で除算した値では、排気中のＰＭ粒子数を正確に検出できないことが考えられる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、排気中のＰＭ粒子数を精度良く検出することができるセンサ制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明は、排気中に含まれる特定ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、排気中に含まれ複数成分から成る導電性の粒子状物質を付着させる被付着部を有し該被付着部における前記粒子状物質の付着重量に応じた検出信号を出力する粒子状物質検出センサとが排気通路に配置されたエンジンに適用されるセンサ制御装置に関する。特に、請求項１に記載の発明は、前記粒子状物質検出センサが、前記排気浄化触媒の上流側に配置されており、前記上流側に配置された粒子状物質検出センサである上流側検出センサの検出信号に基づいて、排気中の前記粒子状物質の粒子数を算出する粒子数算出手段を備えることを特徴とする。

要するに、粒子状物質に含まれる複数の成分（Ｓｏｏｔ、ＳＯＦ、硫酸塩）のうち、硫酸塩は、エンジンから排出されるＳＯｘが排気浄化触媒で酸化されることにより発生する。一方、粒子状物質の粒子数規制では、粒子状物質の各成分のうちＳｏｏｔのみが規制対象となっており、硫酸塩は規制対象になっていない。これらの点に着目し、本構成では、排気浄化触媒の上流側に粒子状物質検出センサを配置し、その検出信号に基づいて排気中の粒子状物質の粒子数を算出する。この構成によれば、センサにより検出される粒子状物質の成分として硫酸塩を含んでいないため、例えば触媒下流側に配置された粒子状物質検出センサを用いる場合に比べて、排気中に含まれる粒子状物質の粒子数（Ｓｏｏｔの粒子数）を精度良く検出することができる。

請求項２に記載の発明では、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、前記粒子数算出手段は、前記運転状態検出手段により検出した運転状態が所定の高負荷運転状態の場合に前記粒子状物質の粒子数を算出する。

排気浄化触媒の上流側に配置した粒子状物質検出センサでは、粒子数規制の対象であるＳｏｏｔ分の他に、粒子数規制の対象となっていないＳＯＦ分を含んだ状態で粒子状物質の量が検出される。ここで、本発明者が検討したところ、エンジンから排出される粒子状物質の各成分の量はエンジン運転状態に応じて相違し、具体的には、エンジンの高負荷時では低負荷時よりも、Ｓｏｏｔの排出量が多くなり、ＳＯＦの排出量が少なくなるという知見を得た（図７参照）。つまり、排気中における粒子状物質の各成分の割合はエンジン運転状態に応じて相違し、エンジンの高負荷時では低負荷時に比べて、粒子状物質の排出量全体に対するＳＯＦの割合が小さくなる。この知見に基づけば、エンジン高負荷時では、粒子数算出に際しＳＯＦの影響をより小さくできると言える。したがって、本構成のように、エンジンの高負荷時のセンサ検出信号に基づいて粒子状物質の粒子数を算出することにより、粒子数の検出精度をより高めることができる。

請求項３に記載の発明では、エンジンの運転状態に基づいて、前記粒子状物質に含まれる複数の成分のうち粒子数規制の対象成分の含有量を推定する推定手段を備え、前記粒子数算出手段は、前記推定手段により推定した前記対象成分の含有量に基づいて前記粒子状物質の粒子数を算出する。

エンジンから排出される粒子状物質中のＳＯＦ成分の割合はエンジン運転状態に応じて相違し、エンジン負荷が高いほどＳｏｏｔ成分の含有割合が多く、またＳＯＦ成分の含有割合が少なくなる（図７参照）。これに鑑み、上記構成とすることにより、エンジンから排出されるＳｏｏｔの量を精度良く算出することができ、ひいては粒子状物質の粒子数の検出精度をより高めることができる。

請求項４に記載の発明では、前記粒子状物質検出センサが、前記排気浄化触媒の下流側に更に配置されており、前記下流側に配置された粒子状物質検出センサである下流側検出センサの検出信号に基づいて、排気中の前記粒子状物質の付着重量を算出する下流側重量算出手段を備える。

粒子数規制の対象はＳｏｏｔであるのに対し、重量規制の対象はＳｏｏｔ、ＳＯＦ及び硫酸塩の三成分である。この点、本構成によれば、排気中の粒子状物質の重量を検出するか、それとも粒子数を検出するかに応じて、触媒の上流側及び下流側のいずれのセンサ検出信号を用いるかを使い分けることができる。これにより、粒子状物質の排出量（重量及び粒子数）を精度良く検出することができる。

粒子状物質検出センサでは、センサ検出信号に対する実際の粒子状物質の付着量（排気中の含有量）がずれることがある。このようなセンサ特性異常が生じた場合、排気中の粒子状物質の量を精度良く検出できないことが考えられる。

ここで、触媒上流側では主にＳｏｏｔ及びＳＯＦの重量が検出され、触媒下流側ではＳｏｏｔ、ＳＯＦ及び硫酸塩の重量が検出されるが、その際、Ｓｏｏｔ及びＳＯＦの重量は、排気浄化触媒の上流側と下流側とでほとんど変化しない。したがって、粒子状物質検出センサにより検出される粒子状物質の量のうち、Ｓｏｏｔ及びＳＯＦ分の検出結果は、触媒上流側と触媒下流側とで同じになるはずである。ところが、触媒上流側と下流側とに配置された粒子状物質検出センサのいずれかでセンサ特性異常が生じると、上流側センサ及び下流側センサによりそれぞれ検出されるＳｏｏｔ及びＳＯＦ分の量が、触媒上流側と触媒下流側とで同じにならなくなる。この場合、例えば、上流側センサの検出値と下流側センサの検出値とに基づき算出される値が、実際のエンジン運転状態からはあり得ない値を示すことが考えられる。

この点に着目し、請求項５に記載の発明では、前記上流側検出センサの検出信号に基づいて、排気中の前記粒子状物質の重量を算出する上流側重量算出手段と、前記上流側重量算出手段により算出した重量と前記下流側重量算出手段により算出した重量とに基づいて、前記粒子状物質検出センサの異常診断を実施する異常診断手段と、を備える。この構成によれば、センサの特性異常が生じた場合にその異常を検出することができる。

センサ異常診断を実施する構成としては、請求項６に記載の発明のように、前記異常診断手段は、前記下流側重量算出手段により算出した前記粒子状物質の重量と、前記上流側重量算出手段により算出した前記粒子状物質の重量とに基づいて、前記排気浄化触媒の下流側の排気に含まれる前記粒子状物質の各成分のうち、エンジンから排出される排気が前記排気浄化触媒を通過することにより生じる特定成分の重量を算出する特定成分量算出手段と、該算出した特定成分の重量に基づいて、前記粒子状物質検出センサの異常診断を実施する手段と、を備える構成とするのがよい。触媒上流側と触媒下流側との検出結果を用いれば、触媒下流側の排気中に含まれる実際の硫酸塩（特定成分）の量を算出することができる。ところが、触媒上流側と下流側とに配置された粒子状物質検出センサのいずれかでセンサ特性異常が生じると、上流側センサの検出値と下流側センサ検出値とに基づき算出した硫酸塩の量が、実際のエンジン運転状態からはあり得ない値を示すことから、硫酸塩の含有量に基づけばセンサ特性異常を検出することができる。

請求項７に記載の発明では、エンジン運転状態に基づいて前記粒子状物質中における前記特定成分の重量の正常範囲を設定する設定手段を備え、前記異常診断手段は、前記特定成分量算出手段により算出した特定成分の重量が、前記設定手段により設定された正常範囲から外れる場合に前記粒子状物質検出センサの異常有りと診断する。特定成分の重量はエンジン運転状態に応じて都度変化することから、都度のエンジン運転状態に応じた正常範囲と、センサ検出値に基づき算出される特定成分量とを比較することにより、センサ特性異常の診断精度を高めることができる。

エンジン制御システムの概略を示す構成図。 センサ素子の要部構成を分解して示す分解斜視図。 ＰＭセンサに関する電気的構成を示す図。 ＰＭ算出処理の処理手順を示すフローチャート。 排気中のＰＭの各成分について触媒の上流側及び下流側での比較図。 第１の実施形態のＰＭ粒子数算出処理の処理手順を示すフローチャート。 触媒上流側で検出されるＰＭ排出量（重量）を成分別に示す図。 第２の実施形態のＰＭ粒子数算出処理の処理手順を示すフローチャート。 ＰＭセンサの異常診断を説明する図。 ＰＭセンサ異常診断の処理手順を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車載エンジンを備える車両エンジンシステムにおいて、同エンジンから排出される排気中の導電性粒子状物質（ＰＭ）の量を監視するものである。特に、エンジン排気管にＰＭセンサを設け、そのＰＭセンサでのＰＭ付着量に基づいて排気中のＰＭ量を監視するものとしている。図１は、本システムの概略構成を示す構成図である。

図１において、エンジン１０は直噴式ガソリンエンジンであり、同エンジン１０の運転に関わるアクチュエータとして燃料噴射弁１１や点火装置１２等が設けられている。エンジン１０の排気管１３には、排気浄化触媒としての三元触媒１４が設けられており、その三元触媒１４の上流側においてＡ／Ｆセンサ１５が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１５はヒータ付き排気センサであり、ヒータの通電によりセンサ素子が所定の活性温度に加熱される。

また、排気管１３には、粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサが設けられている。ＰＭセンサについて本システムでは特に、三元触媒１４の上流側に配置された上流側ＰＭセンサ１６と、三元触媒１４の下流側に配置された下流側ＰＭセンサ１７とを備えている。その他、本システムでは、エンジン回転速度を検出するための回転センサ１８や、吸気管圧力を検出するための圧力センサ１９等が設けられている。

ＥＣＵ２０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）を主体として構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ２０は、上記各種センサ等から各々信号を入力し、それらの各種信号に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算して燃料噴射弁１１や点火装置１２の駆動を制御する。燃料噴射制御に関しては、Ａ／Ｆセンサ１５の検出値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する。

また、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１６，１７の検出信号に基づいてエンジン１０から排出されるＰＭ量（実ＰＭ排出量）を算出するとともに、その算出した実ＰＭ排出量に基づいてエンジン制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１６，１７の検出信号に基づき算出される実ＰＭ排出量に基づいてエンジン１０の燃焼状態を診断する。このとき、実ＰＭ排出量が所定の異常判定値を超えていれば、ＰＭ排出過多の状態であり、エンジン異常であると判定する。また、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１６，１７の検出信号に基づき算出される実ＰＭ排出量に基づいて、エンジン１０の制御態様を可変に制御してもよい。例えば、実ＰＭ排出量に基づいて燃料噴射量を制御したり、燃料噴射時期を制御したり、点火時期を制御したりすることが可能である。

次に、上流側ＰＭセンサ１６、下流側ＰＭセンサ１７の構成、及びそのＰＭセンサ１６，１７に関する電気的構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は、上流側ＰＭセンサ１６を構成するセンサ素子３１の要部構成を分解して示す分解斜視図であり、図３は、ＰＭセンサ１６，１７に関する電気的構成図である。なお、上流側ＰＭセンサ１６、下流側ＰＭセンサ１７は、排気管１３における配置の位置が異なるのみで同じ構成となっている。したがって、以下では、上流側ＰＭセンサ１６の構成について説明し、下流側ＰＭセンサ１７の構成についてはその説明を省略する。

図２に示すように、センサ素子３１は、長尺板状をなす２枚の絶縁基板３２，３３を有しており、一方の絶縁基板３２にはＰＭ量を検出するためのＰＭ検出部３４が設けられ、他方の絶縁基板３３にはセンサ素子３１を加熱するためのヒータ部３５が設けられている。センサ素子３１は、絶縁基板３２，３３が二層に積層されることで構成されている。なお、絶縁基板３２が被付着部に相当する。

絶縁基板３２には、他方の絶縁基板３３とは反対側の基板表面に、互いに離間して設けられる一対の検出電極３６ａ，３６ｂが設けられており、この一対の検出電極３６ａ，３６ｂによりＰＭ検出部３４が構成されている。検出電極３６ａ，３６ｂは、各々複数の櫛歯を有する櫛歯形状をなしており、各検出電極３６ａ，３６ｂの櫛歯同士が互い違いとなるようして所定間隔をあけて対向配置されている。また、ヒータ部３５は例えば電熱線からなる発熱体により構成されている。なお、一対の検出電極３６ａ，３６ｂの形状は上記に限定されず、曲線状をなす形状で設けられているものや、各１本の線からなる一対の電極部が所定距離を隔てて平行に対向配置されているものであってもよい。

図示は省略するが、上流側ＰＭセンサ１６は、センサ素子３１を保持するための保持部を有しており、センサ素子３１はその一端側が保持部により保持された状態で排気管に固定される。この場合、少なくともＰＭ検出部３４及びヒータ部３５を含む部位が排気管内に位置するように配置されるとともに、センサ素子３１において絶縁基板３２（ＰＭ被付着部）が排気上流側を向くようにして上流側ＰＭセンサ１６が排気管に取り付けられる。これにより、ＰＭを含む排気が排気管内を流れる際、そのＰＭが絶縁基板３２において検出電極３６ａ，３６ｂ及びその周辺に付着し堆積する。

上記構成の上流側ＰＭセンサ１６は、排気中のＰＭがセンサ素子３１の絶縁基板３２に付着し堆積すると、それによりＰＭ検出部３４の抵抗値（すなわち一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗値）が変化すること、及びその抵抗値の変化がＰＭ堆積量（重量）に対応していることから、その抵抗値の変化を利用して絶縁基板３２に付着したＰＭ量を算出するものである。

図３に示すように、上流側ＰＭセンサ１６に関する電気的構成として、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出部３４の一端側にはセンサ電源４１が接続され、他端側にはシャント抵抗４２が接続されている。この場合、ＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２とにより分圧回路が形成されており、それらの中間点電圧がＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆ（センサ検出値）としてＥＣＵ２０に入力される。つまり、ＰＭ検出部３４ではＰＭ堆積量（重量）に応じて抵抗値Ｒｐｍが変化し、その抵抗値Ｒｐｍとシャント抵抗４２の抵抗値ＲｓとによりＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆが変化する。そして、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆがマイコン４４に入力される。マイコン４４は、入力したＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに応じて、ＰＭ検出部３４に付着したＰＭ量（重量）を算出する。

また、上流側ＰＭセンサ１６のヒータ部３５には、ヒータ電源４５が接続されている。ヒータ電源４５は例えば車載バッテリであり、車載バッテリからの給電によりヒータ部３５が加熱される。この場合、ヒータ部３５のローサイドにはスイッチング素子としてのトランジスタ４６が接続されており、マイコン４４によりトランジスタ４６がオン／オフされることでヒータ部３５の加熱制御が行われる。また、絶縁基板３２上にＰＭが堆積した状態でヒータ部３５の加熱が行われることにより、堆積ＰＭの温度が上昇し、それに伴い堆積ＰＭが強制燃焼される。こうした強制燃焼により、絶縁基板３２に堆積したＰＭが燃焼除去される。

なお、下流側ＰＭセンサ１７の電気的構成についても上流側ＰＭセンサ１６と同じである。すなわち、下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出部３４ａではＰＭ堆積重量に応じて抵抗値Ｒｐｍが変化し、その抵抗値Ｒｐｍとシャント抵抗４２ａの抵抗値ＲｓとによりＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂが変化する。そして、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂがマイコン４４に入力される。マイコン４４は、入力したＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂに応じて、ＰＭ検出部３４ａに付着したＰＭ量（重量）を算出する。

次に、ＰＭセンサの検出信号に基づいて排気中のＰＭ量を算出するＰＭ量算出処理について説明する。本実施形態では、排気中のＰＭ量としてＰＭ重量及びＰＭ粒子数を算出（推定）し、これらが所定の異常判定値を超えないようにエンジン１０から排出されるＰＭ量を監視している。以下、それぞれの算出手順について説明する。

＜ＰＭ重量＞
ＰＭ重量規制では、ＰＭの各成分のうち、Ｓｏｏｔ，ＳＯＦ，硫酸塩（sulfate）の三成分が規制対象となっている。また、これらのうち硫酸塩については、燃焼によって生じたＳＯｘが三元触媒１４で酸化されることにより発生する。つまり、三元触媒１４の下流側では、Ｓｏｏｔ，ＳＯＦ，硫酸塩の三成分が排気中に含まれている。これに鑑み、ＰＭ重量検出を目的とする場合には、排気管１３に配置された２つのＰＭセンサ１６，１７のうち下流側ＰＭセンサ１７の検出信号（ＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂ）を用いて排気中のＰＭ重量を算出（推定）する。

図４は、ＰＭ重量算出処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ２０のマイコン４４により所定周期毎に実行される。

図４において、ステップＳ１１では、下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂを取得する。続くステップＳ１２では、取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂに基づいて実ＰＭ排出量（重量）を算出する。例えば、ＰＭ検出電圧とＰＭ重量との関係をＰＭ算出用マップとして予め定めて記憶しておき、そのＰＭ算出用マップにおいて、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂの取得値に対応するＰＭ重量を読み出すことにより実ＰＭ排出量を算出する。なお、算出した実ＰＭ排出量（重量）については、図示しない別ルーチンにより、その実ＰＭ排出量を用いたエンジン制御が実施される。具体的には、実ＰＭ排出量が所定の異常判定値αを超えていれば、ＰＭ重量についてＰＭ排出過多の状態でありエンジン異常であると判定する。あるいは、実ＰＭ排出量に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期を制御してもよい。

＜ＰＭ粒子数＞
ＰＭ粒子数について本実施形態では、ＰＭの平均粒子質量が予め定めて記憶してあり、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサの検出電圧に基づき算出したＰＭ重量を平均粒子質量で除算することによりＰＭ粒子数を算出する。

ここで、ＰＭ粒子数規制では、ＰＭの各成分のうちＳｏｏｔのみが規制対象となっている。また、ＰＭの一成分である硫酸塩については、エンジン１０から排出されるＳＯｘが三元触媒１４で酸化されることにより発生することから、三元触媒１４を通過する前では、排気中に含まれていないか又は含まれていても僅少量であると考えられる。

図５は、排気中のＰＭの各成分について、三元触媒１４の上流側と下流側とを比較した図である。図５に示すように、三元触媒１４の上流側では、ＰＭとして主にＳｏｏｔ及びＳＯＦが含まれるのに対し、三元触媒１４の下流側では、ＰＭとしてＳｏｏｔ，ＳＯＦ及び硫酸塩の三成分が含まれる。また、Ｓｏｏｔ及びＳＯＦについて、三元触媒１４の上流側と下流側とでは排出量が略同じになっている。

そこで本実施形態では、ＰＭ粒子数検出を目的とする場合、２つのＰＭセンサ（上流側ＰＭセンサ１６、下流側ＰＭセンサ１７）のうち、上流側ＰＭセンサ１６の検出信号（ＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆ）に基づいて、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ付着量（ＰＭ重量）、つまり、触媒上流側の排気中に含まれるＰＭ重量を算出する。また、その算出したＰＭ重量を平均粒子質量で除算することにより、排気中のＰＭ粒子数を算出する。上流側ＰＭセンサ１６の検出信号に基づき算出されるＰＭ重量は、基本的には上流側ＰＭセンサ１６に付着したＳｏｏｔ及びＳＯＦの重量の合計量であることから、硫酸塩の重さを排除した状態でＰＭ粒子数を算出することができる。

図６は、ＰＭ粒子数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ２０のマイコン４４により所定周期毎に実行される。

図６において、ステップＳ２１では、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆを取得する。続くステップＳ２２では、取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいて実ＰＭ排出量（重量）を算出し、ステップＳ２３では、ＰＭ平均粒子質量を取得する。本実施形態では、ＰＭ平均粒子質量を予め定めて記憶しておき、その記憶された値を読み出す。その後、ステップＳ２４において、実ＰＭ排出量をＰＭ平均粒子質量で除算することによりＰＭ粒子数を算出する。

なお、算出したＰＭ粒子数（実ＰＭ粒子数）については、図示しない別ルーチンにおいて、その実ＰＭ粒子数を用いたエンジン制御が実施される。具体的には、実ＰＭ粒子数が所定の異常判定値βを超えていれば、ＰＭ粒子数についてＰＭ排出過多の状態でありエンジン異常であると判定する。あるいは、実ＰＭ粒子数に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期を制御してもよい。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

排気浄化触媒としての三元触媒１４の上流側にＰＭセンサを配置し、その上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいて排気中のＰＭ粒子数を算出する構成とした。触媒下流側では、Ｓｏｏｔ、ＳＯＦ及び硫酸塩の三成分がＰＭとして排気中に含まれているが、触媒上流側であれば、排気中に硫酸塩が含まれないか又は含まれていても僅少量である。したがって、触媒下流側に配置された下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂに基づき算出する場合に比べて、排気中に含まれるＰＭ粒子数（Ｓｏｏｔの粒子数）を精度良く検出することができる。

ＰＭセンサとして更に、三元触媒１４の下流側に下流側ＰＭセンサ１７を配置する構成としたため、排気中のＰＭ重量を検出するか、それともＰＭ粒子数を検出するかに応じて、触媒１４の上流側及び下流側のいずれのＰＭ検出電圧を用いるかを使い分けることができる。つまり、ＰＭ重量規制ではＳｏｏｔ、ＳＯＦ及び硫酸塩の三成分が規制対象となっていることから、ＰＭ重量の検出を目的とする場合には、下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂに基づいてＰＭ重量を算出し、その算出したＰＭ重量を検出目的に使用する。一方、ＰＭ粒子数規制ではＳｏｏｔのみが規制対象となっていることから、ＰＭ粒子数の検出を目的とする場合には、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいてＰＭ粒子数を算出し、その算出したＰＭ粒子数を検出目的に使用する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について第１の実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、エンジン１０の運転状態を検出し、その検出したエンジン運転状態が所定の高負荷運転状態であることを条件に、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいてＰＭ粒子数を算出する。

上流側ＰＭセンサ１６によれば、ＰＭの各成分のうち硫酸塩については検出を排除できるが、ＳＯＦについては検出を排除することができない。ここで、本発明者の検討結果によると、エンジン１０から排出されるＰＭの各成分の量はエンジン負荷の大小に応じて異なり、具体的には図７に示すように、エンジン高負荷時では低負荷時に比べて、エンジン１０から排出されるＳｏｏｔの量が多く、ＳＯＦの量が少ない。また、エンジン負荷に応じて、排気中のＰＭ量全体に対する各成分の含有割合が異なり、エンジン高負荷時では低負荷時に比べて、ＰＭ中におけるＳＯＦの割合が小さくなっている。このことから、上流側ＰＭセンサ１６の検出信号に基づいてＰＭ粒子数を算出する際に、エンジン高負荷時では低負荷時に比べてＳＯＦの影響を受けにくいと言える。そこで、本実施形態では、エンジン１０が高負荷状態であることを条件に、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいてＰＭ粒子数を算出することとしている。

図８は、ＰＭ粒子数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ２０のマイコン４４により所定周期毎に実行される。なお、第１の実施形態における図６と同じ処理については、図６のステップ番号を付してその説明を省略する。

図８において、ステップＳ３１では、エンジン１０の運転状態が、所定の高負荷状態か否かを判定する。ここでは、回転センサ１８により検出されるエンジン回転速度が判定値以上であって、かつ圧力センサ１９により検出される吸気管圧力が判定値以上の場合に所定の高負荷状態と判定する。エンジン１０が高負荷状態の場合、ステップＳ３２〜Ｓ３５へ進み、図６のステップＳ２１〜Ｓ２４と同様の処理を実行し、本処理を終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

上記図７の関係に基づき、エンジン１０が所定の高負荷状態であることを条件に、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいてＰＭ粒子数を算出する構成とした。上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づき算出されたＰＭ重量中には、硫酸塩分は含まれないか又は含まれても僅少量であるがＳＯＦ分は含まれる。これに鑑み、上記構成とすることにより、ＰＭ粒子数の算出に際しＳＯＦの影響を極力小さくすることができ、その結果、ＰＭ粒子数の検出精度をより高めることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、三元触媒１４の上流側に上流側ＰＭセンサ１６を配置するとともに触媒下流側に下流側ＰＭセンサ１７を配置したが、三元触媒１４の上流側のみにＰＭセンサを配置し、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいて排気中のＰＭ粒子数を算出する構成としてもよい。

・ＰＭセンサでは、例えば複数の櫛歯電極において一部の反応性が低下すること等に起因して、ＰＭ検出電圧に対する実際のＰＭ付着量がずれるセンサ特性異常が生じることがある。また、センサ特性異常が生じると、エンジン１０から排出されるＰＭ量の検出精度が低下する。例えば、Ｓｏｏｔ及びＳＯＦの重さは、三元触媒１４の上流側と下流側とでほとんど変化しないが、上流側ＰＭセンサ１６及び下流側ＰＭセンサ１７のいずれかでセンサ特性異常が生じると、Ｓｏｏｔ及びＳＯＦの合計量について、上流側ＰＭセンサ１６と下流側ＰＭセンサ１７とでずれが生じる。この場合、例えば、上流側ＰＭセンサ１６の検出値及び下流側ＰＭセンサ１７の検出値に基づいて算出される値が、実際のエンジン運転状態からはあり得ない値を示すことが考えられる。

これに鑑み、本構成では、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧に基づき算出したＰＭ重量（上流側ＰＭ重量）と、下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出電圧に基づき算出したＰＭ重量（下流側ＰＭ重量）とに基づいて、ＰＭセンサ１６，１７の異常診断を実施する。より具体的には、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧と下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出電圧とに基づけば、触媒下流側の排気中に含まれる実際の硫酸塩の量を算出できるが、ＰＭセンサの異常時には、図９に示すように、その算出した硫酸塩の量が、実際のエンジン運転状態からはあり得ない値を示す。つまり、ＰＭセンサの正常時では、下流側ＰＭ重量から上流側ＰＭ重量を減算することにより求められる硫酸塩の量が、実際のエンジン運転状態から推定される正常範囲を超えることはないが、センサ異常時では、図９に示すように、下流側ＰＭ重量から上流側ＰＭ重量を減算して求めた硫酸塩の量が過度に大きくなったり小さくなったりすることとなる。この点に着目し、本実施形態では、ＰＭセンサのＰＭ検出電圧を用いて算出した下流側ＰＭ重量と上流側ＰＭ重量とに基づいて、三元触媒１４の下流側の排気に含まれるＰＭの各成分のうちの特定成分（硫酸塩）の重量を算出し、該算出した特定成分の重量に基づいて、上流側ＰＭセンサ１６及び下流側ＰＭセンサ１７の異常診断を実施する。

図１０は、ＰＭセンサ異常診断の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のマイコン４４により所定周期毎に実行される。図１０において、ステップＳ４１では、センサ異常診断の実行条件の成否を判定する。例えば、実行条件として、エンジン１０の定常運転時であるか否かを判定し、定常運転状態の場合に実行条件が成立しているとする。実行条件が成立している場合、ステップＳ４２へ進み、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆと、下流側ＰＭセンサ１７のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｂとをそれぞれ取得する。また、ステップＳ４３では、それぞれのＰＭ検出電圧に基づいてＰＭ付着量（上流側ＰＭ付着量Ｗｆ、下流側ＰＭ付着量Ｗｂ）を算出する。

続くステップＳ４４では、下流側ＰＭ付着量Ｗｂから上流側ＰＭ付着量Ｗｆを差し引くことにより、下流側ＰＭセンサ１７に付着している硫酸塩成分の重量Ｗｓａｌを算出する。ステップＳ４５では、その算出した重量Ｗｓａｌが正常範囲内の値であるか否かを判定する。正常範囲について本実施形態では、都度のエンジン運転状態に基づいて設定し、具体的には、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度、エンジン負荷）と排気中に含まれる硫酸塩の正常範囲との関係を予め定めて記憶しておき、その関係を用いて、現在のエンジン運転状態に対応する硫酸塩の正常範囲を設定する。エンジン運転状態と硫酸塩の正常範囲との関係として例えば、エンジンの高負荷時ほど、エンジンから排出されるＳＯｘ濃度が高くなるなり、その結果、排気中に含まれる硫酸塩の量が多くなることに着目し、エンジン負荷が高いほど正常範囲の上限値を大きくする。なお、正常範囲の下限値については、例えば固定値にする。そして、硫酸塩の重量Ｗｓａｌが正常範囲から外れる場合、ステップＳ４６へ進み、センサ特性異常有りと判定する。

なお、ステップＳ４５では、現在のエンジン運転状態に基づいて硫酸塩の正常範囲を設定したが、該正常範囲について、エンジン運転状態に応じて設定するのではなく、予め定めた範囲を用いてもよい。

・図７に示すように、エンジン１０から排出されるＰＭ中のＳＯＦ成分の割合はエンジン運転状態に応じて相違し、エンジン高負荷ほどＳｏｏｔ成分の含有割合が多く、ＳＯＦ成分の含有割合が少ない。これに鑑み、本実施形態では、エンジン１０の運転状態に基づいて、ＰＭ中に含まれる複数の成分のうち粒子数規制の対象成分（Ｓｏｏｔ）の含有量を推定する。また、その推定したＳｏｏｔの含有量に基づいて、排気中のＰＭ粒子数を算出する。こうすることにより、エンジン１０から排出されるＳｏｏｔの量を精度良く把握することができ、その結果、ＰＭ粒子数の検出精度をより高めることができる。

具体的には、例えば、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいて算出したＰＭ重量に対し、エンジン負荷に応じた補正係数ｆ１（＜１）を乗算する（推定手段）。補正係数ｆ１について具体的には、エンジン負荷が高いほど、補正係数ｆ１として大きい値が定められている。なお、ＰＭ重量と補正係数ｆ１との乗算により得られた値が、エンジン１０から排出されるＳｏｏｔ量の推定値に相当する。そして、その乗算により得られた値をＰＭの平均粒子質量で除算することによりＰＭ粒子数を算出する。

・上記第２の実施形態では、エンジン１０が所定の高負荷状態であることを条件に、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいてＰＭ粒子数を算出した。これに対し、本実施形態では、エンジン負荷の大小にかかわらず、上流側ＰＭセンサ１６のＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいてＰＭ粒子数を算出するが、その際、エンジン１０が所定の高負荷状態の場合には、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいて算出したＰＭ重量をそのまま用いて（補正係数ｆ１＝１として）ＰＭ粒子数を算出する。一方、エンジン１０が所定の高負荷状態でない場合には、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍｆに基づいて算出したＰＭ重量に、エンジン負荷に応じた補正係数ｆ１を乗算し、その乗算により得られた値を用いてＰＭ粒子数を算出する。この構成によれば、エンジン運転状態にかかわらず、ＰＭ粒子数を精度良く算出することできる。

・上記実施形態では、直噴式ガソリンエンジンについての適用を例示したが、吸気ポート近傍に燃料噴射弁が配置されたポート式ガソリンエンジンに適用することとし、該エンジンの排気管に設けられたＰＭセンサについて本発明を用いることも可能である。

１０…エンジン、１４…三元触媒（排気浄化触媒）、１６…上流側ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ、上流側検出センサ）、１７…下流側ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ、下流側検出センサ）、２０…ＥＣＵ、３２…絶縁基板（被付着部）、３４…ＰＭ検出部、３６ａ，３６ｂ…検出電極（対向電極）、４４…マイコン（粒子数算出手段、運転状態検出手段、推定手段、下流側重量算出手段、上流側重量算出手段、異常診断手段、特定成分量算出手段、設定手段）。

Claims (7)

1. 排気中に含まれる特定ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、排気中に含まれ複数成分から成る導電性の粒子状物質を付着させる被付着部を有し該被付着部における前記粒子状物質の付着重量に応じた検出信号を出力する粒子状物質検出センサとが排気通路に配置されたエンジンに適用され、
   前記粒子状物質検出センサが、前記排気浄化触媒の上流側に配置されており、
   前記上流側に配置された粒子状物質検出センサである上流側検出センサの検出信号に基づいて、排気中の前記粒子状物質の粒子数を算出する粒子数算出手段を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
2. エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、
   前記粒子数算出手段は、前記運転状態検出手段により検出した運転状態が所定の高負荷運転状態の場合に前記粒子状物質の粒子数を算出する請求項１に記載のセンサ制御装置。
3. エンジンの運転状態に基づいて、前記粒子状物質に含まれる複数の成分のうち粒子数規制の対象成分の含有量を推定する推定手段を備え、
   前記粒子数算出手段は、前記推定手段により推定した前記対象成分の含有量に基づいて前記粒子状物質の粒子数を算出する請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。
4. 前記粒子状物質検出センサが、前記排気浄化触媒の下流側に更に配置されており、
   前記下流側に配置された粒子状物質検出センサである下流側検出センサの検出信号に基づいて、排気中の前記粒子状物質の付着重量を算出する下流側重量算出手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。
5. 前記上流側検出センサの検出信号に基づいて、排気中の前記粒子状物質の重量を算出する上流側重量算出手段と、
   前記上流側重量算出手段により算出した重量と前記下流側重量算出手段により算出した重量とに基づいて、前記粒子状物質検出センサの異常診断を実施する異常診断手段と、を備える請求項４に記載のセンサ制御装置。
6. 前記異常診断手段は、
   前記下流側重量算出手段により算出した前記粒子状物質の重量と、前記上流側重量算出手段により算出した前記粒子状物質の重量とに基づいて、前記排気浄化触媒の下流側の排気に含まれる前記粒子状物質の各成分のうち、エンジンから排出される排気が前記排気浄化触媒を通過することにより生じる特定成分の重量を算出する特定成分量算出手段と、
   該算出した特定成分の重量に基づいて、前記粒子状物質検出センサの異常診断を実施する手段と、を備える請求項５に記載のセンサ制御装置。
7. エンジン運転状態に基づいて前記粒子状物質中における前記特定成分の重量の正常範囲を設定する設定手段を備え、
   前記異常診断手段は、前記特定成分量算出手段により算出した特定成分の重量が、前記設定手段により設定された正常範囲から外れる場合に前記粒子状物質検出センサの異常有りと診断する請求項６に記載のセンサ制御装置。

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