專利名稱：排氣顆粒物測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及排氣顆粒物測量裝置，其測量存在于排氣中的顆粒物 的量。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的直接噴射型內(nèi)燃機是公知的，在其中燃料被直接噴射到燃 燒室而不是進氣口。在這種直接噴射型內(nèi)燃機中，當進氣閥打開時， 空氣從進氣口被吸入到燃燒室并由活塞壓縮，噴射器直接將燃料噴射 到這種高壓空氣中。燃燒室內(nèi)的高壓空氣與燃料霧混合，并且產(chǎn)生的 混合氣通過火花塞點燃以《I起爆炸來產(chǎn)生驅(qū)動力。當排氣閥打開時， 燃燒之后的排氣從排氣口排出。
在如上述提及的內(nèi)燃機中，因為從燃燒室排出的排氣包含有害物
質(zhì)，如一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)及氧化氮(NOx)等，所 以在排氣通道中設(shè)置三元催化劑以凈化有害物質(zhì)。在上述記載的直接 噴射型內(nèi)燃機中，燃料被直接噴射到燃燒室內(nèi)的通過高壓縮達到高溫 的空氣中并被點燃。特別地，由于大量的燃料被噴射到燃燒室內(nèi)以提 高在高負荷時的發(fā)動機輸出功率，所以燃燒室變得缺氧并且諸如黑煙 等的顆粒物(PM: particulate matter )可能被包含在排氣中。
公開號為JP-A-2001-221759的日本專利申請記述了下列以該種方 式測量包含在排氣中的這種排氣顆粒物量的技術(shù)。在此公開中，用于 判斷煙灰濃度的傳感器構(gòu)成煙灰傳感器，在所述煙灰傳感器中，在多孔模制元件內(nèi)設(shè)置電加熱元件和電溫度探針，其中電加熱元件燃燒沉 淀在所述模制元件上的煙灰粒子，并且通過電溫度探針測量燃燒所產(chǎn) 生的熱，利用煙灰粒子的燃燒量作為估計溫度上升的直接標準并且從 此估計中確定煙灰量。
在前述公開號為JP-A-2001-221759的日本專利申請的公開中記述 了利用電加熱元件燃燒沉淀于模制元件上的煙灰粒子，當所述燃燒完 成時，利用電溫度探針測量溫度上升并基于所述溫度上升確定煙灰量。 在這種情況中，為了利用電加熱元件燃燒已經(jīng)沉淀在模制元件上的煙 灰粒子，需要足量的環(huán)境氧。然而在普通的內(nèi)燃機中，基于進氣量， 確定燃料的噴射量以保持空燃比處于恒定值，并且所述空燃比通常被 控制為理論空燃比。由于這個原因，產(chǎn)生如下問題當在煙灰傳感器 周圍區(qū)域內(nèi)沒有足量的氧時，即使通過所述電加熱元件加熱模制元件， 也不能適當?shù)厝紵恋碓谀Ｖ圃系臒熁伊Ｗ?，使得不能高精度?測量煙灰量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種精確測量存在于排氣中的顆粒物的量的排氣顆粒 物測量裝置。
本發(fā)明的一個方案涉及排氣顆粒物測量裝置，該排氣顆粒物測量 裝置具有設(shè)置在內(nèi)燃機排氣通道內(nèi)的氧化催化劑；用于加熱氧化催化 劑的加熱器件；用于測量氧化催化劑溫度的溫度傳感器；以及用于響 應(yīng)當所述加熱器件加熱氧化催化劑時溫度上升度來計算排氣顆粒物沉 淀量的沉淀量計算器件。
在前述的排氣顆粒物測量裝置中，氧化催化劑可攜帶儲氧劑。根據(jù)上述記載的排氣顆粒物測量裝置，通過在位于內(nèi)燃機的排氣 通道內(nèi)的氧化催化劑上攜帶儲氧劑以及設(shè)置加熱器件以加熱氧化催化 劑，設(shè)置溫度傳感器以測量氧化催化劑的溫度，并且設(shè)置沉淀量計算 器件以響應(yīng)當加熱器件加熱氧化催化劑時的溫度上升度來計算排氣顆 粒物的沉淀量，能獲得下列效果。雖然氧化催化劑的儲氧劑吸留通常 存在于排氣中的氧，但是當加熱器件加熱氧化催化劑時，由氧化催化 劑捕獲的排氣顆粒物與儲氧劑吸留的氧一起適當?shù)厝紵?，并且沉淀?計算器件能根據(jù)此時的溫度上升度準確計算排氣顆粒物的沉淀量。
在前述的排氣顆粒物測量裝置中，氧化催化劑可設(shè)置在位于所述 排氣通道內(nèi)的三元催化劑的排氣流動方向的下游和位于所述排氣通道 內(nèi)的消音器的上游。
在前述的排氣顆粒物測量裝置中，沉淀量計算器件可基于內(nèi)燃機 的停止供油控制持續(xù)時間和進氣量估計由儲氧劑吸留的氧氣量，并且 當所吸留的氧氣量達到或超過規(guī)定值時，加熱器件可加熱氧催化劑以 計算排氣顆粒物的沉淀量。
在前述的排氣顆粒物測量裝置中，氧化傳感器可設(shè)置在排氣通道 內(nèi)的氧化催化劑附近，沉淀量計算器件基于氧化傳感器的檢測結(jié)果估 計由儲氧劑吸留的氧氣量，并且當吸留的氧氣量達到或超過規(guī)定值時， 加熱器件加熱氧催化劑以計算排氣顆粒物的沉淀量。
在上述的排氣顆粒物測量裝置中，當內(nèi)燃機執(zhí)行停止供油控制時， 沉淀量計算器件可通過加熱器件加熱氧化催化劑以計算排氣顆粒物的 沉淀量。在上述的排氣顆粒物測量裝置中，沉淀量計算器件可利用加熱器 件加熱氧化催化劑以燃燒排氣顆粒物，并且當氧化催化劑的溫度等于 或低于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度時，可開始積聚進氣量，并且當 積聚的進氣量大于規(guī)定值時，沉淀量計算器件利用加熱器件加熱氧化 催化劑以計算排氣顆粒物的沉淀量。
上述的排氣顆粒物測量裝置還可以包括設(shè)置在氧化催化劑附近的 排氣溫度傳感器，其中當排氣溫度達到至少排氣顆粒物可能被燃燒的 燃燒溫度時，沉淀量計算器件消除進氣量的積聚值并重新開始計算進 氣量。
在上述的排氣顆粒物測量裝置中，在利用加熱器件加熱氧化催化 劑以計算排氣顆粒物的沉淀量期間，沉淀量計算器件禁止內(nèi)燃機的加 濃操作。


本發(fā)明上述的和進一步的目的、特征和優(yōu)點將通過結(jié)合附圖的示 范性實施例的下列描述而變得清晰，在附圖中相同的數(shù)字用于表示相 同的元件，其中，
圖1為表示應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的排氣顆粒物測量裝
置的內(nèi)燃機的整體結(jié)構(gòu)的圖2為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置的簡圖3為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)二氧化鈰的 添加量和傳感器表面積之間關(guān)系的圖；圖4為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)二氧化鈰的 添加量和排氣量之間關(guān)系的圖5為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)加熱器溫度 和傳感器溫度之間關(guān)系的圖6為表示4艮據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)的測量控制 的流程圖7為表示應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的排氣顆粒物測量裝 置的內(nèi)燃機整體結(jié)構(gòu)的圖8為表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)測 量控制的流程圖9A和9B為表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的排氣顆粒物測量裝 置內(nèi)的測量控制的流程圖10為表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)的 測量控制的流程圖；以及
圖11為表示根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)的 測量控制的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的排氣顆粒物測量裝置的實施 例。應(yīng)該理解的是這些實施例不限制本發(fā)明。
圖1為表示應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的排氣顆粒物測量裝 置的內(nèi)燃機的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖2為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒
9物測量裝置的簡圖；圖3為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝 置內(nèi)二氧化鈰的添加量和傳感器表面積之間關(guān)系的圖；圖4為表示根 據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)二氧化鈰的添加量和排氣量之 間關(guān)系的圖；圖5為表示根據(jù)第一實施例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)加 熱器溫度和傳感器溫度之間關(guān)系的圖；圖6為表示根據(jù)第一實施例的 排氣顆粒物測量裝置內(nèi)的測量控制的流程圖。
在應(yīng)用第一實施例的排氣顆粒物測量裝置的內(nèi)燃機中，如圖1所 示，發(fā)動機10可以是四缸直接噴射型發(fā)動機，其中汽缸蓋12緊緊地 固定在汽缸體11上，其中活塞14固定在形成于氣缸體11內(nèi)的多個氣 缸孔(cylinder bore ) 13中以能夠在汽缸體11內(nèi)上下運動。曲軸箱15 緊緊地固定在汽缸體11的下部，曲軸16在曲軸箱15內(nèi)被可轉(zhuǎn)動地支 撐，并且各個活塞14通過連桿17連結(jié)到曲軸16。在圖1中僅示出了 四個汽釭中的一個汽缸和氣釭孔。
燃燒室18由汽缸體11的氣缸孔13的壁面、汽缸蓋12的下表面 以及活塞14的上表面構(gòu)成。燃燒室18呈單坡屋頂形，其中上部(汽 缸蓋12的下表面)是傾斜的，使得其中心部高。進氣口 19和排氣口 20在燃燒室18的上部，即在汽缸蓋12的下表面上形成，進氣閥21和 排氣閥22的下端部分別設(shè)置在進氣口 19和排氣口20的下端。進氣閥 21和排氣閥22被支撐以能夠沿汽缸蓋12的軸向自由移動，并且在閉 鎖(block)進氣口 19和排氣口 20的方向上(圖1中上方)被推動。 進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24被可轉(zhuǎn)動地支承在汽缸蓋12內(nèi)，并且 進氣凸輪25和排氣凸輪26分別與進氣閥21和排氣閥22的上端部接 觸。盡管沒有圖示，但正時鏈(timing chain)圍繞固定于曲軸16的曲 軸鏈輪齒和分別固定于進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24的凸輪軸鏈輪 齒纏繞，使得曲軸16能夠與進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24連動。
因此，當進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24與曲軸16的旋轉(zhuǎn)同步旋 轉(zhuǎn)時，進氣凸輪25和排氣凸輪26以規(guī)定的正時上下移動進氣閥21和 排氣閥22以打開和關(guān)閉進氣口 19和排氣口 20。這樣，進氣口 19與燃 燒室18連通，并且燃燒室18與排氣口 20連通。在這種情況下，設(shè)定 進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24在曲軸16轉(zhuǎn)動兩周(720° )期間轉(zhuǎn) 動一周(360° )。由于這個原因，所述發(fā)動機10在曲軸16的兩次旋 期間執(zhí)行進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程四個沖程，在這 期間進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24轉(zhuǎn)動一次。
發(fā)動機10的可變氣門機構(gòu)是進氣/排氣智能型可變氣門正時機構(gòu) (下文中的VVT: variable valve timing-intelligent沖幾構(gòu))27, 28，其響 應(yīng)操作條件以最適正時控制進氣閥12和排氣閥22。進氣和排氣可變氣 門正時機構(gòu)27、 28在進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24的軸端部具有 VVT控制器29、 30。使來自油壓控制閥(oil control valve ) 31、 32的 液壓作用在VVT控制器29、 30的提前角室和延遲角室上(未圖示)， 以相對于凸輪鏈輪齒來改變凸輪軸23、 24的相位，從而使能(enable) 打開和關(guān)閉進氣閥21和排氣閥22的正時的提前角或延遲角。在這種 情況下，進氣和排氣可變氣門正時機構(gòu)27、 28提前或延遲打開和關(guān)閉 的正時以保持進氣閥21和排氣閥22的操作角(打開期間)恒定。凸 輪位置傳感器33、 34設(shè)置在進氣凸輪軸23和排氣凸輪軸24上以檢測 它們的轉(zhuǎn)動相位。穩(wěn)壓罐(surge tank) 36通過進氣歧管35連接到進氣口 19,并且 進氣管37連接到穩(wěn)壓罐36?？諝鉃V清器38安裝到進氣管37的進氣口 上。具有節(jié)流閥39的電子節(jié)流裝置40設(shè)置在空氣濾清器38的下游。 直接將燃料噴射到燃燒室18的噴射器41連接到汽缸蓋12上，噴射器 41定位在進氣口 19側(cè)并且相對于上下方向以規(guī)定的傾斜角度設(shè)置。與 各個汽缸連接的噴射器41連結(jié)到輸送管42,并且高壓燃料泵44通過 高壓燃料供給管43連接到輸送管42。此外，點燃混合氣的火花塞45 設(shè)置在氣缸蓋12內(nèi)的燃燒室18的頂部。
排氣管(排氣通道)47通過排氣歧管46連接到排氣口 20。用于 凈化包含在排氣中的諸如HC、 CO以及NOx等的有害物質(zhì)的三元催化 劑48、 49連接到排氣管47，并且消音器50也連接到三元催化劑49更 遠的下游的排氣管47上。
控制譬如噴射器41等的電子控制模塊51 (下文中稱為ECU 51 ) 和火花塞45安裝在車輛上，以及氣流傳感器52和進氣溫度傳感器53 設(shè)置在進氣管(進氣通道)37的上游側(cè)。進氣壓力傳感器54也設(shè)置在 穩(wěn)壓罐36內(nèi)，并向ECU 51輸出經(jīng)測量的進氣量、進氣溫度以及進氣 壓力(進氣管負壓)。節(jié)流閥位置傳感器55連接到電子節(jié)流裝置40并 向ECU 51輸出當前節(jié)流閥開口量，加速器傳感器56向ECU 51輸出 當前的加速器踏下量。此外，曲柄角傳感器57向ECU 51輸出檢測到 的各個汽缸的曲柄角度，ECU 51從檢測到的曲柄角度區(qū)別汽缸中的進 氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程以及排氣沖程，并計算發(fā)動機轉(zhuǎn)速。用 來斗企測發(fā)動機冷卻液溫度的冷卻液溫度傳感器58設(shè)置在汽缸體11內(nèi) 并向ECU 51輸出檢測到的發(fā)動機冷卻液溫度。此外，檢測燃料壓力的 燃料壓力傳感器59設(shè)置在與噴射器41連通的輸送管42內(nèi)，并向ECU51輸出檢測到的燃料壓力。用于檢測排氣的氧濃度的氧傳感器60、 61 :&置在排氣管47內(nèi)的三元催化劑48的上游和下游，并向ECU 51輸出 檢測到的氧濃度。
因此，ECU 51基于檢測到的燃料壓力驅(qū)動高壓泵44以獲得規(guī)定 的燃料壓力，且基于發(fā)動機操作條件如檢測到的進氣量、進氣溫度、 進氣壓力、節(jié)流閥開度、加速器踏下量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速及發(fā)動機冷卻液 溫度來確定諸如燃料噴射量(燃料噴射時間)、燃料噴射正時及點火正 時等項目，并且驅(qū)動噴射器41和火花塞45執(zhí)行燃料噴射和點火。ECU 51基于檢測到的排氣的氧濃度執(zhí)行反饋控制，以校正燃料噴射量來達 到理論空燃比。
ECU 51基于發(fā)動機的操作條件控制進氣和排氣可變氣門正時機構(gòu) 27, 28。特別地，當發(fā)動機以低溫啟動時，在空閑或低負荷操作期間， 通過消除排氣閥22關(guān)閉時期和進氣閥21開啟時期之間的重疊，可減 少到進氣口 19或燃燒室18的排氣的反吹量并提高燃燒的穩(wěn)定性和燃 料的經(jīng)濟性。在中負荷時，通過加大這種重疊，可增加內(nèi)部的EGR率 并提高排氣的凈化效率，并且也可降低泵送損耗和提高燃料經(jīng)濟性。 此外，在高負荷且低轉(zhuǎn)速到中轉(zhuǎn)速時，通過提前進氣閥21的關(guān)閉時間， 可減少到進氣口 19的進氣反吹量，并且提高容積效率。在高負荷且高 轉(zhuǎn)速時，通過根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速延遲進氣閥21的關(guān)閉正時，可提高容積 效率，同時調(diào)整正時到進氣的動力(momentum force )。
在這個實施例的發(fā)動機10中，測量排氣內(nèi)的顆粒物的量，特別是 諸如黑煙的顆粒物的量的PM (PM: particulate matter顆粒物)傳感器 62設(shè)置在排氣管47內(nèi)的三元催化劑49和消音器50之間。如圖2所示， PM傳感器62是盒狀，并具有氧化催化劑71和加熱氧化催化劑71的電加熱器72，氧化催化劑71和電加熱器72疊放在一起。測量氧化催 化劑71的溫度的溫度傳感器73插置在氧化催化劑71和電加熱器72 之間。
氧化催化劑71在其內(nèi)具有例如由陶覺多孔部件形成的多個排氣流 通道，其中諸如鉑或鈀的金屬被攜帶作為氧化催化劑71的催化金屬。 氧化催化劑71攜帶二氧化鈰作為儲氧劑，其吸留包含在排氣中的氧。 在這種情況下，如圖3所示，二氧化鈰的添加量根據(jù)顆粒物傳感器62 (氧化催化劑71)的表面積而設(shè)定，并且，如圖4所示，根據(jù)發(fā)動機 10的排氣量而設(shè)定。
因此，PM傳感器62通過氧化(與氧反應(yīng))將排氣中的HC和CO 成分轉(zhuǎn)化成C02和H20，并且通過使排氣經(jīng)過多孔部件捕獲排氣中的 顆粒物尤其是煙灰粒子。因為氧化催化劑71攜帶二氧化鈰，所以它能 夠吸留排氣中的氧。在由PM傳感器62捕獲的排氣顆粒物達到規(guī)定量 的情況下，并且當氧化催化劑71內(nèi)的吸留氧的量充足時，以及電加熱 器72通電加熱氧化催化劑71時，利用在二氧化鈰內(nèi)吸留的氧燃燒排 氣顆粒物沉淀，作為沉淀量計算器件的ECU 51根據(jù)此時的溫度上升度 計算排氣顆粒物的沉淀量。
即，因為當電加熱器72通電時，氧化催化劑71被加熱,隨著加熱 器溫度的升高，由溫度傳感器檢測到的氧化催化劑71的溫度(傳感器 溫度)成比例地升高，如圖5中的實線所示。當這種情況發(fā)生時，如 果排氣顆粒物已經(jīng)沉淀在氧化催化劑71內(nèi)，則通過在氧化催化劑71 的溫度升高到能燃燒排氣顆粒物的溫度的時點燃燒排氣顆粒物，由溫 度傳感器檢測到的氧化催化劑71的溫度(傳感器溫度)突然升高，如 圖5中的單點劃線所示。然后，當氧化催化劑71內(nèi)的所有排氣顆粒物燃燒時，所述傳感器溫度突然降低。因此，可以利用基于由PM傳感
器62的氧化催化劑71捕獲排氣顆粒物期間的進氣量和此時的溫度升 高量的規(guī)定的設(shè)定表來計算排氣顆粒物的沉淀量。
PM傳感器62設(shè)置在位于排氣管47內(nèi)的三元催化劑49的排氣流 動方向的下游和消音器50的排氣流動方向的上游。在這種情況下，當 發(fā)動機IO在高負荷下運轉(zhuǎn)時，因為排氣溫度升高到排氣顆粒物燃燒的 650。C或更高，甚至于沉淀在PM傳感器62內(nèi)的排氣顆粒物通過高溫 排氣而燃燒，使得不可能測量沉淀量。如果這樣，PM傳感器62設(shè)置 在排氣流動方向上距離三元催化劑49規(guī)定距離的下游位置處，在這個 位置上排氣溫度降低到排氣顆粒物不能被燃燒的溫度，比如600。C。因 為排氣管47的下游部暴露在空氣中，所以當發(fā)動機10冷啟動時冷凝 水可以與PM傳感器62接觸并損壞傳感器。因此，PM傳感器62設(shè)置 在連接到排氣管47端部的消音器50的排氣流動方向上游的規(guī)定距離 處。
下面將結(jié)合圖6的流程圖詳細描述以根據(jù)該實施例的排氣顆粒物 測量裝置測量排氣顆粒物的方法。
在步驟Sll中，ECU 51判定發(fā)動機IO是否暖機。即，ECU 51 判定由冷卻液溫度傳感器58檢測到的發(fā)動機冷卻液溫度是否已達到至 少規(guī)定的發(fā)動機暖才幾冷卻液溫度。在此時，如果判定發(fā)動機的冷卻液 溫度還沒有達到發(fā)動機暖機的冷卻液溫度時，不執(zhí)行任何操作并且程 序結(jié)束。然而，如果判定發(fā)動才幾的冷卻液溫度已達到至少發(fā)動機暖機 的冷卻液溫度時，那么程序進行到步驟S12 。在步驟S12中，ECU 51給PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通電以 加熱氧化催化劑71，此而燃燒沉淀在氧化催化劑71上的排氣顆粒物。 然后，在步驟S13中判定沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑71上的 排氣顆粒物是否已經(jīng)被完全燃燒。在這種情況下，盡管當電加熱器72 通電時，沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物被燃 燒，并且氧化催化劑71的溫度(傳感器溫度)如圖5的單點劃線所示 突然升高，但是當全部的排氣顆粒物被燃燒時，傳感器溫度突然降低， 并且返回到如圖5的實線所示的變化。ECU51基于傳感器溫度的這種 變化判定排氣顆粒物是否已經(jīng)被完全燃燒。重復(fù)步驟S12和S13的過 程直到在步驟S13中判定沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑71上的 排氣顆粒物已經(jīng)被完全燃燒。
如果在步驟S13中判定沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑71上 的排氣顆粒物已經(jīng)被完全燃燒，則在步驟S14中ECU 51停止向PM傳 感器62的電加熱器72通電。然后，在步驟S15中，溫度傳感器73測 量氧化催化劑71的溫度，在步驟S16中判定由溫度傳感器73測量的
氧化催化劑71的溫度tpM是否等于或低于排氣顆粒物不能被燃燒的溫
度tA。重復(fù)步驟S15和S16的過程直到在步驟S16中判定氧化催化劑 71的溫度t剛已經(jīng)降低到不大于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度U。
如果在步驟S16中判定氧化催化劑71的溫度tPM已經(jīng)降低到不大 于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度U，則在步驟S17中開始積聚進氣量。 在這種情況下，由氣流傳感器52檢測到的進氣量從氧化催化劑71的 溫度tPM降低到不大于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度tA的時點積聚。在 步驟S18中，判定進氣積聚量Zga是否大于規(guī)定值A(chǔ)。重復(fù)步驟S17 和S18的過程直到在步驟18中判定進氣積聚量Zga已經(jīng)大于規(guī)定值A(chǔ)。如果在步驟S18中判定進氣積聚量i:ga已經(jīng)大于規(guī)定值A(chǔ)，則在 步驟S19中ECU 51判定氧是否存在于PM傳感器62的周圍區(qū)域中。 在本實施例中，因為PM傳感器62的氧化催化劑71攜帶二氧化鈰，
氧化催化劑71的溫度tpM降低到不大于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度
U之后，在由氣流傳感器52檢測到的進氣量的積聚開始之后的規(guī)定的 空氣量積聚期間，判定氧化催化劑71的二氧化鈰的周圍環(huán)境是否是能 夠吸留氧的環(huán)境。即，在空氣量積聚期間，通過判定停止供油控制的 持續(xù)時間或積聚時間是否已達到或超過規(guī)定的時間以及積聚的進氣量 是否已達到或超過規(guī)定的積聚值，來估計二氧化鈰的氧吸留量。
在步驟S19中，如果停止供油控制的持續(xù)時間或積聚時間還沒有 達到或超過規(guī)定的時間或積聚的進氣量還沒有達到或超過規(guī)定的積聚 值，則判定氧化催化劑71的二氧化鈰還沒有吸留足量的氧，并且重復(fù) 步驟S17到S19的過程。然而，如果在步驟19中停止供油控制的持續(xù) 時間或積聚時間已達到或超過規(guī)定的時間并且積聚的進氣量已達到或 超過規(guī)定的積聚值，則判定氧化催化劑71的二氧化鈰已吸留了足量的 氧，程序進行到步驟S20。
然后，在步驟S20中，ECU 51向PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72 通電以加熱氧化催化劑71，因此燃燒沉淀在氧化催化劑71上的排氣顆 粒物。在步驟S21中，根據(jù)此時氧化催化劑71內(nèi)的溫度上升度來計算 排氣顆粒物的沉淀量。即，利用基于在上述進氣量積聚期間測量到的 進氣積聚量和由溫度傳感器73檢測到的氧化催化劑71內(nèi)的溫度上升 量的規(guī)定的設(shè)定表來計算排氣顆粒物的沉淀量。
在步驟S22中，通過完全燃燒沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑 71上的排氣顆粒物，判定排氣顆粒物沉淀量的計算是否已結(jié)束。在這種情況下，通過氧化催化劑71的溫度(傳感器溫度)的降低來判定結(jié)
束，其中所述氧化催化劑71的溫度通過沉淀在氧化催化劑71上的排 氣顆粒物的燃燒突然升高，并且返回到如圖5中實線所示的變化。重 復(fù)步驟S20到S22的過程直到在步驟S22中判定計算排氣顆粒物的沉 淀量的過程已經(jīng)結(jié)束。
因此，當沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物 被燃燒并且基于此時的溫度變化計算排氣顆粒物的沉淀量時，即使在 氧化催化劑71周圍流動的排氣中不存在氧，也可利用二氧化鈰吸留的 氧可靠地燃燒排氣顆粒物，因此能夠準確計算排氣顆粒物的沉淀量。
在上述過程之后，當在步驟S22中判定排氣顆粒物的沉淀量的計 算已經(jīng)結(jié)束時，在步驟S23中ECU 51停止向PM傳感器62內(nèi)的電加 熱器72通電，并且所有的過程結(jié)束。
在這種方式中，裝配第一實施例的排氣顆粒物測量裝置，在排氣 管47內(nèi)的三元催化劑49和消音器50之間設(shè)置測量排氣內(nèi)的顆粒物量 的PM傳感器62,通過將氧化催化劑71和電加熱器72疊放在一起固 定PM傳感器62,并且將測量氧化催化劑71的溫度的溫度傳感器73 插置到氧化催化劑71和電加熱器72之間。氧化催化劑71攜帶二氧化 鈰作為吸留排氣內(nèi)的氧的儲氧劑，并且ECU 51基于當電加熱器72加 熱氧化催化劑71時的溫度上升量和進氣積聚量計算排氣顆粒物的沉淀 量。
因此，氧化催化劑71內(nèi)的二氧化鈰不斷地吸留存在于排氣內(nèi)的氧， 并且，當通過電加熱器72加熱氧化催化劑71時，沉淀于氧化催化劑 71上的排氣顆粒物能夠與二氧化鈰吸留的氧一起適當?shù)厝紵?，并且ECU 51基于此時的溫度上升量和進氣量積聚值準確計算排氣顆粒物的 沉淀量。結(jié)果，即使發(fā)動機10以化學(xué)計量空燃比(理論空燃比)運轉(zhuǎn)， 因為氧化催化劑71的二氧化鈰可靠地吸留例如在停止供油控制期間與 排氣混合在一起的氧，所以可以可靠地計算排氣顆粒物的沉淀量。
通過ECU51向PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通電以加熱氧化催 化劑71，如果氧化催化劑71的溫度tpM降低到不大于排氣顆粒物不能 被燃燒的溫度U,開始積聚由排氣流傳感器52檢測到的進氣量的過程。 因此可以在測量之前燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物，也可 以通過將氧化催化劑71的溫度降低到排氣顆粒物不被燃燒的溫度以減 少測量誤差。
此外，通過判定停止供油控制持續(xù)時間或積聚時間是否已達到或 超過規(guī)定的時間以及積聚的進氣量是否已達到或超過規(guī)定的積聚值， 在由氣流傳感器52檢測到的進氣量開始積聚后的規(guī)定的進氣量積聚時 間期間，ECU51估計由二氧化鈰吸留的氧氣量。因此，基于停止供油 控制和進氣量來估計由二氧化鈰吸留的氧氣量，使得可以正確執(zhí)行排 氣顆粒物的沉淀量的計算。
在本實施例中，PM傳感器62設(shè)置在位于排氣管47內(nèi)的三元催化 劑49的排氣流動方向的下游和消音器50的排氣流動方向的上游。因 此，即使發(fā)動機10以高負荷運轉(zhuǎn)并且排氣溫度升高到排氣顆粒物被燃 燒的650。C或更高，在排氣到達PM傳感器62之前，其溫度降低到排 氣顆粒物不能被燃燒的溫度，因此能夠準確計算排氣顆粒物的沉淀量。 此外，即使發(fā)動機10冷啟動，冷凝水也不能到達PM傳感器62,此而 阻止對其的損壞。
19圖7為表示應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的排氣顆粒物測量裝 置的內(nèi)燃機的整體結(jié)構(gòu)的圖，并且圖8為表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施 例的排氣顆粒物測量裝置內(nèi)的測量控制的流程圖。與第 一 實施例描述 的元件具有相同功能的第二實施例的元件用相同的數(shù)字表示并且在此 不再重復(fù)。
如圖7所示，在第二實施例的排氣顆粒物測量裝置中，因為發(fā)動 機10的基本結(jié)構(gòu)與上述第一實施例的基本相同，所以省略其描述。在 本實施例中，測量排氣中的顆粒物量的PM傳感器62設(shè)置在排氣管47 內(nèi)的三元催化劑49和消音器50之間。如圖2所示，該PM傳感器62 具有氧化催化劑71和電加熱器72，以及溫度傳感器73,并且氧化催 化劑71攜帶吸留排氣中的氧的二氧化鈰。在本實施例中，氧傳感器(02 傳感器)63設(shè)置在PM傳感器62的附近。
因此，PM傳感器62能捕獲流經(jīng)排氣管47的排氣中的顆粒物尤其 是煙灰粒子，并且氧化催化劑71攜帶能夠吸留排氣中的氧的二氧化鈰。 在由PM傳感器62捕獲的排氣顆粒物沉淀達到規(guī)定量的情況下，并且 當氧化催化劑71內(nèi)吸留的氧氣量充足時，基于氧傳感器63的檢測結(jié) 果，當給電加熱器72通電以加熱氧化催化劑71時，利用二氧化鈰內(nèi) 吸留的氧通過加熱氧化催化劑71來燃燒排氣顆粒物沉淀，作為沉淀量 計算器件的ECU 51根據(jù)此時溫度上升度計算排氣顆粒物的沉淀量。
參照圖8的流程圖，下面詳細描述了以根據(jù)第二實施例的排氣顆 粒物測量裝置測量排氣顆粒物的方法。
在步驟S31中，判定發(fā)動機IO是否完成暖機，即，由冷卻液溫度
20冷卻液溫度。在這點上，如果判定發(fā)動機的冷卻液溫度已達到發(fā)動機
的暖機冷卻液溫度，則在步驟S32中，對PM傳感器62中的電加熱器 72通電以加熱氧化催化劑71，從而燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排 氣顆粒物。然后，在步驟S33中，基于氧化催化劑71的溫度變化判定 沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物是否已經(jīng)完全 燃燒。
在步驟S33中，如果判定沉淀在PM傳感器62的氧化催化劑71 上的排氣顆粒物已經(jīng)完全燃燒，則在步驟S34中停止向PM傳感器62 內(nèi)的電加熱器72通電。然后，在步驟S35中，溫度傳感器73測量氧 化催化劑71的溫度，并且，在步驟S36中，判定由溫度傳感器73測
量到的氧化催化劑71的溫度tpM是否等于或低于排氣顆粒物不能被燃
燒的溫度U，如果判定氧化催化劑71的溫度tpM已經(jīng)降低到不大于排 氣顆粒物不能被燃燒的溫度tA,則在步驟S37中開始積聚進氣量。然 后，在步驟S38中，判定進氣的積聚量i:ga是否大于規(guī)定的值A(chǔ)。
如果在步驟S38中判定積聚的進氣量Zga已經(jīng)大于規(guī)定的值A(chǔ), 則在步驟S39中判定氧是否存在于PM傳感器62的周圍區(qū)域。在本實 施例中，因為PM傳感器62的氧化催化劑71攜帶二氧化鈰，在氧化
催化劑71的溫度tpM降低到不大于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度tA之
后，在由氣流傳感器52檢測到的進氣量積聚開始之后的規(guī)定的空氣量 積聚期間，判定氧化催化劑71的二氧化鈰的周圍環(huán)境是否是能夠吸留 氧的環(huán)境。即，在這個空氣量積聚期間，基于氧傳感器63檢測氧氣的 歷史估計由二氧化鈰吸留的氧氣量。
一般來講，氧傳感器63基于響應(yīng)排氣內(nèi)的氧濃度而產(chǎn)生的電動勢 來檢測氧濃度。即，當將排氣引入到內(nèi)部檢測元件時，在內(nèi)部鉑電極和外部鉑電極之間產(chǎn)生氧濃度差，氧離子從具有高的氧濃度的內(nèi)部鉑 電極通過固態(tài)氧化鋯電解質(zhì)流到具有低的氧濃度的外部鉑電極，，從而 產(chǎn)生電動勢。在這種情況下，如果以濃的混合氣燃燒，則因為余留在 排氣中的氧氣量少，通過外部鉑電極的催化作用，使得非常少的氧與 排氣中的一氧化碳和碳氫化合物反應(yīng)，因此幾乎消耗了來自外部鉑電 極的表面的全部的氧，外部鉑電極和內(nèi)部鉑電極之間的氧濃度差變大， 并且產(chǎn)生大的電動勢。相反地，如果以稀薄的混合氣燃燒，因為大量 氧余留在排氣中，通過外部鉑電極的催化作用，大量的氧與排氣中的 少量的一氧化碳和碳氫化合物反應(yīng)，導(dǎo)致過量的氧余留在外部鉑電極 的表面，外部鉑電極和內(nèi)部鉑電極之間的氧濃度差變小，因此幾乎沒 有電動勢產(chǎn)生。因此，以理論空燃比作為界線產(chǎn)生的電動勢的大小有 大的改變，并且可以利用這個電動勢來檢測氧濃度。
因此，在步驟S39中，如果在空氣量積聚時間內(nèi)，基于在氧傳感 器63處產(chǎn)生的電動勢，排氣處于稀薄狀態(tài)的時間已經(jīng)達到至少規(guī)定的 時間，判定氧化催化劑71的二氧化鈰已吸留了足量的氧。當判定氧化 催化劑71的二氧化鈰已經(jīng)吸留了足量的氧時，基于氧傳感器63的檢 測結(jié)果，程序進行到步驟S40。
然后，在步驟S40中，PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72被通電以加 熱氧化催化劑71，因此燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物。然 后，在步驟S41中，根據(jù)此時氧化催化劑71內(nèi)的溫度上升度來計算排 氣顆粒物的沉淀量。即，排氣顆粒物的沉淀量是利用在上述進氣量積 聚期間測量的積聚的進氣量和由溫度傳感器73檢測的氧化催化劑71 中的溫度上升量的設(shè)定表來計算的。在步驟S42中，通過完全燃燒沉
22淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物，判定排氣顆粒 物的沉淀量的計算是否已經(jīng)結(jié)束。
因此，當沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物 被燃燒并且基于此時的溫度變化計算排氣顆粒物的沉淀量時，即使在 氧化催化劑71周圍的區(qū)域內(nèi)流動的排氣中不存在氧，仍然能用由二氧 化鈰吸留的氧可靠地燃燒排氣顆粒物，從而能夠準確計算排氣顆粒物 的沉淀量。
上述過程之后，當在步驟S42中判定排氣顆粒物的沉淀量的計算 已經(jīng)結(jié)束時，在步驟S43中停止對PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通 電，并且所有的過程結(jié)束。
在這種方式中，裝配第二實施例的排氣顆粒物測量裝置，在排氣 管47內(nèi)設(shè)置測量排氣中的顆粒物量的PM傳感器62， PM傳感器62 是通過將氧化催化劑71和電加熱器72疊放在一起而固定的；以及測 量氧化催化劑71的溫度的溫度傳感器73,其插置到氧化催化劑71和 電加熱器72之間。氧化催化劑71攜帶二氧化鈰作為儲氧劑以吸留排 氣中的氧，ECU 51基于氧傳感器63的檢測結(jié)果判定二氧化鈰是否已 經(jīng)吸留了足量的氧，并且當判定二氧化鈰已經(jīng)吸留了足量的氧時，ECU 51基于當電加熱器72加熱氧化催化劑71時的溫度上升量和積聚的進 氣量來計算排氣顆粒物的沉淀量。
因此，氧化催化劑71內(nèi)的二氧化鈰不斷地吸留存在于排氣中的氧， 并且基于氧傳感器63的檢測結(jié)果檢驗二氧化鈰是否已吸留了足量的 氧。當這些完成時，在電加熱器72加熱氧化催化劑71時，沉淀于氧 化催化劑71上的排氣顆粒物可以與二氧化鈰吸留的氧適當?shù)厝紵⑶褽CU 51基于此時的溫度上升量和進氣量積聚值來準確地計算排氣
顆粒物的沉淀量。結(jié)果，即使發(fā)動機10以化學(xué)計量空燃比(理論空燃
比)運轉(zhuǎn)，因為在例如停止供油控制期間與排氣混合的氧被氧化催化
劑71的二氧化鈰可靠地吸留，所以可以可靠地計算排氣顆粒物的沉淀量。
圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的排氣顆粒物測量裝置的 測量控制流程圖。第三實施例的排氣顆粒物測量裝置的整個構(gòu)造與上 述實施例的構(gòu)造基本相同。第三實施例將用圖1和圖2描述，并且， 與第 一和第二實施例的元件具有相同功能的元件用相同的數(shù)字表示并 且在此不再重復(fù)。
在第三實施例的排氣顆粒物測量裝置中，如圖1和圖2所示，因 為發(fā)動機10的基本結(jié)構(gòu)與上述第一實施例基本相同，因此省略其描述。 在本實施例中，測量排氣中的顆粒物的量的PM傳感器62設(shè)置在排氣 管47內(nèi)的三元催化劑49和消音器50之間。如圖2所示，此PM傳感 器62具有氧化催化劑71、電加熱器72和溫度傳感器73,并且，氧化 催化劑71攜帶吸留排氣中的氧的二氧化鈰。在本實施例中，檢測PM 傳感器62內(nèi)的溫度的溫度傳感器73被用作測量排氣溫度的排氣溫度 傳感器。
因此，PM傳感器62能捕獲流過排氣管47的排氣中的顆粒物，尤 其是煙灰粒子，并且由氧化催化劑71攜帶的二氧化鈰能吸留排氣中的 氧。在由PM傳感器62捕獲的排氣顆粒物沉淀達到規(guī)定量并且氧化催 化劑71內(nèi)吸留足量的氧的情況下，當給電加熱器72通電以加熱氧化 催化劑71時，利用二氧化鈰內(nèi)吸留的氧燃燒排氣顆粒物沉淀。作為沉 淀量計算器件的ECU 51根據(jù)此時的溫度上升度計算排氣顆粒物的沉淀量。當溫度傳感器73檢測到的排氣溫度達到至少排氣顆粒物能被燃 燒的燃燒溫度時，本實施例消除積聚的進氣量并重新開始積聚進氣量。
下面參考圖9A和9B的流程圖詳細描述以根據(jù)第三實施例的排氣 顆粒物測量裝置測量排氣顆粒物的方法。
在步驟S51中，判定發(fā)動機IO是否完成暖機，即，由冷卻液溫度 傳感器58檢測到的發(fā)動機的冷卻液溫度是否至少是規(guī)定的發(fā)動機暖機 冷卻液溫度。在這點上，如果發(fā)動機冷卻液溫度已達到發(fā)動機暖才幾冷 卻液溫度，則在步驟S52中，給PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通電 以加熱氧化催化劑71 ，從而燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物。 然后，在步驟S53中，基于氧化催化劑71內(nèi)的溫度變化判定沉淀于PM 傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物是否已經(jīng)完全燃燒。
如果在步驟S53中判定沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上 的排氣顆粒物已經(jīng)完全燃燒，則在步驟S54中，停止向PM傳感器內(nèi) 62的電加熱器72通電。然后，在步驟S55中，溫度傳感器73測量氧 化催化劑71的溫度，并且，在步驟S56中，判定由溫度傳感器73測
量到的氧化催化劑71的溫度tpM是否等于或低于排氣顆粒物不能被燃
燒的溫度U。如果在這點上判定氧化催化劑71的溫度tpM已經(jīng)降低到 不大于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度tA,則在步驟S57中開始積聚進 氣量。然后，在步驟S58中，判定進氣的積聚量Zga是否大于規(guī)定值A(chǔ)。
如果在步驟S58中判定進氣的積聚量Zga已經(jīng)大于規(guī)定值A(chǔ),則 在步驟S59中判定氧是否存在于PM傳感器62的周圍區(qū)域。在本實施
例中，在氧化催化劑71的溫度tpM降低到不大于排氣顆粒物不能被燃
燒的溫度U之后，在氣流傳感器52檢測到的進氣量開始積聚之后的規(guī)定的空氣量積聚期間，判定停止供油控制持續(xù)時間或積聚時間是否已 達到或超過規(guī)定的時間，并且判定進氣的積聚量是否已達到或超過規(guī) 定量，從而估計由二氧化鈰吸留的氧氣量。
在步驟S59中，當停止供油控制持續(xù)時間或積聚時間達到或超過 規(guī)定的時間并且進氣量的積聚值也達到或超過規(guī)定值時，判定氧化催
化劑71的二氧化鈰已經(jīng)吸留了足量的氧，并且程序進行到步驟S60。 在步驟S60中，判定溫度傳感器73檢測到的排氣溫度是否至少是規(guī)定 值，并且在PM傳感器62的區(qū)域內(nèi)流動的氣體的溫度是否至少是沉淀 于氧化催化劑71上的排氣顆粒物能被燃燒的溫度。在這點上，如果判 定溫度傳感器73檢測到的經(jīng)過PM傳感器62周圍區(qū)域的排氣的溫度 是至少能夠燃燒排氣顆粒物的燃燒溫度，則在步驟S61中消除由步驟 S57的過程計算出的進氣量積聚值，返回到步驟S55，并且執(zhí)行步驟 S55及之后的過程以再次積聚進氣量。
即，當溫度傳感器73檢測到的排氣溫度是至少排氣顆粒物能夠被 燃燒的燃燒溫度時，沉淀于工作角內(nèi)的排氣顆粒物被高溫排氣燃燒， 使得進氣量的積聚值和排氣顆粒物的沉淀量之間不匹配，致使不能準 確測量排氣顆粒物的沉淀量。為此，當這種情況發(fā)生時，消除所保持 的進氣量的積聚值并且再次執(zhí)行進氣量的積聚。
然而，如果在步驟S60中判定溫度傳感器73檢測到的經(jīng)過PM傳 感器62的周圍區(qū)域的排氣的溫度不與排氣顆粒物能夠被燃燒的燃燒溫 度一樣高，則在步驟S62中給PM傳感器62的電加熱器72通電以加 熱氧化催化劑71來燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物。然后， 在步驟S63中，根據(jù)此時氧化催化劑71的溫度上升度計算排氣顆粒物 的沉淀量。在步驟S64中，通過沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物的完全燃燒判定排氣顆粒物沉淀量的計算過程是否已 經(jīng)結(jié)束。
所以，當沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物 被燃燒時，當基于此時的溫度計算排氣顆粒物的沉淀量時，如果溫度 傳感器73檢測到的排氣溫度至少與排氣顆粒物能夠被燃燒的燃燒溫度 一樣高，則通過消除已經(jīng)計算的進氣量的積聚值以及重新執(zhí)行進氣量 的積聚，可以執(zhí)行排氣顆粒物的沉淀量的正確計算。
上述過程之后，在步驟S64中，如果判定計算排氣顆粒物沉淀量 的過程已經(jīng)結(jié)束，則在步驟S65中停止向PM傳感器62的電加熱器72 通電，并且ECU51結(jié)束全部過程。
在這種方式中，裝配根據(jù)第三實施例的排氣顆粒物測量裝置，在 排氣管47內(nèi)設(shè)置測量排氣中的顆粒物量的PM傳感器62， PM傳感器 62是通過將氧化催化劑71和電加熱器72疊放在一起固定的；以及測 量氧化催化劑71的溫度的溫度傳感器73，其插置到氧化催化劑71和 電加熱器72之間。氧化催化劑71攜帶二氧化鈰作為吸留排氣中的氧 的儲氧劑。當二氧化鈰吸留了足量的氧并且排氣溫度還未達到排氣顆 粒物能被燃燒的燃燒溫度時，ECU 51利用電加熱器72加熱氧化催化 劑71,并且基于此時的溫度上升量和進氣量積聚值計算排氣顆粒物的 沉淀量。
因此，氧化催化劑71內(nèi)的二氧化鈰不斷地吸留存在于排氣中的氧。 當證實二氧化鈰已經(jīng)吸留了足量的氧并且證實經(jīng)過氧化催化劑71周圍 區(qū)域的排氣溫度沒有達到排氣顆粒物能夠被燃燒的燃燒溫度時，用電 加熱器72加熱氧化催化劑71,沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物
27與二氧化鈰吸留的氧一起適當?shù)厝紵⑶褽CU 51基于此時的溫度上
升量和進氣量的積聚值準確計算排氣顆粒物的沉淀量。然而，如果流
過氧化催化劑71周圍區(qū)域的排氣溫度至少是排氣顆粒物能夠被燃燒的
燃燒溫度時，消除保持的進氣量的積聚值，并且重新進行進氣量的積 聚，因此能夠準確判定與進氣量的積聚值相關(guān)的排氣顆粒物的沉淀量。
結(jié)果，即使發(fā)動機IO以化學(xué)計量空燃比(理論空燃比)運轉(zhuǎn)，因為在 例如停止供油控制期間與排氣混合的氧被氧化催化劑71的二氧化鈰可 靠地吸留，所以可以可靠地計算排氣顆粒物的沉淀量。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的排氣顆粒物測量裝置的測量控 制流程圖。第四實施例的排氣顆粒物測量裝置的整體結(jié)構(gòu)與第一實施 例的整體結(jié)構(gòu)基本相同。將使用圖l和圖2描述第四實施例，與已經(jīng) 描述的實施例的元件具有相同功能的元件使用相同的數(shù)字表示并且在 此不再重復(fù)描述。
在第四實施例的排氣顆粒物測量裝置中，如圖l和圖2所示，因 為發(fā)動機10的基本結(jié)構(gòu)與上述描述的第一實施例基本相同，因此將省 略其描述。在本實施例中，測量排氣中顆粒物量的PM傳感器62設(shè)置 在排氣管47內(nèi)的三元催化劑49和消音器50之間。如圖2所示，PM 傳感器62具有氧化催化劑71和電加熱器72，盡管氧化催化劑71沒有 攜帶二氧化鈰。
所以，PM傳感器62能夠捕獲流過排氣管47的排氣中的顆粒物， 尤其是煙灰粒子。在由PM傳感器62捕獲并且沉淀達到規(guī)定量的排氣 顆粒物以及包含在排氣中的足量的氧的情況下，當給電加熱器72通電 以加熱氧化催化劑71時，利用包含在排氣中的氧燃燒沉淀的排氣顆粒 物沉淀，ECU 51根據(jù)此時的溫度上升度計算排氣顆粒物沉淀量。參考圖10的流程圖在下面詳細描述以根據(jù)第四實施例的排氣顆粒 物測量裝置測量排氣顆粒物的方法。
在步驟S71中，判定發(fā)動機IO是否完全暖機，即，由冷卻液溫度 冷卻液溫度。在這點上，如果發(fā)動機冷卻液溫度已經(jīng)達到發(fā)動機的暖
機冷卻液溫度，則在步驟S72中，給PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72 通電以加熱氧化催化劑71，從而燃燒沉淀于氧化催化劑71內(nèi)的排氣顆 粒物。然后，在步驟S73中，基于氧化催化劑71內(nèi)的溫度變化判定沉 淀于PM傳感器62的氧化催化劑71內(nèi)的排氣顆粒物是否已經(jīng)完全燃燒。
如果在步驟S73中判定沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上 的排氣顆粒物已經(jīng)完全燃燒，則在步驟S74中停止向PM傳感器62內(nèi) 的電加熱器72通電。然后，在步驟S75中，溫度傳感器73測量氧化 催化劑71的溫度，并且，在步驟S76中，判定由溫度傳感器73測量
的氧化催化劑71的溫度tpM是否等于或低于排氣顆粒物不能被燃燒的
溫度U。如果在這點上判定氧化催化劑71的溫度tpM已經(jīng)降低到不大 于排氣顆粒物不能被燃燒的溫度U,則在步驟S77中開始積聚進氣量。 然后，在步驟S78中，判定進氣的積聚量i;ga是否大于規(guī)定值A(chǔ)。
如果在步驟S78中判定進氣的積聚量Zga已經(jīng)變得大于規(guī)定值A(chǔ)， 則在步驟S79中判定氧是否存在于PM傳感器62的周圍區(qū)域。在本實 施例中，判定是否在進行停止供油控制以估計氧是否存在于排氣中。
如果在步驟S79中處于停止供油控制的執(zhí)行過程中，則判定足量 的氧存在于氧化催化劑71的周圍區(qū)域，并且過程進行到步驟S80。在步-驟S80中，給PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通電以加熱氧化催化 劑71，從而燃燒沉淀于氧化催化劑71內(nèi)的排氣顆粒物。然后，在步驟 S81中，根據(jù)此時氧化催化劑71的溫度上升度計算排氣顆粒物的沉淀 量。在步驟S82中，通過完全燃燒沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑 71內(nèi)的排氣顆粒物判定排氣顆粒物的沉淀量的計算過程是否結(jié)束。
所以，當沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物 被燃燒時，當基于此時的溫度變化計算排氣顆粒物的沉淀量時，可以 利用存在于排氣自身中的氧可靠地燃燒排氣顆粒物，準確地計算排氣 顆粒物的沉淀量。
上述過程之后，在步驟S82中，如果判定排氣顆粒物沉淀量的計 算過程已經(jīng)結(jié)束，則在步驟S83中停止向PM傳感器62的電加熱器72 通電，并且ECU51結(jié)束全部過程。
在這種方式中，裝配根據(jù)第四實施例的排氣顆粒物測量裝置，在 排氣管47中設(shè)置測量排氣中的顆粒物量的PM傳感器62， PM傳感器 62通過將氧化催化劑71和電加熱器72疊放在一起而被固定；以及測 量氧化催化劑71溫度的溫度傳感器73，其插置在氧化催化劑71和電 加熱器72之間。當處于停止供油控制的執(zhí)行過程中并且足量的氧存在 于排氣中時，ECU51利用電加熱器72加熱氧化催化劑71并且基于此 時的溫度上升量和進氣量的積聚值計算排氣顆粒物的沉淀量。
因此，在執(zhí)行停止供油控制期間，排氣是稀薄的并且足量的氧存 在于排氣中。在這種條件下，當通過電加熱器72加熱氧化催化劑71 時，由氧化催化劑71捕獲的排氣顆粒物能與排氣中的氧一起適當?shù)厝紵?，并且ECU51基于此時的溫度上升量和進氣量的積聚值準確計算排 氣顆粒物的沉淀量。
圖11為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的排氣顆粒物測量裝置的測量控制 流程圖。第五實施例的排氣顆粒物測量裝置的整體結(jié)構(gòu)與第 一 實施例
的整體結(jié)構(gòu)基本相同。第五實施例將用圖1和圖2描述，與已經(jīng)描述
的實施例的元件具有相同功能的元件使用相同的數(shù)字表示并且在此不 再重復(fù)描述。
在第五實施例的排氣顆粒物測量裝置中，如圖l和圖2所示，因 為發(fā)動機10的基本結(jié)構(gòu)與上述第一實施例基本相同，因此省略其描述。 在本實施例中，測量排氣中的顆粒物量的PM傳感器62設(shè)置在排氣管 47內(nèi)的三元催化劑49和消音器50之間。如圖2所示，PM傳感器62 具有氧化催化劑71、電加熱器72和溫度傳感器73。
因此，PM傳感器62能捕獲流過排氣管47的排氣中的顆粒物，尤 其是煙灰粒子。在由PM傳感器62捕獲并且達到規(guī)定量的排氣顆粒物 以及存在于PM傳感器62周圍區(qū)域的足量的氧的情況下，當給電加熱 器72通電以加熱氧化催化劑71時，利用存在于周圍區(qū)域的氧燃燒沉 淀的排氣顆粒物沉淀，ECU 51根據(jù)此時的溫度上升度計算排氣顆粒物 的沉淀量。根據(jù)此實施例，在計算排氣顆粒物的沉淀量的期間禁止發(fā) 動機10的加濃操作。
參照圖11的流程圖在下面詳細描述以根據(jù)第五實施例的排氣顆粒 物測量裝置測量排氣顆粒物的方法。
在步驟S91中，判定發(fā)動機IO是否完全暖機，即，由冷卻液溫度
31液溫度。在這點上，如果發(fā)動一幾冷卻液溫度已經(jīng)達到發(fā)動機暖機冷卻
液溫度，則在步驟S92中，給PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通電以 加熱氧化催化劑71,從而燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物。 然后，在步驟S93中，基于氧化催化劑71內(nèi)的溫度變化判定沉淀于PM 傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物是否已經(jīng)完全燃燒。
如果在步驟S93中判定沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上 的排氣顆粒物已經(jīng)完全燃燒，則在步驟S94中停止向PM傳感器62內(nèi) 的電加熱器72通電。然后，在步驟S95中溫度傳感器73測量氧化催 化劑71的溫度，并且，在步驟S96中，判定溫度傳感器73測量到的
氧化催化劑71的溫度tpM是否等于或低于排氣顆粒物不能被燃燒的溫
度U。如果在這點上判定氧化催化劑71的溫度tpM已經(jīng)降低到不大于 排氣顆粒物不能被燃燒的溫度tA,則在步驟S97中開始積聚進氣量。 然后，在步驟S98中，判定進氣的積聚量Zga是否大于規(guī)定值A(chǔ)。
如果在步驟S98中判定進氣的積聚量Zga已經(jīng)大于規(guī)定值A(chǔ)，則 在步驟S99中判定氧是否存在于PM傳感器62的周圍區(qū)域。在這點上， 當氧化催化劑71攜帶二氧化鈰作為儲氧劑時，基于停止供油控制持續(xù) 時間或積聚時間，可以判定氧化催化劑71的二氧化鈰是否已經(jīng)吸留了 足量的氧，這與已經(jīng)描述的第一和第三實施例的情況相似。同樣，在 氧傳感器63設(shè)置在排氣管47內(nèi)的PM傳感器62的附近的情況下，與 第二實施例的情況相似，基于氧傳感器63的檢測結(jié)果，可以判定氧化 催化劑71內(nèi)的二氧化鈰是否吸留了足量的氧。同樣，與第四實施例的 情況相似，當氧化催化劑71沒有攜帶二氧化鈰作為儲氧劑時，能夠判 定是否處于停止供油控制的執(zhí)行過程中以估計氧是否存在于排氣中， 并且估計氧是否存在于PM傳感器62的附近。如果在步驟S99中判定足量的氧存在于氧化催化劑71的周圍區(qū)
域，過程進行到步驟S100,在此點上，ECU51禁止發(fā)動機10的加濃 操作。即，當PM傳感器62計算排氣顆粒物的沉淀量時，如果在濃條 件下操作發(fā)動機10并且排氣是濃的氣體，則存在于氧化催化劑71的 周圍區(qū)域的氧在濃排氣的氧化中被消耗，因此減少了用于燃燒沉淀于 氧化催化劑71上的排氣顆粒物的氧氣量。
然后，在步驟S100中禁止發(fā)動機10的加濃操作以后，在步驟S101 中，通過給PM傳感器62內(nèi)的電加熱器72通電以加熱氧化催化劑71 來燃燒沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物。然后在步驟S102中， 根據(jù)此時氧化催化劑71的溫度上升度計算排氣顆粒物的沉淀量。在步 驟S103中，通過完全燃燒沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的 排氣顆粒物，判定排氣顆粒物沉淀量的計算過程是否已經(jīng)結(jié)束。
因此，當沉淀于PM傳感器62的氧化催化劑71上的排氣顆粒物 被燃燒時，基于此時的溫度變化計算排氣顆粒物的沉淀量，對發(fā)動機 10的加濃操作的禁止使得可以利用存在于氧化催化劑71周圍區(qū)域的氧 可靠地燃燒排氣顆粒物，并且準確地計算排氣顆粒物的沉淀量。
在上述過程之后，如果在步驟S103中判定排氣顆粒物沉淀量的計 算過程已經(jīng)結(jié)束，則在步驟S104中停止向PM傳感器62內(nèi)的電加熱 器72通電，并且，在步驟S105中，去除對發(fā)動機10的加濃操作的禁 止，ECU 51結(jié)束過程。
在這種方式中，裝配根據(jù)第五實施例的排氣顆粒物測量裝置，在 排氣管47內(nèi)設(shè)置測量排氣中的顆粒物量的PM傳感器62, PM傳感器 62是通過將氧化催化劑71和電加熱器72疊放在一起而固定的；以及測量氧化催化劑71的溫度的溫度傳感器73,溫度傳感器73插置到氧 化催化劑71和電加熱器72之間。當足量的氧存在于氧化催化劑71的 周圍區(qū)域時，ECU 51禁止發(fā)動機10的加濃操作，在那之后，利用電 加熱器72加熱氧化催化劑71并且基于此時的溫度上升量和進氣量的 積聚值計算排氣顆粒物的沉淀量。
因此，當足量的氧存在于氧化催化劑71的周圍區(qū)域時，ECU 51 可以禁止發(fā)動機10的加濃:燥作，通過利用電加熱器72加熱氧化催化 劑71而在濃排氣的排氣顆粒物的氧化中不消耗存在于氧化催化劑71 周圍區(qū)域的氧，由氧化催化劑71捕獲的排氣顆粒物與存在于氧化催化 劑71周圍區(qū)域的氧一起適當?shù)厝紵?，并且基于此時的溫度上升量和進 氣量的積聚值，ECU51準確地計算排氣顆粒物的沉淀量。同樣如果氧 化催化劑71攜帶二氧化鈰，即使發(fā)動機10以化學(xué)計量空燃比(理論 空燃比)運轉(zhuǎn)，因為氧化催化劑71的二氧化鈰在比如執(zhí)行停止供油控 制期間可靠地吸留混合在排氣中的氧，因此可以可靠地計算排氣顆粒 物的沉淀量。
在每個前述的實施例中，沉淀于氧化催化劑71上的排氣顆粒物被 位于內(nèi)燃機10的排氣管47內(nèi)的PM傳感器62燃燒，并且基于氧化催 化劑71的溫度變化估計排氣中排氣顆粒物的排出量，并且可以基于估 計的排氣顆粒物的排出量控制發(fā)動機10改變?nèi)剂系膰娚淞炕蚩杖急?以減少排出量。
如上所述，通過獲得足量的氧并且燃燒所捕獲的排氣顆粒物，根 據(jù)本發(fā)明的排氣顆粒物測量裝置基于溫度變化準確地測量排氣中的排 氣顆粒物的量，并且可以應(yīng)用于任何類型的內(nèi)燃機上。同樣，雖然上 述的第一和第三實施例在氧化催化劑71中用二氧化鈰作為儲氧劑，但是本發(fā)明不局限于這些實施例，而是與除二氧化鈰之外的其他的儲氧 劑兼容。
3權(quán)利要求
1、一種排氣顆粒物測量裝置，其特征在于包括氧化催化劑(71)，其設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣通道(47)內(nèi)；加熱器件(72)，用于加熱所述氧化催化劑(71)；溫度傳感器(73)，其檢測所述氧化催化劑(71)的溫度；以及沉淀量計算器件(51)，其基于當所述加熱器件(72)加熱所述氧化催化劑(71)時所述氧化催化劑(71)的溫度升高量來計算排氣顆粒物的沉淀量；其中所述氧化催化劑(71)設(shè)置在位于所述排氣通道(47)內(nèi)的三元催化劑(49)的排氣流動方向的下游和位于所述排氣通道(47)內(nèi)的消音器(50)的上游。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣顆粒物測量裝置，其中所述氧化催 化劑(71)攜帶儲氧劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣顆粒物測量裝置，其中所述沉淀量計算器件(51)基于由所述內(nèi)燃機執(zhí)行的停止供油控 制的持續(xù)時間和進氣量來估計由所述儲氧劑吸留的氧氣量，并且當所述吸留的氧氣量達到或超過規(guī)定值時，所述加熱器件(72) 加熱所述氧化催化劑(71)以計算所述排氣顆粒物的沉淀量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣顆粒物測量裝置，其中在所述排氣通道(47)內(nèi)的所述氧化催化劑(71)附近設(shè)置氧化 傳感器(63);所述沉淀量計算器件(51)基于所述氧化傳感器(63 );險測到的結(jié)果 估計由所述儲氧劑吸留的氧氣量；并且當所述吸留的氧氣量達到或超過規(guī)定值時，所述加熱器件(72) 加熱所述氧化催化劑(71)以計算所述排氣顆粒物的沉淀量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣顆粒物測量裝置，其中，當所述內(nèi) 燃機執(zhí)行停止供油控制時，所述沉淀量計算器件(51)通過所述加熱 器件(72)加熱所述氧化催化劑(71)以計算所述排氣顆粒物的所述 沉淀量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的排氣顆粒物測量裝置，其中， 當所述氧化催化劑(71)的所述溫度等于或低于所述排氣顆粒物不能 被燃燒的溫度時，所述沉淀量計算器件(51)利用所述加熱器件(72) 加熱所述氧化催化劑(71 )來燃燒所述排氣顆粒物，并且開始積聚所 述進氣量，其中當所述積聚的進氣量超過規(guī)定值時，所述沉淀量計算器件 (51)利用所述加熱器件(72)加熱所述氧化催化劑(71)來計算所 述排氣顆粒物的所述沉淀量。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣顆粒物測量裝置，還包括設(shè)置在所 述氧化催化劑(71)附近的排氣溫度傳感器，其中，當所述排氣溫度達到所述排氣顆粒物的所述燃燒溫度時， 所述沉淀量計算器件(51)消除所述進氣量的積聚值并且重新開始計 算所述進氣量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的排氣顆粒物測量裝置，其中 當所述加熱器件(72)加熱所述氧化催化劑(71)以計算所述排氣顆 粒物的所述沉淀量時，所述沉淀量計算器件(51)禁止所述內(nèi)燃機的 加濃操作。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的排氣顆粒物測量裝置，其中所述沉淀量 計算器件(51)基于所述氧傳感器(63)的檢測結(jié)果確定所述排氣是則通過所述加熱器件(72)加熱所述氧化催化劑(71)并且計算所述 排氣顆粒物的所述沉淀量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣顆粒物測量裝置，還包括設(shè)置在 所述內(nèi)燃機進氣通道內(nèi)的用于檢測所述進氣量的氣流傳感器(52 )。
11、 一種排氣顆粒物測量裝置，其特征在于包括氧化催化劑，其設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣通道內(nèi)；加熱器件，其加熱所述氧化催化劑；溫度傳感器，其檢測所述氧化催化劑的溫度；以及沉淀量計算器件，其基于所述加熱器件加熱所述氧化催化劑時所 述氧化催化劑的溫度升高量來計算排氣顆粒物的沉淀量；其中所述氧化催化劑設(shè)置在位于所述排氣通道內(nèi)的三元催化劑的 排氣流動方向的下游和位于所述排氣通道內(nèi)的消音器的上游。
全文摘要
一種用于在排氣中測量顆粒物的PM傳感器(62)設(shè)置在排氣管(47)內(nèi)的三元催化劑(49)和消音器(5)之間，并且具有層疊在一起的氧化催化劑(71)和電加熱器(72)以及測量所述氧化催化劑(71)的溫度的溫度傳感器(73)，所述溫度傳感器(73)插在所述氧化催化劑(71)和所述電加熱器(72)之間。所述氧化催化劑(71)攜帶二氧化鈰作為儲氧劑，其吸留排氣中的氧氣，并且ECU(51)基于當所述電加熱器(72)加熱所述氧化催化劑(71)時的溫度上升量和進氣量的積聚值計算排氣顆粒物的沉淀量。
文檔編號G01N25/00GK101449152SQ200780017900
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者溝口纮晶, 藤原孝彥 申請人:豐田自動車株式會社