DE112016005639T5

DE112016005639T5 - Reaktanzmessgerät

Info

Publication number: DE112016005639T5
Application number: DE112016005639.7T
Authority: DE
Inventors: Masafumi NODA
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-08-30
Also published as: US20190227106A1; CN108369251A; JP2017106830A; CN108369251B; JP6589613B2; WO2017099147A1; US10578660B2

Abstract

Reaktanzmessgerät 10 mit einer Reihenschaltung 30 mit: einem ersten Schaltkreis 31, der einen ersten Widerstand 311 umfasst, und einem zweiten Schaltkreis 32, der ein Reaktanzelement umfasst; einer ersten Spannungserzeugungseinheit 21 zum Erzeugen einer ersten Wechselspannung V1 und Anlegen derselben an die Reihenschaltung 30; einer zweiten Spannungserzeugungseinheit 22 zum Erzeugen einer zweiten Wechselspannung V2, die eine vorbestimmte Phasendifferenz α relativ zu der ersten Wechselspannung V1 aufweist; einer Multiplikationseinheit 41 zum Multiplizieren der zweiten Wechselspannung V2 und einer Spannung VL des zweiten Schaltkreises und Erzeugen einer Multiplikationsspannung VX; einer Messeinheit 42 zum Messen der Spannung einer Gleichstromkomponente DC der Multiplikationsspannung VX; einer Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung zum Berechnen eines Betrags eine Phasenverschiebung θ anhand des Verhältnisses zwischen der Phasendifferenz α der zweiten Wechselspannung V2 relativ zu der ersten Wechselspannung V1 und der Spannung der Gleichstromkomponente DC der Multiplikationsspannung VX; und einer Reaktanzberechnungseinheit 432 zum Berechnen der Reaktanz des Reaktanzelements auf der Basis des Betrags der Phasenverschiebung θ.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktanzmessgerät, das die Reaktanz eines Reaktanzelements misst.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist ein Reaktanzmessgerät bekannt, das die Reaktanz eines Reaktanzelements misst. Als Reaktanzelement wird ein Kondensator mit einer kapazitiven Reaktanz oder eine Induktivität mit induktiver Reaktanz bezeichnet. Beispielsweise wird in der Patentschrift 1 ein Gerät beschrieben, das die kapazitive Reaktanz eines Kondensators bei vorgegebener Kreisfrequenz misst und die elektrostatische Kapazität des Kondensators berechnet.
Zunächst legt das in der Patentschrift 1 beschriebene Gerät eine erste Wechselspannung mit vorgegebener Amplitude an den Kondensator an und wandelt den im Kondensator fließenden Strom in ein Spannungssignal zu dieser Zeit um. Anschließend wird das oben beschriebene Spannungssignal durch eine Multiplikationsschaltung mit einer zweiten Wechselspannung multipliziert, bei welcher die Phase gegenüber der ersten Wechselspannung um π/2 verschoben ist. Anschließend wird eine Spannung einer Gleichstromkomponente in einer Ausgangsspannung der Multiplikationsschaltung gemessen und die elektrostatische Kapazität des Kondensators wird mittels einer Gleichung für das Verhältnis zwischen der Größe der Gleichstromkomponente und der elektrostatischen Kapazität des Kondensators berechnet.
Referenzliste
Patentschrift
: JP-A-H07-229941
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem in Patentschrift 1 beschriebenen Gerät werden ein Wert einer Amplitude der ersten Wechselspannung und ein Wert einer Amplitude der zweiten Wechselspannung in der Gleichung für das Verhältnis zwischen der Größe der Gleichstromkomponente und der elektrostatischen Kapazität des Kondensators ausgedrückt. Aus diesem Grund wird der errechnete Wert der elektrostatischen Kapazität leicht durch ein Rauschen beeinflusst, das der ersten Wechselspannung oder der zweiten Wechselspannung überlagert ist.
In diesem Zusammenhang berücksichtigt die Erfindung die obige Situation, und es ist eine Aufgabe davon, ein Reaktanzmessgerät bereitzustellen, das die Anfälligkeit für Rauschen reduzieren kann.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Reaktanzmessgerät bereitgestellt, das umfasst: eine Reihenschaltung, umfassend einen ersten Schaltkreis mit einem ersten Widerstand und einen zweiten Schaltkreis, der mit dem ersten Schaltkreis in Reihenschaltung verbunden ist und ein Reaktanzelement enthält; eine erste Spannungserzeugungseinheit, die eine erste Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt, zum Anlegen der ersten Wechselspannung an die Reihenschaltung; eine zweite Spannungserzeugungseinheit, die eine zweite Wechselspannung mit der gleichen Frequenz wie die erste Wechselspannung und mit einer vorbestimmten Phasendifferenz relativ zur ersten Wechselspannung erzeugt; eine Multiplikationseinheit, welche die zweite Wechselspannung und eine Spannung des zweiten Schaltkreises multipliziert, um eine Multiplikationsspannung zu erzeugen; eine Messeinheit, die eine Spannung einer Gleichstromkomponente der Multiplikationsspannung misst; eine Einheit zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung, die einen Betrag einer Phasenverschiebung der Spannung des zweiten Schaltkreises relativ zur ersten Wechselspannung anhand einer Beziehung zwischen einer Phasendifferenz der zweiten Wechselspannung relativ zur ersten Wechselspannung und der Spannung der Gleichstromkomponente der Multiplikationsspannung berechnet; und eine Reaktanzberechnungseinheit, die anhand des Betrags der Phasenverschiebung der Spannung des zweiten Schaltkreises relativ zur ersten Wechselspannung, der durch die Einheit zum Berechnen des Betrags der Phasenverschiebun berechnet wird, eine Reaktanz des Reaktanzelements berechnet.
Der zweite Schaltkreis kann einen zweiten Widerstand enthalten, der in Parallelschaltung mit dem Reaktanzelement verbunden ist. In diesem Fall kann der zweite Schaltkreis ein Paar elektrische Leitungen enthalten, die das Reaktanzelement mit dem zweiten Widerstand in Parallelschaltung verbinden. In diesem Fall kann das Reaktanzelement in einem Dieselpartikelfilter angeordnet sein, der in einem Auslasskanal eines Abgases eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, und ein Paar Elektroden enthalten, das über das Paar elektrischer Leitungen in Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstand verbunden ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß kann der Einfluss von Rauschen auf das Ergebnis der Messung der Reaktanz des Reaktanzelements durch das Reaktanzmessgerät reduziert werden.
Figurenliste

1 zeigt eine Ansicht eines Schaltkreises mit einem Reaktanzelement.
2 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Reaktanzmessgerätes gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
3 zeigt ein Schaltbild, das die Konfiguration des Reaktanzmessgerätes gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
4 zeigt ein Fahrzeug, in welches das Reaktanzmessgerät eingebettet ist.
5 zeigt ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines Reaktanzmessgerätes gemäß einer Modifikation der Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Messprinzip]
Zunächst wird mit Bezug zu 1 ein Prinzip beschrieben, nach dem ein Reaktanzmessgerät gemäß dieser Ausführungsform die Reaktanz eines Reaktanzelements misst. 1 zeigt eine Ansicht eines Schaltkreises mit dem Reaktanzelement, dass ein Messziel ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Reaktanzelement ein Kondensator 322 mit einer elektrostatischen Kapazität C ist. Der Schaltkreis umfasst einen ersten Widerstand 311 mit einem Widerstandswert R1, einen zweiten Widerstand 321 mit einem Widerstandswert R2 und einen Kondensator 322 mit der elektrostatischen Kapazität C. Der erste Widerstand 311 ist mit dem Kondensator 322 in Reihenschaltung verbunden. Der zweite Widerstand 321 ist mit dem Kondensator 322 in Parallelschaltung verbunden.
Bei dieser Ausführungsform wird zunächst eine erste AC-Spannung (Alternate Current; Wechselstrom) V1 als Sinusfunktion, ausgedrückt durch Gleichung (1), an den Schaltkreis angelegt. $V 1 = a 1 \cdot sin (ω t)$
In diesem Fall wird die Spannung VL des Kondensators 322 durch Gleichung (2) ausgedrückt. $VL = b \cdot sin (ω t+ θ)$
θ bezeichnet einen Betrag einer Phasenverschiebung der Spannung VL relativ zur ersten Wechselspannung V1 an, die durch den Kondensator 322 verursacht wird.
Es wird eine Gleichung (3) für das Verhältnis zwischen dem Betrag der Phasenverschiebung θ der Spannung VL relativ zur ersten Wechselspannung V1 und der Reaktanz (Blindwiderstand) X des Kondensators 322 mit einer Kreisfrequenz ω gefunden. $tan θ = - R 1 R 2 / {X (R 1 + R 2)}$
Wie in Gleichung (4) beschrieben, die durch Umformen der Gleichung (3) erhalten wird, kann die Reaktanz X des Kondensators 322 berechnet werden, wenn der Betrag der Phasenverschiebung θ bekannt ist. $X= - R 1 R 2 / {tan θ (R 1 + R 2)}$
Es wird eine Gleichung (5) für das Verhältnis zwischen der Reaktanz X und der elektrostatischen Kapazität C des Kondensators 322 gefunden. $X = 1 / (ω C)$
Entsprechend kann, wie in Gleichung (6) beschrieben, die elektrostatische Kapazität C des Kondensators 322 berechnet werden, wenn der Betrag der Phasenverschiebung θ bekannt ist. $C = - {tan θ (R 1 + R 2)} / (ω R 1 R 2)$
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Berechnung des oben beschriebenen Betrags der Phasenverschiebung θ beschrieben. Zunächst wird eine zweite Wechselspannung V2 erzeugt, welche die gleiche Kreisfrequenz ω hat wie die erste Wechselspannung V1 und eine Phasendifferenz α relativ zur ersten Wechselspannung V1 aufweist. $V2 = a2 \cdot sin (ω t+ α)$
Anschließend wird die zweite Wechselspannung V2 mit der an den Kondensator 322 angelegten Spannung VL multipliziert. Eine durch die Multiplikation erhaltene Multiplikationsspannung VX wird durch die Gleichung (8) ausgedrückt. $VX = (a 2 \cdot b/ 2) \cdot {cos (α - θ) - cos (2 ω t + α - θ)}$
Die Multiplikationsspannung VX beinhaltet eine Wechselstromkomponente AC, die mit der Kreisfrequenz 2ω zeitabhängig verändert wird, und eine Gleichstromkomponente DC (Direct Current; Gleichstrom), der nicht zeitabhängig verändert wird. $AC = - (a 2 \cdot b/ 2) \cdot cos (2 ω t + α - θ)$
$DC = - (a 2 \cdot b/ 2) \cdot cos (α - θ)$
Anschließend wird die Gleichstromkomponente DC aus der Multiplikationsspannung VX extrahiert, um die Spannung der Gleichstromkomponente DC zu messen. Beispielsweise wird durch die Verwendung eines Tiefpassfilters mit einer Grenzfrequenz, die ausreichend niedriger ist als die Kreisfrequenz 2ω, die Wechselstromkomponente AC aus der Multiplikationsspannung VX entfernt, um die Spannung der Gleichstromkomponente DC zu messen.
Wie aus der Gleichung (10) hervorgeht, wird zum Beispiel die Spannung der Gleichstromkomponente DC entsprechend dem Wert von (α-θ) wie folgt geändert.

• Ein Maximalwert wird angezeigt, wenn (α-θ) = 0.
• Eine Gerade von DC = 0 geht vom positiven in den negativen Bereich über bei Werten oberhalb und unterhalb von (α-θ) = π/2.
• Ein Minimalwert wird angezeigt, wenn (α-θ) = π.
• Die Gerade von DC = 0 geht vom negativen in den positiven Bereich über bei Werten oberhalb und unterhalb (α-θ) = 3π/2.

Dementsprechend kann der Betrag der Phasenverschiebung θ anhand eines Verhältnisses zwischen der Phasendifferenz α und der Spannung der Gleichstromkomponente DC berechnet werden. Beispielsweise kann der Betrag der Phasenverschiebung θ berechnet werden, indem man die Phasendifferenz α sucht, bei der die Spannung der Gleichstromkomponente DC einen Maximalwert anzeigt.
Zusätzlich kann der Betrag der Phasenverschiebung θ anhand des Ergebnisses berechnet werden, das erhalten wird, wenn die Messwerte der Spannung der Gleichstromkomponente DC in einem Fall, in dem die Phasendifferenz α in einem Bereich von 0 bis 2π geändert wird, durch ein Verfahren, wie zum Beispiel das Verfahren der kleinsten Quadrate, der Sinusfunktion angenähert werden.
Anhand des gemäß dem nach dem oben beschriebenen Verfahren berechneten Betrag der Phasenverschiebung θ kann die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C des Kondensators 322 mittels Gleichung (4) und Gleichung (6) berechnet werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kann der Betrag der Phasenverschiebung θ anhand eines relativen Verhältnisses zwischen der Phasendifferenz α und der Spannung der Gleichstromkomponente DC berechnet werden. Aus diesem Grund wird das Ergebnis der Berechnung des Betrags der Phasenverschiebung θ kaum beeinflusst durch die vom Rauschen verursachte Veränderung der Spannung der Gleichstromkomponente DC und durch die Messdifferenz der Spannung der Gleichstromkomponente DC. Daher können die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C des Kondensators 322 genau berechnet werden.
[Konfiguration des Reaktanzmessgerätes]
Nachfolgend wird die Konfiguration des Reaktanzmessgerätes, das die Reaktanz des Reaktanzelements misst, gemäß dem oben beschriebenen Messprinzip beschrieben. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Reaktanzmessgerät 10 gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. Zusätzlich zeigt in 3 ein Schaltbild, das das Reaktanzmessgerät 10 gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht.
Das Reaktanzmessgerät 10 umfasst eine erste Spannungserzeugungseinheit 21, eine zweite Spannungserzeugungseinheit 22, eine Reihenschaltung 30, eine Multiplikationseinheit 41, eine Messeinheit 42 und eine Berechnungseinheit 43. Nachfolgend werden die Komponenten des Reaktanzmessgerätes 10 beschrieben.
Die erste Spannungserzeugungseinheit 21 umfasst beispielsweise einen direkten digitalen Synthesizer (DDS). Die erste Spannungserzeugungseinheit 21 erzeugt die erste Wechselspannung V1 mit vorgegebener Kreisfrequenz ω und legt die erste Wechselspannung an die Reihenschaltung 30 an.
Die zweite Spannungserzeugungseinheit 22 hat die gleiche Kreisfrequenz ω wie die erste Wechselspannung V1 und erzeugt die zweite Wechselspannung V2 mit vorgegebener Phasendifferenz α relativ zur ersten Wechselspannung V1. Basierend auf den Steuerinformationen, die eine (später zu beschreibende) MPU über einen I/O-Port ausgibt, kann die zweite Spannungserzeugungseinheit 22 die Phasendifferenz α auf einen beliebigen Wert von 0 bis 2π setzen und die zweite Wechselspannung V2 erzeugen.
Bei Verwendung eines DDS mit mehreren Kernen kann ein erster Kern zur Erzeugung der ersten Wechselspannung V1 und ein zweiter Kern zur Erzeugung der zweiten Wechselspannung V2 verwendet werden.
Die Reihenschaltung 30 umfasst einen ersten Schaltkreis 31 und einen zweiten Schaltkreis 32. Der zweite Schaltkreis 32 ist mit dem ersten Schaltkreis 31 in Reihenschaltung verbunden. Wie in 3 dargestellt, umfasst der erste Schaltkreis 31 den oben beschriebenen ersten Widerstand 311. Der zweite Schaltkreis 32 umfasst den oben beschriebenen zweiten Widerstand 321 und den Kondensator 322 als Reaktanzelement.
Die Multiplikationseinheit 41 ist zum Beispiel ein analoger Multiplikator. Die Multiplikationseinheit 41 multipliziert eine Spannung zwischen einer Eingangsklemme X1 und einer Eingangsklemme X2 mit einer Spannung zwischen einer Eingangsklemme Y1 und einer Eingangsklemme Y2 und gibt die durch die Multiplikation erhaltene Multiplikationsspannung VX durch eine Ausgangsklemme OUT aus.
Die Eingangsklemmen X1 und X2 der Multiplikationseinheit 41 werden mit dem zweiten Schaltkreis 32 verbunden, um die Spannung VL des zweiten Schaltkreises 32 mit dem Kondensator 322 zu messen. Im Übrigen gibt „die Spannung des zweiten Schaltkreises 32“ die Spannung zwischen zwei Punkten des zweiten Schaltkreises 32 an, zwischen denen zumindest der Kondensator 322 angeordnet ist. Beispielsweise sind die Eingangsklemmen X1 und X2 der Multiplikationseinheit 41 mit beiden Enden des Kondensators 322 des zweiten Schaltkreises 32 verbunden. Zusätzlich sind die Eingangsklemmen Y1 und Y2 der Multiplikationseinheit 41 mit beiden Enden der zweiten Spannungserzeugungseinheit 22 verbunden. Durch Verwenden der wie oben angeschlossenen Multiplikationseinheit 41 kann durch Multiplikation der Spannung (im Folgenden als zweite Schaltkreisspannung bezeichnet) VL des zweiten Schaltkreises 32 und der zweiten Wechselspannung V2 des zweiten Spannungserzeugers 22 die Multiplikationsspannung VX erhalten werden.
Die Messeinheit 42 umfasst beispielsweise einen Tiefpassfilter 421 und einen AD-Wandler 422. Die Eingangsklemme des Tiefpassfilters 421 wird mit der Ausgangsklemme OUT der Multiplikationseinheit 41 und die Ausgangsklemme des Tiefpassfilters 421 mit der Eingangsklemme des AD-Wandlers 422 verbunden. Der Tiefpassfilter 421 hat eine Grenzfrequenz unterhalb der Kreisfrequenz 2ω der Multiplikationsspannung VX. Aus diesem Grund kann der Tiefpassfilter 421 die Wechselstromkomponente AC aus der Multiplikationsspannung VX mit der Wechselstromkomponente AC und der Gleichstromkomponente DC entfernen und die Gleichstromkomponente DC dem AD-Wandler 422 zuführen. Der AD-Wandler 422 misst die Spannung der Gleichstromkomponente DC. Der AD-Wandler 422 gibt das Messergebnis der Spannung der Gleichstromkomponente DC als Digitalsignal an die Berechnungseinheit 43 weiter.
Beispielsweise wird die Berechnungseinheit 43 von einer MCU mit einer CPU und dem I/O-Port gebildet. Durch die Ausführung eines auf einem Speichermedium gespeicherten Programms (nicht dargestellt) fungiert die Berechnungseinheit 43 als Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung, als Reaktanzberechnungseinheit 432 und als Phasensteuerungseinheit 433.
Die Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung berechnet den Betrag der Phasenverschiebung θ der zweiten Schaltkreisspannung VL des Kondensators 322 des zweiten Schaltkreises 32 relativ zur ersten Wechselspannung V1 aus dem Verhältnis der Phasendifferenz α der zweiten Wechselspannung V2 relativ zur ersten Wechselspannung V1 und der Spannung der Gleichstromkomponente DC der Multiplikationsspannung VX. Beispielsweise sucht die Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung die Phasendifferenz a, bei der die Spannung der Gleichstromkomponente DC den Maximalwert aufweist, und berechnet den Betrag der Phasenverschiebung θ. Die Reaktanzberechnungseinheit 432 berechnet die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C des Kondensators 322 anhand von Gleichung (4) und Gleichung (6) anhand des von der Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung berechneten Betrags der Phasenverschiebung θ.
Die Phasensteuerungseinheit 433 steuert die Phasendifferenz der zweiten Wechselspannung V2 relativ zur ersten Wechselspannung V1. Insbesondere stellt die Phasensteuerungseinheit 433 die Phasendifferenz α der zweiten Wechselspannung V2 ein, die von der zweiten Spannungserzeugungseinheit 22 relativ zu der zweiten Spannungserzeugungseinheit 22 ausgegeben wird. Beispielsweise gibt die Phasensteuerungseinheit 433 die Steuerinformationen entsprechend der Phasendifferenz α über einen Ausgangsport an die zweite Spannungserzeugungseinheit 22 aus.
[Betrieb des Reaktanzmessgerätes]
Nachfolgend wird der Betrieb des Reaktanzmessgerätes 10 beschrieben. Zunächst erzeugt die erste Spannungserzeugungseinheit 21 die erste Wechselspannung V1 und legt die erste Wechselspannung an die Reihenschaltung 30 an. Dadurch wird die zweite Schaltkreisspannung VL mit dem Betrag der Phasenverschiebung θ relativ zur ersten Wechselspannung V1 im zweiten Schaltkreis 32 der Reihenschaltung 30 erzeugt. Die zweite Schaltkreisspannung VL wird in die Multiplikationseinheit 41 eingespeist.
Anschließend erzeugt die zweite Spannungserzeugungseinheit 22 die zweite Wechselspannung V2 und speist die zweite Wechselspannung in die Multiplikationseinheit 41 ein. Die Multiplikationseinheit 41 multipliziert die erste Wechselspannung V1 mit der zweiten Schaltkreisspannung VL zur Erzeugung der Multiplikationsspannung VX und speist die Multiplikationsspannung VX in den Tiefpassfilter 421 der Messeinheit 42 ein.
Der Tiefpassfilter 421 entfernt die Wechselstromkomponente AC aus der Multiplikationsspannung VX, um die Gleichstromkomponente DC zu extrahieren, und speist Gleichstromkomponente DC in den AD-Wandler 422 ein. Der AD-Wandler 422 misst die Spannung der Gleichstromkomponente DC und das Messergebnis in die Berechnungseinheit 43 ein.
Die Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung der Berechnungseinheit 43 sucht die Phasendifferenz a, bei welcher die Spannung der Gleichstromkomponente DC den Maximalwert erreicht, und berechnet den Betrag der Phasenverschiebung θ. Die Reaktanzberechnungseinheit 432 berechnet die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C des Kondensators 322 anhand von Gleichung (4) und Gleichung (6) auf der Grundlage des von der Einheit 431 zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung berechneten Betrags der Phasenverschiebung θ.
[Anwendung des Reaktanzmessgerätes]
Als nächstes wird eine Anwendung des Reaktanzmessgerätes 10 entsprechend dieser Ausführungsform gegeben beschrieben. Dabei wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Reaktanzmessgerät 10 verwendet wird, um eine Ablagerungsmenge einer partikelförmigen Substanz (im Folgenden als PM bezeichnet) wie Ruß in einem Dieselpartikelfilter (im Folgenden als DPF bezeichnet) zu erfassen, der in einem Abgaskanal für ein Abgas vorgesehen ist, das von einem Verbrennungsmotor in eine Atmosphäre abgegeben wird.
4 zeigt ein Fahrzeug 1, in welches das Reaktanzmessgerät 10 eingebettet ist. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel entspricht ein Elektrodenpaar mit den Bezugszeichen 323 dem Kondensator 322, der ein Ziel für die Messung der Reaktanz und der elektrostatischen Kapazität mit dem Reaktanzmessgerät 10 ist. Das Elektrodenpaar besteht zum Beispiel aus den Elektroden des Sensors zur Erfassung der Ablagerungsmenge des PM im DPF.
Das Elektrodenpaar 323 ist so konfiguriert, dass die Ablagerungsmenge des PM in einem DPF 63 eins zu eins den elektrostatischen Kapazitäten zwischen dem Elektrodenpaar 323 entspricht. Ähnlich wie im Fall von JP-A-2011-153581 (deren Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird), die eine frühere Anmeldung durch die Erfinder ist, ist das Elektrodenpaar 323 zum Beispiel ein Paar zylindrische Elektroden, die in radialer Richtung koaxial zueinander angeordnet sind. Zusätzlich kann das Elektrodenpaar 323 aus netzartigen Elektroden bestehen, die in einer Strömungsrichtung des Abgases einander zugewandt angeordnet sind.
Nachfolgend wird ein Vorteil der Konfiguration des Fahrzeugs 1 und ein Vorteil der Einbettung des Reaktanzmessgerätes 10 in das Fahrzeug 1 beschrieben.
Das Fahrzeug 1 umfasst das Reaktanzmessgerät 10, den Verbrennungsmotor 61, einen Auslasskanal 62 und den DPF 63. Das Reaktanzmessgerät 10 umfasst eine Leiterplatte mit Komponenten wie dem ersten Widerstand 311 und dem zweiten Widerstand 321.
Beispielsweise ist der Verbrennungsmotor 61 ein Dieselmotor. Der Auslasskanal 62 leitet das im Verbrennungsmotor 61 erzeugte Abgas ab. Der DPF 63 befindet sich im Auslasskanal 62. Der DPF 63 sammelt das im Abgas enthaltenen PM. Das im DPF 63 abgelagerte PM kann durch Erhöhung der Temperatur des DPF 63 verbrannt und entfernt werden.
Das Elektrodenpaar 323 ist im Inneren des DPF 63 angeordnet. Das Elektrodenpaar 323 ist über das Paar von elektrischen Leitungen 324 mit dem zweiten Widerstand 321 auf der Leiterplatte des Reaktanzmessgerätes 10 in Parallelschaltung verbunden. Beispielsweise ist die elektrische Leitung 324 als Kabelbaum ausgebildet. Durch Anschließen des zweiten Widerstandes 321 auf der Leiterplatte und der Elektroden 323 über die elektrische Leitung 324 kann verhindert werden, dass die Wärme des DPF 63 auf das auf der Leiterplatte montierte Bauteil des Reaktanzmessgerätes 10 einwirkt.
Das durch den Auslasskanal 62 strömende PM wird zwischen dem Elektrodenpaar 323 abgelagert. In diesem Fall ändert sich die elektrostatische Kapazität zwischen dem Elektrodenpaar 323 entsprechend der Ablagerungsmenge des zwischen dem Elektrodenpaar 323 abgelagerten PM. Dementsprechend wird die Ablagerungsmenge des PM zwischen dem Elektrodenpaar 323 berechnet, wenn das Reaktanzmessgerät 10 zur Messung der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Elektrodenpaar 323 verwendet wird. Die Ablagerungsmenge des PM im DPF 63 kann anhand des Ergebnisses abgeschätzt werden. Zusätzlich kann der Zeitpunkt der Verbrennung des im DPF 63 abgelagerten PM anhand des Schätzwertes der Ablagerungsmenge des PM im DPF 63 richtig gesteuert werden.
[Vorteilhafte Wirkungen des Ausführungsbeispiels]
Zunächst legt das Reaktanzmessgerät 10 gemäß dieser Ausführungsform die erste Wechselspannung V1 an die Reihenschaltung 30 an, die den ersten Schaltkreis 31 mit dem ersten Widerstand 311 und den zweiten Schaltkreis 32 mit dem Kondensator 322 umfasst, und erhält die zweite Schaltungsspannung VL, bei welcher der durch den Kondensator 322 verursachte Betrag der Phasenverschiebung θ relativ zur ersten Wechselspannung V1 erzeugt wird. Anschließend werden die zweite Schaltkreisspannung VL und die zweite Wechselspannung V2 mit der Phasendifferenz α relativ zur ersten Wechselspannung V1 multipliziert, um die Multiplikationsspannung VX zu erhalten mit der Wechselstromkomponente AC, die sich mit der Kreisfrequenz 2ω zeitabhängig ändert, und der Gleichstromkomponente DC, die sich nicht zeitabhängig ändert. Anschließend wird der Tiefpassfilter oder Ähnliches verwendet, um die Wechselstromkomponente AC aus der Multiplikationsspannung VX entfernt, um die Gleichstromkomponente DC zu extrahieren und die Spannung der Gleichstromkomponente DC zu messen. Anschließend wird der durch den Kondensator 322 verursachte Betrag der Phasenverschiebung θ der zweiten Schaltkreisspannung VL berechnet aus dem Verhältnis zwischen der Spannung der Gleichstromkomponente DC und der Phasendifferenz α der zweiten Wechselspannung V2 relativ zur ersten Wechselspannung V1. Anschließend werden die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C des Kondensators 322 anhand des Betrags der Phasenverschiebung θ berechnet.
Wenn die Phasen von VL und V2 wie oben beschrieben analysiert werden, um die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C zu berechnen, ist der Messwert der Reaktanz unempfindlich gegenüber der Änderung der Amplitude von V1 und V2. Daher kann ein Signal mit einer solchen Größe erzeugt werden, dass ein ausreichendes SN (Signal-Rausch)-Verhältnis erreicht wird. Es besteht keine Notwendigkeit dazu, die Amplitude zu kontrollieren und die Änderung der Amplitude aufgrund einer einfachen Änderung zu berücksichtigen, wodurch die Struktur des Oszillators vereinfacht wird.
Außerdem ist es nicht notwendig, die Amplituden von V1 und V2 zu messen, was die Konfiguration von Hard- und Software vereinfacht.
Außerdem wird der Messwert selbst in einer bestimmten Phasendifferenz von V2 relativ zu V1 der Spannung der Gleichstromkomponente DC nicht direkt auf die Werte der Reaktanz X und der elektrostatischen Kapazität C reflektiert. Es kann daher vermieden werden, dass sich die berechneten Werte der Reaktanz X und der elektrostatischen Kapazität C durch die Variation der Spannung der Gleichstromkomponente DC verändern, die durch Rauschen hervorgerufen wird. Es kann zudem vermieden werden, dass die Berechnungsgenauigkeit der Werte der Reaktanz X und der elektrostatischen Kapazität C durch den Messunterschied der jeweiligen Spannungen der Gleichstromkomponente DC verringert wird.
Der zweite Schaltkreis32 des Reaktanzmessgerätes 10 umfasst ferner den zweiten Widerstand 321, der in Parallelschaltung mit Kondensator 322 verbunden ist. Aus diesem Grund kann die Impedanz des zweiten Schaltkreises 32 gegenüber dem Rauschen reduziert werden. Es kann somit vermieden werden, dass die berechneten Werte der Reaktanz X und der elektrostatischen Kapazität C durch das der Gleichstromkomponente DC überlagerte Rauschen variiert werden. Der obige Betrieb des zweiten Widerstandes 321 ist bemerkenswert effektiv, wenn der Kondensator 322 über das Paar von elektrischen Leitungen 324 mit der Leiterplatte verbunden ist und somit das Rauschen leicht mit der zweiten Schaltungsspannung VL über die elektrische Leitung 324 überlagert wird.
Zudem können, wenn der Kondensator 322 über das Paar von elektrischen Leitungen 324 in Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstand 321 verbunden ist, Schaltungselemente wie der erste Widerstand 311 und der zweite Widerstand 321 vom Kondensator 322 beabstandet angeordnet werden. Aus diesem Grund kann vermieden werden, dass die Schaltungselemente wie der erste Widerstand 311 und der zweite Widerstand 321 von der Wärme in einem Bereich des Kondensators 322 und am Kondensator 322 beeinflusst werden. Damit ist es möglich, die Reaktanz X und die elektrostatische Kapazität C zwischen dem Elektrodenpaar 323, das in einem Hochtemperaturbauteil wie dem DPF 63 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist, genau zu berechnen.
Oben wurde ein Aspekt der Offenbarung anhand der Ausführungsform beschrieben. Der technische Bereich der Erfindung ist jedoch nicht auf den in der Ausführungsform beschriebenen Bereich beschränkt. Für den Fachmann ist klar, dass verschiedene Änderungen oder Verbesserungen an der Ausführungsform vorgenommen werden können. Aus den angefügten Ansprüchen geht hervor, dass die so veränderte oder verbesserte Ausführungsform ebenso in den technischen Bereich der Erfindung aufgenommen werden kann.
(Beispiel, in dem das Reaktanzelement ein Induktor ist)
Beispielsweise wurde in diesem Ausführungsbeispiel das Beispiel beschrieben, bei dem das Reaktanzelement, das ein Messziel für die Reaktanz ist, der Kondensator 322 ist, der die elektrostatische Kapazität C aufweist. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Selbst wenn das Reaktanzelement ein Induktor ist, kann das Reaktanzmessgerät 10 dessen Reaktanz X und die Induktivität L messen. Nachfolgend wird diese Modifikation mit Bezug zu 5 beschrieben. 5 zeigt ein Schaltbild, das die Konfiguration des Reaktanzmessgerätes 10 gemäß dieser Modifikation veranschaulicht.
Der Schaltkreis gemäß dieser Modifikation umfasst den ersten Widerstand 311 mit dem Widerstandswert R1, den zweiten Widerstand 321 mit dem Widerstandswert R2 und eine Induktivität 325 mit der Induktivität L. Der erste Widerstand 311 ist mit der Induktivität 325 in Reihenschaltung verbunden. Der zweite Widerstand 321 ist mit dem Induktor 325 in Parallelschaltung verbunden. Die Anordnung der Induktivität 325 entspricht der Anordnung des Kondensators 322 in der oben beschriebenen Ausführungsform. Damit ergibt sich die oben beschriebene Gleichung (4) für das Verhältnis zwischen dem Betrag der Phasenverschiebung θ der zweiten Schaltkreisspannung VL relativ zur ersten Wechselspannung V1 und dem Blindwiderstand X der Induktivität 325.
Es wird eine Gleichung (11) für das Verhältnis zwischen der Reaktanz (Blindwiderstand) X des Kondensators 322 und der elektrostatischen Kapazität C erhalten. $X = ω L$
Entsprechend kann unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichung (4) und Gleichung (11) die Induktivität L des Induktors 325 wie folgt anhand des Betrags der Phasenverschiebung θ berechnet werden. $L = - R 1 R 2 / {ω tan θ (R 1 + R 2)}$
(Weitere Anwendung des Reaktanzmessgerätes)
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem das Reaktanzmessgerät 10 in das Fahrzeug 1 eingebettet ist. Die Anwendung des Reaktanzmessgerätes 10 ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Für verschiedene Zwecke kann die Reaktanz des Reaktanzelements mit dem Reaktanzmessgerät 10 berechnet werden.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-241374 , die am 10. Dezember 2015 eingereicht wurde, deren Priorität sie beansprucht und deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Diese Erfindung ist insofern nützlich, als vermieden wird, dass das Ergebnis der Messung der Reaktanz des Reaktanzelements durch das Reaktanzmessgerät vom Rauschen beeinflusst wird.
Bezugszeichenliste

10: Reaktanzmessgerät
21: Erste Spannungserzeugungseinheit
22: Zweite Spannungserzeugungseinheit
30: Reihenschaltung
31: Erster Schaltkreis
311: Erster Widerstand
32: Zweiter Schaltkreis
321: Zweiter Widerstand
322: Kondensator
323: Elektroden
324: Elektrische Leitungen
325: Induktor
41: Multiplikationseinheit
42: Messeinheit
421: Tiefpassfilter
422: AD-Wandler
43: Berechnungseinheit
431: Einheit zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung
432: Reaktanzberechnungseinheit
433: Phasensteuerungseinheit
61: Verbrennungsmotor
62: Auslasskanal
63: Dieselpartikelfilter (DPF)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H07229941 A [0004]
JP 2011153581 A [0045]
JP 2015241374 [0063]

Claims

Reaktanzmessgerät, umfassend: eine Reihenschaltung, die einen ersten Schaltkreis mit einem ersten Widerstand umfasst sowie einen zweiten Schaltkreis, der mit dem ersten Schaltkreis in Reihenschaltung verbunden ist und ein Reaktanzelement umfasst; eine erste Spannungserzeugungseinheit, die eine erste Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt, zum Anlegen der ersten Wechselspannung an die Reihenschaltung; eine zweite Spannungserzeugungseinheit, die eine zweite Wechselspannung mit der gleichen Frequenz wie die erste Wechselspannung und mit einer vorbestimmten Phasendifferenz relativ zur ersten Wechselspannung erzeugt; eine Multiplikationseinheit, welche die zweite Wechselspannung und eine Spannung des zweiten Schaltkreises multipliziert, um eine Multiplikationsspannung zu erzeugen; eine Messeinheit, die eine Spannung einer Gleichstromkomponente der Multiplikationsspannung misst; eine Einheit zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung, die einen Betrag einer Phasenverschiebung der Spannung des zweiten Schaltkreises relativ zur ersten Wechselspannung anhand einer Beziehung zwischen einer Phasendifferenz der zweiten Wechselspannung relativ zur ersten Wechselspannung und der Spannung der Gleichstromkomponente der Multiplikationsspannung berechnet; und eine Reaktanzberechnungseinheit, die anhand des Betrags der Phasenverschiebung der Spannung des zweiten Schaltkreises relativ zur ersten Wechselspannung, der durch die Einheit zum Berechnen eines Betrags einer Phasenverschiebung berechnet wird, eine Reaktanz des Reaktanzelements berechnet.
Reaktanzmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Schaltkreis einen zweiten Widerstand umfasst, der mit dem Reaktanzelement in Parallelschaltung verbunden ist.
Reaktanzmessgerät gemäß Anspruch 2, wobei der zweite Schaltkreis ein Paar elektrischer Leitungen enthält, die das Reaktanzelement mit dem zweiten Widerstand in Parallelschaltung verbinden.
Reaktanzmessgerät gemäß Anspruch 3, wobei das Reaktanzelement in einem Dieselpartikelfilter angeordnet ist, der in einem Auslasskanal für ein von einem Verbrennungsmotor emittiertes Abgas vorgesehen ist, und ein Elektrodenpaar aufweist, das über das Paar von elektrischen Leitungen in Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstand verbunden ist.