JP2008014225A - 排気温度センサ点検装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの始動後などの排気系の温度が低い状態でも誤検知を生じない温度センサの点検手法を提供すること。
【解決手段】 エンジンの排気系に設けられた温度センサを点検する装置であって、エンジン水温により選択されるエンジン負荷領域に基づいて、温度センサを点検する条件が成立しているかどうかを判定する手段と、前記条件が成立している場合は、エンジン水温に応じた所定の時間、前記条件の成立が継続するとき、前記温度センサの出力を点検し、該温度センサの特性に従った出力を出しているかどうかを判定する手段と、を備える温度センサの点検装置。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の排気系に設置される温度センサを点検する装置に関する。

自動車の排気系に設置される触媒は、異常な高温に曝されると劣化し触媒機能を低下させる。触媒の温度を管理するために、触媒付近に温度センサを設置することが行われている。この温度センサは、高温で低抵抗で、低温になるほど抵抗値が大きくなる特性を有するサーミスタが一般的に使われる。

特許文献１には、正常時の温度センサからの電圧信号とは異なる第２の電圧信号を発生する第２の基準電源を設け、この第２の電圧信号と温度センサからの電圧信号との比較により温度センサの断線を検知することが記載されている。
特開昭59-120835号公報

ディーゼル・エンジンの排気温度は比較的低く、エンジンの始動後などの排気系の温度が低い状態で温度センサの点検を行うと、温度センサが正常であっても、低温のため固定値を示し、故障として誤検知されるおそれがある。

したがって、このような誤検知を生じない温度センサの点検手法が必要とされている。

上記の課題を解決するため、この発明は、エンジンの排気系に設けられた温度センサを点検する装置を提供する。この装置は、エンジン水温により選択されるエンジン負荷領域に基づいて、温度センサを点検する条件が成立しているかどうかを判定する手段と、この条件が成立している場合は、エンジン水温に応じた所定の時間、その条件の成立が継続するとき、温度センサの出力を点検し、該温度センサの特性に従った出力を出しているかどうかを判定する手段と、を備える。

この発明によると、エンジン水温に応じて温度センサを点検する条件を選択し、選択した温度センサを点検する条件がエンジン水温に応じた所定の時間継続するとき、温度センサ出力を点検する。この状態では排気温度は、低温状態を脱しており、温度センサは固定値を示す状態を脱して温度とともに変化する出力を出す領域に移っているはずである。したがって、この状態で温度センサ出力を点検することにより温度センサが正常であるかどうかを判定することができる。

この発明の一形態（請求項２）では、前記エンジン負荷領域は、エンジン水温が高いほど、低負荷である。

この形態によると、エンジン水温が高いほど低い負荷のエンジン領域でも温度センサを点検する条件が成立していると判定するので、検知頻度を増加させることができる。

この発明の一形態（請求項３）では、エンジンは、ディーゼル・エンジンであり、温度センサは、酸化触媒の前方に配置された温度センサまたはパティキュレート・フィルタの入り口に配置された温度センサである。

この形態によると、ディーゼル・エンジンのパティキュレート・フィルタの管理に必要な温度センサの異常を的確に判定することができる。

次に図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は、この発明をディーゼル・エンジンの排気系に適用したときのシステムの全体的構成を示す図である。ディーゼル・エンジン11の各気筒には燃料噴射装置すなわちインジェクタ17が設けられ、シリンダブロックには冷却水の温度TWを検知する水温センサ19が設けられている。排気管22から吸気管13に通じる排気再循環（EGR）路33が設けられ、EGR制御弁35によってEGRの量が制御される。

排気管22には酸化触媒21およびディーゼル・パティキュレート・フィルタ（DPF）25が設けられている。酸化触媒21は、典型的にはハニカム状のコーディライトまたは耐熱鋼の媒体の表面に活性アルミナなどをコーティングし、このコーティング層に白金、パラジウムまたはロジウムなどの貴金属の触媒活性成分を含ませている。酸化触媒は、排気ガス中のNO、HC、COを酸化して、NO2、H2、CO2に変換する。DPF25は、排気ガス中のパティキュレート（PM、Particulate Matter、微粒子物質ともいう）を捕集するフィルタで、セラミック、金属製不織布などの耐熱性の多孔質のフィルタ壁からなる。

DPF25の入り口と出口には、差圧センサ31のセンサ端子が配置されており、入り口の排気圧力と出口の排気圧力との差DPを表すセンサ出力信号が電子制御ユニット（ECU）41に送られる。ECU41は、排気流量Fおよび差圧DPに基づいてDPFにおけるパティキュレート堆積量を算出し、パティキュレート堆積量が所定の値を超えると、エンジン11においてポスト噴射を実施して酸化触媒21に未燃焼の燃料を供給し、酸化触媒21で燃焼させ高温の排気ガスをDPF25に送り、堆積しているパティキュレートを燃やして消失させ、DPF25を再生する。ポスト噴射とは、エンジン出力を発生するための主噴射を実施した後の膨張行程または排気行程において追加的に実施する燃料噴射をいい、排気系で燃焼させ排気ガスの温度を上昇させるためのものである。

排気流量Fは、吸入空気量、吸気管圧力その他のパラメータに基づいて算出することができる。この手法は公知のものであるので、詳細な説明は省略する。

低負荷時のディーゼル・エンジンの排気ガスの温度はガソリン・エンジンに比べるとかなり低く、摂氏100数十度程度である。DPF再生時には、酸化触媒21における未燃燃料の酸化、燃焼により排気ガスの温度は500℃から600℃になる。この温度が過度に高くなると、酸化触媒21およびDPF25を劣化させる。排気ガスの温度をモニタして過度の高温にならないよう制御するため、および諸々の制御に利用するために、温度センサ23が酸化触媒21の入り口に設けられ、DPF25の入り口に温度センサ27が設けられている。

各種センサからの信号は、ECU41に入力される。ECU41は、諸々の入力信号に基づいて、必要とする燃料噴射量Qを算出して、インジェクタに駆動信号をおくり、またDPF25の再生タイミングを判定してポスト噴射の制御信号をインジェクタに送る。

ECU41は、基本的にはコンピュータであり、入力インタフェース43、演算を実行するCPU44、CPU44による演算の作業領域を提供し、コンピュータ・プログラムおよびデータの一時記憶領域を提供するランダムアクセスメモリ45、プログラムおよびデータを格納するROM46、書換可能メモリ49、および出力インタフェース47を備えている。書換可能メモリ49は、書換可能なROMであるEEPROM、またはバックアップRAM（電源オフのときでも維持電流が供給され、記憶を維持するRAM）で構成され、運転サイクルごとに更新されるデータの記憶に使用される。

図３は、この発明の一実施形態のディーゼル・エンジンに使用される温度センサの出力特性（サーミスタ状の特性）を示す。この温度センサは、０℃から100数十℃の範囲では高い抵抗を示し、約５Vの電圧を出力する。140度を超えると、抵抗が徐々に小さくなり、次第に小さい電圧を出力し、500℃で1.3V程度の電圧を出力する。したがって、低温のときにこの温度センサの出力を点検しても、断線などの障害によって高い抵抗を示しているのか、低温のため高い抵抗を示しているのか区別がつかない。

この実施例では上記のような特性の温度センサを用いるが、この特性は逆であってもよく、低温で低抵抗を示し、高温で高抵抗を示すものであってもよい。

図２は、この発明の一実施形態においてECU41によって実行されるプログラムの機能ブロック図である。負荷領域判定部51は、エンジン水温によって、判定基準となるエンジン負荷領域を選択し、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量Qに基づいて決定されるエンジンの負荷状態が、選択した判定基準の負荷領域よりも高い負荷状態であるかどうかを判定する。

判定基準のエンジン負荷領域は、例えば、低負荷領域、中負荷領域、高負荷領域に分けられる。判定部51は、エンジン水温に応じて、これらの負荷領域から１つを選択する。テストを許可する負荷領域は、エンジン水温が高くなるほどより低い領域を選択する。判定部51は、例えば、エンジン水温が０℃以下のときは高負荷領域を選択し、エンジン水温が０℃から６０℃未満のときは中負荷領域を選択し、エンジン水温が６０℃以上のときは低負荷領域を選択する。

図４は、NEおよびQによって決定される負荷状態の各負荷領域を示す。判定部51は、ROM46に格納されている図４に相当するマップに基づいて、NEおよびQに基づいて負荷状態を決定し、決定した負荷状態が選択した判定基準の負荷領域よりも高い負荷領域にあるか否かを判定し、判定信号を条件成立判定部59に送る。

エンジンが高負荷領域で運転しているときは、排気温度がたとえば200度を超え、温度センサの出力が変化するので、その挙動を点検するのに適している。さらに、一旦走行した後などでエンジン水温が高いときは、エンジンの負荷状態が高負荷領域でなくても、排気温度が温度センサの点検をするのに適する温度となる場合がある。そこで、エンジン水温により、判定基準のエンジン負荷領域（モニタ条件）を選択して、エンジン水温が高くなるにつれて低い負荷状態（少ないエンジン回転数と燃料噴射量）でもモニタ条件が成立するように設定することで、検知頻度を増加させている。

水温判定部53は、温度センサ19が検出するエンジン水温TWが所定値、たとえばマイナス７度より大きいかどうかを判定する。エンジン水温TWがあまりに低いときは、排気系の温度が高くなるのに長時間を要するので、温度センサの点検に適さないとして、点検を禁止する。

ギア段判定部55は、ギア段が所定の段、たとえば３段以上であるかどうかを判定する。高負荷で安定した状態で温度センサの点検を行う必要があるので、ギア段を点検実施の条件に含ませたのである。

車速判定部57は、車速が所定の値、たとえば時速20ｋｍ以上であるかどうかを判定する。車速がこの値に満たないときは、温度センサの点検を禁止する。高負荷で安定した状態で温度センサの点検を行うようにするためである。

条件成立判定部59は、これらすべての条件が成立すると、条件成立を示す信号をタイマー部61に送る。タイマー部61は、ROM46に格納されている水温対時間のマップ63を参照してタイマーをセットし、判定条件が成立した状態で設定時間が経過したとき、温度センサの点検を許可する信号をセンサ点検部65に送る。図５は、高負荷状態に対応する水温対時間のマップ63を示す。横軸がエンジン水温TWであり、縦軸は、排気系の温度が約140℃に達するのに要する時間を示す。たとえば、エンジン水温が60℃であるときは、排気系の温度が140℃に達するのに約50秒間を要する。タイマー部61は、このようにエンジン水温TWに応じて待ち時間を設定し、この時間の間判定条件が成立しているとき、センサ点検許可信号を出力する。

なお、図５に示す水温対時間のマップ63として、各負荷領域に対応する複数のマップを用意しておき、その複数のマップのうちから、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて決定された負荷状態に応じて選択したマップを参照して、タイマーのセットを行ってもよい。

センサ点検部65は、センサ点検許可信号に応じ、図３に示すセンサ特性のマップ67を参照し、温度センサの挙動を点検する。すなわち、温度センサが140℃以上に対応する4900mVより低い電圧を出力していれば、温度センサが正常に動作していると判定し、5000mVを出力していれば、温度センサが異常であると判定する。

このように、排気系の温度が温度センサの点検に適した温度に達するタイミングを求めて温度センサの点検を行うので、的確な判定を行うことができる。

以上にこの発明を一実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではなく、たとえば船外機など直立型のエンジンにも適用することができる。

この発明を適用する一例として、ディーゼル・エンジンの全体的構成を示す図。 この発明の一実施例の温度センサ点検装置の機能ブロック図。 温度センサの出力特性の一例を示す図。 この発明の一実施例における高負荷領域を示す図。 この発明の一実施例におけるエンジン水温と、成立した点検条件が持続すべき時間との関係を示す図。

符号の説明

１１ ディーゼル・エンジン
２３ 酸化触媒の前に置かれた温度センサ
２７ DPFの入り口に置かれた温度センサ
５９ 点検条件の成立を判定する手段
６１ タイマー
６５ センサ点検手段

Claims (3)

1. エンジンの排気系に設けられた温度センサを点検する装置であって、
   エンジン水温により選択されるエンジン負荷領域に基づいて、温度センサを点検する条件が成立しているかどうかを判定する手段と、
   前記条件が成立している場合は、エンジン水温に応じた所定の時間、前記条件の成立が継続するとき、前記温度センサの出力を点検し、該温度センサの特性に従った出力を出しているかどうかを判定する手段と、を備える温度センサの点検装置。
2. 前記エンジン負荷領域は、エンジン水温が高いほど、低負荷である、請求項１記載の点検装置。
3. 前記エンジンは、ディーゼル・エンジンであり、前記温度センサは、酸化触媒の前方に配置された温度センサまたはパティキュレート・フィルタの入り口に配置された温度センサである、請求項１又は２に記載の点検装置。
   
   

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