JP2015068815A

JP2015068815A - 検出装置

Info

Publication number: JP2015068815A
Application number: JP2013206267A
Authority: JP
Inventors: 直人村澤; Naoto Murasawa; 英和藤江; Hidekazu Fujie; 正内山; Tadashi Uchiyama; 哲史塙; Tetsushi Hanawa
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-13

Abstract

【課題】検出装置に関し、排気管内の水分を確実に検出する。【解決手段】エンジン１０の排気管１２に設けられたＤＰＦ２２，ＳＣＲ３２と、ＤＰＦ２２，ＳＣＲ３２の静電容量を検出する電極２７，３７と、電極２７，３７から入力される静電容量に基づいて、排気管１２内の水分の有無を判定する排気管内水分判定部５１とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、検出装置に関し、特に、排気管内の水分の検出に関する。

一般的に、内燃機関の排気管には、空燃比λを検出するラムダセンサや、排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を検出するＮＯｘセンサ等が設けられている。ラムダセンサやＮＯｘセンサ等のセンサ類には、測定素子部を作動温度領域まで昇温するための電気ヒータ等を備えたものが知られている。このようなセンサ類は、排気管内に水分がある状態で電気ヒータを起動させると、ヒータで加熱された高温の測定素子部が水で急激に冷却され、素子割れ等の破損を引き起こす可能性がある。

このような破損を防止する技術として、排気管温度に基づいて排気管の壁面に水分が付着しているか否かを判定し、水分が付着している場合はヒータへの通電を制限する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、排気管内の水分が排気熱で蒸発する目安の時間を想定し、エンジンの始動後から当該目安時間が経過するまでセンサ類のヒータ起動を禁止する手法等も知られている。

特開２００１−４１９２３号公報

ところで、エンジン始動後から所定時間が経過するまで電気ヒータの起動を禁止する手法では、水没等によって排気管内に想定以上の多量の水が浸入した場合に対応できない可能性がある。そのため、センサ類の素子割れ等による破損を確実に防止できない虞がある。

本発明の目的は、排気管内の水分を確実に検出することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の検出装置は、内燃機関の排気管に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記排気管内の水分の有無を判定する排気管内水分判定手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記静電容量検出手段が、前記排気浄化触媒内に一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極で構成されるものでもよい。

また、前記排気浄化触媒が、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであってもよい。

また、前記排気浄化触媒が、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒であってもよい。

また、前記排気管内水分判定手段が水分を有りと判定すると、前記排気管に設けられたセンサに内蔵されている電気ヒータの起動を禁止する起動禁止手段をさらに備えてもよい。

本発明の検出装置によれば、排気管内の水分を確実に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る検出装置が適用されたエンジンの排気系を示す模式的な全体構成図である。本実施形態のＥＣＵを示す機能ブロック図である。排気管内の水分による静電容量の変化をグラフにした図である。本実施形態の制御内容を示すフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る検出装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気管１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気ガスを大気に放出する排気管１２が接続されている。

排気管１２には、排気上流側から順に、空燃比センサ４１、上流側のＮＯｘセンサ４２、前段後処理装置２０、後段後処理装置３０、下流側のＮＯｘセンサ４３等が設けられている。

空燃比センサ４１は、エンジン１０から排出される排気中の空燃比λを検出する。ＮＯｘセンサ４２は、エンジン１０から排出される排気中のＮＯｘ値を検出する。ＮＯｘセンサ４３は、後段後処理装置３０を通過した排気中のＮＯｘ値を検出する。これら空燃比センサ４１及びＮＯｘセンサ４２，４３は、何れも図示しない加熱用の電気ヒータを備えている。

前段後処理装置２０は、触媒ケース２０ａ内に排気上流側から順に、酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣ）２１と、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）２２とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ２１の排気上流側には排気管内噴射装置２３が設けられている。

排気管内噴射装置２３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０から出力される指示信号に応じて、排気管１２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。

ＤＯＣ２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ２１は、排気管内噴射装置２３によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。

ＤＰＦ２２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ２２は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置２３によってＤＯＣ２１に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ２２に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５００〜６００℃）まで昇温することで行われる。

また、本実施形態のＤＰＦ２２には、少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する複数本の電極２７が設けられている。これら複数本の電極２７は、本発明の静電容量検出手段の一例として好ましい。

後段後処理装置３０は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置３１と、ケース３０ａ内に収容された選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲ）３２とを備えて構成されている。

尿素水噴射装置２１は、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて、ＳＣＲ３２よりも上流側の排気管１２内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてＮＨ₃に生成され、下流側のＳＣＲ３２に還元剤として供給される。

ＳＣＲ３２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にゼオライト等を担持して形成されており、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを備えて構成されている。ＳＣＲ３２は、還元剤として供給されるＮＨ₃を吸着すると共に、吸着したＮＨ₃で通過する排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。

また、本実施形態のＳＣＲ３２には、少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する複数本の電極３７が設けられている。これら複数本の電極３７は、本発明の静電容量検出手段の一例として好ましい。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０や排気管内噴射装置２３、尿素水噴射装置３１等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。

また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、排気管内水分判定部５１と、電気ヒータ作動制御部５２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

排気管内水分判定部５１は、本発明の排気管内水分判定手段の一例であって、電極２７間又は電極３７間の静電容量Ｃに基づいて、排気管１２内の水分の有無を判定する。一般的に、電極２７，３７間の静電容量Ｃは、電極２７，３７間の媒体の誘電率ε、電極２７，３７の面積Ｓ、電極２７，３７間の距離ｄとする以下の数式１で表される。

数式１において、電極２７，３７の面積Ｓ及び距離ｄは一定である。一方、水の誘電率εは非常に高いため（約８０）、電極２７，３７間に水が浸入すると、これに伴い電極２７，３７間の静電容量Ｃは急激に変化する（例えば、図３参照）。すなわち、電極２７，３７間の静電容量Ｃの変化から、排気管１２内の水分の有無を判定することができる。ＥＣＵ５０には、排気管１２内に水分が存在することを示す静電容量Ｃの上限閾値Ｃ_MAX（図３参照）が記憶されている。排気管内水分判定部５１は、電極２７間又は電極３７間の少なくとも一方の静電容量Ｃが上限閾値Ｃ_MAXに達すると、排気管１２内に水分が「有る」と判定する。

電気ヒータ作動制御部５２は、本発明の起動禁止手段の一例であって、排気管内水分判定部５１の判定結果に基づいて、空燃比センサ４１及び、ＮＯｘセンサ４２，４３に内蔵された電気ヒータ（不図示）の作動を制御する。より詳しくは、エンジン１０の始動時に排気管内水分判定部５１が水分を「有り」と判定すると、電気ヒータ作動制御部５２は電気ヒータの起動を禁止する。そして、電極２７，３７間の静電容量Ｃが所定の下限閾値Ｃ_MINに下がるまで、電気ヒータの起動を保留するように構成されている。なお、下限閾値Ｃ_MINは、例えば、排気管１２内の水分がエンジン１０の排気熱によって蒸発されて無くなる状態を基準に設定することが好ましい。

次に、図４に基づいて、本実施形態の検出装置による制御フローを説明する。なお、本制御はエンジン１０の始動（イグニッションキー操作オン）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、電極２７，３７間の静電容量Ｃが、水分の存在を示す上限閾値Ｃ_MAXに達したか否かが判定される。静電容量Ｃが上限閾値Ｃ_MAXに達している場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１１０で排気管１２内の水分が「有り」と判定され、Ｓ１２０で空燃比センサ４１、ＮＯｘセンサ４２，４３の電気ヒータの起動が禁止される。

Ｓ１３０では、電極２７，３７間の静電容量Ｃが下限閾値Ｃ_MINまで低下したか否かが判定される。静電容量Ｃが下限閾値Ｃ_MINまで低下していない場合（Ｎｏ）は、電気ヒータの起動を保留すべく、Ｓ１２０に戻される。一方、静電容量Ｃが下限閾値Ｃ_MINまで低下した場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１４０で、空燃比センサ４１、ＮＯｘセンサ４２，４３の電気ヒータを起動（保留を解除）して、本制御はリターンされる。

次に、本実施形態に係る検出装置による作用効果を説明する。

本実施形態の検出装置では、誘電率εの高い水によって急激に変化する電極２７，３７間の静電容量Ｃに基づいて、排気管１２内の水分の有無が判定される。すなわち、排気管１２内の水分を感度の高い静電容量Ｃを用いることで、確実に検知できるように構成されている。また、排気管１２内に水分が有る場合は、空燃比センサ４１やＮＯｘセンサ４２，４３の電気ヒータの起動を保留するように構成されている。

したがって、本実施形態の検出装置によれば、排気管１２内の水分を静電容量Ｃに基づいて確実に検出することができると共に、センサ４１〜４３の素子割れを効果的に防止することができる。

また、本実施形態の検出装置は、ＤＰＦ２２内の電極２７間又はＳＣＲ３２内の電極３７間の何れかの静電容量Ｃに基づいて、排気管１２内の水分の有無を判定するように構成されている。

したがって、本実施形態の検出装置によれば、排気管１２内の上流側及び下流側の何れの水分も効果的に検出することが可能になる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、電極２７，３７は必ずしもＤＰＦ２２及びＳＣＲ３２の双方に設ける必要はなく、何れか一方にのみ設けるものであってもよい。また、電極２７，３７の本数は少なくとも一対以上であればよく、図示例に限定されるものではない。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。

１０エンジン
１２排気管
２０前段後処理装置
２１酸化触媒
２２ＤＰＦ
２７電極
３０後段後処理装置
３２ＳＣＲ
３７電極
５０ＥＣＵ
５１排気管内水分判定部
５２電気ヒータ作動制御部

Claims

内燃機関の排気管に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記排気管内の水分の有無を判定する排気管内水分判定手段と、を備える
ことを特徴とする検出装置。
前記静電容量検出手段が、前記排気浄化触媒内に一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極で構成される
請求項１に記載の検出装置。
前記排気浄化触媒が、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタである
請求項１又は２に記載の検出装置。
前記排気浄化触媒が、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒である
請求項１又は２に記載の検出装置。
前記排気管内水分判定手段が水分を有りと判定すると、前記排気管に設けられたセンサに内蔵されている電気ヒータの起動を禁止する起動禁止手段をさらに備える
請求項１から４の何れか一項に記載の検出装置。