JP2017015677A - 粒子状物質検出センサ、及び粒子状物質検出システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排ガス中の粒子状物質が堆積する被堆積部20と、該被堆積部20に設けられ、互いに離間した一対の電極21と、上記被堆積部20を加熱するヒータ22と、該ヒータ22に接続し該ヒータ22に供給する電流の経路をなす一対のヒータ配線23とを備える。該一対のヒータ配線23のうち少なくとも一方のヒータ配線23に、当該ヒータ配線23の抵抗を測定するためのセンシング線24が接続している。
【選択図】図1
Description
該被堆積部に設けられ、互いに離間した一対の電極と、
上記被堆積部を加熱するヒータと、
該ヒータに接続し該ヒータに供給する電流の経路をなす一対のヒータ配線とを備え、
該一対のヒータ配線のうち少なくとも一方の上記ヒータ配線に、当該ヒータ配線の抵抗を測定するためのセンシング線が接続していることを特徴とする粒子状物質検出センサにある。
上記制御回路部は、上記一対の電極間に堆積した上記粒子状物質の抵抗を測定し、その測定値を用いて上記排ガス中の上記粒子状物質の量を算出する測定モードと、上記ヒータを発熱させ、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を燃焼する燃焼モードと、を切り替え制御し、
上記制御回路部は、上記測定モードと上記燃焼モードとの少なくとも一方において、上記センシング線を用いて測定した上記ヒータ配線の抵抗の値を使って、個々の上記ヒータ配線の抵抗の和である配線抵抗を算出すると共に、上記ヒータの抵抗であるヒータ抵抗と上記配線抵抗との合計抵抗を測定し、該合計抵抗から上記配線抵抗を減算することにより上記ヒータ抵抗を算出し、該ヒータ抵抗の算出値を用いて上記ヒータの温度を算出するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出システムにある。
そのため、上記センシング線を用いて、ヒータ配線の抵抗を測定することができる。したがって、個々のヒータ配線の抵抗の和である配線抵抗を算出することが可能になる。また、上記粒子状物質検出センサにおいては、一対のヒータ配線の間に電圧を加えることにより、ヒータの抵抗であるヒータ抵抗と上記配線抵抗との合計抵抗を測定することができる。上記粒子状物質検出センサでは、上述したように上記配線抵抗を算出できるため、測定した上記合計抵抗から、算出した配線抵抗を減算することができる。これにより、誤差要因となる配線抵抗を含まない、正確なヒータ抵抗の値を求めることが可能になる。したがって、このヒータ抵抗を用いて、ヒータの温度を正確に測定することができる。そのため、例えば粒子状物質の量を測定する際に、ヒータの温度の測定値を用いて粒子状物質の抵抗値を補正し、これにより排ガス中の粒子状物質の量を正確に算出することができる。また、粒子状物質を燃焼する際に、ヒータの温度を正確に制御することができる。
上記粒子状物質検出システムに係る実施例について、図1〜図10を用いて説明する。図1、図3に示すごとく、本例の粒子状物質検出センサ2は、被堆積部20と、一対の電極21(21a,21b)と、ヒータ22と、一対のヒータ配線23(23a,23b)とを備える。被堆積部20には、排ガス中の粒子状物質が堆積する。一対の電極21は、被堆積部20に設けられており、互いに離間している。ヒータ22は、被堆積部20を加熱する。ヒータ配線23は、ヒータ22に接続しており、ヒータ22に供給する電流iの経路をなしている。
制御回路部4は、測定モード(図1参照)と燃焼モード(図2参照)とを切り替え制御する。測定モードは、一対の電極21間に堆積した粒子状物質の抵抗RPMを測定し、その測定値を用いて、排ガス中の粒子状物質の量を算出するモードである。また、燃焼モードは、ヒータ22を発熱させ、被堆積部20に堆積した粒子状物質を燃焼するモードである。
RS=Vs/i ・・・(1)
=RH+RWab
=RH+RWa+RWb ・・・(2)
なお、上記式中、RWaは第1ヒータ配線23aの抵抗であり、RWbは第2ヒータ配線23bの抵抗である。
RWb=Vw/i ・・・(3)
RS=RH+RWab=RH+2RWb
この式から、下記式(4)を得ることができる。
RH=RS−RWab=RS−2RWb ・・・(4)
本例では、上記(1)、(3)を用いてRS、RWbを測定し、上記式(4)を用いてヒータ抵抗RHを算出している。すなわち、合計抵抗RSから配線抵抗RWab(=2RWb)を減算することにより、ヒータ抵抗RHを算出している。
RPM=(Vt−Va)/I
なお、上記式中、Vtは高電圧回路11の電圧、すなわち第1電極21aの電圧であり、VaはオペアンプOPの反転入力端子39の電圧、すなわち第2電極21bの電圧である。
Vo=Va−rI
これから、電流Iは、下記式(5)によって表されることが分かる。
I=(Va−Vo)/r ・・・(5)
そのため、センシング線24を用いて、ヒータ配線23(第2ヒータ配線23b)の抵抗RW(RWb)を測定することができる。したがって、個々のヒータ配線23a,23bの抵抗RW(RWa,RWb)の和である配線抵抗RWab(=2RWb)を算出することが可能になる。また、本例では、一対のヒータ配線23a,23bの間に電圧を加えることにより、合計抵抗RSを測定することができる。本例の粒子状物質検出センサ2では、上述したように配線抵抗RWabを算出できるため、測定した上記合計抵抗RSから、算出した配線抵抗RWabを減算することができる。これにより、誤差要因となる配線抵抗RWabを含まない、正確なヒータ抵抗RHの値を求めることが可能になる。したがって、このヒータ抵抗RHを用いて、ヒータ22の温度を正確に算出することができる。
そのため、接続部27が保持部26内に配されなくなり、ヒータ22の温度をより正確に測定することが可能になる。すなわち、接続部27とヒータ22との間には、ヒータ配線23の一部である介在部235が存在している。上述したようにヒータ抵抗RHを算出すると、その算出値には、介在部235の抵抗RP(図6参照)が含まれてしまう。そのため、介在部235の温度がヒータ22の温度と大きく乖離すると、介在部235の抵抗RPが誤差要因になってしまい、ヒータ22の温度を充分正確に算出しにくくなる。したがって、介在部235の温度は、ヒータ22の温度と殆ど同じにした方が、ヒータ22の温度を正確に算出しやすい。
そのため、ヒータ22の発熱効率を向上できる。なお、上記抵抗とは、ヒータ22とヒータ配線23とが、それぞれ同じ温度である場合の抵抗を意味する。
図8に示すごとく、粒子状物質の抵抗RPMは、温度によって変化する。そのため、ヒータ22の温度、すなわち粒子状物質の温度を用いて、粒子状物質の抵抗RPMを補正すれば、排ガス中の粒子状物質の量を正確に算出することが可能になる。
そのため、ヒータ22の温度が高くなりすぎて、ヒータ22の寿命が低下したり、ヒータ22の温度が低くなりすぎて、粒子状物質を充分燃焼できなくなったりする不具合を抑制できる。
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
RWab=RWa+RWb
すなわち、各ヒータ配線23a,23bの抵抗RWa,RWbの和を、配線抵抗RWabとして算出している。
RH=RS−RWab=RS−RWa−RWb ・・・(6)
このようにすると、第1ヒータ配線23aの抵抗RWaと、第2ヒータ配線23bの抵抗RWbとが異なっていても、ヒータ抵抗RHを正確に測定でき、ヒータ22の温度を正確に算出できる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、センサ素子29の構造を変更した例である。図13に示すごとく、本例のセンサ素子29は、セラミックからなる複数の絶縁薄板295を備える。これら複数の絶縁薄板295の間に、第1電極21a及び第2電極21bが設けられている。図14に示すごとく、センサ素子29の端面296から、第1電極21a及び第2電極21bが露出している。この端面296に、粒子状物質が堆積するよう構成されている。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、ヒータ22の温度の算出方法を変更した例である。ヒータ22は、長期間使用すると、経年劣化して、ヒータ抵抗RHが高くなることが知られている。これは、粒子状物質検出センサ2を長期間使用すると、ヒータ22の熱によって、ヒータ22を構成するPt等の金属原子が凝集するためと考えられる。
RH0=a+bT
上記式において、RH0は、ヒータ22が経年劣化する前におけるヒータ抵抗RH(ヒータ抵抗初期値RH0)であり、a,bは定数である。制御回路部4は、定数a,bを記憶している。
RH=k(a+bT) ・・・(6)
である。劣化率kは、1より大きな値である。この劣化率kを取得できれば、関数Bを得ることができ、ヒータ22の温度を正確に算出することが可能になる。
k=(RH/RW)/(RH0/RW0) ・・・(7)
経年劣化後の抵抗RH,RWを測定したときの、ヒータ22及びヒータ配線23の温度T1は、経年劣化前に抵抗初期値RH0,RW0を測定したときの温度T0とは異なる可能性がある。しかし、上記式(7)の分子RH/RWは、測定温度に関わらず略一定である。そのため、上記分子RH/RWを、抵抗初期値RH0,RW0を測定したときと同じ温度T0で測定したとみなしても、RH/RWの値は殆ど変わらない。上述したように、ヒータ配線23は殆ど経年劣化しないため、同じ温度T0で測定したときの抵抗RW,RW0は殆ど同じ値になる。したがって、RW0/RW=1となる。そのため、上記式(7)は、
k=(RH/RH0)×(RW0/RW)=RH/RH0
と変形することができる。これから、式(7)によって算出された劣化率kは、ヒータ抵抗初期値RH0に対する、経年劣化後のヒータ抵抗RHの、上昇率を表していることが分かる。また、上記式(7)を用いることにより、経年劣化後の抵抗RH,RWの測定温度T1と、経年劣化前の抵抗初期値RH0,RW0の測定温度T0とが異なっていても、劣化率kを算出することが可能であることが分かる。
T=(RH/k−a)/b ・・・(8)
本例では、上記測定モード及び燃焼モードにおいて、実施例1で説明したようにヒータ抵抗RHを求め、上記式(8)を用いて、ヒータ22の温度Tを算出している。これにより、ヒータ22が経年劣化しても、ヒータ22の温度を正確に算出することが可能になる。
そのため、ヒータ22が経年劣化しても、ヒータ22の温度Tを正確に算出することができる。したがって、測定モードにおいて、排ガス中の粒子状物質の量をより正確に測定したり、燃焼モードにおいて、ヒータ22の温度をより正確に制御したりすることができる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、制御回路部4のフローチャートを変更した例である。本例では図18に示すごとく、実施例4と同様に、劣化率算出モード(ステップS1,S2)を行う。ステップS2を終了した後、本例では、ステップS21に移る。ここでは、劣化率kが、予め定められた閾値を超えたか否かを判断する。ここでYesと判断したときは、ヒータ22が故障していると判断する。そして、ステップS22に移り、ヒータ22が故障していることをユーザ等に報知する。また、ステップS21においてNoと判断したときは、ステップS3(図16参照)に移る。ステップS3〜S13は実施例4と同様なので、説明を省略する。
その他、実施例4と同様の構成および作用効果を備える。
2 粒子状物質検出センサ
20 被堆積部
21 電極
22 ヒータ
23 ヒータ配線
24 センシング線
4 制御回路部
RH ヒータ抵抗
RS 合計抵抗
RWab 配線抵抗
Claims (8)
- 排ガス中の粒子状物質が堆積する被堆積部(20)と、
該被堆積部(20)に設けられ、互いに離間した一対の電極(21)と、
上記被堆積部(20)を加熱するヒータ(22)と、
該ヒータ(22)に接続し該ヒータ(22)に供給する電流の経路をなす一対のヒータ配線(23)とを備え、
該一対のヒータ配線(23)のうち少なくとも一方の上記ヒータ配線(23)に、当該ヒータ配線(23)の抵抗を測定するためのセンシング線(24)が接続していることを特徴とする粒子状物質検出センサ(2)。 - 請求項1に記載の上記粒子状物質検出センサ(2)と、該粒子状物質検出センサ(2)に接続した制御回路部(4)とを備える粒子状物質検出システム(1)であって、
上記制御回路部(4)は、上記一対の電極(21)間に堆積した上記粒子状物質の抵抗(RPM)を測定し、その測定値を用いて上記排ガス中の上記粒子状物質の量を算出する測定モードと、上記ヒータ(22)を発熱させ、上記被堆積部(20)に堆積した上記粒子状物質を燃焼する燃焼モードと、を切り替え制御し、
上記制御回路部(4)は、上記測定モードと上記燃焼モードの少なくとも一方において、上記センシング線(24)を用いて測定した上記ヒータ配線(23)の抵抗(RW)の値を使って、個々の上記ヒータ配線(23)の抵抗(RW)の和である配線抵抗(RWab)を算出すると共に、上記ヒータ(22)の抵抗であるヒータ抵抗(RH)と上記配線抵抗(RWab)との合計抵抗(RS)を測定し、該合計抵抗(RS)から上記配線抵抗(RWab)を減算することにより上記ヒータ抵抗(RH)を算出し、該ヒータ抵抗(RH)の算出値を用いて上記ヒータ(22)の温度を算出するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出システム(1)。 - 上記粒子状物質検出センサ(2)は、上記被堆積部(20)と上記電極(21)と上記ヒータ(22)と上記ヒータ配線(23)と上記センシング線(24)とが形成されたセンサ素子(29)と、上記被堆積部(20)を露出させた状態で上記センサ素子(29)を取り囲み、該センサ素子(29)を保持する保持部(26)とを備え、上記ヒータ(22)は上記保持部(26)内に配されておらず、上記センシング線(24)と上記ヒータ配線(23)との接続部(27)は、上記保持部(26)よりも上記ヒータ(22)側に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の粒子状物質検出システム(1)。
- 上記ヒータ(22)は、上記一対のヒータ配線(23)のいずれよりも抵抗が高いことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の粒子状物質検出システム(1)。
- 上記制御回路部(4)は、上記ヒータ(22)が経年劣化する前において互いに同じ温度で測定された、上記ヒータ抵抗(RH)の値であるヒータ抵抗初期値RH0と、上記ヒータ配線(23)の抵抗(RW)の値である配線抵抗初期値RW0とを記憶しており、
上記制御回路部(4)は、上記排ガスを排出するエンジンを停止してから所定時間経過した後、上記ヒータ配線(23)の抵抗RWと上記ヒータ抵抗RHとを測定し、下記式を用いて、上記ヒータ(22)の劣化率kを算出する劣化率算出モードを行い、
k=(RH/RW)/(RH0/RW0)
上記制御回路部(4)は、上記燃焼モードと上記測定モードとの少なくとも一方において、上記劣化率kと上記ヒータ抵抗(RH)との算出値を用いて、上記ヒータ(22)の温度を算出するよう構成されていることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の粒子状物質検出システム(1)。 - 上記制御回路部(4)は、上記ヒータ(22)が経年劣化する前において互いに同じ温度で測定された、上記ヒータ抵抗(RH)の値であるヒータ抵抗初期値RH0と、上記ヒータ配線(23)の抵抗(RW)の値である配線抵抗初期値RW0とを記憶しており、
上記制御回路部(4)は、上記排ガスを排出するエンジンを停止してから所定時間経過した後、上記ヒータ配線(23)の抵抗RWと上記ヒータ抵抗RHとを測定し、下記式を用いて、上記ヒータ(22)の劣化率kを算出する劣化率算出モードを行い、
k=(RH/RW)/(RH0/RW0)
上記制御回路部(4)は、上記劣化率kが予め定められた閾値を超えた場合には、上記ヒータ(22)が故障していると判断するよう構成されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の粒子状物質検出システム(1)。 - 上記制御回路部(4)は、上記測定モードにおいて、算出した上記ヒータ(22)の温度を用いて、上記粒子状物質の抵抗(RPM)の測定値を補正し、その補正した値を用いて、上記粒子状物質の量を算出するよう構成されていることを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載の粒子状物質検出システム(1)。
- 上記制御回路部(4)は、上記燃焼モードにおいて、算出した上記ヒータ(22)の温度が予め定められた範囲内になるように、上記ヒータ(22)に流す電流の量を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項2〜請求項7のいずれか一項に記載の粒子状物質検出システム(1)。
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