JP2017156128A - Leak amount detector and leak amount detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスセンサのリーク量を検出するリーク量検出装置およびリーク量検出方法に関する。 The present invention relates to a leak amount detection device and a leak amount detection method for detecting a leak amount of a gas sensor.
内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
このようなガスセンサでは、排気管に取り付けられたガスセンサを介して排気管の内部から外部へ排気ガスが漏れるおそれがある。従来、このような排気ガスのリーク量を測定するために、ガスセンサのガス検知部側に高圧ガスを噴きかけてガスセンサから漏れてくるガスの量を検出していた。
A gas sensor that detects the concentration of a specific gas in exhaust gas discharged from an internal combustion engine is known (see, for example, Patent Document 1).
In such a gas sensor, the exhaust gas may leak from the inside of the exhaust pipe to the outside through the gas sensor attached to the exhaust pipe. Conventionally, in order to measure the amount of exhaust gas leakage, high-pressure gas is sprayed on the gas detection side of the gas sensor to detect the amount of gas leaking from the gas sensor.
しかし、ガスセンサに高圧ガスを噴きかける方法では、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態におけるリーク量を評価することができないという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態に対応したリーク量を検出することを目的とする。
However, the method of spraying high-pressure gas on the gas sensor has a problem in that it is not possible to evaluate the amount of leakage when the gas sensor is actually attached to the exhaust pipe.
The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to detect a leak amount corresponding to a state in which a gas sensor is actually attached to an exhaust pipe.
上記目的を達成するためになされた第１発明は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられるガスセンサを介して排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出するリーク量検出装置である。 In order to achieve the above object, a first invention is directed to the interior of an exhaust pipe through a gas sensor attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine in order to detect the concentration of a specific gas contained in the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine. This is a leak amount detection device for detecting the leak amount of exhaust gas leaking from the outside to the outside.
そして、第１発明のリーク量検出装置は、ガス生成部と、検出用排気管と、測定部と、パラメータ算出部と、リーク量算出部とを備える。
ガス生成部は、互いに異なる複数の空気過剰率を有する検出用ガスをそれぞれ生成する。検出用排気管は、ガス生成部により生成された検出用ガスを内部に流す。測定部は、ガス生成部により複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、複数の空気過剰率のそれぞれについて、検出用排気管に取り付けられたガスセンサのセンサ出力を測定する。パラメータ算出部は、センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値になるときの空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出する。リーク量算出部は、リーク算出用パラメータとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、パラメータ算出部で算出されたリーク算出用パラメータからリーク量を算出する。
The leak amount detection device of the first invention includes a gas generation unit, a detection exhaust pipe, a measurement unit, a parameter calculation unit, and a leak amount calculation unit.
The gas generation unit generates detection gases having a plurality of air excess ratios different from each other. The detection exhaust pipe allows the detection gas generated by the gas generation unit to flow inside. The measurement unit sequentially generates detection gases having a plurality of excess air ratios using the gas generation unit, and measures the sensor output of the gas sensor attached to the detection exhaust pipe for each of the plurality of excess air ratios. The parameter calculation unit calculates an excess air ratio when the sensor output becomes a preset leak calculation determination value as a leak calculation parameter. The leak amount calculation unit calculates the leak amount from the leak calculation parameter calculated by the parameter calculation unit based on a leak amount characteristic in which a correspondence relationship between the leak calculation parameter and the leak amount is set in advance.
このように構成された第１発明のリーク量検出装置は、検出用排気管にガスセンサを取りつけて、検出用排気管の内部に検出用ガスを流すことにより、ガスセンサのリーク量を算出する。したがって、第１発明のリーク量検出装置は、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態に対応したリーク量を検出することができる。 The leak amount detection apparatus according to the first aspect of the present invention thus configured calculates the leak amount of the gas sensor by attaching the gas sensor to the detection exhaust pipe and flowing the detection gas into the detection exhaust pipe. Therefore, the leak amount detection device of the first invention can detect the leak amount corresponding to the state where the gas sensor is actually attached to the exhaust pipe.
また第１発明のリーク量検出装置では、検出用ガスは、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスであるようにしてもよい。これにより、第１発明のリーク量検出装置は、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度をガスセンサが検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。 In the leak amount detection device according to the first aspect of the invention, the detection gas may be a model gas that simulates the content of each component contained in the exhaust gas. Thus, the leak amount detection device of the first invention can more accurately reproduce the environment when the gas sensor detects the concentration of the specific gas contained in the exhaust gas, and the gas sensor is actually attached to the exhaust pipe. It is possible to improve the detection accuracy of the leak amount in the state of being.
また第１発明のリーク量検出装置では、ガス生成部は、排気ガスが内燃機関の排気管の内部を流れるのと同じ流速で、検出用ガスが検出用排気管の内部を流れるように検出用ガスを生成するようにしてもよい。これにより、第１発明のリーク量検出装置は、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度をガスセンサが検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。 In the leak amount detection device according to the first aspect of the present invention, the gas generator is configured to detect the exhaust gas so that the detection gas flows through the detection exhaust pipe at the same flow rate as the exhaust gas flows through the exhaust pipe of the internal combustion engine. Gas may be generated. Thus, the leak amount detection device of the first invention can more accurately reproduce the environment when the gas sensor detects the concentration of the specific gas contained in the exhaust gas, and the gas sensor is actually attached to the exhaust pipe. It is possible to improve the detection accuracy of the leak amount in the state of being.
上記目的を達成するためになされた第２発明は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられるガスセンサを介して排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出するリーク量検出方法である。 In order to achieve the above object, the second invention is directed to the interior of the exhaust pipe through a gas sensor attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine in order to detect the concentration of the specific gas contained in the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine. This is a leak amount detection method for detecting the leak amount of exhaust gas leaking from the outside to the outside.
そして、第２発明のリーク量検出方法は、測定手順と、パラメータ算出手順と、リーク量算出手順とを備える。測定手順は、複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、複数の空気過剰率のそれぞれについて、検出用ガスを内部に流す検出用排気管に取り付けられたガスセンサのセンサ出力を測定する。パラメータ算出手順は、センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値になるときの空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出する。リーク量算出手順は、リーク算出用パラメータとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、パラメータ算出部で算出されたリーク算出用パラメータからリーク量を算出する。 The leak amount detection method of the second invention includes a measurement procedure, a parameter calculation procedure, and a leak amount calculation procedure. The measurement procedure is to sequentially generate detection gases having a plurality of excess air ratios and measure the sensor output of a gas sensor attached to a detection exhaust pipe through which the detection gas flows for each of the plurality of excess air ratios. To do. In the parameter calculation procedure, an excess air ratio when the sensor output becomes a preset leak calculation determination value is calculated as a leak calculation parameter. In the leak amount calculation procedure, the leak amount is calculated from the leak calculation parameter calculated by the parameter calculation unit based on a leak amount characteristic in which the correspondence relationship between the leak calculation parameter and the leak amount is set in advance.
第２発明のリーク量検出方法は、第１発明のリーク量検出装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、第１発明のリーク量検出装置と同様の効果を得ることができる。 The leak amount detection method of the second invention is a method executed by the leak amount detection device of the first invention, and the same effect as the leak amount detection device of the first invention is obtained by executing the method. Can do.
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態のガスセンサ評価装置１は、図１に示すように、ガス生成部２と、ガス供給部３と、評価制御部４を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a gas sensor evaluation apparatus 1 according to an embodiment to which the present invention is applied includes a gas generation unit 2, a gas supply unit 3, and an evaluation control unit 4.
ガス生成部２は、貯蔵部１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９と、流量調整部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９とを備える。
貯蔵部１１は、窒素（Ｎ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１２は、二酸化炭素（ＣＯ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１３は、酸素（Ｏ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１４は、一酸化炭素（ＣＯ）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１５は、水素（Ｈ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１６は、プロパン（Ｃ３Ｈ８）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１７は、メタン（ＣＨ４）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１８は、一酸化窒素（ＮＯ）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１９は、水（Ｈ２Ｏ）を貯蔵するタンクである。
The gas generation unit 2 includes storage units 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 and flow rate adjustment units 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29. .
The storage unit 11 is a tank that stores nitrogen (N 2 ). The storage unit 12 is a tank that stores carbon dioxide (CO 2 ). The storage unit 13 is a tank that stores oxygen (O 2 ). The storage unit 14 is a tank that stores carbon monoxide (CO). The storage unit 15 is a tank that stores hydrogen (H 2 ). The storage unit 16 is a tank that stores propane (C 3 H 8 ). The storage unit 17 is a tank that stores methane (CH 4 ). The storage unit 18 is a tank that stores nitric oxide (NO). The storage unit 19 is a tank that stores water (H 2 O).
流量調整部２１は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１１から流出する窒素の量を調整する。流量調整部２２は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１２から流出する二酸化炭素の量を調整する。流量調整部２３は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１３から流出する酸素の量を調整する。流量調整部２４は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１４から流出する一酸化炭素の量を調整する。流量調整部２５は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１５から流出する水素の量を調整する。流量調整部２６は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１６から流出するプロパンの量を調整する。流量調整部２７は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１７から流出するメタンの量を調整する。流量調整部２８は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１８から流出する一酸化窒素の量を調整する。流量調整部２９は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１９から流出する水の量を調整する。 The flow rate adjustment unit 21 adjusts the amount of nitrogen flowing out of the storage unit 11 in accordance with an instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjustment unit 22 adjusts the amount of carbon dioxide flowing out of the storage unit 12 in accordance with an instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjusting unit 23 adjusts the amount of oxygen flowing out of the storage unit 13 in accordance with an instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjusting unit 24 adjusts the amount of carbon monoxide flowing out of the storage unit 14 in accordance with an instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjusting unit 25 adjusts the amount of hydrogen flowing out of the storage unit 15 in accordance with the instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjusting unit 26 adjusts the amount of propane flowing out from the storage unit 16 in accordance with an instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjustment unit 27 adjusts the amount of methane flowing out of the storage unit 17 in accordance with the instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjustment unit 28 adjusts the amount of nitric oxide flowing out of the storage unit 18 in accordance with an instruction from the evaluation control unit 4. The flow rate adjusting unit 29 adjusts the amount of water flowing out of the storage unit 19 in accordance with the instruction from the evaluation control unit 4.
ガス生成部２は、流量調整部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８から流出する気体と、流量調整部２９から流出する水とを混合することにより、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスを生成する。 The gas generating unit 2 is included in the exhaust gas by mixing the gas flowing out from the flow rate adjusting units 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, and the water flowing out from the flow rate adjusting unit 29. A model gas simulating the content of each component is generated.
ガス供給部３は、評価用排気管３１と、発熱部３２を備える。評価用排気管３１は、実車の排気管を模して筒状に形成された金属製の部材である。ガス生成部２により生成されたモデルガスは、評価用排気管３１内を流れる。評価用排気管３１には、評価対象となる酸素センサ１０１が取り付けられる。酸素センサ１０１は、評価用排気管３１内を流れるモデルガスに含まれる酸素の濃度に応じた電圧をセンサ出力として出力する。 The gas supply unit 3 includes an evaluation exhaust pipe 31 and a heat generating unit 32. The evaluation exhaust pipe 31 is a metal member that is formed in a cylindrical shape imitating the exhaust pipe of an actual vehicle. The model gas generated by the gas generator 2 flows through the evaluation exhaust pipe 31. An oxygen sensor 101 to be evaluated is attached to the evaluation exhaust pipe 31. The oxygen sensor 101 outputs a voltage corresponding to the concentration of oxygen contained in the model gas flowing in the evaluation exhaust pipe 31 as a sensor output.
発熱部３２は、評価用排気管３１の外周に取り付けられ、評価制御部４からの指示に従って、評価用排気管３１を加熱することにより、評価用排気管３１の温度を調整する。
酸素センサ１０１は、図２に示すように、検出素子１０２、セラミックヒータ１０３およびケーシング１０４を備える。なお、図２では、酸素センサ１０１の先端側が下方側で、後端側が上方側となるように示している。
The heat generating unit 32 is attached to the outer periphery of the evaluation exhaust pipe 31 and adjusts the temperature of the evaluation exhaust pipe 31 by heating the evaluation exhaust pipe 31 according to an instruction from the evaluation control unit 4.
As shown in FIG. 2, the oxygen sensor 101 includes a detection element 102, a ceramic heater 103, and a casing 104. In FIG. 2, the oxygen sensor 101 is shown such that the front end side is the lower side and the rear end side is the upper side.
検出素子１０２は、ＺｒＯ２を主成分とする固体電解質体により軸線方向（図２の上下方向）に延びて先端が閉じた有底筒状に形成されている。セラミックヒータ１０３は、棒状に形成されており、検出素子１０２内に配置されて検出素子１０２を加熱する。ケーシング１０４は、酸素センサ１０１の内部構造物を収容するとともに酸素センサ１０１を排気管等の取付部に固定するための部材である。 The detection element 102 is formed in a bottomed cylindrical shape extending in the axial direction (vertical direction in FIG. 2) and closed at the tip by a solid electrolyte body mainly composed of ZrO 2 . The ceramic heater 103 is formed in a rod shape and is disposed in the detection element 102 to heat the detection element 102. The casing 104 is a member for housing the internal structure of the oxygen sensor 101 and fixing the oxygen sensor 101 to an attachment portion such as an exhaust pipe.
またケーシング１０４は、検出素子１０２を保持するとともにその先端側の検出部１２５を排気管等の内部に突出させる主体金具１０５と、主体金具１０５の上部に延びて検出素子１０２との間で基準ガス空間を形成する外筒１０６とを備える。 The casing 104 holds the detection element 102 and extends the detection part 125 at the front end thereof into the exhaust pipe or the like, and extends to the upper part of the metal shell 105 so that the reference gas is between the detection element 102 and the casing 104. And an outer cylinder 106 forming a space.
主体金具１０５は、円筒状の本体を有する。そして主体金具１０５は、検出素子１０２を下方から支持する支持部材１５１と、支持部材１５１の上部に充填される滑石粉末からなる充填部材１５２と、充填部材１５２を上方から押圧するスリーブ１５３等を内部に収容する。 The metal shell 105 has a cylindrical main body. The metal shell 105 includes a support member 151 that supports the detection element 102 from below, a filling member 152 made of talc powder that fills the upper portion of the support member 151, a sleeve 153 that presses the filling member 152 from above, and the like. To house.
すなわち、主体金具１０５の下端側の内周には、内向きに突出した段部１５４が設けられており、この段部１５４にパッキン１５５を介して支持部材１５１が支持されることにより、検出素子１０２が下方から支持されている。そして、支持部材１５１の上側における主体金具１０５の内周面と検出素子１０２の外周面との間に充填部材１５２が配置され、さらに充填部材１５２の上側に筒状のスリーブ１５３およびパッキン１５６が順次同軸状に挿入された状態で主体金具１０５の上端部が内方（下方）に加締められる。これにより、充填部材１５２が加圧充填され、検出素子１０２が主体金具１０５に対してしっかりと固定される。 In other words, a step portion 154 that protrudes inward is provided on the inner periphery on the lower end side of the metal shell 105, and the support member 151 is supported by the step portion 154 via the packing 155, thereby detecting the detection element. 102 is supported from below. A filling member 152 is disposed between the inner peripheral surface of the metal shell 105 on the upper side of the support member 151 and the outer peripheral surface of the detection element 102, and a cylindrical sleeve 153 and a packing 156 are sequentially placed on the upper side of the filling member 152. The upper end portion of the metal shell 105 is crimped inward (downward) while being inserted coaxially. Thereby, the filling member 152 is pressurized and filled, and the detection element 102 is firmly fixed to the metal shell 105.
また、主体金具１０５の下端側外周には、検出素子１０２の突出部分を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ１５７，１５８が溶接によって取り付けられている。 In addition, on the outer periphery on the lower end side of the metal shell 105, metal double protectors 157 and 158 having a plurality of holes and covering the protruding portion of the detection element 102 are attached by welding.
外筒１０６は、その下端開口部内に主体金具１０５の上部を嵌め込んだ状態で溶接が施されることにより、主体金具１０５に装着される。
外筒１０６の上端開口部の近傍には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ１０７が挿入されている。
The outer cylinder 106 is attached to the metal shell 105 by being welded with the upper portion of the metal shell 105 fitted in the lower end opening thereof.
An insulating separator 107 formed in a cylindrical shape with ceramic is inserted in the vicinity of the upper end opening of the outer cylinder 106.
セパレータ１０７は、その軸方向中央付近の外周面に、径方向外側に突出したフランジ部１７１を有している。このセパレータ１０７は、フランジ部１７１に係止する金属製の筒状の保持部材１０８を介して、外筒１０６の内部に保持されている。 The separator 107 has a flange portion 171 protruding outward in the radial direction on the outer peripheral surface near the center in the axial direction. The separator 107 is held inside the outer cylinder 106 via a metal cylindrical holding member 108 that is engaged with the flange portion 171.
またセパレータ１０７は、後端面１７２から先端面１７３に向けて貫通する複数の挿通孔１７４と、セラミックヒータ１０３の後端部１３１を収容可能に先端面１７３に形成された凹部１７５とを備えている。そしてセパレータ１０７は、検出素子１０２の外周面に配置された外側電極１２６からリード線１２１の先端に延びる端子金具１０９と、検出素子１０２の内周面に配置された内側電極１２７からリード線１２２の先端に延びる端子金具１１０とをそれぞれ異なる挿通孔１７４内に収容して、端子金具１０９と端子金具１１０との絶縁性と、端子金具１０９，１１０と外筒１０６との絶縁性とを保持している。 The separator 107 also includes a plurality of insertion holes 174 that penetrate from the rear end surface 172 toward the front end surface 173, and a recess 175 formed in the front end surface 173 so as to accommodate the rear end portion 131 of the ceramic heater 103. . The separator 107 includes a terminal fitting 109 extending from the outer electrode 126 disposed on the outer peripheral surface of the detection element 102 to the tip of the lead wire 121, and an inner electrode 127 disposed on the inner peripheral surface of the detection element 102. The terminal fitting 110 extending to the tip is accommodated in different insertion holes 174 to maintain the insulation between the terminal fitting 109 and the terminal fitting 110 and the insulation between the terminal fitting 109, 110 and the outer tube 106. Yes.
外筒１０６の上部開口部は、フッ素系樹脂製のグロメット１１１により閉塞されており、このグロメット１１１を貫いてリード線１２１，１２２が配置されている。
図１に示す評価制御部４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、ガス生成部２とガス供給部３を制御するための各種処理を実行する。
The upper opening of the outer cylinder 106 is closed by a grommet 111 made of fluorine resin, and lead wires 121 and 122 are disposed through the grommet 111.
The evaluation control unit 4 shown in FIG. 1 is composed mainly of a well-known microcomputer comprising a CPU, ROM, RAM, I / O and a bus line connecting these components, and is based on a program stored in the ROM. Various processes for controlling the gas generation unit 2 and the gas supply unit 3 are executed.
評価制御部４は、図３に示すように、モデルガスの空気過剰率λと、酸素、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、プロパン、メタン、窒素、二酸化炭素および水の含有量との対応関係を示すモデルガス組成表４１を記憶している。評価制御部４は、モデルガス組成表４１を参照することによって、モデルガスの空気過剰率λに対応した酸素、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、プロパン、メタン、窒素、二酸化炭素および水の含有量をガス生成部２に指示する。 As shown in FIG. 3, the evaluation control unit 4 corresponds to the excess air ratio λ of the model gas and the contents of oxygen, carbon monoxide, hydrogen, nitric oxide, propane, methane, nitrogen, carbon dioxide, and water. A model gas composition table 41 indicating the relationship is stored. By referring to the model gas composition table 41, the evaluation control unit 4 performs oxygen, carbon monoxide, hydrogen, nitrogen monoxide, propane, methane, nitrogen, carbon dioxide and water corresponding to the excess air ratio λ of the model gas. The content is instructed to the gas generator 2.
このように構成されたガスセンサ評価装置１において、評価制御部４は、リーク量検出処理を実行する。このリーク量検出処理は、リーク量検出処理の実行を指示する実行指令が評価制御部４に入力されると、その処理を開始する。 In the gas sensor evaluation apparatus 1 configured as described above, the evaluation control unit 4 executes a leak amount detection process. The leak amount detection process is started when an execution command that instructs execution of the leak amount detection process is input to the evaluation control unit 4.
リーク量検出処理が実行されると、評価制御部４は、図４に示すように、まずＳ１０にて、予め設定された複数の空気過剰率λとなるモデルガスを、空気過剰率が小さい順から順次生成し、予め設定された検出用流速（本実施形態では７．７ｍ／ｓ）で評価用排気管３１に流し、複数の空気過剰率λのそれぞれについて、酸素センサ１０１のセンサ出力Ｖｏを検出する。本実施形態では、例えば、モデルガス組成表４１が記憶している２１の空気過剰率λ（すなわち、０．９９７２，０，９９８２，・・・，１．００１１，１．００１６）でモデルガスを生成し、２１の空気過剰率λのそれぞれにおけるセンサ出力Ｖｏを検出する。なお検出用流速は、内燃機関の排気管の内部を排気ガスが流れる流速として設定されている。 When the leak amount detection process is executed, as shown in FIG. 4, the evaluation control unit 4 first selects a model gas having a plurality of preset excess air ratios λ in order of increasing excess air ratio in S10. From the oxygen sensor 101 for each of the plurality of excess air ratios λ. The sensor output Vo is generated for each of the plurality of excess air ratios λ. To detect. In the present embodiment, for example, the model gas is supplied at an air excess ratio λ of 21 stored in the model gas composition table 41 (that is, 0.9972, 0, 9982, ..., 1.0011, 1.0016). And the sensor output Vo at each of the 21 excess air ratios λ is detected. The detection flow velocity is set as a flow velocity at which the exhaust gas flows inside the exhaust pipe of the internal combustion engine.
次にＳ２０にて、Ｓ１０での検出結果に基づいて、センサ出力Ｖｏが予め設定されたリーク算出用判定値（本実施形態では、４５０ｍＶ）になるときの空気過剰率λをリーク算出用パラメータＳλとして算出する。 Next, in S20, based on the detection result in S10, the excess air ratio λ when the sensor output Vo becomes a preset leak calculation determination value (450 mV in the present embodiment) is set as the leak calculation parameter Sλ. Calculate as
そしてＳ３０にて、リーク算出用パラメータＳλとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量算出式Ｆを用いて、Ｓ２０で算出されたリーク算出用パラメータＳλからリーク量を算出し、リーク量検出処理を終了する。 In S30, the leak amount is calculated from the leak calculation parameter Sλ calculated in S20 by using the leak amount calculation formula F in which the correspondence between the leak calculation parameter Sλ and the leak amount is set in advance. The detection process ends.
リーク量算出式は、以下の手順で設定される。まず、リーク量が既に測定された複数の酸素センサ１０１（以下、試験サンプル）を用意する。本実施形態では、リーク量がそれぞれ０．２１ｃｃ，０．１３ｃｃ，０．４２ｃｃ，０．４１ｃｃ，０．６７ｃｃ，０．５ｃｃ，１．３１ｃｃ，１．４２ｃｃである８個の試験サンプルを用意した。そして、８個の試験サンプルについて、ガスセンサ評価装置１を用いて、空気過剰率λとセンサ出力Ｖｏとの対応関係を測定する。試験条件として、試験用ガスの温度を４５０℃、試験用ガスの流速を７．７ｍ／ｓ、ガスセンサの検出素子の温度を６００℃とした。図５は、上記の８個の試験サンプルにおける空気過剰率λとセンサ出力Ｖｏとの対応関係を示す。そして、上記の８個の試験サンプルのセンサ出力Ｖｏが４５０ｍＶ（図５の直線Ｌｓを参照）であるときの空気過剰率λをリーク算出用パラメータＳλとして算出する。 The leak amount calculation formula is set by the following procedure. First, a plurality of oxygen sensors 101 (hereinafter referred to as test samples) whose leakage amounts have already been measured are prepared. In this embodiment, eight test samples having leak amounts of 0.21 cc, 0.13 cc, 0.42 cc, 0.41 cc, 0.67 cc, 0.5 cc, 1.31 cc, and 1.42 cc, respectively, were prepared. . Then, the correspondence relationship between the excess air ratio λ and the sensor output Vo is measured for the eight test samples using the gas sensor evaluation apparatus 1. As test conditions, the temperature of the test gas was 450 ° C., the flow rate of the test gas was 7.7 m / s, and the temperature of the detection element of the gas sensor was 600 ° C. FIG. 5 shows a correspondence relationship between the excess air ratio λ and the sensor output Vo in the eight test samples. Then, the excess air ratio λ when the sensor output Vo of the eight test samples is 450 mV (see the straight line Ls in FIG. 5) is calculated as the leak calculation parameter Sλ.
酸素センサ１０１では、検出素子１０２の内側と外側とで酸素の濃度が異なり、この濃度勾配により起電力（センサ出力Ｖｏ）が発生する。リーク量が多い酸素センサ１０１では、外部の空気が検出素子１０２の外側に侵入するため、検出素子１０２の外側における酸素濃度が高くなる。したがって、リーク量が多い酸素センサ１０１では、検出素子１０２の内側と外側との間で濃度勾配が小さくなり、センサ出力Ｖｏが４５０ｍＶであるときの空気過剰率λ（すなわち、リーク算出用パラメータＳλ）が小さくなる。 In the oxygen sensor 101, the oxygen concentration is different between the inside and the outside of the detection element 102, and an electromotive force (sensor output Vo) is generated by this concentration gradient. In the oxygen sensor 101 having a large amount of leakage, since external air enters the outside of the detection element 102, the oxygen concentration on the outside of the detection element 102 increases. Therefore, in the oxygen sensor 101 having a large leak amount, the concentration gradient between the inside and the outside of the detection element 102 becomes small, and the excess air ratio λ when the sensor output Vo is 450 mV (that is, the leak calculation parameter Sλ). Becomes smaller.
これにより、図６に示すように、８個の試験サンプルについて、リーク量とリーク算出用パラメータＳλとの対応関係を算出することができる。そして、本実施形態では、リーク量Ｑｌとリーク算出用パラメータＳλとの対応関係を一次関数で表すことで、下式（１）に示すリーク量算出式Ｆを設定した。 Thereby, as shown in FIG. 6, it is possible to calculate the correspondence between the leak amount and the leak calculation parameter Sλ for the eight test samples. In this embodiment, the leak amount calculation formula F shown in the following equation (1) is set by expressing the correspondence between the leak amount Ql and the leak calculation parameter Sλ by a linear function.
Ｓλ ＝ −０．０００５×Ｑｌ ＋ ０．９９９８ ・・・（１）
このように構成されたガスセンサ評価装置１は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられる酸素センサ１０１を介して排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出する。
Sλ = −0.0005 × Ql + 0.9998 (1)
The gas sensor evaluation apparatus 1 configured in this manner is provided from the inside of the exhaust pipe via the oxygen sensor 101 attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine in order to detect the concentration of oxygen contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. Detects the amount of exhaust gas leaking to the outside.
ガスセンサ評価装置１は、ガス生成部２と、評価用排気管３１とを備える。ガス生成部２は、互いに異なる複数の空気過剰率λを有するモデルガスをそれぞれ生成する。評価用排気管３１は、ガス生成部２により生成されたモデルガスを内部に流す。 The gas sensor evaluation apparatus 1 includes a gas generation unit 2 and an evaluation exhaust pipe 31. The gas generator 2 generates model gases having a plurality of different air excess ratios λ. The evaluation exhaust pipe 31 allows the model gas generated by the gas generator 2 to flow inside.
ガスセンサ評価装置１は、ガス生成部２により複数の空気過剰率λを有するモデルガスを順次生成させて、複数の空気過剰率λのそれぞれについて、評価用排気管３１に取り付けられた酸素センサ１０１のセンサ出力Ｖｏを測定する（Ｓ１０）。またガスセンサ評価装置１は、センサ出力Ｖｏが予め設定されたリーク算出用判定値になるときの空気過剰率λをリーク算出用パラメータＳλとして算出する（Ｓ２０）。そしてガスセンサ評価装置１は、リーク算出用パラメータＳλとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量算出式Ｆに基づいて、算出されたリーク算出用パラメータＳλからリーク量を算出する（Ｓ３０）。 The gas sensor evaluation apparatus 1 causes the gas generation unit 2 to sequentially generate model gases having a plurality of excess air ratios λ, and the oxygen sensor 101 attached to the evaluation exhaust pipe 31 for each of the plurality of excess air ratios λ. The sensor output Vo is measured (S10). Further, the gas sensor evaluation apparatus 1 calculates the excess air ratio λ when the sensor output Vo becomes a preset leak calculation determination value as the leak calculation parameter Sλ (S20). The gas sensor evaluation apparatus 1 calculates the leak amount from the calculated leak calculation parameter Sλ based on the leak amount calculation formula F in which the correspondence between the leak calculation parameter Sλ and the leak amount is set in advance (S30). .
このようにガスセンサ評価装置１は、評価用排気管３１に酸素センサ１０１を取りつけて、評価用排気管３１の内部にモデルガスに流すことにより、酸素センサ１０１のリーク量を算出する。したがって、ガスセンサ評価装置１は、実際に酸素センサ１０１が排気管に取り付けられている状態に対応したリーク量を検出することができる。 As described above, the gas sensor evaluation apparatus 1 calculates the leak amount of the oxygen sensor 101 by attaching the oxygen sensor 101 to the evaluation exhaust pipe 31 and flowing the model gas into the evaluation exhaust pipe 31. Therefore, the gas sensor evaluation apparatus 1 can detect the leak amount corresponding to the state where the oxygen sensor 101 is actually attached to the exhaust pipe.
またガスセンサ評価装置１では、評価用排気管３１の内部を流れるガスは、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスである。これにより、ガスセンサ評価装置１は、排気ガスに含まれる酸素の濃度を酸素センサ１０１が検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際に酸素センサ１０１が排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。 In the gas sensor evaluation apparatus 1, the gas flowing inside the evaluation exhaust pipe 31 is a model gas that simulates the content of each component contained in the exhaust gas. Thereby, the gas sensor evaluation apparatus 1 can more accurately reproduce the environment when the oxygen sensor 101 detects the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, and the oxygen sensor 101 is actually attached to the exhaust pipe. The detection accuracy of the leak amount in the state can be improved.
またガスセンサ評価装置１では、ガス生成部２は、排気ガスが内燃機関の排気管の内部を流れるのと同じ流速で、モデルガスが評価用排気管３１の内部を流れるようにモデルガスを生成する。これにより、ガスセンサ評価装置１は、排気ガスに含まれる酸素の濃度を酸素センサ１０１が検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際に酸素センサ１０１が排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。 In the gas sensor evaluation apparatus 1, the gas generator 2 generates the model gas so that the model gas flows in the evaluation exhaust pipe 31 at the same flow rate as the exhaust gas flows in the exhaust pipe of the internal combustion engine. . Thereby, the gas sensor evaluation apparatus 1 can more accurately reproduce the environment when the oxygen sensor 101 detects the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, and the oxygen sensor 101 is actually attached to the exhaust pipe. The detection accuracy of the leak amount in the state can be improved.
以上説明した実施形態において、ガスセンサ評価装置１は本発明におけるリーク量検出装置、酸素センサ１０１は本発明におけるガスセンサ、評価用排気管３１は本発明における検出用排気管である。 In the embodiment described above, the gas sensor evaluation apparatus 1 is the leak amount detection apparatus in the present invention, the oxygen sensor 101 is the gas sensor in the present invention, and the evaluation exhaust pipe 31 is the detection exhaust pipe in the present invention.
また、Ｓ１０の処理は本発明における測定部および測定手順、Ｓ２０の処理は本発明におけるパラメータ算出部およびパラメータ算出手順、Ｓ３０の処理は本発明におけるリーク量算出部およびリーク量算出手順である。 Further, the process of S10 is the measurement unit and the measurement procedure in the present invention, the process of S20 is the parameter calculation unit and the parameter calculation procedure in the present invention, and the process of S30 is the leak amount calculation unit and the leak amount calculation procedure in the present invention.
また、酸素は本発明における特定ガス、ガス生成部２により生成されるモデルガスは本発明における検出用ガス、リーク量算出式Ｆは本発明におけるリーク量特性である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
Further, oxygen is a specific gas in the present invention, a model gas generated by the gas generating unit 2 is a detection gas in the present invention, and a leak amount calculation formula F is a leak amount characteristic in the present invention.
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.
例えば上記実施形態では、酸素センサのリーク量を検出するものを示したが、本発明は酸素センサに限定されるものではなく、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられるガスセンサであればよい。 For example, in the above embodiment, the oxygen sensor leak amount detection is shown. However, the present invention is not limited to the oxygen sensor, and detects the concentration of a specific gas contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. In order to do so, any gas sensor that is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine may be used.
１…ガスセンサ評価装置、２…ガス生成部、３…ガス供給部、４…評価制御部、３１…評価用排気管、１０１…酸素センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas sensor evaluation apparatus, 2 ... Gas production | generation part, 3 ... Gas supply part, 4 ... Evaluation control part, 31 ... Exhaust pipe for evaluation, 101 ... Oxygen sensor
Claims (4)
互いに異なる複数の空気過剰率を有する検出用ガスをそれぞれ生成するガス生成部と、
前記ガス生成部により生成された前記検出用ガスを内部に流す検出用排気管と、
前記ガス生成部により前記複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、前記複数の空気過剰率のそれぞれについて、前記検出用排気管に取り付けられた前記ガスセンサのセンサ出力を測定する測定部と、
前記センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値になるときの前記空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出するパラメータ算出部と、
前記リーク算出用パラメータと前記リーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、前記パラメータ算出部で算出された前記リーク算出用パラメータから前記リーク量を算出するリーク量算出部と
を備えるリーク量検出装置。 In order to detect the concentration of the specific gas contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the amount of exhaust gas leaking from the inside of the exhaust pipe to the outside is detected via a gas sensor attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine. A leak amount detection device,
A gas generation unit that generates detection gases having a plurality of different air excess ratios,
An exhaust pipe for detection for flowing the detection gas generated by the gas generation unit;
Measurement in which the gas generating unit sequentially generates detection gases having a plurality of excess air ratios and measures sensor outputs of the gas sensors attached to the detection exhaust pipes for each of the plurality of excess air ratios. And
A parameter calculation unit that calculates the excess air ratio as a leak calculation parameter when the sensor output becomes a predetermined leak calculation determination value;
A leak amount calculation unit that calculates the leak amount from the leak calculation parameter calculated by the parameter calculation unit based on a leak amount characteristic in which a correspondence relationship between the leak calculation parameter and the leak amount is set in advance; A leak amount detection device comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載のリーク量検出装置。 The leak amount detection device according to claim 1, wherein the detection gas is a model gas simulating the content of each component contained in the exhaust gas.
前記排気ガスが前記内燃機関の前記排気管の内部を流れるのと同じ流速で、前記検出用ガスが前記検出用排気管の内部を流れるように前記検出用ガスを生成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリーク量検出装置。 The gas generator is
The detection gas is generated such that the detection gas flows through the detection exhaust pipe at the same flow rate as the exhaust gas flows through the exhaust pipe of the internal combustion engine. The leak amount detection apparatus according to claim 1 or 2.
複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、前記複数の空気過剰率のそれぞれについて、前記検出用ガスを内部に流す検出用排気管に取り付けられた前記ガスセンサのセンサ出力を測定する測定手順と、
前記センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値になるときの前記空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出するパラメータ算出手順と、
前記リーク算出用パラメータと前記リーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、前記パラメータ算出部で算出された前記リーク算出用パラメータから前記リーク量を算出するリーク量算出手順と
を備えるリーク量検出方法。 In order to detect the concentration of the specific gas contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the amount of exhaust gas leaking from the inside of the exhaust pipe to the outside is detected via a gas sensor attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine. A leak amount detection method,
A detection gas having a plurality of excess air ratios is sequentially generated, and for each of the plurality of excess air ratios, a sensor output of the gas sensor attached to a detection exhaust pipe through which the detection gas flows is measured. Measurement procedure;
A parameter calculation procedure for calculating the excess air ratio as a leak calculation parameter when the sensor output becomes a preset determination value for leak calculation;
A leak amount calculation procedure for calculating the leak amount from the leak calculation parameter calculated by the parameter calculation unit based on a leak amount characteristic in which a correspondence relationship between the leak calculation parameter and the leak amount is set in advance; A leak amount detection method comprising:
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