JP2019032188A - Particle detection apparatus and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微粒子を検出する微粒子検出装置とこの微粒子検出装置を備えた車両に関する。 The present invention relates to a fine particle detection device for detecting fine particles and a vehicle equipped with the fine particle detection device.
炭化水素を含む燃料を燃焼する内燃機関を備えた車両では、炭化水素の燃焼に伴い、排気中にカーボンを含んだ微粒子(PM)が生じることがある。カーボンを含んだ微粒子の大気への排出を制限するために、排気中の微粒子(PM)を検出する微粒子検出装置が提案されている。こうした微粒子検出装置としてコロナ放電を利用したものが知られている(例えば下記特許文献1参照)。コロナ放電を用いた微粒子検出装置では、コロナ電流を制御して、コロナ放電により一定量のイオンを発生させる。このイオンの一部は微粒子に付着して微粒子を帯電させるから、帯電微粒子が外部、つまり大気に出て行くことで生じるイオン電流を測定すれば、微粒子量を測定することができる。 In a vehicle equipped with an internal combustion engine that burns fuel containing hydrocarbons, particulate matter (PM) containing carbon may be generated in the exhaust gas as the hydrocarbons burn. In order to limit the discharge of fine particles containing carbon to the atmosphere, a fine particle detection device that detects fine particles (PM) in exhaust gas has been proposed. A device using corona discharge is known as such a fine particle detection device (for example, see Patent Document 1 below). In the particle detector using corona discharge, a corona current is controlled to generate a certain amount of ions by corona discharge. Since some of these ions adhere to the fine particles to charge the fine particles, the amount of fine particles can be measured by measuring the ionic current generated when the charged fine particles go outside, that is, to the atmosphere.
上記特許文献1の微粒子測定の技術は、コロナ電流を安定化した上でイオン電流を測定し、微粒子量を測定する優れたものであるが、コロナ電流を安定化していても、放電部の放電インピーダンスが大きく変動する場合があり、測定上の精度に影響を与えることがあった。 The technique of fine particle measurement described in Patent Document 1 is excellent in that the ion current is measured after stabilizing the corona current and the amount of fine particles is measured. Impedance may fluctuate greatly, which may affect measurement accuracy.
こうした放電インピーダンスの変動は、微粒子測定装置が置かれた環境、例えば車両の排気通路において排気中の微粒子を測定している場合を想定すると、内燃機関の過渡時など、急激排気量が増加する場合や微粒子量が急増する場合に生じる。かかるインピーダンスの変動は、コロナ電流の安定化によっては、除去もしくは平滑化し得ないほど大きい。 Such fluctuations in discharge impedance may occur when the amount of exhaust increases suddenly, such as when the internal combustion engine is transient, assuming that the particulate matter in the exhaust is measured in the environment where the particulate measuring device is placed, for example, the exhaust passage of the vehicle. Or when the amount of fine particles increases rapidly. Such fluctuations in impedance are so great that they cannot be removed or smoothed by stabilizing the corona current.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
(1)本発明の第1の態様として、燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する微粒子検出装置が提供される。この微粒子検出装置は、前記排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力するイオン電流信号出力部と、前記イオン電流対応信号から、前記熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響の少なくとも一部を取り除く外乱除去部と、前記外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記気体中の微粒子量の検出を行なう検出部とを備える。 (1) As a first aspect of the present invention, there is provided a particulate detection device for detecting particulates in the exhaust of a heat engine that accompanies combustion. The fine particle detection device includes a corona discharge unit that generates a corona discharge by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which the exhaust flows, and ions generated by the corona discharge. An ion current signal output unit that charges fine particles in the exhaust gas and outputs an ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that varies depending on the amount of charged fine particles, and the operation of the heat engine from the ion current corresponding signal. Based on the disturbance removal unit that removes at least a part of the influence of the disturbance caused by the state being in a transient state, and the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance is removed, the amount of fine particles in the gas A detection unit that performs detection.
かかる微粒子検出装置は、帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号から、熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響の少なくとも一部を取り除くことができ、外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、熱機関の排気中の微粒子量の検出を行なうことができる。 Such a particle detector removes at least a part of the influence of disturbance caused by the operating state of the heat engine in a transient state from the ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that changes depending on the amount of charged particles. The amount of particulates in the exhaust of the heat engine can be detected based on the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance is removed.
(2)こうした微粒子検出装置において、熱機関の過渡状態を示す過渡信号を受け取る受信部を更に備え、外乱除去部は、受信部が受け取った過渡信号に従って、[1]イオン電流対応信号を、一時的にマスクする処理、[2]イオン電流対応信号を、積分または平均化する処理、[3]イオン電流対応信号を、過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう算出された補正係数を用いて補正する処理、[4]イオン電流対応信号を、過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう定められたオフセット値を用いてオフセットする処理、のいずれか1つを行なうものとしてよい。こうすれば、イオン電流対応信号から、熱機関の過渡状態による外乱の影響を容易に取り除く、または緩和することができる。 (2) The fine particle detection apparatus further includes a receiving unit that receives a transient signal indicating a transient state of the heat engine, and the disturbance removing unit temporarily outputs [1] an ion current corresponding signal according to the transient signal received by the receiving unit. Masking processing, [2] processing to integrate or average the ion current corresponding signal, and [3] correction coefficient calculated to remove or mitigate the influence of disturbance due to the transient state. And [4] a process of offsetting the ion current corresponding signal using an offset value determined so as to remove or mitigate the influence of the disturbance due to the transient state. In this way, it is possible to easily remove or mitigate the influence of the disturbance due to the transient state of the heat engine from the ion current corresponding signal.
(3)本発明の第2の態様として、内燃機関を備えた車両が提供される。この車両は、上記の微粒子検出装置の少なくとも放電用電極を、熱機関である内燃機関の排気通路に設け、微粒子検出装置の受信部は、内燃機関の運転を制御する運転制御部から、過渡信号を受信するものとしてよい。こうすれば、車両として、内燃機関の排気中の微粒子を検出する際に、内燃機関が過渡状態か否かを確実に判定することができる。 (3) As a second aspect of the present invention, a vehicle including an internal combustion engine is provided. In this vehicle, at least the discharge electrode of the fine particle detection device is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine that is a heat engine, and the reception unit of the fine particle detection device receives a transient signal from an operation control unit that controls the operation of the internal combustion engine. May be received. If it carries out like this, when detecting fine particles in exhaust gas of an internal combustion engine as vehicles, it can be judged certainly whether an internal combustion engine is in a transitional state.
(4)こうた車両において、運転者が認識可能な報知を行なう報知部と、微粒子検出装置により検出された微粒子量が、予め定めた閾値以上であると判定したとき、報知部を用いた報知を行なう制御部とを備えてよい。こうすれば、検出された微粒子量が予め定めた閾値以上の場合に、運転者に報知することができる。この結果、運転者が内燃機関の状態を知らずに運転を継続し、微粒子の含まれた排気を出し続けるリスクを回避しやすくなる。 (4) In such a vehicle, a notification unit that performs notification that can be recognized by the driver, and a notification that uses the notification unit when it is determined that the amount of particles detected by the particle detection device is greater than or equal to a predetermined threshold value. And a control unit for performing the above. In this way, the driver can be notified when the detected amount of fine particles is equal to or greater than a predetermined threshold. As a result, it becomes easier to avoid the risk that the driver continues to operate without knowing the state of the internal combustion engine and continues to emit exhaust gas containing fine particles.
(5)本発明の第3の態様として、燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する方法が提供される。この方法は、排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせ、コロナ放電によって発生したイオンにより、排気中の微粒子を帯電させ、帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力し、前記イオン電流対応信号から、熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響を取り除き、外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記気体中の微粒子量の検出を行なう。従って、熱機関の運転が過渡状態にある場合に発生する外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、熱機関の排気中の微粒子量の検出を行なうことができる。 (5) As a third aspect of the present invention, a method for detecting particulates in the exhaust of a heat engine that accompanies combustion is provided. In this method, a corona discharge is generated by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which exhaust flows, and ions generated by the corona discharge are used to charge fine particles in the exhaust. An ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that changes depending on the amount of fine particles to be generated is output, and the influence of the disturbance caused by the operating state of the heat engine being in a transient state is removed from the ion current corresponding signal. Based on the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence is removed, the amount of fine particles in the gas is detected. Therefore, it is possible to detect the amount of particulates in the exhaust of the heat engine based on the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance generated when the operation of the heat engine is in a transient state is removed.
A.第1実施形態:
A1)微粒子検出装置全体のハードウェア構成:
図1Aは、実施形態に係る微粒子検出装置10の全体構成、特に微粒子検出装置10を搭載した車両50の概略構成を例示した説明図である。図1Bは、車両50に取り付けられた微粒子検出装置10の概略構成を例示した説明図である。
A. First embodiment:
A1) Hardware configuration of the whole particle detector:
FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating an overall configuration of the
図1Aに示すように、実施形態の微粒子検出装置10は、微粒子センサ100と、ケーブル20と、センサ駆動部30とを含んで構成され、熱機関としての内燃機関40から排出される排気(以下、排ガスと記載する)EGに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関40とは、車両50の動力源であり、本実施形態では、ディーゼルエンジンである。もとよりガソリンやアルコールなどの他の燃料を利用したエンジンなど、他の熱機関であっても差し支えない。
As shown in FIG. 1A, the
微粒子センサ100は、内燃機関40から延びる排ガス配管62に取り付けられ、コロナ放電を利用して排ガス配管62中の煤などの微粒子を検出する。微粒子センサ100は、ケーブル20によってセンサ駆動部30と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ100は、フィルタ装置41(例えば、DPF(Diesel particulate filter))よりも下流側の排ガス配管62に取り付けられている。微粒子センサ100は、気体である排ガスEGに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部30に出力する。
The
センサ駆動部30は、微粒子センサ100を駆動させるとともに、微粒子センサ100から入力される信号に基づいて、排ガスEG中の微粒子の量を検出する。センサ駆動部30が検出する「排ガスEG中の微粒子の量」とは、排ガスEG中の微粒子の表面積の合計に比例する値であってもよいし、微粒子の質量の合計に比例する値であってもよい。または、排ガスEGの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値(微粒子の濃度)であってもよい。この場合には、微粒子センサ100を通過した排ガスEGの量を別途測定しておく。微粒子センサ100を通過する排ガスEGの量は、排ガス配管62に設けた流量センサ(図示省略)の出力から求めたり、車両の運転状態に関する複数のパラメータを用いた公知の手法により推定したりすることができる。
The
センサ駆動部30は、車両50側の車両制御部42と電気的に接続されており、検出した排ガスEG中の微粒子量を示す信号を車両制御部42に出力する。また、センサ駆動部30は、車両制御部42から、車両50の運転状態に関する信号を受け取ることができる。車両制御部42は、車両50全体の制御を司っており、各部とはCANなどのネットワークを用いて接続され、データのやり取りを行なっている。車両制御部42は、センサ駆動部30との間で信号を入出力し、センサ駆動部30の動作を指示し、また逆にセンサ駆動部30から信号を入力し、燃料配管61を介して燃料供給部43から内燃機関40に供給される燃料の供給量を調整するなど内燃機関40の燃焼状態を制御する。また、車両制御部42は、車両の異常などを検出し、その状態を記録するダイアグノーシスとしての機能を有するうえ、何らかの異常が検知された場合にこれを運転者に報知するランプなどの報知部55を備える。例えば、排ガスEG中の微粒子量が所定量よりも多い場合には、フィルタ装置41の劣化や異常を、報知部55を駆動することで、車両50の運転者に警告する。車両には、バッテリ44が搭載されており、車両の各部に電力を供給する。後述する各回路は、電源回路を備える場合があり、このバッテリ44からの電力を元に、必要に応じて動作に必要な電圧を提供する。
The
図1Bに示すように、微粒子センサ100は、円筒形状の先端部100eを備えており、この先端部100eが排ガス配管62の内側に挿入された状態で、排ガス配管62の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ100の先端部100eは、排ガス配管62の延伸方向DLに対してほぼ垂直に挿入されている。先端部100eのケーシングCSの表面には、排ガスEGをケーシングCSの内部に取り込むための流入孔145と、取り込んだ排ガスEGをケーシングCSの外部に排出するための排出孔135とが設けられている。排ガス配管62の内部を流通する排ガスEGの一部は、流入孔145を介して先端部100eのケーシングCSの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガスEG中に含まれる微粒子は、微粒子センサ100において生成するイオン(ここでは、陽イオン)によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスEGは、排出孔135を介してケーシングCSの外部に排出される。微粒子センサ100は、帯電した微粒子が外部に排出されることで生じるイオン電流を用いて、微粒子量の検出を行なう。ケーシングCSの内部の構成や、微粒子センサ100の具体的な構成については後述する。
As shown in FIG. 1B, the
微粒子センサ100の後端部100rには、ケーブル20が取り付けられている。ケーブル20は、第1の配線21と、第2の配線22と、信号線23と、空気供給管24と、を束ねた構成を備えている。ケーブル20を構成する配線21,22および信号線23と、空気供給管24は、それぞれ可撓性の部材によって構成されている。第1の配線21、第2の配線22、および、信号線23は、センサ駆動部30の電気回路部70に電気的に接続され、空気供給管24は、空気供給部80に接続されている。
A
センサ駆動部30は、制御部60と、電気回路部70と、空気供給部80とを備えている。制御部60と電気回路部70との間、および、制御部60と空気供給部80との間は、必要な電気的な絶縁を施した上で、それぞれ電気的な信号のやり取りが可能とされている。
The
制御部60は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、電気回路部70と空気供給部80とを制御する。また、制御部60は、電気回路部70から入力される信号から排ガスEG中の微粒子の量を検出し、排ガスEG中の微粒子量を表す信号を車両制御部42に出力する。車両制御部42との信号のやり取りは、制御部60に内蔵された通信インタフェース66により行なう。通信インタフェース66は、車両制御部42に信号を出力することも、車両制御部42からの信号を受け取ることも可能である。信号を受け取る場合には、通信インタフェース66は、受信部として可能していることになる。この他、制御部60は、電気回路部70の異常検出も行なう。制御部60が行なう異常検出の処理については、後で詳しく説明する。
The
電気回路部70は、第1の配線21および第2の配線22を介して、微粒子センサ100を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部70は、信号線23を介して微粒子センサ100からコロナ電流に相関する信号が入力される。電気回路部70は、信号線23から入力される信号を用いて、コロナ電流の安定化を図り、その上で、排ガスEG中の微粒子量に対応するイオン電流に応じた信号を制御部60に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。
The
空気供給部80は、ポンプ(図示しない)を含んで構成されており、制御部60からの指示に基づいて、空気供給管24を介して、高圧空気を微粒子センサ100に供給する。制御部60は、空気供給部80を制御して、微粒子センサ100に供給する空気量を可変することができる。空気供給部80から供給される高圧空気は、微粒子センサ100を駆動させるときに用いられる。なお、空気供給部80が供給するガスの種類は空気以外であってもよい。
The
A2)微粒子センサの構成:
図2は、微粒子センサ100の先端部100eの概略構成を模式的に示した説明図である。微粒子センサ100の先端部100eは、全体が、排ガス配管62の内部に配置され、排ガスEGに晒されている。微粒子センサ100の先端部100eは、イオン発生部110と、排ガス帯電部120と、イオン捕捉部130と、を備えている。ケーシングCSは、イオン発生部110、排ガス帯電部120、および、イオン捕捉部130の3つの機構部がこの順に先端部100eの基端側(図2の上方)から先端側(図2の下方)に向かって(換言すれば、微粒子センサ100の軸線方向に沿って)並んだ構成を有している。ケーシングCSは、導電性部材によって形成され、信号線23(図1B)を介して、図3を用いて後述するように、電気回路部70の内部で、シャント抵抗器R1を介して、二次側グランドSGLに接続されている。
A2) Configuration of particulate sensor:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of the
イオン発生部110は、排ガス帯電部120に供給するイオン(ここでは陽イオン)を発生させるための機構部であり、イオン発生室111と、コロナ放電電極としての第1の電極112とを含んで構成されている。イオン発生室111は、ケーシングCSの内側に形成された小空間であり、内周面には空気供給孔155とノズル124とが設けられ、内部には第1の電極112が突出した状態で取り付けられている。この構成がコロナ放電部に相当する。空気供給孔155は、空気供給管24(図1B)と連通しており、空気供給部80(図1B)から供給される高圧空気をイオン発生室111に供給する。ノズル124は、排ガス帯電部120との間を区画する隔壁142の中心部付近に設けられた微小孔(オリフィス)であり、イオン発生室111で発生したイオンを排ガス帯電部120の帯電室121に供給する。第1の電極112は、棒状の外形を備え、先端部が隔壁142と近接するようにして基端部がセラミックパイプ25を介してケーシングCSに固定されている。第1の電極112は、第1の配線21(図1B)を介して電気回路部70に接続されている。その詳細は後述する。
The
イオン発生部110は、第1の電極112を陽極とし、隔壁142を陰極として、電気回路部70により、直流電圧(例えば、2〜3kV)が印加される。イオン発生部110は、この電圧の印加によって、第1の電極112の先端部と、隔壁142との間にコロナ放電が生じる。コロナ放電は、第1の電極112周辺の空気を構成する分子の一部を電離する。これにより、第1の電極112の周りに陽イオンPIが発生する。イオン発生部110において発生した陽イオンPIは、空気供給部80(図1B)から供給される高圧空気とともに、ノズル124を介して排ガス帯電部120の帯電室121に噴射される。ノズル124から噴射される空気の噴射速度は音速程度とすることが好ましい。
The
排ガス帯電部120は、排ガスEGに含まれる微粒子を陽イオンPIによって帯電させるための部位であり、帯電室121を備えている。帯電室121は、イオン発生室111と隣接する小空間であり、ノズル124を介してイオン発生室111と連通している。また、帯電室121は、流入孔145を介して、ケーシングCSの外部と連通し、ガス流路134を介してイオン捕捉部130の捕捉室131と連通している。帯電室121は、ノズル124から陽イオンPIを含む空気が噴射されたときに内部が負圧になり、流入孔145を介してケーシングCSの外部の排ガスEGが流入するように構成されている。そのため、ノズル124から噴射された陽イオンPIを含む空気と、流入孔145から流入した排ガスEGとは、帯電室121の内部において混合される。このとき、流入孔145から流入した排ガスEGに含まれる煤S(微粒子)の少なくとも一部は、ノズル124から供給される陽イオンPIにより帯電される。帯電した煤Sと帯電に供されなかった陽イオンPIとを含む空気は、ガス流路134を介してイオン捕捉部130の捕捉室131に供給される。
The exhaust
図2において、陽イオンPIを「○」に「+」として、煤Sをハッチングした「○」として、それぞれ示した。陽イオンPIは、視認できないので、図示は理解を図るための模式的なものである。また、煤Sの大きさも、説明のためであり、実際には、0.1μmから数十μm程度のものが多い。微粒子である煤Sの大きさいは、使用する内燃機関40の種類やその燃料、燃焼の状態などにより異なる。なお、イオン発生室111、帯電室121、捕捉室131を含む空間全体、あるいはその一部が、測定室として機能している。
In FIG. 2, the positive ion PI is shown as “+” in “◯”, and “◯” in which 煤 S is hatched. Since the cation PI cannot be visually recognized, the illustration is a schematic for understanding. Further, the size of the ridge S is also for explanation, and in actuality, there are many cases of about 0.1 μm to several tens of μm. The size of the soot S, which is a fine particle, varies depending on the type of
イオン捕捉部130は、煤S(微粒子)の帯電に使用されなかったイオンを捕捉するための部位であり、捕捉室131と、第2の電極132とを含んで構成されている。捕捉室131は、帯電室121と隣接する小空間であり、ガス流路134を介して帯電室121と連通している。また、捕捉室131は、排出孔135を介して、ケーシングCSの外部と連通している。
The
第2の電極132は、略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路134を流通する空気の流通方向(ケーシングCSの延伸方向)に沿うようにしてケーシングCSに固定されている。第2の電極132は、第2の配線22(図1B)を介して電気回路部70に接続されている。第2の電極132は、煤Sの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部130は、電気回路部70により、第2の電極132を陽極とし、帯電室121および捕捉室131を構成するケーシングCSを陰極として、100V程度の電圧が印加されている。これにより、煤Sの帯電に用いられなかった陽イオンPIは、第2の電極132から斥力を受けて、第2の電極132から離れる方向に移動しやすい状態とされる。移動方向が第2の電極132から離れる方向とされた陽イオンPIは、陰極として機能する捕捉室131やガス流路134の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンPIが帯電された煤Sは、陽イオンPIの単体と同様に第2の電極132から斥力を受けるが、質量が陽イオンPIと比較して格段に大きいため、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンPIに比較して小さい。そのため、帯電した煤Sは、排ガスEGの流れに従って、排出孔135からケーシングCSの外部へと排出される。
The
微粒子センサ100は、イオン捕捉部130における陽イオンPIの捕捉量に応じた電流の変化を示す信号を出力する。制御部60(図1B)は、微粒子センサ100から出力された信号に基づいて、排ガスEG中に含まれる煤Sの量を検出する。微粒子センサ100から出力される信号から排ガスEG中に含まれる煤Sの量を算出する方法については後述する。
The
A3)電気回路部の構成:
次に、図3を用いて、電気回路部70および電気回路部70と微粒子センサ100との接続について説明する。図3は、微粒子検出装置10における電気的な全体構成を示す説明図である。電気回路部70は、ドライバ71と、絶縁トランス72と、コロナ電流測定回路73と、イオン電流信号出力部に相当するイオン電流測定回路74と、第1,第2,第3の整流回路81,82,12と、を備えている。電気回路部70は、絶縁トランス72を挟んで、大きくは絶縁トランス72の一次側と二次側とに分けられる。一次側と二次側とは、それぞれ独立の電源により動作する。一次側の電源は、バッテリ44に接続された電源部46により、安定化された電圧として供給される。ドライバ71の各回路75,76はもとより、制御部60等も、電源部46からドライバ71に供給される直流電源により動作する。この電源は、図3を初めとする各図において、「○」印にVp として示した。なお、二次側の電源は、複数種類存在するので、別途説明する。
A3) Configuration of electric circuit section:
Next, the
本実施形態の絶縁トランス72は、一次側の巻線と二次側の巻線とが、電気的にはもとより、物理的にも接触していない。このため、絶縁不良が生じない限り、絶縁トランス72の一次側と二次側とは、完全に切り離されている。図3において、破線は、電気回路部70の一次側と二次側の境界を示している。絶縁トランス72の一次側の回路としては、ドライバ71のほか、制御部60や電源部46が含まれる。絶縁トランス72の二次側の回路としては、微粒子センサ100や第1,第2,第3の整流回路81,82,12が含まれる。コロナ電流測定回路73とイオン電流測定回路74は、絶縁トランス72の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。コロナ電流測定回路73は、後述するように、絶縁トランス72の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分とが存在するが、両者は、後述するように、フォトカプラにより、電気的に絶縁されている。
In the insulating
電気的に絶縁された一次側と二次側とは、それぞれ個別にグランド電位(接地電位)を定め、接地配線を設けている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランドを「一次側グランドPGL」と呼び、図3等では「▽」印により示すものとした。また、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドSGL」と呼び、同じく図3等では、「▼」印で示すものとした。絶縁トランス72は、二次側の巻線の終端のタップが二次側グランドSGLに接続されている。イオン電流測定回路74は、一次側グランドPGLに接続されている。一次側の電源は、車載のバッテリ44なので、一次側グランドPGLは、車両のシャーシに接続されている。従って、一次側グランドPGLは、シャーシグランドPGLとも言う。
The electrically insulated primary side and secondary side individually define a ground potential (ground potential) and are provided with ground wiring. Here, the ground indicating the reference potential of the primary side circuit is referred to as “primary side ground PGL”, and in FIG. In addition, the ground indicating the reference potential of the secondary circuit is referred to as “secondary ground SGL”, and is similarly indicated by “▼” in FIG. In the insulating
ドライバ71は、絶縁トランス72の一次側巻線に供給する電力を調整する回路であり、放電電圧制御回路75とトランス駆動回路76とを備える。ドライバ71は、この放電電圧制御回路75とトランス駆動回路76との協働により、絶縁トランス72の一次側と共に、プッシュプル型の電源回路を構成する。放電電圧制御回路75は、出力電圧可変のDC/DCコンバータ(図示省略)を内蔵し、電源部46の出力する電源電圧Vpを昇圧し、これを、絶縁トランス72の一次側巻線のセンタタップPT1に印加する。DC/DCコンバータの出力電圧は、制御部60により調整可能である。トランス駆動回路76は、絶縁トランス72の一次側巻線の両端のタップPT2,PT3にそれぞれ接続される2つのスイッチング素子を備える。スイッチング素子は、ドライバ71の一次側グランドPGLとタップPT2、PT3との間に介装されている。トランス駆動回路76は、この2つのスイッチング素子を数十KHzで交互に繰り返しオン・オフすることで、放電電圧制御回路75から供給される直流電圧を交流に変換する。こうした一次側に印加された交流電圧を、絶縁トランス72は、その一次側と二次側のコイルの巻線比より変換し、二次側の電圧を生成する。絶縁トランス72の二次側の回路構成については、後述する。
The
放電電圧制御回路75には、絶縁トランス72の一次側に付与するエネルギを検出する回路が組み込まれている。この回路は、絶縁トランス72の一次側の電圧と、その電圧を印加したときに流れる電流とから、絶縁トランス72の一次側に付与するエネルギを検出する回路である。検出したエネルギの大きさは、制御部60から読み取ることができる。このエネルギを読み取ることで、制御部60は、絶縁トランス72の二次側に出力されるエネルギを推定し、延いては第1の整流回路81の出力電圧、即ちコロナ放電に用いられるコロナ放電電圧Vecを推定することができる。コロナ放電電圧Vecは、第1の整流回路81に電圧検出器を設けて直接計測しても差し支えない。その場合、一次側と二次側との絶縁を確保するために、計測値をフォトカプラなどの絶縁素子を介して、一次側の制御部60に送信するようにすれば良い。
The discharge
電源部46が生成する電源電圧Vpで動作するもうひとつの回路である制御部60は、マイクロプロセッサやRAM,ROM等を内蔵し、予め内部のROMに記憶されたプログラムを実行することで、微粒子検出装置10全般の動作をコントロールする。制御部60は、ROMに記憶されたプログラムを実行することにより、ドライバ71に内蔵された放電電圧制御回路75やトランス駆動回路76を制御すると共に、放電電圧制御回路75の上述したエネルギ付与回路の検出値や、コロナ電流測定回路73およびイオン電流測定回路74の測定結果などを取得して、微粒子量の検出を行なう。制御部60が実行する微粒子量の検出処理については、後で詳しく説明する。
The
絶縁トランス72は、上述したように、プッシュプル型の電源回路を構成する。絶縁トランス72の二次側の電圧は、一次側に供給される電圧と、一次側巻線および二次側巻線の巻線数の比とに応じて定まる。二次巻線には複数のタップが設けられ、二次側のグランドSGLに対して、全部で3種類の交流電圧を取り出すことができる。最も巻線数比の高いタップの出力は、第1の整流回路81に接続され、次に巻線数比の高いタップの出力は、第2の整流回路82に接続されている。最も巻線数比の低いタップの出力は、第3の整流回路12に、接続されている。
As described above, the
第1,第2の整流回路81,82は、絶縁トランス72から出力されたそれぞれの電圧の交流を整流し、直流に変換する。第1の整流回路81は、多段のチャージポンプからなり、直流に変換した電圧を、10倍程度の電圧に昇圧する。図3に示すように、第1の整流回路81の出力(直流)は、ショート保護用抵抗83を介して第1の電極112に接続されており、変換した直流電圧を、第1の配線21を介して第1の電極112に印加する。すなわち、第1の整流回路81により印加される直流電圧は、ほぼ第1の電極112における放電電圧となり、第1の整流回路81から供給される直流電流は、第1の電極112に入力される入力電流Iinとなる。第2の整流回路82は、絶縁トランス72により昇圧された交流電圧を整流する。第2の整流回路82は、ショート保護用抵抗84を介して第2の電極132に接続されており、整流後の直流電圧を第2の配線22を介して第2の電極132に印加する。第2の電極132に印加される電圧は、第1の電極112に印加される電圧が、放電電圧制御回路75により調整されると、第1の電極112に印加される電圧の変化に伴って変化する。
The first and
第3の整流回路12は、二次側の増幅器などのための駆動電圧Vccを生成する。第3の整流回路12は、フォワード方式を採用しており、絶縁トランス72から所定電圧の交流を入力し、これを整流して、直流電圧に変換する。変換された直流電圧は完全な直流にはなっていないので、精度の良い三端子レギュレータ等を用いた安定化回路により安定化してから出力する。これは、コロナ電流測定回路73やイオン電流測定回路74の回路を動作させる電源電圧として用いられる。これを、駆動電圧Vccと呼ぶものとし、図3等においては、「●」印に「Vcc」として示した。
The
コロナ電流測定回路73は、イオン発生部110において発生するコロナ放電によって流れる放電電流(コロナ電流)の電流値を検出するための回路であり、イオン電流測定回路74は、イオン捕捉部130において捕捉されずに流出した陽イオンPIに相当する電流(Ic)を一次側から二次側の回路に供給することで、イオン電流を測定する回路である。両回路73,74の動作について、微粒子センサ100との接続を含めて、以下説明する。
The corona
A4)コロナ電流測定回路およびイオン電流測定回路の構成:
微粒子センサ100のケーシングCSからの信号線23は、電気回路部70の内部で、イオン電流測定回路74の入力ライン95と接続されており、この信号ラインは、電圧変換部に相当するシャント抵抗器R1を介して、二次側グランドSGLに接続されている。このシャント抵抗器R1の両端は、配線91,92により、コロナ電流測定回路73の二次側に接続されている。シャント抵抗器R1には、ケーシングCSから信号線23を介した電流(Idc+Itrp)と、イオン電流測定回路74からのイオン電流(Ic )とが、二次側グランドSGLに向けて流れ込むので、シャント抵抗器R1には、合計電流(Iall =Idc+Itrp+Ic )が流れる。ここで、電流Idcは、コロナ放電により、第1の電極112から隔壁142を介してケーシングCSに流れる電流であり、電流Itrp は、ケーシングCSに捕捉された陽イオンPIの電荷に相当する電流である。また、電流Ic は、コロナ放電により発生した陽イオンPIのうち、煤Sの帯電に用いられ、排ガスEGと共にケーシングCSの外部へと持ち去られた陽イオンPIの電荷に相当する電流Iesc に相当する。煤Sと共に陽イオンPIが外部に持ち去られると、この電流Iesc に相当する電流が、イオン電流測定回路74から供給される。これは、持ち去られた陽イオンPIに相当する電荷は、どこかでグランドに落ち、車両50のシャーシに、つまり一次側の電源部46に還ってくるからである。換言すれば、煤Sと共に持ち去られた陽イオンPIに相当する電流Iesc に等しい電流Ic が、一次側の電源電圧Vp からイオン電流測定回路74を介して、二次側グランドSGLに供給されることで、第1の整流回路81から第1の配線21を介して第1の電極112に供給された放電用の入力電流Iinと、微粒子センサ100から回収される合計電流Iall とが等しくなり、電気回路部70における電流の収支はバランスする。そこで、この電流Ic を、以下、イオン電流Ic と呼ぶ。
A4) Configuration of corona current measurement circuit and ion current measurement circuit:
The
測定電流に相当する上述した合計電流Iall は、シャント抵抗器R1を流れる。従って、シャント抵抗器R1の両端には、この合計電流Iall にシャント抵抗器R1の抵抗値を乗算した電圧が発生する。コロナ電流測定回路73は、シャント抵抗器R1の両端の電圧を増幅する図示しない増幅器と、その増幅器の出力電圧を光絶縁して外部に出力する図示しないフォトカプラとから構成されている。増幅器とフォトカプラの入力側は、駆動電圧Vccにより動作している。他方、フォトカプラの出力側は、配線93により制御部60に接続されている。フォトカプラの出力側は、一次側の電源電圧Vpにより動作している。従って、コロナ電流測定回路73の二次側は、一次側と完全に絶縁されている。なお、上記の説明では、コロナ電流測定回路73は、シャント抵抗器R1の両端電圧をそのままアナログ信号として増幅し、光絶縁して、制御部60に出力しているものとしたが、増幅器の出力をデジタル信号に変換してから、フォトカプラにより絶縁し、デジタル信号として制御部60側に出力するものとしてもよい。こうしたデジタル信号への変換は、例えばコロナ電流測定回路73内に三角波を発生する発振器を内蔵し、増幅器の出力をこの三角波の電圧信号と比較することで、増幅器の出力を、その出力電圧に応じたデューティのデジタル信号に変換するといった構成により実現することができる。あるいは、増幅器の出力をA/D変換器でパラレルまたはシリアルなデジタル信号に変換した後、各信号をフォトカプラで絶縁しても良い。
The above-described total current I all corresponding to the measurement current flows through the shunt resistor R1. Therefore, a voltage generated by multiplying the total current I all by the resistance value of the shunt resistor R1 is generated at both ends of the shunt resistor R1. The corona
コロナ電流測定回路73の出力は、配線93により制御部60にその入力ポートP1を介して入力されている。即ち、制御部60は、コロナ放電に用いられる合計電流Iall を検出することができる。上述したように、電気回路部70から微粒子センサ100の第1の電極112に供給された入力電流Iinは、全てコロナ放電に用いられ、合計電流Iall とバランスする。従って、微粒子センサ100における微粒子量の検出を行なう際には、制御部60は、この合計電流Iall が一定になるように、ドライバ71の放電電圧制御回路75とトランス駆動回路76を介して、絶縁トランス72の一次巻線に印加される交流電圧の実効値をフィードバック制御する。この結果、第1の配線21を介して第1の電極112に供給される入力電流Iinは、一定に保たれる。
The output of the corona
この入力電流Iinは、制御部60が、絶縁トランス72の一次側に印加される電圧を制御することにより調整可能である。制御部60が、放電電圧制御回路75を介して絶縁トランス72の一次側に印加される電圧を制御することにより、イオン発生部110において、コロナ放電によって発生する陽イオンPIの発生量をコントロールすることができる。放電電圧制御回路75を用いた電圧制御は、微粒子量の検出時には、入力電流Iinが予め設定された目標電流値(例えば、5μA)となるように行なわれ、微粒子径を推定する場合には、少なくとも二つの異なる電圧が第1の電極112に印加されるように行なわれる。
The input current I in can be adjusted by the
A5)イオン電流測定回路詳細:
次に、イオン電流測定回路74の構成と働きについて詳しく説明する。イオン電流測定回路74は、オペアンプとして構成されており、イオン電流Ic を所定の増幅度で増幅する。この出力は、配線94を介して、制御部60のアナログ入力ポートADC1に入力される。制御部60は、アナログ入力ポートADC1の信号を、内蔵するアナログ/デジタル変換器で変換して読み取ることで、イオン電流Ic の大きさを知り、排ガスEG中の微粒子の量を検出する。検出した微粒子の量は、車両制御部42に出力され、運転者への警告の出力や、内燃機関40の運転条件の切り替えなどに用いられる。なお、イオン電流測定回路74は、制御部60から制御信号を受け取っている。この制御信号は、制御部60の出力ポートQ3,Q4から、配線96,97を介してイオン電流測定回路74に入力されている。
A5) Ion current measurement circuit details:
Next, the configuration and operation of the ion
イオン電流測定回路74の回路構成を図4に示した。イオン電流測定回路74は、前段の変換回路(電圧電流変換回路)を構成するオペアンプ35と後段の差動増幅器を構成するオペアンプ36からなる増幅回路を備える。更に、イオン電流測定回路74は、チャージポンプの原理により負電圧Vnを生成する負電圧生成回路39や、オフセット電圧を作り出す2つのオペアンプ37,38、オフセット電圧を設定する抵抗器R3,R4,R13,R14、差動増幅器として機能するオペアンプ36のゲインを設定する抵抗器R6〜R9、その他の抵抗器R0,R5,R10〜R12,トランジスタTr11等を備える。以下の説明では、各抵抗器の抵抗値を、抵抗器の符号(例えばR3〜R12)を用いて表すものとする。
The circuit configuration of the ion
このイオン電流測定回路74は、大まかには、オペアンプ35と抵抗器R0,R5からなり変換回路として動作する部分、オペアンプ38と抵抗器R13,R14からなり、オフセット電圧付与回路として動作する部分、オペアンプ36,37と抵抗器R3,R4,R6〜R10からなり、増幅回路として動作する部分、および負電圧生成回路39からなる。このうち、増幅回路として動作する部分は、より詳細には、オペアンプ37と抵抗器R3,R4からなり、シフト電圧を出力する回路、およびオペアンプ36と抵抗器R6〜R9からなり、電圧増幅を行なう回路から構成されている。
This ion
説明の都合上、先に負電圧生成回路39について説明する。負電圧生成回路39は、駆動電圧Vcc(+5V)から、−0.6V程度の負電圧を生成する回路である。負電圧生成回路39は、スイッチング用のトランジスタTr21、電荷を蓄積するためのコンデンサC21,C22、発生した正負の電圧を選択的にコンデンサC22に蓄積するためのダイオードD21,D22,D23、必要な抵抗器R21〜R24を備える。
For convenience of explanation, the negative
図4に示したように、トランジスタTr21のベース端子は、抵抗器R21および配線97を介して制御部60の出力ポートQ4に接続されている。またトランジスタTr21のコレクタ端子は、電流制限用の抵抗器R23を介して駆動電圧Vccに接続されている。トランジスタTr21のベース・エミクタ間には、抵抗器R22が介装されている。トランジスタTr21のコレクタには、コンデンサC21を介して、整流用のダイオードD21,D22が接続されている。従って、制御部60の出力ポートQ4がハイレベル(+5V)とロウレベル(0V)とに切り替えられると、トランジスタTr21は、オン・オフする。トランジスタTrがオフの時には、駆動電圧Vccから、抵抗器R23−コンデンサC21−ダイオードD21−一次側のグランドPGLという回路ができ、コンデンサC21のトランジスタTr21側をプラスとして、コンデンサC21には電荷が蓄積される。次にトランジスタTr21がオンになると、コンデンサC21は、プラス側がトランジスタTr21を介して一次側のグランドPGLに接続された状態となるから、コンデンサC21のダイオードD21,D22側は、マイナスの電位となる。このため、ダイオードD22およびこれに直列に接続された電圧安定化用の抵抗器R24を介して、コンデンサC22が充電される。コンデンサC22に対する充電は、ダイオードD22を介して行なわれるから、グランドPGLと接続された側とは反対側がマイナスの電位になる。
As shown in FIG. 4, the base terminal of the transistor Tr <b> 21 is connected to the output port Q <b> 4 of the
以上の動作が、制御部60の出力ポートQ4がハイレベルとロウレベルに切り替えられる度に生じる。この結果、コンデンサC22の接地側とは反対側から、連続してマイナスの電圧を取り出すことができる。コンデンサC22には、ダイオードD23が並列に接続されているので、コンデンサC22から出力される電圧は、このダイオードD23の順方向電圧(約0.6V)によって制限される。つまり、コンデンサC22から出力される電圧は、−0.6Vに安定化される。この電圧を、負電圧Vnと呼び、図4では、「◇」に「−」として示した。
The above operation occurs every time the output port Q4 of the
イオン電流測定回路74のオペアンプ35,36は、正負の電源端子のうち、正電圧側が駆動電圧Vccに接続され、負電圧側が上記の負電圧Vnに接続されている。オペアンプ37,38については、負電圧側はグランド(0V)でも差し支えない。2つのオペアンプ37,38は、ボルテージフォロワの回路構成をとり、予め定めた電圧(本実施形態では2.5V)を出力するので、分圧抵抗器R3,R4およびR13,R14の分圧抵抗比を変更するだけで、所望の電圧が得られるからである。ボルテージフォロワの回路構成をとるオペアンプ37は、その入力端子に接続された電圧をそのまま出力する。入力側の電圧は、駆動電圧Vccを、2つの抵抗器R3,R4の抵抗値で分圧した値、即ちVcc×R4/(R3+R4)となる。オペアンプ37の出力電圧を、シフト電圧Vbsと呼ぶ。
Of the positive and negative power supply terminals, the
オペアンプ38も、分圧抵抗器R13,R14を用いて、同様に、所定の電圧(2.5V)を出力するが、オペアンプ38の入力端子(+)には、分圧用の抵抗器R13,R14に加えてトランジスタTr11のコレクタ端子も接続されているので、オペアンプ38の出力電圧は、トランジスタTr11のオン・オフにより変化する。トランジスタTr11のベースには、制御部60の出力ポートQ3が、抵抗器R11および配線96を介して接続されている。またトランジスタTr11のベース・エミクタ間には、抵抗器R12が接続されている。従って、制御部60の出力ポートQ3がハイレベル(H)になると、トランジスタTr11はターンオンし、オペアンプ38の出力であるオフセット電圧Vosは0Vとなる。他方、制御部60の出力ポートQ3がロウレベル(L)になると、トランジスタTr11はターンオフし、オペアンプ38の出力であるオフセット電圧Vosは2.5Vとなる。
Similarly, the
オフセット電圧Vosを出力するオペアンプ38の出力端子は、変換回路(電圧電流変換回路)を構成するオペアンプ35の入力端子(+)に対しては直接、また増幅回路を構成するオペアンプ36の入力端子(−)に対しては抵抗器R7を介して、それぞれ接続されている。オペアンプ35は、入力端子(−)に抵抗器R0および信号線23を介して微粒子センサ100のケーシングCSに接続されている。また、この入力端子(−)は、抵抗器R5を介して、オペアンプ35の出力端子と接続されている。ケーシングCSに流れ込むイオン電流Ic は、この抵抗器R5を流れるから、オペアンプ35は、
Va=R*Ic
の関係に従って、イオン電流Ic を電圧Vaに変換する。但し、オペアンプ35の入力端子(+)には、オフセット電圧Vosが付与されているので、オペアンプ35の出力電圧は、オフセット電圧Vos+電圧Vaとなる。
The output terminal of the
Va = R * I c
According to the relationship, the ion current I c is converted into the voltage Va. However, since the offset voltage Vos is applied to the input terminal (+) of the
オペアンプ35を用いて構成された変換回路(電圧電流回路)の後段には、オペアンプ36を用いた増幅器が接続されている。オペアンプ36は、オペアンプ35の出力(オフセット電圧Vos+電圧Va)とオフセット電圧Vossとの差分を増幅して出力する。プラス入力端子(+)には、前段のオペアンプ35の出力が抵抗器R8,R10を介して、およびオペアンプ37の出力であるシフト電圧Vbsが抵抗器R9を介して、それぞれ接続されている。オペアンプ36のマイナス入力端子(−)には、上述したように、抵抗器R7を介して、オフセット電圧Vosが入力されている。オペアンプ36の増幅度Gbは、2つの入力端子(+、−)に接続された抵抗器R6〜R9の比、即ちR9/R8=R6/R7により決定される。実際の回路では、R9=R6,R8=R7とされている。
An amplifier using the
増幅回路を構成している前段のオペアンプ35の出力は、オフセット電圧Vos+出力電圧Vaとなっているが、オペアンプ36のマイナス入力端子(−)に抵抗器R7を介してオフセット電圧Vosが接続されているため、イオン電流検出回路74全体としては、オフセット電圧Vosの影響は相殺され、オペアンプ36の出力には、オフセット電圧Vosは現れない。但し、オペアンプ36の入力端子(+)にはシフト電圧Vbsが入力されているので、オペアンプ36の出力は、このシフト電圧Vbsだけシフトされる。この結果、オペアンプ36の出力は、このシフト電圧Vbs(本実施形態では2.5V)を中心電圧とし、イオン電流Ic に対応した電圧Gb・Vaとなる。
The output of the
このオペアンプ36の出力は、制御部60のアナログ入力ポートADC1に入力される。制御部60によって読み取られるオペアンプ36の出力を検出信号Vion と呼ぶ。制御部60は、アナログ入力ポートADC1に入力されるこの検出信号Vion を、内蔵するアナログ/デジタル変換器で変換して読み取る。読み取られた検出信号Vion は、コロナ放電が行なわれ、微粒子センサ100を含む全回路構成に異常がなければ、イオン電流Icを反映した値として扱うことができる。従って、この検出信号Vion を読み取ることで、制御部60は、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。検出した微粒子の量は、車両制御部42に出力され、運転者への警告の出力や、内燃機関40の運転条件の切り替えなどに用いられる。
The output of the
上述したように、イオン電流測定回路74が出力する検出信号Vionは、微粒子量に対応したイオン電流Ic を反映した値となるが、そのためには、コロナ放電が正常に行なわれ、かつコロナ放電に基づいて生じるイオン電流Ic の検出回路が正常に動作していることが前提となる。かかる前提を検証し得るように、イオン電流測定回路74には、以下の構成が組み込まれている。
As described above, the detection signal Vion output by the ionic
(A)イオン電流測定回路74では、制御部60の出力ポートQ3がオン(ハイレベル)・オフ(ロウレベル)とされることで、オフセット電圧Vosを切り替えることができる。イオン電流Ic を測定する場合には、オペアンプ38の出力であるオフセット電圧Vosは0Vとされ、微粒子センサ100が正常か否かの判定を行なう場合には、オフセット電圧Vosは必要に応じて2.5Vとされる。正常か否かの判定については後で詳しく説明する。
(A) In the ion
(B)負電圧生成回路39により、負電圧Vn(−0.6V)を生成し、オペアンプ35〜36の一方の動作電圧として用いている。このため、オペアンプ35の出力は、マイナスの値を取り得る。このオペアンプ35の出力を受ける後段のオペアンプ36には、オペアンプ37の出力であるシフト電圧Vbs(+2.5V)が入力されているので、イオン電流測定回路74の出力は、結局、このシフト電圧Vbsを中心に、シフト電圧Vbs以下の値にもなり得る。具体的に言えば、イオン電流Ic が流れる場合には、イオン電流Ic に対応する電圧(Va)だけシフト電圧Vbsより高くなり、イオン電流Ic が流れておらず、絶縁劣化などに起因して、逆向きの電流が流れれば、シフト電圧Vbsより低くなる。
(B) The negative
イオン電流測定回路74による測定が正常に行なわれない要因としては、微粒子センサ100のケーシングCS、つまり二次側のグランドSGLとシャーシグランドPGLと間の短絡や絶縁劣化等を生じた場合、あるいは電気回路部70の回路基板や絶縁トランス72の絶縁が劣化して絶縁抵抗が有意に低下した場合などが考えられる。そこで、この知見に基づいて、本実施形態では、以下に示す微粒子検出処理を実行するものとした。
The reason why the measurement by the ion
A6)微粒子検出処理:
図5は、制御部60が実行する微粒子検出処理ルーチンを示すフローチャートである。制御部60は、この処理ルーチンを、電源投入直後に処理を開始し、初期化の処理(ステップS100)およびコロナ放電開始処理(ステップS110)を行なった後は、所定のインターバルで、ステップS200〜S130の処理を繰り返し実行する。
A6) Fine particle detection processing:
FIG. 5 is a flowchart showing a particulate detection processing routine executed by the
制御部60が実行する初期化の処理(ステップS100)とは、電気回路部70の各部に異常がないかを確認する処理や、微粒子検出処理に用いる各種パラメータを初期化する処理などである。制御部60は、電気回路部70に異常がなく、パラメータの初期化が完了すると、制御部60は、コロナ放電を開始させる(ステップS110)。具体的には、制御部60は、放電電圧制御回路75やトランス駆動回路76を駆動して、絶縁トランス72の一次側を所定周波数でドライブし、二次側に高電圧を出力させる。この結果、二次側に設けられた第1の整流回路81から高電圧が微粒子センサ100の第1の電極112に印加され、コロナ放電が開始される。もとより、同時に第2の整流回路82を介してトラップ電圧が微粒子センサ100の第2の電極132に印加される。更に、第3の整流回路12も動作し、その出力電圧の供給をうけて、コロナ電流測定回路73やイオン電流測定回路74も動作を開始する。
The initialization process (step S100) executed by the
コロナ放電が開始されると、制御部60は、放電関与パラメータを入力する処理を行なう(ステップS200)。放電関与パラメータとは、コロナ放電電圧を推定するために必要なパラメータである。本実施形態では、放電関与パラメータとして、放電電圧制御回路75内のエネルギ検出回路からの検出結果と、コロナ電流測定回路73の出力するコロナ電流値Iall とを入力するものとした。既に説明したように、コロナ電圧である第1の整流回路81の出力電圧を測定する検出器などを設ければ、その出力を読み取ることで、コロナ放電電圧を検出する
ことができる。
When the corona discharge is started, the
続いて、変動量演算処理を行なう(ステップS120)。変動量とは、ステップS120で読み取ったパラメータから求められたコロナ放電電圧Vecの変動量であり、コロナ放電電圧Vecがその基準値からどれだけずれたかを示す変動量ΔVecである。コロナ放電電圧Vecは、コロナ電流測定回路73により全電流Iallを検出し、基準電圧を目標電圧とするフィードバック制御を実施している。しかしながら、第1の電極112に高電圧を印加してコロナ放電を起こしているため、コロナ放電電圧Vecは、短時間の間には、目標電圧から変動する。実測によれば、瞬間的な値(ピーク電圧)であれば、フィードバック制御の目標値から最大で1000ボルト近く変動することがあった。イオン電流Icに影響を与える要素として、微粒子センサ100の第1の電極112のインピーダンスなども含めて種々考えられるが、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、イオン電流の検出値に対してノイズとなることが分った。この点を図6を用いて説明する。図6は、微粒子センサ100の放電部のインピーダンスをパラメータとして、コロナ電圧の基準値からの変動量ΔVecと、イオン電流の検出値に重畳されるノイズ電圧ΔVnとの関係を示すグラフである。イオン電流Icは、制御部60の入力ポートADC1によって読み取られるときは、電圧値に変換されているため、図6では、イオン電流の測定値に対するノイズをノイズ電圧ΔVnとして示した。
Subsequently, a fluctuation amount calculation process is performed (step S120). The fluctuation amount is a fluctuation amount of the corona discharge voltage Vec obtained from the parameter read in step S120, and is a fluctuation amount ΔVec indicating how much the corona discharge voltage Vec is deviated from the reference value. For the corona discharge voltage Vec, the corona
図6から分るように、微粒子センサ100の放電部、つまり第1の整流回路81からの電圧が印加される第1の電極112のインピーダンスが、2GΩ〜5GΩの範囲で変化しても、コロナ電圧の基準電圧からの変動量ΔVecとノイズ電圧ΔVnとの相関は変化しない。このため、第1の電極112に煤が付着したりして、そのインピーダンスが変化しても、両者の関係は一定とみなすことができる。そこで、制御部60は、ステップS200で読み取った放電関与パラメータから求めたコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecを演算する。
As can be seen from FIG. 6, even if the impedance of the discharge part of the
変動量の演算(ステップS120)を行なった後、イオン電流測定処理を実行する(ステップS300)。この処理の内容は、後で詳しく説明するが、このイオン電流測定処理では、上述したコロナ電圧の変動量による影響を緩和した上で、イオン電流Icを測定している。そこで、コロナ放電電圧の変動量による影響を緩和したイオン電流Icに基づいて、微粒子量の演算を行なう(ステップS130)。既に説明したように、イオン電流Icは、微粒子と共に微粒子センサ100の外部に排出されるイオンの量に対応しているので、イオン電流Icが正確に求められれば、このイオン電流Icに基づく演算により、微粒子量を精度良く求めることができる。上記の処理の後、特に異常検出などがなされていなければ、制御部60、上述したステップS200に戻って、ステップS200以下の処理を繰り返す。
After calculating the fluctuation amount (step S120), an ion current measurement process is executed (step S300). The contents of this process will be described in detail later. In this ion current measurement process, the ion current Ic is measured after mitigating the influence of the above-described corona voltage variation. Therefore, the amount of fine particles is calculated based on the ion current Ic in which the influence due to the fluctuation amount of the corona discharge voltage is mitigated (step S130). As already described, since the ion current Ic corresponds to the amount of ions discharged to the outside of the
次に、第1実施形態におけるイオン電流測定処理について、図7に基づいて説明する。図7は、第1実施形態におけるイオン電流測定処理を示すフローチャートである。この処理は、制御部60が実行するので、制御部60は、以下に説明する第1実施形態のみならず、他の実施形態でも、外乱の影響を除去する外乱除去部として機能する。図7に示した処理を開始すると、制御部60は、車両制御部42から受け取った信号に基づき、車両の内燃機関40が過渡状態にあるか否かの判断を行なう(ステップS310)。車両制御部42は、内燃機関40の運転を制御しているので、車両の加速や減速のために内燃機関40の出力を増減している場合など、内燃機関40が過渡状態にあるとして、過渡状態にあることを示す信号を制御部60に対して出力する。制御部60は、この信号を通信インタフェース66を介して受け取ることで、内燃機関40が過渡状態にあるか否かを判断することができる。
Next, the ion current measurement process in 1st Embodiment is demonstrated based on FIG. FIG. 7 is a flowchart showing ion current measurement processing in the first embodiment. Since this process is executed by the
内燃機関40が過渡状態にあると判断すれば、何も行なわず、処理を終了する。従って、この場合、イオン電流Icの測定は行なわれない。なお、車両制御部42から内燃機関40が過渡状態にあるか否かの信号を受け取らず、あるいは受け取った上で更に、ステップS120で求めた変動量、ここではコロナ電圧の基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V1より大きいか否かの判断を行ない、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、所定の閾値V1より大きければ、内燃機関40が過渡状態にあるという判断と同じ判断を行なっても良い。内燃機関40の出力が大きく変動する場合などには、排気中に煤などが多く含まれることになって、微粒子センサ100の第1の電極112のインピーダンスが変化し、結果的に、コロナ放電電圧が変動するからである。
If it is determined that the
ステップS310で、内燃機関40が過渡状態にないと判断すれば、入力ポートADC1を介してイオン電流測定回路74からの出力を読み込み、これに基づいて、イオン電流Icを測定する。即ち、本実施形態では、車両50の内燃機関40が過渡状態にあるか否かを判断し、過渡状態にないと判断した場合に、ノイズ電圧ΔVnが小さく、測定への影響は小さいと判断して、イオン電流の測定を行ない、過渡状態にあると判断した場合は、イオン電流の測定自体を行なわない。従って、測定されたイオン電流Icの値には、大きなノイズ成分が重畳される過渡状態のときの値か含まれず、イオン電流を精度良く検出したことになる。このため、イオン電流に基づいて、精度良く、微粒子を検出できる。
If it is determined in step S310 that the
B.第2実施形態:
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態の微粒子検出装置10は、ハードウェア構成および図5に示した微粒子検出処理の概要は、第1実施形態と同一である。第2実施形態の微粒子検出装置10は、イオン電流測定処理(ステップS300)のみが第1実施形態と相違している。そこで、以下の説明では、第1実施形態と同じ処理には同じステップ番号を付与し、その詳細な説明を省略することがある。これは、第3実施形態以下でも同様である。
B. Second embodiment:
Next, a second embodiment will be described. In the
第2実施形態におけるイオン電流測定処理を図8に示した。第2実施形態では、イオン電流測定処理を開始すると、第1実施形態と同様、まず内燃機関40が過渡状態にあるか否かの判断を行なう(ステップS310)。内燃機関40が過渡状態にあると判断すると、次にステップS120で求めた変動量、ここではコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V2より大きいか否かの判断を行なう(ステップS312)。ステップS120で求めたコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、所定の閾値V2より大きければ、次に、変動量ΔVecから、イオン電流Icを測定する回路全体のオフセット量を演算する処理を行なう(ステップS320)。ここで、測定する回路とは、電気回路部70の一次側である放電電圧制御回路75およびトランス駆動回路76から、二次側である第1の整流回路81、更には、イオン電流測定回路74までを含んだ全体である。図6に示した変動量ΔVecとノイズ電圧ΔVnとの関係を正すために、コロナ放電電圧Vecをオフセットしようとすれば、放電電圧制御回路75,トランス駆動回路76によって絶縁トランス72の一次側に付与されるエネルギを変化させる必要があるからである。
The ion current measurement process in 2nd Embodiment was shown in FIG. In the second embodiment, when the ion current measurement process is started, it is first determined whether or not the
オフセット量を求めた後、このオフセット量をコロナ放電を行なう回路全体に付与する処理を行なう(ステップS330)。具体的には、放電電圧制御回路75,トランス駆動回路76を制御して、コロナ放電電圧Vecの変動を打ち消すように、オフセットさせる。その後、イオン電流Icを測定する処理を行なう(ステップS350)。他方、ステップS312の判断において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、所定の閾値V2より大きくなければ、ステップS320,S330のオフセット量に関する処理は何も行なわず、直ちにイオン電流Icを測定する処理を行なう(ステップS312:「YES」、ステップS350)。
After obtaining the offset amount, a process of applying the offset amount to the entire circuit that performs corona discharge is performed (step S330). More specifically, the discharge
また、既にステップS310の判断において、内燃機関40が過渡状態にないと判断した場合も、処理は、直接ステップS350に移行し、イオン電流Icを測定する処理を行なう。従って、内燃機関40が過渡状態にないとき、またはコロナ放電電圧の基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V2より大きくない場合には、オフセット量の演算や付与を行なうことなく、直ちにイオン電流Icの測定が行なわれることになる。
Further, if it is already determined in step S310 that the
以上説明した第2実施形態によれば、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V2より大きければ、この変動量を打ち消すようなオフセット量を求めて、コロナ放電を行なうための回路、ここでは、放電電圧制御回路75,トランス駆動回路76を制御し、変動量ΔVecを小さくしてからイオン電流Ic測定している。従って、もともと変動量ΔVecが小さく、変動量のオフセットを行なわない場合を含めて、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが大きい状態でのイオン電流Icの測定を行なうことがない。このため、イオン電流Icを精度良く測定することかでき、結果的に微粒子の検出も精度良く行なうことができる。
According to the second embodiment described above, if the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the threshold value V2, the circuit for performing the corona discharge by obtaining the offset amount that cancels this fluctuation amount. Here, the discharge
第2実施形態では、内燃機関40が過渡状態にあり、かつコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V2より大きい場合にのみコロナ放電電圧をオフセットする処理を行なったが、ステップS312の処理を行なわず、内燃機関40が過渡状態にあれば常にオフセットの処理を行なうようにしてもよい。あるいは、閾値V2より大きな閾値V1を設定し、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V1より大きければ、オフセットの処理もイオン電流Icを測定する処理も行なわずに、図8に示したイオン電流測定処理を終了するようにしてもよい。こうすれば、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecがあまりに大きい場合(ΔVec>V1)には、イオン電流Icの測定を行なわないので、無理なオフセット処理を実施する必要がない。
In the second embodiment, the process of offsetting the corona discharge voltage is performed only when the
C.第3実施形態:
次に第3実施形態について説明する。第3実施形態の微粒子検出装置10は、そのハードウェア構成および図5に示した微粒子検出処理ルーチンの全体の処理は第1,第2実施形態と同様である。第3実施形態では、図9に示したように、イオン電流測定処理が第1,第2実施形態と相違する。図9に示したイオン電流測定処理を開始すると、制御部60は、まずイオン電流Icを測定する(ステップS350)。その上で、内燃機関40が過渡状態にあるか否かの判断を行なう(ステップS310)。内燃機関40が過渡状態にあると判断すると、ステップS120で求めた変動量、ここではコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きいか否かの判断を行なう(ステップS313)。
C. Third embodiment:
Next, a third embodiment will be described. The
ステップS310において、内燃機関40が過渡状態にないと判断され場合、またはステップS313において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きくないと判断された場合には、何も行なわず、イオン電流測定処理を終了する。この結果、ステップS350で測定されたイオン電流Icがそのまま微粒子量の検出(図5、ステップS130)に用いられることになる。
If it is determined in step S310 that the
他方、内燃機関40が過渡状態にあり、かつステップS313において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きいと判断された場合には、次に、この変動量ΔVecから補正係数kを演算する処理を行なう(ステップS360)。この補正係数kは、図6に示した関係から想定されるノイズ電圧ΔVnの影響を、ステップS350で測定したイオン電流Icから取り除くための係数である。図6に示した関係に基づいて、予め、変動量ΔVecから補正係数kを求める関係式やルックアップテーブルを求めておくことは容易である。
On the other hand, if the
続いて、先に測定したイオン電流Icにこの補正係数kを乗算して、イオン電流Icを補正する(ステップS370)。従って、ステップS370が実行されれば、イオン電流Icはノイズ電圧ΔVnの影響を取り除いた、あるいは影響を低減した値として扱うことができる。 Subsequently, the ion current Ic is corrected by multiplying the previously measured ion current Ic by the correction coefficient k (step S370). Therefore, if step S370 is executed, the ion current Ic can be handled as a value with the influence of the noise voltage ΔVn removed or reduced.
以上説明した第3実施形態によれば、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きい場合には、この変動量ΔVecの影響を緩和して、イオン電流Icを求めることができ、その後の微粒子量の検出を精度良く行なうことができる。変動量Vecの影響を緩和するとは、影響を取り除いたり、あるいは影響を低減することを言う。 According to the third embodiment described above, when the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the predetermined threshold value V3, the influence of the fluctuation amount ΔVec is alleviated and the ion current Ic is set. The amount of fine particles can be detected with high accuracy. Alleviating the influence of the fluctuation amount Vec means removing the influence or reducing the influence.
D.第4実施形態:
次に第4実施形態について説明する。第4実施形態の微粒子検出装置10は、そのハードウェア構成および図5に示した微粒子検出処理ルーチンの全体の処理は第1から第3実施形態と同様である。第4実施形態では、図10に示したように、イオン電流測定処理が第1〜第3実施形態と相違する。図10に示したイオン電流測定処理を開始すると、制御部60は、第3実施形態と同様に、まずイオン電流Icを測定する処理を行なう(ステップS350)。その上で、内燃機関40が過渡状態であるか否かの判断を行ない(ステップS310)、内燃機関40が過渡状態にあると判断すると、ステップS120で求めた変動量、ここではコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きいか否かの判断を行なう(ステップS314)。
D. Fourth embodiment:
Next, a fourth embodiment will be described. The
ステップS310において、内燃機関40が過渡状態にないと判断され場合、またはステップS314において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きくないと判断された場合には、何も行なわず、イオン電流測定処理を終了する。この結果、ステップS350で測定されたイオン電流Icがそのまま微粒子量の検出(図5、ステップS130)に用いられることになる。
If it is determined in step S310 that the
他方、ステップS314において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きいと判断された場合には、既に測定したイオン電流Icに対してフィルタ処理を行なう(ステップS380)。ここでは、イオン電流Icに対するフィルタ処理を、関数F(Ic)とした表わした。コロナ放電電圧Vceは、既に説明したように、基準電圧と一致するようフィードバック制御されている。このため、基準電圧から短時間、プラス側またはマイナス側に外れるとしても、一定期間の平均をとれば基準電圧近傍に制御されるとみなしてよい。このため、イオン電流Icの測定結果を積分する処理(ロウパスフィルタによるフィルタ処理)を施せば、ノイズ電圧ΔVnの影響を緩和することができる。なお、フィルタ処理は、積分処理でも良いし、あるいは前回以前の測定値に重み付けを施して平均値や中間値をとるような、いわゆるなまし処理であっても差し支えない。平均は、相加平均のみならず、相乗平均や移動平均であっても差し支えない。 On the other hand, if it is determined in step S314 that the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the predetermined threshold value V4, the already measured ion current Ic is filtered (step S380). ). Here, the filter processing for the ion current Ic is expressed as a function F (Ic). As described above, the corona discharge voltage Vce is feedback controlled so as to coincide with the reference voltage. For this reason, even if it deviates from the reference voltage to the plus side or minus side for a short time, it may be considered that the control is performed in the vicinity of the reference voltage if an average over a certain period is taken. For this reason, if the process of integrating the measurement result of the ion current Ic (filter process using a low-pass filter) is performed, the influence of the noise voltage ΔVn can be reduced. The filtering process may be an integration process, or may be a so-called smoothing process in which a measurement value before the previous time is weighted to obtain an average value or an intermediate value. The average may be not only an arithmetic average but also a geometric average or a moving average.
以上説明した第4実施形態によれば、内燃機関40が過渡状態にあり、かつコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きい場合には、この変動量ΔVecの影響をフィルタ処理により緩和できる。
According to the fourth embodiment described above, when the
上述した第3,第4実施例において、閾値V3やV4よりも大きな閾値V1を設定し、ステップS313またはS314の判断より前に、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecがこの閾値V1より大きいか否かを判断し、大きい場合には、図9または図10に示したイオン電流測定処理を実行しないようにしてもよい。こうすれば、第2実施形態で説明したように、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecがあまりに大きい場合(ΔVec>V1)には、イオン電流Icの測定を行なわないので、誤差を含んだイオン電流Icを、微粒子の検出処理に用いる可能性を低減できる。 In the third and fourth embodiments described above, a threshold value V1 larger than the threshold values V3 and V4 is set, and before the determination in step S313 or S314, the variation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is the threshold value V1. If it is larger, the ion current measurement process shown in FIG. 9 or 10 may not be executed. In this way, as described in the second embodiment, when the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is too large (ΔVec> V1), the measurement of the ion current Ic is not performed. The possibility of using the included ion current Ic for the detection processing of the fine particles can be reduced.
E.その他の実施形態:
上記の実施形態では、微粒子の検出を行なう処理(図5、ステップS130)までしか説明しなかったが、検出した微粒子の量が予め定めた値以上の場合には、制御部60は、そのことを車両制御部42に出力し、報知部55により運転者に対して報知してもよい。こうすれば、運転者は、内燃機関40から煤などが予め定めた量以上に排出されていることを理解でき、車両50をより適切に運転することができる。例えば急発進や急加速などを避け、排ガス中に含まれる煤の量などを増やさないようにすることができる。
E. Other embodiments:
In the above embodiment, only the processing for detecting fine particles (FIG. 5, step S130) has been described. However, when the amount of detected fine particles is equal to or larger than a predetermined value, the
上記実施形態では、内燃機関40運転状態が過渡状態にあると(換言すれば、イオン電流の計測値にノイズが乗っていると)判断するのに、車両制御部42からの過渡状態である旨の信号を用いたが、「過渡状態」を示す信号は、他の信号で代替してもよい。例えば、アクセルペダルやブレーキペダル踏込量の信号など、車両50、延いては内燃機関40の挙動に大きな影響を与えるパラメータを受け取り、これを微分して、その値が所定値以上の場合に「過渡状態」と同等であると判断してもよい。また、内燃機関40の運転状態が過渡状態にあるか否かを判断するにあたっては、前述したように、必ずしも車両制御部42等から内燃機関40が過渡状態にあるか否かの信号を受け取る必要はない。前述したように、コロナ放電電圧の変動量を計測して、変動量が所定値(例えば上述した閾値V1)を越えた場合に、内燃機関40の運転状態が過渡状態にあると判断してもよい。その他にも、例えば絶縁トランス72の一次側電圧や一次側のエネルギなどのパラメータの変動量、変化率、絶対値等といったコロナ放電に影響を耐える各種パラメータの1つまたは組み合わせに基づいて、内燃機関40が過渡状態にあるか否かを判断するようにしてもよい。このとき、車両制御部42等から内燃機関40が過渡状態にあるか否かの信号を受け取ることなく判断しても良いし、車両制御部42等からの信号を受け取って、両者を組み合わせて判断しても良い。
In the above-described embodiment, in order to determine that the operating state of the
また、上記実施形態では、コロナ放電電圧の変動量ΔVecを用いて、補正係数kなどを求めたが、コロナ放電に影響を与える他のパラメータ、例えば絶縁トランス72の一次側電圧や一次側のエネルギ、二次側電圧や二次側の出力エネルギ、バッテリ44や電源部46の出力電圧、などを直接測定した値、あるいはこれらの値に影響を与える他のパラメータなどを用いて、補正係数や補正の要否の判断などを行なうことも差し支えない。パラメータとしては、これらの値自体でもよいし、その変化量や変化率などであってもよい。
In the above embodiment, the correction coefficient k and the like are obtained by using the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage. However, other parameters that affect the corona discharge, such as the primary side voltage and the primary side energy of the insulating
また、上記実施形態では、微粒子センサ100には、空気供給孔155を設け、空気供給部80からの空気を供給したが、微粒子センサ100は、こうした外部からの空気の強制的な流れを用いないものとしてもよい。例えば特開2016−61767号公報に記載された粒子検知システムの構成を採用し、この回路部(符号200)に本願のイオン電流測定回路74および制御部60を含む電気回路部70の構成を適用することも可能である。また、微粒子センサ100としては、第2の電極132がない構成とすることも可能である。第2の電極132は、微粒子に付着しなかった陽イオンを、微粒子センサ100の外部に排出せず回収するために設けられているが、コロナ放電を行なう第1の電極112での放電により生成される陽イオンの量や、排ガスEGの流路などを工夫することにより、微粒子に付着しない陽イオンの排出を抑制することができる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、高電圧を微粒子センサ100の第1の電極112に付与するか否かおよび変換回路としてのオペアンプ35にオフセット電圧Vosを付与するか否かは、制御部60が自ら決定している。これに対して、これらの付与の切替を自律的に行なう回路を設け、その状態を制御部60が検出しこれに合せて、検出信号Vion による微粒子量の検出とセンサ異常などの判定とを行なう構成としても差し支えない。
In the above embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の態様で実施できることは勿論である。実施形態の中でハードウェアにより実施している部分は、ソフトウェアによって置き換えことも可能である。例えば制御部60、コロナ電流測定回路73が検出する合計電流Iall を一定にするように放電電圧制御回路75を制御しているが、合計電流Iall を一定にするようなフィードバック回路をハードウェアにより実現することは容易である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in a various aspect. A part implemented by hardware in the embodiment can be replaced by software. For example, the discharge
10…微粒子検出装置
12…第3の整流回路
20…ケーブル
21…第1の配線
22…第2の配線
23…信号線
24…空気供給管
25…セラミックパイプ
30…センサ駆動部
31…ガス流路
35〜38…オペアンプ
39…負電圧生成回路
40…内燃機関
41…フィルタ装置
42…車両制御部
43…燃料供給部
44…バッテリ
46…電源部
50…車両
55…報知部
60…制御部
61…燃料配管
62…排ガス配管
66…通信インタフェース
70…電気回路部
71…ドライバ
72…絶縁トランス
73…コロナ電流測定回路
74…イオン電流測定回路
75…放電電圧制御回路
76…トランス駆動回路
80…空気供給部
81…第1の整流回路
82…第2の整流回路
83,84…ショート保護用抵抗
91〜94,96…配線
95…入力ライン
100…微粒子センサ
100e…先端部
100r…後端部
110…イオン発生部
111…イオン発生室
112…第1の電極
120…排ガス帯電部
121…帯電室
124…ノズル
130…イオン捕捉部
131…捕捉室
132…第2の電極
134…ガス流路
135…排出孔
142…隔壁
145…流入孔
155…空気供給孔
ADC1…アナログ入力ポート
C21,C22…コンデンサ
CS…ケーシング
D21〜D24…ダイオード
EC…等価回路
PGL…一次側グランド
PT1…センタタップ
PT2,PT3…タップ
Q1,Q3,Q4…出力ポート
R0…抵抗器
R1…シャント抵抗器
R3〜R9,R11〜R13,R21〜R24…抵抗器
Rc,Rp,Rt…絶縁抵抗
S…煤
SGL…二次側グランド
Tr…トランジスタ
Tr11…トランジスタ
Tr21…トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力するイオン電流信号出力部と、
前記イオン電流対応信号から、前記熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響の少なくとも一部を取り除く外乱除去部と、
前記外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量の検出を行なう検出部と
を備えた微粒子検出装置。 A particulate detector for detecting particulates in the exhaust of a heat engine with combustion,
A corona discharge part for generating a corona discharge by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which the exhaust flows; and
An ion current signal output unit that charges fine particles in the exhaust with the ions generated by the corona discharge and outputs an ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that varies depending on the amount of charged fine particles;
A disturbance removing unit that removes at least a part of the influence of the disturbance caused by the operation state of the heat engine being in a transient state from the ion current corresponding signal;
And a detection unit that detects the amount of particulates in the exhaust gas based on an ion current corresponding signal from which at least part of the influence of the disturbance has been removed.
前記熱機関の過渡状態を示す過渡信号を受け取る受信部を更に備え、
前記外乱除去部は、前記受信部が受け取った前記過渡信号に従って、
[1]前記イオン電流対応信号を、一時的にマスクする処理、
[2]前記イオン電流対応信号を、積分または平均化する処理、
[3]前記イオン電流対応信号を、前記過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう算出された補正係数を用いて補正する処理、
[4]前記イオン電流対応信号を、前記過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう定められたオフセット値を用いてオフセットする処理、
のいずれか1つを行なう
微粒子検出装置。 The fine particle detection device according to claim 1,
A receiver for receiving a transient signal indicating a transient state of the heat engine;
The disturbance removing unit is in accordance with the transient signal received by the receiving unit.
[1] A process of temporarily masking the ion current corresponding signal;
[2] Processing for integrating or averaging the ion current corresponding signal;
[3] A process of correcting the ion current corresponding signal using a correction coefficient calculated so as to remove or mitigate the influence of disturbance due to the transient state;
[4] A process for offsetting the ion current corresponding signal using an offset value determined to remove or mitigate the influence of disturbance due to the transient state,
A particle detector that performs any one of the following.
請求項2に記載の微粒子検出装置を、前記熱機関である前記内燃機関の排気通路に設け、
前記微粒子検出装置の前記受信部は、前記内燃機関の運転を制御する運転制御部から、前記過渡信号を受信する
車両。 A vehicle equipped with an internal combustion engine,
The fine particle detection device according to claim 2 is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine which is the heat engine,
The receiving unit of the particulate detector receives the transient signal from an operation control unit that controls the operation of the internal combustion engine.
運転者が認識可能な報知を行なう報知部と、
前記微粒子検出装置により検出された微粒子量が、予め定めた閾値以上であると判定したとき、前記報知部を用いた報知を行なう制御部と
を備えた車両。 The vehicle according to claim 3,
A notification unit for performing notification recognizable by the driver;
A vehicle comprising: a control unit that performs notification using the notification unit when it is determined that the amount of the particle detected by the particle detection device is equal to or greater than a predetermined threshold.
前記排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせ、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力し、
前記イオン電流対応信号から、前記熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響を取り除き、
前記外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量の検出を行なう
方法。 A method for detecting particulates in the exhaust of a heat engine with combustion,
A corona discharge is generated by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which the exhaust flows.
With the ions generated by the corona discharge, the fine particles in the exhaust are charged, and an ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that changes depending on the amount of the charged fine particles is output.
From the ion current corresponding signal, the influence of disturbance caused by the operating state of the heat engine being in a transient state is removed,
A method for detecting the amount of particulate matter in the exhaust gas based on an ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance has been removed.
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