JP2020101393A - 粒子状物質検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
内燃機関(ENG)の排ガス管(101)に取り付けられるハウジング(H)の内側に、排ガスに含まれる粒子状物質を検出するセンサ素子(1)を保持するセンサ本体(S1)と、
上記センサ素子の温度を検出するためのセンサ温度検出部(2)と、
上記排ガス管に対する上記センサ本体の搭載状態を診断するための搭載状態診断部(3)と、を備える粒子状物質検出装置(S)であって、
上記搭載状態診断部は、
上記内燃機関の運転状態に基づいて、搭載状態を診断するための診断閾値(Tth)を、上記センサ本体が正常に搭載された状態における上記センサ素子の温度より低い温度値に設定する診断閾値設定部(31)と、
上記センサ温度検出部で検出されるセンサ温度(T)と、上記診断閾値とを比較して、上記センサ温度が上記診断閾値より低いときに、搭載異常と判定する搭載異常判定部(32)を有している、粒子状物質検出装置にある。
以上のごとく、上記態様によれば、センサ素子の搭載状態の診断を精度よく実施可能として、より信頼性の高い粒子状物質検出装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
粒子状物質検出装置に係る実施形態について、図1〜図14を参照して説明する。
図1〜図3に示すように、粒子状物質検出装置Sは、センサ素子1を有するセンサ本体S1と、センサ温度検出部2及び搭載状態診断部3を有する制御装置S2と、を備えて構成される。粒子状物質検出装置Sは、例えば、図4に示すように、内燃機関としての車両用のディーゼルエンジン(以下、エンジンと略称する)ENGに搭載される排ガス浄化装置100に適用することができる。センサ本体S1は、エンジンENGの排ガス管101に取り付けられるハウジングHを有し、その内側に、排ガスに含まれる粒子状物質を検出するセンサ素子1を保持している。
図1において、粒子状物質検出装置Sのセンサ本体S1は、筒状のハウジングHを有し、その内周側にセンサ素子S1を同軸的に収容すると共に、ハウジングHの外周側に、排ガス管101に取り付けるための取付ネジ部H1を備えている。両端が開口するハウジングHの先端側には、容器状の素子カバー6が固定され、基端側には、筒状の大気カバー12が固定されている。
なお、ここでは、図1における上下方向をセンサ本体S1の軸方向Xとし、その下端側をセンサ本体S1の先端側、上端側をセンサ本体S1の基端側としている。
したがって、ヒータ制御部21によってヒータ4の発熱量を制御し、センサ素子1を、所望の温度に加熱することができる。例えば、PM検出制御部22によるPM検出時には、これに先立って、検出部10をPMの燃焼温度以上に加熱し、捕集されたPMを燃焼除去して初期状態に戻すセンサ再生を実施することができる。
なお、アウタカバー6aとインナカバー6bの形状や、ガス流通孔61、62、621の形状は、上記したものに限らず、任意の構成とすることができる。また、ガス流通孔621にガイド部63を設けない構成であってもよく、ガス流通孔61、62、621の数や配置も、任意に設定することができる。好適には、ガス流通孔61、621が、アウタカバー6a又はインナカバー6bの側面の全周に均等配置されるようにすると、ガス流れに対する指向性を有しない構成となる。
また、エンジンENGは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンでもよい。その場合には、DPF102に代えて、ガソリンパティキュレートフィルタ(以下、GPFと略称する)が配置される。
粒子状物質検出装置Sにおいて、SCU20のPM検出制御部22からのPM検出情報は、主に、ECU30のDPF故障診断部52におけるDPF102の故障診断に用いられる。このとき、DPF102の故障を確実に検出するには、センサ素子1によるPM検出が正常に実施される必要であり、その前提として、センサ素子1を含むセンサ本体S1が、所定の位置に適切に搭載された状態にあることが重要となる。
同様に、センサ本体S1が、排ガス管101に対して適切に取り付けられておらず、あるいは、正しい搭載姿勢にないために、素子カバー6内に十分な排ガスが導入されない場合にも、センサ素子1から本来の出力が得られずに、PM検出が困難になる懸念がある。
このとき、搭載状態診断部3において実行される手順の概要を、図7を用いて説明する。図7のステップS1〜ステップS2は、搭載状態診断部3の診断可否判定部33に対応し、ステップS3〜ステップS4は、診断閾値設定部31に対応しており、ステップS5〜ステップS7は、搭載異常判定部32に対応する。
図8において、診断可否判定処理が開始されると、まず、ステップS11にて、センサ温度検出部2の動作状態を示す情報の1つとして、ヒータ抵抗を検出する。次いで、ステップS12にて、検出したヒータ抵抗を、所定の抵抗閾値Rth1、Rth2と比較する。
そして、ステップS12が肯定判定された場合には、ステップS13へ進んで、ヒータ抵抗は正常と判定する。その場合には、ヒータ4や温度検出部2が正常動作可能な状態にあり、ヒータ抵抗に基づくセンサ温度Tを用いて、搭載状態の診断実施が可能と判定することができる。
一方、ステップS12が否定判定された場合には、ステップS14へ進んで、ヒータ抵抗は異常と判定する。その場合には、ヒータ4や温度検出部2に何らかの異常があり、ヒータ抵抗に基づくセンサ温度Tによる搭載状態の診断実施は不可と判定される。
次いで、ステップS4へ進んで、搭載状態の診断のための診断閾値Tthを設定する。この診断閾値Tthの設定は、例えば、図10に示す手順で行われる。
なお、ここでは、エンジン回転数及び燃料噴射量の両方をパラメータとする閾値マップを用いるが、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちのいずれか1つを用いて診断閾値Tthを選択するようにしてもよい。
また、搭載異常時のセンサ温度Tはほぼ一定であり、排ガス温度の低温時には、高温時に比べて、排ガス温度Tとセンサ温度Tの温度差が小さくなる。その場合には、高温時に比べて、診断閾値Tthを低く設定することで、排ガス温度に応じた精度よい異常検出が可能になる。
図14〜図15を参照して、実施形態2の粒子状物質検出装置1について説明する。
本形態は、搭載状態診断部3の診断可否判定部33による判定手順の他の例であり、粒子状物質検出装置1の基本構成は、上記実施形態1と同様であるので説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
図14は、その場合に診断可否判定部33において実施される診断可否判定処理であり、まず、ステップS101にて、上記図8におけるステップS11と同様に、ヒータ抵抗を検出する。次いで、ステップS102にて、検出したヒータ抵抗に基づいて、センサ温度Tを算出する。
一方、ステップS103が否定判定された場合には、ステップS105へ進んで、センサ温度Tは異常と判定する。その場合には、温度検出部2は正常な動作が可能な状態になく、以降の搭載状態の診断実施は不可と判定される。
図16〜図17を参照して、実施形態3の粒子状物質検出装置1について説明する。
本形態は、搭載状態診断部3の診断可否判定部33による判定手順の他の例であり、以下、相違点を中心に説明する。
上記実施形態1、2では、診断可否判定部33は、センサ温度検出部2の動作状態を示す情報に基づいて搭載状態の診断可否を判定したが、他の情報に基づいてもよい。他の情報としては、センサ素子1の温度又は排ガス温度に影響する可能性のある制御情報、例えば、センサ素子1の制御状態を示す情報や、排ガス管101内の排ガス状態を示す情報が挙げられる。
このように、センサ素子1が排ガス温度以上となるような制御モードにおいては、センサ温度Tに基づく搭載状態診断を実施しないことで、誤診断等を防止することができる。
図18〜図21を参照して、実施形態4の粒子状物質検出装置1について説明する。
本形態は、搭載状態診断部3の診断可否判定部33による判定手順の他の例であり、搭載状態の診断可否を判定するための情報として、エンジンENGの運転状態を示す情報を用いる。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
上記図12に示したように、エンジン回転数が低く又は燃料噴射量が少ない領域では、排ガス温度が低下することから、センサ温度Tとの温度差が小さくなる。そこで、エンジン回転数及び燃料噴射量が、少なくとも下限閾値以上の範囲にある場合に、搭載状態の診断を行うことで、搭載状態診断の信頼性を向上可能となる。
あるいは、エンジンENGの運転状態を示す情報として、その他の情報、例えば、車速を用いることもできる。その場合の搭載状態診断部3の診断可否判定部33による判定手順を、図20に示す。
例えば、排ガス温度が低い場合には、排ガス管101の外部の温度(以下、外気温と称する)との温度差が小さくなり、搭載状態を診断できない可能性があるが、予め外気温に基づく診断可否の判定を行うことで、搭載状態診断を効率よく実施することができる。
図22〜図23を参照して、実施形態5の粒子状物質検出装置1について説明する。
本形態は、搭載状態診断部3の診断閾値設定部31による設定手順の他の例であり、外部情報としての外気温による補正を実施する。粒子状物質検出装置1の基本構成は、上記実施形態1と同様であるので説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
例えば、上記実施形態では、DPF102を含むエンジンの排ガス浄化システムへの適用例を示したが、エンジンを含むシステム構成は、適宜変更することができ、また、車両用に限らず、各種用途に利用することができる。さらに、粒子状物質検出装置Sの制御装置S2において、搭載状態診断部3をSCU20に設けたが、車両側のECU30に設けてもよく、センサ本体S1やセンサ素子1の構造も、適宜変更することができる。
S1 センサ本体
S2 制御装置
1 センサ素子
10 検出部
2 センサ温度検出部
3 搭載状態診断部
31 診断閾値設定部
32 搭載異常判定部
33 診断可否判定部
Claims (8)
- 内燃機関(ENG)の排ガス管(101)に取り付けられるハウジング(H)の内側に、排ガスに含まれる粒子状物質を検出するセンサ素子(1)を保持するセンサ本体(S1)と、
上記センサ素子の温度を検出するためのセンサ温度検出部(2)と、
上記排ガス管に対する上記センサ本体の搭載状態を診断するための搭載状態診断部(3)と、を備える粒子状物質検出装置(S)であって、
上記搭載状態診断部は、
上記内燃機関の運転状態に基づいて、搭載状態を診断するための診断閾値(Tth)を、上記センサ本体が正常に搭載された状態における上記センサ素子の温度より低い温度値に設定する診断閾値設定部(31)と、
上記センサ温度検出部で検出されるセンサ温度(T)と、上記診断閾値とを比較して、上記センサ温度が上記診断閾値より低いときに、搭載異常と判定する搭載異常判定部(32)を有している、粒子状物質検出装置。 - 上記診断閾値設定部は、上記内燃機関の運転状態として、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちの少なくとも1つを検出し、上記診断閾値は、正常搭載状態における上記センサ素子の温度と上記内燃機関の運転状態との関係に基づいて設定される、請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 上記センサ本体は、通電により発熱して上記センサ素子を加熱するヒータ(4)を有し、
上記センサ温度検出部は、上記ヒータの抵抗値に基づいて上記センサ温度を検出する、請求項1又は2に記載の粒子状物質検出装置。 - 上記搭載状態診断部は、上記センサ本体の搭載状態の診断が可能か否かを判定するための診断可否判定部(33)を、さらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子状物質検出装置。
- 上記診断可否判定部は、上記センサ温度検出部の動作状態、上記センサ素子の制御状態、上記排ガス管内の排ガス状態、及び、上記内燃機関の運転状態のうちの少なくとも1つの情報に基づいて診断可否を判定する、請求項4に記載の粒子状物質検出装置。
- 上記診断可否判定部は、上記センサ温度検出部による上記センサ温度の検出が正常になされない状態、又は、上記センサ素子が加熱制御状態にあるときには、診断不可と判定する、請求項5に記載の粒子状物質検出装置。
- 上記センサ本体の搭載位置に対して排ガス流れ方向の上流側に、粒子状物質の捕集用フィルタ(102)が配設されており、
上記診断可否判定部は、上記排ガス管内の排ガス状態として、上記捕集用フィルタが再生制御状態にあるときには、診断不可と判定する、請求項5に記載の粒子状物質検出装置。 - 上記診断閾値設定部は、上記内燃機関の運転状態に基づいて、上記診断閾値の基準値を算出し、上記内燃機関の外部情報に基づく診断閾値補正値を用いて上記基準値を補正して、上記診断閾値を設定する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の粒子状物質検出装置。
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