JP2020193893A5

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Publication number: JP2020193893A5
Application number: JP2019100209A
Authority: JP
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2039-05-29

Description

本発明の一態様は、
内燃機関（ＥＮＧ）の排ガスに含まれる特定成分を検出する排ガスセンサ（Ｓ）であって、
排ガス管（１０１）に取り付けられるハウジング（１１）の内側に、上記特定成分の検出部（２）を備えるセンサ素子（１）を保持するセンサ本体（Ｓ１）と、
上記センサ素子を内側に収容し、上記検出部に排ガスを導入又は導出するためのガス流通孔（３１、３２）を有する素子カバー（３）と、
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）と、
上記ヒータによる上記センサ素子の加熱を制御するヒータ制御部（５）と、
上記センサ素子の温度を検出するセンサ温度検出部（５１）と、
上記センサ温度検出部により検出されるセンサ温度（Ｔｓ）に基づいて、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（６）と、を有しており、
上記搭載状態診断部は、上記センサ温度の変動量（ΔＴｓ）と排ガス温度（Ｔｇ）の変動量（ΔＴｇ）とを算出する温度変動量算出部（６１）と、上記センサ温度の変動量の積算値と上記排ガス温度の変動量の積算値とを算出すると共に、上記排ガス温度の変動量の積算値に対する上記センサ温度の変動量の積算値の比率を算出する温度変動量積算部（６２）と、上記温度変動量積算部により算出される上記比率と、固定値として設定される診断閾値（ＴＨ２）とを比較して、搭載異常の有無の判定を行う、異常判定部（６３）とを有しており、
上記異常判定部は、上記比率が、上記診断閾値に満たないときに、搭載異常と判定する、排ガスセンサにある。

参考形態１における、排ガスセンサの全体構成図。参考形態１における、排ガスセンサのセンサ本体の要部拡大断面図。参考形態１における、排ガスセンサのセンサ素子の要部拡大斜視図。参考形態１における、排ガスセンサを含む排ガス浄化システムの全体構成図。参考形態１における、センサ素子の動作を説明するための模式的な断面図。参考形態１における、センサ素子のセンサ温度とヒータ抵抗の関係の一例を示す図。参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部における処理の概要を示す図。参考形態１における、排ガスセンサのセンサ素子の制御モードとセンサ温度との関係を示す図。参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部において実施される搭載状態診断処理のフローチャート図。参考形態１における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御とセンサ素子の温度の推移を示すタイムチャート図。参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部において用いられるΔＴｇ積算値とΔＴｓ積算値との関係を、搭載正常品と搭載異常品とで比較して示す図。参考形態１における、排ガスセンサの搭載状態診断部において用いられるΔＴｇ積算値及びΔＴｓ積算値と、診断閾値との関係を示す図。従来の排ガスセンサにおける、排ガスセンサの搭載状態診断の方法と、周辺環境による診断への影響を説明するためのタイムチャート図。実施形態２における、排ガスセンサの搭載状態診断部における処理の概要を示す図。実施形態２における、排ガスセンサの搭載状態診断部が備える診断可否判定部において実施される搭載状態診断処理のフローチャート図。実施形態２における、排ガスセンサのヒータ部による加熱制御とセンサ素子の温度の推移を示すタイムチャート図。

（参考形態１）
排ガスセンサに係る実施形態の基本構成を示す参考形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
図１〜図３に示すように、排ガスセンサＳは、センサ本体Ｓ１と制御装置Ｓ２とを備えて構成され、センサ本体Ｓ１は、検出部２を備えるセンサ素子１と、センサ素子１を内側に収容する素子カバー３と、通電により発熱してセンサ素子１を加熱するヒータ４とを有している。制御装置Ｓ２は、ヒータ４によるセンサ素子１の加熱を制御するヒータ制御部５と、センサ素子１の温度を検出するセンサ温度検出部５１と、素子カバー３の状態を診断する搭載状態診断部６を有している。

（実施形態２）
図１４〜図１６を参照して、実施形態２の排ガスセンサＳについて説明する。
本形態において、排ガスセンサＳの基本構成及び基本動作は、上記参考形態１と同様であり、図１４に示すように、搭載状態診断部６において実行される手順の概要において、診断可否判定部６４にて実施される手順（１）、異常判定部６３にて実施される手順（６）の一部が異なっている。
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、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図１４に示す搭載状態診断の処理手順（１）〜（６）において、手順（３）は、温度変動量算出部６１に相当し、手順（４）は、温度変動量積算部６２に相当し、手順（６）は、異常判定部６３に相当する。また、手順（１）、（５）は、診断可否判定部６４に相当し、手順（２）では、センサ温度検出部５１が用いられる。このうち、処理手順（２）〜（５）は、上記参考形態１と同様であり、説明を省略する。

上記参考形態１にて、排ガス流速の影響について述べたように、排ガス管１０１内の排ガス流速の変化が大きいと、センサ温度Ｔｓや排ガス温度Ｔｇの変動が大きくなる傾向にある。その場合には、搭載正常と搭載異常での温度変動においても、特性線の軌跡長の差が表れやすい。そのため、手順（１）にて、排ガス流速の変化が大きい場合のみ、温度検出を実施可能とするようにしてもよい。排ガス流速の変化が小さい場合には、以降の手順を実施しない。

手順（１）において、センサ温度検出部５１の状態や、ヒータ制御部５の制御状態に基づく搭載状態診断の可否も、上記参考形態１と同様にして判定される。このようにして、搭載状態診断に適した状態にあるときのみ、手順（２）以降の温度検出及び搭載状態診断を実施することが望ましい。このように、予め、搭載状態診断のための温度検出の実施の可否を判定することで、より精度よい搭載状態診断を診断が可能になる。

手順（１）が実施可と判定されると、上記参考形態１と同様にして、手順（２）〜（４）において、センサ温度Ｔｓの検出、センサ温度変動量ΔＴｓの算出、ΔＴｓ積算値の算出を、順次実施する。また、排ガス温度Ｔｇの検出、排ガス温度変動量ΔＴｇの算出、ΔＴｇ積算値の算出を実施する。同様にして、手順（５）において、算出されたΔＴｇ積算値に基づいて、予め設定された規定値Ｔ０と比較することで、搭載状態診断の可否の判定を実施することで、排ガス温度Ｔｇの変動が診断に十分な積算量に達したか否かを判定する。

搭載状態診断部６は、ΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０に達した場合に、手順（６）において、算出されたΔＴｓ積算値に基づく搭載異常の有無の判定を実施する。
上記参考形態１では、ΔＴｇ積算値に基づいて可変値である第１診断閾値ＴＨ１を算出し、ΔＴｓ積算値と比較したが、本形態では、下記式のように、ΔＴｓ積算値とΔＴｇ積算値との比率を算出する。
比率＝ΔＴｓ積算値／ΔＴｇ積算値
算出された比率は、診断閾値として、予め設定された固定値である第２診断閾値ＴＨ２と比較される。このように、ΔＴｇ積算値を基準とする比率を算出するようにしてもよく、搭載状態診断のための診断閾値を算出するためのマップ等を不要とすることができる。ΔＴｓ積算値が、第２診断閾値ＴＨ２に達していれば、搭載正常と判定し、第２診断閾値ＴＨ２に満たなければ、搭載異常と判定することができる。

図１５において、搭載状態診断処理が開始されると、まず、ステップＳ２０１にて、センサ温度検出部５１が、正常に動作可能な状態にあるか否かを判定し、肯定判定された場合には、ステップＳ２０２へ進んで、ＳＣＵ５０によるセンサ温度Ｔｓの制御モードが、捕集モードであるか否かを判定する。ステップＳ２０１〜Ｓ２０２は、上記参考形態１におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０２と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ２０４では、センサ温度検出部５１により検出されるセンサ温度Ｔｓ、温度センサ１０３により検出される排ガス温度Ｔｇを取り込み、次いで、ステップＳ２０５へ進んで、センサ温度変動量ΔＴｓ、排ガス温度変動量ΔＴｇを、それぞれ算出する。さらに、ステップＳ２０６へ進んで、ΔＴｓ積算値、ΔＴｇ積算値を算出する。これらステップＳ２０４〜Ｓ２０６は、上記参考形態１におけるステップＳ１０３〜Ｓ１０５と同様であり、説明を省略する。

その後、ステップＳ２０７以降へ進んで、搭載状態診断を実施する。ステップＳ２０７では、上記参考形態１におけるステップＳ１０６と同様にして、算出したΔＴｇ積算値が規定値Ｔ０以上となったか否かを判定する（すなわち、ΔＴｇ積算値≧Ｔ０？）。ステップＳ２０７が肯定判定された場合は、ステップＳ２０８へ進み、否定判定された場合は、ステップＳ２０４に戻って、それ以降のステップを繰り返す。

Claims

内燃機関（ＥＮＧ）の排ガスに含まれる特定成分を検出する排ガスセンサ（Ｓ）であって、
排ガス管（１０１）に取り付けられるハウジング（１１）の内側に、上記特定成分の検出部（２）を備えるセンサ素子（１）を保持するセンサ本体（Ｓ１）と、
上記センサ素子を内側に収容し、上記検出部に排ガスを導入又は導出するためのガス流通孔（３１、３２）を有する素子カバー（３）と、
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）と、
上記ヒータによる上記センサ素子の加熱を制御するヒータ制御部（５）と、
上記センサ素子の温度を検出するセンサ温度検出部（５１）と、
上記センサ温度検出部により検出されるセンサ温度（Ｔｓ）に基づいて、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（６）と、を有しており、
上記搭載状態診断部は、上記センサ温度の変動量（ΔＴｓ）と排ガス温度（Ｔｇ）の変動量（ΔＴｇ）とを算出する温度変動量算出部（６１）と、上記センサ温度の変動量の積算値と上記排ガス温度の変動量の積算値とを算出すると共に、上記排ガス温度の変動量の積算値に対する上記センサ温度の変動量の積算値の比率を算出する温度変動量積算部（６２）と、上記温度変動量積算部により算出される上記比率と、固定値として設定される診断閾値（ＴＨ２）とを比較して、搭載異常の有無の判定を行う、異常判定部（６３）とを有しており、
上記異常判定部は、上記比率が、上記診断閾値に満たないときに、搭載異常と判定する、排ガスセンサ。
上記センサ温度の変動量又は上記排ガス温度の変動量は、周期的に検出される上記センサ温度又は上記排ガス温度の前回値と今回値の差分値の絶対値である、請求項１に記載の排ガスセンサ。
上記診断閾値は、搭載正常時の上記比率の下限値と、搭載異常時の上記比率の上限値との間の値となるように、予め設定され、
上記異常判定部は、上記比率が、上記診断閾値ないしそれ以上となったときに、搭載異常無と判定する、請求項１又は２に記載の排ガスセンサ。
上記搭載状態診断部は、上記排ガス温度の変動量の積算値に基づいて、搭載状態診断が可能な状態か否かを判定する、診断可否判定部（６４）を、さらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガスセンサ。
上記診断可否判定部は、上記排ガス温度の変動量の積算値が、規定値（Ｔ０）以上となったときに、搭載状態診断可能と判定する、請求項４に記載の排ガスセンサ。
上記診断可否判定部は、さらに、上記ヒータ制御部の制御状態、上記センサ温度検出部の状態、及び、上記内燃機関の運転状態のうちの少なくとも１つに基づいて、搭載状態診断が可能な状態か否かを判定する、請求項４又は５に記載の排ガスセンサ。
上記診断可否判定部は、上記ヒータ制御部により上記ヒータによる加熱が停止された状態にあるときに、搭載状態診断が可能と判定する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の排ガスセンサ。
上記特定成分は、粒子状物質であり、
上記ヒータ制御部は、上記検出部に粒子状物質を捕集する捕集モードと、上記検出部に堆積する粒子状物質を加熱燃焼させる再生モードとを備えており、
上記ヒータによる加熱が停止された状態は、上記ヒータ制御部により上記捕集モードが選択された状態である、請求項７に記載の排ガスセンサ。