JP5333326B2

JP5333326B2 - 排気温センサの異常検出装置

Info

Publication number: JP5333326B2
Application number: JP2010090767A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎合屋; 直之宮良
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP2011220243A

Description

本発明は、内燃機関（エンジンともいう）の排気通路に設置される排気温センサの異常検出装置に関する。

この種の排気温センサとしては、サーミスタを用いたものが主流であるが、この排気温センサに用いているサーミスタは、所定温度以上の高温雰囲気に晒されると、サーミスタ内の酸素が増減するとともにホール（ｈ⁺）が増減することによって、サーミスタにおいて雰囲気温度の変化量に対する抵抗値の変化量、つまり雰囲気温度−抵抗値の変換特性が狂うことになる。

ところで、内燃機関の燃料噴射や点火時期等の各種制御には、前記排気温センサからの検出情報を利用しているが、この排気温センサが前記のような理由により劣化することにより検出情報が不正確になってしまうと、前記各種制御を適正に行えなくなる。

このような排気温センサの異常検出技術として、例えば特許文献１，２が知られている。まず、特許文献１では、内燃機関の排気管において酸化触媒の上流側と下流側とにそれぞれ排気温センサを設置し、この２つの排気温センサからの検出出力の差が所定範囲を超える場合に、前記２つの排気温センサのいずれかが異常であると判定するようにしている。

また、特許文献２では、内燃機関の排気管において酸化触媒の下流側に排気温センサを設置し、内燃機関の運転が安定状態であるときに当該内燃機関の運転状態に基づいて前記排気温センサ近傍の排気温度を推定し、この推定値と前記排気温センサで検出した実測値との差が所定の閾値より大きい場合に、前記排気温センサに異常があると判定するようにしている。

特開２００５−１４００６９号公報特開２００６−２２７３０号公報

特許文献１に係る従来例では、２つの排気温センサからの検出出力の差に基づいて異常を判定するようになっているために、排気温センサが１つの場合には異常を検出することができない。

また、特許文献２に係る従来例では、１つの排気温センサを用いて異常を検出するようになっているものの、異常判定の基準値を内燃機関の運転状態から推定している関係より、推定結果の信頼性が低いなど、異常判定の精度が低いと言える。

ところで、本願発明者らは、排気温センサによる検出温度が、サーミスタを劣化させてしまう温度を瞬時にでも上回った場合に、排気温センサが異常であると判定することを考えたが、その場合も正確な異常検出ができないと言える。

このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の排気通路に設置されかつサーミスタを用いてなる排気温センサの異常検出装置において、異常検出精度を高めることを目的としている。

本発明の技術的思想を説明する。サーミスタを用いてなる排気温センサは、劣化発生温度以上の高温雰囲気に晒されることによる受熱量が増えるにつれて、サーミスタによる雰囲気温度に対する抵抗値の変化量（狂い量）が増える。つまり、排気温センサの総受熱量と、サーミスタによる雰囲気温度に対する抵抗値の変化量との間には比例的な関係がある。そこで、本願発明者らは、排気温センサの総受熱量を調べれば、排気温センサにおける雰囲気温度−抵抗値の変換特性の狂い量を間接的に把握できると考え、本発明を想到するに至った。

本発明は、内燃機関の排気通路に設置されかつサーミスタを用いてなる排気温センサの異常検出装置であって、前記排気温センサによる検出温度が、前記サーミスタを劣化させてしまう温度を上回ったときに限り当該排気温センサの瞬時受熱量を算出するとともに、この算出結果を積算することにより前記排気温センサの総受熱量を算出する算出手段と、前記算出した総受熱量が異常判定用の閾値以上であるか否かを判定する判定手段と、この判定手段で前記閾値以上であると判定した場合に排気温センサが異常であると認識する認識手段とを含む、ことを特徴としている。

このように本発明では、排気温センサの設置場所の雰囲気温度が、排気温センサのサーミスタを劣化させてしまう温度を上回ったときに限り、当該排気温センサの瞬時受熱量を積算することにより、排気温センサの異常発生の有無を調べるようにしている。

これにより、排気温センサの異常を従来例に比べて精度良く検出することが可能になるから、排気温センサが異常になった場合に、そのことを比較的適正なタイミングで運転者などに報知することが可能になる。したがって、排気温センサが異常になったまま長期にわたって使用し続けることを回避できるようになる。

本発明に係る排気温センサの異常検出装置では、排気温センサの異常を従来例に比べて精度良く検出することが可能になり、排気温センサの異常を比較的適正なタイミングで運転者などに報知することが可能になる。したがって、異常になった排気温センサによる誤検出情報を用いて内燃機関の燃料噴射や点火等を行うといった好ましくない事態を回避、または比較的早期に脱することが可能になる。

本発明の排気温センサの異常検出装置を適用した内燃機関の排気系を示す概略構成図である。図１に示す排気温センサの断面図である。図１に示す排気温センサの異常検出処理を説明するためのフローチャートである。図３のステップＳ１の総受熱量を算出するための処理を説明するためのフローチャートである。排気温センサの抵抗値変化量（狂い量）の経時的な変化を示すグラフである。排気温センサの検出温度（雰囲気温度）の経時的な変化を示すグラフであり、排気温センサの瞬時受熱量の算出領域を示している。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図６に、本発明の一実施形態を示している。図中、１は例えばディーゼルエンジンなどのエンジンである。このエンジン１の排気通路２には、触媒３が設置されている。この触媒３は、例えばＤＰＲ（Diesel Particulate active Reduction system）や、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate−NOx Reduction system）等とされる。なお、エンジン１がガソリンエンジンの場合には、触媒３は例えば酸化触媒などとされる。このようにエンジン１や触媒３の種類は特に限定されない。

ＤＰＲは、例えば多孔質セラミックからなるハニカム構造体に酸化触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とするもの）を担持させた構成であり、原理的には、排気中の有害物質を酸化触媒で酸化させ、二酸化炭素と水蒸気に変換し、さらに排気中のＰＭ（Particulate Matter、カーボンを主成分とする粒子状物質）をハニカム構造体の多孔質セラミック基材の微細孔に捕集する。

ＤＰＮＲは、前記ＤＰＲの機能に加えて窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが可能なものであり、例えば多孔質セラミック構造体に酸化触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とするもの）とＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを担持させたものである。このＤＰＮＲは、排気中のＰＭを多孔質の壁を通過する際に捕集され、また、排気の空燃比がリーンの場合、排気中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元、放出される。

そして、排気通路２において触媒３の上流側および下流側には、排気温センサ４Ａ，４Ｂが設置される。この排気温センサ４Ａ，４Ｂは、サーミスタ１１を用いた公知の構成である。具体的に、例えば図２に示すように、排気温センサ４Ａ，４Ｂは、サーミスタ１１をカバー１２内に封入し、このサーミスタ１１に配線１３を接続したような構成になっている。

エンジン１の燃料噴射や点火時期等は、エンジン制御装置５により制御されるようになっている。このエンジン制御装置５は、公知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）とされ、詳細な構成の図示を省略しているが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。

ＲＯＭには、エンジン１の運転などに関係する各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが少なくとも記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジン１の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

このエンジン制御装置（ＥＮＧ＿ＥＣＵ）５には、排気温センサ４Ａ，４Ｂからの検出情報が入力されるようになっており、この排気温センサ４Ａ，４Ｂからの検出情報をエンジン制御装置５によるエンジン１の燃料噴射や点火時期等の各種制御に利用するようになっている。

そこで、排気温センサ４Ａ，４Ｂからの検出情報の信頼性を高めるために、エンジン制御装置５には、排気温センサ４Ａ，４Ｂの異常を検出するための機能が装備されている。つまり、この実施形態では、エンジン制御装置５が本発明に係る異常検出装置を兼ねているのである。なお、この異常検出装置は、エンジン制御装置５とは別体で構成することも可能である。

次に、図３を参照して、エンジン制御装置５による排気温センサ４Ａ，４Ｂの異常検出の処理を説明する。図３のフローチャートは、例えばエンジン１の始動後に一定周期（例えば数ｍｓｅｃ〜数十ミリｓｅｃ程度）毎にスタートされる。

図３のフローチャートがスタートされると、まず、ステップＳ１において、排気温センサ４Ａ，４Ｂの総受熱量Ｑを算出する。この算出手法については、後で詳細に説明する。

続いて、ステップＳ２において、前記ステップＳ１で算出した総受熱量Ｑが異常判定用の閾値Ｑref以上であるか否かを調べる。

この閾値Ｑrefは、図５のグラフに示しているように、排気温センサ４Ａ，４Ｂのサーミスタ１１による検出動作（精度）を保障する範囲の上限値に設定される。この上限値は、予め実験などによって経験的に特定される値であって、例えばエンジン制御装置５のＲＯＭ内に予め記憶されている。

ここで、総受熱量Ｑが閾値Ｑref未満である場合には、前記ステップＳ２で否定判定して、このフローチャートを終了する。その一方で、総受熱量Ｑが閾値Ｑref以上である場合には、前記ステップＳ２で肯定判定して、続くステップＳ３に移行する。

このステップＳ３では、排気温センサ４Ａ，４Ｂが異常であると認識するとともに、この認識した情報を例えば運転者などに報知するための処理を実行してから、このフローチャートを終了する。

このように、排気温センサ４Ａ，４Ｂが異常であると認識するまでの間、排気温センサ４Ａ，４Ｂの劣化度合いを常に監視しているのである。

次に、図４を参照して、図３に示すステップＳ１における排気温センサ４Ａ，４Ｂの総受熱量Ｑを算出する手法を説明する。

図４のフローチャートにエントリーされると、まず、ステップＳ１１において、排気温センサ４Ａ，４Ｂからの検出出力に基づいて検出した温度Ｔを読み込み、続くステップＳ１２において、前記ステップＳ１で読み込んだ検出温度Ｔが、劣化判定用の閾値Ｔrefを上回ったか否かを調べる。

この閾値Ｔrefは、サーミスタ１１を劣化させてしまう温度を予め実験などによって経験的に特定される値であって、例えばエンジン制御装置５のＲＯＭ内に予め記憶されている。

そもそも、排気温センサ４Ａ，４Ｂに用いているサーミスタ１１は、所定温度（Ｔref）以上の高温雰囲気に晒されると、サーミスタ１１内の酸素が増減するとともにホール（ｈ⁺）が増減することによって、サーミスタ１１において雰囲気温度の変化量に対する抵抗値の変化量、つまり雰囲気温度−抵抗値の変換特性が狂うことになる。この現象を劣化と言う。

このことから、前記ステップＳ１２では、図６のグラフに示しているように、排気温センサ４Ａ，４Ｂの設置場所の雰囲気温度がサーミスタ１１を劣化させてしまう温度（Ｔref）以上になったか否かを調べているのである。

ここで、排気温センサ４Ａ，４Ｂによる検出温度Ｔが劣化判定用の閾値Ｔref以下の場合には、前記ステップＳ１２で否定判定して、このフローチャートを抜ける。一方、排気温センサ４Ａ，４Ｂによる検出温度Ｔが閾値Ｔrefを上回った場合には、前記ステップＳ１２で肯定判定して、続くステップＳ１３に移行する。

このステップＳ１３では、排気温センサ４Ａ，４Ｂを劣化させてしまう温度（Ｔref）を超過したときの排気温センサ４Ａ，４Ｂの瞬時受熱量ｑを算出（ｑ＝Ｔ×Ａ）する。なお、前記式において、Ｔは前記ステップＳ１１で読み込んだ検出温度であり、Ａは前記ステップＳ１１での検出温度の読み込み周期（sec）である。この読み込み周期Ａは、図３のフローチャートの実行周期になる。図６に示す読み込み周期Ａの記載間隔は誇張して記載している。

この後、ステップＳ１４において、前記ステップＳ１３で算出した排気温センサ４Ａ，４Ｂの瞬時受熱量ｑを積算（Ｑ＝Σｑ）することにより、排気温センサ４Ａ，４Ｂの総受熱量Ｑを算出し、この算出結果をエンジン制御装置５のバックアップＲＡＭ内に保存する。ここでは、排気温センサ４Ａ，４Ｂの使用初期からのトータルの受熱量Ｑを算出するようになっている。この後、フローチャートを抜ける。

以上説明したように、本発明の特徴を適用した実施形態では、排気温センサ４Ａ，４Ｂの設置場所の雰囲気温度がサーミスタ１１を劣化させてしまう温度（Ｔref）を超過したときの瞬時受熱量ｑを積算することによって、排気温センサ４Ａ，４Ｂにおける雰囲気温度−抵抗値の変換特性の狂いを間接的に把握し、この狂いが保障範囲外になったときに排気温センサ４Ａ，４Ｂが異常であると認識するようにしている。

これにより、排気温センサ４Ａ，４Ｂの異常を従来例に比べて精度良く検出することが可能になるから、排気温センサ４Ａ，４Ｂが異常になった場合に、そのことを比較的適正なタイミングで運転者などに報知することが可能になる。

その結果、排気温センサ４Ａ，４Ｂが異常になったまま長期にわたって使用し続けることを回避できるようになり、ひいては異常になった排気温センサ４Ａ，４Ｂによる誤検出情報を用いてエンジン１の燃料噴射や点火等を行うといった好ましくない事態を回避、または比較的早期に脱することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。例えば上記実施形態では、排気温センサ４Ａ，４Ｂの設置場所の一例としてエンジン１の排気通路２において触媒３の上流側と下流側との両方を挙げているが、上流側と下流側とのいずれか一方であってもよいなど、排気温センサ４Ａ，４Ｂの設置場所は特に限定されるものではない。

１エンジン（内燃機関）
２排気通路
３触媒
４Ａ，４Ｂ排気温センサ
５エンジン制御装置
１１排気温センサのサーミスタ
ｑ排気温センサの瞬時受熱量
Ｑ排気温センサの総受熱量
Ｑref 排気温センサの異常判定用の閾値
Ｔ排気温センサの検出温度
Ｔref 排気温センサの劣化判定用の閾値

Claims

内燃機関の排気通路に設置されかつサーミスタを用いてなる排気温センサの異常検出装置であって、
前記排気温センサによる検出温度が、前記サーミスタを劣化させてしまう温度を上回ったときに限り当該排気温センサの瞬時受熱量を算出するとともに、この算出結果を積算することにより前記排気温センサの総受熱量を算出する算出手段と、
前記算出した総受熱量が異常判定用の閾値以上であるか否かを判定する判定手段と、
この判定手段で前記閾値以上であると判定した場合に排気温センサが異常であると認識する認識手段とを含む、ことを特徴とする排気温センサの異常検出装置。