JP5819765B2 - Gas sensor temperature estimation system and gas sensor temperature control system - Google Patents
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Description
本発明は、熱放射を考慮したモデルデータを用いた、ガスセンサの温度推定システム、及び、温度推定システムを用いたガスセンサの温度制御システムに関する。 The present invention relates to a temperature estimation system for a gas sensor using model data considering thermal radiation, and a temperature control system for a gas sensor using the temperature estimation system.
酸素センサなどのガスセンサを用いて、排気ガスなどの被測定ガスにおける測定対象ガス(酸素など)の濃度を検知することが行われている。このようなガスセンサを用いるに当たり、例えば、ジルコニア固体電解質からなるセンサ素子を用いる場合、その温度を数100度以上とする必要がある。このために、センサ素子を有底筒状とし、その内部にヒータを挿入してセンサ素子を加熱する形態としたガスセンサが知られている。
そして、特許文献1には、素子部(センサ素子)と素子部に接触する排ガスとの間の熱伝達に伴う素子部の温度変化を表現するように予め定められた素子温モデルに基づいて、素子部の温度を逐次推定する温度推定手段と、この推定値を用いて、素子部の温度が所定の目標値になるようにヒータを制御するヒータ制御手段とを有する温度制御装置等が開示されている。
A gas sensor such as an oxygen sensor is used to detect the concentration of a measurement target gas (oxygen or the like) in a gas to be measured such as exhaust gas. In using such a gas sensor, for example, when using a sensor element made of a zirconia solid electrolyte, the temperature needs to be several hundred degrees or more. For this purpose, there is known a gas sensor in which the sensor element has a bottomed cylindrical shape, and a heater is inserted into the sensor element to heat the sensor element.
And in
しかしながら、特許文献1の技術では、素子部(センサ素子の接ガス部)と排ガスとの間の熱伝達については考慮しているが、例えば、ヒータの発熱部から筒状センサ素子の接ガス部に向けた熱放射など、各部材間の熱放射の影響について考慮されていない。このため、特許文献1の技術では、素子部(センサ素子の接ガス部)の温度が比較的安定している場合(例えば、700±50℃の範囲内の場合)には、その素子部の温度を適切に推定することはできると考えられる。
ところで、ガスセンサにおいては、素子部(センサ素子の接ガス部)の温度が大きく変化する場合がある。例えば、内燃機関及びガスセンサの駆動開始直後には、センサ素子の接ガス部の温度が急激に上昇する。また、アクセルを離してエンジンブレーキを効かせている、いわゆるフューエルカット時には、排気管内に燃焼ガスではなく外気が流通するためセンサ素子の接ガス部が冷却される。従って、フューエルカット中には、センサ素子の接ガス部の温度が急激に低下し、及びフューエルカット後は、温度が上昇する。
しかるに、センサ素子の接ガス部について、このような過渡的な温度変化が生じる場合、特許文献1の技術では、センサ素子の接ガス部の温度を適切に推定することができない。
However, in the technique of
By the way, in a gas sensor, the temperature of an element part (gas contact part of a sensor element) may change a lot. For example, immediately after the start of driving of the internal combustion engine and the gas sensor, the temperature of the gas contact portion of the sensor element rises rapidly. Further, at the time of so-called fuel cut in which the engine brake is applied by releasing the accelerator, the contact portion of the sensor element is cooled because the outside air flows in the exhaust pipe instead of the combustion gas. Therefore, the temperature of the gas contact portion of the sensor element is rapidly decreased during the fuel cut, and the temperature is increased after the fuel cut.
However, when such a transient temperature change occurs in the gas contact portion of the sensor element, the technique of
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、過渡的な温度変化が生じる場合も含めて、ガスセンサ内の温度推定部位の部位温度を適切に推定できる温度推定システム、及び、部位温度を用いてヒータへの通電を制御するガスセンサの温度制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and includes a temperature estimation system and a site that can appropriately estimate the site temperature of a temperature estimation site in a gas sensor, including a case where a transient temperature change occurs. An object of the present invention is to provide a temperature control system of a gas sensor that controls energization to a heater using temperature.
上記課題を解決するための本発明の一態様は、先端側が閉じた有底筒状であり、被測定ガスが接する接ガス部を自身の先端側に含む筒状センサ素子と、棒状で、先端部分に通電により発熱する発熱部を有し、上記筒状センサ素子の内部に遊嵌状に挿入され、上記発熱部の少なくとも一部が上記筒状センサ素子の上記接ガス部の内壁面に接して配置されてなるヒータと、を備えるガスセンサに関し、上記ガスセンサ内の温度推定部位の温度である部位温度を推定する温度推定システムであって、上記ヒータの上記発熱部と上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記ヒータの上記発熱部が接触する接触部との間の熱伝導を、及び、上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を考慮したモデルデータを用いて上記部位温度を推定する部位温度推定手段、を有し、前記ヒータの前記発熱部と前記筒状センサ素子の前記接ガス部の前記接触部との間の熱伝導を記述する第1熱回路、及び、上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路、を含む上記ガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データを記憶する熱回路網データ記憶手段を有し、前記部位温度推定手段は、前記モデルデータである上記熱回路網データを用い、熱回路網法によって、上記部位温度を推定し、前記ガスセンサは、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつ取り囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具と、上記保持金具の先端側に上記筒状センサ素子の上記接ガス部から離間して配置されると共に、上記保持金具に接続され、上記接ガス部との間に前記被測定ガスが流通可能に、上記接ガス部を覆うプロテクタと、を備えてなり、前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、上記筒状センサ素子の上記接ガス部から、上記保持金具に向けた熱放射を記述する第3熱回路、及び、上記筒状センサ素子の上記接ガス部から、上記プロテクタに向けた熱放射を記述する第4熱回路をも含むガスセンサの温度推定システムである。 One aspect of the present invention for solving the above problems is a bottomed cylindrical shape with a closed tip side, a cylindrical sensor element that includes a gas contact portion in contact with a gas to be measured on its tip side, and a rod-shaped tip. The portion has a heat generating portion that generates heat when energized, is inserted loosely into the cylindrical sensor element, and at least a part of the heat generating portion is in contact with the inner wall surface of the gas contact portion of the cylindrical sensor element. A temperature estimation system for estimating a part temperature that is a temperature of a temperature estimation part in the gas sensor, wherein the heat generating part of the heater and the cylindrical sensor element are Among the gas contact parts, the heat conduction between the heat generating part of the heater and the contact part with which the heat generating part contacts, and from the heat generating part of the heater to the gas sensor part of the cylindrical sensor element other than the contact part. Heat release toward non-contact parts It has a site-temperature estimation means for estimating the site temperature using model data in consideration of the thermal conduction between the contact portion of the gas-contact portion of the tubular sensor element and the heating portion of the heater A second thermal circuit describing heat radiation from the heat generating portion of the heater toward a non-contact portion other than the contact portion of the gas contact portion of the cylindrical sensor element, Thermal circuit data storage means for storing thermal network data of a thermal network modeled on the gas sensor including the gas sensor, wherein the part temperature estimation means uses the thermal network data as the model data, The temperature of the part is estimated by a network method, and the gas sensor surrounds a base end side gas contact part on the base end side of the gas contact part of the cylindrical sensor element while being spaced apart from the gas contact part. On the base end side The holding element that indirectly holds the sensor element and has a coupling part that couples itself to an external member, and is disposed on the distal end side of the holding metal part so as to be separated from the gas contact part of the cylindrical sensor element And a protector that covers the gas contact part so as to allow the gas to be measured to flow between the holding metal fitting and the gas contact part, and the thermal circuit network that models the gas sensor, A third thermal circuit that describes heat radiation from the gas contact portion of the cylindrical sensor element toward the holding bracket; and heat radiation from the gas contact portion of the cylindrical sensor element toward the protector. Is a temperature estimation system for a gas sensor that also includes a fourth thermal circuit .
このガスセンサの温度推定システムでは、筒状センサ素子と、棒状で、筒状センサ素子の内部に遊嵌状に挿入され、筒状センサ素子の接ガス部の内壁面に接して配置されたヒータとを備えるガスセンサに関して、ガスセンサ内の温度推定部位の温度である部位温度を推定する。 In this gas sensor temperature estimation system, a cylindrical sensor element, a rod-like heater inserted into the cylindrical sensor element in a loose-fitting manner, and arranged in contact with the inner wall surface of the gas contact portion of the cylindrical sensor element; With respect to the gas sensor provided with, the part temperature which is the temperature of the temperature estimation part in the gas sensor is estimated.
通常、このガスセンサでは、ヒータの発熱部の温度が最も高くなる。そして、ヒータの発熱部で発生した熱は、先ず、この発熱部と接触している筒状センサ素子の接触部に、熱伝導の形態で伝えられる。併せて、この発熱部と非接触の筒状センサ素子の非接触部に、熱放射の形態で伝えられる。この熱放射を考慮することで、過渡的な熱解析(温度推定)をより適切に行いうる。かくして、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、過渡応答の場合も含め、適切に部位温度の推定が可能となる。 Usually, in this gas sensor, the temperature of the heat generating part of the heater is the highest. Then, the heat generated in the heat generating portion of the heater is first transmitted in the form of heat conduction to the contact portion of the cylindrical sensor element that is in contact with the heat generating portion. In addition, the heat is transmitted to the non-contact portion of the cylindrical sensor element that is not in contact with the heat generating portion in the form of heat radiation. By considering this thermal radiation, transient thermal analysis (temperature estimation) can be performed more appropriately. Thus, it is possible to appropriately estimate the part temperature of the predetermined temperature estimation part of the gas sensor including the cylindrical sensor element and the heater, including the case of a transient response.
温度推定部位としては、ガスセンサのいずれの部位でも良いが、例えば、筒状センサ素子の接ガス部、接ガス部のうち内壁面にヒータの発熱部が接触している部位、あるいはこれに隣接する部位、ヒータの発熱部、筒状センサを保持している金具が挙げられる。特に、接ガス部の温度、さらには、接ガス部のうち内壁面にヒータの発熱部が接触している部位の温度は、ガスセンサのセンサ感度やセンサ抵抗値などに大きな影響を及ぼすものであるので、これらの情報を得ることは、ガスセンサの制御やガスセンサの状態の検知、センサ出力補正等に有用である。
ガスセンサとしては、例えば、ジルコニア固体電解質からなる筒状センサ素子を用いて、被測定ガスの酸素濃度を検出する酸素センサが挙げられる。
The temperature estimation part may be any part of the gas sensor. For example, the gas contact part of the cylindrical sensor element, the part where the heat generating part of the heater is in contact with the inner wall surface of the gas contact part, or adjacent thereto Examples include a part, a heating part of a heater, and a metal fitting holding a cylindrical sensor. In particular, the temperature of the gas contact portion, and further, the temperature of the portion of the gas contact portion where the heater heat generating portion is in contact with the inner wall surface greatly affects the sensor sensitivity and sensor resistance value of the gas sensor. Therefore, obtaining these pieces of information is useful for gas sensor control, gas sensor state detection, sensor output correction, and the like.
Examples of the gas sensor include an oxygen sensor that detects the oxygen concentration of the gas to be measured using a cylindrical sensor element made of a zirconia solid electrolyte.
また、温度推定システムとしては、ガスセンサのうち、特定の温度推定部位(例えば、「接ガス部のうち内壁面にヒータの発熱部が接触している部位」)の温度を推定する温度推定システムとすることができる。このほか、複数の特定の温度推定部位(例えば、「接ガス部のうち内壁面にヒータの発熱部が接触している部位」と、「筒状センサを保持している金具」)の温度を推定する温度推定システムとしても良い。あるいは、ガスセンサの適宜の位置を随時選択し、選択された当該部位についての温度を推定する温度推定システムとしても良い。
この温度推定システムとしては、ガスセンサの各部の温度についての挙動解析(温度推定)のために、現実のガスセンサ等とは別に、熱解析プログラム及びデータをパーソナルコンピュータにインストールしたものとして実現することができる。
あるいは、ガスセンサ(筒状センサ素子やヒータ)を通電制御する通電制御装置を有し、これとは別の制御装置(電子制御装置:ECU)の指示に従って、この通電制御装置でガスセンサを制御する場合において、通電制御装置をなすマイクロプロセッサ、ROM、RAM等を含むマイクロコンピュータに、温度を推定する熱解析プログラム及びガスセンサ等のモデルデータを記憶させて、これを温度推定システムとして実現することもできる。あるいは、上述の別の制御装置(例えばECU)をなすマイクロプロセッサ、ROM、RAM等を含むマイクロコンピュータに、熱解析プログラム及びガスセンサ等のモデルデータを記憶させて、これを温度推定システムとして実現することもできる。
なお後二者の場合には、ガスセンサ(筒状センサ素子、ヒータ)の駆動の際に、例えば、「接ガス部のうち内壁面にヒータの発熱部が接触している部位」などの特定の温度推定部位の温度をリアルタイムに推定することができる。さらに、この推定温度を用いて(温度センサなどを用いたフィードバック制御を行わずに)、ヒータを通電制御して(通電制御装置にヒータを通電制御させて)、ガスセンサの温度制御システムとすることもできる。
In addition, as the temperature estimation system, a temperature estimation system that estimates the temperature of a specific temperature estimation part (for example, “a part of the gas contact part where the heat generating part of the heater is in contact with the inner wall surface)” of the gas sensor; can do. In addition, the temperature of a plurality of specific temperature estimation parts (for example, "the part where the heat generating part of the heater is in contact with the inner wall surface of the gas contact part" and "the metal fitting holding the cylindrical sensor") A temperature estimation system for estimation may be used. Or it is good also as a temperature estimation system which selects the appropriate position of a gas sensor at any time, and estimates the temperature about the selected said part.
This temperature estimation system can be realized by installing a thermal analysis program and data in a personal computer separately from an actual gas sensor or the like for behavioral analysis (temperature estimation) of the temperature of each part of the gas sensor. .
Or it has an energization control device which controls energization of a gas sensor (cylindrical sensor element and heater), and controls the gas sensor with this energization control device in accordance with an instruction from another control device (electronic control unit: ECU) The thermal analysis program for estimating the temperature and the model data of the gas sensor or the like can be stored in a microcomputer including a microprocessor, ROM, RAM, etc. that constitutes the energization control device, and this can be realized as a temperature estimation system. Alternatively, a thermal analysis program and model data such as a gas sensor are stored in a microcomputer including a microprocessor, ROM, RAM, and the like that constitute another control device (for example, ECU) described above, and this is realized as a temperature estimation system. You can also.
In the case of the latter two, when driving the gas sensor (cylindrical sensor element, heater), for example, a specific part such as “a part of the gas contact part where the heat generating part of the heater is in contact with the inner wall surface” is selected. The temperature of the temperature estimation part can be estimated in real time. Furthermore, using this estimated temperature (without performing feedback control using a temperature sensor or the like), the heater is energized (by controlling the energization of the heater to the energization control device), thereby providing a temperature control system for the gas sensor. You can also.
加えてこのガスセンサの温度推定システムでは、ガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データを用いて、熱回路網法によって、部位温度を推定する。
熱回路網法を用いることで、ガスセンサの温度、例えば、筒状センサ素子の接ガス部の温度が比較的安定している場合のみならず、過渡的に変化している場合でも、その温度推定部位の部位温度を適切に推定することができる。
In addition, in this temperature estimation system for the gas sensor, the temperature of the part is estimated by the thermal network method using the thermal network data of the thermal network that models the gas sensor.
By using the thermal network method, the temperature of the gas sensor, for example, the temperature of the gas contact part of the cylindrical sensor element is estimated not only when it is relatively stable but also when it changes transiently. The site temperature of the site can be appropriately estimated.
しかも、熱回路網データには、ヒータの発熱部と筒状センサ素子の接ガス部のうち発熱部が接触する接触部との間の熱伝導を記述する第1熱回路のほか、ヒータの発熱部から筒状センサ素子の接ガス部のうち非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路を含む熱回路網のデータも含んでいる。
ガスセンサを熱回路網法を用いて、例えば筒状センサ素子の接ガス部など、所定の温度推定部位の部位温度を推定するに当たっては、まず熱回路網として、各部位における部材等の間の熱伝達等を考慮した熱回路網を構築する。
ところで前述したように、上述のガスセンサは筒状センサ素子のほかにヒータを有する。しかも、通常、このガスセンサでは、ヒータの発熱部の温度が最も高くなる。そして、ヒータの発熱部で発生した熱は、先ず、この発熱部と接触している筒状センサ素子の接触部に、熱伝導の形態で伝えられる。併せて、この発熱部と非接触の筒状センサ素子の非接触部に、熱放射の形態で伝えられる。この熱放射を考慮することで、過渡的な熱解析(温度推定)をより適切に行いうる。
そこで、このシステムでは、上述のように、ヒータの発熱部と筒状センサ素子の接触部との間の熱伝導を示す第1熱回路に加え、発熱部から非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路を含む熱回路網のデータを用いて、熱回路網法を適用する。
これにより、熱回路網がより現実に近いものとなり、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、過渡応答の場合も含め、適切に部位温度の推定が可能となる。
In addition, the heat circuit data includes the first heat circuit describing the heat conduction between the heat generating portion of the heater and the contact portion with which the heat generating portion is in contact with the gas sensor portion of the cylindrical sensor element. The data of the thermal circuit network including the 2nd thermal circuit which describes the thermal radiation toward the non-contact part among the gas contact parts of the cylindrical sensor element from the part is also included.
When estimating the part temperature of a predetermined temperature estimation part, such as a gas contact part of a cylindrical sensor element, using a thermal circuit method, first, as a thermal circuit network, heat between members and the like in each part Establish a thermal network that takes transmission into consideration.
As described above, the gas sensor described above has a heater in addition to the cylindrical sensor element. Moreover, normally, in this gas sensor, the temperature of the heat generating portion of the heater is the highest. Then, the heat generated in the heat generating portion of the heater is first transmitted in the form of heat conduction to the contact portion of the cylindrical sensor element that is in contact with the heat generating portion. In addition, the heat is transmitted to the non-contact portion of the cylindrical sensor element that is not in contact with the heat generating portion in the form of heat radiation. By considering this thermal radiation, transient thermal analysis (temperature estimation) can be performed more appropriately.
Therefore, in this system, as described above, in addition to the first thermal circuit showing the heat conduction between the heat generating portion of the heater and the contact portion of the cylindrical sensor element, heat radiation from the heat generating portion toward the non-contact portion is performed. The thermal network method is applied using the data of the thermal network including the second thermal circuit to be described.
As a result, the thermal circuit network becomes closer to reality, and it is possible to appropriately estimate the temperature of the part including the case of a transient response for the predetermined temperature estimation part of the gas sensor including the cylindrical sensor element and the heater. Become.
第2熱回路としては、ヒータの発熱部から筒状センサ素子の接ガス部のうち非接触部に向けた熱放射を記述するもの(熱回路素子)のほか、ヒータの発熱部から筒状センサ素子の非接触部に向けた、筒状センサ素子内の気体を介した熱伝達を記述するもの(熱回路素子)を含めることもできる。 As the second thermal circuit, in addition to the one that describes heat radiation from the heat generating part of the heater toward the non-contact part of the gas contact part of the cylindrical sensor element (thermal circuit element), the cylindrical sensor from the heat generating part of the heater It can also include one (thermal circuit element) that describes heat transfer through the gas in the cylindrical sensor element towards the non-contact portion of the element.
この温度推定システムとしては、ガスセンサの各部の温度についての挙動解析(温度推定)のために、現実のガスセンサ等とは別に、熱解析プログラム及びデータをパーソナルコンピュータにインストールしたものとして実現することができる。
あるいは、ガスセンサ(筒状センサ素子やヒータ)を通電制御する通電制御装置を有し、これとは別の制御装置(電子制御装置:ECU)の指示に従って、この通電制御装置でガスセンサを制御する場合において、通電制御装置をなすマイクロプロセッサ、ROM、RAM等を含むマイクロコンピュータに、熱回路網法を用いた温度推定の熱解析プログラム及びガスセンサ等の熱回路網データを記憶させて、これを温度推定システムとして実現することもできる。あるいは、上述の別の制御装置(例えばECU)をなすマイクロプロセッサ、ROM、RAM等を含むマイクロコンピュータに、熱回路網法を用いた温度推定の熱解析プログラム及びガスセンサ等の熱回路網データを記憶させて、これを温度推定システムとして実現することもできる。
This temperature estimation system can be realized by installing a thermal analysis program and data in a personal computer separately from an actual gas sensor or the like for behavioral analysis (temperature estimation) of the temperature of each part of the gas sensor. .
Or it has an energization control device which controls energization of a gas sensor (cylindrical sensor element and heater), and controls the gas sensor with this energization control device in accordance with an instruction from another control device (electronic control unit: ECU) , A thermal analysis program for temperature estimation using a thermal network method and thermal circuit data such as a gas sensor are stored in a microcomputer including a microprocessor, a ROM, a RAM, etc. that constitute an energization control device, and this is estimated. It can also be realized as a system. Alternatively, a thermal analysis program for temperature estimation using a thermal network method and thermal circuit data such as a gas sensor are stored in a microcomputer including a microprocessor, a ROM, a RAM, etc. that constitute another control device (for example, ECU) described above. This can be realized as a temperature estimation system.
ところで、ヒータの発熱部から筒状センサ素子の接ガス部に伝えられた熱は、熱放射によって、上述の保持金具及びプロテクタに伝えられる。
前述したように、熱放射の考慮することで、過渡的な熱解析(温度推定)をより適切に行いうることから、このシステムでは、上述のように、筒状センサ素子の接ガス部から保持金具に向けた熱放射を記述する第3熱回路、及び、筒状センサ素子の接ガス部からプロテクタに向けた熱放射を記述する第4熱回路をも含む熱回路網のデータを用いて、熱回路網法を適用する。
これにより、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、過渡応答の場合も含め、さらに適切に部位温度の推定が可能となる。
By the way, the heat transmitted from the heating part of the heater to the gas contact part of the cylindrical sensor element is transmitted to the above-described holding metal fitting and protector by heat radiation.
As described above, since transient thermal analysis (temperature estimation) can be performed more appropriately by considering thermal radiation, this system holds from the gas contact part of the cylindrical sensor element as described above. Using the data of the thermal circuit network including the third thermal circuit describing the thermal radiation toward the metal fitting and the fourth thermal circuit describing the thermal radiation toward the protector from the gas contact part of the cylindrical sensor element, Apply the thermal network method.
Thereby, about the predetermined | prescribed temperature estimation site | part of a gas sensor provided with the above-mentioned cylindrical sensor element and a heater, including the case of a transient response, it becomes possible to estimate site | part temperature more appropriately.
なお、保持金具とプロテクタの接続手法としては、溶接などによる固着のほか、保持金具に設けた凸部とプロテクタに設けた凹部との係合、あるいはこの逆に保持金具に設けた凹部とプロテクタに設けた凸部との係合などによる接続が含まれる。
また、保持金具が結合する外部部材としては、内燃機関の排気管、吸気管、あるいはこれらにガスセンサ(保持金具)を取り付けるためのセンサ取付部材、ガスチャンバにガスセンサを取り付けるための取付部材などが挙げられる。
In addition, as a connecting method of the holding metal fitting and the protector, in addition to fixing by welding or the like, the engagement of the convex part provided on the holding metal fitting and the concave part provided on the protector, or conversely, the concave part provided on the holding metal fitting and the protector Connection by engagement with the provided convex part is included.
Further, examples of the external member to which the holding metal fitting is coupled include an exhaust pipe of an internal combustion engine, an intake pipe, a sensor attachment member for attaching a gas sensor (holding metal fitting) thereto, an attachment member for attaching a gas sensor to the gas chamber, and the like. It is done.
さらに、上述のガスセンサの温度推定システムであって、前記外部部材は、前記被測定ガスが流通する金属製の通気管であり、自身を貫通する貫通孔の周囲に形成された被結合部を有し、前記ガスセンサは、上記筒状センサ素子の前記接ガス部が上記貫通孔を通して上記通気管内に配置される形態で、上記ガスセンサの前記保持金具の前記結合部が上記通気管の上記被結合部に結合されてなり、前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、上記保持金具の上記結合部と上記通気管の上記被結合部との間の熱伝導を記述する第5熱回路を含むガスセンサの温度推定システムとすると良い。 Further, in the temperature estimation system for a gas sensor described above, the external member is a metal vent pipe through which the gas to be measured flows, and has a coupled portion formed around a through-hole penetrating itself. The gas sensor is configured such that the gas contact portion of the cylindrical sensor element is disposed in the vent pipe through the through hole, and the coupling portion of the holding fitting of the gas sensor is the coupled portion of the vent pipe. The thermal circuit network that is coupled to the gas sensor and models the gas sensor includes a fifth thermal circuit that describes heat conduction between the coupling portion of the holding fitting and the coupled portion of the vent pipe. The temperature estimation system is good.
ガスセンサが被測定ガスが流通する通気管に接続される場合がある。例えば、内燃機関の排気管(被測定ガスは排気ガス)や、内燃機関の吸気管(被測定ガスは外気や外気と排気ガスとの混合)に、ガスセンサが接続される場合がある。
この場合、筒状センサ素子の接ガス部から保持金具に伝えられた熱の一部は、その結合部から通気管の被結合部を通じて排気管に伝えられる。なお、通気管が排気管であり、高温の排気ガスによって排気管が高温になった場合には、上記とは逆に、通気管の被結合部から保持金具の結合部を通じて、保持金具に熱が伝えられる場合もある。
そこで、このシステムでは、上述のように、保持金具の結合部と通気管の被結合部との間の熱伝導を記述する第5熱回路をも含む熱回路網のデータを用いて、熱回路網法を適用する。これにより、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、通気管への放熱(あるいは通気管からの熱の流入)の影響を含めて熱挙動の解析ができ、さらに適切に部位温度の推定が可能となる。
The gas sensor may be connected to a vent pipe through which the gas to be measured flows. For example, a gas sensor may be connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine (the gas to be measured is exhaust gas) or an intake pipe of the internal combustion engine (the gas to be measured is outside air or a mixture of outside air and exhaust gas).
In this case, a part of the heat transferred from the gas contact portion of the cylindrical sensor element to the holding metal is transferred from the connecting portion to the exhaust pipe through the connected portion of the vent pipe. Note that when the exhaust pipe is an exhaust pipe and the exhaust pipe becomes hot due to high-temperature exhaust gas, contrary to the above, the holding metal is heated from the joined part of the vent pipe through the joint of the holding metal. May be reported.
Therefore, in this system, as described above, using the data of the thermal circuit network including the fifth thermal circuit describing the heat conduction between the coupling portion of the holding metal fitting and the coupled portion of the vent pipe, the thermal circuit is used. Apply the net method. Thereby, about the predetermined temperature estimation part of the gas sensor provided with the above-mentioned cylindrical sensor element and heater, it is possible to analyze the thermal behavior including the influence of heat radiation to the vent pipe (or the inflow of heat from the vent pipe), Furthermore, it is possible to estimate the part temperature appropriately.
さらに、上記2項に記載のガスセンサの温度推定システムであって、前記ガスセンサは、筒状で、前記外部部材の外部に位置し、前記保持金具の前記結合部よりも基端側で上記保持金具に接続し基端側に延びる外筒を有し、前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、上記保持金具と上記外筒との間の熱伝導を記述する第6熱回路、及び、上記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達を記述する第7熱回路をも含むガスセンサの温度推定システムとすると良い。
Furthermore, in the temperature estimation system for a gas sensor according to the
ガスセンサが上述の外筒を有する場合、保持金具から外筒に伝えられた熱の一部は、外筒を包囲する外気を通じて放散される。
そこで、このシステムでは、上述のように、保持金具と外筒との間の熱伝導を記述する第6熱回路、及び、外筒とこれを包囲する外気との間の熱伝導を記述する第7熱回路をも含む熱回路網のデータを用いて、熱回路網法を適用する。
これにより、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、外筒を通じた外気への熱放散の影響を含めた熱挙動の解析ができ、さらに適切に部位温度の推定が可能となる。
When the gas sensor has the above-described outer cylinder, a part of the heat transmitted from the holding metal fitting to the outer cylinder is dissipated through the outside air surrounding the outer cylinder.
Therefore, in this system, as described above, the sixth heat circuit describing the heat conduction between the holding metal fitting and the outer cylinder, and the second heat circuit describing the heat conduction between the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder. The thermal network method is applied using the data of the thermal network including 7 thermal circuits.
As a result, it is possible to analyze the thermal behavior of the predetermined temperature estimation part of the gas sensor including the cylindrical sensor element and the heater, including the influence of heat dissipation to the outside air through the outer cylinder, and more appropriately Estimation is possible.
さらに上述のガスセンサの温度推定システムであって、前記ガスセンサは車両に搭載されてなり、前記第7熱回路は、前記車両の車速に応じた、前記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達の変化をも記述する可変第7熱回路であるガスセンサの温度推定システムとすると良い。 Furthermore, in the temperature estimation system for a gas sensor described above, the gas sensor is mounted on a vehicle, and the seventh thermal circuit includes an outer cylinder and an outer air surrounding the outer cylinder according to the vehicle speed of the vehicle. A temperature estimation system for a gas sensor, which is a variable seventh thermal circuit that also describes changes in heat transfer, may be used.
ガスセンサが車両に搭載されている場合、外筒とこれを囲む外気との間の熱伝達は、車速が低い場合(低速の場合)には、熱伝達が比較的少ない。一方、車速が高い場合(高速の場合)には、熱伝達が比較的多い。即ち、車両の車速に応じて変化する。
そこで、このシステムでは、上述のように、外筒と外気との間の熱伝導を記述する第7熱回路について、車両の車速に応じた、外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達の変化をも記述する可変第7熱回路とし、この第7熱回路を含む熱回路網のデータを用いて、熱回路網法を適用する。
これにより、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、外筒を通じた外気への熱放散の影響を、車速による影響の変化を含めた熱挙動の解析ができ、さらに適切に部位温度の推定が可能となる。
When the gas sensor is mounted on the vehicle, heat transfer between the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder is relatively low when the vehicle speed is low (when the vehicle is low). On the other hand, heat transfer is relatively high when the vehicle speed is high (in the case of high speed). That is, it changes according to the vehicle speed.
Therefore, in this system, as described above, regarding the seventh thermal circuit describing the heat conduction between the outer cylinder and the outside air, the heat of the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder according to the vehicle speed of the vehicle. A variable seventh thermal circuit that also describes the change in transmission is used, and the thermal network method is applied using data of the thermal network including the seventh thermal circuit.
As a result, it is possible to analyze the thermal behavior of the predetermined temperature estimation part of the gas sensor including the cylindrical sensor element and the heater described above, including the influence of the heat dissipation to the outside air through the outer cylinder, including the change in the influence due to the vehicle speed. In addition, it is possible to estimate the part temperature more appropriately.
前述のいずれか1項に記載のガスセンサの温度推定システムであって、前記温度推定部位は、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち前記内壁面に前記ヒータの前記発熱部に接触している前記接触部であり、前記部位温度は、上記接触部における接触部温度であり、前記部位温度推定手段は、上記接触部温度を推定する接触部温度推定手段であるガスセンサの温度推定システムとすると良い。
特に、先端側が閉じた有底筒状であり、被測定ガスが接する接ガス部を自身の先端側に含む筒状センサ素子と、棒状で、先端部分に通電により発熱する発熱部を有し、上記筒状センサ素子の内部に遊嵌状に挿入され、上記発熱部の少なくとも一部が上記筒状センサ素子の上記接ガス部の内壁面に接して配置されてなるヒータと、を備えるガスセンサに関し、上記ガスセンサ内の温度推定部位の温度である部位温度を推定する温度推定システムであって、上記ヒータの上記発熱部と上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記ヒータの上記発熱部が接触する接触部との間の熱伝導、及び、上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を考慮したモデルデータを用いて上記部位温度を推定する部位温度推定手段、を有し、前記ヒータの前記発熱部と前記筒状センサ素子の前記接ガス部の前記接触部との間の熱伝導を記述する第1熱回路、及び、上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路、を含む上記ガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データを記憶する熱回路網データ記憶手段を有し、前記部位温度推定手段は、前記モデルデータである上記熱回路網データを用い、熱回路網法によって、上記部位温度を推定し、前記温度推定部位は、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち前記内壁面に前記ヒータの前記発熱部に接触している前記接触部であり、前記部位温度は、上記接触部における接触部温度であり、前記部位温度推定手段は、上記接触部温度を推定する接触部温度推定手段であるガスセンサの温度推定システムとすると良い。
The temperature estimation system for a gas sensor according to any one of the preceding claims, wherein the temperature estimation part is in contact with the heat generating part of the heater on the inner wall surface of the gas contact part of the cylindrical sensor element. The contact portion temperature is the contact portion temperature in the contact portion, and the portion temperature estimation means is a temperature estimation system of a gas sensor which is a contact portion temperature estimation means for estimating the contact portion temperature. good.
In particular, it has a bottomed cylindrical shape with the tip side closed, a cylindrical sensor element that includes a gas contact part that contacts the gas to be measured on its tip side, and a rod-like heating part that generates heat when energized at the tip part, A gas sensor comprising: a heater that is loosely inserted into the cylindrical sensor element, and at least a part of the heat generating part is disposed in contact with an inner wall surface of the gas contact part of the cylindrical sensor element. A temperature estimation system for estimating a part temperature which is a temperature of a temperature estimation part in the gas sensor, wherein the heat generating part of the heater out of the heat generating part of the heater and the gas contact part of the cylindrical sensor element is provided. Model data in consideration of heat conduction with the contacting part and heat radiation from the heat generating part of the heater toward a non-contact part other than the contact part in the gas contact part of the cylindrical sensor element Using the above part A first thermal circuit that describes heat conduction between the heat generating part of the heater and the contact part of the gas contact part of the cylindrical sensor element; A thermal circuit that models the gas sensor, including a second thermal circuit that describes heat radiation from the heat generating portion of the heater toward a non-contact portion other than the contact portion of the gas contact portion of the cylindrical sensor element. Thermal network data storage means for storing thermal network data of the network is included, and the part temperature estimation means estimates the part temperature by the thermal circuit method using the thermal network data as the model data. The temperature estimation part is the contact part that is in contact with the heat generating part of the heater on the inner wall surface of the gas contact part of the cylindrical sensor element, and the part temperature is at the contact part. Contact part temperature, before Site temperature estimating means, may the temperature estimation system of the gas sensor is a contact portion temperature estimation means for estimating the contact portion temperature.
筒状センサ素子の接ガス部のうち内壁面にヒータの発熱部に接触している接触部は、接ガス部のうちでも最も温度が高くなる部位であり、この接触部の温度は、ガスセンサのセンサ感度やセンサ抵抗値などに大きな影響を及ぼす。
従って、接触部の温度を検知することは、ガスセンサの制御やセンサ出力の処理に重要である。
このシステムでは、接触部温度推定手段で、接触部温度を推定するので、過渡的に変化している場合も含めて、ガスセンサの制御やセンサ出力の処理に重要な情報を容易に得ることができる。
さらに、前記ガスセンサは、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつり囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具を備えてなり、前記外部部材は、前記被測定ガスが流通する金属製の通気管であり、自身を貫通する貫通孔の周囲に形成された被結合部を有し、前記ガスセンサは、上記筒状センサ素子の前記接ガス部が上記貫通孔を通して上記通気管内に配置される形態で、上記ガスセンサの前記保持金具の前記結合部が上記通気管の上記被結合部に結合されてなり、前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、上記保持金具の上記結合部と上記通気管の上記被結合部との間の熱伝導を記述する第5熱回路を含むガスセンサの温度推定システムとすると良い。
また、前記ガスセンサは、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつ取り囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具、及び、筒状で、前記外部部材の外部に位置し、前記保持金具の前記結合部よりも基端側で上記保持金具に接続し基端側に延びる外筒を有し、前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、上記保持金具と上記外筒との間の熱伝導を記述する第6熱回路、及び、上記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達を記述する第7熱回路をも含むガスセンサの温度推定システム。とすると良い。
加えて、前記ガスセンサは車両に搭載される車載用ガスセンサであり、前記第7熱回路は、前記車両の車速に応じた、前記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達の変化をも記述する可変第7熱回路であるガスセンサの温度推定システムとすると良い。
Among the gas contact parts of the cylindrical sensor element, the contact part that is in contact with the heat generating part of the heater on the inner wall surface is the part where the temperature is highest among the gas contact parts, and the temperature of this contact part is the temperature of the gas sensor. It greatly affects sensor sensitivity and sensor resistance.
Therefore, detecting the temperature of the contact portion is important for control of the gas sensor and sensor output processing.
In this system, since the contact part temperature is estimated by the contact part temperature estimation means, it is possible to easily obtain information important for the control of the gas sensor and the processing of the sensor output including the case where the contact part temperature is changing. .
Further, the gas sensor surrounds the base contact gas portion on the base end side of the gas contact portion of the cylindrical sensor element while being spaced apart, and is located on the base end side of the gas contact portion. In addition to holding the element indirectly, it is provided with a holding metal fitting having a coupling portion that couples itself to an external member, and the external member is a metal vent pipe through which the gas to be measured flows, and penetrates through the self. The gas sensor is configured such that the gas contact portion of the cylindrical sensor element is disposed in the vent pipe through the through hole. The thermal circuit network in which the coupling portion of the metal fitting is coupled to the coupled portion of the vent pipe, and the gas sensor is modeled, includes the coupling portion of the holding metal fitting and the coupled portion of the vent pipe. 5th heat describing heat conduction between May the temperature estimation system of the gas sensor including road.
In addition, the gas sensor surrounds a base end side gas contact portion on the base end side of the gas contact portion of the cylindrical sensor element while being spaced apart, and the cylindrical sensor element is positioned on the base end side with respect to the gas contact portion. A holding fitting having a coupling part for coupling itself to an external member, and in a cylindrical shape, located outside the external member and closer to the proximal side than the coupling part of the holding fitting The thermal circuit network having an outer cylinder connected to the holding metal fitting and extending to the proximal end side, and modeling the gas sensor, is a sixth thermal circuit describing heat conduction between the holding metal fitting and the outer cylinder, And the temperature estimation system of the gas sensor also including the 7th thermal circuit describing the heat transfer of the said outer cylinder and the external air which surrounds this outer cylinder. And good.
In addition, the gas sensor is an in-vehicle gas sensor mounted on a vehicle, and the seventh thermal circuit changes a heat transfer between the outer cylinder and outside air surrounding the outer cylinder according to a vehicle speed of the vehicle. It is preferable to use a temperature estimation system for a gas sensor, which is a variable seventh thermal circuit.
他の態様は、前述のいずれか1項に記載のガスセンサの温度推定システムと、前記部位温度推定手段で推定した前記部位温度に基づき、この部位温度が目標温度になるように、前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段を有するガスセンサの温度制御システムである。 In another aspect, based on the temperature estimation system for the gas sensor according to any one of the above-described items and the part temperature estimated by the part temperature estimation unit, the heater temperature is adjusted so that the part temperature becomes a target temperature. It is a temperature control system of a gas sensor having a heater control means for controlling energization.
このガスセンサの温度制御システムでは、ガスセンサの温度推定部位の部位温度を目標温度に制御すべくヒータ制御を行うに当たり、ガスセンサをモデル化した熱回路網を用いて、ガスセンサ内の温度推定部位の部位温度を推定すれば良く、温度センサなどを用いて温度推定部位の部位温度を実際に測定する必要が無い。このため、温度制御システムの構成を簡易にできる。 In this temperature control system of a gas sensor, when performing heater control to control the temperature of the temperature estimation portion of the gas sensor to a target temperature, the temperature of the temperature estimation portion in the gas sensor is determined using a thermal circuit network that models the gas sensor. Therefore, it is not necessary to actually measure the temperature of the estimated temperature using a temperature sensor or the like. For this reason, the structure of a temperature control system can be simplified.
さらに、先端側が閉じた有底筒状であり、被測定ガスが接する接ガス部を自身の先端側に含む筒状センサ素子と、棒状で、先端部分に通電により発熱する発熱部を有し、上記筒状センサ素子の内部に遊嵌状に挿入され、上記発熱部の少なくとも一部が上記筒状センサ素子の上記接ガス部の内壁面に接して配置されてなるヒータと、を備えるガスセンサを、熱回路網法を用いて解析可能にモデル化した熱回路網の熱回路網データであって、上記ヒータの上記発熱部と上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記ヒータの上記発熱部が接触する接触部との間の熱伝導を記述する第1熱回路のデータ、及び、上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路のデータ、を含むガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データとすると好ましい。 Furthermore, it has a bottomed cylindrical shape with the tip side closed, and has a cylindrical sensor element that includes a gas contact part that contacts the gas to be measured on its tip side, and a bar-like heating part that generates heat when energized at the tip part, A gas sensor comprising: a heater that is loosely inserted into the cylindrical sensor element, and at least a part of the heat generating part is disposed in contact with an inner wall surface of the gas contact part of the cylindrical sensor element. Thermal network data of a thermal network modeled so as to be analyzable using a thermal network method, wherein the heat generation of the heater out of the heat generation portion of the heater and the gas contact portion of the cylindrical sensor element Data of the first thermal circuit describing heat conduction with the contact part with which the part contacts, and non-contact other than the contact part of the gas contact part of the cylindrical sensor element from the heat generating part of the heater Of the second thermal circuit describing the heat radiation towards the part Preferably over data, and thermal network data of the thermal network that models the gas sensor including.
この熱回路網データには、ヒータの発熱部と筒状センサ素子の接触部との間の熱伝導を示す第1熱回路に加え、発熱部から非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路を含む熱回路網のデータを含んでいる。
このため、この熱回路網データを用いて、熱回路網法を用いて熱解析(温度推定)を行うことで、熱回路網がより現実に近いものとなり、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、過渡応答の場合も含め、適切に部位温度の推定が可能となる。
In this thermal circuit data, in addition to the first thermal circuit indicating the heat conduction between the heater heat generating portion and the contact portion of the cylindrical sensor element, the heat radiation from the heat generating portion toward the non-contact portion is described. Includes thermal network data including two thermal circuits.
For this reason, by performing thermal analysis (temperature estimation) using the thermal network method using this thermal network data, the thermal network becomes closer to reality, and the above-described cylindrical sensor element, heater, As for a predetermined temperature estimation part of the gas sensor including the part temperature including the transient response, the part temperature can be appropriately estimated.
さらに、上述のガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データであって、前記ガスセンサは、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつ取り囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具と、上記保持金具の先端側に上記筒状センサ素子の上記接ガス部から離間して配置されると共に、上記保持金具に接続され、上記接ガス部との間に前記被測定ガスが流通可能に、上記接ガス部を覆うプロテクタと、を備えてなり、前記熱回路網データは、上記筒状センサ素子の上記接ガス部から、上記保持金具に向けた熱放射を記述する第3熱回路のデータ、及び、上記筒状センサ素子の上記接ガス部から、上記プロテクタに向けた熱放射を記述する第4熱回路のデータをも含むガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データとすると好ましい。 Furthermore, it is thermal circuit network data of a thermal circuit network that models the gas sensor described above, and the gas sensor is spaced apart from a proximal end gas contact portion on the proximal end side of the gas contact portion of the cylindrical sensor element. However, it surrounds and holds the cylindrical sensor element indirectly on the base end side with respect to the gas contact part, and has a holding fitting having a coupling part for coupling itself to an external member, and the tip on the distal end side of the holding fitting. A protector that is disposed apart from the gas contact portion of the cylindrical sensor element, is connected to the holding metal fitting, and covers the gas contact portion so that the gas to be measured can flow between the gas contact portion and The thermal circuit network data includes data of a third thermal circuit describing heat radiation from the gas contact portion of the cylindrical sensor element toward the holding metal, and the cylindrical sensor element. From the gas contact part of the Preferably a gas sensor including a data of the fourth heat circuit describing the thermal radiation and the modeled thermal circuitry thermal network data for the connector.
この熱回路網データには、筒状センサ素子の接ガス部から保持金具に向けた熱放射を記述する第3熱回路、及び、筒状センサ素子の接ガス部からプロテクタに向けた熱放射を記述する第4熱回路を含む熱回路網のデータを含んでいる。
このため、この熱回路網データを用いて、熱回路網法を用いて熱解析(温度推定)を行うことで、上述の筒状センサ素子とヒータとを備えるガスセンサの所定の温度推定部位について、過渡応答の場合も含め、さらに適切に部位温度の推定が可能となる。
In this thermal network data, the third heat circuit describing the heat radiation from the gas contact part of the cylindrical sensor element toward the holding bracket, and the heat radiation from the gas contact part of the cylindrical sensor element toward the protector The data of the thermal network including the fourth thermal circuit to be described is included.
For this reason, using this thermal network data, by performing thermal analysis (temperature estimation) using the thermal network method, for a predetermined temperature estimation part of the gas sensor comprising the above-described cylindrical sensor element and heater, It is possible to estimate the part temperature more appropriately including the case of the transient response.
(実施形態1)
本発明の実施の形態を図1〜図8を参照して説明する。図1は、本実施形態1にかかり、酸素センサ1の温度推定システム100をなすパーソナルコンピュータPCの構成を示す説明図である。本システム100は、マイクロプロセッサ102、ROM103、RAM104、外部記憶装置105、モニタ106、プリンタ107を備えており、これらは、バス101を通じて相互に通信可能となっている。このパーソナルコンピュータPCの外部記憶装置105には、熱回路網法による熱解析プログラムPG1、及び、後述する熱回路網データNDが記憶されている。このパーソナルコンピュータPCでは、熱解析プログラムPG1及び熱回路網データNDを外部記憶装置105から、RAM104に読み込み、マイクロプロセッサ102で処理し、その解析(温度推定)結果を、モニタ106に表示する。また、必要に応じて、外部記憶装置105に記憶させ、プリンタ107を用いて印刷する。これにより本システム100,PCでは、熱回路網法を用いた、酸素センサ1の各部位の温度の推定が可能となっている。
(Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a personal computer PC that forms a
次に、熱解析の対象である酸素センサ1及び排気管EPについて説明する。図2は、本実施形態1にかかり、酸素センサ1を排気管EPに取り付けた状態の縦断面図であり、酸素センサ1の内部構造を示す。酸素センサ1は、先端が閉じた中空軸状の酸素センサ素子2と、酸素センサ素子2の有底孔2aに挿入されたヒータ15とを備える。酸素センサ素子2は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質により中空軸状に形成されている。
Next, the
この酸素センサ素子2の有底孔2aの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばPtあるいはPt合金により多孔質に形成されたセンサ内部電極層2cが、形成されている。一方、酸素センサ素子2の外面のうち先端部には同様な多孔質のセンサ外部電極層2bがそれぞれ設けられている。また、この酸素センサ素子2の軸方向の中間部には、径方向外側に突出する係合フランジ部2sが設けられている。絶縁性セラミックからなるセラミックホルダ5,7及びタルクから形成されたセラミック粉末6によって係合フランジ部2sが係合保持されることにより、酸素センサ素子2は中心にこの酸素センサ素子2を挿通する挿通孔を有する筒状の主体金具3に気密に保持されている。そして、酸素センサ素子2の係合フランジ部2Sよりも先端部は、排気ガスに接する接ガス部2dを構成する。なお、本明細書において、酸素センサ素子2の軸に沿う方向(図2中、上下方向)のうち、先端部(閉じている側、図2中下方)に向かう側を「先端側」PDとし、これと反対方向(図2中上方)に向かう側を「基端側」BDということとする。
On the inner surface of the bottomed
主体金具3は、酸素センサ1を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部3bや六角部3cを有し、プロテクタ4がプロテクタ接続部3aにレーザ溶接で接続されている。このプロテクタ4は、主体金具3の先端側開口部から突出する酸素センサ素子2の先端部を覆うように取り付けられている。この酸素センサ1は、主体金具3のねじ部3bより先端側PDが排気管EP内に配置され、それより基端側BDは外部の大気中に配置されて使用される。プロテクタ4には、排気ガスを透過させる複数のガス透過孔4aが形成されている。
The
一方、主体金具3の基端部3eは、セラミックホルダ7との間にリングパッキン9を介して加締められて気密保持されている。また六角部3cの基端側BDの接続部3dには、筒状で金属からなる外筒21のうち第1外筒部22の先端部22aが、外側からレーザ溶接により固着されている。一方、この外筒21の基端側開口部21aは、ゴム等で構成されたグロメット51が嵌入され閉塞され、外周から加締めることにより気密に封止されている。グロメット51の中心部には、大気を外筒21内に導入する一方、水分の進入を防ぐフィルタ部材52が配置されている。またこのグロメット51の先端側PDには、絶縁性のアルミナセラミックからなるセパレータ31が設けられている。そして、セパレータ31及びグロメット51を貫通してセンサ出力リード線13,14及びヒータリード線18,19が外部に延出している(図2参照)。
On the other hand, the
このセパレータ31は、基端側部32、先端側部33、及びこれらの間に位置し、これらよりも大径の鍔部34とを有する。セパレータ31内には、リード線13,14及びこれらに接続する第1,第2センサ端子金具11,12のうち基端側BDの部位、リード線18,19及びこれらに接続するヒータ端子金具16,17が互いに絶縁されつつセパレータ31内に保持されている。
なお、ヒータ15はその基端面15dが、セパレータ31のヒータ当接面31eに当接することで、セパレータ31に対するヒータ15の軸線方向(図中上下方向)の位置決めがなされている。
The
The
また、次述するように、ヒータ15は、酸素センサ素子2の有底孔2aの軸線に対して、発熱部15aが偏心する(傾く)ように酸素センサ2内に挿入されている。これにより、発熱部15aが酸素センサ素子2の有底孔2aの内周面の一部に接することとなる。つまり、発熱部15aから、素子2のうちでも小さな容積の部位(接触部2e)に熱エネルギーを集中して伝えることができるので、酸素センサ1の活性化時間を短縮する上で効果的である。
As will be described below, the
ヒータ15は、棒状のセラミックヒータであり、その先端部分は、アルミナを主とする芯材の周囲に抵抗発熱体(図示せず)を形成した発熱部15aとなっている。また基端部分には、電極パッド15e,15fが設けられ、ヒータ端子金具16,17にロウ付け接続されている。このヒータ端子金具16,17及びヒータリード線18,19を通じて、ヒータ駆動電源S1からこのヒータ15に通電すると、発熱部15aが発熱し、酸素センサ素子2の先端部が加熱される。ヒータ端子金具17には、ヒータリード線18の芯線を把持して、このヒータ端子金具17とヒータリード線18を電気的に接続するコネクタ部(図示しない)を有している。また、ヒータ端子金具16にも同様にヒータリード線19の芯線を把持するコネクタ部を有している。また、このヒータ15は、中央より基端寄りの部位で、第1センサ端子金具11の保持挿入部11aに保持されている。
The
外筒21は、金属製で略円筒形状を成し、先端側PD(図中下側)に位置し、上述したようにその先端側PDの先端部22aが主体金具3と接合される第1外筒部22と、これよりも基端側BDに位置し第1外筒部よりも小径の第2外筒部23とを有している。この第2外筒部23の軸方向中間部分には、周方向に均等に4箇所、径方向内側に向けて突出する内側凸部24が形成されている。この内側凸部24は、セパレータ31の鍔部34と斜めに当接している。
さらに、セパレータ31の先端側部33の周囲には、付勢金具41が装着されている。この付勢金具41は、その基端部41aがJ字状に内側に曲げ返された形状をなして、セパレータ31の鍔部34に当接している。そして後述するようにして、金属外筒21の第2外筒部23に変形部23bを成形するのに伴って、付勢金具41の基端部41aが、セパレータ31の鍔部34を、従って、セパレータ31を基端側BD(図中上方)に向けて付勢している。
The
Further, an urging metal fitting 41 is mounted around the front
この酸素センサ1は、以下のようにして製造される。予め、第1,第2センサ端子金具11,12のコネクタ部にそれぞれセンサ出力リード13,14を接続しておく。また、ヒータ端子金具16,17のコネクタ部(図示しない)にヒータリード線18,19を接続しておく。そして、ヒータ15を第1センサ端子金具11に保持させた状態で、各リード線13,14,18,19をセパレータ31に挿通し、このセパレータ31d内に、第1,第2センサ端子金具11,12の一部、ヒータ端子金具16,17の全体、及びヒータ15の後端部15cが互いに絶縁して保持された状態としておく。
The
また、セパレータ31の鍔部34に、付勢金具41のJ字状の基端部41aが当接するようにして、セパレータ31の先端側部33の外周に付勢金具41を装着しておく。
次いで、内部にリード線13等を挿通し、第1センサ端子金具11等を保持したセパレータ31を、金属外筒21に遊挿し、各リード線13等をグロメット51に挿通する。
Further, the urging metal fitting 41 is mounted on the outer periphery of the distal
Next, the
また別途、セラミックホルダ5,7及びセラミック粉末6を用い、主体金具3の基端部3eを加締めて、酸素センサ素子2を主体金具3に組み付け、また、主体金具3のプロテクタ接続部3aにプロテクタ4を溶接しておく。
酸素センサ素子2の軸線と、金属外筒21の軸線が一致するように両者の位置を調整しておき、外筒21を先端側PD(図中下方)に移動させ、セパレータ31の鍔部34と外筒21の内側凸部24とが斜めに当接し、かつセパレータ31が外筒21内に遊挿された状態とし、外筒21の基端側開口部21aにグロメット51を嵌め込む。さらに、外筒21を先端側PD(図中下方)に移動させる。そして、ヒータ15が酸素センサ素子2の有底孔2a内に挿入され、外筒21の先端部22aが主体金具3の六角部3cに当接するまで外筒21を先端側PDに移動させる。
Separately, using
Both positions are adjusted so that the axis of the
これにより、ヒータ15と共に、これを保持している第1センサ端子金具11の保持挿入部11aも酸素センサ素子2の有底孔2aに挿入され、センサ内側電極層2cと導通する。また、保持挿入部11aが酸素センサ素子2の有底孔2a内に挿入されることにより、ヒータ15の軸線が酸素センサ素子2の軸線に対して傾きかつ偏心して、ヒータ15の発熱部15aが有底孔2aの内壁のうち一部(この部位を接触部2eとする)に接するように調整される。従って、酸素センサ素子2の接触部2eには、ヒータ15の発熱部15aから、接触による熱伝導によって、熱が伝えられる。
Thereby, together with the
なお、本実施形態1では、ヒータ15の基端面15dがセパレータ31のヒータ当接面31eに当接した状態で、ヒータ15を酸素センサ素子2の有底孔2a内に挿入しているので、ヒータ15の酸素センサ素子2の有底孔2aへの挿入深さが、金属外筒21,セパレータ31及びヒータ15の寸法で一意に決められる。
In the first embodiment, since the
その後、主体金具3の接続部3dとこの外周側に位置する外筒21の先端部22aとを、外筒21を先端側PD(図中下方)に押圧しながら、径方向に加締めて仮接続する。
さらに、外筒21の第2外筒部23のうち、付勢金具41の外周に位置する部位の一部を環状に押圧して、凹形状に変形(縮径)させて、変形部23bを環状に形成する。これに伴い、外筒21の変形部23bが付勢金具41に密着し、付勢金具41が外筒21に保持、固定される。さらにこのようにして付勢金具41を径方向に押圧することで、この付勢金具41のJ字状の基端部41aが若干基端側BD(図中上方)に移動する。このため、基端部41aで、セパレータ31の鍔部34を基端側BD(図中上方)に付勢することとなる。かくして、セパレータ31の鍔部34が、外筒21の内側凸部24と付勢金具41の基端部41aとの間に挟まれて、セパレータ31が外筒21に固定される。
Thereafter, the connecting
Further, in the second
次いで、外筒21の第2外筒部23のうち、グロメット51の周囲に位置する部分(基端側開口部21a)を加締め、外筒21及び各リード線13等を気密に封止する。さらに、仮接続してあった主体金具3の接続部3dと外筒21の先端部22aとをレーザ溶接により気密に接続して、酸素センサ1を完成させる。
Next, of the second
この酸素センサ1は、内燃機関の排気管EPに接続して用いられる。具体的には、排気管EPに設けた取付孔EPHと、主体金具3のねじ部3bを用いて締結される。なお、排気管EPと六角部3cとの間には、ガスケット8が介在している。
The
次いで、この排気管EPに取り付けられた酸素センサ1の熱挙動を後述する熱回路網法を用いて熱解析(温度推定)するため、酸素センサ1内のほか、酸素センサ1、排気管EP、排気管EP内を流れる排気ガスEG、及び、排気管EP外の外気OGの間の熱の移動について、図2のほか図3を参照して考察する。図3は、酸素センサ1、排気管EP、排気ガスEG及び外気OGにおける熱の流れの概略を示す説明図である。なお、この図3において、黒矢印は、主に熱伝導により伝えられる熱の経路を示す。また、白抜き矢印は、主に熱放射により伝えられる熱の経路を示す。
Next, in order to perform thermal analysis (temperature estimation) using a thermal circuit method to be described later on the thermal behavior of the
この酸素センサ1では、前述したように、ヒータ15に通電し、電気エネルギを注入すると、このヒータ15の先端部分の発熱部15aが主として発熱し高温となる。すると、この発熱部15aで発生した熱は、ヒータ15のうち、基端側BDの非発熱部15bに熱伝導により伝えられる。また、酸素センサ素子2の接ガス部2dのうち、この発熱部15aが接触している接触部2eにも、熱伝導により伝えられる。加えて、発熱部15aからの熱放射により、酸素センサ素子2の接ガス部2dのうち、この発熱部15aが接触していない非接触部2fにも、熱が伝えられる。
In the
このうち、ヒータ15の非発熱部15bに伝えられた熱は、ヒータ15の基端面15dを通じて、あるいは、ヒータ15の電極パッド15e,15f、ヒータ端子金具16,17を通じて、セパレータ31に熱伝導により伝えられる。さらに、セパレータ31から外筒21(そのうち基端側BDの第2外筒部23)に伝えられ、外気OGに放熱される。
Of these, the heat transmitted to the
また、酸素センサ素子2の接ガス部2dの非接触部2fに、接触部2eあるいは発熱部15aから伝えられた熱は、酸素センサ素子2の基端側BDに伝えられ、セラミックホルダ5,7及びセラミック粉末6を通じて、主体金具3に伝えられる。またこれと並行して、酸素センサ素子2の接ガス部2dの非接触部2fから、主体金具3のうちこれに近接している先端部分(例えば、プロテクタ接続部3a)へは、非接触部2fからの熱放射により、熱が伝えられる。主体金具3に伝えられた熱は、外筒21(第1外筒部22)を通じて、外気OGに放熱される。
Further, the heat transferred from the
また、主体金具3は、その先端側PDに取り付けられたプロテクタとの間でも、熱伝導により熱の移動が生じる。加えて、主体金具3には、そのねじ部3bを通じて、排気管EPとの間で熱を伝える。なお、主体金具3とプロテクタ4、主体金具3と排気管EPとの間では、相互の温度差により、熱の移動が相互間で行われる。
Further, the
プロテクタ4には、酸素センサ素子2の接ガス部2dのうち、特に高温となりやすい接触部2eから、熱放射により直接熱が伝えられる。また、プロテクタ4は、排気管EP内を流れる排気ガスEGからも熱を受ける。なお、酸素センサ素子2の接ガス部2dも、排気ガスEGから熱を受ける。
さらに排気管EPは、排気ガスEGから熱を受けると共に、外気OGに接触して、放熱している。
Heat is directly transmitted to the
Further, the exhaust pipe EP receives heat from the exhaust gas EG and contacts the outside air OG to radiate heat.
排気管EPに取り付けられた酸素センサ1は、概略、上述のような熱の経路を有していると考えられる。そこで、この経路を熱回路網として示したのが、図4の熱回路網HC1である。なお、その記号の凡例を、図5に示す。この熱回路網HC1では、酸素センサ1及び排気管EPを、10ヶの熱伝導素子E1〜E10に区分し、熱回路C2、C4〜C7、C9、C11〜〜C14を通じて相互の熱伝導を考慮すると共に、熱回路C16〜C20を通じた排気ガスF1〜F3との熱伝達、及び、熱回路C21〜C24を通じた外気F4,F5との間の熱伝達、さらに、熱回路C3,C8,C10を通じた熱放射素子R1〜R3による熱放射を想定した。
The
具体的には、この熱回路網HC1では、電源S1から熱回路C1を通じて流入したヒータエネルギは、ヒータ発熱部である素子E1で熱となる。さらに、素子E1からは、熱回路C4,C5,C6を通じて、熱伝導素子E2,E3,E4(ヒータ非発熱部15b、ヒータ基端面15d及びセパレータ31、外筒21)に伝えられる。
また、ヒータ発熱部である素子E1からは、熱回路C2を通じて、ガスセンサ素子2の接触部2eである素子E5に熱が伝えられ、さらに、熱回路C7,C9,C11を通じて、熱伝導素子E6,E7,E8(酸素センサ素子2の非接触部2b、セラミックホルダ5,7及びセラミック粉末6、主体金具3)に熱が伝えられる。主体金具3である素子E8は、素子E4(外筒21)、素子E9(プロテクタ4)、素子E10(排気管EP)とも、熱回路C12,C13,C14で接続されている。
Specifically, in the thermal circuit network HC1, the heater energy that flows from the power source S1 through the thermal circuit C1 becomes heat in the element E1 that is the heater heating portion. Further, the element E1 is transmitted to the heat conducting elements E2, E3, E4 (heater non-heat generating
Further, heat is transmitted from the element E1 which is the heater heat generating portion to the element E5 which is the
加えて、発熱部15aである素子E1から素子E6(非接触部2f)へは、熱放射素子R1を介して熱回路C3によっても、直接熱が伝えられる構成とした。また、接触部2eである素子E5から素子E9(プロテクタ4)へは、熱放射素子R2を介して熱回路C8によっても、直接熱が伝えられる構成とした。さらに、非接触部2fである素子E6から素子E8(主体金具3)へは、熱放射素子R3を介して熱回路C10によっても、直接熱が伝えられる構成とした。
In addition, heat is directly transmitted from the element E1 which is the
また、排気ガスEGを示す素子V1と、酸素センサ素子2の接ガス部(素子E6)、プロテクタ4(素子E9)及び排気管EP(素子E10)との間の熱伝達を記述するため、これらの間に、排気ガスEGを示す素子F1〜F3を介在させ、これらの間を熱回路C15〜C20で接続している。
また、外気OGを示す素子V2と、外筒21(素子E4)及び排気管EP(素子E10)との間の熱伝達を記述するため、これらの間に、外気OGを示す素子F1〜F3を介在させ、これらの間を熱回路C21〜C24で接続している。
In order to describe heat transfer between the element V1 indicating the exhaust gas EG and the gas contact part (element E6), the protector 4 (element E9), and the exhaust pipe EP (element E10) of the
Further, in order to describe heat transfer between the element V2 indicating the outside air OG and the outer cylinder 21 (element E4) and the exhaust pipe EP (element E10), elements F1 to F3 indicating the outside air OG are interposed between them. They are interposed, and these are connected by thermal circuits C21 to C24.
この熱回路網HC1を、電気回路網に近似する、さらに詳細な熱回路網として記述すると、図6のように表わされる。ここで、図5の凡例に示すように、図4において矩形箱状で示される熱伝導素子(例えば素子E1)は、他の熱伝導素子に熱を伝える際の熱抵抗素子(電気抵抗素子に相当)と熱を蓄える熱容量素子(接地されたコンデンサに相当)を示す素子(例えばE11,E12,E13)とを組み合わせた、T型の回路で表される。また、図4において平行四辺形箱で示される熱伝達素子(素子F1〜F5)は、例えば排気ガスEGの流速やガス温度、外気OGの温度や流速(車速)によって、熱伝達の様子が変化するので、可変抵抗で示される。また、熱放射素子(例えば素子R1)は、温度によって値が変化する可変電流源として示される。
そのほか、ヒータの駆動電源は、ヒータ15に注入するヒータエネルギを可変し得るので、可変電流源(素子S1)として示した。また、排気ガスEG、外気OCは、その温度自身が変化するので、可変電圧源(素子V1,V2)として示される。
そして、これらの熱回路網HC1を、熱回路網法の熱解析プログラムPG1において解析(温度推定)可能に表現された熱回路網データ(モデルデータ)NDに変換する。
When this thermal circuit network HC1 is described as a more detailed thermal circuit network that approximates an electric circuit network, it is expressed as shown in FIG. Here, as shown in the legend of FIG. 5, the heat conduction element (for example, the element E <b> 1) shown in a rectangular box shape in FIG. 4 is a heat resistance element (electric resistance element) when transferring heat to another heat conduction element. Equivalent) and an element (for example, E11, E12, E13) indicating a heat capacity element (corresponding to a grounded capacitor) that stores heat is represented by a T-type circuit. In addition, in the heat transfer elements (elements F1 to F5) indicated by parallelogram boxes in FIG. 4, the state of heat transfer varies depending on, for example, the flow rate and gas temperature of the exhaust gas EG and the temperature and flow rate (vehicle speed) of the outside air OG. Therefore, it is indicated by a variable resistance. Further, the heat radiating element (for example, element R1) is shown as a variable current source whose value changes with temperature.
In addition, since the heater driving power source can change the heater energy injected into the
Then, the thermal circuit network HC1 is converted into thermal network data (model data) ND expressed so as to be analyzed (temperature estimation) in the thermal analysis program PG1 of the thermal network method.
なお、ヒータ発熱部である素子E1とガスセンサ素子2の接触部2eである素子E5との間の熱回路C2が、第1熱回路に相当する。また、発熱部15aである素子E1から素子E6(非接触部2f)への熱放射素子R1を介する熱回路C3が、第2熱回路に相当する。また、非接触部2fである素子E6から素子E8(主体金具3)への熱放射素子R3を介する熱回路C10が、第3熱回路に相当する。さらに、接触部2eである素子E5から素子E9(プロテクタ4)への熱放射素子R2を介する熱回路C8が、第4熱回路に相当する。さらに、主体金具3である素子E8とは、素子E9(プロテクタ4)とを接続する熱回路C13が、第5熱回路に相当する。また、素子E8(主体金具3)と素子E4(外筒21)とを結ぶ熱回路C12が、第6熱回路に相当する。加えて、素子E4(外筒21)と素子F4(外気OG)とを結ぶ熱回路C21が、第7熱回路及び可変第7熱回路に相当する。
In addition, the thermal circuit C2 between the element E1 which is a heater heat generating part and the element E5 which is the
この熱回路網データNDを、パーソナルコンピュータPCの外部記憶装置105に記憶させ、マイクロプロセッサ102に熱回路網法による熱解析プログラムPG1を実行させ、熱回路網HC1を解析する。これにより、初期状態、ヒータ駆動電源S1からの通電(ヒータエネルギ)パターン、車速、排気ガスEGの温度・流速、及び、外気OGの温度を変化させて、各素子E1〜E10における温度(部位温度)及び温度変化を、熱回路網法により、解析、取得することができる。
なお、本実施形態1においては、パーソナルコンピュータPCの外部記憶装置105が、熱回路網データ記憶手段に相当する。また、熱解析プログラムPG1を実行しているマイクロプロセッサ102が、部位温度推定手段に相当する。さらに、パーソナルコンピュータPCが、温度推定システム100に相当する。
The thermal circuit network data ND is stored in the
In the first embodiment, the
例えば、素子E5で示される、酸素センサ素子2の接ガス部2dの接触部2eの温度Ts(t)についての解析結果の例を、図8における実線のグラフ(b)で示す。併せて、接触部2eの温度Ts(t)の実測結果を、一点鎖線のグラフ(a)で示す。なお、この例では、酸素センサ素子2の接ガス部2dの接触部2eが、温度推定部位Xに相当し、解析してグラフ(a)として得られた、接触部2eの接触部温度Ts及びTs(t)が、温度推定部位Xの部位温度Tx及びTx(t)に相当する。
この解析では、初期状態を常温(25℃)とし、外気OGの温度を25℃、車速(外気の流速)を50km/h、排気ガスEGの温度を500℃、排気ガス流速を30m/sに変化させた。また、バッテリBTを含むヒータ駆動電源S1からヒータ15に、8Vの直流電圧を印加し続けた。
For example, an example of an analysis result of the temperature Ts (t) of the
In this analysis, the initial state is normal temperature (25 ° C.), the outside air OG temperature is 25 ° C., the vehicle speed (outside air flow rate) is 50 km / h, the exhaust gas EG temperature is 500 ° C., and the exhaust gas flow rate is 30 m / s. Changed. Further, a DC voltage of 8V was continuously applied to the
これにより、実測した酸素センサ1では、接触部2eの温度Ts(t)は、図8に一点鎖線のグラフ(a)で示すように、約200秒間に亘り温度上昇し、その後、なだらかに一定値(本例では、通電開始から800秒の時点で、Ts(800)=660℃)に近づく結果となった。
As a result, in the actually measured
これに対して、前述した熱回路網HC1(熱回路網データND)を熱解析して得た接触部2eの温度Ts(t)の推定結果は、図8に実線(b)で示すように、実測(一点鎖線のグラフ(a))とほぼ同じ様に変化し、最終的に通電開始から800秒の時点での温度(推定温度)Ts(800)は、Ts(800)=670℃となった。即ち、実測値との差異は、10degであった。この結果から、本実施形態1の熱回路網HC1(熱回路網データND)を用いた、酸素センサ1及び排気管EPの熱回路網法による熱解析(温度推定)が、有効であることが判る。また、温度Tsが過渡的に変化する期間も含め、全期間(図8では、0〜800秒)に亘って、適切な温度の推定が可能であることが判る。
In contrast, the estimation result of the temperature Ts (t) of the
次いで、図7に示す熱回路網HC2,HC3,HR1,HR2を用いて、実施形態2,3及び比較形態1,2について説明する。このうち、実施形態2の熱回路網HR2は、図4に示す実施形態1にかかる熱回路網HC1とほぼ同じであるが、図7において破線で示すように、熱放射素子R2(熱回路C8)を除外した点でのみ異なる。また、実施形態3の熱回路網HC3は、実施形態1の熱回路網HC1とほぼ同じであるが、熱放射素子R3(熱回路C10)を除外した点でのみ異なる。同様に、比較形態1の熱回路網HR1は、熱放射素子R1(熱回路C3)を除外した点でのみ、熱回路網HC1と異なる。さらに、比較形態2の熱回路網HR2は、熱放射素子R1,R2,R3(熱回路C3,C8,C10)の3者とも除外した点で、熱回路網HC1と異なる。
Next,
これら実施形態2,3及び比較形態1,2の熱回路網HC2,HC3,HR1,HR2についても、同様にして熱解析(温度推定)を行った。その結果を、実施形態1と共に、表1に示す。また、比較形態1において得られた接触部2eの温度Ts(t)を、図8に破線のグラフ(c)として示す。
先ず、比較形態1について検討する。比較形態1の熱回路網HR1を解析して得た接触部2eの温度Ts(t)の推定結果(図8(c))は、実測(一点鎖線のグラフ(a))と同様、急速に温度が上昇し、その後、なだらかに一定値に近づく結果となった。しかしながら、通電開始から800秒の時点の温度(推定温度)Ts(800)は、Ts(800)=727℃(実測値+67deg)となり、グラフ(c)も、実測のグラフ(a)及び実施形態1のグラフ(b)に比して、高温側に偏った形態となった。
この結果から、実施形態1における熱回路網HC1において、少なくとも熱放射素子R1を考慮することが必要であり、酸素センサ1の熱回路網法による熱解析(温度推定)において、大きな役割を果たしていることが判る。
The thermal analysis (temperature estimation) was similarly performed for the thermal networks HC2, HC3, HR1, and HR2 of
First, the
From this result, it is necessary to consider at least the thermal radiation element R1 in the thermal circuit network HC1 in the first embodiment, and plays a large role in thermal analysis (temperature estimation) of the
次いで、実施形態2について検討する。実施形態2の熱回路網HC2を熱解析(温度推定)して得た接触部2eの温度変化の推定結果(表1参照)から、通電から800秒後の温度(699℃)と、実測値(660℃)との差異が39degであり、比較形態1に比して、良好な結果となったものの、実測及び実施形態1に比して、高温側に偏ることが判る。
この結果からも、熱放射素子R1を考慮することが重要であることが判る。また、この実施形態2の結果から、熱回路網において、熱放射素子R2を考慮することも、酸素センサ1の熱回路網法による熱解析において、大きな要素であることが判る。
Next,
Also from this result, it is understood that it is important to consider the thermal radiation element R1. In addition, from the results of the second embodiment, it can be seen that consideration of the heat radiating element R2 in the thermal circuit network is also a major factor in the thermal analysis of the
次いで、実施形態3について検討する。実施形態3の熱回路網HC3を熱解析して得た接触部2eの温度変化の推定結果(表1参照)から、通電から800秒後の温度(704℃)と、実測値(660℃)との差異が44degであり、比較形態1に比して、良好な結果となったものの、実測及び実施形態1に比して、高温側に偏ることが判る。
この結果からも、熱放射素子R1を考慮することが重要であることが判る。また、この実施形態3の結果から、熱回路網において、熱放射素子R3を考慮することも、酸素センサ1の熱回路網法による熱解析において、大きな要素であることが判る。
Next,
Also from this result, it is understood that it is important to consider the thermal radiation element R1. Also, from the results of the third embodiment, it can be seen that considering the heat radiating element R3 in the thermal circuit network is also a major factor in the thermal analysis of the
さらに、比較形態2について検討する。比較形態2の熱回路網HR2を熱解析して得た接触部2eの温度変化の推定結果(表1参照)も、図示しないが、実測(一点鎖線のグラフ(a))と同様、当初急速に温度が上昇し、その後、なだらかに一定値に近づく結果となった。しかしながら、実測及び実施形態1に比して、高温側に大きく偏り、通電から800秒後の温度(803℃)が非常に高い値となり、かつ、実測値(660℃)との差異も143degという非常に大きな値となった。
この結果から、実施形態1における熱回路網HC1において、熱放射素子R1,R2,R3(熱回路C3,C8,C10)の三者は、酸素センサ1の熱回路網法による熱解析において、極めて大きな役割を果たしていることが判る。
逆に、熱放射素子R1,R2,R3(熱回路C3,C8,C10)のすべてを考慮しない、比較形態2の熱回路網HR2は、酸素センサ1の各部における熱放射を全く考慮していない点で、従来の熱解析に近似している。そして、比較形態2の結果は、このように熱放射を考慮に入れないで酸素センサ1及び排気管EPについて熱解析を行っても、過渡的な温度変化を伴う熱解析では、適切な温度の推定が困難であることを示している。
例えば、800秒の時点での推定温度(803℃)が、実測値(660℃)となるように、熱回路網HR2の各部の素子(E11,E12,…など。図6参照)の定数を、この時点での推定温度を140deg程度引き下げるように調整したとする。するとこれにより、例えば通電開始から300秒以降の安定した状態での温度については、実測に近い推定温度が得られることになる。しかし、通電初期には、逆に、推定温度が実測値よりも大幅に低く算出されることになり、結局、全期間に亘って適切に温度の推定は出来ないと推測できるからである。
Further,
From this result, in the thermal circuit network HC1 in the first embodiment, the three of the heat radiating elements R1, R2, and R3 (thermal circuits C3, C8, and C10) are extremely different in the thermal analysis by the thermal circuit method of the
On the contrary, the thermal circuit network HR2 of the
For example, the constants of the elements (E11, E12,..., See FIG. 6) of each part of the thermal network HR2 are set so that the estimated temperature (803 ° C.) at the time of 800 seconds becomes the actual measurement value (660 ° C.). Suppose that the estimated temperature at this time is adjusted to be lowered by about 140 deg. Thus, for example, for a temperature in a stable state after 300 seconds from the start of energization, an estimated temperature close to actual measurement is obtained. However, at the beginning of energization, conversely, the estimated temperature is calculated to be significantly lower than the actually measured value, and it can be assumed that the temperature cannot be estimated properly over the entire period.
(変形形態)
次いで、実施形態1,2,3の変形形態について、図9及び図10を参照して説明する。前述の実施形態1等(図1参照)では、熱回路網HC1〜HC3(熱回路網データND)を用いた、酸素センサ1の温度推定システム100を、パーソナルコンピュータPCで実現した。
これに対し、本変形形態では、車載した酸素センサ1の通電制御を行う通電制御装置61に内蔵するマイクロコンピュータ70において、熱回路網HC1等(熱回路網データND)を熱回路網法に従って熱解析し、所定部位(例えば、接触部2e)の部位温度Tx(t)(接触部温度(Ts(t)))を推定する。さらに推定した部位温度Tx(t)を用いて、ヒータ15の温度制御を行う温度制御システム210をも構成している。
(Deformation)
Next, modified embodiments of the first, second, and third embodiments will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In the first embodiment described above (see FIG. 1), the
On the other hand, in this modification, in the microcomputer 70 built in the energization control device 61 that controls energization of the
本変形形態における、酸素センサ1の温度推定システム200および温度制御システム210について説明する(図9参照)。車両AMは、エンジンENGを搭載している。エンジンENGは、電子制御装置ECUによって制御されている。また、電子制御装置ECUは、図示しない速度計、回転計、アクセル開度センサ、外気温センサ、排気温センサなどによって、車両AMの車速や外気OGの気温、排気ガスEGの温度などを検知しており、必要に応じて、これらの情報を次述する通電制御装置61に送信する。
エンジンENGの排気管EPには、前述した酸素センサ1が装着されている。この酸素センサ1は、センサ出力リード線13,14及びヒータリード線18,19を介して、通電制御装置61に接続しており、両者を併せて、制御回路付き酸素センサ60となっている。
The
The above-described
通電制御装置61は、電子制御装置ECUとシリアルバスBSを介して接続されており、相互にデータの通信が可能となっている。図10に示すように、通電制御装置61は、マイクロコンピュータ70、センサ出力検知回路62、ヒータ駆動回路63を有している。このうち、マイクロコンピュータ70は、CPU71、ROM72、RAM73、インターフェイス回路75,76,77のほか、補助記憶装置として、EPROM74を備えている。このEPROMには、熱回路網HC1(熱回路網データND)を熱回路網法によって解き、所定の温度推定部位Xの部位温度TxあるいはTx(t)(例えば、接触部2eの接触部温度Ts,Ts(t))を推定する、熱回路網法による熱解析プログラムPG2、及び、熱回路網データNDが記憶されている。
The energization control device 61 is connected to the electronic control device ECU via the serial bus BS, and can communicate data with each other. As shown in FIG. 10, the energization control device 61 includes a microcomputer 70, a sensor
一方、センサ出力検知回路62は、酸素センサ10の酸素センサ素子2に、センサ出力リード線13,14を介して接続しており、酸素センサ素子2の出力を検知し、インターフェイス回路75を通じて、マイクロコンピュータ70に入力する。また、ヒータ駆動回路63は、酸素センサ1のヒータリード線18,19を介してヒータ15に接続するとともに、バッテリBTに接続しており、マイクロコンピュータ70の指示に従って、バッテリBTの出力電圧をオンオフし、ヒータ15への通電電力をデューティ比制御する。
On the other hand, the sensor
この制御回路付き酸素センサ60では、車両AMの起動(キースイッチON)により、マイクロコンピュータ70が起動され、ヒータ駆動回路63が駆動されて、バッテリBTからの電力が、酸素センサ1のヒータ15に通電される。
さらにこれと並行して、マイクロコンピュータ70(CPU71)で、EPROM74に記憶されていた、熱回路網法による熱解析プログラムPG2を実行し、同じくEPROM74に記憶されていた熱回路網HC1等の熱回路網データND(図4、図6参照)を解いて、温度推定部位Xの部位温度TxあるいはTx(t)(具体的には、接触部2eの接触部温度Ts,Ts(t))を逐次推定する。これにより、この制御回路付き酸素センサ60では、酸素センサ素子2の接触部2eの温度を、何等かの温度センサなどを用いることなく、精度良く推定することが出来る。
In the
In parallel with this, the microcomputer 70 (CPU 71) executes the thermal analysis program PG2 stored in the
酸素センサ素子2(接ガス部2d)が十分昇温されて活性化したら、酸素センサ1(素子2)の出力をセンサ出力検知回路62で検知し、マイクロコンピュータ70(CPU71)により排気ガスEG中の酸素濃度に換算し、電子制御装置ECUに送信する。
When the oxygen sensor element 2 (
なお、酸素センサ1のヒータ15は、排気ガスEGが高温となったために素子2の加熱が不要である場合を除き、エンジンENGの駆動中は、酸素センサ素子2の接ガス部2dの温度(特に、接触部2eの温度Ts)が一定(目標温度To:例えばTo=660)になるように、ヒータ駆動回路63を通じてヒータ15の通電制御するのが好ましい。
この通電制御にあたり、本変形形態では、熱回路網データNDを解いて接触部2eの接触部温度Ts,Ts(t)を推定し、この推定された接触部温度Tsが、目標温度Toとなるように、ヒータ駆動回路63におけるヒータ15の駆動を、マイクロコンピュータ70(CPU71)で制御する。具体的には、ヒータ15に通電する電力を、デューティ比制御する。なお、素子V2に関係する外気OGの外気温、車速、素子V1に関係する排気ガスEGの温度、流速などは、電子制御装置ECUから得た情報に基づいて、熱回路網データNDに反映させる。また、ヒータ駆動電源S1(バッテリBT及びヒータ駆動回路63)からヒータ15に供給するエネルギーの大きさは、バッテリBTの電圧及びヒータ駆動回路63で制御するデューティ比などに基づいて反映させる。
It should be noted that the
In this energization control, in this modification, the thermal circuit data ND is solved to estimate the contact part temperatures Ts and Ts (t) of the
実施形態においても説明したように、本変形形態でも、酸素センサ1及び排気管EP前述の熱回路網HC1を熱回路網法によって解くため、ヒータ15による急加熱、排気ガスEGによる急冷却(フューエルカット時の外気導入)、急加熱(高負荷、高回転の運転)などが生じても、現実に良く適合して、接触部2eの接触部温度Tsの過渡的な変化をも適切に推定することができる。
As described in the embodiment, also in this modification, in order to solve the above-described thermal circuit HC1 by the thermal circuit method, the
本変形形態においては、通電制御装置61のマイクロコンピュータ70(CPU71)が、部位温度推定手段,接触部温度推定手段に相当する。また、EPROM74が熱回路網データ記憶手段に該当する。マイクロコンピュータ70(CPU71)及びヒータ制御回路63が、ヒータ制御手段に相当する。
In this modification, the microcomputer 70 (CPU 71) of the energization control device 61 corresponds to the part temperature estimation means and the contact part temperature estimation means. Further, the
以上において、本発明を実施形態1〜3及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、変形形態では、制御回路付き酸素センサ60の内のマイクロコンピュータ70(CPU71)で熱回路網法による熱解析を行ない、接触部温度Tsなどを推定した例を示した。これに対し、電子制御装置ECUで、具体的には内蔵されたマイクロコンピュータ(図示しない)で、熱回路網法による熱解析を行ない、接触部温度Tsなどを推定することもできる。この場合には、電子制御装置ECUから得た情報(接触部温度Tsなど)に従って、マイクロコンピュータ70(CPU71)及びヒータ制御回路63でヒータ15の制御を行う。この例では、電子制御装置ECUが部位温度推定手段,接触部温度推定手段に相当する。
In the above, the present invention has been described according to the first to third embodiments and modified embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Needless to say, it can be done.
For example, in the modified embodiment, an example is shown in which the thermal analysis by the thermal network method is performed by the microcomputer 70 (CPU 71) in the
PC パーソナルコンピュータ(コンピュータ)
100,200 温度推定システム
102 マイクロプロセッサ(部位温度推定手段,接触部温度推定手段)
105 外部記憶装置(熱回路網データ記憶手段)
PG1,PG2 熱回路網法による熱解析プログラム
ND 熱回路網データ(モデルデータ)
210 温度制御システム
60 制御回路付き酸素センサ
61 (酸素センサの)通電制御装置
63 ヒータ駆動回路(ヒータ制御手段)
70 マイクロコンピュータ(部位温度推定手段,接触部温度推定手段,ヒータ制御手段)
71 CPU(部位温度推定手段,接触部温度推定手段,ヒータ制御手段)
74 EPROM(熱回路網データ記憶手段)
AM 車両
ENG エンジン
ECU 電子制御装置
EP 排気管(外部部材)
EPH 取付孔
EPS センサ取付部(被結合部)
EG 排気ガス(被測定ガス)
OG 外気
BD 基端側
PD 先端側
X 温度推定部位
Tx,Tx(t) (温度推定部位の)部位温度
Ts,Ts(t) (接触部の)接触部温度
To 目標温度
HC1〜HC3,HR1,HR2 熱回路網
S1 可変電流源(ヒータ駆動電源)
E1〜E10 熱伝導素子
F1〜F5 熱伝達素子
R1〜R3 熱放射素子
V1,V2 可変電圧源
C1〜C24 熱回路
C2 第1熱回路
C3 第2熱回路
C10 第3熱回路
C8 第4熱回路
C13 第5熱回路
C12 第6熱回路
C21 第7熱回路、可変第7熱回路
1 酸素センサ(ガスセンサ、車載用ガスセンサ)
2 酸素センサ素子(筒状センサ素子)
2d 接ガス部
2di (接ガス部の)内壁面
2e (接ガス部のうちの)接触部
2f (接ガス部のうちの)非接触部
2g 基端接ガス部
3 主体金具(保持金具)
3b ねじ部(結合部)
4 プロテクタ
5,7 セラミックホルダ
6 セラミック粉末
15 ヒータ
15a 発熱部
15b 非発熱部
21 外筒
31 セパレータ
PC Personal computer (computer)
100, 200
105 External storage device (thermal network data storage means)
PG1, PG2 Thermal analysis program by thermal network method ND Thermal network data (model data)
210
70 microcomputer (part temperature estimation means, contact temperature estimation means, heater control means)
71 CPU (part temperature estimation means, contact temperature estimation means, heater control means)
74 EPROM (thermal network data storage means)
AM vehicle ENG engine ECU electronic control unit EP exhaust pipe (external member)
EPH mounting hole EPS Sensor mounting part (bonded part)
EG Exhaust gas (measured gas)
OG Outside air BD Base end PD Front end X Temperature estimation part Tx, Tx (t) Part temperature Ts, Ts (t) (Temperature estimation part) Contact part temperature To Target temperature HC1 to HC3, HR1, HR2 Thermal network S1 Variable current source (heater drive power supply)
E1-E10 Thermal conduction elements F1-F5 Heat transfer elements R1-R3 Thermal radiation elements V1, V2 Variable voltage sources C1-C24 Thermal circuit C2 First thermal circuit C3 Second thermal circuit C10 Third thermal circuit C8 Fourth thermal circuit C13 Fifth thermal circuit C12 Sixth thermal circuit C21 Seventh thermal circuit, variable seventh
2 Oxygen sensor element (tubular sensor element)
2d Gas contact portion 2di
3b Screw part (joint part)
4
Claims (10)
棒状で、先端部分に通電により発熱する発熱部を有し、上記筒状センサ素子の内部に遊嵌状に挿入され、上記発熱部の少なくとも一部が上記筒状センサ素子の上記接ガス部の内壁面に接して配置されてなるヒータと、を備える
ガスセンサに関し、
上記ガスセンサ内の温度推定部位の温度である部位温度を推定する温度推定システムであって、
上記ヒータの上記発熱部と上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記ヒータの上記発熱部が接触する接触部との間の熱伝導、及び、
上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を考慮したモデルデータを用いて上記部位温度を推定する部位温度推定手段、を有し、
前記ヒータの前記発熱部と前記筒状センサ素子の前記接ガス部の前記接触部との間の熱伝導を記述する第1熱回路、及び、
上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路、を含む
上記ガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データを記憶する熱回路網データ記憶手段を有し、
前記部位温度推定手段は、
前記モデルデータである上記熱回路網データを用い、熱回路網法によって、上記部位温度を推定し、
前記ガスセンサは、
前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつ取り囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具と、
上記保持金具の先端側に上記筒状センサ素子の上記接ガス部から離間して配置されると共に、上記保持金具に接続され、上記接ガス部との間に前記被測定ガスが流通可能に、上記接ガス部を覆うプロテクタと、を備えてなり、
前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、
上記筒状センサ素子の上記接ガス部から、上記保持金具に向けた熱放射を記述する第3熱回路、及び、
上記筒状センサ素子の上記接ガス部から、上記プロテクタに向けた熱放射を記述する第4熱回路をも含む
ガスセンサの温度推定システム。 A cylindrical sensor element having a closed bottomed cylindrical shape, including a gas contact portion in contact with a gas to be measured on its distal end side,
It has a rod-like shape and has a heat generating portion that generates heat when energized at its tip, and is inserted into the cylindrical sensor element in a loose fit, and at least a part of the heat generating portion is connected to the gas contacting portion of the cylindrical sensor element. A gas sensor including a heater arranged in contact with an inner wall surface,
A temperature estimation system for estimating a part temperature which is a temperature of a temperature estimation part in the gas sensor,
Heat conduction between the heat generating portion of the heater and a contact portion with which the heat generating portion of the heater contacts among the gas contact portions of the cylindrical sensor element; and
Part temperature estimation means for estimating the part temperature using model data in consideration of heat radiation from the heat generating part of the heater toward the non-contact part other than the contact part in the gas contact part of the cylindrical sensor element Have
A first thermal circuit describing heat conduction between the heat generating part of the heater and the contact part of the gas contact part of the cylindrical sensor element; and
A second thermal circuit that describes heat radiation from the heat generating portion of the heater toward a non-contact portion other than the contact portion of the gas contact portion of the cylindrical sensor element; a thermal circuit that models the gas sensor A thermal network data storage means for storing thermal network data of the network;
The part temperature estimating means includes
Using the thermal network data that is the model data, the temperature of the part is estimated by a thermal network method,
The gas sensor
Out of the gas contact portion of the cylindrical sensor element, the base end side gas contact portion on the base end side is surrounded while being spaced apart, and the cylindrical sensor element is indirectly held on the base end side with respect to the gas contact portion. And a holding bracket having a coupling portion for coupling itself to an external member;
It is arranged at the front end side of the holding fitting and spaced from the gas contact portion of the cylindrical sensor element, and is connected to the holding fitting so that the gas to be measured can flow between the gas contact portion, A protector for covering the gas contact part,
The thermal network that models the gas sensor is:
A third thermal circuit describing heat radiation from the gas contact portion of the cylindrical sensor element toward the holding metal fitting, and
A temperature estimation system for a gas sensor, which also includes a fourth thermal circuit that describes thermal radiation from the gas contact part of the cylindrical sensor element toward the protector.
前記外部部材は、
前記被測定ガスが流通する金属製の通気管であり、
自身を貫通する貫通孔の周囲に形成された被結合部を有し、
前記ガスセンサは、
上記筒状センサ素子の前記接ガス部が上記貫通孔を通して上記通気管内に配置される形態で、上記ガスセンサの前記保持金具の前記結合部が上記通気管の上記被結合部に結合されてなり、
前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、
上記保持金具の上記結合部と上記通気管の上記被結合部との間の熱伝導を記述する第5熱回路を含む
ガスセンサの温度推定システム。 The temperature estimation system for a gas sensor according to claim 1,
The external member is
A metal vent pipe through which the gas to be measured flows,
Having a coupled portion formed around a through-hole penetrating itself;
The gas sensor
In the form in which the gas contact part of the cylindrical sensor element is disposed in the vent pipe through the through hole, the coupling part of the holding fitting of the gas sensor is coupled to the coupled part of the vent pipe,
The thermal network that models the gas sensor is:
A temperature estimation system for a gas sensor including a fifth thermal circuit describing heat conduction between the coupling portion of the holding metal fitting and the coupled portion of the vent pipe.
前記ガスセンサは、
筒状で、前記外部部材の外部に位置し、前記保持金具の前記結合部よりも基端側で上記保持金具に接続し基端側に延びる外筒を有し、
前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、
上記保持金具と上記外筒との間の熱伝導を記述する第6熱回路、及び、
上記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達を記述する第7熱回路をも含む
ガスセンサの温度推定システム。 A temperature estimation system for a gas sensor according to claim 1 or 2,
The gas sensor
A cylindrical shape, located outside the external member, and connected to the holding fitting on the base end side with respect to the coupling portion of the holding fitting and having an outer cylinder extending to the base end side;
The thermal network that models the gas sensor is:
A sixth thermal circuit describing heat conduction between the holding metal fitting and the outer cylinder; and
A temperature estimation system for a gas sensor, which also includes a seventh thermal circuit describing heat transfer between the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder.
前記ガスセンサは車両に搭載される車載用ガスセンサであり、
前記第7熱回路は、
前記車両の車速に応じた、前記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達の変化をも記述する可変第7熱回路である
ガスセンサの温度推定システム。 The temperature estimation system for a gas sensor according to claim 3,
The gas sensor is an in-vehicle gas sensor mounted on a vehicle,
The seventh thermal circuit is
A temperature estimation system for a gas sensor which is a variable seventh heat circuit that also describes a change in heat transfer between the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder according to the vehicle speed of the vehicle.
前記温度推定部位は、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち前記内壁面に前記ヒータの前記発熱部に接触している前記接触部であり、
前記部位温度は、上記接触部における接触部温度であり、
前記部位温度推定手段は、上記接触部温度を推定する接触部温度推定手段である
ガスセンサの温度推定システム。 A temperature estimation system for a gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
The temperature estimation part is the contact part in contact with the heat generating part of the heater on the inner wall surface of the gas contact part of the cylindrical sensor element,
The part temperature is a contact part temperature in the contact part,
The temperature estimation system for a gas sensor, wherein the part temperature estimation means is contact part temperature estimation means for estimating the contact part temperature.
棒状で、先端部分に通電により発熱する発熱部を有し、上記筒状センサ素子の内部に遊嵌状に挿入され、上記発熱部の少なくとも一部が上記筒状センサ素子の上記接ガス部の内壁面に接して配置されてなるヒータと、を備える
ガスセンサに関し、
上記ガスセンサ内の温度推定部位の温度である部位温度を推定する温度推定システムであって、
上記ヒータの上記発熱部と上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記ヒータの上記発熱部が接触する接触部との間の熱伝導、及び、
上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を考慮したモデルデータを用いて上記部位温度を推定する部位温度推定手段、を有し、
前記ヒータの前記発熱部と前記筒状センサ素子の前記接ガス部の前記接触部との間の熱伝導を記述する第1熱回路、及び、
上記ヒータの上記発熱部から上記筒状センサ素子の上記接ガス部のうち上記接触部以外の非接触部に向けた熱放射を記述する第2熱回路、を含む
上記ガスセンサをモデル化した熱回路網の熱回路網データを記憶する熱回路網データ記憶手段を有し、
前記部位温度推定手段は、
前記モデルデータである上記熱回路網データを用い、熱回路網法によって、上記部位温度を推定し、
前記温度推定部位は、前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち前記内壁面に前記ヒータの前記発熱部に接触している前記接触部であり、
前記部位温度は、上記接触部における接触部温度であり、
前記部位温度推定手段は、上記接触部温度を推定する接触部温度推定手段である
ガスセンサの温度推定システム。 A cylindrical sensor element having a closed bottomed cylindrical shape, including a gas contact portion in contact with a gas to be measured on its distal end side,
It has a rod-like shape and has a heat generating portion that generates heat when energized at its tip, and is inserted into the cylindrical sensor element in a loose fit, and at least a part of the heat generating portion is connected to the gas contacting portion of the cylindrical sensor element. A gas sensor including a heater arranged in contact with an inner wall surface,
A temperature estimation system for estimating a part temperature which is a temperature of a temperature estimation part in the gas sensor,
Heat conduction between the heat generating portion of the heater and a contact portion with which the heat generating portion of the heater contacts among the gas contact portions of the cylindrical sensor element; and
Part temperature estimation means for estimating the part temperature using model data in consideration of heat radiation from the heat generating part of the heater toward the non-contact part other than the contact part in the gas contact part of the cylindrical sensor element Have
A first thermal circuit describing heat conduction between the heat generating part of the heater and the contact part of the gas contact part of the cylindrical sensor element; and
A second thermal circuit that describes heat radiation from the heat generating portion of the heater toward a non-contact portion other than the contact portion of the gas contact portion of the cylindrical sensor element; a thermal circuit that models the gas sensor A thermal network data storage means for storing thermal network data of the network;
The part temperature estimating means includes
Using the thermal network data that is the model data, the temperature of the part is estimated by a thermal network method,
The temperature estimation part is the contact part in contact with the heat generating part of the heater on the inner wall surface of the gas contact part of the cylindrical sensor element,
The part temperature is a contact part temperature in the contact part,
The temperature estimation system for a gas sensor, wherein the part temperature estimation means is contact part temperature estimation means for estimating the contact part temperature.
前記ガスセンサは、
前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつり囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具を備えてなり、
前記外部部材は、
前記被測定ガスが流通する金属製の通気管であり、
自身を貫通する貫通孔の周囲に形成された被結合部を有し、
前記ガスセンサは、
上記筒状センサ素子の前記接ガス部が上記貫通孔を通して上記通気管内に配置される形態で、上記ガスセンサの前記保持金具の前記結合部が上記通気管の上記被結合部に結合されてなり、
前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、
上記保持金具の上記結合部と上記通気管の上記被結合部との間の熱伝導を記述する第5熱回路を含む
ガスセンサの温度推定システム。 The temperature estimation system for a gas sensor according to claim 6,
The gas sensor
Out of the gas contact parts of the cylindrical sensor element, the base sensor side gas part of the base end side is surrounded and spaced apart, and the cylindrical sensor element is indirectly held at the base end side of the gas contact part. And a holding bracket having a coupling portion for coupling itself to an external member,
The external member is
A metal vent pipe through which the gas to be measured flows,
Having a coupled portion formed around a through-hole penetrating itself;
The gas sensor
In the form in which the gas contact part of the cylindrical sensor element is disposed in the vent pipe through the through hole, the coupling part of the holding fitting of the gas sensor is coupled to the coupled part of the vent pipe,
The thermal network that models the gas sensor is:
A temperature estimation system for a gas sensor including a fifth thermal circuit describing heat conduction between the coupling portion of the holding metal fitting and the coupled portion of the vent pipe.
前記ガスセンサは、
前記筒状センサ素子の前記接ガス部のうち基端側の基端接ガス部の周囲を離間しつつ取り囲み、上記接ガス部よりも基端側で上記筒状センサ素子を間接的に保持すると共に、自身を外部部材に結合する結合部を有する保持金具、及び、
筒状で、前記外部部材の外部に位置し、前記保持金具の前記結合部よりも基端側で上記保持金具に接続し基端側に延びる外筒を有し、
前記ガスセンサをモデル化した前記熱回路網は、
上記保持金具と上記外筒との間の熱伝導を記述する第6熱回路、及び、
上記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達を記述する第7熱回路をも含む
ガスセンサの温度推定システム。 A temperature estimation system for a gas sensor according to claim 6 or 7,
The gas sensor
Out of the gas contact portion of the cylindrical sensor element, the base end side gas contact portion on the base end side is surrounded while being spaced apart, and the cylindrical sensor element is indirectly held on the base end side with respect to the gas contact portion. And a holding bracket having a coupling portion for coupling itself to an external member, and
A cylindrical shape, located outside the external member, and connected to the holding fitting on the base end side with respect to the coupling portion of the holding fitting and having an outer cylinder extending to the base end side;
The thermal network that models the gas sensor is:
A sixth thermal circuit describing heat conduction between the holding metal fitting and the outer cylinder; and
A temperature estimation system for a gas sensor, which also includes a seventh thermal circuit describing heat transfer between the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder.
前記ガスセンサは車両に搭載される車載用ガスセンサであり、
前記第7熱回路は、
前記車両の車速に応じた、前記外筒とこの外筒を包囲する外気との熱伝達の変化をも記述する可変第7熱回路である
ガスセンサの温度推定システム。 The temperature estimation system for a gas sensor according to claim 8,
The gas sensor is an in-vehicle gas sensor mounted on a vehicle,
The seventh thermal circuit is
A temperature estimation system for a gas sensor which is a variable seventh heat circuit that also describes a change in heat transfer between the outer cylinder and the outside air surrounding the outer cylinder according to the vehicle speed of the vehicle.
前記部位温度推定手段で推定した前記部位温度に基づき、この部位温度が目標温度になるように、前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段を有する
ガスセンサの温度制御システム。 A temperature estimation system for a gas sensor according to any one of claims 1 to 9,
A gas sensor temperature control system comprising heater control means for controlling energization of the heater based on the part temperature estimated by the part temperature estimation means so that the part temperature becomes a target temperature.
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