JP6383248B2 - 微粒子測定システム - Google Patents
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Description
この微粒子測定システムによれば、上記3つの運転条件パラメータのうちの1つ又は複数の運転条件パラメータに基づいて、測定信号の補正又は微粒子量の補正を実行するので、測定信号と微粒子量との関係が車両の運転条件に応じて変動することに起因する測定精度の低下を抑制することができる。
この構成によれば、これらの3つの運転条件パラメータのうちの1つ又は2つに基づく補正に比べて、測定精度の低下の抑制効果がより高い。
y=y0×α(Vh)×β(Neg)×γ(Teg)
ここで、yは補正後の測定信号又は微粒子量、y0は補正前の測定信号又は微粒子量、Vhは前記車両の速度、Negは前記内燃機関の回転数、Tegは前記内燃機関のトルク、α(Vh),β(Neg)及びγ(Teg)は括弧内のパラメータに応じて決まる係数である。
この構成によれば、上記式に応じた補正を行うだけで測定精度の低下を抑制することが可能である。
この構成によれば、3つの運転条件パラメータVh,Neg,及びTegに関して、簡易な式で適切な補正を実行することができる。
y=y0×δ(Vh,Neg,Teg)
ここで、yは補正後の測定信号値又は微粒子量、y0は補正前の測定信号値又は微粒子量、Vhは車両速度、Negは内燃機関の回転数、Tegは内燃機関のトルク、δ(Vh,Neg,Teg)は括弧内の3つのパラメータに応じて決まる係数である。
この構成によれば、上記式に応じた補正を行うだけで測定精度の低下を抑制することが可能である。
図1(a)は、微粒子測定システム10を搭載した車両500の概略構成を例示した説明図である。図1(b)は、車両500に取り付けられた微粒子測定システム10の概略構成を例示した説明図である。微粒子測定システム10は、微粒子センサ100と、ケーブル200と、センサ駆動部300とを備えており、内燃機関400から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関400は、車両500の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。車両500は、微粒子センサ100の他に、車両500内の種々の部署に設けられた各種のセンサ406を備えている。これらのセンサ406からは、種々の運転条件パラメータの測定値が車両制御部420に供給される。これらの運転条件パラメータとしては、例えば、車両500の速度や、内燃機関400の回転数、内燃機関400のトルク、内燃機関400の排ガス温度、内燃機関400の排気圧、内燃機関400の吸気圧、EGR開閉度(EGR弁(Exhaust Gas Recirculation valve)が設けられている場合)、内燃機関400への吸入空気量、燃料噴射量、点火時期、等がある。これらの運転条件パラメータは、いずれも排ガス中の微粒子の量や大きさなどに影響を与えると考えられるパラメータである。その中でも、特に、後述する車両500の速度、内燃機関400の回転数、内燃機関400のトルク、の3つの運転条件パラメータの少なくとも1つが、微粒子の量や大きさなどに影響を与えやすいと考えられる。
ケーブル200によってセンサ駆動部300と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ100は、フィルタ装置410(例えば、DPF(Diesel particulate filter))よりも下流側の排ガス配管402に取り付けられている。微粒子センサ100
は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部300に出力する。
一次側電源回路710と、絶縁トランス720と、コロナ電流測定回路730と、測定信号生成回路740と、第1の整流回路751と、第2の整流回路752と、を備えている。
Iin=Idc+Itrp+Iesc ・・・(1)
ここで、Iinは第1の電極112の入力電流であり、Idcは隔壁42を介してケーシングCSに流れる放電電流であり、ItrpはケーシングCSに捕捉された陽イオンPIの電荷量に相当する捕捉電流であり、Iescはイオン捕捉部130において捕捉されずに外部に流出した陽イオンPIの電荷量に相当する漏洩電流である。
Iesc=Iin−(Idc+Itrp) ・・・(2)
測定信号生成回路740には、この漏洩電流Iescに相当する電流Icが流れる。測定信号生成回路740は、この電流Icに応じた測定信号SSesc(又はSWesc)を生成してセンサ制御部600に出力する。センサ制御部600の微粒子量決定部610は、測定信号SSesc(又はSWesc)に基づいて排ガス中の微粒子量を決定する。また、この際、以下に説明する補正を実行する。
図4は、排ガス中の微粒子量と測定信号との関係の一例を示すグラフである。横軸は排ガス中の微粒子量であり、縦軸は測定信号SSescである。正確に言えば、横軸は、排ガス中の微粒子濃度(mg/m3)で表されており、縦軸は、測定信号SSescの電圧レベルに対応する電流Icの電流値(pA)で表されている。図中には、プロットされたすべての測定点に関する一次近似式y=a・xと、その相関係数Rの2乗とが示されている。一般にR2が大きいほど(すなわち、1に近いほど)相関度が高い。この例では、R2が約0.7であり、パラメータx,yの相関度はあまり高く無いことが理解できる。
y=y0×α(Vh) ・・・(3)
ここで、yは補正後の測定信号値、y0は補正前の測定信号値、Vhは車両速度、α(V
h)は車両500の速度Vhに応じて決まる係数である。係数α(Vh)は、ゼロで無い正の値である。また、係数α(Vh)は、速度Vhの少なくとも1つの値に対して1以外の値を取ることが好ましい。
y=y0×α(Vh)×β(Neg)×γ(Teg) ・・・(4)
ここで、yは補正後の測定信号値、y0は補正前の測定信号値、Vhは車両500の速度、Negは内燃機関400の回転数、Tegは内燃機関400のトルク、α(Vh),β(Neg)及びγ(Teg)は括弧内のパラメータに応じて決まる係数である。なお、3つの係数α(Vh),β(Neg)及びγ(Teg)はいずれもゼロでない正の値である。また、3つの係数α(Vh),β(Neg),γ(Teg)の乗算結果は、3つのパラメータVh,Neg,Tegの少なくとも1組の組合せに対して1以外の値を取ることが好ましい。なお、この(4)式を用いれば、簡易な補正で測定精度の低下を抑制することが可能である。
y=y0×δ(Vh,Neg,Teg) ・・・(5)
ここで、yは補正後の測定信号値、y0は補正前の測定信号値、Vhは車両500の速度、Negは内燃機関400の回転数、Tegは内燃機関400のトルク、δ(Vh,Neg,Teg)は括弧内の3つのパラメータに応じて決まる係数である。係数δ(Vh,Neg,Teg)は、ゼロで無い正の値である。また、係数δ(Vh,Neg,Teg)は、3つのパラメータVh,Neg,Tegの少なくとも1組の組合せに対して1以外の値を取ることが好ましい。なお、(5)式を使用する場合には、3つのパラメータVh,Neg,Tegの入力に応じて係数δ(Vh,Neg,Teg)の値を出力する3入力1出力のルックアップテーブルを、予めセンサ制御部600内に設けておくことが好ましい。
y=y0+α(Vh)+β(Neg)+γ(Teg) ・・・(6)
なお、3つの係数α(Vh),β(Neg)及びγ(Teg)は、いずれも非負の値であり、少なくとも1つはゼロでない正の値である。なお、この(6)式を用いても、簡易な補正で測定精度の低下を抑制することが可能である。但し、測定精度の観点からは、(6)式よりも、上述した(4)式や(5)式を用いる方が好ましい。
機関400のトルクと、3つの運転条件パラメータのうちの1つ又は複数の運転条件パラメータに基づいて、測定信号の補正を実行するので、運転条件が変化した場合にも、微粒子測定の測定精度を過度に低下させることが無い、精度の良い測定を行うことができる。
図12は、測定信号生成回路740の構成を示すブロック図である。測定信号生成回路740は、I−V変換回路742と、I−V変換回路742の後段に設けられた高感度測定回路744とを備える。以下で説明するように、第1実施形態において、I−V変換回路742は低感度測定回路としても機能する。
第1の増幅回路AMP1としてはオペアンプを利用可能である。第1の増幅回路AMP1の反転入力端子は、配線223を介して二次側グランドSGLに接続されている。この配線223は、図3に示すように、微粒子センサのケーシングCSに接続されている。第1の増幅回路AMP1の非反転入力端子には、一次側グランドPGLに対して一定の基準電圧(例えば、0.5V)を与える電源Vrefが接続されている。以下の説明では、この電源Vrefの基準電圧を表す際にも同じ符号「Vref」を用いる。第1の増幅回路AMP1の非反転入力端子に基準電圧Vrefを入力すれば、第1の増幅回路AMP1の2つの入力端子間の電位差を、誤差(バイアス電流やオフセット電圧による誤差等)の生じにくい電位差範囲に近づけるように調整することができる。第1の増幅回路AMP1の反転入力端子には、後に詳述するように、微粒子センサ100の漏洩電流Iesc(図3)に相当する電流Icが流れる。この電流Icは、第1の増幅回路AMP1によって第1の電圧E1に変換される。第1の電圧E1を示す信号SWescは、低感度測定信号として、配線772を介してセンサ制御部600に供給される。
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
第1実施形態において説明した微粒子測定システム10の構成は例示であり、本発明は、第1実施形態で示した微粒子測定システム10以外の構成によっても実現することができる。例えば、微粒子測定システム10は、第2の電極132を備えていなくてもよい。また、微粒子測定システム10は、イオン発生部110が微粒子センサ100の内側ではなく、微粒子センサ100とは別体として構成されていてもよい。さらに、第1の電極112を隔壁42の先後を貫くように帯電室121内に配置させ、第1の電極112の先端部と帯電室121の内壁面との間にコロナ放電を生じさせるようにしてもよい。この場合には、イオン発生部110と排ガス帯電部120とは一体化されることになる。また、測定信号生成回路740は、微粒子量を示す信号を生成できるものであれば良く、上述した各実施形態で説明した構成以外の種々の構成を採用することが可能である。
上述した実施形態の微粒子測定システム10は、コロナ放電により第1の電極112と隔壁42との間で陽イオンを発生させる構成としたが、微粒子測定システム10は、コロナ放電により陰イオンを発生させる構成としてもよい。例えば、第1の電極112、隔壁42の正負の接続先を変更することにより、第1の電極112と隔壁42との間で陰イオンを発生させることができる。
25…セラミックパイプ
31…ガス流路
35…排出孔
41…ノズル
42…隔壁
45…流入孔
55…空気供給孔
100…微粒子センサ
110…イオン発生部
111…イオン発生室
112…第1の電極
120…排ガス帯電部
121…帯電室
130…イオン捕捉部
131…捕捉室
132…第2の電極
200…ケーブル
221…第1の配線
222…第2の配線
223…信号線
224…空気供給管
230…シャント抵抗
300…センサ駆動部
400…内燃機関
402…排ガス配管
405…燃料配管
410…フィルタ装置
420…車両制御部
430…燃料供給部
440…電源部
500…車両
600…センサ制御部
700…電気回路部
710…一次側電源回路
711…放電電圧制御回路
712…トランス駆動回路
720…絶縁トランス
730…コロナ電流測定回路
740…測定信号生成回路
745…オフセット電圧調整回路
751,752…整流回路
753,754…ショート保護用抵抗
771〜774…配線
800…空気供給部
AMP1〜2…増幅回路(オペアンプ)
CS…ケーシング
PGL…一次側グランド
R1〜R4…抵抗
SW…スイッチ
SGL…二次側グランド
Vref…基準電圧
Voffset…オフセット電圧
Claims (5)
- コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
車両の内燃機関の排ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、
前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記排ガス中の微粒子量に相関する測定信号を生成する測定信号生成回路と、
前記測定信号に基づいて前記排ガス中の微粒子量を決定する微粒子量決定部と、を備える微粒子測定システムであって、
前記微粒子量決定部は、前記車両の速度と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、の3つの運転条件パラメータのうちの1つ又は複数の運転条件パラメータに基づいて、前記測定信号の補正又は前記測定信号から決定された微粒子量の補正を実行する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項1に記載の微粒子測定システムであって、
前記補正は、前記車両の速度と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、
3つの運転条件パラメータのすべてに基づいて実行される、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項1又は2に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記補正は、以下の式に従って実行される:
y=y0×α(Vh)×β(Neg)×γ(Teg)
ここで、yは補正後の測定信号又は微粒子量、y0は補正前の測定信号又は微粒子量、Vhは前記車両の速度、Negは前記内燃機関の回転数、Tegは前記内燃機関のトルク、α(Vh),β(Neg)及びγ(Teg)は括弧内のパラメータに応じて決まる係数である、ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項3に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記係数α(Vh),β(Neg)及びγ(Teg)は、各パラメータの複数の範囲に対してそれぞれ一定値の係数値を与える階段関数である、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項1又は2に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記補正は、以下の式に従って実行される:
y=y0×δ(Vh,Neg,Teg)
ここで、yは補正後の測定信号値又は微粒子量、y0は補正前の測定信号値又は微粒子量、Vhは車両速度、Negは内燃機関の回転数、Tegは内燃機関のトルク、δ(Vh,Neg,Teg)は括弧内の3つのパラメータに応じて決まる係数である、
ことを特徴とする微粒子測定システム。
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