JP2017207331A - Pm検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗値が閾値まで低下するのに要する時間のみからPM量を検出する場合よりも高精度にPM量を検出できるようにしたPM検出装置を提供する。【解決手段】第1センサ100は、測定電極114を備えた感知部110と、ヒータ120とを備えており、第2センサ200は、測定電極214を備えた感知部210と、ヒータ220とを備えている。第1センサ100において感知部110に付着したPMをヒータ120によって除去した状態でまず、測定電極114に電圧を印加する。そして、測定電極114の抵抗値が閾値以下となることで、第2センサ200において感知部210に付着したPMをヒータ220によって除去した状態で測定電極214に電圧を印加し、測定電極214の抵抗値が閾値以下となる時間である閾値到達時間を、そのときまでの測定電極114の抵抗値の低下速度によって補正する。【選択図】図1
Description
本発明は、被検出ガス中に配置される測定電極の抵抗値の検出によって、前記被検出ガス中のPM量を検出するPM検出装置に関する。
たとえば特許文献1には、測定電極を構成する一対の櫛歯電極間に微粒子状物質(PM:Particulate Matter)が付着し、一対の櫛歯電極間がPMによって電気的に接続されることによって、測定電極の抵抗値が変化することに基づきPMの量(PM量)を検出するPM検出装置が記載されている。詳しくは、ヒータによって一対の櫛歯電極間のPMを燃焼させて除去した後、測定電極の抵抗値の変化に基づきPMを検出する。
上記抵抗値の変化は、たとえば、抵抗値が閾値まで低下するのに要する時間によって定量化することができる。ただし、上記抵抗値の低下速度は、排気中のPM量のみならず、PMが生成される過程における熱履歴に依存することが発明者によって見出された。このため、閾値まで低下するのに要する時間のみによっては、PM量を精度よく検出することは困難である。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗値が閾値まで低下するのに要する時間のみからPM量を検出する場合よりも高精度にPM量を検出できるようにしたPM検出装置を提供することにある。
上記課題を解決すべく、被検出ガス中に配置される測定電極の抵抗値の変化に基づき、前記被検出ガス中のPM量を検出するPM検出装置において、前記測定電極を加熱する加熱処理部と、前記測定電極に電圧を印加する印加処理部と、前記加熱処理部によって前記測定電極を加熱する処理が完了した状態で前記印加処理部によって電圧の印加が開始されてから前記測定電極の抵抗値が閾値以下となるまでに要した時間である閾値到達時間を検出する時間検出処理部と、前記測定電極の抵抗値が前記閾値以下となった後の前記抵抗値の低下速度に基づき、該低下速度が大きい場合に小さい場合よりも短くなるように前記時間検出処理部によって検出された前記閾値到達時間を補正する補正処理部と、を備え、前記補正された前記閾値到達時間を、前記被検出ガス中のPM量を示すパラメータとする。
PMの抵抗率は、PMが生成される過程における熱履歴が異なれば、PMの組成が異なるために異なる値となる。そして、PMの抵抗率の相違は、加熱処理部によって測定電極を加熱する処理が完了した状態で印加処理部によって電圧の印加が開始されると、時間が経過するにつれて測定電極の抵抗値の低下速度の相違として顕在化する。そこで、上記構成では、PMの抵抗率の違いによって閾値到達時間にばらつきが生じることを抑制するために閾値を極力大きな値に設定し、閾値に到達してさらに時間が経過し抵抗率の相違が抵抗値の低下速度として顕在化するときの低下速度をPMの抵抗率情報を有したパラメータとして利用する。そして、この抵抗値の低下速度に基づき閾値到達時間を補正することにより、補正後の閾値到達時間を、PMの抵抗率が所定値であるとしたときの時間に近づけることができる。このため、抵抗値が閾値まで低下するまでに要する時間のみからPM量を検出する場合よりも高精度にPM量を検出できる。
<第1の実施形態>
以下、PM検出装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1には、PM検出装置が備える第1センサ100および第2センサ200を示している。第1センサ100は、感知部110と、感知部110を加熱するヒータ120とを備えている。感知部110は、絶縁板材112上に一対の櫛歯電極114a,114bからなる測定電極114と、櫛歯電極114aに接続された電極端子116aと、櫛歯電極114bに接続された電極端子116bと、を備えている。一方、ヒータ120は、絶縁板材122上に形成された熱線124と、熱線に接続された電極端子126とを備えている。
以下、PM検出装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1には、PM検出装置が備える第1センサ100および第2センサ200を示している。第1センサ100は、感知部110と、感知部110を加熱するヒータ120とを備えている。感知部110は、絶縁板材112上に一対の櫛歯電極114a,114bからなる測定電極114と、櫛歯電極114aに接続された電極端子116aと、櫛歯電極114bに接続された電極端子116bと、を備えている。一方、ヒータ120は、絶縁板材122上に形成された熱線124と、熱線に接続された電極端子126とを備えている。
同様に、第2センサ200は、感知部110およびヒータ120に相当する感知部210およびヒータ220を備えている。感知部210は、感知部110の絶縁板材112、測定電極114および電極端子116a,116bに相当する絶縁板材212、測定電極214、および電極端子216a,216bを備えている。一方、ヒータ220は、ヒータ120の絶縁板材122、熱線124および電極端子126に相当する、絶縁板材222、熱線224および電極端子226を備えている。
本実施形態において、第1センサ100および第2センサ200は、内燃機関の排気通路に、測定電極114,214が排気中に露出するようにして配置される。なお、測定電極114と測定電極214とは、互いのヒータ120,220の熱の影響を抑制しつつも、それらに吹き付ける排気の状態が極力同一となるように近づけて配置することが望ましい。
図2に、本実施形態にかかるPM検出装置を示す。
図2に示すように、第1センサ100の測定電極114には、シャント抵抗10が直列接続されている。詳しくは、図1に示した電極端子116aにシャント抵抗10が接続され、電極端子116bにスイッチング素子12が接続されている。これにより、測定電極114およびシャント抵抗10の直列接続体には、スイッチング素子12が閉状態となる場合、バッテリBの電圧が印加される。同様に、第2センサ200の測定電極214には、シャント抵抗20が直列接続されており、測定電極214およびシャント抵抗20の直列接続体には、スイッチング素子22が閉状態となる場合、バッテリBの電圧が印加される。
図2に示すように、第1センサ100の測定電極114には、シャント抵抗10が直列接続されている。詳しくは、図1に示した電極端子116aにシャント抵抗10が接続され、電極端子116bにスイッチング素子12が接続されている。これにより、測定電極114およびシャント抵抗10の直列接続体には、スイッチング素子12が閉状態となる場合、バッテリBの電圧が印加される。同様に、第2センサ200の測定電極214には、シャント抵抗20が直列接続されており、測定電極214およびシャント抵抗20の直列接続体には、スイッチング素子22が閉状態となる場合、バッテリBの電圧が印加される。
制御装置40は、中央処理装置(CPU42)およびメモリ44を備えており、ヒータ120やヒータ220による加熱制御をした後、スイッチング素子12,22を閉操作し、シャント抵抗10,20の電圧降下を検出する電圧センサ50,52の検出値(電圧V1,V2)に基づき、PM量を検出する処理を実行する。
図3に、測定電極114や測定電極214の一部拡大図を示す。図3に示すように、測定電極114(214)は、お互いが隔てられて配置された一対の櫛歯電極114a,114b(214a,214b)を備えている。図3には、測定電極114,214や、絶縁板材112,212に、微粒子状物質(PM:図中、符号2にて表記)が付着した状態を示している。PMが付着することにより、互いに隔てられて配置されることによって互いに絶縁されていた一対の櫛歯電極114a,114b(214a,214b)間が導通状態となる。
一対の櫛歯電極114a,114b間にバッテリBによる電圧が印加されている状態において、一対の櫛歯電極114a,114b間が導通状態となると、図1に示す電極端子116a,116b間の抵抗値が低下する。このため、電極端子116aに接続された図2に示すシャント抵抗10と電極端子116bに接続されたスイッチング素子12とを介して、バッテリBから測定電極114に流れる電流量が増加する。そしてこれにより、シャント抵抗10の電圧降下が大きくなり、電圧センサ50によって検出される電圧V1が上昇する。
同様に、一対の櫛歯電極214a,214b間にバッテリBによる電圧が印加されている状態において、一対の櫛歯電極214a,214b間が導通状態となると、図2に示す電圧センサ52によって検出される電圧V2が上昇する。
ここで、電圧V1が、電圧V1に対して設定された所定の閾値に到達するまでに要する時間(閾値到達時間)は、排気中のPM量と相関を有する。すなわち、排気中のPM量が多いほど、一対の櫛歯電極114a,114b間がPMによって接続されるまでに要する時間が短くなるため、閾値到達時間が短くなると考えられる。しかし、PMの抵抗率がPMが生成された温度に応じて異なるために、閾値到達時間の長さのみから排気中のPM量を高精度に把握することはできない。以下、これについて説明する。
図4に、カーボンフィルムを生成する際の生成温度と、カーボンフィルムの抵抗率との関係を示す(出典「Electrical Properties of Arc-evaporated Carbon Films」Journal of Applied Physics 1956年 VOL.28)。図4に示すように、生成温度が高いほど、抵抗率が低くなっており、特に、生成温度が高いときにはグラファイトが生成され、生成温度が低いときにはアモルファスが生成される。
図5に、アモルファスカーボン、PM、およびグラファイトカーボンの抵抗率を比較して示す。ただし、PMの抵抗率の棒グラフは、平均値であり、実際には、PMの抵抗率には、生成温度に応じて図5に示す範囲(導電性範囲)の幅がある。
図6に、測定電極114に、抵抗率が高いPM(低導電性PM)が付着したときの電圧の推移と、抵抗率が低いPM(高導電性PM)が付着したときの電圧V1の推移とを示す。図6に示すように、低導電性PMが付着した場合と比較して高導電性PMが付着した場合には、電圧V1の上昇速度が大きくなる。
図7に、電圧V1の閾値を様々に設定した場合における電圧V1が閾値に到達する時間(閾値到達時間T1)を示す。図7に示すように、閾値を小さい値に設定することにより、低導電性PMが付着する場合と高導電性PMが付着する場合とにおける閾値到達時間T1の差が低減される。ちなみに、図7においては、低導電性PMが付着する場合と高導電性PMが付着する場合とについて、それぞれ2回ずつの計測結果を示している。
このように、低導電性PMが付着するか高導電性PMが付着するかに起因した閾値到達時間T1の変動を抑制する上では閾値を極力小さい値に設定することが望ましい。ただし、閾値を過度に小さい値に設定する場合には、SN比を高くすることができなくなる。そのため、本実施形態では、SN比を高く維持しつつも閾値を極力小さい値に設定することを狙う。具体的には、図6に一点鎖線にて示す大きさの閾値Vthとする。しかしその場合、高導電性PMが付着する場合と低導電性PMが付着する場合とで、閾値到達時間T1にわずかに相違が生じている。これは、図6に例示する閾値Vthの設定によっては、閾値到達時間T1から把握されるPM量に誤差が生じることを意味する。
そこで本実施形態では、図8に示す処理によってPM量を算出する。
図8は、本実施形態にかかるPM量の算出処理の手順を示す。図8に示す処理は、メモリ44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することによって実現される。図8に示す処理は、たとえば所定の条件が成立する都度繰り返し実行される。なお、所定の条件には、内燃機関が駆動している旨の条件や、図8に示す処理が実行されていない旨の条件が含まれる。
図8は、本実施形態にかかるPM量の算出処理の手順を示す。図8に示す処理は、メモリ44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することによって実現される。図8に示す処理は、たとえば所定の条件が成立する都度繰り返し実行される。なお、所定の条件には、内燃機関が駆動している旨の条件や、図8に示す処理が実行されていない旨の条件が含まれる。
図8に示す一連の処理において、CPU42は、まず、第1センサ100のヒータ120を通電することによって感知部110に付着したPMを加熱除去するとともに、第2センサ200のヒータ220を通電することによって、感知部210に付着したPMを加熱除去する(S10)。CPU42は、この加熱処理を、ヒータ120,220の温度が所定温度(たとえば700°C)に達してから所定時間(たとえば1分)経過するまでの時間に渡って継続する。CPU42は、ヒータ120,220の温度を、ヒータ120,220の熱線124,224の抵抗値と温度との関係に基づき把握する。すなわち、CPU42は、ヒータ120,220に対する印加電圧を一定値とし、熱線124,224を流れる電流値を抵抗値を示すパラメータとして用いて、電流値から温度を検出する。これは、電流値と温度との関係を定めたマップをメモリ44に予め記憶しておくことにより実現できる。
次に、CPU42は、第1センサ100のヒータ120の通電を停止してスイッチング素子12を閉操作することによって、測定電極114に電圧を印加する(S12:図中、測定用電圧印加)。これにより、櫛歯電極114a,114b間に静電場が生じて排気中のPMが櫛歯電極114a,114b間に引き寄せられることなどから、感知部110にPMが付着する。そして、CPU42は、電圧V1が閾値Vthに到達するまで待機し(S14:NO)、閾値Vthに到達すると(S14:YES)、第2センサ200のヒータ220の通電を停止しスイッチング素子22を閉操作して測定電極214に電圧を印加する(S16:図中、測定用電圧印加)。そして、CPU42は、電圧V2が閾値Vthに到達するまで待機し(S18:NO)、閾値Vthに到達すると(S18:YES)、ステップS16の処理によって測定電極214に電圧を印加してから電圧V2が閾値Vthに到達するまでに要した時間(閾値到達時間T1)を計測する(S20)。また、CPU42は、PMの抵抗率に応じた電圧V2の上昇速度の相違を表現するパラメータとしての電圧Vcに、電圧V2が閾値Vthに到達した時点における電圧V1を代入してメモリ44に記憶する(S22)。すなわち、「Vc−Vth」は、測定電極114の抵抗値が閾値Vthに対応する値(抵抗値の閾値)となってから「T1」経過するまでの電圧の上昇量であり、且つ、閾値Vthは、定数であるため、電圧Vcは、測定電極114の抵抗値が閾値Vthに対応する値となってから「T1」経過するまでの電圧の上昇量と1対1の対応関係を有する。このため、電圧Vcを、抵抗値の変化速度を示すパラメータと見なすことができる。
次に、CPU42は、電圧Vcに基づき、メモリ44に記憶されたマップを用いて、抵抗率を算出する(S24)。図9に、マップが表現する電圧Vcと抵抗率との関係を示す。図9に示すように、電圧Vcが高いほど抵抗率は低い値とされる。これは、高導電性PMが付着した場合には低導電性PMが付着した場合と比較して、シャント抵抗10の電圧V1の上昇速度が高くなることを反映したものである。なお、マップとは、入力変数(ここでは、電圧Vc)の離散的な値のそれぞれと出力変数(ここでは、抵抗率)の値との組のデータである。なお、CPU42は、出力変数の値を算出する際の入力変数の実際の値が、マップの入力変数の値のいずれにも一致しない場合、補間演算によって出力変数の値を算出する。なお、マップは、抵抗率に応じた電圧Vcの大きさを予め実験等に基づき計測することによって作成されるものであり、メモリ44に予め記憶されているものである。
図8に戻り、CPU42は、メモリ44に記憶されたマップを用いて、抵抗率に基づき、閾値到達時間T1の補正率を算出する(S26)。図10に、マップが表現する抵抗率と補正率との関係を示す。図10に示すように、抵抗率が大きいほど補正率を小さくする。これは、抵抗率の相違による閾値到達時間T1の変動を低減し、補正率によって補正された閾値到達時間T1を、抵抗率が所定値であるときの時間に規格化するための設定である。
図8に戻り、CPU42は、閾値到達時間T1を補正率にて補正する(S28)。これにより、ステップS20によって測定された閾値到達時間T1が同一である場合、電圧Vcが高いときほど、すなわち、測定電極114の抵抗値の低下速度が大きいときほど、補正された閾値到達時間T1は短い値とされる。
なお、CPU42は、ステップS28の処理が完了する場合、図8に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
図11に、シャント抵抗10の電圧V1(図中、第1センサ出力)およびシャント抵抗20の電圧V2(図中、第2センサ出力)の推移を示す。
図11に示すように、CPU42は、スイッチング素子12を閉操作し(SWオン)、第1センサ100の測定電極114に電圧を印加した後、電圧V1が閾値Vthに到達すると、スイッチング素子22を閉操作し(SWオン)、第2センサ200の測定電極214に電圧を印加する。そして、電圧V2が閾値Vthに到達すると、CPU42は、電圧V2が閾値Vthに到達する際の閾値到達時間T1を、そのときの電圧V1の値である電圧Vcに基づき補正し、補正した閾値到達時間T1によって、PM量を把握する。
図11に示すように、CPU42は、スイッチング素子12を閉操作し(SWオン)、第1センサ100の測定電極114に電圧を印加した後、電圧V1が閾値Vthに到達すると、スイッチング素子22を閉操作し(SWオン)、第2センサ200の測定電極214に電圧を印加する。そして、電圧V2が閾値Vthに到達すると、CPU42は、電圧V2が閾値Vthに到達する際の閾値到達時間T1を、そのときの電圧V1の値である電圧Vcに基づき補正し、補正した閾値到達時間T1によって、PM量を把握する。
すなわち、図6に示したように、感知部110に付着しているPMの導電性の相違は、電圧V1が閾値Vthに到達した後の電圧V1の値に顕在化する。一方、電圧Vcには、電圧V1が閾値Vthに到達した後の電圧の上昇速度の情報が含まれていることから、電圧Vcは、感知部110に付着しているPMの導電性、すなわち抵抗率の情報を含んでいることとなる。そして、電圧V2が閾値Vthに到達するのに要した閾値到達時間T1が同一である場合、電圧Vcが高いほど、すなわち測定電極114の抵抗値の低下速度が大きいほど補正後の値が短くなるように閾値到達時間T1を補正する。このため、補正された閾値到達時間T1は、PMの抵抗率が基準となる値であるとした場合のPM量に応じた時間となる。このため、CPU42は、補正された閾値到達時間T1に基づきPM量を把握することができる。すなわち、たとえば、閾値到達時間T1が短いほど、PM流量が多いと判断することができる。そしてこれにより、電圧V2が閾値Vthに到達するのに要する時間のみからPM量を検出する場合よりも、すなわち補正前の閾値到達時間T1のみからPM量を検出する場合よりも、より高精度にPM量を検出できる。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
(1)第2センサ200を用いて計測した閾値到達時間T1を、閾値到達時間T1の計測期間における電圧V1の上昇速度情報を有する電圧Vcに基づき補正した。これにより、電圧V2が閾値Vthに到達するまでの期間と、電圧V1が閾値Vthから電圧Vcへと上昇する期間とが共通となるため、それら一対の期間は、排気中のPM量やPMの生成温度、排気の流速等が同じ条件となる期間となる。このため、それらの期間が相違する場合と比較すると、閾値到達時間T1を補正するうえで参照されるパラメータとして電圧Vcがより適切なものとなることから、補正率にて補正された閾値到達時間T1が、PM量をより高精度に表現することとなる。
(1)第2センサ200を用いて計測した閾値到達時間T1を、閾値到達時間T1の計測期間における電圧V1の上昇速度情報を有する電圧Vcに基づき補正した。これにより、電圧V2が閾値Vthに到達するまでの期間と、電圧V1が閾値Vthから電圧Vcへと上昇する期間とが共通となるため、それら一対の期間は、排気中のPM量やPMの生成温度、排気の流速等が同じ条件となる期間となる。このため、それらの期間が相違する場合と比較すると、閾値到達時間T1を補正するうえで参照されるパラメータとして電圧Vcがより適切なものとなることから、補正率にて補正された閾値到達時間T1が、PM量をより高精度に表現することとなる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図12に、本実施形態において利用するセンサを示す。図12に示すように、本実施形態では、第1センサ100および第2センサ200に加えて、第3センサ300を備えている。第3センサ300は、感知部110およびヒータ120に相当する感知部310およびヒータ320を備えている。感知部310は、感知部110の絶縁板材112、測定電極114および電極端子116a,116bに相当する絶縁板材312、測定電極314および電極端子316a,316bを備えている。一方、ヒータ320は、ヒータ120の絶縁板材122、熱線124および電極端子126に相当する、絶縁板材322、熱線324および電極端子326を備えている。
図13に、本実施形態にかかるPM検出装置を示す。なお、図13において、図1に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
図13に示すように、第3センサ300の測定電極314には、シャント抵抗30が直列接続されており、測定電極314およびシャント抵抗30の直列接続体には、スイッチング素子32が閉状態となる場合、バッテリBの電圧が印加される。また、シャント抵抗30の電圧降下(電圧V3)は、電圧センサ54によって検出される。
図13に示すように、第3センサ300の測定電極314には、シャント抵抗30が直列接続されており、測定電極314およびシャント抵抗30の直列接続体には、スイッチング素子32が閉状態となる場合、バッテリBの電圧が印加される。また、シャント抵抗30の電圧降下(電圧V3)は、電圧センサ54によって検出される。
図14に、本実施形態にかかるPM検出処理を、電圧V1(図中、第1センサ出力)、電圧V2(図中、第2センサ出力)、および電圧V3(図中、第3センサ出力)の推移とともに示す。
図14に示すように、第1センサ100において、測定電極114に電圧を印加して電圧V1が閾値Vthに到達するのを待機している期間においては、第2センサ200を用いて加熱処理が実行される。そして、電圧V1が閾値Vthに到達すると、第2センサ200において、測定電極214に電圧を印加して電圧V2が閾値Vthに到達するまで待機する。電圧V2が閾値Vthに到達するまで待機する期間においては、第3センサ300を用いて加熱処理が実行される。そして、電圧V2が閾値Vthに到達することにより第2センサ200を用いた閾値到達時間T1の計測がなされた時点における電圧V1を用いて、第2センサ200を用いて計測された閾値到達時間T1が補正される。
一方、第2センサ200を用いた閾値到達時間T1の計測が終了すると、第3センサ300において、測定電極314に電圧を印加して電圧V3が閾値Vthに到達するまで待機する。そして、電圧V3が閾値Vthに到達すると、電圧V3が閾値Vthに到達するまでの閾値到達時間T1が計測され、そのときの電圧V2を用いて、第3センサ300を用いて計測した閾値到達時間T1が補正される。
第3センサ300を用いた閾値到達時間T1の計測が終了すると、第1センサ100において、測定電極114に電圧を印加して電圧V1が閾値Vthに到達するまで待機する。そして、電圧V1が閾値Vthに到達すると、電圧V1が閾値Vthに到達するまでの閾値到達時間T1が計測され、そのときの電圧V3を用いて、第1センサ100を用いて計測した閾値到達時間T1が補正される。
なお、上記加熱処理は、その所要時間が長くなることがありうる。図15に、その場合のPM検出処理を示す。図15に示す例は、電圧V3が閾値Vthに達した時点において、未だ第1センサ100においてヒータ120が所定温度に達してから所定時間が経過していないために、測定電極114に電圧を印加する処理へと移行できなかった例である。
図14に示すケースおよび図15に示すケースのいずれにせよ、図16に示すように、第1センサ100および第2センサ200のみを用いる場合と比較すると、閾値Vthに到達するのを待機する期間の密度が高くなる。換言すれば、図14〜図16において「総検出時間」と記載している時間が長くなる。このため、PM量の検出をより緻密に行うことができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
第1の実施形態では、電圧V1と電圧V2とをともに用いて、すなわち、第1センサ100と第2センサ200とをともに用いて一度のPM量の検出処理を実行した。これに対し、本実施形態では、第1センサ100を用いたPM量の検出処理と、第2センサ200を用いたPM量の検出処理とを、独立に実行する。
図17に、第1センサ100を用いたPM検出処理の手順を示す。図17に示す処理は、メモリ44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより実現される。図17に示す処理は、第1センサ100のヒータ120を通電することによる感知部110の加熱処理が停止されることを条件に、繰り返し実行される。ちなみに、第2センサ200を用いたPM検出処理も、図17に示した処理と同様である。
図17に示す一連の処理において、CPU42は、まず、スイッチング素子12を閉操作して測定電極114に電圧を印加する(S30)。そしてCPU42は、電圧V1が閾値Vthに到達するまで待機し(S32:NO)、到達した場合(S32:YES)、閾値到達時間T1を計測する(S34)。
そして、CPU42は、閾値Vthに到達してから、閾値到達時間T1と同じ長さの時間が経過するまで待機し(S36:NO)、経過した場合(S36:YES)、そのときの電圧V1を電圧Vcとしてメモリ44に記憶する(S38)。
図18に、この処理を示す。すなわち、時刻t1に測定電極114に電圧を印加した後、時刻t2に、図18において実線にて示す電圧V1が図18において一点鎖線にて示す閾値Vth以上となることにより、閾値到達時間T1を計測する。そして、その後、閾値到達時間T1と同じ長さの時間T2が経過する時刻t3における電圧V1を、電圧Vcとしてメモリ44に記憶する。
図17に戻り、CPU42は、第1センサ100のヒータ120による感知部110の低温加熱処理を実行する(S40)。ここで、低温加熱処理は、感知部110に付着したPMのうち可溶性有機成分(SOF)を選択的に揮発させて除去することを狙ったものであり、感知部110を、上記加熱処理よりも低い所定温度(たとえば200°C程度)に加熱する処理である。CPU42は、低温加熱処理を実行するとともに、電圧V1が安定するまで電圧V1を監視し(S42:NO)、電圧V1が安定した場合(S42:YES)、そのときの電圧V1を、電圧Veとしてメモリ44に記憶する(S44)。
図18に、この処理を示す。時刻t3において、図18に二点鎖線にて示すヒータ120の温度を上昇させる。これにより、感知部110に付着したPMのうちSOFが揮発するために、測定電極114の抵抗値が低下し、シャント抵抗10に流れる電流が増加して電圧V1が上昇する。そして、感知部110に付着したPM中のSOFがほぼ揮発することによって、電圧V1の上昇速度が低下し、電圧V1が安定した時刻t4において、そのときの電圧V1を、電圧Veとしてメモリ44に記憶する。
参考のため、図19に、すす(Soot)のみからなるPMの抵抗値(図19左側)と、すすおよびSOFからなるPMの抵抗値(図19中央)と、すすおよびSOFからなるPMをヒータで低温加熱した後の抵抗値(図19右側)とを示す。図19に示すように、すすおよびSOFからなるPMが低温加熱されることによって、抵抗値が低下する。
図17に戻り、CPU42は、閾値到達時間T1を、電圧Vcに基づき図9および図10によって示されたマップを用いて補正する処理と、この補正された値を、電圧Veと電圧Vcとの比「Ve/Vc」に基づきさらに補正する処理とを実行する(S46)。ここで、電圧Veと電圧Vcとの比に基づく補正処理は、感知部110に付着したPMのうちSOFの影響分を補正するためのものである。
この補正は、図20に示すように、PM中にSOFが含まれる場合と含まれない場合とで、閾値到達時間T1が変動することに鑑みたものである。図21に、PM中にSOFが含まれていない場合に対するSOFが含まれている場合の閾値到達時間T1の増加率を示す。ここで、電圧Veと電圧Vcとの比「Ve/Vc」は、感知部110に付着したPM中のSOFの割合を把握するためのパラメータであり、比が大きいほど、SOFの割合が多いことを意味する。このため、補正前の閾値到達時間T1が同一である場合、比が大きいほど閾値到達時間T1を小さい値に補正することにより、感知部110に付着しているPMが、SOFを含まないものである場合の値に規格化する。
なお、図20および図21に示すデータは、単位時間当たりに第1センサ100に近接する上流側の領域を通過する排気中のPM濃度を変化させてPMの流量を一定としたデータである。図20および図21に示すように、閾値到達時間T1は、排気の流速によっても変化する。これは、流速が大きくなると、感知部110に付着することなく通り過ぎるPM量が多くなるためである。このため、閾値到達時間T1を、流速に応じてさらに補正し、流速が所定の値であるときの値に規格化することが望ましい。ここで、排気の流速は、吸気通路にエアフローメータを備えておくとともに、排気通路に排気温センサを備えておき、それらの検出値に基づき算出することができる。ここで、排気の流速は、吸入空気量が一定である場合、排気温が高いほど大きくなる。
図17に戻り、CPU42は、第1センサ100のヒータ120を通電することによる感知部110の加熱処理を実行する(S48)。
なお、CPU42は、ステップS48の処理を完了する場合、図17に示す一連の処理を一旦終了する。
なお、CPU42は、ステップS48の処理を完了する場合、図17に示す一連の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態によれば、電圧Vcと電圧Veとの比に基づく補正処理を実行することにより、この処理を実行しない場合と比較して、閾値到達時間T1を、PM量を把握する上でより高精度な値とすることができる。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第4の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、第1の実施形態による閾値到達時間T1を電圧Vcによって補正する処理と、第3の実施形態における電圧Veおよび電圧Vcの比に基づく補正処理とを組み合わせる。
図22に、本実施形態にかかるPM検出処理の手順を示す。図22に示す処理は、メモリ44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより実現される。図22に示す処理は、所定の条件が成立する都度繰り返し実行される。なお、所定の条件には、内燃機関が駆動している旨の条件や、図22の処理が実行されていない旨の条件が含まれる。
図22に示す一連の処理においては、CPU42は、図8のステップS10〜S22と同様の処理を実行した後、図17のステップS40〜S46の処理と同様の処理を実行する。ただし、ここで、電圧Veおよび電圧Vcの比や電圧Vcに基づく補正対象となる閾値到達時間T1は、ステップS20の処理によって得られたものである。
上記実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて第3の実施形態の効果が得られる。
<対応関係>
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。なお、以下において、「メモリ44に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU42」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU42」と記載する。加熱処理部は、図8および図22におけるステップS10の処理を実行するCPU42に対応し、また、図17におけるステップS48の処理を実行するCPU42に対応する。印加処理部は、図8および図22におけるステップS12,S16の処理を実行するCPU42に対応し、また、図17におけるステップS30の処理を実行するCPU42に対応する。時間検出処理部は、図8および図22におけるステップS20の処理を実行するCPU42に対応し、図17におけるステップS34の処理を実行するCPU42に対応する。また、補正処理部は、図8におけるステップS28の処理を実行するCPU42に対応し、また、図17および図22におけるステップS46の処理を実行するCPU42に対応する。
<対応関係>
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。なお、以下において、「メモリ44に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU42」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU42」と記載する。加熱処理部は、図8および図22におけるステップS10の処理を実行するCPU42に対応し、また、図17におけるステップS48の処理を実行するCPU42に対応する。印加処理部は、図8および図22におけるステップS12,S16の処理を実行するCPU42に対応し、また、図17におけるステップS30の処理を実行するCPU42に対応する。時間検出処理部は、図8および図22におけるステップS20の処理を実行するCPU42に対応し、図17におけるステップS34の処理を実行するCPU42に対応する。また、補正処理部は、図8におけるステップS28の処理を実行するCPU42に対応し、また、図17および図22におけるステップS46の処理を実行するCPU42に対応する。
なお、「測定電極の抵抗値の検出」は、電圧V1,V2,V3の検出に対応し、「測定電極の抵抗値が閾値以下となる」ことは、電圧V1,V2,V3が閾値Vth以上となることに対応する。また、「測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度」は、実施形態においては電圧Vcとして定量化されている。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「センサについて」
第1の実施形態や第3の実施形態、第4の実施形態において、第1センサ100および第2センサ200を別体とする代わりに、図23に示すように、一体としてもよい。図23は、変形例のセンサの分解平面図である。なお、図23において、図1に示した部材に相当するものについては、便宜上同一の符号を付している。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「センサについて」
第1の実施形態や第3の実施形態、第4の実施形態において、第1センサ100および第2センサ200を別体とする代わりに、図23に示すように、一体としてもよい。図23は、変形例のセンサの分解平面図である。なお、図23において、図1に示した部材に相当するものについては、便宜上同一の符号を付している。
図23に示すように、絶縁板材112には、第1センサ100の測定電極114と第2センサ200の測定電極214とが形成されている。測定電極114を構成する櫛歯電極114aは、電極端子116aに接続され、測定電極214を構成する櫛歯電極214aは、電極端子216aに接続されている。そして、測定電極114を構成する櫛歯電極114bと測定電極214を構成する櫛歯電極214bとは、電極端子116bに接続されている。また、絶縁板材122には、第1センサ100の熱線124と、第2センサ200の熱線224とが形成されている。
第2の実施形態において、第1センサ100、第2センサ200、および第3センサ300を別体とする代わりに、図24に示すように、一体としてもよい。図24は、変形例のセンサの分解平面図である。なお、図24において、図12に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
図24に示すように、絶縁板材112には、第1センサ100の測定電極114と第2センサ200の測定電極214と第3センサ300の測定電極314とが形成されている。また、絶縁板材122には、第1センサ100の熱線124と、第2センサ200の熱線224と、第3センサ300の熱線324と、が形成されている。
・「測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度について」
第1の実施形態や第2の実施形態、第4の実施形態においては、測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度を、電圧V1が閾値Vthに達してから電圧V2が閾値Vthに達するまでの電圧V1の変化を示す電圧Vcによって定量化したが、これに限らない。たとえば、第2センサ200の測定電極214に電圧を印加するタイミングを、電圧V1が閾値Vthとは異なる所定値に達するタイミングとし、電圧V2が閾値Vthに達するときの電圧V1の値によって定量化してもよい。
第1の実施形態や第2の実施形態、第4の実施形態においては、測定電極の抵抗値が閾値以下となった後の抵抗値の低下速度を、電圧V1が閾値Vthに達してから電圧V2が閾値Vthに達するまでの電圧V1の変化を示す電圧Vcによって定量化したが、これに限らない。たとえば、第2センサ200の測定電極214に電圧を印加するタイミングを、電圧V1が閾値Vthとは異なる所定値に達するタイミングとし、電圧V2が閾値Vthに達するときの電圧V1の値によって定量化してもよい。
・「制御装置について」
制御装置40が、CPU42およびメモリ44を備えて、上述した各種処理を全てソフトウェア処理するものに限らない。たとえば、閾値到達時間T1の補正処理を、専用のハードウェア(特定用途向け集積回路:ASIC)にて処理するなど、少なくとも一部の処理を実行するASICを備えたものであってもよい。
制御装置40が、CPU42およびメモリ44を備えて、上述した各種処理を全てソフトウェア処理するものに限らない。たとえば、閾値到達時間T1の補正処理を、専用のハードウェア(特定用途向け集積回路:ASIC)にて処理するなど、少なくとも一部の処理を実行するASICを備えたものであってもよい。
・「そのほか」
上記実施形態では、図9に傾向を示すマップと図10に傾向を示すマップとを用いたが、これに限らず、電圧Vcと補正率との関係を定める1次元マップを用いてもよい。
上記実施形態では、図9に傾向を示すマップと図10に傾向を示すマップとを用いたが、これに限らず、電圧Vcと補正率との関係を定める1次元マップを用いてもよい。
測定電極としては、互いに絶縁された一対の櫛歯電極を備えるものに限らず、たとえば、図1に示した櫛歯電極114a,114b同士がわずかに接続されたものであってもよい。
上記第3の実施形態で、第2センサ200を削除してもよい。
10…シャント抵抗、12…スイッチング素子、20…シャント抵抗、22…スイッチング素子、30…シャント抵抗、32…スイッチング素子、40…制御装置、42…CPU、44…メモリ、50,52,54…電圧センサ、100…第1センサ、110…感知部、112…絶縁板材、114…測定電極、114a,114b…櫛歯電極、116a,116b…電極端子、120…ヒータ、122…絶縁板材、124…熱線、126…電極端子、200…第2センサ、210…感知部、212…絶縁板材、214…測定電極、214a,214b…櫛歯電極、216a,216b…電極端子、220…ヒータ,222…絶縁板材、224…熱線、226…電極端子、300…第3センサ、310…感知部、312…絶縁板材、314…測定電極、316a,316b…電極端子、320…ヒータ、322…絶縁板材、324…熱線、326…電極端子。
Claims (1)
- 被検出ガス中に配置される測定電極の抵抗値の変化に基づき、前記被検出ガス中のPM量を検出するPM検出装置において、
前記測定電極を加熱する加熱処理部と、
前記測定電極に電圧を印加する印加処理部と、
前記加熱処理部によって前記測定電極を加熱する処理が完了した状態で前記印加処理部によって電圧の印加が開始されてから前記測定電極の抵抗値が閾値以下となるまでに要した時間である閾値到達時間を検出する時間検出処理部と、
前記測定電極の抵抗値が前記閾値以下となった後の前記抵抗値の低下速度に基づき、該低下速度が大きい場合に小さい場合よりも短くなるように前記時間検出処理部によって検出された前記閾値到達時間を補正する補正処理部と、を備え、
前記補正された前記閾値到達時間を、前記被検出ガス中のPM量を示すパラメータとするPM検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016098821A JP2017207331A (ja) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | Pm検出装置 |
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JP (1) | JP2017207331A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019198689A1 (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
-
2016
- 2016-05-17 JP JP2016098821A patent/JP2017207331A/ja active Pending
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WO2019198689A1 (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
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