JP4038209B2 - 粒子検出器の機能性を検査する方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、粒子検出器に流動方向で前置接続された粒子フィルタを使用した、粒子検出器の機能性検査方法および機能性検査システムに関する。さらに本発明はそれに適したコンピュータプログラム（製品）にも関連する。

粒子、とりわけ煤煙粒子の濃度はディーゼル内燃機関においてはしばしば電気的方法により測定される。例えばＤＥ１９８５３５８４Ａ１から、煤煙粒子を検出するためのセンサが公知であり、このセンサは第１の高電圧電極と第２のアース電極を有する。動作時には電極間の空間を排ガスが通流する。このとき排ガス中の煤煙粒子の濃度に対する尺度として、２つの電極間で火花が発生し始める電圧、または電圧を一定に維持した場合に２つの電極間で流れるイオン化電流の大きさが使用される。さらなる手段は、イオン化源、例えばコロナ放電による粒子の充電、または燃焼プロセス自体による粒子の充電である。充電された粒子は次に適切な検出器構造体（グリッド）に導かれ、その電荷をそこで再び放出することができる。従って測定された電流は粒子により取り入れられた電荷に対する尺度であり、粒子のイオン化度が既知であれば検出器に達する粒子の数に対する尺度でもある。

同様に上記方法の１つに従って充電された粒子、またはすべての燃焼プロセスによって充電された粒子は、検出器構造体において静電誘導により電荷シフトを引き起こし、この電荷シフトを検出することもできる。従って公知の検出方法は小電流の測定または電荷シフトを利用している。

種々の理由から（法的条件の充足、安全性および環境の側面）、上記検出装置の正常動作を監視する必要がある。このことが当てはまるのは、検出すべき電荷または電荷シフトが非常に小さく、ノイズを正常動作と間違えることがあるからである。

発明の利点
本発明によれば、粒子フィルタの再生の際に発生する粒子を粒子検出器により検出し、得られた測定結果を予期される結果と比較する。とりわけ粒子検出器から測定中に送出される信号は例えば連続的に予期される信号を比較される。

しばしば粒子フィルタは所定の時間間隔または期間で再生され、元のフィルタ能力が回復される。例えば煤煙フィルタは周期的に自由燃焼され、これにより煤煙フィルタに付着した内縁粒子が高温での酸化プロセスによりフィルタから解離される。本発明によればこの再生フェーズ中に粒子検出器によって測定が実行される。再生中に発生した粒子が検出され、得られた測定結果が予期される結果と比較される。測定結果と予期される結果との間に明白な相違が存在すれば、このことが通常は粒子検出器の故障を指示する。

本発明により粒子検出器の機能が周期的間隔で、粒子検出器の本来の機能に問題がなくても常に監視される。なぜなら粒子濃度は通常動作の場合だけ測定すべきだからである。これにより本発明は、通常動作中に粒子検出器が中断なしに動作できることと、フィルタ再生中に同時に粒子検出器の機能性を検査できることを保証する。このために粒子検出器の測定の予期される結果が粒子検出器の充填状態と再生条件に基づいて検出される。粒子フィルタの再生の際に発生する粒子電流は、第１にフィルタの実際の充填状態（充填度）並びに再生条件に依存する。ここから、粒子検出器の予期される測定結果を再生中に検出することができるようにするモデルを開発することができる。

流動方向で煤煙検出器に前置接続され、自由燃焼により再生することのできる煤煙フィルタを使用して煤煙検出器の機能性を検査する場合、再生中に発生するイオンを煤煙検出器により検出するのが有利である。この種の煤煙検出器は既に冒頭に述べた測定方法により動作する。

この関連から、温度を煤煙フィルタで、またはフィルタの内部で、または後方で測定し、煤煙フィルタの充填状態と測定された温度から、煤煙検出器の予期される測定結果または信号を検出するのが有利である。このために煤煙フィルタの充填状態モデルが作成され、例えば煤煙フィルタの後方で測定された排ガス温度により補正する。排ガス温度が上昇すると、検出器に供給されるイオンの濃度も上昇する。これにより煤煙検出器の予期される測定結果を推定することができ、この予期される測定結果が実際に検出された結果と比較される。

予期される信号／測定結果と測定された信号／測定結果との偏差が有利には限界値と比較され、この限界値を上回ると検出器にエラーがあると分類される。

粒子検出器の機能性を検査する間、再生条件を変更し、信頼性のある予測が得られるようにすると有利である。例えば煤煙フィルタの自由燃焼時の温度を高め、比較的に予測力の高いイオン濃度を測定することができる。例えば排ガス温度が５００℃を上回れば煤煙フィルタの再生の際に、このフィルタが全体に比較的に高い温度を受け取っていれば、フィルタへも向かうイオンが排ガス流中に発生する。このイオンは比較的に高い濃度で、後置接続された粒子検出器にも供給される。ここでは６００℃から１０００℃の間の温度が自由燃焼に対して有利であることが判明した。

所定の温度領域を、再生の際に通過し、しかもイオンが増大しなければ、高い確率で検出器のエラーが存在している。

本発明はさらに、流動方向で粒子フィルタに後置接続された粒子検出器の機能性検査システムを提案する。このシステムには制御および評価装置が設けられており、この制御および評価装置は粒子フィルタの再生中に粒子検出器から送出された測定結果を検出し、予期される結果と比較する。

さらに制御および評価装置は有利には、所定のモデルによって実際のフィルタロード（フィルタ充填状態）とそれぞれの再生条件から、予期される測定結果が検出されるように構成されている。

煤煙フィルタを自由燃焼により再生する場合、この種のモデルは単純には、煤煙フィルタの充填状態（フィルタロード）と再生中の排ガス温度またはフィルタ温度との相関である。検出器で測定されたイオン電流はこれら２つのパラメータの関数として理解することができる。このようなモデルは例えば経験的に求められる。

温度センサを粒子フィルタに、または粒子フィルタ内に、または流動方向で粒子フィルタの後流に配置すると有利である。粒子フィルタが加熱または自由燃焼により再生されると、この種の温度センサは再生条件の重要なパラメータを送出する。

前記の方法はコンピュータプログラムによって実現される。このコンピュータプログラムは有利には前記の制御および評価装置に実行のため格納することができる。このコンピュータプログラムは、それぞれのセンサ、例えば粒子検出器または温度センサが適切な時間に応答し、相応のデータを記録および／または記憶するようにする。このコンピュータプログラムは、所定の格納されたモデルから予期される測定結果を検出し、実際に測定された結果と比較する。偏差は所定の限界値と比較され、そこから粒子検出器の機能性についての推定がなされる。このようなコンピュータプログラムは有利には前記の制御および評価装置で実行可能であり、粒子検出器の機能性を周期的に検査する。

コンピュータプログラムは適切なデータ担体、例えばＥＥＯＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ディスケットまたはハードディスクに記憶することができる。さらなる手段はコンピュータプログラムのダウンロードを例えばインターネットを介して外部サーバから行うことである。

図面
本発明とその利点について図面と実施例に基づき詳細に説明する。

図は、本発明の粒子検出器の機能性を検査するためのシステムの概略図である。

有利な実施例
本発明を、煤煙検出器３と煤煙フィルタ７の例で説明する。これらはディーゼル内燃機関の排ガス管路１に配置されている。図は、排ガス管路１における排ガスの流動方向２，煤煙フィルタ７並びに後置接続された煤煙検出器３を示す。

煤煙検出器３は第１電極５を有し、この電極は線路を介して高電圧源ＨＶと接続されている。煤煙検出器３の第２電極４は円筒状に構成されており、アースに接続されている。第１電極５と第２電極４は相互に同心に配置されている。第２電極４は軸方向に切欠部６を有し、この切欠部を排ガスは通流することができる。図示の電極構成によりイオン電流を測定することができる。このイオン電流は、電極４と５に荷電された粒子が衝突することにより発生する。このためにアース線路と高電圧線路が制御および評価ユニット９に導かれており、制御および評価ユニット９では引き続き、信号のさらなる処理が行われる。

さらに流動方向２で煤煙フィルタ７の後流に温度センサ８が配置されており、その信号も同様に制御および評価ユニット９のＴにより示した入力端に供給される。

図示のシステムは本発明の方法を実施するのに適する。本発明の方法では、煤煙フィルタ７が自由燃焼されるときに常に、煤煙検出器３の機能性を検査することができる。このために再生過程のスタート後、イオン電流が煤煙検出器３により記憶される。イオン電流は、荷電された粒子が煤煙検出器３を通過するときに時間経過と共に増大する。その間、温度センサ８によって温度測定が実行される。再生中は、煤煙フィルタ７の後流での温度、および煤煙フィルタ７の温度が上昇する。ここで温度が６００℃から１０００℃の間まで上昇するとイオン濃度には特に有利であり、煤煙検出器３の機能性を検査することができる。

イオン濃度は温度の上昇と共に増大するから、煤煙検出器３の検査の際にはこれとイオン電流の増大とを結び付いていなければならない。このことが生じなければ、高い確率で検出器エラーが存在する。

機能性検査をスタートするために、ビット「検査可能」が１にセットされる。検査は煤煙フィルタ７の再生と共に実行される。煤煙検出器３から再生ないし検査フェーズ中に得られた電流は制御および評価ユニット９により検出され、目標値と比較される。この目標値は経験的に設定することができ、目標値を測定された温度と煤煙フィルタ７の充填度に基づいて検出するモデルの使用が適する。煤煙検出器３により測定された電流が目標値を設定された限界だけ上回っていると、煤煙検出器３をエラーがあるとして識別することができる。

測定のスタートおよび経過並びに評価は有利にはコンピュータプログラムによって行われる。このコンピュータプログラムは制御および評価ユニット９に含まれている。

本発明により、通常動作を中断することなく粒子検出器、とりわけ煤煙検出器の機能性を検査することができ、これによりシステム全体の信頼性、とりわけディーゼル内燃機関の動作確実性が上昇する。

本発明の粒子検出器の機能性を検査するためのシステムの概略図である。

Claims (13)

1. 粒子検出器（４）に流動方向（２）で前置接続された粒子フィルタ（７）を使用した、粒子検出器（３）の機能性の検査方法において、
   粒子フィルタ（７）の再生の際に発生する粒子を粒子検出器（３）により検出し、
   得られた測定結果を予期される結果と比較する、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   粒子検出器（３）の予期される測定結果を、粒子フィルタ（７）の充填状態および生成条件に基づいて検出する。
3. 請求項１または２記載の方法において、
   自由燃焼により再生することのできる煤煙フィルタ（７）を使用した、煤煙検出器（３）の機能性の検査のために、再生中に発生するイオンを煤煙検出器（３）により検出する。
4. 請求項３記載の方法において、
   煤煙フィルタ（７）内で、または煤煙フィルタで、または流動方向（２）で煤煙フィルタの下流で温度を測定し、
   煤煙フィルタ（７）の充填状態と測定した温度とから、煤煙検出器（３）の予期される測定結果を検出する。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の方法において、
   予期される結果と測定された結果との偏差を求め、限界値と比較し、
   限界値を上回る場合に粒子検出器（３）にエラーがあると分類する。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法において、
   粒子検出器（３）の機能性を検査する間、再生条件を変更し、とりわけ煤煙フィルタ（７）の周囲で温度を上昇させる。
7. 煤煙フィルタ（７）の再生のために、当該煤煙フィルタ周囲の温度を５００℃以上、有利には６００℃から１０００℃に高める。
8. 流動方向（２）で粒子フィルタ（３）に後置接続された粒子検出器（３）の機能性を検査するシステムにおいて、
   制御および評価装置（９）が設けられており、
   該制御および評価ユニットは、粒子フィルタ（７）の再生中に、粒子検出器（３）から送出された測定結果を検出し、予期される結果と比較する、
   ことを特徴とするシステム。
9. 請求項８記載のシステムにおいて、
   制御および評価ユニット（９）は、フィルタの実際の充填状態とそれぞれの再生条件からなる所定のモデルを使用して予期される測定結果を検出するように構成されている。
10. 請求項８または９記載のシステムにおいて、
    温度センサ（８）が、粒子フィルタ（７）に、または粒子フィルタ内に、または流動方向で粒子フィルタの下流に配置されている。
11. 請求項８から１０までのいずれか１項記載のシステムに対する制御および評価ユニット（９）。
12. コンピュータまたは相応の計算ユニット、とりわけ請求項８記載のシステムにおける制御および評価ユニット（９）上で実行されるときに、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法のステップを実行するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
13. コンピュータまたは相応の計算ユニット、とりわけ請求項８記載のシステムにおける制御および評価ユニット（９）上で実行されるときに、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法のステップを実行するために、コンピュータにより読み出し可能なデータ担体に記憶されたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品。

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