(57)【要約】  パティキュレートフィルタ（１０２）の上流でエンジン（１０）の排気流（１１４）中にある粒子状物質センサ（１０５、１０６）と、フィルタ（１０２）の下流にある別のそのようなセンサ（１０７）とを有するシステム。エンジンに対する排ガス再循環（ＥＧＲ）制御部もあり得る。フィルタ（１０２）における粒子状物質又は負荷の量が、上流の粒子状物質センサ（１０５、１０６）によって求められ得る。フィルタ（１０２）の動作状態が、下流のセンサ（１０７）によって判定され得る。フィルタ（１０２）は、フィルタ（１０２）に動作温度及び粒子状物質燃焼温度を提供する、ヒータ（１０３）及び制御部を有し得る。プロセッサ（１１３）が、センサ、ＥＧＲ制御部、及びフィルタヒータ制御部に接続され得る。プロセッサは、個々のエンジンシリンダ挙動の解析プロファイルを提供するプログラムも含み得る。
2009512814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサシステムであって、
エンジンに接続される排気運搬装置に設けられる第１の粒子状物質（ＰＭ）センサと、
前記第１のＰＭセンサの下流で前記排気運搬装置に設けられる粒子状物質フィルタと、
前記粒子状物質フィルタの下流で前記排気運搬装置に設けられる第２のＰＭセンサと
を備え、前記第１のＰＭセンサは、前記フィルタに接近する粒子状物質を検出し、
前記第２のＰＭセンサは、前記フィルタを離れる粒子状物質を検出し、
前記第１のＰＭセンサは、前記フィルタにおける粒子状物質の負荷の量を示し、
前記第２のＰＭセンサは、前記フィルタの故障を示す、センサシステム。
【請求項２】
入力が前記排気運搬装置に接続されて前記第１のＰＭセンサに近接しており、出力が前記エンジンの入力運搬装置に接続される、排ガス再循環（ＥＧＲ）弁と、
前記第１のＰＭセンサ及び前記ＥＧＲ弁に接続されるプロセッサと
をさらに備え、前記プロセッサは、前記第１のＰＭセンサによって検出される粒子状物質に少なくとも部分的に応答して前記ＥＧＲ弁を調整する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記第１のＰＭセンサによって感知される粒子状物質の量を減らすように前記ＥＧＲ弁を調整する、請求項２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
前記第２のＰＭセンサが粒子状物質を検出した場合、前記フィルタに故障があるとみなされる、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項５】
センサシステムであって、
エンジンの排ガス運搬装置に設けられる第１の粒子状物質（ＰＭ）センサと、
前記第１のＰＭセンサの下流で前記排ガス運搬装置に設けられる粒子状物質フィルタと、
前記第１のＰＭセンサに接続され、前記フィルタにおける粒子状物質の負荷を決定し、且つ清掃のために該粒子状物質フィルタを操作するプロセッサと
を備える、センサシステム。
【請求項６】
前記フィルタの下流で前記排ガス運搬装置に設けられる第２のＰＭセンサ
をさらに備え、前記第２のＰＭセンサは、前記プロセッサに接続されて、前記フィルタが適切に動作しているか否かを判定する、請求項５に記載のセンサシステム。
【請求項７】
前記排ガス運搬装置と前記エンジンの吸気装置とに接続される排ガス再循環（ＥＧＲ）機構
をさらに備え、前記ＥＧＲ機構は、前記プロセッサに接続されて、前記第１のＰＭセンサによって感知される粒子状物質を減らすために、前記吸気装置への排ガスの流れを制御する、請求項５に記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記フィルタに設けられるヒータ
をさらに備え、前記ヒータは、前記プロセッサに接続されて、前記フィルタの動作温度及び／又は粒子状物質の燃焼を制御する、請求項５に記載のセンサシステム。
【請求項９】
センサシステムであって、
エンジンの排ガス系に設けられる粒子状物質フィルタと、
前記フィルタの下流で前記排ガス系に設けられる粒子状物質（ＰＭ）センサと
を備える、センサシステム。
【請求項１０】
前記フィルタが適切に動作しているか否かを示すように前記ＰＭセンサに接続されるプロセッサをさらに備える、請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記フィルタに設けられるヒータ
をさらに備え、前記ヒータは、前記プロセッサに接続され、
前記プロセッサは、前記フィルタにおける過剰量の粒子状物質により該フィルタが適切に動作していない場合に、粒子状物質燃焼のために前記ヒータを作動させる、請求項１０に記載のセンサシステム。
【請求項１２】
粒子状物質感知用の処理システムであって、
排気流中に配置される粒子状物質（ＰＭ）センサと、
前記ＰＭセンサに接続されるプロセッサと、
前記プロセッサに接続されるエンジンクランク角入力と
を備え、前記プロセッサは、個々のエンジンシリンダ挙動の解析プロファイルを提供するプログラムを含む、粒子状物質感知用の処理システム。
【請求項１３】
前記プログラムは、時間領域及び／又は周波数領域解析アルゴリズムの組み合わせを含む、請求項１２に記載の処理システム。
【請求項１４】
前記個々のシリンダ挙動のプロファイルは、ベースライン、ピーク高さ、及び／又は積分ピーク面積に関して解析されるパルスを有する、請求項１３に記載の処理システム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記エンジンへのセンサ出力信号を調整して、前記個々のシリンダ挙動のプロファイルを前記シリンダの全てに対して同じにするように調整を加える、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、排気流量を提供し得る、請求項１５に記載の処理システム。
【請求項１７】
前記アルゴリズムは、シリンダごと及びサイクルごとの変動性の補償を指示する、請求項１６に記載の処理システム。
【請求項１８】
前記個々のシリンダのプロファイルは、個々のエンジンシリンダから放出される粒子状物質の直接測度から得られる、請求項１７に記載の処理システム。
【請求項１９】
エンジンパラメータを求める処理システムであって、
粒子状物質変換器プロファイルと、
前記変換器プロファイルに入力が接続される電荷増幅器と、
前記電荷増幅器に接続されるデータ抽出器と、
前記該データ抽出器に接続される、信号調整器及びプロセッサと
を備える、エンジンパラメータを求める処理システム。
【請求項２０】
前記変換器プローブは、エンジンの排気機構に設けられる電極を備える、請求項１９に記載の処理システム。
【請求項２１】
前記プロセッサは、前記変換器プローブからの信号をエンジンのシリンダに関するデータに変換するプログラムを含む、請求項２０に記載の処理システム。
【請求項２２】
前記エンジンのシリンダに関するデータは、個々のシリンダに関する情報を提供し、
前記個々のシリンダに関する情報が比較されて、前記シリンダ間の差が提供される、請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２３】
前記プロセッサは、前記シリンダ間の前記差を最小にするパラメータ調整信号を提供する、請求項２２に記載の処理システム。
【請求項２４】
前記プログラムは、時間領域及び／又は周波数領域解析アルゴリズムの組み合わせを含む、請求項２３に記載の処理システム。
【請求項２５】
前記アルゴリズムは、前記変換器プローブからのリアルタイム排気微粒子データの解析から個々のシリンダのプロファイルを提供する、請求項２４に記載の処理システム。
【請求項２６】
エンジンの排ガスの粒子状物質（ＰＭ）を解析する方法であって、
排ガスの粒子状物質を検出するステップ、
前記排ガスの粒子状物質の検出をＰＭ信号に変換するステップ、及び
前記ＰＭ信号を各シリンダに関する情報に処理するステップ
を含む、エンジンの排ガスの粒子状物質（ＰＭ）を解析する方法。
【請求項２７】
前記各シリンダに関する情報を評価するステップ、及び
前記各シリンダに関する情報を評価するステップに応答して、エンジン制御ユニットに信号を供給するステップ
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記各シリンダに関する情報を評価するステップは、各シリンダを別のシリンダと比較するステップ、及び／又は１つのエンジンサイクルを別のエンジンサイクルと比較するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＰＭ信号を処理するステップは、前記ＰＭ信号の時間窓及び／又は周波数領域解析を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記エンジン制御ユニットに信号を供給するステップは、前記シリンダ間の変動を減らす、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エンジン制御ユニットに信号を供給するステップは、前記エンジンサイクル間の変動を減らす、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
センサシステムであって、
エンジンに接続される排気運搬装置に設けられる第１の粒子状物質（ＰＭ）センサと、
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の下流で前記排気運搬装置に設けられる第２のＰＭセンサと、
前記第１のＰＭセンサの下流且つ前記ＤＰＦフィルタの上流で前記排気運搬装置に設けられる第３のＰＭ装置と、
前記第１のＰＭセンサ、前記第２のＰＭセンサ、前記第３のＰＭセンサ、及び前記ＤＰＦフィルタに接続されるプロセッサと
を備える、センサシステム。
【請求項３３】
前記プロセッサは、
排気流速、
前記ＤＰＦフィルタの負荷の量、
前記ＤＰＦフィルタの故障指示、及び／又は
前記ＤＰＦフィルタの清掃時期
を含む情報を有する信号を出力する、請求項３２に記載のセンサシステム。
【請求項３４】
前記プロセッサは、最適排ガス回収（ＥＧＲ）動作を含む情報を有する信号を出力する、請求項３２に記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子センサデータの処理、特にエンジンのデータに関する。より詳細には、本発明は、エンジン排気事象の粒子量センサデータの処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを利用するシステムにおいてエンジンの運転の不良を検出することは重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンジンの運転に関する情報を得るための有用な技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、エンジンの運転に関する情報を得るためにエンジンの排気事象を解析するプロセッサを含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
個々のディーゼルエンジンシリンダからのリアルタイム排気事象によって、エンジンの運転を詳細に把握することができる。排気事象に関するデータを処理することで、粒子状放出物のリアルタイム挙動を使用可能な制御信号に変えることができる。この処理（例えばアルゴリズム）は、シリンダ同士を比較すると共にエンジンサイクル同士を比較するために、リアルタイム排気微粒子の時間窓（時間領域）及び周波数領域解析の組み合わせを用いて個々のシリンダ挙動のプロファイルを作成することができる。瞬間的結果及び時間平均的結果が有用であり得る。エンジンサイクルごとの個々のシリンダの変動及びシリンダ間の変動は、エンジン運転の不良を示し得る。これらの変動は、全体的な性能を高めて全体的な放出物を減らすように制御され得る。通常は直接測定し難いが、エンジン運転速度及び排気流量等の他の有用な情報も、時間及び／又は周波数領域データから推定することができる。
【０００６】
ディーゼルエンジンから放出されるスモークは、燃焼過程で発生する弱いプラズマとして普通は荷電される。排気サイクル流中にシリンダから放出される荷電微粒子は、電荷増幅器に接続される導電性プローブを通り、電荷増幅器は、時間（すなわち時間領域）の関数として粒子の濃度を記録する。この濃度を表す信号が、続いて解析のためにデジタル化されてマイクロプロセッサに渡される。場合によってはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）からの同期信号と結合される、マイクロプロセッサによって収集されたデータは、時間窓に区切られ、個々のシリンダからのパルスが、ベースライン、ピーク高さ、及び積分ピーク面積に関して識別及び解析され得る。これらは、個々のシリンダから放出される粒子状物質（ＰＭ）の直接測度（direct measure）であり得る。リアルタイムデータストリームは、フーリエ変換、正弦余弦解析、ラプラス変換等を用いて周波数領域にも変換され得る。周波数領域では、一次周波数ピークはエンジン運転速度の測度であり、ピーク高さは全微粒子に関連し得る。この信号処理は、信号増幅、雑音低減、及び電荷信号の明確化に必要である。全てのシリンダのタイミング及び大きさ（magnitude）が等しい、適切に運転しているエンジンでは、高調波周波数がほとんどないであろう。運転不良のエンジンでは、シリンダごとの非反復的性質及びサイクルごとの変動性が、多くの高調波周波数及び上音（overtones）を引き起こし得る。
【０００７】
図１ａは、エンジン１０の排気系の粒子状物質センサ構成を示す。エンジン１０は、エンジン１０の排気系及び粒子状物質（ＰＭ）又はディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）１０２に接続される排気管１０１を有し得る。ＤＰＦ１０２に関連して、ＤＰＦ１０２の操作のためのコントローラ１０３及び／又はヒータ１０３がＤＰＦ１０２に隣接して設けられ、ヒータ１０３は、ＤＰＦ１０２の動作温度を制御するため且つ／又は捕捉されたディーゼル微粒子若しくは粒子状物質を燃焼させるためにＤＰＦ１０２において作動されるようなものである。粒子状物質センサ１０５及び／又は１０６が、排気管１０１に設けられ得る。センサ１０５は、センサ１０６よりもエンジン１０の近くにあり得る。構成によっては、センサ１０５又は１０６の一方しかない場合がある。テールパイプ１０４が、ＤＰＦ１０２の出力に接続され得る。テールパイプ１０４には、粒子状物質センサ１０７が設けられ得る。
【０００８】
ＥＧＲ弁１１０が、排気管１０１に接続される管又はチューブ等の排ガス運搬装置１１１と、エンジン１０の吸気系１２０に接続される管又はチューブ等の排ガス運搬装置１１２とを有し得る。センサ１０５は、チューブ１１１に近接して接続され得る。センサ１０６は、ＤＰＦ１０２の入力に近接して接続され得る。要約すると、センサ１０５及び１０６はＤＰＦ１０２の上流に、センサ１０７はＤＰＦ１０２の下流にあるとみなすことができる。センサ１０５、１０６、及び／又は１０７は、ＤＰＦ１０２に入る前の排ガス流１１４中とＤＰＦ１０２の後の排ガス流１１５中とでそれぞれ感知される粒子状物質又はディーゼル微粒子の量又は質量を示す信号を供給するために、信号処理エレクトロニクスモジュール１１３に接続され得る。ＥＧＲ弁１１０は、センサ１０５及び／又は１０６からの信号による指示に応じて弁１１０を開閉させる信号を受け取るために信号処理エレクトロニクス１１３に接続され得る。センサ１０７は主に、排ガス流１１５中の粒子状物質の存在を判定し、且つＤＰＦ１０２が故障モードにあるか又は故障しているか否かを示すためのものであり得る。排ガス流１１５中の粒子状物質は、ＤＰＦ１０２の故障又は不作動の指標となり得る。良好に動作しているＤＰＦ１０２の場合、センサ１０７は、排ガス流１１５中でいかなる粒子状物質も検出しないはずである。
【０００９】
信号処理エレクトロニクスモジュール又はプロセッサ１１３は、排気流速、ＰＭフィルタの負荷の量、ＰＭフィルタの故障指示、ＰＭフィルタの清掃時期、最適なＥＧＲ運転等に関する情報を含む信号１３０を出力することができる。
【００１０】
センサ１０５又はセンサ１０６は、ＤＰＦ１０２の負荷を求めるのに用いることができる。センサ１０５は、ＥＧＲ弁１１０を制御して排ガス流１１４中の排気放出物を減らすのに用いることもできる。しかしながら、センサ１０６は、概して、ＤＰＦ１０２の負荷を求めるのにだけ用いることができる。センサ１０５若しくは１０６のいずれか、又は両方のセンサが、信号処理エレクトロニクス１１３と共に、ＤＰＦ１０２における粒子状物質の総堆積量を求めるために時間にわたって数学的に積分されるセンサ信号を供給し得る。ＤＰＦ１０２における粒子状物質の量の実際の判定を本システムで得ることができるため、例えばＤＰＦ１０２における微粒子又は粒子状物質の推定判定を得るためのモデル及び／又は関連計算は必ずしも必要とされない。
【００１１】
図１ｂは、エンジン１０のデータ取得及び処理の流れ図を示す。この図は、排気放出物の粒子状物質に基づいたエンジン制御のループの一形態とみなすこともできる。エンジン１０は、変換器プローブ１２によって粒子状物質及び他のエンジンに関連するデータを得るために感知される排気１１を出し得る。エンジン排気１１中の粒子状物質（ＰＭ）濃度が、ガス組成物１３中で検出され得る。排気中で検出され得る他のパラメータとして、限定はされないが、圧力、温度、振動、エンジン速度、排ガス再循環（ＥＧＲ）率、及びオイルタイプが挙げられる。試験対象の３つの異なるエンジン１０として、Ｊｏｈｎ  Ｄｅｅｒｅ（商標）４０４５Ｔ装置（implement）、Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ（商標）Ｃ１２トラックエンジン、及びＶｏｌｋｓｗａｇｏｎ（商標）ＴＤＩ  Ｅｕｒｏ  ＩＸエンジンが挙げられている。４０４５Ｔはターボ過給式４．５リットルディーゼルであり、Ｃ１２は無過給式１２．０リットルディーゼルであり、ＴＤＩは１．９リットルディーゼルである。試験用のこの各種エンジンは、データ取得及び解析の一貫した結果の一部を実証することができる。
【００１２】
ＰＭ変換器プローブ１２は、図２に示すようなスパークプラグ状の支持体を有し得る。ＰＭプローブ１２は、プローブによって測定された電荷に基づいて出力を供給することができる。プローブ１２は、エンジン１０の排気１１の経路内に配置され得る。プローブ１２の長さ及び幾何学的形状は、感知用エレクトロニクス、センサ最適化、及びエンジンのパラメータに応じて変わり得る。プローブ１２は、非常に薄い不導体被覆又は不導体層で不動態化され得る。この被覆又は層は、エンジン１０の運転中にプローブ１２に堆積する煤層による短絡を防止することができる。不動態化材料は、ＳｉＮ４、セリウム、又は他の酸化物及び／又は同様のものから成っていてもよい。プローブ１２の不動態化層の厚さは、０．００１〜０．０１０インチであり得る。公称厚さは、約０．０１インチであり得る。不動態化層は、プローブを高温排気に曝すことによって達成されてもよく、又はエンジンの燃料に加えられた材料を介して層で被覆されてもよい。
【００１３】
センサ又はプローブ１２は、様々な寸法及び電極形状を有することができる。長さ寸法の例は、０．２５〜１２インチであり得る。長さの公称値は、約３〜４インチであり得る。厚さ又は直径寸法の例は、１／３２インチ〜３／８インチであり得る。公称厚さは、約１／８インチであり得る。プローブは、非円筒形であってもよく、又は信号を最適化するためにプローブの端に球を有していてもよい。
【００１４】
プローブの一例として、外側又は接地電極が除去されて約１／８インチの厚さ又は直径の４〜６インチ金属延長部が中心電極に溶接されている、標準スパークプラグハウジングが挙げられ得る。センサ１２は、排気マニホルド付近又はエンジン１０のターボ過給機の後の排気流１１に装着され得る。感知電極は、処理エレクトロニクス３０のアナログ電荷増幅器１５に接続され得る。電極又はプローブ１２からの電荷過渡状態１４は、排気流１１中の煤（微粒子）濃度に正比例し得る。延長された電極は、エンジン１２の排ガス１１に曝される電極の表面を非常に薄い不導体層で不動態化されてもよい。３０４ステンレス鋼は、４００℃（７５２°Ｆ）より高い温度で排気流中で数分の運転後に、プローブ１２の不動態化層を自然に成長させることができる。しかしながら、その代わりに、有機金属セリウム化合物（約１００ＰＰＭ）をエンジン１０の燃料に加えることによって、酸化セリウムの不動態化層を、排気１１中に設けられたプローブ又は電極１２上で成長させてもよい。
【００１５】
層でプローブ又は電極１２を不動態化する他の手法として、耐火セラミック材料をスパッタ堆積すること、又は制御された環境下で酸化層を成長させることが挙げられ得る。この場合も、排気１１中に設けられたプローブ若しくは電極１２上に不動態化層を成長又は堆積させる目的は、センサ又はプローブ１２がその映像電荷を保持して排気流１１の活動を監視することができるように、プローブとスパークプラグ状のホルダのベースとの間でのＰＭ堆積による短絡を防止することである。電極が不動態化層を有していない場合、プローブ１２は、電極に煤又はＰＭが堆積することにより電極がセンサの支持ベースへ短絡するため、短い運転期間後に働かなくなる。
【００１６】
処理エレクトロニクス３０は、電荷増幅器１５、データ抽出器１７、出力調整器１９、又は他の平均化若しくはＦＦＴ処理エレクトロニクスを含み得る。図１の電荷増幅器１５は、利得、周波数応答、及び場所に関して設計され設けられ得る。出力１６は、排気１１中のＰＭの量を示すリアルタイム信号であり得る。信号１６は、データ抽出器ユニット１７に渡ることができる。エンジン１０の解析のために特定のクランクシャフト角度でのＰＭの具体的な量を関連付けるために、クランクシャフト角度信号がユニット１７の入力４０に入力され得る。出力１８が、排気１１の平均ＰＭ濃度を提供することができる。また、シリンダごとのＰＭ濃度も出力１８において示され得る。
【００１７】
出力１８は、出力調整器ユニット１９に渡ることができ、出力調整器ユニット１９は、エンジン制御、診断、及び／又はエンジン制御電圧信号２０を供給することができ、これはエンジン１０若しくはＤＰＦの負荷又は故障判定に渡ることができる。
【００１８】
図３は、エンジン１０のデータ取得構成の概略図である。エンジン１０上のセンサモジュール２１が、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）９８を介してプロセッサ２３にエンジンデータ２２を供給し得る。ＥＣＵ９８は、吸気マニホルド９５を含む燃料及び空気吸入系９４への二方向接続部９９を有し得る。また、ＥＣＵ９８は、排ガス循環ユニット９３への二方向接続部９６も有し得る。ＥＣＵ９８は、プロセッサ２３の出力からの入力接続部９７を有し得る。データ２２は、ＲＰＭ、負荷、ターボ過給機圧力（ＶＷ（商標）以外）、ニードル揚程（Ｄｅｅｒｅ（商標）のみ）、クランク角のエンジンパラメータと、エンジンに関する他のパラメータとに関する情報を含み得る。排気マニホルド９２を含む、排ガス１１を運搬する排気系２４が、プロセッサ２３に接続されるセンサ２５、２６、２７、２８、及び２９を有し得る。プロセッサ２３の出力は、データ読み取り及びプロット観察のためのオシロスコープ３１と、データ取得（ＤＡＱ）モジュール３２とに渡り得る。センサ２５〜２９は、プロセッサ２３への入力用の信号を準備するために、増幅器、コンバータインタフェース、及び／又は調整回路３５〜３９をそれぞれ有し得る。排気系２４には、Ｂｏｓｃｈ（商標）メータ３４に接続されるスモークセンサプローブ３３があり得る。拡散チャージャ（ＤＣ）４３、光電エアロゾルセンサ（ＰＡＳ）４４、及び凝縮パーティクルカウンタ（ＣＰＣ）４５への接続を提供するために、二段階希釈トンネル４１が排気系２４に設けられ得る。
【００１９】
装置４６が、センサ２５と２６との間に設けられ得る。Ｂｏｓｃｈ（商標）メータプローブ３３及び二段階希釈トンネルは、センサ２６と２７の間に設けられ得る。触媒コンバータ４７（ＶＷ（商標）エンジン用）が、センサ２７と２８との間に設けられ得る。センサ２８と２９との間には、排気系２４内にＰＣトラップ４８（Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ（商標）エンジン用）又はマフラ４９（ＶＷ（商標）エンジン用）が設けられ得る。図３において説明したデータ取得システムにより、様々なデータ及びプロットを後続の図に示すように得ることができる。
【００２０】
図４は、横座標軸の時間に対する、１４００ｒｐｍ、ＥＧＲ無し、９０％負荷でのシリンダ圧力、クランク角、ニードル揚程、及び煤を示す、Ｄｅｅｒｅ（商標）エンジン１０から得たデータのプロットである。シリンダ圧力は、曲線５１で示され、右側縦座標軸の相対数字によって示される。曲線５２は、ＰＭ電荷センサからの信号振幅を左側縦座標軸の数字によって示す。曲線５３は、クランク角の線である。曲線５４は、ニードル揚程を右側縦座標軸に示される相対的な大きさで示す。インジケータ線１１６が、グラフの横座標に沿って１つのエンジンサイクルを示す。曲線５２の下向きスパイクが、シリンダ１、２、３、及び４の動作をそれぞれ符号５５、５６、５７、及び５８で示すように特定することができる。曲線５１、５３、及び５４のデータは、センサモジュール２１から得ることができる。曲線５２のデータは、煤電荷センサ２５から得ることができる。
【００２１】
図５ａは、ボルト対時間に関する粒子状物質センサによるリアルタイム取り込みを曲線５９で示す。図５ｂは、処理されたスモーク信号の周波数に対する信号の波形６０を示す。図５ｃは、処理されたスモーク信号の時間に対する信号の波形６１を示す。
【００２２】
図６は、触媒コンバータ４７の上流の電荷センサ信号を、電荷センサ２７によって示される曲線６２と、ＶＷ（商標）ＴＤＩ  Ｅｕｒｏ  ＩＶエンジン用のセンサ２８によって示される曲線６３とで示す。このグラフは、信号ミリボルト対小数点以下での秒数に関するものである。範囲６４及び６５は、ＶＷ（商標）エンジン１０の１サイクルを示し、それぞれが約０．０６秒であり約２０００ＲＰＭに相当する。
【００２３】
図７ａは、ＥＧＲ無しの場合を三角形で示し、ＥＧＲ１５％の場合を円で示す、１４００ＲＰＭで運転するＤｅｅｒｅ（商標）エンジンのＢｏｓｃｈスモークナンバーの関数としての相関及び／又はセンサ応答である。ＥＧＲが無く或る程度のＥＧＲが有る場合、データ点又は曲線６６及び６７それぞれの相関が比較的良好であることが留意されるであろう。このグラフは、例えばセンサ２６のセンサ応答をボルトＲＭＳ対Ｂｏｓｃｈスモークナンバーで示す。およそＢｏｓｃｈスモークナンバー２までの曲線６６及び６７の開始時点では、センサ電圧のわずかな変化がＢｏｓｃｈスモークナンバーの大きな変化を引き起こすように思われる。曲線６６と６７との間の最大の不一致は、スモークナンバー２の前に現れる。Ｂｏｓｃｈスモークナンバー２の後では、センサ応答間の関係はほぼ線形であるように見える。
【００２４】
図７ｂは、１０パーセント負荷及び２５パーセント負荷の比較のための、体積濃度（μｍ３／ｃｃ）対エサロメータの読み（ｍｇ／ｍ３）を示すグラフである。エサロメータは、ブラックカーボンに応答するリアルタイム機器である。データ１１７には、式「ｙ＝２０２２．２ｘ」を有する曲線１１８がフィットされる。データに対する曲線の相関「Ｒ２」は、約０．８８７６である。図７ｃは、センサ信号（ボルト）対質量濃度（ｍｇ／ｍ３）を示すグラフである。信号対質量関係データ１１９には、式「ｙ＝０．０００４ｘ２＋０．００９９ｘ＋０．０００１」で表される関係を有する曲線１２１をフィットさせた。データに対する曲線の相関「Ｒ２」は、約０．８５６５である。
【００２５】
図８は、光学ＰＭ検出器７１及び排気管７５内のＰＭ電荷センサ１２を示す。ＰＭ電荷センサ又はプローブ１２は、電極７３と、排気管７５内で電極７３を支持するハウジング７４及び電極７３を支持するハウジング７４とを有し得る。光学ＰＭセンサ７１は、高輝度赤色ＬＥＤである光源７６（例えば、Ｌｕｍｅｘ（商標）ＬＴＬ−２Ｆ３ＶＲＮＫＴ）を有し得る。光７７が、石英ロッド７８から排気管７５の内部に伝達され得る。ホルダ又は支持ハウジング７９が、排気管７５内で石英ロッド７８を支持し得る。ロッド７８は、直径約１／４インチで長さ約４インチであり得る。光線７７は、排気流１１中のＰＭ粒子８０に衝突して光線８１を反射させることができ、光線８１は、石英ロッド８２によって光検出器８３（例えばＢｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ（商標）フォトダイオードＯＰＴ３０１）に搬送され得る。ロッド８２は、ロッド７８と同様の寸法を有し得る。ロッド８２は、排気管７５内でホルダ又は支持ハウジング８４によって支持され得る。排気１１の単位堆積あたりのＰＭ粒子８０の数の増加は、より大きな読みが得られる検出器８３への反射光８１の増加を示し得るし、またその逆もあり得る。ロッド７８及び８２は、高温の排気管７５と放射源７６及び検出器８３エレクトロニクスのそれぞれとの間の熱分離体（thermal isolations）として働くことができる。この説明で言及され得るセンサ７１を用いた試験では、ロッド７８及び８２を排気管７５内で清潔に保つことは試みていない。
【００２６】
図９は、Ｄｅｅｒｅ（商標）エンジン１０に関する横座標軸上の秒での時間に対する大きさを示す、電荷センサ１２信号８５、シリンダ圧力信号８６、及び光センサ７１信号８７のグラフである。左側縦座標軸は、電荷センサ１２信号８５の大きさを示す。右側縦座標軸は、シリンダ圧力信号８６及び光センサ７１信号８７の大きさを示す。破線８８によって示される信号８５及び８７のピークの相関は、一吹きのスモーク（puff smoke：パフスモーク）であることに気付くであろう。これらのピークは、信号８６のシリンダ圧力ピークと一致しているように見える。また、光センサ７１に対するＰＭ粒子８０の負荷の衝撃が、矢印８９で示すように信号８７の大きさの変化を引き起こす。
【００２７】
図１０ａは、同じ場所での電荷センサ信号８５及び光センサ信号８７の比較を示す。図１０は、信号８５及び８７に関する図９のうちの短い期間（すなわち０〜３．５秒に対して０．４〜０．６秒）を示す。範囲６４及び６５はそれぞれ、１サイクルの長さを示す。１サイクルの長さは、範囲６４又は６５で示される。破線９１で示すように電荷センサ１２信号８５及び光センサ７１信号８７のピークが生じる時間同士の間には非常にわずかな差があることが留意され得る。図１０ｂは、直線フィットの場合に０．６９の相関係数が得られる電荷信号８５及び光信号８７の比較を示す。
【００２８】
図１１ａは、同じ場所での電荷センサ信号８５及びシリンダ圧力信号８６を比較するグラフである。図１１ｂは、電荷信号８５及び圧力信号８６の比較がこれらの信号間の相関を求めるためにプロットされているグラフである。信号８５及び８６の相関係数は、直線フィットの場合に約０．０００３である。
【００２９】
エンジンからの粒径分布は、対数正規多峰粒径分布に従い、どの粒径範囲の濃度もその範囲の対応曲線の下の面積に比例する。核モード粒子は、直径０．００５〜０．０５ミクロン（５〜５０ｎｍ）の範囲にある。これらの粒子は、排気希釈及び冷却中に粒子を形成する金属化合物、元素状炭素、並びに半揮発性有機化合物及び硫黄化合物から成る。核モードは、通常、粒子質量の１〜２０パーセントを占め、粒子数の９０パーセント以上を占める。累積モード（accumulation mode：凝集モード）粒子は、直径が０．０５〜０．５ミクロン（５０〜５００ｎｍ）の範囲にある。主に炭素質の凝集塊及び吸収材料から成る質量の大部分が、ここで見られる。粗大モード（course mode）は、直径が１ミクロンよりも大きな粒子から成り、ＰＭ質量の５〜２０パーセントを占める。これらの比較的大きな粒子は、シリンダ及び排気系の表面に堆積している粒子状物質の再飛散によって形成される。
【００３０】
本明細書では、別の方法又は時制で述べられてはいるが、一部の事項には仮説的又は予言的な性質があり得る。
本発明は、少なくとも１つの例示的な実施例に関して記載されているが、本明細書を読めば多くの変形形態及び変更形態が当業者には明らかとなるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲を、そのような変形形態及び変更形態の全てを含むように従来技術に鑑みてできる限り広義に解釈することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】エンジン排気系の粒子状物質センサ構成の図である。
【図１ｂ】エンジンのデータ取得及び処理の流れ図である。
【図２ａ】スパークプラグ状の支持体及びバルブ状のプローブを有する粒子状物質変換器を示す図である。
【図２ｂ】スパークプラグ状の支持体及びシャフト状のプローブを有する粒子状物質変換器を示す図である。
【図３】エンジンのデータ取得構成の概略図である。
【図４】シリンダ圧力、クランク角、ニードル揚程、及び煤濃度を示すエンジンのデータのプロットである。
【図５ａ】ボルト対時間に関する粒子状物質センサによるリアルタイム取り込みを示す図である。
【図５ｂ】処理されたスモーク信号の周波数に対する信号の波形を示す図である。
【図５ｃ】処理されたスモーク信号の時間に対する信号の波形を示す図である。
【図６】エンジンの触媒コンバータの上流及び下流の電荷センサ信号を示す図である。
【図７ａ】ＤｅｅｒｅエンジンのＢｏｓｃｈスモークナンバーの関数としての相関及び／又はセンサ応答のグラフである。
【図７ｂ】所定の負荷での体積濃度対エサロメータの読みのグラフである。
【図７ｃ】粒子状物質のセンサ信号対質量濃度のグラフである。
【図８】光学微粒子検出器及び排気管内の微粒子電荷センサの併置を示す図である。
【図９】エンジンからの放出物流に関する電荷センサ信号、シリンダ圧力信号、及び光センサ信号のグラフである。
【図１０】電荷センサ信号及び光センサ信号の拡大図である。
【図１１】電荷センサ信号及びシリンダ圧力センサの拡大図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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