(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス流からの煤がセンサ表面に付着したことに応答する煤センサの機能的能力を監視する方法を提供する。【解決手段】煤センサの測定信号６１を取得することと、測定信号が予期される結果６６と一致するかどうかが確認される妥当性検査を実施することとを含む。排ガス流からの液体、たとえば水がセンサ表面に凝縮するための条件が存在するかどうかが検出される。そのことに加えてあるいはそのことの代わりに、そのような条件が生じさせられる。その場合、妥当性検査は、測定信号が液体の凝縮を反映している６０かどうかを確認することを含む。凝縮のための条件が存在することを検出することは、センサ表面上の温度を測定または推定することを含む。【選択図】図３
2015163899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス流からの煤（１８）がセンサ表面（１４）に付着したことに応答する煤センサ（１０）の機能的能力を監視する方法であって、
前記煤センサ（１０）の測定信号（６１）を取得するステップと、
前記測定信号（６１）が予測される結果（６６）と一致するかどうかが確認される、妥当性検査を実施するステップと、
前記排ガス流からの液体、たとえば水が前記センサ表面（１４）に凝縮するための条件が存在することを検出し、かつ／または前記条件を生じさせるステップとを含み、前記妥当性検査が、前記測定信号（６１）が前記液体の凝縮を反映している（６０）かどうかを確認することを含む、方法において、
凝縮のための条件が存在することを検出する前記ステップが、前記センサ表面（１４）上の温度を測定または推定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、凝縮のための条件が存在することを検出する前記ステップが、
ａ）排気系の別の位置における温度測定値および前記排気系の熱的性質を表す数学的モデル、または
ｂ）前記煤センサ表面の温度の変化をエンジンパラメータの関数として示す数学的モデルの入力パラメータとして使用されるエンジンパラメータに基づいて前記センサ表面（１４）の温度を推定するステップを含む方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記センサ表面から前記液体を蒸発させるための条件が存在することを検出し、かつ／または前記条件を実現するステップを含み、前記妥当性検査が、前記測定信号（６１）が前記液体の蒸発を反映している（６２）かどうかを確認するステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、前記妥当性検査が、前記液体が凝縮するための条件が存在することが検出されるたびに実施される方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、前記妥当性検査が連続する所定の回数にわたって不合格であった場合に警告信号を出力するステップを含む方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、前記煤センサが圧縮点火エンジン（２４）の排ガス配管（３０）内に配置される方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、前記妥当性検査が、前記圧縮点火エンジン（２４）の常温始動の直後に実施される方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、前記煤センサ（１０）の前記センサ表面（１４）を、たとえば所定の時間間隔であるいは前記圧縮点火エンジン（２４）が停止した後に加熱することによって、前記センサ表面に付着した煤（１８）を前記センサ表面（１４）から除去する方法。
【請求項９】
プロセッサによって実行されたときに、前記プロセッサに請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実施させる命令を含むコンピュータプログラム。
【請求項１０】
圧縮点火エンジン（２４）用の排ガス処理装置（３０）であって、
センサ表面（１４）を有し、排ガス流からの煤（１８）が前記センサ表面（１４）に付着したことに応答する煤センサ（１０）と、
前記煤センサ（１０）から測定信号を受信するように前記煤センサ（１０）に動作可能に接続され、前記測定信号（６１）が予測される結果（６６）と一致するかどうかを確認することを含む妥当性検査を実施するように構成された、センサコントローラ（２２）とを備え、
前記センサコントローラ（２２）が、前記排ガス流からの液体、たとえば水が前記センサ表面（１４）に凝縮するための条件が存在することを検出し、かつ／または前記条件を生じさせるように構成され、前記妥当性検査が、前記測定信号（６１）が前記液体の凝縮を反映している（６０）かどうかを確認することを含む、装置において、
前記センサコントローラ（２２）が、前記センサ表面（１４）上の温度を測定または推定することによって液体が凝縮するための条件が存在することを検出するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記センサコントローラ（２２）が、前記センサ表面（１４）から前記液体を蒸発させるための条件が存在することを検出し、かつ／または前記条件を実現するように構成され、前記妥当性検査が、前記測定信号（６１）が前記液体の蒸発を反映している（６２）かどうかを確認することを含む装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記煤センサ（１０）の上流側に配置された微粒子フィルタ（４６）を備える装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記煤センサ（１０）が、前記センサ表面（１４）から前記液体を蒸発させ、かつ／または前記センサ表面に付着した煤（１８）を前記センサ表面（１４）から除去する発熱素子（２０）を備える装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記センサコントローラ（２２）に動作可能に接続された温度センサ（５０）を備え、前記センサコントローラ（２２）が、前記温度センサ（５０）から受信した温度信号に基づいて前記センサ表面（１４）上の温度を推定するように構成される装置。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記センサコントローラ（２２）が、前記圧縮点火エンジン（２４）の温度データおよび／または動作データを受け取るようにエンジン制御ユニット（５８）に動作可能に接続される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、概して煤検知の分野に関し、特に煤センサの機能的能力(functional capability)の監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]現在、差圧センサ（デルタＰセンサとも呼ばれる）を使用してＥＵ５およびＵＳ
ＭＹ２０１０−２０１２排ガス規制の要件を満たすことが可能である。そのようなセンサは、排気流の圧力を測定することによって微粒子フィルタの効率および／または不具合を検出することができる。微粒子フィルタが損傷を受けた場合、たとえば、微粒子フィルタに亀裂が生じた場合、実際の圧力読取り値は、予期される圧力読取り値とは異なり、故障と診断され得る。
【０００３】
[0003]次の排ガス規制（ＥＵ６、ＵＳ  ＭＹ２０１３）では、現在のＥＵ５およびＵＳ
ＭＹ２０１０−２０１２規制と比較して許容排気管排出量レベルの顕著な削減が規定される。この変更の結果として、差圧センサは（将来の規制に関して）微粒子フィルタの故障を確実に検出することができなくなる。したがって、排気管煤排出量がＯＢＤ（車載診断）しきい値を超える原因となる濾過効率の低下を確実に検出できるように、微粒子フィルタの下流側に設置された煤センサが必要である。
【０００４】
[0004]様々な種類の煤センサが現在既知であるかあるいは開発中である。特許出願ＷＯ２００７／０００４４６号は、たとえば、間に小さい隙間を空けて配置された少なくとも２つの電極を有し、排ガスからの煤が付着して電極間の隙間が埋まるにつれてそれらの間の電気抵抗が弱くなる煤センサを開示している。煤センサは、各測定後に煤付着物を焼き払う発熱素子を備える。米国特許出願第２００７／０１５８１９１号は、追加の高抵抗保護層が電極上に塗布された基本的に同じ構成の煤センサを記載している。保護層に煤が付着するにつれて、電極同士の間の抵抗が弱くなる。米国特許出願第２００９／００５６４１６号は、排ガス流中で向かい合う関係に配置された、相互に分離された電極、すなわち高電圧電極と検出電極とを有する粒状物質センサを開示している。粒状物質は、検出電極上に蓄積する電荷または検出電極上に電荷が蓄積することによって生じる電圧を測定することによって測定される。他の煤センサ、たとえば、電極同士の間に煤が付着することによって生じる少なくとも２つの電極同士の間の容量の変化を測定するセンサ、または光学煤センサも考えられる。
【０００５】
[0005]煤センサが正しく機能しているかどうかを検出できるようにする必要があることが認識されている。グランドへの短絡またはバッテリへの短絡のような単純な故障は、単純な診断検査を使用して容易に検出することが可能である。出力センサ信号が正常範囲内にあるときのセンサの妥当性または合理性、すなわちセンサが正しく機能しているかどうかを検査することはより困難である。たとえば、煤センサが範囲内である(stuck in range)ことによって、誤った読取り値となり得る。米国特許出願第２０１１／００１５８２４号は、煤センサの電圧係数が測定され故障のない煤センサの記憶されている電圧係数と比較される、煤センサを機能的に診断する方法を開示している。米国特許出願第２００６／０１０７７３０号は、実際の測定値が予期される結果と比較される、粒子センサの機能的能力を監視する方法を開示している。センサは、測定値と予期される結果との著しい偏差が検出された場合に欠陥があるとみなされる。
【０００６】
[0006]これらの方法ではどちらも、「循環参照(circular reference)」の問題が生じる。これらの方法の目的は排ガス中の煤が過度に多いことを検出することであるので、セン
サの故障を診断するうえでの難点は、排ガスの異常な状態を反映する正しい（しかし例外的な）読取り値とそのような故障を区別することである。センサが実際には正しく機能しているが排ガスに問題が生じたときにセンサ故障を検出する恐れが実質的にある。センサ表面に煤層が付着する間煤センサ信号を時間の経過とともに監視する方法がある。しかし、煤センサが現代の微粒子フィルタの下流側に配置される場合、煤センサに到達する煤の量はごくわずかである。したがって、センサ読取り値を予想値と比較することのできるレベルまで煤がセンサの表面に付着するにはかなり長い時間がかかる。しかし、代表的な用途では、センサが正しく機能しているかどうかを判定できるようにするために長時間待つことは受け入れられない。米国特許出願第２００６／０１０７７３０号は、上流側煤フィルタの再生時の煤センサの挙動を監視する。この場合の欠点は、微粒子フィルタが再生されるまでセンサ診断を遅延させなければならないことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0007]本発明の目的は、煤センサの不具合をより高速に検出するのを可能にすることである。この目的は、請求項１に記載された方法または請求項１０に記載された装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
[0008]排ガス流からの煤がセンサ表面に付着したことに応答する煤センサの機能的能力を監視する方法は、煤センサの測定信号を取得することと、測定信号が予期される結果と一致するかどうかが確認される妥当性検査を実施することとを含む。本発明によれば、排ガス流からの液体、たとえば水がセンサ表面に凝縮するための条件が存在するかどうかが検出される。そのことに加えてあるいはそのことの代わりに、たとえば、センサ表面を能動的に冷却することによってそのような条件が明確に確立される。その場合、妥当性検査は、測定信号が液体の凝縮を反映しているかどうかを確認することを含む。
【０００９】
[0009]本方法の利点は、常温始動の直後の燃焼エンジンの排ガスシステムには通常、排ガスからの水の凝縮が生じる条件が存在することである。エンジンが始動する際に排ガス配管が乾燥しておりかつ周囲温度であると仮定すると、高温の排ガスからの水は排ガス配管の比較的低温の壁上、特に煤センサの表面に凝縮する。次いで、センサ表面が徐々に加熱されていき、しばらくすると水が蒸発する。センサ表面に水が存在することは、煤センサによって出力される測定信号に反映される（たとえば、一対の電極間の抵抗の低下または容量の増大として）。凝縮水の特徴(fingerprint)が、予期されている（すなわち、物
理的な環境が、凝縮が生じるはずである環境である）にもかかわらず測定信号に存在しない場合、煤センサに欠陥がある可能性が高い。上述の煤センサ診断用の方法と比較すると、本発明によって使用される妥当性検査は、燃焼エンジンが始動された後非常に早い時期に実施されてもよい。当業者には了解されるように、本方法は、自動車での使用に特に適している。その理由は、自動車では常温始動が頻繁に行われるからである。したがって、煤センサは、圧縮点火エンジンの排ガス配管に配置されることが好ましく、妥当性検査は、圧縮点火エンジンの常温始動の直後に実施されることが好ましい。
【００１０】
[0010]凝縮が存在するための条件は、各常温始動後（たとえば、エンジンがある時間にわたってオフに切り替えられたままであった後）に存在すると仮定されてよい。しかし、本発明によれば、凝縮の条件が存在することの検出は、センサ表面上の温度を測定または推定することを含む。センサ表面上で直接温度を測定してもよいことに留意されたい。代替として、排気系の別の位置で温度を測定し、次いで、排気系の熱的性質を記述した数学的モデルに基づいてセンサ表面上の温度を推定してもよい。このモデルは、たとえば、排気配管の材料の熱容量、排ガスの質量流量、外部温度などを考慮してもよい。さらに別の可能性として、噴射燃料の量、空気の質量流量、ＥＧＲ率、エンジン効率などのエンジン
パラメータを、煤センサ表面の温度の変化をエンジンパラメータの関数として示す数学的モデルの入力パラメータとして使用してセンサ表面の温度を推定することができる。
【００１１】
[0011]この方法は、センサ表面から液体を蒸発させるための条件が存在することを検出することも含むことが好ましい。蒸発のための条件が存在することを検出することは、凝縮のための条件が存在することを検出する場合と同様に実施することのできるセンサ表面上の温度の測定または推定を含んでもよい。そのことに加えてあるいはそのことの代わりに、この方法は、たとえば煤センサ表面を加熱することによってもっぱらそのような条件を生じさせることを含んでもよい。妥当性検査は、測定信号が液体の蒸発を反映しているかどうかを確認することを含んでもよい。たとえば、排ガスからの水が凝縮して、煤センサによって出力される測定信号が低下した場合、その後水が蒸発すると測定信号が上昇する。測定信号が低下だけでなくその後の上昇も示す場合、センサが適切に機能している可能性が高くなる。
【００１２】
[0012]液体が凝縮するための条件が存在することが検出されるたびに妥当性検査を実施してもよい。凝縮物が、始動時以外のときにセンサ表面に形成されてもよい。自動車では、排気系は、燃料が噴射されない長い下り坂区間の後で凝縮を可能にするのに十分な程度に冷却されてもよい。
【００１３】
[0013]妥当性検査が連続する所定の回数にわたって不合格になった場合、煤センサの不具合を示す警告信号が出力されることが好ましい。警告信号は、妥当性検査が１度のみ不合格になった後に出力されてもよい。しかし、警告信号は、妥当性検査が少なくとも２回にわたって連続的に不合格になった後で出力されることが好ましい。
【００１４】
[0014]有利には、たとえば所定の時間間隔であるいは圧縮点火エンジンが停止した後に、センサ表面を加熱することによって煤センサのセンサ表面に付着した煤がセンサ表面から除去される。この目的のために、煤センサは発熱素子（たとえば、発熱体）を備えてもよい。次いで、そのような発熱素子を使用してセンサ表面を加熱し、凝縮された液体を蒸発させてもよい。
【００１５】
[0015]本発明の一態様は、（たとえば、煤センサコントローラの）プロセッサによって実行されたときにプロセッサに上述のような方法を実施させる命令を含むコンピュータプログラム（製品）に関する。
【００１６】
[0016]本発明の別の態様は、排ガス流からの煤がセンサ表面に付着したことに応答する煤センサと、煤センサから測定信号を受信するように煤センサに動作可能に接続され、測定信号が予期される結果と一致するかどうかを確認することを含む妥当性検査を実施するように構成されたセンサコントローラ（たとえば、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなど）とを備える、圧縮点火（すなわち、ディーゼル）エンジン用の排ガス処理装置に関する。センサコントローラは、排ガス流からの液体、たとえば水がセンサ表面に凝縮するための条件が存在することを検出し、かつ／またはそのような条件を生じさせるように構成され、妥当性検査は、測定信号が液体の凝縮を反映しているかどうかを確認することを含む。センサコントローラが、液体が凝縮するための条件を能動的に生じさせるように構成される場合、煤センサは、センサコントローラによって制御され、センサ表面上の温度を低下させる冷却器を備えることが好ましい。
【００１７】
[0017]有利には、センサコントローラは、センサ表面から液体を蒸発させるための条件が存在することを検出し、かつ／またはそのような条件を実現するように構成される。この場合、妥当性検査は、測定信号が液体の蒸発を反映しているかどうかを確認することを
含む。
【００１８】
[0018]排ガス処理は、煤センサの上流側に配置された微粒子フィルタを備えることが好ましい。
【００１９】
[0019]煤センサは、センサ表面から液体を蒸発させ、かつ／またはセンサ表面に付着した煤をセンサ表面から除去する発熱素子（たとえば、発熱体）を備えることが好ましい。
【００２０】
[0020]排ガス処理装置は、センサコントローラに動作可能に接続された温度センサを備えてもよく、センサコントローラは、温度センサから受信した温度信号に基づいてセンサ表面上の温度を推定するように構成される。代替として、センサコントローラは、圧縮点火エンジンの温度データおよび／または動作データを受け取るようにエンジン制御ユニットに動作可能に接続されてもよい。その場合、センサコントローラは、エンジン制御ユニットから受け取ったデータに基づいてセンサ表面上の温度を推定してもよい。場合によっては、センサコントローラは、エンジン制御ユニットに完全に組み込まれてもあるいは部分的に組み込まれてもよい。したがって、センサコントローラとエンジン制御ユニットは、本発明による方法が実施されるときに実施すべきタスクを共有してもよい。たとえば、エンジン制御ユニットは、測定信号の妥当性を検査するために測定信号が比較される予期される値を算出するように構成されてもよい。これは有利な実施形態と考えられる。その理由は、エンジン制御ユニットは通常、任意に使用できる、センサ表面上の条件が表面上で液体が凝縮することのできるような条件であるかどうかを確認するのに必要な関連するすべてのデータおよびパラメータを有するからである。
【００２１】
[0021]センサコントローラは、妥当性検査が連続する所定の回数にわたって不合格になった場合に警告信号を出力するように構成されることが好ましい。
【００２２】
[0022]本発明のさらなる詳細および利点は、添付の図面を参照した非制限的な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】煤センサの概略斜視図である。
【図２】吸気通路および排気系を有する圧縮点火エンジンの概略構成図である。
【図３】標準的な走行サイクル中の煤センサの測定信号を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
[0023]図１は、既知の原理（参考として、たとえば、米国特許出願第２０１１／００１５８２４号を参照されたい）に従って機能する煤センサ１０の一例を示す。煤センサ１０は、排ガスにさらされるセンサ表面１４を形成する（たとえば、セラミックで作られた）絶縁基板１２を備える。測定電極１６がセンサ表面１４上に互いに分離されて入れ子状に配置されている。センサ表面１４に煤粒子がないかぎり、電極１６同士は互いに電気的に絶縁される。煤粒子１８は、センサ表面１４に付着すると、最終的に電極１６同士の間の隙間を埋め、電極１６同士の間に印加された電圧に応答して電流が電極１６同士の間を流れるのが可能になる。センサ表面１４上に付着する煤粒子が増えるにつれて、電極１６同士の間に形成される導電流路が増え、測定される電流が大きくなる。煤センサは、基板１２に伝熱接触するように配置された発熱素子２０を備える。センサ表面１４から煤を除去するために、煤センサ１０は、排ガスに含まれる残留酸素によって煤が酸化される温度まで加熱される。煤センサ１０の材料としては、煤の焼き払い温度に耐えるような材料が選択される。
【００２５】
[0024]煤センサ１０は、電極１６および発熱素子２０の動作を制御するために電極１６
および発熱素子２０に接続されたセンサコントローラ２２をさらに備える。センサは、堆積モードと再生モードで交互に動作させられる。堆積モードの間、センサ表面１４に煤粒子１８が付着し、電極同士１６の間の抵抗が変化する。堆積モードでは、センサコントローラ２２が電極１６間に所定の電流を流すのを試み、得られる電圧を測定する。電流が一定に維持されて出力電圧が変化する。再生モードでは、センサコントローラ２２が発熱素子２０の両端間に電流を流す。それによってセンサは煤の焼き払い温度まで加熱され、したがって、煤がセンサ表面１４から除去される。
【００２６】
[0025]センサコントローラ２２は、排ガス中の煤の濃度を導く（たとえば、煤センサの上流側に配置された微粒子フィルタの濾過効率の損失を検出する）とともに、煤センサ自体を診断するように構成される。センサ診断は、バッテリへの短絡、グランドへの短絡、および開路の検出を含む。さらに、センサコントローラ２２は、妥当性検査を実施して他の種類のエラーを検出し、たとえば、煤センサが範囲内である(stuck in range)かどうかを検査する。
【００２７】
[0026]妥当性検査は、煤センサの測定信号と煤センサの予期される挙動との比較を含む。特に、センサコントローラ２２は、煤センサ１０における物理的条件に基づいて凝縮が予期される場合に、排ガスからの水がセンサ表面１４上に凝縮したことを測定信号が反映しているかどうかを判定する。センサ表面１４に水が凝縮すると、水は電極１６を短絡させ、電極１６同士の間の抵抗が著しく低下する。純粋な水がかなり良好な絶縁体であり、したがって、電極１６同士の間の導電性が実際には水に溶解した不純物によるものであることに留意されたい。排ガス配管の環境において、排ガス流が存在するときに、センサ表面に形成される水滴は、電流の伝導を確保するのに十分な程度に不純物で汚染されている。
【００２８】
[0027]図２は、車両のディーゼル圧縮点火エンジン２４を示す。エンジン２４は、上流側で吸気通路２８に連結され、下流側で、排ガス後処理部を含む排気系３０に連結されたエンジンブロック２６を備える。
【００２９】
[0028]吸気通路２８は、外部からエンジンに引き込まれる空気を濾過するエアフィルタ３２と、空気質量流量センサ３４と、ターボチャージャ３６と、インタークーラ３８と、吸気マニフォルド２６ａの上流側に連結された絞り弁４０とを備える。
【００３０】
[0029]排気系３０は、エンジンの排気マニフォルド２６ｂの下流側に連結されたターボチャージャ３６のタービン４２と、酸化触媒装置４４と、排気管４８の上流側に配置されたディーゼル微粒子フィルタ４６とを備える。
【００３１】
[0030]図２の排気系３０は、関連する排ガスパラメータを検出するためのいくつかのセンサを備える。温度センサ５０は、ターボチャージャタービン４２の出口の所で排ガス温度を測定する。煤センサ１０は、微粒子フィルタ４６の下流側の排気管内に配置されている。煤センサは、上記に図１を参照して説明した抵抗型の煤センサであってもよいが、センサ表面上で水が凝縮していることが煤センサによって出力される測定信号に反映されるかぎり、別の種類（たとえば、容量型）の煤センサであってもよい。
【００３２】
[0031]エンジン２４は、ＥＧＲ弁５４とＥＧＲ冷却器５６とを備える排ガス再循環（ＥＧＲ）装置５２をさらに備える。ＥＧＲは、排ガスの一部をエンジンブロック２６の燃焼室に再循環させることによって機能する。ディーゼルエンジンは通常、過剰空気によって動作するので、特に、過剰空気が非常に多くなる低荷重のときに非常に高いＥＧＲ率で動作することができる。
【００３３】
[0032]エンジンは、エンジン２４の様々な構成部材、特に燃料噴射装置（図示せず）、絞り弁４０、ＥＧＲ装置５２の動作を制御する、たとえばマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなどのエンジン制御ユニット５８を含む。エンジン制御ユニット５８は、様々なセンサ、たとえば空気質量流量センサ３４、温度センサ５０に接続されている。エンジン制御ユニット５８を接続することのできるセンサのすべてが図示されているわけではない。エンジン制御ユニット５８は、煤センサ１０のセンサコントローラ２２にも接続されている。
【００３４】
[0033]エンジン制御ユニット５８は、温度センサ５０によって測定される温度を監視する。温度信号は、センサコントローラ２２にも供給される。センサコントローラは次いで、温度センサ５０によって測定された温度と排気系の熱的性質（たとえば、排気配管の材料の熱容量、排気ガスの質量流量、外部温度など）を表す数学的モデルとに基づいて、煤センサ表面上の温度を推定する。温度推定値が露点以下の場合、センサコントローラは、測定信号中に凝縮水の「特徴(fingerprint)」を検出すると予測する。
【００３５】
[0034]エンジン２４が常温始動された後、排気系の壁およびセンサ表面に水蒸気が凝縮する。その結果、特にまだセンサ１０に煤が付着していないときには、センサ出力電圧が著しく低下する。エンジンおよび排気系全体が暖機すると、その結果としてセンサ表面の温度が露点を超える。センサは乾燥して、次いで、センサ表面に付着した煤の量に整合する出力信号を有する。
【００３６】
[0035]図３は、エンジン２４の常温始動時に開始する２０分の時間間隔の間の煤センサ１０の測定信号の変化を示す。最初は乾燥している排気系の場合、センサコントローラ２２によって実施される妥当性検査は、
１）センサ表面に水が凝縮することによる、エンジン始動直後の測定信号６１（点線で表されたセンサ出力電圧）の低下（６０に示されている）と、
２）温度推定値が露点に達したことを示したときの、測定信号の元の値までの上昇（６２に示されている）と、
３）煤粒子が付着することに起因する時間の経過による測定信号のわずかな低下（６４に示されている）とを検出することを含む。
【００３７】
[0036]妥当性検査の（任意の）第３の部分では、煤センサ１０の「正常な」挙動が既知である必要がある。第３の部分は、妥当性検査の他の部分の補足としてのみ使用されるべきである。その理由は、そうしないと、煤センサの上流側の微粒子フィルタ４６の誤動作と煤センサ自体の誤動作を区別するのが困難であるからである。
【００３８】
[0037]図３の例では、破線６６は、温度信号や、入力として受信される、各気筒内に噴射される燃料の現在の量のような他のパラメータに基づいてセンサコントローラによって予想される測定信号の挙動を表す。約６００秒後のセンサ電圧６１の急激な低下は、上流側の微粒子フィルタの故障を示している。そのような状況（すなわち、予想される信号と実際の測定信号との間に実質的な不一致がある場合）では、センサコントローラ２２は、異常に高い煤濃度（または微粒子フィルタの故障）を示す警告信号を出力する。煤センサが妥当性検査で不合格になった場合、センサコントローラは、煤センサが正常に機能していないことを示す警告信号を出力する。図３に示す任意の数値、曲線の態様などが例示のためのものに過ぎないことに留意されたい。測定信号および予想信号の実際の態様は、使用される煤センサの種別および測定信号の任意の処理（たとえば、スケーリング、反転、オフセット補正、平滑化など）に依存する。
【００３９】
[0038]妥当性検査は、測定信号が煤センサの再生（すなわち、煤の焼き払い）時に予期されるように変化するかどうかを検出することをさらに含んでもよい。
【００４０】
[0039]センサ表面上の温度を測定または推定することが必要であるとは限らないことに留意されたい。たとえば、センサコントローラ２２は、エンジンが常温始動されるたびに測定信号が低下し、その後（所定の時間間隔内で）上昇することを予期するように構成されてもよい。（エンジン制御ユニット５８は、常温始動が行われていることをセンサコントローラ２２に示してもよい。）煤センサ１０は、センサコントローラ２２によって制御される冷却素子（たとえば、熱電冷却器）を備えてもよい。センサコントローラは、冷却素子をときどきオンに切り替えて、その結果水の凝縮が生じるかどうかを検出してもよい。同様に、センサコントローラ２２は、センサ表面１４の温度が、排ガスの熱および排気系３０全体の昇温によって露点をいつ超えるかを推定する代わりに、発熱素子２０（図１）を制御することによって水の蒸発を能動的に生じさせてもよい。センサ表面を乾燥させることを目的とするそのような加熱は、煤付着物を焼き払うために実施される加熱よりも実質的に短時間でありかつ／または弱い。
【００４１】
[0040]センサコントローラ２２は有利なことに、エンジンの各停止時の前に最後の煤センサ出力をメモリに記憶し、エンジンが再始動された後あらゆる変化を検出する。
【００４２】
[0041]妥当性検査の信頼性に関する要件は、水が凝縮することによって測定信号に顕著な変化が生じることである。測定の開始時にすでにセンサ表面に実質的な量の煤が付着している場合、水が測定信号に与える影響は小さくなり、煤センサが適切に機能しているかどうかをセンサコントローラが評価するのはより困難になる。したがって、エンジンの各始動時にセンサ表面が比較的清浄であることが推奨される。妥当性検査の信頼性に影響を与える煤付着レベルにおいてセンサの動作が長時間になるのを回避するために、センサの再生をより頻繁に行うことが必要になる場合がある。
【００４３】
[0042]この妥当性検査の重要な利点は、この検査を始動の直後に実施できることである。従来の妥当性検査は、煤の付着によって生じる予期される信号変化に依存し、ずっと時間がかかる。さらに、従来の妥当性検査は、凝縮相後まで開始できない。本発明による妥当性検査では、ずっと短時間でずっと信頼できる試験結果を得ることができる。
【００４４】
[0043]しかし、始動時以外の時間にセンサ表面に凝縮水が形成されることがあることに留意されたい。凝縮が可能になるほど排気系が冷却されることがある走行状況、たとえば長い下り坂を走行する状況がある。そのような状況が生じたとき、センサコントローラは適切な機会に「予定されていない」妥当性検査を実施してもよい。
【００４５】
[0044]他のすべての診断と同様に、妥当性検査は走行サイクルごとに実施されることが好ましい。
【００４６】
[0045]当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱せずに本発明の前述の実施形態の様々な修正および変形が明らかになろう。本発明について特定の好ましい実施形態に関連して説明したが、請求される発明をそのような特定の実施形態に不当に限定すべきでないことを理解されたい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  煤センサ
１２  基板
１４  センサ表面
１６  測定電極
１８  煤粒子
２０  発熱素子
２２  センサコントローラ
２４  ディーゼルエンジン
２６  エンジンブロック
２６ａ  吸気マニフォルド
２６ｂ  排気マニフォルド
２８  吸気通路
３０  排気系
３２  エアフィルタ
３４  空気質量流量センサ
３６  ターボチャージャ
３８  インタークーラ
４０  絞り弁
４２  ターボチャージャタービン
４４  酸化触媒
４６  ディーゼル微粒子フィルタ
４８  排気管
５０  温度センサ
５２  ＥＧＲ装置
５４  ＥＧＲ弁
５６  ＥＧＲ冷却器
５８  エンジン制御ユニット
６０  センサ表面の水に起因する測定信号の低下
６１  測定信号
６２  水の蒸発に起因する測定信号の上昇
６４  煤粒子の堆積に起因する測定信号の低下
６６  予測される測定信号
【図１】
2015163899.tif 000003
【図２】
2015163899.tif 000004
【図３】
2015163899.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月14日(2015.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス流からの煤（１８）がセンサ表面（１４）に付着したことに応答する煤センサ（１０）の機能的能力を監視する方法であって、
エンジンの常温始動直後に前記煤センサ（１０）の測定信号（６１）を取得するステップと、
前記測定信号（６１）が予測される結果（６６）と一致するかどうかが確認される、妥当性検査を実施するステップとを含む、方法において、
前記方法は、凝縮物を蒸発させるのに十分な条件下に前記センサをおいてその後の診断を行なう追加のステップを含まないことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記妥当性検査が、前記液体が凝縮するための条件が存在することが検出されるたびに実施される方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記妥当性検査が連続する所定の回数にわたって不合格であった場合に警告信号を出力するステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、前記煤センサが圧縮点火エンジン（２４）の排ガス配管（３０）内に配置される方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記妥当性検査が、前記圧縮点火エンジン（２４）の常温始動の直後に実施される方法。
【請求項６】
プロセッサによって実行されたときに、前記プロセッサに請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実施させる命令を含むコンピュータプログラム。
【請求項７】
圧縮点火エンジン（２４）用の排ガス処理装置（３０）であって、
センサ表面（１４）を有し、排ガス流からの煤（１８）が前記センサ表面（１４）に付着したことに応答する煤センサ（１０）と、
前記煤センサ（１０）から測定信号を受信するように前記煤センサ（１０）に動作可能に接続され、エンジンの常温始動直後に、前記測定信号（６１）が予測される結果（６６）と一致するかどうかを確認することを含む妥当性検査を実施するように構成された、センサコントローラ（２２）とを備える、装置において、
前記センサコントローラ（２２）は、凝縮物を蒸発させるのに十分な条件下に前記センサをおいてその後の診断を行なう追加のステップを実施しないように構成されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記煤センサ（１０）の上流側に配置された微粒子フィルタ（４６）を備える装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記センサコントローラ（２２）に動作可能に接続された温度センサ（５０）を備え、前記センサコントローラ（２２）が、前記温度センサ（５０）から受信した温度信号に基づいて前記センサ表面（１４）上の温度を推定するように構成される装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載の排ガス処理装置（３０）において、前記センサコントローラ（２２）が、前記圧縮点火エンジン（２４）の温度データおよび／または動作データを受け取るようにエンジン制御ユニット（５８）に動作可能に接続される装置。
【外国語明細書】
2015163899000001.pdf