(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するために前記内燃機関の排気管に取り付けられる酸素センサを介して前記排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出するリーク量検出装置であって、
前記酸素センサは排気ガスの空気過剰率によってセンサ出力が変化し、リーク量が多いほど、センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値であるときの空気過剰率が小さくなるものであり、
互いに異なる複数の空気過剰率を有する検出用ガスをそれぞれ生成するガス生成部と、
前記ガス生成部により生成された前記検出用ガスを内部に流す検出用排気管と、
前記ガス生成部により前記複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、前記複数の空気過剰率のそれぞれについて、前記検出用排気管に取り付けられた前記酸素センサのセンサ出力を測定する測定部と、
前記センサ出力が前記リーク算出用判定値になるときの前記空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出するパラメータ算出部と、
前記リーク算出用パラメータと前記リーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、前記パラメータ算出部で算出された前記リーク算出用パラメータから前記リーク量を算出するリーク量算出部と
を備えるリーク量検出装置。
【請求項２】
前記検出用ガスは、前記排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスである
ことを特徴とする請求項１に記載のリーク量検出装置。
【請求項３】
前記ガス生成部は、
前記排気ガスが前記内燃機関の前記排気管の内部を流れるのと同じ流速で、前記検出用ガスが前記検出用排気管の内部を流れるように前記検出用ガスを生成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリーク量検出装置。
【請求項４】
内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するために前記内燃機関の排気管に取り付けられる酸素センサを介して前記排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出するリーク量検出方法であって、
前記酸素センサは排気ガスの空気過剰率によってセンサ出力が変化し、リーク量が多いほど、センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値であるときの空気過剰率が小さくなるものであり、
互いに異なる複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、前記複数の空気過剰率のそれぞれについて、前記検出用ガスを内部に流す検出用排気管に取り付けられた前記酸素センサのセンサ出力を測定する測定手順と、
前記センサ出力が前記リーク算出用判定値になるときの前記空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出するパラメータ算出手順と、
前記リーク算出用パラメータと前記リーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、前記パラメータ算出部で算出された前記リーク算出用パラメータから前記リーク量を算出するリーク量算出手順と
を備えるリーク量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサのリーク量を検出するリーク量検出装置およびリーク量検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
このようなガスセンサでは、排気管に取り付けられたガスセンサを介して排気管の内部から外部へ排気ガスが漏れるおそれがある。従来、このような排気ガスのリーク量を測定するために、ガスセンサのガス検知部側に高圧ガスを噴きかけてガスセンサから漏れてくるガスの量を検出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ガスセンサに高圧ガスを噴きかける方法では、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態におけるリーク量を評価することができないという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態に対応したリーク量を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた第１発明は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられるガスセンサを介して排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出するリーク量検出装置である。
【０００６】
そして、第１発明のリーク量検出装置は、ガス生成部と、検出用排気管と、測定部と、パラメータ算出部と、リーク量算出部とを備える。
ガス生成部は、互いに異なる複数の空気過剰率を有する検出用ガスをそれぞれ生成する。検出用排気管は、ガス生成部により生成された検出用ガスを内部に流す。測定部は、ガス生成部により複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、複数の空気過剰率のそれぞれについて、検出用排気管に取り付けられたガスセンサのセンサ出力を測定する。パラメータ算出部は、センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値になるときの空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出する。リーク量算出部は、リーク算出用パラメータとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、パラメータ算出部で算出されたリーク算出用パラメータからリーク量を算出する。
【０００７】
このように構成された第１発明のリーク量検出装置は、検出用排気管にガスセンサを取りつけて、検出用排気管の内部に検出用ガスを流すことにより、ガスセンサのリーク量を算出する。したがって、第１発明のリーク量検出装置は、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態に対応したリーク量を検出することができる。
【０００８】
また第１発明のリーク量検出装置では、検出用ガスは、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスであるようにしてもよい。これにより、第１発明のリーク量検出装置は、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度をガスセンサが検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。
【０００９】
また第１発明のリーク量検出装置では、ガス生成部は、排気ガスが内燃機関の排気管の内部を流れるのと同じ流速で、検出用ガスが検出用排気管の内部を流れるように検出用ガスを生成するようにしてもよい。これにより、第１発明のリーク量検出装置は、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度をガスセンサが検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際にガスセンサが排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた第２発明は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられるガスセンサを介して排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出するリーク量検出方法である。
【００１１】
そして、第２発明のリーク量検出方法は、測定手順と、パラメータ算出手順と、リーク量算出手順とを備える。測定手順は、複数の空気過剰率を有する検出用ガスを順次生成させて、複数の空気過剰率のそれぞれについて、検出用ガスを内部に流す検出用排気管に取り付けられたガスセンサのセンサ出力を測定する。パラメータ算出手順は、センサ出力が予め設定されたリーク算出用判定値になるときの空気過剰率をリーク算出用パラメータとして算出する。リーク量算出手順は、リーク算出用パラメータとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量特性に基づいて、パラメータ算出部で算出されたリーク算出用パラメータからリーク量を算出する。
【００１２】
第２発明のリーク量検出方法は、第１発明のリーク量検出装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、第１発明のリーク量検出装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスセンサ評価装置１の概略構成を示す図である。
【図２】酸素センサ１０１の構成を示す断面図である。
【図３】モデルガス組成表４１を示す図表である。
【図４】リーク量検出処理を示すフローチャートである。
【図５】８個の試験サンプルにおける空気過剰率λとセンサ出力Ｖｏとの対応関係を示すグラフである。
【図６】８個の試験サンプルにおけるリーク量とリーク算出用パラメータＳλとの対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態のガスセンサ評価装置１は、図１に示すように、ガス生成部２と、ガス供給部３と、評価制御部４を備える。
【００１５】
ガス生成部２は、貯蔵部１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９と、流量調整部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９とを備える。
貯蔵部１１は、窒素（Ｎ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１２は、二酸化炭素（ＣＯ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１３は、酸素（Ｏ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１４は、一酸化炭素（ＣＯ）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１５は、水素（Ｈ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１６は、プロパン（Ｃ３Ｈ８）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１７は、メタン（ＣＨ４）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１８は、一酸化窒素（ＮＯ）を貯蔵するタンクである。貯蔵部１９は、水（Ｈ２Ｏ）を貯蔵するタンクである。
【００１６】
流量調整部２１は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１１から流出する窒素の量を調整する。流量調整部２２は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１２から流出する二酸化炭素の量を調整する。流量調整部２３は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１３から流出する酸素の量を調整する。流量調整部２４は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１４から流出する一酸化炭素の量を調整する。流量調整部２５は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１５から流出する水素の量を調整する。流量調整部２６は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１６から流出するプロパンの量を調整する。流量調整部２７は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１７から流出するメタンの量を調整する。流量調整部２８は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１８から流出する一酸化窒素の量を調整する。流量調整部２９は、評価制御部４からの指示に従って、貯蔵部１９から流出する水の量を調整する。
【００１７】
ガス生成部２は、流量調整部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８から流出する気体と、流量調整部２９から流出する水とを混合することにより、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスを生成する。
【００１８】
ガス供給部３は、評価用排気管３１と、発熱部３２を備える。評価用排気管３１は、実車の排気管を模して筒状に形成された金属製の部材である。ガス生成部２により生成されたモデルガスは、評価用排気管３１内を流れる。評価用排気管３１には、評価対象となる酸素センサ１０１が取り付けられる。酸素センサ１０１は、評価用排気管３１内を流れるモデルガスに含まれる酸素の濃度に応じた電圧をセンサ出力として出力する。
【００１９】
発熱部３２は、評価用排気管３１の外周に取り付けられ、評価制御部４からの指示に従って、評価用排気管３１を加熱することにより、評価用排気管３１の温度を調整する。
酸素センサ１０１は、図２に示すように、検出素子１０２、セラミックヒータ１０３およびケーシング１０４を備える。なお、図２では、酸素センサ１０１の先端側が下方側で、後端側が上方側となるように示している。
【００２０】
検出素子１０２は、ＺｒＯ２を主成分とする固体電解質体により軸線方向（図２の上下方向）に延びて先端が閉じた有底筒状に形成されている。セラミックヒータ１０３は、棒状に形成されており、検出素子１０２内に配置されて検出素子１０２を加熱する。ケーシング１０４は、酸素センサ１０１の内部構造物を収容するとともに酸素センサ１０１を排気管等の取付部に固定するための部材である。
【００２１】
またケーシング１０４は、検出素子１０２を保持するとともにその先端側の検出部１２５を排気管等の内部に突出させる主体金具１０５と、主体金具１０５の上部に延びて検出素子１０２との間で基準ガス空間を形成する外筒１０６とを備える。
【００２２】
主体金具１０５は、円筒状の本体を有する。そして主体金具１０５は、検出素子１０２を下方から支持する支持部材１５１と、支持部材１５１の上部に充填される滑石粉末からなる充填部材１５２と、充填部材１５２を上方から押圧するスリーブ１５３等を内部に収容する。
【００２３】
すなわち、主体金具１０５の下端側の内周には、内向きに突出した段部１５４が設けられており、この段部１５４にパッキン１５５を介して支持部材１５１が支持されることにより、検出素子１０２が下方から支持されている。そして、支持部材１５１の上側における主体金具１０５の内周面と検出素子１０２の外周面との間に充填部材１５２が配置され、さらに充填部材１５２の上側に筒状のスリーブ１５３およびパッキン１５６が順次同軸状に挿入された状態で主体金具１０５の上端部が内方（下方）に加締められる。これにより、充填部材１５２が加圧充填され、検出素子１０２が主体金具１０５に対してしっかりと固定される。
【００２４】
また、主体金具１０５の下端側外周には、検出素子１０２の突出部分を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ１５７，１５８が溶接によって取り付けられている。
【００２５】
外筒１０６は、その下端開口部内に主体金具１０５の上部を嵌め込んだ状態で溶接が施されることにより、主体金具１０５に装着される。
外筒１０６の上端開口部の近傍には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ１０７が挿入されている。
【００２６】
セパレータ１０７は、その軸方向中央付近の外周面に、径方向外側に突出したフランジ部１７１を有している。このセパレータ１０７は、フランジ部１７１に係止する金属製の筒状の保持部材１０８を介して、外筒１０６の内部に保持されている。
【００２７】
またセパレータ１０７は、後端面１７２から先端面１７３に向けて貫通する複数の挿通孔１７４と、セラミックヒータ１０３の後端部１３１を収容可能に先端面１７３に形成された凹部１７５とを備えている。そしてセパレータ１０７は、検出素子１０２の外周面に配置された外側電極１２６からリード線１２１の先端に延びる端子金具１０９と、検出素子１０２の内周面に配置された内側電極１２７からリード線１２２の先端に延びる端子金具１１０とをそれぞれ異なる挿通孔１７４内に収容して、端子金具１０９と端子金具１１０との絶縁性と、端子金具１０９，１１０と外筒１０６との絶縁性とを保持している。
【００２８】
外筒１０６の上部開口部は、フッ素系樹脂製のグロメット１１１により閉塞されており、このグロメット１１１を貫いてリード線１２１，１２２が配置されている。
図１に示す評価制御部４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、ガス生成部２とガス供給部３を制御するための各種処理を実行する。
【００２９】
評価制御部４は、図３に示すように、モデルガスの空気過剰率λと、酸素、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、プロパン、メタン、窒素、二酸化炭素および水の含有量との対応関係を示すモデルガス組成表４１を記憶している。評価制御部４は、モデルガス組成表４１を参照することによって、モデルガスの空気過剰率λに対応した酸素、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、プロパン、メタン、窒素、二酸化炭素および水の含有量をガス生成部２に指示する。
【００３０】
このように構成されたガスセンサ評価装置１において、評価制御部４は、リーク量検出処理を実行する。このリーク量検出処理は、リーク量検出処理の実行を指示する実行指令が評価制御部４に入力されると、その処理を開始する。
【００３１】
リーク量検出処理が実行されると、評価制御部４は、図４に示すように、まずＳ１０にて、予め設定された複数の空気過剰率λとなるモデルガスを、空気過剰率が小さい順から順次生成し、予め設定された検出用流速（本実施形態では７．７ｍ／ｓ）で評価用排気管３１に流し、複数の空気過剰率λのそれぞれについて、酸素センサ１０１のセンサ出力Ｖｏを検出する。本実施形態では、例えば、モデルガス組成表４１が記憶している２１の空気過剰率λ（すなわち、０．９９７２，０，９９８２，・・・，１．００１１，１．００１６）でモデルガスを生成し、２１の空気過剰率λのそれぞれにおけるセンサ出力Ｖｏを検出する。なお検出用流速は、内燃機関の排気管の内部を排気ガスが流れる流速として設定されている。
【００３２】
次にＳ２０にて、Ｓ１０での検出結果に基づいて、センサ出力Ｖｏが予め設定されたリーク算出用判定値（本実施形態では、４５０ｍＶ）になるときの空気過剰率λをリーク算出用パラメータＳλとして算出する。
【００３３】
そしてＳ３０にて、リーク算出用パラメータＳλとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量算出式Ｆを用いて、Ｓ２０で算出されたリーク算出用パラメータＳλからリーク量を算出し、リーク量検出処理を終了する。
【００３４】
リーク量算出式は、以下の手順で設定される。まず、リーク量が既に測定された複数の酸素センサ１０１（以下、試験サンプル）を用意する。本実施形態では、リーク量がそれぞれ０．２１ｃｃ，０．１３ｃｃ，０．４２ｃｃ，０．４１ｃｃ，０．６７ｃｃ，０．５ｃｃ，１．３１ｃｃ，１．４２ｃｃである８個の試験サンプルを用意した。そして、８個の試験サンプルについて、ガスセンサ評価装置１を用いて、空気過剰率λとセンサ出力Ｖｏとの対応関係を測定する。試験条件として、試験用ガスの温度を４５０℃、試験用ガスの流速を７．７ｍ／ｓ、ガスセンサの検出素子の温度を６００℃とした。図５は、上記の８個の試験サンプルにおける空気過剰率λとセンサ出力Ｖｏとの対応関係を示す。そして、上記の８個の試験サンプルのセンサ出力Ｖｏが４５０ｍＶ（図５の直線Ｌｓを参照）であるときの空気過剰率λをリーク算出用パラメータＳλとして算出する。
【００３５】
酸素センサ１０１では、検出素子１０２の内側と外側とで酸素の濃度が異なり、この濃度勾配により起電力（センサ出力Ｖｏ）が発生する。リーク量が多い酸素センサ１０１では、外部の空気が検出素子１０２の外側に侵入するため、検出素子１０２の外側における酸素濃度が高くなる。したがって、リーク量が多い酸素センサ１０１では、検出素子１０２の内側と外側との間で濃度勾配が小さくなり、センサ出力Ｖｏが４５０ｍＶであるときの空気過剰率λ（すなわち、リーク算出用パラメータＳλ）が小さくなる。
【００３６】
これにより、図６に示すように、８個の試験サンプルについて、リーク量とリーク算出用パラメータＳλとの対応関係を算出することができる。そして、本実施形態では、リーク量Ｑｌとリーク算出用パラメータＳλとの対応関係を一次関数で表すことで、下式（１）に示すリーク量算出式Ｆを設定した。
【００３７】
Ｓλ  ＝  −０．０００５×Ｑｌ  ＋  ０．９９９８    ・・・（１）
このように構成されたガスセンサ評価装置１は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられる酸素センサ１０１を介して排気管の内部から外部へ漏れる排気ガスのリーク量を検出する。
【００３８】
ガスセンサ評価装置１は、ガス生成部２と、評価用排気管３１とを備える。ガス生成部２は、互いに異なる複数の空気過剰率λを有するモデルガスをそれぞれ生成する。評価用排気管３１は、ガス生成部２により生成されたモデルガスを内部に流す。
【００３９】
ガスセンサ評価装置１は、ガス生成部２により複数の空気過剰率λを有するモデルガスを順次生成させて、複数の空気過剰率λのそれぞれについて、評価用排気管３１に取り付けられた酸素センサ１０１のセンサ出力Ｖｏを測定する（Ｓ１０）。またガスセンサ評価装置１は、センサ出力Ｖｏが予め設定されたリーク算出用判定値になるときの空気過剰率λをリーク算出用パラメータＳλとして算出する（Ｓ２０）。そしてガスセンサ評価装置１は、リーク算出用パラメータＳλとリーク量との対応関係が予め設定されたリーク量算出式Ｆに基づいて、算出されたリーク算出用パラメータＳλからリーク量を算出する（Ｓ３０）。
【００４０】
このようにガスセンサ評価装置１は、評価用排気管３１に酸素センサ１０１を取りつけて、評価用排気管３１の内部にモデルガスに流すことにより、酸素センサ１０１のリーク量を算出する。したがって、ガスセンサ評価装置１は、実際に酸素センサ１０１が排気管に取り付けられている状態に対応したリーク量を検出することができる。
【００４１】
またガスセンサ評価装置１では、評価用排気管３１の内部を流れるガスは、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模したモデルガスである。これにより、ガスセンサ評価装置１は、排気ガスに含まれる酸素の濃度を酸素センサ１０１が検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際に酸素センサ１０１が排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
またガスセンサ評価装置１では、ガス生成部２は、排気ガスが内燃機関の排気管の内部を流れるのと同じ流速で、モデルガスが評価用排気管３１の内部を流れるようにモデルガスを生成する。これにより、ガスセンサ評価装置１は、排気ガスに含まれる酸素の濃度を酸素センサ１０１が検出するときの環境をより正確に再現することができ、実際に酸素センサ１０１が排気管に取り付けられている状態におけるリーク量の検出精度を向上させることができる。
【００４３】
以上説明した実施形態において、ガスセンサ評価装置１は本発明におけるリーク量検出装置、酸素センサ１０１は本発明におけるガスセンサ、評価用排気管３１は本発明における検出用排気管である。
【００４４】
また、Ｓ１０の処理は本発明における測定部および測定手順、Ｓ２０の処理は本発明におけるパラメータ算出部およびパラメータ算出手順、Ｓ３０の処理は本発明におけるリーク量算出部およびリーク量算出手順である。
【００４５】
また、酸素は本発明における特定ガス、ガス生成部２により生成されるモデルガスは本発明における検出用ガス、リーク量算出式Ｆは本発明におけるリーク量特性である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
【００４６】
例えば上記実施形態では、酸素センサのリーク量を検出するものを示したが、本発明は酸素センサに限定されるものではなく、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するために内燃機関の排気管に取り付けられるガスセンサであればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…ガスセンサ評価装置、２…ガス生成部、３…ガス供給部、４…評価制御部、３１…評価用排気管、１０１…酸素センサ
【図１】
0006560144.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006560144.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006560144.tif 000007