JP2005524015A - フィルタの機能不全を検知するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

ガス流、特に排ガス流を煤粒子から浄化するために役立つフィルタの機能不全を検知するための装置であって、該フィルタに対して付加的に、浄化されるべきガス流内へ挿入可能なチャンバ（１）が設けられており、該チャンバが少なくとも部分的にフィルタボディ（２）によって閉鎖されており、かつ少なくとも１つの開口（３）を有しており、該開口からは、フィルタボディ（２）を通ってチャンバ（１）内へ流入したガスが再び該チャンバから流出することができ、その場合、チャンバ（１）内には、浄化されるべきガスの少なくとも１つの成分の濃度を検知するための少なくとも１つのガスセンサ（４）が、かつチャンバの外部には、浄化されるべきガスの少なくとも１つの成分の濃度を検知するための少なくとも１つの第２のガスセンサが配置されている。

Description

本発明は請求項１もしくは請求項７の上位概念による、フィルタの機能不全を検知するための装置及び方法に関する。

特にディーゼル機関では環境に排出される煤粒子のレベルを可能な限り低く保つことが重要である。このことのために、内燃機関の運転状態中の煤粒子の放出を排気系内のセンサの配置によって監視するのが有利である。その場合、センサは排気系内に配置された煤フィルタの下流または上流に挿入されることができる。煤フィルタの下流で排気系内にセンサが挿入された場合には、センサは煤フィルタの機能性のチェックのためにも役立てられることができる。

さらに、機関の挙動の変化、例えば機能不全に起因する変化を直接的に検知することができるように、内燃機関の排ガス中の煤粒子の濃度を連続的に、要するに機関の標準運転中に測定するのが有利であると認められる。

冒頭に挙げた形式のセンサはドイツ連邦共和国特許公開第１９８５３８４１号明細書から公知である。このセンサは特にディーゼル燃焼機関を搭載した自動車の排気系内の煤粒子の検出のために役立ち、かつ高圧電源に結合された第１の電極もしくは中央電極と、金属製の排気系と同じポテンシャルにある第２の電極もしくはアース電極とを有している。排ガス中の煤粒子の濃度のための目安としては、両方の電極の間にスパークを発生させる電圧の最小レベル、またはコンスタントに維持された電圧で両方の電極の間に流れる電離電流が役立てられる。

ディーゼル機関と一緒に、または粒子抑制のためのその他の方法においても使用されるフィルタでは、フィルタの付着物または目詰まりの検知が従来技術では差圧測定により行われ、その場合、フィルタの前後の圧力差が測定される。しかし、従来久しく、特に自動車分野の大量使用のために適した方法、要するにこの種の煤フィルタ内のわずかな漏れまたは亀裂を運転中の付着物堆積状態で測定する方法は公知でない。しかし、この種の漏れまたは亀裂は圧力バランスによる差圧測定の品位を損ない、粒子放出を著しく高める。

本発明の目的とするところは、漏れにより障害的となる差圧測定に頼らずに、フィルタの保持グレードの可能な限り恒常的なコントロールのための可能性を提供することにある。特に、わずかな漏れを信頼性よく検知することが求められる。

発明の利点
この目的は請求項１の特徴を備えた装置と、請求項７の特徴を備えた方法とによって達成される。

本発明によれば、フィルタ、特にディーゼル機関の後方に接続された煤フィルタの機能不全を検知することが多くの費用を必要としない形式で可能である。本発明によりガス流内に挿入されたチャンバの外部の浄化されるべきガス流中のガス成分の濃度変動を、本発明によって該チャンバの内部の対応する変動と関係づけることによってフィルタの目詰まりを確実に検知することができる。機能不全の検知は特にフィルタ内のわずかな漏れまたは亀裂の検知をも含んでいる。

本発明による装置もしくは本発明による方法の有利な構成は従属請求項の対象である。

監視されるべきフィルタの下流で、浄化されるべきガス流内にチャンバを挿入するのが有利であると認められる。例えばフーリエ解析の枠内でガス成分の濃度変動を比較すると、その際に生じるチャンバ内の周波数スペクトルが低域フィルタの周波数スペクトルに対応することがわかる。この場合、低域フィルタの臨界周波数は、監視されるべきフィルタの煤による負荷状態に依存している。

特にディーゼル機関の後方に接続された煤粒子フィルタの機能不全の検知では、両方のセンサによって排ガス中の酸素濃度を測定するのが有利と認められる。酸素センサは割安に入手可能である。酸素濃度変動の測定はフィルタの機能不全の特別に信頼性の高い検知をもたらすと認められる。

チャンバを閉鎖するフィルタボディがフロント側で流れを受けると有利である。

本発明による装置のさらに別の有利な１実施形では、該装置が、チャンバのフィルタボディを負荷する加熱装置を有している。この種の加熱装置によれば、例えばチャンバのフィルタボディを目詰まりさせる煤が再び燃焼させられ、その結果、フィルタの状態と、これに伴う元の振幅特性とが再び回復させられることができる。この手段によれば、特に、チャンバのフィルタボディの目詰まりが一回限りの現象であるのか、または監視されるべきフィルタが永続的に損傷されたのかが検知される。

本発明による方法の有利な１実施形によれば、両方のガスセンサの信号の周波数特性と周波数分布とが所定の時間にわたり記録されて互いに関係づけられる。このことにより、監視されるべきフィルタの機能不全の発生が簡単かつ即時に検知されることが可能である。

監視されるべきフィルタの機能不全が、チャンバ内に設けられたセンサの臨界周波数の検出を介して検知されると有利である。この場合、チャンバ内に挿入されたセンサの周波数スペクトルが低域フィルタのスペクトルに対応することが利用される。監視されるべきフィルタボディもしくはフィルタの目詰まり増大に伴いこの低域フィルタの臨界周波数が減少することが検知される。

添付図面につき本発明をさらに説明する。

図１には本発明による装置の枠内で設けられたチャンバが全体として符号１で示されている。チャンバ１は１つの側でフィルタボディ２によって、かつその他の側で１つの壁１ｂによって制限されている。このことによって規定されたチャンバの内室（デッドボリューム）は符号１ａで示されている。このように形成されたチャンバ１はディーゼル機関の排気系１０内で、監視されるべき煤フィルタ１１の下流に配置されている。この場合、図示されたすべての構成部分４がたんに概略的にのみ示されていることがここで強調される。排気系内の排ガスの流れ方向は矢印Ｐによって明らかにされている。

これから分かるように、フィルタボディ２はフロント側から排ガスの流れを受ける。チャンバ１はフィルタボディ２の背面側に流出口３を有しており、該流出口３からは、フィルタボディ２を介して内室１ａ内へ流入した排ガスもしくはガスが再び内室１ａから流出することができる。

図示のチャンバ１はさらに排ガスセンサ４備えており、この排ガスセンサ４は例えば排ガス中の酸素濃度を測定することができる。

フィルタボディ２内には加熱装置５が形成されており、この加熱装置によって、フィルタボディ内に堆積した煤が再び燃焼させられることができる。

監視されるべき煤フィルタ１１とチャンバ１との間には別のガスセンサ１２が配置されている。センサ４と１２との測定結果は、排気系の外部または内部に配置されたコンピュータ‐評価装置ユニットに伝達可能である。

理想的には煤フィルタ１１を通り抜けた排ガス流は粒子を含んでいない。粒子を含んでいないこの排ガス流は次いでフィルタボディ２を通ってチャンバ１内へ流入し、次いで流出口３から後方へ再びチャンバ１から流出する。

ガスセンサ４および１２は排気系１０内のチャンバ内の、もしくは煤フィルタ１１とチャンバ１との間の排ガス成分、主として酸素の濃度変動を検知する。

フィルタボディ２は有利には煤フィルタ１１とほぼ同じ構造を有している。

ガスセンサ４および１２の信号はコンピュータ‐評価装置ユニット１５によって周波数特性と周波数分布（周波数スペクトル）とに関して所定の時間にわたり、例えば１分から１０分の時間にわたり記録される。そのつどのセンサ信号の周波数割当を適当な形式で相関関係にもたらすと、チャンバ１が低域フィルタとして作用していることがわかり、要するにガスセンサ４の周波数スペクトルは所定の臨界周波数以降では、ガスセンサ１２によって示される周波数スペクトルに比して著しい低下を示す。

この事情が図２に示されている。図２のａからｃまでには、種々の負荷状態、チャンバ１内の酸素濃度の振幅特性、要するに振幅Ａが周波数ｖに関してプロットされている。それぞれ示された負荷状態のために、チャンバの低域フィルタ効果を特徴づける臨界周波数ｖ_ｆもしくはｖ_ｔもしくはｖ_ｖが明瞭に書き込まれている。

図２のａは、フィルタボディ２が自由な状態、要するに目詰まりしていない状態でのチャンバ１内の酸素濃度の振幅特性を例示的に示す。

この振幅特性と、部分負荷されたフィルタボディにおけるチャンバの酸素濃度の振幅特性とを比較すれば、臨界周波数ｖ_ｆ（図２のａ参照）が、部分負荷されたフィルタボディにおける臨界周波数ｖ_ｔ（図２のｂ参照）より大きいことがわかる。この効果は、完全に目詰まりしたフィルタボディでは、完全に目詰まりしたフィルタボディにおけるチャンバ内の酸素濃度の振幅特性を示す図２のｃの臨界周波数ｖ_ｖから分かるように増幅される。

全体的に見て、粒子によるチャンバ１のフィルタボディ２の目詰まり時には、ガス濃度変動に関して上方の臨界周波数が低下するようにこのチャンバの低域フィルタ特性が極めて迅速に変化する。このことは、すでに述べたように、有利にはガス濃度変動のスペクトルの評価によって観察される。部分負荷された、または目詰まりしたフィルタボディを上述の方法を介して検知した場合には、フィルタボディ２内に堆積した煤が加熱装置５によって再び燃焼されられることができ、その結果、初めの振幅特性（臨界周波数ｖ_ｆｒｅｉ）が復元されることができる。次いで、早くも短時間後に臨界周波数が再び低下したことが検出された場合には、煤フィルタ１１の故障もしくは機能不全が結論される。しかし、臨界周波数の新たな低下が生じない場合にはフィルタボディの目詰まりが例えば燃料不純物に起因する一回限りの効果に由来することが分かる。

チャンバ１は有利には円筒形であり、ガスセンサの上方に形成される。すでに言及したように、その場合フィルタボディ２は有利には排ガス流を迎えるように向けられる。内室１ａ（デッドボリューム）および流出口３は、フィルタが目詰まりした際に５から２００秒までの時定数が生じるように設計されることができる。自由なフィルタボディを備えたチャンバは有利には１０秒より小さな時定数を有するのがよく、その結果、濃度変動のスペクトルの受取り時間区分は長すぎる受取り時間を必要としない。

煤フィルタ１１の機能不全の本発明による検出は、ガスセンサ４および１２の信号のための、ここには詳細に図示されていないその他の相関法によっても行われることができる。

本発明による装置の１実施例を備えた排気系の概略的な図を示す。 図１に示されたチャンバ内に配置されたセンサによって検知された、監視されるべきフィルタの目詰まり状態に依存した酸素濃度の振幅特性を示す図である。

Claims (8)

1. ガス流、特に排ガス流を煤粒子から浄化するのに役立つフィルタの機能不全を検知するための装置において、
   フィルタに対して付加的に、浄化されるべきガス流内へ挿入されたチャンバ（１）が設けられており、該チャンバが、少なくとも部分的にフィルタボディ（２）によって閉鎖されており、かつ少なくとも１つの開口（３）を有しており、該開口からは、フィルタボディ（２）を通してチャンバ（１）内へ流入したガスが再び該チャンバから流出することができるようになっており、その場合、チャンバ（１）内には、浄化されるべきガスの少なくとも１つの成分の濃度を検知するための少なくとも１つのガスセンサ（４）が、かつ該チャンバの外部には、浄化されるべきガスの少なくとも１つの成分の濃度を検知するための少なくとも１つの第２のガスセンサ（１２）が配置されていることを特徴とする、フィルタの機能不全を検知するための装置。
2. 排気系内の浄化されるべきフィルタ（１１）の下流で、浄化されるべきガス流内にチャンバ（１）が挿入されている、請求項１記載の装置。
3. ガスセンサ（４，１２）によって、浄化されるべきガス流内に含まれた酸素の濃度が検知される、請求項１または２記載の装置。
4. フィルタボディ（２）がフロント側から流れを受けるようにチャンバ（１）がガス流内に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. フィルタボディ（２）を負荷する加熱装置（５）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. ガスセンサ（４，１２）と作用接続しているコンビュータ‐評価装置ユニット（１５）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. ガス流を浄化するために役立つフィルタの機能不全を検知するための方法において、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置を使用して、ガスセンサ（４，１２）によって受け取られた測定値間の相関関係を提供し、この相関関係に基づいてフィルタの機能不全を検知することを特徴とする、フィルタの機能不全を検知するための方法。
8. センサ（４，１２）の測定の周波数特性および周波数分布（周波数スペクトル）を所定の時間にわたり記録し、かつ互いに関係づける、請求項７記載の方法。

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