JP6417780B2 - Sensor - Google Patents

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Description

本発明は、センサに関し、特に、排気ガス中に含まれる粒子状物質(以下、PMという)を検出するPMセンサに関する。   The present invention relates to a sensor, and more particularly to a PM sensor that detects particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in exhaust gas.

従来、内燃機関から排出される排気ガス中のPMを検出するセンサとして、電気抵抗型PMセンサが知られている。一般的に、電気抵抗型PMセンサは、絶縁性基板の表面に一対の導電性電極を対向配置し、これら電極に付着する導電性のPM(主に、スート成分)によって電気抵抗値が変化することを利用してPM量を推定している(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, an electrical resistance type PM sensor is known as a sensor for detecting PM in exhaust gas discharged from an internal combustion engine. In general, an electrical resistance type PM sensor has a pair of conductive electrodes opposed to each other on the surface of an insulating substrate, and the electrical resistance value varies depending on the conductive PM (mainly soot component) adhering to these electrodes. This is used to estimate the PM amount (see, for example, Patent Document 1).

特開2012−83210号公報JP2012-83210A

ところで、電気抵抗型PMセンサは、各電極にPMを付着させる簡素な構造のため、特に排気流量が多くなる運転状態では、電極に付着したPMの一部が離脱する可能性があり、推定精度を担保できない課題がある。また、電極間の電気抵抗値はPMの堆積によって電極が互いに繋がるまで変化を示さないため、電極がPMで繋がるまでの期間はPM量を正確に推定できない課題がある。さらに、電極間に堆積したPMを電気ヒータで燃焼除去する再生期間も電極間の電気抵抗値が変化を示さないため、当該再生期間もPM量を推定できない課題がある。   By the way, since the electric resistance type PM sensor has a simple structure in which PM is adhered to each electrode, there is a possibility that a part of the PM adhering to the electrode may be detached particularly in an operation state in which the exhaust flow rate increases. There is a problem that cannot be guaranteed. Further, since the electrical resistance value between the electrodes does not change until the electrodes are connected to each other due to the deposition of PM, there is a problem that the amount of PM cannot be accurately estimated during the period until the electrodes are connected by PM. Furthermore, since the electrical resistance value between the electrodes does not change during the regeneration period in which PM accumulated between the electrodes is burned and removed by the electric heater, there is a problem that the amount of PM cannot be estimated during the regeneration period.

このため、電気抵抗型PMセンサでは、エンジンから排出されるPM量を連続的に推定することはできず、その用途はディーゼル・パティキュレイト・フィルタ(以下、DPFという)よりも下流側で故障をオンボードで診断するものに限定される。   For this reason, the electric resistance type PM sensor cannot continuously estimate the amount of PM discharged from the engine, and its use is failed downstream of the diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF). Are limited to those diagnosed on board.

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、排気ガス中に含まれるPM量を連続的に推定することができるセンサを提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a point, The objective is to provide the sensor which can estimate PM amount contained in exhaust gas continuously.

開示のセンサは、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含む多孔質性のフィルタ部材と、前記セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極部材と、前記セルに粒子状物質が所定量まで堆積すると、前記セルを加熱して当該堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を実行する再生手段と、前記再生手段によるフィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル期間は前記一対の電極部材間の静電容量変化量に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定すると共に、前記再生手段によるフィルタ再生期間は前記内燃機関の運転状態に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定する推定手段とを備える。   The disclosed sensor includes at least a pair of a porous filter member including a plurality of cells that collect particulate matter in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and a capacitor that is disposed so as to face the cell. When the particulate matter is deposited up to a predetermined amount in the cell, the regeneration means for performing regeneration of the filter by heating the cell to burn and remove the deposited particulate matter, and completion of filter regeneration by the regeneration means The regeneration interval period from the start to the next filter regeneration is to estimate the amount of particulate matter contained in the exhaust gas based on the capacitance change amount between the pair of electrode members, and the filter regeneration period by the regeneration means is Estimation means for estimating the amount of particulate matter contained in the exhaust gas based on the operating state of the internal combustion engine.

開示のセンサによれば、排気ガス中に含まれるPM量を連続的に推定することができる。   According to the disclosed sensor, the amount of PM contained in exhaust gas can be continuously estimated.

第一実施形態のPMセンサが適用された吸排気系の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the intake / exhaust system to which PM sensor of 1st embodiment was applied. 第一実施形態のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing PM sensor of a first embodiment. 第一実施形態に係るフィルタ再生及び、PM量の積算を説明するタイミングチャート図である。FIG. 5 is a timing chart illustrating filter regeneration and PM amount integration according to the first embodiment. 第二実施形態のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing PM sensor of a second embodiment. (A)は、第三実施形態に係るPMセンサの模式的な斜視図、(B)は、第三実施形態に係るPMセンサの模式的な分解斜視図である。(A) is a schematic perspective view of a PM sensor according to the third embodiment, and (B) is a schematic exploded perspective view of the PM sensor according to the third embodiment. 他の実施形態のPMセンサが適用された排気系の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the exhaust system to which PM sensor of other embodiment was applied. 他の実施形態のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing PM sensor of other embodiments.

以下、添付図面に基づいて、本発明の各実施形態に係るPMセンサを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, based on an accompanying drawing, PM sensor concerning each embodiment of the present invention is explained. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

[第一実施形態]
図1は、第一実施形態のPMセンサ10Aが適用されたディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)100の吸排気系の一例を示す概略構成図である。吸気管120には、吸気上流側から順に、エアクリーナ120、MAFセンサ130、インタークーラ121、吸気温度センサ131、吸気酸素濃度センサ132、ブースト圧センサ133等が設けられている。排気管110には、排気上流側から順に、排気酸素濃度センサ134、空燃比センサ135、排気温度センサ136、酸化触媒210、DPF220、NOx浄化触媒230等が設けられている。本実施形態のPMセンサ10Aは、例えば、DPF220よりも上流側の排気管110又は、DPF220よりも下流側の排気管110の何れに設けてもよい。なお、図1中において、符号137はエンジン回転数センサ、符号138はアクセル開度センサ、符号40はコントロールユニットをそれぞれ示している。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an intake and exhaust system of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 100 to which the PM sensor 10A of the first embodiment is applied. In the intake pipe 120, an air cleaner 120, a MAF sensor 130, an intercooler 121, an intake air temperature sensor 131, an intake oxygen concentration sensor 132, a boost pressure sensor 133, and the like are provided in this order from the intake upstream side. The exhaust pipe 110 is provided with an exhaust oxygen concentration sensor 134, an air-fuel ratio sensor 135, an exhaust temperature sensor 136, an oxidation catalyst 210, a DPF 220, a NOx purification catalyst 230, and the like in order from the exhaust upstream side. The PM sensor 10 </ b> A of the present embodiment may be provided, for example, in either the exhaust pipe 110 upstream of the DPF 220 or the exhaust pipe 110 downstream of the DPF 220. In FIG. 1, reference numeral 137 denotes an engine speed sensor, reference numeral 138 denotes an accelerator opening sensor, and reference numeral 40 denotes a control unit.

次に、図2に基づいて第一実施形態に係るPMセンサ10Aの詳細構成について説明する。   Next, a detailed configuration of the PM sensor 10A according to the first embodiment will be described based on FIG.

PMセンサ10Aは、排気管110内に挿入されたケース部材11と、ケース部材11を排気管110に取り付ける台座部20と、ケース部材11内に収容されたセンサ部30と、コントロールユニット40とを備えている。   The PM sensor 10 </ b> A includes a case member 11 inserted into the exhaust pipe 110, a pedestal portion 20 for attaching the case member 11 to the exhaust pipe 110, a sensor unit 30 accommodated in the case member 11, and a control unit 40. I have.

ケース部材11は、底部側(図示例では下端側)を閉塞した有底円筒状に形成されている。ケース部材11の筒軸方向の長さLは、その底部側の筒壁部が排気管110の軸中心CL近傍まで突出するように、排気管110の半径Rと略同一の長さで形成されている。なお、以下の説明では、ケース部材11の底部側を先端側、底部側とは反対側をケース部材11の基端側とする。   The case member 11 is formed in a bottomed cylindrical shape with the bottom side (the lower end side in the illustrated example) closed. The length L in the cylinder axis direction of the case member 11 is formed to be substantially the same as the radius R of the exhaust pipe 110 so that the bottom cylindrical wall portion protrudes to the vicinity of the axial center CL of the exhaust pipe 110. ing. In the following description, the bottom side of the case member 11 is the front end side, and the side opposite to the bottom side is the base end side of the case member 11.

ケース部材11の先端側筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の導入口12が設けられている。また、ケース部材11の基端側筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の導出口13が設けられている。導入口12の総開口面積S12は、導出口13の総開口面積S13よりも小さく形成されている(S12<S13)。すなわち、導入口12付近の排気流速V12が導出口13付近の排気流速V13よりも遅くなることで(V12<V13)、導入口12側の圧力P12は導出口13側の圧力P13よりも高くなる(P12>P13)。これにより、導入口12からはケース部材11内に排気ガスが円滑に取り込まれると同時に、導出口13からはケース部材11内の排気ガスが排気管110内に円滑に導出される。 A plurality of inlets 12 arranged at intervals in the circumferential direction are provided in the cylindrical wall portion on the distal end side of the case member 11. In addition, a plurality of outlets 13 arranged at intervals in the circumferential direction are provided in the base end side cylindrical wall portion of the case member 11. The total opening area S 12 of the inlet 12 is smaller than the total opening area S 13 of the outlet 13 (S 12 <S 13) . That is, in the exhaust flow velocity V 12 of the inlet 12 near slower than the exhaust flow velocity V 13 near guide outlet 13 (V 12 <V 13), the pressure P 12 in the inlet 12 side pressure outlet 13 side It is higher than the P 13 (P 12> P 13 ). As a result, exhaust gas is smoothly taken into the case member 11 from the inlet 12, and at the same time, exhaust gas in the case member 11 is smoothly led out into the exhaust pipe 110 from the outlet 13.

台座部20は、雄ネジ部21と、ナット部22とを備えている。雄ネジ部21はケース部材11の基端部に設けられており、ケース部材11の基端側開口部を閉塞する。この雄ネジ部21は、排気管110に形成されたボス部110Aの雌ネジ部と螺合される。ナット部22は、例えば六角ナットであって、雄ネジ部21の上端部に固定されている。これら雄ネジ部21及びナット部22には、後述する導電線32A,33A等を挿通させる貫通孔(不図示)が形成されている。   The pedestal portion 20 includes a male screw portion 21 and a nut portion 22. The male screw portion 21 is provided at the base end portion of the case member 11 and closes the base end side opening of the case member 11. The male screw portion 21 is screwed with a female screw portion of a boss portion 110 </ b> A formed in the exhaust pipe 110. The nut portion 22 is, for example, a hexagonal nut, and is fixed to the upper end portion of the male screw portion 21. The male screw portion 21 and the nut portion 22 are formed with through holes (not shown) through which conductive wires 32A, 33A described later are inserted.

センサ部30は、フィルタ部材31と、複数対の電極32,33と、電気ヒータ34とを備えている。   The sensor unit 30 includes a filter member 31, a plurality of pairs of electrodes 32 and 33, and an electric heater 34.

フィルタ部材31は、例えば、多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。このフィルタ部材31は、セルの流路方向をケース部材11の軸方向(図中上下方向)と略平行にした状態で、ケース部材11の内周面にクッション部材31Aを介して保持されている。導入口12からケース部材11内に取り込まれた排気ガス中のPMは、排気ガスが下流側を目封止されたセルから上流側を目封止されたセルに流れ込むことで、隔壁表面や細孔に捕集される。なお、以下の説明では、下流側が目封止されたセルを測定用セルといい、上流側が目封止されたセルを電極用セルという。   The filter member 31 is formed, for example, by alternately plugging the upstream side and the downstream side of a plurality of cells forming a lattice-like exhaust flow path partitioned by porous ceramic partition walls. The filter member 31 is held on the inner peripheral surface of the case member 11 via a cushion member 31A in a state in which the flow path direction of the cell is substantially parallel to the axial direction of the case member 11 (vertical direction in the drawing). . The PM in the exhaust gas taken into the case member 11 from the introduction port 12 flows from the cell plugged on the downstream side into the cell plugged on the upstream side, so that the surface of the partition wall It is collected in the hole. In the following description, a cell whose downstream side is plugged is referred to as a measurement cell, and a cell whose upstream side is plugged is referred to as an electrode cell.

電極32,33は、例えば導電性の金属線であって、測定用セルを挟んで対向する電極用セルに下流側(非目封止側)から交互に挿入されてコンデンサを形成する。これら電極32,33は、コントロールユニット40に内蔵された図示しない静電容量検出回路に導電線32A,33Aを介してそれぞれ接続されている。   The electrodes 32 and 33 are, for example, conductive metal wires, and are alternately inserted from the downstream side (non-plugged side) into the electrode cells facing each other across the measurement cell to form a capacitor. These electrodes 32 and 33 are connected to a capacitance detection circuit (not shown) built in the control unit 40 via conductive lines 32A and 33A, respectively.

電気ヒータ34は、本発明の再生手段の一例であって、例えば電熱線等で形成されている。この電気ヒータ34は、通電により発熱して測定用セルを加熱することで、測定用セル内に堆積したPMを燃焼除去するいわゆるフィルタ再生を実行する。このため、電気ヒータ34は、好ましくは、連続S字形に屈曲して形成されており、互いに平行な直線部分を各測定用セル内に流路に沿って挿入されている。   The electric heater 34 is an example of the regenerating unit of the present invention, and is formed of, for example, a heating wire. The electric heater 34 generates heat by energization and heats the measurement cell, thereby performing so-called filter regeneration for burning and removing PM accumulated in the measurement cell. For this reason, the electric heater 34 is preferably formed by being bent into a continuous S-shape, and straight portions parallel to each other are inserted into each measurement cell along the flow path.

コントロールユニット40は、各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、コントロールユニット40は、フィルタ再生制御部41と、第1PM量推定部42と、第2PM量推定部43と、総PM量演算部44とを各機能要素として備えている。これら機能要素は、一体のハードウェアであるコントロールユニット40に含まれるものとして説明するが、別体のハードウェアに設けることもできる。   The control unit 40 performs various controls, and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like. In addition, the control unit 40 includes a filter regeneration control unit 41, a first PM amount estimation unit 42, a second PM amount estimation unit 43, and a total PM amount calculation unit 44 as functional elements. These functional elements are described as being included in the control unit 40 that is an integral piece of hardware, but may be provided in separate hardware.

フィルタ再生制御部41は、本発明の再生手段の一例であって、静電容量検出回路(不図示)によって検出される各電極32,33間の静電容量Cpに応じて電気ヒータ34をON(通電)にするフィルタ再生制御を実行する。電極32,33間の静電容量Cpは、電極32,33間の媒体の誘電率ε、電極32,33の表面積S、電極32,33間の距離dとする以下の数式(1)で表される。   The filter regeneration control unit 41 is an example of a regeneration unit of the present invention, and turns on the electric heater 34 in accordance with the capacitance Cp between the electrodes 32 and 33 detected by a capacitance detection circuit (not shown). The filter regeneration control to be (energized) is executed. The capacitance Cp between the electrodes 32 and 33 is expressed by the following mathematical formula (1), where the dielectric constant ε of the medium between the electrodes 32 and 33, the surface area S of the electrodes 32 and 33, and the distance d between the electrodes 32 and 33 are expressed. Is done.

Figure 0006417780
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数式(1)において、電極32,33の表面積Sは一定であり、測定用セルに捕集されたPMによって誘電率ε及び距離dが変化すると、これに伴い静電容量Cpも変化する。すなわち、電極32,33間の静電容量Cpとフィルタ部材31のPM堆積量との間には比例関係が成立する。フィルタ再生制御部41は、図3に示すように、電極32,33の静電容量CpがPM上限堆積量を示す所定の静電容量上限閾値CP_maxに達すると、電気ヒータ34をONにするフィルタ再生を開始する。このフィルタ再生は、静電容量CpがPMの完全除去を示す所定の静電容量下限閾値CP_minに低下するまで継続される。 In the formula (1), the surface areas S of the electrodes 32 and 33 are constant, and when the dielectric constant ε and the distance d change due to PM collected in the measurement cell, the capacitance Cp also changes accordingly. That is, a proportional relationship is established between the capacitance Cp between the electrodes 32 and 33 and the amount of PM deposited on the filter member 31. As shown in FIG. 3, the filter regeneration control unit 41 turns on the electric heater 34 when the capacitance Cp of the electrodes 32 and 33 reaches a predetermined capacitance upper limit threshold C P_max indicating the PM upper limit deposition amount. Start filter playback. This filter regeneration is continued until the capacitance Cp falls to a predetermined capacitance lower limit threshold C P_min that indicates complete removal of PM.

第1PM量推定部42は、本発明の推定手段の一例であって、フィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル期間にフィルタ部材31で捕集されるPM量(以下、インターバル期間PM量mPM_Int_nと称する)を電極32,33間の静電容量変化量ΔCpnに基づいて推定演算する(図3参照)。より詳しくは、この第1PM量推定部42は、再生インターバル期間に静電容量検出回路(不図示)によって検出される電極32,33間の静電容量変化量ΔCpnに一次の係数βを乗算する以下の数式(2)に基づいて、インターバル期間PM量mPM_Int_nを順次演算する。 The first PM amount estimation unit 42 is an example of the estimation means of the present invention, and the amount of PM collected by the filter member 31 during the regeneration interval period from the end of the filter regeneration to the start of the next filter regeneration (hereinafter, the interval period PM estimation computed based on referred to as quantity m PM_Int_n) the capacitance change amount [Delta] Cp n between the electrodes 32 and 33 (see FIG. 3). More specifically, the first 1PM amount estimation unit 42 multiplies a first coefficient β to the variation amount of capacitance [Delta] Cp n between the electrodes 32 and 33 which are detected by the electrostatic capacitance detection circuit (not shown) to the regeneration interval duration Based on the following formula (2), the interval period PM amount m PM_Int_n is sequentially calculated.

Figure 0006417780
Figure 0006417780

第1PM量推定部42によって演算されるインターバル期間PM量mPM_Int_nは、後述する総PM量演算部44に順次出力される。 The interval period PM amount m PM_Int_n calculated by the first PM amount estimating unit 42 is sequentially output to a total PM amount calculating unit 44 described later.

第2PM量推定部43は、本発明の推定手段の一例であって、フィルタ再生実行期間にフィルタ部材31で捕集されるPM量(以下、再生期間PM量mPM_Reg_nと称する)をエンジン100の運転状態に基づいて推定演算する(図3参照)。より詳しくは、第2PM量推定部43は、例えば、各種センサ130〜139類で検出される吸気流量、酸素濃度、空燃比、排気温度、エンジン回転数、アクセル開度等を入力信号として含むモデル式を用いて、再生期間PM量mPM_Reg_nを順次演算する。第2PM量推定部43によって演算される再生期間PM量mPM_Reg_nは、後述する総PM量演算部44に順次出力される。なお、再生期間PM量mPM_Reg_nの演算はモデル式に限定されず、予め実験等により作成したエンジン回転数及びアクセル開度等に基づいて参照されるマップ(不図示)を用いてもよい。 The second PM amount estimating unit 43 is an example of the estimating means of the present invention, and the PM amount collected by the filter member 31 during the filter regeneration execution period (hereinafter referred to as regeneration period PM amount m PM_Reg_n ) of the engine 100. An estimation calculation is performed based on the operating state (see FIG. 3). More specifically, the second PM amount estimating unit 43 includes, for example, an intake flow rate, an oxygen concentration, an air-fuel ratio, an exhaust temperature, an engine speed, an accelerator opening, and the like detected by various sensors 130 to 139 as input signals. The regeneration period PM amount m PM_Reg_n is sequentially calculated using the equation. The regeneration period PM amount m PM_Reg_n calculated by the second PM amount estimating unit 43 is sequentially output to the total PM amount calculating unit 44 described later. The calculation of the regeneration period PM amount m PM_Reg_n is not limited to the model formula, and a map (not shown) that is referred to based on the engine speed, the accelerator opening, and the like created in advance by experiments or the like may be used.

総PM量演算部44は、本発明の推定手段の一例であって、第1PM量推定部42から入力されるインターバル期間PM量mPM_Int_nと、第2PM量推定部43から入力される再生期間PM量mPM_Reg_nとを交互に順次積算する以下の数式(3)に基づいて、エンジン100から排出される排気ガス中の総PM量mPM_sumをリアルタイムに演算する。 The total PM amount calculation unit 44 is an example of the estimation means of the present invention, and the interval period PM amount m PM_Int_n input from the first PM amount estimation unit 42 and the regeneration period PM input from the second PM amount estimation unit 43. The total PM amount m PM_sum in the exhaust gas discharged from the engine 100 is calculated in real time on the basis of the following formula (3) in which the amount m PM_Reg_n is alternately and sequentially integrated.

Figure 0006417780
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このように、本実施形態では、再生インターバル期間Int_nは電気抵抗値よりも感度が良好な静電容量変化量ΔCpnに基づいてインターバルPM量mPM_Int_nを演算すると共に、フィルタ再生期間Reg_nは予め作成したモデル式等に基づいて再生期間PM量mPM_Reg_nを演算し、これらを順次積算することで、エンジン100から排出される排気ガス中のPM量をリアルタイム且つ高精度に推定することが可能になる。 Thus, in this embodiment, while calculating the interval PM amount m PM_Int_n based on the reproduction interval period Int _n sensitivity good capacitance variation [Delta] Cp n than the electric resistance value, the filter regeneration duration Reg _n is It is possible to estimate the PM amount in the exhaust gas discharged from the engine 100 in real time and with high accuracy by calculating the regeneration period PM amount m PM_Reg_n based on a model formula or the like created in advance and sequentially integrating these. become.

次に、本実施形態に係るPMセンサ10Aの作用効果を説明する。   Next, the function and effect of the PM sensor 10A according to this embodiment will be described.

電極間の電気抵抗値に基づいてPM量を推定する電気抵抗型PMセンサでは、電極の再生期間及び、各電極がPMによって互いに繋がるまでの期間は電気抵抗値が変化を示さないため、排気ガス中のPM量をリアルタイムに推定できない課題がある。   In an electrical resistance PM sensor that estimates the amount of PM based on the electrical resistance value between the electrodes, the electrical resistance value does not change during the electrode regeneration period and the period until each electrode is connected to each other by PM. There is a problem that the amount of PM inside cannot be estimated in real time.

これに対し、本実施形態のPMセンサ10Aは、再生インターバル期間は感度の良好な電極32,33間の静電容量変化量に基づいてPM量を推定し、フィルタ再生期間はエンジン100の運転状態に基づいてPM量を推定し、これら推定したPM量を順次積算することで、排気ガス中のPM量を演算するように構成されている。したがって、本実施形態のPMセンサ10Aによれば、エンジン100から排出される排気ガス中のPM量を高精度且つリアルタイムに推定することができる。   In contrast, the PM sensor 10A of the present embodiment estimates the PM amount based on the capacitance change amount between the electrodes 32 and 33 having good sensitivity during the regeneration interval period, and the operating state of the engine 100 during the filter regeneration period. The PM amount in the exhaust gas is calculated by estimating the PM amount based on the above and sequentially integrating the estimated PM amount. Therefore, according to the PM sensor 10A of the present embodiment, the PM amount in the exhaust gas discharged from the engine 100 can be estimated with high accuracy and in real time.

また、各電極にPMを付着させる電気抵抗型PMセンサでは、例えば、排気流量が多くなる運転状態でPMの一部が電極から離脱する可能性があり、PM量の推定精度を担保できない課題がある。これに対し、本実施形態のPMセンサ10Aは、排気ガス中のPMをフィルタ部材31で確実に捕集するように構成されている。したがって、本実施形態のPMセンサ10Aによれば、排気流量が多くなる運転状態においてもPM量の推定精度を効果的に確保することができる。   In addition, in the electric resistance type PM sensor that attaches PM to each electrode, for example, there is a possibility that a part of the PM may be detached from the electrode in an operation state in which the exhaust gas flow rate increases, and there is a problem that the estimation accuracy of the PM amount cannot be ensured. is there. In contrast, the PM sensor 10 </ b> A of the present embodiment is configured to reliably collect PM in the exhaust gas by the filter member 31. Therefore, according to the PM sensor 10A of the present embodiment, it is possible to effectively ensure the estimation accuracy of the PM amount even in an operation state in which the exhaust gas flow rate increases.

また、本実施形態のPMセンサ10Aでは、センサ部30を収容したケース部材11は、その先端部を排気管110内で排気流速が最も速い軸中心CL近傍まで突出させている。このケース部材11の先端側筒壁部には、ケース部材11内に排気ガスを取り込む導入口12が設けられている。また、ケース部材11の基端側筒壁部には、導入口12よりも開口面積を大きく形成した導出口13が設けられている。すなわち、本実施形態のPMセンサ10Aによれば、導入口12を排気流速が速い排気管110の軸中心CL近傍に配置し、導出口13の開口面積を大きくしたことで、導入口12と導出口13との静圧差を大きく確保することが可能となり、センサ部30を通過する排気ガスの流れを効果的に促進させることができる。   Further, in the PM sensor 10A of the present embodiment, the case member 11 that houses the sensor unit 30 has its tip projecting to the vicinity of the axis center CL where the exhaust gas flow velocity is the fastest in the exhaust pipe 110. An inlet 12 that takes in exhaust gas into the case member 11 is provided in the cylindrical wall portion on the distal end side of the case member 11. In addition, a outlet port 13 having an opening area larger than that of the inlet 12 is provided in the base end side cylindrical wall portion of the case member 11. That is, according to the PM sensor 10A of the present embodiment, the introduction port 12 is disposed in the vicinity of the axial center CL of the exhaust pipe 110 having a high exhaust flow rate, and the opening area of the outlet port 13 is increased, so that the introduction port 12 and the introduction port 12 are guided. A large static pressure difference from the outlet 13 can be secured, and the flow of exhaust gas passing through the sensor unit 30 can be effectively promoted.

[第二実施形態]
次に、図4に基づいて、第二実施形態に係るPMセンサ10Bの詳細について説明する。第二実施形態のPMセンサ10Bは、第一実施形態のPMセンサ10Aにおいて、ケース部材11を二重管構造にしたものである。他の構成要素については同一構造となるため、詳細な説明は省略する。また、導電線32A,33Aやコントロールユニット40については図示を省略している。
[Second Embodiment]
Next, based on FIG. 4, the detail of PM sensor 10B which concerns on 2nd embodiment is demonstrated. The PM sensor 10B of the second embodiment is a PM sensor 10A of the first embodiment in which the case member 11 has a double tube structure. Since other components have the same structure, detailed description thereof is omitted. Further, the conductive lines 32A and 33A and the control unit 40 are not shown.

第二実施形態のケース部材11は、有底円筒状の内側ケース部11Aと、内側ケース部11Aの円筒外周面を囲む円筒状の外側ケース部11Bとを備えている。   The case member 11 of the second embodiment includes a bottomed cylindrical inner case portion 11A and a cylindrical outer case portion 11B that surrounds a cylindrical outer peripheral surface of the inner case portion 11A.

内側ケース部11Aは、先端側が外側ケース部11Bよりも突出するように、その軸方向長さを外側ケース部11Bよりも長く形成されている。また、内側ケース部11Aの底部には、内側ケース部11A内の排気ガスを排気管110内に導出する導出口13が設けられている。さらに、内側ケース部11Aの基端側の筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の通過口14が設けられている。この通過口14は、内側ケース部11Aの外周面と外側ケース部11Bの内周面とで区画された流路15内の排気ガスを内側ケース部11A内に通過させる。   The inner case portion 11A is formed to have a longer axial length than the outer case portion 11B so that the tip side protrudes from the outer case portion 11B. In addition, at the bottom of the inner case portion 11A, a lead-out port 13 for leading the exhaust gas in the inner case portion 11A into the exhaust pipe 110 is provided. Furthermore, a plurality of passage openings 14 are provided in the cylindrical wall portion on the proximal end side of the inner case portion 11A and arranged at intervals in the circumferential direction. The passage port 14 allows the exhaust gas in the flow path 15 defined by the outer peripheral surface of the inner case portion 11A and the inner peripheral surface of the outer case portion 11B to pass through the inner case portion 11A.

流路15の下流端には、内側ケース部11Aの先端側筒壁部と外側ケース部11Bの先端部とにより区画された円環状の導入口12が形成されている。導入口12の開口面積S12は、導出口13の開口面積S13よりも小さく形成されている(S12<S13)。 At the downstream end of the flow path 15, an annular introduction port 12 is formed that is partitioned by the distal end side cylindrical wall portion of the inner case portion 11 </ b> A and the distal end portion of the outer case portion 11 </ b> B. The opening area S 12 of the inlet 12 is formed smaller than the opening area S 13 of the outlet 13 (S 12 <S 13 ).

すなわち、排気管110を流れる排気ガスは、外側ケース部11Bよりも突出した内側ケース部11Aの筒壁面に当たり、排気管110の軸中心CL近傍に配置された導入口12から流路15内に円滑に取り込まれる。さらに、流路15内を流れる排気ガスは、通過口14から内側ケース部11Aに取り込まれ、フィルタ部材31を通過した後に、排気管110の軸中心CL近傍に配置された導出口13から排気管110内に円滑に導出されるようになっている。このように、第二実施形態のPMセンサ10Bでは、導入口12と導出口13とを、排気管110内で排気流速が最も速くなる軸中心CL近傍に配置したことで、フィルタ部材31を通過する排気流量を効果的に高めることが可能になる。   That is, the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 110 hits the cylindrical wall surface of the inner case portion 11A protruding from the outer case portion 11B, and smoothly enters the flow path 15 from the inlet 12 disposed in the vicinity of the axial center CL of the exhaust pipe 110. Is taken in. Further, the exhaust gas flowing in the flow path 15 is taken into the inner case portion 11A from the passage port 14, passes through the filter member 31, and then is exhausted from the outlet port 13 disposed in the vicinity of the axial center CL of the exhaust pipe 110. 110 is smoothly led out. As described above, in the PM sensor 10B of the second embodiment, the inlet 12 and the outlet 13 are disposed in the vicinity of the axial center CL where the exhaust flow velocity is the fastest in the exhaust pipe 110, thereby passing through the filter member 31. It is possible to effectively increase the exhaust flow rate.

[第三実施形態]
次に、図5に基づいて、第三実施形態に係るPMセンサの詳細について説明する。第三実施形態のPMセンサは、第一実施形態のセンサ部30を積層タイプにしたものである。他の構成要素については同一構造となるため、詳細な説明及び図示は省略する。
[Third embodiment]
Next, the details of the PM sensor according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The PM sensor of the third embodiment is a stacked type of the sensor unit 30 of the first embodiment. Since other components have the same structure, detailed description and illustration are omitted.

図5(A)は、第三実施形態のセンサ部60の斜視図、図5(B)はセンサ部60の分解斜視図をそれぞれ示している。センサ部60は、複数のフィルタ層61と、複数枚の第1及び第2電極板62,63とを備えている。   5A is a perspective view of the sensor unit 60 according to the third embodiment, and FIG. 5B is an exploded perspective view of the sensor unit 60. The sensor unit 60 includes a plurality of filter layers 61 and a plurality of first and second electrode plates 62 and 63.

フィルタ層61は、例えば、多孔質セラミックス等の隔壁で区画されて排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止し、これらセルを一方向に並列に配置した直方体状に形成されている。排気ガス中に含まれるPMは、図5(B)中に破線矢印で示すように、排気ガスが下流側を目封止されたセルC1から上流側を目封止されたセルC2に流れ込むことで、セルC1の隔壁表面や細孔に捕集される。なお、以下の説明では、セル流路方向をセンサ部60の長さ方向(図5(A)中の矢印L)とし、セル流路方向と直交する方向をセンサ部60の幅方向(図5(A)中の矢印W)とする。   The filter layer 61 is, for example, plugged alternately upstream and downstream of a plurality of cells that are partitioned by partition walls such as porous ceramics to form an exhaust passage, and these cells are arranged in parallel in one direction. It is formed in a rectangular parallelepiped shape. The PM contained in the exhaust gas flows into the cell C2 whose upstream side is plugged from the cell C1 whose downstream side is plugged, as indicated by a broken line arrow in FIG. 5B. Thus, it is collected on the partition wall surface and pores of the cell C1. In the following description, the cell flow path direction is the length direction of the sensor section 60 (arrow L in FIG. 5A), and the direction orthogonal to the cell flow path direction is the width direction of the sensor section 60 (FIG. 5). (A) Arrow W).

第1及び第2電極板62,63は、例えば、平板状の導電性部材であって、その長さ方向L及び幅方向Wの外形寸法をフィルタ層61と略同一に形成されている。これら第1及び第2電極板62,63は、フィルタ層61を挟んで交互に積層されると共に、導電線62A,63Aを介してコントロールユニット40に内蔵された図示しない静電容量検出回路にそれぞれ接続されている。   The first and second electrode plates 62 and 63 are, for example, plate-like conductive members, and are formed so that the outer dimensions in the length direction L and the width direction W are substantially the same as those of the filter layer 61. The first and second electrode plates 62 and 63 are alternately stacked with the filter layer 61 interposed therebetween, and are respectively connected to a capacitance detection circuit (not shown) built in the control unit 40 via the conductive lines 62A and 63A. It is connected.

すなわち、第1電極板62と第2電極板63とを対向配置し、これら電極板62,63間にフィルタ層61を挟持させたことで、セルC1全体がコンデンサを形成するようになっている。このように、第三実施形態のPMセンサでは、平板状の電極板62,63によりセルC1全体をコンデンサにしたことで、電極表面積Sを効果的に確保することが可能となり、検出可能な静電容量絶対値を高めることが可能になる。また、電極間距離dがセルピッチとなり均一化されることで、初期静電容量のバラツキを効果的に抑制することができる。   That is, the first electrode plate 62 and the second electrode plate 63 are disposed to face each other, and the filter layer 61 is sandwiched between the electrode plates 62 and 63, so that the entire cell C1 forms a capacitor. . As described above, in the PM sensor according to the third embodiment, since the entire cell C1 is a capacitor by the flat electrode plates 62 and 63, the electrode surface area S can be effectively secured, and a detectable static It becomes possible to increase the absolute value of the capacitance. Further, since the inter-electrode distance d becomes the cell pitch and is made uniform, variations in the initial capacitance can be effectively suppressed.

なお、セルC1に堆積したPMを燃焼除去する場合は、電極板62,63に電圧を直接印加するか、あるいは、フィルタ層61と電極板62,63との間に図示しないヒータ基板等を介設すればよい。   When the PM accumulated in the cell C1 is burned and removed, a voltage is directly applied to the electrode plates 62 and 63, or a heater substrate (not shown) is interposed between the filter layer 61 and the electrode plates 62 and 63. Just set up.

[その他]
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
[Others]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.

例えば、図6に示すように、排気管110に酸化触媒210とDPF220との間から分岐してNOx浄化触媒230よりも上流側で合流するバイパス管190を接続し、第一実施形態のセンサ部30又は、第三実施形態のセンサ部60をバイパス管190内に配置して構成してもよい。   For example, as shown in FIG. 6, a bypass pipe 190 that branches from between the oxidation catalyst 210 and the DPF 220 and joins upstream of the NOx purification catalyst 230 is connected to the exhaust pipe 110, and the sensor unit of the first embodiment. 30 or the sensor unit 60 of the third embodiment may be arranged in the bypass pipe 190.

また、図7に示すように、第一実施形態(又は、第二実施形態)において、導入口12と導出口13との位置を入れ替えて、ケース部材11内に導入される排気ガスの流れを逆向きにしてもよい。この場合は、フィルタ部材31をケース部材11内に反転させて収容すればよい。   Further, as shown in FIG. 7, in the first embodiment (or the second embodiment), the positions of the inlet 12 and the outlet 13 are interchanged, and the flow of the exhaust gas introduced into the case member 11 is changed. The direction may be reversed. In this case, the filter member 31 may be stored in the case member 11 by being inverted.

10 PMセンサ
11 ケース部材
12 導入口
13 導出口
20 台座部
21 雄ネジ部
22 ナット部
30 センサ部
31 フィルタ部材
32,33 電極
34 電気ヒータ(再生手段)
40 コントロールユニット
41 フィルタ再生制御部(再生手段)
42 第1PM量推定部(推定手段)
43 第2PM量推定部(推定手段)
44 総PM量演算部(推定手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 PM sensor 11 Case member 12 Inlet port 13 Outlet port 20 Base part 21 Male screw part 22 Nut part 30 Sensor part 31 Filter member 32, 33 Electrode 34 Electric heater (regeneration means)
40 control unit 41 filter regeneration control unit (reproducing means)
42 1st PM amount estimation part (estimation means)
43 2nd PM amount estimating section (estimating means)
44 Total PM amount calculation unit (estimating means)

Claims (4)

内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含む多孔質性のフィルタ部材と、
前記セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極部材と、
前記セルに粒子状物質が所定量まで堆積すると、前記セルを加熱して当該堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を実行する再生手段と、
前記再生手段によるフィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル期間は前記一対の電極部材間の静電容量変化量に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定すると共に、前記再生手段によるフィルタ再生期間は前記内燃機関の運転状態に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定する推定手段と、を備える
ことを特徴とするセンサ。
A porous filter member including a plurality of cells that collect particulate matter in exhaust gas discharged from an internal combustion engine;
At least a pair of electrode members that are arranged opposite to each other with the cell interposed therebetween to form a capacitor;
When particulate matter is deposited in the cell up to a predetermined amount, regeneration means for performing filter regeneration for heating and removing the deposited particulate matter by heating the cell;
The regeneration interval period from the end of filter regeneration by the regeneration means to the start of the next filter regeneration estimates the amount of particulate matter contained in the exhaust gas based on the amount of change in capacitance between the pair of electrode members, and A sensor comprising: an estimation unit that estimates an amount of particulate matter contained in exhaust gas based on an operating state of the internal combustion engine during a filter regeneration period by the regeneration unit.
前記推定手段は、再生インターバル期間に前記一対の電極部材間の静電容量変化量に基づいて推定した粒子状物質量と、フィルタ再生期間に前記内燃機関の運転状態に基づいて推定した粒子状物質量とを順次積算することで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質量をリアルタイムに推定する
請求項1に記載のセンサ。
The estimating means includes a particulate matter amount estimated based on the variation amount of capacitance between the pair of electrode members to the reproduction interval period, the particulate matter that is estimated based on the operating state of the internal combustion engine in filter regeneration period The sensor according to claim 1, wherein the amount of particulate matter in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is estimated in real time by sequentially integrating the amount.
前記再生手段は、前記セル内に挿入されて通電により発熱する電熱線を含む
請求項1又は2に記載のセンサ。
The sensor according to claim 1, wherein the regeneration unit includes a heating wire that is inserted into the cell and generates heat when energized.
前記フィルタ部材が前記複数のセルを一方向に並列に配置したフィルタ層であり、前記一対の電極部材が前記フィルタ層を挟んで対向する平板状の第1及び第2電極板であり、前記再生手段が通電により発熱する平板状のヒータ基板を含み、当該ヒータ基板が前記第1電極板と前記フィルタ層との間又は、前記第2電極板と前記フィルタ層との間の何れかに介設される
請求項1又は2に記載のセンサ。
The filter member is a filter layer in which the plurality of cells are arranged in parallel in one direction, and the pair of electrode members are flat first and second electrode plates facing each other with the filter layer in between, and the regeneration The means includes a flat heater substrate that generates heat when energized, and the heater substrate is interposed between the first electrode plate and the filter layer or between the second electrode plate and the filter layer. The sensor according to claim 1 or 2.
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