CN103502588B - Pm传感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种PM传感器，能够检测DPF整体的平均PM堆积量，且能够确保对于检测为足够的大小的静电电容。该PM传感器(4)为，在通过由多孔质材料形成的壁(2)来包围纵横的四面的多个单元(3)被纵横地层叠、单元(3)的端面被纵横交替封闭而成的DPF(1)中，设置第一、第二电极(5、6)，通过由第一、第二电极(5、6)形成的电容器的静电电容来检测DPF(1)的PM堆积量，其中，在开放单元(3b)中、在对角方向排成一列的多个开放单元(3b)内插入第一电极，在包括从插入有第一电极(5)的各开放单元(3b)起为第二个相邻接的开放单元(3b)在内的、在对角方向排成一列的多个开放单元(3b)内插入第二电极(6)。

Description

PM传感器
技术领域
本发明涉及一种PM传感器，能够检测DPF整体的平均PM堆积量，且能够确保对于检测为足够的大小的静电电容。
背景技术
在搭载有柴油机等内燃机的车辆中，在从内燃机到大气的废气的排出流路上设置有柴油颗粒过滤器(以下称为DPF)，该DPF捕集粒子状物质(以下称为PM)。DPF是在由多孔质陶瓷形成的蜂窝细孔状的过滤器中临时捕集PM的部件。
当DPF所捕集的PM的量(以下称为PM堆积量)变多时，内燃机的排气压力上升，引起内燃机的特性降低，因此进行使所捕集的PM燃烧的处理。将该处理称为DPF再生。在DPF再生时，进行用于使排气温度上升的燃料喷射。当排气温度上升时，DPF升温，DPF所捕集的PM燃烧。
此时，当PM堆积量过多时，由于DPF再生时的热而DPF会损伤。为了在PM堆积量未变得过多之前进行DPF再生，需要正确地检测PM堆积量。
作为检测PM堆积量的PM传感器，已知一种PM传感器，在DPF上设置有两个电极，根据由两个电极形成的电容器的静电电容来检测PM堆积量。在该种PM传感器中，作为介质与导体的混合物的PM会在电极间堆积，因此相对于PM堆积量而静电电容线性地增大。
图8所示的现有的PM传感器81为，在圆柱状的DPF82的外周设置有形成为半圆筒状的两个电极83、84。两个电极83、84夹着DPF82而对置，因此由两个电极83、84形成的电容器的静电电容与DPF82整体的PM堆积量相对应地变化(专利文献1)。
图9所示的现有的PM传感器91为，在圆柱状的DPF92的外周设置有一个电极93，在比其靠内侧同心状地设置有另一个电极94。由两个电极93、94形成的电容器的静电电容与两个电极93、94所夹着的DPF92的一部分的PM堆积量相对应地变化(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-144630号公报
专利文献2：日本特开2011-012577号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，一般DPF收容在用于保护DPF的金属制的壳体中，该壳体安装在车体上。因此，在DPF的外周所设置的电极与壳体之间也形成电容器。
在图8的PM传感器81中，电极83、84与壳体85之间的距离显著短于两个电极83、84间的距离，因此由电极83、84和壳体85形成的电容器的静电电容显著大于由两个电极83、84形成的电容器的静电电容。并且，由电极83、84和壳体85形成的电容器的静电电容在热和机械方面都不稳定。结果，PM传感器81的电路成为由电极83、84和壳体85形成的电容器相对于由两个电极83、84形成的电容器并联连接的电路。在对于用于检测PM堆积量的电容器并联连接了与其相比静电电容显著大且不稳定的电容器的情况下，不能够正确地检测PM堆积量。
在图9的PM传感器91中，由于使外周的电极93与内侧的电极94之间的距离接近，因此由两个电极93、94形成的电容器的静电电容变大。但是，为此要将内侧的电极94配置到DPF92的外周附近，不能够检测比内侧的电极94更靠内侧的DPF92的一部分的PM堆积量。在仅对比内侧的电极94更靠外侧的DPF92的一部分检测PM堆积量的情况下，检测值有可能与DPF92整体的平均PM堆积量相背离。
因此，本发明的目的在于，提供一种PM传感器，解决上述课题，能够检测DPF整体的平均PM堆积量，且能够确保对于检测为足够的大小的静电电容。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的PM传感器为，在通过由多孔质材料形成的壁来包围纵横的四面的多个单元被纵横地层叠、上述单元的端面被纵横交替地封闭而成的柴油颗粒过滤器(以下称为DPF)中，设置有第一、第二电极，通过由上述第一、第二电极形成的电容器的静电电容来检测上述DPF的粒子状物质(以下称为PM)的堆积量，在该PM传感器中，在未封闭的单元(以下称为开放单元)中、在对角方向上排成一列的多个开放单元中插入上述第一电极，在包括从插入有上述第一电极的各开放单元起为第二个相邻接的开放单元在内的、在对角方向排成一列的多个开放单元中插入上述第二电极。
发明的效果
本发明发挥如下那样的优异效果。
(1)能够检测DPF整体的平均PM堆积量。
(2)能够确保对于检测为足够的大小的静电电容。
附图说明
图1是应用本发明的DPF的部分端面图。
图2是应用本发明的DPF的部分侧剖视图。
图3是安装有在实现本发明的过程中想到的PM传感器的DPF的部分端面图。
图4是图3的主要部分放大图。
图5是安装有本发明的PM传感器的DPF的部分端面图。
图6是安装有本发明的PM传感器的DPF的立体图。
图7是图5的主要部分放大图。
图8是现有的PM传感器的立体图。
图9是现有的PM传感器的立体图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的一个实施方式。
首先，作为本发明的基础，对DPF的构造和功能进行说明。
如图1所示，DPF1为，通过由多孔质材料形成的壁2包围了纵横的四面的多个单元3被纵横地层叠、且单元3的端面被纵横交替地封闭。在图中，用影线表示封闭。将所封闭的单元3称为封闭单元3a，将未封闭的单元3称为开放单元3b。如图示那样，封闭单元3a的纵向相邻的两个单元和横向相邻的两个单元为开放单元3b，开放单元3b的纵向相邻的两个单元和横向相邻的两个单元为封闭单元3a。另外，单元3的端面形状在此处成为正方形，但只要是长方形、平行四边形等能够连续排列的形状即可。
在一侧端面和相反侧端面，封闭和开放相反。即，一个单元3为，如果一侧端面被封闭、则相反侧端面必然为开放，如果一侧端面为开放、则相反侧端面必然被封闭。因而，同一个单元3如果从一侧观察则成为封闭单元3a，如果从相反侧观察则成为开放单元3b。
如图2所示，DPF1设置在废气的排出流路上，某个端面朝向上游，相反的端面朝向下游。在朝向上游的面，废气不流入封闭单元3a，而废气仅流入开放单元3b。流入了废气的开放单元3b为，在朝向下游的相反侧端面被封闭而成为封闭单元3a，因此废气穿过由多孔质材料形成的壁2而向相邻的封闭单元3a移动。相邻的封闭单元3a为，朝向下游的相反侧端面被开放而成为开放单元3b，因此废气从该开放单元3b流出。如此，在废气穿过壁2时，废气中的PM被吸附在由多孔质材料形成的壁2上。在图2中表示为流入一个开放单元3b的废气向邻接的两个封闭单元3a移动，但实际上流入一个开放单元3b的废气向纵横地邻接的四个封闭单元3a移动，因此PM被吸附在纵横四个壁2上。
本发明人在实现本发明的过程中，想到了图3所示的PM传感器4。该PM传感器4为，在DPF1中设置有第一、第二电极5、6，通过由第一、第二电极5、6形成的电容器的静电电容来检测DPF1的PM堆积量。
在PM传感器4中，在全部开放单元3b中、在对角方向排成一列的多个开放单元3b中插入第一电极5，在与插入有第一电极5的多个开放单元3b相邻接而在对角方向排成一列的多个开放单元3b中插入第二电极6。由于开放单元3b与封闭单元3a交替地配置，因此与开放单元3b相邻接的开放单元3b是指纵横地跳过一个封闭单元3a而相邻接的开放单元3b。
插入开放单元3b的电极5、6例如是金属线。在一列开放单元3b中插入的多个第一电极5彼此通过短路线7而短路。同样，在另一列开放单元3b中插入的多个第二电极6彼此通过另外的短路线8而短路。电极5、6从端面插入的深度是任意的，但插入越深则电极5、6的长度越长，有助于电极对置面积的增加。因而，例如优选为，电极5、6达到开放单元3b的相反侧端面的被封闭的部位附近。
电极5、6所插入的端面既可以是朝向废气的排出流路的上游的端面，也可以是朝向下游的端面，电极5、6被插入到相同的端面。
在图3的PM传感器4中，着眼于多个第一电极5中的一个电极P0。离电极P0最近的第二电极6为处于相对于第一电极5所形成的列交叉的对角线上的电极Q0，当设单元3的间距(纵横宽度)为b时，电极P0与电极Q0间的距离成为√2d。因而，通过电极P0和电极Q0形成电极间距离为√2d、具有与电极径成正比例的电极对置面积的电容器。离电极P0第二近的第二电极6为在第二电极6所形成的列上位于紧挨着电极Q0的位置的电极Q+1、Q-1，电极P0与电极Q±1之间的距离成为2d。通过电极P0和电极Q±1形成两个电极间距离为2d、具有与电极径成正比例的电极对置面积的电容器。同样，通过电极P0和第三个以后依次接近的多个第二电极6也分别形成电容器。将这些综合而成的由多个第一电极5和多个第二电极6形成的电容器，视为电极间距离为√2d、由具有规定的电极对置面积的两个电极板形成的平行平板电容器。
由多个第一电极5和多个第二电极6形成的电容器为，与现有的PM传感器81、91相比，电极间距离为√2d而较短，因此静电电容较大，而且电极5、6远离壳体，因此能够期待减少壳体带来的影响。
然而，在PM传感器4中，作为电极5、6而在开放单元3b中插入金属线，但所插入的金属线，为了确保对于DPF再生时的高温和车辆行驶时的机械振动的耐久性，而需要某种程度较粗的线径。在考虑壁2的厚度和间隙的同时，相对于单元3的间距d来决定尽量粗的线径。
图4进一步放大地表示DPF1的端面。
对于电极5、6所插入的开放单元3b中、电极P0、Q0的开放单元3b，用箭头表示从封闭单元3a穿过壁2而流入的废气的流动。该箭头是从端面观察在图2的侧截面中观察到的箭头时的箭头。但是，实际上废气从纵横四个封闭单元3a穿过纵横四个壁2而流入一个开放单元3b，但此处仅对位于由电极5、6形成的电容器的内侧(电极板间)的壁2示出箭头。如上述那样，在废气穿过壁2时，PM吸附在壁2上，因此PM堆积在电极P0、Q0间的壁2上。同样，废气也从纵横四个封闭单元3a流入未插入电极5、6的一般的开放单元R，PM堆积在纵横四个壁2上。
此时，电极P0、Q0的开放单元3b为，由于插入有电极5、6，因此作为流路而有效的截面积变小，与一般的开放单元R相比，废气的流量被制约而变少。当设废气中的PM含有量与场所无关而为均匀时，废气流量越少的场所则PM流动的量越少。因而，与一般的开放单元R的壁2相比，电极P0、Q0的开放单元3b的壁2的PM堆积量变少。该情况在所有插入有电极5、6的开放单元3b中是共通的。当在图3中观察时，由电极5、6形成的电容器的内侧的壁2，全部成为在图4中说明了的PM堆积量较少的壁2。相对于此，未插入电极5、6的全部开放单元3b都相当于在图4中说明了的一般的开放单元R，包围四方的所有壁2成为PM堆积量较多的壁2。
结果，由PM传感器4检测的PM堆积量，比开放单元R中的PM堆积量少，比DPF1整体的PM堆积量的平均少。
因此，本发明人为了能够检测DPF1整体的平均PM堆积量，对电极配置进行研究而实现了本发明。即，如图5所示，本发明的PM传感器9为，在未封闭的单元3b中、在对角方向排成一列的多个开放单元3b中插入第一电极5，在包括从插入有第一电极5的各开放单元3b起为第二个相邻接的开放单元3b在内的、在对角方向排成一列的多个开放单元3b中插入第二电极6。第二个相邻接的开放单元3b是指，纵横地跳过两个封闭单元3a和一个开放单元3b而相邻接的开放单元3b。
如图6所示，本发明的PM传感器9为，沿着DPF1的端面布设有沿着插入有电极5、6的开放单元3b的列的短路线7、8。该列的长度越长(单元3的个数越多)，则电极5、6的个数越增加，而越有助于电极对置面积的增加，因此是优选的。例如，当以列通过圆柱状的DPF1的直径附近的方式在开放单元3b中插入电极5、6时，电极5、6的个数变得最多。例如，如果DPF1的直径为200mm、单元3的间距(纵横宽度)d为1mm，则在直径附近倾斜地排列近140个单元3，因此插入电极5、6的开放单元3b各接近140个。
如此，插入到DPF1的开放单元3b中的第一、第二电极5、6分别通过短路线7、8而短路，短路线7、8与未图示的检测电路连接。检测电路与以往相同，因此省略说明。
以下，说明本发明的PM传感器9的动作。
当在图6的DPF1中PM堆积时，在图5所示的部分中，在处于多个第一电极5与多个第二电极6之间的单元3的壁2上堆积的PM的堆积量也增加。因而，由电极5、6形成的电容器的静电电容变大。
此时，在本发明的PM传感器9中，插入有第一电极5的在对角方向排成一列的多个开放单元3b与插入有第二电极6的在对角方向排成一列的多个开放单元3b，夹着两个封闭单元3a和一个开放单元而邻接，因此由电极5、6形成的电容器为，电极间距离成为2√2d，与图8的PM传感器81那样、由夹着DPF82的电极83、84形成的电容器相比，静电电容显著变大。同时，当与由电极5、6和未图示的壳体形成的电容器的静电电容相比时，由于电极5、6远离壳体，因此由电极5、6形成的电容器的静电电容显著变大。因而，能够正确地检测PM堆积量。
此外，在本发明的PM传感器9中，电极5、6分别插入在对角方向排成一列的多个开放单元3b中，因此与图9的PM传感器91那样、电极93、94偏向DPF62的外周附近的配置不同，电极5、6成为不偏向DPF1的外周附近的配置，能够检测DPF1整体的平均PM堆积量。尤其是，在本实施方式那样、电极5、6的列沿着DPF1的直径的配置中，能够检测从DPF1的中心部到外周部的范围的PM堆积量。
进一步，在本发明的PM传感器9中，如图7所示，在插入有电极P0的开放单元3b和插入有电极Q0的开放单元3b之间，存在一个未插入电极5、6的开放单元3b。即，在由电极5、6形成的电容器的内侧存在未插入电极5、6的开放单元3b。将该开放单元3b称为检测用开放单元S。
包围检测用开放单元S的四个壁2，与一般的开放单元R的四个壁2同样、是废气的流量未被制约的壁2。因而，在检测用开放单元S中能够得到与开放单元R相同量的PM堆积量。
当在图5中观察时，在由电极5、6形成的电容器的内侧排列有PM堆积量与开放单元R相同的检测用开放单元S。因而，由PM传感器9检测的PM堆积量能够视为DPF1整体的平均PM堆积量。
符号的说明
1柴油颗粒过滤器(DPF)
2壁
3单元
3a封闭单元
3b开放单元
4PM传感器
5第一电极
6第二电极
7短路线
8短路线

Claims (1)

1.一种粒子状物质传感器，在通过由多孔质材料形成的壁来包围纵横的四面的多个单元被纵横地层叠、上述单元的端面被纵横交替地封闭而成的柴油颗粒过滤器中，设置有第一、第二电极，通过由上述第一、第二电极形成的电容器的静电电容来检测上述柴油颗粒过滤器的粒子状物质的堆积量，该粒子状物质传感器的特征在于，
在未封闭的单元中、在对角方向上排成一列的多个未封闭的单元中插入上述第一电极，
在包括从插入有上述第一电极的上述未封闭的单元为第二个相邻接的未封闭的单元在内的、在对角方向排成一列的多个未封闭的单元中插入上述第二电极，
多个上述第一电极配置为，从上述柴油颗粒过滤器的外周起以列通过上述柴油颗粒过滤器的直径附近，
多个上述第二电极配置为，从上述柴油颗粒过滤器的外周起以列通过上述柴油颗粒过滤器的直径附近，
上述第一电极的列和上述第二电极的列相互对置地配置。
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