CN105074148B - 颗粒状物质的测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种颗粒状物质的测量装置，通过实现电极配置的最优化，有效地增加在电极间形成的电容器数。具备：DPF(16)，将由多孔质性的间隔壁划分的多个栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭；一对第一电极(A)，被插入到隔着中心栅格单元(1)配置在对角上的一对第一电极用栅格单元(2)；一对第二电极(B)，被插入到隔着中心栅格单元(1)配置在对角上的一对第二电极用栅格单元(3)；第一连接部件(A1)，将第一电极(A)相互连接；第二连接部件(B1)，将第二电极(B)相互连接；以及PM堆积量计算部(21、22)，基于电极(A、B)间的静电电容，计算由DPF(16)捕获的PM堆积量，将经由间隔壁与中心栅格单元(1)的周围邻接、并且夹在第一电极用栅格单元(2)和第二电极用栅格单元(3)之间的四个栅格单元(4)作为测量用栅格单元。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒状物质的测量装置，尤其涉及从内燃机排出的废气中的颗粒状物质的测量装置。
背景技术
作为捕获从柴油发动机排出的废气中的颗粒状物质(Particulate Matter，以下称为PM)的过滤器，已知例如柴油颗粒过滤器(Diesel Particulate Filter，以下称为DPF)。一般来说，DPF具备大量栅格单元，这些栅格单元形成由多孔质陶瓷的间隔壁划分的栅格状的排气流路，将这些栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭而形成。
DPF的PM捕获量存在限度，所以当PM堆积量到达规定量时，需要将这些堆积的PM燃烧除去，即所谓的强制再生。因此，在强制再生的控制中，希望高精度地测量PM堆积量。
例如，在专利文献1中公开了如下的PM传感器：在隔着排气下游侧封闭的测量用栅格单元而相对的一对栅格单元中分别插入一对电极，基于在这些电极间形成的电容器的静电电容来检测PM堆积量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2012-241643号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述的现有技术的PM传感器中，对于隔着一个栅格单元配置的一对电极，仅形成1个电容器。因此，为了利用更多的栅格单元来测量静电电容，需要增加电极的个数，不但导致制造成本上升，由于电极用栅格单元的增加，DPF的PM捕获能力也可能会下降。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，通过谋求电极配置的最优化，有效地增加在电极间形成的电容器数。
解决课题所采用的技术手段
为了达成上述目的，本发明的颗粒状物质的测量装置的特征在于，具备：过滤器，设置在内燃机的排气通路内，将形成由多孔质性的间隔壁划分的栅格状的排气流路的多个栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭而成；一对第一电极，将至少一个栅格单元作为中心栅格单元，所述一对第一电极从非封闭侧分别插入到隔着该中心栅格单元配置在对角上的一对第一对角栅格单元；一对第二电极，隔着所述中心栅格单元配置在对角上，并且从非封闭侧分别插入到未插入所述第一电极的一对第二对角栅格单元；第一连接部件，将所述一对第一电极相互连接；第二连接部件，将所述一对第二电极相互连接；堆积量计算机构，基于所述第一电极和所述第二电极之间的静电电容，计算由所述过滤器捕获的颗粒状物质的堆积量，将经由间隔壁与所述中心栅格单元的周围邻接、并且夹在所述第一对角栅格单元和第二对角栅格单元之间的四个栅格单元作为测量用栅格单元。
此外，也可以是，所述第一电极从所述第一对角栅格单元的突出量与所述第二电极从所述第二对角栅格单元的突出量相比更长地形成，在所述第一连接部件设置有用于插通所述第一电极的端部并固定该端部的第一固定孔，在所述第二连接部件设置有用于插通所述第二电极的端部并固定该端部的第二固定孔、以及使所述第一电极以非接触状态插通的插通孔。
此外，也可以是，在所述测量用栅格单元内的非封闭侧设置用于缩小该测量用栅格单元的流路径的限流孔。
此外，也可以是，在所述中心栅格单元内设置将该栅格单元的流路封塞的封塞部件。
此外，也可以是，所述封塞部件从所述中心栅格单元的封闭侧一直到非封闭侧填入而形成。
此外，也可以是，所述封塞部件将栅格单元的非封闭侧封闭而形成。
此外，也可以是，利用第2封塞部件将所述第一对角栅格单元或所述第二对角栅格单元的某一个的非封闭侧的端部封塞。
此外，也可以是，所述过滤器在所述排气通路内将所述中心栅格单元的封闭侧朝向上游侧配置。
此外，也可以是，还具备：旁通通路，从所述排气通路的规定位置分支；以及第2过滤器，设置在比所述旁通通路的分支位置更靠下游侧的排气通路内，捕获在该下游侧的排气通路内流动的排气中的颗粒状物质，所述过滤器配置在所述旁通通路内。
此外，也可以是，执行将所述过滤器中堆积的颗粒状物质燃烧除去的强制再生时，使所述第一电极及所述第二电极作为加热器起作用。
发明的效果
根据本发明的颗粒状物质的测量装置，能够实现电极配置的最优化，从而有效地增加在电极间形成的电容器数。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置的示意性整体构造图。
图2是表示在本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置中，(a)从排气下游侧观察DPF的示意性立体图，(b)从排气下游侧观察DPF的一部分的示意性平面图。
图3(a)～(e)是图2(a)的A1～A5线纵截面图。
图4(a)～(e)是图2(a)的B1～B5线横截面图。
图5是表示在本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置中，连接部件的变形例的示意性立体图。
图6是表示在本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置中，封塞部件的变形例的示意性截面图。
图7是表示在本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置中，电极用栅格单元的变形例的示意性截面图。
图8是在本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置中，将在测量用栅格单元的间隔壁表面堆积的PM与现有技术比较的图。
图9是在本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置中，将静电电容的变化饱和的时期与现有技术比较的图。
图10是表示本发明的其他实施方式的颗粒状物质的测量装置的示意性整体构造图。
具体实施方式
以下基于图1～4说明本发明的一个实施方式的颗粒状物质的测量装置。对于同一部件附加同一符号，其名称及功能也相同。因此，不再重复详细的说明。
如图1所示，在柴油发动机(以下简称为发动机)10中设置有吸气歧管10a和排气歧管10b。吸气歧管10a与导入新气的吸气通路11连接，排气歧管10b与将废气向大气排放的排气通路12连接。
此外，在排气通路12上，从排气上游侧起依次设置有排气管内喷射装置13、排气后处理装置14、DPF入口温度传感器31、DPF出口温度传感器32。
排气管内喷射装置13根据从电子控制单元(以下称为ECU)20输出的指示信号，向排气通路12内喷射未燃燃料(主要是HC)。另外，使用基于发动机10的多级喷射的后喷射的情况下，也可以省略该排气管内喷射装置13。
DPF入口温度传感器31检测流入到DPF16的废气的温度(以下称为入口温度TIN)。DPF出口温度传感器32检测从DPF16流出的废气的温度(以下称为出口温度TOUT)。这些入口温度TIN及出口温度TOUT被输出到电连接的ECU20。
排气后处理装置14在壳体14a内从排气上游侧起依次配置氧化催化剂15、DPF16而构成。
氧化催化剂15例如在堇青石蜂窝构造体等的陶瓷制载体表面担载催化剂成分而形成。氧化催化剂15在DPF16的强制再生时通过排气管内喷射装置13或后喷射而被供给未燃燃料(主要是HC)时，将其氧化而使废气的温度上升。由此，DPF16升温到PM燃烧温度(例如约600℃)，堆积的PM被燃烧除去。
DPF16例如将大量栅格单元沿着废气的流动方向配置，这些栅格单元形成由多孔质陶瓷的间隔壁划分的栅格状的排气流路，将这些栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭而构成。以下，基于图2～4说明本实施方式的DPF16的详细构造。
如图2～4所示，在DPF16中，排气上游侧封闭而填设有封塞部件6的多个栅格单元1被选为中心栅格单元。此外，在隔着中心栅格单元1配置在对角上的一对栅格单元2中分别插入第一电极A(以下将栅格单元2称为第一电极用栅格单元)。此外，在隔着中心栅格单元1配置在对角上的另一对栅格单元3中分别插入第二电极B(以下将栅格单元3称为第二电极用栅格单元)。
第一电极A及第二电极B例如是导电性的金属线，从非封闭侧(排气下游侧)分别插入到第一电极用栅格单元2及第二电极用栅格单元3。即，在中心栅格单元1的对角上配置四个电极，在这些第一电极A及第二电极B之间形成四个电容器。以下，将经由间隔壁与中心栅格单元1的周围邻接、并且夹在第一电极用栅格单元2和第二电极用栅格单元3之间的四个栅格单元4称为测量用栅格单元。
被插入到第一电极用栅格单元2的第一电极A使排气下游侧的基端部向外侧突出，并且该基端部通过由导电性的金属线形成的第一连接部件A1(参照图2)相互连接。同样，被插入到第二电极用栅格单元3的第二电极B使排气下游侧的基端部向外侧突出，并且该基端部通过由导电性的金属线形成的第二连接部件B1(参照图2)相互连接。
在本实施方式中，为了避免第一连接部件A1和第二连接部件B1的接触，第一电极A的突出量设定为比第二电极B的突出量更长。另外，这些突出量，并不是必须使第一电极A更长，也可以使第二电极B更长。
此外，如图5所示，也可以将第一连接部件A1及第二连接部件B1形成为平板状。这种情况下，在第一连接部件A1上形成用于插通第一电极A的端部并焊接固定的固定孔a1，并且在第二连接部件B1上形成用于插通第二电极B的端部并焊接固定的固定孔b1即可。此外，在第二连接部件B1上设置与第一电极A相比直径更大、并且使第一电极A以非接触状态插通的插通孔b2即可。
在测量用栅格单元4的排气上游侧端设置有用于缩小向测量用栅格单元4内流入的废气的限流孔8(参照图3、4)。通过该限流孔8来减少向测量用栅格单元4内的废气流量，从而能够使向划分测量用栅格单元4的间隔壁的PM堆积减慢。即，如果将限流孔8的开口径适当地设置为最佳的值，则能够将第一电极A和第二电极B之间的静电电容变化饱和的时期调整为期望的时期。
在中心栅格单元1内设置有将排气流路封塞的封塞部件6。该封塞部件6例如由与DPF16相同材料的陶瓷形成。在本实施方式中，封塞部件6在中心栅格单元1内的整个区域填设，以将从中心栅格单元1的封闭侧到非封闭侧的排气流路全部封塞(参照图3、4)。
即，流入到测量用栅格单元4的废气不会流入到中心栅格单元1，而流入到第一电极用栅格单元2及第二电极用栅格单元3。由此，流入到测量用栅格单元4的废气中的PM在电极用栅格单元2、3侧的间隔壁表面被捕获，能够有效地抑制向中心栅格单元1侧的间隔壁的堆积。特别是，通过与限流孔8的叠加效果，不仅测量用栅格单元4的中心栅格单元1侧的间隔壁，向测量用栅格单元4内的封闭背面及间隔壁表面的コ字状(U字状)的堆积也能够有效地抑制。
另外，封塞部件6并不是必须在中心栅格单元1内的整个区域填设，如图6所示，也可以设置为将中心栅格单元1内的流路的一部分封塞(在图示例中，将非封闭侧封闭)。
此外，如图7所示，也可以将追加的封塞部件7(第二封塞部件)设置在第一电极A或第二电极B的某一方(在图示例中是第一电极A)的插入侧端部。这种情况下，不仅向PM的中心栅格单元1侧的间隔壁表面的堆积，向第一电极用栅格单元2侧的间隔壁表面的堆积也能够有效地抑制。
接着，回到图1，说明本实施方式的ECU20。ECU20进行发动机10或排气管内喷射装置13的燃料喷射等的各种控制，具备公知的CPU及ROM、RAM、输入端口、输出端口等而构成。此外，ECU20作为一部分功能要素而具有静电电容运算部21和PM堆积量推定部22。这些各功能要素包含在作为一体的硬件的ECU20中而进行说明，但是也可以将其中的一部分设置在另外的硬件。
静电电容运算部21基于从第一电极A及第二电极B输入的信号，运算这些第一电极A和第二电极B之间的静电电容C。静电电容C基于电极A、B间的介质的介电常数ε、电极A、B的面积S、电极A、B间的距离d，通过以下的数学式1来运算。
[数学式1]
PM堆积量推定部22基于由DPF入口温度传感器31检测的入口温度TIN和由DPF出口温度传感器32检测的出口温度TOUT的平均值(以下称为DPF平均温度TAVE)、以及由静电电容运算部21运算的静电电容C，推测由DPF16捕获的PM堆积量PMDEP。PM堆积量PMDEP的推测可以使用预先通过实验求出的近似式或映射等。
接下来，说明本实施方式的颗粒状物质的测量装置的作用效果。
在以往的PM传感器中，对于隔着一个栅格单元配置的一对电极，仅形成一个电容器(例如，对于两个电极A、两个电极B，仅形成两个电容器)。因此，为了增加测量用栅格单元，需要增加电极的个数，不但导致制造成本的增加，由于电极用栅格单元的增加，还存在DPF的PM捕获能力下降的课题。
与此相对，在本实施方式的颗粒状物质的测量装置中，两个第一电极A及两个第二电极B分别被插入到隔着中心栅格单元1位于对角上的一对栅格单元2、3，在这两个第一电极A和两个第二电极B之间形成四个电容器。即，位于中心栅格单元1的对角上的四个栅格单元成为静电电容的测量用栅格单元。
因此，根据本实施方式的颗粒状物质的测量装置，不必增加电极A、B的个数，就能够有效地更多形成电容器，能够有效地抑制制造成本的增加和DPF的PM捕获能力下降。
此外，在以往的PM传感器中，隔着测量用栅格单元相对的四个栅格单元，仅排气上游侧被封闭，排气下游侧为非封闭。因此，流入到测量用栅格单元的废气中的PM在划分测量用栅格单元的四个间隔壁表面堆积为大致矩形状。像这样，如果PM在测量用栅格单元的间隔壁表面堆积为大致矩形状，则形成电容器的电极间的静电电容变化过早地饱和，存在灵敏度下降的课题。
与此相对，在本实施方式的颗粒状物质的测量装置中，在测量用栅格单元4的排气上游侧端设置有缩小废气流量的限流孔8。此外，在中心栅格单元1内设置有将中心栅格单元1的排气流路封塞的封塞部件6。
即，通过限流孔8减少向测量用栅格单元4内的废气流量，所以抑制了向划分测量用栅格单元4的间隔壁的PM堆积。此外，通过封塞部件6阻止向中心栅格单元1的废气流入，所以也抑制了向中心栅格单元1侧的间隔壁的堆积(参照图8)。进而，通过限流孔8和封塞部件6的叠加效果，不仅测量用栅格单元4的中心栅格单元1侧的间隔壁，向测量用栅格单元4内的封闭背面及间隔壁表面的コ字状(U字状)的PM堆积也有效地抑制。其结果，如图9所示，与现有技术的PM传感器相比，能够使静电电容的变化饱和的时期大幅减慢。
因此，根据本实施方式的颗粒状物质的测量装置，能够抑制静电电容变化的过早饱和，能够可靠地抑制灵敏度的下降。
另外，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当变形而实施。
例如，对于DPF16，说明了在排气通路12内将中心栅格单元1的封闭侧朝向排气上游侧配置，但是也可以将中心栅格单元1的非封闭侧朝向排气上游侧配置。此外，仅通过限流孔8就能够将静电电容变化的饱和时期调整为期望的时期的情况下，也可以省略中心栅格单元1的封塞部件6。
此外，也可以如图10所示，设置从比氧化催化剂15更靠下游侧的排气通路12分支的旁通通路18，在该旁通通路18内配置小电容的计测用的DPF16而构成。这种情况下，优选为在比分支部更靠下游侧的排气通路12设置电容大的DPF17(第2过滤器)，在旁通通路18设置用于调整废气流量的限流孔18a。此外，执行计测用的DPF16的强制再生的情况下，也可以向电极A、B施加电压而作为加热器起作用。
符号的说明
1 中心栅格单元
2 第一电极用栅格单元(第一对角栅格单元)
3 第二电极用栅格单元(第二对角栅格单元)
4 测量用栅格单元
6 封塞部件
8 限流孔
10 发动机
12 排气通路
14 排气后处理装置
16 DPF(过滤器)
20 ECU
21 静电电容运算部(堆积量计算机构)
22 PM堆积量推定部(堆积量计算机构)
A 第一电极
B 第二电极
A1 第一连接部件
B1 第二连接部件
Claims (10)
1.一种颗粒状物质的测量装置，其特征在于，具备：
过滤器，设置在内燃机的排气通路内，将形成由多孔质性的间隔壁划分的栅格状的排气流路的多个栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭而成；
一对第一电极，将至少一个栅格单元作为中心栅格单元，所述一对第一电极从非封闭侧分别插入到隔着该中心栅格单元配置在对角上的一对第一对角栅格单元；
一对第二电极，从非封闭侧分别插入到隔着所述中心栅格单元配置在对角上、并且未插入所述第一电极的一对第二对角栅格单元；
第一连接部件，将所述一对第一电极相互连接；
第二连接部件，将所述一对第二电极相互连接；
堆积量计算机构，基于所述第一电极和所述第二电极之间的静电电容，计算由所述过滤器捕获的颗粒状物质的堆积量，
将经由间隔壁与所述中心栅格单元的周围邻接、并且夹在所述第一对角栅格单元和第二对角栅格单元之间的四个栅格单元作为测量用栅格单元。
2.如权利要求1所述的颗粒状物质的测量装置，
所述第一电极从所述第一对角栅格单元的突出量与所述第二电极从所述第二对角栅格单元的突出量相比更长地形成，
在所述第一连接部件设置有用于插通所述第一电极的端部并固定该端部的第一固定孔，
在所述第二连接部件设置有用于插通所述第二电极的端部并固定该端部的第二固定孔、以及使所述第一电极以非接触状态插通的插通孔。
3.如权利要求1或2所述的颗粒状物质的测量装置，
在所述测量用栅格单元内的非封闭侧，设置用于缩小该测量用栅格单元的流路径的限流孔。
4.如权利要求1或2所述的颗粒状物质的测量装置，
在所述中心栅格单元内设置将该栅格单元的流路封塞的封塞部件。
5.如权利要求4所述的颗粒状物质的测量装置，
所述封塞部件从所述中心栅格单元的封闭侧一直到非封闭侧填入而形成。
6.如权利要求4所述的颗粒状物质的测量装置，
所述封塞部件将栅格单元的非封闭侧封闭而形成。
7.如权利要求4所述的颗粒状物质的测量装置，
利用第2封塞部件将所述第一对角栅格单元或所述第二对角栅格单元的某一个的非封闭侧的端部封塞。
8.如权利要求1或2所述的颗粒状物质的测量装置，
所述过滤器在所述排气通路内将所述中心栅格单元的封闭侧朝向上游侧配置。
9.一种颗粒状物质的测量装置，其特征在于，具备：
第1过滤器，设置在内燃机的排气通路内，将形成由多孔质性的间隔壁划分的栅格状的排气流路的多个栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭而成；
一对第一电极，将至少一个栅格单元作为中心栅格单元，所述一对第一电极从非封闭侧分别插入到隔着该中心栅格单元配置在对角上的一对第一对角栅格单元；
一对第二电极，从非封闭侧分别插入到隔着所述中心栅格单元配置在对角上、并且未插入所述第一电极的一对第二对角栅格单元；
第一连接部件，将所述一对第一电极相互连接；
第二连接部件，将所述一对第二电极相互连接；
堆积量计算机构，基于所述第一电极和所述第二电极之间的静电电容，计算由所述过滤器捕获的颗粒状物质的堆积量，
将经由间隔壁与所述中心栅格单元的周围邻接、并且夹在所述第一对角栅格单元和第二对角栅格单元之间的四个栅格单元作为测量用栅格单元，
该颗粒状物质的测量装置还具备：
旁通通路，从所述排气通路的规定位置分支；以及
第2过滤器，设置在所述旁通通路内，将形成由多孔质性的间隔壁划分的栅格状的排气流路的多个栅格单元的上游侧和下游侧交替地封闭而成，
所述第1过滤器配置在比所述旁通通路的分支位置更靠下游侧的排气通路内。
10.如权利要求9所述的颗粒状物质的测量装置，
执行将所述第2过滤器中堆积的颗粒状物质燃烧除去的强制再生时，使所述第一电极及所述第二电极作为加热器起作用。
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