CN107209099A - 传感器 - Google Patents
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Abstract
传感器包括：捕集部(30L、30M、30S)，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的多个过滤器构件从排气气体上游向下游按照气孔率由高到低的顺序配置；电极(32、33)，其对于多个过滤器构件(30L、30M、30S)的每一个，夹着过滤器构件(30L、30M、30S)地对置配置；以及推定部(42～44)，其基于一对电极(32、33)间的静电电容变化量，对于气孔率互不相同的过滤器构件(30L、30M、30S)的每一个，分别推定由该过滤器构件捕集的颗粒状物质量。
Description
技术领域
本发明涉及传感器，特别涉及对排气气体中含有的颗粒状物质(以下，称为PM)的粒径(每种)总数的排出量进行检测的PM传感器。
背景技术
已知对从内燃机排出的排气气体中含有的PM的粒径分布和排出量进行检测的传感器。例如，提出了如下传感器：将气孔率不同的过滤器从排气气体的流动方向的上游侧起依次按照气孔率由高到低的顺序设置并划分室，基于在使被捕集到室内的每种粒径的PM燃烧时的固体电解质层中产生的电动势，来检测PM的粒径分布和排出量(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国特开2009-42021号公报
发明内容
发明要解决的课题
需要说明的是，专利文献1所记载的传感器由于利用在固体电解质层中产生的电动势，所以，在测定时，需要阻止排气气体的流动并使捕集了PM的室成为闭空间。由于在测定时阻止排气气体的流动，所以，在该传感器中，未考虑连续地检测PM的捕集量。此外，在装置大型化并作为传感器而安装于汽车等时，因重量、大小、成本等而问题较多，不适当。
本发明是鉴于这样的点而完成的，其目的在于，提供能够连续地推定排气气体中含有的PM的每种粒径的PM量的传感器。此外，还能够向汽车等搭载。
用于解决课题的手段
本公开的传感器包括：捕集部，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的气孔率互不相同的多个过滤器构件从上述排气气体的排气上游向下游按照上述气孔率由高到低的顺序配置；一对电极，其对于多个上述过滤器构件的每一个，夹着上述过滤器构件地对置配置；以及推定部件，其基于上述一对电极间的静电电容变化量，对于气孔率互不相同的上述过滤器构件的每一个，分别推定由该过滤器构件分别捕集的颗粒状物质量。
此外，本公开的传感器包括：捕集部，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的平均孔径互不相同的多个过滤器构件从上述排气气体的排气上游向下游按照上述平均孔径由大到小的顺序配置；一对电极，其对于多个上述过滤器构件的每一个，夹着上述过滤器构件地对置配置；以及推定部件，其基于上述一对电极间的静电电容变化量，对于平均孔径互不相同的上述过滤器构件的每一个，分别推定由该过滤器构件分别捕集的颗粒状物质量。
此外，本公开的传感器包括：捕集部，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的具有互不相同的物理性质值的多个过滤器构件从上述排气气体的排气上游向下游按照上述物理性质值由高到低的顺序配置；一对电极，其对于多个上述过滤器构件的每一个，夹着上述过滤器构件地对置配置；以及控制单元，其中，上述物理性质值是气孔率或平均孔径，上述控制单元进行动作，以便执行以下的处理：基于上述一对电极间的静电电容变化量，对于具有互不相同的物理性质值的上述过滤器构件的每一个，分别推定由该过滤器构件分别捕集的颗粒状物质量的推定处理。
发明效果
根据本公开的传感器，能够连续地推定排气气体中含有的PM的每种粒径的PM量。
附图说明
图1是表示应用了第一实施方式的PM传感器的排气系统的一个例子的概略结构图。
图2是表示第一实施方式的PM传感器的示意性的局部剖视图。
图3是表示第一实施方式的PM传感器的主要部分的局部放大剖视图。
图4是说明第一实施方式的过滤器再生、过滤器温度的变化、及PM量的累计的时序图。
图5是表示第二实施方式的PM传感器的示意性的局部剖视图。
图6是第三实施方式的PM传感器的示意性的立体图。
图7的(A)是第三实施方式的各传感器部的示意性的立体图，图7的(B)是第三实施方式的各传感器部的示意性的分解立体图。
图8是第四实施方式的PM传感器的示意性的剖视图。
图9是表示应用了其他实施方式的PM传感器的排气系统的一个例子的概略结构图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的各实施方式的传感器。对同一零件标注相同的附图标记，它们的名称及功能也相同。因而，不重复对它们的详细的说明。
[第一实施方式]
图1是表示应用了第一实施方式的传感器10A的柴油引擎(以下，简称为引擎)100的排气系统的一个例子的概略结构图。在引擎100的排气管110内，从排气上游侧起依次设置有氧化催化剂210、DPF220、NOx净化催化剂230。本实施方式的传感器10A优选被设置在比DPF220靠下游侧的排气管110中。另外，也可以将传感器10A设置在比氧化催化剂210靠上游侧的排气管110中。
接下来，基于图2说明本实施方式的传感器10A的详细构成。
传感器10A包括：外壳构件11，其被插入在排气管110内；底座部20，其将外壳构件11安装在排气管110上；第1传感器部30L、第2传感器部30M、和第3传感器部30S，其被收容在外壳构件11内；以及控制单元40。
外壳构件11被形成为将底部侧(在图示例中是下端侧)封闭的有底圆筒状。外壳构件11的筒轴向的长度L被以与排气管110的半径R大致相同的长度形成，使得其底部侧的筒壁部突出到排气管110的轴中心CL附近。另外，在以下的说明中，将外壳构件11的底部侧作为顶端侧，将底部侧的相反侧作为外壳构件11的基端侧。
在外壳构件11的顶端侧筒壁部，设置有在周向隔开间隔地配置的多个导入口12。此外，在外壳构件11的基端侧筒壁部，设置有在周向隔开间隔地配置的多个导出口13。导入口12的总开口面积S12被形成得小于导出口13的总开口面积S13(S12＜S13)。即，由于导入口12附近的排气流速V12比导出口13附近的排气流速V13慢(V12＜V13)，从而导入口12侧的压力P12比导出口13侧的压力P13高(P12＞P13)。由此，从导入口12向外壳构件11内顺畅地引入排气气体，同时，从导出口13向排气管110内顺畅地导出外壳构件11内的排气气体。
底座部20包括外螺纹部21、以及螺母部22。外螺纹部21被设置在外壳构件11的基端部，将外壳构件11的基端侧开口部封闭。该外螺纹部21与被形成在排气管110上的凸台部110A的内螺纹部拧合。螺母部22例如是六角螺母，被固定在外螺纹部21的上端部。在这些外螺纹部21及螺母部22上形成有通孔(未图示)，该通孔使后述的各导电线34L、34M、34S、35L、35M、35S等插过。
第1传感器部30L包括第1过滤器构件31L、以及多对第1电极32L、33L。
第1过滤器构件31L构成本发明的捕集部的一部分，是通过对由多孔质陶瓷的分隔壁划分的网格状的构成排气流路的多个单元的上游侧和下游侧交替地进行孔封闭而形成的。该第1过滤器构件31L在使单元的流路方向与外壳构件11的轴向(图中上下方向)大致平行的状态下，隔着缓冲构件CML被保持在外壳构件11的内周面上。如图3中以虚线的箭头所示，由于排气气体从下游侧被孔封闭的单元C1L流入到上游侧被孔封闭的单元C2L，从而从导入口12引入到外壳构件11内的排气气体中的PM被分隔壁表面、细孔捕集。另外，在以下的说明中，将下游侧被孔封闭的单元称为第1测定用单元C1L，将上游侧被孔封闭的单元称为第1电极用单元C2L。
第1电极32L、33L例如是导电性的金属线，被从下游侧(非孔封闭侧)交替地插入到夹着第1过滤器构件31L的测定用单元C1L对置的电极用单元C2L中，从而形成电容器。这些第1电极32L、33L经由第1导电线34L、35L分别与被内置在控制单元40中的未图示的静电电容检测电路连接。
如图2所示，第2传感器部30M包括第2过滤器构件31M、以及多对第2电极32M、33M。
第2过滤器构件31M构成本发明的捕集部的一部分，与第1过滤器构件31L相比，被配置在排气气体的流动方向上的下游侧，隔着缓冲构件CMM被保持在外壳构件11的内周面上。该第2过滤器构件31M被设定为比第1过滤器构件31L低的气孔率(或者，小的平均气孔径)。即，在第2过滤器构件31M上设置有与被设置在第1过滤器构件31L上的气孔相比直径小的气孔，并对未由第1过滤器构件31L捕集的排气气体中的PM进行捕集。
如图3所示，第2过滤器构件31M也与第1过滤器构件31L同样，具有下游侧被孔封闭的测定用单元C1M、及上游侧被孔封闭的电极用单元C2M。第2电极32M、33M例如是导电性的金属线，被从下游侧(非孔封闭侧)交替地插入到夹着第2过滤器构件31M的测定用单元C1M对置的电极用单元C2M中，从而形成电容器。这些第2电极32M、33M经由第2导电线34M、35M分别与静电电容检测电路连接。
如图2所示，第3传感器部30S包括第3过滤器构件31S、以及多对第3电极32S、33S。
第3过滤器构件31S构成本发明的捕集部的一部分，与第2过滤器构件31M相比，被配置在排气气体的流动方向上的下游侧，隔着缓冲构件CMS被保持在外壳构件11的内周面上。
该第3过滤器构件31S被设定为比第2过滤器构件31M低的气孔率(或者，小的平均气孔径)。即，在第3过滤器构件31S上设置有与被设置在第2过滤器构件31M上的气孔相比直径小的气孔，对也未由第2过滤器构件31M捕集的排气气体中的PM进行捕集。
如图3所示，第3过滤器构件31S也与第1过滤器构件31L、第2过滤器构件31M同样，具有下游侧被孔封闭的测定用单元C1S、以及上游侧被孔封闭的电极用单元C2S。
第3电极34S、35S例如是导电性的金属线，被从下游侧(非孔封闭侧)交替地插入到夹着第3过滤器构件31S的测定用单元C1S对置的电极用单元C2S中，从而形成电容器。这些第3电极32S、33S经由第3导电线34S、35S分别与静电电容检测电路连接。
如图2所示，对这些各传感器部30L、30M、30S设置有电加热器36。该电加热器36例如是电热线，构成本发明的再生部件。电加热器36通过通电而发热，以将各过滤器构件31L、31M、31S所具备的测定用单元C1L、C1M、C1S加热，从而执行将堆积在测定用单元内的PM燃烧除去的所谓过滤器再生(以下，也称为传感器再生)。因此，电加热器36在各过滤器构件31L、31M、31S中被弯曲地形成为连续S字形，相互平行的直线部分被沿着流路插入在各测定用单元C1L、C1M、C1S的内部。本实施方式的电加热器36由于以环绕各传感器部30L、30M、30S的状态配置有一系列的电热线，所以，将这些传感器部30L、30M、30S一并加热。
控制单元40进行各种控制，被构成为包括公知的CPU、ROM、RAM、输入接口、输出接口等。此外，控制单元40作为各功能要素，包括过滤器再生控制部41、第1PM量推定部42、第2PM量推定部43、第3PM量推定部44、以及总PM量推定部45。这些功能要素视为被包含在一体的硬件即控制单元40中来进行说明，但是，也能够设置在相互独立的硬件中。
过滤器再生控制部41是本发明的再生部件的一个例子，执行根据由静电电容检测电路(未图示)检测的各电极32L、32M、32S和与之成对的各电极33L、33M、33S之间的静电电容CpL、CpM、CpS来接通(通电)电加热器36的过滤器再生控制。
此处，第1电极32L、33L间的静电电容CpL由以下的数学公式(1)表示，在该数学公式(1)中，第1电极32L、33L间的介质的介电常数设为εL，第1电极32L、33L的表面积设为SL，第1电极32L、33L间的距离设为dL。
[数学公式1]
在数学公式(1)中，第1电极32L、33L的表面积SL是一定的，若介电常数εL及距离dL根据被测定用单元C1L捕集到的PM而变化，则静电电容CpL也会随此而变化。即，在第1电极32L、33L间的静电电容CpL与第1过滤器构件31L的PM堆积量之间，比例关系成立。
此外，第2电极32M、33M间的静电电容CpM由以下的数学公式(2)表示，在该数学公式(2)中，第2电极32M、33M间的介质的介电常数设为εM，第2电极32M、33M的表面积设为SM，第2电极32M、33M间的距离设为dM。
[数学公式2]
在数学公式(2)中，第2电极32M、33M的表面积SM是一定的，若介电常数εM及距离dM因被测定用单元C1M捕集到的PM而变化，则静电电容CpM也会随此而变化。因此，与第1电极32L、33L同样，在第2电极32M、33M间的静电电容CpM与第2过滤器构件31M的PM堆积量之间，比例关系成立。
此外，第3电极32S、33S间的静电电容CpS由以下的数学公式(3)表示，在该数学公式(3)中，第3电极32S、33S间的介质的介电常数设为εS，第3电极32S、33S的表面积设为SS，第3电极32S、33S间的距离设为dS。
[数学公式3]
在数学公式(3)中，第3电极32S、33S的表面积SS是一定的，若介电常数εS及距离dS因被测定用单元C1S捕集到的PM而变化，则静电电容CpS也会随此而变化。因此，与第1电极32L、33L等同样，在第3电极32S、33S间的静电电容CpS与第2过滤器构件31S的PM堆积量之间，比例关系成立。
在本实施方式中，用第1PM量推定部42、第2PM量推定部43、及第3PM量推定部44推定各过滤器构件31L、31M、31S的PM堆积量。
第1PM量推定部42是本发明的推定部件的一个例子，基于第1电极32L、33L间的静电电容变化量ΔCpL，来推定运算在从过滤器再生结束到下一次过滤器再生开始为止的再生间隔期间中由第1过滤器构件31L捕集的PM量。
第2PM量推定部43是本发明的推定部件的一个例子，基于第2电极32M、33M间的静电电容变化量ΔCpM，来推定运算在从过滤器再生结束到下一次过滤器再生开始为止的再生间隔期间中由第2过滤器构件31M捕集的PM量。
第3PM量推定部44是本发明的推定部件的一个例子，基于第3电极32S、33S间的静电电容变化量ΔCpS，来推定运算在从过滤器再生结束到下一次过滤器再生开始为止的再生间隔期间中由第3过滤器构件31S捕集的PM量。
更详细而言，各PM量推定部42～44基于对在再生间隔期间由静电电容检测电路(未图示)检测的各电极32L、32M、32S和与之成对的各电极33L、33M、33S之间的静电电容变化量ΔCpL、ΔCpM、ΔCpS分别乘以一次系数β的以下的数学公式(4)～(6)，来依次运算间隔期间PM量mPM＿Int＿L、mPM＿Int＿M、mPM＿Int＿S。
[数学公式4]
mPM_Int_L＝β·ΔCpL…(4)
mPM_Int_M＝β·ΔCpM…(5)
mPM_Int_s＝β·ΔCps…(6)
如图4所示，若第1过滤器构件31L所具备的第1电极32L、33L的静电电容CpL、第2过滤器构件31M所具备的第2电极32M、33M的静电电容CpM、第3过滤器构件所具备的第3电极32S、33S的静电电容CpS的任何一者达到表示PM上限堆积量的预定的静电电容上限阈值CpL＿max、CpM＿max、CpS＿max，则过滤器再生控制部41开始将电加热器36接通的过滤器再生。如上所述，该过滤器再生被针对所有的过滤器部30L、30M、30S进行，并被持续到成为对象的电极的静电电容降低到表示PM完全除去的预定的静电电容下限阈值CpL＿min、CpM＿min、CpS＿min为止。
在图4所示的例子中，由于在从过滤器再生时刻t0到过滤器再生时刻t1的第1间隔期间T1中，第1过滤器构件31L的静电电容CpL达到了静电电容上限阈值CpL＿max，所以，对各过滤器构件31L、31M、31S进行了过滤器再生。
同样，由于在从过滤器再生时刻t1到过滤器再生时刻t2的第2间隔期间T2中，第3过滤器构件31S的静电电容CpS达到了静电电容上限阈值CpS＿max，在从过滤器再生时刻t2到过滤器再生时刻t3的第3间隔期间T3中，第2过滤器构件31M的静电电容CpM达到了静电电容上限阈值CpM＿max，所以，对各过滤器构件31L、31M、31S进行了过滤器再生。
总PM量推定部45是对被堆积在传感器10A的整体上的PM量进行推定的部分。因此，总PM量推定部45实时接收来自第1PM量推定部42、第2PM量推定部43、及第3PM量推定部44的推定值并进行合计，取得总PM量的推定值。
这样，在本实施方式的传感器10A中，通过在再生间隔期间Tn基于静电电容变化量ΔCpL、ΔCpM、ΔCpS来运算间隔PM量mPM＿Int＿L、mPM＿Int＿M、mPM＿Int＿S，从而能够实时且高精度地推定从引擎100排出的排气气体中的PM量。
此外，传感器10A包括包含孔径不同的3种类的过滤器构件31L、31M、31S的传感器部30L、30M、30S。而且，各传感器部30L、30M、30S被配置为，气孔率较低的孔径较小的过滤器构件与气孔率较高的孔径较大的过滤器构件相比在排气气体的流动方向的下游侧。由此，能够使排气气体中的PM在按照粒径分开的状态下堆积在各过滤器构件31L、31M、31S中，能够实时且高精度地推定每种粒径的PM量。
此外，由于电加热器36被以环绕各过滤器构件31L、31M、31S的状态一连串地配置，所以，能够抑制因在1个过滤器构件中的再生处理而使被堆积在其他过滤器构件中的PM烧掉的不良。由此，能够更高精度到推定每种粒径的PM量。
此外，在本实施方式的PM传感器10A中，收容有传感器部30的外壳构件11使其顶端部在排气管110内突出到排气流速最快的轴中心CL附近。在该外壳构件11的顶端侧筒壁部，设置有向外壳构件11内引入排气气体的导入口12。此外，在外壳构件11的基端侧筒壁部，设置有与导入口12相比开口面积形成得更大的导出口13。即，根据本实施方式的PM传感器10A，通过将导入口12配置在排气流速较快的排气管110的轴中心CL附近，并加大导出口13的开口面积，从而能够确保导入口12与导出口13的静压差较大，能够有效地促进通过传感器部30的排气气体的流动。
本实施方式的PM传感器10A被构成为，能够用各过滤器构件31L、31M、31S可靠地捕集排气气体中的PM。因而，根据该PM传感器10A，即使在排气流量变多的运转状态下，也能够有效地确保PM量的推定精度。
[第二实施方式]
接下来，基于图5，说明第二实施方式的PM传感器10B的细节。第二实施方式的PM传感器10B是在第一实施方式的PM传感器10A中将外壳构件11设定成双重管构造而成的传感器。对于其他构成要素，由于是相同构造，所以，省略详细的说明。此外，对于控制单元40等一部分构成要素，省略图示。
第二实施方式的外壳构件11包括：有底圆筒状的内侧壳部11A；以及将内侧壳部11A的圆筒外周面包围的圆筒状的外侧壳部11B。
内侧壳部11A将其轴向长度形成得比外侧壳部11B长，使得顶端侧比外侧壳部11B突出。此外，在内侧壳部11A的底部，设置有将内侧壳部11A内的排气气体向排气管110内导出的导出口13。并且，在内侧壳部11A的基端侧的筒壁部，设置有在周向隔开间隔地配置的多个通过口14。该通过口14使由内侧壳部11A的外周面与外侧壳部11B的内周面划定的流路15内的排气气体向内侧壳部11A内通过。
在流路15的下游端，形成有由内侧壳部11A的顶端侧筒壁部与外侧壳部11B的顶端部划定的圆环状的导入口12。导入口12的开口面积S12被形成得比导出口13的开口面积S13小(S12＜S13)。
即，流过排气管110的排气气体碰撞到比外侧壳部11B向顶端侧突出的内侧壳部11A的筒壁面，被从在排气管110的轴中心CL附近配置的导入口12顺畅地引入到流路15内。进一步，流过流路15内的排气气体被从通过口14引入到内侧壳部11A，在通过了过滤器构件31后，被从在排气管110的轴中心CL附近配置的导出口13顺畅地导出到排气管110内。这样，在第二实施方式的PM传感器10B中，通过将导入口12和导出口13在排气管110内配置在排气流速最快的轴中心CL附近，从而能够有效地提高通过过滤器构件31的排气流量。
[第三实施方式]
接下来，说明第三实施方式的传感器10C的细节。如图6所示，第三实施方式的传感器10C是将第一实施方式的各传感器部30L、30M、30S设定成层叠类型的传感器部60L、60M、60S而成的传感器。
此处，传感器部60L、60M、60S之间的不同在于各过滤器层61L、61M、61S的气孔率。因此，各过滤器层61L、61M、61S的外观相同。此外，各第1电极板62L、62M、62S、及各第2电极板63L、63M、63S是相同的构件。
因此，在以下的说明中，将各过滤器层61L、61M、61S作为过滤器层61来说明，将各第1电极板62L、62M、62S作为第1电极板62来说明，将各第2电极板63L、63M、63S作为第2电极板63来说明。同样，对于各导电线64L、64M、64S和与之成对的导电线65L、65M、65S，也作为导电线64、65来说明。另外，对于各传感器部60L、60M、60S以外的其他构成要素，由于是相同构造，所以省略详细的说明及图示。
图7的(A)表示传感器10C所具备的各传感器部60L、60M、60S的立体图，图7的(B)表示各传感器部60L、60M、60S的分解立体图。
各传感器部60L、60M、60S包括多个过滤器层61、多张第1电极板62及第2电极板63、以及导电线64、65。
过滤器层61例如被形成为通过对由多孔质陶瓷等的分隔壁划分并构成排气流路的多个单元的上游侧和下游侧交替地进行孔封闭，并将这些单元在一个方向并列地配置而成的长方体状。如在图7的(B)中以虚线箭头所示，由于排气气体从下游侧被孔封闭的单元C11流入到上游侧被孔封闭的单元C12，从而排气气体中含有的PM被单元C11的分隔壁表面、细孔捕集。另外，在以下的说明中，将单元流路方向设定为各传感器部60L、60M、60S的长度方向(图7的(A)中的箭头L)，将与单元流路方向正交的方向设定为各传感器部60L、60M、60S的宽度方向(图7的(A)中的箭头W)。
第1电极板62及第2电极板63例如是平板状的导电性构件，其长度方向L及宽度方向W的外形尺寸被形成为与过滤器层61大致相同。这些第1电极板62及第2电极板63夹着过滤器层61被交替地层叠，并且，经由导电线64、65分别与被内置在控制单元40中的未图示的静电电容检测电路连接。
即，通过将第1电极板62和第2电极板63对置配置，并在这些电极板62、63间夹持过滤器层61，从而单元C11整体形成电容器。这样，在第三实施方式的传感器10C中，通过平板状的电极板62、63而使单元C11整体成为电容器，从而能够有效地确保电极表面积S，并且能够提高可检测的静电电容绝对值。此外，由于电极间距离d为单元间距且被均匀化，从而能够有效地抑制初期静电电容的偏差。
另外，在将堆积在单元C11中的PM燃烧除去的情况下，直接在电极板62、63上施加电压，或者，在过滤器层61与电极板62、63之间夹设未图示的加热器基板等即可。
[第四实施方式]
接下来，说明第四实施方式的传感器10D的细节。如图8所示，第四实施方式的传感器10D是通过将第一实施方式的各传感器部30L、30M、30S设定成由气孔率、及平均气孔径不同的陶瓷形成的传感器部70L、70M、70S而成的传感器。
图8表示传感器10D所具备的各传感器部70L、70M、70S的排气流动方向的剖视图。
各传感器部70L、70M、70S包括过滤器层71L、71M、71S、第1电极板72L、72M、72S和第2电极板73L、73M、73S、以及导电线74、75。
各过滤器层71L、71M、71S由多孔质陶瓷构成，具有：捕集PM的多个孔76L、76M、76S；以及分别形成各孔76L、76M、76S的壁部77L、77M、77S。
过滤器层71L的气孔率大于过滤器层71M、及过滤器层71S的气孔率。此外，过滤器层71L的将各孔76L的孔径取平均的平均气孔径被形成得大于其他过滤器层71M、71S的平均气孔径。也就是说，在本实施方式中，从排气气体的排气上游向下游按照气孔率高到低的(或者，平均气孔径大到小的)顺序配置有过滤器层71L、71M、71S。
流入到各传感器部70L、70M、70S的排气气体中含有的PM向由上述的壁部77L、77M、77S划分形成的孔76L、76M、76S内流动。直径比各传感器部70L、70M、70S的孔76L、76M、76S的直径大的PM被孔76L、76M、76S捕集，另一方面，直径比孔76L、76M、76S的直径小的PM通过孔76L、76M、76S，流动到过滤器层71L、71M、71S的下游。这样，直径比与过滤器层71L、71M、71S各自的气孔率对应的孔径大的PM被各传感器部70L、70M、70S的过滤器层71L、71M、71S捕集，其中，该过滤器层71L、71M、71S被配置为从排气气体的排气上游侧起依次气孔率变小(或者平均气孔径变小)。
第1电极板72L、72M、72S及第2电极板73L、73M、73S例如是平板状的导电性构件，其外形尺寸被形成为与过滤器层71L、71M、71S大致相同。这些第1电极板72L、72M、72S及第2电极板73L、73M、73S被夹着过滤器层71L、71M、71S配置，并且，经由导电线74、75分别与被内置在控制单元40中的未图示的静电电容检测电路连接。
即，通过将第1电极板72L、72M、72S和第2电极板73L、73M、73S对置配置，并在这些第1电极板72L、72M、72S与第2电极板73L、73M、73S间夹持过滤器层71L、71M、71S，从而孔76L、76M、76S整体形成电容器。
另外，在将堆积在孔76L、76M、76S中的PM燃烧除去的情况下，在电极板第1电极板72L、72M、72S及第2电极板73L、73M、73S上直接施加电压，或者，在过滤器层71L、71M、71S与第1电极板72L、72M、72S及第2电极板73L、73M、73S之间夹设未图示的加热器基板等即可。
本实施方式的过滤器层71L、71M、71S优选由堇青石的陶瓷形成，但是，如果是具有耐热性、排气气体能够通过、且气孔率可掌握的构件，则能够将这些构件作为构成过滤器层的构件来应用。
[其他]
本发明不限于上述的各实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当变形而实施。
例如，如图9所示，也可以在排气管110上连接有从氧化催化剂210与DPF220之间分支并在比NOx净化催化剂230靠上游侧的位置合流的旁路管190，并将第一实施方式的传感器部30L、30M、30S、或第三实施方式的传感器部60L、60M、60S配置在旁路管190内来构成。
此外，在上述的实施方式中，使用单一的电加热器36将多个传感器部30L、30M、30S统一加热，但是，也可以对各传感器部30L、30M、30S个别地设置电加热器并进行再生控制。在此情况下，优选对于成为再生对象的传感器部、和比该传感器部位于排气气体的流动方向上的下游侧的传感器部，统一进行再生处理。也就是说，在被堆积在1个过滤器构件的上述单元中的颗粒状物质量达到了预定量以上的情况下，执行如下过滤器再生：对包含该过滤器构件及与该过滤器构件在下游侧相邻的过滤器构件的多个过滤器构件进行加热以将颗粒状物质燃烧除去。这是因为，有可能利用在上游侧的传感器部的再生处理时产生的加热后的排气气体将被堆积在下游侧的PM烧掉。
此外，在上述的实施方式中，具备气孔的大小不同的3种类的过滤器构件31L、31M、31S，但是，过滤器构件的种类的数量不限于此。具备2种类以上的过滤器构件即可。
此外，虽然省略图示，但是，在第一实施方式(或第二实施方式)中，也可以将导入口12和导出口13的位置替换，并使被导入到外壳构件11内的排气气体的流动为逆向。在该情况下，将过滤器构件31L、31M、31S在外壳构件11内颠倒地收容即可。
本申请基于2015年01月20日申请的日本国专利申请(日本特愿2015-008668)、及2016年01月13日申请的日本国专利申请(日本特愿2016-004641)，将其内容作为参照援引于此。
工业实用性
本发明的传感器在能够连续地推定排气气体中含有的PM的每种粒径的PM量这一点是有用的。
附图标记说明
10A、10B、10C、10D 传感器
11 外壳构件
12 导入口
13 导出口
20 底座部
21 外螺纹部
22 螺母部
30L 第1传感器部
30M 第2传感器部
30S 第3传感器部
31L 第1过滤器构件(捕集部)
31M 第2过滤器构件(捕集部)
31S 第3过滤器构件(捕集部)
32L、33L 第1电极
32M、33M 第2电极
32S、33S 第3电极
36 电加热器(再生部件)
40 控制单元
41 过滤器再生控制部(再生部件)
42 第1PM量推定部(推定部件)
43 第2PM量推定部(推定部件)
44 第3PM量推定部(推定部件)
45 总PM量运算部
Claims (8)
1.一种传感器，其特征在于，
包括：
捕集部，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的气孔率互不相同的多个过滤器构件从上述排气气体的排气上游向下游按照上述气孔率由高到低的顺序配置；
一对电极，其对于多个上述过滤器构件的每一个，夹着上述过滤器构件地对置配置；以及
推定部件，其基于上述一对电极间的静电电容变化量，对于气孔率互不相同的上述过滤器构件的每一个，分别推定由该过滤器构件分别捕集的颗粒状物质量。
2.一种传感器，其特征在于，
包括：
捕集部，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的平均孔径互不相同的多个过滤器构件从上述排气气体的排气上游向下游按照上述平均孔径由大到小的顺序配置；
一对电极，其对于多个上述过滤器构件的每一个，夹着上述过滤器构件地对置配置；以及
推定部件，其基于上述一对电极间的静电电容变化量，对于平均孔径互不相同的上述过滤器构件的每一个，分别推定由该过滤器构件分别捕集的颗粒状物质量。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其中，
还包括再生部件，在由1个上述过滤器构件捕集的上述颗粒状物质量达到了预定量以上的情况下，上述再生部件执行将至少包含该过滤器构件的多个过滤器构件加热以将上述颗粒状物质燃烧除去的过滤器再生。
4.如权利要求3所述的传感器，其中，
上述推定部件通过在从由上述再生部件进行的过滤器再生结束到下一次过滤器再生开始为止的再生间隔期间，将基于上述一对电极构件间的上述静电电容变化量推定的上述颗粒状物质量依次累计，从而实时推定上述排气气体中的颗粒状物质量。
5.如权利要求1～4的任何一项所述的传感器，其中，
上述过滤器构件是包括由多孔质分隔壁划分的单元的过滤器构件，
上述再生部件包含被插入在上述单元内并通过通电而发热的电热线。
6.如权利要求1～5的任何一项所述的传感器，其中，
上述过滤器构件是将多个单元在一个方向并列地配置而成的过滤器层，上述一对电极构件是夹着上述过滤器层对置的平板状的第1电极板及第2电极板，上述再生部件包含通过通电而发热的平板状的加热器基板，该加热器基板被夹设在上述第1电极板与上述过滤器层之间、或者上述第2电极板与上述过滤器层之间的任何一者。
7.一种传感器，其包括：
捕集部，其将对排气气体中的颗粒状物质进行捕集的具有互不相同的物理性质值的多个过滤器构件从上述排气气体的排气上游向下游按照上述物理性质值由高到低的顺序配置；
一对电极，其对于多个上述过滤器构件的每一个，夹着上述过滤器构件地对置配置；以及
控制单元，其中，
上述物理性质值是气孔率或平均孔径，
上述控制单元进行动作，以便执行以下的处理：
基于上述一对电极间的静电电容变化量，对于具有互不相同的物理性质值的上述过滤器构件的每一个，分别推定由该过滤器构件分别捕集的颗粒状物质量的推定处理。
8.如权利要求7所述的传感器，其中，
上述控制单元进一步进行动作，以便执行以下的处理：
在由1个上述过滤器构件捕集的上述颗粒状物质量达到了预定量以上的情况下，执行将至少包含该过滤器构件的多个过滤器构件加热以将上述颗粒状物质燃烧除去的过滤器再生的再生处理。
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