CN109073584A - 颗粒物传感器 - Google Patents

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Abstract

PM传感器具备：堆积部，以遮挡包含颗粒物的废气的通道的方式配置，在通道的上游侧的表面上堆积颗粒物并且形成有至少一个通孔；以及至少一对电极，隔着堆积部相互对置，至少一个通孔在堆积部中从废气的上游侧表面穿透至下游侧表面。

Description

颗粒物传感器
技术领域
本发明涉及能够对从内燃机排出的废气中包含的颗粒物(Particulate Matter)的量进行检测的颗粒物传感器(PM传感器)。
背景技术
在内燃机的废气中包含颗粒物(以下称作PM)。为了除去PM而在废气的通道(以下称作排气通道)中配置PM过滤器。作为该PM过滤器，例如可举出柴油颗粒过滤器(DieselParticulate Filter，以下称作DPF)。
对于PM过滤器，若持续捕集PM则会发生堵塞。由此，在PM过滤器中堆积的PM被强制燃烧、除去。该处理作为PM过滤器的再生处理而被人熟知。
为了对PM过滤器中的PM堆积量进行判定等，使用PM传感器。PM传感器在排气通道中配置于比PM过滤器更靠下游侧的位置，且构成为将在PM过滤器中通过后的废气的一部分引入到内部，并在进行了规定的处理后向排气通道排出。
为了进行规定的处理，PM传感器具备以遮挡所引入的废气的通道的方式配置的多孔过滤器。在该多孔过滤器中通过的废气中包含的PM，逐渐堆积在该多孔过滤器的通道上游侧的表面上。PM传感器还具备隔着多孔过滤器相互对置的至少一对电极。PM传感器基于由至少一对电极构成的电容器的静电电容，导出向多孔过滤器堆积的PM堆积量(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-241643号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在以往的PM传感器中，有时存在PM进入多孔过滤器的内部并在内部滞留的情况。多孔过滤器内部的PM不会对电容器的静电电容带来影响。因此，在向多孔过滤器堆积的PM堆积量为没有或较少的状态(即，初始状态)下，存在PM传感器的检测结果的精度受到影响的问题。
本发明的目的在于，提供即使在初始状态下检测结果也具有稳定的精度的PM传感器。
解决问题的方案
本发明针对PM传感器，其具备：堆积部，以遮挡包含颗粒物的废气的通道的方式配置，在所述通道的上游侧的表面上堆积所述颗粒物，并且形成有至少一个通孔；以及至少一对电极，隔着所述堆积部相互对置，所述至少一个通孔在所述堆积部中从所述废气的上游侧表面穿透至下游侧表面。
发明效果
根据本发明，能够提供即使在初始状态下检测结果也具有稳定的精度的PM传感器。
附图说明
图1是对适用本发明的PM传感器的排气系统进行示例的示意图。
图2是示意性地表示图1所示的PM传感器的第一结构例的局部剖面图。
图3A是示意性地表示图2所示的传感器部的第一结构例的立体图。
图3B是图3A的传感器部的分解立体图。
图3C是从高度方向T观察沿着图3B的C-C’线的传感器部的剖面时的剖面图。
图4是示意性地表示图2的PM传感器的第一变形例的局部剖面图。
图5是示意性地表示图2的PM传感器的第二变形例的图，是表示图3A等的堆积部的另一结构例的剖面图。
图6是示意性地表示图1所示的PM传感器的第二结构例的局部剖面图。
图7A是示意性地表示图6所示的传感器部的第二结构例的立体图。
图7B是图7A的传感器部的分解立体图。
图7C是从宽度方向W观察沿着图7B的C-C’线的传感器部的剖面时的剖面图。
具体实施方式
以下，参照上述附图，对本发明的PM传感器1A、1B进行详细说明。
应予说明，在上述附图中的几个中，描绘了L轴、W轴和T轴。L轴、W轴和T轴表示PM传感器1A、1B的长度方向、宽度方向以及高度方向。各个方向相互正交。另外，在下述中，有时将PM传感器1A、1B的长度方向、宽度方向以及高度方向记载为长度方向L、宽度方向W以及高度方向T。另外，将长度方向L上的正方向侧称作前端侧，将其负方向侧称作后端侧。
<1.PM传感器的外围结构>
图1中示出内燃机100、排气系统200和本发明的PM传感器1A、1B。
内燃机100典型地为柴油机。
排气系统200大致上包括：形成排气通道P的排气管202、氧化催化剂204和PM过滤器206。氧化催化剂204在排气通道P中设置于比PM过滤器206更靠上游侧的位置。PM过滤器206典型地为柴油颗粒过滤器。
各个PM传感器1A、1B在排气通道P中设置于比PM过滤器206更靠下游侧的位置。各个PM传感器1A、1B典型地用于PM过滤器206中的PM堆积量的导出等，且构成为将在PM过滤器206中通过后的废气的一部分引入到内部，并在进行了规定的处理后向排气通道排出。
<2.PM传感器1A(第一结构例)>
接着，参照图2～图3C，对本发明的PM传感器1A进行详细说明。
<2-1.PM传感器1A的详细结构>
PM传感器1A具备外壳12、内壳14、安装部16、传感器部18、支撑部件110和控制部112。此处，在图2中，对于外壳12和内壳14，示出沿着与WL平面平行的虚拟面将外壳12和内壳14的一部分剖开后的剖面形状。对于传感器部18和支撑部件110，示出沿着同一虚拟面将传感器部18和支撑部件110剖开后的剖面形状。
外壳12例如具有中心轴与长度方向L平行的、圆筒状的形状。外壳12的长度方向L上的两端未被闭合，而成为具有规定的内径φ1的开口部。
内壳14例如具有中心轴沿着长度方向L的、有底圆筒状的形状。在本发明中，内壳14的长度方向L上的尺寸比外壳12大。另外，内壳14的外径φ2比外壳12的内径φ1小。并且，内壳14的后端部未被闭合，而成为具有规定的内径φ3的开口部。另外，在内壳14的后端部附近，沿着内壳14的外周面的周向形成有多个入口(通孔)Hin1。此外，由于考虑了图的可视性，在图2中仅在一个入口处标上附图标记Hin1。另外，内壳14的前端部为底部，虽然不完全，但大致闭合。更具体地，在该底部的大致中央形成至少一个直径比内径φ3小的出口(通孔)Hout1。
安装部16大致上具有环状的形状。在该安装部16的前端侧，将内壳14和外壳12插入并固定。通过将两壳12、14固定于安装部16，由此，(1)使两壳12、14的中心轴轴对齐，且(2)将内壳14收容于外壳12的内部空间。并且，在本发明中，(3)内壳14的前端部比外壳12的前端部更突出。
在安装部16的外周面形成外螺纹S2。在排气通道P中比PM过滤器206更靠下游侧的位置设置有凸起B2，在凸起B2中开设有贯通排气管202且在内周面形成有内螺纹S4的通孔。外螺纹S2能够与该内螺纹S4螺合。另外，在外螺纹S2的后端侧设置螺母部S6。通过上述那样的安装部16和排气管202的内螺纹S4，将PM传感器1A安装于排气管202。
另外，在安装部16中形成有沿着长度方向L贯通，且供从传感器部18引出的导线210、212(参照图3A、图3B)通过的通孔H2。
如图3A～图3C所示，传感器部18具备成对的至少两个电极22(图示为五个电极22a～22e)、至少一层堆积部24(图示为四个堆积部24a～24d)以及至少一个加热器26(图示为两个加热器26a、26b)。
各个电极22由面状导体构成，例如具有与LW平面大致平行且为大致矩形形状的主表面。各个电极22在规定方向(例如高度方向T)上排列。另外，在规定方向上相邻的两个电极22空开规定距离相互对置，从而构成电容器。
各个堆积部24例如包含由无孔质、绝缘性且片状的陶瓷构成的多个分隔壁25(尤其参照图3C)的组合，该各个堆积部24例如在规定方向上相邻的电极22之间分别夹有一层。更具体地，首先，由多个分隔壁25将相邻的电极22之间的空间划分，从而形成在长度方向L上延伸的至少两个长方体空洞C1、C2，即例如在宽度方向W上排列的至少两个长方体空洞C1、C2。此外，优选使片状的陶瓷介于各个分隔壁25与各个电极22之间，免得PM附着于电极22。
另外，在某一长方体空洞C1的前端为开口部且其后端被闭合的情况下，在宽度方向W上邻接的长方体空洞C2的前端被闭合且其后端被设为开口部。这样的关系同样地适用于长方体空洞C1、C2的所有的组合中。
此外，在图3A、图3B中，相邻的电极22之间的空间未在高度方向T上被各个堆积部24划分，而在宽度方向W上被各个堆积部24划分为共计五个长方体空洞C1、C2。此外，在图3C中为了便于理解而仅示出三个分隔壁25。
另外，在本发明中，四个堆积部24a～24d在高度方向T上排列。在该情况下，在高度方向T上隔着电极22相邻的长方体空洞C1、C2也具有同样的关系。即，在某一长方体空洞C1的前端为开口部且其后端被闭合的情况下，在高度方向T上邻接的长方体空洞C2的前端被闭合且其后端被设为开口部。
另外，在第一结构例中，如图3C所示，在与TL平面大致平行的分隔壁25上，形成从宽度方向W的正方向侧的表面向负方向侧的表面穿透的至少一个通孔H4。在图3C中，作为至少一个通孔H4，示例了十个通孔H4。将各个通孔H4的直径设计为规定值以上。此处，规定值例如设计为比PM过滤器206的气孔直径大的值。下面举出具体的例子，即若PM过滤器206主要具有数μm以上数十μm以下的直径的气孔，则优选将规定值设计为超过数十μm。
至少一个加热器26(图示为加热器26a、26b)由线状导体构成，在埋设于绝缘性陶瓷片28(图示为陶瓷片28a、28b)内的状态下，例如插入到电极22与堆积部24之间。从使存在于堆积部24的表面上或内部的PM燃烧的观点来看，优选各个加热器26由尽可能窄幅的线状导体构成，并在陶瓷片28内蜿蜒。此外，也能够使至少一个电极22具有加热器26的功能。
再次参照图2。在上述结构的传感器部18中，至少除了长度方向T上的两端面以外的侧面被支撑部件110包围。此处，支撑部件110典型地由具有耐热性的纤维状的垫子构成。由支撑部件110包围的传感器部18被收容于内壳14的内部空间。
另外，从各个电极22分别引出一根导线210(参照图3A)，另外，从各个加热器26的两端分别引出一根导线212(参照图3B)。这些导线210、212与控制部112连接。
控制部112是ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)等，且作为功能块包括传感器再生控制部32和PM量导出部34。例如由执行程序的微型计算机来实现各个功能块32、34。
传感器再生控制部32在预先决定的时刻(更具体地，根据各个电容器(即，成对的两个电极22)的静电电容)，对各个加热器26通电来使在各个堆积部24中堆积的PM燃烧(即，传感器再生处理)。
PM量导出部34基于规定期间(例如，从传感器再生处理结束时到下一次传感器再生开始时为止)内的静电电容的变化量，对来自内燃机100的废气中的总PM量进行推定。
关于上述传感器再生处理及上述总PM量的推定，由于在日本特开2016-008863号公报等中进行了详细说明，此处省略各自的详细说明。
<2-2.PM传感器1A的动作>
在图1中，从内燃机100排出的废气由氧化催化剂204及PM过滤器206处理后，流向排气通道P的下游侧。在PM过滤器206中通过后的废气的一部分引入到PM传感器1A的内部。更具体地，如图2所示，废气通过两壳12、14之间，从入口Hin1流入内壳14的内部。之后，如图3C所示，废气从形成于堆积部24的后端侧的开口部流入到长方体空洞C2之后，通过分隔壁25，在长方体空洞C1中流动，从前端侧的开口部流出。此处，PM的大部分在分隔壁25中堆积在排气通道的上游侧的表面上，但一部分的PM通过通孔H4与废气一起去往长方体空洞C1，并从前端侧的开口部向传感器部18的外部排出。
如上所述，PM量导出部34基于从电容器(成对的电极22)通过导线210而得到的静电电容的变化量(更具体地，规定期间内的变化量)，对来自内燃机100的废气中的总PM量进行推定。另外，传感器再生控制部32在预先决定的时刻通过导线212使各个加热器26通电，并使在各个堆积部24中堆积的PM燃烧。
<2-3.PM传感器1A的作用·效果>
如“发明要解决的问题”中叙述的那样，在以往的PM传感器中利用了多孔过滤器，因此在向多孔过滤器堆积的PM堆积量为没有或较少的状态(即，初始状态)下，存在PM传感器的检测结果的精度受到影响的问题。以下，关于该问题更具体地进行说明。
在这种PM传感器中，在预先决定的时刻使所堆积的PM燃烧(传感器再生处理)。由此，每次进行传感器再生处理时，PM传感器变为初始状态。因此，即使是相同的多孔过滤器，在各初始状态下，PM向多孔过滤器内的积存情况不同。
另外，在PM传感器具备多个多孔过滤器的情况下，通过传感器再生处理，使多个多孔过滤器的PM一并地(即同时地)燃烧。因此，在某一初始状态下，PM向多个多孔过滤器内的积存情况不同。
如上所述，在以往的PM过滤器中，初始状态下的PM的积存情况各不相同，因此会对PM传感器的检测结果的精度造成影响。
于是，在PM传感器1A中，如图3C所示，在堆积部24的分隔壁25上，形成从宽度方向W的正方向侧(即，排气的通道上游侧)的表面向负方向侧(即，下游侧)的表面穿透的至少一个通孔H4。各个通孔H4的直径被设计为规定值以上。从而，在各个通孔H4中，遮挡PM的行进路径的物质变得比以往少，因此PM在堆积部24的内部实质上不会滞留，而通过堆积部24后向传感器部18的外部排出。如上所述，在PM传感器1A中，在初始状态下PM难以在堆积部24的内部积存，因此不易对PM量导出部34(参照图2)的检测结果的精度造成影响。
<2-4.第一变形例>
上述PM传感器1A具备外壳12和内壳14。但是，不限于此，PM传感器1A也可以如图4所示那样具备单一的壳42，来代替外壳12及内壳14。此外，除此之外，在图4的PM传感器1A与图2的PM传感器1A之间没有不同点。因此，对图4中与图2所示的结构相当的结构，标以相同的附图标记，并省略各自的说明。
壳42例如具有中心轴沿着长度方向L的、有底圆筒状的形状。壳42的后端部未被闭合，而例如成为具有内径φ3的开口部。另外，壳42的前端部成为底部，而且被闭合。
另外，在壳42的前端部附近，沿着壳42的外周面的周向形成有多个入口(通孔)Hin2。另外，壳42的后端部附近，沿着壳42的外周面的周向形成有开口面积比入口Hin2大的多个出口(通孔)Hout2。此外，由于考虑了图的可视性，在图4中仅在一个入口及出口处标上附图标记Hin2、Hout2。
由支撑部件110包围的传感器部18被收容于上述壳42的内部空间中。此外，关于上述壳42的细节，由于在日本特开2016-008863号公报中进行了记载，此处省略其详细说明。
此外，关于PM传感器1A的壳，可以采用其他各种形状。
<2-5.第二变形例>
另外，在第一结构例的PM传感器1A中，如图3C所示，通孔H4从分隔壁25的通道上游侧的表面到下游侧的表面具有大致相同的直径。
但是，不限于此，如图5所示，通孔H4也可以设为，在分隔壁25的通道上游侧的表面具有最小的直径。由此，与上述第一结构例相比，PM更难以在堆积部24的内部滞留。此外，对于通孔H4中的除了分隔壁25的上游侧表面及下游侧表面以外的部分处的直径，也可以设为比上游侧表面及下游侧表面上的直径大。
<2-6.附记>
此外，在第一结构例中，对堆积部24由无孔质的陶瓷构成的情况进行了说明。但是，不限于此，只要是PM难以在堆积部24的内部滞留的材料，堆积部24由任何材料制作都可以。
另外，在第一结构例中，对空洞C1、C2的形状为长方体的情况进行了说明。但是，不限于此，空洞C1、C2也可以具有长方体以外的形状。
另外，在第一结构例中，PM的一部分在堆积部24中通过。对于通过PM量相对于流入到PM传感器1A中的PM量的比例，能够基于PM的平均粒径、废气的流量及通孔H4的直径等，通过预先实验来求得。因此，PM量导出部34也可以基于预先求得的比例，对导出的总PM量进行修正。
另外，在第一结构例中，通孔H4呈直线状地穿透分隔壁25。但是，不限于此，在PM不滞留于堆积部24的内部的范围内，通孔H4也可以弯曲。
<3.PM传感器1B(第二结构例)>
接着，参照图6、图7A～图7C，对本发明的PM传感器1B进行详细说明。
<3-1.PM传感器1B的详细结构>
对于图6的PM传感器1B，与图2的PM传感器1A相比，在具备传感器部52来代替传感器部18这一点上是不同的。除此以外，在两种PM传感器1A、1B之间没有不同点。因此，在图6中，对与图2的结构相当的结构，标以相同的附图标记，并省略各自的说明。此外，在图6中，对于外壳12和内壳14，示出沿着与WL平面平行的虚拟面将外壳12和内壳14的一部分剖开后的剖面形状。对于传感器部52和支撑部件110，示出沿着同一虚拟面将传感器部52和支撑部件110剖开后的剖面形状。
如图7A～图7C所示，传感器部52大致上具备成对的至少两个电极62(图示为两个电极62a、62b)和至少一层堆积部64(图示为一个堆积部64a)。
各个电极62由与各个电极22相同的面状导体构成，在规定方向(例如高度方向T)上排列。另外，在规定方向上相邻的两个电极62空开规定距离相互对置，从而构成电容器。
各个堆积部64例如包含由与上述的分隔壁25同样的陶瓷构成的多个分隔壁66(尤其参照图7B)的组合，该各个堆积部64例如在规定方向上相邻的电极62之间分别夹有一层。更具体地，首先，由多个分隔壁66将相邻的电极62之间的空间划分，从而形成在长度方向L上延伸的至少一个长方体空洞C3(图示为三个)。在形成多个长方体空洞C3的情况下，该多个长方体空洞C3例如在宽度方向W上排列。另外，各个长方体空洞C3的前端被闭合。此外，优选使片状的陶瓷介于各个分隔壁66与各个电极62之间，免得PM附着于电极62。
另外，在第二结构例中，在从高度方向T俯视时，各个堆积部64比各个电极62的前端更向长度方向L突出。换言之，对于各个电极62，关于沿高度方向T的俯视形状，各个电极62与各个堆积部64相互不同。以下，将各个堆积部64的外周面上的、在从相对于电极62的主表面的法线方向(在图6中为高度方向T)俯视时未被电极62覆盖的部分称作露出部分E2。
在第二结构例中，在堆积部64中形成从高度方向T上的内表面(即，废气的上游侧表面)向露出部分E2的外表面(即，废气的下游侧表面)穿透的至少一个通孔H6。在图7C中，作为至少一个通孔H6，示例了十六个通孔H6。各个通孔H6具有与通孔H4相同的直径。此外，在堆积部64中，在除了露出部分E2以外的部位未形成相同的通孔的情况下，PM与电极62的主表面大致平行地堆积，因此能够提高PM传感器1B的检测精度。此外，由于PM难以附着于电极62，因此能够抑制检测精度的降低。
<3-2.PM传感器1B的动作>
在图6中，在PM过滤器206中通过后的废气的一部分引入到PM传感器1B的内部。更具体地，如图6所示，废气通过两壳12、14之间，从入口Hin1流入内壳14的内部。之后，如图7C所示，废气从形成于堆积部64的后端侧的各个开口部流入到长方体空洞C3之后，通过形成于堆积部64的通孔H6，从露出部分E2流出。此处，在各个长方体空洞C3中，PM的大部分在排气通道的上游侧的表面以沿着电极62的方式堆积，但一部分的PM通过通孔H6与废气一起向堆积部64的外部流出。
<3-3.PM传感器1B的作用·效果>
根据PM传感器1B，除了起到第2-3项中记载的作用、效果以外，还如第3-1项中记载的那样，能够提高检测精度。
<3-4.附记>
第2-4项至第2-6项的内容也能够同样地适用于PM传感器1B。
另外，PM传感器1B也还可以具备在PM传感器1A中设置的那样的加热器。
另外，在上述说明中，对内燃机100是柴油机的情况进行了说明。但是，不限于此，内燃机100也可以是汽油发动机。
<4.关联申请的相互参照>
本申请基于在2016年4月14日提交的日本专利申请(特愿2016-081540号)，其内容在此作为参照而引入。
工业实用性
本发明的PM传感器即使在初始状态下检测结果也具有稳定的精度，在具备内燃机的车辆用途中是有用的。
附图标记说明
1A、1B PM 传感器
22、62 电极
24、64 堆积部
H4、H6 通孔
34 PM量导出部

Claims (5)

1.一种颗粒物传感器，具备：
堆积部，以遮挡包含颗粒物的废气的通道的方式配置，在所述通道的上游侧的表面上堆积所述颗粒物，并且形成有至少一个通孔；以及
至少一对电极，隔着所述堆积部相互对置，
所述至少一个通孔在所述堆积部中从所述废气的上游侧表面穿透至下游侧表面。
2.如权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，
所述至少一个通孔的直径比颗粒物的直径大。
3.如权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，
所述通道的上游侧的表面处的所述通孔的直径比其他部分处的所述通孔的直径小。
4.如权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，
还具备颗粒物量导出部，该颗粒物量导出部基于所述一对电极之间的静电电容导出颗粒物量并对该颗粒物量进行修正。
5.如权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，
所述一对电极分别具有主表面，
在从所述主表面的法线方向俯视时，在所述堆积部中存在未与所述一对电极重合的露出部分，
所述通孔在所述堆积部中从所述废气的上游侧表面穿透至所述露出部分。
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