JP2010286412A

JP2010286412A - Ｐｍセンサー

Info

Publication number: JP2010286412A
Application number: JP2009141617A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Uchiyama; 正内山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP5531459B2

Abstract

【課題】小型かつ低コストであり、ＤＰＦの破損を検出可能なＰＭセンサーを提供する。
【解決手段】排気ガス中の粒子状物質を検出するためのＰＭセンサーであって、車両の排気通路１１に配置され、粒子状物質を付着させるための基台２と、基台２の表面に所定間隔離間して形成された２つの電極３，４と、両電極３，４間の電気的導通を検出して、粒子状物質の付着の有無を検出する検出部５とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の破損を検出するためのＰＭセンサーに関するものである。

現在、車両では、排気ガスの後処理として、排気ガス中の煤などの粒子状物質（Particulate Matter；以下、ＰＭという）を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（Diesel Particulate Filter；以下、ＤＰＦという）が使用されている。使用過程においてＤＰＦが破損、損傷するなどしてその機能が失われた場合、大気中にＰＭが放出されることになる。

米国カリフォルニア州で２００３年に法規化されたＯＢＤ（On Board Diagnosis）では、ＤＰＦの破損の検出が義務づけられており、これに伴い、ＤＰＦの破損を検出するためのＰＭセンサーの開発が進められている。

図６に示すように、ＰＭセンサー６１は、エンジンＥの排気通路６２に設けられたＤＰＦ６３の下流側に設けられる。

従来のＰＭセンサー６１では、上流側に配置された一方の電極を用いて高電圧（例えば、２０００〜７０００Ｖ）でＰＭ（煤）６４をイオン化させ、下流側に配置された他方の電極でイオン電流を計測する（例えば、特許文献１参照）。

ＤＰＦ６３が破損すると、ＤＰＦ６３の下流側の排気通路にＰＭ６４が流出し、ＰＭセンサー６１にてイオン電流が検出される。つまり、ＰＭセンサー６１を用いてＤＰＦ６３の下流側でＰＭ６４を検出することで、ＤＰＦ６３の破損を検出することが可能となる。

特開２００６−１５３７１６号公報

しかしながら、上述のＰＭセンサーは、もともと工場等のばい煙検出に使用されていたものであり、これをそのまま車両に適用すると様々な問題が発生する。

例えば、車両に搭載する場合、ＰＭセンサーは小型であることが要求されるが、従来のＰＭセンサーでは２０００〜７０００Ｖという高電圧を使用するため、非常に装置が大掛かりとなってしまう。また、装置が大掛かりとなってしまうため、コストが高く、重量も重くなってしまい好ましくない。

さらに、従来のＰＭセンサーでは、高電圧を使用するため、安全性および絶縁の問題がある。さらにまた、従来のＰＭセンサーでは、高電圧の使用によるラジオノイズ等が発生してしまうおそれがあり、車両用としては不向きであると考えられる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型かつ低コストであり、ＤＰＦの破損を検出可能なＰＭセンサーを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、
排気ガス中の粒子状物質を検出するためのＰＭセンサーであって、
車両の排気通路に配置され、前記粒子状物質を付着させるための基台と、該基台の表面に所定間隔で対向して形成された２つの電極と、該両電極間の電気的導通を検出して、前記粒子状物質の付着の有無を検出する検出部とを備えたＰＭセンサーである。

前記基台は、排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の下流側の前記排気通路に配置され、前記検出部は、前記両電極間の電気的導通を検出することで、前記ディーゼルパティキュレートフィルターの破損を検出するとよい。

前記基台には、該基台に付着した粒子状物質を燃焼させるための電気ヒーターが内蔵されおり、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに前記電気ヒーターに通電して、前記基台に付着した粒子状物質を燃焼させる再生部を備えてもよい。

前記基台としてセラミックグロープラグを用い、該セラミックグロープラグの表面に前記両電極を形成するようにしてもよい。

本発明によれば、小型かつ低コストであり、ＤＰＦの破損を検出可能なＰＭセンサーを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るＰＭセンサーを示す図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は排気通路に配置したときの正面図である。図１のＰＭセンサーの動作原理を説明するための説明図である。本発明の一実施の形態に係るＰＭセンサーを示す図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）はその側断面図である。本発明において、ＰＭセンサーの電極の形状の変形例を示す斜視図である。本発明において、ＰＭセンサーの電極の形状の変形例を示す平面図である。従来のＰＭセンサーを説明する説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係るＰＭセンサーの概略斜視図であり、図１（ｂ）は、そのＰＭセンサーを排気通路に配置したときの正面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＭセンサー１は、排気ガス中のＰＭ（煤）を付着させるための略直方体状の基台２と、その基台２の表面に所定間隔で対向して形成された２つの電極３，４と、電極３，４間の電気的導通を検出する検出部５とを備えている。

ＰＭセンサー１は、図示しないＤＰＦの破損を検出するためのものであり、基台２はＤＰＦの下流側の排気通路１１に配置される。基台２は、例えば、セラミックからなる。

２つの電極３，４は、基台２の排気方向上流側に臨む面に形成される。電極３，４は、直線状に形成された直線部６と、その直線部６の一端部に形成された円形状の先端部７とからなり、先端部７同士が対向するように所定間隔離間して形成される。

両電極３，４間の間隔は、例えば、数ｍｍ程度であり、両電極３，４間の間隔を狭くするほど感度を向上させることが可能である。電極３，４の直線部６の他端は、ケーブル１２を介して車両に搭載されたＥＣＭ８にそれぞれ電気的に接続される。電極３，４は、例えば、ステンレスからなり、真空蒸着等により形成される。

検出部５は、電極３，４間の電気的導通を検出することにより、電極３，４間の基台２にＰＭが付着（堆積）しているか否かを検出する。具体的には、電極３，４間に常時所定の電圧を印加しておき、電極３，４間の電流を常時監視することにより、電極３，４間が電気的に導通しているか否かを検出する。

また、基台２には、基台２に付着したＰＭを燃焼させるための電気ヒーター９が内蔵されている。電気ヒーター９は、ケーブル１３を介してＥＣＭ８に電気的に接続される。

ＰＭセンサー１は、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中（走行中）の一定時間ごとに電気ヒーター９に通電して、基台２に付着したＰＭを燃焼させる再生部１０を備えている。

ＤＰＦはＰＭを１００％捕獲しないため、ＤＰＦが正常であっても、長時間運転を行うと、電極３，４間の基台２にＰＭが付着してしまい、実際にはＤＰＦが破損していないにもかかわらず、ＤＰＦが破損していると誤って検出してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに、再生部１０が電気ヒーター９に通電して、基台２に付着したＰＭ２０を燃焼させるようにした。

より具体的には、再生部１０は、エンジンの運転時間を積算し、エンジン稼働中の一定時間ごとに電気ヒーター９に通電して定期的にＰＭを燃焼させ、常に電極３，４間にＰＭがたまらないようにする。また、再生部１０は、エンジン始動時に電気ヒーター９を通電させて、エンジン始動時にも基台２に付着したＰＭを燃焼させる。

エンジン稼働中に再生部１０が電気ヒーター９に通電する時間間隔については、予め、エンジン稼働中に基台２にＰＭがどれくらい付着するかを計測しておき、検出部５が電極３，４間の電気的導通を検出してしまわない程度の時間間隔（例えば、３〜４時間程度）に設定すればよい。検出部５、および再生部１０は、ＥＣＭ８に搭載される。

次に、ＰＭセンサー１の動作原理を説明する
ＤＰＦが破損、損傷するなどしてその機能が失われると、ＤＰＦの下流側の排気通路１１にＰＭが流出する。図２に示すように、流出したＰＭ２０は、排気方向上流側に臨む基台２の表面に付着し、このとき、電極３，４間の基台２にもＰＭ２０が付着する。

ＰＭ２０（煤）は主にカーボンからなることから、導電性を有している。よって、電極３，４間の基台２にある程度の量のＰＭ２０が付着、堆積すると、電極３，４間が電気的にショートされ、電極３，４間が電気的に導通される。検出部５は、電極３，４間の電気的導通を検出し、ＤＰＦの破損を検出する。検出部５は、ＤＰＦの破損を検出すると、例えば、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Lamp；故障表示ランプ）を点灯する。

このように、ＰＭセンサー１では、ＤＰＦが破損した場合、流出したＰＭ２０が電極３，４間の基台２にたまり、電極３，４間が電気的に導通されることを利用して、ＤＰＦの破損を検出している。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係るＰＭセンサー１では、ＰＭ２０を付着させるための基台２と、基台２の表面に所定間隔で対向して形成された２つの電極３，４と、両電極３，４間の電気的導通を検出して、ＰＭ２０の付着の有無を検出する検出部５とを備えている。

ＤＰＦの下流側の排気通路１１にＰＭセンサー１を配置することで、ＤＰＦが破損した際にＤＰＦの下流側に流出するＰＭ２０を検出することが可能となり、ＤＰＦの破損を検出することができる。ＰＭセンサー１では、ＰＭ２０の量を計測することはできないが、上述の２００３年に法規化されたＯＢＤでは、ＰＭ２０の量について規定されておらず、ＤＰＦの破損の検出が要求されるのみであるから、ＰＭ２０の量の計測は必要ない。

ＰＭセンサー１では、従来方式のような大掛かりな装置が必要なく、基台２の表面に電極３，４を形成するという簡単な構成であるため、従来と比較して、小型かつ低コストである。

また、ＰＭセンサー１では、基台２に電気ヒーター９を内蔵し、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに電気ヒーター９に通電して、基台２に付着したＰＭ２０を燃焼させて除去している。

これにより、エンジンを始動させるごとに基台２に付着したＰＭ２０を除去できるため、電極３，４間の基台２にＰＭ２０が付着していない状態で検出を開始できる。また、エンジン稼働中の一定時間ごとに基台２に付着したＰＭ２０を除去することにより、長時間走行する場合であっても、電極３，４間の基台２にＰＭ２０がたまってしまうことがなくなり、ＤＰＦが破損していないにもかかわらず、ＤＰＦが破損していると誤って検出してしまうおそれがなくなる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

図３（ａ）に示すＰＭセンサー３１は、基台２としてセラミックグロープラグ３２を用い、セラミックグロープラグ３２の表面に両電極３，４を形成するようにしたものである。

図３（ｂ）に示すように、セラミックグロープラグ３２の内部には、セラミック抵抗体からなる発熱素子３３が設けられており、この発熱素子３３に通電することで、セラミックグロープラグ３２の表面に付着したＰＭ２０を燃焼させることができる。

このＰＭセンサー３１を排気通路１１に取り付ける際は、排気通路１１にボス部等を設け、このボス部等にセラミックグロープラグ３２のネジ部３４を螺合して、電極３，４を形成した先端部が排気通路１１内に臨むように取り付けるとよい。

セラミックグロープラグ３２を排気通路１１に取り付ける際にセラミックグロープラグ３２を回転させるため、どのような角度でセラミックグロープラグ３２が固定されても、排気方向上流側に電極３，４がくるように、セラミックグロープラグ３２の周方向に複数の電極３，４を形成することが望ましい。

このように、基台２にセラミックグロープラグ３２を用いることで、ＰＭセンサー３１の排気通路１１への取り付けが容易となる。

上記実施の形態では、電極３，４が直線部６と円形状の先端部７とからなる場合を説明したが、電極３，４の形状はこれに限らず、任意に設定することができる。

例えば、図４に示すＰＭセンサー４１のように、電極３，４の先端部７を、基台２としてのセラミックグロープラグ３２の表面の周方向全体にわたってリング状に形成してもよい。これにより、どのような角度でセラミックグロープラグ３２が固定されても、排気方向上流側に電極３，４を配置することが可能である。

また、図５に示すように、電極３，４を、平行に配置された複数の直線部５１と、それら直線部５１の端部を接続する接続部５２とからなる櫛歯状の形状とし、電極３の直線部５１と電極４の直線部５１とが交互になるように対向して配置するようにしてもよい。これにより、電極３と電極４が対向する部分の面積が増えるため、感度を向上させることができる。

上記実施の形態では、ＰＭセンサー１，３１，４１をＤＰＦの破損を検出する目的で使用する場合を説明したが、ＰＭセンサー１，３１，４１を、例えば、ＤＰＦを搭載していない車両の燃料系等の異常を検出する目的で使用することも可能である。この場合、車両の排気通路にＰＭセンサー１，３１，４１を設けておき、車両の燃料系等で異常が発生したときに発生する黒煙（すなわちＰＭ）を、ＰＭセンサー１，３１，４１で検知するようにすればよい。

１ＰＭセンサー
２基台
３，４電極
５検出部
８ＥＣＭ
９電気ヒーター
１０再生部
１１排気通路

Claims

排気ガス中の粒子状物質を検出するためのＰＭセンサーであって、
車両の排気通路に配置され、前記粒子状物質を付着させるための基台と、該基台の表面に所定間隔で対向して形成された２つの電極と、該両電極間の電気的導通を検出して、前記粒子状物質の付着の有無を検出する検出部とを備えたことを特徴とするＰＭセンサー。
前記基台は、排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の下流側の前記排気通路に配置され、
前記検出部は、前記両電極間の電気的導通を検出することで、前記ディーゼルパティキュレートフィルターの破損を検出する請求項１記載のＰＭセンサー。
前記基台には、該基台に付着した粒子状物質を燃焼させるための電気ヒーターが内蔵されおり、
エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに前記電気ヒーターに通電して、前記基台に付着した粒子状物質を燃焼させる再生部を備える請求項１または２記載のＰＭセンサー。
前記基台としてセラミックグロープラグを用い、該セラミックグロープラグの表面に前記両電極を形成するようにした請求項３記載のＰＭセンサー。