JP2011017280A - Pm sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、簡素な構成で正確にDPFに溜まったPMの量を検出することができるPMセンサに関する。 The present invention relates to a PM sensor that can accurately detect the amount of PM accumulated in a DPF with a simple configuration.
ディーゼルエンジンなどの内燃機関を搭載した車両では、内燃機関から大気までの排気ガスの排出流路にディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter;以下、DPFという)を設置し、排気ガスに含まれるSOF、SOOTなどの粒子状物質(Particurate Matter)を捕集している(以下、これらをPMと総称する)。DPFは、主としてセラミックからなるハニカム細孔状(四角いものを含む)のフィルタにPMを一時的に捕集する部材である。 In a vehicle equipped with an internal combustion engine such as a diesel engine, a diesel particulate filter (DPF) is installed in the exhaust gas exhaust passage from the internal combustion engine to the atmosphere, and the SOF contained in the exhaust gas, Particulate matter such as SOOT is collected (hereinafter collectively referred to as PM). The DPF is a member that temporarily collects PM in a filter having a honeycomb pore shape (including a square one) mainly made of ceramic.
DPFに捕集されたPMが溜まると排圧が上昇しエンジン特性の低下をきたすため、堆積したPMを燃焼させる。この動作をDPF再生という。DPF再生時には、排気温度を上昇させるための燃料噴射によって排気温度を上昇させ、DPFを昇温することで、DPFに捕集されているPMを燃焼させる。 When the PM collected in the DPF accumulates, the exhaust pressure increases and the engine characteristics deteriorate, so the accumulated PM is combusted. This operation is called DPF regeneration. During DPF regeneration, the exhaust temperature is raised by fuel injection for raising the exhaust temperature, and the DPF is combusted by raising the temperature of the DPF.
このとき、DPFにPMが溜まりすぎていると、DPF再生時の熱でDPFが損傷してしまう。DPFにPMが溜まりすぎないうちにDPF再生するために、従来は、正確に堆積量を計測できないので、一般的に安全係数を比較的多く取りDPFを再生している。 At this time, if PM accumulates too much in the DPF, the DPF will be damaged by the heat during DPF regeneration. In order to regenerate the DPF before PM accumulates too much in the DPF, conventionally, since the amount of deposition cannot be measured accurately, the DPF is generally regenerated with a relatively large safety factor.
しかし、必要以上に短い間隔でDPF再生を実行すると燃料が余分に消費されることになり、燃費が悪化する。したがって、PMの量を正確に検出し、最も適切な時期にDPF再生を行うようにするのが望ましい。 However, if the DPF regeneration is executed at an interval shorter than necessary, extra fuel will be consumed, and the fuel efficiency will deteriorate. Therefore, it is desirable to accurately detect the amount of PM and perform DPF regeneration at the most appropriate time.
従来、車両の走行距離が所定値に達するごとにDPF再生するようにしたのは、DPFに溜まったPMの量(PMロード;フィルタの詰まり具合を表す)を検出するのが困難であるからである。例えば、特許文献2の技術では、DPFの上流側と下流側の排気ガスの圧力差からPMの量を検出している。しかし、排気の流量・温度は、内燃機関の状態変化に伴ってたえず変化しているため、圧力差から検出するPMの量は正確でない。また、特許文献1では、PMの量を検出するという目的のために、車両走行上に必要のない空燃比変化を与えることになり、好ましくない。
Conventionally, DPF regeneration is performed every time the travel distance of the vehicle reaches a predetermined value because it is difficult to detect the amount of PM accumulated in the DPF (PM load; indicating the degree of filter clogging). is there. For example, in the technique of
また、実験室において、DPFに溜まったPMの量を検出する分析装置が知られているが、このような分析装置は大規模であり、車両には搭載できない。 Also, in the laboratory, an analyzer that detects the amount of PM accumulated in the DPF is known, but such an analyzer is large and cannot be mounted on a vehicle.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成で正確にDPFに溜まったPMの量を検出することができるPMセンサを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a PM sensor that can solve the above-described problems and can accurately detect the amount of PM accumulated in the DPF with a simple configuration.
上記目的を達成するために本発明は、多数の隔壁で仕切られた多孔状のフィルタ本体を有するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)に、上流側と下流側で互いに対向してコンデンサを形成する2つの電極を設置し、上記コンデンサの静電容量から上記DPFに捕集されているPMの量が検出されるようにしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a diesel particulate filter (DPF) having a porous filter body partitioned by a number of partition walls, and forms two capacitors facing each other on the upstream side and the downstream side. An electrode is installed, and the amount of PM collected in the DPF is detected from the capacitance of the capacitor.
上記2つの電極のうち一方の電極を上記フィルタ本体の上流に設け、他方の電極を上記フィルタ本体の下流に設けてもよい。 One of the two electrodes may be provided upstream of the filter body, and the other electrode may be provided downstream of the filter body.
上記2つの電極を、それぞれ網目状に形成してもよい。 Each of the two electrodes may be formed in a mesh shape.
本発明によれば、簡素な構成で正確にDPFに溜まったPMの量を検出することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately detect the amount of PM accumulated in the DPF with a simple configuration.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1(a)に示されるように、本発明に係るPMセンサ1は、セラミックからなる多数の隔壁で仕切られた多孔状のフィルタ本体2を有するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)3に、上流側と下流側で互いに対向してコンデンサを形成する2つの電極4a,4bを設置し、そのコンデンサの静電容量からDPF3に捕集されているPMの量が検出されるようにしたものである。
As shown in FIG. 1 (a), a
この実施形態では、電子制御装置(ECU)5の内部に電極4a,4bが形成するコンデンサの静電容量を検出する検出部と、静電容量をPMの量に変換する演算部が設けられているものとする。 In this embodiment, a detection unit for detecting the capacitance of the capacitor formed by the electrodes 4a and 4b and a calculation unit for converting the capacitance to the amount of PM are provided inside the electronic control unit (ECU) 5. It shall be.
図1(a)のPMセンサ1は、図2(a)のようにモデル化して示される。すなわち、2つの同寸法平板状の電極を所定の電極間距離を隔てて対向させたコンデンサ21に対し静電容量の検出部22が接続されている。
The
次に、PMセンサ1の動作を説明する。
Next, the operation of the
図1(a)のようにDPF3に捕集されたPMの量が少ない状態から、徐々にPMの量が増加し、図1(b)のようにDPF3に捕集されたPMの量が多い状態になったとする。図1(b)はDPF3のハッチングを図1(a)より濃くすることでPMの量が多いことを表している。このとき、PMセンサ1のモデルは、図2(a)のようにコンデンサ21の静電容量が小さい値C0である状態から図2(b)のようにコンデンサ21の静電容量が大きい値C1である状態に変化する(C1>C0)。
From the state where the amount of PM collected in the DPF 3 is small as shown in FIG. 1A, the amount of PM gradually increases, and as shown in FIG. 1B, the amount of PM collected in the DPF 3 is large. Suppose that it is in a state. FIG. 1B shows that the amount of PM is large by making the hatching of the DPF 3 darker than that in FIG. At this time, PM model of the
検出部22では、コンデンサ21の静電容量を検出する。このとき、静電容量をC、電極間の媒体の誘電率をε、電極の面積をS、電極間の距離をdとすると、
The
となる。よって、誘電率εが大きくなるか電極間距離dが小さくなるかすれば、静電容量Cは大きくなる。 It becomes. Therefore, the capacitance C increases as the dielectric constant ε increases or the inter-electrode distance d decreases.
ここで、本発明者らは、PMセンサ1内に設置した2つの電極4a,4bが形成するコンデンサの静電容量Cが捕集されたPMの量によってどのように変化するかを実験により調べた。すなわち、PMセンサ1の下流から吸引することによって上流から下流に空気を流し、そのPMセンサ1の上流において空気中にPMを少量ずつ投入し、静電容量Cの変化を記録した。その結果、図3に示されるように、PMの投入量に対してほぼ直線的に静電容量Cが増大することが分かった。すなわち、静電容量Cは、PMセンサ1に捕集されたPMの量を正確に示す。
Here, the present inventors investigated through experiments how the capacitance C of the capacitor formed by the two electrodes 4a and 4b installed in the
静電容量Cが捕集されたPMの量に比例して増加する理由としては、電極4a,4b間に導体である炭素が入ることで、見かけ上、電極間距離dが小さくなり静電容量Cが大きくなる、あるいは、電極4a,4b間の媒体中にPMが増加して誘電率εが大きくなり静電容量Cが大きくなると考えられる。 The reason why the capacitance C increases in proportion to the amount of collected PM is that the conductor carbon is inserted between the electrodes 4a and 4b, so that the inter-electrode distance d is apparently reduced and the capacitance is increased. It is conceivable that C increases or PM increases in the medium between the electrodes 4a and 4b and the dielectric constant ε increases and the capacitance C increases.
以上説明したように、本発明のPMセンサ1は、DPF3に、1個以上の隔壁を挟んでコンデンサを形成する2つの電極4a,4bを設置したので、コンデンサの静電容量CからDPF3に捕集されているPMの量を正確に検出することができる。本発明のPMセンサ1は、電極4a,4bを配置するだけの簡素な構成であるため、製造が容易であり、コストが安いという利点がある。
As described above, in the
なお、PMセンサ1は、前述した動作原理から、上流側と下流側の2つの電極4a,4bをフィルタ本体2の長手方向のどこに設置しても、電極4a,4b間に捕集されているPMの量が静電容量から検出される。しかし、実際には、フィルタ本体2を両端から挟むように電極4a,4bを設置するのが望ましい。
The
次に、本発明の具体的な実施形態を説明する。 Next, specific embodiments of the present invention will be described.
図4に示されるように、本発明のPMセンサ41は、2つの電極4a,4bのうち一方の電極4aをフィルタ本体42の上流に設け、他方の電極4bをフィルタ本体42の下流に設けたものである。なお、図4では、電極4a,4bがフィルタ本体42の端面から離れて設置されているが、電極4a,4bがそれぞれフィルタ本体42の端面に接するように配置してもよい。
As shown in FIG. 4, in the
フィルタ本体42はハニカム状に並べられた隔壁43によって形成された四角い孔44が多数並んでおり、上流側が閉じ下流側が開いた孔44と下流側が閉じ上流側が開いた孔44が交互に隣接している。上流側が開いた孔44に内燃機関からの排気ガスが入り、隔壁43の全面において排気ガスが下流側が開いた孔44に抜ける。このとき隔壁43にPMが溜まり、浄化された排気ガスが下流に出ていく。
The filter
本発明のPMセンサ41は、2つの電極4a,4bがそれぞれ網目状に形成されている。すなわち、電極4aは、フィルタ本体42の断面輪郭とほぼ同じ大きさ及び形状でループ状に形成された外枠導体線45と、外枠導体線45の内側に縦横それぞれ所定間隔で張設された縦導体線46及び横導体線47とにより構成される。電極4bについても同様の構成である。
In the
本発明のPMセンサ41によれば、一方の電極4aをフィルタ本体42の上流に設け、他方の電極4bをフィルタ本体42の下流に設けたので、フィルタ本体42の全体が電極4a,4b間に挟まれるため、捕集されているPMの全量に比例する静電容量Cを検出することができる。
According to the
また、本発明のPMセンサ41によれば、2つの電極4a,4bがそれぞれ網目状に形成されているため、排気ガスの流れを妨げることがない。電極4a,4bの網目は、フィルタ本体42の端面に表れている隔壁43の網目と重なるように、縦導体線46及び横導体線47のピッチを孔44の縦幅・横幅と同じにするとよい。
Further, according to the
1,41 PMセンサ
2,42 フィルタ本体
3 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
4a,4b 電極
43 隔壁
44 孔
5 ECU
1,41
4a,
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