JP2016173251A - Particulate matter detection sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒子状物質検出センサに関する。 The present invention relates to a particulate matter detection sensor.
内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集する排ガス浄化装置が設けられている。この排ガス浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサを有する粒子状物質検出装置を備えており、この粒子状物質検出装置によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知が行われている。 An exhaust gas purification apparatus that collects particulate matter (PM) contained in the exhaust gas is provided in an exhaust pipe of the internal combustion engine. This exhaust gas purification device includes a particulate matter detection device having a particulate matter detection sensor that detects the amount of particulate matter contained in the exhaust gas, and based on information obtained by this particulate matter detection device, Failure detection of the exhaust gas purification device is performed.
排ガス浄化装置に用いられる粒子状物質検出センサとしては、例えば、特許文献1に示されたものがある。特許文献1の粒子状物質検出センサは、多孔質の導電性物質からなる検出電極と、検出電極の電気抵抗値を検出するための一対の電極とを有している。
As a particulate matter detection sensor used in an exhaust gas purification apparatus, for example, there is one disclosed in
しかしながら、特許文献1の粒子状物質検出センサには以下の課題がある。
排ガスには、内燃機関において燃焼しきれなかった未燃のオイルや燃料からなる可溶性有機物質が含まれている。粒子状物質は、導電性の煤からなり、その表面が排ガスに含まれる可溶性有機物質によって被覆されている。この可溶性有機物質は、粒子状物質に比べて電気抵抗が高い。そのため、可溶性有機物質によって被覆された粒子状物質の電気抵抗は、粒子状物質自体の電気抵抗よりも高くなる。したがって、粒子状物質の電気抵抗を検出する特許文献1の粒子状物質検出装置によって、粒子状物質の正確な量を検出することができない。
However, the particulate matter detection sensor of
The exhaust gas contains a soluble organic substance composed of unburned oil or fuel that could not be combusted in the internal combustion engine. The particulate material is made of conductive soot, and its surface is covered with a soluble organic material contained in the exhaust gas. This soluble organic substance has a higher electrical resistance than the particulate substance. Therefore, the electrical resistance of the particulate material coated with the soluble organic material is higher than the electrical resistance of the particulate material itself. Therefore, an accurate amount of the particulate matter cannot be detected by the particulate matter detection device of
また、特許文献1の粒子状物質検出装置においては、多孔質の導電性物質をフィルタとして粒子状物質を捕集している。そのため、粒子状物質の捕集量が増大すると、導電性物質において目詰まりが生じ捕集性能が低下する。
Moreover, in the particulate matter detection device of
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、捕集性能が優れており、粒子状物質の量を正確に検知できる粒子状物質検出センサを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and is intended to provide a particulate matter detection sensor that has excellent collection performance and can accurately detect the amount of particulate matter.
本発明の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部と、該被堆積部に配置された少なくとも一対の検出電極とを備え、
該一対の検出電極に捕集電圧を印加することで発生する電界によって上記被堆積部上に上記粒子状物質を静電捕集すると共に、上記粒子状物質が上記被堆積部上に堆積することによる上記一対の検出電極間における電気特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されており、
上記被堆積部の表面には、上記一対の検出電極をつなぐように、可溶性有機成分を選択的に除去する触媒からなる触媒層が形成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサにある。
One aspect of the present invention includes a deposition portion that deposits part of particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and at least a pair of detection electrodes disposed in the deposition portion,
The particulate matter is electrostatically collected on the deposition portion by an electric field generated by applying a collection voltage to the pair of detection electrodes, and the particulate matter is deposited on the deposition portion. Is configured to change the output of the electrical signal in accordance with the change in electrical characteristics between the pair of detection electrodes by
In the particulate matter detection sensor, a catalyst layer made of a catalyst that selectively removes soluble organic components is formed on the surface of the deposition portion so as to connect the pair of detection electrodes. .
上記粒子状物質検出センサは、可溶性有機成分を選択的に除去することができる上記触媒層を備えている。そのため、排ガスに含まれる粒子状物質が上記触媒層に付着すると、粒子状物質の表面を覆う可溶性有機成分が上記触媒層と反応し、粒子状物質から可溶性有機成分を除去することができる。これにより、上記検出電極間における電気特性の変化を正確に検出することができる。それゆえ、上記粒子状物質検出センサによれば、粒子状物質の量を正確に検出することができる。 The particulate matter detection sensor includes the catalyst layer capable of selectively removing soluble organic components. Therefore, when the particulate matter contained in the exhaust gas adheres to the catalyst layer, the soluble organic component covering the surface of the particulate matter reacts with the catalyst layer, and the soluble organic component can be removed from the particulate matter. Thereby, the change of the electrical property between the said detection electrodes can be detected correctly. Therefore, according to the particulate matter detection sensor, the amount of particulate matter can be accurately detected.
また、上記粒子状物質検出センサは、上記一対の検出電極に捕集電圧を印加することで、上記被堆積部上に上記粒子状物質を引き寄せることができる。これにより、上記粒子状物質の捕集性能を向上すると共に、堆積量が増大した際における捕集性能の低下を抑制することができる。 Further, the particulate matter detection sensor can attract the particulate matter onto the deposition target portion by applying a collection voltage to the pair of detection electrodes. Thereby, while improving the collection performance of the said particulate matter, the fall of the collection performance when the amount of deposition increases can be suppressed.
以上のごとく、本発明によれば、捕集性能が優れており、粒子状物質の量を正確に検知できる粒子状物質検出センサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a particulate matter detection sensor that has excellent collection performance and can accurately detect the amount of particulate matter.
上記粒子状物質検出センサにおいて、上記触媒層は、上記一対の検出電極の間に部分的に突出するように形成されていることが好ましい。この場合には、上記被堆積部と上記触媒層との間に段差が形成されることにより、上記触媒層に上記粒子状物質を効率良く付着させることができる。したがって、上記粒子状物質検出センサにおける粒子状物質の捕集性能を向上することができる。 In the particulate matter detection sensor, the catalyst layer is preferably formed so as to partially protrude between the pair of detection electrodes. In this case, the particulate matter can be efficiently attached to the catalyst layer by forming a step between the deposition portion and the catalyst layer. Therefore, the particulate matter collection performance of the particulate matter detection sensor can be improved.
また、上記触媒層は、貴金属として白金又はパラジウムを含むと共に、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム及びセリウムの酸化物のうち少なくとも1つを含んでいることが好ましい。この場合には、上記触媒層の反応温度を排ガス温度の近傍に設定することができる。これにより、排ガスによって加熱されることで、上記触媒層を反応に到達し、可溶性有機成分の除去性能を向上することができる。また、上記触媒層の耐熱温度を向上することができる。 The catalyst layer preferably contains platinum or palladium as a noble metal and at least one of oxides of aluminum, magnesium, zirconium and cerium. In this case, the reaction temperature of the catalyst layer can be set in the vicinity of the exhaust gas temperature. Thereby, the catalyst layer reaches the reaction by being heated by the exhaust gas, and the removal performance of the soluble organic component can be improved. Moreover, the heat-resistant temperature of the catalyst layer can be improved.
(実施例1)
上記粒子状物質検出センサにかかる実施例について、図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すごとく、粒子状物質検出センサ1は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部11と、被堆積部11に配置された少なくとも一対の検出電極12とを備えている。粒子状物質検出センサ1は、一対の検出電極12に捕集電圧を印加することで発生する電界によって被堆積部11上に粒子状物質を静電捕集すると共に、粒子状物質が被堆積部11上に堆積することによる一対の検出電極12間における電気特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されている。被堆積部11の表面には、一対の検出電極12をつなぐように、可溶性有機成分を選択的に除去する触媒からなる触媒層13が形成されている。
Example 1
Examples relating to the particulate matter detection sensor will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the particulate
以下、さらに詳細に説明する。
粒子状物質検出センサ1は、自動車に搭載された内燃機関から、排気管を通じて排出される排ガスに含まれる粒子状物質を検出するためのものである。粒子状物質検出センサ1によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知を行う。
This will be described in more detail below.
The particulate
図1〜図3に示すごとく、粒子状物質検出センサ1は、排ガス中の粒子状物質を堆積させる被堆積部11と、被堆積部11上に互いに離れて配置された複数の検出電極12とを備えている。粒子状物質検出センサ1は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどのセラミック材料を板状に成形した絶縁部材111を5枚積層することにより、棒状に形成されている。5枚の絶縁部材111のうち4枚には、主面の先端側に導電性材料からなる検出電極12が形成されている。したがって、粒子状物質検出センサ1は、二対の検出電極12を備えている。検出電極12は、正極と負極とからなり、絶縁部材111を積層した際に、正極と負極とが交互に配置される。また、検出電極12において、積層方向の両端にそれぞれ配置される正極及び負極には、検出電極12から基端側に延びる引き出し電極部121が形成されている。正極の検出電極12及び負極の検出電極12は、それぞれ図示しないリード部によって電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the particulate
5枚の絶縁部材111を積層した状態において、検出電極12と絶縁部材111との積層方向及び軸方向Dと直交する側方S側に被堆積部11が形成される。被堆積部11には、絶縁部材111と検出電極12とが交互に積層された積層部10が形成されている。被堆積部11は、検出電極12が形成された絶縁部材111を積層した後、その先端部を研磨することで、検出電極12の端面を露出させている。
In a state where the five insulating
触媒層13は、二対の検出電極12と直交するように5本形成されている。触媒層13は、可溶性有機成分を選択的に除去する触媒からなる。本例の触媒層13は、貴金属材料である白金と、アルミニウムの酸化物とを含んでおり、反応温度は、150℃〜200℃である。なお、排ガスの温度は、150℃〜400℃程度であり、排ガスによって加熱されることで、触媒層13が反応温度に到達する。また、白金とアルミニウムの酸化物との比率は、重量比で5:95である
。
Five
粒子状物質検出センサ1において、触媒層13に粒子状物質が堆積すると、一対の検出電極12間の電気抵抗値が低下する。このとき、触媒層13は、排ガスによって加熱されて反応温度に達し、触媒層13に堆積した粒子状物質の表面を覆う可溶性有機成分と反応し、粒子状物質の表面を覆う可溶性有機成分が除去される。そして、粒子状物質が一対の検出電極12間を繋ぐ導通パスを形成することによって一対の検出電極12間における電気抵抗値の低下が生じる。一対の検出電極12の間には電圧が印加されており、一対の検出電極12間の電気抵抗値の変化に伴い、検出電極12間を流れる電気信号としての電流量が変化する。これにより、粒子状物質検出センサ1からコントロールユニットへと出力される電流値が変化する。つまり、粒子状物質検出センサ1から出力される電流値は、触媒層13における粒子状物質の堆積質量に応じて変化するものであり、粒子状物質の堆積量に関する情報を有するものである。コントロールユニットは、出力された電流値をECU(エンジンコントロールユニット)へと出力する。
In the particulate
次に、本例の作用効果について説明する。
粒子状物質検出センサ1は、可溶性有機成分を選択的に除去することができる触媒層13を備えている。そのため、排ガスに含まれる粒子状物質が触媒層13に付着すると、粒子状物質の表面を覆う可溶性有機成分が触媒層13と反応し、粒子状物質から可溶性有機成分を除去することができる。これにより、粒子状物質の電気抵抗を正確に検出し、検出電極12間における電気特性の変化を正確に検出することができる。それゆえ、粒子状物質検出センサ1によれば、粒子状物質の量を正確に検出することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
The particulate
また、粒子状物質検出センサ1は、一対の検出電極12に捕集電圧を印加することで、被堆積部11上に粒子状物質を引き寄せることができる。これにより、粒子状物質の捕集性能を向上すると共に、堆積量が増大した際における捕集性能の低下を抑制することができる。
The particulate
また、触媒層13は、一対の検出電極12の間を部分的に繋ぐように形成されている。そして、触媒層13がその厚み分、被堆積部11から突出して、被堆積部11と触媒層13との間に段差が形成されることにより、触媒層13に粒子状物質を効率良く付着させることができる。したがって、粒子状物質検出センサ1における粒子状物質の捕集性能を向上することができる。
The
また、触媒層13は、貴金属として白金を含むと共に、アルミニウムの酸化物を含んでいる。そのため、触媒層13の反応温度を排ガス温度の近傍に設定することができる。これにより、排ガスによって加熱されることで、触媒層13を反応に到達し、可溶性有機成分の除去性能を向上することができる。また、触媒層13の耐熱温度を向上することができる。
The
以上のごとく、本例によれば、捕集性能が優れており、粒子状物質の量を正確に検知できる粒子状物質検出センサ1を提供することができる。
As described above, according to this example, it is possible to provide the particulate
(確認試験)
本試験においては、触媒層の有無による粒子状物質検出センサにおける検出感度への影響を確認した。
本試験には、上述の実施例1に示した粒子状物質検出センサ1と、触媒層が形成されていない粒子状物質検出センサとを用いて検出感度の比較を行った。なお、実験に用いた粒子状物質検出センサ1は、検出電極12としてアルミナからなる絶縁部材111に、重量比で白金85重量%とアルミナ15重量%とで混合した混合物からなる二対の検出電極12を備え、触媒層13は、白金5重量%とアルミナ95重量%とからなる。
触媒層が形成されていない粒子状物質検出センサにおいて、触媒層が形成されていないこと以外の構成は実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
(Confirmation test)
In this test, the influence of the presence or absence of the catalyst layer on the detection sensitivity of the particulate matter detection sensor was confirmed.
In this test, the detection sensitivity was compared using the particulate
In the particulate matter detection sensor in which the catalyst layer is not formed, the configuration is the same as that of the first embodiment except that the catalyst layer is not formed. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本試験においては、内燃機関の運転条件を変化させて、排ガスの温度及び排ガスにおける粒子状物質の濃度を変化させた際の不感質量を比較した。不感質量とは、粒子状物質検出センサにおいて導通パスが形成され、粒子状物質検出センサの電気特性が変化するまでの間に、排気管内を流通した排気ガスに含まれる粒子状物質の量を示すものである。尚、可溶性有機成分が付着し電気抵抗が大きい粒子状物質を堆積させた際には、不感質量が大きくなり、可溶性有機成分を除去し電気抵抗が小さい粒子状物質を堆積させた際には、不感質量が小さくなる。 In this test, the operating conditions of the internal combustion engine were changed to compare the dead mass when the exhaust gas temperature and the concentration of particulate matter in the exhaust gas were changed. Dead mass refers to the amount of particulate matter contained in the exhaust gas that circulates in the exhaust pipe until a conduction path is formed in the particulate matter detection sensor and the electrical characteristics of the particulate matter detection sensor change. Is. In addition, when a particulate matter having a high electrical resistance is deposited by adhering a soluble organic component, the dead mass is increased, and when a particulate matter having a low electrical resistance is deposited by removing the soluble organic component, The dead mass is reduced.
本試験においては、内燃機関の運転条件を表1の条件A〜条件Dに変化させた。条件Aは、内燃機関の回転数を1200rpmとし、排ガスの温度が185℃、排ガスにおける粒子状物質の濃度が5.7mg/m3である。条件Bは、内燃機関の回転数を1450rpmとし、排ガスの温度が250℃、排ガスにおける粒子状物質の濃度が6.1mg/m3である。条件Cは、内燃機関の回転数を1650rpmとし、排ガスの温度が180℃、排ガスにおける粒子状物質の濃度が6mg/m3である。条件Dは、内燃機関の回転数を2250rpmとし、排ガスの温度が420℃、排ガスにおける粒子状物質の濃度が6.3mg/m3である。 In this test, the operating conditions of the internal combustion engine were changed to conditions A to D in Table 1. Condition A is that the rotational speed of the internal combustion engine is 1200 rpm, the temperature of the exhaust gas is 185 ° C., and the concentration of the particulate matter in the exhaust gas is 5.7 mg / m 3 . Condition B is that the rotational speed of the internal combustion engine is 1450 rpm, the temperature of the exhaust gas is 250 ° C., and the concentration of particulate matter in the exhaust gas is 6.1 mg / m 3 . Condition C is that the rotational speed of the internal combustion engine is 1650 rpm, the temperature of the exhaust gas is 180 ° C., and the concentration of particulate matter in the exhaust gas is 6 mg / m 3 . Condition D is that the rotational speed of the internal combustion engine is 2250 rpm, the temperature of the exhaust gas is 420 ° C., and the concentration of the particulate matter in the exhaust gas is 6.3 mg / m 3 .
表1における結果1は、実施例1の粒子状物質検出センサ1における不感質量の検出結果を示すものである。また、結果2は、触媒層が形成されていない粒子状物質検出センサ1における不感質量の検出結果を示すものである。結果1及び結果2に示すごとく、条件A〜条件Dのいずれの場合においても、実施例1の粒子状物質検出センサ1における不感質量及び不感質量のバラつきが小さくなった。これは、粒子状物質検出センサ1に堆積した粒子状物質から可溶性有機成分が除去され、電気抵抗値のバラつきが低減されたことによると考えられる。したがって、実施例1の粒子状物質検出センサ1によれば、触媒層が形成されていない粒子状物質検出センサに比べて、粒子状物質の堆積量を正確に検知することができる。
The
(実施例2)
本例は、図4に示すごとく、実施例1の粒子状物質検出センサ1における構造を一部変更した例である。
本例の粒子状物質検出センサ1の触媒層13は、二対の検出電極12のうちの一対を繋ぐように形成されており、残る一対の検出電極12は触媒層13によって繋がれていない。
その他の構成は実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 4, the structure of the particulate
The
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本例の粒子状物質検出センサ1は、触媒層13によって繋がった一対の検出電極12における電気信号の出力と、触媒層13によって繋がっていない一対の検出電極12における電気信号の出力とを比較することにより、粒子状物質における可溶性有機成分の付着量を検出することができる。これを利用して、内燃機関の運転条件を制御することにより、内燃機関の運転条件の最適化を図ることができる。
また、本例においても実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
The particulate
Also in this example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
(実施例3)
本例は、図5に示すごとく、実施例1とは構造の異なる粒子状物質検出センサ1の例である。
本例の粒子状物質検出センサ1において、被堆積部11は、略長方形の板状をなしており、絶縁性材料によって形成されている。被堆積部11における粒子状物質を堆積させる一面には、互いに離れて配置された一対の検出電極12と、一対の検出電極12をつなぐように形成された触媒層13とが形成されている。一対の検出電極12は、導電性材料からなり、被堆積部11の表面にパターン印刷によって形成されている。一対の検出電極12は、被堆積部11における長手方向と平行に形成された電極基部122と、電極基部122から長手方向と直交して延設された複数の櫛歯部123とをそれぞれ有している。各検出電極12は、電極基部122が互いに向かい合うように配置されると共に、一方の検出電極12における櫛歯部123の間に、他方の検出電極12における櫛歯部123が入り込むように配置されている。
(Example 3)
As shown in FIG. 5, this example is an example of a particulate
In the particulate
触媒層13は、被堆積部11において、一対の検出電極12の電極基部122の外縁及び長手方向の両端に配設された櫛歯部123の外縁よりも内側の範囲において、一対の検出電極12の表面を除く全面に形成されている。
その他の構成は実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
The
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
Also in this example, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment.
(実施例4)
本例は、図6に示すごとく、実施例3の粒子状物質検出センサ1における構造を一部変更した例を示すものである。
本例の粒子状物質検出センサ1において、被堆積部11には、2本の触媒層13が形成されている。触媒層13は、粒子状物質検出センサ1の軸方向Dと並行で、かつ一対の検出電極12の櫛歯部123を繋ぐように形成されている。
その他の構成は実施例3と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例3において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例3と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例3と同様の作用効果を得ることができる。
Example 4
This example shows an example in which the structure of the particulate
In the particulate
Other configurations are the same as those of the third embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the third embodiment denote the same components as in the third embodiment unless otherwise specified.
In this example, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
1 粒子状物質検出センサ
11 被堆積部
12 検出電極
13 触媒層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該一対の検出電極(12)に捕集電圧を印加することで発生する電界によって上記被堆積部(11)上に上記粒子状物質を静電捕集すると共に、上記粒子状物質が上記被堆積部(11)上に堆積することによる上記一対の検出電極(12)間における電気特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されており、
上記被堆積部(11)の表面には、上記一対の検出電極(12)をつなぐように、可溶性有機成分を選択的に除去する触媒からなる触媒層(13)が形成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ(1)。 A deposition portion (11) for depositing a part of particulate matter contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and at least a pair of detection electrodes (12) disposed in the deposition portion (11);
The particulate matter is electrostatically collected on the deposition portion (11) by an electric field generated by applying a collection voltage to the pair of detection electrodes (12), and the particulate matter is deposited. An output of an electrical signal is changed according to a change in electrical characteristics between the pair of detection electrodes (12) by being deposited on the part (11),
A catalyst layer (13) made of a catalyst that selectively removes soluble organic components is formed on the surface of the deposition part (11) so as to connect the pair of detection electrodes (12). A particulate matter detection sensor (1).
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