JP2016176848A - 排出ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排出ガスセンサ10は、排出ガスに含まれる第1測定成分および第2測定成分を吸着する多孔質体11と、多孔質体11を加熱するヒータ12と、多孔質体11にマイクロ波を照射するアンテナ13と、多孔質体11を通過したマイクロ波の特性値を測定する算出部16とを備える。算出部16は、第1温度における特性値と第2温度における特性値との差から第1測定成分の量を算出し、第2温度における特性値と第3温度における特性値との差から第2測定成分の量を算出する。
【選択図】図2
Description
また、排出ガスセンサにおいて、前記多孔質体の温度を測定する温度センサをさらに備え、前記測定部は、前記温度センサの測定結果が前記第1温度、前記第2温度、および、前記第3温度であるときに、別々に前記特性値を測定するようにしてもよい。
さらに、前記第1測定成分は、全炭化水素(THC)であり、前記第2測定成分は、粒子状物質(PM)であり、前記第1温度は、100℃以上250℃以下の範囲の何れかの温度であり、前記第2温度は、450℃以上550℃以下の範囲の何れかの温度であり、前記第3温度は、600℃以上750℃以下の範囲の何れかの温度である。
多孔質体11の排出ガスの流れる方向Dに対して下流側の端部には、温度センサ15が設けられている。温度センサ15は、多孔質体11の現在の温度を測定し、温度データを算出部16に入力する。
算出部16は、測定成分のマイクロ波特性値を検出するため、アンテナ13からマイクロ波を送信するマイクロ波発振器13aを制御し、また、アンテナ13で受信したマイクロ波を検出する。また、図3に示すように、算出部16は、マイクロ波特性値を検出するとき、ヒータ12を駆動する。具体的に、算出部16は、測定成分の測定を行うセンシング期間であるとき、ヒータ12を駆動し多孔質体11を加熱する。これと共に、多孔質体11が所定温度のときマイクロ波をアンテナ13から送信し反射部材14で反射した反射波をアンテナ13で受信し振幅を検出する。測定成分の測定を行わない非センシング期間のとき、算出部16は、ヒータ12を駆動せず、マイクロ波の送受信も行わない。非センシング期間は、多孔質体11に排出ガスを供給し、測定成分である水分や全炭化水素(THC)や粒子状物質(PM)を吸着させる時間となる。測定にあたっては、非センシング期間をセンシング期間に対して長くすることで、センシング期間を相対的に短くし、センシング期間に流入する排気ガスの量を減らす。これにより、センシング期間中に測定成分が新たに吸着される量を減らし、測定精度が低下することを抑制できる。
すなわち、第2温度T2は、多孔質体11に吸着された測定成分に水分が含まれていない温度であり、かつ、THCが多孔質体11に吸着されている温度に設定される。第3温度T3は、多孔質体11に吸着された測定成分にTHCが含まれていない温度であり、かつ、PMが多孔質体11に吸着されている温度に設定される。第4温度T4は、多孔質体11に吸着された測定成分にPMが含まれていない温度に設定される。なお、第1温度T1は、例えばエンジン始動時等の温度であり、例えば20℃程度に設定される。
(1)単位時間当たりの排出ガス中の水分やTHCやPMの量を、多孔質体11に水分やTHCやPMといった測定成分が吸着されている温度のときのマイクロ波吸収度と多孔質体11の測定成分に水分やTHCやPMが含まれなくなる温度のときのマイクロ波吸収度の差分Δを検出し、非センシング期間で除算することで算出することができる。
(2)また、多孔質体11に水分やTHCやPMといった測定成分が吸着されている温度のときの位相と多孔質体11の測定成分に水分やTHCやPMが含まれなくなる温度のときの位相の位相差θを検出することで、単位時間当たりの排出ガス中の水分やTHCやPMの量を算出することができる。
(3)以上のように、排出ガスセンサ10は、1つで、排出ガスに含まれる複数の測定成分の量を検出することができる。したがって、排気浄化システム等に設けられるセンサの数を減少させることができる。
(4)多孔質体11は、排出ガスの温度によって水分の沸点以上に昇温することもある。このような場合であっても、少なくとも、排出ガス中のTHCとPMの量を算出することができる。
(5)排出ガスセンサ10は、排出ガス流路1中に多孔質体11を配置することができる。すなわち、排出ガス流路1に排出ガスセンサ10のためのバイパスを設ける必要がない。したがって、排気系配管の複雑化を抑制できる。
・反射波検出用のプローブを設けるようにしてもよい。また、測定波のエネルギの吸収度が測定できるのであれば、反射部材14を設けなくてもよい。
・算出部16は、第2温度T2、第3温度T3、第4温度T4において、水分やTHCやPMといった測定成分が多孔質体11に吸着された測定成分に含まれなくなったことを検出してからマイクロ波吸収度A2、A3、A4を検出するようにしてもよい。この場合、算出部16は、メモリを設ける。メモリには、第2温度T2において、水分が含まれなくなったときのマイクロ波吸収度A2´と、第2温度T2において、THCが含まれなくなったときのマイクロ波吸収度A3´と、PMが含まれなくなったときのマイクロ波吸収度A4´を予め格納しておく。算出部16は、温度センサ15からの温度データがフィードバックされることによって第2温度T2を維持し、測定したマイクロ波吸収度がA2´になったとき、マイクロ波を送受信し、マイクロ波吸収度A1,A2の差分Δ1や位相差θを検出し、水分量を算出する。また、算出部16は、第3温度T3を維持し、測定したマイクロ波吸収度がA3´になったとき、マイクロ波を送受信し、マイクロ波吸収度A2,A3の差分Δ2や位相差θを検出し、THC量を算出する。更に、算出部16は、第4温度T4を維持し、測定したマイクロ波吸収度がA4´になったとき、マイクロ波を送受信し、マイクロ波吸収度A3,A4の差分Δ3や位相差θを検出し、PM量を算出する。このような構成によれば、より正確に測定成分が多孔質体11に含まれなくなったときのマイクロ波吸収度や位相を測定することができる。
なお、第2温度T2や第3温度T3や第4温度T4に達してから、測定成分が多孔質体11に完全に含まれなくなる所定期間をタイマで計時し、所定期間を経過した後にマイクロ波吸収度や位相を検出するようにしてもよい。
・排出ガスセンサ10は、排出ガス流路1に対して分岐したバイパスを設けて、バイパスに設けた測定室に配置するようにしてもよい。この場合に、排出ガスセンサ10への流入路と排出路にそれぞれ開閉弁を設けるようにしてもよい。開閉弁を設けた場合、非センシング期間では、流入側と排出側の開閉弁を開けた状態にし、多孔質体11に排出ガスを流し測定成分を吸着させる。そして、センシング期間のときには、流入側と排出側の開閉弁を閉じた状態にして検出を行う。
また、センシング期間において、排出ガスの温度が100℃を超えているときには、多孔質体11も100℃を超えていることが多く、このような場合には、水分の検出ができなくなり、また、THCの検出を正確に行うことができなくなるおそれがある。そこで、バイパスに接続された測定室において、多孔質体11を20℃程度にまで冷却してからセンシングを行うようにしてもよい。
・第2温度T2は、150℃に限定されるものではない。例えば、100℃〜250℃の温度範囲の何れかの温度であればよい。すなわち、多孔質体11から水分が蒸発又は脱離されTHCの吸着量が減少し始める温度(250℃)又はそれより前の温度であればよい。
・第3温度T3は、500℃に限定されるものではない。例えば、450℃〜550℃の温度範囲の何れかの温度であればよい。すなわち、多孔質体11からTHCが燃焼し又は脱離されPMの吸着量が減少し始める温度(550℃)又はそれより前の温度であればよい。
・第4温度T4は、700℃に限定されるものではない。例えば、650℃〜750℃の温度範囲の何れかの温度であればよい。すなわち、多孔質体11からPMが消失される温度であればよい。
・多孔質体11は目封止部11cを有しないウォールフローフィルタであってもよい。ヒータ12は多孔質体11の外周面以外の位置に設けられてもよい。
・マイクロ波は、測定成分に応じて敏感な周波数を用いてもよい。
・各測定成分の測定に際しては、マイクロ波吸収度の差分Δとマイクロ波の位相差θの何れか一方だけを用いるようにしてもよい。また、測定成分ごとに、変えるようにしてもよい。また、マイクロ波吸収度の差分Δとマイクロ波の位相差θの両方を参酌し、測定成分を検出するようにしてもよい。
・アンテナ13は、多孔質体11の中心に位置するセル11aに挿入されなくてもよい。例えば、多孔質体11の下流側の排出ガス流路1に多孔質体11の中心軸線に沿って、マイクロ波を照射するアンテナ13が設けられてもよいし、多孔質体11の下流側の排出ガス流路1に開口した管状部材を導波管として接続させて、その管状部材にアンテナ13が設けられてもよい。
Claims (5)
- 排出ガスに含まれる第1測定成分および第2測定成分を吸着する多孔質体と、
前記多孔質体を加熱するヒータと、
前記多孔質体にマイクロ波を照射するアンテナと、
前記多孔質体を通過したマイクロ波の特性値を測定する測定部とを備え、
前記第1測定成分の吸着量が前記多孔質体において減少し始める温度が、前記第1測定成分の特性温度であり、前記第1測定成分の前記特性温度は、第1温度以上、第2温度未満であり、
前記第2測定成分の吸着量が前記多孔質体において減少し始める温度が、前記第2測定成分の特性温度であり、前記第2測定成分の前記特性温度は、前記第2温度以上、第3温度未満であり、
前記測定部は、前記第1温度における前記特性値と前記第2温度における前記特性値との差から前記第1測定成分の量を算出し、前記第2温度における前記特性値と前記第3温度における前記特性値との差から前記第2測定成分の量を算出する
排出ガスセンサ。 - 前記特性値は、マイクロ波の振幅である
請求項1に記載の排出ガスセンサ。 - 前記特性値は、マイクロ波の位相である
請求項1又は請求項2に記載の排出ガスセンサ。 - 前記多孔質体の温度を測定する温度センサを更に備え、
前記測定部は、前記温度センサの測定結果が前記第1温度、前記第2温度、および、前記第3温度であるときに、別々に前記特性値を測定する
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の排出ガスセンサ。 - 前記第1測定成分は、全炭化水素(THC)であり、
前記第2測定成分は、粒子状物質(PM)であり、
前記第1温度は、100℃以上250℃以下の範囲の何れかの温度であり、
前記第2温度は、450℃以上550℃以下の範囲の何れかの温度であり、
前記第3温度は、600℃以上750℃以下の範囲の何れかの温度である
請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の排出ガスセンサ。
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