JP2019095199A - Particle detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、直噴ガソリンエンジンから排出される排気ガスに含まれる微粒子の量を検出する微粒子検出装置に関する。 The present disclosure relates to a particle detector that detects the amount of particles contained in exhaust gas discharged from a direct injection gasoline engine.
以前から、内燃機関の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するべく、排気管の途中にフィルタ部材を設けることが行われている。しかるに、このフィルタ部材は、高温の排気ガスや、捕集した微粒子を燃焼させて除去する再生処理の実行などにより、繰り返し高熱に曝されるため、ひび割れや欠損等を生じる場合がある。この場合には、排気ガスの一部が、微粒子をフィルタ部材に捕集させることなく、そのまま外部に排出される。即ち、フィルタ部材における微粒子の捕集効率が低下する故障(捕集効率低下故障)が生じる場合がある。 In the past, in order to collect particulates contained in exhaust gas of an internal combustion engine, a filter member has been provided in the middle of the exhaust pipe. However, since this filter member is repeatedly exposed to high heat due to the execution of a regeneration treatment that burns and removes the high temperature exhaust gas and the collected fine particles, the filter member may cause cracks, defects and the like. In this case, part of the exhaust gas is discharged to the outside as it is without the particulate matter being collected by the filter member. That is, a failure (collection efficiency reduction failure) may occur in which the collection efficiency of particulates in the filter member is reduced.
そこで、微粒子センサを内燃機関の排気管のうちフィルタ部材の下流側に取付け、微粒子センサで検知する微粒子の量がしきい値を超えた場合には、フィルタ部材の捕集効率低下故障であると判定するようにして、フィルタ部材の故障診断を行うことが提案されている。そしてこのような微粒子センサとして、基板上に互いに離間して一対の電極を設け、電極間に微粒子を付着、堆積させ、堆積した微粒子量が増加するほど、電極間の抵抗が低下することを利用して、排気ガス中の微粒子量を検知する、いわゆる抵抗変化型の微粒子センサが知られている(特許文献1参照)。 Therefore, if the particulate matter sensor is attached to the downstream side of the filter member in the exhaust pipe of the internal combustion engine, and the amount of particulate matter detected by the particulate matter sensor exceeds the threshold value, it indicates that the collection efficiency declines. It is proposed to make a fault diagnosis of the filter member in such a way as to make a determination. And as such a particulate sensor, a pair of electrodes are provided on the substrate separated from each other, particulates are attached and deposited between the electrodes, and the resistance between the electrodes is lowered as the amount of deposited particulates increases. There is known a so-called resistance-change-type particulate sensor that detects the amount of particulates in exhaust gas (see Patent Document 1).
ところで、内燃機関の種類として、燃料であるガソリンを燃焼室内に高圧で直接噴射するガソリンエンジンである直噴ガソリンエンジンがある。そして、この直噴ガソリンエンジンでは、冷間始動時に排出される微粒子の量は、エンジン温度が高くなった後に排出される微粒子の量より多いことが知られている。そこで、直噴ガソリンエンジンが始動した際に、微粒子センサを用いて微粒子量を検出して、フィルタ部材(ガソリン・パティキュレート・フィルタ)の故障診断を行う手法が考えられるが、冷間始動時には結露等によって発生した凝縮水が排気管を流れるため、抵抗変化型の微粒子センサでは、冷間始動時に排出される微粒子の量を検出することができない。抵抗変化型の微粒子センサでは、電極間に凝縮水が跨るように付着すると微粒子の量に関係なく電極間の抵抗が下がってしまい誤検知を生じる問題があり、また、電極間に付着した凝縮水を蒸発させるべくヒータで基板を加熱してしまうと、微粒子の電極間への付着が妨げられてしまい、微粒子の量を適切に検出することができないからである。さらに、抵抗変化型の微粒子センサは、所定期間にわたって微粒子を堆積させて微粒子の量に関する信号が得られる原理であるため、冷間始動時といった短期間での検出には向かないものである。 By the way, as a type of internal combustion engine, there is a direct injection gasoline engine which is a gasoline engine which directly injects fuel which is fuel into a combustion chamber at high pressure. And in this direct injection gasoline engine, it is known that the amount of particles discharged at the time of cold start is larger than the amount of particles discharged after the engine temperature rises. Therefore, when a direct injection gasoline engine is started, a method is conceivable to detect the amount of fine particles using a fine particle sensor and diagnose failure of the filter member (gasoline, particulate filter). Since the condensed water generated by the like flows through the exhaust pipe, the resistance change type particle sensor can not detect the amount of particles discharged at the time of cold start. In the resistance change type particle sensor, if condensed water adheres across the electrodes, the resistance between the electrodes decreases regardless of the amount of the particles, causing a problem of erroneous detection, and the condensed water adhered between the electrodes If the substrate is heated by the heater to evaporate the adhesion of the particles between the electrodes, the amount of particles can not be detected properly. Furthermore, the resistance change type particulate sensor is a principle that deposits particulates over a predetermined period to obtain a signal related to the amount of the particulates, so it is not suitable for detection in a short period such as cold start.
本開示は、直噴ガソリンエンジンの排気管に微粒子センサを取り付けつつ、当該エンジンの始動時において微粒子量を適切に検出することができるようにすることを目的とする。 An object of the present disclosure is to attach a particulate matter sensor to an exhaust pipe of a direct injection gasoline engine, and to appropriately detect the amount of particulates at the time of starting the engine.
本開示の一態様は、直噴ガソリンエンジンの排気管に取り付けられ、排気管内の排気ガスに含まれる微粒子の量を検出する微粒子センサを制御する微粒子検出装置である。
そして微粒子センサは、検出部と、絶縁部材と、加熱部とを備える。検出部は、自身の内部に流入される排気ガスに含まれる微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するように構成される。絶縁部材は、排気ガスに接するガス接触表面が形成され、ガス接触表面に微粒子が付着すると、検出部の検出性能が低下するように構成される。加熱部は、ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するように構成される。
One aspect of the present disclosure is a particulate detection device that is attached to an exhaust pipe of a direct injection gasoline engine and controls a particulate sensor that detects the amount of particulates contained in exhaust gas in the exhaust pipe.
And a particulate sensor is provided with a detection part, an insulating member, and a heating part. The detection unit is configured to charge the particulates contained in the exhaust gas flowing into the inside thereof to generate charged particulates. The insulating member is formed to have a gas contact surface in contact with the exhaust gas, and when particulates adhere to the gas contact surface, the detection performance of the detection unit is reduced. The heating portion is configured to heat at least a portion of the gas contacting surface.
また微粒子検出装置は、加熱実行部と、情報出力部とを備える。加熱実行部は、直噴ガソリンエンジンが始動したときに、ガス接触表面で水が蒸発する蒸発温度となるように加熱部による加熱を実行するように構成される。情報出力部は、帯電微粒子に基づいて流れる信号電流を用いて微粒子の量を算出し、微粒子の量を示す微粒子量情報を出力するように構成される。 The particulate matter detection device further includes a heating execution unit and an information output unit. The heating execution unit is configured to execute heating by the heating unit so as to reach an evaporation temperature at which water is evaporated on the gas contact surface when the direct injection gasoline engine is started. The information output unit is configured to calculate the amount of particles using a signal current flowing based on the charged particles, and to output particle amount information indicating the amount of particles.
このように構成された本開示の微粒子検出装置は、まず、検出部が、抵抗変化型の微粒子センサと異なり、自身の内部に流入される排気ガス中の微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するように構成されている。この検出部を用いることで、抵抗変化型の微粒子センサのように電極間に微粒子を所定期間堆積させる必要がなく、帯電微粒子に基づいて流れる信号電流を用いてリアルタイムで微粒子の量を算出することが可能となり、直噴ガソリンエンジンの始動直後に微粒子量を検出することが可能となる。ただし、微粒子検出装置が、排気ガス中の微粒子を帯電させるように構成された検出部を有する場合であっても、ガス接触表面に微粒子が付着すると、検出部の検出性能が低下する構成となっている絶縁部材を備える場合には、冷間始動時におけるガス接触表面への凝縮水の付着を抑制しなければ、微粒子量を適切に検出することができないおそれがある。 In the particle detection device of the present disclosure configured as described above, first, unlike the resistance change type particle sensor, the detection unit charges the particles in the exhaust gas flowing into the inside thereof to generate charged particles. Is configured as. By using this detection unit, it is not necessary to deposit fine particles between electrodes for a predetermined period as in a resistance change type fine particle sensor, and the amount of fine particles is calculated in real time using signal current flowing based on charged fine particles. It becomes possible to detect the amount of particulates immediately after the start of the direct injection gasoline engine. However, even if the particulate matter detection device has a detection unit configured to charge the particulates in the exhaust gas, if the particulate matter adheres to the gas contact surface, the detection performance of the detection unit decreases. When the insulating member is provided, the amount of particulates may not be properly detected unless adhesion of condensed water to the gas contact surface at the time of cold start is suppressed.
そこで、本開示の微粒子検出装置では、直噴ガソリンエンジンが始動したときに、ガス接触表面で水が蒸発する蒸発温度となるようにガス接触表面を加熱する。このため、本開示の微粒子検出装置は、直噴ガソリンエンジンの冷間始動時に発生する凝縮水をガス接触表面で蒸発させられ、また、加熱部の加熱に基づく熱泳動力を凝縮水に作用させて凝縮水をガス接触表面から離れる方向へ移動させ、凝縮水がガス接触表面に付着するのを抑制することができる。すなわち、本開示の微粒子検出装置は、ガス接触表面に微粒子が付着して絶縁部材の絶縁性能が低下するのと同様に、ガス接触表面に凝縮水が付着して絶縁部材の絶縁性能が低下するのを抑制し、検出部の検出性能の低下を抑制することができる。これにより、本開示の微粒子検出装置は、直噴ガソリンエンジンの冷間始動時において微粒子量を検出することができる。 Therefore, in the particulate matter detection device of the present disclosure, when the direct injection gasoline engine is started, the gas contact surface is heated to have an evaporation temperature at which water is evaporated on the gas contact surface. For this reason, the particulate matter detection device of the present disclosure evaporates the condensed water generated at the time of cold start of the direct injection gasoline engine on the gas contact surface, and exerts the thermophoretic force based on the heating of the heating unit on the condensed water. Thus, the condensed water can be moved away from the gas contact surface to prevent the condensed water from adhering to the gas contact surface. That is, in the fine particle detection device of the present disclosure, condensed water adheres to the gas contact surface and the insulation performance of the insulating member decreases, as the fine particles adhere to the gas contact surface and the insulation performance of the insulating member decreases. The reduction of the detection performance of the detection unit can be suppressed. Thereby, the particulate matter detection device of this indication can detect the amount of particulates at the time of cold start of a direct injection gasoline engine.
また、本開示の一態様では、蒸発温度は、200℃以上であるようにしてもよい。これにより、本開示の微粒子検出装置は、加熱部の加熱に基づく熱泳動力により、ガス接触表面に凝縮水が付着するのを更に抑制することができ、微粒子量の検出精度を向上させることができる。 Further, in one aspect of the present disclosure, the evaporation temperature may be 200 ° C. or higher. Thereby, the particle detecting device of the present disclosure can further suppress adhesion of condensed water to the gas contact surface by the thermophoretic force based on heating of the heating unit, and can improve the detection accuracy of the amount of particles. it can.
また、本開示の一態様では、検出部は、コロナ放電によりイオンを生成するように構成された放電部を含む放電電極体を備え、生成したイオンを排気ガス中に含まれる微粒子に付着させて帯電させるように構成されるようにしてもよい。さらに、絶縁部材は、放電部を露出させた状態で放電電極体を覆い、ガス接触表面は、絶縁部材における放電部の周囲であるようにしてもよい。 Further, in one aspect of the present disclosure, the detection unit includes a discharge electrode body including a discharge unit configured to generate ions by corona discharge, and causes the generated ions to adhere to the particles contained in the exhaust gas. It may be configured to be charged. Furthermore, the insulating member may cover the discharge electrode body with the discharge portion exposed, and the gas contact surface may be the periphery of the discharge portion in the insulating member.
このように構成された本開示の微粒子検出装置は、直噴ガソリンエンジンが始動したときに、放電部の周囲で水が蒸発する蒸発温度となるように放電部の周囲を加熱する。このため、本開示の微粒子検出装置は、凝縮水が放電部に付着して放電部でコロナ放電を発生させることができなくなる事態の発生を抑制することができる。 The particulate matter detection device of the present disclosure thus configured heats the periphery of the discharge portion so as to reach an evaporation temperature at which water evaporates around the discharge portion when the direct injection gasoline engine is started. For this reason, the particulate matter detection device of the present disclosure can suppress the occurrence of a situation where the condensed water adheres to the discharge portion and the corona discharge can not be generated in the discharge portion.
また、本開示の一態様では、微粒子センサは、内側金具と、外側金具とを備え、絶縁部材は、内側金具と外側金具との間に配置されて、内側金具と外側金具とを電気的に絶縁するようにしてもよい。内側金具は、排気ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、排気管とは異なる電位とされ、検出部に含まれる。外側金具は、内側金具の周囲を囲み、排気管に取り付けられて排気管と電気的に接続される。 In one aspect of the present disclosure, the particulate sensor includes an inner fitting and an outer fitting, and the insulating member is disposed between the inner and outer fittings to electrically connect the inner and outer fittings. It may be insulated. The inner fitting has a gas intake pipe for introducing exhaust gas therein, is at a potential different from that of the exhaust pipe, and is included in the detection unit. The outer fitting surrounds the inner fitting, is attached to the exhaust pipe, and is electrically connected to the exhaust pipe.
このように構成された本開示の微粒子検出装置は、直噴ガソリンエンジンが始動したときに、内側金具と外側金具との間に配置されている絶縁部材のガス接触表面に凝縮水が付着して、内側金具と外側金具との間における絶縁部材の絶縁性能が低下するのを抑制することができる。これにより、本開示の微粒子検出装置は、ガス接触表面に凝縮水が付着することにより内側金具と外側金具との間で漏れ電流が流れて検出部の検出性能が低下してしまう事態の発生を抑制することができる。 In the particulate matter detection device of the present disclosure thus configured, when the direct injection gasoline engine is started, condensed water adheres to the gas contact surface of the insulating member disposed between the inner and outer fittings. It is possible to suppress the decrease in the insulation performance of the insulating member between the inner and outer metal fittings. As a result, in the particulate matter detection device of the present disclosure, occurrence of a situation where the detection performance of the detection unit is lowered due to the leak current flowing between the inner and outer metal fittings due to the condensed water adhering to the gas contact surface. It can be suppressed.
以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ制御装置1は、車両に搭載され、図1に示すように、微粒子センサ2を制御する。
Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
The sensor control device 1 of the present embodiment is mounted on a vehicle, and controls the
センサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3を制御する電子制御装置4との間で通信線5を介して、データを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置4をエンジンECU4という。ECUは、Electronic Control Unitの略である。
The sensor control device 1 is configured to be able to transmit and receive data via the
微粒子センサ2は、車両の直噴ガソリンエンジン3の排気管6に取り付けられ、排気管6内の排気ガスに含まれる微粒子(例えば、煤)の量を検出する。なお、直噴ガソリンエンジン3の構成は公知であるため、本実施形態での説明は省略する。
The
微粒子センサ2は、図2に示すように、ケーシング11、セラミック素子12およびケーブル13を備える。図2において、微粒子センサ2の下端側を先端側FE、微粒子センサ2の上端側を後端側BE、微粒子センサ2の長手方向を軸線方向DAという。
The
ケーシング11は、セラミック素子12の先端側FEを排気管6の内部に突出させるようにしてセラミック素子12を保持する。
ケーシング11は、内側金具21と、外側金具22と、絶縁スペーサ23,24と、絶縁ホルダ25と、セパレータ26,27とを備える。
The
The
内側金具21は、主体金具31と、ガス取入管32と、内筒33と、内筒接続金具34とを備える。
主体金具31は、軸線方向DAに延びる筒状に形成されたステンレス製の部材である。主体金具31は、本体部41とフランジ部42とを備える。本体部41は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成され、軸線方向DAに沿って貫通する貫通孔41aと、貫通孔41aの径方向内側に突出する棚部41bとを備える。棚部41bは、先端側FEへ近づくにつれて貫通孔41aの径方向外側から中心に向かう傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。フランジ部42は、本体部41の外周から径方向に沿って外側へ延びる板状に形成されている。
The
The
主体金具31の貫通孔41aの内部には、先端側FEから後端側BEに向かって順に、セラミック素子12の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ43と、粉末充填層である滑石リング44,45と、セラミックスリーブ46とが積層されている。
Inside the through
セラミックスリーブ46と主体金具10の後端側BEの端部との間には、加締リング47が配置されている。セラミックホルダ43と主体金具10の棚部41bとの間には、金属ホルダ48が配置されている。金属ホルダ48は、滑石リング44およびセラミックホルダ43を保持する。主体金具31の後端側BEの端部は、加締リング47を介してセラミックスリーブ46を先端側FEに向かって押し付けるように加締められる部分である。
A clamping
ガス取入管32は、主体金具31の先端側FEの端部に設けられ、外側プロテクタ51および内側プロテクタ52を備える。外側プロテクタ51および内側プロテクタ52は、軸線方向DAに延びる筒状に形成されたステンレス製の部材である。内側プロテクタ52は、セラミック素子12の先端側FEの端部を覆った状態で主体金具31に溶接され、外側プロテクタ51は、内側プロテクタ52を覆った状態で主体金具31に溶接されている。
The
内筒33は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたステンレス製の部材である。内筒33は、本体部54とフランジ部55とを備える。本体部54は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成され、軸線方向DAに沿って貫通する貫通孔54aを備える。フランジ部55は、本体部54における先端側FEの端部の外周から径方向に沿って外側へ延びる板状に形成されている。内筒33は、先端側FEの端部の開口部内に主体金具31の後端側BEの端部を嵌め込んだ状態、すなわち、フランジ部55を主体金具31のフランジ部42に重ねた状態で、主体金具31に溶接される。
The
内筒33の貫通孔54aの内部には、先端側FEから後端側BEに向かって順に、絶縁ホルダ25と、セパレータ26と、セパレータ27とが積層されている。
絶縁ホルダ25は、セラミック素子12の径方向周囲を取り囲む筒状に形成された絶縁性の部材である。
Inside the through
The insulating
セパレータ26は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成された絶縁性の部材である。セパレータ26には、軸線方向DAに沿って貫通する貫通孔26aが形成されている。貫通孔26a内には、セラミック素子12がセパレータ26における後端側BEの端部から突出するように、セラミック素子12が挿入される。
The
セパレータ27は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成された絶縁性の部材である。セパレータ27の内部には、セラミック素子12における後端側BEの端部が挿入される。セパレータ27には、軸線方向DAに沿って貫通する貫通孔27aおよび貫通孔27bが形成されている。セパレータ27の外表面には、径方向外側に突出するフランジ部27cが形成されている。
The
内筒33の後端側BEの端部は、フランジ部27cを先端側FEに向かって押し付けるように加締められる。これにより、絶縁ホルダ25、セパレータ26およびセパレータ27は、内筒33に対して固定された状態で保持される。
The end of the rear end side BE of the
内筒接続金具34は、後端側BEの端部が閉塞されている筒状に形成されたステンレス製の部材である。内筒接続金具34は、先端側FEの端部の開口部内に内筒33の後端側BEの端部を嵌め込んだ状態で、内筒33に溶接される。内筒接続金具34における後端側BEの端部には、ケーブル13を挿入するための複数の挿入口34aが形成されている。
The inner cylinder connection fitting 34 is a cylindrically formed stainless steel member in which the end of the rear end side BE is closed. The inner cylinder connection fitting 34 is welded to the
外側金具22は、取付金具61と外筒62とを備える。取付金具61は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたステンレス製の部材である。取付金具61は、本体部71と六角部72とを備える。本体部71は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成され、軸線方向DAに沿って貫通する貫通孔71aと、貫通孔71aの径方向内側に突出する棚部71bとを備える。棚部71bは、先端側FEへ近づくにつれて貫通孔71aの径方向外側から中心に向かう傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。本体部71における先端側FEの外周には、排気管6に固定するための雄ネジが形成されている。六角部72は、本体部71における後端側BEの外周から径方向に沿って外側へ延びて外周が六角形の板状に形成されている。
The
排気管6には、微粒子センサ2を挿入するための挿入口6aが形成されている。そして、排気管6の外周面には、挿入口6aから突出するようにして取付用ボス6bが取り付けられている。このため、取付用ボス6bのネジ穴に微粒子センサ2を挿入して、取付金具61の雄ネジを取付用ボス6bのネジ穴の内周壁に形成された雌ネジに螺合することで、ガス取入管32が排気管6の内周面から突出するようにして微粒子センサ2が排気管6に取り付けられる。
The exhaust pipe 6 is formed with an
外筒62は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたステンレス製の部材である。外筒62は、大径部74と小径部75とを備える。大径部74は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成され、先端側FEの端部の開口部内に取付金具61の後端側BEの端部を嵌め込んだ状態で取付金具61に溶接される。
The
小径部75は、軸線方向DAに延びて外径および内径が大径部74より小さい円筒状に形成され、大径部74における後端側BEの端部から軸線方向DAに沿って突出するように配置されている。小径部75は、後端側BEの端部において径方向に沿って内側に延びる円環状に形成された縮径部75aを備える。縮径部75aの中央領域には、ケーブル13を挿入するための挿入口75bが形成されている。
The
大径部74の内部には、内筒33および内筒接続金具34が収容される。小径部75の内部には、先端側FEから後端側BEに向かって順に外筒接続金具64とグロメット65とが積層された状態で収容される。
Inside the
外筒接続金具64は、後端側BEの端部が閉塞されている筒状に形成されたステンレス製の部材である。外筒接続金具64における後端側BEの端部には、ケーブル13を挿入するための複数の挿入口64aが形成されている。
The outer cylinder connection fitting 64 is a cylindrically formed stainless steel member in which the end of the rear end side BE is closed. At the end of the rear end side BE of the outer cylinder connection fitting 64, a plurality of
グロメット65は、軸線方向DAに延びる円柱状に形成された耐熱ゴム製の部材である。グロメット65には、ケーブル13を挿入するための複数の貫通孔65aが形成されている。
The
グロメット65は、その外周面が小径部75の内周面を押し付けた状態で、小径部75の内部に収容される。また、小径部75の外周面が径方向内向きに加締められることにより、外筒接続金具64と小径部75とが一体に固定される。これにより、グロメット65は、小径部75の挿入口75bを塞いだ状態で小径部75の内部に固定される。
The
絶縁スペーサ23は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたアルミナ製の部材である。絶縁スペーサ23は、大径部81と、小径部82と、段差部83と、傾斜部84とを備える。
The insulating
大径部81は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成される。小径部82は、軸線方向DAに延びて外径および内径が大径部81より小さい円筒状に形成され、大径部81よりも先端側FEに配置される。
The
段差部83は、軸線方向DAに延びて外径が大径部81に等しく且つ内径が小径部82に等しい円筒状に形成される。そして段差部83は、大径部81における先端側FEの端部から軸線方向DAに沿って突出するように配置されている。これにより、大径部81と段差部83との接続箇所には、径方向内側に突出する段差83aが形成される。
The stepped
傾斜部84は、段差部83と小径部82との間に配置されて、内径が小径部82に等しい円筒状に形成される。また傾斜部84は、段差部83との接続箇所から小径部82との接続箇所へ向うにつれて外径が徐々に小さくなるように形成される。
The
絶縁スペーサ23は、傾斜部84の外周面が取付金具61の棚部71bに接触した状態で取付金具61の貫通孔71aの内部に収容される。絶縁スペーサ23は、上記のように取付金具61の内側に収容されることにより、絶縁スペーサ23における先端側FEの端部において、排気ガスに接するガス接触表面23aを有するように形成されている。
The insulating
そして主体金具31は、フランジ部42が絶縁スペーサ23の段差83aにより支持された状態で絶縁スペーサ23の内部に収容される。これにより、主体金具31は、取付金具61と電気的に絶縁された状態で取付金具61の内部に収容される。
The
絶縁スペーサ24は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたアルミナ製の部材である。絶縁スペーサ24は、大径部86と、小径部87とを備える。
大径部86は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成される。小径部87は、軸線方向DAに延びて外径が大径部86より小さく且つ内径が大径部86に等しい円筒状に形成される。小径部87は、大径部86における先端側FEの端部から軸線方向DAに沿って突出するように配置されている。小径部87の外周面には、周方向に沿って延びる溝87aが形成されている。溝87aには、円筒状に形成されたヒータ接続金具89が配置されている。
The insulating
The
絶縁スペーサ24は、小径部87が絶縁スペーサ23の大径部81の内部に挿入されることにより、絶縁スペーサ23よりも後端側BEに配置される。これにより、内筒33と取付金具61とが電気的に絶縁される。そして、絶縁スペーサ24の大径部86と取付金具61の後端側BEの端部との間には、線パッキン90が配置されている。取付金具61の後端側BEの端部は、線パッキン90を介して絶縁スペーサ24を先端側FEに向かって押し付けるように加締められる。これにより、絶縁スペーサ23,24は、取付金具61の内部に固定される。
The insulating
ケーブル13は、図3に示すように、電線101,102,103,104,105を備える。電線101は、三重同軸ケーブルであり、リード線101aと、内側外部導体101bと、外側外部導体101cとを備える。内側外部導体101bは、リード線101aの周囲を包囲する。外側外部導体101cは、内側外部導体101bの周囲を包囲する。電線102は、三重同軸ケーブルであり、リード線102aと、内側外部導体102bと、外側外部導体102cとを備える。内側外部導体102bは、リード線102aの周囲を包囲する。外側外部導体102cは、内側外部導体102bの周囲を包囲する。電線103,104,105はそれぞれ、単芯の絶縁電線であり、リード線103a,104a,105aを備える。
The
リード線101a,102a,103a,104aはそれぞれ、先端側FEの端部が金属端子106,107,108,109に接続される。リード線101a,102a,103a,104aは、内筒33の内部に挿入される。そして金属端子106は、セパレータ26の内部に配置される。金属端子107,108,109は、セパレータ27の内部に配置される。
The
リード線105aは、図2に示すように、外筒62の内部に挿入される。そして、リード線105aにおける先端側FEの端部はヒータ接続金具89に接続される。内側外部導体101b,102bは、内筒接続金具34の挿入口34aで内筒接続金具34に接触することで、内側金具21と電気的に接続される。外側外部導体101c,102cは、外筒接続金具64の挿入口64aで外筒接続金具64に接触することで、外側金具22と電気的に接続される。
The
絶縁スペーサ23は、図4に示すように、発熱抵抗体111を備える。発熱抵抗体111は、線状に形成されており、小径部82の全周にわたって小径部82の内部に蛇行状に埋め込まれている。絶縁スペーサ23は、ヒータ端子112を備える。ヒータ端子112は、傾斜部84の外周面上の全体に亘って形成されている。そして、発熱抵抗体111の一端がヒータ端子112に接続される。
The insulating
絶縁スペーサ23は、図5に示すように、ヒータ端子113を備える。ヒータ端子113は、大径部81の内周面上において、大径部81の周方向に沿って延びる環状に形成されている。そして、発熱抵抗体111の他端がヒータ端子113に接続される。絶縁スペーサ23と絶縁スペーサ24とが取付金具61の内部に固定されている状態では、絶縁スペーサ24の溝87aに配置されたヒータ接続金具89と、絶縁スペーサ23のヒータ端子113とが接触する。
The insulating
セラミック素子12は、図6に示すように、セラミック層121,122,123が順次積層されることにより、軸線方向DAに延びる板状に形成されている。またセラミック素子12は、セラミック層121とセラミック層122との間に挟まれた放電電極体124を備える。
As shown in FIG. 6, the
セラミック層121,122,123は、図7に示すように、軸線方向DAに延びる板状に形成されたアルミナ製の部材である。セラミック層121は、セラミック層122,123よりも軸線方向DAに沿った長さが短い。セラミック層122およびセラミック層123は、軸線方向DAに沿った長さが互いに等しい。
The
放電電極体124は、針状電極部141と、リード部142とを備える。針状電極部141は、軸線方向DAに延びる針状に形成された白金製の部材である。リード部142は、パターン印刷により軸線方向DAに延びる長尺状に形成されたタングステン製の部材である。針状電極部141における後端側BEの端部が、リード部142における先端側FEの端部に接続される。
The
セラミック素子12は、絶縁被覆層125,126と、補助電極体127と、素子用ヒータ128とを備える。
絶縁被覆層125は、印刷によりセラミック層121と同じ矩形状に形成されたアルミナ製の部材である。絶縁被覆層126は、印刷によりセラミック層122,123と同じ矩形状に形成されたアルミナ製の部材である。
The
The insulating
補助電極体127は、パターン印刷により軸線方向DAに延びる薄膜状に形成された電極である。補助電極体127は、矩形状に形成された補助電極部144と、軸線方向DAに延びる長尺状に形成されたリード部145とを備える。補助電極部144における後端側BEの端部が、リード部145における先端側FEの端部に接続される。
The
素子用ヒータ128は、白金を主成分としセラミックが含まれる白金ペーストを用いたパターン印刷により形成された部材である。素子用ヒータ128は、発熱抵抗体147とリード部148,149とを備える。発熱抵抗体147の一端にリード部148が接続され、発熱抵抗体147の他端にリード部149が接続される。
The
そしてセラミック素子12は、セラミック層123上に、セラミック層123に近い順に、素子用ヒータ128、絶縁被覆層126、補助電極体127、セラミック層122、放電電極体124、絶縁被覆層125およびセラミック層121が積層された構造を有する。なお、図6に示すように、放電電極体124は、針状電極部141における先端側FEの一部分と、リード部142における後端側BEの一部分とが絶縁被覆層125およびセラミック層121に覆われないように配置される。
The
そして、セラミック層121,122においてセラミック素子12の外部に対して露出し、主体金具31の内部に収容されるセラミックホルダ43の先端から先端側FEに向かって突出している部分は、排気ガスに接するガス接触表面12aである。このガス接触表面12aのうち、針状電極部141の周囲は、絶縁性が低下すると針状電極部141によるコロナ放電が抑制されてしまうガス接触表面12bである。
A portion of the
またセラミック素子12は、図7に示すように、導通パターン131と電極パッド132,133,134とを備える。
導通パターン131は、絶縁被覆層126とセラミック層123との間において、素子用ヒータ128より後端側BEに配置される。電極パッド132,133,134は、セラミック層123においてセラミック層122に対向する面とは反対側の面上に密着して配置されている。また、電極パッド132,133,134は、セラミック素子12における後端側BEの端部に配置されている。
Further, as shown in FIG. 7, the
The
導通パターン131は、絶縁被覆層126における後端側BEの端部に形成された貫通孔126aを介して、補助電極体127のリード部145と電気的に接続される。さらに導通パターン131は、セラミック層123を貫通するスルーホール導体123aを介して、電極パッド132と電気的に接続される。
The
電極パッド133は、セラミック層123を貫通するスルーホール導体123bを介して、素子用ヒータ128のリード部148と電気的に接続される。電極パッド134は、セラミック層123を貫通するスルーホール導体123cを介して、素子用ヒータ128のリード部149と電気的に接続される。
The
そして、放電電極体124における後端側BEの端部は、金属端子106に接触する。電極パッド132は、金属端子107に接触する。電極パッド133は、金属端子108に接触する。電極パッド134は、金属端子109に接触する。
The end of the rear end side BE of the
センサ制御装置1は、図8に示すように、絶縁トランス161と、内側回路ケース162と、外側回路ケース163と、イオン源電源回路164と、補助電極電源回路165と、計測制御部166とを備える。
As shown in FIG. 8, the sensor control device 1 includes an
絶縁トランス161は、一次側鉄心171と、二次側鉄心172と、一次側コイル173と、二次側コイル174,175とを備える。一次側コイル173は、一次側鉄心171に巻き付けられている。一次側コイル173の両端は、計測制御部166に接続される。二次側コイル174,175は、二次側鉄心172に巻き付けられている。二次側コイル174の両端は、イオン源電源回路164に接続される。二次側コイル175の両端は、補助電極電源回路165に接続される。
The insulating
内側回路ケース162は、イオン源電源回路164および補助電極電源回路165を包囲する導体である。内側回路ケース162は、二次側鉄心172、内側外部導体101bおよび内側外部導体102bに接続される。
The
外側回路ケース163は、内側回路ケース162および計測制御部166を包囲する導体である。外側回路ケース163は接地されている。また外側回路ケース163は、一次側鉄心171、外側外部導体101cおよび外側外部導体102cに接続される。
The
イオン源電源回路164は、一次側コイル173に電流が流れることにより二次側コイル174の両端で発生する高電圧を出力する。イオン源電源回路164は、出力端164a,164bを備える。出力端164aは、内側外部導体101bに接続される。出力端164bは、リード線101aに接続される。なお、出力端164bの電位は、出力端164aの電位より高い。
The ion source
補助電極電源回路165は、一次側コイル173に電流が流れることにより二次側コイル175の両端で発生する高電圧を出力する。補助電極電源回路165は、出力端165a,165bを備える。出力端165aは、内側外部導体102bに接続される。出力端165bは、リード線102aに接続される。なお、出力端165bの電位は、出力端165aの電位より高い。
The auxiliary electrode
計測制御部166は、電流検出回路181と、ヒータ通電回路182,183と、マイクロコンピュータ184と、レギュレータ電源185とを備える。
電流検出回路181は、入力端181a,181bおよび出力端181cを備える。入力端181aは、内側回路ケース162に接続される。入力端181bは、外側回路ケース163に接続される。電流検出回路181は、入力端181aと入力端181bとの間を流れる電流を検出し、その検出結果を示す信号を出力端181cから出力する。
The
The
ヒータ通電回路182は、出力端182a,182bを備える。出力端182aは、リード線103aに接続される。出力端182bは、外側回路ケース163に接続される。ヒータ通電回路182は、マイクロコンピュータ184からの指示に従って、出力端182aと出力端182bとの間にPWM制御電圧を印加することにより、素子用ヒータ128へPWM信号を出力して、素子用ヒータ128の温度を制御する。PWMは、Pulse Width Modulationの略である。
The
ヒータ通電回路183は、出力端183a,183bを備える。出力端183aは、リード線105aに接続される。出力端183bは、外側回路ケース163に接続されるとともに、リード線104aに接続される。ヒータ通電回路183は、マイクロコンピュータ184からの指示に従って、出力端183aと出力端183bとの間に、予め設定されたヒータ通電電圧を印加することにより、発熱抵抗体111を発熱させる。
The
マイクロコンピュータ184は、CPU、ROM、RAMおよび信号入出力部等を備える。マイクロコンピュータの各種機能は、CPUが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ROMが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、CPUが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のIC等によりハードウェア的に構成してもよい。
The
レギュレータ電源185は、センサ制御装置1の外部に設置されているバッテリ8から電圧供給を受けて、センサ制御装置1を動作させるための電圧を生成する。
図9に示すように、外側プロテクタ51は、先端側FEの端部に開口部51aが形成されている。また外側プロテクタ51は、側面の先端側FEに複数のガス取入口51bが形成されている。内側プロテクタ52は、内側プロテクタ52における先端側FEの端部が外側プロテクタ51の開口部51aから先端側FEへ突出するように配置される。
The
As shown in FIG. 9, in the
内側プロテクタ52は、先端側FEの端部にガス排出口52aが形成されている。また内側プロテクタ52は、側面において、外側プロテクタ51のガス取入口51bよりも後端側BEに複数のガス導入口52bが形成されている。
In the
矢印L1で示すように排気ガスが排気管6内を流れると、内側プロテクタ52のガス排出口52aの外側で排気ガスの流速が上昇し、ガス排出口52aの付近に負圧が発生する。
When the exhaust gas flows in the exhaust pipe 6 as shown by the arrow L1, the flow velocity of the exhaust gas rises outside the
この負圧により、矢印L2,L3,L4で示すように、内側プロテクタ52内の排気ガスが、ガス排出口52aから内側プロテクタ52の外部へ排出される。これにより、矢印L5,L6で示すように、外側プロテクタ51のガス取入口51bの付近に存在している排気ガスが、ガス取入口51bを通って外側プロテクタ51の内部へ吸引される。さらに、矢印L7,L8,L9,L10で示すように、外側プロテクタ51の内部へ吸引された排気ガスは、ガス導入口52bを通って内側プロテクタ52の内部へ流入する。
Due to this negative pressure, the exhaust gas in the
そして、イオン源電源回路164によって放電電極体124の針状電極部141に高電圧(例えば、1〜2kV)が印加されると、針状電極部141と内側プロテクタ52との間でコロナ放電が発生する。このコロナ放電により、針状電極部141の周囲で陽イオンPIが発生する。
When a high voltage (for example, 1 to 2 kV) is applied to the needle-
また、ガス導入口52bから排気ガスが流入することにより、内側プロテクタ52の内部では、後端側BEから先端側FEへ向かう排気ガスの気流が発生している。これにより、針状電極部141の周囲で発生した陽イオンPIが、排気ガスに含まれる微粒子MPに吸着して帯電し、帯電微粒子を生成する。
Further, when the exhaust gas flows in from the
また、補助電極電源回路165によって補助電極体127の補助電極部144に予め設定された電圧(例えば、100〜200V)が印加される。これにより、排気ガス中の微粒子MPに吸着せずに浮遊する陽イオンPIは、補助電極部144との間で作用する反発力により、補助電極部144から遠ざかる方向に移動する。そして、補助電極部144から遠ざかる方向に移動する陽イオンPIは、陰極となる内側プロテクタ52の内壁に捕捉される。一方、陽イオンPIが吸着することにより帯電微粒子は、陽イオンPIと比較して質量が大きいため、補助電極部144との間で作用する反発力の影響が小さい。このため、帯電微粒子は、排気ガスの流れに従って、ガス排出口52aから排出される。
In addition, a voltage (for example, 100 to 200 V) set in advance is applied to the
なお、内側金具21と外側金具22は、絶縁スペーサ23,24により互いに絶縁されている。すなわち、外側金具22は外側外部導体101c,102cを介して接地され、内側金具21は、接地電位にされている外側金具22と絶縁された状態で排気管6内に保持されている。
The
ここで、微粒子センサ2の外部へ排出される陽イオンPIの流れに相当する電流を漏洩電流Iescとし、内側金具21に捕捉される陽イオンPIの流れに相当する電流を捕捉電流Itrpとすると、下式(1)に示す関係が成立する。
Here, a current corresponding to the flow of positive ions PI discharged to the outside of the
Iin=Idc+Itrp+Iesc ・・・(1)
そして、放電電流Idcと捕捉電流Itrpが内側金具21に流れ、入力電流Iinは一定値に保持されている。入力電流Iinは、コロナ放電により陽イオンPIを発生させるための電流である。
I in = I dc + I trp + I esc (1)
Then, the discharge current I dc and the capture current I trp flow to the
このため、下式(2)に示すように、入力電流Iinと、放電電流Idcおよび捕捉電流Itrpの合計との差分により、漏洩電流Iescを算出することができる。
Iesc=Iin−(Idc+Itrp) ・・・(2)
上式(2)に示すように、内側金具21では、入力電流Iinに対して漏洩電流Iesc分少ない電流が流れるために、内側金具21の基準電位が外側金具22の基準電位より低下する内側金具21の電位の低下に伴い、この電位低下を補償する補償電流Icが電流検出回路181から内側外部導体102bを介して内側金具21へ流れる。この補償電流Icは、漏洩電流Iescに相当する。換言すれば、補償電流Ic(または、漏洩電流Iesc)は、帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流に相当する。電流検出回路181は、補償電流Icの値を計測し、この補償電流Icの計測値を、漏洩電流Iescの計測値とする。そして電流検出回路181は、漏洩電流Iescの計測値を示す漏洩電流信号をマイクロコンピュータ184へ出力する。
For this reason, as shown in the following equation (2), the leakage current I esc can be calculated by the difference between the input current I in and the sum of the discharge current I dc and the capture current I trp .
I esc = I in − (I dc + I trp ) (2)
As shown in the above equation (2), in the
マイクロコンピュータ184は、電流検出回路181から入力された漏洩電流信号に基づいて漏洩電流Iescの計測値を特定し、漏洩電流Iescの計測値と排気ガス中の微粒子の量との対応関係を示すマップまたは演算式などを用いて、排気ガス中の微粒子の量を算出する。ここで、排気ガス中の微粒子の量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量として評価することもでき、微粒子の質量を基準とする量として評価することもできる。あるいは、排ガス中の微粒子量は、単位体積量の排ガス中の微粒子の個数を基準とする量として評価することもできる。
The
またマイクロコンピュータ184は、素子用ヒータ128および発熱抵抗体111を発熱させることにより、放電電極体124の針状電極部141に付着した微粒子と、絶縁スペーサ23におけるガス接触表面23aに付着した微粒子とを燃焼させて除去する。
Further, the
またマイクロコンピュータ184は、センサ制御処理を実行する。
ここで、センサ制御処理の手順を説明する。このセンサ制御処理は、車両のキースイッチがオンされてマイクロコンピュータ184が起動した直後に開始される処理である。
The
Here, the procedure of the sensor control process will be described. This sensor control process is a process that is started immediately after the
このセンサ制御処理が実行されると、マイクロコンピュータ184のCPUは、図10に示すように、まずS10にて、微粒子の検出に必要な初期設定と、素子用ヒータ128および発熱抵抗体111への通電に必要な初期設定とを実行する。そしてS20にて、セラミック素子12の駆動を開始する。具体的には、少なくとも、イオン源電源回路164により放電電極体124へ高電圧を印加させ、補助電極電源回路165により補助電極体127に電圧を印加させる。
When this sensor control process is executed, the CPU of the
さらにS30にて、水除去用のヒータ通電を開始する。具体的には、ヒータ通電回路182により素子用ヒータ128を発熱させるとともに、ヒータ通電回路183により発熱抵抗体111を発熱させる。これにより、絶縁スペーサ23におけるガス接触表面23aの温度と、セラミック素子12におけるガス接触表面12a,12bの温度とが、予め設定された蒸発温度(例えば、250℃)まで上昇する。
Further, in S30, the heater for water removal is energized. Specifically, the
そしてS40にて、直噴ガソリンエンジン3が始動したか否かを判断する。ここで、直噴ガソリンエンジン3が始動していない場合には、S40の処理を繰り返す。一方、直噴ガソリンエンジン3が始動した場合には、S50にて、車両のキースイッチがオフ位置に切り替えられているか否かを判断する。ここで、車両のキースイッチがオフ位置に切り替えられていない場合には、S60にて、粒子検出処理を実行して、S50に移行する。具体的には、S60では、電流検出回路181から入力された漏洩電流信号に基づいて、排気ガス中の微粒子の量を算出し、微粒子の量を示す微粒子量情報をエンジンECU4へ送信する。
Then, at S40, it is determined whether the direct
一方、車両のキースイッチがオフ位置に切り替えられた場合には、センサ制御処理を終了する。
図11のグラフG1は、直噴ガソリンエンジン3の始動時に水除去用のヒータ通電を行った場合において電流検出回路181が検出した電流値の時間変化を示す。図11のグラフG2は、直噴ガソリンエンジン3の始動時に水除去用のヒータ通電を行っていない場合において電流検出回路181が検出した電流値の時間変化を示す。グラフG1,G2における実線SL1,SL2は、電流検出回路181が検出した電流値を示す。グラフG1,G2における破線DL1,DL2は、分析計による微粒子量の検出結果を示す。
On the other hand, when the key switch of the vehicle is switched to the off position, the sensor control process is ended.
A graph G1 in FIG. 11 shows a time change of the current value detected by the
図11のグラフG1に示すように、直噴ガソリンエンジン3の始動時に水除去用のヒータ通電を行った場合には、電流検出回路181は、エンジン始動直後における微粒子量の急激な増加を精度よく検出することができる。
As shown by the graph G1 in FIG. 11, when the heater for water removal is energized when the direct
一方、図11のグラフG2に示すように、直噴ガソリンエンジン3の始動時に水除去用のヒータ通電を行っていない場合には、エンジン始動直後において、電流検出回路181が検出した電流値が負になってしまい、マイクロコンピュータ184は、排気ガス中の微粒子の量を算出することができない。
On the other hand, as shown by the graph G2 in FIG. 11, when the water removal heater is not energized at the start of the direct
このように構成されたセンサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3の排気管6に取り付けられ、排気管6内の排気ガスに含まれる微粒子の量を検出する微粒子センサ2を制御する。
The sensor control device 1 configured as described above is attached to the exhaust pipe 6 of the direct
そして微粒子センサ2は、内側金具21およびセラミック素子12と、絶縁スペーサ23およびセラミック層121,122と、発熱抵抗体111および素子用ヒータ128とを備える。以下、内側金具21およびセラミック素子12を検出部ともいう。
The
内側金具21およびセラミック素子12(すなわち、検出部)は、自身の内部に排気ガスを流入させ、流入された排気ガスに含まれる微粒子を帯電させるように構成される。
絶縁スペーサ23は、排気ガスに接するガス接触表面23aが形成され、ガス接触表面23aに微粒子が付着すると、検出部の検出性能が低下する構成となっている。セラミック層121,122は、排気ガスに接するガス接触表面12a,12bが形成され、ガス接触表面12a,12bに微粒子が付着すると、検出部の検出性能が低下する構成となっている。
The
The insulating
発熱抵抗体111は、ガス接触表面23aの少なくとも一部を加熱する。素子用ヒータ128は、ガス接触表面12a,12bを加熱する。
またセンサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3が始動したときに、ガス接触表面23a,12a,12bで水が蒸発する蒸発温度となるように発熱抵抗体111および素子用ヒータ128による加熱を実行する。センサ制御装置1は、帯電微粒子の量に基づいて流れる信号電流(補償電流Ic)を用いて微粒子の量を算出し、微粒子の量を示す微粒子量情報を出力する。
The
Further, the sensor control device 1 performs heating by the
このようにセンサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3が始動したときに、ガス接触表面23a,12a,12bで水が蒸発する蒸発温度となるようにガス接触表面23a,12a,12bを加熱する。このため、センサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3の冷間始動時に発生する凝縮水をガス接触表面23a,12a,12bで蒸発させられ、また、発熱抵抗体111および素子用ヒータ128の加熱に基づく熱泳動力を凝縮水に作用させて凝縮水をガス接触表面23a,12a,12bから離れる方向へ移動させ、凝縮水がガス接触表面23a,12a,12bに付着するのを抑制することができる。すなわち、センサ制御装置1は、ガス接触表面23a,12a,12bに微粒子が付着して絶縁スペーサ23およびセラミック層121,122の絶縁性能が低下するのと同様に、ガス接触表面23a,12a,12bに凝縮水が付着して絶縁スペーサ23およびセラミック層121,122の絶縁性能が低下するのを抑制し、検出部の検出性能の低下を抑制することができる。これにより、センサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3の冷間始動時において微粒子量を検出することができる。
Thus, when the direct
また蒸発温度は、200℃以上である。これにより、センサ制御装置1は、発熱抵抗体111および素子用ヒータ128の加熱に基づく熱泳動力により、ガス接触表面23a,12a,12bに凝縮水が付着するのを更に抑制することができ、微粒子量の検出精度を向上させることができる。
The evaporation temperature is 200 ° C. or more. As a result, the sensor control device 1 can further suppress adhesion of condensed water to the
また検出部は、コロナ放電によりイオンを生成するように構成された針状電極部141を含む放電電極体124を備え、生成したイオンを排気ガス中に含まれる微粒子に付着させて帯電させるように構成される。さらにセラミック層121,122は、針状電極部141を露出させた状態で放電電極体124を覆い、ガス接触表面12bは、セラミック層121,122における針状電極部141の周囲である。
In addition, the detection unit includes a
このように構成されたセンサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3が始動したときに、針状電極部141の周囲で水が蒸発する蒸発温度となるように針状電極部141の周囲を加熱する。このため、センサ制御装置1は、凝縮水が針状電極部141に付着して針状電極部141でコロナ放電を発生させることができなくなる事態の発生を抑制することができる。
The sensor control device 1 configured in this manner heats the periphery of the
また微粒子センサ2は、内側金具21と、外側金具22とを備え、絶縁スペーサ23は、内側金具21と外側金具22との間に配置されて、内側金具21と外側金具22とを電気的に絶縁する。内側金具21は、排気ガスを内部に取り入れるガス取入管32を有し、排気管6とは異なる電位とされ、検出部に含まれる。外側金具22は、内側金具21の周囲を囲み、排気管6に取り付けられて排気管6と電気的に接続される。
The
このように構成されたセンサ制御装置1は、直噴ガソリンエンジン3が始動したときに、内側金具21と外側金具22との間に配置されている絶縁スペーサ23のガス接触表面23aに凝縮水が付着して、内側金具21と外側金具22との間における絶縁スペーサ23の絶縁性能が低下するのを抑制することができる。これにより、センサ制御装置1は、ガス接触表面23aに凝縮水が付着することにより内側金具21と外側金具22との間で漏れ電流が流れて検出部の検出性能が低下してしまう事態の発生を抑制することができる。
In the sensor control device 1 configured as described above, when the direct
以上説明した実施形態において、センサ制御装置1は微粒子検出装置に相当し、内側金具21およびセラミック素子12が検出部に相当し、絶縁スペーサ23およびセラミック層121,122は絶縁部材に相当し、発熱抵抗体111および素子用ヒータ128は加熱部に相当する。
In the embodiment described above, the sensor control device 1 corresponds to a particle detection device, the
また、S30は加熱実行部としての処理に相当し、S60は情報出力部としての処理に相当し、針状電極部141は放電部に相当する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
Moreover, S30 corresponds to the process as a heating execution part, S60 corresponds to the process as an information output part, and the
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.
例えば上記実施形態では、蒸発温度が250℃である形態を示したが、蒸発温度は、水が蒸発する温度、すなわち、100℃以上であればよい。
また上記実施形態では、コロナ放電によりイオンを生成することにより微粒子量を検出する形態を示した。しかし、微粒子量を検出する手法は、このような形態に限定されるものではない。例えば、一対の筒状電極を所定の隙間を有しつつ、絶縁部材によって互いを絶縁させた形で配置させた検知部を有する微粒子センサであって、一対の電極の間に排気ガスを流入させつつ、その一対の電極の間に高電圧を印加することにより微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成し、帯電微粒子を上記一対の電極の間を移動させることにより、微粒子の量を検出する微粒子センサを制御する微粒子検出装置に適用してもよい。このような微粒子センサは、米国特許公開公報US2012/0312074A1や米国特許公開公報US2013/0219990A1に具体的な構成が記載されているため、これ以上の詳述は省略する。この場合には、例えば、一対の電極間を絶縁する絶縁部材を加熱するようにするとよい。
For example, in the above embodiment, the evaporation temperature is 250 ° C., but the evaporation temperature may be a temperature at which water evaporates, that is, 100 ° C. or more.
Moreover, in the said embodiment, the form which detects the amount of microparticles | fine-particles was shown by producing | generating ion by corona discharge. However, the method of detecting the amount of particles is not limited to such a form. For example, it is a particulate sensor having a detection unit in which a pair of cylindrical electrodes are disposed in a form of being insulated from each other by an insulating member while having a predetermined gap, and exhaust gas is allowed to flow between the pair of electrodes The particle sensor charges the particles by applying a high voltage between the pair of electrodes to generate charged particles, and moves the charged particles between the pair of electrodes to detect the amount of particles. The present invention may be applied to a particle detection device that controls Since such a particulate sensor has a specific configuration described in US Patent Publication No. US 2012/0312074 A1 and US Patent Publication No. US 2013/0219990 A1, further detailed description will be omitted. In this case, for example, an insulating member that insulates between a pair of electrodes may be heated.
また上記実施形態では、セラミック素子12に補助電極体127を設けるとともに、センサ制御装置1に補助電極体127を通電するための補助電極電源回路165を設けたが、これら補助電極体127、補助電極電源回路165は省略してもよい。
In the above embodiment, while the
また、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 Further, the function possessed by one component in the above embodiment may be shared by a plurality of components, or the function possessed by a plurality of components may be exhibited by one component. In addition, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above-described embodiment. In addition, all the aspects contained in the technical thought specified from the wording as described in a claim are an embodiment of this indication.
上述したセンサ制御装置1の他、当該センサ制御装置1を構成要素とするシステム、当該センサ制御装置1としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、センサ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。 In addition to the sensor control device 1 described above, various forms including a system having the sensor control device 1 as a component, a program for causing a computer to function as the sensor control device 1, a medium storing the program, a sensor control method, etc. This disclosure can also be realized.
1…センサ制御装置、2…微粒子センサ、3…直噴ガソリンエンジン、6…排気管、12…セラミック素子、12b…ガス接触表面、21…内側金具、23…絶縁スペーサ、23a…ガス接触表面、111…発熱抵抗体、121,122…セラミック層、128…素子用ヒータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor control apparatus, 2 ... Particle sensor, 3 ... Direct injection gasoline engine, 6 ... Exhaust pipe, 12 ... Ceramic element, 12b ... Gas contact surface, 21 ... Inner metal fitting, 23 ... Insulation spacer, 23a ... Gas contact surface, 111 ... Heating resistor, 121, 122 ... Ceramic layer, 128 ... Heater for element
Claims (4)
前記微粒子センサは、
自身の内部に流入される前記排気ガスに含まれる前記微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するように構成された検出部と、
前記排気ガスに接するガス接触表面が形成され、前記ガス接触表面に前記微粒子が付着すると、前記検出部の検出性能が低下するように構成された絶縁部材と、
前記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するように構成された加熱部とを備え、
前記微粒子検出装置は、
前記直噴ガソリンエンジンが始動したときに、前記ガス接触表面で水が蒸発する蒸発温度となるように前記加熱部による加熱を実行するように構成された加熱実行部と、
前記帯電微粒子に基づいて流れる信号電流を用いて前記微粒子の量を算出し、前記微粒子の量を示す微粒子量情報を出力するように構成された情報出力部と
を備える微粒子検出装置。 A particulate detection device attached to an exhaust pipe of a direct injection gasoline engine and controlling a particulate sensor that detects the amount of particulates contained in exhaust gas in the exhaust pipe,
The particle sensor is
A detection unit configured to generate charged particulates by charging the particulates contained in the exhaust gas flowing into the interior thereof;
An insulating member configured to form a gas contact surface in contact with the exhaust gas, and when the particulates adhere to the gas contact surface, the detection performance of the detection unit decreases;
A heating unit configured to heat at least a portion of the gas contact surface;
The particle detector is
A heating execution unit configured to perform heating by the heating unit so as to reach an evaporation temperature at which water is evaporated on the gas contact surface when the direct injection gasoline engine is started;
An information output unit configured to calculate an amount of the particles using a signal current flowing based on the charged particles, and to output particle amount information indicating the amount of the particles.
前記蒸発温度は、200℃以上である微粒子検出装置。 The particulate matter detection device according to claim 1, wherein
The particulate matter detection device wherein the evaporation temperature is 200 ° C. or higher.
前記検出部は、
コロナ放電によりイオンを生成するように構成された放電部を含む放電電極体を備え、生成した前記イオンを前記排気ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて帯電させるように構成され、
前記絶縁部材は、前記放電部を露出させた状態で前記放電電極体を覆い、
前記ガス接触表面は、前記絶縁部材における前記放電部の周囲である微粒子検出装置。 The particulate matter detection device according to claim 1 or 2, wherein
The detection unit is
The discharge electrode assembly includes a discharge portion configured to generate ions by corona discharge, and the generated ions are configured to be attached to the fine particles contained in the exhaust gas and charged.
The insulating member covers the discharge electrode body in a state in which the discharge portion is exposed,
The particulate matter detection device, wherein the gas contact surface is a periphery of the discharge portion in the insulating member.
前記微粒子センサは、
前記排気ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、前記排気管とは異なる電位とされ、前記検出部に含まれる内側金具と、
前記内側金具の周囲を囲み、前記排気管に取り付けられて前記排気管と電気的に接続される外側金具とを備え、
前記絶縁部材は、前記内側金具と前記外側金具との間に配置されて、前記内側金具と前記外側金具とを電気的に絶縁する微粒子検出装置。 The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein
The particle sensor is
An inner metal fitting which has a gas intake pipe for taking in the exhaust gas inside, is set to a potential different from that of the exhaust pipe, and is included in the detection unit;
And an outer metal fitting that is attached to the exhaust pipe and is electrically connected to the exhaust pipe.
The said insulation member is a particle detection apparatus arrange | positioned between the said inner side metal fitting and the said outer side metal fitting, and electrically insulating the said inner side metal fitting and the said outer side metal fitting.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020235517A1 (en) | 2019-05-21 | 2020-11-26 | 株式会社タニタ | Body composition measurement system, body composition measurement program, and computer-readable non-transitory storage medium |
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2017
- 2017-11-17 JP JP2017221755A patent/JP2019095199A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020235517A1 (en) | 2019-05-21 | 2020-11-26 | 株式会社タニタ | Body composition measurement system, body composition measurement program, and computer-readable non-transitory storage medium |
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