JP4855811B2 - Fine particle amount detection system - Google Patents
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Description
本発明は、微粒子量検出システムに関する。さらに詳しくは、気体中の微粒子を捕集するフィルタに堆積した微粒子量を検出する微粒子量検出システムに関する。 The present invention relates to a fine particle amount detection system. More specifically, the present invention relates to a fine particle amount detection system that detects the amount of fine particles deposited on a filter that collects fine particles in a gas.
気体中の微粒子を捕集して気体を浄化する手段としては、フィルタによるろ過が代表的である。これら微粒子捕集フィルタでは、微粒子が堆積するにつれてフィルタの目詰まりが進行し、フィルタ性能が低下するため、微粒子の堆積量がフィルタの使用限界に達する前に、フィルタ自体を交換するか、あるいは堆積した微粒子を取り除く再生処理が必要である。この交換や再生処理の時期を決めるためには、微粒子堆積量の予測が必要であり、フィルタ前後の差圧と排気流量、空燃比などにより微粒子堆積量が検知されていた(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 As a means for collecting fine particles in the gas and purifying the gas, filtration by a filter is typical. In these particulate collection filters, the clogging of the filter progresses as the particulates accumulate, and the filter performance deteriorates. Therefore, the filter itself is replaced or deposited before the amount of particulates reaches the filter usage limit. Regeneration treatment is necessary to remove the fine particles. In order to determine the timing of this replacement or regeneration process, it is necessary to predict the amount of particulate accumulation, and the amount of particulate accumulation is detected based on the differential pressure before and after the filter, the exhaust flow rate, the air-fuel ratio, and the like (for example, Patent Document 1). And Patent Document 2).
特許文献1では、アクセル開度変化率が小さくかつ排気流量が大きい状況では、微粒子捕集フィルタの入口と出口の差圧及び排ガス流量から堆積微粒子量を検出し、そうでない場合には、燃料噴射量及びエンジンの回転速度から微粒子排出量を推定する技術が開示されている。 In Patent Document 1, when the accelerator opening change rate is small and the exhaust gas flow rate is large, the amount of accumulated particulates is detected from the differential pressure between the inlet and outlet of the particulate collection filter and the exhaust gas flow rate. A technique for estimating the amount of particulate emission from the amount and the rotational speed of the engine is disclosed.
特許文献2では、排ガスの空燃比を検出し、その空燃比に基づいて排ガスに含まれる微粒子の発生量を算出する微粒子の堆積量推定方法が開示されている。
しかしながら、フィルタ前後の排圧の差圧を検出する方法では、堆積微粒子量に対して、フィルタの圧力損失が一義的に定まらない場合が多かった。また、例えば、ディーゼルエンジンの排気微粒子(PM:particulate matter)を捕集するウォールフロー型のセラミックフィルタ(DPF:Diesel particulate filter)では、低温で微粒子を捕集し続けた後、フィルタ細孔内にコーティングされた触媒の活性温度に一時的に昇温すると、細孔内に堆積した微粒子が酸化除去され、わずかな細孔内微粒子の酸化消滅により圧力損失が大きく低下するため、堆積微粒子量を検出し再生するシステムの調整が困難であり問題であった。 However, in the method of detecting the differential pressure between the exhaust pressure before and after the filter, the pressure loss of the filter is often not uniquely determined with respect to the amount of accumulated particulate matter. Also, for example, in a wall flow type ceramic filter (DPF: Diesel particulate filter) that collects particulate matter (PM) of diesel engine, after collecting particulates at low temperature, When the temperature of the coated catalyst is temporarily raised to the activation temperature, the fine particles deposited in the pores are removed by oxidation, and the pressure loss is greatly reduced due to the slight disappearance of fine particles in the pores. However, it was difficult and difficult to adjust the playback system.
また、排ガスの空燃比から微粒子発生量を算出し、その量を積算して堆積微粒子量を推定する方法では、微粒子発生量のすべてがフィルタに堆積するとして堆積微粒子量を推定していることから、再生処理の頻度が増し、燃料効率が低下するおそれがあった。 Also, in the method of calculating the amount of particulate generation from the air-fuel ratio of the exhaust gas and integrating the amount to estimate the amount of particulate deposition, the amount of particulate particulate is estimated as all the particulate generation amount accumulates on the filter. There has been a risk that the frequency of regeneration processing will increase and the fuel efficiency will decrease.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、より簡単な方法でフィルタへ堆積する微粒子量を検知でき、フィルタの交換や再生処理の時期の決定が容易に行えるような微粒子量検出システムを提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to detect the amount of particulates deposited on the filter by a simpler method, and to detect the amount of particulates so that it is possible to easily determine the timing of replacement and regeneration processing of the filter. Provide a system.
本発明は、以下の微粒子量検出システムを提供するものである。 The present invention provides the following fine particle amount detection system.
[1]外表面または内部に1又は2以上の電極を備える微粒子捕集フィルタ(以下「DPF」ということがある)と、前記電極に直列に接続されたコイルと、前記微粒子捕集フィルタに堆積している微粒子量を、前記微粒子捕集フィルタと前記コイルを含む回路の共振周波数を測定することにより、または発振周波数を測定することにより検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記微粒子量を出力する第一出力手段とを有する微粒子量検出システム(以下、「第一の発明」ということがある)。 [1] A particulate collection filter (hereinafter also referred to as “DPF”) having one or more electrodes on the outer surface or inside, a coil connected in series to the electrodes, and a deposit on the particulate collection filter Detection means for detecting the amount of the fine particles by measuring a resonance frequency of a circuit including the fine particle collection filter and the coil, or by measuring an oscillation frequency, and the fine particles detected by the detection means A fine particle amount detection system (hereinafter, also referred to as “first invention”) having first output means for outputting the amount.
[2]内燃機関のエンジン回転数、燃料噴射量、燃料噴射時期、排気ガス温度、排気酸素濃度、吸入空気流量、排気スロットル開度、EGRバルブ開度および走行距離のうち少なくとも3つ以上を含む情報と一定のパラメータとに基づいて前記微粒子捕集フィルタに堆積する前記微粒子量を予測する第一予測手段と、前記検出手段により検出される前記微粒子量と前記第一予測手段により予測される前記微粒子量とに基づいて前記パラメータ又は前記燃料噴射量を変える手段とを有する[1]に記載の微粒子量検出システム。 [ 2 ] Including at least three of the engine speed, fuel injection amount, fuel injection timing, exhaust gas temperature, exhaust oxygen concentration, intake air flow rate, exhaust throttle opening, EGR valve opening, and travel distance of the internal combustion engine First prediction means for predicting the amount of the particulates deposited on the particulate collection filter based on information and a certain parameter, the amount of particulates detected by the detection means, and the prediction predicted by the first prediction means The particulate quantity detection system according to [1 ], further comprising means for changing the parameter or the fuel injection quantity based on the particulate quantity.
[3]前記検出手段により検出される前記微粒子量と前記第一予測手段により予測される前記微粒子量との差が所定量を超えると信号を出力する手段を有する前記[2]に記載の微粒子量検出システム。 [ 3 ] The fine particles according to [ 2], further including means for outputting a signal when a difference between the fine particle amount detected by the detection means and the fine particle amount predicted by the first prediction means exceeds a predetermined amount. Quantity detection system.
[4]前記微粒子捕集フィルタの出入口の差圧と排ガスの流量と温度を含む情報から前記微粒子捕集フィルタに堆積する前記微粒子量を予測する第二予測手段と、前記検出手段により検出される前記微粒子量と前記第二予測手段により予測される前記微粒子量との差が所定量を超えると信号を出力する手段とを有する前記[1]に記載の微粒子量検出システム。 [ 4 ] Second detection means for predicting the amount of the particulates deposited on the particulate collection filter from information including the differential pressure at the inlet / outlet of the particulate collection filter , the flow rate and temperature of the exhaust gas, and detected by the detection means The fine particle amount detection system according to [1 ], further including means for outputting a signal when a difference between the fine particle amount and the fine particle amount predicted by the second prediction unit exceeds a predetermined amount.
[5]前記検出手段が2以上の周波数におけるインピーダンスを利用する前記[1]に記載の微粒子量検出システム。 [ 5 ] The fine particle amount detection system according to [1 ], wherein the detection unit uses impedance at two or more frequencies.
[6]前記検出手段により検出される前記微粒子量が前記微粒子捕集フィルタの温度に基づいて補正される前記[1]〜[5]のいずれかに記載の微粒子量検出システム。 [ 6 ] The fine particle amount detection system according to any one of [1] to [ 5 ], wherein the fine particle amount detected by the detection unit is corrected based on a temperature of the fine particle collection filter .
[7]前記温度が300℃を超えると前記検出手段により検出される前記微粒子量が補正される前記[6]に記載の微粒子量検出システム。 [ 7 ] The fine particle amount detection system according to [ 6 ], wherein the fine particle amount detected by the detection unit is corrected when the temperature exceeds 300 ° C.
[8]前記温度が100℃未満のときに前記検出手段により検出される前記微粒子量を使用しない、あるいはゼロに補正される前記[6]又は[7]に記載の微粒子量検出システム。 [8] particulate amount detecting system according to [6] or [7] wherein the temperature does not use the particulate amount detected by said detecting means when less than 100 ° C., or is corrected to zero.
[9]前記微粒子捕集フィルタの温度が100℃以上300℃以下では、前記検出手段により検出される前記微粒子量は補正しないで使用する前記[1]〜[5]のいずれかに記載の微粒子量検出システム。 [9] The particulate temperature of the trapping filter is below 300 ° C. 100 ° C. or higher, the microparticles according to any one of [1] to [5], wherein the particulate amount detected by said detection means is used without correction Quantity detection system.
本発明の微粒子量検出システムによれば、従来よりも簡単な方法でフィルタへ堆積する微粒子量を検知でき、フィルタの交換や再生処理の時期の決定を容易に行うことができる。 According to the fine particle amount detection system of the present invention, the amount of fine particles deposited on the filter can be detected by a simpler method than before, and it is possible to easily determine the time for replacement or regeneration processing of the filter.
以下、図面を参照して、本発明の微粒子量検出システムの実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a fine particle amount detection system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not construed as being limited thereto, and unless it departs from the scope of the present invention. However, various changes, modifications, and improvements can be added based on the knowledge of those skilled in the art.
図1は、本発明に係る微粒子量検出システム100(第一の発明)の実施形態の一例を示す模式図である。本例では、DPF1の外表面の2カ所に電極2,2が設置され、当該電極2,2間にコイル3が直列に接続される。検出手段7では、DPF1とコイル3を含む回路のインピーダンスが測定され、その値からDPF1内の微粒子量が検出される。当該微粒子量は第一出力手段8から信号として出力される。当該出力信号は、例えばDPF1の再生処理開始信号として利用される。この時、2つの電極の面積は等しくてもあるいは異なっていても良く、それらの面積比は例えば、0.01〜1の間で自由に設計して良い。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of a fine particle amount detection system 100 (first invention) according to the present invention. In this example,
本微粒子量検出システム100では、DPF1とコイル3を含む回路のインピーダンスを測定することによって、DPF1内の静電容量を検知することができる。当該静電容量は、微粒子量に対応して変化するため、微粒子量とインピーダンスとの関係を予め求めておくことにより、インピーダンスから微粒子量を算出することができる。
In the present fine particle
本実施形態においては、DPF1とコイル3とを含む回路のインピーダンスは、共振条件Lω=1/Cω(L:インダクタンス、C:静電容量、ω:2πf(f:周波数))で急激に0に近づくため、微粒子の堆積量変化に対するインピーダンスの変化がシャープになり、より精度良く微粒子堆積量を検知できる。コイル3のインダクタンスの値は、狙いの微粒子堆積量において共振条件を満足するように設定しておけばよい。すなわち、コイル3としてインダクタンスを調整することができる可変コイル3を使用して、微粒子堆積量が所定量に達したときに、インピーダンスが急激に0に近づくようにインダクタンスの値を予め制御しておく。 In the present embodiment, the impedance of the circuit including the DPF 1 and the coil 3 suddenly becomes 0 under the resonance condition Lω = 1 / Cω (L: inductance, C: capacitance, ω: 2πf (f: frequency)). As the distance approaches, the change in impedance with respect to the change in the amount of deposited fine particles becomes sharper, and the amount of deposited fine particles can be detected with higher accuracy. The inductance value of the coil 3 may be set so as to satisfy the resonance condition at the target fine particle deposition amount. That is, the variable coil 3 whose inductance can be adjusted is used as the coil 3, and the value of the inductance is controlled in advance so that the impedance suddenly approaches 0 when the amount of fine particles deposited reaches a predetermined amount. .
次に、本発明の別の実施形態の一例を示す。本例においては、図1の検出手段7により、DPF1とコイル3を含む回路の共振周波数が測定され、その値からDPF1内の微粒子量が検出される。当該微粒子量は第一出力手段8から信号として出力される。当該出力信号は、例えばDPF1の交換や再生処理開始信号として利用される。 Next, an example of another embodiment of the present invention will be described. In this example, the resonance frequency of the circuit including the DPF 1 and the coil 3 is measured by the detection means 7 in FIG. 1, and the amount of fine particles in the DPF 1 is detected from the value. The amount of fine particles is output as a signal from the first output means 8. The output signal is used, for example, as a DPF 1 replacement or regeneration process start signal.
本実施形態においては、本微粒子量検出システム100において、DPF1とコイル3を含む回路の共振周波数を測定することによって、DPF1内の静電容量を検知することができる。当該静電容量は、微粒子量に対応して変化するため、微粒子量と共振周波数との関係を予め求めておくことにより、共振周波数から微粒子量を算出することができる。
In the present embodiment, the present particulate
本実施形態においては、DPF1とコイル3とを含む回路のインピーダンスは、共振条件Lω=1/Cωで急激に0に近づき、このときの共振周波数は、近似的にω=(1/LC)1/2となる。コイル3のインダクタンスの値を予め制御して、狙いの微粒子堆積量において共振条件を満足するように設定し、固定しておくと、微粒子の堆積によりDPF1の静電容量Cが変化するため、共振周波数ωも変化する。この共振周波数ωを測定することにより、堆積微粒子量を検知することができる。あるいは、DPF1とコイル3とを含む回路で発振回路を形成し、その発振周波数を周波数カウンタ等で測定することによって、静電容量Cを算出し堆積微粒子量を検知しても良い。 In this embodiment, the impedance of the circuit including the DPF 1 and the coil 3 suddenly approaches 0 under the resonance condition Lω = 1 / Cω, and the resonance frequency at this time is approximately ω = (1 / LC) 1. / 2 . If the inductance value of the coil 3 is controlled in advance and set so as to satisfy the resonance condition at the target fine particle deposition amount and fixed, the electrostatic capacity C of the DPF 1 changes due to the fine particle deposition. The frequency ω also changes. By measuring the resonance frequency ω, the amount of deposited fine particles can be detected. Alternatively, by forming an oscillation circuit with a circuit including the DPF 1 and the coil 3 and measuring the oscillation frequency with a frequency counter or the like, the capacitance C may be calculated to detect the amount of deposited fine particles.
図2は、本発明の微粒子量検出システム200(第二の発明)の実施形態の一例を示す模式図である。本例では、DPF1の外周面の2カ所に電極2,2が設置され、当該電極2,2間にコイル3が直列に接続される。検出手段7では、DPF1とコイル3を含む回路のインピーダンスが測定され、その値からDPF1内の微粒子量が検出される。当該微粒子量が予め設定された所定量を超えると第二出力手段9からDPF1の再生を開始する信号が出力される。再生手段10は、当該信号を受けDPF1の再生を開始する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the fine particle amount detection system 200 (second invention) of the present invention. In this example,
本実施形態において、DPF1とコイル3を含む回路のインピーダンスを測定することによって、微粒子量を算出することができることについては、前述の第一の発明の場合と同じである。DPF1の再生は、例えば排気行程中に燃料を噴射することおよび/または排気管に設置された燃料噴射装置によって燃料を噴射することにより、未燃焼の燃料はDPF1および/または排気管のDPF1前段に設置された酸化触媒に供給され、そこで燃焼する。この燃料の燃焼熱により微粒子は酸化・燃焼され、DPF1から除去される。また、排気管に設置された燃料バーナー、電気ヒーター等により排気ガス温度を上昇させ、その熱により微粒子を酸化・燃焼させてDPF1を再生させることも可能である。第二出力手段9から出力されるDPF1の再生を開始する信号は、前記以外の再生方法の再生開始信号としても使用可能であることは言うまでもないであろう。 In the present embodiment, the amount of fine particles can be calculated by measuring the impedance of a circuit including the DPF 1 and the coil 3 as in the case of the first invention described above. The regeneration of the DPF 1 is performed, for example, by injecting fuel during the exhaust stroke and / or by injecting the fuel with a fuel injection device installed in the exhaust pipe, so that unburned fuel is introduced into the DPF 1 and / or the DPF 1 upstream of the exhaust pipe. It is supplied to the installed oxidation catalyst and burns there. The particulates are oxidized and burned by the combustion heat of the fuel and removed from the DPF 1. It is also possible to regenerate the DPF 1 by raising the exhaust gas temperature with a fuel burner, an electric heater or the like installed in the exhaust pipe and oxidizing and burning the fine particles with the heat. It goes without saying that the signal for starting the regeneration of the DPF 1 output from the second output means 9 can also be used as a regeneration start signal for other regeneration methods.
次に、本発明の別の実施形態の一例を示す。本例においては、図2の検出手段7により、DPF1とコイル3を含む回路の共振周波数が測定され、その値からDPF1内の微粒子量が検出される。当該微粒子量が予め設定された所定量を超えると第二出力手段9からDPF1の再生を開始する信号が出力される。再生手段10は、当該信号を受けDPF1の再生を開始する。 Next, an example of another embodiment of the present invention will be described. In this example, the resonance frequency of the circuit including the DPF 1 and the coil 3 is measured by the detection means 7 in FIG. 2, and the amount of fine particles in the DPF 1 is detected from the value. When the amount of fine particles exceeds a predetermined amount set in advance, the second output means 9 outputs a signal for starting the regeneration of the DPF 1. The reproducing means 10 receives the signal and starts reproducing the DPF 1.
本実施形態において、DPF1と可変コイル3を含む回路の共振周波数を測定することによって、微粒子量を算出することができることについては、前述の第一の発明の別の実施態様の場合と同じである。 In the present embodiment, the amount of fine particles can be calculated by measuring the resonance frequency of the circuit including the DPF 1 and the variable coil 3 as in the case of the other embodiment of the first invention described above. .
第一の発明及び第二の発明においては、このようなインダクタンスの他、キャパシタンス、直流抵抗などを前記回路内に直列又は並列に接続して、共振条件を調整することも可能である。
また、本発明の微粒子量検出システム100および/または200において、DPF1の内部に電極2,2を設置することももちろん可能であり、例えば、図3のようにDPF1の径方向中心部に平行平板状に電極2,2を埋設したり、図4のようにDPF1の径方向外周部付近に平行平板状に電極2,2を埋設することも可能である。
In the first invention and the second invention, it is also possible to adjust resonance conditions by connecting capacitance, DC resistance, etc. in series or in parallel in the circuit in addition to such inductance.
Further, in the fine particle
図5は、図1の微粒子量検出システム100において、DPF1をDPFユニット20とした微粒子量検出システム100(第一の発明)の実施形態の一例を示す模式図である。DPF1がDPFユニット20に置き換えられた以外は、図1の微粒子量検出システム100と同じである。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the fine particle amount detection system 100 (first invention) in which the DPF 1 is the
DPFユニット20の実施形態の一例を図5に示す模式図で説明する。本例では、フィルタ本体として、多孔質の隔壁により気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体の端面を交互に千鳥状に目封止したウォールフロー型のDPF1を使用しており、このDPF1が、その外周部を取り囲む筒状のマット6を介して、同じく筒状の金属管体5内に保持された構造となっている。DPF1には、その断面中央部付近に筒状の電極4が埋設されており、この電極4と金属管体5との間のインピーダンスが計測される。
An example of an embodiment of the
このDPFユニット20において、捕集された微粒子の量を検知する基本原理は、前述のDPF1と同様であるが、DPF1は、一般に、金属管体5内部にマット6を介して保持された状態で実用に供されることが多いので、本発明のDPFユニット20では、金属管体5を一方の電極として利用し、この金属管体5とフィルタ1に設けた電極4との間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測回路を構成している。つまり、第一の発明において、DPF1は、その外部に金属管体5を備え、この金属管体5が電極に相当する。
In this
このDPFユニット20においては、DPF1に設置された電極4と、金属管体5と、それらの間に直列に接続されたコイル3とからなる回路のインピーダンスを計測することによって、DPF1に微粒子が堆積したことによる電極4と金属管体5との間の静電容量の変化を検知することができる。電極4と金属管体5との間の静電容量は、DPF1内の微粒子の量に対応して変化するため、インピーダンスの計測データからDPF1の微粒子堆積量を測定することができる。具体的には、堆積した微粒子の質量とインピーダンスとの関係を実測値に基づいて予めグラフ化等しておくことにより、インピーダンスを計測することにより、その計測時点でのDPF1に堆積した微粒子量を測定することができる。
In the
また、別の実施態様としては、電極4と金属管体5との間の静電容量の変化を検知することができる。電極4と金属管体5との間の静電容量は、DPF1内の微粒子量に対応して変化するため、共振周波数の測定データからDPF1の微粒子堆積量を測定することができる。具体的には、堆積した微粒子の質量と共振周波数との関係を実測値に基づいて予めグラフ化等しておくことにより、共振周波数を測定することにより、その計測時点での微粒子の堆積量を測定することができる。
As another embodiment, a change in capacitance between the
図6は、図2の微粒子量検出システム200において、DPF1をDPFユニット20とした微粒子量検出システム200(第二の発明)の実施形態の一例を示す模式図である。DPF1がDPFユニット20に置き換えられた以外は、図2の微粒子量検出システム200と同じである。
図6のDPF1についても、第二の発明において、その外部に金属管体5を備え、この金属管体5が電極に相当する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the fine particle amount detection system 200 (second invention) in which the DPF 1 is the
Also in the DPF 1 of FIG. 6, in the second invention, a
このDPFユニット20においては、内部に備えられる電極をDPF1の断面中央部付近に設けることが好ましく、例えば、図7のように筒状の電極4をハニカム構造の隔壁に沿ってDPF1内部に埋設したり、図8のように板状の電極4をハニカム構造の隔壁に沿ってDPF1内部に埋設したり、あるいは図9のように、端面中央付近の目封止部の一部を導電性の材料を充填して構成し電極4とすることも可能である。
In the
DPF1の外周部を取り囲むマット6の材質としては、アルミナ、シリカ等のセラミックスを主成分とする繊維をマット状に成形したもの等が好適に使用できる。更には、マットがセラミック等の不導電体製でなく、ステンレス等の導電性の材料で出来たワイヤメッシュ状のものを使用した場合は、マットも電極の一部を構成することになる。また、金属管体5の材質としては、フェライト系ステンレス等が好適に使用できる。
As a material of the
DPF1の形態は特に限定されるものではないが、前記実施形態で例示したようなウォールフロー型のものや多孔質セラミックフォーム等が好適に使用できる。また、フィルタの材質も特に限定されないが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカよりなる群から選ばれる1種以上のセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されているものが好適である。 The form of DPF 1 is not particularly limited, but a wall flow type or a porous ceramic foam as exemplified in the above embodiment can be suitably used. The material of the filter is not particularly limited, but one or more ceramics selected from the group consisting of silicon carbide, cordierite, alumina titanate, sialon, mullite, silicon nitride, zirconium phosphate, zirconia, titania, alumina, and silica. Or what consists of the material which has a sintered metal as a main component is suitable.
第一の発明及び第二の発明のDPF1又はDPFユニット20において、共振周波数を測定する際の交流電流の周波数は、どのような周波数でも良いが、1kHz〜10MHzであることが好ましい。1kHz未満では、インピーダンスに占める直流抵抗成分の比率が大きくなるため、静電容量の変化による共振周波数の相対変化率が小さくなり、微粒子堆積量の検知精度が低下する。一方、10MHzを超えると、DPF1からの信号取り出し線等を含む計測系全体に含まれるノイズ的インダクタンス(コイル3以外で生じるインダクタンス)の量が過大になり、計測精度が低下するおそれがある。信号取り出し線等が短く出来る場合等は、これらよりも低いあるいは高い周波数(例えば50MHz)でも良いことは言うまでもない。
In the DPF 1 or the
第一の発明及び第二の発明において、内燃機関のエンジン回転数、燃料噴射量、燃料噴射時期、排気ガス温度、排気酸素濃度、吸入空気流量、排気スロットル開度、EGRバルブ開度および走行距離のうち少なくとも3つ以上を含む情報とそれら情報に対して定められるパラメータに基づいてDPF1内へ堆積している微粒子量を予測する第一予測手段を有することが好ましい。そして、検出手段7により検出される微粒子検出量を第一予測手段にフィードバックすることにより、第一予測手段により予測される微粒子量と検出手段7により検出される微粒子量との差あるいはその変化量から第一予測手段で予測量を算出するパラメータを変えることが好ましい。このことにより、例えばDPF1の再生時期をより精度を上げて調整できる。
または、燃料噴射系への制御信号を変化させるのが好ましい。このことにより、DPF1に堆積する微粒子量を減少する運転が可能となる。
排ガス温度は、DPF1への排ガスの入口部と出口部の温度のいずれでもよいが、燃料噴射量つまり燃焼温度との関係がより高いDPF1入口部の温度の方がより好ましい。
In the first and second aspects of the invention, the engine speed, fuel injection amount, fuel injection timing, exhaust gas temperature, exhaust oxygen concentration, intake air flow rate, exhaust throttle opening, EGR valve opening, and travel distance of the internal combustion engine It is preferable to have first predicting means for predicting the amount of fine particles deposited in the DPF 1 based on information including at least three of them and parameters determined for the information. Then, by feeding back the detected amount of fine particles detected by the detecting
Alternatively, it is preferable to change the control signal to the fuel injection system. As a result, an operation for reducing the amount of fine particles deposited on the DPF 1 becomes possible.
The exhaust gas temperature may be any of the inlet and outlet temperatures of the exhaust gas to the DPF 1, but the temperature of the DPF 1 inlet having a higher relationship with the fuel injection amount, that is, the combustion temperature is more preferable.
前述の第一予測手段により予測される微粒子量と検出手段7により検出される微粒子量との差が所定量を超える場合には、DPF1又はエンジンなどの故障が考えられる。例えば、ある時点での検出手段7により検出される微粒子量と、前記ある時点より一定時間後の検出手段7により検出される微粒子量との差分が、前述の第一予測手段より予測される前記一定時間にDPF1に堆積する微粒子量よりも非常に少ない場合は、DPF1が破損していることが考えられる。したがって、このような場合には、運転者に知らせるための警報信号などの信号を出力する手段を有するのが好ましい。
If the difference between the amount of fine particles predicted by the first predicting means and the amount of fine particles detected by the detecting
第一の発明及び第二の発明において、DPF1への排ガス入口部と出口部の差圧と排ガスの流量と温度とを含む情報からDPF1に堆積する微粒子量を予測する第二予測手段が備えられ、検出手段7により検出される微粒子検出量との差が所定量を超える場合には、信号を出力する手段を有するのが好ましい。
このような場合には、例えば微粒子によるDPF1内部の端面閉塞が考えられるため、端面閉塞と判定した場合は即再生を開始する信号として使用したり、運転者に知らせるための警報信号として使用したり、後の解析のために記憶するための信号として使用される。
DPF1への排ガス入口部と出口部の差圧が同じ場合でも、排ガスの流量や温度によりDPF1に堆積している微粒子量は異なる(流量が増せば差圧が増加する)ため、第二予測手段においては、排ガスの流量や温度を含む情報からDPF1への堆積微粒子量が予測される。
In the first invention and the second invention, there is provided a second predicting means for predicting the amount of fine particles deposited on the DPF 1 from information including the differential pressure between the exhaust gas inlet and outlet to the DPF 1 and the flow rate and temperature of the exhaust gas. When the difference from the detected amount of fine particles detected by the detecting
In such a case, for example, the end face inside the DPF 1 may be blocked by fine particles. Therefore, when it is determined that the end face is closed, it may be used as a signal for starting immediate regeneration or used as an alarm signal for notifying the driver. Used as a signal for storage for later analysis.
Even when the pressure difference between the exhaust gas inlet and the outlet of the DPF 1 is the same, the amount of fine particles deposited on the DPF 1 differs depending on the flow rate and temperature of the exhaust gas (the differential pressure increases as the flow rate increases), so the second predicting means , The amount of deposited fine particles on the DPF 1 is predicted from information including the flow rate and temperature of the exhaust gas.
第一の発明及び第二の発明において、検出手段7により検出される微粒子量を算出するにあたって、前記検出手段7が2以上の周波数におけるインピーダンスを利用することが好ましい。DPF1備えられた一の電極セットに二以上の周波数の電流を流すことも、二以上の電極セットに一又は二以上の周波数の電流を流すことも可能である。このように複数の周波数におけるインピーダンスに基づいて微粒子検出量を算出することにより精度の向上が図られる。この時、2つ以上の複数の周波数は、最も低い周波数と最も高い周波数とでは、2倍又は2倍以上、より好ましくは10倍又は10倍以上の差があると、より測定の精度が向上する。 In the first invention and the second invention, in calculating the amount of fine particles detected by the detection means 7, it is preferable that the detection means 7 uses impedance at two or more frequencies. It is possible to pass a current having two or more frequencies to one electrode set provided in the DPF 1 or to pass a current having one or two or more frequencies to two or more electrode sets. Thus, the accuracy can be improved by calculating the detected particle amount based on the impedances at a plurality of frequencies. At this time, if two or more frequencies are different by a factor of 2 or more, more preferably 10 or 10 times between the lowest frequency and the highest frequency, the accuracy of measurement is further improved. To do.
図13は、温度によるインピーダンスの変化を示すグラフである。DPF1の温度が230℃まではインピーダンス変化は小さいが、温度がさらに高くなるにつれて次第にインピーダンスは減少し、300℃を超えると急激に減少する。従って、微粒子量検出システム100,200において、検出手段7により検出される微粒子量にこのインピーダンスの変化に伴う補正を行うことが好ましい。つまり、検出手段7により検出される微粒子量がDPF1の温度に基づいて補正される補正手段を有することが好ましい。この温度(DPF温度)としては、排ガスのDPF入口温度であってもよいし、入口温度と出口温度との平均でもよい。DPF1を代表する温度であればよい。
FIG. 13 is a graph showing changes in impedance with temperature. Although the impedance change is small until the temperature of the DPF 1 reaches 230 ° C., the impedance gradually decreases as the temperature further increases, and rapidly decreases when the temperature exceeds 300 ° C. Therefore, in the fine particle
図15は、湿度によるインピーダンスの変化を示すグラフである。DPF1のインピーダンスは、湿度が高くなるにつれてインピーダンスは低下し、その割合は80%(相対湿度)を超えると著しく低下する。このため、第一の発明及び第二の発明の微粒子量検出システム100,200において、検出手段7により検出される微粒子量にこのインピーダンスの変化に伴う補正を行うことが好ましい。つまり、検出手段7により検出される微粒子量が湿度に基づいて補正される補正手段を有することが好ましい。
このために一態様としては、相対湿度によりインピーダンスの変化が生じる100℃未満の温度で検出される微粒子量を使用しない、あるいはゼロとする補正を行うことが好ましい。検出される微粒子量がゼロであれば、例えば自動車が走行を開始したばかりのときに、実際に堆積している微粒子量が少ないにもかかわらず第二出力手段が再生処理を開始する誤信号を出力し、再生処理が開始されることを回避することができる。
FIG. 15 is a graph showing changes in impedance due to humidity. The impedance of the DPF 1 decreases as the humidity increases, and decreases significantly when the ratio exceeds 80% (relative humidity). For this reason, in the fine particle
For this reason, as one aspect, it is preferable to perform correction so that the amount of fine particles detected at a temperature of less than 100 ° C. at which impedance changes due to relative humidity is not used or zero. If the detected amount of fine particles is zero, for example, when the car has just started running, the second output means will give an error signal to start the regeneration process even though the amount of fine particles actually deposited is small. It is possible to avoid starting the reproduction process by outputting.
さらに、第一の発明及び第二の発明の別の実施の態様として、DPF1の温度が100℃以上300℃以下では、検出手段7により検出される微粒子量は補正する必要がない。
このことにより、温度、湿度によるインピーダンスの変化が大きくない100℃以上300℃以下の温度範囲での検出手段により検出される微粒子量を使用し、例えばDPF1の再生時期をより精度を上げて調整できる。
Furthermore, as another embodiment of the first invention and the second invention, when the temperature of the DPF 1 is 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, it is not necessary to correct the amount of fine particles detected by the detecting
As a result, the amount of fine particles detected by the detection means in the temperature range of 100 ° C. or more and 300 ° C. or less, in which the change in impedance due to temperature and humidity is not large, can be used, for example, the regeneration timing of DPF 1 can be adjusted with higher accuracy .
さらに、100℃未満と300℃を越える温度で検出される微粒子量が使用されないようにするために、DPF1の温度が100℃未満である場合、または300℃を越える場合には、検出手段7により検出される微粒子量をゼロとし、100℃以上300℃以下では補正されないようにすることもできる。
本発明の微粒子量検出システム100,200が使用される内燃機関などの運転状況にもよるが、好適には補正されない温度範囲を温度及び湿度によるインピーダンス変化の影響がより少ない120℃以上230℃以下とすることもできる。
Further, in order to prevent the amount of fine particles detected at temperatures below 100 ° C. and above 300 ° C. from being used, when the temperature of the DPF 1 is less than 100 ° C. or exceeds 300 ° C., the detecting
Depending on the operating conditions of the internal combustion engine or the like in which the particulate
第一の発明及び第二の発明の微粒子量検出システム100,200は、微粒子を含む気体の浄化に広く使用できるものであり、その用途は限定されないが、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気中の微粒子を捕集するためのDPF1に堆積した微粒子量検出システム100,200として特に好適に使用できる。また、DPF1には、その再生処理の際の微粒子の酸化除去を促進する等の目的で、Pt(白金)のような触媒成分を担持させるようにしてもよい。
The particulate
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
コージェライト化原料に、造孔剤としてグラファイトを15〜25質量%、PET、PMA、フェノール樹脂等の合成樹脂を合計5〜15質量%添加し、更にメチルセルロース類と界面活性剤とを所定量添加し、これに水を加えて混練し坏土とした。次いで、この坏土を真空脱気後、ハニカム構造に押し出し成形し、マイクロ波乾燥及び熱風乾燥法により乾燥した後、最高温度を1400〜1435℃として焼成することにより、多孔質のセラミックス(コージェライト)からなるハニカム構造体を製造した。
Example 1
Add 15 to 25% by mass of graphite as a pore-forming agent and 5 to 15% by mass of synthetic resin such as PET, PMA, and phenolic resin as a pore-forming material, and then add a predetermined amount of methylcellulose and a surfactant. Then, water was added to this and kneaded to make a clay. Next, this clay is vacuum degassed, extruded into a honeycomb structure, dried by microwave drying and hot air drying, and then fired at a maximum temperature of 1400 to 1435 ° C. ) Was manufactured.
このハニカム構造体をウォールフロー型のフィルタにするため、ハニカム構造体の両端面においてセルの端部を交互に千鳥状に目封止した。さらに、Ptを担持させ、直径144mm、長さ152mmのウォールフロー構造のフィルタを得た。このフィルタの外表面の2カ所に銀(Ag)ペーストを塗布して焼き付けることにより、図1に示すように電極2,2を形成し、コイル3のインダクタンスがゼロとなるように調整して当該電極2,2間のインピーダンスを計測する回路を構成した。
In order to make this honeycomb structure into a wall flow type filter, the end portions of the cells were alternately plugged in a staggered manner on both end faces of the honeycomb structure. Furthermore, Pt was supported, and a wall flow structure filter having a diameter of 144 mm and a length of 152 mm was obtained. By applying and baking silver (Ag) paste at two locations on the outer surface of the filter,
このフィルタに、微粒子(particulate matter)を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、フィルタに微粒子を堆積させながら、前記電極2,2間のインピーダンスの計測を行ったところ、堆積した微粒子の質量と計測したインピーダンスとの関係は、図10のようになり、インピーダンスの値より微粒子の堆積量を測定できることを確認した。なお、電流の周波数は10MHzとした。
Flowing diesel engine exhaust gas containing particulate matter through this filter and measuring the impedance between the
次いで、上記で製造したフィルタを使用して、微粒子の堆積量が5g/リットル(L)のときに共振条件Lω=1/Cωを満たすように予めコイル3のインダクタンス値を調整した。電気炉でフィルタ内の微粒子を一度完全に酸化除去した後、このフィルタに微粒子を含むディーゼルエンジンの排ガスを流し、フィルタに微粒子を堆積させながら、前記電極間のインピーダンスを計測した。堆積した微粒子量とインピーダンスとの関係は、図11のようになり、微粒子堆積量が5g/Lとなったときに、インピーダンスが急激に0に近づいた。この結果より、インピーダンスの測定により、DPF1内の微粒子の堆積量を測定することができた。 Next, using the filter manufactured above, the inductance value of the coil 3 was adjusted in advance so as to satisfy the resonance condition Lω = 1 / Cω when the deposited amount of fine particles was 5 g / liter (L). After the particulates in the filter were once completely oxidized and removed with an electric furnace, the exhaust gas of the diesel engine containing the particulates was passed through the filter, and the impedance between the electrodes was measured while the particulates were deposited on the filter. The relationship between the amount of deposited fine particles and the impedance is as shown in FIG. 11. When the amount of deposited fine particles reached 5 g / L, the impedance suddenly approached zero. From this result, it was possible to measure the amount of deposited fine particles in the DPF 1 by measuring impedance.
(実施例2)
実施例1の方法で製造したフィルタの室温における周波数とインピーダンスとの関係は、図12に示すように、それぞれの対数値が略逆比例する。
フィルタの温度とインピーダンスとの関係は、図13に示すように、フィルタの温度が300℃まではインピーダンスの低下は小さいが、400℃を超えると急激に減少した。300℃を超える条件では温度による補正を行うのが好ましいことがわかる。
(Example 2)
As shown in FIG. 12, the logarithmic values of the relationship between the frequency and impedance at room temperature of the filter manufactured by the method of Example 1 are approximately inversely proportional.
As shown in FIG. 13, the relationship between the temperature of the filter and the impedance was small when the temperature of the filter was 300 ° C., but decreased sharply when the temperature exceeded 400 ° C. It can be seen that it is preferable to perform correction by temperature under conditions exceeding 300 ° C.
(実施例3)
異なる湿度下での周波数とインピーダンスとの関係を図14に、室温下での湿度とインピーダンスとの関係を図15に示す。図15より、インピーダンスは10MHz以下の周波数では湿度が70%以上で急激に低下した。このことにより、湿度による補正を行うのが好ましいことがわかる。
(Example 3)
FIG. 14 shows the relationship between frequency and impedance under different humidity, and FIG. 15 shows the relationship between humidity and impedance at room temperature. From FIG. 15, the impedance rapidly decreased when the humidity was 70% or more at a frequency of 10 MHz or less. This shows that it is preferable to perform correction based on humidity.
本発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排ガス中の微粒子を捕集し浄化するために使用される微粒子量検出システムとして好適に使用することができる。 The present invention can be suitably used as a particulate amount detection system used for collecting and purifying particulates in exhaust gas from internal combustion engines such as diesel engines and gasoline engines.
1:微粒子捕集フィルタ(DPF)、2:電極、3:コイル、4:電極、5:金属管体、6:マット、7:検出手段、8:第一出力手段、9:第二出力手段、10:再生手段、20:微粒子捕集フィルタユニット(DPFユニット)、100,200:微粒子量検出システム。 1: particulate collection filter (DPF), 2: electrode, 3: coil, 4: electrode, 5: metal tube, 6: mat, 7: detection means, 8: first output means, 9: second output means 10: regeneration means, 20: particulate collection filter unit (DPF unit), 100, 200: particulate quantity detection system.
Claims (9)
前記電極に直列に接続されたコイルと、
前記微粒子捕集フィルタに堆積している微粒子量を、前記微粒子捕集フィルタと前記コイルを含む回路の共振周波数を測定することにより、または発振周波数を測定することにより検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記微粒子量を出力する第一出力手段と
を有する微粒子量検出システム。 A particulate collection filter comprising one or more electrodes on the outer surface or inside;
A coil connected in series to the electrode;
Detection means for detecting the amount of fine particles deposited on the fine particle collection filter by measuring a resonance frequency of a circuit including the fine particle collection filter and the coil, or by measuring an oscillation frequency ;
A fine particle amount detection system comprising: a first output unit that outputs the fine particle amount detected by the detection unit.
前記検出手段により検出される前記微粒子量と前記第一予測手段により予測される前記微粒子量とに基づいて前記パラメータ又は前記燃料噴射系への制御信号を変える手段と
を有する請求項1に記載の微粒子量検出システム。 Information including at least three or more of the engine speed, fuel injection amount, fuel injection timing, exhaust gas temperature, exhaust oxygen concentration, intake air flow rate, exhaust throttle opening, EGR valve opening, and travel distance of the internal combustion engine is constant. First prediction means for predicting the amount of the particulates deposited on the particulate collection filter based on the parameters of
According to claim 1 and a means for changing the control signal to the parameter or the fuel injection system based on said quantity of particulate which is predicted by the quantity of particulate and the first prediction means detected by said detecting means Fine particle amount detection system.
を有する請求項2に記載の微粒子量検出システム。 The fine particle amount detection system according to claim 2 , further comprising means for outputting a signal when a difference between the fine particle amount detected by the detection unit and the fine particle amount predicted by the first prediction unit exceeds a predetermined amount.
前記検出手段により検出される前記微粒子量と前記第二予測手段により予測される前記微粒子量との差が所定量を超えると信号を出力する手段と
を有する請求項1に記載の微粒子量検出システム。 Second prediction means for predicting the amount of the particulates deposited on the particulate collection filter from information including the differential pressure at the entrance and exit of the particulate collection filter and the flow rate and temperature of the exhaust gas;
2. The particulate quantity detection system according to claim 1, further comprising means for outputting a signal when a difference between the particulate quantity detected by the detection means and the particulate quantity predicted by the second prediction means exceeds a predetermined amount. .
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