JP5444872B2

JP5444872B2 - 粒子状物質の検出システム

Info

Publication number: JP5444872B2
Application number: JP2009146854A
Authority: JP
Inventors: 正内山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2011002381A

Description

本発明は、排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の破損を検出するための粒子状物質の検出システムに関するものである。

現在、車両では、排気ガスの後処理として、排気ガス中の煤などの粒子状物質（Particulate Matter；以下、ＰＭという）を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（Diesel Particulate Filter；以下、ＤＰＦという）が使用されている。使用過程においてＤＰＦが破損、損傷するなどしてその機能が失われた場合、大気中にＰＭが放出されることになる。

米国カリフォルニア州で２００３年に法規化されたＯＢＤ（On Board Diagnosis）では、ＤＰＦが破損しＰＭが大気中に放出された場合、それを検出してＭＩＬ（Malfunction Indicator Lamp；故障表示ランプ）を点灯させることが義務づけられており、これに伴い、ＤＰＦの破損を検出するためのＰＭセンサーの開発が進められている。

図５に示すように、ＰＭセンサー５１は、エンジンＥの排気通路５２に設けられたＤＰＦ５３の下流側に設けられる。

従来のＰＭセンサー５１では、上流側に配置された一方の電極を用いて高電圧（例えば、２０００〜７０００Ｖ）でＰＭ（煤）５４をイオン化させ、下流側に配置された他方の電極でイオン電流を計測する（例えば、特許文献１参照）。

ＤＰＦ５３が破損すると、ＤＰＦ５３の下流側の排気通路にＰＭ５４が流出し、ＰＭセンサー５１にてイオン電流が検出される。つまり、ＰＭセンサー５１を用いてＤＰＦ５３の下流側でＰＭ５４を検出することで、ＤＰＦ５３の破損を検出することが可能となる。

特開２００６−１５３７１６号公報

しかしながら、上述のＰＭセンサーは、もともと工場等のばい煙検出に使用されていたものであり、これをそのまま車両に適用すると様々な問題が発生する。

例えば、車両に搭載する場合、ＰＭセンサーは小型であることが要求されるが、従来のＰＭセンサーでは２０００〜７０００Ｖという高電圧を使用するため、非常に装置が大掛かりとなってしまう。また、装置が大掛かりとなってしまうため、コストが高く、重量も重くなってしまい好ましくない。

さらに、従来のＰＭセンサーでは、高電圧を使用するため、安全性および絶縁の問題がある。さらにまた、従来のＰＭセンサーでは、高電圧の使用によるラジオノイズ等が発生してしまうおそれがあり、車両用としては不向きであると考えられる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型かつ低コストであり、ＤＰＦの破損を検出可能な粒子状物質の検出システムを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、排気ガス中の粒子状物質を検出するためのＰＭセンサーであって、車両の排気通路に配置され、前記粒子状物質を付着させる抵抗体と、該抵抗体の抵抗値の変化を検出して、前記粒子状物質の付着の有無を検出する検出部とを備えたＰＭセンサーである。

前記抵抗体は、排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の下流側の前記排気通路に配置され、前記検出部は、前記抵抗体の抵抗値の変化を検出することで、前記ディーゼルパティキュレートフィルターの破損を検出してもよい。

前記抵抗体は、通電時に発熱して前記抵抗体に付着した粒子状物質を燃焼させるようにされ、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに前記抵抗体に通電して、前記抵抗体に付着した粒子状物質を燃焼させる再生部を備えてもよい。

本発明によれば、小型かつ低コストであり、ＤＰＦの破損を検出可能な粒子状物質の検出システムを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る粒子状物質の検出システムのＰＭセンサーを示す図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は排気通路に配置したときの正面図である。図１のＰＭセンサーの動作原理を説明するための説明図である。本発明において、ＤＰＦが破損したときに抵抗値が低下することを示すグラフ図である。本発明の一実施の形態に係る粒子状物質の検出システムのＰＭセンサーを示す概略斜視図である。従来のＰＭセンサーを説明する説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る粒子状物質の検出システムのＰＭセンサーの概略斜視図であり、図１（ｂ）は、そのＰＭセンサーを排気通路に配置したときの正面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＭセンサー１は、排気ガス中のＰＭ（煤）を付着させる抵抗体２と、その抵抗体２の抵抗値の変化を検出して、ＰＭの付着の有無を検出する検出部３とを備えている。

ＰＭセンサー１は、図示しないＤＰＦの破損を検出するためのものであり、抵抗体２はＤＰＦの下流側の排気通路１１に配置される。

抵抗体２は、直線状に平行に配置された２本の直線部２ａと、両直線部２ａの先端部を接続する円弧状の円弧部２ｂとからなり、正面視で略Ｕ字状に形成される。

抵抗体２の基端部２ｃ（両直線部２ａの円弧部２ｂと反対側の端部）には、抵抗体２を排気通路１１に取り付けるためのネジ部４ａを有する取付用台座４が設けられる。

取付用台座４の抵抗体２と反対側の端部からは、取付用台座４内で抵抗体２と電気的に接続されたケーブル５が導出され、そのケーブル５の先端部にはコネクタ６が設けられる。コネクタ６は、信号線７を介して車両に搭載されたＥＣＭ８に電気的に接続される。

抵抗体２を排気通路１１に取り付ける際には、排気通路１１にボス部１２を形成しておき、該ボス部１２に取付用台座４のネジ部４ａを螺合して取り付けるようにすればよい。このとき、抵抗体２は、その正面が排気方向上流側にくるように、すなわち、排気方向上流側に両直線部２ａと円弧部２ｂが臨むように（排気方向上流側からみたときにＵ字状となるように）、排気通路１１に取り付けることが望ましい。

検出部３は、抵抗体２の抵抗値の変化を検出することにより、抵抗体２にＰＭが付着（堆積）しているか否かを検出する。具体的には、抵抗体２に常時所定の電圧を印加し、抵抗体２の電流を計測することにより、抵抗体２の抵抗値を常時監視しておき、その抵抗体２の抵抗値が所定のしきい値を超えて低くなったとき（あるいは抵抗体２の抵抗値の低下率が所定のしきい値を超えたとき）に、抵抗体２にＰＭが付着していること、すなわちＤＰＦが破損していることを検出する。

また、抵抗体２は、通電時に発熱して抵抗体２に付着したＰＭを燃焼させる電気ヒーターとして機能するようにされる。

ＤＰＦはＰＭを１００％捕獲できないため、ＰＭセンサー１は、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中（走行中）の一定時間ごとに抵抗体２に通電して、抵抗体２に付着したＰＭを燃焼させる再生部９を備えている。

ＤＰＦはＰＭを１００％捕獲できないため、ＤＰＦが正常であっても、長時間運転を行うと、抵抗体２にＰＭが付着してしまい、実際にはＤＰＦが破損していないにもかかわらず、ＤＰＦが破損していると誤って検出してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに、再生部９が抵抗体２に通電して、抵抗体２に付着したＰＭを燃焼させるようにした。

より具体的には、再生部９は、エンジンの運転時間を積算し、エンジン稼働中の一定時間ごとに抵抗体２に通電して定期的にＰＭを燃焼させ、常に抵抗体２の表面にＰＭが堆積しないようにする。また、再生部９は、エンジン始動時に抵抗体２に通電し、エンジン始動時にも抵抗体２に付着したＰＭを燃焼させる。

エンジン稼働中に再生部９が抵抗体２に通電する時間間隔については、予め、エンジン稼働中に抵抗体２にＰＭがどれくらい付着するかを計測しておき、検出部３が抵抗体２にＰＭが付着していると検出してしまわない（抵抗体２の抵抗値がしきい値を超えて低くならない）程度の時間間隔（例えば、３〜４時間程度）に設定すればよい。検出部３、および再生部９は、ＥＣＭ８に搭載される。

次に、ＰＭセンサー１の動作原理を説明する。

ＤＰＦが破損、損傷するなどしてその機能が失われると、ＤＰＦの下流側の排気通路１１にＰＭが流出する。図２に示すように、流出したＰＭ２０は、排気方向上流側に臨む抵抗体２の表面に付着する。

ＰＭ２０（煤）は主にカーボンからなることから、導電性を有している。よって、抵抗体２にＰＭ２０が付着、堆積すると、抵抗体２の抵抗Ｒ₁とＰＭ２０の抵抗Ｒ₂が並列に接続された状態となり、検出部３で計測される合成抵抗の抵抗値Ｒは下式（１）のようになる。
（１／Ｒ）＝（１／Ｒ₁）＋（１／Ｒ₂）・・・（１）

ＰＭ２０は導電性を有しているため、ＰＭ２０の抵抗Ｒ₂は非常に小さい。よって、図３に示すように、ＤＰＦが破損して抵抗体２にＰＭ２０が付着、堆積すると、検出部３で計測される抵抗値Ｒは大幅に減少する。

したがって、検出部３にて抵抗値Ｒを監視し、予め設定した所定のしきい値を超えて抵抗値Ｒが小さくなったか否かを検出する（あるいは抵抗体２の抵抗値の低下率が所定のしきい値を超えているか否かを検出する）ことで、ＤＰＦの破損を検出することが可能となる。検出部３は、ＤＰＦの破損を検出すると、例えば、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Lamp；故障表示ランプ）を点灯する。

このように、ＰＭセンサー１では、ＤＰＦが破損した場合、流出したＰＭ２０が抵抗体２の表面にたまり、抵抗体２の抵抗値Ｒが減少することを利用して、ＤＰＦの破損を検出している。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係るＰＭセンサー１では、ＰＭ２０を付着させる抵抗体２と、抵抗体２の抵抗値の変化を検出して、ＰＭ２０の付着の有無を検出する検出部３とを備えている。

ＤＰＦの下流側の排気通路１１にＰＭセンサー１を配置することで、ＤＰＦが破損した際にＤＰＦの下流側に流出するＰＭ２０を検出することが可能となり、ＤＰＦの破損を検出することができる。上述の２００３年に法規化されたＯＢＤでは、ＰＭ２０の量について規定されておらず、ＤＰＦの破損の検出が要求されるのみであるから、ＰＭ２０の量の計測は必要ない。

ＰＭセンサー１では、従来方式のような大掛かりな装置が必要なく、排気通路１１に抵抗体２を配置するという簡単な構成であるため、従来と比較して、小型かつ低コストである。

また、ＰＭセンサー１では、エンジン始動時、あるいはエンジン稼働中の一定時間ごとに抵抗体２に通電して、抵抗体２に付着したＰＭ２０を燃焼させて除去している。

これにより、エンジンを始動させるごとに抵抗体２に付着したＰＭ２０を除去できるため、抵抗体２にＰＭ２０が付着していない状態で検出を開始できる。また、エンジン稼働中の一定時間ごとに抵抗体２に付着したＰＭ２０を除去することにより、長時間走行する場合であっても、抵抗体２にＰＭ２０がたまってしまうことがなくなり、ＤＰＦが破損していないにもかかわらず、ＤＰＦが破損していると誤って検出してしまうおそれがなくなる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

図４に示すＰＭセンサー４１は、図１のＰＭセンサー１において、抵抗体２を螺旋状（コイル状）に巻回し、全体として正面視で略Ｕ字状に形成したものである。

抵抗体２を螺旋状に巻回すことにより、抵抗体２の表面積が増加し、ＰＭ２０を抵抗体２に付着させやすくできる。よって、ＰＭ２０の付着の有無、すなわちＤＰＦの破損を精度よく検出することが可能となる。

上記実施の形態では、抵抗体２が直線部２ａと円弧部２ｂとからなる場合、および抵抗体２を螺旋状（コイル状）に巻回して形成する場合について説明したが、抵抗体２の形状はこれに限らず、任意に設定することができる。

また、上記実施の形態では、ＰＭセンサー１，４１をＤＰＦの破損を検出する目的で使用する場合を説明したが、ＰＭセンサー１，４１を、例えば、ＤＰＦを搭載していない車両の燃料系等の異常を検出する目的で使用することも可能である。この場合、車両の排気通路にＰＭセンサー１，４１を設けておき、車両の燃料系等で異常が発生したときに発生する黒煙（すなわちＰＭ）を、ＰＭセンサー１，４１で検知するようにすればよい。

１ＰＭセンサー
２抵抗体
３検出部
４取付用台座
５ケーブル
６コネクタ
７信号線
８ＥＣＭ
９再生部
１１排気通路
１２ボス部

Claims

排気ガス中の粒子状物質を検出するためのＰＭセンサーを備えた粒子状物質の検出システムであって、
前記ＰＭセンサーは、車両の排気通路に配置され、前記粒子状物質を付着させる抵抗体と、該抵抗体の抵抗値の変化を検出して、前記粒子状物質の付着の有無を検出する検出部とを備え、
前記抵抗体は、Ｕ字状に形成され、直線状に平行に配置された２本の直線部と、２本の直線部の先端部を接続する円弧状の円弧部とからなり、
前記円弧部が前記排気通路の長手方向に対して垂直な方向に沿うように配置されていることを特徴とする粒子状物質の検出システム。
前記直線部の基端部には、ネジ部を有する取付用台座が設けられ、
前記排気通路には、前記ネジ部を螺合するボス部が形成されている
請求項１記載の粒子状物質の検出システム。
前記抵抗体を螺旋状に巻回し、該螺旋状に巻回した前記抵抗体をＵ字状に形成した
請求項１または２記載の粒子状物質の検出システム。