JP6379837B2 - センサ - Google Patents

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Description

本発明は、センサに関し、特に、排気ガス中に含まれる粒子状物質(以下、PMという)を検出するPMセンサに関する。
従来、内燃機関から排出される排気ガス中のPMを検出するセンサとして、電気抵抗型PMセンサが知られている。一般的に、電気抵抗型PMセンサは、絶縁性基板の表面に一対の導電性電極を対向配置し、これら電極に付着する導電性のPM(主に、スート成分)によって電気抵抗値が変化することを利用してPM量を推定している(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−83210号公報
ところで、電気抵抗型PMセンサは、各電極にPMを付着させる簡素な構造のため、特に排気流量が多くなる運転状態では、電極に付着したPMの一部が離脱する可能性があり、推定精度を担保できない課題がある。また、電極間の電気抵抗値はPMの堆積によって電極が互いに繋がるまで変化を示さないため、電極がPMで繋がるまでの期間はPM量を正確に推定できない課題がある。さらに、電極間に堆積したPMを電気ヒータで燃焼除去する再生期間も電極間の電気抵抗値が変化を示さないため、当該再生期間もPM量を推定できない課題がある。
このため、電気抵抗型PMセンサでは、エンジンから排出されるPM量を連続的に推定することはできず、その用途はディーゼル・パティキュレイト・フィルタ(以下、DPFという)よりも下流側で故障をオンボードで診断するものに限定される。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、排気ガス中に含まれるPM量を連続的に推定することができるPMセンサを提供することにある。
開示のセンサは、排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含む多孔質性のフィルタ部材と、前記セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極部材と、前記セルに粒子状物質が所定量まで堆積すると、前記セルを加熱して当該堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を実行する再生手段と、前記フィルタ部材の温度を取得する温度取得手段と、前記フィルタ部材に粒子状物質を含む排気ガスが流れ込まない状態で前記再生手段によるフィルタ再生を実行した場合の前記フィルタ部材の温度を参照温度として記憶した記憶手段と、前記再生手段によるフィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル期間は前記一対の電極部材間の静電容量変化量に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定すると共に、前記再生手段によるフィルタ再生期間は前記温度取得手段で取得される温度と前記参照温度との差に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定する推定手段とを備える。
開示のセンサによれば、排気ガス中に含まれるPM量を連続的に推定することができる。
第一実施形態のPMセンサが適用された排気系の一例を示す概略構成図である。 第一実施形態のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。 第一実施形態に係るフィルタ再生、フィルタ温度の変化及び、PM量の積算を説明するタイミングチャート図である。 第二実施形態のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。 (A)は、第三実施形態に係るPMセンサの模式的な斜視図、(B)は、第三実施形態に係るPMセンサの模式的な分解斜視図である。 他の実施形態のPMセンサが適用された排気系の一例を示す概略構成図である。 他の実施形態のPMセンサを示す模式的な部分断面図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明の各実施形態に係るPMセンサを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
[第一実施形態]
図1は、第一実施形態のPMセンサ10Aが適用されたディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)100の排気系の一例を示す概略構成図である。排気管110には、排気上流側から順に、酸化触媒210、DPF220、NOx浄化触媒230等が設けられている。本実施形態のPMセンサ10Aは、例えば、DPF220よりも上流側の排気管110又は、DPF220よりも下流側の排気管110の何れに設けてもよい。
次に、図2に基づいて第一実施形態に係るPMセンサ10Aの詳細構成について説明する。
PMセンサ10Aは、排気管110内に挿入されたケース部材11と、ケース部材11を排気管110に取り付ける台座部20と、ケース部材11内に収容されたセンサ部30と、温度センサ35と、コントロールユニット40とを備えている。
ケース部材11は、底部側(図示例では下端側)を閉塞した有底円筒状に形成されている。ケース部材11の筒軸方向の長さLは、その底部側の筒壁部が排気管110の軸中心CL近傍まで突出するように、排気管110の半径Rと略同一の長さで形成されている。なお、以下の説明では、ケース部材11の底部側を先端側、底部側とは反対側をケース部材11の基端側とする。
ケース部材11の先端側筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の導入口12が設けられている。また、ケース部材11の基端側筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の導出口13が設けられている。導入口12の総開口面積S12は、導出口13の総開口面積S13よりも小さく形成されている(S12<S13)。すなわち、導入口12付近の排気流速V12が導出口13付近の排気流速V13よりも遅くなることで(V12<V13)、導入口12側の圧力P12は導出口13側の圧力P13よりも高くなる(P12>P13)。これにより、導入口12からはケース部材11内に排気ガスが円滑に取り込まれると同時に、導出口13からはケース部材11内の排気ガスが排気管110内に円滑に導出される。
台座部20は、雄ネジ部21と、ナット部22とを備えている。雄ネジ部21はケース部材11の基端部に設けられており、ケース部材11の基端側開口部を閉塞する。この雄ネジ部21は、排気管110に形成されたボス部110Aの雌ネジ部と螺合される。ナット部22は、例えば六角ナットであって、雄ネジ部21の上端部に固定されている。これら雄ネジ部21及びナット部22には、後述する導電線32A,33A等を挿通させる貫通孔(不図示)が形成されている。
センサ部30は、フィルタ部材31と、複数対の電極32,33と、電気ヒータ34とを備えている。
フィルタ部材31は、例えば、多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。このフィルタ部材31は、セルの流路方向をケース部材11の軸方向(図中上下方向)と略平行にした状態で、ケース部材11の内周面にクッション部材31Aを介して保持されている。導入口12からケース部材11内に取り込まれた排気ガス中のPMは、排気ガスが下流側を目封止されたセルから上流側を目封止されたセルに流れ込むことで、隔壁表面や細孔に捕集される。なお、以下の説明では、下流側が目封止されたセルを測定用セルといい、上流側が目封止されたセルを電極用セルという。
電極32,33は、例えば導電性の金属線であって、測定用セルを挟んで対向する電極用セルに下流側(非目封止側)から交互に挿入されてコンデンサを形成する。これら電極32,33は、コントロールユニット40に内蔵された図示しない静電容量検出回路に導電線32A,33Aを介してそれぞれ接続されている。
電気ヒータ34は、本発明の再生手段の一例であって、例えば電熱線等で形成されている。この電気ヒータ34は、通電により発熱して測定用セルを加熱することで、測定用セル内に堆積したPMを燃焼除去するいわゆるフィルタ再生を実行する。このため、電気ヒータ34は、好ましくは、連続S字形に屈曲して形成されており、互いに平行な直線部分を各測定用セル内に流路に沿って挿入されている。
温度センサ35は、本発明の温度取得手段の一例であって、フィルタ部材31よりも下流側のケース部材11に収容されて、フィルタ部材31を通過した排気ガスの温度(以下、フィルタ出口温度T_actとも称する)を検出する。温度センサ35で検出されるフィルタ出口温度T_actは、電気的に接続されたコントロールユニット40に送信される。なお、温度センサ35の配置位置は、フィルタ部材31の下流に限定されず、フィルタ部材31の内部に設けてもよい。
コントロールユニット40は、各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、コントロールユニット40は、フィルタ再生制御部41と、第1PM量推定部42と、第2PM量推定部43と、総PM量演算部44とを各機能要素として備えている。これら機能要素は、一体のハードウェアであるコントロールユニット40に含まれるものとして説明するが、別体のハードウェアに設けることもできる。
フィルタ再生制御部41は、本発明の再生手段の一例であって、静電容量検出回路(不図示)によって検出される各電極32,33間の静電容量Cpに応じて電気ヒータ34をON(通電)にするフィルタ再生制御を実行する。電極32,33間の静電容量Cpは、電極32,33間の媒体の誘電率ε、電極32,33の表面積S、電極32,33間の距離dとする以下の数式(1)で表される。
Figure 0006379837
数式(1)において、電極32,33の表面積Sは一定であり、測定用セルに捕集されたPMによって誘電率ε及び距離dが変化すると、これに伴い静電容量Cpも変化する。すなわち、電極32,33間の静電容量Cpとフィルタ部材31のPM堆積量との間には比例関係が成立する。フィルタ再生制御部41は、図3に示すように、電極32,33の静電容量CpがPM上限堆積量を示す所定の静電容量上限閾値CP_maxに達すると、電気ヒータ34をONにするフィルタ再生を開始する。このフィルタ再生は、静電容量CpがPMの完全除去を示す所定の静電容量下限閾値CP_minに低下するまで継続される。
第1PM量推定部42は、本発明の推定手段の一例であって、フィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル期間にフィルタ部材31で捕集されるPM量(以下、インターバル期間PM量mPM_Int_nと称する)を電極32,33間の静電容量変化量ΔCpnに基づいて推定演算する。より詳しくは、第1PM量推定部42は、再生インターバル期間に静電容量検出回路(不図示)によって検出される電極32,33間の静電容量変化量ΔCpnに一次の係数βを乗算する以下の数式(2)に基づいて、インターバル期間PM量mPM_Int_nを順次演算する。
Figure 0006379837
第1PM量推定部42によって演算されるインターバル期間PM量mPM_Int_nは、後述する総PM量演算部44に順次出力される。
第2PM量推定部43は、本発明の推定手段の一部であって、フィルタ再生実行期間にフィルタ部材31で捕集されるPM量(以下、再生期間PM量mPM_Reg_nと称する)をフィルタ温度に基づいて推定する。以下、再生期間PM量mPM_Reg_nの詳細な推定手法について説明する。
コントロールユニット40の図示しない記憶部には、予め実験等によりフィルタ部材31に排気ガス(新規のPM)が流れ込まない状態でフィルタ再生を実行した際に測定したフィルタ出口温度が参照温度T_refとして記憶されている。フィルタ再生の実行中にフィルタ部材31に排気ガスが流れ込み、フィルタ部材31に捕集された新規のPMが燃焼することにより生じる発熱量は、以下の数式(3)で表される。
Figure 0006379837
数式(3)において、mexhは図示しない排気流量センサで検出される排気ガス流量、cは排気ガスの比熱、QcはPMの単位発熱量、mPMはフィルタ再生開始時にフィルタ部材31に捕集されているPM量、ΔTはフィルタ再生中に温度センサ35で検出されるフィルタ出口温度T_actと参照温度T_refとの温度偏差(ΔT=T_act−T_ref)を示している。再生開始時のPM量mPMは、電極32,33の静電容量Cpに一次の係数βを乗算する上述の数式(2)に基づいて演算すればよい。数式(3)を再生期間PM量mPM_Reg_nについて整理すると、以下の数式(4)で表される。
Figure 0006379837
第2PM量推定部43は、この数式(4)に基づいて再生期間PM量mPM_Reg_nをリアルタイムに演算する。第2PM量推定部43によって演算される再生期間PM量mPM_Reg_nは、後述する総PM量演算部44に順次出力される。なお、再生期間PM量mPM_Reg_nの推定は数式(4)に示すモデル式に限定されず、温度偏差ΔTに基づいて参照される予め実験等により作成した図示しないマップ等を用いてもよい。
総PM量演算部44は、本発明の推定手段の一例であって、第1PM量推定部42から入力されるインターバル期間PM量mPM_Int_nと、第2PM量推定部43から入力される再生期間PM量mPM_Reg_nとを交互に順次積算する以下の数式(5)に基づいて、エンジン100から排出される排気ガス中の総PM量mPM_sumをリアルタイムに演算する。
Figure 0006379837
このように、本実施形態では、再生インターバル期間Int_nは電気抵抗値よりも感度が良好な静電容量変化量ΔCpnに基づいてインターバルPM量mPM_Int_nを演算すると共に、フィルタ再生期間Reg_nはフィルタ部材31の温度に基づいて再生期間PM量mPM_Reg_nを演算し、これらを順次積算することで、エンジン100から排出される排気ガス中のPM量をリアルタイム且つ高精度に推定することが可能になる。
次に、本実施形態に係るPMセンサ10Aの作用効果を説明する。
電極間の電気抵抗値に基づいてPM量を推定する電気抵抗型PMセンサでは、電極の再生期間及び、各電極がPMによって互いに繋がるまでの期間は電気抵抗値が変化を示さないため、排気ガス中のPM量をリアルタイムに推定できない課題がある。
これに対し、本実施形態のPMセンサ10Aは、再生インターバル期間は感度の良好な電極32,33間の静電容量変化量に基づいてPM量を推定し、フィルタ再生期間はフィルタ部材31の温度に基づいてPM量を推定し、これら推定したPM量を順次積算することで、排気ガス中のPM量を演算するように構成されている。したがって、本実施形態のPMセンサ10Aによれば、エンジン100から排出される排気ガス中のPM量を高精度且つリアルタイムに推定することができる。
また、各電極にPMを付着させる電気抵抗型PMセンサでは、例えば、排気流量が多くなる運転状態でPMの一部が電極から離脱する可能性があり、PM量の推定精度を担保できない課題がある。これに対し、本実施形態のPMセンサ10Aは、排気ガス中のPMをフィルタ部材31で確実に捕集するように構成されている。したがって、本実施形態のPMセンサ10Aによれば、排気流量が多くなる運転状態においてもPM量の推定精度を効果的に確保することができる。
また、本実施形態のPMセンサ10Aでは、センサ部30を収容したケース部材11は、その先端部を排気管110内で排気流速が最も速い軸中心CL近傍まで突出させている。このケース部材11の先端側筒壁部には、ケース部材11内に排気ガスを取り込む導入口12が設けられている。また、ケース部材11の基端側筒壁部には、導入口12よりも開口面積を大きく形成した導出口13が設けられている。すなわち、本実施形態のPMセンサ10Aによれば、導入口12を排気流速が速い排気管110の軸中心CL近傍に配置し、導出口13の開口面積を大きくしたことで、導入口12と導出口13との静圧差を大きく確保することが可能となり、センサ部30を通過する排気ガスの流れを効果的に促進させることができる。
[第二実施形態]
次に、図4に基づいて、第二実施形態に係るPMセンサ10Bの詳細について説明する。第二実施形態のPMセンサ10Bは、第一実施形態のPMセンサ10Aにおいて、ケース部材11を二重管構造にしたものである。他の構成要素については同一構造となるため、詳細な説明は省略する。また、導電線32A,33Aやコントロールユニット40については図示を省略している。
第二実施形態のケース部材11は、有底円筒状の内側ケース部11Aと、内側ケース部11Aの円筒外周面を囲む円筒状の外側ケース部11Bとを備えている。
内側ケース部11Aは、先端側が外側ケース部11Bよりも突出するように、その軸方向長さを外側ケース部11Bよりも長く形成されている。また、内側ケース部11Aの底部には、内側ケース部11A内の排気ガスを排気管110内に導出する導出口13が設けられている。さらに、内側ケース部11Aの基端側の筒壁部には、周方向に間隔を隔てて配置された複数の通過口14が設けられている。この通過口14は、内側ケース部11Aの外周面と外側ケース部11Bの内周面とで区画された流路15内の排気ガスを内側ケース部11A内に通過させる。
流路15の下流端には、内側ケース部11Aの先端側筒壁部と外側ケース部11Bの先端部とにより区画された円環状の導入口12が形成されている。導入口12の開口面積S12は、導出口13の開口面積S13よりも小さく形成されている(S12<S13)。
すなわち、排気管110を流れる排気ガスは、外側ケース部11Bよりも突出した内側ケース部11Aの筒壁面に当たり、排気管110の軸中心CL近傍に配置された導入口12から流路15内に円滑に取り込まれる。さらに、流路15内を流れる排気ガスは、通過口14から内側ケース部11Aに取り込まれ、フィルタ部材31を通過した後に、排気管110の軸中心CL近傍に配置された導出口13から排気管110内に円滑に導出されるようになっている。このように、第二実施形態のPMセンサ10Bでは、導入口12と導出口13とを、排気管110内で排気流速が最も速くなる軸中心CL近傍に配置したことで、フィルタ部材31を通過する排気流量を効果的に高めることが可能になる。
[第三実施形態]
次に、図5に基づいて、第三実施形態に係るPMセンサの詳細について説明する。第三実施形態のPMセンサは、第一実施形態のセンサ部30を積層タイプにしたものである。他の構成要素については同一構造となるため、詳細な説明及び図示は省略する。
図5(A)は、第三実施形態のセンサ部60の斜視図、図5(B)はセンサ部60の分解斜視図をそれぞれ示している。センサ部60は、複数のフィルタ層61と、複数枚の第1及び第2電極板62,63とを備えている。
フィルタ層61は、例えば、多孔質セラミックス等の隔壁で区画されて排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止し、これらセルを一方向に並列に配置した直方体状に形成されている。排気ガス中に含まれるPMは、図5(B)中に破線矢印で示すように、排気ガスが下流側を目封止されたセルC1から上流側を目封止されたセルC2に流れ込むことで、セルC1の隔壁表面や細孔に捕集される。なお、以下の説明では、セル流路方向をセンサ部60の長さ方向(図5(A)中の矢印L)とし、セル流路方向と直交する方向をセンサ部60の幅方向(図5(A)中の矢印W)とする。
第1及び第2電極板62,63は、例えば、平板状の導電性部材であって、その長さ方向L及び幅方向Wの外形寸法をフィルタ層61と略同一に形成されている。これら第1及び第2電極板62,63は、フィルタ層61を挟んで交互に積層されると共に、導電線62A,63Aを介してコントロールユニット40に内蔵された図示しない静電容量検出回路にそれぞれ接続されている。
すなわち、第1電極板62と第2電極板63とを対向配置し、これら電極板62,63間にフィルタ層61を挟持させたことで、セルC1全体がコンデンサを形成するようになっている。このように、第三実施形態のPMセンサでは、平板状の電極板62,63によりセルC1全体をコンデンサにしたことで、電極表面積Sを効果的に確保することが可能となり、検出可能な静電容量絶対値を高めることが可能になる。また、電極間距離dがセルピッチとなり均一化されることで、初期静電容量のバラツキを効果的に抑制することができる。
なお、セルC1に堆積したPMを燃焼除去する場合は、電極板62,63に電圧を直接印加するか、あるいは、フィルタ層61と電極板62,63との間に図示しないヒータ基板等を介設すればよい。
[その他]
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、図6に示すように、排気管110に酸化触媒210とDPF220との間から分岐してNOx浄化触媒230よりも上流側で合流するバイパス管190を接続し、第一実施形態のセンサ部30又は、第三実施形態のセンサ部60をバイパス管190内に配置して構成してもよい。
また、図7に示すように、第一実施形態(又は、第二実施形態)において、導入口12と導出口13との位置を入れ替えて、ケース部材11内に導入される排気ガスの流れを逆向きにしてもよい。この場合は、フィルタ部材31をケース部材11内に反転させて収容すればよい。
10 PMセンサ
11 ケース部材
12 導入口
13 導出口
20 台座部
21 雄ネジ部
22 ナット部
30 センサ部
31 フィルタ部材
32,33 電極
34 電気ヒータ(再生手段)
40 コントロールユニット
41 フィルタ再生制御部(再生手段)
42 第1PM量推定部(推定手段)
43 第2PM量推定部(推定手段)
44 総PM量演算部(推定手段)

Claims (4)

  1. 排気ガス中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含む多孔質性のフィルタ部材と、
    前記セルを挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極部材と、
    前記セルに粒子状物質が所定量まで堆積すると、前記セルを加熱して当該堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を実行する再生手段と、
    前記フィルタ部材の温度を取得する温度取得手段と、
    前記フィルタ部材に粒子状物質を含む排気ガスが流れ込まない状態で前記再生手段によるフィルタ再生を実行した場合の前記フィルタ部材の温度を参照温度として記憶した記憶手段と、
    前記再生手段によるフィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル期間は前記一対の電極部材間の静電容量変化量に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定すると共に、前記再生手段によるフィルタ再生期間は前記温度取得手段で取得される温度と前記参照温度との差に基づいて排気ガス中に含まれる粒子状物質量を推定する推定手段と、を備える
    ことを特徴とするセンサ。
  2. 前記推定手段は、再生インターバル期間に前記一対の電極部材間の静電容量実変化量に基づいて推定した粒子状物質量と、フィルタ再生期間に前記温度取得手段で取得される温度と前記参照温度との差に基づいて推定した粒子状物質量とを順次積算することで、排気ガス中の粒子状物質量をリアルタイムに推定する
    請求項1に記載のセンサ。
  3. 前記再生手段は、前記セル内に挿入されて通電により発熱する電熱線を含む
    請求項1又は2に記載のセンサ。
  4. 前記フィルタ部材が前記複数のセルを一方向に並列に配置したフィルタ層であり、前記一対の電極部材が前記フィルタ層を挟んで対向する平板状の第1及び第2電極板であり、前記再生手段が通電により発熱する平板状のヒータ基板を含み、当該ヒータ基板が前記第1電極板と前記フィルタ層との間又は、前記第2電極板と前記フィルタ層との間の何れかに介設される
    請求項1又は2に記載のセンサ。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6507497B2 (ja) * 2014-06-23 2019-05-08 いすゞ自動車株式会社 センサ
CN106442244B (zh) * 2016-10-09 2019-03-05 江苏大学 一种基于微流控的便携式pm2.5检测装置及方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089048A (ja) * 1996-09-12 1998-04-07 Denso Corp 排気微粒子浄化装置
JP4260345B2 (ja) * 2000-07-03 2009-04-30 日産ディーゼル工業株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置
JP2008190502A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関のpm排出量検出装置
JP4898843B2 (ja) * 2007-02-09 2012-03-21 日本碍子株式会社 流体中の微粒子濃度測定機、測定方法および測定プログラム
JP2010007507A (ja) * 2008-06-25 2010-01-14 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気浄化装置
JP2010196498A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Toyota Motor Corp Pm排出量推定装置
JP5540585B2 (ja) * 2009-06-30 2014-07-02 いすゞ自動車株式会社 Pmセンサ
JP5565005B2 (ja) * 2010-03-10 2014-08-06 いすゞ自動車株式会社 Dpf故障検出方法及びdpf故障検出装置
CN103038630B (zh) * 2010-08-17 2015-09-09 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置
JP2012083210A (ja) 2010-10-12 2012-04-26 Denso Corp 粒子状物質検出センサ
JP5387591B2 (ja) * 2011-01-25 2014-01-15 株式会社デンソー 検出装置
JP6201894B2 (ja) * 2014-05-28 2017-09-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP6507497B2 (ja) * 2014-06-23 2019-05-08 いすゞ自動車株式会社 センサ

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