JP6444063B2 - Particulate matter detection device and particulate matter detection method - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から発生した排ガスに含まれる粒子状物質の数量を検出するための粒子状物質検出装置、及びこれを用いた粒子状物質検出方法に関する。 The present invention relates to a particulate matter detection device for detecting the quantity of particulate matter contained in exhaust gas generated from an internal combustion engine, and a particulate matter detection method using the particulate matter detection device.
自動車においては、内燃機関から発生した排ガスによる環境負荷を低減するための手段の一つとして、排ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の排出量が規制されている。これまでの排ガス規制においては、排ガスにおける粒子状物質の質量を規制していたが、今後、排ガス規制の強化に伴い、排ガスに含まれる粒子状物質の数量の規制が予想される。排ガスにおける粒子状物質の数量を検出する装置としては、例えば、特許文献１に示された光学散乱方式の微粒子計測装置や強制帯電式の微粒子計測装置等がある。
In automobiles, the amount of particulate matter (PM) contained in exhaust gas is regulated as one of the means for reducing the environmental load caused by the exhaust gas generated from the internal combustion engine. In the past exhaust gas regulations, the mass of particulate matter in the exhaust gas was regulated. However, with the strengthening of the exhaust gas regulation, the quantity of particulate matter contained in the exhaust gas is expected to be regulated in the future. As an apparatus for detecting the quantity of particulate matter in the exhaust gas, for example, there is an optical scattering fine particle measuring apparatus or a forced charging fine particle measuring apparatus disclosed in
しかしながら、特許文献１に示された微粒子計測装置には以下の課題がある。
特許文献１の微粒子計測装置は、特殊な光源等が必要であり、構成が複雑かつ大型で高価である。そのため、微粒子計測装置を車載することが困難であり、排ガスに含まれる粒子状物質の数量の検出を自動車の走行中に行うことが困難である。したがって、上記微粒子計測装置によっては、実際の自動車等の走行時に排出される排ガスに含まれる粒子状物質の数量を検出することができない。
また、車載可能な粒子状物質検出装置としては、ＰＭセンサを用いたものが知られている。しかし、これまでの粒子状物質検出装置は、粒子状物質の質量を検出することはできるが、粒子状物質の数量を検出することはできない。
However, the fine particle measuring apparatus disclosed in
The fine particle measuring device of
As a particulate matter detection device that can be mounted on a vehicle, one using a PM sensor is known. However, conventional particulate matter detection devices can detect the mass of particulate matter, but cannot detect the quantity of particulate matter.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、車両に搭載可能で、かつ排ガスに含まれる粒子状物質の数量を検出することができる粒子状物質検出装置と粒子状物質検出方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and provides a particulate matter detection device and a particulate matter detection method that can be mounted on a vehicle and can detect the quantity of particulate matter contained in exhaust gas. It is something to try.
本発明の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部と、該被堆積部上に互いに離れて配置された一対の対向電極とを備えており、上記被堆積部に上記粒子状物質が堆積することによる電気的特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させる粒子量検出手段と、
該粒子量検出手段によって出力された上記電気信号を基に、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の堆積数量を算出するコントロールユニットと、
上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を１００℃〜６００℃に加熱するための加熱手段とを備えており、
上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を上記加熱手段によって加熱する前に上記粒子量検出手段から出力される電気信号を初期電気信号とし、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を上記加熱手段によって加熱した状態で出力される電気信号を加熱電気信号としたとき、上記コントロールユニットは、上記初期電気信号の大きさ（Ｅｓ）に対する上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）の出力増幅率（Ｅａ／Ｅｓ）と上記粒子状物質の平均粒子径との関係を示した粒子径関係データと、上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）と上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の堆積質量との関係を示した堆積質量関係データと、上記粒子状物質の平均密度データとを有しており、
上記コントロールユニットは、上記出力増幅率を基に上記粒子径関係データを用いて上記平均粒子径を算出し、該平均粒子径を基に平均粒子体積を算出し、該平均粒子体積に上記平均密度データを乗じて上記粒子状物質の平均質量を算出すると共に、上記加熱電気信号を基に上記堆積質量関係データを用いて上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の堆積質量を算出し、該堆積質量を上記平均質量によって除することにより、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の上記堆積数量を算出することを特徴とする粒子状物質検出装置にある。
One embodiment of the present invention includes a deposition portion that deposits a part of particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and a pair of counter electrodes that are spaced apart from each other on the deposition portion. Particle amount detecting means for changing the output of an electrical signal in accordance with a change in electrical characteristics due to the particulate matter being deposited on the deposition portion;
Based on the electrical signal output by the particle amount detection means, a control unit for calculating the amount of the particulate matter deposited on the deposition portion;
Heating means for heating the particulate matter deposited on the deposition portion to 100 ° C. to 600 ° C.,
Before heating the particulate matter deposited on the deposition portion by the heating means, an electrical signal output from the particle amount detection means is used as an initial electrical signal, and the particulate matter deposited on the deposition portion is When the electric signal output in a state heated by the heating means is a heating electric signal, the control unit outputs an amplification factor of the magnitude (Ea) of the heating electric signal with respect to the magnitude (Es) of the initial electric signal. (Ea / Es) and the particle size relationship data showing the relationship between the average particle size of the particulate matter, the magnitude (E a ) of the heating electric signal, and the particulate matter deposited on the deposition portion. It has deposition mass relationship data showing the relationship with the deposition mass, and average density data of the particulate matter,
The control unit calculates the average particle size using the particle size related data based on the output amplification factor, calculates an average particle volume based on the average particle size, and calculates the average density to the average particle volume. The average mass of the particulate matter is calculated by multiplying the data, and the deposition mass of the particulate matter deposited on the deposition portion is calculated using the deposition mass related data based on the heating electric signal, The particulate matter detection device is characterized in that the deposited quantity of the particulate matter deposited on the deposition target portion is calculated by dividing the deposited mass by the average mass.
また、本発明の他の態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部と、該被堆積部上に互いに離れて配置された一対の対向電極とを備えており、上記被堆積部に上記粒子状物質が堆積することによる電気的特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させる粒子量検出手段と、
該粒子量検出手段によって出力された上記電気信号を基に、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の堆積数量を算出するコントロールユニットと、
上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を１００℃〜６００℃に加熱するための加熱手段とを備える粒子状物質検出装置を用いて上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の粒子状物質検出方法であって、
上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を上記加熱手段によって加熱する前に上記粒子量検出手段から出力される初期電気信号を検出すると共に、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を上記加熱手段によって加熱した状態で出力される加熱電気信号を検出して、上記初期電気信号の大きさ（Ｅｓ）に対する上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）の出力増幅率（Ｅａ／Ｅｓ）を導き、
上記出力増幅率と上記粒子状物質の平均粒子径との関係を示した粒子径関係データを用いて、上記出力増幅率から上記平均粒子径を算出し、
該平均粒子径から平均粒子体積を算出し、
該平均粒子体積に上記粒子状物質の平均密度データを乗じて該粒子状物質の平均質量を算出し、
上記加熱電気信号と上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の堆積質量との関係を示した堆積質量関係データを用いて、上記加熱電気信号から上記堆積質量を算出し、
該堆積質量を上記平均質量によって除することにより、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の上記堆積数量を算出することを特徴とする粒子状物質検出方法にある。
According to another aspect of the present invention, there is provided a depositing portion for depositing a part of particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and a pair of counter electrodes disposed apart from each other on the depositing portion. And a particle amount detecting means for changing an output of an electric signal in accordance with a change in electrical characteristics caused by the particulate matter being deposited on the deposition target part,
Based on the electrical signal output by the particle amount detection means, a control unit for calculating the amount of the particulate matter deposited on the deposition portion;
Particulate matter of the particulate matter deposited on the deposition portion using a particulate matter detection device comprising heating means for heating the particulate matter deposited on the deposition portion to 100 ° C. to 600 ° C. A detection method,
Before the particulate matter deposited on the deposition part is heated by the heating means, an initial electrical signal output from the particle amount detection means is detected, and the particulate matter deposited on the deposition part is A heating electric signal output in a state heated by the heating means is detected, and an output amplification factor (Ea / Es) of the magnitude (Ea) of the heating electric signal with respect to the magnitude (Es) of the initial electric signal is derived. ,
Using the particle size relationship data showing the relationship between the output amplification factor and the average particle size of the particulate matter, the average particle size is calculated from the output amplification factor,
Calculate the average particle volume from the average particle diameter,
Multiplying the average particle volume by the average density data of the particulate matter to calculate the average mass of the particulate matter,
Using the deposition mass relationship data indicating the relationship between the heating electrical signal and the deposition mass of the particulate matter deposited on the deposition portion, the deposition mass is calculated from the heating electrical signal,
The particulate matter detection method is characterized in that the deposited quantity of the particulate matter deposited on the deposition target portion is calculated by dividing the deposited mass by the average mass.
上記粒子状物質検出装置は、上記加熱手段を備えており、該加熱手段によって、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を、１００℃〜６００℃に加熱した状態で、上記粒子状物質の上記堆積質量を検出するよう構成されている。これにより、上記被堆積部に堆積した上記堆積質量を精度良く検出することができる。 The particulate matter detection device includes the heating unit, and the particulate matter deposited on the deposition target portion is heated to 100 ° C. to 600 ° C. by the heating unit. It is configured to detect the deposited mass. Thereby, the deposited mass deposited on the deposition portion can be detected with high accuracy.
すなわち、上記粒子状物質は、加熱されることにより、粒子状物質に含まれる炭素の結晶性が向上し、電気抵抗が低下するという特性を有している。そのため、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を加熱して、上記粒子状物質の電気抵抗を低下させることによって、上記粒子状物質の堆積質量が少ない場合であっても、上記一対の対向電極間における電気的特性の変化量を増大させることができる。 That is, the particulate matter has characteristics that when heated, the crystallinity of carbon contained in the particulate matter is improved and the electrical resistance is lowered. Therefore, by heating the particulate matter deposited on the portion to be deposited and reducing the electrical resistance of the particulate matter, the pair of opposing surfaces can be obtained even when the particulate matter has a small accumulated mass. The amount of change in electrical characteristics between the electrodes can be increased.
また、上記初期電気信号の大きさ（Ｅｓ）に対する上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）の上記出力増幅率（Ｅａ／Ｅｓ）と、上記粒子状物質の粒子径との間には相関関係がある。つまり、上記粒子状物質の粒子径が小さいほど、上記出力増幅率が大きくなり、上記粒子状物質の粒子径が大きくなるにつれて上記出力増幅率が小さくなる。これを利用することにより、上記出力増幅率と上記粒子状物質の上記平均粒子径との関係を示した上記粒子径関係データを設定することができる。該粒子径関係データを用いることで、上記コントロールユニットは、上記出力増幅率から、上記平均粒子径を容易に算出することができる。 In addition, there is a correlation between the output amplification factor (Ea / Es) of the magnitude (Ea) of the heating electric signal with respect to the magnitude (Es) of the initial electric signal and the particle diameter of the particulate matter. is there. That is, the smaller the particle size of the particulate material, the larger the output amplification factor, and the smaller the particle size of the particulate material, the smaller the output amplification factor. By utilizing this, it is possible to set the particle size relationship data indicating the relationship between the output amplification factor and the average particle size of the particulate matter. By using the particle size related data, the control unit can easily calculate the average particle size from the output amplification factor.
上記コントロールユニットは、上記平均粒子径を基に上記粒子状物質の上記平均体積を算出し、該平均体積を基に、上記平均密度データによって、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質における１個あたりの上記平均質量を算出することができる。そして、上記加熱電気信号を基に、上記堆積質量関係データを用いて、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の上記堆積質量を算出することができる。さらに、該堆積質量を上記平均質量によって除することにより、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の数量を導き出すことができる。
このように、上記電気信号を利用することにより、上記粒子状物質検出装置の車両への搭載を可能とし、かつ排ガスに含まれる粒子状物質を数量として検出することができる。
The control unit calculates the average volume of the particulate matter based on the average particle diameter, and based on the average volume, 1 in the particulate matter deposited on the deposition portion based on the average density data. The average mass per piece can be calculated. And based on the said heating electric signal, the said deposition mass of the said particulate matter deposited on the said to-be-deposited part can be calculated using the said deposition mass related data. Furthermore, by dividing the deposited mass by the average mass, it is possible to derive the quantity of the particulate matter deposited on the deposition target portion.
Thus, by using the electrical signal, the particulate matter detection device can be mounted on a vehicle, and the particulate matter contained in the exhaust gas can be detected as a quantity.
上記粒子状物質検出方法においては、上述のごとく、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を上記加熱手段によって１００℃〜６００℃に加熱した状態で、上記一対の対向電極間の電気抵抗値の変化に応じた上記電気信号を上記粒子量検出手段によって出力する。そのため、速やかかつ正確に上記粒子状物質の上記堆積質量を検出することができる。 In the particulate matter detection method, as described above, the electrical resistance value between the pair of counter electrodes in a state where the particulate matter deposited on the deposition portion is heated to 100 ° C. to 600 ° C. by the heating means. The electric signal corresponding to the change in the output is output by the particle amount detecting means. Therefore, the deposited mass of the particulate matter can be detected quickly and accurately.
また、上記粒子状物質検出方法においては、上記初期電気信号を検出すると共に、上記加熱電気信号を検出して、上記出力増幅率（Ｅａ／Ｅｓ）を導き、上記粒子径関係データを用いて、上記出力増幅率から上記平均粒子径を算出する。さらに、該平均粒子径から平均粒子体積を算出し、該平均粒子体積に上記平均密度データを乗じて上記粒子状物質の平均質量を算出することができる。また、上記堆積質量関係データを用いて、上記加熱電気信号から上記堆積質量を算出することができる。そして、該堆積質量を上記平均質量によって除することにより、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質の上記堆積数量を容易に検出することができる。 In the particulate matter detection method, the initial electrical signal is detected, the heating electrical signal is detected, the output amplification factor (Ea / Es) is derived, and the particle diameter related data is used. The average particle diameter is calculated from the output amplification factor. Furthermore, the average particle volume can be calculated from the average particle diameter, and the average particle volume can be multiplied by the average density data to calculate the average mass of the particulate matter. Further, the deposition mass can be calculated from the heating electric signal using the deposition mass-related data. Then, by dividing the deposited mass by the average mass, it is possible to easily detect the deposited quantity of the particulate matter deposited on the deposition target portion.
以上のごとく、本発明によれば、車両に搭載可能で、かつ排ガスに含まれる粒子状物質の数量を検出可能な上記粒子状物質検出装置及び上記粒子状物質検出方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide the particulate matter detection device and the particulate matter detection method that can be mounted on a vehicle and can detect the number of particulate matter contained in exhaust gas.
上記粒子状物質検出手段及び上記粒子状物質検出方法において、上記粒子量検出手段は、上記一対の対向電極間における電気抵抗の変化に応じて上記電気信号の出力を変化させることが好ましい。上記一対の対向電極間における電気抵抗値の変化を利用する電気抵抗式の上記粒子量検出手段は、他の形式の粒子量検出手段と比べて上記粒子状物質の検出精度が高く、ばらつきが少ない。したがって、上記粒子状物質の堆積質量の検出精度をより向上することができる。 In the particulate matter detection means and the particulate matter detection method, it is preferable that the particulate amount detection means changes the output of the electrical signal in accordance with a change in electrical resistance between the pair of counter electrodes. The electric resistance type particle amount detection means utilizing the change in electric resistance value between the pair of counter electrodes has higher detection accuracy of the particulate matter and less variation than other types of particle amount detection means. . Therefore, it is possible to further improve the detection accuracy of the accumulated mass of the particulate matter.
また、上記加熱手段における加熱温度は、１００℃〜６００℃に設定してある。上記加熱手段による加熱温度が１００℃未満の場合、水分や揮発成分の蒸発に時間がかかり、水分や揮発成分が残留するおそれがある。また、上記加熱手段による加熱温度が６００℃を超える場合、上記粒子状物質が燃焼し始めるため、上記粒子状物質の上記堆積量を正確に検出することができない。 Moreover, the heating temperature in the said heating means is set to 100 to 600 degreeC. When the heating temperature by the heating means is less than 100 ° C., it takes time to evaporate moisture and volatile components, and moisture and volatile components may remain. Further, when the heating temperature by the heating means exceeds 600 ° C., the particulate matter starts to burn, and thus the amount of the deposited particulate matter cannot be accurately detected.
（実施例１）
上記粒子状物質検出装置にかかる実施例について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すごとく、粒子状物質検出装置１は、粒子量検出手段２とコントロールユニット４と、被堆積部２２（図２）に堆積した粒子状物質７（図３）を１００℃〜６００℃に加熱するための加熱手段３とを備えている。
図１及び図２に示すごとく、粒子量検出手段２は、内燃機関５から排出される排ガスに含まれる粒子状物質７の一部を堆積させる被堆積部２２と、被堆積部２２上に互いに離れて配置された一対の対向電極２３とを備えている。また、粒子量検出手段２は、被堆積部２２に粒子状物質７が堆積することによる一対の対向電極２３における電気的特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させる。コントロールユニット４は、粒子量検出手段２によって出力された電気信号を基に、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積数量を算出する。加熱手段３は、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を１００℃〜６００℃に加熱する。
Example 1
Examples of the particulate matter detection device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the particulate
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the particle amount detection means 2 includes a depositing
被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって加熱する前に粒子量検出手段２から出力される電気信号を初期電気信号とし、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって加熱した状態で出力される電気信号を加熱電気信号とする。
コントロールユニット４は、粒子径関係データと、堆積質量関係データと、粒子状物質７の平均密度データとを有している。粒子径関係データは、初期電気信号の大きさＥｓに対する加熱電気信号の大きさＥａの出力増幅率Ｅａ／Ｅｓと粒子状物質７の平均粒子径との関係を示している。また、堆積量関係データは、加熱電気信号と被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積質量との関係を示している。
Before heating the
The
コントロールユニット４は、出力増幅率を基に粒子径関係データを用いて平均粒子径を算出し、平均粒子径を基に平均粒子体積を算出し、平均粒子体積に平均密度データを乗じて粒子状物質７の平均質量を算出する。そして、加熱電気信号を基に堆積質量関係データを用いて被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積質量を算出する。また、堆積質量を平均質量によって除することにより、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積数量を算出することができる。
The
以下、さらに詳細に説明する。
図１に示すごとく、粒子状物質検出装置１は、自動車に搭載された内燃機関５から、排気管５１を通じて排出される排ガスに含まれる粒子状物質７を検出するためのものである。本例の内燃機関５は、過給器を搭載したディーゼルエンジンである。また、内燃機関５に接続された排気管５１には、酸化触媒５２１（ＤＯＣ）及びパティキュレートフィルタ５２２（ＤＰＦ）を備えた浄化システム５２が設けられている。
This will be described in more detail below.
As shown in FIG. 1, the particulate
図１及び図２に示すごとく、粒子状物質検出装置１は、排ガスに含まれる粒子状物質７の量を検出する粒子量検出手段２と、粒子量検出手段２から出力された電気信号を受信するコントロールユニット４とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the particulate
粒子量検出手段２は、排気管５１における浄化システム５２の下流側に設けてある。粒子量検出手段２は、粒子状物質７の量を検出するＰＭセンサであり、粒子状物質７の一部を捕集する捕集部２１と、捕集部２１を加熱する加熱手段３とを備えている。
The particle amount detection means 2 is provided in the
図２に示すごとく、捕集部２１は、排ガス中の粒子状物質７を堆積させる被堆積部２２と、被堆積部２２上に互いに離れて配置された一対の対向電極２３とを備えている。被堆積部２２は、略長方形の板状をなしており、絶縁性材料によって形成されている。一対の対向電極２３は、導電性材料からなり、被堆積部２２の表面に形成されている。一対の対向電極２３は、被堆積部２２における長手方向と平行に形成された電極基部２３１と、電極基部２３１から長手方向と直交して延設された複数の櫛歯部２３２とをそれぞれ有している。各対向電極２３は、電極基部２３１が互いに向かい合うように配置されると共に、一方の対向電極２３における櫛歯部２３２の間に、他方の対向電極２３における櫛歯部２３２が入り込むように配置されている。
As shown in FIG. 2, the collection unit 21 includes a
図３に示すごとく、被堆積部２２に粒子状物質７が堆積し、一対の対向電極２３の間が粒子状物質７によって導通されることで、一対の対向電極２３間の電気抵抗値が低減する。一対の対向電極２３の間には電圧が印加されており、一対の対向電極２３間の電気抵抗値の変化に伴い、対向電極２３間を流れる電気信号としての電流量が変化する。これにより、粒子量検出手段２からコントロールユニット４へと出力される電流値が変化する。つまり、粒子量検出手段２から出力される電流値は、被堆積部２２における粒子状物質７の堆積質量に応じて変化するものであり、粒子状物質７の堆積質量に関する情報を有するものである。コントロールユニット４は、シャント抵抗を備えており、出力された電流値とシャント抵抗の積で算出される電圧をＥＣＵ６（エンジンコントロールユニット）へと出力する。
As shown in FIG. 3, the
図２に示すごとく、加熱手段３は、電源３３から供給される電流を流通することで発熱する熱線３１と、熱線３１が配設された絶縁性材料からなる加熱基部３２とを有している。加熱手段３は、被堆積部２２における一対の対向電極２３が配置された側と反対側に、被堆積部２２と積層して配置されている。加熱手段３は、粒子状物質７と共に捕集部２１に捕集された水分や揮発成分を除去すると共に粒子状物質７に含まれるカーボンの結晶性を高めるための予備加熱と、捕集部２１に捕集された粒子状物質７を除去するための高温加熱とを行うように構成されている。
As shown in FIG. 2, the heating means 3 has a
加熱手段３における予備加熱の温度は、１００℃〜６００℃に設定することができる。本例においては、予備加熱の温度を４００℃とした。予備加熱は、被堆積部２２に粒子状物質７が堆積し、粒子量検出手段２によって粒子状物質７の堆積質量を検出する前から検出を完了するまでの間で行われる。また、予備加熱の温度を４００℃〜６００℃とした場合、粒子状物質７に含まれるカーボンの結晶性を効率よく向上することができる。
The preheating temperature in the heating means 3 can be set to 100 ° C to 600 ° C. In this example, the preheating temperature was 400 ° C. The preheating is performed from the time when the
また、高温加熱の温度は、８００℃に設定してある。高温加熱は、粒子状物質７の堆積数量を検出した後や、被堆積部２２に粒子状物質７が十分堆積せずに内燃機関５の運転が停止した場合等に、新たに粒子状物質７を堆積させる前のタイミングにおいて行われる。
The temperature of the high temperature heating is set to 800 ° C. The high temperature heating is newly performed after detecting the number of deposited
本例のコントロールユニット４は、加熱手段３による加熱の制御と、電気信号の出力に基づいて被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積数量及び、捕集時間中に排出された粒子状物質７の総排出数量の算出を行う。
本例において、コントロールユニット４による加熱手段３の制御は、電気信号の出力から算出された電圧に基づいて行われる。コントロールユニット４は、算出された電圧が所定の目標電圧Ｖに到達すると、加熱手段３によって粒子状物質７を予備加熱する。
The
In this example, the control of the heating means 3 by the
コントロールユニット４は、粒子径関係データ、堆積質量関係データ、平均密度データ及び排出量関係データを有している。
粒子径関係データは、出力増幅率と粒子状物質７の平均粒子径との関係を示したものである。図６は、横軸を出力増幅率として、縦軸を平均粒子径の逆数としたグラフである。本例における粒子径関係データは、図６における近似曲線Ｌ１によって示されている。図６の近似曲線Ｌ１に示すごとく、平均粒子径が小さくなるにしたがって、出力増幅率が増大し、平均粒子径が大きくなるにしたがって、出力増幅率が減少する。尚、平均粒子径は、粒子状物質７が球形状であると仮定している。
The
The particle size relationship data shows the relationship between the output amplification factor and the average particle size of the
出力増幅率とは、初期電気信号の大きさＥｓを加熱電気信号の大きさＥａによって除した数値である。初期電気信号は、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって加熱する前に粒子量検出手段２から出力される電気信号である。つまり、初期電気信号は、図５における目標電圧Ｖに到達したときの電気信号である。また、加熱電気信号は、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって加熱した状態で出力される電気信号である。尚、加熱電気信号は、加熱手段３による加熱開始後に出力される電圧が最大値Ｖｍとなったときの電気信号である。
The output amplification factor is a numerical value obtained by dividing the magnitude Es of the initial electrical signal by the magnitude Ea of the heating electrical signal. The initial electrical signal is an electrical signal output from the particle
堆積質量関係データは、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積質量と加熱電気信号との関係を示したものである。コントロールユニット４は、堆積質量関係データを用いることにより、加熱電気信号から堆積質量を算出することができる。
コントロールユニット４は、平均密度データを用いることにより、平均粒子体積から平均質量を算出することができる。平均密度データとしては、例えば、０．８ｇ／ｍ３〜１．０ｇ／ｍ３の数値を用いることができる。尚、平均密度データは、内燃機関の種類や負荷等によって変化するものである。
排出量関係データは、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積数量と、排ガスに含まれる粒子状物質７の総排出数量との関係を示したものである。
粒子径関係データ、堆積質量関係データ、平均密度データ及び排出量関係データは、内燃機関５を用いた実機試験によって予め求めた。
The deposition mass relationship data indicates the relationship between the deposition mass of the
The
The emission amount relation data shows the relationship between the number of
The particle diameter related data, the deposited mass related data, the average density data, and the emission amount related data were obtained in advance by an actual machine test using the
次に、粒子状物質検出装置１を用いた粒子状物質検出方法について一例を説明する。
図５は、縦軸を粒子量検出手段２における電気信号の出力から算出された電圧とし、横軸を粒子量検出手段２によって粒子状物質７を捕集した捕集時間とした電気信号の出力と捕集時間との関係を示すグラフである。実線Ｌ２に示すごとく、粒子状物質７の捕集を開始した後、しばらくの間は、電気信号の出力に変動がみられないが、捕集時間の経過に伴って被堆積部２２における粒子状物質７の堆積質量が増大する。捕集時間がＳ１を過ぎると電気信号の出力が徐々に上昇する。
Next, an example of the particulate matter detection method using the particulate
FIG. 5 shows an output of an electrical signal in which the vertical axis represents the voltage calculated from the output of the electrical signal in the particle amount detection means 2 and the horizontal axis represents the collection time during which the
電気信号の出力が目標電圧Ｖに到達した時点において、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって加熱する前に粒子量検出手段２から出力される初期電気信号を検出する。このとき、図３に示すごとく、被堆積部２２に粒子状物質７の一部が一対の対向電極２３を繋ぐように堆積している。また、粒子状物質７の一部は、結晶性が低く、電気抵抗の高い低導電性粒子状物質７０である。低導電性粒子状物質７０は、電気抵抗が高く、一対の対向電極２３間における電気抵抗への影響が小さい。また、一対の対向電極２３を繋ぐように堆積した粒子状物質７の周囲には、一対の対向電極２３と電気的に接続されていない粒子状物質７が存在している。
When the output of the electric signal reaches the target voltage V, the initial electric signal output from the particle
電気信号の出力が目標電圧Ｖに到達すると、コントロールユニット４は、加熱手段３を作動させ、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって加熱した状態で出力される加熱電気信号を検出する。図４に示すごとく、加熱手段３によって粒子状物質７が加熱されると、粒子状物質７に含まれるカーボンの結晶性が向上し、粒子状物質７の電気抵抗が低下する。そのため、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７をより多く、一対の対向電極２３間の電気特性の変化に寄与させることができる。これにより、低導電性粒子状物質７０の電気抵抗も低下し、他の粒子状物質７と同様に、一対の対向電極２３間における電気抵抗に寄与することができる。
When the output of the electric signal reaches the target voltage V, the
このように、粒子状物質７の抵抗値を低減すると共に、一対の対向電極２３の間の電気抵抗に寄与する粒子状物質７の数量を増大させることにより、粒子量検出手段２から出力される電気信号が増大する。尚、加熱手段３による加熱状態を維持すると熱泳動の影響によって電気信号の出力が低下していく。本例において、コントロールユニット４は、粒子状物質７を加熱した状態において出力された電圧が最大値Ｖｍとなった際の電気信号（加熱電気信号）を基に、堆積質量関係データを用いて、被堆積部２２における粒子状物質７の堆積質量を算出する。
In this way, by reducing the resistance value of the
また、コントロールユニット４は、平均質量の算出を行う。
まず、検出された初期電気信号と加熱電気信号から、出力増幅率を導く。この出力増幅率と粒子状物質７の平均粒子径との関係を示した粒子径関係データを用いて、出力増幅率から平均粒子径を算出する。
そして、粒子状物質７を球形状と仮定して平均粒子径から平均粒子体積を算出すると共に、平均粒子体積に粒子状物質７の平均密度データを乗じて粒子状物質７の平均質量を算出する。
この平均質量によって、被堆積部２２における粒子状物質７の堆積質量を除することにより、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積数量を算出することができる。
Further, the
First, an output amplification factor is derived from the detected initial electric signal and heating electric signal. The average particle size is calculated from the output gain using the particle size relationship data indicating the relationship between the output gain and the average particle size of the
The average particle volume is calculated from the average particle diameter assuming that the
By dividing the accumulated mass of the
また、排出量関係データによって、堆積数量から排出量関係データを用いて粒子状物質７の総排出数量を算出することができる。算出された粒子状物質７の総排出量が、ＥＣＵ６に出力される。
Further, the total emission quantity of the
次に、本例の作用効果について説明する。
粒子状物質検出装置１は、加熱手段３を備えており、加熱手段３によって、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を、１００℃〜６００℃に加熱した状態で、粒子状物質７の堆積質量を検出するよう構成されている。これにより、被堆積部２２に堆積した堆積質量を精度良く検出することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
The particulate
すなわち、粒子状物質７は、加熱されることにより、粒子状物質７に含まれる炭素の結晶性が向上し、電気抵抗が低下するという特性を有している。そのため、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱して、粒子状物質７の電気抵抗を低下させることによって、粒子状物質７の堆積質量が少ない場合であっても、一対の対向電極２３間における電気的特性の変化量を増大させることができる。
That is, the
また、初期電気信号の大きさに対する加熱電気信号の大きさの出力増幅率と、粒子状物質７の粒子径との間には相関関係がある。つまり、粒子状物質７の粒子径が小さいほど、出力増幅率が大きくなり、粒子状物質７の粒子径が大きくなるにつれて出力増幅率が小さくなる。これを利用することにより、出力増幅率と粒子状物質７の平均粒子径との関係を示した粒子径関係データを設定することができる。粒子径関係データを用いることで、コントロールユニット４は、出力増幅率から、平均粒子径を容易に算出することができる。
Further, there is a correlation between the output amplification factor of the magnitude of the heating electric signal with respect to the magnitude of the initial electric signal and the particle diameter of the
コントロールユニット４は、平均粒子径を基に粒子状物質７の平均粒子体積を算出し、平均粒子体積を基に、平均密度データによって、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７における１個あたりの平均質量を算出することができる。そして、加熱電気信号を基に、堆積質量関係データを用いて、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積質量を算出することができる。さらに、堆積質量を平均質量によって除することにより、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の数量を導き出すことができる。
このように、電気信号を利用することにより、粒子状物質検出装置１の車両への搭載を可能とし、かつ排ガスに含まれる粒子状物質７を数量として検出することができる。
The
Thus, by using the electrical signal, the particulate
また、本例の粒子状物質検出方法においては、上述のごとく、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を加熱手段３によって１００℃〜６００℃に加熱した状態で、一対の対向電極２３間の電気抵抗値の変化に応じた電気信号を粒子量検出手段２によって出力する。そのため、速やかかつ正確に粒子状物質７の堆積質量を検出することができる。
Further, in the particulate matter detection method of this example, as described above, the
また、粒子状物質検出方法においては、初期電気信号を検出すると共に、加熱電気信号を検出して、出力増幅率を導き、粒子径関係データを用いて、出力増幅率から平均粒子径を算出する。さらに、平均粒子径から平均粒子体積を算出し、平均粒子体積に平均密度データを乗じて粒子状物質７の平均質量を算出することができる。また、堆積質量関係データを用いて、加熱電気信号から堆積質量を算出することができる。そして、堆積質量を平均質量によって除することにより、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７の堆積数量を容易に検出することができる。
In the particulate matter detection method, the initial electrical signal is detected, the heating electrical signal is detected, the output amplification factor is derived, and the average particle size is calculated from the output amplification factor using the particle size related data. . Further, the average particle volume can be calculated from the average particle diameter, and the average mass of the
また、粒子量検出手段２は、一対の対向電極２３間における電気抵抗の変化に応じて電気信号の出力を変化させる。一対の対向電極２３間における電気抵抗値の変化を利用する電気抵抗式の粒子量検出手段２は、他の形式の粒子量検出手段２と比べて粒子状物質７の検出精度が高く、ばらつきが少ない。したがって、粒子状物質７の堆積質量の検出精度をより向上することができる。
Further, the particle amount detection means 2 changes the output of the electric signal according to the change in the electric resistance between the pair of
また、加熱手段３は、被堆積部２２に堆積した粒子状物質７を除去するためのヒータを兼ねている。そのため、粒子状物質７の加熱と除去を１つの加熱手段３によって行うことができる。これにより、粒子状物質検出装置１の構成をシンプルにすることができる。
The heating means 3 also serves as a heater for removing the
以上のごとく、本例の粒子状物質検出装置１及び粒子状物質検出方法によれば、車両に搭載可能で、かつ排ガスに含まれる粒子状物質７の数量を検出することができる。
As described above, according to the particulate
１ 粒子状物質検出装置
２ 粒子量検出手段
２２ 被堆積部
２３ 対向電極
３ 加熱手段
４ コントロールユニット
５ 内燃機関
７ 粒子状物質
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該粒子量検出手段（２）によって出力された上記電気信号を基に、上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の堆積数量を算出するコントロールユニット（４）と、
上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）を１００℃〜６００℃に加熱するための加熱手段（３）とを備えており、
上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）を上記加熱手段（３）によって加熱する前に上記粒子量検出手段（２）から出力される電気信号を初期電気信号とし、上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）を上記加熱手段（３）によって加熱した状態で出力される電気信号を加熱電気信号としたとき、上記コントロールユニット（４）は、上記初期電気信号の大きさ（Ｅｓ）に対する上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）の出力増幅率（Ｅａ／Ｅｓ）と上記粒子状物質（７）の平均粒子径との関係を示した粒子径関係データと、上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）と上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の堆積質量との関係を示した堆積質量関係データと、上記粒子状物質（７）の平均密度データとを有しており、
上記コントロールユニット（４）は、上記出力増幅率を基に上記粒子径関係データを用いて上記平均粒子径を算出し、該平均粒子径を基に平均粒子体積を算出し、該平均粒子体積に上記平均密度データを乗じて上記粒子状物質（７）の平均質量を算出すると共に、上記加熱電気信号を基に上記堆積質量関係データを用いて上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の堆積質量を算出し、該堆積質量を上記平均質量によって除することにより、上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の上記堆積数量を算出することを特徴とする粒子状物質検出装置（１）。 A deposition part (22) for depositing a part of the particulate matter (7) contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (5), and a pair of parts disposed on the deposition part (22) apart from each other And a counter electrode (23), and a particle amount detecting means for changing an output of an electric signal in accordance with a change in electrical characteristics caused by deposition of the particulate matter (7) on the deposition target (22). (2) and
A control unit (4) for calculating a deposition quantity of the particulate matter (7) deposited on the deposition target part (22) based on the electrical signal output by the particle amount detection means (2);
Heating means (3) for heating the particulate matter (7) deposited on the deposition part (22) to 100 ° C to 600 ° C,
Before heating the particulate matter (7) deposited on the deposition target part (22) by the heating means (3), an electrical signal output from the particle amount detection means (2) is used as an initial electrical signal, and When the electric signal output in a state where the particulate matter (7) deposited on the deposition portion (22) is heated by the heating means (3) is a heating electric signal, the control unit (4) Particle size relationship showing the relationship between the output amplification factor (Ea / Es) of the magnitude (Ea) of the heating electrical signal with respect to the magnitude (Es) of the initial electrical signal and the average particle size of the particulate matter (7). Data, accumulated mass-related data indicating the relationship between the magnitude of the heating electric signal (E a ) and the accumulated mass of the particulate matter (7) deposited on the deposition target portion (22), and the particulate Average density data for substance (7) Has,
The control unit (4) calculates the average particle size using the particle size related data based on the output amplification factor, calculates the average particle volume based on the average particle size, The average mass of the particulate matter (7) is calculated by multiplying the average density data, and the particulate matter deposited on the deposition target portion (22) using the deposition mass relation data based on the heating electric signal. Calculating the deposition mass of the particulate matter (7) deposited on the deposition target portion (22) by calculating the deposition mass of the substance (7) and dividing the deposition mass by the average mass. A particulate matter detection device (1).
該粒子量検出手段（２）によって出力された上記電気信号を基に、上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の堆積数量を算出するコントロールユニット（４）と、
上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）を１００℃〜６００℃に加熱するための加熱手段（３）とを備える粒子状物質検出装置（１）を用いて上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の粒子状物質検出方法であって、
上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）を上記加熱手段（３）によって加熱する前に上記粒子量検出手段（２）から出力される初期電気信号を検出すると共に、上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）を上記加熱手段（３）によって加熱した状態で出力される加熱電気信号を検出して、上記初期電気信号の大きさ（Ｅｓ）に対する上記加熱電気信号の大きさ（Ｅａ）の出力増幅率（Ｅａ／Ｅｓ）を導き、
上記出力増幅率と上記粒子状物質（７）の平均粒子径との関係を示した粒子径関係データを用いて、上記出力増幅率から上記平均粒子径を算出し、
該平均粒子径から平均粒子体積を算出し、
該平均粒子体積に上記粒子状物質（７）の平均密度データを乗じて該粒子状物質（７）の平均質量を算出し、
上記加熱電気信号と上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の堆積質量との関係を示した堆積質量関係データを用いて、上記加熱電気信号から上記堆積質量を算出し、
該堆積質量を上記平均質量によって除することにより、上記被堆積部（２２）に堆積した上記粒子状物質（７）の上記堆積数量を算出することを特徴とする粒子状物質検出方法。 A deposition part (22) for depositing a part of the particulate matter (7) contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (5), and a pair of parts disposed on the deposition part (22) apart from each other And a counter electrode (23), and a particle amount detecting means for changing an output of an electric signal in accordance with a change in electrical characteristics caused by deposition of the particulate matter (7) on the deposition target (22). (2) and
A control unit (4) for calculating a deposition quantity of the particulate matter (7) deposited on the deposition target part (22) based on the electrical signal output by the particle amount detection means (2);
The particulate matter detection apparatus (1) provided with a heating means (3) for heating the particulate matter (7) deposited on the deposition portion (22) to 100 ° C. to 600 ° C. A particulate matter detection method for the particulate matter (7) deposited on the part (22),
Before the particulate matter (7) deposited on the deposition part (22) is heated by the heating means (3), an initial electrical signal output from the particle amount detection means (2) is detected, and A heating electric signal output in a state where the particulate matter (7) deposited on the deposition part (22) is heated by the heating means (3) is detected, and the magnitude (Es) of the initial electric signal is detected. Deriving the output amplification factor (Ea / Es) of the magnitude (Ea) of the heating electric signal,
Using the particle size relationship data showing the relationship between the output amplification factor and the average particle size of the particulate matter (7), the average particle size is calculated from the output amplification factor,
Calculate the average particle volume from the average particle diameter,
Multiplying the average particle volume by the average density data of the particulate matter (7) to calculate the average mass of the particulate matter (7),
The deposition mass is calculated from the heating electrical signal using the deposition mass relation data indicating the relationship between the heating electrical signal and the deposition mass of the particulate matter (7) deposited on the deposition target (22). ,
The particulate matter detection method, wherein the deposited quantity of the particulate matter (7) deposited on the deposition target portion (22) is calculated by dividing the deposited mass by the average mass.
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