JPH0348527Y2

JPH0348527Y2 -

Info

Publication number: JPH0348527Y2
Application number: JP1769485U
Authority: JP
Priority date: 1985-02-13
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1991-10-16
Also published as: JPS61135250U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案はデイーゼル機関の排気ガス中のパテイ
キユレートの堆積量を検知するためのセンサに関
する。

〔従来の技術〕

デイーゼル機関の排気ガス中のパテイキユレー
トを捕集するため排気管中にトラツプを設ける技
術が知られている。トラツプは比較的短時間でパ
テイキユレートの捕集容量が飽和する。そこでト
ラツプのリフレツシユを行うためトラツプ内に捕
集されたパテイキユレートを除去する。そのた
め、パテイキユレートが堆積した段階で、ヒータ
によりトラツプを加熱しその堆積したパテイキユ
レートを焼却している。従来技術におけるパテイ
キユレートの堆積量の検知手段として電気抵抗を
検知するものが提案されている。即ち、排気ガス
中に間隔を置いて一対の電極を設け、この電極間
に堆積するパテイキユレートの量を電極端間の電
気抵抗として測定しようとするものである。しか
し、この測定方式の場合、トラツプを構成する物
質（例えばセラミツク）の電気抵抗がパテイキユ
レートの電気抵抗より十分大きくないと測定制度
が悪い。また、パテイキユレートが電極間に途切
れることなく適量堆積していないと測定が不能に
なる。更に、パテイキユレートの堆積状態即ちか
さ密度によつてパテイキユレートの粒子同志の接
触の仕方が変化し、同一堆積量であるにも係わら
ず電気抵抗値が違つてきて、これも測定精度に悪
影響を与える因子となる。このように、検知精度
が十分でないことから焼却開始時のフイルタ上の
パテイキユレート堆積量が適量より少なすぎたり
多すぎたりすることが起こる。すなわち少なすぎ
るとヒータで着火してもパテイキユレートは焼却
されず、逆に多すぎると焼却はされるものの燃焼
温度がフイルタ耐熱温度以上に上昇しフイルタセ
ラミツク材のクラツクや溶損が引起されシステム
として非常に大きな問題点となつている。このた
めにパテイキユレートを焼却するには正確な堆積
量を検出する必要がある。

この点に鑑み、出願人は既に実願昭59−76564
号において、排気ガス中に間隔を置いて一対の電
極を配置するとともに、これらの電極間のインピ
ーダンスに応じた信号を取り出してパテイキユレ
ート堆積量を検知する装置を提案した。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記提案装置によると、ある一定条件下ではフ
イルタ上のパテイキユレート堆積量を正確に検出
することができるが、排気温あるいは排気ガス中
の水蒸気量がそれぞれ所定の範囲から外れると検
出精度が悪くなるという問題を生じる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本考案は第１図に
示す構成を有する。すなわち、本考案は係るパテ
イキユレート堆積量検知センサは、排気ガス流中
に間隔を置いて位置する一対の電極Ａと、この電
極に接続される定電圧交流電源Ｂと、電極間のイ
ンピーダンスを検知するインピーダンス測定手段
Ｃと、排気ガスの温度を検知する排気温センサＤ
と、排気ガス中の水蒸気量を検知する水蒸気検知
手段Ｅと、排気ガス温度および水蒸気量に基いて
補正係数を求める手段Ｆと、上記インピーダンス
に補正係数を乗じてパテイキユレートフイルタの
再生が必要か否かを判断する手段Ｇとを備える。

〔実施例〕

以下図示実施例により本考案を説明する。

第２〜４図は、パテイキユレート堆積量検知セ
ンサを原理的に示すものである。一対の電極１０
及び１２が絶縁体１３を介在して平行に間隔をお
いて配置される。排気ガスは第２図において紙面
に直交する方向に流れるものとする。電極１０及
び１２の対向する内面にフイン１０ａ及び１２ａ
を交互に形成している。これは、排気ガスに対す
る電極の接触表面積を大きくすることで、パテイ
キユレートの電極に対する付着性を上げるため有
効である。第４図は第２，３図のような電極を用
いたパテイキユレート堆積量センサの概念的構成
を示すもので、１４は第２，３図中の電極１０，
１２より成る電極部であり、この電極部に対し定
電圧交流電源１６、及び電極間のインピーダンス
測定手段１８が接続される。交流電源としては
1kHz又はそれ以上の高周波発振器を採用するこ
とができる。インピーダンス測定手段としては最
も単純には交流電流計がある。またより精密なイ
ンピーダンス測定のため交流ブリツジ直列に配置
することができる。

第２，３図に示す電極部１４をパテイキユレー
トを含有する排気ガス中に置くと、次第に電極１
０，１２間にパテイキユレートが堆積していく。
このときの電極間に堆積したパテイキユレートの
状態を模式図に示したのが第５図である。この状
態は、電気的には電極間に非導電性誘電体（パテ
イキユレート）と導電性誘電体（電極）を直列に
接続したものと近似される。これを等価回路に示
すと第６図のようになる。ただし排気ガス部分の
容量をC₁、パテイキユレート部分の容量および
コンダクタンスをそれぞれC₂およびG₂とする。

このときの電極間のインピーダンスＺはＺ＝１／Ｙ＝１／iωC₁＋１／G₂＋iωC₂ (1) ただしＹはアドミツタンス、ωは角周波数、 i²＝−１と表わされる。絶対値の２乗をとつて整理すると｜Ｚ｜²＝１／（G₂ ²＋ω²C₂ ²）²＋2C₂／C₁・１／G₂ ²＋ω²C₂ ²＋１／2ω²C₁ ²(2) と表わされる。

ところで第５図においてパテイキユレートの堆
積率をδ（堆積した厚みの和を電極間距離で割つ
たもの）とし、気体の誘電率をεgパテイキユレ
ートの誘電率および導電率をそれぞれεpおよび
σpとすると、C₁，C₂およびG₂はそれぞれ次のよ
うに表わされる。

C₁＝εg／（１−δ）・Ｓ／ｄ，C₂＝εP／δ・Ｓ／ｄ
， G₂＝σp／δ・Ｓ／ｄただし、Ｓは電極表面積これらを式(2)に代入し
δについて整理すると（１／ω²εg²１／σp²＋ω²εp²−2εp／εg（σp²＋
ω²εp²））d²／S²δ²＋２） εp／εg・１／σp²＋ω²εp²−１／ω²εg²）d²／S²δ＋１／ω²εg²・d²／S²＝｜Ｚ｜²(3) と表わされる。

式(3)において角周波数ωを一定とすると変数は
δと｜Ｚ｜のみとなり、δ²，δ，δ⁰の項をそれぞ
れA₁，2A₂，A₃とおくと式(3)は A₁δ²＋2A₂δ＋A₃−｜Ｚ｜²＝０ (3)′ ただし、A₁，A₂，A₃は定数、０＜δ＜１とな
る。このように堆積率δはインピーダンスの絶対
値を測定することにより求まる（ただし０＜δ＜
１）。

前もつて気体の誘電率、パテイキユレートの誘
電率と導電率を測定しておけば｜Ｚ｜を測定し堆
積率δを計算することができる。測定されたイン
ピーダンス｜Ｚ｜と堆積率δとの関係は例えば第
７図のようになろう。

ところで、電極部１４は排気ガス中に設けられ
る後述のようなトラツプへのパテイキユレートの
堆積状態の検知のため使用されるのを主として意
図している。ところが電極表面へのパテイキユレ
ートの付着性は、トラツプ表面へのパテイキユレ
ートの付着性に比較して良くない。従つて、第７
図によつて検知される堆積率δはトラツプ上での
実際に付着率δ′に対応していないことが考えられ
る。そこで、第８図のような検量線を作成してお
き、電極部で得られた堆積率δをトラツプでの堆
積率δ′に即換算できるようにしておくのが便利で
ある。

またパテイキユレートの電極表面への付着性な
どの違いにより第２図に示したフイン１２の間隔
や長さを調整して、パテイキユレートの堆積量Ｍ
とインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜の値の再現性を
持たせるとよい。

第９図は第２〜４図に述べた基本原理で構成さ
れるパテイキユレート堆積量検知センサを実際の
デイーゼル機関のパテイキユレートフイルタに設
けた構成及びその焼却再成システムを示すもので
ある。

２０はデイーゼル機関の本体であり、排気マニ
ホルド２２、排気パイプ２４を介して、パテイキ
ユレートトラツプ２６に接続される。トラツプ２
６は入口パイプ２８と、出口パイプ３０と、パイ
パスパイプ３２とを備える。バイパスパイプ３２
にトラツプケース３４が固定され、その中に多孔
性セラミツクよりなるフイルタ３６が配置され
る。フイルタ３６の前端に第２，３図に述べた構
成の電極部１４が配置され、電極部１４の廻りに
フイルタ３６への気流調整のため、フイルタ３６
と同様な多孔性セラミツク材で作られた気流調整
部４０が配置される（第１０図参照）。その前方
にヒータ４２が位置している。４４は遮断弁であ
つて、その弁軸はレバー４６を介し負圧アクチユ
エータ４８のダイヤフラム５０に連結される。遮
断弁４４はばね５２によつて常時は実線により示
される全閉状態にある。ダイヤフラム５０は切替
弁５４によつて大気フイルタ５６又はクランク軸
によつて駆動される負圧ポンプ５８によつて選択
的に連結される。

６０はトラツプ２６の焼却再生時のヒータ４２
及び遮断弁４４の制御を行う制御回路であり、電
極部１４からのパテイキユレート堆積量信号すな
わち電極間のインピーダンス、排気温センサ８０
からの排気ガスの温度を示す信号、およびスロツ
トルセンサ８２からのスロツトル開度信号によつ
て再生制御を行う。スロツトル開度信号は排気ガ
ス中の水蒸気濃度を示す信号として用いられる。
つまり、燃料の燃焼により水蒸気が生成される
が、アクセル開度に比例して燃料量が増加するの
でこれとともに水蒸気も増加し、したがつてアク
セル開度は水蒸気濃度に対応すると考えられる。

第１１図に示すように制御回路６０はマイクロ
コンピユータシステムとして構成される。即ち、
制御回路６０はマイクロプロセシングユニツト
（MPU）６２とメモリ６４とを有し、メモリ内に
格納された制御プログラムに従つて焼却制御が行
われる。

パテイキユレート堆積量検知センサは第４図の
ように、電極部１４と、定電圧交流電源１６と、
インピーダンス測定手段１８とよりなる。インピ
ーダンス測定手段は第１１図では交流ブリツジ７
０として構成され、４つのブリツジ点１，２，
３，４を持つ。ブリツジ点１−２，２−３，３−
４間には定インピーダンスZ₁，Z₂，Z₃が夫々接続
され、ブリツジ点４−１間には電極部１４が位置
する。電極部１４のインピーダンスZ_Xは電極１
０と１２との間のパテイキユレートの堆積量に応
じて変化する。インピーダンスZ_Xの変化に応じ
てブリツジ点１−３間の電位差は変化し、その電
流値は負荷部７２によつて取出され、検知部７４
によつてパテイキユレートの所定の堆積量が検知
される。MPU６２は出力ポート７６より、ヒー
タ４２の駆動トランジスタ７６及び切替弁５４の
駆動トランジスタ７８に結線される。

第１２図は制御プログラムの一例をフローチヤ
ートによつて示すものである。このフローチヤー
トを説明すると、ステツプ100でプログラムが起
動され、ステツプ102ではMPU６２は各レジス
タ、メモリ、入出ポートの初期化を行う。ステツ
プ104ではMPU６２はローデイングセンサ出力す
なわち電極部１４からのパテイキユレート堆積量
信号、排気温センサ６２からの排気温信号、およ
びスロツトルセンサ６４からのスロツトル開度信
号を読む。次いで、後述するように排気温および
スロツトル開度から補正係数を求め、これにより
パテイキユレート堆積量の計測値を補正して正確
なパテイキユレート堆積量を求める。

つまり、パテイキユレートのインピーダンス
は、第１３図に示すように温度の上昇とともに小
さくなり、また、排気ガス中の水蒸気濃度が高い
ほど小さい。換言すれば、パテイキユレート堆積
量が同じであつても、低温のときはインピーダン
スが大きく高温のときはインピーダンスが小さい
ため、排気温が高いほどパテイキユレート堆積量
は多目に判断され、逆に排気温が低いほどパテイ
キユレート堆積量は少な目に判断されやすい。ま
た、水蒸気濃度が高くなると、水蒸気のパテイキ
ユレートへの毛管凝縮や科学吸着のためにパテイ
キユレートのインピーダンスが小さくなり（特に
低温側においてこれらの現象は顕著である）、パ
テイキユレート堆積量は多目に判断されやすい。
しかしてパテイキユレート堆積量の計測値を排気
温および水蒸気濃度に応じて補正する必要があ
る。本実施例においては、水蒸気濃度は前述のよ
うにアクセル開度に比例するので、アクセル開度
を用いて水蒸気濃度の補正を行う。第１４図は補
正係数の一例を示し、排気温300℃、アクセル開
度40％のとき補正を行わず、補正係数を100とし、
排気温が高いほど、またアクセル開度が大きいほ
ど補正係数を大きくしている。

ステツプ106は第１４図のマツプを読むことに
より補正係数を求め、ステツプ108においてロー
デイングセンサ出力にこの補正係数をかけ、温度
および水蒸気濃度の補正がされたパテイキユレー
ト堆積量を求める。そしてステツプ110ではMPU
６２は、その補正後のパテイキユレート堆積量が
所定値以上か否か判定する。すなわちフイルタ３
６の再生時期が来たか否かを判定する。パテイキ
ユレート堆積量が少ないときはブリツジ回路７０
からは検知部７４をオンとする信号が生ぜず、ス
テツプ110の判定はNoであり、ステツプ104へ戻
り、以下ステツプ106，108が実行される。この場
合、トランジスタ７６及び７８は共にOFFであ
り、ヒータ４２は作動されず、切替弁５４は消磁
であつて黒のポート位置をとり、大気圧がダイヤ
フラム５０に作用する結果ばね５２によつて遮断
弁４４は実線の閉位置をとる。そのため、排気ガ
スは全量バイパス３２に入りフイルタ３６のとこ
ろでパテイキユレートの捕集が行われる。

パテイキユレートが堆積すると１１０の判定
Yesとなる。そのためステツプ112に進み、MPU
６２は出力ポート７６よりトランジスタ７２のオ
ン信号を出し、切替弁５４が励磁されるためダイ
ヤフラム５０に負圧が作用し、遮断弁４４は開放
する。その結果排気ガスの一部分がバイパス３２
に向わず直接出口パイプ３０に向かう。次のステ
ツプ114では出力ポート７６よりトランジスタ７
６にオン信号が送られヒータ４２に通電される。
そのため、フイルタ３６は、バルブ４４の開によ
つて通過ガス量が減少したことと相まつて高温と
なり、フイルタ３６に捕集されたパテイキユレー
トの着火が行われる。

ステツプ116ではMPU６２はタイマをトラツプ
内でのパテイキユレートの焼却が完了する適当な
時間Ｔにセツトする。ステツプ118ではその時間
Ｔをカウントしカウントアツプまでループが行わ
れる。時間Ｔが経過すると、ステツプ118でYes
となり、ステツプ120で遮断弁１４の閉鎖、ステ
ツプ122でヒータ４２の通電停止、ステツプ124で
はタイマのリセツトが順次行われ、次の焼却処理
持ちとなる。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、排気温あるいは
排気ガス中の水蒸気濃度の大きさに拘らず、常に
正確なパテイキユレート堆積量を得ることがで
き、フイルタの再生時期を高精度に判定できると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を示す構成図、第２図は電極部
の構造を前面より見て示す図、第３図は上面図、
第４図は本考案のセンサの原理的構成図、第５図
は電極部へのパテイキユレートの堆積状態を説明
する模式図、第６図は第５図の等価回路図、第７
図はインピーダンスと付着率との模式的関係線
図、第８図は電極へのパテイキユレート付着率δ
とトラツプ材へのパテイキユレート付着率δ′との
模式的関係線図、第９図は本考案のセンサを有し
たパテイキユレートの捕集及び焼却システムを備
えたデイーゼル機関の全体図、第１０図は第９図
のトラツプ材の部分の全面図、第１１図は第９図
の制御回路のブロツク図、第１２図は第９図の制
御回路のソフトウエア構成を示すフローチヤート
図、第１３図は排気温とパテイキユレートのイン
ピーダンスを水蒸気濃度をパテイキユレートにと
つて示すグラフ、第１４図は補正係数を示す図表
である。１０，１２……電極、１４……電極部、１６…
…交流電流、１８……インピーダンス測定手段、
３６……フイルタ、８０……排気温センサ、８２
……スロツトルセンサ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

排気ガス流中に間隔を置いて位置する一対の電
極と、この電極に接続される定電圧交流電源と、
電極間のインピーダンスを検知するインピーダン
ス測定手段と、排気ガスの温度を検知する排気温
センサと、排気ガス中の水蒸気量を検知する水蒸
気検知手段と、排気ガス温度および水蒸気量に基
いて補正係数を求める手段と、上記インピーダン
スに補正係数を乗じてパテイキユレートフイルタ
の再生が必要か否かを判断する手段とを備えるこ
とを特徴とする排気ガス中のパテイキユレート堆
積量検知センサ。