CN109073525A - 颗粒物传感器 - Google Patents
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Abstract
PM传感器具备:多孔体,该多孔体具有配置于包含颗粒物的废气的通道中的分隔壁;至少一对电极,隔着所述多孔体在规定方向上相互对置;以及堆积部,包含所述分隔壁中的所述通道上游侧的表面,在所述表面上堆积所述颗粒物,且形成有平均孔径比所述分隔壁中的所述堆积部以外的部分的平均孔径小的细孔。
Description
技术领域
本发明涉及能够对从内燃机排出的废气中包含的颗粒物(Particulate Matter)的量进行检测的颗粒物传感器(PM传感器)。
背景技术
在内燃机的废气中包含颗粒物(以下称作PM)。为了除去PM而在废气的通道(以下称作排气通道)中配置PM过滤器。作为该PM过滤器,例如可举出柴油颗粒过滤器(DieselParticulate Filter,以下称作DPF)。
对于PM过滤器,若持续捕集PM则会发生堵塞。由此,在PM过滤器中堆积的PM被强制燃烧、除去。该处理作为PM过滤器的再生处理而被人熟知。
为了对PM过滤器中的PM堆积量进行判定等,使用PM传感器。PM传感器在排气通道中配置于比PM过滤器更靠下游侧的位置,且构成为将在PM过滤器中通过后的废气的一部分引入到内部,并在进行了规定的处理后向排气通道排出。
为了进行规定的处理,PM传感器具备配置于所引入的废气的通道中的多孔过滤器。在该多孔过滤器中通过的废气中包含的PM,逐渐堆积在该多孔过滤器的通道上游侧的表面上。PM传感器还具备隔着多孔过滤器相互对置的至少一对电极。PM传感器基于由至少一对电极构成的电容器的静电电容,导出向多孔过滤器堆积的PM堆积量(例如,参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-241643号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,在以往的PM传感器中,多孔过滤器的细孔的大小和/或分布不一定是一样的。因此,在多孔过滤器的内部的PM的积存情况中存在偏差。多孔过滤器内部的PM不会对电容器的静电电容带来影响,因此若PM的积存情况中存在偏差,则PM传感器的检测精度有可能降低。
本发明的目的在于,提供能够抑制检测精度的降低的PM传感器。
解决问题的方案
本发明针对一种PM传感器,其具备多孔体,该多孔体具有配置于包含颗粒物的废气的通道中的分隔壁;至少一对电极,隔着所述多孔体在规定方向上相互对置;以及堆积部,包含所述分隔壁中的所述通道上游侧的表面,在所述表面上堆积所述颗粒物,且形成有平均孔径比所述分隔壁中的所述堆积部以外的部分的平均孔径小的细孔。
发明效果
根据本发明,能够提供可抑制检测精度的降低的PM传感器。
附图说明
图1是对适用本发明的PM传感器的排气系统进行示例的示意图。
图2是示意性地表示图1所示的PM传感器的结构例的局部剖面图。
图3A是示意性地表示图2所示的传感器部的结构例的立体图。
图3B是图3A的传感器部的分解立体图。
图3C是从高度方向T观察沿着图3B的C-C’线的传感器部的剖面时的剖面图。
图3D是从后端侧观察沿着图3B的D-D’线的传感器部的剖面中的多孔体时的俯视面。
图4是示意性地表示图2的PM传感器的变形例的局部剖面图。
具体实施方式
以下,参照上述附图,对本发明的PM传感器1A进行详细说明。
应予说明,在上述附图中的几个中,描绘了L轴、W轴和T轴。L轴、W轴和T轴表示PM传感器1A的长度方向、宽度方向以及高度方向。各个方向相互正交。另外,在下述中,有时将PM传感器1A的长度方向、宽度方向以及高度方向记载为长度方向L、宽度方向W以及高度方向T。另外,将长度方向L上的正方向侧称作前端侧,将其负方向侧称作后端侧。
<1.PM传感器1A的外围结构>
图1中示出内燃机100、排气系统200和本发明的PM传感器1A。
内燃机100典型地为柴油机。
排气系统200大致上包括:形成排气通道P的排气管202、氧化催化剂204和PM过滤器206。氧化催化剂204在排气通道P中设置于比PM过滤器206更靠上游侧的位置。PM过滤器206典型地为柴油颗粒过滤器。
各个PM传感器1A在排气通道P中设置于比PM过滤器206更靠下游侧的位置。各个PM传感器1A典型地用于PM过滤器206中的PM堆积量的导出等,且构成为将在PM过滤器206中通过后的废气的一部分引入到内部,并在进行了规定的处理后向排气通道排出。
以下,参照图2~图3D,对本发明的PM传感器1A进行详细说明。
<2.PM传感器1A的详细结构>
PM传感器1A具备外壳12、内壳14、安装部16、传感器部18、支撑部件110和控制部112。此处,在图2中,对于外壳12和内壳14,示出沿着与WL平面平行的虚拟面将外壳12和内壳14的一部分剖开后的剖面形状。对于传感器部18和支撑部件110,示出沿着同一虚拟面将传感器部18和支撑部件110剖开后的剖面形状。
外壳12例如具有中心轴与长度方向L平行的、圆筒状的形状。外壳12的长度方向L上的两端未被闭合,而成为具有规定的内径φ1的开口部。
内壳14例如具有中心轴沿着长度方向L的、有底圆筒状的形状。在本发明中,内壳14的长度方向L上的尺寸比外壳12大。另外,内壳14的外径φ2比外壳12的内径φ1小。并且,内壳14的后端部未被闭合,而成为具有规定的内径φ3的开口部。另外,在内壳14的后端部附近,沿着内壳14的外周面的周向形成有多个入口(通孔)Hin1。此外,由于考虑了图的可视性,在图2中仅在一个入口处标上附图标记Hin1。另外,内壳14的前端部为底部,虽然不完全,但大致闭合。更具体地,在该底部的大致中央形成至少一个直径比内径φ3小的出口(通孔)Hout1。
安装部16大致上具有环状的形状。在该安装部16的前端侧,将内壳14和外壳12插入并固定。通过将两壳12、14固定于安装部16,由此,(1)使两壳12、14的中心轴轴对齐,且(2)将内壳14收容于外壳12的内部空间。并且,在本发明中,(3)内壳14的前端部比外壳12的前端部更突出。
在安装部16的外周面形成外螺纹S2。在排气通道P中比PM过滤器206更靠下游侧的位置设置有凸起B2,在凸起B2中开设有贯通排气管202且在内周面形成有内螺纹S4的通孔。外螺纹S2能够与该内螺纹S4螺合。另外,在外螺纹S2的后端侧设置螺母部S6。通过上述那样的安装部16和排气管202的内螺纹S4,将PM传感器1A安装于排气管202。
另外,在安装部16中形成有沿着长度方向L贯通,且供从传感器部18引出的导线210、212(参照图3A、图3B)通过的通孔H2。
如图3A~图3D所示,传感器部18具备成对的至少两个电极22(图示为五个电极22a~22e)、至少一层多孔体24(图示为四个多孔体24a~24d)以及至少一个加热器26(图示为两个加热器26a、26b)。
各个电极22由面状导体构成,例如具有与LW平面大致平行且为大致矩形形状的主表面。各个电极22在规定方向(例如高度方向T)上排列。另外,在规定方向上相邻的两个电极22空开规定距离相互对置,从而构成电容器。
各个多孔体24例如包含由具有电绝缘性的多孔陶瓷片构成的多个分隔壁25(尤其参照图3C)的组合,该各个多孔体24在规定方向上相邻的电极22之间分别夹有一层。此外,在图3C中为了便于理解而仅示出三个分隔壁25。更具体地,多个分隔壁25在相邻的电极22之间,与规定方向(例如,高度方向T)平行地空开间隔来配置,且在长度方向L上延伸。由此,相邻的电极22之间的空间被多个分隔壁25划分,例如形成在长度方向L上延伸且在宽度方向W上相邻的第一长方体空洞C1和第二长方体空洞C2。此外,相同的多孔陶瓷片还介于各个分隔壁25与各个电极22之间。
另外,在某一个第一长方体空洞C1的前端为开口部且其后端被闭合的情况下,在宽度方向W上邻接的第二长方体空洞C2的前端被闭合且其后端被设为开口部。这样的关系同样地适用于长方体空洞C1、C2的所有的组合中。
此外,在图3A、图3B中,相邻的电极22之间的空间未在高度方向T上被各个多孔体24划分,而在宽度方向W上被各个多孔体24划分为共计五个长方体空洞C1、C2。另外,在图3A、图3B中,对各个长方体空洞C1、C2中被闭合的部位附上了剖面线。
另外,在本发明中,四个多孔体24a~24d在高度方向T上排列。在该情况下,在高度方向T上隔着电极22相邻的长方体空洞C1、C2的组合也具有与上述同样的关系。即,在第一长方体空洞C1的前端为开口部且其后端被闭合的情况下,在高度方向T上邻接的第二长方体空洞C2的前端被闭合且其后端被设为开口部。
另外,在本PM传感器1A中,如图3C、图3D所示,在各个分隔壁25中成为与各个第二长方体空洞C2的边界的部分(即,包含各个分隔壁25的表面的部分),分别设置一层作为堆积部H4的一例的膜片层。在本说明中,堆积部H4与膜片层等同,因此在以下对膜片层也标以附图标记H4。
各个膜片层H4由金属氧化物或金属复合氧化物构成,更具体地,由氧化铝或二氧化硅构成。另外,各个膜片层H4具有耐热性和电绝缘性。在这样的各个膜片层H4中形成有多个细孔。膜片层H4的平均孔径比各个分隔壁25(多孔体24)中的膜片层H4以外的部分(以下称作非堆积部)的多孔体24的平均孔径小。另外,优选在膜片层H4的内部均匀且规则地分布有大致相同直径的细孔。另外,优选地,非堆积部的气孔率比膜片层H4的气孔率小。
此外,将多孔体24的细孔的平均孔径例如设计为比PM过滤器206的平均孔径大的值。在该情况下,作为膜片层H4,优选使用形成有平均孔径比多孔体24的平均孔径小的细孔的膜片层。作为具体的例子可举出如下:若PM过滤器206主要具有数μm以上数十μm以下的直径的气孔,则多孔体24的平均孔径被设计为超过数十μm,膜片层H4的平均孔径被设计为数十μm以下。
另外,在本PM传感器1A中,在多孔体24上层叠有膜片层H4。采用这样的结构的理由是为了确保传感器部18的强度。
如图3B所示,至少一个加热器26(图示为加热器26a、26b)由线状导体构成,在埋设于绝缘陶瓷片28(图示为陶瓷片28a、28b)内的状态下,例如插入到电极22与多孔体24之间。从使存在于多孔体24的表面上或内部的PM燃烧的观点来看,优选各个加热器26由尽可能窄幅的线状导体构成,并在陶瓷片28内蜿蜒。此外,也能够使至少一个电极22具有加热器26的功能。
再次参照图2。在上述结构的传感器部18中,至少除了长度方向T上的两端面以外的侧面被支撑部件110包围。此处,支撑部件110由具有耐热性的纤维状的垫子构成。由支撑部件110包围的传感器部18被收容于内壳14的内部空间。
另外,从各个电极22分别引出一根导线210(参照图3A),另外,从各个加热器26的两端分别引出一根导线212(参照图3B)。这些导线210、212与控制部112连接。
控制部112是ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)等,且作为功能块包括传感器再生控制部32和PM量导出部34。例如由执行程序的微型计算机来实现各个功能块32、34。
传感器再生控制部32在预先决定的时刻(更具体地,根据各个电容器(即,成对的两个电极22)的静电电容),使各个加热器26通电,从而使在各个多孔体24中堆积的PM燃烧(即,传感器再生处理)。
PM量导出部34基于规定期间(例如,从传感器再生处理结束时到下一次传感器再生开始时为止)内的静电电容的变化量,对来自内燃机100的废气中的总PM量进行推定。
关于上述传感器再生处理及上述总PM量的推定,由于在日本特开2016-008863号公报等中进行了详细说明,此处省略各自的详细说明。
<3.PM传感器1A的动作>
在图1中,从内燃机100排出的废气由氧化催化剂204及PM过滤器206处理后,流向排气通道P的下游侧。在PM过滤器206中通过后的废气的一部分引入到PM传感器1A的内部。更具体地,如图2所示,废气通过两壳12、14之间,从入口Hin1流入内壳14的内部。之后,如图3C、图3D所示,废气从多孔体24的后端侧开口部流入至第二长方体空洞C2。此处,在第二长方体空洞C2中,排气通道的下游侧端部被闭合,因此废气通过分隔壁25,而流入至第一长方体空洞C1的内部。在第一长方体空洞C1中,排气通道的上游侧端部被闭合,因此废气从其前端侧的开口部流出。
如上所述,PM量导出部34基于从电容器(成对的电极22)通过导线210而得到的静电电容的变化量(更具体地,规定期间内的变化量),对来自内燃机100的废气中的总PM量进行推定。另外,传感器再生控制部32在预先决定的时刻通过导线212使各个加热器26通电,从而使在各个多孔体24中堆积的PM燃烧。
<4.PM传感器1A的主要作用·效果>
在本PM传感器1A的多孔体24中,分隔壁25以遮挡排气通道的方式配置,由此,形成第一长方体空洞C1和第二长方体空洞C2。在分隔壁25中的第二长方体空洞C2侧的表面(即,分隔壁25中的排气通道的上游侧的表面)上,形成上述那样的膜片层H4。因此,若废气从第二长方体空洞C2的后端侧开口部流入,则废气本身通过膜片层H4及分隔壁25而流入至第一长方体空洞C1,而废气中包含的PM的大部分堆积在膜片层H4的表面上。
根据上述说明,即使在PM传感器1A中使用细孔的大小和分布不均匀的多孔体24,由于在PM传感器1A中具备膜片层H4,因此PM几乎不会积存于多孔体24的内部。由此,在本PM传感器1A中,不需考虑多孔体24中的PM的积存情况的偏差,本PM传感器1A能够不受到多孔体24中的PM的影响而对电容器的静电电容进行检测。
<5.PM传感器1A的其他的作用·效果>
另外,在以往的PM传感器中利用了多孔过滤器,因此在向多孔过滤器堆积的PM堆积量为没有或较少的状态(即,初始状态)下,存在PM传感器的检测结果的精度受到影响的问题。以下,关于该问题更具体地进行说明。
在这种PM传感器中,在预先决定的时刻使所堆积的PM燃烧(传感器再生处理)。由此,每次进行传感器再生处理时,PM传感器成为初始状态。因此,即使是相同的多孔过滤器,在各初始状态下,PM向多孔过滤器内的积存情况不同。
另外,在PM传感器具备多个多孔过滤器的情况下,通过传感器再生处理,使多个多孔过滤器的PM一并地(即同时地)燃烧。因此,在某一初始状态下,PM向多个多孔过滤器内的积存情况不同。
如上所述,在以往的PM过滤器中,初始状态下的PM的积存情况各不相同,因此会对PM传感器的检测结果的精度造成影响。
然而,根据PM传感器1A,PM因膜片层H4而实质上不会在多孔体24的内部滞留,因此在PM传感器1A处于初始状态的情况下,不易对PM量导出部34(参照图2)的检测结果的精度造成影响。
另外,根据PM传感器1A,膜片层H4的平均孔径比分隔壁25的平均孔径小,而膜片层H4的气孔率比分隔壁25的气孔率大。由此,即使将膜片层H4层叠于分隔壁25,也能防止出现在该部分中压力损失过度变大的情况。
<6.第一变形例>
上述PM传感器1A具备外壳12和内壳14。但是,不限于此,PM传感器1A也可以如图4所示那样具备单一的壳42,来代替外壳12及内壳14。此外,除此之外,在图4的PM传感器1A与图2的PM传感器1A之间没有不同点。因此,对图4中与图2所示的结构相当的结构,标以相同的附图标记,并省略各自的说明。
壳42例如具有中心轴沿着长度方向L的、有底圆筒状的形状。壳42的后端部未被闭合而成为开口部。另外,壳42的前端部成为底部,而且被闭合。
另外,在壳42的前端部附近,沿着壳42的外周面的周向形成有多个入口(通孔)Hin2。另外,壳42的后端部附近,沿着壳42的外周面的周向形成有开口面积比入口Hin2大的多个出口(通孔)Hout2。此外,由于考虑了图的可视性,在图2中仅在一个入口及出口处标上附图标记Hin2、Hout2。
由支撑部件110包围的传感器部18被收容于上述壳42的内部空间中。此外,关于上述壳42的细节,由于在日本特开2016-008863号公报中进行了记载,此处省略其详细说明。
此外,关于PM传感器1A的壳,可以采用其他各种形状。
<7.附记>
另外,在上述中,对空洞C1、C2的形状为长方体的情况进行了说明。但是,不限于此,空洞C1、C2也可以具有长方体以外的形状。
另外,在上述中,作为堆积部的一例的膜片层H4层叠在多孔体24的非堆积部的表面上。但是,也可以通过层叠以外的方法(例如,使用挥发性物质或发泡材料来煅烧的方法),在分隔壁25上形成堆积部和非堆积部。堆积部是分隔壁25中包含排气通道上游侧的表面的部分,非堆积部是以堆积部为基准位于通道下游侧的部分。
另外,在上述中,对内燃机100是柴油机的情况进行了说明。但是,不限于此,内燃机100也可以是汽油发动机。
<8.关联出願的相互参照>
本申请基于在2016年4月14日提交的日本专利申请(特愿2016-081541号),其内容在此作为参照而引入。
工业实用性
本发明的PM传感器能够抑制检测精度的降低,在具备内燃机的车辆用途中是有用的。
附图标记说明
1A PM 传感器
22 电极
24 多孔体
H4 膜片层(堆积部)
Claims (3)
1.一种颗粒物传感器,具备:
多孔体,该多孔体具有配置于包含颗粒物的废气的通道中的分隔壁;
至少一对电极,隔着所述多孔体在规定方向上相互对置;以及
堆积部,包含所述分隔壁中的所述通道上游侧的表面,在所述表面上堆积所述颗粒物,且形成有平均孔径比所述分隔壁中的所述堆积部以外的部分的平均孔径小的细孔。
2.如权利要求1所述的颗粒物传感器,其中,
所述堆积部的气孔率比所述分隔壁中的所述堆积部以外的部分的气孔率大。
3.如权利要求1所述的颗粒物传感器,其中,
所述表面与所述规定方向平行,
所述分隔壁将所述一对电极之间的空间划分为在与所述规定方向正交的方向上排列的第一空洞和第二空洞,
所述第一空洞的下游侧端部为开口部,所述第一空洞的上游侧端部被闭合,
所述第二空洞的下游侧端部被闭合,所述第二空洞的上游侧端部为开口部。
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