JP5094702B2 - Particulate matter detector - Google Patents
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Description
本発明は、粒子状物質検出装置に関する。特に、内燃機関から排出された排気の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置に関する。 The present invention relates to a particulate matter detection device. In particular, the present invention relates to a particulate matter detection device that detects the concentration of particulate matter in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
従来、内燃機関の排気管には、排気の粒子状物質の濃度を検出するために粒子状物質検出装置が設けられている。この粒子状物質検出装置として、例えば特許文献1には、排気管内に電極部を設け、この電極部に排気に含まれる粒子状物質を付着させた後、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性を測定することにより排気管内の排気の粒子状物質の濃度を検出するものが示されている。
しかしながら、粒子状物質は温度が変化するとその電気物性も変化するという特性がある。このため、上述のように、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性の測定に基づいて粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置では、内燃機関の運転状態や排気の温度の変動に応じて検出値も変動してしまうおそれがある。 However, the particulate matter has a characteristic that its electrical properties change as the temperature changes. Therefore, as described above, in the particulate matter detection device that detects the concentration of the particulate matter based on the measurement of the electrical characteristics of the electrode part to which the particulate matter adheres, the operating state of the internal combustion engine and the temperature of the exhaust gas are detected. There is a possibility that the detected value also fluctuates according to the fluctuation.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の電気的特性の測定に基づいて排気の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、内燃機関の運転状態や排気の温度によらず安定して濃度を検出できる粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a particulate matter detection device that detects the concentration of particulate matter in exhaust gas based on measurement of electrical characteristics of the particulate matter, and is an operation of an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a particulate matter detection device capable of stably detecting the concentration regardless of the state and the temperature of the exhaust.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気通路(EP)に設けられた電極部(2)を有し、排気に含まれる粒子状物質が付着した電極部の電気的特性に基づいて、排気の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置(1)であって、前記電極部に付着した粒子状物質の温度に相関のあるパラメータを検出するパラメータ検出手段(6,8)と、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性を測定し、測定した電気的特性(ΔC)と、前記パラメータ検出手段により検出されたパラメータ(TA)とに基づいて、排気の粒子状物質の濃度(D)を検出する濃度検出手段(6)と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 has an electrode part (2) provided in an exhaust passage (EP) of an internal combustion engine, and the electric part of the electrode part to which particulate matter contained in the exhaust is adhered. Detection device (1) for detecting the concentration of particulate matter in the exhaust gas based on the physical characteristics, the parameter detecting means for detecting a parameter correlated with the temperature of the particulate matter attached to the electrode section (6, 8), the electrical characteristics of the electrode part to which the particulate matter has adhered are measured, and based on the measured electrical characteristics (ΔC) and the parameter (T A ) detected by the parameter detection means And a concentration detection means (6) for detecting the concentration (D) of the particulate matter in the exhaust gas.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の粒子状物質検出装置において、前記粒子状物質が付着した電極部の電気的特性と、前記粒子状物質の温度に相関のあるパラメータと、前記排気通路を流通する排気の粒子状物質の濃度と、の関係を示すデータが格納された記憶手段(6)を備え、前記濃度検出手段は、前記記憶手段に格納されたデータを用いて、前記測定された電気的特性(ΔC)及び前記パラメータ検出手段により検出されたパラメータ(TA)に応じた排気の粒子状物質の濃度(D)を検出することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the particulate matter detection device according to claim 1, wherein the electrical characteristics of the electrode part to which the particulate matter is attached and a parameter correlated with the temperature of the particulate matter; Storage means (6) storing data indicating the relationship between the concentration of particulate matter in the exhaust gas flowing through the exhaust passage is provided, and the concentration detection means uses the data stored in the storage means, The exhaust gas particulate matter concentration (D) is detected in accordance with the measured electrical characteristic (ΔC) and the parameter (T A ) detected by the parameter detecting means.
請求項1に記載の発明によれば、粒子状物質が付着した電極部の電気的特性を測定し、この測定した電気的特性と、電極部に付着した粒子状物質の温度に相関のあるパラメータとに基づいて、排気の粒子状物質の濃度を検出する。これにより、内燃機関の運転状態や排気の温度が変動し、電極部に付着した粒子状物質の電気物性が変動する場合であっても、この粒子状物質の電気物性の温度による影響を考慮しながら安定して粒子状物質の濃度を検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, the electrical characteristics of the electrode part to which the particulate matter is adhered are measured, and the parameter having a correlation between the measured electrical characteristics and the temperature of the particulate matter adhered to the electrode part. Based on the above, the concentration of particulate matter in the exhaust is detected. As a result, even when the operating state of the internal combustion engine and the temperature of the exhaust gas fluctuate and the electric physical properties of the particulate matter adhering to the electrode part fluctuate, the influence of the temperature of the electric physical properties of the particulate matter is taken into consideration However, the concentration of the particulate matter can be detected stably.
請求項2に記載の発明によれば、電極部の電気的特性と、粒子状物質の温度に相関のあるパラメータと、排気の粒子状物質の濃度と、の関係を示すデータを記憶手段に格納しておき、このデータを用いて、測定された電気的特性及び検出されたパラメータに応じた排気の粒子状物質の濃度を検出する。これにより、さらに安定して粒子状物質の濃度を検出することができる。 According to the second aspect of the present invention, the data indicating the relationship between the electrical characteristics of the electrode portion, the parameter correlated with the temperature of the particulate matter, and the concentration of the particulate matter in the exhaust gas is stored in the storage means. In addition, this data is used to detect the concentration of the particulate matter in the exhaust gas according to the measured electrical characteristics and the detected parameters. Thereby, the concentration of the particulate matter can be detected more stably.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る粒子状物質検出装置(以下、「PMセンサ」という)1の構成を示す模式図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a particulate matter detection device (hereinafter referred to as “PM sensor”) 1 according to the present embodiment.
PMセンサ1は、エンジンの排気管EP内に設けられたセンサ電極部2と、このセンサ電極部2に接続された集塵用DC電源3、及びインピーダンス測定器4、センサ電極部2の温度を制御する温度制御装置5と、これらを制御する電子制御ユニット(以下「ECU」という)6と、を含んで構成される。以下、詳述するように、PMセンサ1は、排気管EP内を流通する排気に含まれる粒子状物質(以下、「PM(Particulate Matter)」という)が付着したセンサ電極部2の電気的特性を測定し、測定した電気的特性に基づいて、排気管EP内を流通する排気の粒子状物質の濃度(以下、「PM濃度」という)を検出する。 The PM sensor 1 includes the sensor electrode unit 2 provided in the exhaust pipe EP of the engine, the DC power supply 3 for dust collection connected to the sensor electrode unit 2, the impedance measuring device 4, and the temperature of the sensor electrode unit 2. A temperature control device 5 for controlling and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 6 for controlling them are configured. As will be described in detail below, the PM sensor 1 has an electrical characteristic of the sensor electrode unit 2 to which particulate matter (hereinafter referred to as “PM (Particulate Matter)”) contained in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe EP is attached. And the concentration of particulate matter in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe EP (hereinafter referred to as “PM concentration”) is detected based on the measured electrical characteristics.
図2は、センサ電極部2の構成を示す図である。より具体的には、図2(A)は、センサ電極部2の電極板25の構成を示す斜視図であり、図2(B)は、2枚の電極板25,25を含んで構成されたセンサ電極部2の構成を示す斜視図である。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the sensor electrode unit 2. More specifically, FIG. 2 (A) is a perspective view showing a configuration of the
図2(A)に示すように、電極板25は、略矩形状のアルミナ基板251と、このアルミナ基板251の表面に形成されたタングステン導体層252と、を備える。このタングステン導体層252は、アルミナ基板251の略中央部において、略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板251の一端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。また、アルミナ基板251の一端側には、このタングステン導体層252の導線部に積層して設けられたタングステン印刷部253が形成されている。
ここで、アルミナ基板251の厚みは、約1mmであり、タングステン導体層252の導体部の一辺の長さは、約10mmである。
As shown in FIG. 2A, the
Here, the thickness of the
図2(B)に示すように、センサ電極部2は、一対の電極板25,25を、板状のスペーサ26,26を介装して組み合わせることにより構成される。これらスペーサ26,26は、各電極板25の両端側に設けられており、これにより、各電極板25のタングステン導体層252の導体部には、PMが集塵されるキャビティ27が形成される。
As shown in FIG. 2B, the sensor electrode unit 2 is configured by combining a pair of
図1に戻って、集塵用DC電源3及びインピーダンス測定器4は、切換スイッチSWを介してセンサ電極部2の電極板25,25に接続されている。
Returning to FIG. 1, the dust collecting DC power source 3 and the impedance measuring device 4 are connected to the
集塵用DC電源3は、ECU6から送信された制御信号に基づいて動作し、センサ電極部2の電極板25,25間に所定の電圧を所定の時間に亘って印加する。これにより、排気管EP内を流通する排気に含まれるPMを、電極板25,25に付着させる。
The dust collection DC power source 3 operates based on a control signal transmitted from the ECU 6, and applies a predetermined voltage between the
インピーダンス測定器4は、ECU6から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧及び測定周期の交流信号のもとでセンサ電極部24の電極板25,25間の静電容量を検出し、検出した静電容量値に略比例した検出信号をECU6に出力する。
The impedance measuring device 4 operates based on the control signal transmitted from the ECU 6 and detects the capacitance between the
切換スイッチSWは、ECU6から送信された制御信号に基づいて動作し、電極板25に対する接続を、集塵用DC電源3とインピーダンス測定器4との間で選択的に切り換える。後に詳述するように、センサ電極部2のキャビティ27内にPMを集塵する場合には集塵用DC電源3と電極板25とを接続し、センサ電極部2の静電容量を測定する場合にはインピーダンス測定器4と電極板25とを接続する。
The change-over switch SW operates based on a control signal transmitted from the ECU 6 and selectively switches the connection to the
温度制御装置5は、各電極板25,25に接して設けられたヒータ51,51と、これらヒータ51,51に電力を供給するヒータ用DC電源52と、を含んで構成される。
ヒータ用DC電源52は、ECU6から送信された制御信号に基づいて動作し、ヒータ51,51に所定の電流を通電する。ヒータ51,51は、ヒータ用DC電源52から電流が供給されると発熱し、電極板25,25を加熱する。また、電極板25,25を加熱し電極板25,25に付着したPMを燃焼除去することにより、センサ電極部2を再生することができる。
The temperature control device 5 includes
The heater
この他、ECU6には、電極温度センサ8が接続されている。電極温度センサ8は、センサ電極部2に付着したPMの温度に相関のあるパラメータとして電極板25の温度を検出し、検出信号をECU6に出力する。
ここで、電極板25の温度と、この電極板25に付着したPMの温度との関係について説明する。電極板25の熱容量は、この電極板25に付着するPMの熱容量よりも十分に大きい。このため、電極板25の温度と異なる温度のPMが、この電極板25に付着しても、PMの温度は電極板25の温度とほぼ等しくなる。したがって以下では、電極板25の温度と、この電極板25に付着したPMの温度はほぼ等しいものとする。
In addition, an
Here, the relationship between the temperature of the
ECU6は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU6は、CPUで実行される各種演算プログラム及び後述の図4〜図6に示す制御マップなどが格納された記憶回路と、集塵用DC電源3、インピーダンス測定器4、ヒータ用DC電源52、及び切換スイッチSWなどに制御信号を出力する出力回路とを備える。
The ECU 6 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter referred to as “a processing unit”). CPU ”). In addition, the ECU 6 includes a storage circuit in which various arithmetic programs executed by the CPU and a control map shown in FIGS. 4 to 6 to be described later are stored, a dust collection DC power source 3, an impedance measuring device 4, a heater DC. And an output circuit for outputting a control signal to the
図3は、PMセンサ1により排気のPM濃度を検出する手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジンの始動後、ECU6により実行される。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for detecting the PM concentration of the exhaust gas by the PM sensor 1. This flowchart is executed by the ECU 6 after the engine is started.
ステップS1では、PMセンサの暖機、再生、及び校正を実行する。
ステップS2では、電極温度センサによりセンサ電極部の温度を検出し、検出した温度を初期電極温度TIとして記録する。また、このステップでは、センサ電極部の静電容量を測定し、測定した静電容量を初期静電容量CIとして記録する。
ステップS3では、上述のステップS1においてセンサ電極部を再生したことに応じて、センサ電極部に集塵されているPMの総量を示す総PM集塵量Yに「0」をセットする。
In step S1, the PM sensor is warmed up, regenerated, and calibrated.
In step S2, detects the temperature of the sensor electrode unit by the electrode temperature sensor records the detected temperature as the initial electrode temperature T I. Further, in this step, measuring the capacitance of the sensor electrode unit, and records the measured capacitance as an initial capacitance C I.
In step S3, “0” is set to the total PM dust collection amount Y indicating the total amount of PM collected in the sensor electrode unit in response to the regeneration of the sensor electrode unit in step S1 described above.
ステップS4では、センサ電極部が正常な状態であるか否かを判別する。具体的には、このステップでは、先ず、PMが付着していない状態における正常なセンサ電極部の静電容量C0とその温度Tとを関係付ける図4に示すような制御マップC0(T)に基づいて、センサ電極部の初期電極温度TIに応じたセンサ電極部の静電容量C0(TI)を算出する。さらにこの算出した静電容量C0(TI)と、測定した初期静電容量CIとがほぼ等しいか否かを判別することにより、センサ電極部が正常な状態であるか否かを判別する。この判別がYESの場合には、センサ電極部は正常な状態であると判定し、ステップS6に移る。この判別がNOの場合には、センサ電極部は正常な状態ではないと判定し、ステップS15に移る。なお、この図4に示す制御マップは、予め行った実験に基づいて作成され、ECUの記憶回路に格納される。 In step S4, it is determined whether or not the sensor electrode portion is in a normal state. Specifically, in this step, first, a control map C 0 (T) as shown in FIG. 4 that relates the capacitance C 0 of the normal sensor electrode portion and the temperature T in a state where PM is not attached. ) To calculate the capacitance C 0 (T I ) of the sensor electrode unit according to the initial electrode temperature T I of the sensor electrode unit. Further, it is determined whether or not the sensor electrode unit is in a normal state by determining whether or not the calculated capacitance C 0 (T I ) is substantially equal to the measured initial capacitance C I. To do. If this determination is YES, the sensor electrode unit is determined to be in a normal state, and the process proceeds to step S6. If this determination is NO, it is determined that the sensor electrode portion is not in a normal state, and the process proceeds to step S15. The control map shown in FIG. 4 is created based on experiments performed in advance and stored in the storage circuit of the ECU.
ステップS15では、センサ電極部が正常な状態ではないと判定されたことに応じて、センサ電極部を再生し、さらにセンサ電極部が故障したか否かを確認する所定の故障確認処理を実行し、ステップS16に移る。
ステップS16では、センサ電極部の故障が確認されたか否かを判別する。センサ電極部の故障が確認された場合には、この処理を終了し、センサ電極部の故障が確認されなかった場合には、ステップS1に移る。
In step S15, when it is determined that the sensor electrode unit is not in a normal state, the sensor electrode unit is regenerated, and a predetermined failure confirmation process is performed to check whether the sensor electrode unit has failed. The process proceeds to step S16.
In step S16, it is determined whether or not a failure of the sensor electrode unit has been confirmed. If a failure of the sensor electrode unit is confirmed, this process is terminated. If a failure of the sensor electrode unit is not confirmed, the process proceeds to step S1.
ステップS6では、センサ電極部に所定の集塵時間tに亘って、所定の集塵電圧Vを印加することにより、センサ電極部にPMを集塵する。これにより、排気のPM濃度に応じた量のPMがセンサ電極部に付着する。 In step S6, PM is collected on the sensor electrode portion by applying a predetermined dust collection voltage V to the sensor electrode portion over a predetermined dust collection time t. Thereby, an amount of PM corresponding to the PM concentration of the exhaust adheres to the sensor electrode portion.
ステップS7では、電極温度センサによりセンサ電極部の温度を検出し、検出した温度を集塵後電極温度TAとして記録する。 In step S7, it detects the temperature of the sensor electrode unit by the electrode temperature sensor records the detected temperature as a dust collecting electrodes after the temperature T A.
ステップS8では、センサ電極部の電気的特性としての静電容量変化量ΔCを測定する。ここでは、先ず、PMを集塵した後におけるセンサ電極部の静電容量を測定し、これを集塵後静電容量CAとして記録する。次に、集塵前のセンサ電極部の静電容量、すなわち、上述の図4に示す制御マップを用いてC0(TA)を算出し、集塵後静電容量CAから集塵前の静電容量C0(TA)を減算したものを算出し、これを静電容量変化量ΔC(=CA−C0(TA))として記録する。 In step S8, a capacitance change amount ΔC as an electrical characteristic of the sensor electrode unit is measured. Here, first, by measuring the capacitance of the sensor electrode unit after particulate collection of PM, and recorded as a post-PM collection capacitance C A. Next, the capacitance of the sensor electrode part before dust collection, that is, C 0 (T A ) is calculated using the control map shown in FIG. 4 described above, and before dust collection from the capacitance C A after dust collection. Is obtained by subtracting the capacitance C 0 (T A ) and recorded as capacitance change amount ΔC (= C A −C 0 (T A )).
ステップS9では、センサ電極部に集塵されたPMの量を示すPM集塵量Xを算出する。より具体的には、静電容量変化量ΔCと集塵後電極温度TAとPM集塵量Xとを関係付ける図5に示すような制御マップに基づいて、測定した静電容量変化量ΔCと集塵後電極温度TAとに応じたPM集塵量Xを算出する。 In step S9, a PM dust collection amount X indicating the amount of PM collected in the sensor electrode unit is calculated. More specifically, based on a control map shown in Figure 5 relating the variation amount of capacitance ΔC and the dust collecting electrodes after the temperature T A and the PM particulate collection amount X, the measured capacitance change amount ΔC calculating the PM particulate collection amount X corresponding to preparative collector and dust after the electrode temperature T a.
図5は、静電容量変化量ΔCとPM集塵量Xとの関係を示す図であり、上述の制御マップの一例を示す図である。この図5には、集塵後電極温度TAがTA1,TA2,TA3のときにおける静電容量変化量ΔCとPM集塵量Xとの相関関係のみを示す。
図5に示すように、PM集塵量Xが大きくなると、センサ電極部の静電容量変化量ΔCも大きくなる。また、このような静電容量変化量ΔCとPM集塵量Xとの相関関係は、集塵後電極温度TAに応じて変化する。なお、この図5に示す制御マップは、例えば、後述の静電容量の温度特性把握実験に基づいて作成され、ECUの記憶回路に格納される。
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between the capacitance change amount ΔC and the PM dust collection amount X, and is a diagram illustrating an example of the above-described control map. FIG. 5 shows only the correlation between the capacitance change amount ΔC and the PM dust collection amount X when the post-dust collection electrode temperature T A is T A1 , T A2 , T A3 .
As shown in FIG. 5, when the PM dust collection amount X increases, the capacitance change amount ΔC of the sensor electrode portion also increases. Further, correlation between such an electrostatic capacitance variation ΔC and PM particulate collection amount X varies depending on the dust-collecting electrodes after the temperature T A. The control map shown in FIG. 5 is created based on, for example, an experiment for grasping the temperature characteristics of the capacitance described later, and is stored in the storage circuit of the ECU.
図3に戻って、ステップS10では、排気のPM濃度Dを検出する。このステップでは、具体的には、PM集塵量Xと排気のPM濃度Dとを関係付ける図6に示すような制御マップに基づいて、算出したPM集塵量Xに応じた排気のPM濃度Dを算出する。 Returning to FIG. 3, in step S10, the PM concentration D of the exhaust gas is detected. In this step, specifically, the PM concentration of the exhaust gas according to the calculated PM dust collection amount X based on the control map as shown in FIG. 6 that relates the PM dust collection amount X and the PM concentration D of the exhaust gas. D is calculated.
図6は、排気のPM濃度とセンサ電極部のPM集塵量との関係を示す図である。
図6に示すように、PM集塵量Xが大きくなるに従い、排気のPM濃度Dも大きくなる。なお、この図6に示す制御マップは、予め行った実験に基づいて作成され、ECUの記憶回路に格納される。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the exhaust gas PM concentration and the PM dust collection amount of the sensor electrode section.
As shown in FIG. 6, the PM concentration D of the exhaust increases as the PM dust collection amount X increases. The control map shown in FIG. 6 is created based on experiments performed in advance and stored in the storage circuit of the ECU.
図3に戻って、ステップS11では、総PM集塵量Yを更新する。具体的には、算出したPM集塵量Xを加算することにより総PM集塵量Yを更新する。 Returning to FIG. 3, in step S11, the total PM dust collection amount Y is updated. Specifically, the total PM dust collection amount Y is updated by adding the calculated PM dust collection amount X.
ステップS12では、総PM集塵量Yが所定の最大集塵量YMAX以上であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS13に移り、NOの場合にはステップS14に移る。
ステップS13では、センサ電極部を再生するとともに総PM集塵量Yに「0」をセットし、ステップS14に移る。
ステップS14では、PM濃度の検出を終了するか否かを判別する。この判別がYESの場合にはこの処理を終了し、NOの場合にはステップS6に移る。
In step S12, the total PM particulate collection amount Y is determined whether a predetermined maximum precipitator amount Y MAX or more. If this determination is YES, the process proceeds to step S13, and if NO, the process proceeds to step S14.
In step S13, the sensor electrode unit is regenerated and “0” is set to the total PM dust collection amount Y, and the process proceeds to step S14.
In step S14, it is determined whether or not the PM concentration detection is to be terminated. If this determination is YES, this process ends. If NO, the process moves to step S6.
[静電容量の温度特性把握実験]
次に、センサ電極部の静電容量の温度特性を把握するための静電容量の温度特性把握実験について説明する。
図7は、実験装置110の構成を示す図である。
実験装置110は、エンジン111と、このエンジン111の下流に設けられた正常DPF112及び破損DPF113と、エンジン111から排出された排気を正常DPF112及び破損DPF113とで切り換える切換弁114と、正常DPF112及び破損DPF113の下流側に設けられた試験用PMセンサ115と、を含んで構成される。
[Capacitance temperature characteristics experiment]
Next, a capacitance temperature characteristic grasping experiment for grasping the temperature characteristic of the capacitance of the sensor electrode unit will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the
The
正常DPF112は、エンジン111から排出された排気に含まれるPMを捕集するフィルタである。したがって、正常DPF112の下流側の排気のPM濃度は、ほぼ0である。破損DPF113は、正常DPF112を故意に破損したものである。したがって、破損DPF113の下流側には、所定のPM濃度の排気が流通する。
試験用PMセンサ115としては、上述の実施形態と同様の構成のセンサ電極部2を備えるものを準備した。
The
As the
この温度特性把握実験では、以上のように構成された実験装置110を用いて、センサ電極部の静電容量と、センサ電極部の温度との間の関係について、複数の条件の下で測定した。
図8は、本実験の結果を示す図である。図8において、横軸はセンサ電極部の温度を示し、縦軸はセンサ電極部の静電容量を示す。
In this temperature characteristic grasping experiment, the relationship between the capacitance of the sensor electrode part and the temperature of the sensor electrode part was measured under a plurality of conditions using the
FIG. 8 shows the results of this experiment. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the temperature of the sensor electrode unit, and the vertical axis indicates the capacitance of the sensor electrode unit.
具体的には、先ず、切換弁114を正常DPF112側にセットし、エンジン111から排出された排気を正常DPF112に流入させながら、センサ電極部の静電容量を測定した。ここで、エンジン111の運転条件を連続的に変更することにより、センサ電極部の温度を変更しながらセンサ電極部の静電容量を測定した。これにより、PMが付着していない状態におけるセンサ電極部の静電容量の温度特性が測定される。この測定結果を、図8に実線8aで示す。
Specifically, first, the switching
次に、切換弁114を破損DPF113側にセットし、エンジン111から排出された排気を破損DPF113に流入させながらセンサ電極部に所定の集塵時間に亘り所定の集塵電圧を印加し、このセンサ電極部に排気のPMを集塵した。ここで、センサ電極部に排気のPMを集塵した後は、エンジン111の運転条件を連続的に変更することにより、センサ電極部の温度を変更しながらセンサ電極部の静電容量を測定した。
また、本実験では、破損DPF113の破損の度合いを変えることにより、複数の種類のPM濃度の下でセンサ電極部にPMを集塵し、異なるPM集塵量のセンサ電極部の静電容量の温度特性を測定した。これら測定結果を、図8にPM集塵量が少ないものから順に3つの破線8b,8c,8dで示す。
Next, the switching
Further, in this experiment, by changing the degree of damage of the damaged
図8に示すように、一定のセンサ電極部の温度の下では、センサ電極部のPM集塵量が多くなるに従い、センサ電極部の静電容量は大きくなる。また、センサ電極部の温度が高くなるに従い、センサ電極部の静電容量は大きくなる。また、PM集塵量が異なると、このセンサ電極部の静電容量の温度特性も変化する。 As shown in FIG. 8, under a certain temperature of the sensor electrode unit, the capacitance of the sensor electrode unit increases as the PM dust collection amount of the sensor electrode unit increases. Further, as the temperature of the sensor electrode portion increases, the capacitance of the sensor electrode portion increases. Further, when the amount of PM dust collection is different, the temperature characteristics of the capacitance of the sensor electrode portion also change.
ここで、以上のような測定結果と、上述の図4及び図5に示す制御マップとの関係について説明する。 Here, the relationship between the measurement results as described above and the control maps shown in FIGS. 4 and 5 will be described.
上述のように、図4は、PMが付着していない状態におけるセンサ電極部の静電容量C0とその温度Tとを関係付ける制御マップである。したがって、この図4に示す制御マップは、図8の実線8aで示す測定結果に基づいて作成される。 As described above, FIG. 4 is a control map that relates the capacitance C 0 of the sensor electrode unit and its temperature T when no PM is attached. Therefore, the control map shown in FIG. 4 is created based on the measurement result shown by the solid line 8a in FIG.
また、図5は、静電容量変化量ΔCと集塵後電極温度TAとPM集塵量Xとの関係を示す制御マップである。したがって、集塵後電極温度TAは、図8における横軸のセンサ電極部の温度に相当する。また、静電容量変化量ΔCは、図8における縦軸の静電容量から、実線8aに示すPMが付着していない状態におけるセンサ電極部の静電容量を減算したものに相当する。これにより、図8に示す測定結果から、図5に示す制御マップを作成することができる。 Further, FIG. 5 is a control map showing the relationship between electrode temperature T A and the PM particulate collection amount X after the variation amount of capacitance ΔC and dust collection. Therefore, the electrode temperature T A after dust collection corresponds to the temperature of the sensor electrode unit of the horizontal axis in FIG. 8. Further, the capacitance change amount ΔC corresponds to a value obtained by subtracting the capacitance of the sensor electrode portion in a state where the PM shown by the solid line 8a is not attached from the capacitance on the vertical axis in FIG. Thereby, the control map shown in FIG. 5 can be created from the measurement results shown in FIG.
本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)本実施形態によれば、PMが付着したセンサ電極部2の静電容量変化量ΔCを測定し、この測定した静電容量変化量ΔCと、センサ電極部2の集塵後電極温度TAとに基づいて、排気のPM濃度Dを検出する。これにより、エンジンの運転状態や排気の温度が変動し、センサ電極部2に付着したPMの電気物性が変動する場合であっても、このPMの電気物性の温度による影響を考慮しながら安定してPM濃度Dを検出することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) According to the present embodiment, the capacitance change amount ΔC of the sensor electrode unit 2 to which PM is attached is measured, and the measured capacitance change amount ΔC and the post-dust collection electrode temperature of the sensor electrode unit 2 based on the T a, it detects the PM concentration D of the exhaust. As a result, even when the operating state of the engine and the temperature of the exhaust gas fluctuate and the electric property of the PM adhering to the sensor electrode unit 2 fluctuates, the effect of the temperature of the electric property of this PM on the temperature can be considered stably. Thus, the PM concentration D can be detected.
(2)本実施形態によれば、センサ電極部2の静電容量変化量ΔCと、集塵後電極温度TAと、センサ電極部のPM集塵量Xと、排気のPM濃度Dと、の関係を示す図5及び図6に示す制御マップをECU6の記憶回路に格納しておく。さらにこれら制御マップを用いて、測定された静電容量変化量ΔC及び集塵後電極温度TAに応じた排気のPM濃度Dを検出する。これにより、さらに安定してPM濃度Dを検出することができる。 (2) According to the present embodiment, the variation amount of capacitance ΔC of the sensor electrode unit 2, and the electrode temperature T A after dust collection, the PM particulate collection amount X of the sensor electrode unit, and the PM concentration D of the exhaust, The control maps shown in FIGS. 5 and 6 showing the relationship are stored in the storage circuit of the ECU 6. Further by using these control maps, to detect the PM concentration D of the exhaust gas corresponding to the measured variation amount of capacitance ΔC and dust collecting electrodes after the temperature T A. As a result, the PM concentration D can be detected more stably.
本実施形態では、電極温度センサ8及びECU6がパラメータ検出手段を構成し、ECU6が濃度検出手段を構成し、ECU6が記憶手段を構成する。より具体的には、図3のステップS7の実行に係る手段がパラメータ検出手段を構成し、図3のステップS1〜S16の実行に係る手段が濃度検出手段を構成する。
In the present embodiment, the
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、センサ電極部2に付着したPMに相関のあるパラメータとして、電極板25の温度を電極温度センサ8で検出したが、これに限らない。センサ電極部2に付着したPMに相関のあるパラメータとして、排気の温度を検出してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
In the above embodiment, the temperature of the
1…PMセンサ(粒子状物質検出装置)
2…センサ電極部(電極部)
25…電極板
3…集塵用DC電源
4…インピーダンス測定器
5…温度制御装置
6…ECU(パラメータ検出手段、濃度検出手段、記憶手段)
8…電極温度センサ(パラメータ検出手段)
EP…排気管(排気通路)
1 ... PM sensor (particulate matter detector)
2. Sensor electrode part (electrode part)
DESCRIPTION OF
8 ... Electrode temperature sensor (parameter detection means)
EP ... Exhaust pipe (exhaust passage)
Claims (2)
前記電極部に付着した粒子状物質の温度に相関のある温度パラメータを検出するパラメータ検出手段と、
前記電極部の電気的特性を測定する測定手段と、
初期状態における前記電極部の電気的特性の値及び前記温度パラメータの値の相関関係を示す第1データと、所定時間の間の前記電気的特性の変化量、前記温度パラメータの値、及び前記排気通路を流通する排気の粒子状物質の濃度の相関関係を示す第2データとが格納された記憶手段と、
前記初期状態から集塵時間が経過した後における前記温度パラメータの検出値及び前記電気的特性の測定値を取得し、前記温度パラメータの検出値を引数として前記第1データに基づいて前記電気的特性の初期値を算出し、前記測定値から前記初期値を減算することで前記電気的特性の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記温度パラメータの検出値及び前記電気的特性の変化量を引数として前記第2データに基づいて、排気の粒子状物質の濃度を検出する濃度検出手段と、を備えることを特徴とする粒子状物質検出装置。 Particles of exhaust gas having an electrode portion provided downstream of a filter that collects particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, and based on the electrical characteristics of the electrode portion to which particulate matter contained in the exhaust adheres A particulate matter detection device for detecting the concentration of particulate matter,
Parameter detection means for detecting a temperature parameter correlated with the temperature of the particulate matter attached to the electrode part;
Measuring means for measuring electrical characteristics of the electrode part;
First data indicating the correlation between the value of the electrical characteristic of the electrode portion and the value of the temperature parameter in the initial state, the amount of change in the electrical characteristic during a predetermined time, the value of the temperature parameter, and the exhaust Storage means storing second data indicating the correlation of the concentration of the particulate matter in the exhaust gas flowing through the passage;
Obtaining the detected value of the temperature parameter and the measured value of the electrical characteristic after the dust collection time has elapsed from the initial state, and using the detected value of the temperature parameter as an argument, the electrical characteristic based on the first data A change amount calculating means for calculating a change amount of the electrical characteristics by subtracting the initial value from the measured value;
Concentration detection means for detecting the concentration of particulate matter in the exhaust based on the second data with the detected value of the temperature parameter and the change amount of the electrical characteristic as arguments. Detection device.
2. The particulate matter detection device according to claim 1 , wherein a dust collection voltage is applied to the electrode section until the dust collection time elapses from the initial state .
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