JP2016075674A - Fine particle measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス中に含まれる煤などの微粒子量を測定する微粒子測定システムに関する。 The present invention relates to a fine particle measurement system for measuring the amount of fine particles such as soot contained in a gas.
従来から、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する微粒子測定システムが知られている(特許文献1,2)。この微粒子測定システムは、コロナ放電によってイオンを生成し、生成したイオンによって排ガスに含まれる微粒子を帯電させるとともに、微粒子の帯電に使用されなかったイオンを捕捉して、捕捉したイオン量に基づいて(逆に言えば、微粒子に帯電され、補足されなかったイオン量に基づいて)排ガスに含まれる微粒子の量を測定する。捕捉したイオン量は、帯電に使用されたイオン量と相関しており、帯電に使用されたイオン量は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関しているため、この微粒子測定システムは、捕捉したイオン量から排ガス流の微粒子の量を測定することができる。 Conventionally, a fine particle measurement system for measuring the amount of fine particles such as soot contained in exhaust gas of an internal combustion engine such as a diesel engine is known (Patent Documents 1 and 2). This fine particle measurement system generates ions by corona discharge, charges the fine particles contained in the exhaust gas by the generated ions, captures ions that are not used for charging the fine particles, and based on the amount of captured ions ( Conversely, the amount of fine particles contained in the exhaust gas is measured (based on the amount of ions that are charged and not captured). The amount of captured ions correlates with the amount of ions used for charging, and the amount of ions used for charging correlates with the amount of particulates contained in the exhaust gas. The amount of fine particles in the exhaust gas stream can be measured from the amount of ions.
しかしながら、本願の発明者等は、上述のイオン量に相当する電流の電流値を表す測定信号と微粒子量との関係が、煤などの微粒子の粒径の違いによる影響を受けて少なからず変動するため、測定精度が低下してしまうという新たな課題を見出した。 However, the inventors of the present application show that the relationship between the measurement signal representing the current value of the current corresponding to the above-described ion amount and the amount of fine particles varies considerably due to the influence of the difference in the particle size of fine particles such as soot. Therefore, the new subject that a measurement precision fell will be discovered.
上記課題を解決するために、本発明は以下の形態として実現することが可能である。 In order to solve the above problems, the present invention can be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と;被測定ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と;前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と;前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記被測定ガス中の微粒子量に相関する測定信号を生成する測定信号生成回路と;前記測定信号に基づいて前記被測定ガス中の微粒子量を決定する微粒子量決定部と;を備える、微粒子測定システムが提供される。前記微粒子測定システムは、更に、前記被測定ガス中の前記微粒子の粒径を推定する粒径推定部を備え;前記微粒子量決定部は、前記推定された粒径と、基準となる粒径との比率に関する係数を、前記測定信号または前記測定信号から決定された前記微粒子量に乗じることで補正を実行することを特徴とする。この形態の微粒子測定システムによれば、推定された粒径と、基準となる粒径との比率に関する係数を測定信号または測定信号から決定された微粒子量に乗じることで補正を行なうので、測定信号と微粒子量との関係について、粒径の違いによる変動の影響を低減させることができ、微粒子量の測定精度を向上させることができる。 (1) According to one aspect of the present invention, an ion generation unit that generates ions by corona discharge; a charging chamber for charging at least some of the fine particles in the measurement gas using the ions; A capture unit that captures at least a part of the ions that are not used for charging the fine particles; and corresponds to a difference between the amount of ions generated from the ion generation unit and the amount of ions captured by the capture unit A measurement signal generating circuit that generates a measurement signal that correlates with the amount of fine particles in the measurement gas based on a current value; a fine particle amount determination unit that determines the amount of fine particles in the measurement gas based on the measurement signal A particulate measurement system is provided. The fine particle measurement system further includes a particle size estimation unit that estimates the particle size of the fine particles in the gas to be measured; the fine particle amount determination unit includes the estimated particle size and a reference particle size; Correction is performed by multiplying the measurement signal or the amount of fine particles determined from the measurement signal by a coefficient related to the ratio. According to the fine particle measurement system of this embodiment, the correction is performed by multiplying the measurement signal or the amount of fine particles determined from the measurement signal by a coefficient related to the ratio between the estimated particle size and the reference particle size. And the amount of fine particles, the influence of fluctuation due to the difference in particle size can be reduced, and the measurement accuracy of the amount of fine particles can be improved.
(2)上記微粒子測定システムにおいて、前記微粒子量決定部は、以下の式に従って前記補正を行ない、前記微粒子量として、前記微粒子の質量濃度を決定してもよい:
y=y0×(B/A)N
ここで、yは補正後の測定信号又は微粒子の質量濃度、y0は補正前の測定信号又は微粒子の質量濃度、Aは前記基準となる粒径、Bは前記推定された粒径、Nは2以上の整数である。
この構成によれば、上記式に応じた補正を行うだけで、微粒子の質量濃度の測定精度を向上させることができる。なお、N=2とすることで、微粒子の質量濃度の測定精度を簡易的な演算式のもと十分な測定精度を得ることができる。
(2) In the fine particle measurement system, the fine particle amount determination unit may perform the correction according to the following formula to determine the mass concentration of the fine particles as the fine particle amount:
y = y 0 × (B / A) N
Here, y is the corrected measurement signal or mass concentration of fine particles, y 0 is the measurement signal or fine particle mass concentration before correction, A is the reference particle size, B is the estimated particle size, and N is It is an integer of 2 or more.
According to this configuration, the measurement accuracy of the mass concentration of the fine particles can be improved only by performing correction according to the above formula. By setting N = 2, the measurement accuracy of the mass concentration of the fine particles can be obtained with a sufficient calculation accuracy based on a simple arithmetic expression.
(3)上記微粒子測定システムにおいて、前記微粒子量決定部は、以下の式に従って前記補正を行ない、前記微粒子量として、前記微粒子の質量濃度を決定してもよい:
y=y0×(A/B)
ここで、yは補正後の測定信号又は微粒子の個数濃度、y0は補正前の測定信号又は微粒子の個数濃度、Aは前記基準となる粒径、Bは前記推定された粒径である。
この構成によれば、上記式に応じた補正を行うだけで、微粒子の個数濃度の測定精度を向上させることができる。
(3) In the fine particle measurement system, the fine particle amount determination unit may perform the correction according to the following formula to determine the mass concentration of the fine particles as the fine particle amount:
y = y 0 × (A / B)
Here, y is the corrected measurement signal or particle number concentration, y 0 is the corrected measurement signal or particle number concentration, A is the reference particle size, and B is the estimated particle size.
According to this configuration, it is possible to improve the measurement accuracy of the number concentration of the fine particles only by performing correction according to the above formula.
(4)上記微粒子測定システムにおいて、前記微粒子測定システムは、車両の内燃機関の排ガスに含まれる前記微粒子量を測定してもよい。
この構成によれば、車両の内燃機関の排ガスに含まれる微粒子量の測定精度を向上させることができ、排ガスに含まれる微粒子を捕捉するフィルタ装置の劣化や異常を、精度よく検出することが可能となる。
(4) In the fine particle measurement system, the fine particle measurement system may measure the amount of fine particles contained in exhaust gas of an internal combustion engine of a vehicle.
According to this configuration, it is possible to improve the measurement accuracy of the amount of fine particles contained in the exhaust gas of the internal combustion engine of the vehicle, and to accurately detect deterioration or abnormality of the filter device that captures the fine particles contained in the exhaust gas. It becomes.
(5)上記微粒子測定システムにおいて、前記粒径推定部は、前記内燃機関の駆動に関するパラメータに基づいて前記粒径を推定してもよい。
内燃機関の駆動に関するパラメータは、排ガスに含まれる微粒子の粒径に影響を与えると考えられる。したがって、この構成によれば、粒径の推定精度を高めることができ、微粒子量の測定精度を向上させることができる。
(5) In the fine particle measurement system, the particle size estimation unit may estimate the particle size based on a parameter related to driving of the internal combustion engine.
It is considered that the parameters relating to the driving of the internal combustion engine affect the particle size of the fine particles contained in the exhaust gas. Therefore, according to this configuration, it is possible to improve the estimation accuracy of the particle size and improve the measurement accuracy of the amount of fine particles.
(6)上記微粒子測定システムにおいて、前記粒径推定部は、互いに異なる複数の前記パラメータに基づいて前記粒径を推定してもよい。
この構成によれば、1種類のパラメータに基づいて粒径を推定する構成に比べて、粒径の推定精度を高めることができ、微粒子量の測定精度を向上させることができる。
(6) In the fine particle measurement system, the particle size estimation unit may estimate the particle size based on a plurality of different parameters.
According to this configuration, the accuracy of particle size estimation can be increased and the measurement accuracy of the amount of fine particles can be improved compared to a configuration in which the particle size is estimated based on one type of parameter.
(7)上記微粒子測定システムにおいて、互いに異なる複数の前記パラメータとして、少なくとも内燃機関の回転数および燃料噴射量を含むとよい。
内燃機関の回転数および燃料噴射量は、排ガスに含まれる微粒子の粒径に特に影響を与えると考えられるため、これらのパラメータを用いることで、微粒子量の測定精度を向上させることができる。
(7) In the fine particle measurement system, it is preferable that the plurality of parameters different from each other include at least the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection amount.
Since the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection amount are considered to particularly affect the particle size of the fine particles contained in the exhaust gas, the measurement accuracy of the fine particle amount can be improved by using these parameters.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、微粒子センサ、微粒子検出方法、微粒子測定システムを備える内燃機関、この内燃機関を備えた車両などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes, and can be realized in the form of, for example, a particulate sensor, a particulate detection method, an internal combustion engine equipped with a particulate measurement system, and a vehicle equipped with the internal combustion engine. it can.
A.実施形態
A−1.装置構成
図1は、本発明の一実施形態としての微粒子測定システムを適用した車両の概略構成を示す説明図である。図1(a)は、微粒子測定システム10を搭載した車両500の概略構成を例示した説明図である。図1(b)は、車両500に取り付けられた微粒子測定システム10の概略構成を例示した説明図である。微粒子測定システム10は、微粒子センサ100と、ケーブル200と、センサ駆動部300とを備えており、被測定ガスとして内燃機関400から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関400は、車両500の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。
A. Embodiment A-1. Device Configuration FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a vehicle to which a particulate measurement system according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle 500 on which the particulate measurement system 10 is mounted. FIG. 1B is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the particulate measurement system 10 attached to the vehicle 500. The particulate measurement system 10 includes a particulate sensor 100, a cable 200, and a sensor driving unit 300, and measures the amount of particulates such as soot contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 400 as a gas to be measured. The internal combustion engine 400 is a power source of the vehicle 500 and is configured by a diesel engine or the like.
車両500は、微粒子センサ100の他に、車両500内の種々の部位に設けられた各種のセンサ406を備えている。これらのセンサ406からは、内燃機関400の駆動に関するパラメータの測定値が車両制御部420に供給される。内燃機関400の駆動に関するパラメータとは、内燃機関400の運転条件パラメータおよび内燃機関400の運転により変化する環境パラメータを含む広い概念を有する。内燃機関400の運転条件パラメータとしては、例えば、内燃機関400の回転数や、燃料噴射量、車両500の速度、内燃機関400のトルク、内燃機関400の排気圧、内燃機関400の吸気圧、EGR開閉度(EGR弁(Exhaust Gas Recirculation valve)が設けられている場合)、内燃機関400への吸入空気量、点火時期、等が該当する。内燃機関400の運転により変化する環境パラメータとしては、例えば、内燃機関400の排ガス温度が該当する。これらの内燃機関400の駆動に関するパラメータは、いずれも排ガスに含まれる微粒子の粒径に影響を与えると考えられるパラメータである。 The vehicle 500 includes various sensors 406 provided at various parts in the vehicle 500 in addition to the particle sensor 100. From these sensors 406, measured values of parameters relating to driving of the internal combustion engine 400 are supplied to the vehicle control unit 420. The parameters relating to the driving of the internal combustion engine 400 have a broad concept including operating condition parameters of the internal combustion engine 400 and environmental parameters that change as the internal combustion engine 400 operates. The operating condition parameters of the internal combustion engine 400 include, for example, the rotational speed of the internal combustion engine 400, the fuel injection amount, the speed of the vehicle 500, the torque of the internal combustion engine 400, the exhaust pressure of the internal combustion engine 400, the intake pressure of the internal combustion engine 400, EGR The degree of opening / closing (when an EGR valve (Exhaust Gas Recirculation valve) is provided), the amount of intake air to the internal combustion engine 400, the ignition timing, and the like are applicable. As an environmental parameter that varies depending on the operation of the internal combustion engine 400, for example, the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 400 corresponds. These parameters relating to the driving of the internal combustion engine 400 are parameters that are considered to affect the particle size of the fine particles contained in the exhaust gas.
微粒子センサ100は、内燃機関400から延びる排ガス配管402に取り付けられ、ケーブル200によってセンサ駆動部300と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ100は、フィルタ装置410(例えば、DPF(Diesel particulate filter))よりも下流側の排ガス配管402に取り付けられている。微粒子センサ100は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部300に出力する。 The particulate sensor 100 is attached to an exhaust gas pipe 402 extending from the internal combustion engine 400, and is electrically connected to the sensor driving unit 300 by a cable 200. In the present embodiment, the particulate sensor 100 is attached to the exhaust gas pipe 402 on the downstream side of the filter device 410 (for example, DPF (Diesel particulate filter)). The fine particle sensor 100 outputs a signal correlated with the amount of fine particles contained in the exhaust gas to the sensor driving unit 300.
センサ駆動部300は、微粒子センサ100を駆動するとともに、微粒子センサ100から入力される信号に基づいて排ガスに含まれる微粒子量を測定する。本実施形態において、「微粒子量」は、排ガスの単位体積中に含まれる微粒子の質量に比例する「微粒子の質量濃度」、および排ガスの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する「微粒子の個数濃度」として測定される。なお、「微粒子の質量濃度」と「微粒子の個数濃度」とのうちのいずれか一方のみを測定してもよい。センサ駆動部300は、排ガスに含まれる微粒子量を示す信号を車両制御部420に出力する。車両制御部420は、センサ駆動部300から入力される信号に応じて、内燃機関400の燃焼状態や、燃料配管405を介して燃料供給部430から内燃機関400に供給される燃料の供給量などを制御する。車両制御部420は、例えば、排ガスに含まれる微粒子量が所定の上限値(閾値)よりも多い場合には、フィルタ装置410の劣化や異常を車両500の運転手に警告するように構成されていてもよい。センサ駆動部300と車両制御部420には、電源部440から電力が供給される。 The sensor driving unit 300 drives the particulate sensor 100 and measures the amount of particulate contained in the exhaust gas based on a signal input from the particulate sensor 100. In the present embodiment, “the amount of fine particles” is “the fine particle mass concentration” proportional to the mass of fine particles contained in the unit volume of exhaust gas, and “the fine particle amount” proportional to the number of fine particles contained in the unit volume of exhaust gas. It is measured as “number concentration”. Note that only one of “mass concentration of fine particles” and “number concentration of fine particles” may be measured. The sensor driving unit 300 outputs a signal indicating the amount of fine particles contained in the exhaust gas to the vehicle control unit 420. The vehicle control unit 420 determines the combustion state of the internal combustion engine 400, the amount of fuel supplied from the fuel supply unit 430 to the internal combustion engine 400 via the fuel pipe 405, and the like in accordance with a signal input from the sensor drive unit 300. To control. The vehicle control unit 420 is configured to warn the driver of the vehicle 500 of deterioration or abnormality of the filter device 410, for example, when the amount of fine particles contained in the exhaust gas is larger than a predetermined upper limit (threshold value). May be. Electric power is supplied from the power supply unit 440 to the sensor driving unit 300 and the vehicle control unit 420.
図1(b)に示すように、微粒子センサ100は、円筒形状の先端部100eを備えており、この先端部100eが排ガス配管402の内側に挿入された状態で、排ガス配管402の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ100の先端部100eは、排ガス配管402の延伸方向DLに対してほぼ垂直に挿入されている。先端部100eのケーシングCSの表面には、排ガスをケーシングCSの内部に取り込むための流入孔45と、取り込んだ排ガスをケーシングCSの外部に排出するための排出孔35と、が設けられている。排ガス配管402の内部を流通する排ガスの一部は、流入孔45を介して先端部100eのケーシングCSの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガスに含まれる微粒子は、微粒子センサ100が生成するイオン(ここでは、陽イオン)によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔35を介してケーシングCSの外部に排出される。ケーシングCSの内部の構成や、微粒子センサ100の具体的な構成については後述する。なお、図では、排ガスの流れる方向を矢印Fで示している。 As shown in FIG. 1B, the particulate sensor 100 includes a cylindrical tip 100e. The tip 100e is inserted on the inside of the exhaust gas pipe 402 on the outer surface of the exhaust gas pipe 402. It is fixed. Here, the tip 100e of the particulate sensor 100 is inserted substantially perpendicular to the extending direction DL of the exhaust gas pipe 402. On the surface of the casing CS of the distal end portion 100e, an inflow hole 45 for taking in the exhaust gas into the casing CS and an exhaust hole 35 for discharging the taken in exhaust gas to the outside of the casing CS are provided. Part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas pipe 402 is taken into the casing CS of the tip portion 100e through the inflow hole 45. The fine particles contained in the taken-in exhaust gas are charged by ions (here, cations) generated by the fine particle sensor 100. The exhaust gas containing the charged fine particles is discharged to the outside of the casing CS through the discharge hole 35. The internal configuration of the casing CS and the specific configuration of the particulate sensor 100 will be described later. In the figure, the direction in which the exhaust gas flows is indicated by an arrow F.
微粒子センサ100の後端部100rには、ケーブル200が取り付けられている。ケーブル200は、第1の配線221と、第2の配線222と、信号線223と、空気供給管224と、を束ねた構成を備えている。第1の配線221、第2の配線222、および、信号線223は、後述の電気回路部700に電気的に接続されている。空気供給管224は、後述の空気供給部800に接続されている。 A cable 200 is attached to the rear end portion 100r of the particle sensor 100. The cable 200 has a configuration in which a first wiring 221, a second wiring 222, a signal line 223, and an air supply pipe 224 are bundled. The first wiring 221, the second wiring 222, and the signal line 223 are electrically connected to an electric circuit unit 700 described later. The air supply pipe 224 is connected to an air supply unit 800 described later.
センサ駆動部300は、センサ制御部600と、電気回路部700と、空気供給部800とを備えている。センサ制御部600と電気回路部700との間、および、センサ制御部600と空気供給部800との間は、それぞれ電気的に接続されている。 The sensor driving unit 300 includes a sensor control unit 600, an electric circuit unit 700, and an air supply unit 800. The sensor control unit 600 and the electric circuit unit 700 and the sensor control unit 600 and the air supply unit 800 are electrically connected, respectively.
センサ制御部600は、マイクロコンピュータを含んでおり、電気回路部700と、空気供給部800とを制御する。また、センサ制御部600は、微粒子量決定部610と、粒径推定部620とを備える。微粒子量決定部610は、電気回路部700から入力される信号に基づき、排ガスに含まれる微粒子量を決定する。微粒子量決定部610は、排ガスに含まれる微粒子量を表す信号を車両制御部420に出力する。粒径推定部620は、排ガスに含まれる微粒子の粒径を推定する。具体的には、後述するように、各種のセンサ406から車両制御部420に入力される内燃機関400の駆動に関する信号に基づいて、微粒子の粒径を推定する。 The sensor control unit 600 includes a microcomputer and controls the electric circuit unit 700 and the air supply unit 800. The sensor control unit 600 includes a fine particle amount determination unit 610 and a particle size estimation unit 620. The fine particle amount determining unit 610 determines the amount of fine particles contained in the exhaust gas based on the signal input from the electric circuit unit 700. The particulate amount determination unit 610 outputs a signal representing the amount of particulates contained in the exhaust gas to the vehicle control unit 420. The particle size estimation unit 620 estimates the particle size of the fine particles contained in the exhaust gas. Specifically, as will be described later, the particle diameter of the fine particles is estimated based on signals relating to driving of the internal combustion engine 400 input from various sensors 406 to the vehicle control unit 420.
電気回路部700は、第1の配線221および第2の配線222を介して、微粒子センサ100を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部700には、信号線223を介して、排ガスに含まれる微粒子量に相関する信号が微粒子センサ100から入力される。電気回路部700は、信号線223から入力される信号を用いて、排ガスに含まれる微粒子量に応じた信号をセンサ制御部600に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。 The electric circuit unit 700 supplies power for driving the particle sensor 100 via the first wiring 221 and the second wiring 222. In addition, a signal correlating with the amount of fine particles contained in the exhaust gas is input from the fine particle sensor 100 to the electric circuit unit 700 via the signal line 223. The electric circuit unit 700 outputs a signal corresponding to the amount of fine particles contained in the exhaust gas to the sensor control unit 600 using the signal input from the signal line 223. Specific contents of these signals will be described later.
空気供給部800は、ポンプ(図示しない)を含んでおり、センサ制御部600からの指示に基づいて、空気供給管224を介して、高圧空気を微粒子センサ100に供給する。空気供給部800から供給される高圧空気は、微粒子センサ100による微粒子量測定の際に用いられる。なお、空気供給部800によって空気を供給する代わりに、他の種類のガスを微粒子センサ100に供給してもよい。 The air supply unit 800 includes a pump (not shown), and supplies high-pressure air to the particulate sensor 100 via the air supply pipe 224 based on an instruction from the sensor control unit 600. The high-pressure air supplied from the air supply unit 800 is used when measuring the amount of fine particles by the fine particle sensor 100. Instead of supplying air by the air supply unit 800, another type of gas may be supplied to the particle sensor 100.
図2は、微粒子センサ100の先端部100eの概略構成を模式的に示す説明図である。この先端部100eは、ケーシングCSの中に、イオン発生部110と、排ガス帯電部120と、イオン捕捉部130と、を設けた構成を有する。すなわち、ケーシングCS中に、これらの3つの処理部110,120,130がこの順に先端部100eの基端側(図2の上方)から先端側(図2の下方)に向かって、微粒子センサ100の軸線方向に沿って並んでいる。ケーシングCSは、導電性部材によって形成され、信号線223(図1)を介して二次側グランドSGL(図3)に接続されている。 FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of the tip 100e of the particle sensor 100. As shown in FIG. The distal end portion 100e has a configuration in which an ion generation unit 110, an exhaust gas charging unit 120, and an ion trapping unit 130 are provided in a casing CS. That is, in the casing CS, the three processing units 110, 120, and 130 are arranged in this order from the base end side (upper side in FIG. 2) to the front end side (lower side in FIG. 2) of the tip end part 100e. Are lined up along the axial direction. The casing CS is formed of a conductive member, and is connected to the secondary side ground SGL (FIG. 3) via the signal line 223 (FIG. 1).
イオン発生部110は、排ガス帯電部120に供給するイオン(ここでは陽イオン)を発生させるための処理部であり、イオン発生室111と、第1の電極112とを含んでいる。イオン発生室111は、ケーシングCSの内側に形成された小空間であり、内周面には空気供給孔55とノズル41とが設けられ、内部には第1の電極112が突出した状態で取り付けられている。空気供給孔55は、空気供給管224(図1)と連通しており、空気供給部800(図1)から供給される高圧空気をイオン発生室111に供給する。ノズル41は、排ガス帯電部120との間を区画する隔壁42の中心部付近に設けられた微小孔(オリフィス)であり、イオン発生室111で発生したイオンを排ガス帯電部120の帯電室121に供給する。第1の電極112は、棒状の外形を有し、先端部が隔壁42と近接した状態で、その基端部がセラミックパイプ25を介してケーシングCSに固定されている。第1の電極112は、第1の配線221(図1)を介して電気回路部700(図1)に接続されている。 The ion generation unit 110 is a processing unit for generating ions (here, cations) to be supplied to the exhaust gas charging unit 120, and includes an ion generation chamber 111 and a first electrode 112. The ion generation chamber 111 is a small space formed inside the casing CS. The air supply hole 55 and the nozzle 41 are provided on the inner peripheral surface, and the first electrode 112 protrudes inside. It has been. The air supply hole 55 communicates with the air supply pipe 224 (FIG. 1) and supplies high-pressure air supplied from the air supply unit 800 (FIG. 1) to the ion generation chamber 111. The nozzle 41 is a minute hole (orifice) provided in the vicinity of the central portion of the partition wall 42 that partitions the exhaust gas charging unit 120, and ions generated in the ion generation chamber 111 enter the charging chamber 121 of the exhaust gas charging unit 120. Supply. The first electrode 112 has a rod-like outer shape, and a base end portion thereof is fixed to the casing CS via the ceramic pipe 25 in a state in which the tip end portion is close to the partition wall 42. The first electrode 112 is connected to the electric circuit portion 700 (FIG. 1) via the first wiring 221 (FIG. 1).
イオン発生部110は、電気回路部700から供給される電力を用いて、第1の電極112を陽極とし、隔壁42を陰極として、直流電圧(例えば、2〜3kV)を印加する。イオン発生部110は、この電圧の印加によって、第1の電極112の先端部と、隔壁42との間にコロナ放電を生じさせることによって、陽イオンPIを発生させる。イオン発生部110において発生した陽イオンPIは、空気供給部800(図1)から供給される高圧空気とともに、ノズル41を介して排ガス帯電部120の帯電室121に噴射される。ノズル41から噴射される空気の噴射速度は音速程度とすることが好ましい。 The ion generator 110 applies a DC voltage (for example, 2 to 3 kV) using the power supplied from the electric circuit unit 700 with the first electrode 112 as an anode and the partition wall 42 as a cathode. The ion generator 110 generates a positive ion PI by generating a corona discharge between the tip of the first electrode 112 and the partition wall 42 by applying this voltage. The positive ions PI generated in the ion generation unit 110 are jetted into the charging chamber 121 of the exhaust gas charging unit 120 through the nozzle 41 together with the high-pressure air supplied from the air supply unit 800 (FIG. 1). It is preferable that the jet speed of the air jetted from the nozzle 41 is about the speed of sound.
排ガス帯電部120は、排ガスに含まれる微粒子Sを陽イオンPIによって帯電させるための部位であり、帯電室121を備えている。帯電室121は、イオン発生室111と隣接する小空間であり、ノズル41を介してイオン発生室111と連通している。また、帯電室121は、流入孔45を介して、ケーシングCSの外部と連通し、ガス流路31を介してイオン捕捉部130の捕捉室131と連通している。帯電室121は、ノズル41から陽イオンPIを含む空気が噴射されたときに内部が負圧になり、流入孔45を介してケーシングCSの外部の排ガスが流入するように構成されている。ノズル41から噴射された陽イオンPIを含む空気と、流入孔45から流入した排ガスとは、帯電室121の内部において混合される。このとき、流入孔45から流入した排ガスに含まれる微粒子Sの少なくとも一部には、ノズル41から供給される陽イオンPIが帯電される。帯電した微粒子Sと帯電に供されなかった陽イオンPIとを含む空気は、ガス流路31を介してイオン捕捉部130の捕捉室131に供給される。 The exhaust gas charging unit 120 is a part for charging the fine particles S contained in the exhaust gas with the cation PI, and includes a charging chamber 121. The charging chamber 121 is a small space adjacent to the ion generation chamber 111 and communicates with the ion generation chamber 111 via the nozzle 41. The charging chamber 121 communicates with the outside of the casing CS via the inflow hole 45 and communicates with the trapping chamber 131 of the ion trapping unit 130 via the gas flow path 31. The charging chamber 121 is configured such that when air containing positive ions PI is ejected from the nozzle 41, the inside becomes negative pressure, and exhaust gas outside the casing CS flows through the inflow hole 45. The air containing the cation PI ejected from the nozzle 41 and the exhaust gas flowing in from the inflow hole 45 are mixed inside the charging chamber 121. At this time, the cation PI supplied from the nozzle 41 is charged to at least a part of the fine particles S contained in the exhaust gas flowing in from the inflow hole 45. The air containing the charged fine particles S and the cations PI that have not been charged is supplied to the trapping chamber 131 of the ion trap 130 via the gas flow path 31.
イオン捕捉部130は、微粒子Sの帯電に使用されなかったイオンを捕捉するための部位であり、捕捉室131と、第2の電極132とを含んでいる。捕捉室131は、帯電室121と隣接する小空間であり、ガス流路31を介して帯電室121と連通している。また、捕捉室131は、排出孔35を介して、ケーシングCSの外部と連通している。第2の電極132は、上端がテーパー状となった略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路31を流通する空気の流通方向(ケーシングCSの延伸方向)に沿うようにしてケーシングCSに固定されている。第2の電極132は、第2の配線222(図1)を介して電気回路部700(図1)に接続されている。第2の電極132には、100V程度の電圧が印加されて、微粒子Sの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部130には、第2の電極132を陽極とし、帯電室121および捕捉室131を構成するケーシングCSを陰極とした電圧が印加されている。これにより、微粒子Sの帯電に用いられなかった陽イオンPIは、第2の電極132から斥力を受けて、その進行方向が第2の電極132から離れる方向へと偏向される。進行方向が偏向された陽イオンPIは、陰極として機能する捕捉室131やガス流路31の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンPIが帯電された微粒子Sは、陽イオンPIの単体と同様に第2の電極132から斥力を受けるが、質量が陽イオンPIと比べて大きいため、斥力による偏向の度合いが、単体の陽イオンPIに比べて小さい。そのため、帯電した微粒子Sは、排ガスの流れに従って、排出孔35からケーシングCSの外部へと排出される。 The ion trap 130 is a part for trapping ions that have not been used for charging the fine particles S, and includes a trap chamber 131 and a second electrode 132. The capture chamber 131 is a small space adjacent to the charging chamber 121 and communicates with the charging chamber 121 via the gas flow path 31. Further, the capture chamber 131 communicates with the outside of the casing CS via the discharge hole 35. The second electrode 132 has a substantially rod-shaped outer shape whose upper end is tapered, and the longitudinal direction of the second electrode 132 is in the casing CS such that the longitudinal direction is along the flow direction of the air flowing through the gas flow path 31 (the extending direction of the casing CS). It is fixed. The second electrode 132 is connected to the electric circuit portion 700 (FIG. 1) via the second wiring 222 (FIG. 1). A voltage of about 100 V is applied to the second electrode 132 and functions as an auxiliary electrode that assists in capturing positive ions that have not been charged by the fine particles S. Specifically, a voltage is applied to the ion trapping unit 130 with the second electrode 132 as an anode and the casing CS constituting the charging chamber 121 and the trapping chamber 131 as a cathode. As a result, the positive ions PI that have not been used for charging the fine particles S receive a repulsive force from the second electrode 132 and are deflected in a direction away from the second electrode 132. The positive ions PI whose traveling direction is deflected are captured by the capture chamber 131 functioning as a cathode and the inner peripheral wall of the gas flow path 31. On the other hand, the fine particles S charged with the cation PI receive a repulsive force from the second electrode 132 as in the case of the cation PI alone, but the mass thereof is larger than that of the cation PI, so Smaller than a single cation PI. Therefore, the charged fine particles S are discharged from the discharge hole 35 to the outside of the casing CS according to the flow of the exhaust gas.
微粒子センサ100は、イオン捕捉部130における陽イオンPIの捕捉量に応じた電流の変化を示す信号を出力する。センサ制御部600(図1)は、微粒子センサ100から出力された信号に基づいて、排ガスに含まれる微粒子量を決定する。微粒子センサ100から出力される信号に基づいて排ガスに含まれる微粒子量を決定する方法については後述する。 The fine particle sensor 100 outputs a signal indicating a change in current according to the amount of positive ions PI captured by the ion capturing unit 130. The sensor control unit 600 (FIG. 1) determines the amount of fine particles contained in the exhaust gas based on the signal output from the fine particle sensor 100. A method for determining the amount of fine particles contained in the exhaust gas based on the signal output from the fine particle sensor 100 will be described later.
図3は、電気回路部700の概略構成を示すブロック図である。電気回路部700は、一次側電源回路710と、絶縁トランス720と、コロナ電流測定回路730と、測定信号生成回路740と、第1の整流回路751と、第2の整流回路752と、を備えている。 FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the electric circuit unit 700. The electric circuit unit 700 includes a primary power supply circuit 710, an insulating transformer 720, a corona current measurement circuit 730, a measurement signal generation circuit 740, a first rectifier circuit 751, and a second rectifier circuit 752. ing.
一次側電源回路710は、電源部440から供給される直流電圧を昇圧して絶縁トランス720に供給するとともに、絶縁トランス720を駆動する。一次側電源回路710は、放電電圧制御回路711と、トランス駆動回路712とを備えている。放電電圧制御回路711は、DC/DCコンバータを含んでおり、センサ制御部600の制御によって、絶縁トランス720への供給電圧を任意に変更可能である。この供給電圧の制御は、例えば、第1の配線221を介して微粒子センサ100の第1の電極112に供給される入力電流Iinの電流値が、目標電流値(例えば、5μA)となるように実質的に行われる。この制御の方法については後述する。これにより、イオン発生部110において、コロナ放
電によって発生する陽イオンPIの発生量を一定にすることができる。
The primary power supply circuit 710 boosts the DC voltage supplied from the power supply unit 440 and supplies the boosted DC voltage to the insulation transformer 720 and drives the insulation transformer 720. The primary power supply circuit 710 includes a discharge voltage control circuit 711 and a transformer drive circuit 712. The discharge voltage control circuit 711 includes a DC / DC converter, and the supply voltage to the insulation transformer 720 can be arbitrarily changed under the control of the sensor control unit 600. For example, the supply voltage is controlled such that the current value of the input current Iin supplied to the first electrode 112 of the particle sensor 100 via the first wiring 221 becomes a target current value (for example, 5 μA). Practically done. This control method will be described later. Thereby, in the ion generation part 110, the generation amount of the cation PI generated by corona discharge can be made constant.
トランス駆動回路712は、絶縁トランス720の一次側のコイルに流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチ回路を含んでおり、このスイッチ回路の切り換えによって絶縁トランス720を駆動する。本実施形態では、トランス駆動回路712は、例えばプッシュプル方式の回路として構成されているが、ハーフブリッジ方式やフルブリッジ方式などの他の方式の回路として構成されていてもよい。 The transformer drive circuit 712 includes a switch circuit capable of switching the direction of the current flowing through the primary coil of the insulation transformer 720, and drives the insulation transformer 720 by switching the switch circuit. In this embodiment, the transformer drive circuit 712 is configured as a push-pull circuit, for example, but may be configured as a circuit of another system such as a half-bridge system or a full-bridge system.
絶縁トランス720は、一次側電源回路710から供給される電力に対して電圧変換をおこない、変換後の電力(ここでは、交流電力)を二次側の整流回路751、752に供給する。絶縁トランス720は、2次側のコイル構成によって、第1の整流回路751に供給される電力と、第2の整流回路752に供給される電力とに対して、異なる増幅率を設定することが可能である。本実施形態の絶縁トランス720は、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。絶縁トランス720の一次側の回路としては、一次側電源回路710のほか、センサ制御部600や電源部440が含まれる。絶縁トランス720の二次側の回路としては、微粒子センサ100や整流回路751、752が含まれる。コロナ電流測定回路730と測定信号生成回路740は、絶縁トランス720の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。コロナ電流測定回路730は、後述するように、絶縁トランス720の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分との間が物理的に絶縁されている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランド(接地電位)を「一次側グランドPGL」とも呼び、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドSGL」とも呼ぶ。絶縁トランス720の一次側のコイルの端部は一次側グランドPGLに接続され、二次側のコイルの端部は二次側グランドSGLに接続されている。微粒子センサ100のケーシングCSは、信号線223およびシャント抵抗230を介して二次側グランドSGLに接続されている。 The insulation transformer 720 performs voltage conversion on the power supplied from the primary side power supply circuit 710 and supplies the converted power (here, AC power) to the secondary side rectifier circuits 751 and 752. The insulation transformer 720 can set different amplification factors for the power supplied to the first rectifier circuit 751 and the power supplied to the second rectifier circuit 752 depending on the secondary coil configuration. Is possible. The insulation transformer 720 of this embodiment is configured such that the primary side coil and the secondary side coil are not in physical contact and are coupled magnetically. The primary side circuit of the insulating transformer 720 includes the sensor control unit 600 and the power supply unit 440 in addition to the primary side power supply circuit 710. The secondary side circuit of the insulating transformer 720 includes the particle sensor 100 and rectifier circuits 751 and 752. The corona current measurement circuit 730 and the measurement signal generation circuit 740 are circuits that extend between the primary side circuit and the secondary side circuit of the isolation transformer 720, and are electrically connected to both circuits, respectively. . As will be described later, the corona current measurement circuit 730 has a gap between a circuit portion electrically connected to the primary side circuit of the isolation transformer 720 and a circuit portion electrically connected to the secondary side circuit. It is physically insulated. Here, the ground (ground potential) indicating the reference potential of the primary side circuit is also referred to as “primary side ground PGL”, and the ground indicating the reference potential of the secondary side circuit is also referred to as “secondary side ground SGL”. The end of the primary side coil of the insulating transformer 720 is connected to the primary side ground PGL, and the end of the secondary side coil is connected to the secondary side ground SGL. The casing CS of the particle sensor 100 is connected to the secondary side ground SGL via the signal line 223 and the shunt resistor 230.
整流回路751、752は、絶縁トランス720から出力された交流電力を直流電力に変換する。第1の整流回路751は、第1の配線221およびショート保護用抵抗753を介して、微粒子センサ100の第1の電極112に接続されている。第2の整流回路752は、第2の配線222およびショート保護用抵抗754を介して、微粒子センサ100の第2の電極132に接続されている。 The rectifier circuits 751 and 752 convert the AC power output from the insulating transformer 720 into DC power. The first rectifier circuit 751 is connected to the first electrode 112 of the particle sensor 100 via the first wiring 221 and the short protection resistor 753. The second rectifier circuit 752 is connected to the second electrode 132 of the particle sensor 100 via the second wiring 222 and the short protection resistor 754.
コロナ電流測定回路730は、配線761,762を介して信号線223上のシャント抵抗230の両端に接続されており、また、配線763を介してセンサ制御部600に接続されている。コロナ電流測定回路730は、信号線223上をケーシングCSから二次側グランドSGLに向けて流れる電流(Idc+Itrp)の電流値を示す信号Sdc+trpをセンサ制御部600に出力する。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。 The corona current measurement circuit 730 is connected to both ends of the shunt resistor 230 on the signal line 223 through wirings 761 and 762, and is connected to the sensor control unit 600 through the wiring 763. The corona current measurement circuit 730 outputs a signal Sdc + trp indicating the current value of the current (Idc + Itrp) flowing on the signal line 223 from the casing CS toward the secondary side ground SGL to the sensor control unit 600. Here, the “signal indicating the current value” is not limited to a signal directly indicating the current value, but also a signal indirectly indicating the current value. For example, a signal that can specify a current value by applying an arithmetic expression or a map to information obtained from the signal is also included in the “signal indicating the current value”.
センサ制御部600は、コロナ電流測定回路730から入力される信号Sdc+trpに応じて、放電電圧制御回路711を制御する。センサ制御部600による放電電圧制御回路711の制御の概要は後述する。 The sensor control unit 600 controls the discharge voltage control circuit 711 according to the signal Sdc + trp input from the corona current measurement circuit 730. The outline of control of the discharge voltage control circuit 711 by the sensor control unit 600 will be described later.
測定信号生成回路740は、イオン捕捉部130において捕捉されずに外部に流出した陽イオンPIの電流Iesc(以下、「漏洩電流Iesc」と呼ぶ)に相当する電流Icを測定する。測定信号生成回路740は、配線771を介して二次側の信号線223に接続されるとともに、配線772を介して一次側のセンサ制御部600に接続される。また、測定信号生成回路740は、配線773を介して一次側グランドPGLに接続されている。測定信号生成回路740は、測定信号Sescをセンサ制御部600に出力する。なお、測定信号生成回路740は、低感度測定信号および高感度測定信号を生成して、それぞれセンサ制御部600に出力してもよい。ここで、低感度測定信号および高感度測定信号のうちのいずれか一方は、測定信号Sescであってもよい。 The measurement signal generation circuit 740 measures a current Ic corresponding to the current Iesc (hereinafter referred to as “leakage current Iesc”) of the positive ion PI that has flown outside without being captured by the ion trap 130. The measurement signal generation circuit 740 is connected to the secondary-side signal line 223 via the wiring 771 and is connected to the primary-side sensor control unit 600 via the wiring 772. Further, the measurement signal generation circuit 740 is connected to the primary side ground PGL via the wiring 773. The measurement signal generation circuit 740 outputs the measurement signal Sesc to the sensor control unit 600. The measurement signal generation circuit 740 may generate a low sensitivity measurement signal and a high sensitivity measurement signal and output them to the sensor control unit 600, respectively. Here, one of the low sensitivity measurement signal and the high sensitivity measurement signal may be the measurement signal Sesc.
微粒子センサ100の先端部100eを流れる電流相互には、下記(1)式の関係が成り立つ。
Iin=Idc+Itrp+Iesc ・・・(1)
ここで、Iinは第1の電極112の入力電流であり、Idcは隔壁42を介してケーシングCSに流れる放電電流であり、ItrpはケーシングCSに捕捉された陽イオンPIの電荷量に相当する捕捉電流であり、Iescはイオン捕捉部130において捕捉されずに外部に流出した陽イオンPIの電荷量に相当する漏洩電流である。
The relationship of the following formula (1) is established between the currents flowing through the tip 100e of the particle sensor 100.
Iin = Idc + Itrp + Iesc (1)
Here, Iin is an input current of the first electrode 112, Idc is a discharge current flowing through the casing CS via the partition wall 42, and Itrp is a trap corresponding to the charge amount of the cation PI trapped in the casing CS. Iesc is a leakage current corresponding to the charge amount of the cation PI that has flown outside without being captured by the ion trap 130.
放電電流Idcと捕捉電流Itrpは、ケーシングCSから信号線223を介して二次側グランドSGLに流れるため、信号線223上のシャント抵抗230にはそれらの合計の電流(Idc+Itrp)が流れる。ここで、(Idc+Itrp)の電流値は、入力電流Iinの電流値とほぼ等しい。式(1)の漏洩電流Iescは、信号線223を流れる電流(Idc+Itrp)のおよそ1/106倍程度の大きさであり、入力電流Iinの変動を監視するにあたっては実質的に無視することができるためである。入力電流Iinの電流値とイオン発生部110のコロナ電流の電流値とは等しいことから、信号線223を流れる電流(Idc+Itrp)の電流値は、コロナ電流の電流値とほぼ等しいといえる。このことから、コロナ電流測定回路730は、イオン発生部110のコロナ電流の電流値を示す信号Sdc+trpをセンサ制御部600に出力しているといえる。これを受けて、センサ制御部600は、コロナ電流測定回路730から入力される信号Sdc+trpに応じて、入力電流Iinの電流値が目標電流値となるように、放電電圧制御回路711を制御する。 Since the discharge current Idc and the trapping current Itrp flow from the casing CS to the secondary side ground SGL via the signal line 223, the total current (Idc + Itrp) flows through the shunt resistor 230 on the signal line 223. Here, the current value of (Idc + Itrp) is substantially equal to the current value of the input current Iin. Leakage current Iesc of formula (1) is approximately 1/10 of approximately 6 times the magnitude of the current flowing through the signal line 223 (Idc + Itrp), it is substantially ignored when monitoring the fluctuation of the input current Iin This is because it can. Since the current value of the input current Iin is equal to the current value of the corona current of the ion generator 110, it can be said that the current value of the current (Idc + Itrp) flowing through the signal line 223 is substantially equal to the current value of the corona current. From this, it can be said that the corona current measurement circuit 730 outputs a signal Sdc + trp indicating the current value of the corona current of the ion generator 110 to the sensor controller 600. In response to this, the sensor control unit 600 controls the discharge voltage control circuit 711 so that the current value of the input current Iin becomes the target current value in accordance with the signal Sdc + trp input from the corona current measurement circuit 730. To do.
漏洩電流Iescは、入力電流Iinと、シャント抵抗230を流れる電流(Idc+Itrp)との差分に等しい。
Iesc=Iin−(Idc+Itrp) ・・・(2)
測定信号生成回路740には、この漏洩電流Iescに相当する電流Icが流れる。測定信号生成回路740は、この電流Icに応じた測定信号Sescを生成してセンサ制御部600に出力する。センサ制御部600の微粒子量決定部610は、測定信号Sescに基づいて排ガスに含まれる微粒子量を決定する。また、この際、後述する補正を実行する。
The leakage current Iesc is equal to the difference between the input current Iin and the current flowing through the shunt resistor 230 (Idc + Itrp).
Iesc = Iin− (Idc + Itrp) (2)
A current Ic corresponding to the leakage current Iesc flows through the measurement signal generation circuit 740. The measurement signal generation circuit 740 generates a measurement signal Sesc corresponding to the current Ic and outputs it to the sensor control unit 600. The particle amount determination unit 610 of the sensor control unit 600 determines the amount of particles contained in the exhaust gas based on the measurement signal Sesc. At this time, correction described later is executed.
A−2.測定信号生成回路の構成例
図4は、測定信号生成回路740の構成を示すブロック図である。測定信号生成回路740は、増幅回路741と、負帰還抵抗742と、抵抗743とを含む。増幅回路741としてはオペアンプを利用可能である。増幅回路741の反転入力端子は、抵抗743と信号線223とを介して二次側グランドSGLに接続されている。この信号線223は、図3に示すように、微粒子センサのケーシングCSに接続されている。増幅回路741の非反転入力端子には、一次側グランドPGLに対して一定の基準電圧(例えば、0.5V)を与える電源Vrefが接続されている。以下の説明では、この電源Vrefの基準電圧を表す際にも同じ符号「Vref」を用いる。増幅回路741の非反転入力端子に基準電圧Vrefを入力すれば、増幅回路741の2つの入力端子間の電位差を、誤差(バイアス電流やオフセット電圧による誤差等)の生じにくい電位差範囲に近づけるように調整することができる。増幅回路741の反転入力端子には、後に詳述するように、微粒子センサ100の漏洩電流Iesc(図3)に相当する電流Icが流れる。この電流Icは、増幅回路741によって電圧E1に変換される。電圧E1を示す信号Sescは、測定信号として、配線772を介してセンサ制御部600に供給される。
A-2. Configuration Example of Measurement Signal Generation Circuit FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the measurement signal generation circuit 740. The measurement signal generation circuit 740 includes an amplifier circuit 741, a negative feedback resistor 742, and a resistor 743. An operational amplifier can be used as the amplifier circuit 741. The inverting input terminal of the amplifier circuit 741 is connected to the secondary side ground SGL via the resistor 743 and the signal line 223. As shown in FIG. 3, the signal line 223 is connected to the casing CS of the particle sensor. A power supply Vref that applies a constant reference voltage (for example, 0.5 V) to the primary side ground PGL is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 741. In the following description, the same reference numeral “Vref” is used to represent the reference voltage of the power supply Vref. When the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 741, the potential difference between the two input terminals of the amplifier circuit 741 is brought close to a potential difference range where errors (such as errors due to bias current and offset voltage) are unlikely to occur. Can be adjusted. As will be described in detail later, a current Ic corresponding to the leakage current Iesc (FIG. 3) of the particle sensor 100 flows through the inverting input terminal of the amplifier circuit 741. This current Ic is converted into a voltage E1 by the amplifier circuit 741. The signal Sesc indicating the voltage E1 is supplied as a measurement signal to the sensor control unit 600 via the wiring 772.
増幅回路741の反転入力端子に流れる電流Icが、微粒子センサ100の漏洩電流Iescに相当する電流となる理由は、以下の通りである。漏洩電流Iescが発生すると、二次側グランドSGLの基準電位は、漏洩電流Iescの大きさに応じて、一次側グランドPGLの基準電位よりも低下する。これは、一次側電源回路710(図3)を含む一次側回路から、微粒子センサ100に供給されるエネルギー(電力)と、信号線223を介して微粒子センサ100から出力されるエネルギー(電力)との間に、漏洩電流Iescに対応するエネルギーの差異が生じるためである。漏洩電流Iescの発生により、二次側グランドSGLの基準電位と一次側グランドPGLの基準電位との間に差異が生じると、増幅回路741の反転入力端子には、この差異に応じた補償電流Icが流れる。この補償電流Icは、漏洩電流Iescと電流値が等しく、二次側グランドSGLの基準電位と一次側グランドPGLの基準電位との間の差異を補償する電流である。従って、測定信号生成回路740は、この補償電流IcをI−V変換することによって、漏洩電流Iescを表す電圧E1(および測定信号Sesc)を生成することができる。 The reason why the current Ic flowing through the inverting input terminal of the amplifier circuit 741 becomes a current corresponding to the leakage current Iesc of the particle sensor 100 is as follows. When the leakage current Iesc is generated, the reference potential of the secondary side ground SGL is lower than the reference potential of the primary side ground PGL according to the magnitude of the leakage current Iesc. This is because energy (power) supplied to the particle sensor 100 from the primary circuit including the primary power supply circuit 710 (FIG. 3) and energy (power) output from the particle sensor 100 via the signal line 223. This is because a difference in energy corresponding to the leakage current Iesc occurs. If a difference occurs between the reference potential of the secondary ground SGL and the reference potential of the primary ground PGL due to the generation of the leakage current Iesc, the compensation current Ic corresponding to this difference is applied to the inverting input terminal of the amplifier circuit 741. Flows. This compensation current Ic is equal to the leakage current Iesc and is a current that compensates for the difference between the reference potential of the secondary side ground SGL and the reference potential of the primary side ground PGL. Therefore, the measurement signal generation circuit 740 can generate the voltage E1 (and the measurement signal Sesc) representing the leakage current Iesc by performing IV conversion of the compensation current Ic.
増幅回路741の出力電圧E1は、以下の式(3)で与えられる。
E1=Ic×R1+Vref ・・・(3)
ここで、Icは補償電流、R1は負帰還抵抗742の抵抗値、Vrefは増幅回路741の基準電圧である。
The output voltage E1 of the amplifier circuit 741 is given by the following equation (3).
E1 = Ic × R1 + Vref (3)
Here, Ic is a compensation current, R1 is a resistance value of the negative feedback resistor 742, and Vref is a reference voltage of the amplifier circuit 741.
センサ制御部600は、測定信号生成回路740から供給される測定信号Sescに基づいて、排ガスに含まれる微粒子量を決定する。測定信号Sescに基づいて排ガスに含まれる微粒子量を決定する方法としては、例えば、測定信号Sescの電圧値と排ガスに含まれる微粒子量との対応関係が示されているマップを参照する方法や、測定信号Sescの電圧値と排ガスに含まれる微粒子量との関係を示す関係式を用いる方法を利用可能である。センサ制御部600は、アナログ信号としての測定信号Sescの電圧値を所定の分解能(例えば、8ビット)によってデジタル値に変換する。 The sensor control unit 600 determines the amount of fine particles contained in the exhaust gas based on the measurement signal Sesc supplied from the measurement signal generation circuit 740. As a method for determining the amount of particulates contained in the exhaust gas based on the measurement signal Sesc, for example, a method of referring to a map showing a correspondence relationship between the voltage value of the measurement signal Sesc and the amount of particulates contained in the exhaust gas, A method using a relational expression showing the relationship between the voltage value of the measurement signal Sesc and the amount of fine particles contained in the exhaust gas can be used. The sensor control unit 600 converts the voltage value of the measurement signal Sesc as an analog signal into a digital value with a predetermined resolution (for example, 8 bits).
A−3.粒径の推定
図5は、排ガスに含まれる微粒子Sの粒径分布の一例を示すグラフである。横軸は微粒子の粒径(直径)(nm)であり、縦軸は粒子数(個/cm3)である。排ガスに含まれる微粒子Sの粒径は、単一ではなく、或る粒径において粒子数が最大となるような、釣鐘型の分布曲線を示す。微粒子Sの粒径分布は、内燃機関400の運転条件に応じて変化し、これに応じて粒径ピーク値も変化する。図5は、内燃機関400の運転条件を互いに異なる3種類の条件とした場合の、微粒子Sの粒径分布をそれぞれ示している。3種類の条件における微粒子Sの粒径ピーク値は、それぞれ75nm、87nm、97nmである。
A-3. FIG. 5 is a graph showing an example of the particle size distribution of the fine particles S contained in the exhaust gas. The horizontal axis is the particle size (diameter) (nm) of the fine particles, and the vertical axis is the number of particles (pieces / cm 3 ). The particle size of the fine particles S contained in the exhaust gas is not single, but shows a bell-shaped distribution curve in which the number of particles becomes maximum at a certain particle size. The particle size distribution of the fine particles S changes according to the operating conditions of the internal combustion engine 400, and the particle size peak value also changes accordingly. FIG. 5 shows the particle size distribution of the fine particles S when the operating conditions of the internal combustion engine 400 are three different conditions. The particle size peak values of the fine particles S under three kinds of conditions are 75 nm, 87 nm, and 97 nm, respectively.
本実施形態において「粒径ピーク値」とは、所定の運転条件(内燃機関400の回転数や燃料噴射量等)で内燃機関400を運転させた際の排ガスに含まれる微粒子Sの粒径分布において、粒子数の最も多い粒径の値を意味する。また、本実施形態において、粒径ピーク値は、請求項における粒径に相当する。 In the present embodiment, the “particle size peak value” refers to the particle size distribution of the fine particles S contained in the exhaust gas when the internal combustion engine 400 is operated under predetermined operating conditions (such as the rotational speed of the internal combustion engine 400 and the fuel injection amount). Means the value of the particle diameter having the largest number of particles. In the present embodiment, the particle size peak value corresponds to the particle size in the claims.
粒径推定部620は、各種のセンサ406から車両制御部420に入力される内燃機関400の駆動に関するパラメータに基づいて、微粒子Sの粒径ピーク値を推定する。本実施形態では、内燃機関400の駆動に関するパラメータとして、内燃機関400の回転数および燃料噴射量を用いる。これらのパラメータは、排ガスに含まれる微粒子Sの粒径に特に影響を与えると考えられるからである。 The particle size estimation unit 620 estimates the particle size peak value of the fine particles S based on parameters relating to driving of the internal combustion engine 400 input from various sensors 406 to the vehicle control unit 420. In the present embodiment, the rotational speed of the internal combustion engine 400 and the fuel injection amount are used as parameters relating to the driving of the internal combustion engine 400. This is because these parameters are considered to particularly affect the particle size of the fine particles S contained in the exhaust gas.
図6は、粒径ピーク値のマップの例を示す説明図である。図6に示すマップには、内燃機関400の回転数および燃料噴射量と、微粒子Sの粒径ピーク値との対応関係が示されている。本実施形態では、粒径推定部620は、図のような二次元マップを参照することにより、排ガスに含まれる微粒子Sの粒径ピーク値を推定する。なお、マップに代えて、内燃機関400の回転数および燃料噴射量と、排ガスに含まれる微粒子Sの粒径ピーク値との関係を示す関係式を用いてもよい。 FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a particle size peak value map. The map shown in FIG. 6 shows a correspondence relationship between the rotational speed and fuel injection amount of the internal combustion engine 400 and the particle size peak value of the fine particles S. In the present embodiment, the particle size estimation unit 620 estimates the particle size peak value of the fine particles S contained in the exhaust gas by referring to a two-dimensional map as shown in the figure. Instead of the map, a relational expression indicating the relationship between the rotational speed and fuel injection amount of the internal combustion engine 400 and the particle size peak value of the fine particles S contained in the exhaust gas may be used.
A−4.運転条件による測定結果の補正
A−4−1.微粒子の質量濃度の補正
図7は、排ガスに含まれる微粒子Sの質量濃度と測定信号との関係の一例を示すグラフである。横軸は排ガスに含まれる微粒子Sの質量濃度(mg/m3)であり、縦軸は測定信号Sescである。正確に言えば、縦軸は、測定信号Sescの電圧レベルに対応する電流Icの電流値(pA)で表されている。図7では、微粒子Sの粒径ピーク値が互いに異なる3種類の条件について、それぞれ質量濃度と測定信号との関係を示している。3種類の条件における微粒子Sの粒径ピーク値は、図5と同様に、それぞれ75nm、87nm、97nmである。図中には、3種類の条件それぞれについて、各条件下で得られた測定点に関する一次近似式y=a・xと、その相関係数R2とが示されている。なお、一般に、R2が大きいほど(すなわち、1に近いほど)相関度が高い。
A-4. Correction of measurement results according to operating conditions A-4-1. Correction of Mass Concentration of Fine Particles FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the mass concentration of the fine particles S contained in the exhaust gas and the measurement signal. The horizontal axis represents the mass concentration (mg / m 3 ) of the fine particles S contained in the exhaust gas, and the vertical axis represents the measurement signal Sesc. To be precise, the vertical axis is represented by the current value (pA) of the current Ic corresponding to the voltage level of the measurement signal Sesc. FIG. 7 shows the relationship between the mass concentration and the measurement signal for three types of conditions in which the particle size peak values of the fine particles S are different from each other. The particle size peak values of the fine particles S under the three types of conditions are 75 nm, 87 nm, and 97 nm, respectively, as in FIG. In the figure, for each of the three types of conditions, a first-order approximate expression y = a · x and a correlation coefficient R 2 relating to measurement points obtained under each condition are shown. In general, as R 2 is larger (that is, closer to 1), the degree of correlation is higher.
上述したように、本実施形態の微粒子測定システム10では、測定信号Sescに基づいて、排ガスに含まれる微粒子量を決定する。しかしながら、図7によれば、微粒子Sの粒径ピーク値が互いに異なると、質量濃度と測定信号との関係もそれぞれ異なることがわかる。そこで、本実施形態では、微粒子Sの粒径に基づいて測定信号Sescを補正することにより、測定信号Sescと微粒子Sの質量濃度との関係について、粒径ピーク値の違いによる影響(測定誤差)を低減させる。 As described above, in the particulate measurement system 10 of this embodiment, the amount of particulates contained in the exhaust gas is determined based on the measurement signal Sesc. However, it can be seen from FIG. 7 that when the particle size peak values of the fine particles S are different from each other, the relationship between the mass concentration and the measurement signal is also different. Therefore, in this embodiment, by correcting the measurement signal Sesc based on the particle size of the fine particles S, the influence (measurement error) due to the difference in the particle size peak value on the relationship between the measurement signal Sesc and the mass concentration of the fine particles S. Reduce.
ところで、内燃機関400から排出される排ガスに含まれる微粒子Sの粒径は、10nm〜300nmの範囲内であると考えられる。一般に、この範囲内の粒径を有する微粒子Sは、陽イオンPIと衝突させて帯電させた際に、粒径に略正比例した荷電数を有し、その比例定数は1であるとみなすことができる。したがって、例えば、或る微粒子の粒径が他の微粒子の粒径の2倍であると、その荷電数は他の微粒子の荷電数の2倍となる。なお、或る微粒子の粒径が他の微粒子の粒径の2倍であると、その質量は他の微粒子の質量の8倍となる。上述のように微粒子Sの粒径は所定の分布を有しているが、以降では、「微粒子Sの粒径」とは、微粒子Sの粒径ピーク値を意味する。 By the way, it is considered that the particle size of the fine particles S contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 400 is in the range of 10 nm to 300 nm. In general, the fine particles S having a particle size within this range have a charge number that is approximately directly proportional to the particle size when charged by colliding with the cation PI, and the proportionality constant can be regarded as 1. it can. Therefore, for example, when the particle size of a certain fine particle is twice the particle size of another fine particle, the charge number becomes twice the charge number of other fine particles. When the particle size of a certain fine particle is twice that of the other fine particles, the mass thereof is eight times the mass of the other fine particles. As described above, the particle diameter of the fine particles S has a predetermined distribution. Hereinafter, the “particle diameter of the fine particles S” means the particle diameter peak value of the fine particles S.
本実施形態では、微粒子Sの質量濃度を決定する際に、次式(4)に従って測定信号Sescの補正が実行される。
y=y0×(B/A)N ・・・(4)
式(4)において、yは補正後の測定信号Sesc、y0は補正前の測定信号Sesc、Aは基準となる粒径ピーク値、Bは推定された粒径ピーク値、Nは2以上の整数(本実施形態では、N=2としている)を、それぞれ示す。基準となる粒径ピーク値は、予めユーザにより設定されている。補正後の測定信号Sescが得られると、かかる信号を用いて、上述したマップや関係式に基づき微粒子Sの質量濃度が決定される。このとき用いられるマップや関係式(上述した測定信号Sescの電圧値と排ガスに含まれる微粒子量との対応関係が示されているマップや、その対応関係を示す関係式)は、基準となる粒径ピーク値を有する微粒子(以下、「基準微粒子」と呼ぶ)が排ガスに含まれる場合に導き出されたマップおよび関係式である。
In this embodiment, when determining the mass concentration of the fine particles S, the measurement signal Sesc is corrected according to the following equation (4).
y = y 0 × (B / A) N (4)
In equation (4), y is the corrected measurement signal Sesc, y0 is the corrected measurement signal Sesc, A is the reference particle size peak value, B is the estimated particle size peak value, and N is an integer of 2 or more. (In this embodiment, N = 2) is shown respectively. The reference particle size peak value is set in advance by the user. When the corrected measurement signal Sesc is obtained, the mass concentration of the fine particles S is determined based on the above-described map and relational expression using the signal. The map and the relational expression used at this time (the map showing the correspondence between the voltage value of the measurement signal Sesc and the amount of fine particles contained in the exhaust gas, and the relational expression showing the correspondence) are used as reference particles. This is a map and relational expression derived when fine particles having a diameter peak value (hereinafter referred to as “reference fine particles”) are contained in the exhaust gas.
ここで、推定された粒径ピーク値を有する微粒子Sの質量は、基準微粒子の質量の(B/A)3倍である。他方、推定された粒径ピーク値を有する微粒子Sの荷電数は、基準微粒子の荷電数のB/A倍であるため、補正前の測定信号Sescは、基準微粒子が排ガスに含まれる場合に出力される測定信号SescのB/A倍となる。したがって、推定された粒径ピーク値を有する微粒子Sと基準微粒子とで、補正前の測定信号Sescの比は、微粒子の質量比に対して(B/A)2倍小さい値となる。そこで、本実施形態では、測定信号Sesc(推定された粒径ピーク値を有する微粒子Sが排ガスに含まれる場合の測定信号Sesc)に(B/A)2を乗じることにより、測定信号Sescと微粒子Sの質量濃度との関係について、粒径ピーク値の違いによる測定誤差を低減させる。 Here, the mass of the fine particles S having the estimated particle diameter peak value is (B / A) 3 times the mass of the reference fine particles. On the other hand, since the charge number of the fine particle S having the estimated particle size peak value is B / A times the charge number of the reference fine particle, the measurement signal Sesc before correction is output when the reference fine particle is included in the exhaust gas. The measured signal Sesc is B / A times. Accordingly, in the fine particles S and the reference particles having the estimated particle size peak value, the ratio of the uncorrected measurement signal Sesc becomes with respect to the mass ratio of the fine particles (B / A) 2 times smaller value. Therefore, in this embodiment, the measurement signal Sesc and the fine particles are obtained by multiplying the measurement signal Sesc (the measurement signal Sesc when the fine particles S having the estimated particle size peak value are included in the exhaust gas) by (B / A) 2. About the relationship with the mass concentration of S, the measurement error by the difference in a particle size peak value is reduced.
図8は、図7のデータに関して上記(4)式による補正を行った結果を示すグラフである。図8では、基準となる粒径ピーク値を75nmとし、推定された粒径ピーク値を87nmおよび97nmとして補正を行なった結果を示している。この補正により、測定信号Sescと微粒子Sの質量濃度との関係について、粒径ピーク値の違いによる測定誤差が低減していることがわかる。このように、上記(4)式による補正を行なうことによって、微粒子Sの質量濃度の測定精度を向上させることができる。 FIG. 8 is a graph showing the result of correcting the data of FIG. 7 by the above equation (4). FIG. 8 shows the results of correction with the reference particle size peak value set to 75 nm and the estimated particle size peak values set to 87 nm and 97 nm. With this correction, it can be seen that the measurement error due to the difference in the particle diameter peak value is reduced in the relationship between the measurement signal Sesc and the mass concentration of the fine particles S. Thus, by performing the correction according to the above equation (4), the measurement accuracy of the mass concentration of the fine particles S can be improved.
A−4−2.微粒子の個数濃度の補正
図9は、排ガスに含まれる微粒子Sの個数濃度と測定信号との関係の一例を示すグラフである。横軸は排ガスに含まれる微粒子Sの個数濃度(100万個/m3)であり、縦軸は測定信号Sescである。正確に言えば、縦軸は、測定信号Sescの電圧レベルに対応する電流Icの電流値(pA)で表されている。図9では、微粒子Sの粒径ピーク値が互いに異なる3種類の条件について、それぞれ個数濃度と測定信号との関係を示している。3種類の条件における微粒子Sの粒径ピーク値は、図5と同様に、それぞれ75nm、87nm、97nmである。図中には、3種類の条件それぞれについて、各条件下で得られた測定点に関する一次近似式y=a・xと、その相関係数R2とが示されている。上述の質量濃度と同様に、図9によれば、微粒子Sの粒径ピーク値が互いに異なると、個数濃度と測定信号との関係もそれぞれ異なることがわかる。
A-4-2. Correction of Number Concentration of Fine Particles FIG. 9 is a graph showing an example of the relationship between the number concentration of fine particles S contained in exhaust gas and the measurement signal. The horizontal axis represents the number concentration (1 million particles / m 3 ) of the fine particles S contained in the exhaust gas, and the vertical axis represents the measurement signal Sesc. To be precise, the vertical axis is represented by the current value (pA) of the current Ic corresponding to the voltage level of the measurement signal Sesc. FIG. 9 shows the relationship between the number concentration and the measurement signal for three types of conditions in which the particle size peak values of the fine particles S are different from each other. The particle size peak values of the fine particles S under the three types of conditions are 75 nm, 87 nm, and 97 nm, respectively, as in FIG. In the figure, for each of the three types of conditions, a first-order approximate expression y = a · x and a correlation coefficient R 2 relating to measurement points obtained under each condition are shown. Similar to the mass concentration described above, according to FIG. 9, it can be seen that when the particle size peak values of the fine particles S are different from each other, the relationship between the number concentration and the measurement signal is also different.
本実施形態では、微粒子Sの個数濃度を決定する際に、次式(5)に従って測定信号Sescの補正が実行される。
y=y0×(A/B) ・・・(5)
式(5)において、yは補正後の測定信号Sesc、y0は補正前の測定信号Sesc、Aは基準となる粒径ピーク値、Bは推定された粒径ピーク値を、それぞれ示す。基準となる粒径ピーク値は、上述した(4)式における基準となる粒径ピーク値と同じである。補正後の測定信号Sescが得られると、かかる信号を用いて、上述したマップや関係式に基づき微粒子Sの個数濃度が決定される。
In this embodiment, when determining the number concentration of the fine particles S, the measurement signal Sesc is corrected according to the following equation (5).
y = y 0 × (A / B) (5)
In the formula (5), y is the measurement signal Sesc corrected, y 0 is the uncorrected measurement signal Sesc, particle size peak value A as a reference, B is the estimated particle size peak value, respectively. The reference particle size peak value is the same as the reference particle size peak value in the above-described equation (4). When the corrected measurement signal Sesc is obtained, the number concentration of the fine particles S is determined based on the above-described map and relational expression using the signal.
上述のように、推定された粒径ピーク値を有する微粒子Sの荷電数は、基準微粒子の荷電数のB/A倍であるため、補正前の測定信号Sescは、基準微粒子が排ガスに含まれる場合に出力される測定信号SescのB/A倍となる。したがって、推定された粒径ピーク値を有する微粒子Sと基準微粒子とで、補正前の測定信号Sescの比は、微粒子の個数比に対してB/A倍大きい値となる。そこで、本実施形態では、測定信号SescにB/Aの逆数であるA/Bを乗じることにより、測定信号Sescと微粒子Sの個数濃度との関係について、粒径ピーク値の違いによる測定誤差を低減させる。 As described above, since the charge number of the fine particles S having the estimated particle size peak value is B / A times the charge number of the reference fine particles, the measurement signal Sesc before correction includes the reference fine particles in the exhaust gas. In this case, it is B / A times the measurement signal Sesc output. Therefore, the ratio of the measurement signal Sesc before correction between the fine particle S having the estimated particle size peak value and the reference fine particle is B / A times larger than the number ratio of the fine particles. Therefore, in this embodiment, by multiplying the measurement signal Sesc by A / B, which is the reciprocal of B / A, the measurement error due to the difference in the particle size peak value is obtained for the relationship between the measurement signal Sesc and the number concentration of the fine particles S. Reduce.
図10は、図9のデータに関して上記(5)式による補正を行った結果を示すグラフである。図10では、基準となる粒径ピーク値を75nmとし、推定された粒径ピーク値を87nmおよび97nmとして補正を行なった結果を示している。この補正により、測定信号Sescと微粒子Sの個数濃度との関係について、粒径ピーク値の違いによる測定誤差が低減していることがわかる。このように、上記(5)式による補正を行なうことによって、微粒子Sの個数濃度の測定精度を向上させることができる。 FIG. 10 is a graph showing the result of correcting the data of FIG. 9 by the above equation (5). FIG. 10 shows the result of correction with the reference particle size peak value set to 75 nm and the estimated particle size peak values set to 87 nm and 97 nm. With this correction, it can be seen that the measurement error due to the difference in particle diameter peak value is reduced in the relationship between the measurement signal Sesc and the number concentration of the fine particles S. Thus, by performing the correction according to the above equation (5), the measurement accuracy of the number concentration of the fine particles S can be improved.
A−5.微粒子量決定処理
上述した測定信号Sescの補正を踏まえた微粒子量の決定方法について、図11を用いて説明する。図11は、微粒子量決定処理の手順を示すフローチャートである。微粒子測定システム10では、車両500においてイグニッションがオンすると、微粒子量決定処理が実行される。センサ制御部600は、内燃機関400がオンするまで待機し(ステップS905)、内燃機関400がオンすると(ステップS905:YES)、微粒子量の決定が必要か否かを判定する(ステップS910)。微粒子量の決定が必要でないと判定された場合(ステップS910:NO)、ステップS905に戻る。
A-5. Fine Particle Amount Determination Processing A fine particle amount determination method based on the correction of the measurement signal Sesc described above will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the fine particle amount determination process. In the fine particle measurement system 10, when the ignition is turned on in the vehicle 500, the fine particle amount determination process is executed. The sensor control unit 600 waits until the internal combustion engine 400 is turned on (step S905). When the internal combustion engine 400 is turned on (step S905: YES), the sensor control unit 600 determines whether it is necessary to determine the amount of fine particles (step S910). If it is determined that determination of the amount of fine particles is not necessary (step S910: NO), the process returns to step S905.
これに対して、微粒子量の決定が必要であると判定された場合(ステップS910:YES)、微粒子量決定部610は、微粒子センサ100の測定信号Sescを取得し(ステップS915)、測定信号Sescを記憶する(ステップS920)。粒径推定部620は、センサ406から信号を受信することにより、内燃機関400の回転数および燃料噴射量を取得する(ステップS925)。粒径推定部620は、マップを参照することにより、微粒子Sの粒径ピーク値を推定する(ステップS930)。微粒子量決定部610は、粒径推定部620により推定された微粒子Sの粒径ピーク値を用いて、上述の方法により測定信号Sescを補正する(ステップS935)。微粒子量決定部610は、補正された測定信号Sescに基づき、微粒子量(微粒子Sの質量濃度および個数濃度)を決定する(ステップS940)。微粒子量が決定されると、上述のステップS905に戻る。 On the other hand, when it is determined that the determination of the amount of fine particles is necessary (step S910: YES), the fine particle amount determination unit 610 acquires the measurement signal Sesc of the fine particle sensor 100 (step S915), and the measurement signal Sesc. Is stored (step S920). The particle size estimation unit 620 receives the signal from the sensor 406, and acquires the rotational speed and the fuel injection amount of the internal combustion engine 400 (step S925). The particle size estimation unit 620 estimates the particle size peak value of the fine particles S by referring to the map (step S930). The fine particle amount determination unit 610 corrects the measurement signal Sesc by the above-described method using the particle size peak value of the fine particles S estimated by the particle size estimation unit 620 (step S935). The fine particle amount determination unit 610 determines the fine particle amount (mass concentration and number concentration of the fine particles S) based on the corrected measurement signal Sesc (step S940). When the amount of fine particles is determined, the process returns to step S905 described above.
以上説明した本実施形態の微粒子測定システム10では、排ガスに含まれる微粒子Sの粒径ピーク値を推定し、推定された粒径ピーク値と、基準となる粒径ピーク値との比率に関する係数((B/A)N(本実施形態ではN=2)またはA/B)を測定信号Sescに乗じることで、測定信号Sescの補正を行なう。このため、粒径ピーク値の違いによる測定誤差を低減させることができ、微粒子量の測定精度を向上させることができる。また、内燃機関400の駆動に関する2種類のパラメータ(内燃機関400の回転数および燃料噴射量)に基づいて粒径ピーク値を推定するので、1種類のパラメータに基づいて粒径ピーク値を推定する構成に比べて、粒径ピーク値の推定精度を高めることができ、微粒子量の測定精度を向上させることができる。また、内燃機関400の回転数および燃料噴射量は、排ガスに含まれる微粒子Sの粒径に特に影響を与えると考えられるため、これらのパラメータを用いることで、粒径ピーク値の推定精度を高めることができ、微粒子量の測定精度を向上させることができる。さらに、微粒子Sの粒径として粒径ピーク値を用いることで、粒径を推定するためのマップを容易に構成することができる。また、車両500の内燃機関400の排ガスに含まれる微粒子量の測定精度を向上させることができるので、排ガスに含まれる微粒子を捕捉するフィルタ装置の劣化や異常を、精度よく検出することが可能となる。 In the fine particle measurement system 10 of the present embodiment described above, the particle size peak value of the fine particles S contained in the exhaust gas is estimated, and the coefficient (the coefficient relating to the ratio between the estimated particle size peak value and the reference particle size peak value ( The measurement signal Sesc is corrected by multiplying the measurement signal Sesc by (B / A) N (N = 2 in this embodiment) or A / B). For this reason, measurement errors due to differences in particle size peak values can be reduced, and the measurement accuracy of the amount of fine particles can be improved. Further, since the particle size peak value is estimated based on two types of parameters (the rotational speed of the internal combustion engine 400 and the fuel injection amount) related to the driving of the internal combustion engine 400, the particle size peak value is estimated based on one type of parameter. Compared to the configuration, the estimation accuracy of the particle size peak value can be increased, and the measurement accuracy of the amount of fine particles can be improved. In addition, since the rotational speed and fuel injection amount of the internal combustion engine 400 are considered to particularly affect the particle size of the fine particles S contained in the exhaust gas, using these parameters increases the estimation accuracy of the particle size peak value. And the measurement accuracy of the amount of fine particles can be improved. Furthermore, by using the particle size peak value as the particle size of the fine particles S, a map for estimating the particle size can be easily constructed. In addition, since the measurement accuracy of the amount of fine particles contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 400 of the vehicle 500 can be improved, it is possible to accurately detect deterioration or abnormality of the filter device that captures the fine particles contained in the exhaust gas. Become.
B.変形例
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Modifications Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
B−1.変形例1
実施形態において説明した微粒子測定システム10の構成は例示であり、本発明は、実施形態で示した微粒子測定システム10以外の構成によっても実現することができる。例えば、微粒子測定システム10は、第2の電極132を備えていなくてもよい。また、微粒子測定システム10は、イオン発生部110が微粒子センサ100の内側ではなく、微粒子センサ100とは別体として構成されていてもよい。さらに、第1の電極112を隔壁42の先後を貫くように帯電室121内に配置させ、第1の電極112の先端部と帯電室121の内壁面との間にコロナ放電を生じさせるようにしてもよい。この場合には、イオン発生部110と排ガス帯電部120とは一体化されることになる。また、測定信号生成回路740は、微粒子量を示す信号を生成できるものであれば良く、上述した各実施形
態で説明した構成以外の種々の構成を採用することが可能である。
B-1. Modification 1
The configuration of the particle measurement system 10 described in the embodiment is an exemplification, and the present invention can be realized by a configuration other than the particle measurement system 10 described in the embodiment. For example, the fine particle measurement system 10 may not include the second electrode 132. In the fine particle measurement system 10, the ion generation unit 110 may be configured separately from the fine particle sensor 100 instead of inside the fine particle sensor 100. Further, the first electrode 112 is disposed in the charging chamber 121 so as to penetrate the front and rear of the partition wall 42, and a corona discharge is generated between the distal end portion of the first electrode 112 and the inner wall surface of the charging chamber 121. May be. In this case, the ion generation unit 110 and the exhaust gas charging unit 120 are integrated. The measurement signal generation circuit 740 may be any circuit as long as it can generate a signal indicating the amount of fine particles, and various configurations other than the configurations described in the above-described embodiments can be employed.
B−2.変形例2
上述した実施形態の微粒子測定システム10は、コロナ放電により第1の電極112と隔壁42との間で陽イオンを発生させる構成としたが、微粒子測定システム10は、コロナ放電により陰イオンを発生させる構成としてもよい。
B-2. Modification 2
The fine particle measurement system 10 of the above-described embodiment is configured to generate cations between the first electrode 112 and the partition wall 42 by corona discharge, but the fine particle measurement system 10 generates anions by corona discharge. It is good also as a structure.
B−3.変形例3
実施形態では、測定信号Sescを補正していたが、測定信号Sescに代えて、測定信号Sescに基づき決定された微粒子Sの質量濃度および個数濃度を補正してもよい。この場合にも、上記(4)式においては、yを補正後の微粒子Sの質量濃度、y0を補正前の微粒子Sの質量濃度とした補正式を利用可能である。同様に、上記(5)式においては、yを補正後の微粒子Sの個数濃度、y0を補正前の微粒子Sの個数濃度とした補正式を利用可能である。この場合であっても、簡易な補正により微粒子量の測定精度を向上させることができる。また、上記(4)式において、本実施形態ではN=2を用いたが、微粒子センサ100の使用環境等に応じて、Nの値として2より大きい整数を用いて微粒子の質量濃度の測定精度を向上させるようにしてもよい。
B-3. Modification 3
In the embodiment, the measurement signal Sesc is corrected. However, instead of the measurement signal Sesc, the mass concentration and the number concentration of the fine particles S determined based on the measurement signal Sesc may be corrected. Also in this case, in the above equation (4), a correction equation in which y is the mass concentration of the fine particle S after correction and y 0 is the mass concentration of the fine particle S before correction can be used. Similarly, in the above equation (5), it is possible to use a correction equation in which y is the number concentration of the fine particles S after correction, and y 0 is the number concentration of the fine particles S before correction. Even in this case, the measurement accuracy of the amount of fine particles can be improved by simple correction. In the above formula (4), N = 2 is used in the present embodiment, but the measurement accuracy of the mass concentration of the fine particles using an integer greater than 2 as the value of N according to the use environment of the fine particle sensor 100 or the like. You may make it improve.
B−4.変形例4
実施形態では、内燃機関400の回転数および燃料噴射量のパラメータに基づいて微粒子Sの粒径ピーク値を推定していたが、本発明はこれに限定されない。内燃機関400の回転数および燃料噴射量に代えて、車両500の速度や、内燃機関400のトルク、内燃機関400の排気圧、内燃機関400の吸気圧、EGR開閉度、内燃機関400への吸入空気量、点火時期、等の他の運転条件パラメータを用いてもよい。また、運転条件パラメータに代えて、内燃機関400の運転により変化する環境パラメータ(内燃機関400の排ガス温度等)を用いてもよい。これらのパラメータは、いずれも排ガスに含まれる微粒子Sの粒径に影響を与えると考えられるからである。また、実施形態では、2種類のパラメータに基づいて微粒子Sの粒径ピーク値を推定していたが、1種類のパラメータまたは3種類以上の複数のパラメータを用いて微粒子Sの粒径ピーク値を推定してもよい。
B-4. Modification 4
In the embodiment, the particle size peak value of the fine particles S is estimated based on the parameters of the rotational speed of the internal combustion engine 400 and the fuel injection amount, but the present invention is not limited to this. Instead of the rotational speed of the internal combustion engine 400 and the fuel injection amount, the speed of the vehicle 500, the torque of the internal combustion engine 400, the exhaust pressure of the internal combustion engine 400, the intake pressure of the internal combustion engine 400, the EGR opening / closing degree, the intake to the internal combustion engine 400 Other operating condition parameters such as air amount, ignition timing, etc. may be used. Further, instead of the operating condition parameter, an environmental parameter (such as the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 400) that changes due to the operation of the internal combustion engine 400 may be used. This is because these parameters are considered to affect the particle size of the fine particles S contained in the exhaust gas. In the embodiment, the particle size peak value of the fine particle S is estimated based on two types of parameters. However, the particle size peak value of the fine particle S is calculated using one type of parameter or a plurality of three or more types of parameters. It may be estimated.
B−5.変形例5
実施形態では、微粒子量の決定に用いる粒径として、微粒子Sの粒径ピーク値を用いたが、粒径ピーク値に代えて、微粒子Sの粒径の平均値を用いてもよい。粒径の平均値を用いる構成であっても、粒径を推定するためのマップを容易に構成することができる。この場合、微粒子Sの粒径の平均値は、請求項における粒径に相当する。
B-5. Modification 5
In the embodiment, the particle size peak value of the fine particles S is used as the particle size used for determining the amount of fine particles. However, instead of the particle size peak value, an average value of the particle sizes of the fine particles S may be used. Even in the configuration using the average value of the particle size, a map for estimating the particle size can be easily configured. In this case, the average value of the particle diameter of the fine particles S corresponds to the particle diameter in the claims.
B−6.変形例6
実施形態では、微粒子測定システム10は車両500に搭載され、内燃機関400の排ガスに含まれる微粒子量を測定していたが、本発明はこれに限定されない。船等の任意の移動体に搭載された内燃機関や、定置型の内燃機関等、他の任意の内燃機関の排ガスに含まれる微粒子を測定してもよい。また、工場の煙突内の排煙に含まれる微粒子量を測定してもよく、オフィス内や道路の環境モニタとして、或る空間に含まれる煤や他の任意の微粒子の量を測定してもよい。
B-6. Modification 6
In the embodiment, the fine particle measurement system 10 is mounted on the vehicle 500 and measures the amount of fine particles contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 400, but the present invention is not limited to this. Fine particles contained in the exhaust gas of any other internal combustion engine such as an internal combustion engine mounted on an arbitrary moving body such as a ship or a stationary internal combustion engine may be measured. Also, the amount of particulates contained in the flue gas in the factory chimney may be measured, or the amount of soot and other arbitrary particulates contained in a certain space may be measured as an environmental monitor in an office or road. Good.
10…微粒子測定システム
31…ガス流路
35…排出孔
41…ノズル
42…隔壁
45…流入孔
100…微粒子センサ
110…イオン発生部
111…イオン発生室
112…第1の電極
120…排ガス帯電部
121…帯電室
130…イオン捕捉部
131…捕捉室
132…第2の電極
221…第1の配線
222…第2の配線
223…信号線
230…シャント抵抗
300…センサ駆動部
400…内燃機関
402…排ガス配管
405…燃料配管
410…フィルタ装置
420…車両制御部
430…燃料供給部
500…車両
600…センサ制御部
610…微粒子量決定部
620…粒径推定部
700…電気回路部
S…微粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fine particle measurement system 31 ... Gas flow path 35 ... Discharge hole 41 ... Nozzle 42 ... Partition 45 ... Inflow hole 100 ... Fine particle sensor 110 ... Ion generation part 111 ... Ion generation chamber 112 ... 1st electrode 120 ... Exhaust gas charging part 121 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Charging chamber 130 ... Ion capture part 131 ... Capture chamber 132 ... Second electrode 221 ... First wiring 222 ... Second wiring 223 ... Signal line 230 ... Shunt resistance 300 ... Sensor drive part 400 ... Internal combustion engine 402 ... Exhaust gas Pipe 405 ... Fuel pipe 410 ... Filter device 420 ... Vehicle control unit 430 ... Fuel supply unit 500 ... Vehicle 600 ... Sensor control unit 610 ... Fine particle amount determination unit 620 ... Particle size estimation unit 700 ... Electric circuit unit S ... Fine particle
Claims (7)
被測定ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、
前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記被測定ガス中の微粒子量に相関する測定信号を生成する測定信号生成回路と、
前記測定信号に基づいて前記被測定ガス中の微粒子量を決定する微粒子量決定部と、を備える微粒子測定システムであって、
更に、前記被測定ガス中の前記微粒子の粒径を推定する粒径推定部を備え、
前記微粒子量決定部は、前記推定された粒径と、基準となる粒径との比率に関する係数を、前記測定信号または前記測定信号から決定された前記微粒子量に乗じることで補正を実行する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 An ion generator that generates ions by corona discharge;
A charging chamber for charging at least some of the fine particles in the gas to be measured using the ions;
A capturing section that captures at least a part of the ions that were not used for charging the fine particles;
Based on the current value corresponding to the difference between the amount of ions generated from the ion generator and the amount of ions trapped by the trap, a measurement signal that correlates with the amount of fine particles in the gas to be measured is generated. A measurement signal generation circuit to
A fine particle measurement system comprising: a fine particle amount determination unit that determines a fine particle amount in the measurement gas based on the measurement signal;
Furthermore, a particle size estimation unit for estimating the particle size of the fine particles in the gas to be measured is provided,
The fine particle amount determination unit performs correction by multiplying the measurement signal or the fine particle amount determined from the measurement signal by a coefficient related to a ratio between the estimated particle size and a reference particle size,
A fine particle measuring system characterized by that.
前記微粒子量決定部は、以下の式に従って前記補正を行ない、前記微粒子量として、前記微粒子の質量濃度を決定する:
y=y0×(B/A)N
ここで、yは補正後の測定信号又は微粒子の質量濃度、y0は補正前の測定信号又は微粒子の質量濃度、Aは前記基準となる粒径、Bは前記推定された粒径、Nは2以上の整数である、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 1,
The fine particle amount determination unit performs the correction according to the following formula, and determines the mass concentration of the fine particles as the fine particle amount:
y = y 0 × (B / A) N
Here, y is the corrected measurement signal or mass concentration of fine particles, y 0 is the measurement signal or fine particle mass concentration before correction, A is the reference particle size, B is the estimated particle size, and N is An integer greater than or equal to 2,
A fine particle measuring system characterized by that.
前記微粒子量決定部は、以下の式に従って前記補正を行ない、前記微粒子量として、前記微粒子の個数濃度を決定する:
y=y0×(A/B)
ここで、yは補正後の測定信号又は微粒子の個数濃度、y0は補正前の測定信号又は微粒子の個数濃度、Aは前記基準となる粒径、Bは前記推定された粒径である、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 1,
The fine particle amount determination unit performs the correction according to the following formula, and determines the number concentration of the fine particles as the fine particle amount:
y = y 0 × (A / B)
Here, y is the corrected measurement signal or the number concentration of fine particles, y 0 is the measurement signal or the number concentration of fine particles before correction, A is the reference particle size, and B is the estimated particle size.
A fine particle measuring system characterized by that.
前記微粒子測定システムは、車両の内燃機関の排ガスに含まれる前記微粒子量を測定する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to any one of claims 1 to 3,
The fine particle measurement system measures the amount of fine particles contained in exhaust gas of an internal combustion engine of a vehicle.
A fine particle measuring system characterized by that.
前記粒径推定部は、前記内燃機関の駆動に関するパラメータに基づいて前記粒径を推定する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 4,
The particle size estimation unit estimates the particle size based on a parameter relating to driving of the internal combustion engine.
A fine particle measuring system characterized by that.
前記粒径推定部は、互いに異なる複数の前記パラメータに基づいて前記粒径を推定する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 5,
The particle size estimation unit estimates the particle size based on a plurality of different parameters.
A fine particle measuring system characterized by that.
互いに異なる複数の前記パラメータとして、少なくとも前記内燃機関の回転数および燃料噴射量を含む、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 6,
The plurality of parameters different from each other include at least the rotational speed and fuel injection amount of the internal combustion engine,
A fine particle measuring system characterized by that.
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