JP5540585B2 - Ｐｍセンサ - Google Patents
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Description
本発明は、簡素な構成で正確にＤＰＦに溜まったＰＭの量を検出することができるＰＭセンサに関する。
ディーゼルエンジンなどの内燃機関を搭載した車両では、内燃機関から大気までの排気ガスの排出流路にディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；以下、ＤＰＦという）を設置し、排気ガスに含まれるＳＯＦ、ＳＯＯＴなどの粒子状物質（Particurate Matter）を捕集している（以下、これらをＰＭと総称する）。ＤＰＦは、主としてセラミックからなるハニカム細孔状（四角いものを含む）のフィルタにＰＭを一時的に捕集する部材である。
ＤＰＦに捕集されたＰＭが溜まると背圧が上昇しエンジン特性の低下をきたすため、堆積したＰＭを燃焼させる。この動作をＤＰＦ再生という。ＤＰＦ再生時には、排気温度を上昇させるための燃料噴射によって排気温度を上昇させ、ＤＰＦを昇温することで、ＤＰＦに捕集されているＰＭを燃焼させる。
このとき、ＤＰＦにＰＭが溜まりすぎていると、ＤＰＦ再生時の熱でＤＰＦが損傷してしまう。ＤＰＦにＰＭが溜まりすぎないうちにＤＰＦ再生するために、従来は、正確に堆積量を計測できないので、一般的に安全係数を比較的多く取りＤＰＦを再生している。
しかし、必要以上に短い間隔でＤＰＦ再生を実行すると燃料が余分に消費されることになり、燃費が悪化する。したがって、ＰＭの量を正確に検出し、最も適切な時期にＤＰＦ再生を行うようにするのが望ましい。
従来、車両の走行距離が所定値に達するごとにＤＰＦ再生するようにしたのは、ＤＰＦに溜まったＰＭの量（ＰＭロード；フィルタの詰まり具合を表す）を検出するのが困難であるからである。例えば、特許文献２の技術では、ＤＰＦの上流側と下流側の排気ガスの圧力差からＰＭの量を検出している。しかし、排気の流量・温度は、内燃機関の状態変化に伴ってたえず変化しているため、圧力差から検出するＰＭの量は正確でない。また、特許文献１では、ＰＭの量を検出するという目的のために、車両走行上に必要のない空燃比変化を与えることになり、好ましくない。
また、実験室において、ＤＰＦに溜まったＰＭの量を検出する分析装置が知られているが、このような分析装置は大規模であり、車両には搭載できない。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成で正確にＤＰＦに溜まったＰＭの量を検出することができるＰＭセンサを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、多数の隔壁で仕切られた多孔状の筒形のフィルタ本体を有するディーゼルパティキュレートフィルタに、１個以上の上記隔壁を挟んでコンデンサを形成する２つの電極を同心状に重ねて設置し、上記２つの電極のうち内側の電極を上記フィルタ本体の筒内径よりも小径且つ上記フィルタ本体と同一外周形状に形成すると共に、当該フィルタ本体の中心にフィルタを構成しないよう配置し、上記コンデンサの静電容量から上記ディーゼルパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの量が検出されるようにしたものである。
上記２つの電極のうち外側の電極を上記フィルタ本体の全周に沿わせて設けてもよい。
上記外側の電極は、上記ディーゼルパティキュレートフィルタの金属製ケースであってもよい。
本発明によれば、簡素な構成で正確にＤＰＦに溜まったＰＭの量を検出することができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１（ａ）に示されるように、本発明に係るＰＭセンサ１は、セラミックからなる多数の隔壁で仕切られた多孔状のフィルタ本体２を有するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３に、１個以上の隔壁を挟んでコンデンサを形成する２つの電極４ａ，４ｂを同心状に重ねて設置し、そのコンデンサの静電容量からＤＰＦ３に捕集されているＰＭの量が検出されるようにしたものである。
この実施形態では、電子制御装置（ＥＣＵ）５の内部に電極４ａ，４ｂが形成するコンデンサの静電容量を検出する検出部と、静電容量をＰＭの量に変換する演算部が設けられているものとする。
図１（ａ）のＰＭセンサ１は、図２（ａ）のようにモデル化して示される。すなわち、２つの同寸法平板状の電極を所定の電極間距離を隔てて対向させたコンデンサ２１に対し静電容量の検出部２２が接続されている。
次に、ＰＭセンサ１の動作を説明する。
図１（ａ）のようにＤＰＦ３に捕集されたＰＭの量が少ない状態から、徐々にＰＭの量が増加し、図１（ｂ）のようにＤＰＦ３に捕集されたＰＭの量が多い状態になったとする。図１（ｂ）はＤＰＦ３のハッチングを図１（ａ）より濃くすることでＰＭの量が多いことを表している。このとき、ＰＭセンサ１のモデルは、図２（ａ）のようにコンデンサ２１の静電容量が小さい値Ｃ0である状態から図２（ｂ）のようにコンデンサ２１の静電容量が大きい値Ｃ1である状態に変化する（Ｃ1＞Ｃ0）。
検出部２２では、コンデンサ２１の静電容量を検出する。このとき、静電容量をＣ、電極間の媒体の誘電率をε、電極の面積をＳ、電極間の距離をｄとすると、
となる。よって、誘電率εが大きくなるか電極間距離ｄが小さくなるかすれば、静電容量Ｃは大きくなる。
ここで、本発明者らは、ＰＭセンサ１内に設置した２つの電極４ａ，４ｂが形成するコンデンサの静電容量Ｃが捕集されたＰＭの量によってどのように変化するかを実験により調べた。すなわち、ＰＭセンサ１の下流から吸引することによって上流から下流に空気を流し、そのＰＭセンサ１の上流において空気中にＰＭを少量ずつ投入し、静電容量Ｃの変化を記録した。その結果、図３に示されるように、ＰＭの投入量に対してほぼ直線的に静電容量Ｃが増大することが分かった。すなわち、静電容量Ｃは、ＰＭセンサ１に捕集されたＰＭの量を正確に示す。
静電容量Ｃが捕集されたＰＭの量に比例して増加する理由としては、電極４ａ，４ｂ間に導体である炭素が入ることで、見かけ上、電極間距離ｄが小さくなり静電容量Ｃが大きくなる、あるいは、電極４ａ，４ｂ間の媒体中にＰＭが増加して誘電率εが大きくなり静電容量Ｃが大きくなると考えられる。
以上説明したように、本発明のＰＭセンサ１は、ＤＰＦ３に、１個以上の隔壁を挟んでコンデンサを形成する２つの電極４ａ，４ｂを設置したので、コンデンサの静電容量ＣからＤＰＦ３に捕集されているＰＭの量を正確に検出することができる。本発明のＰＭセンサ１は、電極４ａ，４ｂを配置するだけの簡素な構成であるため、製造が容易であり、コストが安いという利点がある。
なお、ＰＭセンサ１は、前述した動作原理から、ただ１個の隔壁を挟んで２つの電極４ａ，４ｂを同心状に重ねて設置しても、その隔壁に捕集されているＰＭの量が静電容量から検出される。しかし、実際には、複数の隔壁を挟むように電極４ａ，４ｂを設置するのが望ましい。
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
図４（ａ）、図４（ｂ）に示されるように、本発明のＰＭセンサ４１は、一方の極性の電極（外側電極）４２ａをフィルタ本体４３の外周に設け、他方の極性の電極（内側電極）４２ｂをフィルタ本体４３内部に設けたものである。ここでは、フィルタ本体４３が管軸方向に所定長の楕円筒形に形成されており、一方の電極４２ａは、管軸方向の全長にわたり、フィルタ本体４３の全周に沿わせて設けられる。他方の電極４２ｂは、フィルタ本体４３と同じ管軸長を有し、フィルタ本体４３より径の小さい楕円筒形に形成され、フィルタ本体４３の中心に配置される。これにより、外側電極４２ａと内側電極４２ｂとが同心状に重なり、同軸コンデンサが形成される。
ＰＭセンサ４１は、電極４２ａ，４２ｂの表面積が大きく、また、電極間距離ｄが小さいので、静電容量Ｃが大きい。このため、図２の検出部２２における静電容量Ｃの検出が容易になる。
図５に示されるように、本発明のＰＭセンサ５１は、従来からＤＰＦ５２が金属製の円筒状のケース５３を備えていることから、ケース５３を外側電極５４ａとしたものである。内側電極５４ｂは、ケース５３に収納されたフィルタ本体５５より径の小さい円柱状に形成してフィルタ本体５５の中心に設置する。
ＰＭセンサ５１は、外側電極５４ａがケース５３と兼用であるため、部品点数が少なく、組み立て工数が少なく、コストが安いという利点がある。
１，４１，５１ ＰＭセンサ
２，４３，５５ フィルタ本体
３，５２ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４ａ，４ｂ，４２ａ，４２ｂ 電極
４２ａ，５４ａ 外側電極
４２ｂ，５４ｂ 内側電極
５ ＥＣＵ
２，４３，５５ フィルタ本体
３，５２ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４ａ，４ｂ，４２ａ，４２ｂ 電極
４２ａ，５４ａ 外側電極
４２ｂ，５４ｂ 内側電極
５ ＥＣＵ
Claims (3)
- 多数の隔壁で仕切られた多孔状の筒形のフィルタ本体を有するディーゼルパティキュレートフィルタに、１個以上の上記隔壁を挟んでコンデンサを形成する２つの電極を同心状に重ねて設置し、上記２つの電極のうち内側の電極を上記フィルタ本体の筒内径よりも小径且つ上記フィルタ本体と同一外周形状に形成すると共に、当該フィルタ本体の中心にフィルタを構成しないよう配置し、上記コンデンサの静電容量から上記ディーゼルパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの量が検出されるようにしたことを特徴とするＰＭセンサ。
- 上記２つの電極のうち外側の電極を上記フィルタ本体の全周に沿わせて設けたことを特徴とする請求項１記載のＰＭセンサ。
- 上記外側の電極は、上記ディーゼルパティキュレートフィルタの金属製ケースであることを特徴とする請求項２記載のＰＭセンサ。
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