JP6397705B2 - 粒子検知システム - Google Patents
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Description
また、特許文献2,3には、検知部に二重筒状に重なる一対の電極を含み、この電極間を流通する被測定ガス中の粒子で、予め電極の表面上に粒子が付着したPM塊(PM構造体(particulate matter structures))を形成した上で、被測定ガスを流し、電極に高電圧を印加することにより、電極間を移動する帯電したPM塊を用いて、粒子を検知する粒子検知システムが開示されている。
例えば、粒子量積算値が、所定値を超えたら、ヒータ部に通電して付着粒子を除去するようにすれば、粒子量積算値に応じて、検知した粒子の量が多い場合には早いタイミングで、検知した粒子の量が少ない場合には遅いタイミングで、それぞれ適切なタイミングでヒータ通電を行って、付着粒子を除去することができる。このため、粒子量積算値に基づいて、ヒータ部に通電することにより、必要に応じた適切なヒータ通電を行って、付着粒子を除去することができ、粒子の検知性能の低下を防止できる。
また、不必要にヒータ部に通電することがないので、省電力化を図ることができる。
また、粒子量積算値に基づいて、ヒータ部に通電する通電時間の長さを制御する手法も挙げられる。具体的には、所定期間毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間内に得られた粒子量積算値が多いほど、通電時間を長くすることで、確実に付着粒子を除去することができる。
その他、ヒータ部に印加する電力の大きさを制御する手法も挙げられる。具体的には、所定期間毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間内に得られた粒子量積算値が多いほど、所定の通電時間にヒータ部に印加する電力を大きくすることで、付着粒子を確実に除去することができる。
これに対し、この粒子検知システムでは、放電電極体を覆う絶縁部材の放電部周囲表面をヒータ部で加熱する。このため、この放電部周囲表面や放電部に付着した付着粒子を除去して、イオン源において気中放電を適切に生じさせることができる。これにより、粒子の検知性能の低下を防止することができる。
これに対し、この粒子検知システムでは、絶縁スペーサのガス接触表面をヒータ部で加熱する。これにより、第1電位と接地電位との間に流れる漏れ電流を抑制し、センサ信号である信号電流を適切に検知することができる。このため、漏れ電流の影響によって信号電流の検知精度が低下し、粒子の検知性能が低下するのを防止することができる。
このシステム1は、エンジンENGを制御するエンジン制御ユニットECUとCANバスを通じて接続されている。
なお、図2及び図3に、システム1のうち粒子センサ10の構成を示し、図4に、システム1のうち回路部200の構成を示す。
粒子センサ10は、ガス取入管25を有する内側金具20、外側金具70、第1絶縁スペーサ100、第2絶縁スペーサ110、セラミック素子120、5本の電線161,163,171,173,175等から構成される。なお、図2において、粒子センサ10の長手方向GHのうち、ガス取入管25が配置された側(図中、下方)を先端側GSとし、これと反対側の電線161,163等が延出する側(図中、上方)を基端側GKとする。
なお、粒子センサ10のうち、内側金具20のガス取入管25及びセラミック素子120の先端側部分は、排気ガスEGに晒される検知部11をなす。
内筒40の内部には、先端側GSから基端側GKに向けて順に、絶縁ホルダ43と、第1セパレータ44と、第2セパレータ45とが配置されている。このうち絶縁ホルダ43は、円筒状で絶縁体からなり、セラミックスリーブ37に基端側GKから当接している。この絶縁ホルダ43には、セラミック素子120が挿通されている。
また、第1セパレータ44は、絶縁体からなり、挿通孔44cを有する。この挿通孔44c内には、セラミック素子120が挿通されると共に、放電電位端子46の先端側部分が収容されている。そして、この挿通孔44c内において、セラミック素子120の後述する放電電位パッド135(図6及び図7参照)に、放電電位端子46が接触している。
また、スペーサ中間部102は、先端側GSを向く外側段面102sと、基端側GKを向く内側段面102kとを有する。これら外側段面102s及び内側段面102kは、いずれも第1絶縁スペーサ100の周方向に延びる円環状をなす。外側段面102sは、取付金具80の段状部83に、基端側GKから全周にわたり当接している。一方、内側段面102kには、主体金具30のフランジ部31が基端側GKから当接している。
なお、セラミック基体121の先端側部分の表面は、ガス取入管25(内側プロテクタ60及び外側プロテクタ65)内に取り入れた排気ガスEGに接するガス接触表面121sとなっている(図8参照)。
また、放電電位パッド135は、セラミック基体121のうち、セラミック層122よりも基端側GKで露出している。この放電電位パッド135には、前述したように、第1セパレータ44の挿通孔44c内で放電電位端子46が接触する。
このうち電線161は、芯線(中心導体)として放電電位リード線162を有し、この放電電位リード線162は、前述のように、第2セパレータ45の第1挿通孔45c内で放電電位端子46に接続している。また、電線163は、芯線(中心導体)として補助電位リード線164を有し、この補助電位リード線164は、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で補助電位端子47に接続している。また、これらの電線161,163の同軸二重の外部導体のうち、内側の内側外部導体161g1,163g1は、内側金具20の内筒接続金具50に接続しており、第1電位PV1とされる。一方、外側の外側外部導体161g2,163g2は、外側金具70に導通する外筒接続金具95に接続しており、接地電位PVEとされる。
補助電極電源回路240は、第1電位PV1とされる補助第1出力端241と、補助電極電位PV3とされる補助第2出力端242とを有する。この補助電極電位PV3は、第1電位PV1に対して、正の直流高電位であるが、第2電位PV2のピーク電位よりも低い電位とされる。
具体的には、素子用ヒータ150及びスペーサ用ヒータ105への前回の通電以降の粒子量積算値MSが予め定めた規定値RSを超えた場合に、素子用ヒータ150及びスペーサ用ヒータ105への通電を行う。即ち、本実施形態では、前回の通電以降の期間を粒子量積算値MSを算出する所定期間Tdとし、粒子量積算値MSに基づいて、素子用ヒータ150及びスペーサ用ヒータ105に通電するタイミングを制御する。
これにより、検知した粒子Sの量が多い場合には早いタイミングで、検知した粒子Sの量が少ない場合には遅いタイミングで、それぞれ適切なタイミングでヒータ通電を行って、付着粒子SAを除去することができる。
エンジンENGのキースイッチ(図示しない)がONにされると、本システム1(計測制御回路220のマイクロプロセッサ221)が起動され、まず、ステップS1で、粒子検知及びヒータ通電に必要な初期設定がなされる。その後、ステップS2において、ECUからの粒子検知開始の指示信号ST(図4参照)の有無を検知する。
そして、通電時間Teにわたるヒータ通電が終了すると、ステップS7に進み、粒子量積算値MSをクリアする。
また、信号電流Isがセンサ信号に相当し、計測制御回路220の信号電流検知回路230及びステップS3を実行しているマイクロプロセッサ221が、粒子量検知部に相当する。また、ステップS4を実行しているマイクロプロセッサ221が、積算値算出部に相当する。
また、計測制御回路220の第2ヒータ通電回路225及び第1ヒータ通電回路223並びにステップS6を実行しているマイクロプロセッサ221が、ヒータ通電制御手段に相当する。
具体的には、素子用ヒータ150及びスペーサ用ヒータ105への前回の通電以降の粒子量積算値MSが規定値RSを超えた場合に、素子用ヒータ150及びスペーサ用ヒータ105への通電を行う(所定期間Td=前回の通電以降の期間)。これにより、適切なタイミングで付着粒子SAの除去を行うことができ、粒子Sの検知性能の低下を防止できる。
また、不必要に素子用ヒータ150及びスペーサ用ヒータ105に通電することがないので、省電力化を図ることができる。
これにより、第1電位PV1と接地電位PVEとの間に流れる漏れ電流を抑制し、センサ信号である信号電流Isを適切に検知することができる。このため、漏れ電流の影響によって信号電流Isの検知精度が低下し、粒子Sの検知性能が低下するのを防止することができる。
例えば、実施形態では、排気ガスEG(被測定ガス)に晒される検知部11が、気中放電によりイオンCPを生成するイオン源15を含む帯電部12を有する粒子検知システムに適用した例を示した。しかし、粒子センサの検知部はこれに限られない。例えば、電極の表面上に粒子を付着させて、電極に高電圧を印加することにより、粒子Sを帯電した帯電粒子SCとする帯電部を検知部に有する粒子センサを備える粒子検知システムに適用しても良い(特許文献2,3参照)。この場合、ヒータ部としては、例えば、粒子が付着する帯電部の電極間を絶縁する絶縁部材を加熱するものが挙げられる。
また、所定期間Td毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間Td内に得られた粒子量積算値MSが多いほど、所定の通電時間Teにヒータ部に印加する電力を大きくするなど、粒子量積算値MSに基づいて、ヒータ部に印加する電力の大きさを制御するようにしても良い。
10 粒子センサ
11 検知部
12 帯電部
15 イオン源
20 内側金具
25 ガス取入管
30 主体金具
40 内筒
50 内筒接続金具
60 内側プロテクタ
60e ガス排出口
65 外側プロテクタ
65c ガス取入口
70 外側金具
80 取付金具
90 外筒
100 第1絶縁スペーサ(絶縁部材,絶縁スペーサ)
101 スペーサ先端側部
101s ガス接触部(ガス接触表面)
105 スペーサ用ヒータ(ヒータ部)
120 セラミック素子
121 セラミック基体(絶縁部材)
121s ガス接触表面
121ss 放電部周囲表面
130 放電電極体
140 補助電極体
150 素子用ヒータ(ヒータ部)
200 回路部
210 イオン源電源回路
220 計測制御回路
221 マイクロプロセッサ
223 第1ヒータ通電回路(ヒータ通電制御手段)
225 第2ヒータ通電回路(ヒータ通電制御手段)
230 信号電流検知回路(粒子量検知部)
240 補助電極電源回路
AM 車両
ENG エンジン
EP 排気管(通気管)
EG 排気ガス
EGI 取入ガス
S 粒子
ECU エンジン制御ユニット
PVE 接地電位
PV1 第1電位
Is 信号電流(センサ信号)
SA 付着粒子
MS 粒子量積算値
RS 規定値
S3 粒子量検知部
S4 積算値算出部
S6 ヒータ通電制御手段
Claims (4)
- 被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える
粒子検知システムであって、
上記粒子センサは、
上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、
通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、
上記粒子検知システムは、
上記粒子センサからのセンサ信号により上記被測定ガス中の上記粒子の量を検知する粒子量検知部と、
検知した上記粒子の量を所定期間にわたって積算した粒子量積算値を算出する積算値算出部と、
上記粒子量積算値に基づいて、上記ヒータ部への通電を制御して、上記絶縁部材の上記ガス接触表面に付着した付着粒子を除去するヒータ通電制御手段と、を備える
粒子検知システム。 - 請求項1に記載の粒子検知システムであって、
前記積算値算出部は、
前記所定期間である、前記ヒータ通電制御手段による前記ヒータ部への前回の通電以降の期間における、前記粒子の量を積算して前記粒子量積算値を算出し、
前記ヒータ通電制御手段は、
上記粒子量積算値が予め定めた規定値を超えたときに、上記ヒータ部への通電を行う
粒子検知システム。 - 請求項1または請求項2に記載の粒子検知システムであって、
前記検知部は、
気中放電によりイオンを生成するイオン源を含み、生成した上記イオンを前記被測定ガス中を浮遊する前記粒子に付着させ帯電させて帯電粒子とする帯電部を有し、
上記イオン源は、
上記気中放電を生じる放電部を含む放電電極体を有し、
前記絶縁部材は、
上記放電部を露出させつつ上記放電部を除く上記放電電極体を覆い、前記ガス接触表面であり上記放電部の周囲に位置する放電部周囲表面を有し、
前記ヒータ部は、
上記絶縁部材の上記放電部周囲表面を加熱する
粒子検知システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の粒子検知システムであって、
前記粒子センサは、
前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、
上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第1電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、
上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、
前記絶縁部材は、
上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、
前記ヒータ部は、
上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する
粒子検知システム。
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