排气净化装置的制作方法

本发明涉及对排气气体中所含有的颗粒状物质(以下，称为pm)进行捕集以净化排气气体的排气净化装置。

背景技术：

已知用过滤器来对从内燃机排出的排气气体中所含有的pm进行捕集以净化排气气体的排气净化装置。在该排气净化装置中，存在在比过滤器靠排气气体的排气上游侧和排气下游侧的位置分别配置pm传感器以进行过滤器的故障判定的排气净化装置。例如，在专利文献1所记载的排气净化装置中，将能用加热器进行再生的电阻式的pm传感器分别配置在比过滤器靠排气上游侧和排气下游侧的位置，并基于来自各pm传感器的检测信号来取得流入到过滤器中的流入pm量和从过滤器流出的流出pm量并且求出捕集效率，通过将捕集效率与预定的判断阈值比较从而判定过滤器有无故障。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本国特开2012-149525号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

需要说明的是，关于过滤器，希望能够在被判定为故障之前识别捕集效率恶化的倾向。这是因为，能够在故障之前进行更换或修补这种对应。因此，关于pm的捕集效率，希望能够实时地取得。

本公开的排气净化装置的目的在于实时地取得pm的捕集效率。

用于解决课题的手段

本公开的排气净化装置包括：过滤器，其被设置在内燃机的排气系统中并捕集排气气体中的颗粒状物质，第1传感器，其被设置在比上述过滤器靠排气气体的排气上游侧的位置，并包括具有由多孔质性分隔壁划分并对流入到上述过滤器中的排气气体中的颗粒状物质进行捕集的多个第1单元的第1传感器过滤器、及夹着上述第1单元对置配置而形成电容器的至少一对第1电极，第2传感器，其被设置在比上述过滤器靠排气气体的排气下游侧的位置，并包括具有由多孔质性分隔壁划分并对从上述过滤器排出的排气气体中的颗粒状物质进行捕集的多个第2单元的第2传感器过滤器、及夹着上述第2单元对置配置而形成电容器的至少一对第2电极，以及取得部件，其基于一对上述第1电极间的第1静电电容和一对上述第2电极间的第2静电电容，来取得在上述过滤器中的上述颗粒状物质的捕集效率。

此外，本公开的排气净化系统包括：过滤器，其被设置在内燃机的排气通道中并捕集排气气体中的颗粒状物质，第1传感器，其被设置在比上述过滤器靠排气气体的排气上游侧的位置，并包括具有由多孔质性分隔壁划分并对流入到上述过滤器中的排气气体中的颗粒状物质进行捕集的多个第1单元的第1传感器过滤器、及夹着上述第1单元对置配置而形成电容器的至少一对第1电极，第2传感器，其被设置在比上述过滤器靠排气气体的排气下游侧的位置，并包括具有由多孔质性分隔壁划分并对从上述过滤器排出的排气气体中的颗粒状物质进行捕集的多个第2单元的第2传感器过滤器、及夹着上述第2单元对置配置而形成电容器的至少一对第2电极，以及控制单元；其中，上述控制单元进行动作，以便执行以下的处理：基于一对上述第1电极间的第1静电电容和一对上述第2电极间的第2静电电容，来取得在上述过滤器中的上述颗粒状物质的捕集效率。

发明效果

根据本公开的排气净化装置，能够实时地取得过滤器的pm的捕集效率。

附图说明

图1是表示应用了第一实施方式的pm传感器的排气系统的一个例子的概略结构图。

图2是表示第一实施方式的pm传感器的示意性的局部剖视图。

图3是说明pm的捕集的局部放大剖视图。

图4a是说明第1pm传感器和第2pm传感器的静电电容变化量的经时性的变化的图。

图4b是示意性地表示周期性地获取的静电电容之差的图。

图4c是示意性地表示周期性地获取的静电电容之差的图。

图5是表示第二实施方式的pm传感器的示意性的局部剖视图。

图6a是第三实施方式的各传感器部的示意性的立体图。

图6b是第三实施方式的各传感器部的示意性的分解立体图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本公开的各实施方式的传感器。对于同一零件标注相同的附图标记，它们的名称及功能也相同。因而，不重复对于它们的详细的说明。

[第一实施方式]

图1是表示应用了第1实施方式的第1pm传感器10a、第2pm传感器10b的柴油引擎(以下，简称为引擎)100的排气系统的一个例子的概略结构图。在引擎100的排气管110内，从排气上游侧起依次设置有氧化催化剂210、及柴油颗粒过滤器(dpf，以下也简称为过滤器)220等。

氧化催化剂210若被供给了未燃燃料(烃(hc))，则将该未燃燃料氧化而使排气温度上升。过滤器220是通过将由多孔质性的分隔壁划分的多个单元沿着排气的流动方向配置，并这些单元的上游侧和下游侧交替地孔封闭从而形成的。过滤器220在分隔壁的细孔或表面捕集排气中的pm，并且，若pm堆积推定量达到预定量，则被执行将该pm燃烧除去的所谓的过滤器强制再生。过滤器强制再生例如通过向上游侧的氧化催化剂210供给未燃燃料，将流入到过滤器220中的排气温度升温到pm燃烧温度从而进行。

第1pm传感器10a被设置在比过滤器220靠排气上游侧的排气管110上，详细而言被设置在氧化催化剂210与过滤器220之间的排气管110上，对流入到过滤器220中的排气中所含有的pm量进行检测。第2pm传感器10b被设置在比过滤器220靠排气下游侧的排气管110上，详细而言，被设置在紧靠过滤器220之后的排气管110上，对从过滤器220排出的排气中所含有的pm量进行检测。

接下来，基于图2来说明第一实施方式的第1pm传感器10a及第2pm传感器10b的详细结构。如图2所示，第1pm传感器10a和第2pm传感器10b是相同构造。因此，在以下的说明中，将各pm传感器10a、10b作为pm传感器10统一说明。在说明时，对于第1pm传感器10a所具备的各部，在开头附带第1的语句并且在末尾附带附图标记a。此外，对于第2pm传感器10b所具备的各部，在开头附带第2的语句并且在末尾附带附图标记b。

pm传感器10(第1pm传感器10a、第2pm传感器10b)包括：外壳构件11(第1外壳构件11a、第2外壳构件11b)，其被插入在排气管110内；底座部20(第1底座部20a、第2底座部20b)，其将外壳构件11安装在排气管110上；传感器部30(第1传感器部30a、第2传感器部30b)，其被收容在外壳构件11内；以及控制单元40。

外壳构件11被形成为将底部侧(在图示例中是下端侧)封闭的有底圆筒状。外壳构件11的筒轴向的长度l被以与排气管110的半径r大致相同的长度形成，使得其底部侧的筒壁部突出到排气管110的轴中心cl附近。另外，在以下的说明中，将外壳构件11的底部侧作为顶端侧，将底部侧的相反侧作为外壳构件11的基端侧。

在外壳构件11的顶端侧筒壁部，设置有在周向上隔开间隔地配置的多个导入口12(第1导入口12a、第2导入口12b)。此外，外壳构件11的基端侧筒壁部，设置有在周向上隔开间隔地配置的多个导出口13(第1导出口13a、第2导出口13b)。导入口12的总开口面积s12被形成得小于导出口13的总开口面积s13(s12＜s13)。即，由于导入口12附近的排气流速v12比导出口13附近的排气流速v13慢(v12＜v13)，从而导入口12侧的压力p12比导出口13侧的压力p13高(p12＞p13)。由此，从导入口12向外壳构件11内顺畅地引入排气气体，同时，从导出口13向排气管110内顺畅地导出外壳构件11内的排气气体。

底座部20包括外螺纹部21(第1外螺纹部21a、第2外螺纹部21b)、以及螺母部22(第1螺母部22a、第2螺母部22b)。外螺纹部21被设置在外壳构件11的基端部，将外壳构件11的基端侧开口部封闭。该外螺纹部21与形成在排气管110上的凸台部110a的内螺纹部拧合。螺母部22例如是六角螺母，被固定在外螺纹部21的上端部。在这些外螺纹部21及螺母部22上形成有通孔(未图示)，该通孔使后述的导电线35、36(第1导电线35a、36a、第2导电线35b、36b)等插过。

传感器部30(第1传感器部30a、第2传感器部30b)包括传感器过滤器31(第1传感器过滤器31a、第2传感器过滤器31b)、多对电极32、33(第1电极对32a、33a、第2电极对32b、33b)、以及电加热器34(第1电加热器34a、第2电加热器34b)。

传感器过滤器31例如是通过对构成由多孔质陶瓷的分隔壁划分的网格状的排气流路的多个单元的上游侧和下游侧交替地进行孔封闭而形成的。该传感器过滤器31在使单元的流路方向与外壳构件11的轴向(图中上下方向)大致平行的状态下，隔着缓冲构件cm被保持在外壳构件11的内周面上。

如在图3中放大所示，从导入口12引入到外壳构件11内的排气气体中的pm300由于排气气体如以虚线的箭头所示从下游侧被孔封闭的c1(c1a、c1b)流入到上游侧被孔封闭的单元c2(c2a、c2b)，从而被分隔壁表面或细孔捕集。另外，在以下的说明中，将下游侧被孔封闭的单元称为测定用单元c1(第1测定用单元c1a、第2测定用单元c1b)，将上游侧被孔封闭的单元称为电极用单元c2(第1电极用单元c2a、第2电极用单元c2b)。

如图2所示，电极32、33例如是导电性的金属线，被从下游侧(非孔封闭侧)交替地插入到夹着测定用单元c1对置的电极用单元c2(第1电极用单元c2a、第2电极用单元c2b)，从而形成电容器。这些电极32、33经由导电线35、36(第1导电线35a、36a、第2导电线35b、36b)分别与被内置于控制单元40的未图示的静电电容检测电路连接。

电加热器34例如是电热线，通过通电而发热，以将传感器过滤器31直接加热，从而执行将堆积在测定用单元c1内的pm燃烧除去的所谓过滤器再生。因此，电加热器34被弯曲地形成为连续s字形，相互平行的直线部分被沿着流路插入在各测定用单元c1内。

控制单元40作为各功能要素，包括过滤器再生控制部41、第1pm量推定运算部42、第2pm量推定运算部43、以及过滤器状态判定部44。这些功能要素视为被包含在一体的硬件即控制单元40中来进行说明，但是，也能够设置在相互独立的硬件中。

过滤器再生控制部41是本发明的过滤器再生部件的一个例子，执行过滤器再生控制，在该过滤器再生控制中，基于由静电电容检测电路(未图示)检测的各电极32、33间的静电电容cp来判定过滤器再生条件是否成立，在过滤器再生条件成立的情况下，使电加热器34接通(通电)。电极32、33间的静电电容cp由以下的数学公式1表示，在该数学公式1中，电极32、33间的介质的介电常数设为ε，电极32、33的表面积设为s，电极32、33间的距离设为d。

[数学公式1]

在数学公式1中，电极32、33的表面积s是一定的，若介电常数ε及距离d根据被测定用单元c1捕集到的pm而变化，则静电电容cp也会随此而变化。即，在电极32、33间的静电电容cp与传感器过滤器31的pm堆积量之间，成立比例关系。

若第1电极对32a、33a的第1静电电容cpa和第2电极对32b、33b的第2静电电容cpb的任何一者达到了表示pm上限堆积量的预定的静电电容上限阈值cp＿max，则过滤器再生控制部41视为过滤器再生条件成立而开始将各电加热器34a、34b接通的过滤器再生，其中，该第1电极对32a、33a的第1静电电容cpa是基于第1pm传感器10a所具备的第1电极对32a、33a间的介质的介电常数εa、表面积sa、距离da而算出的，该第2电极对32b、33b的第2静电电容cpb是基于第2pm传感器10b所具备的第2电极对32b、33b间的介质的介电常数εb、表面积sb、距离db而算出的。该过滤器再生被持续，直至各静电电容cpa、cpb降低到表示pm的完全除去的预定的静电电容下限阈值cp＿min为止。

此外，如在图1中说明的那样，在本实施方式中，第1pm传感器10a被配置在比过滤器220靠排气上游侧的位置，第2pm传感器10b被配置在比过滤器220靠排气下游侧的位置。因此，如果过滤器220正在捕集pm，则在第1pm传感器10a中，会比第2pm传感器10b更早堆积pm，第1静电电容cpa会先达到上限阈值cp＿max。

第1pm量推定运算部42基于再生间隔期间(从过滤器再生结束到下一次过滤器再生开始)中的第1pm传感器10a的静电电容变化量δcpa，来推定流入到过滤器220中的排气气体中的总pm量mpm＿a。在再生间隔期间由第1传感器过滤器31a捕集的pm量mpm＿a可以用对第1pm传感器10a的静电电容变化量δcpa乘以一次系数β的以下的数学公式2来得到。

[数学公式2]

mpm_a=β·△cpa···(2)

第2pm量推定运算部43基于再生间隔期间中的第2pm传感器10b的静电电容变化量δcpb来推定从过滤器220排出的排气气体中的总pm量mpm＿b。在再生间隔期间由第2传感器过滤器31b捕集的pm量mpm＿b可以用对第2pm传感器10b的静电电容变化量δcpb乘以一次系数β的以下的数学公式3来得到。

[数学公式3]

mpm_b＝β.δcpb···(3)

过滤器状态判定部44是本发明的取得部件的一个例子，基于再生间隔期间中的第1pm传感器10a的静电电容变化量δcpa和再生间隔期间中的第2pm传感器10b的静电电容变化量δcpb，来实时地取得在过滤器220中的颗粒状物质的捕集效率，并判定过滤器220的状态。

在图4a所示的例子中，第1pm传感器10a的静电电容变化量δcpa在时刻t0是静电电容下限阈值cp＿min。然后，随着时间的经过，静电电容变化量δcpa上升，在时刻tn变成δcpa＿tn，在时刻tm变成δcpa＿tm。同样，第2pm传感器10b的静电电容变化量δcpb在时刻t0为静电电容下限阈值cp＿min。然后，随着时间的经过，静电电容变化量δcpb上升，在时刻tn变成δcpb＿tn，在时刻tm变成δcpb＿tm。

比较静电电容变化量δcpa和静电电容变化量δcpb，静电电容变化量δcpa的斜率比静电电容变化量δcpb的斜率大(每单位时间的上升率较高)。这是因为，第2pm传感器10b以由过滤器220净化后的排气为检测对象，与次不同，第1pm传感器10a以由过滤器220净化前的排气为检测对象。

过滤器状态判定部44实时地监视第1pm传感器10a的静电电容变化量δcpa、以及第2pm传感器10b的静电电容变化量δcpb，并基于静电电容变化量δcpa和静电电容变化量δcpb来判定过滤器220的状态。

例如，过滤器状态判定部44取得静电电容变化量δcpb/静电电容变化量δcpa的运算值δcpb/δcpa，作为在过滤器220中的pm的捕集效率。运算值δcpb/δcpa由于是在从时刻t0到判定时刻(最新时刻)为止的期间中未被过滤器220捕集而被排出的pm量(累计量δcpb)相对于向过滤器220流入的pm量(累计量δcpa)的比率，所以表示捕集效率。过滤器状态判定部44在运算值δcpb/δcpa变成预定的判定阈值以上的情况下，判定为过滤器220的pm捕集能力因异常而降低。该判断阈值预先通过实验等求出，并预先存储在ecu40的存储器(未图示)中。

此外，过滤器状态判定部44实时地运算运算值δcpb/δcpa与判定阈值之差分，并基于差分的时间序列的变化来判定是否处于异常倾向。例如，在运算值δcpb/δcpa与判定阈值随着时间的经过而变小，且该差分变成差分用的判定阈值以下的情况下，过滤器状态判定部44判定为过滤器220存在产生异常的可能性。

这样，根据本实施方式，过滤器状态判定部44基于第1电极对32a、33a的第1静电电容cpa和第2电极对32b、33b的第2静电电容cpb，取得在过滤器220中的pm的捕集效率，由此，能够实时地取得pm的捕集效率。由此，能够实时地判定过滤器220中的pm捕集能力的异常降低或pm捕集能力的降低倾向(异常倾向)。

而且，在本实施方式中，由于在过滤器220的排气上游侧设置有第1pm传感器10a，所以能够以较高的精度识别流入到过滤器220中的pm的量。即，流入到过滤器220中的pm量能够根据引擎100的运转状态或燃料的性状等来推定，但是，若用燃料的质量进行校正，则难以保证精度等。关于这一点，在本实施方式中，由于设置有第1pm传感器10a，所以能够进行精度较高的判定。

需要说明的是，在上述的实施方式中，基于第1静电电容cpa(静电电容变化量δcpa)和第2静电电容cpb(静电电容变化量δcpb)，取得了流入到过滤器220中的排气气体中的总pm量mpm＿a、从过滤器220排出的排气气体中的总pm量mpm＿b、在过滤器220中的pm的捕集效率。

此处，在ecu40中，以可以视为实时信号的较短的重复周期取得来自第1pm传感器10a及第2pm传感器10b的输出信号，并取得了第1静电电容cpa、第2静电电容cpb等。因此，也可以根据包含最新的第1静电电容cpa及最新的第2静电电容cpb的多个第1静电电容cpa及第2静电电容cpb来运算各静电电容cpa、cpb的变化率(每单位时间的变化量δdcp/δt)，并基于各静电电容cpa、cpb的变化率来取得在过滤器220中的pm的捕集效率。

在图4b的例子中，根据最新的各静电电容cpm(cpa＿m、cpb＿m)和1周期前的各静电电容cpm－1(cpa＿m－1、cpb＿m－1)而运算了变化率δdcpm/δt。同样，在图4c的例子中，根据最新的各静电电容cpm、1周期前的各静电电容cpm－1、2周期前的各静电电容cpm－2、以及3周期前的各静电电容cpm－1而运算了变化率(δdcpm+δdcpm－1+δdcpm－2)/3δt。即，实施了过滤器处理。

这样，通过运算在第1pm传感器10a中的变化率δdcpa＿m/δt及在第2pm传感器10b中的变化率δdcpb＿m/δt，从而关于流入到过滤器220中的排气气体中的总pm量mpm＿a、从过滤器220排出的排气气体中的总pm量mpm＿b、及在过滤器220中的pm的捕集效率等，能够取得最新的瞬时值。关于这些总pm量mpm＿a、总pm量mpm＿b、及pm的捕集效率，例如通过使用表示预先通过实验等取得的变化率δdcp＿m/δt与pm量mpm的关系的映射，从而能够取得与变化率δdcpa＿m/δt、变化率δdcpb＿m/δt对应的pm量mpm。

此外，如图4c那样，通过取得多个周期的变化率的平均值，从而能够减轻突发性地产生的噪声的影响。

能够基于这些瞬时值，根据需要进行用于减少来自引擎100的pm排出量的控制。例如，能够以较高的精度实时地进行减少egr的循环量，或增加空气过剩率，或者减少燃料喷射量，或调整燃料的喷射定时的控制。

[第二实施方式]

接下来，基于图5，说明第二实施方式的pm传感器10(第1pm传感器10c、第2pm传感器10d)的细节。第二实施方式的pm传感器10(10c、10d)是在第一实施方式的pm传感器10(10a、10b)中将外壳构件设为双重管构造的传感器。关于其他构成要素，由于是同一构造，所以省略详细的说明。此外，对于控制单元40等一部分的构成要素，省略了图示。

第二实施方式的外壳构件包括：有底圆筒状的内侧壳部11(11c、11d)；以及将内侧壳部11的圆筒外周面包围的圆筒状的外侧壳部15(15c、15d)。

内侧壳部11将其轴向长度形成得比外侧壳部15长，使得顶端侧比外侧壳部15突出。此外，在内侧壳部11的底部，设置有将内侧壳部15内的排气气体向排气管110内导出的导出口13(13c、13d)。并且，在内侧壳部11的基端侧的筒壁部，设置有在周向上隔开间隔地配置的多个通过口14(14c、14d)。该通过口14使由内侧壳部11的外周面和外侧壳部15的内周面划定的流路16(16c、16d)内的排气气体通过内侧壳部11内。

在流路16的下游端，形成有由内侧壳部11的顶端侧筒壁部和外侧壳部15的顶端部划定的圆环状的导入口12(12c、12d)。导入口12的开口面积s12被形成得比导出口13的开口面积s13小(s12＜s13)。

即，流过排气管110的排气气体碰撞到比外侧壳部15向顶端侧突出的内侧壳部11的筒壁面，被从在排气管110的轴中心cl附近配置的导入口12顺畅地引入到流路16内。进一步，流过流路16内的排气气体被从通过口14引入到内侧壳部11，在通过了传感器过滤器31(31c、31d)后，被从在排气管110的轴中心cl附近配置的导出口13顺畅地导出到排气管110内。这样，在第二实施方式的pm传感器10c、10d中，通过将导入口12和导出口13在排气管110内配置在排气流速最快的轴中心cl附近，从而能够有效地提高通过传感器过滤器31的排气流量。

[第三实施方式]

接下来，基于图6说明第三实施方式的pm传感器的细节。第三实施方式的pm传感器是将第一实施方式的传感器部30(30a、30b)设成层叠类型而成的结构。关于其他构成要素，由于是同一构造，所以省略详细的说明及图示。

图6a表示第三实施方式的传感器部60(60a、60b)的立体图，图6b表示传感器部60的分解立体图。传感器部60包括多个过滤器层61(61a、61b)、多张电极板62(62a、62b)及电极板63(63a、63b)。

过滤器层61例如被形成为将由多孔质陶瓷等的分隔壁划分并构成排气流路的多个单元的上游侧和下游侧交替地进行孔封闭，并将这些单元在一个方向并列地配置而成的长方体状。由于如图6b中以虚线箭头所示，排气气体从下游侧被孔封闭的单元c11(c11a、c11b)流入到上游侧被孔封闭的单元c12(c12a、c12b)，从而排气气体中所含有的pm被单元c11的分隔壁表面或细孔捕集。另外，在以下的说明中，将单元流路方向设为传感器部60的长度方向(图6a中的箭头l)，将与单元流路方向正交的方向设为传感器部60的宽度方向(图6a中的箭头w)。

一对电极板62、63例如是平板状的导电性构件，其长度方向l及宽度方向w的外形尺寸被形成为与过滤器层61大致相同。这些一对电极板62、63夹着过滤器层61被交替地层叠，并且，经由导电线64(64a、64b)、导电线65(65a、65b)分别与被内置在控制单元40中的未图示的静电电容检测电路连接。

即，通过将一对电极板62、63对置配置，并在这些电极板62、63间夹持过滤器层61，从而单元c11整体形成电容器。这样，在第三实施方式的pm传感器中，通过平板状的电极板62、63而使单元c11整体成为电容器，从而能够有效地确保电极表面积s，能够提高可检测的静电电容绝对值。此外，由于电极间距离d为单元间距且被均匀化，从而能够有效地抑制初期静电电容的偏差。

另外，在将堆积在单元c11中的pm燃烧除去的情况下，直接在电极板62、63上施加电压，或者，在过滤器层61与电极板62、63之间夹设未图示的加热器基板等即可。

[其他]

本发明不限定于上述的各实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当变形而实施。

本申请基于在2015年02月20日申请的日本国专利申请(特愿2015-031526)，将其内容作为参照援引于此。

工业实用性

本发明的排气净化装置具有能够实时地取得pm的捕集效率这种效果，在能够在过滤器被判定为故障前识别捕集效率恶化的倾向这一点是有用的。

附图标记说明

10(10a～10d)pm传感器

11(11a、11b)外壳构件

11(11c、11d)内侧壳部

12(12a～12d)导入口

13(13a～13d)导出口

20(20a～20d)底座部

21(21a～21d)外螺纹部

22(22a～22d)螺母部

30(30a～30d)传感器部

31(31a～31d)传感器过滤器

32、33(32a～32d、33a～33d)电极对

34(34a～34d)电加热器

40控制单元

41过滤器再生控制部

42第1pm量推定运算部

43第2pm量推定运算部

44过滤器状态判定部