(57)【要約】【課題】煤の量や煤の濃度の測定の際のタイムラグが少なく、測定精度が高い煤検出装置及び煤検出方法を提供すること。【解決手段】ステップ１２０では、両ポンピング電極１９、２１間に所定のポンピング電圧を印加するとともに、両検知電極２５、２７間に（第２電池４７により）所定の検知電圧を印加する。ステップ１３０では、第１電流計４３により検出したポンピング電流を取得し、第１スイッチ４５のオンからの電流値の積分量（電流量）を算出する。ステップ１４０では、第２電流計５１により検出した検知電流を取得し、両検知電極２５、２７間の直流抵抗が閾値以上となったかを判定する。つまり、検知電圧と検知電流とから直流抵抗を求め、この直流抵抗が煤の完全燃焼を示す抵抗値（絶縁抵抗）を示す閾値以上かを判定する。ステップ１５０では、前記電流量（電流値の積分値）から、煤堆積量を算出する。【選択図】図５
2010261782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、
を備え、前記両検知電極間及び／又は検知電極上に堆積した煤を検出する煤検出装置であって、
前記両ポンピング電極間への電圧の印加を開始し、前記検出手段により検出される両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで、前記両ポンピング電極間への電圧の印加を継続する制御手段と、
前記制御手段によって印加した電圧により、前記ポンピング電極間に流れた電流量から、前記堆積した煤の量を求める算出手段と、
を備えたことを特徴とする煤検出装置。
【請求項２】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、
を備え、前記両検知電極間及び／又は検知電極上に堆積した煤を検出する煤検出装置であって、
前記両ポンピング電極間への電流通電を開始し、前記検出手段により検出される前記両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで、継続して前記両ポンピング電極間へ所定の電流値の電流を流す制御手段と、
前記制御手段によって電流を流した時間から、前記堆積した煤の量を求める算出手段と、
を備えたことを特徴とする煤検出装置。
【請求項３】
前記算出手段によって求めた煤の量から、被測定ガス中の煤の濃度及び煤の量の少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の煤検出装置。
【請求項４】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、
を備え、被測定ガス中の煤の濃度を検出する煤検出装置であって、
前記検出手段により検出される前記両検知電極間の電気物理量が所定の閾値になるように、前記両ポンピング電極間に電圧を印加する制御手段と、
前記制御手段によって電圧を印加した際に、前記両ポンピング電極間に流れた電流値から、前記煤の濃度を求める算出手段と、
を備えたことを特徴とする煤検出装置。
【請求項５】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、
を備え、被測定ガス中の煤の濃度を検出する煤検出装置であって、
前記検出手段により検出される前記両検知電極間の電気物理量が所定の閾値になるように、前記両ポンピング電極間に電圧を印加する制御手段と、
前記制御手段によって印加した電圧値から、前記煤の濃度を求める算出手段と、
を備えたことを特徴とする煤検出装置。
【請求項６】
前記一対のポンピング電極の一方を、少なくとも前記一対の検知電極の一方と兼用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の煤検出装置。
【請求項７】
前記電気物理量が、前記一対の検知電極間の直流抵抗、インピーダンス、静電容量のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の煤検出装置。
【請求項８】
前記酸素イオン導電体は、煤の燃焼温度より低い温度で酸素のポンピングが可能である固体電解質からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の煤検出装置。
【請求項９】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
を備えたセンサを用いて、煤を検出する煤検出方法であって、
前記両ポンピング電極間への電圧の印加を開始し、前記両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで前記両ポンピング電極間への電圧の印加を継続する印加工程と、
前記電圧の印加により、前記ポンピング電極間に流れた電流量から、前記堆積した煤の量を求める算出工程と、
を有することを特徴とする煤検出方法。
【請求項１０】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
を備えたセンサを用いて、煤を検出する煤検出方法であって、
前記両ポンピング電極間への電流通電を開始し、前記両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで、継続して前記両ポンピング電極間へ所定の電流値の電流を流す印加工程と、
前記電流を流した時間から、前記堆積した煤の量を求める算出工程と、
を有することを特徴とする煤検出方法。
【請求項１１】
前記煤の量から、前記センサが配置された被測定ガス中の煤の濃度及び煤の量の少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項９又は１０に記載の煤検出方法。
【請求項１２】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
を備えたセンサを用いて、煤を検出する煤検出方法であって、
前記センサを被測定ガス中に配置し、前記両検知電極間の電気物理量が所定の閾値になるように前記両ポンピング電極間に電圧を印加する印加工程と、
前記電圧を印加した際に前記両ポンピング電極間に流れた電流値から、被測定ガス中の煤の濃度を求める算出工程と、
を有することを特徴とする煤検出方法。
【請求項１３】
酸素イオン導電体と、
前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、
前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、
を備えたセンサを用いて、煤を検出する煤検出方法であって、
前記センサを被測定ガス中に配置し、前記両検知電極間の電気物理量が所定の閾値になるように前記両ポンピング電極間に電圧を印加する印加工程と、
前記印加した電圧値から、被測定ガス中の煤の濃度を求める算出工程と、
を有することを特徴とする煤検出方法。
【請求項１４】
前記一対のポンピング電極の一方を、少なくとも前記一対の検知電極の一方と兼用することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の煤検出方法。
【請求項１５】
前記電気物理量が、前記一対の検知電極間の直流抵抗、インピーダンス、静電容量のいずれかであることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の煤検出方法。
【請求項１６】
前記酸素イオン導電体は、煤の燃焼温度より低い温度で酸素のポンピングが可能である固体電解質からなることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の煤検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関等において発生する粒子状物質、詳しくはカーボンからなる煤（パティキュレート・マター：ＰＭ）を検出する煤検出装置及び煤検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばディーゼルエンジンの排気に含まれる煤の量を検出する装置として、酸素センサをベースとし、煤の燃焼によって減少した酸素濃度を測定することにより、排気中の煤の量を求める粒子状物質検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この技術は、表面に触媒層及び微細多孔体を設けた第１酸素センサと、表面に微細多孔体のみを設けた第２酸素センサとを備えた固体電解質基板を用いるものである。具体的には、第１酸素センサで検出された酸素濃度と第２酸素センサで検出された酸素濃度との間には、触媒層において煤の燃焼に消費される酸素の量だけ差が生じるので、この差から排気に含まれる煤の含有量を求める技術である。
【０００４】
また、これとは別に、煤を燃焼させる技術として、電気化学セルに電圧を印加して、ＮＯｘと煤を同時に除去する浄化装置が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３７７８２号公報
【特許文献２】特開２００６−２００５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した特許文献１の技術では、捕集した煤の堆積量を評価する場合には、燃焼温度以下で捕集し、評価時に温度を上げるため、酸素センサ出力が安定するまでのタイムラグが生じるという問題があった。
【０００７】
また、評価のために昇温する際に、昇温する途中で堆積させた煤の一部が燃焼してしまい、測定精度が悪くなるという問題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、煤の量や煤の濃度の測定の際のタイムラグが少なく、測定精度が高い煤検出装置及び煤検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、酸素イオン導電体と、 前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、前記ポンピング電極により供給される酸素（活性酸素）が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、を備え、前記両検知電極間及び／又は検知電極上に堆積した煤を検出する煤検出装置であって、前記両ポンピング電極間への電圧の印加を開始し、前記検出手段により検出される両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで、前記両ポンピング電極間への電圧の印加を継続する制御手段と、前記制御手段によって印加した電圧により、前記ポンピング電極間に流れた電流量から、前記堆積した煤の量を求める算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
まず、本発明の原理を説明する。
ポンピング電極によって酸素が検知電極側に供給されると、その酸素によって検知電極に堆積した煤が燃焼する。この煤には導電性があるので、煤が燃焼すると、両検知電極間の例えば直流抵抗等の電気物理量が変化する。例えば、両検知電極間の煤が完全に燃焼して、煤が無くなると、両検知電極間に電気が流れなくなるので、両検知電極間の例えば抵抗値は絶縁性を示す程度に上昇する。また、煤の燃焼の程度と検知電極側に供給される酸素量とには相関関係があるので、煤がどの程度燃焼して消失したかは、検知電極に供給される酸素量、従って、この酸素量を供給できる両ポンピング電極間に流れる電流量によって求めることができる。よって、両検知電極間の電気物理量をチェックし、その電気物理量が（例えば煤の完全燃焼を示す）所定の閾値に達した場合に、それまでにポンピング電極間に流れた電流量を求めることにより、煤の燃焼量（即ち煤の堆積量）を求めることができる。
【００１０】
従って、本発明では、上述した原理に基づいて、両ポンピング電極間への電圧の印加を開始し、両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで、両ポンピング電極間への電圧の印加を継続し、その印加した電圧によりポンピング電極間に流れた電流量から、検知電極に堆積した煤の量を求めることができる。
【００１１】
これにより、煤の堆積量の測定の際のタイムラグが少なく、測定精度が高い煤検出装置を実現することができる。
なお、ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置としては、例えば電極の三相界面から１ｍｍまでの範囲が挙げられる（以下同様）。
【００１２】
（２）請求項２の発明は、酸素イオン導電体と、前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、を備え、前記両検知電極間及び／又は検知電極上に堆積した煤を検出する煤検出装置であって、前記両ポンピング電極間への電流通電を開始し、前記検出手段により検出される前記両検知電極間の電気物理量が閾値になるまで、継続して前記両ポンピング電極間へ所定の電流値の電流を流す制御手段と、前記制御手段によって電流を流した時間から、前記堆積した煤の量を求める算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の原理は、前記請求項１の発明の原理と同様であり、本発明では、ポンピング電極に流す電流値が分かっているので、その電流を流した時間から、煤の堆積量を求める。例えば一定電流を流す場合には、後述する図４に示す様に、その電流を流した時間と煤の堆積量との間には相関関係があるので、電流を流した時間から、煤の堆積量を求めることができる。
【００１４】
本発明によっても、煤の堆積量の測定の際のタイムラグが少なく、測定精度が高い煤検出装置を実現することができる。
（３）請求項３の発明では、前記算出手段によって求めた煤の量（堆積量）から、被測定ガス中の煤の濃度及び煤の量の少なくとも一方を求めることを特徴とする。
【００１５】
煤の堆積量と被測定ガス中の煤の濃度や煤の量との間には相関関係がある。つまり、煤の濃度が高いほど、又は煤の通過量が多いほど煤の堆積量が多い。
従って、煤の堆積量から、被測定ガス中の煤の濃度や煤の量を求めることができる。
【００１６】
（４）請求項４の発明は、酸素イオン導電体と、前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、を備え、被測定ガス中の煤の濃度を検出する煤検出装置であって、前記検出手段により検出される前記両検知電極間の電気物理量が所定の閾値になるように、前記両ポンピング電極間に電圧を印加する制御手段と、前記制御手段によって電圧を印加した際に、前記両ポンピング電極間に流れた電流値から、前記煤の濃度を求める算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
後述する図１５に例示する様に、煤濃度が増加すると、例えばインピーダンス等の電気物理量を常に所定の閾値にするために、飛散してきた煤を燃焼させるポンピング電流が増えるので、煤濃度に応じて、ポンピング電極間に流れる電流値が変化する。よって、この電流値から、煤濃度を検知することができる。
【００１８】
本発明により、煤の濃度の測定の際のタイムラグが少なく、測定精度が高い煤検出装置を実現することができる。
（５）請求項５の発明は、酸素イオン導電体と、 前記酸素イオン導電体に設けられた一対のポンピング電極と、前記ポンピング電極により供給される酸素が到達可能な位置に配置された一対の検知電極と、前記両検知電極間の電気物理量を検出する検出手段と、を備え、被測定ガス中の煤の濃度を検出する煤検出装置であって、前記検出手段により検出される前記両検知電極間の電気物理量が所定の閾値になるように、前記両ポンピング電極間に電圧を印加する制御手段と、前記制御手段によって印加した電圧値から、前記煤の濃度を求める算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
後述する図１６に例示する様に、煤濃度が増加すると、例えばインピーダンス等の電気物理量を常に所定の閾値にするために、飛散してきた煤を燃焼させるポンピング電圧が増えるので、煤濃度に応じて、ポンピング電圧が変化する。よって、この電圧値から、煤濃度を検知できることが分かる。
【００２０】
本発明により、煤の濃度の測定の際のタイムラグが少なく、測定精度が高い煤検出装置を実現することができる。
（６）請求項６の発明では、前記一対のポンピング電極の一方を、少なくとも前記一対の検知電極の一方と兼用することを特徴とする。
【００２１】
本発明により、電極の構成を簡易化することができる。
（７）請求項７の発明では、前記電気物理量が、前記一対の検知電極間の直流抵抗、インピーダンス、静電容量のいずれかであることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、電気物理量を例示したものである。
（８）請求項８の発明では、前記酸素イオン導電体は、煤の燃焼温度（酸素のポンピングによる燃焼ではない温度上昇による燃焼の際の温度）より低い温度（例えば５００℃以下、好ましくは４００℃以下）で酸素のポンピングが可能である固体電解質からなることを特徴とする。
【００２３】
煤は、酸素のポンピングを行わない場合でも、周囲（例えば大気）の温度が高くなると自然に燃焼するので、その場合には酸素によるポンピングによる燃焼との区別が難しくなって、煤の堆積量や煤の濃度の測定精度が低下する。
【００２４】
従って、本発明では、酸素イオン導電体として、煤の燃焼温度より低い温度で酸素のポンピングが可能である固体電解質を用いることにより、測定精度を高めることができる。
この酸素イオン導電体としては、例えばＧＤＣ（ガドリニウム添加セリア）等を採用することができる。また、ポインピング電極や検知電極についても、酸素のポンピング時以外に煤が燃焼しないような電極材料、即ち上述した低温において自然燃焼を促進しないような電極材料（例えばＰｔ）を採用することが望ましい。
【００２５】
なお、請求項９〜請求項１６の煤検出方法の発明については、それぞれ前記請求項１〜８の煤検出装置の発明と同様な作用効果を奏するので、その説明は省略する。
また、前記各請求項の発明の構成としては、下記のものが挙げられる。
【００２６】
前記酸素イオン導電体としては、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウム添加セリア）、ＧＤＣ（ガドリニウム添加セリア）、ＬＳＧＭ（ストロンチウムマグネシウム複合ランタンガレート）等が挙げられるが、前記請求項８、１６の発明の場合には、ＧＤＣが好ましい。
【００２７】
前記ポンピング電極の材料としては、Ｐｔ、Ａｇ等が挙げられるが、前記請求項８、１６の発明の場合には、Ｐｔが好ましい。
前記検知電極の材料としては、Ｐｔ、Ａｇ等が挙げられるが、前記請求項８、１６の発明の場合には、Ｐｔが好ましい。
【００２８】
前記制御手段及び算出手段としては、周知のマイクロコンピュータを主要部とする電子制御装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態の煤検出装置を図２の煤検出センサのＡ−Ａ’断面とともに示す説明図である。
【図２】第１実施形態の煤検出装置の煤検出センサを示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の煤検出装置の煤検出センサを分解して示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の煤検出装置の煤堆積量を求める方法を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の煤検出装置における煤堆積量等の算出手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態の煤検出装置における実験結果を示すグラフである。
【図７】第２実施形態の煤検出装置を示す説明図である。
【図８】第２実施形態の煤検出装置におけるインピーダンスとポンピング時間との関係の実験結果を示すグラフである。
【図９】第２実施形態の煤検出装置における電流量と煤堆積厚みとの関係の実験結果を示すグラフである。
【図１０】第３実施形態の煤検出装置を示す説明図である。
【図１１】第３実施形態の煤検出装置における電流量と煤堆積厚みとの関係の実験結果を示すグラフである。
【図１２】第４実施形態の煤検出装置を示す説明図である。
【図１３】第４実施形態の煤検出装置における煤濃度の算出手順を示すフローチャートである。
【図１４】第５実施形態の煤検出装置を示す説明図である。
【図１５】第５実施形態の煤検出装置における電流値と煤濃度との関係の実験結果を示すグラフである。
【図１６】第５実施形態の煤検出装置における電圧と煤濃度との関係の実験結果を示すグラフである。
【図１７】第６実施形態の煤検出装置を示す説明図である。
【図１８】第６実施形態の煤検出装置の煤検出センサを示す平面図である。
【図１９】第６実施形態の煤検出装置の煤検出センサを分解して示す斜視図である。
【図２０】第６実施形態の煤検出装置における電流量と煤堆積厚みとの関係の実験結果を示すグラフである。
【図２１】第７実施形態の煤検出装置を示す説明図である。
【図２２】第７実施形態の煤検出装置の煤検出センサを示す平面図である。
【図２３】第７実施形態の煤検出装置の煤検出センサを分解して示す斜視図である。
【図２４】第７実施形態の煤検出装置における電流量と煤堆積厚みとの関係の実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、本発明の煤検出装置及び煤検出方法の実施の形態について説明する。
［第１実施形態］
本実施形態は、上述した電気物理量（閾値）として直流抵抗を採用し、被測定ガス中に配置された煤検出センサに付着した煤の量から被測定ガス中の煤の濃度を検出する煤検出方法及び煤検出装置に関するものである。
【００３１】
ａ）まず、煤検出装置の構成について説明する。
図１に示す様に、本実施形態の煤検出装置１は、例えばディーゼルエンジンの排気流路に取り付けられる煤検出センサ３と、この煤検出センサ３を制御する電子制御装置５とから構成されている。
【００３２】
前記煤検出センサ３は、酸素イオン導電体である固体電解質基板７を主要部とする測定素子９と、この測定素子９と間隙（中間室）１１を介して平行に配置された測温部１３と、測温部１３の外側に密着して配置されたヒータ部１５と、前記中間室１１と外部（被測定ガス雰囲気）との間に配置された煤制限部１７とを備えている。
【００３３】
以下、各構成について詳細に説明する。
前記測定素子９としては、図２及び図３に示す様に、固体電解質基板７の外側（同図上方）に、酸素（酸素イオン：活性酸素：Ｏ2-）のポンピングを行うために、第１ポンピング電極１９が形成されるとともに、中間室１１側（同図下方）に、第２ポンピング電極２１が形成されている。なお、各ポンピング電極１９、２１には、それぞれリード部２０、２２が形成されている。
【００３４】
また、第１ポンピング電極１９及びリード部２０を覆うように、煤は通さないがガスは通し且つ電気絶縁性を有するポーラス絶縁層２３が形成されている。このポーラス絶縁層２３は、例えば平均細孔径が１００ｎｍ〜１μｍ程度のアルミナからなる多孔質層であり、その厚みとしては、数μｍ程度のものを採用できる。
【００３５】
更に、ポーラス絶縁層２３の外側表面には、一対の検知電極（第１、第２検知電極２５、２７）が形成されており、この検知電極２５、２７は、互いの櫛歯が入り込むように形成された櫛歯電極である。なお、検知電極２５、２７のリード部２９、３１は、煤が通過しない緻密な保護アルミナ層３３により覆われている。
【００３６】
ここで、前記酸素イオン導電体としては、例えばイットリアを５．４mol添加したＹＳＺを使用できる。なお、酸素イオン伝導度が高いＳｃＳＺ、ＧＤＣ、ＳＤＣ、ランタンガレート等を採用することもできる。なお、固体電解質基板７の厚みとしては、例えば３００μｍを採用できるが、耐久性が確保できれば、それより薄いものの方が、ポンプ性能の観点からは好ましい。
【００３７】
また、前記ポンピング電極１９、２１及びそのリード部２０、２２、検知電極２５、２７及びそのリード部２９、３１としては、Ｐｔを主成分とするものを採用できる。その他、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ等の貴金属や、その合金、或いはその混合物なども採用できる。
【００３８】
更に、前記検知電極２５、２７としては、櫛歯のライン（Ｌ）とスペース（Ｓ）の比が、７５／７５（μｍ）のものを採用できるが、任意の抵抗値とするために、種々のＬ／Ｓの値のものを採用できる。また、櫛歯電極でなかったり、ラインとスペースの値が異なるものでもよい。
【００３９】
前記図１に戻り、前記煤制限部１７は、ガスの透過は可能であるが煤の透過を阻止する、例えば平均細孔径が１００ｎｍ〜１μｍ程度のアルミナからなる多孔質層である。
前記測温部１３は、測定素子９の温度を測定するセンサであり、例えばアルミナからなる基板中に、例えばＰｔからなる測温抵抗体３５が配置されたものである。
【００４０】
前記ヒータ部１５は、測定素子９を加熱するものであり、例えばアルミナからなる基板中に、例えばＰｔからなる発熱体３７を配置したものである。
ｂ）次に、煤検出装置１の電気的構成ついて説明する。
【００４１】
前記図１に示す様に、第１ポンピング電極１９と第２ポンピング電極２１との間には、酸素を第２ポンピング電極２１側から第１ポンピング電極１９側にポンピングするために、両ポンピング電極１９、２１間に電圧（ポンピング電圧）を印加する第１電池（電源）３９が配置されている。
【００４２】
また、第１ポンピング電極１９と第２ポンピング電極２１との間の回路４１には、その回路４１に流れる電流を検出する第１電流計４３と、その回路４１を開閉する第１スイッチ４５が配置されている。
【００４３】
一方、第１検知電極２５と第２検知電極２７との間には、両検知電極２５、２７間に電圧（検知電圧）を印加するために、第２電池４７が配置されている。
また、第１検知電極２５と第２検知電極２７との間の回路４９には、その回路４９に流れる電流を検出する第２電流計５１と、その回路４９を開閉する第２スイッチ５３が配置されている。
【００４４】
そして、第１電流計４３、第１スイッチ４５、第２電流計５１、第２スイッチ５３は、電子制御装置５に接続されており、両電流計４３、５１によって検出された信号は、電子制御装置５に入力され、電子制御装置５からは、両スイッチ４５、５３を駆動する制御信号が出力される。また、電子制御装置５には、測温抵抗体３５及び発熱体３７にも接続されている。
【００４５】
上述した煤検出装置１は、マイクロコンピュータ（図示せず）を備えた電子制御装置５により制御される。
具体的には、電子制御装置５は、測定素子９の温度を所定値（例えば５００℃以下、好ましくは４００℃以下の例えば３５０℃に制御するために、測温抵抗体３５によって測定された測定温度に基づいて、発熱体３７に印加する電圧等を制御する。また、後述する様に、両電流計４３、５１から得られた電流値を用いて、煤の堆積量を求めるとともに、この煤の堆積量から被測定ガス中の煤濃度を求める演算を行う。
【００４６】
ｃ）次に、煤検出装置１の煤検出センサ３の製造方法について簡単に説明する。
なお、製造工程の途中の材料には番号を付していない。
(1)測温部１３とヒータ部１５の積層体
まず、アルミナ等の絶縁性セラミックシートを積層してなる基体内部に、測温抵抗体パターンと発熱体パターンとを埋設して、測温部１３とヒータ部１５となる積層体を形成した。
【００４７】
次に、第２ポンピング電極２１が位置する中間室１１を形成するために、積層体の表面に、カーボンペーストをスクリーン印刷した。
また、煤の侵入を制限する煤制限部１７を形成するために、積層体の表面に、カーボン粉末（粒径５μｍ）を含むアルミナペーストをスクリーン印刷した。その後、この印刷した積層体を乾燥した。
【００４８】
(2)固体電解質基板７
ＹＳＺ等の固体電解質シート上に、両ポンピング電極１９、２１を形成するために、Ｐｔペーストをスクリーン印刷した。その後、この印刷した固体電解質基板用基体を乾燥した。
【００４９】
(3)母体基板焼成
前記(1)の積層体の表面にアルミナペーストをスクリーン印刷し、前記(2)の固体電解質基板用基体と貼り合せ、乾燥した後、１５５０℃で８時間焼成し、母体基板を得た。
【００５０】
(4)ポーラス絶縁層２３
煤の侵入を制限するポーラス絶縁層２３を形成するために、母体基板上にて第１ポンピング電極１９を覆うように、有機ビーズ（粒径１０μｍ）を含むアルミナスラリーをスクリーン印刷し、乾燥後、１５００℃で１時間焼成した。
【００５１】
(5)検知電極２５、２７
両検知電極２５、２７を形成するために、Ｐｔペーストをポーラス絶縁層２３上にスクリーン印刷し、乾燥後、１５００℃にて１時間焼成した。
【００５２】
(6)保護アルミナ層３３
保護アルミナ層３３を形成するために、ポーラス絶縁層２３上にて両検知電極２５、２７のリード部２９、３１を覆う様に、アルミナスラリーをスクリーン印刷し、乾燥後、１５５０℃で１時間焼成した。
【００５３】
これらの工程により、煤検出センサ３を完成した。なお、作製工程は、各層等を積層した後に全体を一体焼成するなど、適宜変更してよい。
ｄ）次に、本実施形態の煤堆積量及び煤濃度を求める原理について説明する。
【００５４】
煤検出センサ３を、ディーゼルエンジンの排気中の様な煤が含まれる被測定ガス中に配置した場合には、両検知電極２５、２７の周囲に煤が堆積する。よって、この煤の堆積量を求めることにより、被測定ガス中の煤の濃度を検出する。
【００５５】
具体的には、まず、発熱体３７に通電して、ヒータ加熱を行う。この時には、測温抵抗体３５によって測定された測定温度に基づいて、発熱体３７への通電（印加電圧）を制御し、測定素子９の温度を所定値に制御する。
【００５６】
この状態で、第１ポンピング電極１９と第２ポンピング電極２１との間に、電圧を印加することにより、第２ポンピング電極２１側から第１ポンピング電極１９側に、酸素のポンピングを行う。この結果、ポンピングされた酸素により、両検知電極２５、２７の周囲に堆積した煤が燃焼する。
【００５７】
また、このポンピングの際に、第１検知電極２５と第２検知電極２７との間に電圧を印加し、印加した電圧と流れた電流（直流電流）とから両検知電極２５、２７間の直流抵抗を検出する。
【００５８】
このとき、両検知電極２５、２７の周囲の煤は、ポンピングによって供給された酸素によって徐々に燃焼するので、両検知電極２５、２７間の直流抵抗は、（導電体である）煤の燃焼に従って徐々に上昇し、煤の燃焼が完了した状態では、絶縁性を示す所定の値（閾値）に到達する。
【００５９】
ここで、図４（ａ）に例示する様に、例えばポンピング電流が一定の場合を考えると、煤堆積量（ＰＭ量）が少ない場合には、直流抵抗が所定の抵抗値（閾値）に到達する時間ｔ１は短いが（従って斜線の面積で示す電流量は少ないが）、図４（ｂ）に示す様に、煤堆積量が多い場合には、直流抵抗が前記閾値に到達する時間ｔ２は長くなる（従って電流量は多くなる）ので、電流量から煤堆積量を求めることができる。なお、ポンピング電流が変化する場合は、閾値に到達する時間も変化するが、電流量と堆積量との相関関係に変化はない。
【００６０】
従って、直流抵抗がある閾値になるまでの両ポンピング電極１９、２１間に流れる電流量は、煤堆積量に対応したものと考えられるので、前記電流量から煤堆積量を求めることができる。
【００６１】
更に、この煤堆積量は、被測定ガス中の煤濃度や煤を堆積させた時間と対応する（比例する）と考えられるので、煤堆積量や煤堆積の時間から煤濃度を求めることができる。
ｅ）次に、電子制御装置５にて行われる煤堆積量及び煤濃度の算出の処理等について説明する。
【００６２】
この処理は、ディーゼルエンジンの排気流路に取り付けられ煤が堆積した煤検出センサ３に対して、その煤堆積量及び煤濃度を求めるために、所定期間毎に実施されるものである。なお、本処理は、例えばディーゼルエンジンの作動中や停止中に行うことができる。
【００６３】
図５のフローチャートに示す様に、ステップ（Ｓ）１００では、煤堆積量及び煤濃度を求めるタイミングであるか否かを判定し、そのタイミングである場合には、ステップ１１０に進む。
【００６４】
ステップ１１０では、発熱体３７に通電し、煤検出センサ３を所定の作動温度（例えば３５０℃）に制御する。なお、煤の捕集時には、常にこの様なヒータ制御を行ってもよい。
【００６５】
続くステップ１２０では、第１スイッチ４５をオンにして、両ポンピング電極１９、２１間に、（第１電池３９により）所定のポンピング電圧を印加するとともに、第２スイッチ５３をオンにして、両検知電極２５、２７間に、（第２電池４７により）所定の検知電圧を印加する。
【００６６】
続くステップ１３０では、第１電流計４３により検出したポンピング電流を取得し、第１スイッチ４５のオンからの電流値の積分量（電流量）を算出する。
続くステップ１４０では、第２電流計５１により検出した検知電流を取得し、両検知電極２５、２７間の直流抵抗が閾値以上となったかを判定する。つまり、検知電圧と検知電流とから直流抵抗を求め、この直流抵抗が煤の完全燃焼を示す抵抗値（絶縁抵抗）を示す閾値以上か否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１５０に進み、一方否定判断されるとステップ１３０に戻る。
【００６７】
ステップ１５０では、堆積した煤が完全に燃焼したと判断されたので、前記ステップ１３０で求めた電流量（電流値の積分値）から、煤堆積量を算出する。例えば、予め実験等により、電流量と煤堆積量との相関関係を示すマップを作製しておき、このマップから煤堆積量を求める。
【００６８】
ステップ１６０では、前記ステップ１５０で求めた煤堆積量から、被測定ガス中の煤濃度を算出する。例えば、予め実験等により、煤堆積量と煤濃度と煤堆積の時間との相関関係を示すマップを作製しておき、このマップから煤濃度を求める。なお、堆積時間を一定にしたマップを用意しておけば、煤堆積量から煤濃度及び煤の量の少なくとも一方を求めることができる。
【００６９】
ｆ）この様に本実施形態では、両検知電極２５、２７間の直流抵抗が閾値になるまで、両ポンピング電極１９、２１間に電圧を印加し、その印加した電圧によって流れた電流量から、検知電極２５、２７に堆積した煤の量及び煤の濃度を求めることができる。
【００７０】
これにより、煤の堆積量及び煤の濃度の測定の際のタイムラグが少なく、高い測定精度を実現することができる。
なお、本実施形態では、ポンピング電極１９、２１間に流れる電流量に基づいて、煤の堆積量や煤の濃度を求めたが、前記図４に示す様に、ポンピング電流を一定にする場合には、閾値に達するまでの時間によっても、煤の堆積量や煤の濃度を求めることができる。
＜実験例１＞
次に、上述した煤検出装置を用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
【００７１】
煤検出センサを、実車（２Ｌ：ディーゼルターボ）のＤＰＦ（ディーゼルパテュキュレートフィルタ）の前に取り付け、排ガス環境に晒して、煤堆積量が異なる煤検出センサを作製した。
【００７２】
具体的には、排ガス環境に晒す時の走行距離を、０ｋｍ、４ｋｍ、８ｋｍ、１２ｋｍとした試料No.１〜４の煤検出センサを作製した。
（１）煤の堆積量
そして、走行距離が異なる各煤検出センサに対して、その厚み方向の断面をＳＥＭにより観察することにより、検知電極上に堆積した煤の厚みを測定した。その結果を、下記表１に記す。
【００７３】
【表１】
2010261782.tif 000003
この表１から明かな様に、走行距離により、煤の堆積厚みが変化することが分かる。
【００７４】
（２）電流量と煤の堆積厚みとの関係
この実験では、大気中にて、検知電極間の直流抵抗を調べた。
具体的には、前記試料No.１〜４の煤検出センサに対して、センサの温度を５００℃に保って、ポンピング電流を一定（１ｍＡ）として酸素ポンピングを行い、その積分量（電流量）を算出した。また、ポンピングの際に流れた検知電流を測定し（検知電圧は２Ｖ）、検知電極間の直流抵抗を求めた。そして、直流抵抗が閾値（１０ＭΩ）までに流れたポンプピング電流の電流量を求めた。図６に、煤堆積量（堆積厚み）と直流抵抗が１０ＭΩになるまでに流れた電流量との関係を示す。なお、１０ＭΩではなく、１〜１０００ＭΩの範囲の値としてもよい。
【００７５】
図６から明かな様に、煤堆積量が増加するにつれて流れ電流量が増加すること（比例すること）が分かる。このことから電流量から煤堆積量を算出できることが分かる。
なお、図６における「ｙ＝５２７．３ｘ」は、縦軸をｙ、横軸をｘとした場合の実線で示すグラフ（回帰直線）を示している（以下同様）。また、「Ｒ2＝０．９４０５」は、データの相関係数Ｒの二乗（決定係数）が大きく、（閾値までの）ポンピング電流の電流量と堆積厚みとの間に強い相関があることを示している。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００７６】
本実施形態は、前記第１実施形態の様に、閾値として直流抵抗を採用するのではなく、閾値としてインピーダンスを採用することに特徴がある。
図７に示す様に、本実施形態の煤検出装置６１は、前記第１実施形態と同様に、煤検出センサ６３と電子制御装置６５とから構成され、煤検出センサ６３は、（固体電解質基板６７を主要部とする）測定素子６９と、中間室７１と、（測温抵抗体７３を有する）測温部７５と、（発熱体７７を有する）ヒータ部７９と、煤制限部８１などを備えている。
【００７７】
また、電気的構成として、第１ポンピング電極８３と第２ポンピング電極８５との間の回路８７には、第１電池８９、第１電流計９１、第１スイッチ９３が配置されている。
一方、第１検知電極９５と第２検知電極９７との間の回路９９には、インピーダンス検出部１０１、第２スイッチ１０３が配置されている。このインピーダンス検出部１０１は、両検知電極９５、９７間に交流電流を印加した場合の交流電流の値と、その時に流れた電流の値とから、両検知電極９５、９７間のインピーダンスを測定する装置（インピーダンスアナライザ：Solartron社製−SI1260）である。
【００７８】
なお、第１電流計９１、第１スイッチ９３、インピーダンス検出部１０１、第２スイッチ１０３等は、電子制御装置６５に接続されている。
従って、この電子制御装置６５では、前記第１実施形態と同様にして、ポンピング電流を測定して、その電流量を算出する。そして、前記インピーダンスを測定し、インピーダンスが閾値（例えば絶縁状態を示す値）に達した場合には、ポンピング開始からの電流量から煤の堆積量及び煤の濃度を求める。
【００７９】
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
＜実験例２＞
次に、上述した煤検出装置を用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
【００８０】
前記実験例１と同様にして、排ガス環境に晒す時の走行距離を、０ｋｍ、４ｋｍ、８ｋｍ、１２ｋｍとした試料No.１〜４の煤検出センサを作製した。
そして、大気中にて、検知電極間のインピーダンスをインピーダンスアナライザ（Solartron社製−SI1260）で評価した。
【００８１】
・具体的には、前記試料No.１〜４の煤検出センサに対して、センサの温度を５００℃に保って、ポンピング電流を一定（１ｍＡ）として酸素ポンピングを行い、煤を燃焼させた時のインピーダンス値の変化を確認した。図８にポンピング時間とインピーダンス値との関係を示す。
【００８２】
図８から明かな様に、ポンピングを行うことにより、インピーダンスが上昇していくことが分かる。即ち、ポンピングにより、煤が燃焼していることが分かる。
・また、ポンピングの際のインピーダンス値が閾値（１ＭΩ）となるまでに流れたポンプピング電流の電流量を求めた。図９に、煤堆積量（堆積厚み）とインピーダンスが１Ωになるまでに流れた電流量との関係を示す。なお、１ＭΩではなく、１〜１０００ＭΩの範囲の値としてもよい。
【００８３】
図９から明かな様に、煤堆積量（煤堆積厚み）が増加するにつれて流れ電流量が増加すること（比例すること）が分かる。このことから電流量から煤堆積量を算出できることが分かる。
【００８４】
なお、このグラフでは、「Ｒ2＝０．９３０５」と決定係数が大きく、（閾値までの）ポンピング電流の電流量と堆積厚みとの間に強い相関があることを示している。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００８５】
本実施形態では、前記第１実施形態の様に、閾値として直流抵抗を採用するのではなく、閾値として静電容量を採用することに特徴がある。
図１０に示す様に、本実施形態の煤検出装置１１１は、前記第１実施形態と同様に、煤検出センサ１１３と電子制御装置１１５とから構成され、煤検出センサ１１３は、（固体電解質基板１１７を主要部とする）測定素子１１９と、中間室１２１と、（測温抵抗体１２３を有する）測温部１２５と、（発熱体１２７を有する）ヒータ部１２９と、煤制限部１３１などを備えている。
【００８６】
また、電気的構成として、第１ポンピング電極１３３と第２ポンピング電極１３５との間の回路１３７には、第１電池１３９、第１電流計１４１、第１スイッチ１４３が配置されている。
【００８７】
一方、第１検知電極１４５と第２検知電極１４７との間の回路１４９には、静電容量検出部１５１、第２スイッチ１５３が配置されている。この静電容量検出部１５１は、両検知電極１４５、１４７間に交流電流を印加した場合の交流電流の値と、その時に流れた電流の値及び位相とから、両検知電極１４５、１４７間の静電容量を検出する装置（例えばLCR METER(HEWLETTPACKARD社製)）である。
【００８８】
なお、第１電流計１４１、第１スイッチ１４３、静電容量検出部１５１、第２スイッチ１５３等は、電子制御装置１１５に接続されている。
従って、この電子制御装置１１５では、前記第１実施形態と同様にして、ポンピング電流を測定して、その電流量を算出する。そして、前記静電容量を測定し、静電容量が閾値（例えば絶縁状態を示す値）に達した場合には、ポンピング開始からの電流量から煤の堆積量及び煤の濃度を求める。
【００８９】
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
＜実験例３＞
次に、上述した煤検出装置を用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
【００９０】
前記実験例１と同様にして、排ガス環境に晒す時の走行距離を、０ｋｍ、４ｋｍ、８ｋｍ、１２ｋｍとした試料No.１〜４の煤検出センサを作製した。
そして、大気中にて、検知電極間の静電容量を、１Ｖ，１０ｋＨｚで評価した。
【００９１】
具体的には、前記試料No.１〜４の煤検出センサに対して、センサの温度を５００℃に保って、ポンピング電流を一定（１ｍＡ）として酸素ポンピングを行い、煤を燃焼させた時の静電容量の変化を確認した。つまり、ポンピングの際の静電容量が閾値（１０ｐＦ）となるまでに流れたポンプピング電流の電流量を求めた。図１１に、煤堆積量（堆積厚み）と静電容量が１０ｐＦになるまでに流れた電流量との関係を示す。なお、１０ｐＦではなく、５〜５００ｐＦΩの範囲の値としてもよい。
【００９２】
図１１から明かな様に、煤堆積量（煤堆積厚み）が増加するにつれて流れる電流量が増加すること（比例すること）が分かる。このことから電流量から煤堆積量を算出できることが分かる。
【００９３】
なお、このグラフでは、「Ｒ2＝０．９８９５」と決定係数が大きく、（閾値までの）ポンピング電流の電流量と堆積厚みとの間に強い相関があることを示している。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００９４】
本実施形態は、検知電極間の直流抵抗が所定の閾値になるように、ポンピング電極間に印加する電圧を制御するとともに、ポンピング電極間に流れた電流値から、煤の濃度を求めるものである。
【００９５】
ａ）まず、本実施形態の煤検出装置を説明する。
図１２に示す様に、本実施形態の煤検出装置１６１は、前記第１実施形態と同様に、煤検出センサ１６３と電子制御装置１６５とから構成され、煤検出センサ１６３は、（固体電解質基板１６７を主要部とする）測定素子１６９と、中間室１７１と、（測温抵抗体１７３を有する）測温部１７５と、（発熱体１７７を有する）ヒータ部１７９と、煤制限部１８１などを備えている。
【００９６】
また、電気的構成として、第１ポンピング電極１８３と第２ポンピング電極１８５との間の回路１８７には、印加電圧の調整が可能な第１電池１８９、第１電流計１９１が配置されている。
【００９７】
一方、第１検知電極１９３と第２検知電極１９５との間の回路１９７には、第２電池１９９、第２電流計２０１、スイッチ２０３が配置されている。
なお、第１電池１８９、第１電流計１９１、第２電流計２０１、スイッチ２０３等は、電子制御装置１６５に接続されている。
【００９８】
従って、この電子制御装置１６５では、前記第１実施形態と同様にして、検知電極１９３、１９５間に流れた電流から直流抵抗を求める。それとともに、その直流抵抗がある閾値（例えば一定の堆積量に相当する値）になるように、第１電池１８９によってポンピング電極１８３、１８５間に印加する電圧を制御し、その時に流れるポンピング電流を測定し、その電流値から被測定ガス中の煤の濃度を算出する。
【００９９】
つまり、煤濃度が増加すると、直流抵抗を一定にするために、飛散してきた煤を燃焼させるポンピング電流が増えるため、煤濃度に応じて、ポンピング電極１８３、１８５間に流れる電流値が変化する。よって、この電流値から、煤濃度を検知することができる。
【０１００】
ｂ）次に、本実施形態における制御処理を説明する。
図１３のフローチャートに示す様に、ステップ２００では、煤濃度を求めるタイミングであるか否かを判定し、そのタイミングである場合には、ステップ２１０に進む。
【０１０１】
ステップ２１０では、発熱体１７７に通電し、煤検出センサ１６３を所定の作動温度に制御する。
続くステップ２２０では、両ポンピング電極１８３、１８５間に、ポンピング電圧を印加するとともに、両検知電極１９３、１９５間に、所定の検知電圧を印加する。
【０１０２】
続くステップ２３０では、第２電流計２０１により検出した検知電流を取得し、両検知電極１９３、１９５間の直流抵抗を算出する。
続くステップ２４０では、算出した直流抵抗が、煤の所定の堆積量を表す抵抗値を示す閾値と等しいか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２６０に進み、一方否定判断されるとステップ２５０に進む。
【０１０３】
ステップ２５０では、第１電池１８９を制御して、ポンピング電極１８３、１８５間に印加する電圧を変化させる。例えば閾値に対して抵抗値が低い場合には、より高い電圧を印加するように変化させ、前記ステップ２４０に戻る。
【０１０４】
一方、ステップ２６０では、堆積した煤が所定の堆積量まで燃焼したと判断されたので、そのときのポンピング電流の電流値から煤の濃度を算出する。例えば、予め実験等により、ポンピング電流の電流値と煤の濃度との相関関係を示すマップを作製しておき、このマップから煤の濃度を求める。
【０１０５】
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、煤堆積量を考慮することなく、直接的に測定時点における煤濃度を測定できるという利点がある。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明するが、前記第４実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１０６】
本実施形態は、検知電極間のインピーダンスが所定の閾値になるように、ポンピング電極間に印加する電圧を制御するとともに、ポンピング電極間に流れた電流値から、煤の濃度を求めるものである。
【０１０７】
図１４に示す様に、本実施形態の煤検出装置２１１は、前記第４実施形態と同様に、煤検出センサ２１３と電子制御装置２１５とから構成され、煤検出センサ２１３は、（固体電解質基板２１７を主要部とする）測定素子２１９と、中間室２２１と、（測温抵抗体２２３を有する）測温部２２５と、（発熱体２２７を有する）ヒータ部２２９と、煤制限部２３１などを備えている。
【０１０８】
また、電気的構成として、第１ポンピング電極２３３と第２ポンピング電極２３５との間の回路２３７には、印加電圧の調整が可能な第１電池２３９、第１電流計２４１が配置されている。
【０１０９】
一方、第１検知電極２４３と第２検知電極２４５との間の回路２４７には、前記第２実施形態と同様なインピーダンス検出部２４９、スイッチ２５１が配置されている。
そして、第１電池２３９、第１電流計２４１、インピーダンス検出部２４９、スイッチ２５１等は、電子制御装置２１５に接続されている。
【０１１０】
従って、この電子制御装置２１５では、検知電極２４３、２４５間のインピーダンスを求めるとともに、そのインピーダンスがある閾値になるように、第１電池２３９によってポンピング電極２３３、２３５間印加する電圧を制御し、その時に流れるポンピング電流を測定し、その電流値から被測定ガス中の煤の濃度を算出する。
＜実験例４＞
次に、上述した煤検出装置を用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
【０１１１】
ここでは、発生させる煤濃度を変化させることができる煤発生装置を用い、検知電極間のインピーダンスは、インピーダンスアナライザ（Solartron社製−SI1260）を用いて測定した。なお、煤検出センサの温度は５００℃、ガス温は２００℃、ガス成分は、Ｏ2＝１０％、ＣＯ2＝５％、Ｈ2Ｏ＝５％、残部Ｎ2（＝Ｂａｌ．）、但し、％は体積％の条件で実験を行った。
【０１１２】
・そして、検知電極間のインピーダンスが閾値（１ＭΩ）となるようにポンピング電圧を制御した時の、ポンピング電極間に流れる電流値の変化を調べた。その結果を図１５に示す。なお、このとき設定する閾値としては、１００Ω〜１０００ＭΩでもよい。
【０１１３】
図１５から明かな様に、煤濃度が増加すると、インピーダンスを一定にするために、飛散してきた煤を燃焼させるポンピング電流が増えるため、煤濃度に応じて、ポンピング電極間に流れる電流値が変化する。よって、この電流値から、煤濃度を検知できることが分かる。
【０１１４】
なお、このグラフでは、「Ｒ2＝０．９８５４」と決定係数が大きく、（閾値までの）ポンピング電流の電流値と煤濃度との間に強い相関があることを示している。
・また、同様に、検知電極間のインピーダンスが閾値（１ＭΩ）となるようにポンピング電圧を制御した時の、ポンピング電圧の変化を調べた。その結果を図１６に示す。
【０１１５】
なお、ポンピング電圧は、（ポンピング電圧を出力する）第１電池２３９に対する電子制御装置２１５の制御値により求めることができるが、この回路２３７に電圧計（図示せず）を配置してポンピング電圧を求めるようにしてもよい。この場合は、第１電流計２４１は省略できる。
【０１１６】
図１６から明かな様に、煤濃度が増加すると、インピーダンスを一定にするために、飛散してきた煤を燃焼させるポンピング電圧が増えるため、煤濃度に応じて、ポンピング電圧が変化する。よって、この電圧値から、煤濃度を検知できることが分かる。
［第６実施形態］
次に、第６実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１１７】
本実施形態は、ポンピング電極の一方と検知電極の一方を兼ねた煤検出センサに特徴がある。
図１７に示す様に、本実施形態の煤検出装置２６１は、前記第１実施形態と同様に、煤検出センサ２６３と電子制御装置２６５とから構成され、煤検出センサ２６３は、（固体電解質基板２６７を主要部とする）測定素子２６９と、中間室２７１と、（測温抵抗体２７３を有する）測温部２７５と、（発熱体２７７を有する）ヒータ部２７９と、煤制限部２８１などを備えている。
【０１１８】
特に、本実施形態では、固体電解質基板２６７の一方の側（中間室２７１側：図１７の下方）には、第２ポンピング電極２８３が配置されるとともに、他方の側（外側：図１７の上方）には、第１検知電極２８５と（第２検知電極及び第１ポンピング電極の機能を兼ねる）共通電極２８７が配置されている。
【０１１９】
つまり、図１８及び図１９に示す様に、固体電解質基板２６７の一方の側（図１９の上方）には、共通電極２８７が配置されるとともに、それと僅かの隙間をあけて、例えばアルミナ等の絶縁層２８９を介して、第１検知電極２８５が配置されている。なお、共通電極２８７と第１検知電極２８５は線対称の形状である。一方、固体電解質基板２６７の他方の側（図１９の下方）には、共通電極２８７及び第１検知電極２８５の板厚方向への投影領域と重なるように（面積の広い）第２ポンピング電極２８３が配置されている。
【０１２０】
図１７に戻り、共通電極２８７と第２ポンピング電極２８３との間の回路２９１には、第１電池２９３、第１電流計２９５、第１スイッチ２９７が配置されている。
一方、第１検知電極２８５と共通電極２８７との間の回路２９９には、第２電池３０１、第２電流計３０３、第２スイッチ３０５が配置されている。
【０１２１】
そして、第１電流計２９５、第１スイッチ２９７、第２電流計３０３、第２スイッチ３０５等は、電子制御装置２６５に接続されている。
従って、この電子制御装置２６５では、前記第１実施形態と同様にして、共通電極２８７と第２ポンピング電極２８３との間のポンピング電流を測定して、その電流量を算出する。また、第１検知電極２８５と共通電極２８７との間の直流抵抗を測定し、直流抵抗が閾値に達した場合には、ポンピング開始からの電流量から煤の堆積量及び煤の濃度を求める。
【０１２２】
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、共通電極を使用するので、電極構成を簡易化できるという利点がある。
＜実験例５＞
次に、上述した煤検出装置を用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
【０１２３】
前記実験例１と同様にして、排ガス環境に晒す時の走行距離を、０ｋｍ、４ｋｍ、８ｋｍ、１２ｋｍとした試料No.１〜４の煤検出センサを作製した。
そして、前記試料No.１〜４の煤検出センサに対して、大気中にて、センサの温度を５００℃に保って、ポンピング電流を一定（１ｍＡ）として酸素ポンピングを行い、ポンピングの際の直流抵抗値が閾値（１ＭΩ）となるまでに流れたポンプピング電流の電流量を求めた。図２０に、煤堆積量（堆積厚み）とインピーダンスが１Ωになるまでに流れた電流量との関係を示す。
【０１２４】
図２０から明かな様に、煤堆積量（煤堆積厚み）が増加するにつれて流れ電流量が増加すること（比例すること）が分かる。このことから電流量から煤堆積量を算出できることが分かる。
【０１２５】
なお、このグラフでは、「Ｒ2＝０．９８６６」と決定係数が大きく、（閾値までの）ポンピング電流の電流量と堆積厚みとの間に強い相関があることを示している。
［第７実施形態］
次に、第７実施形態について説明するが、前記第６実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１２６】
本実施形態は、固体電解質として、低温でもポンピングが可能な材料を採用した点に特徴がある。
図２１に示す様に、本実施形態の煤検出装置３１１は、前記第６実施形態と同様に、煤検出センサ３１３と電子制御装置３１５とから構成され、煤検出センサ３１３は、（固体電解質基板３１７を主要部とする）測定素子３１９と、中間室３２１と、（測温抵抗体３２３を有する）測温部３２５と、（発熱体３２７を有する）ヒータ部３２９と、煤制限部３３１などを備えている。
【０１２７】
特に、本実施形態では、固体電解質基板３１７として、例えば３５０℃の低温でも酸素のポンピングが可能なガドリニウムを２０ｍｏｌ％添加したＧＤＣを用いるとともに、電極材料として、煤の自然燃焼（酸素ポンピングによらない温度上昇による燃焼）が生じ難いＰｔを使用している。
【０１２８】
また、煤検出装置３１１の電気的構成として、固体電解質基板３１７の一方の側（中間室３２１側：図２１の下方）には、第２ポンピング電極３３３が配置されるとともに、他方の側（外側：図２１の上方）には、第１検知電極３３５と（第２検知電極及び第１ポンピング電極の機能を兼ねる）共通電極３３７が配置されている。
【０１２９】
つまり、図２２及び図２３に示す様に、固体電解質基板３１７の一方の側（図２３の上方）には、略コ字状の共通電極３３７が配置されるとともに、それと僅かの隙間をあけて、例えばアルミナ等の絶縁層３３９を介して、第１検知電極３３５が配置されている。なお、共通電極３３７は第１検知電極３３５の三方を囲むように配置されている。一方、固体電解質基板３１７の他方の側（図２３の下方）には、共通電極３３７及び第１検知電極３３５の板厚方向への投影領域と重なるように（面積の広い）第２ポンピング電極３３３が配置されている。
【０１３０】
図２１に戻り、共通電極３３７と第２ポンピング電極３３３との間の回路３４１には、第１電池３４３、第１電流計３４５、第１スイッチ３４７が配置されている。
一方、第１検知電極３３５と共通電極３３７との間の回路３４９には、第２電池３５１、第２電流計３５３、第２スイッチ３５５が配置されている。
【０１３１】
そして、第１電流計３４５、第１スイッチ３４７、第２電流計３５３、第２スイッチ３５５等は、電子制御装置３１５に接続されている。
従って、この電子制御装置３１５では、煤検出センサ３１３を例えば３５０℃の低温に制御した状態で、前記第６実施形態と同様にして、共通電極３３７と第２ポンピング電極３３３との間のポンピング電流を測定して、その電流量を算出する。また、第１検知電極３３５と共通電極３３７との間の直流抵抗を測定し、直流抵抗が閾値に達した場合には、ポンピング開始からの電流量から煤の堆積量及び煤の濃度を求める。
【０１３２】
なお、本実施形態においては、測定素子３１９を製造する際に、電極部分を同時焼成する場合には、例えば１４００℃で１時間焼成等の条件を採用できる。
本実施形態においても、前記第６実施形態と同様な効果を奏するとともに、固体電解質として、低温でもポンピングが可能な材料を用いるので、ポンピングされた酸素のみによって煤が燃焼し易く、よって、測定精度が向上するという利点がある。
＜実験例６＞
次に、上述した煤検出装置を用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
【０１３３】
前記実験例１と同様にして、排ガス環境に晒す時の走行距離を、０ｋｍ、４ｋｍ、８ｋｍ、１２ｋｍとした試料No.１〜４の煤検出センサを作製した。
そして、前記試料No.１〜４の煤検出センサに対して、大気中で、センサの温度を５００℃に保って、ポンピング電流を一定（１ｍＡ）として酸素ポンピングを行い、ポンピングの際の直流抵抗値が閾値（１ＭΩ）となるまでに流れたポンプピング電流の電流量を求めた。図２４に、煤堆積量（堆積厚み）とインピーダンスが１Ωになるまでに流れた電流量との関係を示す。
【０１３４】
図２４から明かな様に、煤堆積量（煤堆積厚み）が増加するにつれて流れ電流量が増加すること（比例すること）が分かる。このことから電流量から煤堆積量を算出できることが分かる。
【０１３５】
なお、このグラフでは、「Ｒ2＝０．９９１９」と、決定係数が大きく、（閾値までの）ポンピング電流の電流量と堆積厚みとの間に強い相関があることを示している。
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１３６】
１、６１、１１１、１６１、２１１、２６１、３１１…煤検出装置
３、６３、１１３、１６３、２１３、２６３、３１３…煤検出センサ
５、６５、１１５、１６５、２１５、２６５、３１５…電子制御装置
７、６７、１１７、１６７、２１７、２６７、３１７…固体電解質基板
９、６９、１１９、１６９、２１９、２６９、３１９…測定素子
２５、９５、１４５、１９３、２４３、２８５、３３５…第１検知電極
２７、９７、１４７、１９５、２４５…第２検知電極
１９、８３、１３３、１８３、２３３…第１ポンピング電極
２１、８５、１３５、１８５、２３５、２８３、３３３…第２ポンピング電極
２８７、３３７…共通電極
３９、８９、１４３、１８９、２３９、２９３、３４３…第１電池
４７、１９９、３０１、３５１…第２電池
４３、９１、１４１、１９１、２４１、２９５、３４５…第１電流計
５１、２０１、３０３、３５３…第２電流計
１０１、２４９…インピーダンス検出部
１５１…静電容量検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２４】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２２】
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【図２３】
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