(57)【要約】【課題】ヒータの保持手段の改良を提示する。【解決手段】ケースと、ケースの内部に収容されるセンサ部と、センサ部の外面に当接して、センサ部をケースの内部で支持する支持部材とを備えるＰＭセンサにおいて、センサ部として、排ガスの通路上に配置された多孔質体と、多孔質体を挟んで相対向する一対の電極と、通電に基づいて発熱するヒータとを有するものとし、ヒータのうち、支持部材と正対する部分である第一の部分の単位長さあたりの電気抵抗値を、ヒータのうち、第一の部分以外の第二の部分の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さくする。【選択図】図２
2018054376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケースの内部に収容されるセンサ部と、
前記センサ部の外面に当接して、前記センサ部を前記ケースの内部で支持する支持部材と、を備え、
前記センサ部が、排ガスの通路上に配置された多孔質体と、前記多孔質体を挟んで相対向する一対の電極と、通電に基づいて発熱するヒータとを備えており、
前記ヒータのうち、前記支持部材と正対する部分である第一の部分の単位長さあたりの電気抵抗値が、前記ヒータのうち、前記第一の部分以外の第二の部分の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さい、ＰＭセンサ。
【請求項２】
前記第一の部分を流れる電流の方向に直交する仮想面で、前記第一の部分を切断した場合の断面積が、
前記第二の部分を流れる電流の方向に直交する仮想面で、前記第二の部分を切断した場合の断面積よりも大きい、請求項１に記載のＰＭセンサ。
【請求項３】
前記第一の部分を構成する金属材料の電気抵抗値が、前記第二の部分を構成する金属材料の電気抵抗値よりも小さい、請求項１に記載のＰＭセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関から排出された排気ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、以下、ＰＭという）の量を検出可能なＰＭセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガス中には、ＰＭが含まれる。ＰＭ除去のために、排気ガスの通路（以下、排気通路という）にはＰＭフィルタが配置される。このＰＭフィルタとしては、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタがある。
【０００３】
ＰＭフィルタは、ＰＭを捕集し続けると目詰まりを起こす。このため、排気系には、ＰＭフィルタに堆積したＰＭ堆積量が所定量に達したと判定した場合に、ＰＭフィルタ内のＰＭを強制的に燃焼し、ＰＭフィルタから除去する（ＰＭフィルタの再生処理を行う）機能が設けられている。
【０００４】
前述のようなＰＭフィルタ内のＰＭ堆積量の判定等のために、ＰＭセンサが使用されることが知られている。このようなＰＭセンサは、排気系を構成する排気通路のうち、ＰＭフィルタよりも下流側に配置され、ＰＭフィルタを通過後の排気ガスの一部を内部に取り込み、所定の処理を行った後に排気通路に排出するように構成される。
【０００５】
このようなＰＭセンサは、排気ガスの一部を内側に取り込める収容空間を有するケース部材と、ケース部材の収容空間に配置された多孔質体と、多孔質体を挟んで互いに対向する少なくとも一対の電極とを有しており、多孔質体内に堆積するＰＭにより一対の電極間の静電容量が変化することを利用して、排気ガス中のＰＭの量を推定することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、前述の特許文献１に記載されたＰＭセンサは、ＰＭ量の推定を継続的に行う必要がある。このため、ＰＭセンサは、多孔質体内に堆積したＰＭを、燃焼により定期的に除去するためのヒータ（電気ヒータ）を有している。
このようなヒータは、多孔質体および一対の電極とともに筒状の保持部材に覆われた（外嵌された）状態で、ＰＭセンサを構成する筒状のケース部材の内面に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−８８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示では、ヒータの保持手段の改良を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、ケースと、ケースの内部に収容されるセンサ部と、センサ部の外面に当接して、センサ部をケースの内部で支持する支持部材とを備え、センサ部が、排ガスの通路上に配置された多孔質体と、多孔質体を挟んで相対向する一対の電極と、通電に基づいて発熱するヒータとを備えており、ヒータのうち、支持部材と正対する部分である第一の部分の単位長さあたりの電気抵抗値が、ヒータのうち、第一の部分以外の第二の部分の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さいＰＭセンサに向けられる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、ＰＭセンサを構成するヒータのうち、支持部材と正対する部分である第一の部分と、同じく第一の部分以外の第二の部分との温度差を小さくし得るため、多孔質体の温度ムラをスムーズに出来る。その結果、多孔質体に温度ムラに起因する熱応力が発生し難くなり、これによって、壊れにくいＰＭセンサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示に係るＰＭセンサが適用される内燃機関および排気系を例示する模式図
【図２】図１に示すＰＭセンサの第一構成例を模式的に示す部分断面図
【図３Ａ】図２に示すセンサ部を模式的に示す斜視図
【図３Ｂ】図３Ａのセンサ部を模式的に示す分解斜視図
【図４】ヒータの構造を概念的に説明するための図であって、ヒータが支持部材に保持されている状態を示す模式平面図
【図５】ヒータの構造を概念的に説明するための、ヒータの模式平面図
【図６】図４のＡ−Ａ断面図
【図７】図４のＢ−Ｂ断面図
【図８】図４のＣ−Ｃ断面図
【図９】第一構成例に係るＰＭセンサが備えるヒータの模式平面図
【図１０】第二構成例のＰＭセンサが備えるヒータの構造を概念的に説明するための、ヒータの模式平面図
【図１１】第三構成例に係るＰＭセンサが備えるヒータの構造を概念的に説明するための図であって、ヒータが支持部材に保持されている状態を示す模式平面図
【図１２】図１１のＤ−Ｄ断面図
【図１３】図１１のＥ−Ｅ断面図
【図１４】第四構成例に係るＰＭセンサが備えるヒータの構造を概念的に説明するための図であって、図１１のＤ−Ｄ断面に相当する図
【図１５】第五構成例に係るＰＭセンサが備えるヒータの構造を概念的に説明するための図であって、図１１のＥ−Ｅ断面に相当する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜９を参照しつつ、本開示に係るＰＭセンサ３について詳説する。
【００１３】
［１．ＰＭセンサが組み込まれる部分の周辺構成例］
図１には、内燃機関１と、排気系２と、本開示に係るＰＭセンサ３とが示されている。
内燃機関１は、典型的にはディーゼルエンジンである。
排気系２は、大略的には、排気通路４を構成する排気管５と、酸化触媒６と、ＰＭフィルタ７とを有している。酸化触媒６は、排気通路４においてＰＭフィルタ７よりも上流側に設けられている。ＰＭフィルタ７は、典型的には、ディーゼルパティキュレートフィルタである。
【００１４】
ＰＭセンサ３は、排気通路４においてＰＭフィルタ７よりも下流側に設けられている。ＰＭセンサ３がＰＭフィルタ７よりも上流側（より具体的には、酸化触媒６とＰＭフィルタ７との間）に設けられる場合、ＰＭセンサ３は、典型的には、ＰＭフィルタ７におけるＰＭ堆積量の推定等のために使用される。ＰＭセンサ３がＰＭフィルタ７よりも下流側に設けられる場合、ＰＭセンサ３は、典型的には、ＰＭフィルタ７の故障判定等のために使用される。なお、図１は、ＰＭセンサ３をＰＭフィルタ７よりも下流側に設けた例を示している。このようなＰＭセンサ３は、排気ガスの一部を内部に取り込み、取り込んだ排気ガスに対して所定の処理を行った後に、排気通路４に排出するように構成されている。
【００１５】
［２．ＰＭセンサ３（第一構成例）］
図２〜３Ｂを参照しつつ、本開示の第一構成例に係るＰＭセンサ３について詳説する。
【００１６】
［２−１．ＰＭセンサ３の詳細な構成］
ＰＭセンサ３は、取付部８と、ケース部材９と、センサ部１０と、支持部材１１と、制御部１２とを備えている。なお、図１を除く各図には、Ｌ軸、Ｗ軸およびＴ軸が描かれている。Ｌ軸、Ｗ軸およびＴ軸は、ＰＭセンサ３の長さ方向、幅方向および高さ方向を示し、各方向は互いに直交する。具体的には、本構成例の場合、ＰＭセンサ３の長さ方向は、ケース部材９の軸方向（図２の上下方向）に一致する。また、ＰＭセンサ３の幅方向と高さ方向とは、ケース部材９の径方向であって、互いに直交する２方向と一致する。さらに、以下の説明では、ＰＭセンサ３の長さ方向、幅方向および高さ方向をそれぞれ、長さ方向Ｌ、幅方向Ｗおよび高さ方向Ｔと記載することがある。また、長さ方向Ｌの正方向側（図２の下側）を先端側といい、同じく負方向側（図２の上側）を後端側という。
【００１７】
取付部８は、ＰＭセンサ３を、ＰＭフィルタ７よりも下流側に設けられた排気管５のボス１３に取り付けるためのものである。このようなボス１３には、排気管５を貫通する状態で貫通孔が形成されており、この貫通孔の内周面には雌ネジ１４が形成されている。取付部８は、後端側半部（図２の上側半部）に外周面が六角形状の頭部１５が設けられ、同じく先端側半部（図２の下側半部）の外周面に雄ネジ１６が形成されている。このような雄ネジ１６は、雌ネジ１４と螺合可能である。また、取付部８には、センサ部１０から引き出される導線１７、１８（図３Ａ、３Ｂを参照）を挿通可能な１対の貫通孔１９が設けられている。
【００１８】
ケース部材９は、外ケース２０と、内ケース２１とにより構成されている。
外ケース２０は、例えば、円筒状の形状を有する。外ケース２０の先端部および後端部は閉止されずに、所定の内径φ１を有する開口部となっている。このような外ケース２０は、後端部を取付部８の先端部に固定されている。
【００１９】
内ケース２１は、例えば、有底円筒状の形状を有する。本構成例の場合、内ケース２１は、長さ方向Ｌの寸法が、外ケース２０の長さ方向Ｌの寸法よりも大きい。また、内ケース２１の外径φ２は、外ケース２０の内径φ１よりも小さい。また、内ケース２１の後端部は閉止されずに、所定の内径φ３を有する開口部となっている。さらに、内ケース２１の後端寄り部分には、複数の入口（貫通孔）２２が内ケース２１の外周面の周方向に沿って、等間隔に離隔した状態で形成されている。なお、図の視認性の観点で、図２では、１個の入口にのみ参照符号２２が付されている。また、内ケース２１の先端部には、底部２３が設けられており、完全ではないがほぼ閉止されている。より具体的には、底部２３の略中央には、内径φ３よりも小径の出口（貫通孔）２４が少なくとも１個形成されている。このような内ケース２１は、外ケース２０の内部空間２５に収容された状態で、後端部を取付部８の先端部に固定されている。
【００２０】
外ケース２０と内ケース２１とが取付部８に固定された状態で、外ケース２０と内ケース２１の中心軸とが、同軸上に位置している。さらに、本構成例では、内ケース２１の先端部が外ケース２０の先端縁よりも、先端側に突出している。この状態で、内ケース２１の外周面と外ケース２０の内周面との間には、円筒状の隙間２６が形成されている。
【００２１】
このような隙間２６の先端部は開口しており、外ケース２０の径方向外側に存在する外側空間２７と、隙間２６とが連通している。また、隙間２６の後端寄り部分は、入口（貫通孔）２２を介して、内ケース２１の内部空間２８の後端寄り部分と連通している。このようにして、外側空間２７から隙間２６に流入した排気ガスが、隙間２６を流通して内ケース２１の内部空間２８に流入できるようにしている。なお、内ケース２１の内部空間２８に流入した排気ガスは、内ケース２１の底部２３に形成された出口（貫通孔）２４を通って外側空間２７に流出できる。即ち、排気ガスは、外側空間２７  →  隙間２６  →  入口（貫通孔）２２  →  内ケース２１の内部空間２８  →  出口（貫通孔）２４  →外側空間２７の経路で流通する。
【００２２】
センサ部１０は、図３Ａ〜３Ｂに示すように、対をなす少なくとも２個の電極２９（図示は、５個の電極２９ａ〜２９ｅ）と、少なくとも１層の多孔質体３０（図示は４個の多孔質体３０ａ〜３０ｄ）と、少なくとも１個のヒータ３１（図示は５個のヒータ３１ａ〜３１ｅ）とを備えている。
【００２３】
電極２９（２９ａ〜２９ｅ）は、略矩形平板状の面状導体からなる。電極２９は、所定方向（高さ方向Ｔに一致する方向）に、所定の間隔だけ離隔した状態で配列されている。そして、高さ方向Ｔに隣り合う（対向する）電極２９に関しては、一方の電極２９が制御部１２が備える静電容量検出回路（図示省略）の第一の端子に接続されている場合には、他方の電極２９が静電容量検出回路の第二の端子に接続されている。具体的には、図３Ａ、３Ｂに示すセンサ部１０の場合、高さ方向Ｔに関する片側（図３Ａ〜３Ｂの上側）から１、３、５番目の電極２９ａ、２９ｃ、２９ｅを導線１７を介して第一の端子に接続するとともに、同じく２、４番目の電極２９ｂ、２９ｄを導線１７を介して第二の端子に接続している。このようにして、高さ方向Ｔに隣り合う２個（１対）の電極２９により、コンデンサを構成している。
【００２４】
多孔質体３０（３０ａ〜３０ｄ）は、例えば、電気絶縁性を有する多孔質セラミックスシートからなる複数の矩形板状の隔壁３２の組み合わせからなる。このような隔壁３２は、それぞれが所定方向（長さ方向Ｌに一致する方向）に延在し、かつ、高さ方向Ｔに平行な矩形板状に形成されている。このような隔壁３２は、高さ方向Ｔに隣り合う電極２９の間の空間に、所定方向（幅方向Ｗに一致する方向）に間隔をあけて配置されている。このようにして、高さ方向Ｔに隣り合う電極２９の間の空間が、複数の隔壁３２により幅方向Ｗに区画されて、例えば、長さ方向Ｌに延在しかつ幅方向Ｗに隣り合う第一直方体空洞３３および第二直方体空洞３４が形成される。
【００２５】
隣り合う第一直方体空洞３３と第二直方体空洞３４とは、例えば、第一直方体空洞３３の先端部が閉止されかつ後端部が開口している場合には、幅方向Ｗに関して隣に存在する第二直方体空洞３４の後端部が閉止されかつ先端部が開口している。換言すれば、幅方向Ｗに隣り合う第一直方体空洞３３と第二直方体空洞３４とは、長さ方向Ｌに関して互いに反対側の端部が開口し、同じく反対側の端部が閉止している。このような関係は、第一直方体空洞３３と第二直方体空洞３４との全組み合わせに同様に当てはまる。
【００２６】
なお、図３Ａ、３Ｂでは、高さ方向Ｔに隣り合う電極２９の間の空間は、多孔質体３０により、高さ方向Ｔには区画されず、幅方向Ｗにのみ合計５個の直方体空洞（第一直方体空洞３３、第二直方体空洞３４）に区画される。また、図３Ａ、３Ｂでは、第一直方体空洞３３および第二直方体空洞３４において、閉止された長さ方向Ｌに関する端部にハッチングが付されている。
【００２７】
また、本構成例では、４個の多孔質体３０（３０ａ〜３０ｄ）が、高さ方向Ｔに電極２９およびヒータ３１を介して隣り合うように配列されている。そして、高さ方向Ｔに隣り合う多孔質体３０同士は、長さ方向Ｌに関して反転させた構造関係を有している。即ち、高さ方向Ｔに隣り合う１対の多孔質体３０に関して、高さ方向Ｔに隣り合う第一直方体空洞３３と第二直方体空洞３４との組み合わせもまた、前述した幅方向Ｗに隣り合う第一直方体空洞３３と第二直方体空洞３４との関係と同様の関係を有している。
【００２８】
少なくとも一個のヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）は、例えば、線状、面状あるいは板状の導体からなり、絶縁性セラミックシート３５（図示は、５個のセラミックシート３５ａ〜３５ｅ）内に埋設されている。このようなヒータ３１は、通電に基づいて発熱することができる。
【００２９】
本構成例の場合、ヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）は、電極２９（２９ａ〜２９ｅ）の高さ方向Ｔに関する片側（図３Ａ、３Ｂの上側）に積層されている。また、ヒータ３１のうち、高さ方向Ｔに関する片側（図３Ａ、３Ｂの上側）から２〜５番目のヒータ３１ｂ〜３１ｅに関しては、高さ方向Ｔに関する片側に多孔質体３０（３０ａ〜３０ｄ）が積層されている（電極２９と多孔質体３０とにより挟持されている）。一方、ヒータ３１のうち、高さ方向Ｔに関して最も片側のヒータ３１ａに関しては、高さ方向Ｔに関する片側に多孔質体３０が存在していない（電極２９と多孔質体３０とにより挟持されていない）。
【００３０】
ヒータ３１はそれぞれ、多孔質体３０の表面上または内部に存在するＰＭを燃焼させる観点から、多孔質体３０の長さ方向Ｌの寸法とほぼ同じ寸法を有しているのが好ましい。
【００３１】
以下、図４〜８を参照しつつ、本構成例に係るヒータ３１の構造を概念的に説明する。図４〜８に示すヒータ素子３６は、ヒータ３１の最小単位の構成を概念的に抽出したものである。なお、図４〜８には、電極２９および多孔質体３０を省略している。
【００３２】
図４〜８に示すヒータ素子３６は、長さ方向Ｌに延在した平板状の導体からなり、全体が１種類の金属材料（例えば、タングステン合金、ニッケル合金等）により構成されている。このようなヒータ素子３６は、大断面積部３７と、小断面積部３８とを有しており、長さ方向Ｌに関する全長にわたり、高さ方向Ｔの寸法（厚さ寸法）が変化しない（図６参照）。
【００３３】
大断面積部３７は、ヒータ素子３６の長さ方向Ｌに関する中間部に設けられている。大断面積部３７は、高さ方向Ｔから見た形状が、長さ方向Ｌに関する中央部に向かうほど、幅方向Ｗに関する寸法が大きくなる略六角形状に形成されている。従って、大断面積部３７の長さ方向Ｌ（大断面積部３７を流れる電流の方向）に直交する第一仮想面に関する断面積は、長さ方向Ｌに関する中央部に向かうほど大きくなる。このような大断面積部３７の、第一仮想面に関する断面積は、小断面積部３８の第一仮想面に関する断面積よりも大きい。
【００３４】
小断面積部３８は、ヒータ素子３６のうち、大断面積部３７以外の部分に形成されている。このような小断面積部３８の幅方向Ｗに関する寸法は、長さ方向Ｌに関して変化しない。従って、小断面積部３８の第一仮想面に関する断面積は、長さ方向Ｌに関して変化しない。
【００３５】
前述のような構成を採用することにより、大断面積部３７の単位長さあたりの電気抵抗値を、小断面積部３８の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さくしている。このため、ヒータ素子３６に通電した場合の大断面積部３７の単位長さあたりの発熱量が、同じく小断面積部３８の単位長さあたりの発熱量よりも小さくなる。なお、大断面積部３７の単位長さ当たりの電気抵抗値は、長さ方向Ｌに関する中央部で最も小さくなる。従って、大断面積部３７の単位長さ当たりの発熱量も、長さ方向Ｌに関する中央部で最も小さくなる。このようなヒータ素子３６は、絶縁性セラミックシート３５ｆに埋設されている。
【００３６】
図９は、本構成例のＰＭセンサ３が備えるヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）の構造を模式的に示した図である。ヒータ３１は、複数個（図示の場合６個）のヒータ素子３６（図５参照）を、幅方向Ｗに等間隔に離隔した状態で互いに平行に配列している。そして、幅方向Ｗに隣り合うヒータ素子３６同士の長さ方向Ｌに関する端部を、連続部３９ａ、３９ｂにより交互に連続して、ヒータ素子３６同士を直列に連続している。
【００３７】
なお、幅方向Ｗに隣り合うヒータ素子３６同士を連続する連続部３９ａ、３９ｂの、幅方向Ｗ（連続部３９ａ、３９ｂを流れる電流の方向）に直交する第二仮想面に関する断面積は、小断面積部３８の第一仮想面に関する断面積と同じである。従って、連続部３９ａ、３９ｂと小断面積部３８との、単位長さ当たりの電気抵抗値は等しい。
【００３８】
このようなヒータ３１は、複数個のヒータ素子３６を構成する大断面積部３７同士が、長さ方向Ｌに関して整合している。なお、本開示の場合、複数個（図示の場合５個）のヒータ３１を高さ方向Ｔに離隔して配列している。このため、高さ方向Ｔに隣り合うヒータ３１同士の大断面積部３７も、長さ方向Ｌに関して整合している。ヒータ３１の両端部は、２本の導線１８を介して制御部１２に接続されている。
【００３９】
支持部材１１は、例えば、耐熱性を有する繊維状のマットまたはセラミックにより構成された筒状部材である。このような支持部材１１の内周面４０は、センサ部１０の高さ方向Ｔに関する両側面（図３Ａの上下方向両側面）および幅方向Ｗに関する両側面（図３Ａの左右方向両側面）により画成される外周面に沿うような形状を有するのが好ましい。なお、図６〜８には、セラミックシート３５ｆに覆われたヒータ素子３６を１層のみ示し、センサ部１０を構成する電極２９、多孔質体３０等の部材を省略している。
【００４０】
一方、支持部材１１の外周面４１は、ケース部材９を構成する内ケース２１の内周面に沿うような形状を有するのが好ましい。具体的には、支持部材１１の外周面４１は、内ケース２１の内周面に、締り嵌めまたは僅かな隙間を介して内嵌（隙間嵌め）可能な形状を有するのが好ましい。
【００４１】
このような支持部材１１は、図２、４、６〜８に示すように、センサ部１０のうち、長さ方向Ｌに関してヒータ３１（ヒータ素子３６）の大断面積部３７の一部と整合する部分に外嵌されるとともに、ケース部材９を構成する内ケース２１の内周面に内嵌されている。このようにして支持部材１１により、センサ部１０を、ケース部材９（内ケース２１）の内側に支持している。
【００４２】
本構成例の場合、センサ部１０のうち、支持部材１１が外嵌された部分以外の部分は、他の部材（ケース部材９以外の部材）により覆われていない。従って、センサ部１０のうち、支持部材１１が外嵌された部分以外の部分と、内ケース２１の内周面との間には、内ケース２１の径方向に関する円筒状の隙間４２ａ、４２ｂ（図２参照）が存在している。このような隙間４２ａと隙間４２ｂとは、支持部材１１により、排気ガスが実質的に流通できないように仕切られているのが好ましい。
【００４３】
なお、本構成例の場合、図４に示すように、支持部材１１は、大断面積部３７の長さ方向Ｌに関する中央部を含む一部のみに外嵌されている。換言すれば、支持部材１１は、大断面積部３７の長さ方向Ｌに関する両端部には外嵌されていない（覆っていない）。ただし、支持部材１１を、大断面積部３７の長さ方向Ｌの全長（図４に一点鎖線α１、α２で示す範囲）にわたり外嵌する構成を採用することもできる。また、支持部材１１を、大断面積部３７だけでなく、小断面積部３８のうち、大断面積部３７の長さ方向Ｌに関する両端部に隣接する部分も含んで（図４に一点鎖線β１、β２で示す範囲に）外嵌する構成を採用することもできる。
【００４４】
いずれの構造を採用する場合にも、ヒータ３１のうち、支持部材１１と正対（本構成例の場合、ケース部材９（外ケース２０および内ケース２１）の径方向に正対）する部分である第一の部分の単位長さあたりの電気抵抗値が、ヒータ３１のうち、第一の部分以外の第二の部分の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さくなるようにする。換言すれば、ヒータ３１のうち、長さ方向Ｌに関して、支持部材１１と整合する部分である第一の部分の単位長さあたりの電気抵抗値が、ヒータ３１のうち、第一の部分以外の第二の部分の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さくなるようにする。さらに換言すれば、ヒータ３１のうち、支持部材１１が外嵌された部分である第一の部分の単位長さあたりの電気抵抗値が、ヒータ３１のうち、支持部材１１が外嵌されていない第二の部分の単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さくなるようにする。
【００４５】
制御部１２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等であって、センサ再生制御部４３と、ＰＭ量導出部４４とを機能ブロックとして含む。各機能ブロック４３、４４は、例えば、プログラムを実行するマイコンにより実現される。
【００４６】
センサ再生制御部４３は、予め定められたタイミングで（より具体的には、各コンデンサ（即ち、対をなす二個の電極２９）の静電容量に応じて）、各ヒータ３１を通電させて、多孔質体３０に堆積するＰＭを燃焼させる（即ち、センサ再生処理を行う）。
【００４７】
ＰＭ量導出部４４は、所定期間（例えば、センサ再生処理終了時から次のセンサ再生開始時まで）における静電容量の変化量に基づいて、内燃機関１からの排気ガス中の総ＰＭ量を推定する。
【００４８】
前述したセンサ再生処理および総ＰＭ量の推定に関しては、特開２０１６−００８８６３号公報等で詳説されているため、ここでは、それぞれの詳説を控える。
【００４９】
［２−２．ＰＭセンサ３の動作］
図１において、内燃機関１から排出された排気ガスは、酸化触媒６およびＰＭフィルタ７により処理されて、排気通路４の下流側に向けて流れる。ＰＭフィルタ７を通過した排気ガスの一部がＰＭセンサ３の内部に取り込まれる。より具体的には、図２に示すように、排気ガスは、隙間２６を流通して、入口（貫通孔）２２から内ケース２１の内部空間２８に流入する。その後、排気ガスは、多孔質体３０の後端側開口部から第一直方体空洞３３に流入する。ここで、第一直方体空洞３３は、排気ガスの通路の下流（先端）側端部が閉止されているため、排気ガスは、隔壁３２を通過して、第二直方体空洞３４の内部に流入する。第二直方体空洞３４は、排気ガスの通路の上流（後端）側端部が閉止されているため、排気ガスは第二直方体空洞３４の下流（先端）側開口部から、外側空間２７に流出する。
【００５０】
ＰＭ量導出部４４は、前述の通り、コンデンサ（対をなす電極２９）から導線１７を介して得られる静電容量の変化量（より具体的には、所定期間における変化量）に基づいて、内燃機関１からの排気ガス中の総ＰＭ量を推定する。また、センサ再生制御部４３は、予め定められたタイミングで、導線１８を介してヒータ３１に通電して、多孔質体３０に堆積するＰＭを燃焼させる。
【００５１】
［２−３．ＰＭセンサ３の主たる作用・効果］
本構成例に係るＰＭセンサ３によれば、センサ再生処理の際のヒータ３１（センサ部１０）の長さ方向Ｌに関する温度ムラをスムーズにし得る。即ち、本構成例に係るＰＭセンサ３の場合、センサ部１０をケース部材９（内ケース２１）の内側に支持するための支持部材１１を、センサ部１０の長さ方向Ｌに関する一部にのみ外嵌するとともに、ヒータ３１のうち、支持部材１１により覆われている（外嵌されている）部分に大断面積部３７を設けている。このようにして、ヒータ３１のうち、支持部材１１と正対する部分（長さ方向Ｌに関して、支持部材１１と整合する部分）である第一の部分の単位長さ当たりの電気抵抗値を、ヒータ３１のうち、第一の部分以外の部分である第二の部分の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも小さくしている。このため、ヒータ３１の第一の部分の単位長さあたりの発熱量を、第二の部分の単位長さあたりの発熱量よりも小さくできる。この結果、ヒータ３１（センサ部１０）のうち、支持部材１１により覆われて放熱しにくい部分の温度上昇を抑えて、当該部分と、支持部材１１により覆われていない部分との温度差を小さくし得るため、ヒータ３１（センサ部１０）の長さ方向Ｌに関する温度ムラをスムーズにできる。
【００５２】
［２−４．ＰＭセンサ３の他の作用・効果］
また、センサ部１０の長さ方向Ｌに関する温度分布にムラがあると、例えば、セラミックにより構成されている、多孔質体３０およびヒータ３１が埋設されたセラミックシート３５の膨張量にも長さ方向Ｌに関してムラが生じ、クラック等の損傷が発生する可能性がある。本構成例によれば、ヒータ３１（センサ部１０）の長さ方向Ｌに関する温度分布のムラをスムーズにし得るため、多孔質体３０およびセラミックシート３５の膨張量の長さ方向Ｌに関するムラを低減できる。この結果、ＰＭセンサ３の耐久性の向上を図れる。
【００５３】
［２−５．第一構成例に関する付記］
前述した第一構成例に係るセンサ部１０において、電極２９（２９ａ〜２９ｅ）とヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）との高さ方向Ｔに関する位置関係を反対にすることもできる。
【００５４】
また、ヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）は少なくとも１個のヒータ３１（ヒータ３１ａ〜３１ｅのうちのいずれか１個）を設ければ良い。特に、本構成例の場合、高さ方向Ｔに関して両端側に配置されたヒータ３１ａ、３１ｅのうちの少なくとも一方のヒータが存在する構造に適用するのが好適である。
【００５５】
また、図９に示す構造ように、ヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）を高さ方向Ｔに積層した構成を採用した場合に、全てのヒータに第一構成例の特徴部分の構成を適用する必要はない。即ち、高さ方向Ｔに積層した複数個のヒータのうちの少なくとも１個のヒータ（例えば、高さ方向Ｔに関して最も片側に配置されたヒータ）に、前述したような第一構成例のヒータ３１の構成を採用すれば良い。
【００５６】
また、ヒータの構造については、図９に示すヒータ３１の構造に限定されるものではない。例えば、ヒータ３１を構成するヒータ素子３６の数を図９に示す６個と異ならせることもできる。また、ヒータ素子３６の大断面積部３７の構造も前述の構造に限定されず、例えば、高さ方向Ｔから見た形状（図５と同方向から見た形状）が、略円形、略楕円形、または略矩形状の構造を採用できる。
【００５７】
また、外ケース２０および内ケース２１の形状も、前述した第一構成例の場合に限定されない。例えば、外ケース２０および内ケース２１として、中心軸に直交する仮想面に関する断面形状が多角形状のものを採用できる。
【００５８】
さらに、前述した第一構成例の場合、支持部材１１をケース部材９の円周方向に関して全周にわたり連続した筒状に構成し、このような支持部材１１を、センサ部１０の外周面のうち、前記円周方向に関する全周に外嵌している。ただし、支持部材はこのような構成に限定されない。例えば、支持部材を、前記円周方向に関する１箇所位置に不連続部を有する部分筒状として、センサ部１０の外周面のうち、前記円周方向に関する一部のみを支持する構成を採用することもできる。また、支持部材を、ケース部材９（外ケース２０および内ケース２１）の円周方向に分割（例えば、２分割）した分割型の構成とすることもできる。
【００５９】
［３．ＰＭセンサ（第二構成例）］
図１０を参照しつつ、本開示の第二構成例に係るＰＭセンサについて詳説する。
【００６０】
［３−１．第二構成例に係るＰＭセンサの詳細な構成］
第二構成例に係るＰＭセンサは、ヒータ３１（図２〜３Ｂ参照）を構成するヒータ素子３６ａの構造が前述した第一構成例の場合と相違する。以下、第二構成例に係るＰＭセンサの構造のうち、第一構成例に係るＰＭセンサ３との相違点を中心に説明する。また、第一構成例に係るＰＭセンサ３と同様の構造について説明する場合には、必要に応じて第一構成例の説明に用いた各図を参照する。
【００６１】
図１０に示すヒータ素子３６ａは、図５に示すヒータ素子３６と同様に、ヒータ３１（図９参照）の最小単位の構成を概念的に抽出したものである。ヒータ素子３６ａは、長さ方向Ｌに延在した平板状の導体からなり、全体が少なくとも２種類の金属材料（例えば、タングステン合金、ニッケル合金等）により構成されている。
【００６２】
具体的には、ヒータ素子３６ａは、小抵抗部４５、大抵抗部４６とを有している。
小抵抗部４５は、第一の材料（例えば、タングステン合金、ニッケル合金等）により構成され、ヒータ素子３６ａの長さ方向Ｌに関する中間部である第一の部分に設けられている。このような小抵抗部４５は、長さ方向Ｌの全長にわたり、高さ方向Ｔの寸法および幅方向Ｗの寸法が変化しない。
【００６３】
大抵抗部４６は、小抵抗部４５を構成する第一の材料よりも電気抵抗値が大きい第二の材料（例えば、タングステン合金、ニッケル合金等）により構成され、ヒータ素子３６ａのうちの小抵抗部４５以外の部分である第二の部分に設けられている。このような大抵抗部４６も、長さ方向Ｌの全長にわたり、高さ方向Ｔの寸法および幅方向Ｗの寸法が変化しない。本構成例の場合、小抵抗部４５と大抵抗部４６とは、高さ方向Ｔの寸法および幅方向Ｗの寸法が等しい。従って、小抵抗部４５と大抵抗部４６とは、長さ方向Ｌ（小抵抗部４５および大抵抗部４６を流れる電流の方向）に直交する第一仮想面に関する断面積が等しい。
【００６４】
以上のような構成を採用することにより、ヒータ素子３６ａに通電した場合の小抵抗部４５の単位長さあたりの発熱量を、大抵抗部４６の単位長さあたりの発熱量よりも小さくしている。なお、ヒータ素子３６ａは、第一構成例と同様に、絶縁性セラミックシート３５ｆ（図３Ｂ参照）に埋設されている。
【００６５】
また、本構成例の場合、支持部材１１（図２、４、６〜８参照）を、センサ部１０のうち、長さ方向Ｌに関してヒータ３１（ヒータ素子３６ａ）の小抵抗部４５と整合する部分に外嵌するとともに、ケース部材９を構成する内ケース２１の内周面に内嵌している。
【００６６】
なお、本構成例の場合、センサ部１０のうち、長さ方向Ｌに関してヒータ３１（ヒータ素子３６ａ）の大抵抗部４６に整合する部分は、他の部材（ケース部材９以外の部材）により覆われていない。その他の構成および作用・効果は、前述した第一構成例と同様である。
【００６７】
［３−２．第二構成例に関する付記］
前述した第二構成例では、小抵抗部４５と大抵抗部４６との第一仮想面に関する断面積を等しくしているが、第一構成例のように、小抵抗部４５の第一仮想面に関する断面積を、大抵抗部４６の第一仮想面に関する断面積よりも大きくした構成を採用することもできる。このように、第二構成例は、第一構成例と適宜組み合わせて実施できる。
【００６８】
［４．ＰＭセンサ（第三構成例）］
図１１〜１３を参照しつつ、本開示の第三構成例に係るＰＭセンサについて詳説する。
【００６９】
［４−１．第三構成例に係るＰＭセンサの詳細な構成＞
第三構成例に係るＰＭセンサの場合も、ヒータ３１（図２〜３Ｂ参照）を構成するヒータ素子３６ｂの構造が前述した第一構成例の場合と相違する。以下、第三構成例に係るＰＭセンサの構造のうち、第一構成例に係るＰＭセンサ３との相違点を中心に説明する。また、第一構成例に係るＰＭセンサ３と同様の構造について説明する場合には、必要に応じて第一構成例の説明に用いた各図を参照する。
【００７０】
図１１〜１３に示すヒータ素子３６ｂは、図４、６、７に示すヒータ素子３６と同様に、ヒータ３１（図９参照）の最小単位の構成を概念的に抽出したものである。ヒータ素子３６ｂは、長さ方向Ｌに延在した平板状の導体からなり、全体が１種類の金属材料（例えば、タングステン合金、ニッケル合金等）により構成されている。このようなヒータ素子３６ｂは、大断面積部３７ａと、小断面積部３８ａとを有しており、長さ方向Ｌに関する全長にわたり、幅方向Ｗの寸法が変化しない。
【００７１】
大断面積部３７ａは、ヒータ素子３６ｂの長さ方向Ｌに関する中間部である第一の部分に設けられている。大断面積部３７ａの高さ方向Ｔの寸法は、小断面積部の高さ方向Ｔの寸法よりも大きい。具体的には、大断面積部３７ａは、長さ方向Ｌの全長にわたり、小断面積部３８ａよりも高さ方向Ｔの両側に突出している。また、大断面積部３７ａは、長さ方向Ｌに関して、高さ方向Ｔの寸法が変化しない。従って、大断面積部３７の長さ方向Ｌ（大断面積部３７ａを流れる電流の方向）に直交する第一仮想面に関する断面積は、長さ方向Ｌに関して変化しない。
【００７２】
小断面積部３８ａは、ヒータ素子３６ｂのうち、大断面積部３７ａ以外の部分により構成されている。このような小断面積部３８ａの高さ方向Ｔの寸法および幅方向Ｗの寸法は、長さ方向Ｌに関して変化しない。従って、小断面積部３８ａの第一仮想面に関する断面積は、長さ方向Ｌに関して変化しない。また、小断面積部３８ａの第一仮想面に関する断面積は、大断面積部３７ａの第一仮想面に関する断面積よりも小さい。その他の構成および作用・効果は、前述した第一構成例と同様である。
【００７３】
＜４−２．第三構成例に関する付記＞
前述した第三構成例の場合、大断面積部３７ａを、長さ方向Ｌの全長にわたり、小断面積部３８ａよりも高さ方向Ｔの両側に突出した状態で形成している。ただし、大断面積部３７ａを、長さ方向Ｌの全長にわたり、小断面積部３８ａよりも高さ方向Ｔのいずれか一方にのみ突出した構成を採用することもできる。また、前述した第三構成例の場合、大断面積部３７ａの第一仮想面に関する断面形状を、矩形状としているが、例えば、円形状、楕円形状または多角形状（例えば、六角形）とすることもできる。前述した第三構成例は、前述した各構成例と適宜組み合わせて実施できる。
【００７４】
［５．ＰＭセンサ（第四構成例）］
図１４〜１５を参照しつつ、本開示の第四構成例に係るＰＭセンサについて詳説する。
【００７５】
［５−１．第四構成例に係るＰＭセンサの詳細な構成］
第四構成例に係るＰＭセンサの場合も、ヒータ３１（図２〜３Ｂ参照）を構成するヒータ素子３６ｃの構造が前述した第一構成例の場合と相違する。以下、第四構成例に係るＰＭセンサの構造のうち、第一構成例に係るＰＭセンサ３との相違点を中心に説明する。また、第一構成例に係るＰＭセンサ３と同様の構造について説明する場合には、必要に応じて第一構成例の説明に用いた各図を参照する。
【００７６】
図１４〜１５に示すヒータ素子３６ｃは、図６、７に示すヒータ素子３６と同様に、ヒータ３１（図９参照）の最小単位の構成を概念的に抽出したものである。ヒータ素子３６ｃは、長さ方向Ｌに延在した板状の導体からなり、全体が１種類の金属材料（例えば、タングステン合金、ニッケル合金等）により構成されている。このようなヒータ素子３６ｃは、大断面積部３７ｂと、小断面積部３８ｂとを有しており、長さ方向Ｌに関する全長にわたり、幅方向Ｗの寸法が変化しない。
【００７７】
大断面積部３７ｂは、ヒータ素子３６ｃの長さ方向Ｌに関する中間部である第一の部分に設けられている。このような大断面積部３７ｂは、第一導体層４７と、第一導体層４７の高さ方向Ｔの片側面（図１４、１５の上側面）に積層された第二導体層４８とからなる。
【００７８】
本構成例の場合、第一導体層４７と第二導体層４８とを同一の金属材料により構成している。このような大断面積部３７ｂは、例えば、第一導体層４７を形成した状態で、第一導体層４７の高さ方向Ｔの片側面に、第二導体層４８を重ねて印刷することにより（二重印刷により）形成できる。
【００７９】
このような大断面積部３７ｂは、長さ方向Ｌに関して、高さ方向Ｔの寸法および幅方向Ｗの寸法が変化しない。従って、大断面積部３７ｂの長さ方向Ｌ（大断面積部３７ｂを流れる電流の方向）に直交する第一仮想面に関する断面積は、長さ方向Ｌに関して変化しない。
【００８０】
小断面積部３８ｂは、ヒータ素子３６ｃのうち、大断面積部３７ｂ以外の部分である第二の部分に、大断面積部３７ｂの第一導体層４７と長さ方向Ｌに連続した状態で形成されている。このような小断面積部３８ｂは、長さ方向Ｌに関して、高さ方向Ｔの寸法および幅方向Ｗの寸法が変化しない。従って、小断面積部３８ｂの第一仮想面に関する断面積は、長さ方向Ｌに関して変化しない。その他の構成および作用・効果は、前述した第一構成例と同様である。
【００８１】
［５−２．第四構成例に関する付記］
前述した第四構成例の場合、大断面積部３７ｂを構成する第一導体層４７と第二導体層４８とを、同一の金属材料により構成しているが、異なる金属材料により構成することもできる。ただし、このような構成を採用した場合にも、大断面積部３７ｂの単位長さあたりの電気抵抗値が、小断面積部３８ｂの単位長さあたりの電気抵抗値よりも小さくなるように、第一導体層４７および第二導体層４８の金属材料を選択する。
【００８２】
［６．本開示に係る付記］
前述した本開示に係る各構成例では、センサ部１０を、高さ方向Ｔに積層した、電極２９、多孔質体３０およびヒータ３１により構成している。ただし、センサ部の構造は、このような構造に限定されるものではない。例えば、筒状の多孔質体の径方向内側と径方向外側に電極を配置し、ヒータを、多孔質体の径方向内側または径方向外側に設けるような構成を採用することもできる。このような構成を採用した場合には、前述した各構成例に係るヒータ（ヒータ素子３６〜３６ｃ）の構造を適宜適用したヒータを採用できる。また、ＰＭフィルタを構成するケース部材は、図２に示すような外ケース２０と内ケース２１とからなる構造だけでなく、例えば、単一の筒状部材により構成することもできる。
【００８３】
また、前述した本開示に係る各構成例では、支持部材１１（図２参照）により、センサ部１０の長さ方向Ｌに関する１箇所位置のみを支持している。ただし、２個以上の支持部材により、センサ部１０の長さ方向Ｌに関する複数箇所を支持する構成を採用することもできる。このような構成を採用した場合には、ヒータのうち、長さ方向Ｌに関して複数個の支持部材が外嵌されている部分である第一の部分の電気抵抗値を、支持部材が外嵌されていない部分である第二の部分の電気抵抗値よりも小さくする。
【００８４】
また、前述した本開示に係る各構成例では、センサ部１０として、排気ガスの通路上に配置された多孔質体と、該多孔質体を挟んで相対向する少なくとも一対の電極と、ヒータと、を有する、いわゆる静電容量型のものを例に挙げて説明したが、これに限定されない。センサ部１０は、例えば、公知の電気抵抗型のものでもよい。すなわち、本開示において、センサの形式は特に限定されず、ケースの内部に支持部材を介して支持されたセンサ部に、ＰＭを燃焼除去するヒータが設けられているものであれば、本開示に係る構成を適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本開示に係るＰＭセンサは、ディーゼルエンジンを搭載した車両用途に限らず、ガソリンエンジンを搭載した車両用途にも有用である。
【符号の説明】
【００８６】
７  ＰＭフィルタ
９  ケース部材
１０  センサ部
１１  支持部材
２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ  電極
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  多孔質体
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ  ヒータ
【図１】
2018054376.tif 000003
【図２】
2018054376.tif 000004
【図３Ａ】
2018054376.tif 000005
【図３Ｂ】
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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】
2018054376.tif 000014
【図１２】
2018054376.tif 000015
【図１３】
2018054376.tif 000016
【図１４】
2018054376.tif 000017
【図１５】
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