(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たセンサ部と、センサ部の外面に当接した保持面を有し、センサ部をケースの内部で支持している支持部材とを備え、センサ部が、排気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、通電により発熱するヒータとを備え、ヒータは、配列方向に第一のピッチで隣り合って配置された複数の第一のヒータ要素と、配列方向に前記第一のピッチよりも小さい第二のピッチで隣り合って配置された複数の第二のヒータ要素とを有し、支持部材の保持面が第一のヒータ要素と配列方向に関して整合するように構成する。【選択図】図２
2018072023.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たセンサ部と、
前記センサ部の外面に当接した保持面を有し、前記センサ部を前記ケースの内部で支持している支持部材と、を備え、
前記センサ部が、排気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、
前記ヒータは、配列方向に第一のピッチで隣り合って配置された複数の第一のヒータ要素と、
配列方向に前記第一のピッチよりも小さい第二のピッチで隣り合って配置された複数の第二のヒータ要素とを有し、
前記支持部材の保持面が前記第一のヒータ要素と前記配列方向に関して整合している、ＰＭセンサ。
【請求項２】
前記複数の第一のヒータ要素と、前記複数の第二のヒータ要素とは、相互に連続している、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（つまり、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堆積量の判定またはＰＭフィルタ内の故障判定等のために、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または上流側に配置され、排気系通路を流れる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共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たセンサ部と、センサ部の外面に当接した保持面を有し、センサ部をケースの内部で支持している支持部材と、を備え、センサ部が、排気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、ヒータは、配列方向に第一のピッチで隣り合って配置された複数の第一のヒータ要素と、配列方向に第一のピッチよりも小さい第二のピッチで隣り合って配置された複数の第二のヒータ要素とを有し、支持部材の保持面が、第一のヒータ要素と配列方向に関して整合している、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、支持部材の保持面と配列方向に関して整合する第一のヒータ要素に相当する部分と、ヒータのうちの他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センサの構成例の一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、構成例の一例に係るＰＭセンサが備えるヒータの平面模式図
【図５】図４のＡ−Ａ断面図
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図
【図７】変形例の一例に係るＰＭセンサが備えるヒータの平面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜６を参照して、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。一方、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］
図２〜３Ｂを参照して、本開示の構成例の一例に係るＰＭセンサ３について詳説する。
【００１６】
［２−１．ＰＭセンサの詳細な構成］
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。なお、ＰＭセンサ３が、ＰＭフィルタ７よりも上流側（例えば、酸化触媒６とＰＭフィルタ７との間）に設けられる場合には、排気管５のうち、酸化触媒６とＰＭフィルタ７との間に相当する部分にボス（図示省略）を設ける。そして、当該ボスにＰＭセンサ３を取り付ける。
【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（具体的には、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（具体的には、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の中心軸と内ケース２１の中心軸とが、同軸上に位置している。さらに、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２２  →  内ケース２１の内部空間２８  →  出口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（本構成例の場合、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（換言すれば、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１７ａを介して第一の端子に接続すると共に、同じく２、４番目の電極２９ｂ、２９ｄを導線１７ｂ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（換言すれば、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（本構成例の場合、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（本構成例の場合、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、同じく互いに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（つまり、第一直方体空洞３３および第二直方体空洞３４）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成り、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により、多孔質体３０の表面上または内部に存在するＰＭを燃焼させる機能を有する。
【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（つまり、ヒータ３１ｂ〜３１ｅは、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（つまり、ヒータ３１ａは、電極２９と多孔質体３０とにより挟持されていない）。なお、ヒータ３１（３１ａ〜３１ｅ）の配置は、本構成例の場合に限定されるものではない。
【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、かつ、多孔質体３０の幅方向Ｗ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４〜６を参照しつつ、本構成例のヒータ３１の構造を説明する。なお、図４はヒータ３１およびセラミックシート３５の構造を模式的に示すと共に、ヒータ３１と支持部材１１の保持面４０との関係を模式的に示した平面模式図である。本構成例のヒータ３１は、セラミックシート３５に埋設されているが、視認性の観点から、図４では、ヒータ３１を実線で表すと共に梨地模様を付している。また、図５は図４のＡ−Ａ断面図で、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。なお、図４〜６には、電極２９および多孔質体３０を省略している。
【００３２】
図４〜６に示すヒータ３１は、連続した線状の導体から成り、全体が同じ金属材料（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３１は、１本の連続した線状の導体が蛇行するように折れ曲がった形状を有している。具体的には、ヒータ３１は、複数個（図示の場合、１３個）のヒータ要素３６（３６ａ、３６ｂ）を、配列方向である長さ方向Ｌに離隔した状態で互いに幅方向Ｗに平行に配列している。そして、長さ方向Ｌに隣り合うヒータ要素３６同士の幅方向Ｗに関する端部を、連続部３９ａ、３９ｂにより交互に連続して、ヒータ要素３６同士を直列に連続している。なお、長さ方向Ｌに関して最も後端側（図４の右端側）のヒータ要素３６の幅方向Ｗに関する片端部（図４の下端部）には、導線１８ａが連続している。一方、長さ方向Ｌに関して最も先端側（図４の左端側）のヒータ要素３６の幅方向Ｗに関する他端部（図４の上端部）には、導線１８ｂが連続している。このような導線１８ａ、１８ｂは、制御部１２に接続されている。なお、本構成例の場合、ヒータ３１が直列に連続しているが、ヒータの構造は、このような構造に限定されない。例えば、ヒータ要素３６（３６ａ、３６ｂ）同士が不連続な状態で設けられていてもよい。
【００３３】
また、本構成例の場合、長さ方向Ｌに隣り合うヒータ要素３６同士の間隔（以下、単に「ピッチ」という）を、部分的に異ならせている。換言すれば、ヒータ３１は、長さ方向Ｌに隣り合うヒータ要素３６同士のピッチが大きい大ピッチ部３７と、同じくピッチが小さい小ピッチ部３８とを備えている。具体的には、ヒータ３１の長さ方向Ｌに関する中間部を構成する第一のヒータ要素３６ａ同士のピッチＰａが、ヒータ３１の長さ方向Ｌに関する両端部を構成する第二のヒータ要素３６ｂ同士のピッチＰｂよりも大きい（Ｐａ＞Ｐｂ）。なお、本構成例の場合、ピッチＰａが第一のピッチであり、ピッチＰｂが第二のピッチである。また、ピッチとは、長さ方向Ｌに隣り合うヒータ要素３６の中心（つまり、長さ方向Ｌに関する中央位置）同士の距離をいう。従って、長さ方向Ｌに隣り合うヒータ要素３６同士が接している場合には、ピッチはヒータ要素３６の長さ方向Ｌに関する寸法である。また、本構成例の場合、ピッチＰａおよびピッチＰｂを一定の値としている。ただし、ピッチＰａおよびピッチＰｂは一定でなくても良い。３種類以上の異なるピッチが存在する場合には、最も小さいピッチが第一のピッチであり、それ以外のピッチのうち少なくとも１個のピッチが第二のピッチとなる。また、図４に示す構造の場合、第一のヒータ要素３６ａは３個である。ただし、３個のヒータ要素３６ａのうち、長さ方向Ｌに関する両端の第一のヒータ要素３６ａは、第二のヒータ要素３６ｂとも長さ方向Ｌに隣り合っている。このため、３個のヒータ要素３６ａのうち、長さ方向Ｌに関する両端の第一のヒータ要素３６ａは、第二のヒータ要素３６ｂとしての個数にも含まれる。即ち、本構成例の場合、第一のヒータ要素３６ａが３個、第二のヒータ要素３６ｂが１２個のように数える。
【００３４】
また、本構成例の場合、ヒータ３１は、少なくとも全てのヒータ要素３６において、ヒータ要素３６を流れる電流の方向に直交する仮想面に関する断面積が等しい。従って、ヒータ要素３６同士の単位長さあたりの電気抵抗値（換言すれば、単位長さあたりの発熱量）は互いに等しい。このようなヒータ３１は、絶縁性セラミックシート３５に埋設されている。なお、ヒータ３１は、全長にわたり前記仮想面に関する断面積が変化しないのが好ましい。ただし、大ピッチ部３７全体の発熱量をより小さくしたい場合には、大ピッチ部３７の第一のヒータ要素３６ａの前記仮想面に関する断面積を、小ピッチ部３８の第二のヒータ要素３６ｂの前記仮想面に関する断面積よりも大きくすることもできる。すなわち、大ピッチ部３７の第一のヒータ要素３６ａの単位長さ当たりの電気抵抗値（換言すれば、単位長さあたりの発熱量）を、小ピッチ部３８の第二のヒータ要素３６ｂの単位長さ当たりの電気抵抗値（換言すれば、単位長さあたりの発熱量）よりも小さくする。
【００３５】
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の内周面である保持面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４５に沿うような形状を有するのが好ましい。なお、図５〜６には、セラミックシート３５に覆われたヒータ３１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。
【００３６】
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可能な形状を有するのが好ましい。
【００３７】
このような支持部材１１は、図２、５、６に示すように、センサ部１０の外周面４５うち、長さ方向Ｌ（換言すれば、ヒータ要素３６の配列方向）に関してヒータ３１の大ピッチ部３７の一部と整合する部分（換言すれば、大ピッチ部３７の一部とケース部材９の径方向に重畳する部分）に外嵌されると共に、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（具体的には、内ケース２１）の内側に支持している。
【００３８】
従って、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１の大ピッチ部３７の一部と高さ方向Ｔ（換言すれば、ケース部材９の径方向）に正対（換言すれば、重畳）している。換言すれば、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１の大ピッチ部３７の一部と長さ方向Ｌ（換言すれば、ヒータ要素３６の配列方向）に整合している。具体的には、本構成例の場合、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１の大ピッチ部３７を構成する１個の第一のヒータ要素３６ａと高さ方向Ｔに正対している。即ち、本構成例の場合、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１の第二のヒータ要素３６ｂと高さ方向Ｔに正対していない。なお、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１の大ピッチ部３７を構成する３個の第一のヒータ要素３６ａの全てと高さ方向Ｔに正対していてもよい。
【００３９】
換言すれば、本構成例の場合、ヒータ３１の大ピッチ部３７のうち、支持部材１１の保持面４０と高さ方向Ｔに正対する部分全体の質量は、図４に二点鎖線αで示すように、小ピッチ部３８が保持面４０と高さ方向Ｔに正対したと仮定した場合における、小ピッチ部３８の保持面４０と正対する部分全体の質量よりも小さい。即ち、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１のうち、高さ方向Ｔに正対した場合に最も質量が小さくなる部分と正対している。
【００４０】
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。即ち、センサ部１０の小ピッチ部３８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。
【００４１】
なお、本構成例の場合、支持部材１１の保持面４０は、ヒータ３１の大ピッチ部３７を構成する１個の第一のヒータ要素３６ａと高さ方向Ｔに正対している（換言すれば、長さ方向Ｌに関して整合している）。ただし、ヒータ３１の構造は図示の構造に限定されるものではない。例えば、ヒータの変形例の１例として、図７に示すように、ヒータ３１ａの大ピッチ部３７ａの第一のヒータ要素３６ａの数を増やすこともできる。この場合には、支持部材１１ａの保持面４０ａは、大ピッチ部３７ａの２個の第一のヒータ要素３６ａと高さ方向Ｔ（図７の表裏方向）に正対している（換言すれば、長さ方向Ｌに関して整合している）。
【００４２】
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。
【００４３】
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、対をなす二個の電極２９により構成する各コンデンサ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）。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
［２−２．ＰＭセンサの動作］
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。
【００４７】
ＰＭ量導出部４４は、前述の通り、対をなす電極２９により構成されるコンデンサから導線１７（１７ａ、１７ｂ）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（１８ａ、１８ｂ）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。
【００４８】
［２−３．ＰＭセンサの主たる作用・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共に、ヒータ３１のうち、支持部材１１に覆われている（外嵌されている）部分に大ピッチ部３７（つまり、第一のヒータ要素３６ａ）を設けている。このため、ヒータ３１およびセンサ部１０のうち、支持部材１１に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。この結果、ヒータ３１およびセンサ部１０の長さ方向Ｌに関する温度ムラをスムーズにできる。
【００４９】
［２−４．ＰＭセンサの他の作用・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。
また、本構成例の場合、ヒータ３１は、第一のヒータ要素３６ａと第二のヒータ要素３６ｂとが直列に連続した状態で形成されている。このようなヒータ３１の構造は造り易いため、製造コストの低減を図れる。
【００５０】
［２−５．付記］
前述した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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、図３Ａ、３Ｂ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、全てのヒータに前述の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、前述の構成例のヒータ３１の構成を採用すれば良い。
【００５３】
また、ヒータの構造については、図４、７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を構成するヒータ要素３６（３６ａ、３６ｂ）の数を図４、７に示す構造と異ならせることもできる。また、前述した構成例の場合、ヒータ３１が、１本の連続した線状の導体が蛇行するように折れ曲がった形状を有している。ただし、例えば、ヒータは、多孔質体３０の外周面に巻きつけられたコイル状の構成を採用してもよい。この場合には、コイル状のヒータの素線のピッチが、前述した構成例の大ピッチ部３７と小ピッチ部３８との関係となるように規制すればよい。
【００５４】
また、外ケース２０および内ケース２１の形状も、前述した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。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。
【００５５】
さらに、前述した構成例の場合、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。
【００５６】
前述した構成例では、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、前述した構成例に係るヒータの構造を適宜適用したヒータを採用できる。
【００５７】
また、前述した構成例では、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に、前述した構成例のような大ピッチ部３７を設ける。
【００５８】
また、前述した構成例では、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】
【００５９】
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だけでなく、ガソリンエンジンを搭載した車両の用途にも有用である。
【符号の説明】
【００６０】
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
３６  ヒータ要素
３７  大ピッチ部
３８  小ピッチ部
４０  保持面
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【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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