(57)【要約】【課題】再生処理後、セルにＰＭが残留することを抑制可能なセンサを提供すること。【解決手段】本開示は、開口部から排ガスが内部に導入された多孔質体であって、前記排ガス内に含まれる粒子状物質が堆積するセル隔壁を有する多孔質体と、前記多孔質体において前記開口部に近接配置された第一発熱部と、前記第一発熱部を基準として、前記開口部から離れる方向に延在する第二発熱部と、を有するヒータと、を備え、前記第一発熱部および前記第二発熱部が前記多孔質体を加熱することで、前記多孔質体における排ガスの流れ方向における温度ムラを低減する、ＰＭセンサに向けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部から排ガスが内部に導入された多孔質体であって、前記排ガス内に含まれる粒子状物質が堆積するセル隔壁を有する多孔質体と、
前記多孔質体において前記開口部に沿って配置された第一発熱部と、前記第一発熱部を基準として、前記開口部から離れる方向に延在する第二発熱部と、を有するヒータと、を備え、
前記第一発熱部および前記第二発熱部が前記多孔質体を加熱することで、前記多孔質体における排ガスの流れ方向における温度ムラを低減する、ＰＭセンサ。
【請求項２】
前記第一発熱部および前記第二発熱部は、第一蛇行ピッチ、および前記第一蛇行ピッチよりも小さい第二蛇行ピッチを有する、請求項１に記載のＰＭセンサ。
【請求項３】
前記第一発熱部は、前記第二発熱部の発熱量よりも大きな発熱量を有する、請求項１に記載のＰＭセンサ。
【請求項４】
前記ヒータはさらに、前記多孔質体において、前記開口部を挟んで前記第一発熱部と対向配置される第三発熱部を有する、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、排ガス中のＰＭが堆積する多孔質体を有するＰＭセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサの研究・開発が行われている。この種のＰＭセンサは、例えばウォールフロー型の多孔質体を備えている。この多孔質体には、典型的には複数個のセルが形成されている。より具体的には、排ガスの流れ方向において上流側が目封じ（閉止）された第一セルと、下流側が目封じされた第二セルと、がセル隔壁を挟んで隣り合うように配置される。上記構成のＰＭセンサは車両の排気管内に配置されており、車両の内燃機関が始動すると、排ガスが多孔質体を通過する。この時、セル隔壁にＰＭが堆積する。
【０００３】
ＰＭセンサの多孔質体には、排ガスの流れ方向と概ね垂直な方向において相対向する少なくとも一対の電極が設けられている。電極間には、いくつかのセル隔壁が介在しており、電極対からは、堆積したＰＭ量に相関する信号が出力されるようになっている。この出力信号に基づき、ＰＭセンサと共に用いられるＥＣＵは、排ガス中のＰＭ量を導出する。
【０００４】
また、多孔質体にはさらに、セル隔壁上のＰＭを除去するためのヒータが設けられている。ヒータは、ＥＣＵ等の制御下で多孔質体を加熱して、堆積したＰＭを燃焼させる（例えば、特許文献１を参照）。この処理は、再生処理と呼ばれることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
一般的に、再生処理後、セル内にはＰＭが残留しないことが求められる。
【０００７】
本開示は、再生処理後、セルにＰＭが残留することを抑制可能なＰＭセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一形態は、開口部から排ガスが内部に導入された多孔質体であって、前記排ガス内に含まれる粒子状物質が堆積するセル隔壁を有する多孔質体と、前記多孔質体において前記開口部に近接配置された第一発熱部と、前記第一発熱部を基準として、前記開口部から離れる方向に延在する第二発熱部と、を有するヒータと、を備え、前記第一発熱部および前記第二発熱部が前記多孔質体を加熱することで、前記多孔質体における排ガスの流れ方向における温度ムラを低減する、ＰＭセンサに向けられる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、再生処理後セルにＰＭが残留することを抑制可能なセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示のＰＭセンサの一例を示す図である。
【図２】図２は、図１のセンサ部の斜視図である。
【図３】図３は、図１のセンサ部の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、上記図面を参照して、本開示の加熱装置について詳説する。
【００１２】
＜１．定義＞
下表１は、本実施形態で使用される頭字語や略語の意味を示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
また、各図において、ｘ軸は、車両の排気管Ｅの外部から排気管Ｅの中心に向かう方向（向心方向）であって、かつ、ＰＭセンサ１の多孔質体１３Ａ内における排ガスの流れ方向（以下、単に流れ方向という）を示す。より具体的には、ｘ軸の負方向側が、流れ方向の上流側を示し、その正方向側が流れ方向の下流側を示す。
【００１５】
また、図２において、ｙ軸は、行列状に配列されるセルの行方向を示し、ｚ軸は列方向を示す。
【００１６】
なお、以下では、流れ方向ｘ、行方向ｙおよび列方向ｚと記載することがある。
【００１７】
＜２．ＰＭセンサの構成＞
図１において、ＰＭセンサ１は、排気管Ｅに取り付けられ、排気管Ｅの内部（即ち、排ガス流路）に差し込まれるケース１１と、センサ部１３と、を備える。
【００１８】
ケース１１は、本開示では、有底円筒状の内側ケース部１１Ａと、内側ケース部１１Ａの円筒外周面を囲む円筒状の外側ケース部１１Ｂとを備えている。
【００１９】
内側ケース部１１Ａにおいて、流れ方向ｘにおける下流端（以下、先端という）およびその近傍は、外側ケース部１１Ｂよりもｘ軸の正方向側に突出している。また、内側ケース部１１Ａの先端には、内側ケース部１１Ａ内を通過した排ガスを排気管Ｅ内に吐出する出口１１Ｃが形成されている。さらに、内側ケース部１１Ａの基端側（即ち、先端とは逆方向側の端部）には、周方向に沿って間隔をあけて複数の入口１１Ｄが形成されている。この入口１１Ｄからは、内側ケース部１１Ａの外周面と外側ケース部１１Ｂの内周面とで形成された流路１１Ｅを案内されてきた排気ガスが内側ケース部１１Ａ内に導入される。なお、図１では、都合上、単一の入口にのみ参照符号１１Ｄが付されている。
【００２０】
センサ部１３は、図２に例示するように、多孔質体１３Ａと、図示しない複数の電極対と、少なくとも一つのヒータ１３Ｂと、を備えている。
【００２１】
多孔質体１３Ａは、例えば、セラミックスで作製され、直方体状の外形形状を有している。このような多孔質体１３Ａは、内側ケース部１１Ａ（図１を参照）の内部空間に、例えばセラミック製の繊維状マット（図示せず）を用いて取り付けられる。
【００２２】
より具体的には、多孔質体１３Ａは、ｘ軸方向において互いに対向する二端面Ｓ１，Ｓ３と、二端面Ｓ１，Ｓ３を接続する四側面Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１と、を有する。本開示では、端面Ｓ１はｘ軸の負方向側にあり、端面Ｓ３はｘ軸の正方向側にあるとする。
【００２３】
多孔質体１３Ａには、格子状のセル隔壁で区画された複数のセルが形成される。複数のセルは、流れ方向ｘからの平面視で行列状に配列されており、流れ方向ｘの上流側にある端部において目封じ（閉止）されている。また、複数のセルは、流れ方向ｘの下流側にある端部において目封じされた第一セルＣ１と、流れ方向ｘの下流側にある端部において目封じされずに開口している第二セルＣ２と、を含んでいる。なお、第一セルＣ１と、第二セルＣ２とは、行方向ｙにも列方向ｚにも交互に設けられる。
【００２４】
また、本開示では、四側面Ｓ５〜Ｓ１１の少なくとも一側面（例えば側面Ｓ５）において、ｙ軸またはｚ軸方向において複数の入口１１Ｄと正対する位置に、複数の開口部Ａが形成される。各開口部Ａにより、各入口１１Ｄと、各第一セルＣ１とが流体連通するようになっている。
【００２５】
なお、図２では、図示の都合上、一つの第一セルに参照符号Ｃ１が付され、一つの第二セルに参照符号Ｃ２が付されている。また、図２では、図示の都合上、入口１１Ｄが破線で示されている。
【００２６】
上記構成により、入口１１Ｄから内側ケース部１１Ａの内部に流入した排ガスは、開口部Ａから多孔質体１３Ａの第一セルＣ１に導入される。その後、導入された排ガスは、第一セルＣ１を区画するセル隔壁を通過した後、第二セルＣ２に抜ける。その後、排ガスは、第二セルＣ２の開口から流出して、内側ケース部１１Ａ（図１を参照）の出口１１Ｃから排気管Ｅに吐出される。
【００２７】
上記の過程において、排ガス中のＰＭの殆どは、第一セルＣ１の内部であってセル隔壁の表面に堆積する。なお、一部のＰＭはセル隔壁の細孔内に入り込むこともある。
【００２８】
図示しない複数の電極対は、例えば平板状の導電体であり、例えば、行方向ｙに並ぶセルＣ１，Ｃ２を挟んで、列方向ｚに相対向するようにセル隔壁内に設けられる。各電極対はコンデンサを構成し、セル隔壁に堆積するＰＭ量に相関する静電容量を示す信号をＥＣＵ（図示せず）に出力する。
【００２９】
なお、電極対は、本開示の要部では無く、また、公知技術を適用可能である。また、電極対を図２に示すと、本開示の要部であるヒータ１３Ｂの視認性が低下する。このため、電極対の図示は省略される。
【００３０】
ＥＣＵは、予め格納されたプログラムに従って動作するマイコン等を含み、上述の電極対の出力信号に基づきＰＭ量を求め、例えば、求めたＰＭ量が所定の基準値を超える場合に、後述の第一ヒータ１３Ｂの通電制御を少なくとも行う。
【００３１】
第一ヒータ１３Ｂは、例えば線状の抵抗体を含み、四側面Ｓ５〜Ｓ１１の少なくとも一側面上に設けられる。しかし、これに限らず、第一ヒータ１３Ｂは、四側面Ｓ５〜Ｓ１１の少なくとも一側面の直下に埋設されても良い。この第一ヒータ１３Ｂは、制御部１５の制御下で通電されて、多孔質体１３Ａを加熱する。ここで、加熱温度は、セル隔壁に堆積するＰＭを燃焼可能な温度である。
【００３２】
本質的には、第一ヒータ１３Ｂは、一つで良い。しかし、本開示では後述するように多孔質体１３Ａの温度測定を行うので、複数あることが好ましい。
【００３３】
第一ヒータ１３Ｂは、より具体的には、第一発熱部１３１Ａと、第二発熱部１３１Ｂと、第三発熱部１３１Ｃと、を有する。各発熱部１３１Ａ〜１３１Ｃは、印刷等により形成される抵抗体であって、図２の例では、蛇行するミアンダパターンである。
【００３４】
第一発熱部１３１Ａは、ｙ軸方向またはｚ軸方向のいずれか一方から平面視した時、多孔質体１３Ａにおいて相対的に開口部Ａに近い部分に開口部Ａに沿って配置される。
【００３５】
第二発熱部１３１Ｂは、上記と同方向から平面視した時、多孔質体１３Ａにおいて相対的に開口部Ａから離れた部分に配置される。具体的には、第二発熱部１３１Ｂは、第一発熱部１３１Ａを基準として、開口部Ａから離れる方向に延在する。
【００３６】
第三発熱部１３１Ｃは、上記と同方向から平面視した時、多孔質体１３Ａにおいて、開口部Ａを挟んで、第一発熱部１３１Ａとｘ軸方向において相対向するように配置される。
【００３７】
以下の説明では、第一発熱部１３１Ａ、第二発熱部１３１Ｂおよび第三発熱部１３１Ｃにおける蛇行ピッチを第一蛇行ピッチ、第二蛇行ピッチおよび第三蛇行ピッチと呼ぶ。本開示では、第一蛇行ピッチは、第二蛇行ピッチよりも小さい値に選ばれる。また、第一蛇行ピッチも第三蛇行ピッチも、多孔質体１３Ａにおける開口部Ａ周辺の温度ムラを考慮して適宜適切な値に選ばれる。
【００３８】
なお、説明の便宜上、蛇行ピッチ以外に関しては、第一発熱部１３１Ａ、第二発熱部１３１Ｂおよび第三発熱部１３１Ｃの特性（固有抵抗や密度）は互いに同じとする。
【００３９】
＜３．作用・効果＞
上記の通り、セル隔壁に堆積したＰＭを燃焼させるために、第一ヒータ１３Ｂへの通電制御により、第一発熱部１３１Ａ、第二発熱部１３１Ｂおよび第三発熱部１３１Ｃは発熱し、多孔質体１３Ａを加熱する。このような再生処理の最中でも、入口１１Ｄからは排ガスが流入する。この排ガスは、多孔質体１３Ａの開口部Ａおよびその周辺の熱を持ち去る。
【００４０】
上記の通り、排ガスが熱を持ち去るため、仮に第一発熱部１３１Ａ、第二発熱部１３１Ｂおよび第三発熱部１３１Ｃの特性（固有抵抗、密度や蛇行ピッチ）が同じと仮定すると、多孔質体１３Ａにおいて開口部Ａおよびその近傍部分（以下、単に、開口部近傍という）の温度が、多孔質体１３Ａにおいて、開口部近傍よりも排ガスの流れ方向における下流側の部分の温度よりも低下する。その結果、第一セルＣ１において、開口部Ａ近傍に相当する部分においてＰＭが燃焼されずに、再生処理後に残留することがある。
【００４１】
しかし、本開示では、第一蛇行ピッチは、第二蛇行ピッチよりも小さい値に選ばれるため、多孔質体１３Ａの開口部Ａ近傍の温度を、それよりも下流側の部分の温度よりも高くすることが出来る。従って、たとえ排ガスが開口部Ａ近傍の熱を持ち去ったとしても、多孔質体１３Ａにおける排ガスの流れ方向における温度ムラを低減することが出来ると共に、開口部Ａ近傍をＰＭが燃焼可能な温度とすることが出来る。これによって、再生処理後、セル内にＰＭが残留することを抑制可能なセンサを提供することができる。
【００４２】
また、本開示では、各セルＣ１，Ｃ２において、多孔質体１３Ａの開口部Ａを基準として、ｘ軸の負方向側の部分にもＰＭが堆積しうる。このようなＰＭに関しては、第三発熱部１３１Ｃにより燃焼させることが出来る。
【００４３】
＜４．付記＞
上記説明では、第一発熱部１３１Ａ、第二発熱部１３１Ｂおよび第三発熱部１３１Ｃにおける蛇行ピッチが第一蛇行ピッチ、第二蛇行ピッチおよび第三蛇行ピッチとされていた。しかし、これに限らず、第一発熱部１３１Ａ、第二発熱部１３１Ｂおよび第三発熱部１３１Ｃは、図３に例示するように、互い同じ蛇行ピッチを有するのであれば、他の特性（固有抵抗、密度や蛇行ピッチ）を調整し、第一発熱部１３１Ａの発熱量を第二発熱部１３１Ｂの発熱量よりも大きくすることで、上記温度ムラを低減しても構わない。
【００４４】
また、上記説明では、ＰＭセンサ１は、所謂静電容量型であったが、代替的に、電気抵抗型等であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示のセンサは、再生処理後セルにＰＭが残留することを抑制可能であり、車載用途に好適である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ＰＭセンサ
１３Ａ  多孔質体
１３Ｂ  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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