(57)【要約】【課題】検出感度が向上しつつ、手間がかかることを抑制できる粒子状物質検出装置、および検出システムを提供する。【解決手段】粒子状物質検出装置は、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部３２と、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部３１と、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する演算部４と、を備え、堆積量検出部３１は、誘電体Ｌの主面Ｌａに設けられた一対の電極３１ａ,３１ｂを有しており、かつ一対の電極３１ａ,３１ｂ間の静電容量の変化を堆積量情報として検出し、一対の電極３１ａ,３１ｂを覆うようにして誘電体Ｌの主面Ｌａに設けられており、かつ誘電体Ｌの誘電率よりも低い誘電率を有するカバー層Ｋをさらに備える。【選択図】図６
2011117754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが移動する排気通路に設けられており、かつ主面を有する誘電体と、
前記誘電体に設けられており、かつ前記排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、
前記流量検出部が設けられた誘電体と同じ誘電体に設けられており、かつ前記誘電体の主面上に堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部と、
前記流量検出部により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、前記堆積量検出部により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質の堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した前記排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部と、を備え、
前記堆積量検出部は、前記誘電体の主面に設けられた一対の電極を有しており、かつ前記一対の電極間の静電容量の変化を前記堆積量情報として検出し、
前記一対の電極を覆うようにして前記誘電体の主面に設けられており、かつ前記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有するカバー層をさらに備えたことを特徴とする粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記カバー層には、複数の気孔が形成されている、請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記カバー層に形成された複数の気孔の全ては、閉気孔である、請求項２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記カバー層に形成された複数の気孔のうち一部の気孔は、開気孔であり、
前記電極は、金または白金を含んでなる、請求項２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記カバー層は、前記誘電体の誘電率と同じ誘電率を有する第１物質と、前記第１物質に含有されており、かつ前記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有する第２物質とを有する、請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記誘電体には、前記誘電体の主面上に堆積された粒子状物質を除去するための第１発熱部が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記誘電体には、前記第１発熱部の熱が、前記流量検出部へ伝わることを抑制するための第１断熱部が設けられている、請求項６に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記第１断熱部は、前記誘電体を切り欠いた第１切欠部である、請求項７に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記誘電体および前記カバー層は、セラミック材料を含んでなり、
前記誘電体および前記カバー層は、前記誘電体と前記カバー層とが所定の温度で同時に焼成されることによって構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記流量検出部は、
第２発熱部と、
前記排気ガスの雰囲気が有する温度を検出する第１温度検出部と、
前記第２発熱部の温度を検出する第２温度検出部と、を有し、
前記粒子状物質検出装置は、
前記第２温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第２発熱部の温度が予め定められた一定の温度を保つように、前記第２発熱部に対して電流を供給することにより前記第２発熱部の温度を制御する発熱制御部と、
前記第１温度検出部が検出した温度に基づいて、前記排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量を示す第１値を算出し、かつ前記発熱制御部が前記第２発熱部に対して供給した電流の値に基づいて、前記排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量と、前記排気ガスが単位時間当たり前記排気通路を移動した前記排気ガスの流量とを含む第２値を算出し、算出した第２値から第１値の差分を取ることにより、前記排気ガスの流量を算出する流量算出部と、をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１１】
前記誘電体には、前記第２発熱部の熱が、前記第１温度検出部へ伝わることを抑制するための第２断熱部が設けられている、請求項１０に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１２】
前記第２断熱部は、前記誘電体を切り欠いた第２切欠部である、請求項１１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１３】
前記第２断熱部は、前記誘電体の内部に形成された中空部である、請求項１１または１２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置と、
前記排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタ装置と、を備える検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出装置、および検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量を検出する粒子状物質検出装置としては、例えば、静電容量の変化を利用して粒子状物質の量を検出する、いわゆる静電容量型の検出装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３４１２号公報
【特許文献２】特表２０００−５１７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の検出装置では、粒子状物質の量を、単に、一対の電極間の静電容量の変化に基づいて算出しているので、粒子状物質が堆積されていない場合と粒子状物質が堆積されている場合とにおける静電容量の変化率が小さく、検出感度が悪いという問題があった。
【０００５】
また、従来の検出装置では、一般に、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部とは、それぞれ、別体構造で構成されていた。このため、排気通路にこれらの検出部を２つ取り付ける必要があるため、手間がかかる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度が向上しつつ、手間がかかることを抑制できる粒子状物質検出装置、および検出システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明における粒子状物質検出装置は、内燃機関の排気ガスが移動する排気通路に設けられており、かつ主面を有する誘電体と、前記誘電体に設けられており、かつ前記排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、前記流量検出部が設けられた誘電体と同じ誘電体に設けられており、かつ前記誘電体の主面上に堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部と、前記流量検出部により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、前記堆積量検出部により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質の堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した前記排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部と、を備え、前記堆積量検出部は、前記誘電体の主面に設けられた一対の電極を有しており、かつ前記一対の電極間の静電容量の変化を前記堆積量情報として検出し、前記一対の電極を覆うようにして前記誘電体の主面に設けられており、かつ前記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有するカバー層をさらに備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の粒子状物質検出装置、および検出システムは、検出感度が向上しつつ、手間がかかることを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る検出システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る検出センサの概略構成を示す斜視図である。
【図３】図２の矢印Ｎの方向から見た場合の、検出センサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】誘電体を構成する各層の状態を表した図である。
【図５】図４中に示したＡの部分を拡大した図である。
【図６】図５中に示した切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した断面図である。
【図７】第１中空部および第２中空部が形成された断熱層の状態を示した図である。
【図８】シミュレーションで測定した結果を示す図である。
【図９】変更例３に係る検出センサの断面図であって、図６と同じ個所を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る検出システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、検出システム１は、例えば、図示しない車両（自動車等）等に備えられるものであって、フィルタ装置２、検出センサ３、演算部４、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５、および制御部６を備えている。ここで、検出センサ３および演算部４が、本発明に係る粒子状物質検出装置の一実施形態となる。
【００１２】
フィルタ装置２は、排気通路Ｕに設けられており、排気通路Ｕを移動する排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するための装置である。フィルタ装置２は、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）から構成される。すなわち、排気ガスは、ディーゼルエンジン、ピストンエンジン、ガスタービンエンジン等の内燃機関が燃焼することによって発生するとともに、図１の矢印で示されているように、内燃機関側（上流側）から消音器側（下流側）に向かって排気通路Ｕを移動する。なお、消音器を通過した排気ガスは、外部へ放出される。ここで、排気ガス中に含まれる粒子状物質としては、例えば、単純な固形の炭素の微粒子が房状に連なったもの、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）と呼ばれる高分子炭化水素、あるいは硫酸塩等が挙げられる。この粒子状物質は、人の気道や肺に沈着するので、人体へ悪影響を及ぼすとともに、大気汚染の要因ともなり得る。そのため、フィルタ装置２において粒子状物質が捕集される。
【００１３】
検出センサ３は、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出するための情報を検出する役割を担う部材である。本実施形態では、検出センサ３は、フィルタ装置２よりも下流側（消音器側）の排気通路Ｕに設けられているが、フィルタ装置２よりも上流側（内燃機関側）の排気通路Ｕに設けられていてもよい。また、フィルタ装置２の上流側と下流側の双方に設けられていてもよい。
【００１４】
図２は、本実施形態に係る検出センサ３の概略構成を示す斜視図である。図３は、図２の矢印Ｎの方向から見た場合の、検出センサ３の概略構成を示す斜視図である。図４は、検出センサ３を構成する各層の状態を表した図である。
【００１５】
図２および図３に示すように、検出センサ３は、外観視直方体状であって、排気通路Ｕに設けられた台座Ｂの上に設けられている。なお、台座Ｂを設けることなく、直接、検出センサ３を排気通路Ｕに設けるようにしてもよい。また、検出センサ３は、外観視直方体状であるが、これに限らず、丸棒状、板状等であってもよく、その形状については特に限定されない。
【００１６】
検出センサ３は、主面Ｌａを有する誘電体Ｌと、カバー層Ｋとによって構成される。誘電体Ｌの主面Ｌａは、排気通路Ｕの長手方向（図２の矢印Ｎの方向）に対して略垂直な面であり、カバー層Ｋを介して排気ガスの影響を間接的に受ける面となる。このため、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に、フィルタ装置２で捕集できなかった粒子状物質ＰＭが堆積されることになる。
【００１７】
ここで、誘電体Ｌは、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、あるいはガラスセラミック焼結体等のセラミック材料を含んでなり、本実施形態においては３層構造を有している。すなわち、誘電体Ｌは、第１層Ｌ１と、第１層Ｌ１に積層された第２層Ｌ２と、第２層Ｌ２に積層された第３層Ｌ３とを有している。なお、誘電体Ｌの第３層Ｌ３の前面が主面Ｌａとなる。また、カバー層Ｋは、誘電体Ｌと同様に、セラミック材料を含んでなる。このため、検出センサ３は、誘電体Ｌの第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシートと、誘電体Ｌの第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシートと、誘電体Ｌの第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシートと、カバー層Ｋとなるセラミックグリーンシートとを順次積層し所定の温度で同時に焼成することによって構成される。
【００１８】
なお、上記では、検出センサ３は、誘電体Ｌとなるセラミックグリーンシートと、カバー層Ｋとなるセラミックグリーンシートとを同時に焼成することによって構成される例について説明したが、これに限定されない。すなわち、誘電体Ｌとカバー層Ｋとは個別に構成されていてもよい。この場合、誘電体Ｌとカバー層Ｋとは、接合部材を介して互いに接合される。
【００１９】
検出センサ３は、図１に示すように、堆積量検出部３１と、流量検出部３２とを有している。堆積量検出部３１は、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出するための堆積量情報を検出する。また、流量検出部３２は、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する。
【００２０】
堆積量検出部３１は、第１電極３１ａと、第２電極３１ｂと、第１発熱部３１ｃとを有している。
【００２１】
第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂは、図４に示すように、平面視において互いに対向するように、誘電体Ｌの第３層Ｌ３に設けられている。すなわち、カバー層Ｋは、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂを覆うようにして誘電体Ｌの主面Ｌａ（第３層Ｌ３の前面）に設けられている。なお、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂは、一対の電極であって、その形状は、平面視において櫛歯状である。すなわち、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂは、所定の隙間を介して互いに噛み合うように誘電体Ｌの第３層Ｌ３に設けられている。ここで、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂは、例えば、銀、銅、金、白金、パラジウム、タングステン、モリブデン、あるいはマンガン等の金属材料を含んでなる。
【００２２】
このように、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂが平面視において櫛歯状であり、かつ所定の隙間を介して互いに噛み合うように設けられているので、縁端効果が発現し易くなり、粒子状物質検出装置の検出感度が向上する。
【００２３】
なお、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂは、平面視において互いに対向するように、誘電体Ｌの第３層Ｌ３に設けられていれば、その形状については特に限定されない。例えば、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂの形状は、上述した櫛歯状以外に、ミアンダ形状、２重らせん形状であってもよい。このような形状であっても、縁端効果が発現し易くなるので、粒子状物質検出装置の検出感度は向上する。
【００２４】
図５は、図４中に示したＡの部分を拡大した図である。図６は、図５中に示した切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した断面図である。
【００２５】
本実施形態においては、カバー層Ｋの誘電率は、誘電体Ｌの誘電率よりも低くなるように構成されている。具体的には、カバー層Ｋには、図６に示すように、複数の閉気孔Ｃが形成されている。すなわち、誘電率がほぼ「１」である気体が閉気孔Ｃとしてカバー層Ｋに複数形成されているため、カバー層Ｋの誘電率は、誘電体Ｌの誘電率よりも低くなる。このように、カバー層Ｋの誘電率が、誘電体Ｌの誘電率よりも低いので、粒子状物質検出装置の検出感度は向上する。なお、この理由については、後述する。
【００２６】
なお、複数の閉気孔Ｃは、例えば、次のようにしてカバー層Ｋに形成される。すなわち、複数の樹脂ビーズを、カバー層Ｋとなるセラミックグリーンシートに予め混合しておく。そして、セラミックグリーンシートを樹脂ビーズとともに所定の温度で焼成することにより、樹脂ビーズを分解させる。このようにすると、樹脂ビーズが存在していた箇所が気孔となり、カバー層Ｋに複数の閉気孔Ｃが形成される。なお、これはあくまで一例であって、カバー層Ｋに複数の閉気孔Ｃを形成する方法については、特に限定されない。
【００２７】
第１発熱部３１ｃは、誘電体Ｌの第２層Ｌ２に設けられており、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂが設けられた部位と対向する部位に設けられている。第１発熱部３１ｃは、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭを除去するための役割を担う部材である。すなわち、第１発熱部３１ｃは、後述する発熱制御部４２からの指示によって、発熱する。第１発熱部３１ｃが発熱することにより、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭが焼失する。これにより、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭを除去することが可能となる。
【００２８】
なお、発熱制御部４２が第１発熱部３１ｃを発熱させるタイミングについては、特に限定されない。例えば、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量が閾値を超えた場合に、発熱制御部４２が第１発熱部３１ｃを発熱させてもよいし、一定時間毎に、発熱制御部４２が第１発熱部３１ｃを発熱させてもよい。なお、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭを除去する必要がない場合には、誘電体Ｌの第２層Ｌ２に第１発熱部３１ｃを設けなくてもよい。
【００２９】
流量検出部３２は、第１温度検出部３２ａと、第２発熱部３２ｂと、第２温度検出部３２ｃとを有している。
【００３０】
第１温度検出部３２ａは、後述する第１切欠部Ｃ１を介して第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂと隣り合うように、誘電体Ｌの第３層Ｌ３に設けられている。また、第１温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度を検出する。このため、第１温度検出部３２ａが排気通路Ｕを移動する排気ガスの風の影響を受けないように、第１温度検出部３２ａよりも上流側であってかつ第１温度検出部３２ａと対向する位置に、排気ガスに対する風除けＷが設けられている（図２参照）。風除けＷが設けられているので、第１温度検出部３２ａは、排気ガスの風の影響を受けることなく、排気ガスの雰囲気が有する温度のみを検出することができる。なお、風除けＷは、排気通路Ｕに設けられていてもよいし、誘電体Ｌに設けられていてもよい。ここで、第１温度検出部３２ａは、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。
【００３１】
第２発熱部３２ｂは、第１切欠部Ｃ１を介して第１発熱部３１ｃと隣り合うように、誘電体Ｌの第２層Ｌ２に設けられている。すなわち、排気通路Ｐを移動する排気ガスの風の影響や、排気ガスの雰囲気が有する温度によって、第２発熱部３２ｂの温度が変化する。例えば、排気ガスの風の影響が弱く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が高ければ、第２発熱部３２ｂは暖められるので、第２発熱部３２ｂの温度は高くなる。一方、排気ガスの風の影響が強く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が低ければ、第２発熱部３２ｂは冷やされるので、第２発熱部３２ｂの温度は低くなる。
【００３２】
また、第２発熱部３２ｂは、発熱制御部４２から電力の供給を受けることにより、供給を受けた電力量に応じた熱を発生する。本実施形態では、第２発熱部３２ｂは、供給を受けた電力量が大きければ大きい程、発熱量が大きくなり、温度が高くなる。また、第２発熱部３２ｂは、供給を受けた電力量が小さければ小さい程、発熱量が小さくなり、温度の上昇は抑制される。
【００３３】
第２温度検出部３２ｃは、誘電体Ｌの第１層Ｌ１に設けられており、第２発熱部３２ｂが設けられた部位と対向する部位に設けられている。また、第２温度検出部３２ｃは、第２発熱部３２ｂの温度を検出する。ここで、第２温度検出部３２ｃは、第１温度検出部３２ａと同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。
【００３４】
ところで、流量検出部３２が有する第１温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度を検出し、流量検出部３２が有する第２温度検出部３２ｃは、第２発熱部３２ｂの温度を検出する。このため、堆積量検出部３１が有する第１発熱部３１ｃから発生する熱が、流量検出部３２へ伝わることを抑制する必要がある。このため、本実施形態においては、平面視において、堆積量検出部３１と流量検出部３２との間における誘電体Ｌおよびカバー層Ｋには、第１断熱部としての第１切欠部Ｃ１が形成されている。ここで、第１切欠部Ｃ１は、直線状に形成されている。誘電体Ｌおよびカバー層Ｋに第１切欠部Ｃ１が形成されているので、第１発熱部３１ｃから発生する熱は、第１切欠部Ｃ１によって遮断される。そのため、第１発熱部３１ｃから発生する熱が流量検出部３２へ伝わることを抑制できる。なお、第１切欠部Ｃ１の形状や数については、特に限定されない。
【００３５】
また、流量検出部３２が有する第１温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度のみを検出するので、流量検出部３２が有する第２発熱部３２ｂから発生する熱が第１温度検出部３２ａへ伝わることを抑制する必要がある。このため、本実施形態においては、平面視において、第１温度検出部３２ａと第２発熱部３２ｂとの間における誘電体Ｌには、第２断熱部としての第２切欠部Ｃ２が形成されている。ここで、第２切欠部Ｃ２は、第１切欠部Ｃ１と直交するように、直線状に形成されている。誘電体Ｌに第２切欠部Ｃ２が形成されているので、第２発熱部３２ｂから発生する熱は、第２切欠部Ｃ２によって遮断される。そのため、第２発熱部３２ｂから発生する熱が第１温度検出部３２ａへ伝わることを抑制できる。なお、第２切欠部Ｃ２の形状や数については、特に限定されない。
【００３６】
なお、図７に示すように、誘電体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２が形成された断熱層ＬＳを、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３との間に設けてもよい。ここで、第１中空部Ｓ１は、第１温度検出部３２ａと対向する部位に形成されている。また、第２中空部Ｓ２は、第２発熱部３２ｂと対向する部位に形成されている。なお、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２の気圧は、外部の気圧よりも低い。すなわち、誘電体Ｌがセラミック材料を含んでなるため、当該誘電体Ｌの作製時における雰囲気条件により、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２の気圧は、外部の気圧よりも低くなる。
【００３７】
このように、誘電体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、誘電体Ｌの内部に第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２を形成すれば、第２発熱部３２ｂから発生する熱は、第２切欠部Ｃ２、第１中空部Ｓ１、および第２中空部Ｓ２によって遮断される。そのため、第２発熱部３２ｂから発生する熱が第１温度検出部３２ａへ伝わることをより抑制できる。なお、断熱効果をより高めるために、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２は真空状態であることが好ましい。
【００３８】
なお、上記では、誘電体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、誘電体Ｌの内部に第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２を形成する例について説明したが、これに限定されない。すなわち、誘電体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成せずに、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２が形成された断熱層ＬＳを、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３との間に設けてもよい。また、断熱層ＬＳには、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２のいずれか一つを形成してもよい。さらに、断熱層ＬＳには、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２に加えて、他の中空部を形成してもよい。
【００３９】
堆積量検出部３１が有する第１電極３１ａ、第２電極３１ｂ、および第１発熱部３１ｃと、流量検出部３２が有する第１温度検出部３２ａ、第２発熱部３２ｂ、および第２温度検出部３２ｃとは、同じ誘電体Ｌに設けられている。すなわち、堆積量検出部３１と流量検出部３２とが誘電体Ｌによって一体構造をなしている。このため、堆積量検出部３１と流量検出部３２とが別体構造からなる場合と比較して、排気通路Ｕに検出センサ３を１つ取り付ければよく、手間がかかることを抑制できる。
【００４０】
演算部４は、流量検出部３２により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、堆積量検出部３１により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質ＰＭの堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する役割を担う部材である。このため、演算部４は、堆積量算出部４１、発熱制御部４２、流量算出部４３、および粒子状物質算出部４４を備えている。
【００４１】
堆積量算出部４１は、誘電体Ｌの主面Ｌａ上に堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂ間の静電容量の変化に基づいて算出する。すなわち、この静電容量の変化が堆積量情報となる。堆積量算出部４１は、算出した堆積量を、粒子状物質算出部４４へ出力する。
【００４２】
ところで、粒子状物質検出装置の検出感度を向上するためには、粒子状物質ＰＭが堆積されていない場合と粒子状物質ＰＭが堆積されている場合とにおける静電容量の変化率が大きいことが必要である。そこで、本発明者らは、誘電体Ｌの誘電率を「９」、粒子状物質ＰＭの誘電率を「６」で固定し、カバー層Ｋの誘電率を「３」、「６」、「９」、「１２」、「１５」と順次変化させた場合の、粒子状物質ＰＭが堆積されていない場合（厚み０ｍｍ）と粒子状物質ＰＭが堆積されている場合（厚み０．１ｍｍ）とにおける静電容量の変化率を、シミュレーションにて測定した。その結果を図８に示す。
【００４３】
図８に示すように、カバー層Ｋの誘電率が、誘電体Ｌの誘電率よりも低い場合に、静電容量の変化率が大きいことが判る。すなわち、図８では、カバー層Ｋの誘電率が「３」および「６」の場合である。なお、静電容量の変化率（％）は、静電容量の変化量を、粒子状物質ＰＭが堆積されていない場合の静電容量の値で割り、その結果に対して１００を乗じることによって算出される。すなわち、粒子状物質検出装置の検出感度を向上するためには、カバー層Ｋの誘電率が、誘電体Ｌの誘電率よりも低くなることが必要である。
【００４４】
ここで、カバー層Ｋの誘電率が、誘電体Ｌの誘電率よりも低い場合に、静電容量の変化率が大きくなるのは、次の理由による。すなわち、カバー層Ｋの誘電率が低くなると、このカバー層Ｋの誘電率は、粒子状物質ＰＭの誘電率と比較して、相対的に低くなる。つまり、カバー層Ｋの誘電率と粒子状物質ＰＭの誘電率との和に対する粒子状物質ＰＭの誘電率の割合が高くなる。そのため、カバー層Ｋの誘電率が、誘電体Ｌの誘電率よりも低い場合に、静電容量の変化率が大きくなり、粒子状物質検出装置の検出感度は向上する。
【００４５】
このため、本実施形態では、上述したように、カバー層Ｋに複数の閉気孔Ｃを形成することにより、カバー層Ｋの誘電率を、誘電体Ｌの誘電率よりも低くしている。
【００４６】
発熱制御部４２は、第１発熱部３１ｃに対して熱を発生するように指示する。また、発熱制御部４２は、第２発熱部３２ｂの温度が予め定められた一定の温度を保つように、第２発熱部３２ｂに対して電力を供給することにより第２発熱部３２ｂの温度を制御する。
【００４７】
具体的には、発熱制御部４２は、まず、第２温度検出部３２ｃが検出した温度を当該第２温度検出部３２ｃから取得する。これにより、発熱制御部４２は、第２発熱部３２ｂの温度を検知することができる。そして、発熱制御部４２は、第２発熱部３２ｂの温度が、予め定められた一定の温度（例えば１０００℃）を保つように、第２発熱部３２ｂに対して電力を供給することにより第２発熱部３２ｂの温度を制御する。
【００４８】
例えば、排気ガスの風の影響が弱く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が高ければ、第２発熱部３２ｂは暖められるので、第２発熱部３２ｂの温度は、予め定められた一定の温度以上となる。この場合、発熱制御部４２は、第２発熱部３２ｂに対して通常よりも小さい量の電力を供給する。これにより、第２発熱部３２ｂは、予め定められた温度となるように、熱の発生を抑制する。また、例えば、排気ガスの風の影響が強く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が低ければ、第２発熱部３２ｂは冷やされるので、第２発熱部３２ｂの温度は、予め定められた一定の温度未満となる。この場合、発熱制御部４２は、第２発熱部３２ｂに対して通常よりも大きい量の電力を供給する。これにより、第２発熱部３２ｂは、予め定められた温度となるように、熱を発生する。
【００４９】
流量算出部４３は、まず、第１温度検出部３２ａが検出した温度（流量情報）に基づいて、排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量を示す第１値を算出する。この第１値は、排気ガスの風の影響を受けていない値となる。そして、流量算出部４３は、発熱制御部４２が第２発熱部３２ｂに対して供給した電力の値（流量情報）に基づいて、排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量と、排気ガスが単位時間当たり排気通路Ｕを移動した排気ガスの流量とを含む第２値を算出する。この第２値は、排気ガスの風の影響を受けている値となる。そして、流量算出部４３は、算出した第２値から第１値の差分を取ることにより、排気ガスの流量を算出する。流量算出部４３は、算出した流量を、粒子状物質算出部４４へ出力する。
【００５０】
粒子状物質算出部４４は、堆積量算出部４１から出力された堆積量と、流量算出部４３から出力された流量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する。粒子状物質算出部４４は、算出した粒子状物質ＰＭの量を、制御部６へ出力する。
【００５１】
ＥＣＵ５は、内燃機関における点火系と燃焼系とを制御するコントローラである。例えば、ＥＣＵ５は、後述する制御部６からの指示によって、内燃機関の回転数を低下あるいは上昇させ、または内燃機関の点火時期等を制御する。すなわち、ＥＣＵ５は、内燃機関における点火系と燃焼系とを制御することにより、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭの数を制御することができる。
【００５２】
制御部６は、粒子状物質算出部４４から出力された粒子状物質ＰＭの量に基づいて、ＥＣＵ５を制御する。例えば、制御部６は、粒子状物質ＰＭの量が閾値以上であれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭの数が減少するように、ＥＣＵ５を制御する。なお、制御部６は、ＥＣＵ５を制御することなく、粒子状物質ＰＭの量を、単にディスプレイに表示するようにしてもよい。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、検出感度が向上しつつ、手間がかかることを抑制できる。
【００５４】
なお、上述した実施形態は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであり、種々の変更が可能である。以下、いくつかの主な変更例を示す。
【００５５】
[変更例１]
上述した実施形態では、カバー層Ｋに形成された複数の気孔の全てが、閉気孔Ｃである場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、カバー層Ｋに形成される複数の気孔のうち一部の気孔は、開気孔であってもよい。但し、カバー層Ｋに開気孔を形成した場合、この開気孔を通じて粒子状物質ＰＭが第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂに付着し、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂが腐食してしまう可能性がある。このため、カバー層Ｋに開気孔を形成する場合には、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂは、耐腐食性の高い、例えば、金または白金等の金属材料を用いて構成することが必要である。
【００５６】
逆に言えば、上述した実施形態のように、カバー層Ｋに形成される複数の気孔の全てが閉気孔Ｃである場合には、第１電極３１ａおよび第２電極３１ｂの構成材料として、耐腐食性の高い材料を選択する必要がなく、材料選定の自由度が向上する。
【００５７】
[変更例２]
上述した実施形態では、カバー層Ｋの誘電率を、誘電体Ｌの誘電率よりも低くするために、カバー層Ｋに複数の閉気孔Ｃを形成する例について説明したが、これに限定されない。すなわち、カバー層Ｋに、誘電体Ｌの誘電率よりも低い誘電率を有する物質を複数含有させてもよい。つまり、カバー層Ｋは、誘電体Ｌの誘電率と同じ誘電率を有する第１物質と、第１物質に含有されており、かつ誘電体Ｌの誘電率よりも低い誘電率を有する第２物質とを有することになる。第１物質がセラミック材料である場合に、第２物質としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等が挙げられる。
【００５８】
[変更例３]
上述した実施形態では、カバー層Ｋの誘電率を、誘電体Ｌの誘電率よりも低くするために、カバー層Ｋに複数の閉気孔Ｃを形成する例について説明したが、これに限定されない。すなわち、図９に示すように、カバー層Ｋに、中空Ｓを形成してもよい。ここで、この中空Ｓは、第１電極３２ａおよび第２電極３２ｂを個別に覆うように形成されている。すなわち、誘電率がほぼ「１」である気体が中空Ｓとしてカバー層Ｋに形成されているため、上述の実施形態と同様、カバー層Ｋの誘電率を、誘電体Ｌの誘電率よりも低くすることができる。
【００５９】
[変更例４]
なお、誘電体Ｌの主面Ｌａに粒子状物質ＰＭが容易に堆積されるように、誘電体Ｌには、吸着パターンが形成されていてもよい。例えば、吸着パターンは、第１切欠部Ｃ１を介して第２温度検出部３２ｃと隣り合うように、誘電体Ｌの第１層Ｌ１に設けられる。具体的には、粒子状物質ＰＭに事前にマイナスの電荷を付与しておくとともに、誘電体Ｌに形成された吸着パターンをプラスに帯電しておく。このようにすると、粒子状物質ＰＭが吸着パターンの方向へ集まってくるため、誘電体Ｌの主面Ｌａに粒子状物質ＰＭが容易に堆積される。
【符号の説明】
【００６０】
１  検出システム
２  フィルタ装置
３  検出センサ
３１  堆積量検出部
３１ａ  第１電極
３１ｂ  第２電極
３１ｃ  第１発熱部
３２  流量検出部
３２ａ  第１温度検出部
３２ｂ  第２発熱部
３２ｃ  第２温度検出部
４  演算部
４１  堆積量算出部
４２  発熱制御部
４３  流量算出部
４４  粒子状物質量算出部
Ｌ  誘電体
Ｌａ  誘電体の主面
Ｋ  カバー層
Ｃ１  第１切欠部（第１断熱部）
Ｃ２  第２切欠部（第２断熱部）
Ｓ１  第１中空部（第２断熱部）
Ｓ２  第２中空部（第２断熱部）
Ｃ  閉気孔
Ｕ  排気通路
【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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