(57)【要約】  本発明は、ガス流内に配置された抵抗型平面プローブによって内燃機関からの排気流内のススを集める方法およびセンサー（１）に関する。平面プローブは、ガス流内のススの濃度を測定する電子機器に接続された電極が設けられた少なくとも１つの面を有する。平面プローブより上流のガス流は、平面プローブを完全に覆う保護シールド（３）であって、保護シールド（３）の壁に配置された、ガス流中の平面プローブより下流に位置する単一のスス収集窓（５）を有する保護シールド（３）によって、以下のように曲げられる：・ガス流に含まれるススおよび任意の細片の直接の前面衝突から平面プローブを保護する；および・乱流を発生させて平面プローブより下流のガス流の速度を減じることにより、スス粒子をそのサイズに応じて選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流中に配置され、前記ガス流中のスス濃度を測定する電子デバイスに接続された電極（８，９）を備える少なくとも１つの面（７ａ）を有する、好ましくは抵抗型または容量型の平面プローブ（６）によって、ガス流、特に内燃機関からの排気流、中のススを集める方法であって、
前記平面プローブ（６）より上流の前記ガス流が、前記平面プローブ（６）を完全に覆う保護シールド（３）であって、前記保護シールド（３）の壁に形成された、前記ガス流中の前記平面プローブ（６）より下流に位置する単一のスス収集窓（５）を有する保護シールド（３）によって、以下のように曲げられ：
・前記ガス流に含まれるススおよび任意の細片の直接の前面衝突から前記平面プローブ（６）を保護する；および
・乱流を発生させて前記平面プローブより下流の前記ガス流の速度を減じることにより、スス粒子をそのサイズに応じて選択する；
この結果、前記平面プローブを機械的に保護し、前記平面プローブ上にススを均一に堆積させる、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
集められた前記ススが前記保護シールド（３）によって、前記集められたスス粒子の最大の大きさが５μｍまたは５μｍ未満となるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ススが、前記保護シールドに形成された前記収集窓（５）に面する前記平面プローブ（６）の前記第１の面（７ａ）上の収集領域（１２）に集められることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記保護シールド（３）は、縦軸（Ｘ−Ｘ’）を有する真っ直ぐな筒状であり、前記保護シールド（３）の前記縦軸を中心とする円に内接した、閉じた正多角形または円の幾何学的形状を示す断面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記シールドの前記縦軸（Ｘ−Ｘ’）が、前記ガス流の流れる方向に対して垂直に延び、前記平面プローブ（６）が前記保護シールド内で当該シールドの縦軸（Ｘ−Ｘ’）に沿って縦に延びることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ガス流、特に内燃機関からの排気流、中のスス濃度を測定するススセンサー（１）であって、
前記センサーは、絶縁材料の平面基板（７）から構成される抵抗型平面プローブ（６）を含み、
前記プローブは：
・第１の面（７ａ）上に、所定の距離により互いに分離され、各々電気接続帯（１０，１１）に接続された少なくとも２つの導電性電極（８，９）を有し；および
・前記電極（８，９）を再生し、前記ガス流の温度を測定する、２つの電気接続帯（１４，１５）に端子が接続された少なくとも１つの抵抗（１３）を有し；
前記センサーは、前記平面プローブ（６）の基板（７）の面（７ａ，７ｂ）の全てにわたって前記平面プローブ（６）を覆う保護シールド（３）を含み、
前記保護シールド（３）は、前記ガス流中の前記平面プローブ（６）より下流に位置する当該保護シールド（３）の壁に配置された、ススを集める単一の開いたスス収集窓（５）を含み、
前記収集窓（５）により、前記センサーが前記ガス流中に置かれたときに、前記平面プローブ（６）の前記第１の面（７ａ）上にある少なくとも１つの収集領域（１２）上へのススの堆積を可能とすることを特徴とするススセンサー。
【請求項７】
前記平面プローブの前記第１の面上の前記収集領域（１２）と、前記保護シールド（３）に配置された前記収集窓（５）とが互いに向かい合って配置されていることを特徴とする請求項６に記載のススセンサー。
【請求項８】
前記平面プローブ（６）の前記第１の面上の前記収集領域（１２）、および前記保護シールド（３）に配置された前記収集窓（５）が矩形状であり、
前記収集窓（５）の高さＨに対する前記収集領域（１２）の長さｈの比が、０．２〜３の範囲にあり、好ましくは１〜２の範囲にあることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のススセンサー。
【請求項９】
前記保護シールド（３）は、縦軸（Ｘ−Ｘ’）を有する真っ直ぐな筒状であり、
前記シールドが沿って延びる前記縦軸を中心とする円に内接した、閉じた正多角形または円の幾何学的形状を示す断面を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１０】
前記保護シールド（３）が、円断面の円筒形状を示し、
前記平面プローブ（６）が、前記保護シールドの縦軸（Ｘ−Ｘ’）に沿って延びるように前記シールドの内部空間に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記収集窓（５）が、前記保護シールド（３）の前記縦軸（Ｘ−Ｘ’）に対して垂直な水平面における、４５°〜１８０°の範囲にある角度区域をカバーしていることを特徴とする請求項１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記収集窓（５）が、当該収集窓の２つの対向する辺の間に延びる少なくとも１つの補強部（５２）によって少なくとも２つの開口（５１）に分割されていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１３】
前記平面プローブ（６）が前記保護シールド（３）に接しておらず、前記収集窓を透過する前記ガス流が、前記シールドの内部および前記プローブの各々の前記面上を流れることができることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１４】
前記再生抵抗（１３）が、前記プローブの縦方向の中央面に対して、前記平面プローブの前記第１の面（７ａ）上の前記スス収集領域（１２）に対称となるように前記平面プローブの第２の面（７ｂ）上に置かれていることを特徴とする請求項６〜１３のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１５】
前記センサーが、前記平面プローブ（６）および前記保護シールド（３）の支持体（２）を含み、
前記支持体（２）は、前記収集窓（５）が前記ガス流が流れる方向の下流側に位置するように前記ガス流内の前記センサーの位置を指す指標部を含むことを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１６】
前記位置指標部が、前記支持体（２）の円筒状の表面にある平面部（４）であることを特徴とする請求項１５に記載のセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中流の粒子を集め、その濃度を測定する分野、特に内燃機関の排気ガス中の粒子の濃度を測定する分野に関する。
【０００２】
より具体的に、本発明は、ガス流中の粒子を集める方法に関する。本発明は、また、当該方法を実施するために特に設計されたススセンサーに関する。
【０００３】
本発明は、特に具体的に、内燃機関からの排気ガス中の、ススとして知られるカーボン粒子の濃度の測定に適用される。本発明は、より具体的に、エンジン搭載車両の排気系内にある粒子フィルターの状態を見きわめる目的のために適用される。
【０００４】
それ故、本発明は、粒子フィルターの完全な状態をモニターすることを目的として粒子フィルターより下流の位置においても、粒子フィルターの再生サイクルを最適化し、これにより燃料消費を最小化することを目的として粒子フィルターより上流の位置においても、等しく良好に実施しうる。本発明は、また、粒子フィルターの耐久性を向上させ、粒子フィルターの大きさをできるだけ最小限にできることを図っている。
【背景技術】
【０００５】
本発明の分野では、例えば特許文献ＥＰ２２８５２２にあるように、特に自動車分野で用いるための、とりわけ車両の排気系にある粒子フィルターより下流における排気流中のスス濃度を測定し、粒子フィルターの状態を診断するためのセンサーが既に知られている。このようなセンサーは、特に、互いに離間された２つの導電性電極を有する抵抗型センサーにより構成されており、当該電極の間にススが堆積し始める結果としてセンサーが次第に塞がれるにつれ、電極間の電気抵抗の変化が測定される。抵抗測定は、センサーの電極の端子に接続された、車両またはセンサーの電子制御ユニットの制御の下、所定のサイクルを適用して自動的に実施される。そして電子制御ユニットは、粒子フィルターの状態を見きわめ、必要に応じてフィルター交換の警告を作動させるために、測定した抵抗からスス濃度を計算する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
センサーの電極の端子間で測定された抵抗は、センサー上に堆積したススの量が次第に増加するにつれ、飽和値になるまで、減ずる方に変化する。この減ずる変化は、粒子フィルターが不完全である間、センサーが車両からの排気流中にあるときにススがセンサーの電極上に堆積する結果、センサーの電極間にカーボンの接続橋渡しが出来上がる結果である。
【０００７】
センサーの端子間で測定された抵抗のカーブが水平の漸近線に達したとき、センサーは飽和したといえる。新しい測定サイクルを実施するためには、次にセンサーの再生が必要である。この操作は、センサーの表面およびススを加熱することにより電極間に堆積したススを焼き切る働きをする発熱抵抗によって実施される。こうしてセンサーは、新しい測定サイクルのために再生されうる。
【０００８】
ススセンサーの動作は非常にシンプルなようではあるが、それにもかかわらず、センサーの完全な状態および動作を妨げうる多くの制約をススセンサー、抵抗型の代わりに容量型においても同様であろう、は受ける。
【０００９】
とりわけ、排気ガス流の温度が９００℃〜１０００℃もの高さに達しうることを考えると、内燃機関の排気流における熱的ストレスは非常に大きい。センサーおよびその部品は、それ故、このような温度に耐えることができなければならず、正確で再現性ある測定を実施できなければならない。これは、秒速数十〜百メートルのオーダになりうる高速度で流れるガス流のこのような環境温度における挑戦である。
【００１０】
さらに排気流の温度および速度は、また、ひとたび飽和したセンサーの再生特性に、すなわち、とりわけススを焼切ることを目的としたセンサーの再生抵抗による加熱のための５５０℃を超える非常に高い温度、および特に難しいと認めることができる特定の状況を意味する際に、大きな影響を与える。
【００１１】
また、ススセンサーは、不完全な粒子フィルターから飛来した、センサーの測定面に突きあたってくるスス、または金属および/もしくはセラミックの細片の衝突による大きな機械的ストレスにさらされる。これらの粒子は、非常にサイズが小さく、非常に重量が小さいにもかかわらず、排気ガス流の速度に近い速度で、それ故、非常に高いレベルの運動エネルギーを持って、センサーに接触する。このためセンサーは、また、このような機械的特性に耐えることができなければならない。
【００１２】
最後に、ススセンサーの応答性は、センサー上へのススの堆積の均一性により定められる。このため、センサーはススをできるだけ均一に集めるように置かれる。そして、また、排気流中のススをターゲットとする、すなわち５００ナノメートル（ｎｍ）未満のサイズの粒子を選択することが非常に重要である。
【００１３】
現在知られた種々のススセンサーは、その多くの部分において不満足であると認められる。従来のセンサーは、その使用に関連した温度および機械的制約に面したときに壊れやすすぎるか、あるいはセンサーの再生の困難さ、および電極上への不均一な状態でのススの堆積が生じる結果による測定の実施の困難さを考えたときに、あまり正確ではない。
【００１４】
本発明の目的は、ススを集めること、および排気流中のスス濃度を測定することに対する解決方法を生み出すことである。この解決方法は改善されており、存在するセンサーの上述した問題に悩まされることがずっと減少するか、全くなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的を達成するために、本発明は、第一に、ガス流、特に内燃機関からの排気流中のススを、平面プローブ、好ましくは抵抗型または容量型、によって集める方法を提供する。プローブはガス流中に配置され、ガス流中のスス濃度を測定する電子デバイスに接続された電極および電気抵抗を備える少なくとも１つの面を有する。本発明の方法によれば、平面プローブより上流のガス流が、平面プローブを完全に覆う保護シールドであって、保護シールドの表面に設けられた、ガス流中の平面プローブより下流に位置する開いたスス収集窓を含む保護シールドによって、以下のように曲げられ：
・ガス流中に含まれうるススおよび任意の細片の直接の前面ガス流から平面プローブを保護する；および
・乱流を発生させて平面プローブより下流のガス流の速度を減じることにより、スス粒子をそのサイズに応じて選択する；
これにより、平面プローブを機械的に保護し、前記平面プローブ上にススを均一に堆積させることを得る。
【００１６】
さらに、本発明は、また、ガス流、特に内燃機関からの排気流、中のスス濃度を測定するススセンサーを提供する。センサーは、絶縁材料の平面基板から構成される抵抗型または容量型の平面プローブを、少なくとも１つ、知られた方法で含む。プローブは：
・第１の面上に、所定の距離により互いに分離され、各々電気接続帯に接続された少なくとも２つの導電性電極を有し；および
・電極を再生し、ガス流の温度を測定する少なくとも１つの再生抵抗を有する。抵抗は、２つの電気接続帯にその端子において接続されている。
【００１７】
本発明によれば、提案されたススセンサーは、平面プローブをその面の全てにわたって完全に覆う保護シールドを含む。保護シールドは、ガス流中の平面プローブより下流に位置する保護シールドの表面に設けられた、開かれたスス収集窓を含む。収集窓により、センサーがガス流中に置かれたときに、平面プローブの第１の面上にある少なくとも１つの収集領域上へのススの堆積が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
種々の他の特徴は、添付する図面を参照してなされる以下の記載により明らかになる。図面は、限定されない例として、本発明の実施の形態を示す。
【００１９】
添付の図において：
図１は、好ましい実施形態において、保護シールドを装着した本発明のススセンサーの平面図である；
図２は、図１のセンサーを、図１の紙面に対して垂直な平面上の、縦軸Ｘ−Ｘ’上の縦方向の断面で示す；
図３は、図１および図２のセンサーを、図１の図に対する背面図で示す；
図４は、図２の平面Ｃ−Ｃの断面図である；
図５Ａおよび５Ｂは、本発明に従ってススセンサーに実装されたときにガス流中のスス濃度を測定する平面プローブの２つの面を示す；
図６Ａから６Ｄは、図１から４に示される種類のススセンサーの保護シールドの異なる実施態様を示す；
図７は、特に図６Ａから６Ｄに示されるような円筒形保護シールドの収集窓の考えられる開口角度を示す図である；
図８は、内燃機関からの排気流のようなガス流中で使用されている本発明のススセンサーの種々のシミュレーションを示す。このシミュレーションでは、ガス流が妨げられ、粒子が平均粒子サイズによって集められていることの有効性が示されている；
図９Ａおよび９Ｂは、本発明にしたがってススセンサーで測定したスス濃度の変化を、各々、ガス流が定速のときの粒子サイズの関数および考慮した粒子サイズが異なるときの流速の関数で示す；
図１０Ａは、本発明のススセンサーのまた別の実施形態の平面図である；および
図１０Ｂは、図１０Ａの平面Ｂ−Ｂの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、ガス流中のススを集める方法に関し、また、当該方法を実施するススセンサーに関する。
【００２１】
本発明により提案された方法およびセンサーは、ガス流中に存在するスス、すなわちカーボン粒子、の濃度を再現可能かつ正確なやり方で測定することを可能であるようにする。
【００２２】
本発明のススセンサーおよび方法の際立った応用は、粒子フィルターの有効性および性能を検証するために、粒子フィルターの状態を診断し、粒子フィルターの再生または交換を予見するために、粒子フィルターに蓄積されたススの重量を測定するために、および/または、フィルターの再生のトリガーとするために、粒子フィルターの下流または上流において、車両の内燃機関の排気ガス系中のスス濃度を測定することに関する。以降の記載は、このような応用に関連して、排気ガス流および粒子フィルターが装着されたエンジン搭載車両の排気管を考慮に入れて、ならびに他の機能をも実施する電子制御ユニットにより管理された粒子フィルターの状態とともに、なされている。
【００２３】
図１から４は、第１の好ましい実施形態において、本発明のセンサーを示す。
【００２４】
本発明のススセンサー１は、支持体２、および特に図５Ａおよび５Ｂに示されるような抵抗平面プローブ６を覆う保護シールド３を含む。プローブは、その基部を介して支持体２に留められている。支持体２は、平面プローブ６および保護シールド３をマウントするための装着シリンダーを構成している。特に、支持体２は、車両の電子制御ユニットに平面プローブ６を接続するための電気接続部材を収容している。支持体２は、また、粒子フィルターの上流または下流の位置において、ススセンサー１を車両の排気系に、例えばネジ−ナット系またはガスのダクトにセンサーを装着するために一般的に使用される他の任意の装着部材を用いて装着するための装着体としての役割を果たす。
【００２５】
本発明では、保護シールド３はスス収集窓５を有する。収集窓５は、ススセンサー１がガス排気流中に置かれたときに、保護シールド３の内部に配置された平面プローブ６上にススが集められ、堆積されることが可能となるように、保護シールド３の壁に切り抜かれている。
【００２６】
好ましいやり方では、支持体２および保護シールド３は、インコネル（Inconel）６００のような金属材料製であり、添付の図面に示されるように、通常、まっすぐな円筒状管の形状である。このようなまっすぐな円筒状によって、平面プローブ６を十分に収容する内部空間が提供され、円筒形状の外側表面の凸部により、圧力を過度に損なうことなく排気ガス流の流れが促進されるとともに、低コストでの製造が容易となるという利点が得られる。とはいうものの、このような円筒形状はススセンサー１を構成するのにそれ自体必須ではなく、平面プローブを保護し、当該プローブより下流のガス流の流れに乱流を発生させるのに適した任意の他の選択可能な筒形状を容易に予測できる。しかし、縦軸と、シールドが沿って延びる当該縦軸を中心とする円に内接した、閉じられた正多角形または円の幾何学的形状の断面とを示すまっすぐな筒形状は、保護シールド３とするには好ましい。
【００２７】
好ましいやり方では、保護シールド３に形成された収集窓５は、補強桟５２によって、形状および面積が同一の複数の開口５１に分割されている。補強桟５２は、補強桟を有さない収集窓５と比較しても、ススセンサー１のスス収集性能に関する役割を果たしていない。しかし、当該桟５２は、収集窓５の周方向の表面の補強、および保護シールド３が収集窓５の近傍においてひしゃげたり、曲がったりすることを防ぐのに役立っている。保護シールドがひしゃげることは、残念ながらこのような補強桟５２が無い場合には、ススセンサー１を取り扱っている際、特に排気ダクトに取り付けるまたは排気ダクトから外す際に起こりうる。
【００２８】
図６Ａから６Ｄおよび図１０Ａ，１０Ｂにより具体的に示されているように、保護シールド３の収集窓５の正確な形状は、特に補強桟５２により定められる開口５１の数に関して、変化しうる。
【００２９】
図１から４の例および図６Ａに示すように、収集窓５は４つの矩形の開口５１に分割されてもよい。変異形として、図６Ｂおよび６Ｃに示すように、収集窓５は単に２つの矩形の開口５１に同じく分割されていてもよい。また、図６Ｄに示すように、保護シールド３の収集窓５は、さらに多くの数の開口５１、例えば８つの開口、に分割されていてもよい。第２の好ましい実施形態では、収集窓５は、お互いに並行であり、ススセンサーの縦軸Ｘ−Ｘ’に並行に配列した３つの長方形状の窓５１に分割されている。
【００３０】
収集窓５およびその開口５１は、保護シールド３の円筒状の壁を切り欠くことによって（例えば、レーザーまたはウォータージェットを用いて）、または切削もしくはパンチングによって、または保護シールド３の鋳造によって作られていてもよい。それ故、収集窓５およびその開口５１の適切な形状を選択することができる。
【００３１】
図７に示すように、収集窓５の幅ｌは、円の断面を有する円筒状の保護シールドに関して、収集窓５が、ススセンサーの縦軸Ｘ−Ｘ’に垂直な水平面において好ましくは４５°から１８０°の範囲にある角度区域βをカバーするようであってもよい。これは、保護シールド３の円の断面の半径Ｒによらず、適用できる。
【００３２】
図２から４により具体的に示されているように、支持体２は、有利には、ススセンサーが排気ガスダクトに設置されるときに保護シールド３の収集窓５がガス流ＦＧの流れる方向を向き、これにより流れの下流側を向くことを確実にできるように、ススセンサー１の位置を指し示す手段を有する。例として、これらの位置指標手段は、支持体２の円筒状の表面に形成された平面部４により構成されていてもよい。平面部４は、保護シールド３の連続的な保護壁３１とひと続きとなるように、および保護シールド３に形成された収集窓５の対照的に反対の面に、位置している。この平面部４は、センサーの支持体２の長さのいくらかまたは全てに亘って延びていてもよく、好ましくは、支持体２の円筒状の表面に対する基準線４１がその基部に提供されるように、当該長さの実質的に５０％に亘って延びている。この基準線４１は、また、ススセンサー１を排気ダクトに挿入する際に、深さ方向にススセンサー１を位置決めするのに役立つ。それ故、このような平面部４によって、センサーは、支持体２の形状を補完する形状の挿入オリフィスを備えた排気ダクトに、深さおよび角度の双方に正確に位置決めされうる。
【００３３】
本発明のススセンサー１の保護シールド３は、任意の型の抵抗プローブ６、例えば容量型または図５Ａおよび５Ｂに示すような抵抗型プローブ６、を保護する機能を有する。平面プローブは、任意の適切な手段により、平面プローブ６が保護シールド３の内部に延びるように支持体２に取り付けられている。
【００３４】
平面プローブ６は、第１の面（図５Ａ）と、約９００℃であるエンジン搭載車両の排気ガスの高温に耐えうる、導電性材料、好ましくは金または白金、の２つの電極８，９とを有する、セラミック、好ましくはアルミナにより製造された平らな誘電体基板を有する。２つの電極８，９は、電気伝導体によって２つの電気接続帯１０，１１に接続されている。電気接続帯は、電極８，９の接点を、車両の電子制御ユニットに接続されるために基板７の基部に持ってくることを可能にする。電子制御ユニットは、車両の排気流中のススの濃度をモニターするために、電極８，９の間の電気抵抗測定を行うことを担っている。
【００３５】
基板７、電極８，９、電極８，９のコネクターおよび帯１０，１１は、誘電体材料、例えばガラスまたはガラスセラミック、によって、高さＨおよび幅Ｌの矩形を占めるスス収集領域１２を定める上部を除き、覆われている。この収集領域１２は、平面プローブ６の活性部を構成しており、ここでは電極８，９間の抵抗を測定するために排気ガス流に含まれるススが集められる。
【００３６】
基板７の、図５Ｂに示す、第１の面７ａとは反対側の第２の面７ｂ上では、平面プローブ６が電気抵抗１３を有している。抵抗１３は、車両の電子制御ユニットに接続するために、電気伝導体によって２つの帯１４，１５に接続されている。プローブのこの第２の面７ｂは、また、抵抗を保護するために誘電体材料、例えばガラスまたはガラスセラミックによって覆われている。抵抗は、有利には、面７ａ上の電極８，９および収集領域１２に対して、面７ｂ上で対称に位置している。他の例では、抵抗１３は、また、平面プローブの基板の内部で一体化されていてもよい。
【００３７】
既知のように、抵抗１３の主たる機能は、収集領域１２および電極８，９間のギャップがススにより閉塞し、これにより電極８，９間に伝導性の橋渡しが生じたときのセンサー１の平面プローブ６の再生である。この再生は、平面プローブ６がその帯１０，１１および１４，１５によって接続されている車両またはセンサーの電子制御ユニットによって、収集窓１２が閉塞したことを示す、電極８，９の端子間の抵抗が飽和するか所定の閾値を下回ったときに、電気的に制御される。そして電子制御ユニットは、電極８，９間に堆積したススを焼切るように抵抗１３を加熱させる。
【００３８】
抵抗１３のまた別の機能は、ススセンサー１が位置している排気流内の温度を測定することを可能にすることである。
【００３９】
スス収集領域１２は、例えば平面プローブ６のサイズに応じて、種々の形状および大きさを有しうる。例として、この幅Ｌは、好ましくはおよそ３ミリメートル（ｍｍ）から４ｍｍの範囲にある。そして、保護シールド３の収集窓５の高さｈは、平面プローブ６の収集領域１２の高さＨの関数である。そして好ましいやり方では、本発明に照らして、平面プローブ６の収集領域１２の高さＨに対する収集窓５の高さｈの比は、好ましくは０．５から３の範囲、さらに好ましくは１から２の範囲にある。平面プローブ６および保護シールド３の大きさは、平面プローブが保護シールド３と全く接触することなく、収集窓５を透過するガス流が保護シールド３の内部および平面プローブ６の各面７ａ，７ｂ上を流れることができるように選択することに注意した方がよい。
【００４０】
本発明のススセンサー１は、種々の構成により使用できる。好ましいやり方では、とりわけエンジン搭載車両の粒子フィルターの動作状況を診断するのに役立ててもよく、とりわけ粒子フィルターが損傷を受けているか受けていないかを決定する目的に役立ててもよい。このような状況下において、ススセンサー１は、粒子フィルターより下流の、車両の排気ダクト内に位置している。
【００４１】
また別の応用において、ススセンサー１は、粒子フィルターを再生する段階を最適化し、これにより車両の燃料消費を最小化することを目的として粒子フィルターの負荷の状態を決定するために、粒子フィルターより上流に位置していてもよい。
【００４２】
平面プローブの保護シールド３を使用することによって、本発明のススセンサー１は、内燃機関からの排気ガス流が高速度かつ高温であることに関連する悪い結果を制限することができる。保護シールド３は、第一に、上記流れおよび当該流れが含むスス粒子の、面７ａおよび電極８，９に対する直接の衝突から測定平面プローブ６を保護するために役立つ。保護シールド３は、また、ガス流の直接の流れから平面プローブ６の面７ｂ上の再生抵抗１３を保護し、これにより、平面プローブ６を再生する段階の間、抵抗へのより大きな加熱力が示される。
【００４３】
保護シールド３により、平面プローブ６より上流の排気ガス流ＦＧが曲げられ、当該プローブより下流、保護シールド３の収集窓５の領域で、流線の乱流が生じる。この乱流は、収集窓５の近傍における上記流れの速度を下げ、次いで、乱された流れがシールド内に透過することを促進する、それ故、平面プローブ６上へのより低い速度でのススの堆積を促進する傾向にある負圧を発生させる。
【００４４】
平面プローブ６の収集領域１２に対してススが衝突する場所により、ススに対するセンサーの応答が決定される。それ故、上記流れの速度に対して低感度とするために、排気流の速度によらず、かつ常に同じ比率において、すなわち流速度に対する衝突速度の比を一定として、ススが、プローブの収集領域１２内の平面プローブ６の面７ａに衝突することが必要である。好ましいやり方において、このために、面７ａおよび収集領域１２は収集窓５に面して位置している。換言すれば、平面プローブ６の面７ａは収集窓５に向けて面している。
【００４５】
さらに、内燃機関により生成したススは凝集することがあり、数マイクロメートルの直径を示す凝集体を形成しうる。もし、これらの凝集体がススセンサー１の平面プローブ６に対して直接衝突する場合、凝集体によって平面プローブの電極８，９が直接飽和することがあり、凝集体のサイズを考えると、凝集体が分離し、上記流れにより運び去られることが考えられる。これにより、排気流中のススの濃度を効果的に測定することが妨げられる。それ故、このような凝集体の収集を避けることが重要である。
【００４６】
シールドにより生じた流れの屈曲によって、ガス流に含まれる凝集体は、曲げられた後、本発明のススセンサー１の保護シールド３より下流の排気流中の実質的に直線的な経路に沿って慣性により移動し続ける一方で、凝集していない粒子は、センサー１より下流のガス流の揺乱に供され、渦を伴った乱れた流路に従って移動し、当該粒子が保護シールド３の収集窓５に向かって、およびその中に配置された平面プローブ６に向かって戻る効果が促進される。
【００４７】
本発明のススセンサーの保護シールド３によって、また、フィルターが万一機能しなくなった場合に、粒子フィルターからの想定される金属および／またはセラミックの細片に対する平面プローブ６の十分な機械的保護が提供される。
【００４８】
最後に、保護シールド３は、熱衝撃および平面プローブ６を構成するセラミックの破損を導くかもしれない任意の液体の飛沫から平面プローブ６を保護する。
【００４９】
結果として、本発明のススセンサー１は、衝突および排気流の温度に対する抵抗型平面プローブ６の機械的な保護を提供するように働くのみならず、微粒子、すなわち現実には５マイクロメートル（μｍ）未満の最大サイズを有する粒子、の収集が促進される一方で、凝集した粒子の収集を最小限とするように、スス粒子の間から選択するように有利に働く。さらに、本発明のススセンサーによれば、高速度および高温のガス流であったとしても、ススを焼き切ることによるセンサーの再生がより容易となる。
【００５０】
生じた排気流を乱すことにより、本発明のススセンサー１は、また、減速された速度かつ均一な様子でスス粒子を平面プローブ６上に堆積させることができる。これにより、排気流内で生じる粒子の状態に対して最大限の低感度性が得られるように、長時間にわたるセンサー１からの信頼できる応答が促進される。
【００５１】
本発明では、それ故、上述したススセンサー１により、抵抗型の、または容量型でもありうる、平面プローブ６を利用して、ススの濃度を測定する目的のためにススを収集する新しい方法を定め、および実施することが可能になる。
【００５２】
当該方法では、平面プローブより上流のガス流が、平面プローブをその面の全てにおいて完全に覆い、かつガス流中の平面プローブより下流に位置する保護シールドの表面に形成された単一の開かれたスス収集窓を含む保護シールドによって、以下のように曲げられる：
・ガス流に含まれるかもしれないススおよび任意の細片に対する直接の全面衝突からプローブを保護する；および
・乱流を発生させて平面プローブより下流のガス流の速度を減じることにより、粒子をそのサイズに応じて選択する。
【００５３】
これにより、平面プローブの機械的な保護、および上記平面プローブ上へのススの均一な堆積が引き起こされる。
【００５４】
当該方法が実施される間、ススは、保護シールド３に形成された収集窓５から後退して配置された平面プローブ６の第１の面７ａの収集領域１２に集められる。
【００５５】
好ましくは、平面プローブ６の第１の面７ａ上のスス収集領域１２が保護シールド３に形成された収集窓５に面して位置することを確実とするように、注意を図る。
【００５６】
最後に、保護シールド３の縦軸Ｘ−Ｘ’がガス流の流れる方向に対して垂直に延び、平面プローブ６が保持シールド３内で当該シールドの縦軸Ｘ−Ｘ’に沿って同様に縦に延びているようにススセンサー１がガス流中に挿入されることを確実とするように、また、注意を図るべきである。
【００５７】
図８および９は、本発明のススセンサー１の保護シールド３により得られる粒子選別の大きな効果をより具体的に示す。
【００５８】
例えば、１０ｎｍから５μｍの範囲にあるサイズの種々のスス粒子を含む排気流ＦＧ中の上述したような平面プローブ６の前に置かれた準円筒形状の保護シールド３を備える、本発明に従ったセンサーについて実施された種々のシミュレーションを示す図８から理解できるように、１０ｎｍから５００ｎｍの範囲にある粒子サイズについて平面プローブ６より下流の粒子濃度は非常に大きく、最大限の流れの乱れによりススが平面プローブ６に向けて戻されていることが分かった。
【００５９】
反対に、より大きなサイズ、特に７５０ｎｍから５μｍの範囲内の粒子について、平面プローブ６上の粒子の濃度および平面プローブ６より下流の流れの乱れははるかに限定されており、実際、５μｍの粒子は存在しなかった。本発明のススセンサー１は、それ故、小さいサイズの粒子、特に数十から数百ナノメートルの範囲にあるサイズを有する粒子の収集を大きく増進させ、一方で、粒子の凝集体であると考えうる、より大きな粒子は収集されない。
【００６０】
これらの見解は、また、図９Ａおよび９Ｂにおいて確認される。図９Ａおよび９Ｂでは、本発明のススセンサー１を利用して測定した粒子の濃度が、与えられた異なる排気流の流速度についての粒子のサイズの関数として、および与えられた異なるサイズについての排気流中の粒子の速度の関数として、それぞれプロットされている。
【００６１】
このように、図９Ａでは、毎秒１０メートル（ｍ／ｓ）から１００ｍ／ｓの範囲の上記流れの流速度にかかわらず、集められた粒子の濃度が、粒子が１００ｎｍよりも大きいサイズを示すときに非常に突然に落ちることを、全体として理解できる。
【００６２】
この見解は、また、図９Ｂを見て確認される。図９では、同様に、５００ｎｍより大きいサイズの粒子の濃度が、排気流の速度が増加するにつれて減少しており、一方、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲にあるサイズの粒子の濃度は、実際、速度の増加につれて変化しているが、増加する流速度に伴う通常の傾向に従って必ずしも大幅に落ちていないことが示されている。
【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１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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