(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部（２）と、該被堆積部（２）に配置された少なくとも一対の検出電極（３）とを備え、
該一対の検出電極（３）に捕集電圧を印加することで発生する電界によって上記被堆積部（２）上に上記粒子状物質を静電捕集すると共に、上記粒子状物質が上記被堆積部（２）上に堆積することによる上記一対の検出電極（３）間における電気抵抗値の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されており、
上記被堆積部（２）の表面には、上記粒子状物質よりも電気抵抗値が高い材料からなり、上記一対の検出電極（３）をつなぐように形成された高抵抗部（５）が形成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ（１）。
【請求項２】
上記高抵抗部（５）がセラミック材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出センサ（１）。
【請求項３】
上記高抵抗部（５）を形成する材料の電気抵抗値が、１０7Ω〜１０15Ωであることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子状物質検出センサ（１）。
【請求項４】
上記検出電極（３）の表面は、電極保護層（５１）によって被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１）。
【請求項５】
上記被堆積部（２）に堆積した上記粒子状物質を除去する加熱手段（６）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１）を備えていることを特徴とする粒子状物質検出装置（１００）。
【請求項７】
上記粒子状物質検出センサ（１）によって出力された上記電気信号を基に上記排ガス中に含まれる粒子状物質の数を算出するよう構成された粒子数検出手段（７１）を備えており、該粒子数検出手段（７１）は、上記粒子状物質検出センサ（１）における電気信号の出力値を時間微分して得られた時間微分値を基に、排ガス中における単位体積あたりの上記粒子状物質の数を算出することを特徴とする請求項６に記載の粒子状物質検出装置（１００）。
【請求項８】
予め計測された上記粒子状物質の数と上記時間微分値との関係を示す粒子数補正データを有し、上記粒子数補正データを用いて上記粒子状物質の数を算出することを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質検出装置（１００）。
【請求項９】
排ガスの温度を検出する温度検出手段（７２）と、
上記高抵抗部（５）の温度と、上記高抵抗部（５）の電気抵抗値との関係を示す温度特性データを有する抵抗値補正手段（７３）とを有しており、
該抵抗値補正手段（７３）は、上記温度検出手段（７２）によって検出された温度を基に、上記温度特性データを用いて上記高抵抗部（５）における補正抵抗値を算出し、
該補正抵抗値を用いて、上記粒子状物質検出センサ（１）から出力される電気信号を補正することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスに含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出センサ及び粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）を捕集する排ガス浄化装置が設けられている。この排ガス浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサを有する粒子状物質検出装置を備えている。排ガス浄化装置においては、粒子状物質検出装置によって得られた情報を基に故障検知が行われている。
【０００３】
排ガス浄化装置に用いられる粒子状物質検出センサとしては、例えば、特許文献１に示されたものがある。
特許文献１の粒子状物質検出センサは、耐熱性電気絶縁部材と一対の電極部とを有しており、耐熱性電気絶縁部材に粒子状物質を堆積させることにより、検出電極間において電気的特性が変化することを利用して、粒子状物質の量を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−６００１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の粒子状物質検出センサには以下の課題がある。
特許文献１の粒子状物質検出センサは、一対の電極部間に粒子状物質が堆積しても、粒子状物質が電極部間に導通パスを形成するまでの間は粒子状物質の量を検出することができない。そのため、粒子状物質の捕集開始から、粒子状物質検出センサの出力開始までに不感時間が生じ、粒子状物質の検出に遅れが生じる。
【０００６】
また、自動車においては、内燃機関から発生した排ガスによる環境負荷を低減するための手段の一つとして、排ガスに含まれる粒子状物質の排出量が規制されている。これまでの排ガス規制においては、排ガスにおける粒子状物質の質量を規制していたが、今後、排ガス規制の強化に伴い、排ガスに含まれる粒子状物質の数量の規制が予想される。しかし、特許文献１の粒子状物質検出センサを用いた粒子状物質検出装置においては、粒子状物質の質量を検出できるものの、粒子状物質の数を検出することができない。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の堆積量を速やかに検出可能な粒子状物質検出センサ、及び粒子状物質の数を検出することができる粒子状物質検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部と、該被堆積部に配置された少なくとも一対の検出電極とを備え、
該一対の検出電極に捕集電圧を印加することで発生する電界によって上記被堆積部上に上記粒子状物質を静電捕集すると共に、上記粒子状物質が上記被堆積部上に堆積することによる上記一対の検出電極間における電気抵抗値の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されており、
上記被堆積部の表面には、上記粒子状物質よりも電気抵抗値が大きい材料からなり、上記一対の検出電極をつなぐように形成された高抵抗部が露出して形成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサにある。
【０００９】
本発明の他の態様は、上記粒子状物質検出センサを備えており、
上記粒子状物質検出センサによって出力された上記電気信号を基に上記排ガス中に含まれる粒子状物質の数を算出するよう構成された粒子数検出手段を備えていることを特徴とする粒子状物質検出装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
上記粒子状物質検出センサは、上記高抵抗部を備えている。そのため、上記粒子状物質検出センサにおける上記一対の検出電極は、上記高抵抗部によって導通した状態にある。したがって、上記高抵抗部に粒子状物質が付着すると、粒子状物質の付着量に応じて、上記高抵抗部の電気抵抗値が低下する。これにより、上記被堆積部上に堆積した上記粒子状物質が導通パスを形成しなくとも、上記粒子状物質の捕集開始時から上記粒子状物質の堆積量を速やかに検出することができる。
【００１１】
また、上記粒子状物質検出センサは、上記高抵抗部に上記粒子状物質を堆積させることで、上記粒子状物質の量を検出することができる。そのため、排ガスに含まれる灰分（Ａｓｈ）の影響を抑制し、上記粒子状物質検出センサの耐久性を向上することができる。すなわち、排ガス中の灰分は、上記一対の検出電極の一方に堆積していき、該検出電極の表面を覆っていく。この灰分は絶縁体であるため、上記高抵抗部を備えていない粒子状物質検出センサにおいては、灰分によって検出電極と上記粒子状物質との導通が阻害され検出感度が低下する。一方、上記粒子状物質検出センサは、上記高抵抗部における電気抵抗値の変化を検出することができる。そのため、上記検出電極が上記灰分によって覆われたとしても、上記粒子状物質の量を検出することができる。それゆえ、上記粒子状物質検出センサにおける検出感度の低下を抑制し、耐久性を向上することができる。
【００１２】
また、上記粒子状物質検出センサは、上記一対の検出電極に捕集電圧を印加することで、上記被堆積部上に上記粒子状物質を引き寄せることができる。これにより、上記粒子状物質を効率良く捕集し、より速やかに上記粒子状物質の堆積量を検出することができる。
【００１３】
また、上記粒子状物質検出装置は、上記粒子状物質検出センサと上記粒子数検出手段とを備えている。上記粒子状物質検出センサにおいては、上述のごとく、上記粒子状物質の堆積量に応じて、電気信号の出力値が変化する。したがって、上記粒子状物質検出センサの出力値は、上記粒子状物質の堆積量に関する情報を備えたものであり、その経時的変化から、上記被堆積部上に堆積した上記粒子状物質の数を精度よく算出することができる。
【００１４】
以上のごとく、本発明によれば、粒子状物質の堆積量を速やかに検出可能な粒子状物質検出センサ及び粒子状物質の数を検出することができる粒子状物質検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、粒子状物質検出センサを示す説明図。
【図２】図１における、II-II矢視断面図。
【図３】実施例１における、粒子状物質検出装置を示す説明図。
【図４】実施例１における、粒子状物質検出センサにおける出力電圧を示すグラフ。
【図５】比較試験の試験条件１における、（ａ）定置型スート測定装置の検出結果を示すグラフ、（ｂ）粒子状物質検出センサ及び粒子状物質検出装置の検出結果を示すグラフ。
【図６】比較試験の試験条件２における、（ａ）定置型スート測定装置の検出結果を示すグラフ、（ｂ）粒子状物質検出センサ及び粒子状物質検出装置の検出結果を示すグラフ。
【図７】実施例２における粒子状物質検出センサを示す説明図。
【図８】実施例３における粒子状物質検出センサを示す説明図。
【図９】図８における、IX−IX矢視断面図。
【図１０】実施例４における、粒子状物質検出センサを示す説明図。
【図１１】図１０における、XI−XI矢視断面図。
【図１２】実施例４における、粒子状物質検出センサの構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記粒子状物質検出センサにおいて、上記高抵抗部がセラミック材料により形成されていることが好ましい。この場合には、上記高抵抗部における耐熱性及び耐久性を向上することができる。
【００１７】
また、上記高抵抗部を形成する材料の電気抵抗値が、１０7Ω〜１０15Ωであることが好ましい。この場合には、上記高抵抗部が、上記粒子状物質よりも十分に大きな電気抵抗値を有し、上記高抵抗部における上記粒子状物質の堆積に伴う電気抵抗値の変化を効率良く検出することができる。
上記高抵抗部における材料の電気抵抗値が１０7Ω未満の場合、上記高抵抗部における導電性が高くなり、上記粒子状物質の電気抵抗値の変化を検出できない場合がある。また、上記高抵抗部における材料の電気抵抗値が１０15Ωを超える場合、上記高抵抗部が絶縁体となり、不感時間が増大する場合がある。
【００１８】
また、上記検出電極の表面は、電極保護層によって被覆されていることが好ましい。排ガス中の灰分（Ａｓｈ）が溶融した状態で上記被堆積部上に付着すると上記検出電極と上記被堆積部との間に浸入する場合がある。溶融した灰分が上記検出電極と上記被堆積部との間において固化すると、上記検出電極が上記灰分によって押上げられる。さらに、上記検出電極と上記被堆積部との間において、灰分の浸入が繰り返されると、上記検出電極の脱落や破損に到るおそれがある。上記粒子状物質検出センサは、上述のごとく、上記検出電極を露出させなくとも上記粒子状物質の量を検出することができる。したがって、上記検出電極が上記電極保護層によって覆われていても上記粒子状物質を検出することが可能であり、上記電極保護層を設けることにより、上記検出電極と上記被堆積部との間への灰分の浸入を抑制し耐久性を向上することができる。
【００１９】
また、上記粒子状物質検出装置は、上記粒子状物質検出センサによって出力された上記電気信号を基に上記排ガス中に含まれる粒子状物質の数を算出するよう構成された粒子数検出手段を備えており、該粒子数検出手段は、上記粒子状物質検出センサにおける電気信号の出力値を時間微分して得られた時間微分値を基に、排ガス中における単位体積あたりの上記粒子状物質の数を算出することが好ましい。この場合には、上記電気信号を基に、上記粒子状物質の数を正確かつ速やかに検出することができる。
【００２０】
また、予め計測された排ガスにおける単位体積あたりの上記粒子状物質の数と上記時間微分値との関係を示す粒子数補正データを有し、上記粒子数補正データを用いて上記粒子状物質の数を算出することが好ましい。この場合には、粒子数補正データを用いることで上記時間微分値を基に、上記粒子状物質の数をより容易に検出することができる。
【００２１】
また、排ガスの温度を検出する温度検出手段と、
上記高抵抗部の温度と、上記高抵抗部の電気抵抗値との関係を示す温度特性データを有する抵抗値補正手段とを有しており、
該抵抗値補正手段は、上記温度検出手段によって検出された温度を基に、上記温度特性データを用いて上記高抵抗部における補正抵抗値を算出し、
上記補正抵抗値を用いて、上記粒子状物質検出センサから出力される電気信号を補正することが好ましい。排ガス等の影響により、上記高抵抗部の温度が変化した際に、該高抵抗部の電気抵抗値が変化する。上記補正抵抗値を用いて上記電気信号を補正することにより、上記電気信号から上記高抵抗部の電気抵抗値の変化による影響を除外することができる。これにより、上記粒子状物質の堆積に伴う上記一対の検出電極間における電気抵抗値の変化を正確に検出することができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
上記粒子状物質検出センサ及び上粒子状物質検出装置にかかる実施例について、図１〜図４を参照して説明する。
粒子状物質検出センサ１は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部２と、該被堆積部２に配置された少なくとも一対の検出電極３とを備えている。粒子状物質検出センサ１は、一対の検出電極３に捕集電圧を印加することで発生する電界によって被堆積部２上に粒子状物質を静電捕集する。また、粒子状物質検出センサ１は、粒子状物質が被堆積部２上に堆積することによる一対の検出電極３間における電気抵抗値の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されている。
被堆積部２の表面には、粒子状物質よりも電気抵抗値が大きい材料からなり、一対の検出電極３をつなぐように形成された高抵抗部５が露出して形成されている。
【００２３】
以下、さらに詳細に説明する。
図３に示すごとく、粒子状物質検出装置１００は、自動車に搭載された内燃機関８から、排気管８１を通じて排出される排ガスに含まれる粒子状物質を検出するためのものである。本例の内燃機関８は、過給器を搭載したディーゼルエンジンである。また、内燃機関８に接続された排気管５１には、酸化触媒５２１（ＤＯＣ）及びパティキュレートフィルタ５２２（ＤＰＦ）を備えた浄化システム５２が設けられている。
【００２４】
粒子状物質検出装置１００は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサ１と、粒子状物質検出センサ１から出力された電気信号を受信するコントロールユニット１０１とを備えている。
【００２５】
図１及び図３に示すごとく、粒子状物質検出センサ１は、排気管における浄化システムの下流側に設けてある。粒子状物質検出センサ１は、粒子状物質の量を検出するＰＭセンサであり、粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部２と、被堆積部２を加熱する加熱手段６とを備えている。
【００２６】
被堆積部２は、略長方形の板状をなしており、絶縁性材料によって形成されている。被堆積部２における粒子状物質を堆積させる一面には、互いに離れて配置された一対の検出電極３と、一対の検出電極３同士をつなぐ高抵抗部５とが形成されている。一対の検出電極３は、導電性材料からなり、被堆積部２の表面にパターン印刷によって形成されている。一対の検出電極３は、被堆積部２における長手方向と平行に形成された電極基部３１と、電極基部３１から長手方向と直交して延設された複数の櫛歯部３２とをそれぞれ有している。各検出電極３は、電極基部３１が互いに向かい合うように配置されると共に、一方の検出電極３における櫛歯部３２の間に、他方の検出電極３における櫛歯部３２が入り込むように配置されている。粒子状物質の捕集時に一対の検出電極３には、捕集電圧が印加され、検出電極３の周囲に形成される電界によって、検出電極３へと粒子状物質を誘引することができる。
【００２７】
高抵抗部５は、被堆積部２において、一対の検出電極３の電極基部３１の外縁及び長手方向の両端に配設された櫛歯部３２の外縁よりも内側の範囲の全面に形成されている。したがって、本例の粒子状物質検出センサ１は、上述の範囲内において、一対の検出電極３の表面が高抵抗部５によって覆われている。したがって、本例の粒子状物質検出センサ１において、高抵抗部５は、検出電極３の表面を覆う電極保護層５１を兼ねるものである。
高抵抗部５は、粒子状物質よりも電気抵抗値が大きく、かつわずかな導電性を備えた材料からなり、例えば、ジルコニア等のセラミック材料を用いることができる。また、高抵抗部５における電気抵抗値は、１０7Ω〜１０15Ωであることが好ましく、本例においては、１０12Ωである。
【００２８】
粒子状物質検出センサ１において、高抵抗部５に粒子状物質が堆積すると、一対の検出電極３間の電気抵抗値が低下する。このとき、高抵抗部５によって、一対の検出電極３間が導通しているため、粒子状物質が一対の検出電極３間を繋ぐ導通パスを形成しなくとも、高抵抗部５上に粒子状物質が付着することによって一対の検出電極３間における電気抵抗値の低下が生じる。一対の検出電極３の間には電圧が印加されており、一対の検出電極３間の電気抵抗値の変化に伴い、検出電極３間を流れる電気信号としての電流量が変化する。これにより、粒子状物質検出センサ１からコントロールユニット１０１へと出力される電流値が変化する。つまり、粒子状物質検出センサ１から出力される電流値は、高抵抗部５における粒子状物質の堆積質量に応じて変化するものであり、粒子状物質の堆積量に関する情報を有するものである。コントロールユニット１０１は、シャント抵抗を備えており、出力された電流値とシャント抵抗の積で算出される電圧をＥＣＵ１０２（エンジンコントロールユニット）へと出力する。
【００２９】
加熱手段６は、電源から供給される電流を流通することで発熱する熱線６２と、熱線６２が配設された絶縁性材料からなる加熱基部６１とを有している。加熱手段６は、被堆積部２における一対の検出電極３が配置された側と反対側に、被堆積部２と積層して配置されている。加熱手段６は、被堆積部２に捕集された粒子状物質を除去するための加熱を行うように構成されている。
【００３０】
粒子状物質検出装置１００は、上述の粒子状物質検出センサ１と、排ガス中の単位体積あたりの粒子状物質の数を算出する粒子数検出手段７１と、排ガスの温度を検出する温度検出手段７２と、排ガスの温度に応じて高抵抗部５の電気抵抗値を補正する抵抗値補正手段７３とを有している。尚、粒子数検出手段７１及び抵抗値補正手段７３は、コントロールユニット１０１に内蔵されている。
【００３１】
粒子数検出手段７１は、粒子状物質検出センサ１における電気信号の出力値である出力電圧を受信すると共に、出力電圧を時間微分して時間微分値を算出する。この時間微分値は、高抵抗部５に堆積した粒子状物質の数を示すものである。本例の粒子数検出手段７１は、排ガス中の単位体積あたりの粒子状物質の数と時間微分値との関係を示す粒子数補正データを有しており、時間微分値を基に粒子数補正データを用いて、排ガス中の単位体積当たりの粒子状物質の数を算出することができる。
【００３２】
温度検出手段７２は、排ガスの温度を検出する温度センサからなり、排気管８１内の粒子状物質検出センサ１近傍に配設してあり、粒子状物質検出センサ１の高抵抗部５の温度を検出している。
抵抗値補正手段７３は、高抵抗部５の温度と高抵抗部５の電気抵抗値との関係を示す温度特性データを有している。抵抗値補正手段７３は、温度検出手段７２によって検出された温度を基に、温度特性データを用いて高抵抗部５における補正抵抗値を算出することができる。この補正抵抗値を用いて、粒子状物質検出センサ１の電気信号から高抵抗部５の電気抵抗値の変化による影響を除外するよう補正を行う。
【００３３】
本例の粒子状物質検出装置においては、まず、粒子状物質検出センサ１の電気信号を、抵抗値補正手段７３によって補正し、補正電気信号を算出する。そして、粒子数検出手段７１において、補正された補正電気信号を時間微分して時間微分値を算出すると共に、粒子数補正データを用いて排ガス中の単位体積当たりの粒子状物質の数を算出する。
【００３４】
次に、本例の作用効果について説明する。
粒子状物質検出センサ１は、高抵抗部５を備えている。そのため、粒子状物質検出センサ１における一対の検出電極３は、高抵抗部５によって導通した状態にある。したがって、高抵抗部５に粒子状物質が付着すると、粒子状物質の付着量に応じて、高抵抗部５の電気抵抗値が低下する。これにより、被堆積部２上に堆積した粒子状物質が導通パスを形成しなくとも、粒子状物質の捕集開始時から粒子状物質の堆積量を速やかに検出することができる。
【００３５】
また、粒子状物質検出センサ１は、高抵抗部５に粒子状物質を堆積させることで、粒子状物質の量を検出することができる。そのため、排ガスに含まれる灰分（Ａｓｈ）の影響を抑制し、粒子状物質検出センサ１の耐久性を向上することができる。すなわち、排ガス中の灰分は、一対の検出電極３の一方に選択的に堆積していき、該検出電極３の表面を覆っていく。この灰分は絶縁体であるため、高抵抗部５を備えていない粒子状物質検出センサ１においては、灰分によって検出電極３と粒子状物質との導通が阻害され検出感度が低下する。一方、粒子状物質検出センサ１は、高抵抗部５における電気抵抗値の変化を検出することができる。そのため、検出電極３が灰分によって覆われたとしても、粒子状物質の量を検出することができる。それゆえ、粒子状物質検出センサ１における検出感度の低下を抑制し、耐久性を向上することができる。
【００３６】
また、粒子状物質検出センサ１は、一対の検出電極３に捕集電圧を印加することで、被堆積部２上に粒子状物質を引き寄せることができる。これにより、粒子状物質を効率良く捕集し、より速やかに粒子状物質の堆積量を検出することができる。
【００３７】
また、高抵抗部５は、セラミック材料により形成されている。そのため、耐熱性に優れ、適度な電気抵抗値を備えた高抵抗部５を得ることができる。
【００３８】
また、高抵抗部５を形成する材料の電気抵抗値が、１０7Ω〜１０15Ωである。そのため、高抵抗部５が粒子状物質よりも十分に大きな電気抵抗値を有し、高抵抗部５における粒子状物質の堆積に伴う電気抵抗値の変化を効率良く検出することができる。
【００３９】
また、検出電極３の表面は、電極保護層５１によって被覆されている。排ガス中の灰分（Ａｓｈ）が溶融した状態で被堆積部２上に付着すると検出電極３と被堆積部２との間に浸入する場合がある。溶融した灰分が検出電極３と被堆積部２との間において固化すると、検出電極３が灰分に押上げられる。そのため、灰分の浸入が繰り返されると、検出電極３の脱落や破損に到るおそれがある。粒子状物質検出センサ１は、上述のごとく、検出電極３を露出させなくとも粒子状物質の量を検出することができる。したがって、電極保護層５１を形成しても粒子状物質を検出することができる。したがって、検出電極３が電極保護層５１によって覆われていても粒子状物質を検出することが可能であり、電極保護層５１を設けることにより、検出電極３と被堆積部５との間への灰分の浸入を抑制し耐久性を向上することができる。
【００４０】
図４は、粒子状物質検出センサに灰分を付着させるＡｓｈ耐久試験前後の出力電圧を示すグラフであり、縦軸を出力電圧とし、横軸を検出時間とした。図４において、実線Ｌ１は、粒子状物質検出センサ１におけるＡｓｈ耐久試験後の出力電圧、実線Ｌ２は検出電極５が電極保護層５１によって被覆されていない粒子状物質検出センサの出力電圧を示している。尚、耐久試験前の粒子状物質検出センサの出力電圧は、いずれも破線Ｂ１によって示している。図４の実線Ｌ２に示すごとく、電極保護層５１を設けていない粒子状物質検出センサにおいては、Ａｓｈ耐久試験後に出力電圧の大幅な低下が見られた。また、図４の実線Ｌ１に示すごとく、電極保護層５１を設けた粒子状物質検出センサ１においては、Ａｓｈ耐久試験後の出力電圧の低下量は、電極保護層５１を設けていない粒子状物質検出センサに比べて極めて小さく、粒子状物質検出センサ１の耐久性が向上していることが確認された。
【００４１】
また、被堆積部２に堆積した粒子状物質を除去する加熱手段６を備えている。そのため、検出開始時における誤差を低減し、高抵抗部５に堆積した粒子状物質の量を正しく検出することができる。
【００４２】
また、粒子状物質検出装置１００は、粒子状物質検出センサ１と粒子数検出手段７１とを備えている。粒子状物質検出センサ１においては、上述のごとく、粒子状物質の堆積量に応じて、電気信号の出力値が変化する。したがって、粒子状物質検出センサ１の出力値は、粒子状物質の堆積量に関する情報を備えたものであり、その経時的変化から、被堆積部２上に堆積した粒子状物質の数を精度よく算出することができる。
【００４３】
また、粒子状物質検出センサ１によって出力された電気信号を基に排ガス中に含まれる粒子状物質の数を算出するよう構成された粒子数検出手段７１を備えており、粒子数検出手段７１は、粒子状物質検出センサ１における電気信号の出力値を時間微分して得られた時間微分値を基に、排ガス中における単位体積あたりの粒子状物質の数を算出する。そのため、電気信号を基に、粒子状物質の数を正確かつ速やかに検出することができる。
【００４４】
また、予め計測された粒子状物質の数と時間微分値との関係を示す粒子数補正データを有し、粒子数補正データを用いて粒子状物質の数を算出する。そのため、電気信号を基に、粒子状物質の数をより容易に検出することができる。
【００４５】
また、排ガスの温度を検出する温度検出手段７２と、高抵抗部５の温度と、高抵抗部５の電気抵抗値との関係を示す温度特性データを有する抵抗値補正手段７３とを有しており、該抵抗値補正手段７３は、温度検出手段７２によって検出された温度を基に、温度特性データを用いて高抵抗部５における補正抵抗値を算出し、補正抵抗値を用いて、粒子状物質検出センサ１から出力される電気信号を補正している。排ガス中において高抵抗部５の温度が変化した際に、高抵抗部５の電気抵抗値が変化する。補正抵抗値を用いて上記電気信号を補正することにより、電気信号から高抵抗部５の電気抵抗値の変化による影響を除外することができる。これにより、粒子状物質の堆積に伴う一対の検出電極３間における電気信号の変化を正確に検出することができる。
【００４６】
以上のごとく、本例によれば、粒子状物質の堆積量を速やかに検出可能な粒子状物質検出センサ１及び粒子状物質の数を検出することができる粒子状物質検出装置１００を提供することができる。
【００４７】
（比較試験）
本試験においては、粒子状物質検出装置１００における検出結果と、定置型スート計測装置における検出結果との比較を行った。
本試験に用いた粒子状物質検出装置１００は、実施例１に示したものと同一である。尚、時間微分値は、粒子状物質検出センサ１によって検出された出力電圧を時間微分したものであり、粒子数補正データによる補正を行う前のデータである。
定置型スート計測装置としては、ＴＳＩ社製ＥＥＰＳ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅｒ）を用いた。
【００４８】
本試験は、以下の２種類の試験条件１、２によって実施した。
試験条件１は、排ガスの温度を２００℃、流量を３５Ｌ／ｓｅｃ、粒子状物質濃度を約１．６×１０13個／ｍ3として、排ガス中に含まれる粒子状物質の数を検出した。
試験条件２は、排ガスの温度を２００℃、流量を３５Ｌ／ｓｅｃとし、排ガス中の粒子状物質濃度を一定時間おきに変化させ、粒子状物質の数を検出した。尚、排ガス中の粒子状物質濃度は、約２．０×１０13個／ｍ3と約１．０×１０13個／ｍ3に変化させた。
【００４９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、試験条件１の結果を示すグラフである。
図５（ａ）は、縦軸を排ガス中の単位体積あたりの粒子状物質の数とし、横軸を検出時間としたグラフである。図５（ａ）における実線Ｌ３は、定置型スート計測装置における検出結果を示すものである。定置型スート計測装置において、粒子状物質の捕集を開始すると出力値が増大した後、一定の出力値にて安定する。そして、捕集を終了すると出力値が低下し０となる。
【００５０】
図５（ｂ）は、縦軸を出力電圧及び時間微分値とし、横軸を検出時間としたグラフである。
図５（ｂ）における破線Ｂ２は、粒子状物質検出センサ１の出力電圧を示すグラフであり、実線Ｌ４は、出力電圧を基に粒子状物質検出装置１００において算出された時間微分値を示すグラフである。
【００５１】
破線Ｂ２に示すごとく、検出電極３に捕集電圧を印加した直後に出力電圧の上昇を開始した。これにより、粒子状物質検出センサ１によって、粒子状物質の堆積による電気抵抗値の減少を検出可能であることが確認された。また、実線Ｌ４に示すごとく、時間微分値は、定置型スート計測装置によって検出された粒子状物質の数と同様の挙動を示している。
【００５２】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、試験条件２の結果を示すグラフである。
図６（ａ）は、縦軸を単位体積あたりの粒子状物質の数とし、横軸を検出時間としたグラフである。図６（ａ）における実線Ｌ５は、定置型スート計測装置における検出結果を示すものである。定置型スート計測装置において、検出を開始すると出力値が上昇した後、一定の出力値にて安定する。そして、検出を終了すると出力値が低下する。また、再度、検出を開始すると出力値が上昇し、検出を開始すると出力値が低下する。
【００５３】
図６（ｂ）は、縦軸を出力電圧及び時間微分値とし、横軸を検出時間としたグラフである。
図６（ｂ）における破線Ｂ３は、粒子状物質検出センサ１の出力電圧を示すグラフであり、実線Ｌ６は、出力電圧を基に粒子状物質検出装置１００において算出された時間微分値を示すグラフである。
破線Ｂ３に示すごとく、検出電極３に捕集電圧を印加すると出力電圧が上昇し、捕集電圧を停止すると出力電圧が停滞し、再度捕集電圧を印加すると出力電圧が上昇した。また、実線Ｌ６に示すごとく、時間微分値は、定置型スート計測装置によって検出された粒子状物質の数と同様の挙動を示している。
【００５４】
上述のごとく、粒子状物質検出センサ１においては、粒子状物質の捕集開始から速やかに出力電圧の上昇が確認された。本例の粒子状物質検出センサ１においては、捕集開始から、数秒〜数分で、出力電圧の上昇が見られた。したがって、粒子状物質検出センサ１によれば、被堆積部２上に導通パスが形成されていなくとも、粒子状物質の量を検出することができる。また、出力電圧の時間微分値は、定置型スート計測装置の出力値と同様の挙動を示しており、粒子数補正データを用いて時間微分値を補正することにより、排ガス中に含まれる粒子状物質の単位体積あたりの数を算出することが可能となる。
【００５５】
（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、実施例１の粒子状物質検出センサ１における構造を一部変更した例である。
本例の粒子状物質検出センサ１の高抵抗部５は、一対の検出電極３の上面には形成されておらず、一対の検出電極３間にのみ形成されている。一対の検出電極３の表面には、電気絶縁性及び排ガス温度に耐える耐熱性を備えた絶縁性材料からなる電極保護層５１が形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
（実施例３）
本例は、図８及び図９に示すごとく、実施例１の粒子状物質検出センサ１における構造を一部変更した例である。
本例の粒子状物質検出センサ１の高抵抗部５は、一対の検出電極３の上面には形成されておらず、一対の検出電極３間にのみ形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
（実施例４）
本例は、図１０〜１２に示すごとく、実施例１とは構造の異なる粒子状物質検出センサ１の例を示すものである。
本例の粒子状物質検出センサ１において、被堆積部２は、絶縁性材料からなる６つの絶縁部材２１と、絶縁部材２１の間に配置された５つの検出電極３とを有している。
【００５８】
絶縁部材２１は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどのセラミック材料を平板状に形成してなる。検出電極３は、焼結前の絶縁部材２１の一面に白金ペーストや銀ペースト等を用いたスクリーン印刷により形成されている。この検出電極３が形成された絶縁部材２１を積層することにより、絶縁部材２１と検出電極３とを交互に積層した積層部４が形成されている。
【００５９】
積層部４においては、正極と負極とが交互に配置されており、隣り合う検出電極３同士が一対の検出電極３を形成している。被堆積部２は、粒子状物絶縁部材２１及び検出電極３の積層方向Ｄと直交する方向に配置された側面に、検出電極３の端面を露出して形成されている。本例の粒子状物質検出センサ１における被堆積部２には、検出電極３の表面と検出電極３の間の被堆積部２の表面を覆うように高抵抗部５が形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  粒子状物質検出センサ
２  被堆積部
３  検出電極
５  高抵抗部
【図１】
0006421617.tif 000002
【図２】
0006421617.tif 000003
【図３】
0006421617.tif 000004
【図４】
0006421617.tif 000005
【図５】
0006421617.tif 000006
【図６】
0006421617.tif 000007
【図７】
0006421617.tif 000008
【図８】
0006421617.tif 000009
【図９】
0006421617.tif 000010
【図１０】
0006421617.tif 000011
【図１１】
0006421617.tif 000012
【図１２】
0006421617.tif 000013