(57)【要約】【課題】排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を精度良く検出することができるパティキュレート排出量検出装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気経路内に設けられるパティキュレート排出量検出装置２０は、固体電解質層２、３内に埋設される第１の電極１０と、固体電解質層３の表面３ａに設けられる第２の電極１１と、第２の電極１１を挟むように固体電解質層３の表面３ａに設けられる絶縁体層４、５と、固体電解質層２、３を加熱する加熱ヒータ１３とを有する検出素子１を備え、固体電解質層２の表面２ａに堆積されるパティキュレートを燃焼させることにより第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの排出量を検出することを特徴とする。【選択図】図１
2009042020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気経路内に設けられ、排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置であって、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、
該固体電解質層内に埋設される第１の電極と、
該第１の電極に対向し前記固体電解質層の一方の表面に設けられる第２の電極と、
微細連通孔を有し、前記固体電解質層の前記一方の表面に前記第２の電極を挟むように隣接して設けられる絶縁体層と、
前記固体電解質層を加熱する加熱手段と、
を有する検出素子を備え、
前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電解質層の他方の表面に堆積されるパティキュレートを燃焼させることにより前記第１の電極と前記第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの排出量を検出することを特徴とするパティキュレート排出量検出装置。
【請求項２】
前記絶縁体層内に温度検出手段が埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のパティキュレート排出量検出装置。
【請求項３】
前記固体電解質層の前記他方の表面を開閉可能に覆うシャッタ部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレート排出量検出装置。
【請求項４】
排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出方法であって、
酸素イオン伝導性を有する固体電界質層と、該固体電解質層内に埋設される第１の電極と、該第１の電極に対向し前記固体電解質層の一方の表面に設けられる第２の電極と、微細連通孔を有し、前記固体電解質層の前記一方の表面に前記第２の電極を挟むように隣接して設けられる絶縁体層と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを有し、エンジンの排気経路内に設けられる検出素子と、前記固体電解質層の他方の表面を開閉可能に覆うシャッタ部材とを用意し、
前記固体電解質層の前記他方の表面に排気ガス中のパティキュレートが堆積するように前記シャッタ部材を所定時間開状態にした後に、前記固体電解質層の前記他方の表面に排気ガス中のパティキュレートが堆積しないように前記シャッタ部材を閉状態にし、
前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電解質層の前記他方の表面に堆積された前記パティキュレートを燃焼させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴とするパティキュレート排出量検出方法。
【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パティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置及びパティキュレート排出量検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば希薄燃焼ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンなどを備えた車両においては、該エンジンから排出される排気ガス中に炭素成分を含む粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート）が含有されているため、パティキュレートを捕集するためのフィルタ部材を排気経路内に設けてパティキュレートの排出量を抑制することが行われている。
【０００３】
前記フィルタ部材を備えた車両では、フィルタ部材に堆積するパティキュレート堆積量が増大するとエンジンの出力低下や燃費増大などの問題を引き起こし得るので、パティキュレート堆積量が多くなるとフィルタ部材に堆積したパティキュレートを燃焼させて除去するフィルタ部材の再生処理が一般に行われている。
【０００４】
フィルタ部材の再生処理に関し、パティキュレートの堆積状態を判断するものとして、フィルタ部材の上流側及び下流側の排気経路にそれぞれ差圧センサを設け、この差圧センサにより検出されるフィルタ部材の前後の差圧に基づいて、パティキュレートの堆積状態を判断するものが知られている。
【０００５】
しかしながら、排気ガス中にはパティキュレートに加えてカルシウムやリンなどの成分からなるアッシュ成分が含まれており、このアッシュ成分はパティキュレートの燃焼時においてもガラス状となってフィルタ部材から除去されずに堆積し得るので、差圧センサにより検出されるフィルタ部材の前後における差圧がアッシュ成分の堆積量によって影響され、パティキュレートの堆積状態を的確に判断できない場合がある。
【０００６】
そこで、フィルタ部材へのパティキュレートの堆積状態を判断するために、フィルタ部材に供給される排気ガス中のパティキュレートの排出量を直接的に測定することが考えられる。パティキュレートの排出量を直接的に測定するものとして、例えば特許文献１には、対向する電極間に浮遊するスモークの濃度を、その電極間に流れる電流量を検出することにより測定するスモーク測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開昭６２ー１３７５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されるスモーク測定装置のように、排気ガスに直接曝される電極を用いて排気ガス中に含まれるパティキュレート排出量を測定する場合、電極材として耐熱性を有する白金などを用いても、電極が次第に酸化されるので正確に測定できない畏れがある。特に、パティキュレートが生成し易い希薄燃焼エンジンでは、排気ガス中の酸素濃度が高いので、このような傾向がより顕著になり得る。
【０００８】
また、特許文献１に開示されるスモーク測定装置のように、電極間に数ミリメートルの間隙を形成し該電極間に排気ガスを通過させてパティキュレート排出量を測定する場合には、電極間にパティキュレートがブリッジ状に堆積して排気ガスの流入が妨げられ、正確に測定できない畏れがある。
【０００９】
そこで、この発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を長期に亘って精度良く検出することができるパティキュレート排出量検出装置及びパティキュレート排出量検出方法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】
【００１０】
このため、本願の請求項１に係るパティキュレート排出量検出装置は、エンジンの排気経路内に設けられ、排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出装置であって、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、該固体電解質層内に埋設される第１の電極と、該第１の電極に対向し前記固体電解質層の一方の表面に設けられる第２の電極と、微細連通孔を有し、前記固体電解質層の前記一方の表面に前記第２の電極を挟むように隣接して設けられる絶縁体層と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段と、を有する検出素子を備え、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電解質層の他方の表面に堆積されるパティキュレートを燃焼させることにより前記第１の電極と前記第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの排出量を検出することを特徴としたものである。
【００１１】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記絶縁体層内に温度検出手段が埋設されていることを特徴としたものである。
【００１２】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記固体電解質層の前記他方の表面を開閉可能に覆うシャッタ部材をさらに備えていることを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項４に係るパティキュレート排出量検出方法は、排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を検出するパティキュレート排出量検出方法であって、
酸素イオン伝導性を有する固体電界質層と、該固体電解質層内に埋設される第１の電極と、該第１の電極に対向し前記固体電解質層の一方の表面に設けられる第２の電極と、微細連通孔を有し、前記固体電解質層の前記一方の表面に前記第２の電極を挟むように隣接して設けられる絶縁体層と、前記固体電解質層を加熱する加熱手段とを有し、エンジンの排気経路内に設けられる検出素子と、前記固体電解質層の他方の表面を開閉可能に覆うシャッタ部材とを用意し、前記固体電解質層の前記他方の表面に排気ガス中のパティキュレートが堆積するように前記シャッタ部材を所定時間開状態にした後に、前記固体電解質層の前記他方の表面に排気ガス中のパティキュレートが堆積しないように前記シャッタ部材を閉状態にし、前記加熱手段によって前記固体電解質層を加熱して前記固体電解質層の前記他方の表面に堆積された前記パティキュレートを燃焼させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、前記パティキュレートの排出量を検出することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願の請求項１に係るパティキュレート排出量検出装置によれば、固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレートを燃焼させることにより、固体電解質層の酸素ポンプ機能を利用して、第１の電極と第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの排出量を精度良く検出することができる。第１の電極が固体電解質層内に埋設され、第２の電極が固体電解質層と絶縁体層との間に挟まれているので、長期に亘って前記効果を得ることができる。
【００１５】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、パティキュレートの燃焼時における温度変化を測定することができ、検出素子の温度と第１の電極と第２の電極との間に生じる起電力との関係から固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレート堆積量を算出することができる。
【００１６】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、固体電解質層の表面を開閉可能に覆うシャッタ部材をさらに備えていることにより、所定時間当たりのパティキュレート排出量を検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１７】
また更に、本願の請求項４に係るパティキュレート排出量検出方法によれば、固体電解質層の表面に堆積されるパティキュレートを燃焼させることにより、固体電解質層の酸素ポンプ機能を利用して、第１の電極と第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの排出量を精度良く検出することができる。第１の電極が固体電解質層内に埋設され、第２の電極が固体電解質層と絶縁体層との間に挟まれているので、長期に亘って前記効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るパティキュレート排出量検出素子を示す概略断面図であり、図２は、前記パティキュレート排出量検出素子の概略斜視図である。図１及び図２に示すように、前記パティキュレート排出量検出素子１は、酸素イオン伝導性を有する第１の固体電解質層２及び第２の固体電解質層３と、第１の固体電解質層２と第２の固体電解質層３との間に埋設される第１の電極１０と、第２の固体電解質層３において第１の電極１０が設けられる表面と反対側の表面３ａに、第１の電極１０に対向して設けられる第２の電極１１と、第２の電極１１を挟むようにして固体電解質層３の表面３ａに隣接して設けられる第１の絶縁体層４と、第１の絶縁体層４に隣接して設けられる第２の絶縁体層５と、を備えている。
【００１９】
また、検出素子１では、第１の絶縁体層４と第２の絶縁体層５との間に温度検出手段としての熱電対１２が設けられ、第２の絶縁体層５において第２の電極１２が設けられる表面と反対側の表面５ａに加熱手段１３（図１参照）としての加熱ヒータ（以下、加熱ヒータ１３）が設けられている。加熱ヒータ１３を作動させることにより、固体電解質層２、３を加熱することができ、固体電解質層２、３が加熱ヒータ１３により加熱される際には、熱電対１２によって検出素子１の温度を測定することができるようになっている。
【００２０】
第１の固体電解質２及び第２の固体電解質層３は、例えばＺｒとＮｄとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｎｄ−Ｏ）、ＺｒとＹとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｙ−Ｏ）、ＺｒとＹｂとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｙｂ−Ｏ）、ＺｒとＬａとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｌａ−Ｏ）、ＺｒとＣａとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｃａ−Ｏ）、ＺｒとＣｅとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｃｅ−Ｏ）、及びＺｒとＰｒとを含む複合酸化物（Ｚｒ−Ｐｒ−Ｏ）などの酸素イオン伝導性を有する固体電解質を用いて形成され、第１の電極１０及び第２の電極１１は、例えばＰｔ、Ｐｔ−Ｒｈなどの熱耐久性を有する材料を用いて形成され、第１の絶縁体層４及び第２の絶縁体層５は、例えば多孔質アルミナ及び多孔質スピネルなどの電気的に絶縁性を有する材料を用いて形成される。また、第１の絶縁体層４及び第２の絶縁体層５は、電気的に絶縁性を有するとともに、後述するように酸素ガスが通過可能であるように微細連通孔を有する材料を用いて形成される。
【００２１】
図３は、前記検出素子の検出原理を説明するための図である。検出素子１では、第１の固体電解質層２において第１の電極１０が設けられる表面と反対側の表面２ａにパティキュレート１５が堆積した状態で加熱ヒータ１３を作動させると、第１の固体電解質層２の表面２ａにおいて、パティキュレート１５の主成分であるカーボン（Ｃ）が、第１の固体電解質層２内の酸素イオン（Ｏ２−）と反応して燃焼し、二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するとともに第１の固体電解質層２に電子（ｅ−）を与える（下記、化学式（１）参照）。
【００２２】
【化１】
2009042020.tif 000003
【００２３】
一方、第２の固体電解質層３において第２の電極１１が設けられる表面３ａでは、第１の絶縁体層４及び第２の絶縁体層５を通じて第２の固体電解質層３の表面３ａに供給される雰囲気中の酸素（Ｏ２）が、電子（ｅ−）を受け取りイオン化して、酸素イオン（Ｏ２−）として第２の固体電解質層３内に取り込まれる（下記、化学式（２）参照）。そして、この酸素イオンは、第２の固体電解質層３及び第１の固体電解質層２内を拡散して第１の固体電解質層２の表面２ａに供給される。
【００２４】
【化２】
2009042020.tif 000004
【００２５】
これにより、検出素子１では、パティキュレート１５、具体的にはカーボンの燃焼に伴って第１の電極１０と第２の電極１１との間に酸素イオン濃度差が生じ、第１の電極１０がマイナス極、第２の電極１１がプラス極となり、第１の電極１０と第２の電極１１との間に起電力が生じる。この起電力は、後述するようにパティキュレートの堆積量に対応しているので、検出素子１では、かかる起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量を検出することができる。
【００２６】
次に、検出素子１において、パティキュレート１５の堆積量と、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力との関係について説明する。
本実施形態では、検出素子１において、第１の固体電解質層２の表面２ａに所定量のパティキュレート１５を堆積させ、第１の固体電解質層２を加熱ヒータ１３により加熱してパティキュレート１５を燃焼させ、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力を測定する試験を行った。
【００２７】
第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力の測定では、第１の電極１０及び第２の電極１１としてＰｔを用い、第１の固体電解質２及び第２の固体電解質３としてＺｒとＮｄとを含む複合酸化物（金属としてのＺｒとＮｄとのモル比は、Ｚｒ：Ｎｄ＝７９：２１）を用い、パティキュレート堆積量１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇの３種類について大気雰囲気中において前記起電力を測定した。また、加熱ヒータ１３によって検出素子１を昇温速度１０℃／ｍｉｎで昇温させ、パティキュレート１５を燃焼させた。
【００２８】
図４は、パティキュレートを燃焼させる際に第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力を示すグラフである。図４では、検出素子１の温度を横軸にとり、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じた起電力を縦軸にとって表示し、パティキュレート堆積量１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇについて、パティキュレート１５の燃焼時に第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力をそれぞれ実線、破線、一点鎖線で示している。
【００２９】
図４に示すように、検出素子１においてパティキュレート１５を燃焼させると、パティキュレート堆積量が１ｍｇ、３ｍｇ、４ｍｇのいずれの場合においても、約４５０℃から起電力が生じ、約５４０℃から約６２０℃の間において起電力が大きくなることが分かった。また、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力は、パティキュレート堆積量が大きいほど大きくなることが分かった。
【００３０】
図５は、パティキュレート堆積量と第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力との関係を示すグラフである。図５では、第１の固体電解質層２の表面２ａに堆積させたパティキュレート堆積量を横軸にとり、検出素子１の温度５６０℃において第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じた起電力を縦軸にとって表示している。
【００３１】
図５に示すように、検出素子１の温度５６０℃において第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じた起電力は、パティキュレート堆積量１ｍｇでは約２２ｍＶ、パティキュレート堆積量３ｍｇでは約３３ｍＶ、パティキュレート堆積量４ｍｇでは約４４ｍＶであり、パティキュレート堆積量に応じて大きくなることが分かった。これにより、検出素子１では、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレート堆積量を検出することができることが分かる。
【００３２】
次に、前記検出素子１を用いたパティキュレート排出量検出装置について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態に係るパティキュレート排出量検出装置を示す図であり、図６の（ａ）は、前記パティキュレート排出量検出装置の上面図、図６の（ｂ）は、前記パティキュレート排出量検出装置の正面図、図６の（ｃ）は、前記パティキュレート排出量検出装置の側面図である。なお、図６（ｃ）では、前記パティキュレート排出量検出装置の一部を切り欠いて断面図で示している。
【００３３】
図６に示すように、前記パティキュレート排出量検出装置２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層２、３と、固体電解質層２、３内に埋設される第１の電極１０と、第１の電極１０に対向し固体電解質層３の表面３ａに設けられる第２の電極１１と、固体電解質層３の表面３ａにおいて第２の電極１１を挟むように隣接して設けられる絶縁体層４、５と、固体電解質層２を加熱する加熱ヒータ１３と、絶縁体層４、５間に埋設される熱電対１２とを有する検出素子１と、検出素子１を収容するハウジング２１とを備えている。
【００３４】
ハウジング２１は、上面部２１ａ、下面部２１ｂ、側面部２１ｃ、正面部２１ｄ及び背面部２１ｅによって箱状に形成され、ハウジング２１内には、第１の固体電解質層２の表面２ａがハウジング２１の正面部２１ｄに対向するようにして検出素子１が配設されている。
【００３５】
ハウジング２１の正面部２１ｄには、第１の固体電解質層２の表面２ａに対応して四角状に形成される第１の開口部２２が設けられるとともに、図示しない駆動機構によって上下方向（矢印Ｚ方向）に移動可能に構成される平板状のシャッタ部材２５が取り付けられ、該シャッタ部材２５により第１の固体電解質層２の表面２ａを開閉可能に覆うことができるようになっている。
【００３６】
また、ハウジング２１の背面部２１ｅには、第２の開口部２３が設けられ、該第２の開口部２３を通じて酸素ガスがハウジング２１内に取り込まれ、この酸素ガスが第２の絶縁体層５及び第１の絶縁体層４を通じて第２の固体電解質層３の表面３ａに供給されるようになっている。なお、ハウジング２１やシャッタ部材２５は、例えばステンレスなど耐熱性を有する材料を用いて成形される。
【００３７】
前記パティキュレート排出量検出装置２０はまた、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力を検出する起電力検出手段（不図示）を備えるとともに、パティキュレート排出量検出装置２０の作動を総合的に制御する制御ユニット（不図示）を備えている。前記制御ユニットは、シャッタ部材２５の上下（開閉）駆動や加熱ヒータ１３の作動を制御するととともに、前記起電力検出手段によって検出される起電力に基づいてパティキュレートの排出量を検出する。具体的には、前記制御ユニットは、熱電対１２によって検出される検出素子１の温度と前記起電力検出手段によって検出される起電力に基づいてパティキュレート堆積量を算出し、このパティキュレート堆積量からパティキュレートの排出量を検出する。なお、前記制御ユニットは、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
【００３８】
このようにして構成されるパティキュレート排出量検出装置２０を用いて排気ガス中のパティキュレート排出量を検出する際には、パティキュレート排出量検出装置２０は、好ましくは、第１の固体電解質層２の表面２ａが排気ガスの流れ方向に対向するようにしてエンジンの排気経路内に設けられる。
【００３９】
図７は、前記パティキュレート排出量検出装置の動作を説明するための図であり、図７の（ａ）は、前記パティキュレート排出量検出装置においてシャッタ部材が開いた状態を示し、図７の（ｂ）は、前記パティキュレート排出量検出装置においてシャッタ部材が閉じた状態を示している。
【００４０】
排気ガス中のパティキュレート排出量を検出する際には、先ず、図７（ａ）に示すように、排気径路内に第１の固体電解質層２の表面２ａを露出させて第１の固体電解質層２の表面２ａに排気ガス中のパティキュレートが堆積されるように、シャッタ部材２５を上方へ移動させ、シャッタ部材２５を開状態にする。
【００４１】
パティキュレート排出量検出装置２０では、シャッタ部材２５を、例えば６０秒など所定時間開状態にした後に、図７（ｂ）に示すように、第１の固体電解質層２の表面２ａに排気ガス中のパティキュレート１５が堆積しないように、シャッタ部材２５を下方へ移動させ、シャッタ部材２５を閉状態にする。
【００４２】
そして、シャッタ部材２５を閉状態にした後に、加熱ヒータ１３からの伝熱によって第１の固体電解質層２を加熱して第１の固体電解質層２の表面２ａに堆積しているパティキュレート１５を燃焼させる。このパティキュレート１５の燃焼に伴って、第１の固体電界質層２の表面２ａでは、パティキュレート１５が第１の固体電解質層２内の酸素イオンと反応して二酸化炭素を生成するとともに第１の固体電解質層２に電子を与え、第２の固体電解質層３の表面３ａでは、第１の絶縁体層４及び第２の絶縁体層５を通じて供給される酸素が電子を受け取り酸素イオンとして取り込まれ、第１の電極１０と第２の電極１１との間に起電力が生じる。
【００４３】
パティキュレート排出量検出装置２０では、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力が前記起電力検出手段によって検出され、パティキュレート１５の燃焼時における検出素子１の温度が熱電対１２によって検出され、前記制御ユニットでは、検出素子１の温度及び前記起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量が検出される。また、前記制御ユニットでは、シャッタ部材２５が開状態にある前記所定時間からパティキュレートの排出量が検出される。
【００４４】
なお、検出素子１では、第１の固体電解質層２と第２の固体電解質層３との間に第１の電極１０が設けられ、第２の固体電解質層３の表面に第２の電極１１が設けられているが、その他の好適な方法によって、固体電解質層内に第１の電極を埋設し、第１の電極に対向して該固体電解質層の表面に第２の電極を設けるようにしてもよい。
【００４５】
このように、本実施形態では、固体電解質層２、３の表面に堆積されるパティキュレート１５を燃焼させることにより、固体電解質層２、３の酸素ポンプ機能を利用して、第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレート１５の排出量を精度良く検出することができる。第１の電極１０が固体電解質層２、３内に埋設され、第２の電極１１が固体電解質層３と絶縁体層４との間に挟まれているので、長期に亘って前記効果を得ることができる。前記パティキュレート排出量検出装置２０では、一般的な酸素センサのように酸素濃度が一定である参照極を設ける必要がなく、排気径路内にパティキュレート検出素子を配置して使用することができる。
【００４６】
また、絶縁体層４、５内に熱電対１２が埋設されていることにより、パティキュレート１５の燃焼時における温度変化を測定することができ、検出素子１の温度と第１の電極１０と第２の電極１１との間に生じる起電力との関係から固体電解質層２の表面２ａに堆積されるパティキュレート堆積量を算出することができる。
【００４７】
更に、固体電解質層２の表面２ａを開閉可能に覆うシャッタ部材２５をさらに備えていることにより、所定時間当たりのパティキュレート排出量を検出することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００４８】
このようにして構成されるパティキュレート排出量検出装置２０を、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのフィルタ部材の上流側の排気経路内に設けることにより、前記フィルタ部材に供給されるパティキュレート排出量を精度良く検出することができるので、前記フィルタ部材に堆積し得るパティキュレートを正確に検出することができる。
【００４９】
また、パティキュレート排出量検出装置２０を、前記フィルタ部材の下流側の排気経路内に設けることにより、例えばフィルタ部材の一部が溶損した場合やフィルタ部材が割れた場合などに前記フィルタ部材を通過した排気ガス中のパティキュレート排出量を精度良く検出することができるので、フィルタ部材の故障を判定することもできる。
【００５０】
パティキュレート排出量検出装置２０では、シャッタ部材２５を上下方向に移動させることにより固体電解質層２の表面２ａを開閉可能に覆うように構成されているが、これに限定されるものでなく、シャッタ部材を回動させることにより固体電解質層２の表面２ａを開閉可能に覆うようにしてもよい。
【００５１】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るパティキュレート排出量検出装置を示す図である。前記パティキュレート排出量検出装置３０は、シャッタ部材３５の構成以外については、図６に示したパティキュレート排出量検出装置２０と同様の構成を備えているため、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、前記パティキュレート排出量検出装置３０は、ハウジング２１内に検出素子１が配設された状態において第１の固体電解質層２の表面２ａを開閉可能に覆うシャッタ部材３５を備えている。このシャッタ部材３５は、ハウジング２１に取り付けられた軸部材３６に対して回動可能に支持され、図示しない駆動機構によって、矢印Ｒに示すように、軸部材３６に対して回動されるようになっている。これにより、シャッタ部材３５は、第１の固体電解質層２の表面２ａを開閉可能に覆うことができるようになっている。
【００５３】
前記パティキュレート排出量検出装置３０においても、パティキュレート１５の排出量を検出する際には、シャッタ部材３５を所定時間開状態にして排気ガス中のパティキュレート１５を固体電解質層２の表面２ａに堆積させた後にシャッタ部材３５を閉状態にし、加熱ヒータ１３を作動させてパティキュレート１５を燃焼させ、第１の電極１０と第２の電極との間に生じる起電力に基づいて、パティキュレートの堆積量、ひいてはパティキュレートの排出量が検出される。
【００５４】
なお、シャッタ部材は、パティキュレート１５が固体電解質層２の表面２ａを覆うように開閉可能な機能を有していればよく、ハウジング２１と離間し、且つ固体電解質層２の表面２ａの排気ガス上流部において別部材として設けられる構造を採用してもよい。
【００５５】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を精度良く検出することができるパティキュレート排出量検出装置及びパティキュレート排出量検出方法に関するものであり、例えば希薄燃焼ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンなどを備えた車両の排気系に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係るパティキュレート排出量検出素子を示す概略断面図である。
【図２】前記パティキュレート排出量検出素子の分解斜視図である。
【図３】前記検出素子の検出原理を説明するための図である。
【図４】パティキュレートを燃焼させる際に第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力を示すグラフである。
【図５】パティキュレート堆積量と第１の電極と第２の電極との間に生じた起電力との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るパティキュレート排出量検出装置を示す図である。
【図７】前記パティキュレート排出量検出装置の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るパティキュレート排出量検出装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  検出素子
２、３  固体電解質層
４、５  絶縁体層
１０  第１の電極
１１  第２の電極
１２  熱電対
１３  加熱ヒータ
１５  パティキュレート
２０、３０  パティキュレート排出量検出装置
２５、３５  シャッタ部材
【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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