DE102017116776A1

DE102017116776A1 - Partikelerfassungssensor und Partikelerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017116776A1
Application number: DE102017116776.5A
Authority: DE
Inventors: Hironobu SHIMOKAWA; Kazuhiko Koike; Masahiro Yamamoto; Go Miyagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US20180024038A1; US10539493B2

Abstract

Der Partikelerfassungssensor (1) weist einen leitfähigen Teil (2) und das Paar von Elektroden (3a, 3b) auf, welche unter einem spezifizierten Abstand angeordnet sind, um einander zugewandt zu sein. Der leitfähige Teil (2) ist in eine Plattenform gebildet unter Verwendung eines leitfähigen Materials, welches einen elektrischen Widerstand hat, welcher höher ist als die Partikel (6). Eine Hauptoberfläche (S1) des leitfähigen Teils (2) fungiert als eine Ansammeloberfläche (20), auf welcher Partikel (6) sich ansammeln. Das Paar von Elektroden (3a, 3b) ist auf dieser Ansammeloberfläche (20) gebildet.

Description

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Partikelerfassungssensor zum Erfassen einer Menge von Partikeln bzw. Feinstaub, welche in Abgasen enthalten sind, und eine Partikelerfassungsvorrichtung, welche den Partikelerfassungssensor nutzt.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Als ein Partikelerfassungssensor (hierin nachstehend wird hierauf auch Bezug genommen als ”PM-Sensor”) zum Erfassen einer Menge von Partikeln, welche in Abgasen enthalten sind, ist ein Sensor bekannt, welcher ein isolierendes Substrat aufweist, welches aus Keramiken oder dergleichen gefertigt ist, und ein Paar von Elektroden, welche auf dem isolierenden Substrat angeordnet sind, um einander mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen zugewandt zu sein. Die Partikel sind aus Ruß oder dergleichen gebildet, welcher eine elektrische Leitfähigkeit hat. Demnach fließt, wenn Partikel sich zwischen dem Paar von Elektroden ansammeln, ein elektrischer Strom zwischen dem Paar von Elektroden über die Partikel. Der PM-Sensor ist derart konfiguriert, dass der Betrag des elektrischen Stromes gemessen wird, wodurch die Menge der Partikel, welche in den Abgasen enthalten ist, berechnet wird.
In dem PM-Sensor jedoch, welcher obenstehend beschrieben ist, fließt in dem Fall, in dem nur eine kleine Menge der Partikel sich zwischen dem Paar von Elektroden ansammelt, da ein elektrischer Strompfad zwischen den Elektroden unter Verwendung der Partikel nicht gebildet wird, der elektrische Strom nicht (es sei Bezug genommen auf 27). In diesem PM-Sensor beginnt der elektrische Strom zu fließen, nachdem sich eine große Menge der Partikel zwischen dem Paar von Elektroden ansammelt, und dann wird der elektrische Strompfad zwischen den Elektroden unter Verwendung der Partikel (es sei Bezug genommen auf 28) gebildet. Demnach hat der PM-Sensor, welcher obenstehend beschrieben ist, ein Problem darin, dass, wenn nur eine kleine Menge der Partikel angesammelt ist, der elektrische Strom nicht zwischen den Elektroden fließt und es nicht möglich ist, die Partikel zu erfassen. Das heißt, es gibt ein Problem darin, dass die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen der Partikel niedrig ist.
Um dieses Problem zu lösen wurde ein PM-Sensor erfunden, in welchem ein Paar von Elektroden durch einen leitfähigen Teil bedeckt sind, welcher einen elektrischen Widerstand hat, welcher höher ist als die Partikel (es sei Bezug genommen auf U.S.-Patentnummer 7543477 als Patentdokument 1). In diesem PM-Sensor fließt, wenn sich die Partikel auf der Oberfläche des leitfähigen Teils ansammeln, der elektrische Strom von einer Elektrode zu der Oberfläche der leitfähigen Oberfläche und tritt durch die Partikel, welche einen niedrigeren Widerstand haben, in Richtung der anderen Elektrode hindurch (es sei Bezug genommen auf 31). Demnach ändert sich, auch wenn die Menge von angesammelten Partikeln vergleichsweise klein ist, der Strom, welcher zwischen den Elektroden fließt, und so wird es als möglich betrachtet, zu erfassen, dass die Partikel angesammelt sind.
Im Patentdokument 1 jedoch gibt es Raum zum Verbessern der Erfassungspräzision des PM-Sensors zum Erfassen der Partikel. In anderen Worten gesagt ist der PM-Sensor, welcher obenstehend beschrieben ist derart, dass Elektroden durch den leitfähigen Teil bedeckt werden, und so tritt, wenn die Partikel sich auf der Oberfläche des leitfähigen Teils (es sei Bezug genommen auf 31) ansammeln und dann der elektrische Strom durch die Partikel fließt, der elektrische Strom durch einen Abschnitt von einer der Elektroden zu der Oberfläche des leitfähigen Teils hindurch. Ein Abschnitt, welcher von einer der Elektroden zu dem leitfähigen Teil angeordnet ist, ist als ein ”Abschnitt A” definiert. Demnach variiert, wenn es eine Variation der Dicke des Abschnitts A während der Herstellung gibt, ein elektrischer Widerstand, und demnach variiert ein Strom zwischen den Elektroden. Als ein Ergebnis ist es nicht möglich, eine Menge der Partikel genau zu messen. Demzufolge ist es erwünscht, dass ein PM-Sensor in der Lage ist, die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln weiterhin zu verbessern.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde im Licht der oben beschriebenen Tatsachen erreicht und ist es, einen Partikelerfassungssensor vorzusehen, welcher in der Lage ist, eine Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen und eine Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern, und eine Partikelerfassungsvorrichtung vorzusehen, welche den Partikelerfassungssensor nutzt.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Partikelerfassungssensor zum Erfassen einer Menge von Partikeln, welche in Abgasen enthalten ist, und weist Folgendes auf:
einen leitfähigen Teil, welcher in eine Plattenform unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet ist, welches einen elektrischen Widerstand hat, welcher höher ist als die Partikel, wobei eine Hauptoberfläche als die Ansammeloberfläche fungiert, auf welcher sich die Partikel ansammeln; und
ein Paar von Elektroden, welche auf der Ansammeloberfläche gebildet sind, und angeordnet sind, um voneinander getrennt zu sein, und um umeinander zugewandt zu sein.
Darüber hinaus ist ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung die Partikelerfassungsvorrichtung und weist Folgendes auf:
einen Partikelerfassungssensor, und
eine Steuereinheit, welche elektrisch mit dem Partikelerfassungssensor verbunden ist; wobei
die Steuereinheit Folgendes aufweist:
eine Spannungsanlegeeinheit, welche eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden anlegt;
eine Messeinheit für elektrischen Strom, welche elektrischen Strom misst, welcher zwischen dem Paar von Elektroden fließt; und
eine Berechnungseinheit, welche die Menge von Partikeln, welche in Abgasen enthalten ist, basierend auf einem Messwert des elektrischen Stroms berechnet.
Der Partikelerfassungssensor weist einen leitfähigen Teil auf, welcher in die Plattenform unter Verwendung des leitfähigen Materials gebildet ist, welches den elektrischen Widerstand hat, welcher höher ist als die Partikel. Die eine Hauptoberfläche des leitfähigen Teils ist für die Ansammeloberfläche gemacht, auf welcher sich die Partikel ansammeln. Das oben beschriebene Paar von Elektroden ist auf der Ansammeloberfläche gebildet.
Demnach ist es möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern. In anderen Worten gesagt ist in dem Partikelerfassungssensor ein Paar von Elektroden auf einer Oberfläche (einer Ansammeloberfläche) des leitfähigen Teils gebildet, und so kann, wenn eine Spannung zwischen den Elektroden in einem Zustand angelegt wird, in welchem dort absolut keine Partikel angesammelt sind, ein elektrischer Strom in der Ansammeloberfläche fließen ohne innerhalb des leitfähigen Teils zu fließen. Demzufolge ist, auch wenn dort nur eine kleine Menge von Partikeln auf der Ansammeloberfläche angesammelt ist, ein elektrischer Widerstand in der Lage, in den Partikeln zu fließen, welche einen niedrigeren elektrischen Widerstand als der leitfähige Teil haben, und demnach ist es möglich, den elektrischen Strom zwischen den Elektroden zu erhöhen. Demzufolge ist es, auch wenn dort nur eine kleine Menge von Partikeln angesammelt ist, möglich, die Partikel zu erfassen, und es wird möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von Partikeln zu erhöhen.
Darüber hinaus ist in dem Partikelerfassungssensor, welcher obenstehend beschrieben ist, das Paar von Elektroden auf einer Hauptoberfläche des leitfähigen Teils gebildet, oder in anderen Worten gesagt auf der Ansammeloberfläche, und so fließt ein elektrischer Strom in der Ansammeloberfläche in einer Anordnungsrichtung der Elektroden (es sei Bezug genommen auf 3), und ein elektrischer Strom fließt größtenteils nicht in der Dickenrichtung des leitfähigen Teils. Demnach ist es unwahrscheinlich, dass eine Variation in der Dicke des leitfähigen Teils die Erfassung beeinflusst. Demnach ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln zu erhöhen.
Ferner weist die Partikelerfassungsvorrichtung den Partikelerfassungssensor auf. Demnach ist es möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen und die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern, welche in Abgasen enthalten sind.
In den Aspekten, welche obenstehend beschrieben sind, ist es möglich, einen Partikelerfassungssensor und eine Partikelerfassungsvorrichtung vorzusehen, welche den Partikelerfassungssensor nutzt, welcher in der Lage ist, die Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen und die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern.
Die ”Hauptoberfläche”, welche obenstehend beschrieben ist, bedeutet eine Oberfläche, welche die größte Oberflächenfläche in den Oberflächen des leitfähigen Teils hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
1 ist eine Draufsicht auf einen Partikelerfassungssensor einer ersten Ausführungsform und ist eine Ansicht gesehen von einer Pfeilrichtung I in 2;
2 ist eine Schnittansicht des Schnittes II-II in 1;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Partikelerfassungssensors der ersten Ausführungsform in einem Zustand, in welchem keine Partikel angesammelt sind;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Partikelerfassungssensors der ersten Ausführungsform in einem Zustand, in welchem ein wenig Partikel angesammelt sind;
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils der 4;
6 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einer angesammelten Menge von Partikeln und einen Strom, welcher zwischen Elektroden in der ersten Ausführungsform fließt, veranschaulicht;
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Partikelerfassungssensors der ersten Ausführungsform;
8 ist ein Konzeptdiagramm einer Partikelerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform;
9 ist ein Diagramm, welches die Installationsposition eines Partikelerfassungssensors der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
10 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelerfassungssensors einer zweiten Ausführungsform;
11 ist eine Draufsicht auf einen Partikelerfassungssensor einer dritten Ausführungsform und ist eine Ansicht gesehen von einer Pfeilrichtung XI in 12;
12 ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer Linie XII-XII in 11;
13 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Menge von Partikeln, welche in einem leitfähigen Teil angesammelt sind, und dem elektrischen Strom, welcher zwischen Kamm-ähnlichen Zähnen fließt, welche in dem leitfähigen Teil in der dritten Ausführungsform gebildet sind, veranschaulicht;
14 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Menge von Partikeln, welche in einer isolierenden Sektion angesammelt sind, und dem elektrischen Strom, welcher zwischen Kamm-ähnlichen Zähnen fließt, welche in der isolierenden Sektion der dritten Ausführungsform gebildet sind, veranschaulicht;
15 ist ein Graph, welcher durch ein Addieren von 13 zu 14 erhalten wird;
16 ist Graph, welcher die Beziehung zwischen einem elektrischen Oberflächenwiderstand ρ und der Temperatur von Sr_1-xLa_xTiO₃ in einer vierten Ausführungsform veranschaulicht;
17 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der PM-Injektionsmenge und der Sensorausgabe für mehrere PM-Sensoren überprüft, welchen einen unterschiedlichen elektrischen Oberflächenwiderstand ρ des leitfähigen Teils in der vierten Ausführungsform haben;
18 ist ein Diagramm zum Erklären eines Messverfahrens zum Messen des elektrischen Oberflächenwiderstands ρ in einer vierten Ausführungsform;
19 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Dicke und dem elektrischen Widerstand von Proben in einer vierten Ausführungsform veranschaulicht;
20 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und der Temperatur von SrTiO₃ in einer vierten Ausführungsform überprüft, wenn das Messverfahren zum Messen der Leitfähigkeit geändert wird;
21 ist ein Diagramm zum Erklären eines Verfahrens zum Messen des elektrischen Bulk-Widerstandes in einer vierten Ausführungsform;
22 ist eine perspektivische Ansicht eines auseinandergebauten Partikelerfassungssensors in einer ersten Referenzausführungsform;
23 ist eine perspektivische Ansicht des Partikelerfassungssensors in der ersten Referenzausführungsform;
24 ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer Linie XXIV-XXIV in 23;
25 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils der 24;
26 ist ein Konzeptdiagramm einer Partikelerfassungsvorrichtung in einer fünften Ausführungsform;
27 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Partikelerfassungssensors in einer ersten Vergleichsausführungsform in einem Zustand, in welchem nur ein wenig Partikel angesammelt sind;
28 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Partikelerfassungssensors in der ersten Vergleichsausführungsform in einem Zustand, in welchem mehrere Partikel angesammelt sind;
29 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der angesammelten Menge von Partikeln und dem elektrischen Strom in der ersten Vergleichsausführungsform veranschaulicht;
30 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Partikelerfassungssensors in einer zweiten Vergleichsausführungsform in einem Zustand, in welchem nur ein wenig Partikel angesammelt sind; und
31 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Partikelerfassungssensors in der zweiten Vergleichsausführungsform in einem Zustand, in dem mehrere Partikel angesammelt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Partikelerfassungssensor, welcher obenstehend beschrieben ist, kann ein Fahrzeugpartikelerfassungssensor zur Installation in einem Automobil sein.
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform des Partikelerfassungssensors (hierin nachstehend wird hierauf auch Bezug genommen als ”PM-Sensor”) und einer Partikelerfassungsvorrichtung, welche obenstehend beschrieben sind, wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 erklärt werden. Ein PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform wird zum Erfassen einer Menge von Partikeln 6 (es sei Bezug genommen auf 4 und 5), welche in Abgasen enthalten ist, genutzt. Wie in 1 und 7 veranschaulicht ist, weist der PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform einen leitfähigen Teil 2 und ein Paar von Elektroden 3 (3a, 3b) auf.
Der leitfähige Teil 2 ist in eine Plattenform unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet, welches einen höheren elektrischen Widerstand hat als die Partikel 6. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist eine Hauptoberfläche S1 des leitfähigen Teils 2 eingestellt, um eine Ansammeloberfläche 20 zu sein, wo sich die Partikel 6 ansammeln. Eine andere Hauptoberfläche S2 des leitfähigen Teils 2 ist mit einer Substratsektion 4 kontaktiert, welche aus einem isolierenden Material gefertigt ist.
Das Paar von Elektroden (3a, 3b) ist auf einer Ansammeloberfläche 20 gebildet. Diese Elektroden 3a, 3b sind so angeordnet, dass sie voneinander getrennt sind und einander zugewandt sind.
Der PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fahrzeug-PM-Sensor, welcher in dem Automobil zu installieren ist. Wie in 9 veranschaulicht ist, weist ein Automobil eine Maschine 19 und ein Abgasrohr beziehungsweise einen Auspuff 18 auf, welcher mit der Maschine 19 verbunden ist. Eine Reinigungsvorrichtung 17 zum Entfernen von Partikeln 6, welche in den Abgasen sind, ist in dem Abgasrohr 18 vorgesehen. Eine Vorrichtung, in welcher die Reinigungsvorrichtung 17 und das Abgasrohr 18 integriert sind, ist als eine Vorrichtung A definiert. Die Vorrichtung A hat beide Enden, um einander zugewandt zu sein. Ein stromaufwärtiges Ende der Vorrichtung A in einer Richtung, in welcher Gas strömt, ist als ein erstes Ende definiert, und ein stromabwärtiges Ende ist als ein zweites Ende definiert. Der PM-Sensor 1 ist zwischen dem zweiten Ende und der Reinigungsvorrichtung 17 installiert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Menge von Partikeln 6, welche in den Abgasen enthalten ist, welche durch die Reinigungsvorrichtung 17 hindurchgetreten sind, unter Verwendung des PM-Sensors 1 erfasst. Dann wird eine Fehlerdiagnose der Reinigungsvorrichtung 17 unter Verwendung dieses Erfassungswertes durchgeführt.
Die Maschine 19 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Dieselmaschine, welche mit einem Lader bzw. Kompressor ausgestattet ist, die Maschine ist jedoch nicht auf eine Dieselmaschine beschränkt. Die Reinigungsvorrichtung 17 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Oxidationskatalysator (DOC = Diesel Oxidation Katalyst = Dieseloxidationskatalysator) und Dieselpartikelfilter (DPF = Diesel Particulate Filter = Dieselpartikelfilter). Auch in einer Benzinmaschine jedoch gibt es eine Notwendigkeit, die Emission von Partikeln zu unterdrücken, und so ist es, um diese Notwendigkeit zu erfüllen, ebenso möglich, einen PM-Sensor 1 zwischen dem zweiten Ende und einer Reinigungsvorrichtung für eine Benzinmaschine anzuordnen, welcher ein sogenannter Drei-Wege-Katalysator oder Partikelfilter (GPF) ist. Insbesondere ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln unter Verwendung des PM-Sensors 1 der vorliegenden Ausführungsform in einer Benzinmaschine vom Direkteinspritztyp zu verbessern, und so ist es möglich, eine geeignete Regelung der Maschine durchzuführen, und es ist möglich, die Präzision der Einspritzsteuerung zu verbessern.
Darüber hinaus weist, wie obenstehend beschrieben ist, der PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Substrat 4, welches aus einem isolierenden Material (Keramiken) gefertigt ist. Wie in 2 und 7 veranschaulicht ist, ist ein Heizer 5 in dem Substrat 4 vorgesehen. Die Konfiguration ist derart, dass, wenn eine große Menge der Partikel 6 auf der Ansammeloberfläche 20 angesammelt ist, die Partikel 6 unter Verwendung des Heizers 5 verbrannt werden und entfernt werden.
Wie in 1 veranschaulicht ist, weisen Elektroden 3a, 3b gemeinsame Sektionen 30 und Kammzahnsektionen 31 auf, welche sich von den gemeinsamen Sektionen 30 erstrecken. Die Kammzahnsektionen 31a, welche auf einer der Elektroden 3a gebildet sind, und die Kammzahnsektionen 31b, welche auf der anderen Elektrode 3b gebildet sind, sind in einer alternierenden Art und Weise angeordnet. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist eine Breite W einer Kammzahnsektion 31 in einer Anordnungsrichtung (X-Richtung) der Kammzahnsektionen 31 kürzer als ein Abstand W' zwischen den Kammzahnsektionen 31.
Das leitfähige Material des leitfähigen Teils 2 kann ein Metalloxid aufweisen, welches eine Leitfähigkeit hat. Als das leitfähige Material ist es möglich, Keramiken zu nutzen, welche beispielsweise eine Perovskitstruktur haben. Wenn eine molekulare Formel der Keramiken eingestellt ist, um ABO₃ zu sein, ist A vorzugsweise wenigstens ein Element ausgewählt unter La, Sr, Ca und Mg, und B ist vorzugsweise ein Element ausgewählt unter Ti, Al, Zr und Y.
Das leitfähige Material des leitfähigen Teils 2 ist ein Material, welches einen größeren elektrischen Widerstand hat als die Partikel und eine geringfügige Leitfähigkeit hat.
Der elektrische Widerstand der Partikel kann durch ein Pulverwiderstandsmessverfahren untenstehend gemessen werden. In anderen Worten gesagt werden ein zylindrischer Behälter (Querschnittsfläche A), in welchem Pulver platziert ist, welcher eine Bodenoberfläche und eine obere Oberfläche hat, welche als Elektrodenplatten gefertigt sind, und in diesem Zustand ein Abstand L zwischen den Elektroden und ein Widerstandswert R zwischen den Elektroden gemessen, während ein Druck auf die Elektrodenplatte an der oberen Oberfläche des zylindrischen Behälters ausgeübt wird, und das Pulver (PM) in einer vertikalen Achsenrichtung des zylindrischen Behälters komprimiert wird. Mit diesem Messverfahren wird der Widerstand ρ des Pulvers (PM) aus R × (A/L) berechnet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Widerstand R unter Verwendung eines zylindrischen Behälters, welcher einen 6 mm-Durchmesser-φ-Querschnitt (Querschnittsfläche von 2,83 × 10^–5 m²) hat, und in einem Zustand eines Ausübens eines Drucks von 60 kgf gemessen.
Als ein Ergebnis der Messung unter Verwendung dieses Verfahrens war der Widerstand der PM 10^–3 bis 10² Ω·cm. Dies ist der Fall, da, sich abhängig von einem Maschinenzustand ein elektrischer Widerstand der erzeugten PM ändert. Beispielsweise haben PM, welche von einer Maschine abgeführt werden, welche unter einer hohen Last und bei einer hohen Geschwindigkeit arbeitet, einen geringen unverbrannten Kohlenwasserstoffkomponentengehalt, und sie sind hauptsächlich aus Ruß aufgebaut, und so ist der Widerstand der PM ungefähr 10^–3 Ω·cm ist. Darüber hinaus weisen die PM, welche von einer Maschine abgeführt werden, welche bei einer niedrigen Drehrate und einer kleinen Last betrieben wird, eine große Menge von unverbrannten Kohlenwasserstoffkomponenten auf, so ist der Widerstand der PM hoch und ungefähr 10² Ω·cm ist. Demnach ist der elektrische Widerstand des leitfähigen Teils 2 der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise wenigstens 10² Ω·cm oder mehr.
Der leitfähige Teil 2 hat eine elektrische Leitfähigkeit wie in 3 veranschaulicht ist, wonach auch wenn dort absolut keine Partikel 6 auf der Ansammeloberfläche 20 angesammelt sind, ein elektrischer Strom 1 zwischen dem Paar von Elektroden 3a, 3b fließt.
Darüber hinaus fließt, wie in 4 und 5 veranschaulicht ist, wenn die Partikel 6 auf der Ansammeloberfläche 20 angesammelt sind, der Strom I durch die Partikel 6, welche einen Widerstand haben, welcher geringer ist als der leitfähige Teil 2. Demnach nimmt, wie in einem Graphen in 6 veranschaulicht ist, wenn eine Menge der angesammelten Partikel 6 zunimmt, der Strom I, welcher zwischen den Elektroden 3a, 3b fließt zu. Demzufolge ist es durch ein Speichern des Graphen, welcher in 6 gezeigt ist, vorab, möglich, die Menge der Partikel 6 zu berechnen, welche auf der Ansammeloberfläche 20 angesammelt sind. Ferner ist es unter Verwendung dieser berechneten Menge und der Zeit, welche benötigt wurde, um die Partikel 6 anzusammeln, möglich, die Menge der Partikel 6 zu berechnen, welche in Abgasen enthalten sind.
Als Nächstes wird eine Partikelerfassungsvorrichtung 10, welche den PM-Sensor 1 nutzt, erklärt werden. Wie in 8 veranschaulicht ist, weist die Partikelerfassungsvorrichtung 10 den PM-Sensor 1, welcher obenstehend beschrieben ist, und eine Steuereinheit 7 auf, welche mit dem oben beschriebenen PM-Sensor 1 verbunden ist. Die Steuereinheit 7 weist eine Spannungsanlegeeinheit 71, eine elektrische Strommesseinheit 72, eine Berechnungseinheit 73 und eine Heizersteuereinheit 74 auf. Die Spannungsanlegeeinheit 71 legt eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden 3a, 3b an. Darüber hinaus misst die Messeinheit für den elektrischen Strom 72 den elektrischen Strom I, welcher zwischen den Elektroden 3a, 3b fließt. Die Heizersteuereinheit 74 veranlasst den Heizer 5 (es sei Bezug genommen auf 7) sich zu erwärmen und die Partikel 6 zu verbrennen, wenn die große Menge der Partikel 6 sich auf der Ansammeloberfläche 20 ansammelt und dann der elektrische Strom I saturiert wird. Die Berechnungseinheit 73 benutzt einen gemessenen Wert des elektrischen Stroms I, um die Menge der Partikel 6 zu berechnen, welche auf der Ansammeloberfläche 20 angesammelt sind. Darüber hinaus nutzt die Berechnungseinheit 73 diesen berechneten Wert und die Menge von Zeit, welche für die Ansammlung der Partikel 6 benötigt wird, um die Menge von Partikeln 6 zu berechnen, welche in den Abgasen enthalten sind, welche pro Einheitszeit abgeführt werden.
Wie in 9 veranschaulicht ist, ist der PM-Sensor zwischen dem zweiten Ende der Vorrichtung A und der Reinigungsvorrichtung 17 vorgesehen. Die Menge von Partikeln 6, welche in den Abgasen enthalten ist, welche durch die Reinigungsvorrichtung 17 hindurchgetreten sind, wird unter Verwendung des PM-Sensors 1 und der Steuereinheit berechnet. Die Steuereinheit 7 überträgt die berechnete Menge der abgeführten Partikel 6 pro Einheitszeit an die ECU 16. Die ECU 16 ist konfiguriert, um zu bestimmen, dass es einen Fehler in der Reinigungsvorrichtung 17 gibt, wenn die Menge der erfassten Partikel 6 einen spezifizierten Wert überschreitet, und benachrichtigt den Nutzer und dergleichen.
Als Nächstes werden die Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform erklärt werden. Wie in 2 veranschaulicht ist, weist der PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform den leitfähigen Teil 2 auf, welcher in eine Plattenform unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet ist, welches einen höheren elektrischen Widerstand als die Partikel 6 hat. Eine Hauptoberfläche S1 des leitfähigen Teils 2 ist eingestellt, um die Ansammeloberfläche 20 zu sein, wo sich Partikel ansammeln. Das Paar von Elektroden 3a, 3b ist auf der Ansammeloberfläche 20 gebildet.
Demnach ist es möglich, die Erfassungsempfindlichkeit für das Erfassen von Partikeln 6 zu verbessern. In anderen Worten gesagt ist in der vorliegenden Ausführungsform das Paar von Elektroden 3a, 3b auf der Ansammeloberfläche 20 des leitfähigen Teils 2 gebildet, wie in 3 veranschaulicht ist, und wenn eine Spannung zwischen den Elektroden 3a, 3b in einem Zustand angelegt wird, in welchem absolut keine Partikel 6 angesammelt sind, ist es möglich, es dem elektrischen Strom I zu erlauben, zu der Ansammeloberfläche 20 anstelle von innerhalb des leitfähigen Teils 2 zu fließen. Demnach ist es, wie in 4 veranschaulicht ist, wenn dort die kleine Menge der Partikel 6 ist, welche auf der Ansammeloberfläche 20 angesammelt ist, möglich, es dem elektrischen Strom I zu erlauben, zu den Partikeln 6 zu fließen, welche den niedrigeren elektrischen Widerstand als der leitfähige Teil 2 haben, und demnach ist es möglich, den Stromwert zwischen den Elektroden 3a, 3b zu erhöhen. Demzufolge ist es, auch wenn nur die kleine Menge der Partikel 6 angesammelt ist, möglich, die Partikel 6 zu erfassen, und es ist möglich, die Erfassungsempfindlichkeit des Partikelerfassungssensors 1 zu erhöhen.
Hier wird unter der Annahme, wie in 27 veranschaulicht ist, unter der Annahme, dass die Oberfläche der Substratsektion 4, welche aus einem isolierenden Material wie beispielsweise einer Keramik gefertigt ist, eingestellt ist, um die Ansammeloberfläche 40 zu sein, und die Elektroden 3a, 3b auf der Ansammeloberfläche 40 gebildet sind, ein Pfad für den elektrischen Strom I nicht zwischen den Elektroden 3a, 3b gebildet wird, wenn nur die kleine Menge der Partikel 6 angesammelt ist. Demnach fließt der elektrische Strom I nicht zwischen den Elektroden 3a, 3b. Wie in 28 und 29 veranschaulicht ist, beginnt, wenn eine große Menge der Partikel 6 sich ansammelt und der Pfad für den elektrischen Strom I unter Verwendung der Partikel 6 gebildet wird, der elektrische Strom I zu fließen. Demnach können die Partikel nicht erfasst werden, wenn nur die kleine Menge der Partikel 6 angesammelt ist.
Wie in 30 veranschaulicht ist, ist ein Bedecken der Elektroden 3a, 3b unter Verwendung des leitfähigen Teils 2 ebenso praktikabel, in dem Fall jedoch, wenn dort nur eine kleine Menge der angesammelten Partikel 6 ist, fließt der elektrische Strom I hauptsächlich innerhalb des leitfähigen Teils 2. Dieser PM-Sensor 1, wie in 31 veranschaulicht, ist derart, dass der elektrische Strom I in den Partikeln 6 fließt, nachdem die große Menge der Partikel 6 sich auf der Ansammeloberfläche 20 ansammelt, und der elektrische Widerstand über die Partikel 6 geringer wird als der elektrische Widerstand innerhalb des leitfähigen Teils 2. Demnach ist es nicht möglich, die Partikel 6 zu erfassen, wenn dort die kleine Menge der angesammelten Partikel 6 ist.
Wie jedoch in 3 bis 5 veranschaulicht ist, ist es, wie die vorliegende Ausführungsform, wenn die Oberfläche 51 des leitfähigen Teils 2 eingestellt ist, um die Ansammeloberfläche 20 zu sein, und Elektroden 3a, 3b auf dieser Ansammeloberfläche 20 gebildet sind, auch wenn dort absolut keine angesammelten Partikel 6 sind, möglich, dass der elektrische Strom I zu der Ansammeloberfläche 20 des leitfähigen Teils 2 fließt. Demnach ist es möglich, wenn eine kleine Menge der Partikel 6 angesammelt ist, dass der elektrische Strom I zu den Partikeln 6 fließt, welche einen Widerstand haben, welcher geringer ist als derjenige des leitfähigen Teils 2. Demzufolge nimmt, auch wenn dort nur die kleine Menge der angesammelten Partikel 6 angesammelt ist, der Strom zwischen den Elektroden 3a, 3b zu, und es ist möglich, zur erfassen, dass die Partikel 6 sich angesammelt haben. Demnach ist es möglich, die Empfindlichkeit des PM-Sensors 1 zu verbessern.
Darüber hinaus, fließt, wie in 31 veranschaulicht ist, wenn die Elektroden 3a, 3b durch den leitfähigen Teil 2 bedeckt werden, der elektrische Strom I durch den Abschnitt 29 zwischen den Elektroden 3a, 3b und der Oberfläche S1 (eine Ansammeloberfläche 20) des leitfähigen Teils 2. Demnach variiert während der Herstellung, wenn eine Variation in der Dicke dieses Abschnitts 29 auftritt, der Widerstandswert zwischen den Elektroden 3a, 3b. Demnach variiert der Strom zwischen den Elektroden 3a, 3b. Demzufolge ist es wahrscheinlich, dass die Genauigkeit beim Messen der Partikel 6 abnimmt.
Wie jedoch in 2 und 3 veranschaulicht ist, fließt durch ein Bilden von Elektroden 3a, 3b auf der Oberfläche S1 des leitfähigen Teils 2 wie in der vorliegenden Ausführungsform der elektrische Strom I nicht durch den leitfähigen Teil 2 in einer Dickenrichtung (einer Z-Richtung) des PM-Sensors. Demnach tritt ein Problem der Variation in der Dicke des leitfähigen Teils 2 oder der Variation im elektrischen Widerstand nicht auf. Als ein Ergebnis kann eine Variation in dem Widerstandswert des leitfähigen Teils 2 zwischen den Elektroden 3a, 3b unterdrückt werden, und es wird möglich, die Menge von Partikeln 6, welche sich auf der Ansammeloberfläche 20 ansammelt, genau zu berechnen.
Darüber hinaus weist die Partikelerfassungsvorrichtung 10 den PM-Sensor 1, welcher obenstehend beschrieben ist, auf. Demnach wird es, zusammen damit, in der Lage zu sein, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen der Partikel 6, welche in Abgasen enthalten sind, zu erhöhen, möglich, die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln 6 zu erhöhen.
Ferner misst, wie in 8 und 9 veranschaulicht ist, in der vorliegenden Ausführungsform die Steuereinheit 7 den elektrischen Strom I, welcher zwischen den Elektroden 3a, 3b des PM-Sensors 1 fließt.
Dadurch, dass dies getan wird, ist es möglich, die Menge von Partikeln 6 genauer zu messen. In anderen Worten gesagt ist es ebenso möglich, den elektrischen Strom I in dem PM-Sensor 1 unter Verwendung der ECU 16 zu messen, in dem Fall jedoch ist der Abstand von dem PM-Sensor 1 zu der ECU 16 lang, sodass ein Rauschen in den elektrischen Strom I in dem PM-Sensor gemischt werden kann. Durch ein Messen jedoch des elektrischen Stroms I unter Verwendung der Steuereinheit 7, welche in der Nähe des PM-Sensors 1 angeordnet ist, ist es unwahrscheinlich, dass Rauschen in den elektrischen Strom I in dem PM-Sensor gemischt wird. Demnach ist es möglich, die Menge der Partikel 6, welche in den Abgasen enthalten ist, genauer zu messen.
Darüber hinaus weisen, wie in 1 veranschaulicht ist, die Elektroden 3 der vorliegenden Ausführungsform die gemeinsamen Sektionen 30 und die Kammzahnsektionen 31 auf, welche sich jeweils von den gemeinsamen Sektionen 30 erstrecken. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist die Breite W jeder der Kammzahnsektionen 31 in der X-Richtung des PM-Sensors eingestellt, um kürzer zu sein als die Breite W' des Raums zwischen den Kammzahnsektionen 31.
Demnach ist es möglich, die Breite W der Kammzahnsektion 31 ausreichend zu kürzen. Demzufolge kann in der X-Richtung des PM-Sensors die Länge des Abschnitts zwischen zwei Kammzahnsektionen 31a, 31b, welche benachbart zueinander sind, oder in anderen Worten gesagt der Abschnitt, in dem Partikel erfasst werden können, lang gemacht werden. Demnach ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Partikel 6 anhaften werden, und demnach ist es möglich, die Erfassungsempfindlichkeit des PM-Sensors zu erhöhen.
Darüber hinaus enthält das leitfähige Material des leitfähigen Teils 2, welcher obenstehend beschrieben ist, das Metalloxid, welches eine elektrische Leitfähigkeit hat.
Das Metalloxid hat einen hohen Wärmewiderstand. Demnach ist es unter Verwendung des leitfähigen Materials, welches obenstehend beschrieben ist, möglich, die Wärmewiderstandsfähigkeit des leitfähigen Teils 2 zu erhöhen.
Ferner ist es unter Verwendung des leitfähigen Materials, welches obenstehend beschrieben ist, möglich, die Genauigkeit beim Messen der Partikel 6 weiter zu erhöhen. In anderen Worten gesagt ändert sich der elektrische Widerstand der Partikel 6 in großem Maße abhängig von der Temperatur. Demnach ist es, wenn die Menge von Partikeln 6, welche angesammelt sind, aus dem elektrischen Strom I, welcher zwischen den Elektroden 3a, 3b fließt, berechnet wird, notwendig, eine Temperaturkorrektur durchzuführen. Der elektrische Widerstand der Partikel 6 nimmt ab, wenn die Temperatur zunimmt. Darüber hinaus nimmt der elektrische Widerstand des leitfähigen Materials, welches das Metalloxid enthält, ebenso ab, wenn die Temperatur zunimmt. Demzufolge ist es unter Verwendung des leitfähigen Materials, welches obenstehend beschrieben ist als den leitfähigen Teil 2, möglich, die Temperaturcharakteristiken des elektrischen Widerstandes des leitfähigen Teils 2 und der Partikel 6 auszubalancieren, und demnach wird es leichter, die Temperaturkorrektur durchzuführen. Demnach ist es möglich, die Genauigkeit beim Messen der Partikel 6 weiter zu erhöhen.
Wie in 2 veranschaulicht ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Substratsektion 4, welche aus dem isolierenden Material gefertigt ist, auf einer der Flächen des leitfähigen Teils 2, welche einander zugewandt sind, angeordnet, und die Ansammeloberfläche 20 ist auf der anderen einen der Flächen des leitfähigen Teils 2 gebildet. Der Heizer 5 ist ebenso in der Substratsektion 4 vorgesehen.
Demnach ist es möglich, den Leistungsverbrauch des Heizers 5 zu verringern. In anderen Worten gesagt, ist es, anstelle des Vorsehens der Substratsektion 4 ebenso möglich, den Heizer 5 innerhalb des leitfähigen Teils 2 (es sei Bezug genommen auf 10) vorzusehen, in dem Fall jedoch ist es notwendig, die Gesamtsteifheit des PM-Sensors 1 durch den leitfähigen Teil 2 selbst aufrechtzuerhalten, und so wird es notwendig, die Dicke des leitfähigen Teils 2 ausreichend dick zu machen. Darüber hinaus wird das leitfähige Material des leitfähigen Teils 2 durch ein vorzugsweises Berücksichtigen von Material, welches herausragende Widerstands- und Temperaturcharakteristiken hat, ausgewählt, und so ist es nicht immer möglich, ein Material zu verwenden, welches eine herausragende thermische Leitfähigkeit hat. Demnach wird es schwierig, die Ansammeloberfläche 20 durch den Heizer 5 zu erwärmen, und es wird leicht für den Leistungsverbrauch, durch den Heizer 5, zuzunehmen. Wie jedoch in 2 veranschaulicht ist, kann durch ein Vorsehen der Substratsektion 4 die Steifheit durch die Substratsektion 4 aufrechterhalten werden, und so ist es möglich, die Dicke des leitfähigen Teils 2 dünn zu machen. Darüber hinaus ist es möglich, ein Material, welches eine herausragende thermische Leitfähigkeit hat, als das Material der Substratsektion 4 auszuwählen, und so wird es leicht, die Ansammeloberfläche 20 unter Verwendung des Heizers 5 zu erwärmen. Demnach ist es möglich, den Leistungsverbrauch des Heizers 5 zu verringern.
Wie obenstehend beschrieben ist, ist es mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Partikelerfassungssensor und die Partikelerfassungsvorrichtung, welche den Partikelerfassungssensor nutzt, welcher in der Lage ist, die Erfassungsempfindlichkeit und die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln zu erhöhen, vorzusehen.
In den untenstehenden Ausführungsformen zeigen von den Bezugszeichen, welche in den Zeichnungen verwendet werden, die Bezugszeichen, welche dieselben sind wie diejenigen, welche in der ersten Ausführungsform genutzt werden, Komponenten an, welche dieselben sind wie in der ersten Ausführungsform, solange nicht anderweitig angegeben.
(Zweite Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in welchem eine Anordnungsposition eines Heizers 5 geändert ist. Wie in 10 veranschaulicht ist, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform darin, dass eine Substratsektion 4 nicht verwendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Heizer 5 in einem leitfähigen Teil 2 vorgesehen. Eine Oberfläche S1 dieses leitfähigen Teils 2 ist eingestellt, um eine Ansammeloberfläche 20 zu sein. Ein Paar von Elektroden 3a, 3b ist auf dieser Ansammeloberfläche 20 gebildet.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird untenstehend beschrieben werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Substratsektion 4 nicht verwendet, und so ist es möglich, die Anzahl von Teilen in einem PM-Sensor 1 zu verringern. Demnach ist es möglich, die Herstellungskosten des PM-Sensors 1 zu verringern. Darüber hinaus gibt es, wenn der leitfähige Teil 2 und die Substratsektion 4 geschichtet werden, da die jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sich unterscheiden, eine Möglichkeit, dass ein Wölben des PM-Sensors 1, ein Abplatzen beziehungsweise Ablösen des leitfähigen Teils 2 und dergleichen auftreten werden, wenn der Heizer 5 erwärmt wird. In der vorliegenden Ausführungsform jedoch wird die Substratsektion 4 nicht verwendet, und es ist unwahrscheinlich, dass solche Probleme auftreten.
Die anderen Konfigurationen und Wirkungen sind dieselben wie diejenigen in der ersten Ausführungsform.
(Dritte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in welchem eine Oberflächenfläche eines leitfähigen Teils 4 verringert ist. Wie in 11 und 12 veranschaulicht ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Fläche des leitfähigen Teils 4 kleiner als diejenige in der ersten Ausführungsform. Eine Oberfläche S1 dieses leitfähigen Teils 4 ist eingestellt, um eine leitfähigkeitsseitige Ansammeloberfläche 20a zu sein, wo sich Partikel 6 ansammeln.
Darüber hinaus ist eine plattenförmige Isoliersektion 8, welche aus einem isolierenden Material gefertigt ist, in einer Position benachbart zu einem leitfähigen Teil 4 in einer X-Richtung eines PM-Sensors angeordnet. Eine Oberfläche S3 dieser Isoliersektion 8, welche auf der entgegengesetzten von der Seite ist, welche in Kontakt mit der Substratsektion 4 kommt, ist eingestellt, um eine isolierseitige Ansammeloberfläche 80 zu sein, auf welcher sich Partikel 6 ansammeln. Das Paar von Elektroden 3a, 3b ist über eine leitfähigkeitsseitige Ansammeloberfläche 20a gebildet, welche auf einem leitfähigen Teil 2 und einer isolierseitigen Ansammeloberfläche 80 gebildet ist. Die Oberflächenfläche der leitfähigkeitsseitigen Ansammeloberfläche 20a ist geringer als die Oberflächenfläche der isolierseitigen Ansammeloberfläche 80.
Eine Elektrode 3a, 3b wie in der ersten Ausführungsform weist gemeinsame Sektionen 30 und Kammzahnsektionen 31 auf, welche jeweils von den gemeinsamen Sektionen 30 hervorstehen. Die Anzahl von Kammzahnsektionen 31, welcher auf einer leitfähigkeitsseitigen Ansammeloberfläche 20a gebildet sind, ist geringer als die Anzahl von Kammzahnsektionen 31, welche auf einer isolierenden Ansammeloberfläche 80 gebildet sind.
Wie in der ersten Ausführungsform ist der leitfähige Teil 2 aus einem leitfähigen Material gefertigt, und so fließt ein elektrischer Strom I₁ zwischen den Kammzahnsektionen 31a, 31b, welche auf der leitfähigkeitsseitigen Ansammeloberfläche 20a gebildet sind, auch wenn nur eine kleine Menge von Partikeln 6 auf einer leitfähigkeitsseitigen Ansammeloberfläche 20a angesammelt ist. Demnach ist die Beziehung zwischen der Menge der Partikel 6, welche sich auf der leitfähigkeitsseitigen Ansammeloberfläche 20a ansammelt, und dem elektrischen Strom I₁ wie durch den Graphen in 13 veranschaulicht.
Darüber hinaus ist die Isoliersektion 8 aus einem isolierenden Material gefertigt, und so fließt ein elektrischer Strom I₂ nicht, wenn nur die kleine Menge der Partikel 6 auf der isolierseitigen Ansammeloberfläche 80 angesammelt ist, jedoch tritt, wie in einem normalen elektrischen Widerstandstypsensor, welcher keinen Leiter verwendet, eine elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden auf, und diese Isoliersektion 8 hat eine Funktion, Partikel 6 zu veranlassen, entlang des elektrostatischen Feldes angeordnet zu sein. Wenn ein leitfähiger Pfad gebildet ist, wenn die Partikel 6 zwischen den Kammzahnsektionen 31a, 31b auf der isolierseitigen Ansammeloberfläche 80 aufgrund eines Effekts einer elektrostatischen Kraft angeordnet werden, fließt ein elektrischer Strom I₂ zwischen diesen Kammzahnsektionen 31a, 31b. Demnach wird die Beziehung zwischen der Menge von Partikeln 6, welche sich auf der isolierseitigen Ansammeloberfläche 80 ansammelt, und dem elektrischen Strom I₂ wie durch den Graphen in 14 veranschaulicht. Der leitfähige Pfad, welcher zwischen den Kammzahnsektionen 31a, 31b der isolierseitigen Ansammeloberfläche 80 gebildet ist, wird nur durch die Partikel 6 gebildet, und da der elektrische Widerstand der Partikel 6 niedrig ist, fließt ein großer Betrag von Strom zwischen diesen Kammzahnsektionen 31a, 31b. Demnach wird eine Steigung eines Graphen steiler als der Graph in 13.
Die Beziehung zwischen der Menge der Partikel 6, welche auf den zwei Ansammeloberflächen 20a, 80 angesammelt sind, und dem elektrischen Strom I (= I₁ + I₂), welcher zwischen dem Paar von Elektroden 3a, 3b fließt, wird wie durch den Graphen in 15 veranschaulicht. Dieser Graph ist eine Kombination der Graphen in 13 und 14. Wie in 15 veranschaulicht ist, ist, bis die Kammzahnsektionen 31a, 31b, welche auf der isolierseitigen Ansammeloberfläche 80 gebildet sind, unter Verwendung der Partikel 6 verbunden sind, die Steigung des elektrischen Stroms I eines Graphen in 15 klein, danach wird die Steigung des elektrischen Stroms I des Graphen in 15 groß. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich eine Menge von Partikeln 6 ansammelt und der elektrische Strom I, welcher zwischen den Elektroden 3a, 3b fließt, einen voreingestellten Grenzwert o überschreitet, der Heizer 5 eingestellt, um zu heizen beziehungsweise sich zu erwärmen und verbrennt die Partikel 6. Der elektrische Strom I erreicht den Grenzstrom I_th nachdem die Steigung des Graphen in 15 groß wird.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird untenstehend beschrieben werden. Der PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform weist einen leitfähigen Teil 2 und eine Isoliersektion 8 auf, und das Paar von Elektroden 3a, 3b ist über den leitfähigen Teil 2 und die Isoliersektion 8 gebildet. Demnach fließt, auch wenn dort nur wenig Partikel 6 auf dem leitfähigen Teil 2 angesammelt sind, ein Strom I zwischen den Elektroden 3a, 3b, und es ist möglich, die Menge der angesammelten Partikel 6 zu erfassen. Darüber hinaus ist eine Partikelerfassungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform derart konfiguriert, dass, wenn eine Menge von Partikeln 6 sich auf dem PM-Sensor 1 ansammelt, die Steigung des elektrischen Stroms I des Graphen in 15 steil wird, und wenn der elektrische Strom I einen Grenzwert I_th überschreitet, die Partikel 6 verbrannt werden. Demnach ist es möglich, die Variation σ_PM der Partikel 6 zu verringern, wenn der elektrische Strom I den Grenzwert I_th erreicht. Demzufolge wird es leicht, die Partikel 6 zu einer geeigneten Zeitwahl zu verbrennen.
Die andere Konfiguration und Wirkungen sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
(Vierte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in welchem ein leitfähiges Material eines leitfähigen Teils 2 geändert ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie untenstehend beschrieben werden wird, ein elektrischer Oberflächenwiderstand ρ des leitfähigen Material gemessen. In anderen Worten gesagt wird zuerst eine Probe 25 wie in 18 veranschaulicht ist bereitgestellt. Die Probe 25 hat ein plattenförmiges Substrat 251, welches unter Verwendung eines leitfähigen Materials gefertigt wird, welches eine Dicke T von 1,4 mm hat, und ein Paar von Messelektroden 39, welche auf der Hauptoberfläche des plattenförmigen Substrats 251 gebildet sind, und welche eine Länge L haben und durch einen Zwischenraum D getrennt sind. Solch eine Probe 25 wird gefertigt, und ein elektrischer Widerstand R (Ω) zwischen dem Paar von Messelektroden 39 wird gemessen. Der elektrische Oberflächenwiderstand wird durch die folgende Gleichung (1) berechnet ρ = R × L × T/D (1).
In dieser Beschreibung bedeutet es, wenn der Widerstand einfach als „elektrischer Widerstand” beschrieben ist, den sogenannten elektrischen Bulk-Widerstand. Dieser kann berechnet werden, wie in 21 veranschaulicht ist, durch ein Herstellen einer Bulk-Probe 259, welche eine Substratsektion 250 aufweist, welche unter Verwendung eines leitfähigen Materials gefertigt ist, und ein Paar von Messelektroden 391, welche auf der Seitenoberfläche der Substratsektion 250 gebildet sind, und ein Messen des elektrischen Widerstandes zwischen dem Paar von Messelektroden 391. Darüber hinaus bedeutet es, wenn der Widerstand als ”elektrischer Oberflächenwiderstand ρ” beschrieben ist, einen Wert, welcher durch ein Herstellen einer Probe 25 wie in 18 veranschaulicht, und ein Messen des elektrischen Widerstands R zwischen den Messelektroden 39 und ein Berechnen des Wertes unter Verwendung von Gleichung (1), welche obenstehend beschrieben ist, erreicht wird.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform wie in 16 veranschaulicht ist, der leitfähige Teil 2 unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet, dessen elektrischer Oberflächenwiderstand ρ gleich 1,0 × 10⁷ bis 1,0 × 10¹⁰ Ω·cm in einem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C ist.
Als ein leitfähiges Material, dessen elektrischen Oberflächenwiderstand p den oben beschriebenen nummerischen Bereich erfüllt, ist es möglich, Keramiken zu nutzen, welche ein Perovskitstruktur haben, welche durch die molekulare Formel ABO₃ ausgedrückt ist. Als A in der molekularen Formel, welche obenstehend beschrieben ist, ist es möglich, beispielsweise wenigstens ein Element ausgewählt unter La, Sr, Ca und Mg zu verwenden, und als B, welches obenstehend beschrieben ist, ist es möglich, wenigstens ein Element ausgewählt aus Ti, Al, Zr und Y zu verwenden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Hauptkomponente von A in der molekularen Formel, welche obenstehend beschrieben ist, gesetzt, um Sr zu sein, und die Begleitkomponente ist gesetzt, um La zu sein. Darüber hinaus ist B in der molekularen Formel, welche obenstehend beschrieben ist, gesetzt, um Ti zu sein. 16 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem elektrischen Oberflächenwiderstand ρ und einer Temperatur dieser Keramik (Sr_1-xLa_xTiO₃). Wie in 16 veranschaulicht ist, wird, wenn X eingestellt ist, um 0,016 bis 0,036 zu sein, der elektrische Oberflächenwiderstand ρ von Sr_1-xLa_xTiO₃ gleich 1,0 × 10⁷ bis 1,0 × 10¹⁰ Ω·cm in dem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C. Demnach kann diese Keramik geeignet als das Material des leitfähigen Teils 2 genutzt werden.
Darüber hinaus wird, wie in 16 veranschaulicht ist, wenn La nicht zu dem leitfähigen Material (SrTiO₃) hinzugefügt wird, der elektrische Oberflächenwiderstand ρ ungefähr 1,0 × 10⁵ bis 1,0 × 10¹¹ Ω·cm in dem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C. Daraus kann gesehen werden, dass, wenn La in der Keramik, welche obenstehend beschrieben ist, enthalten ist, es eine kleine Änderung in dem elektrischen Oberflächenwiderstand ρ aufgrund der Temperatur gibt.
Genauer wird beim Erlangen des Graphen in 16, die Messung des elektrischen Oberflächenwiderstandes ρ wie untenstehend beschrieben durchgeführt. Das heißt, dass Keramiken gefertigt wurden, in welchen X in Sr_1-xLa_xTiO₃ gleich 0; 0,016; 0,02; 0,36 war und Proben 25 (es sei Bezug genommen auf 18) wurden unter Verwendung dieser Keramiken gefertigt. Jede Probe 25 weist ein plattenförmiges Substrat 251 auf, welches eine Dicke T von 1,4 mm hat, und ein Paar von Messelektroden 39, welche auf der Hauptoberfläche des plattenförmigen Substrats 251 gebildet sind, welche eine Länge L von 16 mm haben und durch einen Zwischenraum D von 800 μm getrennt sind. Die Proben 25 wurden dann in einer Luftatmosphäre auf 100°C bis 500°C erwärmt, eine Spannung von 5 bis 1000 V wurde zwischen den Messelektroden 39 angelegt, und der elektrische Widerstand R wurde gemessen. Dann wurde unter Verwendung von Gleichung (1), welche obenstehend beschrieben ist, der elektrische Oberflächenwiderstand ρ berechnet.
17 veranschaulicht einen Graphen, welcher die Beziehung zwischen der Menge von PM, welche in einem PM-Sensor 1 injiziert wird, und der Sensorausgabe des PM-Sensors 1 veranschaulicht, wenn der elektrische Oberflächenwiderstand ρ des leitfähigen Teils 2 geändert wird. Dieser Graph wird auf dem folgenden Wege erlangt. Zuerst wurden leitfähige Teile 2 unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet, welches jeweils einen elektrischen Oberflächenwiderstand ρ von 2,3 × 10⁶, 1,0 × 10⁷, 1,0 × 10¹⁰, 3,2 × 10¹⁰ Ω·cm hat, und PM-Sensoren 1 wurden gefertigt, welche diese leitfähigen Teile 2 enthielten. Abgase, welche einen PM-Gehalt von 0,01 mg/l haben, wurden in jeden der PM-Sensoren 1 eingespritzt beziehungsweise injiziert, und ein Teil dieser injizierten PM wird auf der Ansammeloberfläche 20 der PM-Sensoren 1 angesammelt. Darüber hinaus wurde ein elektrischer Strom I, welcher zwischen dem Paar von Elektroden 3a, 3b fließt, in eine Spannung unter Verwendung eines Shunt-Widerstands umgewandelt, und die Sensorausgabe wurde erlangt. Der Raum zwischen den Elektroden 3a, 3b war 80 μm, die angelegte Spannung war 35 V und die Messtemperatur war 200°C. 17 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der injizierten Menge von PM und der Sensorausgabe veranschaulicht.
Wie in 17 veranschaulicht ist, nimmt, wenn der elektrische Oberflächenwiderstand ρ des leitfähigen Teils 2 gleich 1,0 × 10⁷ bis 1,0 × 10¹⁰ Ω·cm ist, die Sensorausgabe des PM-Sensors 1 zu, auch wenn nur eine kleine Menge von PM angesammelt ist. In anderen Worten gesagt, kann es gesehen werden, dass die Empfindlichkeit des PM-Sensors 1 hoch ist. Darüber hinaus ändert sich, wenn PM an dem Sensor anhaften, die Sensorausgabe in großem Maße. Demnach kann es gesehen werden, dass, solange der elektrische Oberflächenwiderstand ρ des leitfähigen Teils 2 innerhalb des Bereichs ist, welcher obenstehend beschrieben ist, die Empfindlichkeit des PM-Sensors 1 hoch ist, und es ist möglich, die Menge von angesammelten PM genau zu messen.
Wenn jedoch der elektrische Oberflächenwiderstand ρ außerhalb des Bereichs ist, welcher obenstehend beschrieben ist, ist es nicht möglich, diese Art von Effekt ausreichend zu erhalten. Beispielsweise nimmt, wenn der elektrische Oberflächenwiderstand ρ gleich 3,2 × 10¹⁰ Ω·cm ist, und dort nur eine kleine Menge von PM angesammelt ist, die Sensorausgabe nicht stark zu. In anderen Worten gesagt gibt es eine Totperiode. Dies ist der Fall, da der elektrische Oberflächenwiderstand ρ des leitfähigen Teils 2 zu hoch ist, und es für den elektrischen Strom I nicht leicht ist, zwischen den Elektroden 3a, 3b zu fließen, und es wird gedacht, dass der elektrische Widerstand I nur starten wird zu fließen, nachdem eine Menge von PM angesammelt ist, und ein Pfad für einen elektrischen Strom durch die PM gebildet ist.
Darüber hinaus gibt es, wenn der elektrische Oberflächenwiderstand ρ beispielsweise gleich 2,3 × 10⁶ Ω·cm ist, kaum eine Änderung in der Sensorausgabe, auch wenn sich die Menge von angesammelten PM ändert. Es wird erwägt, dass dies der Fall ist, da der elektrische Oberflächenwiderstand zu gering ist, und auch wenn sich PM ansammeln, ein sehr kleiner elektrischer Strom I in den PM fließt, und es demnach für den Strom zwischen den Elektroden 3a, 3b schwierig ist, sich zu andern. Demnach wird es gesehen, dass in diesem Fall es schwierig ist, die Menge von angesammelten PM genau zu messen.
Als Nächstes wird 19 verwendet werden, um die Tiefe von der Oberfläche des elektrischen Stroms I, welcher in der Probe 25 fließt (es sei Bezug genommen auf 18), zu erklären. Der Graph in 19 ist wie untenstehend beschrieben erzeugt. Zuerst wurde leitfähiges Material in eine Platten- bzw. Folienform geformt, Messelektroden 39 wurden auf die Oberfläche davon gedruckt und getrocknet bzw. gebrannt, um Proben 25 zu machen. Die Bedingung der Dicken T der Proben 25 wurden geändert wie beispielsweise 10 μm, 20 μm, 40 μm, 45 μm, 50 μm, 80 μm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,5 mm, 1,0 mm, 1,4 mm und 2,0 mm. Um den Effekt von Feuchtigkeit zu beseitigen wurden diese Proben 25 auf 200°C erwärmt, eine Spannung von 500 V wurde zwischen dem Paar von Messelektroden 39 angelegt, und der elektrische Widerstand R wurde gemessen. Die Länge L der Messelektroden 39 ist 16 mm, und der Raum D dazwischen ist 800 μm. Nimmt man den elektrischen Widerstand, wenn die Dicke der Probe 25 gleich 10 μ ist, um eine Referenz (in anderen Worten gesagt 100%) zu sein, wurde ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Prozentsatz des elektrischen Widerstands R jeder der Proben hinsichtlich dazu und der Probendicke veranschaulicht, gefertigt.
Wie in 19 veranschaulicht ist, nimmt, wenn die Dicke der Probe 25 in dem Bereich von 10 μm bis 0,1 mm ist, der elektrische Widerstand ab, wenn die Dicke zunimmt, nachdem jedoch die Dicke 0,1 mm überschreitet, gibt es kaum eine Änderung im elektrischen Widerstand. Daraus kann gesehen werden, dass elektrischer Strom I nur zu einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche der Probe 25 fließt. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn der elektrische Oberflächenwiderstand ρ gemessen wird, die Dicke T der Probe 25 eingestellt, um 1,4 mm zu sein. Demnach wird eine Dicke ausreichend für einen elektrischen Strom I, um zu fließen, aufrechterhalten.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand und dem elektrischen Oberflächenwiderstand ρ von SrTiO₃ unter Verwendung von 20 erklärt werden. Der Graph in 20 ist wie untenstehend beschrieben bereitgestellt. Das heißt, dass Proben 25 (es sei Bezug genommen auf 18) unter Verwendung von SrTiO₃ gefertigt wurden, und der elektrische Oberflächenwiderstand ρ gemessen wurde, während die Temperatur geändert wurde. Darüber hinaus wurden Bulk-Proben 259 (es sei Bezug genommen auf 21) unter Verwendung von SrTiO₃ gefertigt, und der elektrische Bulk-Widerstand wurde gemessen, während die Temperatur geändert wurde. Die Beziehung zwischen dem gemessenen elektrischen Widerstand, dem elektrischen Oberflächenwiderstand ρ und der Temperatur ist in dem Graphen in 20 veranschaulicht. Aus 20 kann gesehen werden, dass Werte des elektrischen Bulk-Widerstands und des elektrischen Oberflächenwiderstands ρ vollständig unterschiedlich sind.
Als Nächstes wird die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform erklärt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein leitfähiger Teil 2 unter Verwendung eines leitfähigen Materials, welches einen elektrischen Oberflächenwiderstand ρ hat, welcher 1,0 × 10⁷ bis 1,0 × 10¹⁰ Ω·cm in einem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C ist, gefertigt.
Demnach gibt es, wie in 17 veranschaulicht ist, eine kleine Totperiode und es ist möglich, einen PM-Sensor 1 zu erlangen, dessen Sensorausgabe sich in großem Maße ändert, wenn Partikel anhaften.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform der numerische Bereich des elektrischen Oberflächenwiderstands ρ reguliert. Demnach ist es leicht, die elektrischen Charakteristiken des leitfähigen Teils 2 zu optimieren. In anderen Worten gesagt ist der PM-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform derart, dass Elektroden 3a, 3b auf der Hauptoberfläche S1 (es sei Bezug genommen auf 2) des leitfähigen Teils 2 gebildet werden, und wenn dieser PM-Sensor verwendet wird, fließt ein elektrischer Strom I in der Nähe der Oberfläche des leitfähigen Teils 2. Demzufolge fließt ein elektrischer Strom I in der Nähe der Oberfläche des plattenförmigen Substrats 251 (es sei Bezug genommen auf 18), und es kann gesagt werden, dass der gemessene elektrische Oberflächenstrom ρ die elektrische Charakteristik ist, welche in einem Zustand gemessen wird, welcher nahe zu dem aktuellen Betriebszustand des PM-Sensors 1 ist. Demnach ist es durch ein Regulieren des numerischen Bereichs des elektrischen Oberflächenwiderstands ρ möglich, die elektrischen Charakteristiken des leitfähigen Teils 2 in einem Zustand zu regulieren, welcher nahe zu dem aktuellen Betriebszustand ist.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Keramik, welche eine Perovskitstruktur hat, als das leitfähige Material des leitfähigen Teils 2 verwendet. Wenn die molekulare Formel dieser Keramik eingestellt ist, um ABO₃ zu sein, ist A vorzugsweise wenigstens ein Element ausgewählt aus La, Sr, Ca und Mg, und B ist vorzugsweise wenigstens ein Element, ausgewählt unter Ti, Al, Zr und Y.
Diese Art von Keramik hat einen hohen thermischen Widerstand und reagiert nicht leicht chemisch mit einer Substanz, welche in Abgasen enthalten ist. Demnach kann diese Art von Keramik geeignet als ein leitfähiges Material für einen PM-Sensor 1 genutzt werden, welcher Abgasen ausgesetzt ist.
Darüber hinaus ist es insbesondere bevorzugt, dass der Hauptkomponente von A in der molekularen Formel, welche obenstehend beschrieben ist, Sr ist, und die Begleitkomponente La ist und dass B Ti ist.
Wie in 16 veranschaulicht ist, ist diese Art von Keramik derart, dass eine Änderung in dem elektrischen Oberflächenwiderstand ρ klein ist, auch wenn sich die Temperatur ändert. Dies wird angesehen, aufgrund der Wirkung der Hinzufügung von La zu sein. Durch ein Fertigen des leitfähigen Teils 2 unter Verwendung dieser Art von Keramik wird es möglich, eine kostengünstige Messschaltung als die Messschaltung zum Messen der Ausgabe des PM-Sensors 1 zu nutzen. In anderen Worten gesagt ist, wie in 16 veranschaulicht ist, eine Keramik (SrTiO₃), welche La nicht aufweist, derart, dass der elektrische Oberflächenwiderstand ρ sich in großem Maße um ungefähr 1 × 10⁵ bis 1 × 10¹¹ Ω·cm in einem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C ändert. Demnach wird ein leitfähiger Teil 2, welcher unter Verwendung dieser Keramik (SrTiO₃) gebildet ist derart, dass nur ein kleiner elektrischer Strom in der Nähe von 100°C fließt, und ein großer elektrischer Strom in der Nähe von 500°C fließt. Demnach ist es notwendig, eine teure Messschaltung zu verwenden, welche einen großen Strommessbereich hat. Wenn jedoch eine Keramik, welche La aufweist, genutzt wird (Sr_1-xLa_xTiO₃), ist es möglich, die Änderung des elektrischen Oberflächenwiderstands ρ in dem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C zu verringern. Demnach ist es möglich, die Änderung im elektrischen Strom, welcher in dem leitfähigen Teil 2 in diesem Temperaturbereich fließt, zu ändern, und es wird möglich, eine kostengünstige Messschaltung zu verwenden, welche einen schmalen elektrischen Strommessbereich hat.
Die andere Konfiguration und Wirkungen sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
(Referenzausführungsform 1)
Die vorliegende Ausführungsform ist auf einen PM-Sensor 1 bezogen, welcher in der Lage ist, eine Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen, während zu derselben Zeit ein leitfähiger Teil vorgesehen ist, welcher ein Paar von Elektroden 3a, 3b bedeckt.
In der ersten Ausführungsform wurden Elektroden 3 auf der Oberfläche eines leitfähigen Teils 2 vorgesehen. Als ein Ergebnis fließt ein elektrischer Strom in der Oberfläche des leitfähigen Teils 2 oder in anderen Worten gesagt fließt ein elektrischer Strom in der Ansammeloberfläche 20. Mit dieser Art von Konfiguration ändert sich, auch wenn sich nur eine kleine Menge von PM auf der Ansammeloberfläche 20 ansammelt, der Strom, und so ist es möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von PM zu erhöhen.
In der vorliegenden Ausführungsform jedoch ist es durch ein Regulieren der Korrelation zwischen der Dicke des leitfähigen Teils 2 und der Dicke der Elektroden 3 möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von PM zu erhöhen.
Die Hauptteile der vorliegenden Ausführungsform werden unter Verwendung von 22 bis 25 erklärt werden.
Wie in der ersten Ausführungsform weist die Partikelerfassungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform einen PM-Sensor 101 und eine Steuereinheit 7 auf, welche mit dem PM-Sensor 101 verbunden ist. Die Steuereinheit 7 hat dieselbe Konfiguration wie diejenige der ersten Ausführungsform, und so wird eine Erklärung ausgelassen.
Der PM-Sensor 101 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Substratsektion 401 auf, welche unter Verwendung eines isolierenden Materials gefertigt ist, und mehrere Elektrodenplattensektionen 402, auf welchen Elektroden gebildet sind.
Die Substratsektion 401 ist unter Verwendung desselben Materials wie die Substratsektion 4 in der ersten Ausführungsform gefertigt. Darüber hinaus haben die Elektrodenplattensektionen 402 plattenförmige Elektrodensubstratsektionen 412, welche unter Verwendung eines isolierenden Materials gefertigt werden, Erfassungselektrodensektionen 301, 302 und Erstreckungssektionen 303, welche elektrisch mit den Erfassungselektrodensektionen 301, 302 verbunden sind. Wie später beschrieben werden wird, sind die Erfassungselektrodensektionen 301, 302 durch einen leitfähigen Teil 200 (es sei Bezug genommen auf 24) bedeckt.
Die Substratsektion 401 und die Elektrodenplattensektionen 402 sind in einer rechtwinkligen Plattenform gebildet. Darüber hinaus sind die Erstreckungssektionen 303 auf den Elektrodensubstratsektionen 412 gebildet, um sich in der längs gerichteten Richtung zu erstrecken. Ein Ende der Erstreckungssektionen 303 ist elektrisch mit der Steuereinheit 7 verbunden, und das andere Ende ist mit den Erfassungselektrodensektionen 301, 302 verbunden.
Wie in 22 veranschaulicht ist, sind die Erfassungselektrodensektionen 301, welche positive Elektroden sind, und die Erfassungselektrodensektionen 302, welche negative Elektroden sind, alternierend angeordnet. Auf diesem Wege sind mehrere Elektrodenplattensektionen 402 geschichtet, sodass benachbarte Elektroden unterschiedliche Polarität haben. Dann ist die Substratsektion 401 auf einer Seite in der Schichtungsrichtung der Elektrodenplattensektionen 402 angeordnet, und eine Heizerplattensektion 403, welche einen Heizer 5 hat, ist auf der anderen Seite angeordnet. Die mehreren Elektrodenplattensektionen 402 werden in der Schichtungsrichtung durch die Substratsektion 401 und die Heizerplattensektion 403 gehalten. Als ein Ergebnis wird ein laminierter Körper gebildet.
Wie in 23 veranschaulicht ist, sind die Erfassungselektrodensektionen 301, 302 und die Elektrodenplattensektionen 412 von einem Teil der Seitenoberfläche 111 des PM-Sensors 101 freigelegt. Wie in 24 veranschaulicht ist, sind die freigelegten beziehungsweise freiliegenden Erfassungselektrodensektionen 301, 302 und Elektrodenplattensektionen 412 durch den leitfähigen Teil 200 bedeckt, welcher eine spezifizierte Dicke hat. Der leitfähige Teil 200 kann gebildet werden unter Verwendung desselben Materials wie in der ersten Ausführungsform.
Partikel sammeln sich auf der Ansammeloberfläche 201 des leitfähigen Teils 200 an. Die Ansammeloberfläche 201 ist auf der entgegengesetzten Seite des leitfähigen Teils 200 von der Seite gebildet, wo die Erfassungselektrodensektionen 301, 302 angeordnet sind. Der elektrische Widerstand des leitfähigen Teils 200 ist höher als der elektrische Widerstand der Partikel, und so fließt ein elektrischer Strom leichter in den Partikeln als in dem leitfähigen Teil 200. Demnach nimmt, wie in der ersten Ausführungsform, wenn Partikel sich auf der Ansammeloberfläche 201 ansammeln, der elektrische Widerstand zwischen den Erfassungselektrodensektionen 301, 302 mehr ab, als wenn Partikel nicht angesammelt sind. Demnach wird der gemessene Wert des elektrischen Stroms, welcher durch die Messeinheit für den elektrischen Strom 72 der Steuereinheit 7 (es sei Bezug genommen auf 8) gemessen wird, größer. Die Berechnungseinheit 73 berechnet die Menge der angesammelten Partikel unter Verwendung dieses Messwerts.
Wie in 24 veranschaulicht ist, ist die Dicke Ws des leitfähigen Teils 200 gebildet, um geringer zu sein als die Dicke We der Erfassungselektrodensektionen 301, 302.
Durch ein Bilden der Dicke Ws des leitfähigen Teils 200 geringer als die Dicke We der Erfassungselektrodensektionen 301, 302 auf diesem Wege, ist es möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird im Detail beschrieben werden.
Wie in 22 und 24 veranschaulicht, sind Elektrodensubstratsektionen 412, welche aus einem Isolator gefertigt sind, zwischen dem Paar von Erfassungselektrodensektionen 301, 302 gegenwärtig. Demnach fließt kein elektrischer Strom zu den Elektrodensubstratsektionen 412, auch wenn eine Spannung an das Paar von Erfassungselektrodensektionen 301, 302 angelegt ist. Teile jedoch des Paars von Elektroden 301, 302 sind durch den leitfähigen Teil 200 bedeckt, und so fließt ein elektrischer Strom in diesem leitfähigen Teil 200.
Wie in 25 veranschaulicht ist, krümmt sich elektrischer Strom, welcher von einer der Erfassungselektrodensektion 301 des Paars von Erfassungselektrodensektionen 301, 302 fließt, innerhalb des leitfähigen Teils 200 und erreicht die andere Erfassungselektrodensektion 302. Demnach ist, auch wenn Partikel nicht an der Ansammeloberfläche 201 angesammelt sind, ein Teil des elektrischen Stroms in der Lage, in der Ansammeloberfläche 201 zu fließen. Wenn dies geschieht, wird, wenn die Dicke Ws des leitfähigen Teils dicker ist als die Dicke We der Erfassungselektrodensektionen, der Abstand bis der elektrische Strom die Ansammeloberfläche 201 erreicht, lang, und so wird der Prozentsatz des elektrischen Stroms, welcher innerhalb des leitfähigen Teils 200 fließt, hoch, und die Menge von elektrischem Strom, welche in der Ansammeloberfläche 201 fließt, nimmt ab. Demnach wird es schwierig, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von PM hoch genug zu machen.
Durch ein Bilden der Dicke Ws des leitfähigen Teils 200 dünner als die Dicke We der Erfassungselektrodensektionen wie in der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Menge von elektrischem Strom, welcher innerhalb des leitfähigen Teils 200 fließt, zu verringern, und es ist möglich, dass viel des elektrischen Stroms in der Ansammeloberfläche 201 fließt. Demnach wird es, wenn Partikel an der Ansammeloberfläche 201 anhaften, leicht für den elektrischen Strom, in den Partikeln zu fließen.
Demnach nimmt, auch wenn nur eine kleine Menge von Partikeln an dem leitfähigen Teil 200 angesammelt ist, die Änderungsrate des Stroms zu, und es ist möglich, die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern.
(Fünfte Ausführungsform)
Wie in 26 veranschaulicht ist, weist die Partikelerfassungsvorrichtung 102 der vorliegenden Ausführungsform eine Temperaturmesseinheit 501 zum Erfassen der Temperatur von Abgasen auf. Darüber hinaus weist zusätzlich zu der Konfiguration der ersten Ausführungsform die Steuereinheit 701 eine Widerstandskorrektureinheit 75 zum Korrigieren des Widerstandswerts des leitfähigen Teils 20 gemäß der Temperatur von Abgasen auf. In anderen Worten gesagt weist die Steuereinheit 701 der vorliegenden Ausführungsform eine Spannungsanlegeeinheit 71 auf, welche eine Spannung an das Paar von Elektroden anlegt, eine Messeinheit für elektrischen Strom 72, welche den elektrischen Strom des Stroms erfasst, welcher zwischen dem Paar von Elektroden fließt, eine Heizersteuereinheit 74, welche den Heizer 5 steuert, eine Berechnungseinheit 73, welche die Menge von angesammelten Partikeln aus dem Messwert, welcher durch die Messeinheit für den elektrischen Strom 72 erfasst wird, berechnet, und die Menge von ausgestoßenen Partikeln pro Einheitszeit berechnet, welche in Abgasen enthalten ist, und die Widerstandskorrektureinheit 75, welche obenstehend beschrieben ist.
Für die Temperaturmesseinheit 501, welche obenstehend beschrieben ist, kann ein bekannter Abgastemperatursensor verwendet werden; beispielsweise ist es möglich, einen Temperatursensor zu verwenden, welcher einen Thermistor als das thermosensitive Element verwendet. Die Temperaturmesseinheit 501 ist in der Nähe des PM-Sensors 1 vorgesehen, welcher in dem Abgasrohr installiert ist, und überträgt erfasste Temperaturinformationen zu der Widerstandskorrektureinheit 75 der Steuereinheit 701. Durch ein Vorsehen der Temperaturmesseinheit 501 in der Nähe des PM-Sensors 1 ist es möglich, Temperaturmessungen in der Nähe des PM-Sensors 1 zum Korrigieren des Widerstands des leitfähigen Teils 2 zu verwenden. Demnach ist es möglich, die Genauigkeit zum Korrigieren des Widerstandes zu erhöhen.
Es ist in den Figuren nicht veranschaulicht, jedoch werden die Temperaturinformationen, welche durch die Temperaturmesseinheit 501 gemessen werden, ebenso zu der ECU 16 übertragen und für eine Einspritzsteuerung und dergleichen der Maschine verwendet.
In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Berechnungseinheit 73 den Zeitableitungswert durch ein Heranziehen der Ableitung des Messwerts von der Messeinheit für den elektrischen Strom 72 über der Zeit. Dieser Zeitableitungswert ist mit der Menge von Partikeln in den Abgasen korreliert. Darüber hinaus hat die Berechnungseinheit 73 Quantitätskorrekturdaten, welche die Menge von Partikeln pro Einheitsvolumen von Abgasen korrigieren. Unter Verwendung des Zeitableitungswerts, welcher obenstehend beschrieben ist, und der Quantitätskorrekturdaten ist die Berechnungseinheit 73 in der Lage, die Menge von Partikeln pro Einheitsvolumen von Abgasen zu berechnen.
Die Widerstandskorrektureinheit 75 speichert Daten (Temperaturcharakteristikdaten) für die Beziehung zwischen der Temperatur und dem elektrischen Widerstand des leitfähigen Teils 2. Die Widerstandskorrektureinheit 75 verwendet die Temperatur, welche durch die Temperaturmesseinheit 501 erfasst wird und die Temperaturcharakteristikdaten, um den Korrekturwiderstandswert für den leitfähigen Teil 2 zu berechnen. Dann führt unter Verwendung dieses Korrekturwiderstandswerts die Widerstandskorrektureinheit 75 eine Korrektur durch, um den Effekt der Änderung aufgrund der Temperatur des elektrischen Widerstands des leitfähigen Teils 2 zu verringern, welcher in dem elektrischen Widerstand der Elektroden 3a, 3b enthalten ist.
Als ein Ergebnis wird es möglich, die Wirkung der Abgastemperatur auf den leitfähigen Teil 2 zu verringern, wenn die Menge von Partikeln erfasst wird. Demnach ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen von Partikeln zu verbessern.
(Andere Ausführungsformen)
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden obenstehend beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen, welche obenstehend beschrieben sind, beschränkt und die Erfindung kann auf verschiedene Ausführungsformen innerhalb eines Bereiches angewandt werden, welcher nicht von dem Umfang der Erfindung abweicht und insbesondere ist es möglich, Ausführungsformen so lange zu kombinieren, als keine Probleme bei einer Ausführung davon auftreten.
Beispielsweise wird angenommen, dass die Steuereinheit 701 der Partikelerfassungsvorrichtung 102, welche in der fünften Ausführungsform beschrieben ist, einen PM-Sensor 1 mit der Konfiguration der ersten Ausführungsform hat, es ist jedoch ebenso möglich, die PM-Sensoren der zweiten bis vierten Ausführungsformen einzusetzen.
Darüber hinaus ist in der Referenzausführungsform 1 der leitfähige Teil 200 auf der Seitenoberfläche 111 des PM-Sensors vorgesehen, er kann jedoch auf der Endoberfläche vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7543477 [0004]

Claims

Partikelerfassungssensor (1) zum Erfassen einer Menge von Partikeln (6), welche in Abgasen enthalten sind, aufweisend: einen leitfähigen Teil (2), welcher in eine Plattenform unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet ist, welches einen elektrischen Widerstand hat, welcher höher ist als die Partikel, mit einer Hauptoberfläche (S1), welche als eine Ansammeloberfläche (20) fungiert, auf welcher sich die Partikel ansammeln; und ein Paar von Elektroden (3a, 3b), welche auf der Ansammeloberfläche gebildet sind und angeordnet sind, um voneinander getrennt zu sein und einander zugewandt zu sein.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die Elektroden gemeinsame Sektionen (30) und Kammzahnsektionen (31) aufweisen, wobei die Kammzahnsektionen (31a), welcher auf einer Elektrode (3a) des Paars von Elektroden gebildet sind, und die Kammzahnsektionen (31b), welche auf der anderen Elektrode (3b) gebildet sind, alternierend angeordnet sind, und eine Breite (W) einer Kammzahnsektion in einer Anordnungsrichtung der Kammzahnsektion kürzer ist als ein Zwischenraum (W') zwischen Paaren von Kammzahnsektionen.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das leitfähige Material des leitfähigen Teils ein Metalloxid aufweist, welches eine Leitfähigkeit hat.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei eine Substratsektion (4), welche aus einem isolierenden Material gefertigt ist, auf einer entgegengesetzten Seite des leitfähigen Teils angeordnet ist, von einer Seite, an der die Ansammeloberfläche gebildet ist; und ein Heizer (5) zum Verbrennen der Partikel, welche sich auf der Ansammeloberfläche ansammeln, innerhalb der Substratsektion vorgesehen ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Heizer zum Verbrennen der Partikel, welche sich auf der Ansammeloberfläche ansammeln, innerhalb des leitfähigen Teils vorgesehen ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der leitfähige Teil unter Verwendung eines leitfähigen Materials gebildet ist, welches einen elektrischen Oberflächenwiderstand ρ hat, welcher derart bestimmt ist, dass Proben (25) gebildet werden mit einem plattenförmigen Substrat (251), welches aus einem leitfähigen Material gefertigt ist, welche eine Dicke T von 1,4 mm haben, und ein Paar von Messelektroden (39), welche auf einer Hauptoberfläche des plattenförmigen Substrats gebildet sind, welche eine Länge L und einen Abstand D zwischen Elektroden haben, ein elektrischer Widerstand R zwischen dem Paar von Messelektroden gemessen wird, um den elektrischen Oberflächenwiderstand ρ zu berechnen, welcher durch eine folgende Gleichung ausgedrückt wird: ρ = R × L × T/D und der berechnete elektrische Oberflächenwiderstand ρ zwischen 1,0 × 10⁷ bis 1,0 × 1,0¹⁰ Ω·cm in einem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das leitfähige Material eine Keramik ist, welche eine Perovskitstruktur hat und durch die molekulare Formel ABO₃ ausgedrückt wird, wobei A wenigstens eine Art von Element ist, welches ausgewählt ist unter La, Sr, Ca und Mg, und B wenigstens eine Art von Element ist, ausgewählt unter Ti, Al, Zr und Y.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 7, wobei eine Hauptkomponente von A Sr ist und eine Begleitkomponente von A La ist und B Ti ist.
Partikelerfassungsvorrichtung (10), aufweisend den Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und eine Steuereinheit (7), welche elektrisch mit dem Partikelerfassungssensor verbunden ist; wobei die Steuereinheit Folgendes aufweist: eine Spannungsanlegeeinheit (71), welche eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden anlegt; eine Messeinheit für elektrischen Strom (72), welche einen elektrischen Strom misst, welcher zwischen dem Paar von Elektroden fließt; und eine Berechnungseinheit (73), welche die Menge von Partikeln, welche in Abgasen enthalten ist, basierend auf dem Messwert des elektrischen Stroms berechnet.