JP2003098136A - 粒子状物質センサ−およびこれを用いた粒子状物質の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス中のＰＭをリアルタイムにかつ高精度
に測定することのできるコンパクトな粒子状物質センサ
−およびこれを用いた粒子状物質の測定方法を提供する
こと。 【解決手段】 耐熱性および電気絶縁性を有する基体２
に排ガスＧを通過させる多数の孔３が形成されるととも
に、前記各孔３を形成する基体２の両端面にそれぞれ電
極４ａ，４ｂが形成され、さらに、排ガスＧが流れる排
気管８内に設けられる程度の大きさに形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車の
排ガス中に含まれる粒子状物質を測定するための粒子状
物質センサ−およびこれを用いた粒子状物質の測定方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車のディーゼルエンジンか
ら排出されるガス中に含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉ
ｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、ＰＭという）を測
定する手法の一つに、図６に示すように、排ガスＧが流
れる排気管５１の出口にサンプリング用の管路５２を挿
入接続し、この管路５２にサンプリング用の吸引ポンプ
５３と、内部に筒状の外部電極５４と棒状の内部電極５
５とを同心円状に配置してなる測定装置５６とを直列に
設け、吸引ポンプ５３によって吸引した排ガスＧの一部
を測定装置５６内に導入して、前記外部電極５４と内部
電極５５との間の電気抵抗をモニターするようにしたも
のがある。

【０００３】前記測定の原理は、前記ＰＭの大部分は、
スート（Ｓｏｏｔ）と呼ばれる無機炭素（以下、スート
という）と、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｆｒａｃｔｉｏｎ）と呼ばれる炭化水素（以下、ＳＯ
Ｆという）およびサルフェートと呼ばれる硫化水和物
（以下、サルフェートという）から構成されており、こ
のうち、スートは導電性を有している。したがって、電
気抵抗の大きさの変化をモニターすることにより、ＰＭ
の量を測定することができるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＰＭ測定方法においては、排ガスＧをサンプリング
するための管路５２や吸引ポンプ５３が必要になり構成
が大がかりになるとともに、管路５２の内壁や吸引ポン
プ５３内の流路にＰＭが付着し、測定結果に誤差が生ず
るといった課題がある。そして、サンプリングによるハ
ンドリングタイムのため、測定結果に時間遅れ（デッド
タイム）が生ずる。なお、前記ＰＭの付着を防止するた
め、管路５２や吸引ポンプ５３を所定温度に加熱し保温
することが考えられるが、その場合、ヒータが必要にな
りサンプリング系統が大がかりになる。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、排ガス中のＰＭをリアルタイム
にかつ高精度に測定することのできるコンパクトな粒子
状物質センサ−およびこれを用いた粒子状物質の測定方
法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の粒子状物質センサ−は、耐熱性および電
気絶縁性を有する基体に排ガスを通過させる多数の孔が
形成されるとともに、前記各孔を形成する基体の両端面
にそれぞれ電極が形成され、さらに、排ガスが流れる排
気管内に設けられる程度の大きさに形成されてなること
を特徴としている（請求項１）。

【０００７】上記粒子状物質センサ−は、基体が耐熱性
を有しているので、高温の排ガスがが流れる排気管内に
当該排ガスに直接接触する状態で設けることができる。
したがって、排ガス中のＰＭをリアルタイムにかつ高精
度に測定することができる。そして、この粒子状物質セ
ンサ−はコンパクトであるので、排気管内における排ガ
スの流れに悪影響を与えたりするおそれがない。

【０００８】そして、前記粒子状物質センサ−には、粒
子状物質等が付着するのを抑制しかつ付着物を焼き切る
ためのヒータを設けてあってもよく（請求項２または
３）、この場合、請求項２に記載のように、電極の少な
くとも一方が前記ヒータを兼ねている場合、別途ヒータ
を設ける場合に比べて部品点数が少なくて済む。

【０００９】また、この発明の粒子状物質の測定方法
は、前記粒子状物質センサ−を、孔内を排ガスが流れる
ように、排気管内に設け、上流側の電極と下流側の電極
との間の電気抵抗に基づいて前記排ガスに含まれる粒子
状物質の量を測定するようにしたことを特徴としてい
る。

【００１０】上記測定方法によれば、排ガス中のＰＭを
リアルタイムにかつ高精度にしかも連続的に測定するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参
照しながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの
実施の形態を示す。まず、図１は、この発明の粒子状物
質センサ−１の一例を示すもので、この粒子状物質セン
サ−１は自動車の排気管に挿入し得る程度の大きさであ
る。すなわち、図１において、２は耐熱性に優れ、かつ
高電気絶縁性を有する基体で、例えばセラミックよりな
り、その平面視形状は例えば正方形で、一辺の長さＸが
例えば１０ｍｍであり、Ｚ方向の長さ（厚み）が例えば
２〜５ｍｍ程度である。

【００１２】前記基体２には、その一方の面２ａ側から
他方の面２ｂ側に、つまり、厚み方向に貫通するように
して、平面視正六角形状の多数の孔（セル）３が互いに
独立した状態でハニカム状に形成されている（図１の部
分拡大部分Ａ参照）。この孔３は、例えば４ミル／４０
０セル（壁厚４ミルで１インチ平方に４００セル）とい
った密度で形成されている。

【００１３】そして、前記基体２の孔３の周囲の端面２
ａ，２ｂには、適宜のヒータ材料を用い、スパッタ法な
ど公知の手法により電極４ａ，４ｂが形成されている。
つまり、基体２の端面２ａ，２ｂには、前記孔３を除く
部分がヒータを兼ねた電極４ａ，４ｂに形成されてお
り、それぞれの電極４ａ，４ｂには外部接続端子５ａ，
５ｂが設けられている。

【００１４】上記構成の粒子状物質センサ−１は、図２
に示すように、自動車６のエンジン７に連なる排気管８
内に設けられる。より詳しくは、図３に示すように、排
気管８の出口端に適宜の筒体９をねじ部材１０で固定
し、この筒体９の内側に設けられた保持部材１１に、孔
３が排気管８の長手方向（排ガスＧの流れる方向）に沿
うように、基体２の一方の端面２ａが上流側（エンジン
６側）に位置し、他方の端面２ｂが下流側（排気出口
側）に位置するように、着脱できるようにして取り付け
られる。なお、１２は外部接続ボックスで、前記外部接
続端子５ａ，５ｂに電圧を供給するためのケーブルなど
が接続されるとともに、コンピュータなどの演算処理部
（図示していない）への配線が接続される。

【００１５】上述のようにして粒子状物質センサ−１を
排気管８内に取り付け、ヒータを兼ねた電極４ａ，４ｂ
間に通電し、粒子状物質センサ−１を１９０℃程度にな
るように加熱する。この状態でエンジン７を動作させる
と、その排ガスＧの一部が粒子状物質センサ−１の基体
２に形成された孔３内を通過する。このとき、排ガスＧ
に含まれるＰＭは、粒子状物質センサ−１の基体２の上
流側の端面２ａ側の電極（上流側電極）４ａに接触した
後、孔３を通過して下流側の端面２ｂ側の電極（下流側
電極）４ｂに接触する。そして、前記両電極４ａ，４ｂ
には一定の電圧が印加させているため、前記ＰＭの電極
４ａ，４ｂへの接触により、絶縁状態にある電極４ａ，
４ｂ間に電流が流れ、この電流と前記電極４ａ，４ｂ間
に印加される電圧とから電極４ａ，４ｂ間の電気抵抗が
分かる。そして、この電極４ａ，４ｂ間の電気抵抗の大
きさは、電極４ａ，４ｂに接触するＰＭ量と相関関係が
あるので、前記電気抵抗に基づいてＰＭ量を定量するこ
とができる。

【００１６】そして、上記実施の形態においては、ヒー
タを兼ねた電極４ａ，４ｂが基体２の平面全体に設けら
れており、粒子状物質センサ−１が１９０℃程度になる
ように加熱されているので、ＰＭ等の堆積物が基体２や
孔３内に付着するのが抑制される。その結果、ゼロ点の
変動が抑制されるとともに、電極４ａ，４ｂに流れる電
流に誤差が生ずることがなく、ＰＭを精度よく定量する
ことができる。また、ヒータを兼ねた電極４ａ，４ｂが
基体２の平面全体に設けられていることにより、基体２
における温度分布が均一になるとともに、短時間で昇温
する。さらに、基体２を最小限の電力で所定の温度にま
で昇温させることができる。

【００１７】また、基体２に形成されている孔３がハニ
カム状であるので、通過する排ガスＧの抵抗を低くする
ことができる。そして、この孔３の個数を多くすること
により、排ガスＧをより層流状態で流すことができると
ともに、信号量が大きくかつ平均化される。

【００１８】上述したように、ＰＭの測定時において、
粒子状物質センサ−１を１９０℃程度に加熱している
が、この加熱によってもＰＭ等が多少付着することがあ
る。その場合、メンテナンスの焼き切り時に、電極４
ａ，４ｂに通電を行って、粒子状物質センサ−１を８０
０℃程度にまで高温加熱し、付着したＰＭ等を焼き切る
ようにすればよい。

【００１９】なお、上記実施の形態においては、電極４
ａ，４ｂのいずれをもヒータに兼用させていたが、これ
らのうちの一方のみをヒータに兼用させてあってもよ
い。

【００２０】上述のように、基体２の端面２ａ，２ｂに
形成される電極４ａ，４ｂの一方をヒータに兼用させて
もよいが、これに代えて、図４に示すように、電極４
ａ，４ｂは単にＰＭの検出のために用い、基体２を加熱
してＰＭ等が付着するのを抑制しそれらの付着物を焼き
切るためのヒータ１３を基体２の厚み方向の外周に周設
してもよい。この場合におけるヒータ１３による加熱温
度の調整は、上述した実施の形態における場合と同様で
ある。そして、この実施の形態における効果は、前記実
施の形態における効果と同様であるので、その詳細な説
明は省略する。

【００２１】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、例えば、基体２に形成される孔３は、ハ
ニカム状で平面視六角形であったが、図５（Ａ）に示す
ように、平面視四角形や、同図（Ｂ）に示すように、平
面視円形であってもよいことはいうまでもない。また、
粒子状物質センサ−１における基体２の大きさや基体２
に形成される孔３の大きさは、任意に設定することがで
きるが、粒子状物質センサ−１が少なくとも自動車６の
排気管８内に着脱自在に挿入できる程度の大きさになる
ようにしておく必要がある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、排ガス中のＰＭをリアルタイムにかつ高精度にしか
も連続的に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の粒子状物質センサ−の一例を部分拡
大図とともに示す断面図である。

【図２】前記粒子状物質センサ−を自動車に取付けた状
態を示す図である。

【図３】図２の要部を拡大して示す断面図である。

【図４】この発明の粒子状物質センサ−の他の例を部分
拡大図とともに示す断面図である。

【図５】この発明の粒子状物質センサ−の基体における
孔の平面視形状の他の例を拡大して示す図である。

【図６】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１…粒子状物質センサ−、２…基体、２ａ，２ｂ…端
面、３…孔、４ａ，４ｂ…電極、８…排気管、１３…ヒ
ータ、Ｇ…排ガス。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性および電気絶縁性を有する基体に
   排ガスを通過させる多数の孔が形成されるとともに、前
   記各孔を形成する基体の両端面にそれぞれ電極が形成さ
   れ、さらに、排ガスが流れる排気管内に設けられる程度
   の大きさに形成されてなることを特徴とする粒子状物質
   センサ−。
2. 【請求項２】 電極の少なくとも一方は、粒子状物質等
   が付着するのを抑制しかつ付着物を焼き切るためのヒー
   タを兼ねている請求項１に記載の粒子状物質センサ−。
3. 【請求項３】 粒子状物質等が付着するのを抑制しかつ
   付着物を焼き切るためのヒータを本体の外周に設けてな
   る請求項１に記載の粒子状物質センサ−。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状
   物質センサ−を、孔内を排ガスが流れるように、排気管
   内に設け、上流側の電極と下流側の電極との間の電気抵
   抗に基づいて前記排ガスに含まれる粒子状物質の量を測
   定するようにしたことを特徴とする粒子状物質の測定方
   法。