JP2011080942A - パティキュレート検出センサ - Google Patents
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Abstract
【目的】検出部以外の部位へのPMの堆積を抑制して信頼性の高いパティキュレート検出センサを提供する。
【解決手段】少なくとも被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板13の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極11、12を形成した検出部100と、検出部100を所定の温度に加熱する発熱体140とからなるパティキュレート検出素子10を具備し、検出部100に堆積した導電性微粒子PMの量に応じて変化する電気抵抗を測定して被測定ガス中のPM濃度を検出するパティキュレート検出センサ1において、パティキュレート検出素子10の検出部以外の被測定ガス301に晒される部位における被測定ガスの温度T2を検出部100における被測定ガス300の温度T1より高くして熱的な壁を形成する熱壁形成手段として第2の発熱体141及び、隔壁320を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板13の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極11、12を形成した検出部100と、検出部100を所定の温度に加熱する発熱体140とからなるパティキュレート検出素子10を具備し、検出部100に堆積した導電性微粒子PMの量に応じて変化する電気抵抗を測定して被測定ガス中のPM濃度を検出するパティキュレート検出センサ1において、パティキュレート検出素子10の検出部以外の被測定ガス301に晒される部位における被測定ガスの温度T2を検出部100における被測定ガス300の温度T1より高くして熱的な壁を形成する熱壁形成手段として第2の発熱体141及び、隔壁320を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中に含まれる導電性微粒子の濃度の検知に適したパティキュレート検出センサに関する。
近年、コモンレール式燃料噴射システム、過給器システム、酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタDPF、選択触媒還元(SCR)システム、排気再循環(EGR)システム等を組み合わせて、ディーゼル機関やガソリンリーンバーン機関等の燃焼排気中に含まれる窒素酸化物NOx、カーボンなどの粒子状物質(PM)、未燃炭化水素HC等の環境負荷物質の低減が図られている。
このようなシステムに用いられるDPFは、一般に、耐熱性に優れ、かつ、無数の細孔を有する多孔質セラミックスを素材としたハニカム構造とされ、多孔質の隔壁に存在する細孔中にPMを捕捉し、PMが堆積して細孔に目詰まりを起こして圧力損失が高くなると、バーナやヒータ等で加熱したり、機関の燃焼爆発後に少量の燃料を噴射するポスト噴射等によりDPF内に高温の燃焼排気を導入したりして、DPFを加熱し、DPF内に捕集されたPMを燃焼除去して再生できる構成とされている。
内燃機関の燃焼効率をさらに向上すべく、このようなDPFの再生時期の判断や、DPFの劣化、破損等を検出するOBD(オンボードダイアグノーシス、車載式故障診断装置)や、内燃機関のフィードバック制御等において、燃焼排気中に含まれるPMの濃度を高精度で連続的に検出できる検出手段が必要とされている。
このようなシステムに用いられるDPFは、一般に、耐熱性に優れ、かつ、無数の細孔を有する多孔質セラミックスを素材としたハニカム構造とされ、多孔質の隔壁に存在する細孔中にPMを捕捉し、PMが堆積して細孔に目詰まりを起こして圧力損失が高くなると、バーナやヒータ等で加熱したり、機関の燃焼爆発後に少量の燃料を噴射するポスト噴射等によりDPF内に高温の燃焼排気を導入したりして、DPFを加熱し、DPF内に捕集されたPMを燃焼除去して再生できる構成とされている。
内燃機関の燃焼効率をさらに向上すべく、このようなDPFの再生時期の判断や、DPFの劣化、破損等を検出するOBD(オンボードダイアグノーシス、車載式故障診断装置)や、内燃機関のフィードバック制御等において、燃焼排気中に含まれるPMの濃度を高精度で連続的に検出できる検出手段が必要とされている。
燃焼排気中に含まれるPMの濃度を検出する手段として、特許文献1には、耐熱性及び電気絶縁性を有する基板の表面に一対の電極を形成し、該電極間を検出部とし、前記基板の裏面及び/又は内部に発熱体を形成し、該基板上の検出部を形成する前記電極、検出部及び端子部を除く導電部を気密で電気絶縁物質よりなる保護層で被覆し、該検出部と保護層との境界付近の発熱体の発熱密度を該検出部の発熱密度より高くし、該検出部の温度を400℃以上で且つ600℃以下に加熱することを特徴とするスモーク濃度センサが開示されている。このような、スモーク濃度センサでは、検出部、及び、発熱密度の高い検出部と保護層との境界付近へのスモークの堆積は抑制できると期待される。
ところが、発熱密度の高い検出部と保護層との境界付近から離れた部分は、発熱体によって加熱されておらず、表面温度が低くなるので、発熱密度が高く表面温度の高い境界付近との温度勾配が大きくなり、その周囲に漂う被測定ガス中に含まれる微粒子は、その温度勾配によって温度の低い保護層側に流され、却って堆積し易くなることが判明した。
このため、長期に渡って使用すると、発熱体によって加熱できない非可熱領域に加熱除去できないスモークが堆積し続ける虞がある。堆積したスモークが外部からの振動によって剥がれ落ちて検出部を覆ったり、センサ保護のために設けられているカバー体内に残留し、カバー体に設けた被測定ガスを導入する導入孔を塞いだりすることによってセンサの検出精度が低下する虞もある。
このため、長期に渡って使用すると、発熱体によって加熱できない非可熱領域に加熱除去できないスモークが堆積し続ける虞がある。堆積したスモークが外部からの振動によって剥がれ落ちて検出部を覆ったり、センサ保護のために設けられているカバー体内に残留し、カバー体に設けた被測定ガスを導入する導入孔を塞いだりすることによってセンサの検出精度が低下する虞もある。
そこで、かかる実情に鑑み、本願発明は、簡易な構成により被測定ガス中に含まれる導電性微粒子の濃度を検出するパティキュレート検出センサにおいて、パティキュレート検出素子の検出部以外の部位への導電性微粒子の堆積を抑制して、パティキュレート検出センサの信頼性の向上を図ることを目的とする。
第1の発明では、少なくとも被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を形成した検出部と、該検出部を所定の温度に加熱する発熱体とからなるパティキュレート検出素子を具備し、上記検出部に堆積した導電性微粒子の量に応じて変化する電気抵抗を測定して被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するパティキュレート検出センサにおいて、上記パティキュレート検出素子の検出部以外の被測定ガスに晒される部位における被測定ガスの温度を上記検出部における被測定ガスの温度より高くして熱的な壁を形成する熱壁形成手段を具備する(請求項1)。
被測定ガス中に含まれるPMは、温度の高い位置から低い位置に移動しやすく、第1の発明によれば、上記熱壁形成手段によって形成された被測定ガスの温度の高い部分が熱的な壁となって、被測定ガス中に含まれるPMが上記検出部以外の部位に近づくのを阻み、上記検出部以外へのPMの堆積が抑制される。したがって、信頼性の高いパティキュレート検出センサが実現できる。
具体的には、第2の発明では、上記熱壁形成手段は、上記検出部を加熱する上記発熱体に延設して、又は、上記発熱体とは別に設けて、上記発熱体よりも単位面積当たりの発熱量が大きく、上記検出部以外の被測定ガスに晒される部位を加熱する第2の発熱体とする(請求項2)。
第2の発明によれば、上記第2の発熱体によって、上記検出部以外の被測定ガスに晒される部分が、上記検出部よりも高い温度に加熱され、その周囲に存在する被測定ガスの温度が上記検出部の周囲に存在する被測定ガスの温度よりも高くなり、これが熱的な壁となって、被測定ガス中に含まれるPMを上記パティキュレート検出素子の検出部以外の表面に寄せ付けなくなる。したがって、信頼性の高いパティキュレート検出センサが実現できる。
また、第3の発明では、上記パティキュレート検出素子の被測定ガスに晒される部位を覆い、これを保護すると共に、上記検出部に被測定ガスを導入する被測定ガス入出孔を有するカバー体を具備すると共に、上記熱壁形成手段は、該カバー体の内側に向かって伸び、上記検出部以外の部位における周囲の被測定ガスと上記検出部に周囲の被測定ガスとを区画する隔壁を具備する(請求項3)。
第3の発明によれば、上記隔壁によって区画された上記検出部以外の部位における周囲の被測定ガスの温度が低下するのを抑制し、さらに、上記検出部以外の部位へのPMの堆積が抑制される。
第4の発明では、上記熱壁形成手段は、上記検出部の中間位置における温度と、上記検出部以外のパティキュレート検出素子の被測定ガスに晒される部位の中間位置における温度との温度差を50℃以上200℃以下に設定する(請求項4)。
第4の発明によれば、PMを寄せ付けない熱壁を効率よく形成することができる。本発明者等の鋭意試験により、本発明によらず、上記温度差が50℃より低い場合、又は、上記検出部の中間位置の温度が、上記検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置の温度より高い場合には、PMが上記検出部以外の被測定ガスに晒される部位に堆積しやすくなり、また、上記温度差を200℃以上としても、高いエネルギを必要とする割に、PMの堆積を抑制する効果が向上しないことが判明した。
より望ましくは、第5の発明のように、上記熱壁形成手段は、上記温度差を100℃以上200℃以下に設定する。
第5の発明の範囲に設定することにより、最も効果的に上記検出部以外の部位へのPMの堆積を抑制できることが判明した。
本発明の第1の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1は、例えば、ディーゼル内燃機関から排出される燃焼排気中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)の故障診断(OBD)や、DPFの再生制御を行うべく、燃焼排気中のPM、特に、導電性微粒子を検出に用いられる。
図1及び図2を参照して、本発明の第1の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1について説明する。
パティキュレート検出センサ1は、パティキュレート検出素子10を内側に挿入保持する略筒状のインシュレータ40と、流路壁80に固定され、インシュレータ40を保持すると共に、パティキュレート検出素子10の検出部を被測定流路800内の所定の位置に保持するハウジング50と、ハウジング50の先端側に設けられ、パティキュレート検出素子10の検出部を保護するカバー体30と、ハウジング50の基端側に設けられ、パティキュレート検出素子10に接続される一対の信号線114、124及び一対の通電線146a、146bとを封止部材70を介して基端側で固定する略筒状のケーシング60とによって構成され、カバー体30には、本発明の要部である熱壁形成手段の一つとして、隔壁320が形成され、パティキュレート検出素子10には、熱壁形成手段の一つとして、内蔵するヒータ部14は、検出部100を加熱する発熱体140に加えて、発熱体140よりも単位面積当たりの発熱量が大きく、熱壁を形成する第2の発熱体141を備えている。検出部100以外の部位の中間位置Bの周囲に存在する被測定ガス301の温度T2は、検出部100の中間位置Aの周囲に存在する被測定ガス300の温度T1よりも高く設定可能となっている。
パティキュレート検出センサ1は、パティキュレート検出素子10を内側に挿入保持する略筒状のインシュレータ40と、流路壁80に固定され、インシュレータ40を保持すると共に、パティキュレート検出素子10の検出部を被測定流路800内の所定の位置に保持するハウジング50と、ハウジング50の先端側に設けられ、パティキュレート検出素子10の検出部を保護するカバー体30と、ハウジング50の基端側に設けられ、パティキュレート検出素子10に接続される一対の信号線114、124及び一対の通電線146a、146bとを封止部材70を介して基端側で固定する略筒状のケーシング60とによって構成され、カバー体30には、本発明の要部である熱壁形成手段の一つとして、隔壁320が形成され、パティキュレート検出素子10には、熱壁形成手段の一つとして、内蔵するヒータ部14は、検出部100を加熱する発熱体140に加えて、発熱体140よりも単位面積当たりの発熱量が大きく、熱壁を形成する第2の発熱体141を備えている。検出部100以外の部位の中間位置Bの周囲に存在する被測定ガス301の温度T2は、検出部100の中間位置Aの周囲に存在する被測定ガス300の温度T1よりも高く設定可能となっている。
パティキュレート検出素子10は、アルミナ等の電気絶縁性耐熱材料をドクターブレード法、プレス成形法、CIP、HIP等の公知の方法により平板状に形成した電気絶縁性耐熱基板13と、スクリーン印刷等の公知の方法により白金等の導電性材料を用いて電気絶縁性耐熱基板13上に所定の距離を離隔して設けた一対の検出電極11、12と、検出電極11、12と外部の電気抵抗計測手段とを導通させるリード部111、121及び端子部112、122と、検出電極11、12によって形成される検出部を所定の温度に加熱して、検出抵抗を安定化したり、検出部に堆積したPMを加熱除去したりするための通電により発熱するヒータ14を構成する発熱体140に加え、検出部100以外の被測定ガスに晒される部位を加熱しその周囲の被測定ガスの温度を上昇させ熱壁を形成する手段として設けた第2の発熱体141と、発熱体140及び第2の発熱体141と図略の通電制御装置とを接続する一対のヒータリード部142a、142bと、ヒータ端子部144a、144bと、電気絶縁性耐熱基板15と、絶縁性耐熱基板15を貫通しヒータリード部142a、142bとヒータ端子部144a、144bとを導通するスルーホール電極143a、143bと、によって構成されている。
端子部112、122は、接続金具113、123を介して信号線114、124に接続され、検出部100に捕集・堆積されたPM量に応じて変化する検出電極11、12間の検出電気抵抗を外部の電気抵抗検出手段に伝達される。
検出部100を加熱する発熱体140(検出部加熱用)と、本発明の要部である熱壁形成手段として設けられた第2の発熱体141と、発熱体140(検出部加熱用)及び第2の発熱体141(熱壁形成用)とは、接続金具145a、145bを介して一対の導通線146a、146bに接続されている。
検出部100を加熱する発熱体140(検出部加熱用)と、本発明の要部である熱壁形成手段として設けられた第2の発熱体141と、発熱体140(検出部加熱用)及び第2の発熱体141(熱壁形成用)とは、接続金具145a、145bを介して一対の導通線146a、146bに接続されている。
カバー体30には、PMを含む被測定ガスを検出部100に導入・導出するための被測定ガス入出孔310、311が適宜穿設されており、さらに、本発明の要部である熱壁形成手段として、内側に向かって略円環状に伸び、カバー体30の内側に導入された被測定ガスを検出部100の周囲300と検出部100以外の部位の周囲(熱壁形成空間)301とを区画する隔壁320が設けられている。第2の発熱体141によって加熱された隔壁320の内側(基端側)に位置する熱壁形成空間320の温度が効率よく上昇し、PMを寄せ付け難くなる。
後述する本発明者等の鋭意試験により、PMは被測定ガスの温度の高い位置から温度の低い位置に移動し易く、パティキュレート検出素子10に内蔵した第2の発熱体141によって、発熱体140によって加熱される検出部100の中間位置の表面温度(T1)より、検出部100以外の部位の中間位置における表面温度(T2)を高くすることによって、検出部100以外の部位の周囲(熱壁形成空間)301にあたかも熱的な壁を形成したように、PMをより温度の低い方へ押しやり、保護層20の表面にPMが堆積しがたくなることが判明した。
後述する本発明者等の鋭意試験により、PMは被測定ガスの温度の高い位置から温度の低い位置に移動し易く、パティキュレート検出素子10に内蔵した第2の発熱体141によって、発熱体140によって加熱される検出部100の中間位置の表面温度(T1)より、検出部100以外の部位の中間位置における表面温度(T2)を高くすることによって、検出部100以外の部位の周囲(熱壁形成空間)301にあたかも熱的な壁を形成したように、PMをより温度の低い方へ押しやり、保護層20の表面にPMが堆積しがたくなることが判明した。
なお、本実施形態においては、パティキュレート検出素子10の長手軸方向に対して直交する方向に伸びる複数の櫛歯状に形成した検出電極11、12を対向させて一対の電極を形成した例を示したが、本発明において一対の検出電極11、12の形状を特に限定するものではなく、検出電極11、12を、パティキュレート検出素子10の長手軸方向に伸びる複数の櫛歯状に形成し、これらを所定の間隙を設けて対向させて一対の電極としても良いし、検出電極11、12を略渦巻状に形成し、所定の間隙を設けて対向させて一対の電極としても良い。
図3を参照して本発明の第2の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1aと第3の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1bとについて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
上記実施形態においては、カバー体30に隔壁320を設けた例を示したが、第2の実施形態においては、図3(a)に示すように、熱壁形成手段を第2の発熱体141aの発熱量を多くすることによって、隔壁320を廃して検出部以外の周囲301aの温度を高くして熱壁を形成する構成としても良い。
また、上記実施形態においては、検出部100を加熱する発熱体140に延設して、第2の発熱体141を設けたが、第3に実施形態においては、図3(b)に示すように、検出部加熱用発熱体140とは別体に設けた第2の発熱体141aを設けて、隔壁320に対して基端側に位置する検出部以外の周囲301における被測定ガスを直接加熱できる位置に配設しても良い。
上記実施形態においては、カバー体30に隔壁320を設けた例を示したが、第2の実施形態においては、図3(a)に示すように、熱壁形成手段を第2の発熱体141aの発熱量を多くすることによって、隔壁320を廃して検出部以外の周囲301aの温度を高くして熱壁を形成する構成としても良い。
また、上記実施形態においては、検出部100を加熱する発熱体140に延設して、第2の発熱体141を設けたが、第3に実施形態においては、図3(b)に示すように、検出部加熱用発熱体140とは別体に設けた第2の発熱体141aを設けて、隔壁320に対して基端側に位置する検出部以外の周囲301における被測定ガスを直接加熱できる位置に配設しても良い。
図4を参照して、本発明の効果を比較例と共に説明する。本図は、パティキュレート検出素子の検出部100の中間位置Aにおける温度T1と検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2との温度差ΔT(T2−T1)を横軸に、検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bに堆積するPMの付着率を縦軸として表したものである。
実施例1は、本発明の熱壁形成手段として、第2の発熱体141と、隔壁320とを有する第1の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1を用いて、検出部100の中間位置Aにおける温度T1と検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2との温度差ΔTを変化させた場合の検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置に堆積するPMの付着率を示し、実施例2は、本発明の熱壁形成手段として、第2の発熱体141aのみを設けた第2の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1aを用いて、検出部100の中間位置Aにおける温度T1と検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2との温度差ΔTを変化させた場合の検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bに堆積するPMの付着率を示し、比較例は、本発明の熱壁形成手段を具備しない従来のパティキュレート検出センサ1zにおける検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置に堆積するPMの付着率を示す。
図4に示すように、第2の実施形態においては、温度差ΔTを大きくする、即ち、検出部の中間位置Aにおける温度T1よりも、検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2を高くすると、従来のパティキュレート検出センサに比べて、徐々にPM付着率が低くなって行くことが判明し、カバー体30に隔壁320を設けた第1の実施形態においては、中間位置BにおけるPM付着率をさらに低くできることが判明し、温度差ΔTを50℃以上200℃以下に設定することによって安定した状態となることが判明した。さらに、温度差ΔTを100℃以上200℃以下に設定すると、最も効果的に検出部100以外の部位へのPMの堆積を抑制できることが判明した。
実施例1は、本発明の熱壁形成手段として、第2の発熱体141と、隔壁320とを有する第1の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1を用いて、検出部100の中間位置Aにおける温度T1と検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2との温度差ΔTを変化させた場合の検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置に堆積するPMの付着率を示し、実施例2は、本発明の熱壁形成手段として、第2の発熱体141aのみを設けた第2の実施形態におけるパティキュレート検出センサ1aを用いて、検出部100の中間位置Aにおける温度T1と検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2との温度差ΔTを変化させた場合の検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bに堆積するPMの付着率を示し、比較例は、本発明の熱壁形成手段を具備しない従来のパティキュレート検出センサ1zにおける検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置に堆積するPMの付着率を示す。
図4に示すように、第2の実施形態においては、温度差ΔTを大きくする、即ち、検出部の中間位置Aにおける温度T1よりも、検出部以外の被測定ガスに晒される部位の中間位置Bにおける温度T2を高くすると、従来のパティキュレート検出センサに比べて、徐々にPM付着率が低くなって行くことが判明し、カバー体30に隔壁320を設けた第1の実施形態においては、中間位置BにおけるPM付着率をさらに低くできることが判明し、温度差ΔTを50℃以上200℃以下に設定することによって安定した状態となることが判明した。さらに、温度差ΔTを100℃以上200℃以下に設定すると、最も効果的に検出部100以外の部位へのPMの堆積を抑制できることが判明した。
図5を参照して、本発明の作動原理について説明する。図5(a)に示すように、検出部100の温度T1より、検出部100以外の部分の温度T2を高くすることによって、その周囲の温度が上昇し、先端側から基端側に向かって温度が高くなる温度勾配が形成され、これがあたかも熱的な壁となって、被測定ガスによって運ばれたPMを検出部100側に押し返し、保護層20に寄せ付けられなくなる。本発明のパティキュレート検出素子10では、検出部100以外の保護層20の表面に堆積したPMを燃焼除去するのではなく、保護層20の周囲の被測定ガスの温度を高くすることによって、熱的な壁を形成して、そもそもPMが保護層20の表面に寄せ付けられないようにして、PMの堆積を抑制している。したがって、従来なされているような堆積したPMを燃焼除去すべく瞬間的に大きなエネルギを必要とすることはない。
一方、図5(b)に示すような、検出部100zと保護層20zとの境界付近の発熱密度を高くした従来のパティキュレート検出センサ1zでは、素子10zの発熱密度の高い検出部と保護層20zとの境界付近高温部から離れた素子の根本部分は、発熱体140zによって加熱されておらず、表面温度が低くなるので、発熱密度が高く表面温度の高い境界付近との間に、先端側から基端側に向かって温度が下がる方向の温度勾配が大きくなり、その周囲に漂う被測定ガス中に含まれる微粒子はその温度勾配によって温度の低い保護層20z側に流され、却って堆積し易くなることが判明した。従来のパティキュレート検出素子10zでは、検出部100zの中間位置における温度(T1z、T1z’)は、常に検出部100z以外の部位の中間位置における温度(T2Z、T2Z’)よりも高くなっており、PMはより低い温度に向かって移動し易く、検出部100zよりも検出部100z以外の保護層20zの表面により堆積し易くなる虞がある。
また、従来のパティキュレート検出素子10zでは、発熱密度の高い検出部と保護層20zとの境界付近高温部は、PMを燃焼除去するときには、検出部100zよりも高い温度に上昇するが、測定時においては、加熱されていないので、検出部100zから境界付近高温部に向かって温度が下がる方向の温度勾配が形成され、検出部100z表面よりもむしろ境界付近高音部表面にPMが堆積しやすくなり、検出精度が低下する虞もある。
また、従来のパティキュレート検出素子10zでは、発熱密度の高い検出部と保護層20zとの境界付近高温部は、PMを燃焼除去するときには、検出部100zよりも高い温度に上昇するが、測定時においては、加熱されていないので、検出部100zから境界付近高温部に向かって温度が下がる方向の温度勾配が形成され、検出部100z表面よりもむしろ境界付近高音部表面にPMが堆積しやすくなり、検出精度が低下する虞もある。
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載されるパティキュレート検出センサを例に説明したが、本発明のパティキュレート検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおけるパティキュレート検出の用途にも利用可能である。
また、本発明は、上記実施形態に示すようにパティキュレート検出素子として、検出部に捕集・堆積したPMの量に応じて変化する電気抵抗を検出するものに特に好適であるが、プロトン導電性の固体電解質材料を用いて形成したプロトン導電性固体電解質体の被測定ガスに晒される表面に測定用電極を形成して、対向する被測定ガスから隔絶した表面に基準電極を形成して、電極対を構成した検出部と、プロトン導電体を活性化させるための発熱体とを具備し、測定電極表面に堆積したPMを電極対への通電により酸化させ、その際の酸化還元反応において発生するプロトンを検出してPMの濃度を算出するパティキュレート検出素子を用いたパティキュレート検出センサにも適用し得るものである。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載されるパティキュレート検出センサを例に説明したが、本発明のパティキュレート検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおけるパティキュレート検出の用途にも利用可能である。
また、本発明は、上記実施形態に示すようにパティキュレート検出素子として、検出部に捕集・堆積したPMの量に応じて変化する電気抵抗を検出するものに特に好適であるが、プロトン導電性の固体電解質材料を用いて形成したプロトン導電性固体電解質体の被測定ガスに晒される表面に測定用電極を形成して、対向する被測定ガスから隔絶した表面に基準電極を形成して、電極対を構成した検出部と、プロトン導電体を活性化させるための発熱体とを具備し、測定電極表面に堆積したPMを電極対への通電により酸化させ、その際の酸化還元反応において発生するプロトンを検出してPMの濃度を算出するパティキュレート検出素子を用いたパティキュレート検出センサにも適用し得るものである。
1 パティキュレート検出センサ
10 パティキュレート検出素子
100 検出部
11、12 検出電極
111、121 リード部
112、122 端子部
113、113 接続金具
114、114 信号線
13、15 電気絶縁性耐熱基板
140 発熱体
141 第2の発熱体(熱壁形成手段)
142a、142b ヒータリード部
143a、143b スルーホール電極
144a、144b ヒータ端子部
145a、145b 接続金具
146a、146b 通電線
20 電気絶縁保護層
30 カバー体
300 検出部周辺被測定ガス空間
301 熱壁形成空間
310、311 被測定ガス入出孔
320 隔壁(熱壁形成手段)
40 インシュレータ
50 ハウジング
60 ケーシング
70 封止部材
80 被測定ガス流路壁
800 被測定ガス流路
10 パティキュレート検出素子
100 検出部
11、12 検出電極
111、121 リード部
112、122 端子部
113、113 接続金具
114、114 信号線
13、15 電気絶縁性耐熱基板
140 発熱体
141 第2の発熱体(熱壁形成手段)
142a、142b ヒータリード部
143a、143b スルーホール電極
144a、144b ヒータ端子部
145a、145b 接続金具
146a、146b 通電線
20 電気絶縁保護層
30 カバー体
300 検出部周辺被測定ガス空間
301 熱壁形成空間
310、311 被測定ガス入出孔
320 隔壁(熱壁形成手段)
40 インシュレータ
50 ハウジング
60 ケーシング
70 封止部材
80 被測定ガス流路壁
800 被測定ガス流路
Claims (5)
- 少なくとも被測定ガスに晒され、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を形成した検出部と、該検出部を所定の温度に加熱する発熱体とからなるパティキュレート検出素子を具備し、上記検出部に堆積した導電性微粒子の量に応じて変化する電気抵抗を測定して被測定ガス中の導電性微粒子の濃度を検出するパティキュレート検出センサにおいて、上記パティキュレート検出素子の検出部以外の被測定ガスに晒される部位における被測定ガスの温度を上記検出部における被測定ガスの温度より高くして熱的な壁を形成する熱壁形成手段を具備するパティキュレート検出センサ。
- 上記熱壁形成手段は、上記検出部を加熱する上記発熱体に延設して、又は、上記発熱体とは別に設けて、上記発熱体よりも単位面積当たりの発熱量が大きく、上記検出部以外の被測定ガスに晒される部位を加熱する第2の発熱体とする請求項1に記載のパティキュレート検出センサ。
- 上記パティキュレート検出素子の被測定ガスに晒される部位を覆い、これを保護すると共に、上記検出部に被測定ガスを導入する被測定ガス入出孔を有するカバー体を具備すると共に、上記熱壁形成手段は、該カバー体の内側に向かって伸び、上記検出部以外の部位における周囲の被測定ガスと上記検出部における周囲の被測定ガスとを区画する隔壁を具備する請求項1、又は、2に記載のパティキュレート検出センサ。
- 上記熱壁形成手段は、上記検出部の中間位置における温度と、上記検出部以外のパティキュレート検出素子の被測定ガスに晒される部位の中間位置における温度との温度差を50℃以上200℃以下に設定する請求項1ないし3のいずれかに記載のパティキュレート検出センサ。
- 上記熱壁形成手段は、上記温度差を100℃以上200℃以下に設定する請求項4に記載のパティキュレート検出センサ。
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012233874A (ja) * | 2011-04-21 | 2012-11-29 | Denso Corp | 粒子状物質検出装置及び粒子状物質検出装置の補正方法 |
CN103850768A (zh) * | 2012-12-05 | 2014-06-11 | 福特环球技术公司 | 用于微粒物质传感器的方法和系统 |
JP2015040739A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子検知システム |
WO2016063491A1 (ja) * | 2014-10-24 | 2016-04-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 粒子検知システム |
CN105572010A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-05-11 | 金坛华诚电子有限公司 | 颗粒物传感器 |
US9354196B2 (en) | 2012-12-17 | 2016-05-31 | Hyundai Motor Company | Particulate matter sensor unit |
JP2016133471A (ja) * | 2015-01-22 | 2016-07-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子センサ、及び、微粒子検知システム |
JP2016148671A (ja) * | 2011-05-26 | 2016-08-18 | エミセンス テクノロジーズ エルエルシーEmisense Technologies, Llc | 粒子状物質測定用凝集及び電荷損失型センサ |
WO2017069232A1 (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
JP2017078373A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
JP2017129501A (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子検知システム |
JP2017129552A (ja) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子センサ、及び、微粒子検知システム |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012205588A1 (de) | 2012-04-04 | 2013-10-10 | Robert Bosch Gmbh | Partikelsensor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59197847A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スモーク濃度センサ |
JPH07301594A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-11-14 | Ngk Insulators Ltd | センサ素子及び粒子センサ |
JP2003098136A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-03 | Horiba Ltd | 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 |
JP2006194726A (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Mazda Motor Corp | Pm粒子数計測装置 |
-
2009
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-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59197847A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スモーク濃度センサ |
JPH07301594A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-11-14 | Ngk Insulators Ltd | センサ素子及び粒子センサ |
JP2003098136A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-03 | Horiba Ltd | 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 |
JP2006194726A (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Mazda Motor Corp | Pm粒子数計測装置 |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9574512B2 (en) | 2011-04-21 | 2017-02-21 | Denso Corporation | Apparatus for detecting particulate matter and correction method of apparatus for detecting particulate matter |
JP2012233874A (ja) * | 2011-04-21 | 2012-11-29 | Denso Corp | 粒子状物質検出装置及び粒子状物質検出装置の補正方法 |
JP2016148671A (ja) * | 2011-05-26 | 2016-08-18 | エミセンス テクノロジーズ エルエルシーEmisense Technologies, Llc | 粒子状物質測定用凝集及び電荷損失型センサ |
CN103850768A (zh) * | 2012-12-05 | 2014-06-11 | 福特环球技术公司 | 用于微粒物质传感器的方法和系统 |
US9354196B2 (en) | 2012-12-17 | 2016-05-31 | Hyundai Motor Company | Particulate matter sensor unit |
JP2015040739A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子検知システム |
WO2016063491A1 (ja) * | 2014-10-24 | 2016-04-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 粒子検知システム |
US10401273B2 (en) | 2014-10-24 | 2019-09-03 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Particle detection system |
JP2016133471A (ja) * | 2015-01-22 | 2016-07-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子センサ、及び、微粒子検知システム |
WO2017069232A1 (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
JP2017078373A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
JP2017078372A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 株式会社デンソー | 粒子状物質検出装置 |
US10648381B2 (en) | 2015-10-21 | 2020-05-12 | Denso Corporation | Particulate matter detecting device |
JP2017129501A (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子検知システム |
JP2017129552A (ja) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子センサ、及び、微粒子検知システム |
CN105572010A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-05-11 | 金坛华诚电子有限公司 | 颗粒物传感器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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