JP2016217849A - Particulate matter detection sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒子状物質検出センサに関する。 The present invention relates to a particulate matter detection sensor.
内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集する排ガス浄化装置が設けられている。この排ガス浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサを有する粒子状物質検出装置を備えており、この粒子状物質検出装置によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知が行われている。 An exhaust gas purification apparatus that collects particulate matter (PM) contained in the exhaust gas is provided in an exhaust pipe of the internal combustion engine. This exhaust gas purification device includes a particulate matter detection device having a particulate matter detection sensor that detects the amount of particulate matter contained in the exhaust gas, and based on information obtained by this particulate matter detection device, Failure detection of the exhaust gas purification device is performed.
排ガス浄化装置に用いられる粒子状物質検出センサとしては、例えば、特許文献1に示されたものがある。特許文献1の粒子状物質検出センサは、電気絶縁性を有する基板と、基板の表面に形成された検出電極とを有している。基板上に粒子状物質が堆積することで検出電極間における電気抵抗が変化することを利用して粒子状物質の量を検出している。 As a particulate matter detection sensor used in an exhaust gas purification apparatus, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. The particulate matter detection sensor of Patent Document 1 has a substrate having electrical insulation and a detection electrode formed on the surface of the substrate. The amount of the particulate matter is detected by utilizing the fact that the electrical resistance between the detection electrodes is changed by depositing the particulate matter on the substrate.
しかしながら、特許文献1の粒子状物質検出センサには以下の課題がある。
特許文献1の粒子状物質検出センサにおいては、基板における検出電極が形成された面が向く方向と、排気管を流通する排ガスの流通方向との関係により捕集性能が大きく変化する。つまり、基板の検出電極が形成された面に向かって排ガスが流通する場合、捕集効率が高く、ここから基板の検出電極が形成された面が反対側を向くにつれて捕集効率が低下する。また、粒子状物質検出センサは、一般的に、基板や検出電極の損傷を防止するための保護カバーを備えており、保護カバーに形成された導入孔を通じて排ガスが流入する。保護カバー内を流通する排ガスの流れは、排ガスの流量や流速の変化に伴って変化するため、一定にならずバラつきが生じる。したがって、粒子状物質検出センサの検出感度のバラつきも生じやすい。
However, the particulate matter detection sensor of Patent Document 1 has the following problems.
In the particulate matter detection sensor of Patent Document 1, the collection performance varies greatly depending on the relationship between the direction in which the surface of the substrate on which the detection electrode is formed faces and the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe. That is, when exhaust gas flows toward the surface on which the detection electrode of the substrate is formed, the collection efficiency is high, and the collection efficiency decreases as the surface of the substrate on which the detection electrode is formed faces the opposite side. In addition, the particulate matter detection sensor generally includes a protective cover for preventing damage to the substrate and the detection electrode, and exhaust gas flows through an introduction hole formed in the protective cover. Since the flow of the exhaust gas flowing through the protective cover changes with changes in the flow rate and flow rate of the exhaust gas, it is not constant and varies. Therefore, the detection sensitivity of the particulate matter detection sensor is likely to vary.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、粒子状物質を安定して捕集し、検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a particulate matter detection sensor that can stably collect particulate matter and improve detection sensitivity.
本発明の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する素子本体部を備えており、
該素子本体部には、上記粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部として、互いに反対側を向いた、第1被堆積部と第2被堆積部とが少なくとも形成されており、
上記第1被堆積部には、少なくとも一対の第1検出電極が配設されており、
上記第2被堆積部には、少なくとも一対の第2検出電極が配設されており、
上記第1被堆積部及び上記第2被堆積部に上記粒子状物質が堆積することによる上記一対の第1検出電極間及び上記一対の第2検出電極間における電気特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサにある。
One aspect of the present invention includes an element body for detecting the amount of particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine,
The element main body portion is formed with at least a first deposition portion and a second deposition portion facing opposite sides as a deposition portion for depositing a part of the particulate matter,
The first deposition portion is provided with at least a pair of first detection electrodes,
At least a pair of second detection electrodes are disposed in the second deposition portion,
An electrical signal corresponding to a change in electrical characteristics between the pair of first detection electrodes and between the pair of second detection electrodes due to the particulate matter being deposited on the first deposition portion and the second deposition portion. The particulate matter detection sensor is configured to change the output of the particulate matter.
上記粒子状物質検出センサにおいて、上記素子本体部は、上記被堆積部として、互いに反対側を向くように配設された上記第1被堆積部と上記第2被堆積部とを少なくとも有している。このように、複数の上記被堆積部を形成することにより、上記粒子状物質検出センサにおける上記粒子状物質の捕集量を増大することができる。また、複数の上記被堆積部において、上記粒子状物質を捕集することで、上記粒子状物質を捕集する際の排ガスの流通方向の影響を低減することができる。すなわち、上記第1被堆積部と上記第2被堆積部のいずれか一方が、上記排ガスの流通方向の下流側を向くように配置されたとしても、他方が上記排ガスの流通方向の上流側を向くように配置される。これにより、上記粒子状物質検出センサにおいて、上記粒子状物質を安定して捕集し、その検出感度を向上することができる。 In the particulate matter detection sensor, the element main body portion includes at least the first deposition portion and the second deposition portion disposed as facing the opposite sides as the deposition portion. Yes. As described above, by forming the plurality of deposited portions, it is possible to increase the collection amount of the particulate matter in the particulate matter detection sensor. In addition, by collecting the particulate matter in a plurality of the deposited portions, it is possible to reduce the influence of the flow direction of the exhaust gas when collecting the particulate matter. That is, even if one of the first depositing portion and the second depositing portion is arranged to face the downstream side in the exhaust gas flow direction, the other is located upstream in the exhaust gas flow direction. It is arranged to face. Thereby, in the said particulate matter detection sensor, the said particulate matter can be collected stably and the detection sensitivity can be improved.
以上のごとく、本発明によれば、粒子状物質を安定して捕集し検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a particulate matter detection sensor that can stably collect particulate matter and improve detection sensitivity.
上記粒子状物質検出センサにおいて、上記被堆積部は、上記素子本体部の軸方向に平行な外周側面の全周に形成されていることが好ましい。この場合には、上記粒子状物質検出センサの外周側面の全周において、上記粒子状物質を捕集することができる。そのため、排ガスの流通方向による影響を低減し、捕集効率を向上することができる。 In the particulate matter detection sensor, it is preferable that the portion to be deposited is formed on the entire outer peripheral side surface parallel to the axial direction of the element body portion. In this case, the particulate matter can be collected on the entire circumference of the outer peripheral side surface of the particulate matter detection sensor. Therefore, the influence by the distribution direction of exhaust gas can be reduced and the collection efficiency can be improved.
また、上記素子本体部は、上記軸方向に平行であって、かつ互いに平行な一対の平坦面を有し、該一対の平坦面にそれぞれ上記第1被堆積部及び上記第2被堆積部を有し、上記第1被堆積部における上記第1検出電極の配列方向と、上記第2被堆積部における上記第2検出電極の配列方向とは、同一の配列方向であり、複数の上記第1検出電極及び複数の上記第2検出電極のうち、上記配列方向における同じ側の端部に配列された上記第1検出電極と上記第2検出電極との間には、電位差が生じるよう構成されていることが好ましい。この場合には、上記配列方向の端部に配置された上記第1検出電極と上記第2検出電極との間に電界が形成される。この電界を利用することで、上記粒子状物質を捕集することができる。これにより、上記粒子状物質検出センサにおける捕集性能をより向上することができる。 Further, the element main body has a pair of flat surfaces parallel to the axial direction and parallel to each other, and the first deposition portion and the second deposition portion are respectively provided on the pair of flat surfaces. And the arrangement direction of the first detection electrodes in the first deposition portion and the arrangement direction of the second detection electrodes in the second deposition portion are the same arrangement direction, and a plurality of the first detection electrodes are arranged. Among the plurality of second detection electrodes and the plurality of second detection electrodes, a potential difference is generated between the first detection electrode and the second detection electrode arranged at the same end in the arrangement direction. Preferably it is. In this case, an electric field is formed between the first detection electrode and the second detection electrode arranged at the end in the arrangement direction. By using this electric field, the particulate matter can be collected. Thereby, the collection performance in the particulate matter detection sensor can be further improved.
また、上記第1被堆積部と上記第2被堆積部との並び方向における上記素子本体部の厚さtと、上記素子本体部の軸方向及び上記並び方向の両方と直交する横方向における上記素子本体部の幅wとは、t/w≦0.6の関係を満たすことが好ましい。この場合には、上記第1被堆積部と上記第2被堆積部との間に電界がより生じやすくなる。これにより、上記粒子状物質検出センサの上記横方向に存在する上記粒子状物質をより効率良く捕集し、捕集性能を向上することができる。 Further, the thickness t of the element main body portion in the arrangement direction of the first deposition portion and the second deposition portion, and the lateral direction orthogonal to both the axial direction and the arrangement direction of the element main body portion. It is preferable that the width w of the element body satisfies the relationship t / w ≦ 0.6. In this case, an electric field is more likely to be generated between the first deposition portion and the second deposition portion. Thereby, the said particulate matter which exists in the said horizontal direction of the said particulate matter detection sensor can be collected more efficiently, and the collection performance can be improved.
また、上記素子本体部は、円柱状をなしており、軸方向に平行な外周側面に上記被堆積部が形成されていることが好ましい。この場合には、上記被堆積部の周囲に排ガスが回り込みやすくなり、排ガスと上記素子本体部とを効率良く接触させることができる。これにより、上記粒子状物質検出センサの捕集効率を向上することができる。 In addition, the element main body has a columnar shape, and it is preferable that the deposited portion is formed on the outer peripheral side surface parallel to the axial direction. In this case, the exhaust gas can easily flow around the portion to be deposited, and the exhaust gas and the element main body can be efficiently contacted. Thereby, the collection efficiency of the particulate matter detection sensor can be improved.
(実施例1)
上記粒子状物質検出センサにかかる実施例について、図1〜図5を参照して説明する。
図1及び図5に示すごとく、粒子状物質検出センサ1は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する素子本体部10を備えている。素子本体部10には、粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部2として、互いに反対側を向いた、第1被堆積部21と第2被堆積部22とが少なくとも形成されている。第1被堆積部21には、少なくとも一対の第1検出電極31が配設されており、第2被堆積部22には、少なくとも一対の第2検出電極32が配設されている。本実施例では、第1被堆積部21は素子本体部10における1つの面である。そして、第2被堆積部22は素子本体部10において、第1被堆積部21とは異なる面である。本実施例において、第2被堆積部22は第1被堆積部21に対して反対の面である。すなわち、第1被堆積部21と第2被堆積部22とは互いに反対側を向いている。
粒子状物質検出センサ1は、第1被堆積部21及び第2被堆積部22に粒子状物質が堆積することによる一対の第1検出電極31間及び一対の第2検出電極32間における電気特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されている。
Example 1
An embodiment according to the particulate matter detection sensor will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 5, the particulate matter detection sensor 1 includes an
The particulate matter detection sensor 1 has electrical characteristics between the pair of
以下、さらに詳細に説明する。
図5に示すごとく、本例の粒子状物質検出センサ1は、自動車に搭載された内燃機関から、排気管を通じて排出される排ガスに含まれる粒子状物質を検出するためのものである。粒子状物質検出センサ1によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知を行う。粒子状物質検出センサ1は、排気管の内側に突出するように配設されている。
粒子状物質検出センサ1は、素子本体部10と保護カバー7とこれらを保持するハウジング部材(図示略)とを有している。
This will be described in more detail below.
As shown in FIG. 5, the particulate matter detection sensor 1 of this example is for detecting particulate matter contained in exhaust gas discharged through an exhaust pipe from an internal combustion engine mounted on an automobile. Based on the information obtained by the particulate matter detection sensor 1, failure detection of the exhaust gas purification device is performed. The particulate matter detection sensor 1 is disposed so as to protrude inside the exhaust pipe.
The particulate matter detection sensor 1 includes an
図2、図4に示すごとく、素子本体部10は、第1被堆積部21が形成された第1検出層41と、第2被堆積部22が形成された第2検出層42と、第1検出層41と第2検出層42との間に配設された中間層43とを積層して形成されている。
第1検出層41は、電気絶縁性を備えた第1基板411と、第1基板411上に形成された第1検出電極31とを有している。第1基板411は、セラミック材料を平板状に形成してなる。本例において、第1基板411を構成するセラミック材料としては、アルミナを用いているが、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどを用いることもできる。第1基板411には、第1検出電極31の接続端部344における裏面側の位置に、一対の第1貫通孔412が貫通形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
The
第1基板411の表面に形成された一対の第1検出電極31は、スクリーン印刷によって平膜状に形成されている。素子本体部10において、第1基板411における一対の第1検出電極31が形成された面が粒子状物質を堆積させるための第1被堆積部21である。
The pair of
一対の第1検出電極31は、正極と負極とからなり、第1被堆積部21における長手方向と平行に形成された電極基部341と、電極基部341から長手方向と直交して延設された屈曲部342と、屈曲部342から延設された複数の櫛歯部343とをそれぞれ有している。尚、電極基部341において、屈曲部342が形成された側と反対側の端部には、幅が拡大された接続端部344が形成されている。正極及び負極における電極基部341及び屈曲部342は、それぞれ互いに向かい合うように配置されると共に、正極における櫛歯部343の間に、負極における櫛歯部343が入り込むように配置されている。
The pair of
第2検出層42は、電気絶縁性を備えた第2基板421と、第2基板421上に形成された第2検出電極32とを有している。尚、第2基板421及び第2検出電極32は、第1基板411及び第1検出電極31と同様の形状に形成されている。つまり、第2検出層42は、第1検出層41と同形状である。第1検出層41と第2検出層42とは、第1被堆積部21と第2被堆積部22とが互いに反対側を向くように、中間層43を挟んで配設されている。
The
図1〜図3に示すごとく、素子本体部10は、軸方向Xに平行であって、かつ互いに平行な一対の平坦面12を有し、該一対の平坦面12にそれぞれ第1被堆積部21及び第2被堆積部22を有する。第1被堆積部21における第1検出電極31の配列方向と、第2被堆積部22における第2検出電極32の配列方向とは、同一の配列方向である。本例においては、この配列方向が、素子本体部10の軸方向X及び並び方向Zの両方と直交する横方向Yと一致する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
本例においては、複数の櫛歯部343間における電気抵抗を検出しており、複数の櫛歯部343の並んだ方向が配列方向となる。図3に示すごとく、配列方向(横方向Y)における同じ側の端部に配列した第1検出電極31と第2検出電極32とは、一方が正極31p、32p(高電位)となり、他方が負極32n、31n(低電位)となるように配設されている。つまり、配列方向における同じ側の端部に配列した第1検出電極31と第2検出電極32との間には、電位差が生じるよう構成されており、両者の間には電界が形成される。
In this example, the electrical resistance between the plurality of
中間層43は、電気絶縁性を備えた中間構造体431と、中間構造体431の内部に内蔵された部品433とを備えている。中間構造体431は、セラミック材料からなり、内部に部品433を内包したブロック状をなしている。本例において、第1基板411を構成するセラミック材料としては、アルミナを用いているが、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどを用いることもできる。また、中間構造体431には、第1被堆積部21と第2被堆積部22との並び方向Zにおいて貫通形成された一対の中間貫通孔432が形成されている。中間貫通孔432は、並び方向Zから見たとき、第1貫通孔412及び第2貫通孔422よりも横方向Yにおける内側の位置であって、部品433を避けた位置に形成されている。本例において、中間層43に内蔵された部品433は、第1被堆積部21及び第2被堆積部22を加熱するためのヒーターである。
The
図2に示すごとく、第1検出電極31と第2検出電極32とは、リード部材6によって電気的に接続されている。リード部材6は、一端が第1検出電極31と電気的に接続された第1リード部61と、一端が第2検出電極32と電気的に接続された第2リード部62と、第1リード部61の他端と第2リード部62の他端とを電気的に接続する中間リード部63とを有している。
As shown in FIG. 2, the
第1リード部61は、一対の第1検出電極31における接続端部344とそれぞれ電気的に接続されると共に、第1貫通孔412に挿通配置されている。
第2リード部62は、一対の第2検出電極32における接続端部344とそれぞれ電気的に接続されると共に、第2貫通孔422に挿通配置されている。
The
The
中間リード部63は、第1リード部61と接続された第1接続部631と、第2リード部62と接続された第2接続部632と、第1接続部631と第2接続部632とを接続する中間接続部633とを有している。第1接続部631は、第1検出層41と中間層43との間に、第1貫通孔412から中間貫通孔432に向かうように配設されている。第2接続部632は、第2検出層42と中間層43との間に、第2貫通孔422から中間貫通孔432に向かうように配設されている。中間接続部633は、中間貫通孔432に挿通配置されており、第1接続部631と第2接続部632とを電気的に接続している。
The intermediate
上述のように、第1検出層41と中間層43と第2検出層42を積層して素子本体部10が構成されている。第1被堆積部21と第2被堆積部22との並び方向Zにおける素子本体部10の厚さtと、素子本体部10の軸方向X及び並び方向Zの両方と直交する横方向Yにおける素子本体部10の幅wとは、t/w≦0.6の関係を満たすことが好ましい。また、振動等の外力に対する素子本体部10の強度担保の観点から、t/w≧0.2であることが好ましい。本例においては、t/w=0.4である。
As described above, the element
粒子状物質検出センサ1の被堆積部2において、検出電極(第1検出電極31、第2検出電極32)に捕集電圧を印加すると、検出電極の周囲に電界が形成され、粒子状物質が検出電極へと引き寄せられる。検出電極に付着した粒子状物質は、検出電極の表面を移動し、一対の検出電極の間に堆積する。そして、被堆積部2に堆積した粒子状物質によって、被堆積部2に露出した一対の検出電極が導通し、一対の検出電極の間における電気抵抗値が低下する。検出電極間の電気抵抗値の変化に伴い、検出電極間を流れる電気信号としての電流量が変化する。これにより、粒子状物質検出センサ1から出力される電流値が変化する。つまり、粒子状物質検出センサ1から出力される電流値は、被堆積部2における粒子状物質の堆積量に応じて変化するものであり、粒子状物質の堆積量に関する情報を有するものである。この電流値を用いることで被堆積部2における粒子状物質の堆積量を検出することができる。本例において、粒子量検出手段において検出された電流は、シャント抵抗を備えたコントロールユニットへと出力され、コントロールユニットは、電流値とシャント抵抗の積で算出される電圧を出力する。この電圧が粒子状物質検出センサ1の出力となる。
When a collection voltage is applied to the detection electrodes (the
図5に示すごとく、保護カバー7は、内側カバー71と、内側カバー71の外周側に配設された外側カバー72とを有している。
内側カバー71は、素子本体部10を囲む円筒状の内側壁部711と、内側壁部711の先端に形成された内側底部712とを有している。内側カバー71は、ハウジング部材(図示略)の先端部にかしめて固定されている。
As shown in FIG. 5, the
The
内側壁部711には、内側導入孔713が複数個形成されている。内側導入孔713は円形をなしている。軸方向Xから見たとき、複数の内側導入孔713は、内側壁部711の周方向に等間隔となるように形成されている。また、内側導入孔713は、素子本体部10の第1被堆積部21及び第2被堆積部22と対向した位置に形成されている。
内側底部712の中心には、軸方向Xに貫通形成された内側排出孔714が形成されている。
A plurality of inner introduction holes 713 are formed in the
An
外側カバー72は、内側カバー71を外周から囲む円筒状の外側壁部721と、外側壁部721の先端に形成された外側底部722とを有している。外側カバー72は、ハウジング部材(図示略)の先端部に内側カバー71と共にかしめて固定されている。
The
外側壁部721には、外側導入孔723が複数個形成されている。外側導入孔723は円形をなしている。軸方向Xから見たとき、複数の外側導入孔723は、外側壁部721の周方向に等間隔となるように形成されると共に、各外側導入孔723と各内側導入孔713とは、周方向の同じ位置に形成されている。また、外側導入孔723は、内側導入孔713よりも先端側の位置に形成されている。
外側底部722の中心には、軸方向Xに貫通形成された外側排出孔724が形成されている。
本例の粒子状物質検出センサ1においては、複数の外側導入孔723から導入された排ガスGは、内側導入孔713から内側カバー71の内側に導入されるよう構成されている。
A plurality of outer introduction holes 723 are formed in the outer
An
In the particulate matter detection sensor 1 of this example, the exhaust gas G introduced from the plurality of outer introduction holes 723 is configured to be introduced from the
次に、本例の作用効果について説明する。
粒子状物質検出センサ1において、素子本体部10は、被堆積部2として、互いに反対側を向くように配設された第1被堆積部21と第2被堆積部22とを少なくとも有している。このように、複数の被堆積部2を形成することにより、粒子状物質検出センサ1における粒子状物質の捕集量を増大することができる。また、複数の被堆積部2において、粒子状物質を捕集することで、粒子状物質を捕集する際の排ガスの流通方向の影響を低減することができる。すなわち、第1被堆積部21と第2被堆積部22のいずれか一方が、排ガスの流通方向と同方向に配置されたとしても、他方が排ガスの流通方向と対向して配置される。これにより、粒子状物質検出センサ1において、粒子状物質を安定して捕集し、その検出感度を向上することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the particulate matter detection sensor 1, the element
また、素子本体部10は、軸方向Xに平行であって、かつ互いに平行な一対の平坦面12を有し、該一対の平坦面12にそれぞれ第1被堆積部21及び第2被堆積部22を有する。第1被堆積部21における第1検出電極31の配列方向と、第2被堆積部22における第2検出電極32の配列方向とは、同一の配列方向であり、複数の第1検出電極31及び複数の第2検出電極32のうち、配列方向における同じ側の端部に配列された第1検出電極31と第2検出電極32との間には、電位差が生じるよう構成されている。そのため、配列方向の端部に配置された第1検出電極31と第2検出電極32との間に電界が形成される。この電界を利用することで、粒子状物質を捕集することができる。これにより、粒子状物質検出センサ1における捕集性能をより向上することができる。
The element
また、素子本体部10の厚さtと幅wとは、t/w≦0.6の関係を満たす。そのため、第1被堆積部21と第2被堆積部22との間に電界がより生じやすくなる。これにより、粒子状物質検出センサの横方向Yに存在する粒子状物質をより効率良く捕集し、捕集性能を向上することができる。
Further, the thickness t and the width w of the
また、素子本体部10は、電気絶縁性を備えた第1基板411上に第1被堆積部21が形成された第1検出層41と、電気絶縁性を備えた第2基板421上に第2被堆積部22が形成された第2検出層42と、第1検出層41と第2検出層42との間に配設され電気絶縁性を備えた中間構造体431の内部に部品433を内蔵した中間層43とを備える。第1基板411には、第1被堆積部21と第2被堆積部22との並び方向Zにおいて貫通形成された第1貫通孔412が形成されており、第2基板421には、並び方向Zにおいて貫通形成された第2貫通孔422が形成されている。第1検出電極31と第2検出電極32とは、リード部材6によって電気的に接続されている。該リード部材6は、一端が第1検出電極31と電気的に接続され第1貫通孔412に挿通配置される第1リード部61と、一端が第2検出電極32と電気的に接続され第2貫通孔422に挿通配置される第2リード部62と、第1リード部61の他端と第2リード部62の他端とを電気的に接続する中間リード部63とを有している。素子本体部10の角部は、搬送等の際に接触しやすく、ここにリード部材6を配設すると断線するおそれがあり特別な管理が必要となることがある。リード部材6は、第1貫通孔412及び第2貫通孔422に挿通されることで、素子本体部10の内部に配設される部位を有している。したがって、素子本体部10の角部に露出することがなく、第1検出電極31と第2検出電極32とをリード部材6によって電気的に接続することができる。
The
また、第1検出電極31及び第2検出電極32は、被堆積部2の表面に平膜状に形成されている。そのため、スクリーン印刷等によって、第1検出電極31及び第2検出電極32を容易に形成することができる。
The
以上のごとく、本例によれば、粒子状物質を安定して捕集し検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサ1を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide the particulate matter detection sensor 1 that can stably collect particulate matter and improve the detection sensitivity.
(比較試験1)
本比較試験1においては、素子本体部10における幅wに対する厚さtの比率(t/w)を変化させた際の検出感度について比較を行った。
比較試験1には、比較例1及び供試体1〜供試体5の6つの粒子状物質検出センサを用いた。
比較例1の粒子状物質検出センサは、被堆積部2として、第1被堆積部21のみを有している。つまり、比較例1の粒子状物質検出センサは、実施例1の粒子状物質検出センサにおける第2被堆積部を削除したものである。
(Comparative test 1)
In this comparative test 1, the detection sensitivity when the ratio (t / w) of the thickness t to the width w in the
In Comparative Test 1, six particulate matter detection sensors of Comparative Example 1 and Specimen 1 to
The particulate matter detection sensor of Comparative Example 1 has only the first
供試体1〜供試体5は、実施例1の粒子状物質検出センサ1と同様に、被堆積部2として、第1被堆積部21と第2被堆積部22とを有しており、厚さtと幅wとの比t/wが異なる。各粒子状物質検出センサ1における比t/wは、供試体1が1.0、供試体2が0.8、供試体3が0.6、供試体4が0.4、供試体5が0.2である。
比較例1及び供試体1〜供試体5において、上述以外の構造は、実施例1と同様である。
Like the particulate matter detection sensor 1 of Example 1, each of the specimen 1 to
In Comparative Example 1 and Specimen 1 to
比較試験1における試験条件は、粒子状物質近傍における温度が200℃、粒子状物質濃度が3mg/m3の排ガスを、流速20m/sにて流通させた際の不感質量を計測した。図1に示すごとく、排ガスの流通方向は、並び方向Zにおいて第1被堆積部21と対向する方向を方向A、横方向Y(配列方向)に平行な方向を方向B、方向Aと反対向きの方向を方向Cとした。尚、不感質量は、粒子状物質検出センサ1において、出力信号が変化するまでの間に排出される粒子状物質の総量を示すものである。比較試験1の結果を、表1に示す。
The test conditions in Comparative Test 1 were the insensitive mass when an exhaust gas having a temperature in the vicinity of the particulate matter of 200 ° C. and a particulate matter concentration of 3 mg / m 3 was circulated at a flow rate of 20 m / s. As shown in FIG. 1, the flow direction of the exhaust gas is such that the direction facing the
表1に示すごとく、比較例1における不感質量は、排ガスの流通方向が方向Aである場合において80mg、方向Bである場合において95mg、方向Cである場合において111mgとなり、第1被堆積部21の向きが排ガスの流通方向と対向した状態からずれるにしたがって、検出感度が低下していることが確認された。 As shown in Table 1, the dead mass in Comparative Example 1 is 80 mg when the flow direction of the exhaust gas is the direction A, 95 mg when the direction of the exhaust gas is B, and 111 mg when the direction of the exhaust gas is the direction C. It was confirmed that the detection sensitivity was lowered as the direction of the position deviated from the state of facing the flow direction of the exhaust gas.
また、供試体1〜供試体5においては、方向A及び方向Cにおける不感質量がほぼ同一となった。また、方向A及び方向Cにおける不感質量と方向Bとの不感質量の差、及び方向A〜方向Cにおける不感質量の平均値のいずれも比較例より小さくなっている。また、t/wが小さくなるにつれて、方向A〜方向Cにおける不感質量の差、及び不感質量の平均値が、いずれも小さくなっていることが確認された。図6に示したグラフは、不感質量の平均値を縦軸とし、比t/wを横軸としたグラフである。図においては、比t/wが0.6〜0.8の間でグラフの傾きが大きくなっており、不感質量の低下量が大きくなっていることがわかる。したがって、比t/wが0.6以下の場合、特に検出感度が向上することが確認された。
Moreover, in the specimen 1 to the
(実施例2)
本例は、図7及び図8に示すごとく、実施例1の粒子状物質検出センサ1における構造を一部変更したものである。
本例の粒子状物質検出センサ1は、素子本体部10における先端面に形成された第3被堆積部23を有している。第3被堆積部23には、一対の第3検出電極33が形成されている。第3検出電極33は、正極と負極とからなり、互いに対向すると共に横方向Y(配列方向)に沿って形成された一対の電極基部331と、各電極基部331から、対向する電極基部331に向かって延設された複数の櫛歯部332とを有している。正極及び負極における電極基部331及び屈曲部342は、それぞれ互いに向かい合うように配置されると共に、正極における櫛歯部332の間に、負極における櫛歯部332が入り込むように配置されている。
(Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 7 and 8, the structure of the particulate matter detection sensor 1 of Example 1 is partially changed.
The particulate matter detection sensor 1 of the present example has a third
一対の第3検出電極33は、素子本体部10における横方向Yに配設された一対の側端面113に形成された接続電極部333によって、リード部材6と接続されている。
本例のリード部材6の中間リード部63において、第1接続部631は、第1検出層41と中間層43との間に、第1貫通孔412から側端面113に向かって配設されている。また、第2接続部632は、第2検出層42と中間層43との間に、第2貫通孔422から側端面113に向かって配設されている。中間接続部633は、側端面113に露出して、第1接続部631と第2接続部632とを電気的に接続している。
その他の構成は実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
その他、実施例3と同様の作用効果を得ることができる。
The pair of
In the
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
In addition, the same effects as those of the third embodiment can be obtained.
(実施例3)
本例は、図9に示すごとく、一対の検出電極3を備えた粒子状物質検出センサ1の例である。
本例の粒子状物質検出センサ1において、素子本体部10は、絶縁性材料からなる基材部101と、基材部101の軸方向Xと平行に形成された外周側面11に形成された被堆積部2とを有している。被堆積部2には、一対の検出電極3が形成されており、一対の検出電極3は、外周側面11の1つである表面111上に形成された電極基部331と、複数の櫛歯部301、302とを有している。電極基部331は、軸方向Xに平行で、かつ互いに平行に配設されており、電極基部331からは複数の櫛歯部301、302が延設されている。
Example 3
This example is an example of the particulate matter detection sensor 1 including a pair of
In the particulate matter detection sensor 1 of the present example, the element
複数の櫛歯部301、302は、各電極基部331から、対向する電極基部331に向かって延設された第1櫛歯部301と、第1櫛歯部301と反対側に向かって延設された第2櫛歯部302とを有している。第2櫛歯部302は、電極基部331が配された端面と反対側の裏面112及び表面111と裏面112とを繋ぐ一対の側端面113を介して、表面111へと到達している。つまり、第1櫛歯部301及び第2櫛歯部302が、素子本体部10の軸方向Xに平行な外周側面11の全周に形成されており、外周側面11の全周に被堆積部2が形成されている。本例において、一対の検出電極3は、実施例1における第1検出電極31と第2検出電極32とを兼ねるものである。そして、外周側面11の全周にわたって形成された被堆積部2の一部が、第1被堆積部21及び第2被堆積部22となっている。また、本例の粒子状物質検出センサ1は、実施例1におけるリード部材6を備えていない。
The plurality of comb-
その他の構成は実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。 Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
上述のように、本例の粒子状物質検出センサ1において、被堆積部2は、素子本体部10の軸方向Xに平行な外周側面11の全周に形成されている。これにより、粒子状物質検出センサ1の外周側面11の全周において、粒子状物質を捕集することができる。そのため、排ガスの流通方向による影響を低減し、捕集効率を向上することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
As described above, in the particulate matter detection sensor 1 of this example, the portion to be deposited 2 is formed on the entire circumference of the outer
In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
(実施例4)
本例は、図10に示すごとく、実施例3における粒子状物質検出センサ1の構造を一部変更した例である。
本例の粒子状物質検出センサ1において、素子本体部10は、絶縁性材料からなる円柱状の基材部102における軸方向Xと平行に配設された外周側面11の全周に被堆積部2が形成されている。被堆積部2には、一対の検出電極3が形成されており、一対の検出電極3は、外周側面11に軸方向Xと平行に形成された電極基部331と、複数の第1櫛歯部301及び複数の第2櫛歯部302とを有している。本例においても、外周側面11の全周にわたって形成された被堆積部2の一部が、第1被堆積部21及び第2被堆積部22となっている。
Example 4
In this example, as shown in FIG. 10, the structure of the particulate matter detection sensor 1 in Example 3 is partially changed.
In the particulate matter detection sensor 1 of the present example, the element
なお、本例においては、図10における左右の輪郭線付近に第1堆積部21と第2堆積部22とがそれぞれ存在するとみなすことができる。この場合、第1堆積部21及び第2堆積部22には、主に複数の第2櫛歯部302が形成されていることとなる。図10は、このような把握の仕方に基づいて、各符号(21、22、Z)を付している。ただし、図10における紙面の表裏に対応する部分に第1堆積部21と第2堆積部22とがそれぞれ存在するとみなすこともできる。この場合、第1堆積部21及び第2堆積部22の中央には、複数の第1櫛歯部301が形成されていることとなる。
その他の構成は実施例3と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例3において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例3と同様の構成要素等を表す。
In this example, it can be considered that the
Other configurations are the same as those of the third embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the third embodiment denote the same components as in the third embodiment unless otherwise specified.
本例の粒子状物質検出センサ1において、素子本体部10は、円柱状をなしており、軸方向Xに平行な外周側面11に被堆積部2が形成されている。そのため、被堆積部2の周囲に排ガスが回り込みやすくなり、排ガスと素子本体部10とを効率良く接触させることができる。これにより、粒子状物質検出センサ1の捕集効率を向上することができる。
また、本例においても実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
In the particulate matter detection sensor 1 of this example, the element
Also in this example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
(実施例5)
本例は、図11及び図12に示すごとく、積層構造により形成された粒子状物質検出センサ1の実施例である。
本例の粒子状物質検出センサ1において、素子本体部10は、4つの電極層51と電気絶縁性を有する複数の絶縁部材52とを交互に積層した積層部5を有しており、積層部5の端面に電極層51の端面が露出することによって、積層部5の端面に第1検出電極31及び第2検出電極32を備えた第1被堆積部21及び第2被堆積部22が形成されている。
(Example 5)
This example is an embodiment of the particulate matter detection sensor 1 formed by a laminated structure as shown in FIGS.
In the particulate matter detection sensor 1 of the present example, the element
電極層51は、焼成前の絶縁部材52の一面に銅ペーストや銀ペースト等を用いたスクリーン印刷により形成されている。本例においては、絶縁部材52の長手方向と直交し、積層時に並び方向Zに配置される一対の端面の間の全長に渡って電極層51が形成されている。電極層51が形成された絶縁部材52を積層した後、焼成することにより、絶縁部材52と電極層51とを交互に積層した積層部5が形成される。
その他の構成は実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
The
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本例の粒子状物質検出センサ1における素子本体部10は、複数の電極層51と電気絶縁性を有する複数の絶縁部材52とを交互に積層した積層部5を有しており、該積層部5の端面に電極層51の端面が露出することによって、積層部5の端面に第1検出電極31を備えた第1被堆積部21及び第2検出電極32を備えた第2被堆積部22が形成されている。積層部5を形成する積層構造においては、検出電極3間の距離を容易に小さくすることができる。これにより、粒子状物質検出センサ1における検出感度をより向上することができる。
また本例においても実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
The element
Also in this example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
(比較試験2)
比較試験2においては、積層構造を有する粒子状物質検出センサにおける検出感度の比較を行った。
比較試験2には、比較例2及び供試体6の2つの粒子状物質検出センサを用いた。
比較例2の粒子状物質検出センサは、従来用いられている粒子状物質検出センサと同様に、被堆積部2として、第1被堆積部21のみを有している。つまり、比較例2の粒子状物質検出センサは、実施例5の粒子状物質検出センサ1(図11)における第2被堆積部22の構成を削除したものである。その他の構成は実施例5と同様である。
供試体6は、実施例5の粒子状物質検出センサ1である。
(Comparative test 2)
In
In
The particulate matter detection sensor of Comparative Example 2 has only the
The
比較試験2における試験条件は、粒子状物質近傍における温度が200℃、粒子状物質濃度が3mg/m3の排ガスを、流速20m/sにて流通させた際の不感質量を計測した。排ガスの流通方向は、図11に示すごとく、並び方向Zにおいて第1被堆積部21と対向する方向を方向A、横方向Y(配列方向)に平行な方向を方向B、方向Aと反対向きの方向を方向Cとした。
The test condition in
表2は、比較試験2の結果を示すものである。表2に示すごとく、比較例における不感質量は、排ガスの流通方向が方向Aである場合において28mg、方向Bである場合において32mg、方向Cである場合において39mgとなり、第1被堆積部21の向きが排ガスの上流方向からはずれるにしたがって、検出感度が低下していることが確認された。
Table 2 shows the results of
また、供試体6においては、方向A及び方向Cにおける不感質量が同一となった。また、方向A及び方向Cにおける不感質量と方向Bとの不感質量の差、及び方向A〜方向Cにおける不感質量の平均値のいずれも比較例2より小さくなっている。供試体6においては、比較例2よりも検出感度が向上することが確認された。
Moreover, in the
(実施例6)
本例は、図13及び図14に示すごとく、実施例5における粒子状物質検出センサ1の変形例である。
本例の粒子状物質検出センサ1において、素子本体部10は、円板状に形成された電極層51及び絶縁部材52を交互に積層して形成された円柱状をなしている。電極層51の端面は、素子本体部10の軸方向Xと平行に配設された外周側面11の全周に渡って配置されており、検出電極3は外周側面11の全周に形成されている。したがって、外周側面11の全周に被堆積部2が形成されており、被堆積部2の一部が、第1被堆積部21及び第2被堆積部22となっている。
(Example 6)
This example is a modification of the particulate matter detection sensor 1 according to the fifth embodiment as shown in FIGS. 13 and 14.
In the particulate matter detection sensor 1 of this example, the
検出電極3は、素子本体部10の軸方向Xにおいて、正極3pと負極3nとが並んで形成されており、正極3p同士及び負極3n同士は、それぞれ、素子本体部10の内部に配設されたリード部材6によって電気的に接続されている。
その他の構成は実施例5と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例5において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例5と同様の構成要素等を表す。
本例においては、実施例4の作用効果と実施例5の作用効果とを合わせた作用効果を得ることができる。
The
Other configurations are the same as those of the fifth embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the fifth embodiment denote the same components as in the fifth embodiment unless otherwise specified.
In this example, it is possible to obtain a combined effect of the operational effect of the fourth embodiment and the operational effect of the fifth embodiment.
1 粒子状物質検出センサ
10 素子本体部
2 被堆積部
21 第1被堆積部
22 第2被堆積部
31 第1検出電極
32 第2検出電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particulate
Claims (8)
該素子本体部(10)には、上記粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部(2)として、互いに反対側を向いた、第1被堆積部(21)と第2被堆積部(22)とが少なくとも形成されており、
上記第1被堆積部(21)には、少なくとも一対の第1検出電極(31)が配設されており、
上記第2被堆積部(22)には、少なくとも一対の第2検出電極(32)が配設されており、
上記第1被堆積部(21)及び上記第2被堆積部(22)に上記粒子状物質が堆積することによる上記一対の第1検出電極(31)間及び上記一対の第2検出電極(32)間における電気特性の変化に応じて電気信号の出力を変化させるように構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ(1)。 An element body (10) for detecting the amount of particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
In the element main body (10), as a portion to be deposited (2) on which a part of the particulate matter is deposited, the first portion to be deposited (21) and the second portion to be deposited ( 22) is formed at least,
At least a pair of first detection electrodes (31) is disposed in the first deposition portion (21),
At least a pair of second detection electrodes (32) is disposed in the second deposition portion (22),
The particulate matter is deposited on the first deposition part (21) and the second deposition part (22), and between the pair of first detection electrodes (31) and the pair of second detection electrodes (32). The particulate matter detection sensor (1) is configured to change the output of an electrical signal in accordance with a change in electrical characteristics between the two).
上記第1基板(411)には、上記第1被堆積部(21)と上記第2被堆積部(22)との並び方向(Z)において貫通形成された第1貫通孔(412)が形成されており、
上記第2基板(421)には、上記並び方向(Z)において貫通形成された第2貫通孔(422)が形成されており、
上記第1検出電極(31)と上記第2検出電極(32)とは、リード部材(6)によって電気的に接続されており、該リード部材(6)は、一端が上記第1検出電極(31)と電気的に接続され上記第1貫通孔(412)に挿通配置される第1リード部(61)と、一端が上記第2検出電極(32)と電気的に接続され上記第2貫通孔(422)に挿通配置される第2リード部(62)と、上記第1リード部(61)の他端と上記第2リード部(62)の他端とを電気的に接続する中間リード部(63)とを有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ(1)。 The element body (10) has a first detection layer (41) in which the first deposition portion (21) is formed on a first substrate (411) having electrical insulation, and electrical insulation. A second detection layer (42) having the second deposited portion (22) formed on the second substrate (421), and the first detection layer (41) and the second detection layer (42). An intermediate layer (43) in which a component (433) is built inside an intermediate structure (431) disposed between and having electrical insulation;
The first substrate (411) is formed with a first through hole (412) formed through in the alignment direction (Z) of the first deposition portion (21) and the second deposition portion (22). Has been
The second substrate (421) is formed with a second through hole (422) formed so as to penetrate in the arrangement direction (Z).
The first detection electrode (31) and the second detection electrode (32) are electrically connected by a lead member (6), and one end of the lead member (6) is the first detection electrode ( 31) and a first lead portion (61) that is electrically connected to the first through hole (412) and one end thereof is electrically connected to the second detection electrode (32) and the second through hole. A second lead portion (62) inserted through the hole (422), an intermediate lead for electrically connecting the other end of the first lead portion (61) and the other end of the second lead portion (62). It has a part (63), The particulate matter detection sensor (1) as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
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2016
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