JP6739363B2 - Particulate matter detection sensor and particulate matter detection device - Google Patents
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本発明は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出するための粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサを用いた粒子状物質検出装置に関する。 The present invention relates to a particulate matter detection sensor for detecting the amount of particulate matter contained in exhaust gas, and a particulate matter detection device using the particulate matter detection sensor.
排ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter)の量を検出するための粒子状物質検出センサ(以下、PMセンサとも記す)として、セラミックス等からなる絶縁基板と、該絶縁基板上に所定間隔をおいて対向配置された一対の電極とを備えるものが知られている。粒子状物質は煤等からなり、電気伝導性を有する。そのため、上記一対の電極間に粒子状物質が堆積すると、粒子状物質を介して上記一対の電極間に電流が流れる。この電流値を測定することにより、排ガスに含まれる粒子状物質の量を算出するよう構成されている。 As a particulate matter detection sensor (hereinafter, also referred to as a PM sensor) for detecting the amount of particulate matter (Particulate Matter) contained in exhaust gas, an insulating substrate made of ceramics or the like and a predetermined interval are provided on the insulating substrate. There is known a device including a pair of electrodes arranged to face each other. The particulate matter is made of soot or the like and has electrical conductivity. Therefore, when the particulate matter is deposited between the pair of electrodes, a current flows between the pair of electrodes via the particulate matter. By measuring this current value, the amount of particulate matter contained in the exhaust gas is calculated.
しかしながら、上記PMセンサは、一対の電極間に僅かに粒子状物質が堆積しただけでは、電極間に、粒子状物質による電流の経路が形成されないため、電流が流れない(図27参照)。このPMセンサは、一対の電極間に多くの粒子状物質が堆積し、電極間に粒子状物質による電流の経路が形成されてから、電流が流れ始める(図28参照)。そのため、上記PMセンサは、粒子状物質の堆積量が少ないときは、電極間に電流が流れず、粒子状物質を検出できない。つまり、粒子状物質の検出感度が低いという問題がある。 However, in the PM sensor described above, even if a small amount of particulate matter is deposited between the pair of electrodes, a current path due to the particulate matter is not formed between the electrodes, so that no current flows (see FIG. 27). In this PM sensor, a large amount of particulate matter is deposited between a pair of electrodes, and a current path is formed by the particulate matter between the electrodes, and then current begins to flow (see FIG. 28). Therefore, when the particulate matter deposition amount is small, the PM sensor cannot detect the particulate matter because an electric current does not flow between the electrodes. That is, there is a problem that the detection sensitivity of particulate matter is low.
この問題を解決するため、一対の電極を、粒子状物質よりも電気抵抗率が高い導電部によって覆ったPMセンサが発明されている(下記特許文献1参照)。このPMセンサでは、導電部の表面に粒子状物質が堆積すると、電流は、一方の電極から導電部の表面へ流れ、より抵抗率が低い粒子状物質を通って、他方の電極へ向かう(図31参照)。そのため、粒子状物質の堆積量が比較的少なくても、電極間の電流値が変化し、粒子状物質が堆積したことを検出できると考えられる。
In order to solve this problem, a PM sensor has been invented in which a pair of electrodes is covered with a conductive portion having a higher electrical resistivity than a particulate matter (see
しかし、特許文献1のPMセンサは、粒子状物質の検出精度に改善の余地があった。すなわち、上記PMセンサは、電極が導電部によって覆われているため、この導電部の表面に粒子状物質が堆積し(図31参照)、電流が粒子状物質を流れるようになった場合、電流は、電極から導電部の表面までの部分を通過する。そのため、この部分の厚さに製造ばらつきが発生すると、電気抵抗がばらつき、電極間の電流値がばらついてしまう。そのため、粒子状物質の量を正確に測定できない。したがって、粒子状物質の検出精度をより向上できるPMセンサが望まれている。
However, the PM sensor of
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出感度を高めることができ、かつ検出精度を向上できる粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサを用いた粒子状物質検出装置とを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, it is possible to increase the detection sensitivity of the particulate matter, and a particulate matter detection sensor that can improve the detection accuracy, and particles using the particulate matter detection sensor An object of the present invention is to provide a particulate matter detection device.
本発明の第一の態様は、排ガスに含まれる粒子状物質(6)の量を検出するための粒子状物質検出センサ(1)であって、
上記粒子状物質よりも電気抵抗率が高い導電性材料からなり、板状に形成され、一方の主面(S1)を、上記粒子状物質が堆積する被堆積面(20)としてある導電部(2)と、
上記被堆積面上に形成され、互いに離隔し、対向配置された一対の電極(3a,3b)と、
を備える粒子状物質検出センサにある。
A first aspect of the present invention is a particulate matter detection sensor (1) for detecting the amount of particulate matter (6) contained in exhaust gas,
A conductive part (made of a conductive material having a higher electrical resistivity than the particulate matter, formed in a plate shape, and having one main surface (S1) as a deposition surface (20) on which the particulate matter is deposited (20). 2) and
A pair of electrodes (3a, 3b) formed on the deposition surface, spaced apart from each other and facing each other;
And a particulate matter detection sensor.
また、本発明の第2の態様は、粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサに電気接続した制御部(7)とを備える粒子状物質検出装置(10)であって、上記制御部は、上記一対の電極間に電圧を加える電圧印加部(71)と、上記一対の電極間に流れる電流を測定する電流測定部(72)と、上記電流の測定値に基づいて、上記排ガスに含まれる上記粒子状物質の量を算出する算出部(73)と、を備える粒子状物質検出装置にある。 A second aspect of the present invention is a particulate matter detection device (10) comprising a particulate matter detection sensor and a control section (7) electrically connected to the particulate matter detection sensor, wherein the above-mentioned control is performed. The part is a voltage applying part (71) for applying a voltage between the pair of electrodes, a current measuring part (72) for measuring a current flowing between the pair of electrodes, and the exhaust gas based on the measured value of the current. And a calculation unit (73) for calculating the amount of the particulate matter contained in the particulate matter detection device.
上記粒子状物質検出センサは、粒子状物質よりも電気抵抗率が高い導電性材料からなり、板状に形成された導電部を備える。この導電部の一方の主面を、粒子状物質が堆積する被堆積面としてある。そして、この被堆積面に、上記一対の電極を形成してある。
そのため、粒子状物質の検出感度を向上できる。すなわち、上記粒子状物質検出センサでは、導電部の表面(被堆積面)に一対の電極を形成してあるため、粒子状物質が全く堆積していない状態で電極間に電圧を加えた場合、電流を、導電部の内部ではなく、被堆積面に流すことができる。したがって、被堆積面に粒子状物質が僅かに堆積したとき、電流を、導電部よりも電気抵抗が低い粒子状物質に流すことができ、電極間の電流値を増加させることができる。そのため、粒子状物質の堆積量が僅かであっても、これを検出することができ、粒子状物質検出センサの検出感度を高めることが可能になる。
The particulate matter detection sensor is made of a conductive material having an electric resistivity higher than that of the particulate matter, and includes a plate-shaped conductive portion. One main surface of this conductive portion is a deposition surface on which particulate matter is deposited. The pair of electrodes is formed on the deposition surface.
Therefore, the detection sensitivity of the particulate matter can be improved. That is, in the particulate matter detection sensor, since a pair of electrodes is formed on the surface of the conductive part (deposited surface), when a voltage is applied between the electrodes in a state where no particulate matter is deposited, The electric current can be applied to the deposition surface instead of the inside of the conductive portion. Therefore, when a small amount of particulate matter is deposited on the deposition surface, an electric current can be passed through the particulate matter having an electric resistance lower than that of the conductive portion, and the current value between the electrodes can be increased. Therefore, even if the deposited amount of the particulate matter is small, it can be detected, and the detection sensitivity of the particulate matter detection sensor can be enhanced.
また、上記粒子状物質検出センサでは、導電部の主面、すなわち被堆積面に一対の電極を形成してあるため、電流は被堆積面を、電極の配列方向に流れ(図3参照)、導電部の厚さ方向には殆ど電流が流れない。そのため、導電部の厚さばらつきによる影響を受けにくくなり、粒子状物質の検出精度を高めることができる。 Further, in the above particulate matter detection sensor, since a pair of electrodes is formed on the main surface of the conductive portion, that is, the deposition surface, a current flows in the deposition surface on the deposition surface (see FIG. 3), Almost no current flows in the thickness direction of the conductive portion. Therefore, the influence of the thickness variation of the conductive portion is less likely to occur, and the detection accuracy of the particulate matter can be improved.
また、上記粒子状物質検出装置は、上記粒子状物質検出センサを備える。そのため、排ガスに含まれる粒子状物質の検出感度を高めることができ、かつ検出精度を向上することができる。 The particulate matter detection device includes the particulate matter detection sensor. Therefore, the detection sensitivity of the particulate matter contained in the exhaust gas can be increased, and the detection accuracy can be improved.
以上のごとく、上記態様によれば、粒子状物質の検出感度を高めることができ、かつ検出精度を向上できる粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサを用いた粒子状物質検出装置とを提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to increase the detection sensitivity of the particulate matter and improve the detection accuracy, and the particulate matter detection device using the particulate matter detection sensor. Can be provided.
なお、上記「主面」とは、導電部の表面のうち、最も面積が大きい表面を意味する。
また、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
The “main surface” means the surface having the largest area among the surfaces of the conductive portion.
Further, the reference numerals in parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. Not a thing.
上記粒子状物質検出センサは、自動車に搭載するための、車載用粒子状物質検出センサとすることができる。 The particulate matter detection sensor may be a vehicle-mounted particulate matter detection sensor for mounting on an automobile.
(実施形態1)
上記粒子状物質検出センサおよび粒子状物質検出装置に係る実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。本形態のPMセンサ1は、排ガスに含まれる粒子状物質6(図4、図5参照)の量を検出するために用いられる。図1、図7に示すごとく、本形態のPMセンサ1は、導電部2と、一対の電極3(3a,3b)とを備える。
(Embodiment 1)
Embodiments of the particulate matter detection sensor and the particulate matter detection device will be described with reference to FIGS. 1 to 9. The
導電部2は、粒子状物質6よりも電気抵抗率が高い導電性材料からなり、板状に形成されている。図2に示すごとく、導電部2の一方の主面S1は、粒子状物質6が堆積する被堆積面20とされている。導電部2の他方の主面S2は、絶縁材料からなる基板部4に接触している。
The
一対の電極3(3a,3b)は、被堆積面20上に形成されている。これら一対の電極3a,3bは、互いに離隔しており、対向配置されている。
The pair of electrodes 3 (3a, 3b) is formed on the
本形態のPMセンサ1は、車両に搭載するための、車載用PMセンサである。図9に示すごとく、車両は、エンジン19と、該エンジン19に接続した排管18とを備える。排管18には、排ガス中の粒子状物質6を除去する浄化装置17が設けられている。この浄化装置17よりも排ガスの下流側に、PMセンサ1が取り付けられている。本形態では、PMセンサ1を用いて、浄化装置17を通過した排ガスに含まれる粒子状物質6の量を検出する。そして、この検出値を用いて、浄化装置17の故障診断を行っている。
なお、本形態のエンジン19は、過給機を搭載したディーゼルエンジンであるが、これに限るものではない。本形態の浄化装置17は、酸化触媒(DOC)及びディーゼルパーティキュレートフィルタ(DPF)である。一方で、ガソリンエンジンにおいても粒子状物質の排出量を抑制したいという要求があるため、この要求に応えるべく、PMセンサ1をガソリンエンジン用の浄化装置、いわゆる三元触媒やパーティキュレートフィルタ(GPF)の下流側に配置することもできる。特に直噴式のガソリンエンジンにおいては、本実施形態のPMセンサ1を用いることにより、PMの検出精度を向上できるため、好適にエンジンのフィードバック制御を行うことができ、噴射制御の精度を向上させることができる。
The
The
また、上述したように、本形態のPMセンサ1は、絶縁材料(セラミックス)からなる基板部4を備える。図2、図7に示すごとく、この基板部4内にヒータ5が設けられている。被堆積面20に多くの粒子状物質6が堆積した場合、上記ヒータ5を用いて粒子状物質6を燃焼し、除去するよう構成されている。
Further, as described above, the
図1に示すごとく、電極3a,3bは、共通部30と、該共通部30から延出した櫛歯部31とを備える。一方の電極3aに形成された櫛歯部31aと、他方の電極3bに形成された櫛歯部31bとを、交互に配置してある。図2に示すごとく、櫛歯部31の配列方向(X方向)における櫛歯部31の幅Wは、櫛歯部同士の間隔W‘よりも短い。
As shown in FIG. 1, the
導電部2を構成する導電性材料は、導電性を有する金属酸化物を含有する。上記導電性材料としては、例えば、ペロブスカイト構造を有するセラミックスを用いることができる。このセラミックスの分子式をABO3とした場合、AはLa、Sr、Ca、Mgから選択される少なくとも一種とし、BはTi、Al、Zr、Yとすることが好ましい。
導電部2を構成する導電性材料は、粒子状物質よりも電気抵抗率が大きく、かつわずかな導電性を備えた材料である。
The conductive material forming the
The conductive material forming the
粒子状物質の電気抵抗率は、以下の粉体抵抗測定法により測定することが出来る。すなわち、粉体を底面、上面が電極板となっている所定の円筒容器(断面積A)に入れた状態で、上面の電極板に上部から圧力を加え、縦軸方向に粉体(PM)を圧縮しながら、電極間の距離Lと電極間の抵抗値Rを測定する。この測定法によれば、粉体(PM)の抵抗率ρはR×(A/L)で算出される。
本実施形態では断面6mmφの円筒容器(断面積 2.83×10-5m2)を用い、圧力60kgfで加圧した状態で抵抗値Rの計測を実施した。
この方法によって測定したところ、PMの抵抗率は、10-3〜102Ω・cmであった。これは、エンジンの状態によって、生成されるPMの電気抵抗率が変化するためである。例えば、高負荷かつ高回転数で稼働するエンジンから排出されるPMは、未燃焼の炭化水素成分含有量が少なく、ほとんどが煤で構成されるため、抵抗率は10-3Ω・cm程度である。また、低回転かつ低負荷で稼働するエンジンから排出されるPMは、未燃焼の炭化水素成分を多量に含むため、抵抗率は高く、102Ω・cm程度となる。故に、本実施形態における導電部2の電気抵抗率は、少なくとも102Ω・cm以上とすることが好ましい。
The electrical resistivity of the particulate matter can be measured by the following powder resistance measuring method. That is, in a state where the powder is put in a predetermined cylindrical container (cross-sectional area A) having a bottom surface and an upper surface as an electrode plate, pressure is applied to the upper electrode plate from above, and the powder (PM) is applied in the vertical axis direction. While compressing, the distance L between the electrodes and the resistance value R between the electrodes are measured. According to this measuring method, the resistivity ρ of the powder (PM) is calculated by R×(A/L).
In this embodiment, the resistance value R was measured using a cylindrical container (cross-sectional area: 2.83×10 −5 m 2 ) having a cross section of 6 mmφ under a pressure of 60 kgf.
When measured by this method, the resistivity of PM was 10 −3 to 10 2 Ω·cm. This is because the electrical resistivity of generated PM changes depending on the state of the engine. For example, PM discharged from an engine operating under a high load and a high rotation speed has a low unburned hydrocarbon component content and is mostly composed of soot, so that the resistivity is about 10 −3 Ω·cm. is there. Further, since PM discharged from an engine operating at low rotation speed and low load contains a large amount of unburned hydrocarbon components, PM has a high resistivity and is about 10 2 Ω·cm. Therefore, the electric resistivity of the
導電部2は導電性を有するため、図3に示すごとく、被堆積面20に全く粒子状物質6が堆積していない場合でも、一対の電極3a,3b間に電流Iが流れる。
Since the
また、図4、図5に示すごとく、被堆積面20に粒子状物質6が堆積した場合には、電流Iは、導電部2よりも抵抗率が低い粒子状物質6を流れる。そのため、図6のグラフに示すごとく、粒子状物質6の堆積量が増えるに従って、電極3a,3b間を流れる電流Iが増加する。したがって、このグラフを予め記憶しておけば、被堆積面20に堆積した粒子状物質6の量を算出できる。また、この算出量と、粒子状物質6の堆積に要した時間とを用いて、排ガスに含まれる粒子状物質6の量を算出することができる。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, when the
次に、PMセンサ1を用いた粒子状物質検出装置10の説明をする。図8に示すごとく、粒子状物質検出装置10は、上記PMセンサ1と、該PMセンサ1に接続した制御部7とを備える。制御部7は、電圧印加部71と、電流測定部72と、算出部73と、ヒータ制御部74とを備える。電圧印加部71は、一対の電極3a,3b間に電圧を加える。また、電流測定部72は、電極3a,3b間を流れる電流Iを測定する。ヒータ制御部74は、被堆積面20に多くの粒子状物質6が堆積し、電流Iが飽和した場合に、ヒータ5(図7参照)を発熱させ、粒子状物質6を燃焼する。算出部73は、電流Iの測定値を用いて、被堆積面20に堆積した粒子状物質6の量を算出する。また、算出部73は、この算出値と、粒子状物質6の堆積に要した時間とを用いて、排ガスに含まれる単位時間当たりの粒子状物質6の排出量を算出する。
Next, the particulate
図9に示すごとく、PMセンサ1は、浄化装置17よりも排ガスの下流に設けられている。このPMセンサ1と制御部7とを用いて、浄化装置17を通過した排ガスに含まれる粒子状物質6の量を算出している。制御部7は、算出した単位時間当たりの粒子状物質6の排出量をECU16へ送信する。ECU16は、粒子状物質6の検出量が所定値を超えた場合、浄化装置17が故障していると判断し、ユーザ等に報知するよう構成されている。
As shown in FIG. 9, the
次に、本形態の作用効果について説明する。図2に示すごとく、本形態のPMセンサ1は、粒子状物質6よりも電気抵抗率が高い導電性材料からなり、板状に形成された導電部2を備える。この導電部2の一方の主面S1を、粒子状物質6が堆積する被堆積面20としてある。そして、この被堆積面20に、一対の電極3a,3bを形成してある。
そのため、粒子状物質6の検出感度を向上できる。すなわち、本形態では、導電部2の被堆積面20に一対の電極3a,3bを形成してあるため、図3に示すごとく、粒子状物質6が全く堆積していない状態で電極3a,3b間に電圧を加えた場合、電流Iを、導電部2の内部ではなく、被堆積面20に流すことができる。したがって、図4に示すごとく、被堆積面20に粒子状物質6が僅かに堆積したとき、電流Iを、導電部2よりも電気抵抗が低い粒子状物質6に流すことができ、電極3a,3b間の電流値を増加させることができる。したがって、粒子状物質6の堆積量が僅かであっても、これを検知することができ、粒子状物質検出センサ1の検出感度を高めることができる。
Next, the function and effect of this embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the
Therefore, the detection sensitivity of the
ここで仮に、図27に示すごとく、セラミックス等の絶縁材料からなる基板部4の表面を被堆積面40とし、この被堆積面40に電極3a,3bを形成したとすると、粒子状物質6が僅かに堆積しただけでは、電極3a,3b間に電流Iの経路が形成されないため、電極3a,3b間に電流Iは流れない。図28、図29に示すごとく、多くの粒子状物質6が堆積し、粒子状物質6によって電流Iの経路が形成されると、電流Iが流れ始める。そのため、粒子状物質6の堆積量が僅かである場合、これを検出できない。
Here, as shown in FIG. 27, assuming that the surface of the
また、図30に示すごとく、電極3a,3bを導電部2によって覆うことも考えられるが、この場合、粒子状物質6の堆積量が僅かであるとき、電流Iは主に、導電部2の内部を流れる。このPMセンサ1は、図31に示すごとく、被堆積面20に多くの粒子状物質6が堆積し、粒子状物質6を介した電気抵抗の方が、導電部2内の電気抵抗よりも小さくなってから、粒子状物質6に電流Iが流れる。そのため、粒子状物質6の堆積量が僅かであるときは、これを検出することができない。
Further, as shown in FIG. 30, it is conceivable to cover the
これに対して、図3〜図5に示すごとく、本形態のように、導電部2の表面S1を被堆積面20とし、この被堆積面20に電極3a,3bを形成すれば、粒子状物質6が全く堆積していないときでも、電流Iを、導電部2の被堆積面20に流すことができる。そのため、粒子状物質6が僅かに堆積したとき、電流Iを、導電部2よりも抵抗率が低い粒子状物質6に流すことができる。したがって、僅かに粒子状物質6が堆積しただけでも、電極3a,3b間の電流値が増加し、粒子状物質6が堆積したことを検出できる。そのため、PMセンサ1の感度を向上することができる。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 to 5, if the surface S1 of the
また、図31に示すごとく、電極3a,3bを導電部2によって被覆した場合、電流Iは、電極3a,3bと、導電部2の表面S1(被堆積面20)との間の部分29を流れることになる。そのため、この部分29の厚さに製造ばらつきが発生した場合、電極3a,3b間の抵抗値がばらつき、電流値がばらついてしまう。したがって、粒子状物質6の測定精度が低下しやすい。
これに対して、図2、図3に示すごとく、本形態のように、導電部2の表面S1に電極3a,3bを形成すれば、電流Iは導電部2を厚さ方向(Z方向)に流れなくなる。そのため、導電部2の厚さがばらついて、電気抵抗がばらつくという問題は生じない。したがって一対の電極3a,3b間における、導電部2の抵抗値のばらつきを抑制でき、被堆積面20に堆積した粒子状物質6の量を正確に算出することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 31, when the
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, if the
また、上記粒子状物質検出装置10は、上記PMセンサ1を備える。そのため、排ガスに含まれる粒子状物質6の検出感度を高めることができると共に、粒子状物質6の検出精度を高めることが可能になる。
Further, the particulate
また、図8、図9に示すごとく、本形態では、PMセンサ1の電極3a,3b間に流れる電流Iを、制御部7によって測定している。
このようにすると、粒子状物質6の量をより正確に測定できる。すなわち、PMセンサ1の電流IをECU16によって測定することも可能であるが、この場合、ECU16までの距離が長いため、ノイズが混入するおそれがある。これに対して、PMセンサ1の近傍に配置した制御部7によって電流Iを測定すれば、ノイズが混入しにくい。そのため、排ガスに含まれる粒子状物質6の量をより正確に測定できる。
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, in the present embodiment, the current I flowing between the
By doing so, the amount of the
また、図1に示すごとく、本形態の電極3は、共通部30と、該共通部30から延出した櫛歯部31とを備える。そして、図2に示すごとく、X方向における櫛歯部31の幅Wを、櫛歯部31同士の間隔W’よりも短くしてある。
そのため、櫛歯部31の幅Wを充分に短くすることができる。したがって、互いに隣り合う2つの櫛歯部31a,31bの間の部分、すなわち粒子状物質6を検出できる部分の、X方向長さを長くすることができる。そのため、粒子状物質6の付着確率を増加させることができ、検出感度をより高めることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
Therefore, the width W of the
また、上記導電部2を構成する導電性材料は、導電性を有する金属酸化物を含有している。
金属酸化物は耐熱性が高い。そのため、上記導電性材料を用いることにより、導電部2の耐熱性を高めることができる。
また、上記導電性材料を用いると、粒子状物質6の測定精度をより高めることができる。すなわち、粒子状物質6の電気抵抗は、温度によって大きく変化する。そのため、電極3a,3b間を流れる電流Iから、粒子状物質6の堆積量を算出する際に、温度補正を行う必要がある。粒子状物質6の電気抵抗は、温度が上昇すると低下する。また、金属酸化物を含有する導電性材料も、温度が上昇すると電気抵抗が低下する。したがって、導電部2として上記導電性材料を用いると、導電部2と粒子状物質6との、電気抵抗の温度特性を揃えることができ、温度補正を行いやすくなる。そのため、粒子状物質6の測定精度をより高めることができる。
The conductive material forming the
Metal oxides have high heat resistance. Therefore, the heat resistance of the
Moreover, the use of the above-mentioned conductive material can further improve the measurement accuracy of the
また、図2に示すごとく、本形態では、導電部2の、被堆積面20が形成された側とは反対側に、絶縁材料からなる基板部4を配してある。この基板部4の内部に、ヒータ5を設けてある。
そのため、ヒータ5の消費電力を低減することができる。すなわち、基板部4を設けず、導電部2の内部にヒータ5を設けることも可能であるが(図10参照)、この場合、導電部2自体によってPMセンサ1全体の剛性を確保する必要があるため、導電部2の厚さを充分に厚くする必要が生じる。また、導電部2を構成する導電性材料は、抵抗率やその温度特性に優れていることを優先的に考慮して選択されるため、必ずしも熱伝導率に優れた材料を用いることができない。そのため、ヒータ5によって被堆積面20を加熱しにくくなり、ヒータ5の消費電力が増加しやすくなる。これに対して、図2に示すごとく、本形態のように、基板部4を設ければ、基板部4によって剛性を確保できるため、導電部2の厚さを薄くすることができる。また、基板部4を構成する材料として、熱伝導率に優れたものを選択することができるため、基板部4内のヒータ5によって被堆積面20を加熱しやすくなる。そのため、ヒータ5の消費電力を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
Therefore, the power consumption of the
以上のごとく、本形態によれば、粒子状物質の検出感度を高めることができ、かつ検出精度を向上できる粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサを用いた粒子状物質検出装置とを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to enhance the detection sensitivity of the particulate matter, and to improve the detection accuracy, and the particulate matter detection device using the particulate matter detection sensor. Can be provided.
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態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、実施形態1と同様の構成要素等を表す。 In the following embodiments, the same reference numerals as those used in the first embodiment among the reference numerals used in the drawings represent the same components and the like as those in the first embodiment unless otherwise specified.
(実施形態2)
本形態は、ヒータ5の配置位置等を変更した例である。図10に示すごとく、本形態では、実施形態1と異なり、基板部4を用いていない。本形態では、ヒータ5を導電部2内に設けてある。この導電部2の一方の表面S1を、被堆積面20としてある。この被堆積面20に、一対の電極3a,3bを形成してある。
(Embodiment 2)
The present embodiment is an example in which the arrangement position of the
本形態の作用効果について説明する。本形態では基板部4を用いていないため、部品点数を低減することができる。そのため、PMセンサ1の製造コストを低減できる。また、実施形態1のように、導電部2と基板部4とを積層すると、これらの熱膨張率が異なるため、ヒータ5を加熱したときに、PMセンサ1の反りや導電部2の剥離等が生じる可能性があるが、本形態では基板部4を用いていないため、このような問題は発生しにくい。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
The function and effect of this embodiment will be described. In this embodiment, since the
Other than that, it has the same configuration and effects as those of the first embodiment.
(実施形態3)
本形態は、導電部4の面積を小さくした例である。図11、図12に示すごとく、本形態では、実施形態1よりも導電部4の面積を小さくしてある。この導電部4の表面S1を、粒子状物質6が堆積する導電側被堆積面20aとしてある。
(Embodiment 3)
The present embodiment is an example in which the area of the
また、X方向において導電部4に隣り合う位置に、絶縁材料からなる板状の絶縁部8を配置してある。この絶縁部8の、基板部4に接触する側とは反対側の面S3を、粒子状物質6が堆積する絶縁側被堆積面80としてある。導電部2に形成した導電側被堆積面20aと、絶縁側被堆積面80とに渡って、一対の電極3a,3bを形成してある。導電側被堆積面20aの面積は、絶縁側被堆積面80の面積よりも小さい。
Further, a plate-shaped insulating
電極3a,3bは、実施形態1と同様に、共通部30と、該共通部30から延出した櫛歯部31とを備える。導電側被堆積面20aに形成された櫛歯部31の本数は、絶縁側被堆積面80に形成された櫛歯部31の本数よりも少ない。
The
導電部2は、実施形態1と同様に導電性材料からなるため、導電側被堆積面20aに僅かに粒子状物質6が堆積しただけでも、導電側被堆積面20aに形成した櫛歯部31a,31b間には電流I1が流れる。そのため、導電側被堆積面20aに堆積した粒子状物質6の量と、電流I1との関係は、図13のグラフのようになる。
Since the
また、絶縁部8は絶縁材料からなるため、絶縁側被堆積面80に僅かに粒子状物質6が堆積しただけでは、電流I2は流れないが、導電体を用いない通常の電気抵抗式センサと同様、電極間に静電力が生じ、静電界に沿って粒子状物質6を配列させる作用を有する。静電力の作用によって絶縁側被堆積面80上の櫛歯部31a、31b間に粒子状物質6が配列してできた導電パスが形成されると、これらの間に電流I2が流れる。そのため、絶縁側被堆積面80に堆積した粒子状物質6の量と、電流I2との関係は、図14のグラフのようになる。絶縁側被堆積面80の櫛歯部31a、31b間に形成された導電パスは粒子状物質6のみで形成されており、低抵抗であるため、これらの櫛歯部31a,31b間に流れる電流量は多い。そのため、グラフの傾きは、図13よりも急峻になる。
Further, since the insulating
2つの被堆積面20a,80に堆積した粒子状物質6の量と、一対の電極3a,3b間を流れる電流I(=I1+I2)との関係は、図15のグラフのようになる。このグラフは、図13、図14のグラフを足し合わせたものである。図15に示すごとく、絶縁側被堆積面80に形成された櫛歯部31a,31bが粒子状物質6によって繋がるまでは、電流Iの傾きは小さく、その後は、電流Iの傾きは大きくなる。また、本形態では、多くの粒子状物質6が堆積し、電極3a,3b間を流れる電流Iが予め定められた閾値Ithを超えた場合、ヒータ5を発熱させて、粒子状物質6を燃焼するようにしている。電流Iは、傾きが大きくなってから、閾値Ithに達する。
The relationship between the amount of the
本形態の作用効果について説明する。本形態のPMセンサ1は導電部2と絶縁部8とを備え、これら導電部2と絶縁部8とに渡って一対の電極3a,3bを形成してある。そのため、粒子状物質6が導電部2に僅かに堆積した場合でも、電極3a,3b間に電流Iが流れ、粒子状物質6の堆積量を検知することができる。また、本形態の粒子状物質検出装置10は、PMセンサ1に多くの粒子状物質6が堆積し、電流Iの傾きが急峻になって、閾値Ithを超えた場合に、粒子状物質6の燃焼を行うよう構成されている。そのため、電流Iが閾値Ithに達したときの、粒子状物質6のばらつきσPMを小さくすることができる。したがって、粒子状物質6の燃焼を適切なタイミングで行いやすくなる。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
The function and effect of this embodiment will be described. The
Other than that, it has the same configuration and effects as those of the first embodiment.
(実施形態4)
本形態は、導電部2を構成する導電性材料を変更した例である。本形態では、以下のようして、導電性材料の表面電気抵抗率ρを測定している。すなわち、まず図18に示すサンプル25を作成する。このサンプル25は、導電性材料からなり厚さTが1.4mmの板状基板251と、該板状基板251の主表面に形成され長さがL、間隔がDである一対の測定電極39とを有する。このようなサンプル25を形成し、一対の測定電極39間の電気抵抗R(Ω)を測定する。表面電気抵抗率ρは、下記式(1)によって算出される。
ρ=R×L×T/D ・・・(1)
(Embodiment 4)
The present embodiment is an example in which the conductive material forming the
ρ=R×L×T/D (1)
なお、本明細書において、単に「電気抵抗率」と記載した場合は、いわゆるバルクの電気抵抗率を意味する。これは、例えば図21に示すごとく、導電性材料からなる基板部250と、この基板部250の側面に形成した一対の測定電極391とを備えるバルク用サンプル259を作成し、上記一対の測定電極391間の電気抵抗を測定することによって算出することができる。また、「表面電気抵抗率ρ」と記載した場合は、図18に示すサンプル25を作成し、測定電極39間の電気抵抗Rを測定して、上記式(1)を用いて算出した値を意味する。
In addition, in the present specification, when simply described as “electrical resistivity”, it means so-called bulk electrical resistivity. For example, as shown in FIG. 21, a
また、本形態では、図16に示すごとく、100〜500℃の温度範囲において、表面電気抵抗率ρが1.0×107〜1.0×1010Ω・cmである導電性材料を用いて、導電部2を形成してある。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 16, a conductive material having a surface electrical resistivity ρ of 1.0×10 7 to 1.0×10 10 Ω·cm is used in the temperature range of 100 to 500° C. Thus, the
表面電気抵抗率ρが上記数値範囲を満たす導電性材料として、分子式がABO3で表される、ペロブスカイト構造を有するセラミックスを用いることができる。例えば、上記分子式中のAとして、La、Sr、Ca、Mgから選択される少なくとも一種、上記Bとして、Ti、Al、Zr、Yから選択される少なくとも一種を用いることができる。 As a conductive material having a surface electric resistivity ρ satisfying the above numerical range, a ceramic having a perovskite structure represented by a molecular formula of ABO 3 can be used. For example, at least one selected from La, Sr, Ca, and Mg can be used as A in the molecular formula, and at least one selected from Ti, Al, Zr, and Y can be used as B.
本形態では、上記分式中のAの主成分をSr、副成分をLaとしている。また、上記分子式中のBをTiとしている。図16に、このセラミックス(Sr1-XLaXTiO3)の表面電気抵抗率ρと、温度との関係を示す。同図に示すごとく、Xを0.016〜0.036にした場合、Sr1-XLaXTiO3の表面電気抵抗率ρは、100〜500℃の温度範囲において、1.0×107〜1.0×1010Ω・cmになる。そのため、このセラミックスは、導電部2を構成するための材料として、好適に用いることができる。
In the present embodiment, the main component of A in the above formula is Sr and the sub-component is La. Further, B in the above molecular formula is Ti. FIG. 16 shows the relationship between the surface electrical resistivity ρ of this ceramic (Sr 1-X La X TiO 3 ) and the temperature. As shown in the figure, when X is set to 0.016 to 0.036, the surface electrical resistivity ρ of Sr 1-X La X TiO 3 is 1.0×10 7 in the temperature range of 100 to 500° C. It becomes about 1.0×10 10 Ω·cm. Therefore, this ceramic can be preferably used as a material for forming the
また、図16に示すごとく、Laを添加しない場合(SrTiO3)は、100〜500℃の温度範囲において、表面電気抵抗率ρが、約1.0×105〜1.0×1011Ω・cmになる。これから、上記セラミックスにLaを含有させた方が、温度による表面電気抵抗率ρの変化が少ないことが分かる。 Moreover, as shown in FIG. 16, when La is not added (SrTiO 3 ), the surface electrical resistivity ρ is about 1.0×10 5 to 1.0×10 11 Ω in the temperature range of 100 to 500° C.・It becomes cm. From this, it can be seen that the inclusion of La in the above ceramics causes less change in the surface electrical resistivity ρ with temperature.
なお、図16のグラフを取得するにあたり、表面電気抵抗率ρの測定は、より詳しくは、以下のように行った。すなわち、Sr1-XLaXTiO3におけるXを0、0.016、0.02、0.36にしたセラミックスを作成し、これらのセラミックスを用いてサンプル25(図18)を作成した。各サンプル25は、厚さTが1.4mmの板状基板251と、この板状基板251の主表面に形成した、長さLが16mm、間隔Dが800μmである一対の測定電極39とを備える。そして、このサンプル25を大気中にて100〜500℃に加熱し、測定電極39間に5〜1000Vの電圧を加えて、電気抵抗Rを測定した。そして、上記式(1)を用いて、表面電気抵抗率ρを算出した。
In obtaining the graph of FIG. 16, the surface electrical resistivity ρ was measured in more detail as follows. That is, ceramics in which X in Sr 1-X La X TiO 3 was set to 0, 0.016, 0.02, and 0.36 were prepared, and sample 25 (FIG. 18) was prepared using these ceramics. Each
図17に、PMセンサ1に噴射したPMの量と、PMセンサ1のセンサ出力との関係を、導電部2の表面電気抵抗率ρを変えて調査したグラフを示す。このグラフは、以下のようにして取得した。まず、表面電気抵抗率ρがそれぞれ2.3×106、1.0×107、1.0×1010、3.2×1010Ω・cmである導電性材料を用いて導電部2を形成し、各導電部2を備えたPMセンサ1を作成した。そして、個々のPMセンサ1に、PMの含有量が0.01mg/lである排ガスを噴射し、この噴射したPMの一部を、PMセンサの被堆積面20に堆積させた。また、一対の電極3a,3b間に流れる電流Iを、シャント抵抗を用いて電圧に変換し、センサ出力を得た。なお、電極3a,3b間の間隔は80μm、印加電圧は35Vであり、測定温度は200℃であった。PMの噴射量とセンサ出力との関係をグラフ化したものが、図17である。
FIG. 17 shows a graph in which the relationship between the amount of PM injected to the
同図に示すごとく、導電部2の表面電気抵抗率ρが1.0×107〜1.0×1010Ω・cmである場合は、PMを僅かに噴射しただけで、PMセンサ1のセンサ出力が上昇する。すなわち、PMセンサ1の感度が高いことが分かる。また、PMが付着するに伴い、センサ出力が大きく変化する。そのため、導電部2の表面電気抵抗率ρが上記範囲内であれば、PMセンサ1の感度が高く、かつ堆積したPMの量を正確に測定できることがわかる。
As shown in the figure, when the surface electrical resistivity ρ of the
これに対して、表面電気抵抗率ρが上記範囲を外れた場合は、このような効果は充分に得られない。例えば表面電気抵抗率ρが3.2×1010Ω・cmの場合は、PMの堆積量が僅かであると、センサ出力が殆ど上昇しない。つまり、不感期間が存在する。これは、導電部2の表面電気抵抗率ρが高すぎ、電極3a,3b間に電流Iが流れにくいため、多くのPMが堆積して、PMによる電流の経路が形成されてから、電流Iが流れ始めるからだと考えられる。
On the other hand, when the surface electric resistivity ρ is out of the above range, such an effect cannot be sufficiently obtained. For example, when the surface electrical resistivity ρ is 3.2×10 10 Ω·cm, the sensor output hardly increases when the PM deposition amount is small. That is, there is a dead period. This is because the surface electric resistivity ρ of the
また、表面電気抵抗率ρが例えば2.3×106Ω・cmの場合は、PMの堆積量が変化しても、センサ出力が殆ど変化しない。これは、表面電気抵抗率ρが低すぎるため、PMが堆積しても電流IがあまりPMに流れず、電極3a,3b間の電流値が変化しにくいからだと考えられる。そのため、この場合は、センサ出力を用いて、PMの堆積量を正確に測定することは困難であることが分かる。
When the surface electrical resistivity ρ is, for example, 2.3×10 6 Ω·cm, the sensor output hardly changes even if the PM deposition amount changes. It is considered that this is because the surface electrical resistivity ρ is too low, so that even if PM is deposited, the current I does not flow into the PM so much that the current value between the
次に、図19を用いて、サンプル25(図18参照)内を流れる電流Iの、表面からの深さについて説明する。図19のグラフは、以下のようにして作成された。まず、導電性材料をシート状に成形し、その表面に測定電極39を印刷し、焼成してサンプル25を作成した。サンプル25の厚さTは、10μm、20μm、40μm、45μm、50μm、80μm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.4mm、2.0mmに条件振りした。これらのサンプル25を、水分の影響を除くため、200℃に加熱し、一対の測定電極39間に500Vの電圧を加えて、電気抵抗Rを測定した。測定電極39の長さLは16mmとし、間隔Dは800μmとした。そして、サンプル25の厚さが10μmである場合の電気抵抗を基準(すなわち100%)とし、これに対する、各サンプル25の電気抵抗Rの比率と、厚さとの関係をグラフにした。
Next, the depth from the surface of the current I flowing in the sample 25 (see FIG. 18) will be described with reference to FIG. The graph of FIG. 19 was created as follows. First, a conductive material was formed into a sheet shape, the
図19に示すごとく、サンプル25の厚さが10μm〜0.1mmの範囲では、厚くなるほど電気抵抗が低下するが、0.1mmを超えると、殆ど変化しなくなる。これから、電流Iは、サンプル25の表面から0.1mmまでの深さしか流れないことが分かる。本形態では、表面電気抵抗率ρを測定する際、サンプル25の厚さTを1.4mmにしている。そのため、電流Iを流すための十分な厚さを確保できている。
As shown in FIG. 19, when the thickness of the
次に、図20を用いて、SrTiO3の電気抵抗率および表面電気抵抗率ρと、温度との関係について説明する。図20のグラフは、以下のように作成した。すなわち、SrTiO3を用いてサンプル25(図18参照)を作成し、温度を変えつつ、表面電気抵抗率ρを測定した。また、SrTiO3を用いてバルク用サンプル259(図21参照)を作成し、温度を変えつつ、バルクの電気抵抗率を測定した。測定した電気抵抗率および表面電気抵抗率ρと、温度との関係を、図20のグラフにした。同図から、バルクの電気抵抗率と、表面電気抵抗率ρとは、値が全く異なることが分かる。 Next, with reference to FIG. 20, the relationship between the electrical resistivity and the surface electrical resistivity ρ of SrTiO 3 and the temperature will be described. The graph of FIG. 20 was created as follows. That is, sample 25 (see FIG. 18) was prepared using SrTiO 3 , and the surface electrical resistivity ρ was measured while changing the temperature. Further, a bulk sample 259 (see FIG. 21) was prepared using SrTiO 3 , and the bulk electrical resistivity was measured while changing the temperature. The graph of FIG. 20 shows the relationship between the measured electric resistivity and surface electric resistivity ρ and the temperature. It can be seen from the figure that the bulk electrical resistivity and the surface electrical resistivity ρ have completely different values.
次に、本形態の作用効果について説明する。本形態では、100〜500℃の温度範囲において表面電気抵抗率ρが1.0×107〜1.0×1010Ω・cmである導電性材料を用いて、導電部2を形成してある。
そのため、図17に示すごとく、不感期間が少なく、粒子状物質の付着に伴ってセンサ出力が大きく変化するPMセンサ1を得ることができる。
Next, the function and effect of this embodiment will be described. In this embodiment, the
Therefore, as shown in FIG. 17, it is possible to obtain the
また、本形態では、表面電気抵抗率ρの数値範囲を規定している。そのため、導電部2の電気特性を最適化しやすい。すなわち、本形態のPMセンサ1は、導電部2の主面S1(図2参照)に電極3a,3bを形成してあるため、PMセンサ1を用いたとき、電流Iは、導電部2の表面付近を流れる。そのため、板状基板251(図18参照)の表面付近に電流Iを流して測定した表面電気抵抗率ρは、PMセンサ1の実際の使用状態に近い状態で測定した電気特性であるといえる。したがって、表面電気抵抗率ρの数値範囲を規定することにより、実際の使用状態に近い状態での、導電部2の電気特性を規定することができる。
Further, in this embodiment, the numerical range of the surface electrical resistivity ρ is specified. Therefore, it is easy to optimize the electric characteristics of the
また、本形態では、導電部2を構成する導電性材料として、ペロブスカイト構造を有するセラミックスを用いている。このセラミックスの分子式をABO3とした場合、AはLa、Sr、Ca、Mgから選択される少なくとも一種であり、BはTi、Al、Zr、Yから選択される少なくとも一種であることが好ましい。
このようなセラミックスは、耐熱性が高く、かつ排ガスに含まれる物質と化学反応しにくい。そのため、排ガスに曝されるPMセンサ1用の導電性材料として、好適に用いることができる。
Further, in this embodiment, as the conductive material forming the
Such ceramics have high heat resistance and are unlikely to chemically react with substances contained in exhaust gas. Therefore, it can be suitably used as a conductive material for the
また、上記分子式におけるAは、主成分がSr、副成分がLaであり、BはTiであることが、特に好ましい。
このようなセラミックスは、図16に示すごとく、温度が変化しても、表面電気抵抗率ρの変化が小さい。これは、Laを添加したことによる効果だと考えられる。このようなセラミックスを用いて導電部2を形成すれば、PMセンサ1の出力を測定する測定回路として、安価なものを用いることが可能になる。すなわち、図16に示すごとく、Laを含有しないセラミックス(SrTiO3)は、100〜500℃の温度範囲で、表面電気抵抗率ρが約1×105〜1×1011Ω・cmと大きく変化する。そのため、このセラミックス(SrTiO3)を用いて形成した導電部2は、100℃付近では僅かな電流しか流れず、500℃付近では大きな電流が流れる。したがって、電流の測定レンジが広い、高価な測定回路を用いる必要が生じる。これに対して、Laを含有するセラミックス(Sr1-XLaXTiO3)を用いれば、100〜500℃の温度範囲における、表面電気抵抗率ρの変化を小さくすることができる。そのため、この温度範囲における、導電部2に流れる電流の変化を小さくすることができ、電流の測定レンジが狭い、安価な測定回路を用いることが可能になる。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
It is particularly preferable that A in the above molecular formula is Sr as a main component, La is a sub-component, and B is Ti.
As shown in FIG. 16, such a ceramic has a small change in the surface electrical resistivity ρ even if the temperature changes. It is considered that this is an effect due to the addition of La. If the
Other than that, it has the same configuration and effects as those of the first embodiment.
(参考形態1)
本形態は、一対の電極3a、3bを覆うように導電部を設けながら、検出感度を高めることが可能なPMセンサ1に関する。
実施形態1では、導電部2の表面に電極3を設けてある。これにより、導電部2の表面、すなわち被堆積面20に電流を流している。このように構成すると、被堆積面20にPMが僅かに堆積した場合でも、電流値が変化するため、PMの検出感度を高めることができる。
一方、本実施形態では、導電部2の厚さと、電極3の厚さとの相対関係を規定することにより、PMの検出感度を高めている。
(Reference form 1)
The present embodiment relates to a
In the first embodiment, the
On the other hand, in the present embodiment, the detection sensitivity of PM is enhanced by defining the relative relationship between the thickness of the
図22〜図25を用いて、本実施形態の要部について説明する。
本実施形態の粒子状物質検出装置10は、実施形態1と同様に、PMセンサ101と、該PMセンサ101に接続した制御部7とを備えている。制御部7については、実施形態1と同様の構成であるため、説明を省略する。
本実施形態例のPMセンサ101は、絶縁材料からなる基板部401と、電極が形成された複数の電極板部402とを備える。
基板部401は、実施形態1の基板部4と同様の素材からなる。また電極板部402は、絶縁材料からなる板状の電極基板部412と、該電極基板部412上に形成された検出電極部301,302と、該検出電極部301,302に電気接続した延出部303とを有する。後述するように、検出電極部301,302は、導電部200に覆われている(図24参照)。
基板部401及び電極板部402は長方形板状に形成されている。また、延出部303は、電極基板部412上に、長手方向に延出するよう形成されている。延出部303の一端は制御部7に電気接続し、他端は検出電極部301,302に接続している。
Main parts of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
The particulate
The
The
The
図22に示すように、正極である検出電極部301と、負極である検出電極部302とが交互に配置されている。このように、隣り合う電極が異なる極性となるように、複数の電極板部402を積層してある。そして、電極板部402の積層方向における一方側に基板部401を配置し、他方側に、ヒータ5を有するヒータ板部403を配置してある。これら基板部401とヒータ板部403とにより、複数の電極板部402を積層方向から挟持している。これにより、積層体を構成してある。
As shown in FIG. 22, the
図23に示すように、PMセンサ101の側面111の一部から、検出電極部301,302及び電極基板部412が露出している。露出した検出電極部301,302、及び電極基板部412は、図24に示すように、所定の厚さを有する導電部200により覆われている。導電部200は、実施形態1と同様の材料により形成することができる。
粒子状物質は、導電部200の被堆積面201に堆積する。被堆積面201は、導電部200の、検出電極部301,302を配した側とは反対側に形成されている。導電部200の電気抵抗率は、粒子状物質の電気抵抗率よりも高いため、電流は、導電部200よりも粒子状物質に流れやすい。故に、実施形態1と同様に、被堆積面201に粒子状物質が堆積した場合には、堆積していない場合と比べて、検出電極部301,302間の電気抵抗が低下する。したがって、制御部7(図8参照)の電流測定部72による、電流の測定値が大きくなる。算出部73は、この測定値を用いて、粒子状物質の堆積量を算出する。
As shown in FIG. 23, the
The particulate matter is deposited on the
なお、図24に示すように、導電部200の厚さWsは、検出電極部301,302の厚さWeよりも小さく形成されている。
Note that, as shown in FIG. 24, the thickness Ws of the
このように、導電部200の厚さWsを、検出電極部301,302の厚さWeよりも小さくすることにより、粒子状物質の検出感度を向上させることができる。
As described above, by making the thickness Ws of the
本形態の作用効果について詳述する。
図22、図24に示すように、一対の検出電極部301,302間には、絶縁体からなる電極基板部412が介在している。そのため、一対の検出電極部301、302に電圧を印加しても、電極基板部412には電流は流れない。しかし、一対の電極301、302の一部は導電部200に覆われているため、この導電部200に電流が流れる。
図25に示すように、一対の検出電極部301、302のうち一方の検出電極部301から流れた電流は、導電部200内を湾曲して、他方の検出電極部302に至る。したがって、粒子状物質が被堆積面201に付着していない状態でも、電流の一部を被堆積面201に流すことができる。このとき、導電部の厚さWsが検出電極部の厚さWeよりも厚いと、電流が被堆積面201に到達するまでの距離が長くなるため、導電部200内を流れる電流の割合が高くなり、被堆積面201を流れる電流の量が低減する。そのため、PMの検出感度を充分に高めにくくなる。
しかし、本形態のように、導電部200の厚さWsを、検出電極部の厚さWeよりも薄くすれば、導電部200内を流れる電流の量を少なくすることができ、被堆積面201に多くの電流を流すことができる。そのため、粒子状物質が被堆積面201に付着した場合に、電流が粒子状物質に流れやすくなる。
The function and effect of this embodiment will be described in detail.
As shown in FIGS. 22 and 24, an
As shown in FIG. 25, the current flowing from one
However, if the thickness Ws of the
したがって、粒子状物質が導電部200に僅かに堆積した場合でも、電流値の変化率が大きくなり、粒子状物質の検出感度を向上させることができる。
Therefore, even if the particulate matter is slightly deposited on the
(実施形態5)
本形態の粒子状物質検出装置102は、図26に示すごとく、排ガスの温度を検出する温度測定部501を備える。また、制御部701は、実施形態1の構成に加えて、排ガスの温度に応じて導電部20の抵抗値を補正する抵抗値補正部75を備える。すなわち、本実施形態の制御部701は、一対の電極に電圧を印加する電圧印加部71と、一対の電極間に流れる電流値を検出する電流測定部72と、ヒータ5を制御するヒータ制御部74と、電流測定部により検出された測定値から粒子状物質の堆積量を算出し、排ガス中に含まれる単位時間当たりの粒子状物質の排出量を算出する算出部73と、上記抵抗値補正部75とを備えている。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 26, the particulate
上記温度測定部501は、公知の排ガス用温度センサを用いることができ、例えば感熱素子にサーミスタを用いた温度センサを採用することができる。温度測定部501は、排管に取り付けられたPMセンサ1の近傍に設けられ、検出した温度の情報を、制御部701の抵抗値補正部75へ送信する。温度測定部501をPMセンサ1の近傍に設けることにより、PMセンサ1付近の温度の測定値を、導電部2の抵抗値の補正に用いることが可能となる。そのため、抵抗値の補正の精度を高めることができる。
なお、図示しないが、温度測定部501によって測定された温度の情報は、ECU16にも送られ、エンジンの噴射制御等に用いられる。
As the
Although not shown, information on the temperature measured by the
本実施形態において、算出部73は、電流測定部72による測定値を時間微分して時間微分値を算出する。この時間微分値は、排ガス中の粒子状物質の数と相関がある。また、算出部73は、排ガス中の単位体積あたりの粒子状物質の数を補正する数量補正データを有している。算出部73は、上記時間微分値と数量補正データとを用いて、排ガス中の単位体積当たりの粒子状物質の数量を算出することができる。
In the present embodiment, the
抵抗値補正部75は、導電部2の温度と電気抵抗との関係についてのデータ(温度特性データ)を記憶している。抵抗値補正部75は、温度測定部501によって検出された温度と、温度特性データとを用いて、導電部2の補正抵抗値を算出する。そして、この補正抵抗値を用いて、電極3a,3b間の電気抵抗に含まれる、導電部2の電気抵抗の、温度による変化の影響を低減する補正を行う。
The
これにより、粒子状物質の量を検出するときにおける、排ガス温度の、導電部2への影響を低減することが可能となる。そのため、粒子状物質の検出精度を向上することができる。
This makes it possible to reduce the influence of the exhaust gas temperature on the
(その他の実施形態)
以上、本発明のそれぞれの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することができ、また特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を組み合わせることも可能である。
(Other embodiments)
Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention, and particularly in combination. It is also possible to combine the embodiments with each other as long as they do not cause any problems.
例えば、実施形態5に記載した粒子状物質検出装置102の制御部701は、実施形態1のPMセンサ1の構成を前提としているが、実施形態2乃至4のPMセンサを採用することもできる。
また、参考形態1では、導電部200を、PMセンサの側面111に設けたが、端面に設けてもよい。
For example, the
Further, in the
1 粒子状物質検出センサ
10 粒子状物質検出装置
2 導電部
20 被堆積面
3a,3b 電極
6 粒子状物質
7 制御部
1 Particulate
Claims (9)
上記粒子状物質よりも電気抵抗率が高い導電性材料からなり、板状に形成され、一方の主面(S1)を、上記粒子状物質が堆積する被堆積面(20)としてある導電部(2)と、
上記被堆積面上に形成され、互いに離隔し、対向配置された一対の電極(3a,3b)と、
を備える粒子状物質検出センサ。 A particulate matter detection sensor (1) for detecting the amount of particulate matter (6) contained in exhaust gas, comprising:
A conductive part (made of a conductive material having a higher electrical resistivity than the particulate matter, formed in a plate shape, and having one main surface (S1) as a deposition surface (20) on which the particulate matter is deposited (20). 2) and
A pair of electrodes (3a, 3b) formed on the deposition surface, spaced apart from each other and facing each other;
And a particulate matter detection sensor.
ρ=R×L×T/D A plate-like substrate (251) made of the above conductive material and having a thickness T of 1.4 mm, and a pair of measuring electrodes (39) formed on the main surface of the plate-like substrate and having a length L and an interval D. When a sample (25) having and is prepared, the electric resistance R between the pair of measurement electrodes is measured, and the surface electric resistivity ρ represented by the following equation is calculated, the surface electric resistivity ρ is Any of claims 1 to 5, wherein the conductive portion is formed by using the conductive material having a temperature range of 100 to 500°C of 1.0 x 10 7 to 1.0 x 10 10 Ω·cm. 2. The particulate matter detection sensor according to item 1.
ρ=R×L×T/D
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