WO2016104428A1 - 粒子状物質検出素子 - Google Patents

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小池　和彦
弘宣 下川
田村　昌之
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present invention relates to a particulate matter detection element.
  • the exhaust pipe of the internal combustion engine is provided with an exhaust gas purification device that collects particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • 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.
  • Patent Document 1 As a particulate matter detection element of a particulate matter detection sensor used in an exhaust gas purification device, for example, there is one shown in Patent Document 1.
  • the particulate matter detection element of Patent Document 1 includes electrodes having different polarities arranged next to each other, forms an electrostatic field by applying a voltage between the electrodes, and collects charged particulate matter. . Then, the amount of the particulate matter is detected by measuring a change in electrical characteristics between the electrodes caused by the accumulation of the particulate matter between the electrodes.
  • a regeneration process is performed at a predetermined timing to recover the particulate matter collection ability.
  • the regeneration process is performed by burning and removing the particulate matter by heater heating or the like.
  • the present disclosure has been made in view of such a background, and intends to provide a particulate matter detection element capable of suppressing the burying of the detection electrode by the residue of the particulate matter and suppressing the decrease in detection sensitivity. It is.
  • One aspect of the present disclosure is a stacked portion in which a plurality of detection electrodes for detecting particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine and a plurality of insulating members made of a material having electrical insulating properties are stacked.
  • the adjacent detection electrodes in the stacking direction of the detection electrode and the insulating member have different polarities, and in the direction orthogonal to the stacking direction, the plurality of detection electrodes In the stacking direction of the detection electrode having one polarity in the deposition portion, wherein at least a part of the detection material is exposed from the insulating member and a part of the particulate matter is deposited.
  • the width is larger than the width of the detection electrode having the other polarity in the stacking direction.
  • FIG. 2 is a perspective view of a particulate matter detection element in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion to be deposited of the particulate matter detection element in the first embodiment.
  • 2 is an exploded perspective view of a particulate matter detection element in Embodiment 1.
  • the particulate matter detection element 1 includes a plurality of detection electrodes 2 for detecting particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and a plurality of materials made of an electrically insulating material.
  • the laminated portion 4 is laminated with the insulating member 3.
  • the adjacent detection electrodes 2 In the stacking direction X of the detection electrode 2 and the insulating member 3, the adjacent detection electrodes 2 have different polarities.
  • the particulate matter detection element 1 has a deposition portion 5 that exposes at least a part of the plurality of detection electrodes 2 from the insulating member 3 in a direction orthogonal to the stacking direction X and deposits a part of the particulate matter. ing. As shown in FIG. 2, in the portion 5 to be deposited, the width W1 of the detection electrode 2 having one polarity in the stacking direction X is larger than the width W2 of the detection electrode 2 having the other polarity in the stacking direction X.
  • the width W1 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having one polarity is preferably 1.5 times or more the width W2 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having the other polarity.
  • the particulate matter detection element 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 element 1, failure detection of the exhaust gas purification device is performed.
  • the particulate matter detection element 1 attached to an exhaust system in which main particulate matter contained in exhaust gas is positively charged will be described. That is, in the particulate matter detection element 1 of the present example, the width W1 of the negative electrode 22 among the plurality of detection electrodes 2 is larger than the width W2 of the positive electrode 21, and the width W1 of the negative electrode 22 is the width W2 of the positive electrode 21. It is preferable that it is 1.5 times or more.
  • the insulating member 3 is formed by forming a ceramic material such as alumina, zirconia, magnesia, beryllia into a flat plate shape.
  • the particulate matter detection element 1 is formed in a rod shape by stacking eight insulating members 3 in the thickness direction. Seven of the eight insulating members 3 have detection electrodes 2 made of a conductive material at one end in the longitudinal direction (direction Y in the drawing) of the insulating member 3 on one surface in the stacking direction X. Yes.
  • the film of the detection electrode 2 is formed on one of the pair of main surfaces of the flat insulating member 3.
  • a laminated portion 4 in which the insulating members 3 and the detection electrodes 2 are alternately laminated is formed.
  • the plurality of detection electrodes 2 are formed by alternately stacking positive electrodes 21 and negative electrodes 22.
  • the thickness of the detection electrode 2 in the stacking direction X is not shown.
  • the number of stacked insulating members 3 and detection electrodes 2 is not particularly limited.
  • the detection electrodes 2 adjacent in the stacking direction X are arranged with a certain distance from each other.
  • an extraction electrode portion 23 extending from the detection electrode 2 in the direction Y orthogonal to the stacking direction X is formed on each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 disposed at the end in the stacking direction X.
  • the positive electrodes 21 and the negative electrodes 22 are electrically connected. For this reason, a voltage is applied to each positive electrode 21 and each negative electrode 22 by applying a voltage to the extraction electrode part 23 from the outside. Note that the voltage application method and the electrode connection method are not limited thereto. As shown in FIG.
  • the particulate matter detection element 1 forms a deposition portion 5 by exposing the vicinity of the end of the detection electrode 2 from the insulating member 3 on the side surface arranged in the direction Z orthogonal to the stacking direction X. is doing.
  • This deposited portion 5 becomes a detection surface.
  • the portion to be deposited 5 includes the exposed surface of the detection electrode 2 formed on the side surface of the particulate matter detection element 1 (hereinafter, also referred to as a detection surface of the detection electrode 2), and a space between them. It includes the exposed surface of the insulating member 3 (hereinafter also referred to as the detection surface of the insulating member 3).
  • the particulate matter adhering to the detection electrode 2 moves on the surface of the detection electrode 2, that is, the detection surface of the detection electrode 2, and is detected between the adjacent positive electrode 21 and negative electrode 22, that is, the flat insulating member 3. Deposit on the surface. Then, due to the particulate matter deposited on the portion to be deposited 5, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 exposed to the portion to be deposited 5 are brought into conduction, and the electrical resistance value between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 decreases. As the electrical resistance value between the detection electrodes 2 changes, the amount of current as an electrical signal flowing between the detection electrodes 2 changes. Thereby, the current value output from the particulate matter detection element 1 changes.
  • the current value output from the particulate matter detection element 1 changes according to the amount of particulate matter deposited in the portion 5 to be deposited, and has information on the amount of particulate matter deposited. By using this current value, it is possible to detect the amount of particulate matter deposited in the portion 5 to be deposited.
  • the current detected by the particulate matter detection element 1 is output to a control unit having a shunt resistance. The control unit outputs a voltage calculated by the product of the current value and the shunt resistance.
  • the width W1 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having one polarity is larger than the width W2 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having the other polarity. . Therefore, it is possible to suppress the detection electrode 2 from being buried by the particulate matter residue while suppressing an increase in the thickness of the particulate matter detection element 1.
  • the particulate matter contained in the exhaust gas since the particulate matter contained in the exhaust gas is positively or negatively charged, it tends to concentrate on either the positive or negative electrode. Therefore, by increasing the width of only the detection electrode 2 on the side on which the particulate matter is likely to concentrate, the detection electrode 2 is detected by the residue of the particulate matter while suppressing an increase in the size of the particulate matter detection element 1 in the stacking direction X. Can be effectively prevented from being buried.
  • width W1 is 1.5 times or more the width W2, it is possible to more efficiently prevent the detection electrode 2 from being buried by the residue of the particulate matter.
  • Example 1 when the main particulate matter contained in the exhaust gas is positively charged, the width of the negative electrode in the stacking direction is larger than the width of the positive electrode in the stacking direction in the portion to be deposited. However, when the main particulate matter contained in the exhaust gas is negatively charged, the width of the positive electrode in the stacking direction can be made larger than the width of the negative electrode in the stacking direction at the portion to be deposited. .
  • the basic structure is the same as that of the particulate matter detection element 1 shown in Example 1 described above, and detection is performed by changing the ratio W1 / W2 of the width W1 of the negative electrode 22 to the width W2 of the positive electrode 21.
  • a sensitivity comparison was made. Specifically, five types of particulate matter detection elements having ratios W1 / W2 of 1.0, 1.2, 1.5, 2.7, and 5.0 were used.
  • the width W2 of the positive electrode 21 was 4 ⁇ m, and the interval between the detection electrodes 2 adjacent in the stacking direction X was 20 ⁇ m.
  • the voltage applied between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 was 35V.
  • the same reference numerals as those used in the first embodiment denote the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
  • exhaust gas having a particulate matter concentration of 3 mg / m 3 was circulated at a flow rate of 24 m / s.
  • the exhaust gas temperature in the vicinity of the particulate matter detection element is 220 ° C.
  • a durability test was performed in which the collection and regeneration of the particulate matter were repeated for 12 minutes as one cycle. That is, the particulate matter was collected for the first 10 minutes in one cycle and then regenerated over 2 minutes.
  • the regeneration treatment was performed by burning off particulate matter by heating with a heater.
  • the detection sensitivity was judged by the dead mass in the particulate matter detection element.
  • Insensitive mass means that during each cycle, a conduction path is formed in the particulate matter detection element due to the accumulation of particulate matter, and the electrical characteristics of the particulate matter detection element change until it changes in the exhaust pipe. It shows the amount of particulate matter contained in the exhaust gas.
  • the circulation amount of the particulate matter in the exhaust pipe is a cycle corresponding to travel of 100,000 km of the vehicle (referred to as a “cycle equivalent to 100,000 km” for convenience), and a vehicle of 300,000.
  • a cycle equivalent to 100,000 km for convenience
  • the dead mass was measured and the dead mass ratio was measured.
  • the measurement results are shown in Table 1.
  • the dead mass ratio is the ratio of the dead mass measured during the first cycle to the dead mass measured during the predetermined number of cycles.
  • the column of “equivalent to 100,000 km travel” in Table 1 shows the dead mass ratio measured in a cycle equivalent to 100,000 km. Further, in the column of “equivalent to 300,000 km travel” in Table 1, the dead mass ratio measured in a cycle equivalent to 300,000 km is shown.
  • the detection sensitivity of the particulate matter detection element 1 does not decrease even in a cycle corresponding to 100,000 km if the ratio W1 / W2 is 1.5 or more. Furthermore, when the ratio W1 / W2 was set to 2.7 or more, it was confirmed that the detection sensitivity of the particulate matter detection element 1 did not decrease even in a cycle corresponding to 300,000 km.
  • the width W1 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having one polarity in the deposited portion 5 larger than the width W2 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having the other polarity. It can be seen that the durability of the detection sensitivity of the particulate matter detection element can be improved. Further, in the portion 5 to be deposited, the width W1 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having one polarity is set to 1.5 times or more the width W2 in the stacking direction X of the detection electrode 2 having the other polarity. Thus, it can be seen that the particulate matter detection element 1 in which the detection sensitivity is less likely to be reduced can be obtained.
  • the width W1 of the detection electrode 2 having one polarity in the stacking direction X is set to be 2.7 times or more the width W2 of the detection electrode 2 having the other polarity in the stacking direction X. It turns out that it is further preferable.

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Abstract

　粒子状物質の残渣による検出電極の埋没を抑制し、検出感度の低下を抑制することができる粒子状物質検出素子を提供する。粒子状物質検出素子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を検出するための複数の検出電極２と、電気絶縁性を備えた材料からなる複数の絶縁部材３とを積層した積層部４を有する。検出電極２と絶縁部材３との積層方向Ｘにおいて、隣り合う検出電極２は、互いに異なる極性を有する。粒子状物質検出素子１は、積層方向Ｘに直交する方向において、複数の検出電極２の少なくとも一部を絶縁部材３から露出させ、粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部５を有している。被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１は、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２よりも大きい。

Description

粒子状物質検出素子 関連出願の相互参照
　本出願は２０１４年１２月２３日に出願された日本出願番号２０１４－２５９５９２号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本発明は、粒子状物質検出素子に関する。
　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。
　排ガス浄化装置に用いられる粒子状物質検出センサの粒子状物質検出素子としては、例えば、特許文献１に示されたものがある。特許文献１の粒子状物質検出素子は、互いに極性の異なる電極を隣り合わせて配置してなり、電極間に電圧を印加することで静電場を形成し、帯電した粒子状物質を捕集している。そして、電極間に粒子状物質が堆積することによって生じる電極間の電気的特性の変化を測定することにより、粒子状物質の量を検出している。
　ここで、粒子状物質の堆積量が増えると、電極間の電気的特性が変化し難くなり、センサ感度が低下することがある。そこで、所定のタイミングにおいて再生処理を行って粒子状物質の捕集能力を回復させることが行われている。再生処理は、ヒータ加熱等により粒子状物質を燃焼除去することにより行われる。
特開２０１２－７８１３０号公報
　しかしながら、粒子状物質を燃焼させても、無機分が残渣として残るため、粒子状物質の堆積、再生処理を繰り返すと残渣が徐々に堆積する。そして、電極が残渣に埋没してしまうと、センサの検出感度が低下し、或いは検出不能となってしまうおそれがある。
　本開示は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の残渣による検出電極の埋没を抑制し、検出感度の低下を抑制することができる粒子状物質検出素子を提供しようとするものである。
　本開示の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質を検出するための複数の検出電極と、電気絶縁性を備えた材料からなる複数の絶縁部材とを積層した積層部を有する粒子状物質検出素子において、上記検出電極と上記絶縁部材との積層方向において、隣り合う上記検出電極は、互いに異なる極性を有し、上記積層方向に直交する方向において、上記複数の検出電極の少なくとも一部を上記絶縁部材から露出させ、上記粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部を有しており、該被堆積部において、一方の極性を有する上記検出電極の上記積層方向における幅は、他方の極性を有する上記検出電極の上記積層方向における幅よりも大きいことを特徴とする粒子状物質検出素子にある。
実施例１における、粒子状物質検出素子の斜視図。 実施例１における、粒子状物質検出素子の被堆積部の拡大図。 実施例１における、粒子状物質検出素子の分解斜視図。
（実施例１）
　上記粒子状物質検出素子にかかる実施例について、図１～図３を用いて説明する。
　上記粒子状物質検出素子１は、図１に示すごとく、内燃機関から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複数の検出電極２と、電気絶縁性を備えた材料からなる複数の絶縁部材３とを積層した積層部４を有する。検出電極２と絶縁部材３との積層方向Ｘにおいて、隣り合う検出電極２は、互いに異なる極性を有する。粒子状物質検出素子１は、積層方向Ｘに直交する方向において、複数の検出電極２の少なくとも一部を絶縁部材３から露出させ、粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部５を有している。図２に示すごとく、被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１は、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２よりも大きい。
　被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１は、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２の１．５倍以上であることが好ましい。
　本例の粒子状物質検出素子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。粒子状物質検出素子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。
　なお、本例においては、排ガスに含まれる主な粒子状物質が正に帯電している排気系に取り付けられる粒子状物質検出素子１について説明する。すなわち、本例の粒子状物質検出素子１は、複数の検出電極２のうち、負極２２の幅Ｗ１を正極２１の幅Ｗ２よりも大きくしており、負極２２の幅Ｗ１は正極２１の幅Ｗ２の１．５倍以上であることが好ましい。
　図３に示すごとく、絶縁部材３は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどのセラミック材料を平板状に形成してなる。粒子状物質検出素子１は、絶縁部材３をその板厚方向に８枚積層することにより、棒状に形成されている。８枚の絶縁部材３のうち７枚には、積層方向Ｘの一方の面における絶縁部材３の長手方向（図中の方向Ｙ）の一端部に導電性材料からなる検出電極２が形成されている。本実施形態では、平板状の絶縁部材３の一対の主面の一方に検出電極２の膜が形成されている。この検出電極２が形成された絶縁部材３を積層することにより、絶縁部材３と検出電極２とを交互に積層した積層部４が形成されている。図１に示すごとく、積層部４において、複数の検出電極２は、正極２１と負極２２とが交互に積層されている。なお、図３においては、積層方向Ｘにおける検出電極２の厚みの図示を省略している。また、絶縁部材３及び検出電極２の積層数は、特に限定されるものではない。
　図１に示すごとく、積層方向Ｘにおいて隣り合う検出電極２同士は、互いに一定の間隔をあけて配置されている。図３に示すごとく、検出電極２において、積層方向Ｘの端部に配置される正極２１及び負極２２には、検出電極２から積層方向Ｘに直交する方向Ｙに延びる引き出し電極部２３がそれぞれ形成されている。図示しないが、本実施形態では、正極２１同士、負極２２同士が電気的に接続されている。このため、引出し電極部２３に外部から電圧を印加することで、各正極２１、各負極２２に電圧が印加される。なお、電圧の印加方法、電極の接続方法はこれに限定されない。図１に示すごとく、粒子状物質検出素子１は、積層方向Ｘと直交する方向Ｚに配置された側面に、検出電極２の端部近傍を絶縁部材３から露出して被堆積部５を形成している。この被堆積部５が検出面となる。つまり、被堆積部５は、粒子状物質検出素子１の前記側面における、離間形成された検出電極２の露出面（以下、検出電極２の検出面ということもある）、及び、これらの間の絶縁部材３の露出面（以下、絶縁部材３の検出面ということもある）を含む。
　粒子状物質検出素子１の被堆積部５において、検出電極２に電圧を印加すると、検出電極２の周囲に電界が形成され、粒子状物質が検出電極２へと引き寄せられる。本例においては、主な粒子状物質が正に帯電しているため、検出電極２のうち、主として負極２２に粒子状物質が引き寄せられる。
　検出電極２に付着した粒子状物質は、検出電極２の表面、すなわち、検出電極２の検出面を移動し、隣り合う正極２１と負極２２との間、すなわち、平板状の絶縁部材３の検出面に堆積する。そして、被堆積部５に堆積した粒子状物質によって、被堆積部５に露出した正極２１と負極２２とが導通し、正極２１と負極２２との間における電気抵抗値が低下する。検出電極２間の電気抵抗値の変化に伴い、検出電極２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、粒子状物質検出素子１から出力される電流値が変化する。
　つまり、粒子状物質検出素子１から出力される電流値は、被堆積部５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５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、粒子状物質検出素子１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る。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。
　次に、本例の作用効果について説明する。
　上記粒子状物質検出素子１は、被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１が、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２よりも大きい。それゆえ、粒子状物質検出素子１の厚みの増加を抑制しつつ、粒子状物質の残渣によって検出電極２が埋没してしまうことを抑制することができる。
　すなわち、排ガスに含まれる粒子状物質は、正又は負に帯電しているため、正及び負のいずれか一方の電極に集中して堆積しやすい。そこで、粒子状物質が集中しやすい側の検出電極２のみの幅を大きくすることにより、積層方向Ｘにおける粒子状物質検出素子１の大型化を抑制しつつ、粒子状物質の残渣によって検出電極２が埋没することを効率的に防ぐことができる。
　また、幅Ｗ１を幅Ｗ２の１．５倍以上とすることにより、粒子状物質の残渣によって検出電極２が埋没することを一層効率的に防ぐことができる。
　以上のごとく、本例によれば、粒子状物質の残渣による検出電極の埋没を抑制し、検出感度の低下を抑制することができる粒子状物質検出素子を提供することができる。
　なお、実施例１においては、排ガスに含まれる主な粒子状物質が正に帯電している場合について、被堆積部における、積層方向の負極の幅が、積層方向の正極の幅よりも大きい例を示したが、排ガスに含まれる主な粒子状物質が負に帯電している場合は、被堆積部における、積層方向の正極の幅を、積層方向の負極の幅よりも大きくすることができる。
（確認試験）
　本試験においては、粒子状物質検出素子１の正極２１の幅Ｗ２に対する負極２２の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ２を変化させた際の検出感度への影響を確認した。
　本試験には、基本構成が上述の実施例１に示した粒子状物質検出素子１と同様のものを用い、正極２１の幅Ｗ２に対する負極２２の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ２を変更して検出感度の比較を行った。具体的には、比率Ｗ１／Ｗ２を１．０、１．２、１．５、２．７、５．０とした５種類の粒子状物質検出素子を用いた。正極２１の幅Ｗ２は４μｍとし、積層方向Ｘに隣接する検出電極２間の間隔は２０μｍとした。また、正極２１と負極２２との間に印加する電圧は３５Ｖとした。なお、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。
　粒子状物質検出素子が配設された排気管には、粒子状物質濃度が３ｍｇ／ｍ3の排ガスを、２４ｍ／ｓの流速にて流通させた。また、粒子状物質検出素子の近傍における排ガス温度は２２０℃である。この条件下において、粒子状物質の捕集、再生処理を、１２分を１サイクルとして繰り返す耐久試験を行った。すなわち、１サイクルにおける最初の１０分間、粒子状物質の捕集を行い、その後２分かけて再生処理を行った。再生処理は、ヒータ加熱によって粒子状物質を燃焼除去することにより行った。
　そして、上記耐久試験の所定サイクル後、粒子状物質検出素子における検出感度の変化を確認した。検出感度は、粒子状物質検出素子における不感質量によって判断した。不感質量とは、各サイクルの間において、粒子状物質の堆積によって粒子状物質検出素子に導通パスが形成され、粒子状物質検出素子の電気的特性が変化するまでの間に、排気管内を流通した排気ガスに含まれる粒子状物質の量を示すものである。
　上記５種類の粒子状物質検出素子につき、排気管内における粒子状物質の流通量が、車両１０万ｋｍ走行に相当するサイクル（便宜上、「１０万ｋｍ相当サイクル」という。）、及び、車両３０万ｋｍ走行に相当するサイクル（便宜上、「３０万ｋｍ相当サイクル」という。）において、それぞれ不感質量を測定し、不感質量比を測定した。測定結果を表１に示す。なお、不感質量比とは、１回目のサイクルの間に測定された不感質量に対する、所定回数目のサイクルの間に測定された不感質量に対する比率である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１における「１０万ｋｍ走行相当」の欄には、１０万ｋｍ相当サイクルにおいて測定された不感質量比を示している。また、表１における「３０万ｋｍ走行相当」の欄には、３０万ｋｍ相当サイクルにおいて測定された不感質量比を示している。
　表１に示すように、比率Ｗ１／Ｗ２が１．０の場合（Ｗ１＝Ｗ２の場合）、１０万ｋｍ相当サイクルにおける不感質量比が２．４と大きかったのに対して、負極２２の幅Ｗ１を正極２１の幅Ｗ２よりも大きくしたものは、不感質量比が低減した。
　また、比率Ｗ１／Ｗ２が１．５以上であれば、１０万ｋｍ相当サイクルにおいても、粒子状物質検出素子１の検出感度が低下しないことが確認できた。さらに、比率Ｗ１／Ｗ２を２．７以上とすれば、３０万ｋｍ相当サイクルにおいても、粒子状物質検出素子１の検出感度が低下しないことが確認できた。
　以上の結果から、被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１を、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２よりも大きくすることで、粒子状物質検出素子の検出感度の耐久性を向上することができることが分かる。また、被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１を、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２の１．５倍以上とすることで、より検出感度が低下しにくい粒子状物質検出素子１が得られることが分かる。さらに、被堆積部５において、一方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ１を、他方の極性を有する検出電極２の積層方向Ｘにおける幅Ｗ２の２．７倍以上とすることが、さらに好ましいことが分かる。
　なお、比率Ｗ１／Ｗ２が、１．０、１．２の粒子状物質検出素子については、耐久試験開始から３０万ｋｍ相当サイクルに到達する前に、粒子状物質の測定が不能となった。これは、耐久試験開始から３０万ｋｍ相当サイクルに到達するまでの間に、検出電極が粒子状物質の残渣に埋没したものと考えられる。
　１　粒子状物質検出素子
　２　検出電極
　３　絶縁部材
　４　積層部
　５　被堆積部
　Ｗ１　検出電極（負極）の幅
　Ｗ２　検出電極（正極）の幅
　Ｘ　積層方向

Claims (2)

  1. 　内燃機関から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粒子状物質検出素子（１）において、
    　電気絶縁性を備えた材料からなる複数の絶縁部材（３）と、
    　前記絶縁部材に積層され、第１の極性を有し、少なくとも一部が積層方向（Ｘ）に直交する方向に露出するように形成されて前記粒子状物質が堆積可能な検出面を構成し、前記検出面が前記積層方向において第１の幅を有する１以上の第１の検出電極（２２）と、
    　前記第１の検出電極とは異なる第２の極性を有し、前記第１の検出電極とは前記絶縁部材を挟んで隣り合うように前記絶縁部材に積層され、少なくとも一部が積層方向（Ｘ）に直交する方向に露出するように形成されて前記粒子状物質が堆積可能な検出面を構成し、前記検出面が前記積層方向において第１の幅よりも小さい第２の幅を有する１以上の第２の検出電極（２１）と、
    　を有する粒子状物質検出素子（１）。
  2. 　前記第１の幅は、前記第２の幅の１．５倍以上である請求項１に記載の粒子状物質検出素子（１）。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6441161B2 (ja) * 2015-04-28 2018-12-19 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
CN106442243B (zh) * 2016-09-27 2019-03-05 东南大学 一种用于检测粉尘浓度的装置及方法
US20200182768A1 (en) * 2017-08-25 2020-06-11 Kyocera Corporation Sensor board and sensor device including sensor board
JP6964038B2 (ja) * 2018-04-12 2021-11-10 株式会社Soken 粒子状物質検出装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06242043A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Nohmi Bosai Ltd 環境センサ
JP2010529471A (ja) * 2007-06-13 2010-08-26 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク 純抵抗性物質の層のしきい値厚さを測定するための方法、それを実行するための装置、および該装置の排気管における使用
JP2012078130A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Denso Corp 粒子状物質検出センサおよびその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4050593B2 (ja) * 2002-11-01 2008-02-20 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ素子及びこれを用いたガスセンサ
DE102008041808A1 (de) * 2008-09-04 2010-03-11 Robert Bosch Gmbh Partikelsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung
JP4758488B2 (ja) * 2009-02-16 2011-08-31 本田技研工業株式会社 粒子状物質検出装置
JP5201194B2 (ja) * 2010-10-28 2013-06-05 株式会社デンソー 粒子状物質検出装置及び粒子状物質検出素子の製造方法
CN103443411B (zh) * 2011-03-16 2015-11-25 丰田自动车株式会社 粒子状物质处理装置
JP5418611B2 (ja) * 2011-04-21 2014-02-19 株式会社デンソー 粒子状物質検出装置の補正方法
EP2752658B1 (en) * 2011-08-29 2016-09-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Microparticle sensor and method for manufacturing microparticle sensor
KR101500373B1 (ko) * 2013-07-18 2015-03-09 현대자동차 주식회사 입자상 물질 센서유닛
JP6329820B2 (ja) * 2014-06-16 2018-05-23 株式会社Ｓｏｋｅｎ 粒子状物質検出センサ
US9671380B2 (en) * 2014-10-02 2017-06-06 Delphi Technologies, Inc. Method for diagnosing particulate matter sensor deterioration
JP6547274B2 (ja) * 2014-10-20 2019-07-24 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
JP2016090439A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 株式会社日本自動車部品総合研究所 粒子状物質検出素子及び粒子状物質検出センサ
JP6441161B2 (ja) * 2015-04-28 2018-12-19 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
JP6536507B2 (ja) * 2015-09-15 2019-07-03 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
JP6977366B2 (ja) * 2017-07-27 2021-12-08 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06242043A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Nohmi Bosai Ltd 環境センサ
JP2010529471A (ja) * 2007-06-13 2010-08-26 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク 純抵抗性物質の層のしきい値厚さを測定するための方法、それを実行するための装置、および該装置の排気管における使用
JP2012078130A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Denso Corp 粒子状物質検出センサおよびその製造方法

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