WO2017179572A1 - Ｐｍセンサ - Google Patents

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WO2017179572A1
WO2017179572A1 PCT/JP2017/014814 JP2017014814W WO2017179572A1 WO 2017179572 A1 WO2017179572 A1 WO 2017179572A1 JP 2017014814 W JP2017014814 W JP 2017014814W WO 2017179572 A1 WO2017179572 A1 WO 2017179572A1
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sensor
porous body
cavity
filter
partition wall
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PCT/JP2017/014814
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貴幸 古川
藤井　謙治
正 内山
和生 大角
中村　圭介
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いすゞ自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present disclosure relates to a PM sensor capable of detecting the amount of particulate matter (Particulate Matter) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine contains particulate matter (hereinafter referred to as PM).
  • a PM filter is disposed in an exhaust gas passage (hereinafter referred to as an exhaust passage).
  • this PM filter for example, there is a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF).
  • a PM sensor is used to determine the amount of PM deposited on the PM filter.
  • the PM sensor is disposed downstream of the PM filter in the exhaust passage, and is configured to take in a part of the exhaust gas after passing through the PM filter and discharge the exhaust passage after performing a predetermined process. .
  • the PM sensor is provided with a porous filter arranged in the passage of the exhaust gas taken in. PM contained in the exhaust gas passing through the porous filter accumulates on the upstream surface of the porous filter.
  • the PM sensor further includes at least a pair of electrodes facing each other with the porous filter interposed therebetween. The PM sensor derives the amount of PM deposited on the porous filter based on the capacitance of a capacitor formed of at least a pair of electrodes (see, for example, Patent Document 1).
  • the size and / or distribution of the pores of the porous filter are not necessarily uniform. Therefore, there is a variation in how PM accumulates inside the porous filter. Since PM in the porous filter does not affect the capacitance of the capacitor, if the PM accumulation varies, the detection accuracy of the PM sensor may be lowered.
  • This disclosure is intended to provide a PM sensor capable of suppressing a decrease in detection accuracy.
  • the present disclosure includes a porous body having a partition disposed in a passage for exhaust gas containing particulate matter, at least a pair of electrodes facing each other in a predetermined direction across the porous body, and the passage in the partition A deposition part including an upstream surface, wherein the particulate matter is deposited on the surface, wherein the partition wall is formed with pores having an average pore diameter smaller than an average pore diameter of a part other than the deposition part; , Directed to a PM sensor.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating an exhaust system to which a PM sensor according to the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration example of the PM sensor shown in FIG. 3A is a perspective view schematically showing a configuration example of the sensor unit shown in FIG.
  • FIG. 3B is an exploded perspective view of the sensor unit of FIG. 3A.
  • 3C is a cross-sectional view of the sensor section taken along line C-C ′ of FIG.
  • FIG. 3D is a plan view of the porous body viewed from the rear end side in the cross section of the sensor unit along the line D-D ′ in FIG. 3B.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing a modification of the PM sensor of FIG.
  • the PM sensor 1A according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
  • the L axis, the W axis, and the T axis are drawn.
  • the L axis, the W axis, and the T axis indicate the length direction, the width direction, and the height direction of the PM sensor 1A.
  • Each direction is orthogonal to each other.
  • the length direction, the width direction, and the height direction of the PM sensor 1A may be referred to as a length direction L, a width direction W, and a height direction T.
  • the positive direction side in the length direction L is referred to as the front end side
  • the negative direction side is referred to as the rear end side.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 100, an exhaust system 200, and a PM sensor 1A according to the present disclosure.
  • the internal combustion engine 100 is typically a diesel engine.
  • the exhaust system 200 generally includes an exhaust pipe 202 that forms an exhaust passage P, an oxidation catalyst 204, and a PM filter 206.
  • the oxidation catalyst 204 is provided upstream of the PM filter 206 in the exhaust passage P.
  • the PM filter 206 is typically a diesel particulate filter.
  • Each PM sensor 1A is provided downstream of the PM filter 206 in the exhaust passage P.
  • Each PM sensor 1A is typically used for derivation of the amount of PM accumulated in the PM filter 206, and takes in a part of the exhaust gas after passing through the PM filter 206 to perform a predetermined process. After that, the exhaust passage is configured to be discharged.
  • the PM sensor 1A of the present disclosure will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 3D. ⁇ 2.
  • the PM sensor 1 ⁇ / b> A includes an outer case 12, an inner case 14, a mounting portion 16, a sensor portion 18, a support member 110, and a control portion 112.
  • FIG. 2 regarding the outer case 12 and the inner case 14, a cross-sectional shape obtained by cutting each part along an imaginary plane parallel to the WL plane is shown.
  • the sensor unit 18 and the support member 110 a cross-sectional shape obtained by cutting each along the virtual plane is shown.
  • the outer case 12 has, for example, a cylindrical shape having a central axis parallel to the length direction L. Both ends of the outer case 12 in the length direction L are not closed and are openings having a predetermined inner diameter ⁇ 1.
  • the inner case 14 has, for example, a bottomed cylindrical shape having a central axis along the length direction L.
  • the inner case 14 is larger in size in the length direction L than the outer case 12.
  • the outer diameter ⁇ 2 of the inner case 14 is smaller than the inner diameter ⁇ 1 of the outer case 12.
  • the rear end portion of the inner case 14 is not closed, but is an opening having a predetermined inner diameter ⁇ 3.
  • a plurality of inlets (through holes) Hin ⁇ b> 1 are formed in the vicinity of the rear end portion of the inner case 14 along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the inner case 14.
  • Hin1 through holes
  • tip part of the inner case 14 becomes a bottom part, and it is substantially closed although not perfect. More specifically, at least one outlet (through hole) Hout1 having a smaller diameter than the inner diameter ⁇ 3 is formed at the substantially center of the bottom.
  • the mounting portion 16 generally has a ring shape.
  • the inner case 14 and the outer case 12 are inserted and fixed to the distal end side of the mounting portion 16.
  • the mounting portion 16 By fixing the cases 12 and 14 to the mounting portion 16, (1) the central axes of the cases 12 and 14 are aligned, and (2) the inner case 14 is accommodated in the internal space of the outer case 12. . Further, in the present disclosure, (3) the front end portion of the inner case 14 protrudes from the front end portion of the outer case 12.
  • a male screw S2 is formed on the outer peripheral surface of the mounting portion 16.
  • a boss B2 is provided on the downstream side of the PM filter 206 in the exhaust passage P.
  • the boss B2 has a through-hole penetrating the exhaust pipe 202 and having an internal thread S4 formed on the inner peripheral surface thereof.
  • the male screw S2 can be screwed with the female screw S4.
  • a nut portion S6 is provided on the rear end side of the male screw S2.
  • the PM sensor 1 ⁇ / b> A is attached to the exhaust pipe 202 by the attachment portion 16 as described above and the female screw S ⁇ b> 4 of the exhaust pipe 202.
  • a through-hole H2 that penetrates along the length direction L and through which the conductive wires 210 and 212 (see FIGS. 3A and 3B) drawn from the sensor unit 18 pass is formed in the attachment portion 16.
  • the sensor unit 18 includes at least two electrodes 22 (five electrodes 22a to 22e shown in the figure) and at least one porous body 24 (four shown). Porous bodies 24a to 24d) and at least one heater 26 (two heaters 26a and 26b in the drawing).
  • Each electrode 22 is made of a planar conductor and has, for example, a substantially rectangular main surface substantially parallel to the LW plane.
  • Each electrode 22 is arranged in a predetermined direction (for example, the height direction T). Further, two electrodes 22 adjacent in a predetermined direction are opposed to each other with a predetermined distance to form a capacitor.
  • Each porous body 24 is composed of, for example, a combination of a plurality of partition walls 25 (refer to FIG. 3C in particular) made of an electrically insulating porous ceramic sheet, and is sandwiched, for example, one by one between electrodes 22 adjacent in a predetermined direction. It is. In FIG. 3C, only three partition walls 25 are shown for convenience. More specifically, the plurality of partition walls 25 are arranged between the adjacent electrodes 22 at intervals in parallel to a predetermined direction (for example, the height direction T) and extend in the length direction L. It is done.
  • a predetermined direction for example, the height direction T
  • the space between the adjacent electrodes 22 is partitioned by the plurality of partition walls 25, and, for example, a first cuboid cavity C1 and a second cuboid cavity C2 extending in the length direction L and adjacent in the width direction W are formed.
  • the A similar porous ceramic sheet is interposed between each partition wall 25 and each electrode 22.
  • FIG. 3A and FIG. 3B the space between the adjacent electrodes 22 is not partitioned in the height direction T by each porous body 24, and a total of five cuboid cavities C 1 and C 2 in the width direction W are formed. Partitioned. Moreover, in FIG. 3A and FIG. 3B, the location closed in each rectangular parallelepiped cavity C1, C2 is hatched.
  • the four porous bodies 24a to 24d are arranged in the height direction T.
  • the combination of the rectangular parallelepiped cavities C1 and C2 adjacent to each other in the height direction T via the electrode 22 also has the same relationship as described above. That is, when the tip of the first cuboid cavity C1 is an opening and the rear end thereof is closed, the tip of the second cuboid cavity C2 adjacent in the height direction T is closed, and the rear end thereof is an opening.
  • each partition wall 25 in each partition wall 25, a deposited portion is formed in a portion that forms a boundary with each second rectangular parallelepiped cavity C2 (that is, a portion including the surface of each partition wall 25).
  • One membrane layer as an example of H4 is provided. In this description, since the deposition part H4 is equivalent to the membrane layer, hereinafter, the reference numeral H4 is also given to the membrane layer.
  • Each membrane layer H4 is made of a metal oxide or a metal composite oxide, more specifically, alumina or silica. Each membrane layer H4 has heat resistance and electrical insulation. Each membrane layer H4 has a large number of pores. The average pore diameter of the membrane layer H4 is smaller than the average pore diameter of the porous body 24 in a portion other than the membrane layer H4 (hereinafter referred to as a non-deposited portion) in each partition wall 25 (porous body 24). Moreover, it is preferable that pores having substantially the same diameter are uniformly and regularly distributed inside the membrane layer H4. Further, preferably, the porosity of the non-deposited portion is smaller than the porosity of the membrane layer H4.
  • the average pore diameter of the pores of the porous body 24 is designed to be larger than the average pore diameter of the PM filter 206, for example.
  • the membrane layer H4 in which pores having an average pore size smaller than the average pore size of the porous body 24 are formed.
  • the PM filter 206 has predominantly pores with a diameter of several ⁇ m or more and several tens of ⁇ m or less
  • the average pore size of the porous body 24 is designed to exceed several tens of ⁇ m
  • the membrane layer H4 The average pore diameter is designed to be several tens of ⁇ m or less.
  • the membrane layer H4 is laminated on the porous body 24. The reason why such a configuration is adopted is to ensure the strength of the sensor unit 18.
  • At least one heater 26 is made of a linear conductor and embedded in an insulating ceramic sheet 28 (illustrated ceramic sheets 28a and 28b). For example, it is inserted between the electrode 22 and the porous body 24.
  • Each heater 26 is preferably made of a linear conductor having a narrow width as much as possible, and is meandering in the ceramic sheet 28 from the viewpoint of burning PM existing on or inside the porous body 24.
  • the function of the heater 26 can be given to at least one electrode 22.
  • the support member 110 is made of a fibrous mat having heat resistance.
  • the sensor unit 18 surrounded by the support member 110 is accommodated in the internal space of the inner case 14.
  • one lead 210 is drawn from each electrode 22 (see FIG. 3A), and one lead 212 is drawn from both ends of each heater 26 (see FIG. 3B). These conducting wires 210 and 212 are connected to the control unit 112.
  • the control unit 112 is an ECU (Electronic Control Unit) or the like, and includes a sensor regeneration control unit 32 and a PM amount deriving unit 34 as functional blocks.
  • Each functional block 32, 34 is realized by, for example, a microcomputer that executes a program.
  • the sensor regeneration control unit 32 energizes each heater 26 at a predetermined timing (more specifically, according to the capacitance of each capacitor (that is, the two electrodes 22 forming a pair)). Then, the PM deposited on each porous body 24 is burned (that is, sensor regeneration process).
  • the PM amount deriving unit 34 calculates the total PM amount in the exhaust gas from the internal combustion engine 100 based on the amount of change in capacitance during a predetermined period (for example, from the end of the sensor regeneration process to the start of the next sensor regeneration). presume.
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 100 is processed by the oxidation catalyst 204 and the PM filter 206 and flows toward the downstream side of the exhaust passage P. Part of the exhaust gas that has passed through the PM filter 206 is taken into the PM sensor 1A. More specifically, as shown in FIG. 2, the exhaust gas passes between the cases 12 and 14 and flows into the inner case 14 from the inlet Hin1. Thereafter, as shown in FIGS. 3C and 3D, the exhaust gas flows into the second rectangular parallelepiped cavity C ⁇ b> 2 from the opening on the rear end side of the porous body 24.
  • the exhaust gas passage since the downstream end of the exhaust gas passage is closed in the second rectangular parallelepiped cavity C2, the exhaust gas passes through the partition wall 25 and flows into the first rectangular parallelepiped cavity C1. In the first rectangular parallelepiped cavity C1, the upstream end of the exhaust gas passage is closed, so that the exhaust gas flows out from the opening on the tip side.
  • the PM amount deriving unit 34 is based on the amount of change in capacitance (more specifically, the amount of change in a predetermined period) obtained from the capacitor (paired electrode 22) via the lead wire 210. The total amount of PM in the exhaust gas from the internal combustion engine 100 is estimated.
  • the sensor regeneration control unit 32 energizes each heater 26 through the conducting wire 212 at a predetermined timing, and burns PM deposited on each porous body 24.
  • the partition wall 25 is disposed so as to block the exhaust gas passage, whereby a first cuboid cavity C1 and a second cuboid cavity C2 are formed.
  • the membrane layer H4 as described above is formed on the surface of the partition wall 25 on the second rectangular parallelepiped cavity C2 side (that is, the surface of the partition wall 25 on the upstream side of the exhaust gas passage). Therefore, when the exhaust gas flows into the opening at the rear end side of the second cuboid cavity C2, the exhaust gas itself passes through the membrane layer H4 and the partition wall 25 and flows into the first cuboid cavity C1, but is included in the exhaust gas. Most of the PM deposited is deposited on the surface of the membrane layer H4.
  • the PM sensor 1A includes the porous body 24 having a nonuniform pore size and distribution, the PM sensor 1A includes the membrane layer H4. There is almost no PM inside. Therefore, in the present PM sensor 1A, it is not necessary to consider the variation in the PM accumulation in the porous body 24. The present PM sensor 1A is not affected by the PM in the porous body 24, and the capacitance of the capacitor. Can be detected.
  • the accumulated PM is combusted at a predetermined timing (sensor regeneration process). Accordingly, the PM sensor is in the initial state every time the sensor regeneration process is performed. Therefore, even if the same porous filter is used, the PM accumulation in the porous filter differs in each initial state.
  • the PM sensor includes a plurality of porous filters
  • the PMs of the plurality of porous filters are burned together (that is, simultaneously) by the sensor regeneration process. Accordingly, in a certain initial state, the way PM accumulates in the plurality of porous filters is different.
  • the PM does not substantially remain inside the porous body 24 due to the membrane layer H4. Therefore, when the PM sensor 1A is in the initial state, the PM amount deriving unit 34 (see FIG. 2). The accuracy of the detection result of (see) is less likely to be affected.
  • the average pore diameter of the membrane layer H4 is smaller than that of the partition wall 25, but the porosity of the membrane increase H4 is larger than that of the partition wall 25.
  • the PM sensor 1 ⁇ / b> A includes an outer case 12 and an inner case 14.
  • the present invention is not limited to this, and the PM sensor 1 ⁇ / b> A may include a single case 42 as shown in FIG. 4 instead of the outer case 12 and the inner case 14.
  • the case 42 has, for example, a bottomed cylindrical shape having a central axis along the length direction L.
  • the rear end of the case 42 is not closed and is an opening.
  • tip part of case 42 becomes a bottom part, and is closed.
  • a plurality of inlets (through holes) Hin2 are formed along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the case 42.
  • a plurality of outlets (through holes) Hout ⁇ b> 2 having an opening area larger than the inlet Hin ⁇ b> 2 are formed along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the case 42. From the viewpoint of visibility in the figure, in FIG. 2, reference numerals Hin2 and Hout2 are attached to only one inlet and outlet.
  • the sensor unit 18 surrounded by the support member 110 is accommodated.
  • the details of the case 42 are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-008863, and therefore detailed description thereof is omitted here.
  • the cavities C1 and C2 have a rectangular parallelepiped shape.
  • the present invention is not limited to this, and the cavities C1 and C2 may have a shape other than a rectangular parallelepiped.
  • the membrane layer H4 as an example of the deposition part is laminated on the surface of the non-deposition part of the porous body 24.
  • the deposited portion and the non-deposited portion may be formed on the partition wall 25 by means other than lamination (for example, a method of baking using a volatile substance or a foam material).
  • the accumulation portion is a portion including the surface of the partition wall 25 on the upstream side of the exhaust gas passage, and the non-deposition portion is a portion on the downstream side of the passage with respect to the accumulation portion.
  • the internal combustion engine 100 is a diesel engine.
  • the present invention is not limited to this, and the internal combustion engine 100 may be a gasoline engine.
  • the PM sensor of the present disclosure can suppress a decrease in detection accuracy and is useful for a vehicle application including an internal combustion engine.

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Abstract

ＰＭセンサは、粒子状物質を含む排気ガスの通路に配置された隔壁を有する多孔質体と、前記多孔質体を挟んで、所定方向において互いに対向する少なくとも一対の電極と、前記隔壁における前記通路上流側の表面を含み、前記表面に前記粒子状物質が堆積する堆積部であって、前記隔壁において前記堆積部以外の部分の平均孔径よりも小さい平均孔径の細孔が形成された堆積部と、を備えている。

Description

ＰＭセンサ
　本開示は、内燃機関から排出された排気ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）の量を検出可能なＰＭセンサに関する。
　内燃機関の排気ガス中には、粒子状物質（以下、ＰＭという）が含まれる。ＰＭ除去のために、排気ガスの通路（以下、排気通路という）にはＰＭフィルタが配置される。このＰＭフィルタとしては、例えばディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）がある。
　ＰＭフィルタは、ＰＭを捕集し続けると目詰まりを起こす。それゆえ、ＰＭフィルタに堆積したＰＭは強制的に燃焼させられ除去される。この処理は、ＰＭフィルタの再生処理として知られている。
　ＰＭフィルタでのＰＭ堆積量の判定等のためにＰＭセンサが使用される。ＰＭセンサは、排気通路においてＰＭフィルタよりも下流側に配置され、ＰＭフィルタを通過後の排気ガスの一部を内部に取り込み、所定の処理を行った後に排気通路の排出するように構成される。
　所定の処理のため、ＰＭセンサは、取り込んだ排気ガスの通路に配置された多孔質フィルタを備えている。この多孔質フィルタの通路上流側の表面には、自身を通過する排気ガスに含まれるＰＭが堆積していく。ＰＭセンサはさらに、多孔質フィルタを挟んで互いに対向する少なくとも一対の電極を備えている。ＰＭセンサは、少なくとも一対の電極により構成されるコンデンサの静電容量に基づき、多孔質フィルタへのＰＭ堆積量を導出する（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１２－２４１６４３号公報
　しかし、従来のＰＭセンサにおいて、多孔質フィルタの細孔の大きさおよび／または分布は必ずしも一様ではない。それ故、多孔質フィルタの内部でのＰＭのたまり方にはばらつきがある。多孔質フィルタ内部のＰＭはコンデンサの静電容量に影響を与えないので、ＰＭのたまり方にばらつきがあると、ＰＭセンサの検出精度が低下する可能性があった。
　本開示は、検出精度の低下を抑制可能なＰＭセンサを提供することを目的とする。
　本開示は、粒子状物質を含む排気ガスの通路に配置された隔壁を有する多孔質体と、前記多孔質体を挟んで、所定方向において互いに対向する少なくとも一対の電極と、前記隔壁における前記通路上流側の表面を含み、前記表面に前記粒子状物質が堆積する堆積部であって、前記隔壁において前記堆積部以外の部分の平均孔径よりも小さい平均孔径の細孔が形成された堆積部と、を備えたＰＭセンサに向けられる。
　本開示によれば、検出精度の低下を抑制可能なＰＭセンサを提供することが出来る。
図１は、本開示に係るＰＭセンサが適用される排気系を例示する模式図である。 図２は、図１に示すＰＭセンサの構成例を模式的に示す部分断面図である。 図３Ａは、図２に示すセンサ部の構成例を模式的に示す斜視図である。 図３Ｂは、図３Ａのセンサ部の分解斜視図である。 図３Ｃは、図３Ｂの線Ｃ－Ｃ’に沿うセンサ部の断面を高さ方向Ｔから見た時の断面図である。 図３Ｄは、図３Ｂの線Ｄ－Ｄ’に沿うセンサ部の断面を後端側から多孔質体を見た時の平面図である。 図４は、図２のＰＭセンサの変形例を模式的に示す部分断面図である。
　以下、上記図面を参照して、本開示に係るＰＭセンサ１Ａを詳説する。
　なお、上記図面のいくつかには、Ｌ軸、Ｗ軸およびＴ軸が描かれている。Ｌ軸、Ｗ軸およびＴ軸はＰＭセンサ１Ａの長さ方向、幅方向および高さ方向を示す。各方向は互いに直交する。また、下記では、ＰＭセンサ１Ａの長さ方向、幅方向および高さ方向を、長さ方向Ｌ、幅方向Ｗおよび高さ方向Ｔと記載することがある。また、長さ方向Ｌにおける正方向側を先端側といい、その負方向側を後端側という。
　＜１．ＰＭセンサ１Ａの周辺構成＞
　図１には、内燃機関１００と、排気系２００と、本開示に係るＰＭセンサ１Ａが示されている。
　内燃機関１００は、典型的にはディーゼルエンジンである。
　排気系２００は、大略的には、排気通路Ｐを形成する排気管２０２と、酸化触媒２０４と、ＰＭフィルタ２０６と、を含む。酸化触媒２０４は、排気通路ＰにおいてＰＭフィルタ２０６よりも上流側に設けられる。ＰＭフィルタ２０６は、典型的には、ディーゼルパティキュレートフィルタである。
　各ＰＭセンサ１Ａは、排気通路ＰにおいてＰＭフィルタ２０６よりも下流側に設けられる。各ＰＭセンサ１Ａは、典型的には、ＰＭフィルタ２０６でのＰＭ堆積量の導出等のために使用され、ＰＭフィルタ２０６を通過後の排気ガスの一部を内部に取り込み、所定の処理を行った後に排気通路の排出するように構成される。
　以下、図２～図３Ｄを参照して、本開示のＰＭセンサ１Ａについて詳説する。
　＜２．ＰＭセンサ１Ａの詳細な構成＞
　ＰＭセンサ１Ａは、外ケース１２と、内ケース１４と、取付部１６と、センサ部１８と、支持部材１１０と、制御部１１２と、を備えている。ここで、図２では、外ケース１２および内ケース１４に関しては、ＷＬ平面と平行な仮想面に沿って、それぞれの一部分を切断した断面形状が示される。センサ部１８および支持部材１１０に関しては、同仮想面に沿ってそれぞれを切断した断面形状が示される。
　外ケース１２は、例えば、長さ方向Ｌに平行な中心軸を持つ円筒状の形状を有する。外ケース１２における長さ方向Ｌの両端は閉止されずに、所定の内径φ１を有する開口部となっている。
　内ケース１４は、例えば、長さ方向Ｌに沿う中心軸を持つ有底円筒状の形状を有する。内ケース１４は、本開示では、長さ方向Ｌへのサイズについて、外ケース１２よりも大きい。また、内ケース１４の外径φ２は、外ケース１２の内径φ１よりも小さい。さらに、内ケース１４の後端部は閉止されずに、所定の内径φ３を有する開口部となっている。また、内ケース１４の後端部近傍には、複数の入口（貫通孔）Ｈｉｎ１が内ケース１４の外周面の周方向に沿って形成されている。なお、図の視認性の観点で、図２では、一つの入口にのみ参照符号Ｈｉｎ１が付されている。また、内ケース１４の先端部は、底部となっており、完全ではないがほぼ閉止されている。より具体的には、この底部の略中央には、内径φ３よりも小径の出口（貫通孔）Ｈｏｕｔ１が少なくとも一つ形成される。
　取付部１６は、大略的には、リング状の形状を有する。この取付部１６の先端側には、内ケース１４および外ケース１２が挿入され固定される。両ケース１２，１４が取付部１６に固定されることで、（１）両ケース１２，１４の中心軸が軸合わせされ、かつ（２）外ケース１２の内部空間に内ケース１４が収容される。さらに、本開示では、（３）内ケース１４の先端部が外ケース１２の先端部よりも突出する。
　取付部１６の外周面には、雄ネジＳ２が形成される。排気通路ＰにおいてＰＭフィルタ２０６よりも下流側にはボスＢ２が設けられており、ボスＢ２には、排気管２０２を貫通しかつ内周面に雌ネジＳ４が形成された貫通孔があけられる。雄ネジＳ２は、この雌ネジＳ４と螺合可能になっている。また、雄ネジＳ２の後端側にはナット部Ｓ６が設けられる。上記のような取付部１６と、排気管２０２の雌ネジＳ４とにより、ＰＭセンサ１Ａは排気管２０２に取り付けられる。
　また、取付部１６には、長さ方向Ｌに沿って貫通し、センサ部１８から引き出される導線２１０，２１２（図３Ａ，図３Ｂを参照）が通過する貫通孔Ｈ２が形成される。
　センサ部１８は、図３Ａ～図３Ｄに示すように、対をなす少なくとも二個の電極２２（図示は、五個の電極２２ａ～２２ｅ）と、少なくとも一層の多孔質体２４（図示は四個の多孔質体２４ａ～２４ｄ）と、少なくとも一個のヒータ２６（図示は二個のヒータ２６ａ，２６ｂ）と、を備えている。
　各電極２２は、面状導体からなり、例えば、ＬＷ平面に略平行で略矩形形状の主面を有する。各電極２２は、所定方向（例えば高さ方向Ｔ）に配列される。また、所定方向に隣り合う二個の電極２２は、所定距離だけあけて互いに対向して、コンデンサを構成する。
　各多孔質体２４は、例えば、電気絶縁性を有する多孔質セラミックスシートからなる複数の隔壁２５（図３Ｃを特に参照）の組み合わせからなり、所定方向に隣り合う電極２２の間に例えば一層ずつ挟み込まれる。なお、図３Ｃには便宜上三個の隔壁２５のみが示される。より具体的には、複数の隔壁２５は、隣り合う電極２２の間で、所定方向（例えば、高さ方向Ｔ）と平行に間隔をあけて配置され、かつ、長さ方向Ｌに延在させられる。これにより、隣り合う電極２２の間の空間が複数の隔壁２５で区画されて、例えば長さ方向Ｌに延在し幅方向Ｗに隣り合う第一直方体空洞Ｃ１および第二直方体空洞Ｃ２が形成される。なお、各隔壁２５と各電極２２の間にも、同様の多孔質セラミックシートが介在している。
　また、ある第一直方体空洞Ｃ１の先端が開口部で、その後端が閉止される場合、幅方向Ｗに隣接する第二直方体空洞Ｃ２の先端は閉止され、その後端は開口部とされる。このような関係は、直方体空洞Ｃ１，Ｃ２の全組み合わせに同様に当てはまる。
　なお、図３Ａ，図３Ｂでは、各多孔質体２４により、隣り合う電極２２の間の空間は、高さ方向Ｔには区画されず、幅方向Ｗにおいて合計五個の直方体空洞Ｃ１，Ｃ２に区画される。また、図３Ａ，図３Ｂでは、各直方体空洞Ｃ１，Ｃ２において閉止された箇所にはハッチングが付されている。
　また、本開示では、四個の多孔質体２４ａ～２４ｄが高さ方向Ｔに並ぶ。この場合、高さ方向Ｔに電極２２を介して隣り合う直方体空洞Ｃ１，Ｃ２の組み合わせもまた上記と同様の関係を有する。即ち、第一直方体空洞Ｃ１の先端が開口部で、その後端が閉止される場合、高さ方向Ｔに隣接する第二直方体空洞Ｃ２の先端は閉止され、その後端は開口部とされる。
　また、本ＰＭセンサ１Ａでは、図３Ｃ，図３Ｄに示すように、各隔壁２５において各第二直方体空洞Ｃ２との境界をなす部分（即ち、各隔壁２５の表面を含む部分）に、堆積部Ｈ４の一例としてのメンブレン層が一層ずつ設けられる。本説明では、堆積部Ｈ４はメンブレン層と均等であるため、以下では、メンブレン層にも参照符号Ｈ４を付すこととする。
　各メンブレン層Ｈ４は、金属酸化物または金属複合酸化物から、より特定的には、アルミナまたはシリカからなる。また、各メンブレン層Ｈ４は、耐熱性および電気絶縁性を有する。このような各メンブレン層Ｈ４には多数の細孔が形成されている。メンブレン層Ｈ４の平均孔径は、各隔壁２５（多孔質体２４）におけるメンブレン層Ｈ４以外の部分（以下、非堆積部という）の多孔質体２４の平均孔径よりも小さい。また、メンブレン層Ｈ４の内部には、ほぼ同じ径の細孔が一様にかつ規則的に分布することが好ましい。また、好ましくは、非堆積部の気孔率は、メンブレン層Ｈ４の気孔率よりも小さくなっている。
　なお、多孔質体２４の細孔の平均孔径は、例えば、ＰＭフィルタ２０６の平均孔径よりも大きな値に設計される。この場合、メンブレン層Ｈ４としては、細孔の平均孔径が多孔質体２４の平均孔径よりも小さな平均孔径の細孔が形成されたものが使用されることが好ましい。具体例を挙げると、ＰＭフィルタ２０６が数μｍ以上数十μｍ以下の径の気孔を支配的に有するのであれば、多孔質体２４の平均孔径は数十μｍ超に設計され、メンブレン層Ｈ４の平均孔径は、数十μｍ以下に設計される。
　また、本ＰＭセンサ１Ａでは、多孔質体２４上にメンブレン層Ｈ４が積層される。このような構成が採用される理由は、センサ部１８の強度を確保するためである。
　少なくとも一個のヒータ２６（図示は、ヒータ２６ａ，２６ｂ）は、図３Ｂに示すように、線状導体からなり、絶縁性セラミックシート２８（図示は、セラミックシート２８ａ，２８ｂ）内に埋設された状態で、例えば電極２２と多孔質体２４との間に挿入される。各ヒータ２６は、多孔質体２４の表面上または内部に存在するＰＭを燃焼させる観点から、極力幅狭の線状導体からなり、セラミックシート２８内で蛇行していることが望ましい。なお、ヒータ２６の機能は少なくとも一個の電極２２に持たせることも可能である。
　再度図２を参照する。上記構成のセンサ部１８において、長さ方向Ｔの両端面を少なくとも除く側面は、支持部材１１０により取り囲まれる。ここで、支持部材１１０は、耐熱性を有する繊維状のマットからなる。支持部材１１０で取り囲まれたセンサ部１８は内ケース１４の内部空間に収容される。
　また、各電極２２からは導線２１０が一本ずつ引き出され（図３Ａを参照）、また、各ヒータ２６の両端からは導線２１２が一本ずつ引き出される（図３Ｂを参照）。これら導線２１０，２１２は、制御部１１２に接続される。
　制御部１１２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）等であって、センサ再生制御部３２と、ＰＭ量導出部３４とを機能ブロックとして含む。各機能ブロック３２，３４は、例えば、プログラムを実行するマイコンにより実現される。
　センサ再生制御部３２は、予め定められたタイミングで（より具体的には、各コンデンサ（即ち、対をなす二個の電極２２）の静電容量に応じて）、各ヒータ２６を通電させて、各多孔質体２４に堆積するＰＭを燃焼させる（即ち、センサ再生処理）。
　ＰＭ量導出部３４は、所定期間（例えば、センサ再生処理終了時から次のセンサ再生開始時まで）における静電容量の変化量に基づいて、内燃機関１００からの排気ガス中の総ＰＭ量を推定する。
　上記センサ再生処理および上記総ＰＭ量の推定に関しては、特開２０１６－００８８６３号公報等で詳説されているため、ここでは、それぞれの詳説を控える。
　＜３．ＰＭセンサ１Ａの動作＞
　図１において、内燃機関１００から排出された排気ガスは、酸化触媒２０４およびＰＭフィルタ２０６により処理されて、排気通路Ｐの下流側に向けて流れる。ＰＭフィルタ２０６を通過した排気ガスの一部がＰＭセンサ１Ａの内部に取り込まれる。より具体的には、図２に示すように、排気ガスは、両ケース１２，１４の間を通過して、入口Ｈｉｎ１から内ケース１４の内部に流入する。その後、排気ガスは、図３Ｃ，図３Ｄに示すように、多孔質体２４の後端側開口部から第二直方体空洞Ｃ２に流入する。ここで、第二直方体空洞Ｃ２において、排気ガスの通路の下流側端部は閉止されるため、排気ガスは、隔壁２５を通過して、第一直方体空洞Ｃ１の内部に流入する。第一直方体空洞Ｃ１において、排気ガスの通路の上流側端部は閉止されるため、排気ガスはその先端側の開口部から流出する。
　ＰＭ量導出部３４は、上記の通り、コンデンサ（対をなす電極２２）から導線２１０を介して得られる静電容量の変化量（より具体的には、所定期間における変化量）に基づいて、内燃機関１００からの排気ガス中の総ＰＭ量を推定する。また、センサ再生制御部３２は、予め定められたタイミングで、導線２１２を介して各ヒータ２６を通電させて、各多孔質体２４に堆積するＰＭを燃焼させる。
　＜４．ＰＭセンサ１Ａの主たる作用・効果＞
　本ＰＭセンサ１Ａの多孔質体２４において、隔壁２５は、排気ガス通路を遮るように配置され、これによって、第一直方体空洞Ｃ１と第二直方体空洞Ｃ２とが形成される。隔壁２５において第二直方体空洞Ｃ２側の表面（即ち、隔壁２５において排気ガス通路の上流側の表面）には、上記のようなメンブレン層Ｈ４が形成される。従って、排気ガスが、第二直方体空洞Ｃ２の後端側開口部からに流入すると、排気ガス自体はメンブレン層Ｈ４および隔壁２５を通過して第一直方体空洞Ｃ１に流入するが、排気ガスに含まれるＰＭの殆どはメンブレン層Ｈ４の表面上に堆積する。
　上記のことから、ＰＭセンサ１Ａに、細孔の大きさや分布が一様でない多孔質体２４が使用されていたとしても、ＰＭセンサ１Ａにはメンブレン層Ｈ４が備わっているため、多孔質体２４の内部にはＰＭは殆どたまらない。よって、本ＰＭセンサ１Ａでは、多孔質体２４におけるＰＭのたまり方のばらつきを考慮する必要が無く、本ＰＭセンサ１Ａは、多孔質体２４におけるＰＭの影響を受けずに、コンデンサの静電容量を検出することが可能となる。
　＜５．ＰＭセンサ１Ａの他の作用・効果＞
　また、従来のＰＭセンサでは多孔質フィルタが利用されていたため、多孔質フィルタへのＰＭ堆積量が無いか少ない状態（即ち、初期状態）では、ＰＭセンサの検出結果の精度に影響が生じるという問題点があった。以下、この問題点についてより具体的に説明する。
　この種のＰＭセンサでは、予め定められたタイミングで、堆積したＰＭが燃焼させられる（センサ再生処理）。従って、センサ再生処理の度にＰＭセンサは初期状態になる。従って、たとえ同一多孔質フィルタであっても、各初期状態において、多孔質フィルタ内へのＰＭのたまり方が異なる。
　また、ＰＭセンサが複数の多孔質フィルタを備えている場合、センサ再生処理により、複数の多孔質フィルタのＰＭが一括的に（即ち同時に）燃焼させられる。従って、ある初期状態において、複数の多孔質フィルタ内へのＰＭのたまり方が異なる。
　上記の通り、従来のＰＭフィルタでは、初期状態におけるＰＭのたまり方が一様ではないため、ＰＭセンサの検出結果の精度に影響が生じてしまう。
　しかし、ＰＭセンサ１Ａによれば、メンブレン層Ｈ４によりＰＭは多孔質体２４の内部で実質的に留まることが無いため、ＰＭセンサ１Ａが初期状態の場合に、ＰＭ量導出部３４（図２を参照）の検出結果の精度に影響が生じにくくなる。
　また、ＰＭセンサ１Ａによれば、メンブレン層Ｈ４の平均孔径は、隔壁２５のそれよりも小さくなっているが、メンブレン増Ｈ４の気孔率が、隔壁２５のそれよりも大きくなっている。これにより、メンブレン層Ｈ４を隔壁２５に積層しても、この部分において圧力損失が過度に大きくなることを防止している。
　＜６．第一変形例＞
　上記ＰＭセンサ１Ａは、外ケース１２と内ケース１４とを備えていた。しかし、これに限らず、ＰＭセンサ１Ａは、外ケース１２および内ケース１４に代えて、図４に示すように単一のケース４２を備えていても構わない。なお、これ以外に、図４のＰＭセンサ１Ａと、図２のそれとの間に相違点は無い。それ故、図４において図２に示す構成に相当するものには同一参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
　ケース４２は、例えば、長さ方向Ｌに沿う中心軸を持つ有底円筒状の形状を有する。ケース４２の後端部は閉止されずに開口部となっている。また、ケース４２の先端部は、底部となっており閉止される。
　また、ケース４２の先端部近傍には、複数の入口（貫通孔）Ｈｉｎ２がケース４２の外周面の周方向に沿って形成されている。また、ケース４２の後端部近傍には、入口Ｈｉｎ２よりも開口面積の大きな複数の出口（貫通孔）Ｈｏｕｔ２がケース４２の外周面の周方向に沿って形成されている。なお、図の視認性の観点で、図２では、一つの入口および出口にのみ参照符号Ｈｉｎ２，Ｈｏｕｔ２が付されている。
　上記ケース４２の内部空間には、支持部材１１０で取り囲まれたセンサ部１８が収容される。なお、上記ケース４２の詳細については、特開２０１６－００８８６３号公報に記載されているため、ここでは、その詳説を控える。
　なお、ＰＭセンサ１Ａのケースに関しては他にも様々な形状を採用可能である。
　＜７．付記＞
　また、上記では、空洞Ｃ１，Ｃ２の形状は直方体であると説明した。しかし、これに限らず、空洞Ｃ１，Ｃ２は直方体以外の形状を有していても構わない。
　また、上記では、堆積部の一例としてのメンブレン層Ｈ４は、多孔質体２４の非堆積部の表面上に積層されていた。しかし、積層以外の手段（例えば、揮発性物質または発泡材料を用いて焼成する方法）で、隔壁２５に堆積部と非堆積部とが形成されても構わない。堆積部は、隔壁２５において、排気ガスの通路上流側の表面を含む部分であり、非堆積部は、堆積部を基準として通路下流側の部分である。
　また、上記では、内燃機関１００がディーゼルエンジンであるとして説明した。しかし、これに限らず、内燃機関１００はガソリンエンジンであっても構わない。
　＜８．関連出願の相互参照＞
　本出願は、２０１６年４月１４日付で出願された日本国特許出願（特願２０１６－０８１５４１号）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示のＰＭセンサは、検出精度の低下を抑制可能であり、内燃機関を備えた車両用途に有用である。
　１Ａ　ＰＭセンサ
　２２　電極
　２４　多孔質体
　Ｈ４　メンブレン層（堆積部）

Claims (3)

  1. 　粒子状物質を含む排気ガスの通路に配置された隔壁を有する多孔質体と、
    　前記多孔質体を挟んで、所定方向において互いに対向する少なくとも一対の電極と、
    　前記隔壁における前記通路上流側の表面を含み、前記表面に前記粒子状物質が堆積する堆積部であって、前記隔壁において前記堆積部以外の部分の平均孔径よりも小さい平均孔径の細孔が形成された堆積部と、を備えた、ＰＭセンサ。
  2. 　前記堆積部の気孔率は、前記隔壁において前記堆積部以外の部分よりも大きくなっている、請求項１に記載のＰＭセンサ。
  3. 　前記表面が前記所定方向と平行で、
    　前記隔壁は、前記一対の電極間の空間を、前記所定方向と直交方向に配列された第一空洞および第二空洞に区画し、
    　前記第一空洞の下流側端部が開口部となっており、前記第一空洞の上流側端部は閉止され、
    　前記第二空洞の下流側端部は閉止され、前記第二空洞の上流側端部は開口部となっている、請求項１に記載のＰＭセンサ。
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