特許 6501672 粒子状物質検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6501672

(24)【登録日】2019年3月29日

(45)【発行日】2019年4月17日

(54)【発明の名称】粒子状物質検出システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/023 20060101AFI20190408BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20190408BHJP

   F01N 3/021 20060101ALI20190408BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20190408BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20190408BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/023 K

   F01N3/00 F

   F01N3/021

   F01N3/24 L

   F01N3/18 C

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-162665(P2015-162665)

(22)【出願日】2015年8月20日

(65)【公開番号】特開2017-40214(P2017-40214A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2017年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田村 昌之

(72)【発明者】

【氏名】片渕 亨

(72)【発明者】

【氏名】山本 真宏

(72)【発明者】

【氏名】宮川 豪

(72)【発明者】

【氏名】下川 弘宣

(72)【発明者】

【氏名】小池 和彦

【審査官】 小笠原 恵理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０７８１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６８１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０７６８６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１２４０５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２２４５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００− ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス中の粒子状物質（３）が堆積する被堆積部（２０）と、該被堆積部（２０）を加熱するヒータ（２２）と、それぞれ板状に形成された第１電極（２１ａ）と第２電極（２１ｂ）とを、これらの間に絶縁板（２４）を介在させた状態で交互に積層したセンサ本体部（２３）と、該センサ本体部（２３）を保持するハウジング（２５）と、該ハウジング（２５）に取り付けられ上記センサ本体部（２３）を保護するカバー（２７，２８）とを有する粒子状物質検出センサ（２）と、
該粒子状物質検出センサ（２）に接続した制御部（４）と、
上記被堆積部（２０）の温度を測定する温度測定部（５）と、を備え、
上記センサ本体部（２３）は長尺形状に形成され、該センサ本体部（２３）の長手方向（Ｚ）における先端側の端面（２００）が上記被堆積部（２０）となっており、該被堆積部（２０）において上記第１電極（２１ａ）と上記第２電極（２１ｂ）とが露出し、上記被堆積部（２０）に露出した、上記第１電極（２１ａ）及び上記第２電極（２１ｂ）の表面と、上記絶縁板（２４）の表面とは面一になっており、
上記カバー（２７，２８）には、上記センサ本体部（２３）のうち上記被堆積部（２０）が形成された部位を取り囲むインナーカバー（２７）と、該インナーカバー（２７）の外側に配されたアウターカバー（２８）とがあり、
上記インナーカバー（２７）は、
上記インナーカバー（２７）の側壁部における、上記被堆積部（２０）よりも上記長手方向の先端側に形成されるとともに上記長手方向に対して交差する方向に複数並ぶ状態で形成された、上記排ガスが流れるインナー側貫通孔（２７３）と、上記インナーカバー（２７）の底部に形成された、上記排ガスが流れる開口部（２７２）とを有し、
上記アウターカバー（２８）は、上記アウターカバー（２８）の側壁部における、上記長手方向に対して交差する方向に複数並ぶ状態で形成された、上記排ガスが流れるアウター側貫通孔（２８３，２８４）を有し、
上記インナー側貫通孔（２７３）の周縁部には、上記インナーカバー（２７）の側壁部から上記長手方向の基端側に向けて傾斜して、上記インナー側貫通孔（２７３）を通過した上記排ガスを上記被堆積部（２０）へ衝突させるためのガス誘導板（２７１）が形成され、
上記制御部（４）は、上記第１電極（２１ａ）と上記第２電極（２１ｂ）との一対の電極（２１）間を流れる電流を測定することにより、上記排ガスに含まれる上記粒子状物質（３）の量を測定する測定モードと、上記ヒータ（２２）を発熱させ、上記被堆積部（２０）に堆積した上記粒子状物質（３）を燃焼し除去する発熱モードとを行い、
上記制御部（４）は、上記発熱モードにおいて、上記温度測定部（５）によって測定される上記被堆積部（２０）の温度が、６００〜７５０℃となるように制御するよう構成されている、粒子状物質検出システム（１）。

【請求項2】

上記被堆積部（２０）における、温度が最も高い部位と、温度が最も低い部位との温度差は、１００℃以下である、請求項１に記載の粒子状物質検出システム（１）。

【請求項3】

上記粒子状物質検出センサ（２）に対して上記排ガスの上流側には、該排ガスに含まれる上記粒子状物質（３）を捕集するフィルタ（６）が設けられており、該フィルタ（６）は、上記粒子状物質（３）の捕集効率が９８％以下である、請求項１又は請求項２に記載の粒子状物質検出システム（１）。

【請求項4】

上記フィルタ（６）の上記捕集効率は８０％以下である、請求項３に記載の粒子状物質検出システム（１）。

【請求項5】

上記フィルタ（６）の上記捕集効率は６０％以下である、請求項３又は請求項４に記載の粒子状物質検出システム（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサに接続した制御部とを備える粒子状物質検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

排ガス中の粒子状物質（PM:Particulate Matter）の量を測定する粒子状物質検出センサと、該粒子状物質検出センサに接続した制御部とを備える粒子状物質検出システムが知られている（下記特許文献１参照）。上記粒子状物質検出センサは、排ガス中の粒子状物質が堆積する被堆積部と、該被堆積部に設けられた一対の電極と、被堆積部を加熱するヒータとを備える。被堆積部に粒子状物質が堆積すると、上記一対の電極間に電流が流れる。この電流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測定するよう構成されている。

【0003】

制御部は、測定モードと発熱モードとを行う。制御部は、測定モードでは、上記一対の電極間に流れる電流を測定し、その測定値に基づいて、排ガス中の粒子状物質の量を算出する。また、発熱モードでは、ヒータを発熱させて、被堆積部に堆積した粒子状物質を燃焼し除去する。これにより、粒子状物質検出センサを再生するよう構成されている。

【0004】

上記粒子状物質には、いわゆるアッシュが含まれている。アッシュは、エンジンオイルに含まれている金属成分等が酸化して発生したもので、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｃａ等の酸化物からなる。アッシュの融点は、一般的には９００℃以上であると考えられている。アッシュは絶縁体であるため、アッシュが上記電極の表面に融着すると、一対の電極間に電流が流れにくくなり、粒子状物質検出センサの性能が劣化しやすくなる。そのため、電極表面にアッシュが融着することを防止すべく、上記粒子状物質検出システムでは、発熱モードにおける被堆積部の温度を６００〜９００℃にしている。アッシュの融点は９００℃以上であるため、被堆積部の温度を６００〜９００℃にすれば、アッシュは融解せず、電極の表面にアッシュが融着することを抑制できると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−１２９６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、被堆積部の温度を６００〜９００℃にしても、アッシュが溶融し、電極の表面にアッシュが融着する可能性があった。すなわち、アッシュは、一般的には融点が９００℃以上であるが、直径が数ナノメートル程度の微小な粒子になると、いわゆる量子サイズ効果により、融点が低下することがある。また、複数種類のアッシュが混合すると、共晶反応が生じて融点が低下することがある。これらの理由により、アッシュの融点が９００℃以下になることがある。したがって、上記発熱モードにおいて被堆積部の温度を６００℃〜９００℃に加熱すると、アッシュが融解して電極表面に付着する可能性がある。そのため、測定モードにおいて電極間に電流が流れにくくなり、粒子状物質の量を正確に測定できなくなる可能性がある。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、粒子状物質検出センサの電極に排ガス中のアッシュが融着しにくい粒子状物質検出システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、排ガス中の粒子状物質が堆積する被堆積部と、該被堆積部を加熱するヒータと、それぞれ板状に形成された第１電極と第２電極とを、これらの間に絶縁板を介在させた状態で交互に積層したセンサ本体部と、該センサ本体部を保持するハウジングと、該ハウジングに取り付けられ上記センサ本体部を保護するカバーとを有する粒子状物質検出センサと、
該粒子状物質検出センサに接続した制御部と、
上記被堆積部の温度を測定する温度測定部と、を備え、
上記センサ本体部は長尺形状に形成され、該センサ本体部の長手方向における先端側の端面が上記被堆積部となっており、該被堆積部において上記第１電極と上記第２電極とが露出し、上記被堆積部に露出した、上記第１電極及び上記第２電極の表面と、上記絶縁板の表面とは面一になっており、
上記カバーには、上記センサ本体部のうち上記被堆積部が形成された部位を取り囲むインナーカバーと、該インナーカバーの外側に配されたアウターカバーとがあり、
上記インナーカバーは、
上記インナーカバーの側壁部における、上記被堆積部よりも上記長手方向の先端側に形成されるとともに上記長手方向に対して交差する方向に複数並ぶ状態で形成された、上記排ガスが流れるインナー側貫通孔と、上記インナーカバーの底部に形成された、上記排ガスが流れる開口部とを有し、
上記アウターカバーは、上記アウターカバーの側壁部における、上記長手方向に対して交差する方向に複数並ぶ状態で形成された、上記排ガスが流れるアウター側貫通孔を有し、
上記インナー側貫通孔の周縁部には、上記インナーカバーの側壁部から上記長手方向の基端側に向けて傾斜して、上記インナー側貫通孔を通過した上記排ガスを上記被堆積部へ衝突させるためのガス誘導板が形成され、
上記制御部は、上記第１電極と上記第２電極との一対の電極間を流れる電流を測定することにより、上記排ガスに含まれる上記粒子状物質の量を測定する測定モードと、上記ヒータを発熱させ、上記被堆積部に堆積した上記粒子状物質を燃焼し除去する発熱モードとを行い、
上記制御部は、上記発熱モードにおいて、上記温度測定部によって測定される上記被堆積部の温度が、６００〜７５０℃となるように制御するよう構成されている、粒子状物質検出システムにある。

【発明の効果】

【0009】

上記粒子状物質検出システムの制御部は、発熱モードにおいて、被堆積部の温度が６００〜７５０℃となるように制御するよう構成されている。
そのため、電極の表面にアッシュが融着することを抑制できる。すなわち、アッシュは、量子サイズ効果や共晶反応により、融点が９００℃以下に低下することがあるが、後述するように、７５０℃以下にはなりにくい。そのため、被堆積部の温度の上限を７５０℃にすることにより、電極の表面にアッシュが融着することを抑制できる。

【0010】

また、上記粒子状物質検出システムでは、発熱モードにおける、被堆積部の温度の下限値を６００℃にしている。後述するように、被堆積部の温度が６００℃以下の場合は、粒子状物質が燃焼せず、電極間に粒子状物質が残ってしまうおそれがあるが、６００℃以上にすれば、粒子状物質を充分に燃焼でき、このような問題を抑制できる。

【0011】

以上のごとく、上記態様によれば、粒子状物質検出センサの電極に排ガス中のアッシュが融着しにくい粒子状物質検出システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１における、粒子状物質検出システムの概念図。

【図2】実施形態１における、センサ本体部の斜視図。

【図3】実施形態１における、センサ本体部の分解斜視図。

【図4】実施形態１における、粒子状物質検出センサの断面図。

【図5】実施形態１における、発熱モードの温度および時間と、ＰＭ付着の有無との関係を表したグラフ。

【図6】実施形態１における、発熱モードの温度と、劣化率との関係を表したグラフ。

【図7】図６の劣化率の算出方法を説明するためのグラフ。

【図8】実施形態１における、測定モードでの粒子状物質検出センサの部分断面図。

【図9】図８の拡大断面図。

【図10】実施形態１における、粒子状物質およびアッシュが除去された後の、粒子状物質検出センサの拡大断面図。

【図11】実施形態１における、粒子状物質検出システムのフローチャート。

【図12】実施形態１における、被堆積部の温度分布を表したグラフ。

【図13】ヒータの電気抵抗と温度との関係を表したグラフ。

【図14】比較形態１における、粒子状物質検出センサの拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

上記粒子状物質検出システムは、ディーゼル車やガソリンエンジン車等の車両に搭載するための、車載用粒子状物質検出システムとすることができる。

【0014】

（実施形態１）
上記粒子状物質検出システムに係る実施形態について、図１〜図１３を参照して説明する。本形態の粒子状物質検出システム１は、図１に示すごとく、粒子状物質検出センサ２と、制御部４と、温度測定部５とを備える。

【0015】

粒子状物質検出センサ２は、図２、図３に示すごとく、被堆積部２０と、一対の電極２１（２１ａ，２１ｂ）と、ヒータ２２とを備える。被堆積部２０には、排ガスｇ中の粒子状物質３が堆積する。また、一対の電極２１ａ，２１ｂは、被堆積部２０に設けられており、互いに離間している。ヒータ２２は、被堆積部２０を加熱するために設けられている。

【0016】

図１に示すごとく、制御部４は、粒子状物質検出センサ２に接続している。温度測定部５は、被堆積部２０の温度を測定する。
制御部４は、測定モードと発熱モードとを行う。測定モードは、一対の電極２１ａ，２１ｂ間を流れる電流を測定することにより、排ガスｇに含まれる粒子状物質３の量を測定するモードである。また、発熱モードは、ヒータ２２を発熱させ、被堆積部２０に堆積した粒子状物質３を燃焼し除去するモードである。

【0017】

制御部４は、発熱モードにおいて、温度測定部５によって測定される被堆積部２０の温度が、６００〜７５０℃となるように制御するよう構成されている。

【0018】

本形態の粒子状物質検出システム１は、ディーゼル車やガソリンエンジン車等の車両に搭載するための、車載用粒子状物質検出システムである。図１に示すごとく、車両のエンジン１０に、排ガスｇが流れる排管１１が接続している。排管１１には、上記粒子状物質検出センサ２が取り付けられている。また、粒子状物質検出センサ２よりも排ガスｇの上流側には、粒子状物質３を捕集するフィルタ６が設けられている。

【0019】

本形態では、フィルタ６を用いて、排ガスｇ中の粒子状物質３を捕集し、フィルタ６を通り抜けた粒子状物質３の量を、粒子状物質検出センサ２によって測定している。フィルタ６が粒子状物質３によって目詰まりを起こすと、粒子状物質３を充分に捕集できなくなる。そのため、粒子状物質検出センサ２によって測定される、粒子状物質３の量が増加する。本形態では、排ガスｇ中の粒子状物質３の量が所定値を超えた場合には、フィルタ６が目詰まりを起こしたと判断し、図示しないフィルタ用ヒータを発熱させて、フィルタ６に捕集された粒子状物質３を燃焼する。これにより、フィルタ６を再生するよう構成してある。

【0020】

図２に示すごとく、粒子状物質検出センサ２は、四辺形板状のセンサ本体部２３を備える。センサ本体部２３の端面２００から、電極２１ａ，２１ｂが露出している。本形態では、センサ本体部２３の端面２００に粒子状物質３が堆積する。すなわち、端面２００が上記被堆積部２０となっている。

【0021】

図３に示すごとく、センサ本体部２３は、セラミックからなる複数の絶縁板２４を備える。これら複数の絶縁板２４の間に、第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂが介在している。第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂは、それぞれ複数個、設けられている。複数の第１電極２１ａは、絶縁板２４に形成された接続プラグ（図示しない）によって、互いに接続されている。同様に、複数の第２電極２１ｂも、接続プラグによって互いに接続されている。また、センサ本体部２３には、ヒータ２２が設けられている。

【0022】

ヒータ２２に通電して発熱させると、ヒータ２２の電気抵抗が変化する。図１３に示すごとく、ヒータ２２の温度と、ヒータ２２の抵抗との間には一定の関係がある。本形態では、制御部４によってヒータ２２の電気抵抗を測定し、その測定値を用いて、ヒータ２２の温度、すなわち被堆積部２０の温度を算出している。

【0023】

粒子状物質３は、主成分が炭素であり、電気伝導性を有する。そのため図８に示すごとく、被堆積部２０に粒子状物質３が堆積すると、電極２１ａ，２１ｂ間に電流が流れる。制御部４は、この電流を測定し、その測定値を用いて、排ガスｇ中の粒子状物質３の量を算出するよう構成されている。

【0024】

被堆積部２０に粒子状物質３が堆積し過ぎると、電極２１ａ，２１ｂ間に流れる電流の量が飽和する。そのため、排ガスｇ中の粒子状物質３の量を算出できなくなる。したがって、この場合には、制御部４は上記ヒータ２２（図３参照）を発熱させ、粒子状物質３を燃焼し、除去する。これにより、粒子状物質検出センサ２を再生する。

【0025】

図９に示すごとく、粒子状物質３には、アッシュ７が付着している。アッシュ７は、エンジンオイルに含まれていたＰ，Ｓ，Ｃａ等が酸化したものである。アッシュ７は、例えば、ＣａＳＯ_４、Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２、Ｃａ_２Ｐ_２Ｏ_７、ＺｎＯ、Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２等からなる。これらの物質の融点は、通常は９００℃以上であるが、量子サイズ効果や共晶反応が生じたときに、９００℃以下になる場合がある。例えば、アッシュ７が直径数ナノメートル程度の微粒子になった場合、量子サイズ効果により、アッシュ７の融点が低下する。また、複数種類のアッシュ７が混ざった場合、共晶反応により、アッシュ７の融点は低下する。これらの理由により、アッシュ７の融点は９００℃以下になることがある。

【0026】

そのため、発熱モードを行う際、すなわちヒータ２２を発熱させて粒子状物質３を燃焼し除去する際に、ヒータ２２の温度を９００℃程度まで上昇させると、アッシュ７が融解し、図１４に示すごとく、電極２１の表面にアッシュ７が融着する可能性がある。アッシュ７は絶縁体であるため、電極２１の表面がアッシュ７によって覆われると、一対の電極２１ａ，２１ｂ間に電流が流れなくなる。したがって、排ガスｇ中の粒子状物質３の量を正確に測定できなくなる可能性がある。そのため本形態では、発熱モードを行う際に、ヒータ２２の温度、すなわち被堆積部２０の温度を６００〜７５０℃にしている。このようにすると、被堆積部２０の温度の上限値が７５０℃であり、量子サイズ効果等が生じたときのアッシュ７の融点よりも低いため、発熱モードにおいてアッシュ７が融解することを抑制できる。そのため、図１０に示すごとく、アッシュ７が電極２１の表面に融着することを抑制できる。

【0027】

なお、発熱モードにおける被堆積部２０の温度が６００℃未満になると、粒子状物質３を充分に燃焼できなくなり、未燃焼の粒子状物質３が被堆積部２０に残るおそれがある。また、上述したように、温度が７５０℃を超えると、電極２１にアッシュ７が融着しやすくなる。これらの理由により、本形態では、発熱モードにおける被堆積部２０の温度を６００〜７５０℃にしている。

【0028】

次に、上記温度範囲（６００〜７５０℃）の根拠となる実験データの説明をする。まず、発熱モードにおける被堆積部２０の温度の下限値（６００℃）を確認する実験を行った。この実験では、まず、排管１１に粒子状物質検出センサ２を装着し（図１参照）、エンジン１０を始動して排ガスｇを発生させた。これにより、排ガスｇ中の粒子状物質３を被堆積部２０に堆積させた。その後、ヒータ２２を一定時間発熱させた。この際、図５に示すごとく、被堆積部２０の温度を５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃に条件振りした。また、発熱時間を、５〜８０秒の間で条件振りした。そして、被堆積部２０を観察し、粒子状物質３を除去できたか否かを確認した。

【0029】

図５に示すごとく、被堆積部２０の温度が６００℃又は６５０℃であれば、２０秒以上加熱することにより、粒子状物質３を除去することができる。また、被堆積部２０の温度が７００℃であれば、１０秒以上加熱することにより、粒子状物質３を除去することができる。これに対して、被堆積部２０の温度が５５０℃の場合は、８０秒加熱しても粒子状物質３を除去できない。この実験結果から、粒子状物質３を充分に除去するためには、被堆積部２０の温度を６００℃以上にする必要があることが分かる。

【0030】

次に、別の実験を行って、発熱モードにおける被堆積部２０の温度を７５０℃以下にする必要があることを確認した。この実験では、車両を３０万ｋｍ走行させたときと同じ量のアッシュ７が発生するよう、加速試験を行った。そして、発熱モードにおける被堆積部２０の温度を、図６に示すごとく、６００〜９００℃に条件振りし、粒子状物質検出センサ２の劣化率を求めてグラフにした。劣化率の算出方法は、後述する。

【0031】

実験にあたって、排管１１（図１参照）からフィルタ６を取り外し、短時間で多くの粒子状物質３が粒子状物質検出センサ２に到達するようにした。また、エンジンオイルの硫酸灰分を１．３４％（通常は０．８％）にし、発生するアッシュ７の量を増加させた。これにより、車両を３０万ｋｍ走行させたときと同じ量のアッシュ７が、短時間で粒子状物質検出センサ２に到達するようにした。

【0032】

また、粒子状物質検出センサ２を排ガスｇに曝しつつ、発熱モードと測定モードとを交互に繰り返し行った。発熱モードにおける各サンプルの加熱時間は、１サイクルあたり２１０秒にした。また、粒子状物質検出センサ２のサンプルを複数個用意し、図６に示すごとく、発熱モードにおける被堆積部２０の温度を、それぞれ６００℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃に設定した。

【0033】

エンジン１０から３０万ｋｍ相当の粒子状物質３およびアッシュ７を発生させた後、各サンプルを、粒子状物質３の濃度が通常の排ガスｇに曝し、一対の電極２１ａ，２１ｂ間に流れる電流の時間変化を測定した。図７に示すごとく、例えば、発熱モードにおいて温度を７００℃にしたサンプルは、測定開始後、比較的短時間で電極２１ａ，２１ｂ間に電流が流れ始める。これは、電極２１の表面にアッシュ７が殆ど融着していないので、粒子状物質３が僅かに堆積しただけで、電極２１ａ，２１ｂ間に電流が流れるからだと考えられる。これに対して、発熱モードにおいて温度を８００℃にしたサンプルは、測定開始後、７００℃のサンプルよりも長時間経過しないと、電流が流れ始めない。これは、８００℃のサンプルは、電極２１の表面にアッシュ７が融着しているからだと考えられる。

【0034】

発熱モードにおいて温度を７００℃にしたサンプルについて、電極２１ａ，２１ｂ間の電流が予め定められた閾値Ｉｏとなるまでの時間Ｔｏを測定した。また、これ以外のサンプル（発熱モードにおいて温度を６００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃にしたサンプル）について、電流が上記閾値Ｉｏとなるまでの時間Ｔｘを測定した。そして、以下の式を用いて、各サンプルの劣化率ｄを算出した。
ｄ＝（Ｔｘ−Ｔｏ）／Ｔｏ×１００ （％）
なお、発熱モードにおいて温度を７００℃にしたサンプルは、劣化率ｄを０％とした。各サンプルの劣化率ｄを図６に示す。

【0035】

図６から、発熱モードにおける被堆積部２０の温度が７５０℃以下であれば、劣化率ｄは殆ど０％であることが分かる。また、温度が７５０℃を超えると、劣化率ｄが上昇することが分かる。これは、発熱モードにおける温度が７５０℃を超えると、電極２１にアッシュ７が融着してしまうため、電極２１ａ，２１ｂ間に電流が流れにくくなり、測定モードを開始した後、電流が流れ始めるまでに長時間を要するからだと考えられる。

【0036】

以上の実験から、発熱モードにおいて、被堆積部２０に粒子状物質３が残らず、かつ電極２１にアッシュ７が融着することを抑制するためには、被堆積部２０の温度を６００℃〜７５０℃に制御する必要があることが分かる。

【0037】

次に、粒子状物質検出センサ２の構造について、さらに詳細に説明する。図４に示すごとく、粒子状物質検出センサ２は、上記センサ本体部２３と、保持部８１と、ハウジング２５と、固定部２６とを備える。保持部８１はセラミックス等の絶縁材料によって構成されている。この保持部８１内に、センサ本体部２３が保持されている。また、保持部８１は、ハウジング２５内に配されている。

【0038】

ハウジング２５は、固定部材２６に挿入されている。この固定部材２６の雄螺子部２６１を、排管１１に形成した雌螺子部１１０に螺合してある。これにより、粒子状物質検出センサ２を排管１１に固定している。

【0039】

図４に示すごとく、ハウジング２５には肩部２５１が形成されている。肩部２５１よりも先端側には、ばね部材８３が配されている。肩部２５１を加締めることにより、ばね部材８３の加圧力を利用して、保持部８１の拡径部８１１をハウジング２５の縮径部２５２に押し当てている。これにより、拡径部８１１と縮径部２５２との間から排ガスｇが漏れないようにしている。

【0040】

また、粒子状物質検出センサ２は、電極用配線２９１とヒータ用配線２９２とを備える。これらの配線２９１，２９２は、それぞれ一対に設けられている。電極用配線２９１は、センサ本体部２３内の上記電極２１ａ，２１ｂに電気接続している。また、ヒータ用配線２９２は、上記ヒータ２２に電気接続している。

【0041】

また、センサ本体部２３の先端は、インナーカバー２７とアウターカバー２８との、２個のカバー２７，２８によって保護されている。アウターカバー２８は、底部２８２と、側壁部２８１とを備える。側壁部２８１には、底部２８２に近い位置に、貫通孔２８３，２８４が形成されている。

【0042】

また、インナーカバー２７にも貫通孔（インナー側貫通孔２７３）が形成されている。インナーカバー２７には、開口部２７２を形成してある。開口部２７２は、被堆積部２０と上記底部２８２との間に形成されており、センサ本体部２３の長手方向（Ｚ方向）に開口している。また、インナーカバー２７には、排ガスｇを誘導する誘導板２７１が形成されている。

【0043】

排ガスｇは、アウターカバー２８の上流側貫通孔２８３を通り、側壁部２８１に当たって向きが変わった後、インナー側貫通孔２７３を通過する。この際、排ガスｇは、誘導板２７１によって、被堆積部２０に誘導される。これにより、より多くの排ガスｇが被堆積部２０に当たるようにしている。これによって、粒子状物質検出センサ２の応答性を高めている。

【0044】

排ガスｇは、被堆積部２０に当たった後、開口部２７２を通り、さらに下流側貫通孔２８４を通って、アウターカバー２８の外側に排出される。

【0045】

次に、本形態における、制御部４のフローチャートについて説明する。図１１に示すごとく、制御部４は、まず、粒子状物質検出センサ２の電極２１ａ，２１ｂ間の電流を測定し、その測定値に基づいて、排ガスｇ中の粒子状物質３の量を算出する（ステップＳ１；測定モード）。

【0046】

次いで、制御部４は、フィルタ６を再生する必要が有るか否かを判断する（ステップＳ２）。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ３に移る。そして、フィルタ用ヒータを発熱させて、フィルタ６に捕集された粒子状物質３を燃焼させる。これにより、フィルタ６を再生する。

【0047】

その後、制御部４は、電極２１ａ，２１ｂ間の電流値が所定の値を超えたか否か、すなわち電流が飽和したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ５に移る。ここでは、ヒータ６を発熱させ、被堆積部２０に堆積した粒子状物質３を燃焼し、除去する（発熱モード）。この際、制御部４は、ヒータ２２の温度、すなわち被堆積部２０の温度を６００〜７５０℃にする。

【0048】

次に、発熱モードにおける被堆積部２０の温度分布について説明する。図１２に示すごとく、被堆積部２０内の温度は均一ではなく、温度が高い箇所と、低い箇所とがある。本形態では、被堆積部２０における最高温度Ｔ_maxと、最低温度Ｔ_minとの差を１００℃以内にしている。すなわち、平均温度Ｔ_typと最高温度Ｔ_maxとの差を５０℃以内にすると共に、平均温度Ｔ_typと最低温度Ｔ_minとの差を５０℃以内にしている。

【0049】

次に、本形態の作用効果について説明する。本形態では、発熱モードにおいて、被堆積部２０の温度を６００〜７５０℃に制御している。
そのため、電極２１の表面にアッシュ７が融着することを抑制できる。すなわち、上述したように、アッシュ７は、量子サイズ効果や共晶反応により、融点が９００℃以下に低下することがあるが、７５０℃以下には殆どならない。そのため、被堆積部の温度の上限を７５０℃にすることにより、電極の表面にアッシュが融着することを抑制できる。

【0050】

また、本形態では、発熱モードにおける、被堆積部の温度の下限値を６００℃にしている。そのため、発熱モードにおいて、粒子状物質が燃焼せず、電極２１ａ，２１ｂ間に粒子状物質が残ってしまう不具合を抑制できる。

【0051】

また、図１２に示すごとく、本形態では、被堆積部２０における、温度が最も高い部位と、温度が最も低い部位との温度差（Ｔ_max−Ｔ_min）を、１００℃以下にしている。そのため、最高温度Ｔ_maxと７５０℃との間、及び最低温度Ｔ_minと６００℃との間に余裕ができ、被堆積部２０のどの部位も、確実に、６００〜７５０℃にすることが可能になる。被堆積部２０の温度は、排ガスｇの温度や流速によって変化しやすいが、Ｔ_max−Ｔ_min≦１００（℃）にすれば、発熱モードにおいて排ガスｇの温度や流速が急に変化しても、被堆積部２０の全ての部位を６００〜７５０℃にしやすくなる。

【0052】

また、本形態では、図２に示すごとく、粒子状物質検出センサ２のセンサ本体部２３を、四辺形板状に形成してある。このセンサ本体部２３の端面２００を、被堆積部２０としている。そのため、被堆積部２０の面積を小さくすることができ、被堆積部２０内の温度ばらつきを小さくすることができる。したがって、発熱モードにおいて、被堆積部２０の全ての部位を、６００〜７５０℃にしやすい。

【0053】

また、図４に示すごとく、本形態では、粒子状物質検出センサ２のインナーカバー２７に、排ガスｇを被堆積部２０に誘導する誘導板２７１を形成してある。そのため、被堆積部２０に排ガスｇが当たりやすくなり、粒子状物質検出センサ２の応答性を高めることができる。また、このようにすると、被堆積部２０に粒子状物質３が堆積しやすくなり、アッシュ７も粒子状物質３と共に被堆積部２０に堆積しやすくなる（図８参照）。しかし、本形態では、発熱モードにおける被堆積部２０の温度の上限値を７５０℃にしているため、アッシュ７の堆積量が多くなっても、アッシュ７が融解して電極２１に融着する不具合が生じにくい。

【0054】

また、本形態では、図１に示すごとく、粒子状物質検出センサ２よりも排ガスｇの上流側に、フィルタ６を設けてある。フィルタ６は、粒子状物質３の捕集効率が９８％以下である。
そのため、排ガスｇの圧損を低減することができる。すなわち、フィルタ６の捕集効率は、一般的には９９．９％以上とされている。そのため、フィルタ６が故障しない限り、粒子状物質検出センサ２に到達する粒子状物質３、及びアッシュ７の量は微量である。しかし、このような捕集効率が高いフィルタ６は、排ガスｇの圧損が高く、エンジン１０の燃費が低下しやすい。そのため、フィルタ６の捕集効率を低下させ、排ガスｇの圧損を低下させることが検討されている。本形態のように、フィルタ６の捕集効率を９８％以下にすると、排ガスｇの圧損を低下でき、燃費が低下することを抑制できる。
なお、フィルタ６の捕集効率を低下させると、粒子状物質検出センサ２に到達する粒子状物質３、及びアッシュ７の量が増加するが、本形態では、発熱モードにおける被堆積部２０の温度の上限値を７５０℃にしているため、アッシュ７の量が増加しても、電極２１に多くのアッシュ７が融着することを抑制できる。

【0055】

また、フィルタ６の捕集効率は、８０％以下とすることが好ましい。捕集効率を８０％以下にすると、フィルタ６の圧損をより低減でき、燃費低下をより抑制できる。

【0056】

また、フィルタ６の捕集効率は、６０％以下とすることがさらに好ましい。捕集効率を６０％以下にすると、フィルタ６の圧損をさらに低減でき、燃費低下をさらに抑制できる。

【0057】

以上のごとく、本形態によれば、粒子状物質検出センサの電極に排ガス中のアッシュが融着しにくい粒子状物質検出システムを提供することができる。

【0058】

なお、本形態では、制御部４と温度測定部５とを一体化している。すなわち、制御部４によってヒータ２２の電気抵抗を測定し、その測定値を用いて、ヒータ２２の温度、すなわち被堆積部２０の温度を算出している。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、温度測定部５として、専用の温度センサを設けてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ 粒子状物質検出システム
２ 粒子状物質検出センサ
２０ 被堆積部
２１ 電極
２２ ヒータ
３ 粒子状物質
４ 制御部
５ 温度検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】