微粒子検出装置
【課題】本発明は、微粒子検出装置に係り、捕集部材への微粒子の捕集を簡素な構成で効率的に行うことにある。
【解決手段】微粒子検出装置は、排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、捕集部材に捕集される微粒子に基づいて、微粒子の漏れが生じたこと又は微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、を備える。
【解決手段】微粒子検出装置は、排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、捕集部材に捕集される微粒子に基づいて、微粒子の漏れが生じたこと又は微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子検出装置に係り、特に排気ガス中に含まれる微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中に含まれる微粒子の堆積が生じたことを検知する微粒子検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンから排出されるＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ）を捕捉するのに、多孔質セラミックより構成される微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）を用いた排気ガス浄化装置が知られている。このような排気ガス浄化装置においては、ディーゼルエンジンの継続的な使用に伴って徐々にＤＰＦにＰＭが堆積する。このため、ディーゼルエンジン側から大気へＰＭが放出されるのを防止することができ、排気ガスを浄化することが可能である。
【０００３】
ＤＰＦの使用中に、ＤＰＦにクラック等が生ずると、ＤＰＦ下流側の排気ラインへＰＭが漏れ出す。ＤＰＦへのクラック等を防止する方策としては、適切なタイミングでＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させて酸化除去することが有効である。そこで、ＤＰＦへのＰＭ堆積量を測定してそのＰＭの燃焼タイミングを適切なものとするために、ＤＰＦ上流側の排気ライン上に微粒子センサを設けることが考えられる。また、ＤＰＦ下流側の排気ラインへのＰＭ漏れが生じたか否かを判別する方策としては、ＤＰＦ下流側の排気ライン上に微粒子センサを設けることが考えられる。
【０００４】
このような微粒子センサとしては、排気ライン上にＰＭを捕集する捕集部材を設け、その捕集部材に対となる電極を配設することで、ＤＰＦへのＰＭ堆積量の推定又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れの診断を、電極間のＰＭ捕集に伴うショートに起因した抵抗変化に基づいて行う抵抗方式のセンサ（例えば、特許文献１及び２参照）などが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１２３７５７号公報
【特許文献２】特表２００８−５１２６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１及び２には、ＰＭを捕集する捕集部材を平板状に形成し、その平板状の捕集部材をその平板面が排気ガスの流れに対して直交するように管状の排気ライン内に配置して排気ガスに晒すことが記載されている。しかし、このように管状の排気ライン内に平板状の捕集部材を配置する従来の構成では、排気ガスが排気ライン内で平板状の捕集部材が配設された部位を上流側から下流側へ通過する際に、その平板状の捕集部材を避けるような排気ガスの流れが発生する。このため、捕集部材の前面中央付近において、捕集部材に排気ガスに含まれるＰＭを効率的に捕集することが困難となる。尚、平板状の捕集部材にＰＭを効率的に捕集するうえで、排気ガスの流れを制御する部品を導入することが考えられるが、かかる構成では、装置の複雑化及び高コスト化を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、捕集部材へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能な微粒子検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の微粒子検出装置は、排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、前記捕集部材に捕集される前記微粒子に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、を備える。
【０００９】
尚、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスとの接触部分において排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状であることが好ましい。
【００１１】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状であることが好ましい。
【００１２】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設され、先端側が排気ガスとの接触部分に晒された互いに種類の異なる対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極の後端側に生じる電位差に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００１３】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設された対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極間の抵抗変化に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００１４】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を加熱する加熱手段を備え、前記捕集部材に捕集される前記微粒子は、前記検知手段による検知が行われる前に、前記加熱手段により加熱されることが好ましい。
【００１５】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を燃焼する燃焼手段を備え、前記検知手段は、前記燃焼手段により前記捕集部材に捕集される前記微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００１６】
更に、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、捕集部材への微粒子の捕集を簡素な構成で効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である微粒子検出装置を備えるシステムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である微粒子検出装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図３】図２に示す微粒子センサの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態である微粒子検出装置において実行される微粒子を検出する手順の一例のフローチャートである。
【図５】本発明の一変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサの斜視図である。
【図６】図５に示す微粒子センサの上面図である。
【図７】本発明の一変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサの斜視図である。
【図８】本発明の一変形例である微粒子検出装置において実行される微粒子を検出する手順の一例のフローチャートである。
【図９】本発明の一変形例である微粒子検出装置を備えるシステムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態の微粒子検出装置は、排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、前記捕集部材に捕集される前記微粒子に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、を備える微粒子検出装置である。
【００２０】
本実施形態の微粒子検出装置において、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、捕集部材の両側に分岐される。かかる構成によれば、捕集部材により排気ガスの流れが妨げられないため、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。また、かかる捕集部材の構造によれば、捕集部材に微粒子を効率的に捕集することができるため、排気ガスの流れを制御する専用の部品（例えば、ポンプや分流構造体等）を配置することなく微粒子を捕集することができ、その結果として、装置の簡素化及び低コスト化が図られる。
【００２１】
尚、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスとの接触部分において排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されていることが好ましい。
【００２２】
本実施形態の微粒子検出装置において、微粒子を捕集する捕集部材は、捕集部材上における排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されている。この場合、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、流れを妨げられることなく分岐されるので、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。
【００２３】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状であることが好ましい。
【００２４】
本実施形態の微粒子検出装置において、微粒子を捕集する捕集部材は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状に形成されている。この場合、捕集部材の円弧部位が排気ガスとの接触部分となるので、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、流れを妨げられることなく分岐される。従って、かかる構造によれば、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。
【００２５】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状であることが好ましい。
【００２６】
本実施形態の微粒子検出装置において、微粒子を捕集する捕集部材は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状に形成されている。この場合、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、流れを妨げられることなく二等分されて分岐されるので、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。
【００２７】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設され、先端側が排気ガスとの接触部分に設けられた、種類の異なる金属により構成された対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極の後端側の間に生じる電位差に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００２８】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材の表面上に配設された種類の異なる金属により構成された対となる電極の先端側は、排気ガスとの接触部分に設けられている。この場合、電極の先端側は排気ガスに温められるので、電極の先端側と後端側とで温度差が発生することで、電極の先端側と後端側とで温度差に応じた熱起電力が発生する。対となる電極は種類の異なる金属により構成されるので、上記した熱起電力は、電極ごとに異なるものとなる。捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積すると、その堆積した微粒子を介して先端側で種類の異なる金属による電極同士がショートする。このため、捕集部材に微粒子が堆積した場合、種類の異なる金属による電極の後端側の間に上記の温度差に基づく電位差が発生する。一方、捕集部材に微粒子が堆積していない場合は、種類の異なる金属による電極同士がショートしないので、種類の異なる金属による電極の後端側の間で電位差が定まらない。
【００２９】
そのため、この微粒子検出装置においては、種類の異なる金属による対となる電極の後端側の間に生じる電位差に基づいて、排気ガス中の微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中の微粒子の堆積が生じたことが検知される。かかる構成においては、微粒子の漏れ又は微粒子の堆積を検知するうえで、種類の異なる金属による電極にバッテリなどから電源供給を行うことは不要である。従って、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積を簡易な構成で精度良く検知することができる。
【００３０】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設された対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極間の抵抗変化に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００３１】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積していない場合は、種類の異なる金属による電極同士がショートしない一方、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積すると、その堆積した微粒子を介して種類の異なる金属による電極同士がショートする。このため、捕集部材に微粒子が堆積していない状況から堆積する状況へ移行すると、種類の異なる金属による電極間の抵抗が変化する。
【００３２】
この微粒子検出装置においては、種類の異なる金属による対となる電極間の抵抗変化に基づいて、排気ガス中の微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中の微粒子の堆積が生じたことが検知される。従って、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積を精度良く検知することができる。
【００３３】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を加熱する加熱手段を備え、前記捕集部材に捕集される前記微粒子は、前記検知手段による検知が行われる前に、前記加熱手段により加熱されることが好ましい。
【００３４】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材に捕集された微粒子が加熱手段により加熱されると、その微粒子に付着し或いはその微粒子の周囲に存在する水分が除去される。このため、捕集部材に捕集された微粒子が、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積の検知前に加熱されれば、捕集部材に配設された対となる電極間の結露を防止することができると共に、微粒子の漏れ又は微粒子の堆積の検知精度を向上させることができる。
【００３５】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を燃焼する燃焼手段を備え、前記検知手段は、前記燃焼手段により前記捕集部材に捕集される前記微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００３６】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積していない場合は、捕集部材に捕集される微粒子が燃焼手段により燃焼されても、その燃焼の前後であまり大きな温度変化は生じない。一方、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積している場合は、捕集部材に捕集される微粒子が燃焼手段により燃焼されると、その燃焼の前後で大きな温度変化が生じる。
【００３７】
この微粒子検出装置においては、燃焼手段により捕集部材に捕集される微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、排気ガス中の微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中の微粒子の堆積が生じたことが検知される。従って、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積を精度良く検知することができる。
【００３８】
更に、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されていることが好ましい。
【００３９】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されているので、排気管での微粒子の漏れ又は微粒子の堆積を検知することができる。
【００４０】
以下、図面を用いて、本発明に係る微粒子検出装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００４１】
図１に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０を備えるシステムの全体構成図を示す。本実施形態のシステムは、内燃機関１２から大気へ排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置１４に適用されるシステムである。
【００４２】
図１に示す如く、排気ガス浄化装置１４は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）１２に接続する排気ライン１６上に設けられた、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１８及び主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）２０を備えている。ＤＯＣ１８は、内燃機関１２から排出される排気ガス中に含まれる酸化され易い一酸化炭素及び炭化水素などを除去するための触媒である。また、ＤＰＦ２０は、内燃機関１２から排出される排気ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕捉可能なフィルタである。排気ガス浄化装置１４は、ＤＰＦ２０の使用中にＤＰＦ２０に故障が発生し、所定以上の量のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出した場合に、この故障を検出して、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等を行う機能を有している。
【００４３】
排気ガス浄化装置１４は、ＤＰＦ２０の故障を検出するための微粒子検出装置１０を備えている。微粒子検出装置１０は、排気ガス浄化用センサとしての微粒子センサ２２を備えている。微粒子センサ２２は、排気ライン１６内のＤＰＦ２０の下流側に晒されるように配設されている。微粒子センサ２２は、排気ライン１６上でＤＰＦ２０の下流側に漏れ出したＰＭの量に応じて信号を出力することができる。
【００４４】
排気ガス浄化装置１４は、マイクロコンピュータを主体に構成される演算部２６を備えている。演算部２６には、微粒子センサ２２が配線２８を介して電気的に接続されている。微粒子センサ２２の出力は、配線２８を介して演算部２６に送られる。演算部２６は、微粒子センサ２２の出力信号に基づいて排気ライン１６上で微粒子センサ２２にＰＭが堆積したか否かを判別し、その判別結果に基づいて所定以上の量のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したか否かを判別することができる。そして、ＤＰＦ２０からＰＭが漏れていると判別した場合に運転者又は使用者にアラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等により警告を行う。
【００４５】
図２に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。また、図３に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０が備える微粒子センサ２２の断面図を示す。尚、図３には、図２に示す微粒子センサ２２をIII−IIIで切断した際の断面図を示す。
【００４６】
微粒子センサ２２は、排気ライン１６内のＤＰＦ２０下流側に流れる排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する捕集部材３０を有している。捕集部材３０は、円柱状に形成された絶縁基材（例えばセラミック基材など）からなる。捕集部材３０は、排気ライン１６に取り付け固定されている。捕集部材３０は、排気ライン１６内における排気ガスの流れに対して直交する方向に延びている。捕集部材３０は排気ライン１６を塞いでおらず、捕集部材３０の外壁と排気ライン１６の内壁との間には排気ガスが流れ得る空間が形成されている。
【００４７】
微粒子センサ２２は、その先端側が排気ライン１６内に晒され、かつ、その後端側が排気ライン１６外に位置するように設置されている。すなわち、捕集部材３０は、その先端側が排気ライン１６内に晒され、かつ、その後端側が排気ライン１６外に位置するように設置されている。微粒子センサ２２の捕集部材３０の先端側には、排気ガス中に含まれるＰＭが堆積し得る（図２において破線で示す領域）。
【００４８】
捕集部材３０の表面には、２つの電極３２，３４が配設されている。２つの電極３２，３４は、捕集部材３０の表面上に捕集部材３０の軸に沿って平行に設けられている。２つの電極３２，３４は、排気ガス中のＰＭが堆積していないときは電気的に絶縁されている。２つの電極３２，３４は、排気ライン１６中における排気ガスの流れに対して直交する面側に設けられている。
【００４９】
２つの電極３２，３４は、異なる種類の金属（例えば、ニッケルと白金等）により構成されており、捕集部材３０の表面に厚膜プロセス（例えばペースト印刷及び焼成）又は薄膜プロセス（例えばスパッタ等）などにより形成されている。２つの電極３２，３４の先端側は排気ライン１６内に晒されており、また、電極３２，３４の後端側は排気ライン１６外に位置している。電極３２の後端側には配線２８ａの一端が、また、電極３４の後端側には配線２８ｂの一端が、それぞれ接続されている。配線２８ａ，２８ｂの他端はそれぞれ、演算部２６に接続されている。
【００５０】
捕集部材３０には、電熱ヒータなどのヒータ３６が内蔵されている。ヒータ３６には、配線３８を介して演算部２６が電気的に接続されている。ヒータ３６は、演算部２６から配線３８を介して電力が供給されることにより捕集部材３０の先端側（特に、ＰＭが捕集される電極３２，３４が配設された面）を温めることが可能である。ヒータ３６は、捕集部材３０の先端側を温めることにより、捕集部材３０の先端側表面に捕集されたＰＭを燃焼除去する機能、及び、排気ガス中に含まれる水分を除去する機能を有している。
【００５１】
次に、図４を用いて、本実施形態の微粒子検出装置１０の動作について説明する。図４に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０において演算部２６が実行するＰＭを検出する手順の一例のフローチャートを示す。
【００５２】
本実施形態において、排気ガスは高温（例えば２００℃〜５００℃）であるので、微粒子センサ２２の先端側はその排気ガスにより温められ、その微粒子センサ２２の先端側と後端側とで温度差が発生する（ステップ１００）。この場合、捕集部材３０上の２つの電極３２，３４において、先端側と後端側とでゼーベック効果によりその温度差に応じた熱起電力が発生する。これら２つの電極３２，３４は互いに種類の異なる金属により構成されるので、電極３２に発生する熱起電力と電極３４に発生する熱起電力と、は互いに異なるものとなる。尚、「ゼーベック効果」とは、物体の温度差が電圧に変換される現象のことをいう。
【００５３】
排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出さない場合は、微粒子センサ２２の捕集部材３０の先端側表面に排気ガス中のＰＭは堆積しない。捕集部材３０の先端側表面（すなわち微粒子センサ２２の先端側表面）に排気ガス中のＰＭが堆積していない場合は、２つの電極３２，３４同士が捕集部材３０の先端側でＰＭを介してショートする事態は生じない。２つの電極３２，３４同士が捕集部材３０の先端側でショートしていない場合は、２つの電極３２，３４間に電流が流れないので、２つの電極３２，３４間で電位差自体が定まらない。
【００５４】
一方、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出す場合は、微粒子センサ２２の捕集部材３０の先端側表面に徐々に排気ガス中のＰＭが堆積する。捕集部材３０の先端側表面に所定量以上のＰＭが堆積すると、２つの電極３２，３４同士が捕集部材３０の先端側でその堆積したＰＭを介してショートする。２つの電極３２，３４同士がショートする場合は、２つの電極３２，３４間でＰＭを介して電流が流れ得るので、捕集部材３０の後端側（すなわち微粒子センサ２２の後端側）で電極３２，３４間に、先端側と後端側との温度差（すなわち、熱起電力の差）に基づく電位差が発生する。
【００５５】
本実施形態において、演算部２６は、微粒子センサ２２から配線２８ａ，２８ｂを介して入力される電極３２の後端側の電位及び電極３４の後端側の電位を検出すると共に、その検出した両電位に基づいて、捕集部材３０の後端側で２つの電極３２，３４間に生じる電位差を検出する。
【００５６】
演算部２６は、その検出した電極３２，３４間の電位差が定まらず、電極３２，３４間に所定電位差が発生していないと判定する場合（すなわち、電極３２，３４間に生じる電位差を検出することができない場合；ステップ１０２における否定判定時）は、捕集部材３０の先端側表面にＰＭが堆積していないと判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出していないと判定する（ステップ１０４）。
【００５７】
また、演算部２６は、上記の検出した電極３２，３４間の電位差が所定電位差となり、電極３２，３４間に所定電位差が発生すると判定する場合（すなわち、電極３２，３４間に生じる電位差を検出することができた場合；ステップ１０２における肯定判定時）は、捕集部材３０の先端側表面に所定量以上のＰＭが堆積していると判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したと判定する（ステップ１０６）。演算部２６は、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れが生じていることを判定すると、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等を行う。
【００５８】
このように、本実施形態においては、微粒子センサ２２の捕集部材３０における一定以上のＰＭ堆積の有無を判別してＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断することができ、そして、ＰＭ漏れが生じていると判定される時は、排気ガス浄化装置１４を搭載する車両の運転者などにそのＰＭ漏れを知らせることが可能である。
【００５９】
また、本実施形態においては、演算部２６がＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断するのに、配線２８ａ，２８ｂを介して入力される２つの電極３２，３４に生じる電位を比較することが必要であるが、微粒子センサ２２は捕集部材３０上に異なる種類の電極３２，３４を有するため、演算部２６が上記の電位比較を行ううえで微粒子センサ２２の２つの電極３２，３４にバッテリなどから電源供給を行うことは不要である。このため、微粒子測定装置１０の構成を簡素なものとすることができる。また、演算部２６が検出する電極３２，３４間の電位差は微量であるため、周辺機器などの外部ノイズの影響を受け易くなるが、本実施形態においては、ＰＭ漏れの診断をバッテリ電圧などの周辺機器を用いることなく行うことができるので、バッテリ電圧の変動や周辺機器による外部ノイズなどの影響を低減することができ、その結果として、ＰＭ漏れの診断を精度よく行うことができる。
【００６０】
従って、本実施形態の微粒子測定装置１０によれば、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを簡素な構成でかつ精度よく診断することが可能である。
【００６１】
また、本実施形態の微粒子センサ２２の構造において、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側を流れる排気ガスは、図３に示す如く、排気ライン１６上の捕集部材３０が配置された部位を通過する際に、まず、円柱状の捕集部材３０の上流側表面に当接する。そしてその当接後、捕集部材３０の両側に分岐されてその円周面に沿って流れ、捕集部材３０の下流側へ至る。捕集部材３０の形状では、表面上における排気ガスのよどみ点が捕集部材３０の軸方向に沿って直線をなす。
【００６２】
尚、「よどみ点」とは、流体内に置かれた物体の表面に存在し、流れの中の流速がゼロとなる点のことであり、また流線が分岐する点のことである。また、排気ガスが分岐する点付近における排気ガスの流速は、捕集部材３０周辺における排気ガスの流速に比べて遅くなる。このため、排気ガスが捕集部材３０の両側に分岐されて円周面に沿って流れる際に、排気ガス中に含まれるＰＭは捕集部材３０の表面上に堆積し易くなる。
【００６３】
ＰＭを捕集する捕集部材が平板状に形成された構造（対比構造）では、排気ガスはその捕集部材を避けるように流れるため、捕集部材の表面に排気ガス中のＰＭを効果的に捕集することは困難である。これに対して、本実施形態の如くＰＭを捕集する捕集部材３０が円柱状に形成された構造によれば、排気ガスの流れを妨げることなく、捕集部材３０の表面に排気ガス中のＰＭを効果的に捕集することが可能となる。
【００６４】
また、かかる微粒子センサ２２の構造によれば、排気ガスの流れを制御する専用の部品（例えば、ポンプ又は分流構造体など）を用いることなく、捕集部材３０の先端側表面に効率的にＰＭを捕集することができる。このため、微粒子センサ２２の簡素化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。従って、本実施形態の微粒子検出装置１０によれば、微粒子センサ２２の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能となる。
【００６５】
尚、本実施形態において、演算部２６は、上記の如く微粒子センサ２２から配線２８ａ，２８ｂを介して入力される電極３２，３４間の電位差を検出する際、ヒータ３６へ配線３８を介して電源供給を行ってヒータ３６を作動させることとしてもよい。微粒子センサ２２の先端側は、排気ライン１６内に晒されるので、微粒子センサ２２の後端側に比べて高温となるが、ヒータ３６が作動されると、その微粒子センサ２２の先端側が更に高温となる。このため、ヒータ３６の作動により、微粒子センサ２２の先端側にある電極３２，３４の先端側とその電極３２，３４の後端側とで発生させる温度差をより大きくすることができ、両電極３２，３４に発生するゼーベック効果による熱起電力の差をより大きくすることができる。従って、かかる構成によれば、ヒータ３６により微粒子センサ２２の先端側を昇温させることで、ＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れの診断精度を向上させることが可能である。
【００６６】
また、ヒータ３６の作動により、微粒子センサ２２を加熱（例えば、１００℃〜５００℃）することにより、排気ガス中に含まれる水分を除去することができるため、微粒子センサ２２の電極３２，３４間での結露を防止することができる。電極３２，３４間の結露が防止されれば、電極３２，３４間の電位差がその結露に起因して誤って検出される事態は生じない。従って、上記の構成によれば、ヒータ３６により微粒子センサ２２の先端側を加熱することで、ＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れの診断精度を向上させることが可能である。
【００６７】
また、本実施形態において、演算部２６は、ＤＰＦ２０下流側へＰＭ漏れが生じたと判定した場合、その後、ヒータ３６へ配線３８を介して電源供給を行ってヒータ３６を作動させる。ヒータ３６が作動されると、微粒子センサ２２の先端側が加熱（例えば、６００℃程度）されるので、その微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭを燃焼させることができ、そのＰＭを除去することができる。従って、本実施形態によれば、ヒータ３６により微粒子センサ２２の先端側を加熱させることで、その微粒子センサ２２の先端側に堆積したＰＭを燃焼除去することができるため、微粒子センサ２２を繰り返し利用することが可能である。
【００６８】
ところで、上記の実施形態においては、ヒータ３６が特許請求の範囲に記載した「加熱手段」に、演算部２６が電極３２，３４の後端側の間に生じる電位差に基づいてＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断することが特許請求の範囲に記載した「検知手段」に、それぞれ相当している。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形又は変更が可能である。
【００７０】
例えば、上記の実施形態においては、排気ガス中のＰＭを捕集する捕集部材３０を円柱形状に形成することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、捕集部材３０として排気ガスの流れに対向する部位が弧状に形成されていればよく、捕集部材３０を、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状に形成することとしてもよい。また、捕集部材３０の断面形状を真円状に形成することに限らず、楕円状に形成することとしてもよい。これらの変形例においても、排気ガスの流れを妨げることはなく、排気ガス中のＰＭを捕集部材３０に捕集し易くなっており、これにより、微粒子センサ２２の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能である。
【００７１】
図５に、本発明の一変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサの斜視図を示す。また、図６に、図５に示す微粒子センサの上面図を示す。捕集部材３０の外面が弧状に形成されていることに限らず、図５に示す如く、捕集部材３０が三角柱や四角柱などの多角柱形状に形成されていてもよい。但し、捕集部材３０が多角柱形状に形成される場合は、その捕集部材３０の一つの角部（具体的には、軸方向から見て１８０°未満となる角部）を排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置することが好ましい。かかる構成によれば、上記の実施形態と同様に、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側を流れる排気ガスは、図６に示す如く、排気ライン１６上の捕集部材３０が配置された部位を通過する際に、まず、多角柱状の捕集部材３０の上流側表面に当接し、そして、捕集部材３０の両側に分岐されてその外面に沿って流れ、捕集部材３０の下流側へ至る。この場合、捕集部材３０の表面上における排気ガスのよどみ点は、多角柱状の捕集部材３０の角部に沿って直線をなす。このため、かかる変形例の構造においても、排気ガスの流れを妨げることはなく、排気ガス中のＰＭを捕集部材３０に捕集し易くなっており、これにより、微粒子センサ２２の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能である。
【００７２】
また、上記の実施形態においては、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを診断するうえで、捕集部材３０に２つの電極３２，３４が配設され、演算部２６が、２つの電極３２，３４の後端側の間に生じる、電極３２，３４の先端側と後端側との間の温度差に基づく電位差を検出する熱起電力方式の微粒子センサ２２を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示す如きいわゆる抵抗方式の微粒子センサ１００を用いることとしてもよい。
【００７３】
図７に、本発明の変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサ１００の構成図を示す。尚、図７に示す微粒子センサ１００おいて、上記図２に示す微粒子センサ２２の構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【００７４】
微粒子センサ１００は、捕集部材３０を有している。捕集部材３０の表面には、２つの電極１０２，１０４が配設されている。電極１０２，１０４は、例えばニッケル又は白金などの金属により構成されている。電極１０２，１０４はそれぞれ、捕集部材３０の軸方向に略平行に延びる支持部１０２ａ，１０４ａと、その支持部１０２ａ，１０４ａから周方向に延びる櫛歯部１０２ｂ，１０４ｂと、からなる。電極１０２の櫛歯部１０２ｂと電極１０４の櫛歯部１０４ｂとは、互いに所定距離だけ離間しており、捕集部材３０の軸方向において対向するように配置されている。尚、電極１０２の櫛歯部１０２ｂと電極１０４の櫛歯部１０４ｂとの離間距離は、捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積した場合に互いに導通し得る程度の距離に設定されていればよい。
【００７５】
電極１０２，１０４は、排気ライン１６内に晒されている。捕集部材３０において、電極１０２，１０４は、排気ライン１６内における排気ガスの流れに対して直交する面側に設けられている。電極１０２，１０４の櫛歯部１０２ａ，１０４ａが対向する面部位は、排気ライン１６内における排気ガスの流れ方向に向いた法線を有している。すなわち、電極１０２，１０４の櫛歯部１０２ａ，１０４ａは、排気ライン１６内において正面から排気ガスが当接するように配置されている。
【００７６】
電極１０２，１０４は、排気ガス中のＰＭが捕集部材３０に捕集されていないときは電気的に絶縁される一方、排気ガス中のＰＭが捕集部材３０に捕集されているときは電気的に導通される。電極１０２，１０４にはそれぞれ、配線２８を介して上記の演算部２６が接続されている。
【００７７】
捕集部材３０には、電熱ヒータなどのヒータ３６が内蔵されている。ヒータ３６には、配線３８を介して演算部２６が電気的に接続されている。ヒータ３６は、演算部２６から配線３８を介して電力が供給されることにより捕集部材３０（特に、ＰＭが捕集される電極１０２，１０４が配設された面）を温めることが可能である。ヒータ３６は、捕集部材３０を温めることにより、捕集部材３０に捕集されたＰＭを燃焼除去する機能、及び、排気ガス中に含まれる水分を除去する機能を有している。
【００７８】
次に、図８を用いて、本変形例である微粒子検出装置の動作について説明する。図８に、本変形例の微粒子検出装置において演算部２６が実行する微粒子を検出する手順の一例のフローチャートを示す。
【００７９】
排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出さない場合は、微粒子センサ１００の捕集部材３０に排気ガス中のＰＭは堆積しない。捕集部材３０に排気ガス中のＰＭが堆積していない場合は、２つの電極１０２，１０４同士がＰＭを介してショートする事態は生じない。２つの電極１０２，１０４同士がショートしていない場合は、２つの電極１０２，１０４間の電気抵抗は極めて大きい。
【００８０】
一方、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出す場合は、微粒子センサ１００の捕集部材３０に徐々に排気ガス中のＰＭが堆積する。捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積すると、２つの電極１０２，１０４同士がその堆積したＰＭを介してショートする。２つの電極１０２，１０４同士がＰＭを介してショートする場合は、２つの電極１０２，１０４間でＰＭを介して電流が流れ得るので、２つの電極１０２，１０４間の電気抵抗は極めて小さい。
【００８１】
従って、捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積する前と堆積した後とで、電極１０２，１０４間において大きな電気抵抗変化（具体的には、電気抵抗減少）が生じる。このため、電極１０２，１０４間に一定の所定電圧が印加される場合は、捕集部材３０へのＰＭ堆積前とＰＭ堆積後とで、電極１０２，１０４間に流れる電流値に、電極１０２，１０４間の電気抵抗の変化量に応じた変化が生じる。
【００８２】
本変形例の微粒子検出装置において、演算部２６は、２つの電極１０２，１０４間に一定の所定電圧を印加する（ステップ２００）。そして、かかる一定電圧の印加状態で、２つの電極１０２，１０４間に流れる電流値に時間的な変化（具体的には、増加）が生じるか否かを判別する（ステップ２０２）。
【００８３】
演算部２６は、上記の処理の結果、２つの電極１０２，１０４間の電流値に変化が生じていないと判別した場合は、両電極１０２，１０４間の電気抵抗に変化が生じていないとして、捕集部材３０にＰＭが堆積していないと判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出していないと判定する（ステップ２０４）。一方、上記の処理の結果、２つの電極１０２，１０４間の電流値に変化が生じていると判別した場合は、両電極１０２，１０４間の電気抵抗に変化が生じているとして、捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積していると判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したと判定する（ステップ２０６）。演算部２６は、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れが生じていることを判定すると、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等を行う。
【００８４】
このように、本変形例においては、微粒子センサ１００の捕集部材３０の表面における一定以上のＰＭ堆積の有無を判別してＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断することができる。そして、ＰＭ漏れが生じていると判定される時は、排気ガス浄化装置１４を搭載する車両の運転者などにそのＰＭ漏れを知らせることが可能である。
【００８５】
また、本変形例においては、演算部２６がＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断するうえで、ＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したＰＭを捕集する捕集部材３０を有する微粒子センサ１００が用いられる。捕集部材３０は、円柱状に形成されており、排気ライン１６内における排気ガスの流れに対して直交する方向に延びている。そして、捕集部材３０の表面に設けられた電極１０２，１０４の櫛歯部１０２ａ，１０４ａは、排気ライン１６内において正面から排気ガスが当接するように配置されている。
【００８６】
また、かかる微粒子センサ１００の構造によれば、排気ガスの流れを制御する専用の部品（例えば、ポンプ又は分流構造体等）を配置することなく、捕集部材３０に排ガス中のＰＭを捕集することができる。このため、微粒子センサ１００の簡素化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。従って、本変形例の微粒子検出装置によれば、微粒子センサ１００の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能となる。
【００８７】
また、上記の実施形態においては、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを診断するうえで、いわゆる熱起電力方式の微粒子センサ２２を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、いわゆる燃焼方式の微粒子センサを用いることとしてもよい。
【００８８】
捕集部材３０の表面に捕集されるＰＭが燃焼されると、燃焼されたＰＭに応じた発熱が生じる。この発熱量（温度上昇度合い）は、燃焼されたＰＭの量に比例するので、捕集部材３０の表面に捕集されているＰＭの量が多いほど大きくなる。そこで、かかる変形例において、微粒子センサは、捕集部材３０と、捕集部材３０に内蔵されたヒータ３６と、ＰＭが捕集される捕集部材３０の周辺などの温度を測定する温度計と、を有する。演算部は、所定のタイミングで、ヒータ３６へ配線３８を介して電源供給を行ってヒータ３６の作動を開始すると共に、ヒータ３６の作動直前における温度計の出力に基づく温度（作動前温度）を検出する。そして、演算部は、ヒータ３６の作動を所定時間継続した後、温度計の出力に基づく温度（作動後温度）を検出することで、作動後温度と作動前温度との差を検出する。演算部は、その検出した作動後温度と作動前温度との差に基づいて、予め定められたデータを参照して、捕集部材３０に捕集されていたＰＭの量を推定することで、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを診断する。
【００８９】
このように、本変形例においては、捕集部材３０に捕集されるＰＭを燃焼させることにより、捕集部材３０に捕集されるＰＭの量を測定することができる。
【００９０】
更に、上記の実施形態は、排気ライン１６内のＤＰＦ２０の下流側に微粒子センサ２２を配設して、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを判定する排気ガス浄化装置１４のシステムであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示す如く、排気ライン１６内のＤＰＦ２０の上流側に微粒子センサ２２を配設して、ＤＰＦ２０にＰＭが堆積したことを判定し或いは排気ライン１６に流れる排気ガス中のＰＭの濃度を測定する排気ガス浄化装置のシステムに適用することができる。かかる変形例においても、上記した実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 微粒子検出装置
１４ 排気ガス浄化装置
１６ 排気ライン
２０ ＤＰＦ
２２，１００ 微粒子センサ
２６ 演算部
３０ 捕集部材
３２，３４，１０２，１０４ 電極
３６ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子検出装置に係り、特に排気ガス中に含まれる微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中に含まれる微粒子の堆積が生じたことを検知する微粒子検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンから排出されるＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ）を捕捉するのに、多孔質セラミックより構成される微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）を用いた排気ガス浄化装置が知られている。このような排気ガス浄化装置においては、ディーゼルエンジンの継続的な使用に伴って徐々にＤＰＦにＰＭが堆積する。このため、ディーゼルエンジン側から大気へＰＭが放出されるのを防止することができ、排気ガスを浄化することが可能である。
【０００３】
ＤＰＦの使用中に、ＤＰＦにクラック等が生ずると、ＤＰＦ下流側の排気ラインへＰＭが漏れ出す。ＤＰＦへのクラック等を防止する方策としては、適切なタイミングでＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させて酸化除去することが有効である。そこで、ＤＰＦへのＰＭ堆積量を測定してそのＰＭの燃焼タイミングを適切なものとするために、ＤＰＦ上流側の排気ライン上に微粒子センサを設けることが考えられる。また、ＤＰＦ下流側の排気ラインへのＰＭ漏れが生じたか否かを判別する方策としては、ＤＰＦ下流側の排気ライン上に微粒子センサを設けることが考えられる。
【０００４】
このような微粒子センサとしては、排気ライン上にＰＭを捕集する捕集部材を設け、その捕集部材に対となる電極を配設することで、ＤＰＦへのＰＭ堆積量の推定又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れの診断を、電極間のＰＭ捕集に伴うショートに起因した抵抗変化に基づいて行う抵抗方式のセンサ（例えば、特許文献１及び２参照）などが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１２３７５７号公報
【特許文献２】特表２００８−５１２６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１及び２には、ＰＭを捕集する捕集部材を平板状に形成し、その平板状の捕集部材をその平板面が排気ガスの流れに対して直交するように管状の排気ライン内に配置して排気ガスに晒すことが記載されている。しかし、このように管状の排気ライン内に平板状の捕集部材を配置する従来の構成では、排気ガスが排気ライン内で平板状の捕集部材が配設された部位を上流側から下流側へ通過する際に、その平板状の捕集部材を避けるような排気ガスの流れが発生する。このため、捕集部材の前面中央付近において、捕集部材に排気ガスに含まれるＰＭを効率的に捕集することが困難となる。尚、平板状の捕集部材にＰＭを効率的に捕集するうえで、排気ガスの流れを制御する部品を導入することが考えられるが、かかる構成では、装置の複雑化及び高コスト化を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、捕集部材へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能な微粒子検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の微粒子検出装置は、排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、前記捕集部材に捕集される前記微粒子に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、を備える。
【０００９】
尚、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスとの接触部分において排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状であることが好ましい。
【００１１】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状であることが好ましい。
【００１２】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設され、先端側が排気ガスとの接触部分に晒された互いに種類の異なる対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極の後端側に生じる電位差に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００１３】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設された対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極間の抵抗変化に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００１４】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を加熱する加熱手段を備え、前記捕集部材に捕集される前記微粒子は、前記検知手段による検知が行われる前に、前記加熱手段により加熱されることが好ましい。
【００１５】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を燃焼する燃焼手段を備え、前記検知手段は、前記燃焼手段により前記捕集部材に捕集される前記微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００１６】
更に、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、捕集部材への微粒子の捕集を簡素な構成で効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である微粒子検出装置を備えるシステムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である微粒子検出装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図３】図２に示す微粒子センサの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態である微粒子検出装置において実行される微粒子を検出する手順の一例のフローチャートである。
【図５】本発明の一変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサの斜視図である。
【図６】図５に示す微粒子センサの上面図である。
【図７】本発明の一変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサの斜視図である。
【図８】本発明の一変形例である微粒子検出装置において実行される微粒子を検出する手順の一例のフローチャートである。
【図９】本発明の一変形例である微粒子検出装置を備えるシステムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態の微粒子検出装置は、排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、前記捕集部材に捕集される前記微粒子に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、を備える微粒子検出装置である。
【００２０】
本実施形態の微粒子検出装置において、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、捕集部材の両側に分岐される。かかる構成によれば、捕集部材により排気ガスの流れが妨げられないため、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。また、かかる捕集部材の構造によれば、捕集部材に微粒子を効率的に捕集することができるため、排気ガスの流れを制御する専用の部品（例えば、ポンプや分流構造体等）を配置することなく微粒子を捕集することができ、その結果として、装置の簡素化及び低コスト化が図られる。
【００２１】
尚、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスとの接触部分において排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されていることが好ましい。
【００２２】
本実施形態の微粒子検出装置において、微粒子を捕集する捕集部材は、捕集部材上における排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されている。この場合、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、流れを妨げられることなく分岐されるので、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。
【００２３】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状であることが好ましい。
【００２４】
本実施形態の微粒子検出装置において、微粒子を捕集する捕集部材は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状に形成されている。この場合、捕集部材の円弧部位が排気ガスとの接触部分となるので、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、流れを妨げられることなく分岐される。従って、かかる構造によれば、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。
【００２５】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の前記形状は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状であることが好ましい。
【００２６】
本実施形態の微粒子検出装置において、微粒子を捕集する捕集部材は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状に形成されている。この場合、排気ガスは、排気ライン上の捕集部材が配置された部位を通過する際に、流れを妨げられることなく二等分されて分岐されるので、排気ガス中の微粒子が捕集部材に捕集され易くなる。
【００２７】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設され、先端側が排気ガスとの接触部分に設けられた、種類の異なる金属により構成された対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極の後端側の間に生じる電位差に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００２８】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材の表面上に配設された種類の異なる金属により構成された対となる電極の先端側は、排気ガスとの接触部分に設けられている。この場合、電極の先端側は排気ガスに温められるので、電極の先端側と後端側とで温度差が発生することで、電極の先端側と後端側とで温度差に応じた熱起電力が発生する。対となる電極は種類の異なる金属により構成されるので、上記した熱起電力は、電極ごとに異なるものとなる。捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積すると、その堆積した微粒子を介して先端側で種類の異なる金属による電極同士がショートする。このため、捕集部材に微粒子が堆積した場合、種類の異なる金属による電極の後端側の間に上記の温度差に基づく電位差が発生する。一方、捕集部材に微粒子が堆積していない場合は、種類の異なる金属による電極同士がショートしないので、種類の異なる金属による電極の後端側の間で電位差が定まらない。
【００２９】
そのため、この微粒子検出装置においては、種類の異なる金属による対となる電極の後端側の間に生じる電位差に基づいて、排気ガス中の微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中の微粒子の堆積が生じたことが検知される。かかる構成においては、微粒子の漏れ又は微粒子の堆積を検知するうえで、種類の異なる金属による電極にバッテリなどから電源供給を行うことは不要である。従って、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積を簡易な構成で精度良く検知することができる。
【００３０】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材の表面上に配設された対となる電極を備え、前記検知手段は、前記対となる電極間の抵抗変化に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００３１】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積していない場合は、種類の異なる金属による電極同士がショートしない一方、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積すると、その堆積した微粒子を介して種類の異なる金属による電極同士がショートする。このため、捕集部材に微粒子が堆積していない状況から堆積する状況へ移行すると、種類の異なる金属による電極間の抵抗が変化する。
【００３２】
この微粒子検出装置においては、種類の異なる金属による対となる電極間の抵抗変化に基づいて、排気ガス中の微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中の微粒子の堆積が生じたことが検知される。従って、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積を精度良く検知することができる。
【００３３】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を加熱する加熱手段を備え、前記捕集部材に捕集される前記微粒子は、前記検知手段による検知が行われる前に、前記加熱手段により加熱されることが好ましい。
【００３４】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材に捕集された微粒子が加熱手段により加熱されると、その微粒子に付着し或いはその微粒子の周囲に存在する水分が除去される。このため、捕集部材に捕集された微粒子が、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積の検知前に加熱されれば、捕集部材に配設された対となる電極間の結露を防止することができると共に、微粒子の漏れ又は微粒子の堆積の検知精度を向上させることができる。
【００３５】
また、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材に捕集される前記微粒子を燃焼する燃焼手段を備え、前記検知手段は、前記燃焼手段により前記捕集部材に捕集される前記微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することが好ましい。
【００３６】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積していない場合は、捕集部材に捕集される微粒子が燃焼手段により燃焼されても、その燃焼の前後であまり大きな温度変化は生じない。一方、捕集部材に排気ガス中の微粒子が堆積している場合は、捕集部材に捕集される微粒子が燃焼手段により燃焼されると、その燃焼の前後で大きな温度変化が生じる。
【００３７】
この微粒子検出装置においては、燃焼手段により捕集部材に捕集される微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、排気ガス中の微粒子の漏れが生じたこと又は排気ガス中の微粒子の堆積が生じたことが検知される。従って、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中の微粒子の堆積を精度良く検知することができる。
【００３８】
更に、上記した微粒子検出装置において、前記捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されていることが好ましい。
【００３９】
本実施形態の微粒子検出装置において、捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されているので、排気管での微粒子の漏れ又は微粒子の堆積を検知することができる。
【００４０】
以下、図面を用いて、本発明に係る微粒子検出装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００４１】
図１に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０を備えるシステムの全体構成図を示す。本実施形態のシステムは、内燃機関１２から大気へ排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置１４に適用されるシステムである。
【００４２】
図１に示す如く、排気ガス浄化装置１４は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）１２に接続する排気ライン１６上に設けられた、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１８及び主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）２０を備えている。ＤＯＣ１８は、内燃機関１２から排出される排気ガス中に含まれる酸化され易い一酸化炭素及び炭化水素などを除去するための触媒である。また、ＤＰＦ２０は、内燃機関１２から排出される排気ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕捉可能なフィルタである。排気ガス浄化装置１４は、ＤＰＦ２０の使用中にＤＰＦ２０に故障が発生し、所定以上の量のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出した場合に、この故障を検出して、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等を行う機能を有している。
【００４３】
排気ガス浄化装置１４は、ＤＰＦ２０の故障を検出するための微粒子検出装置１０を備えている。微粒子検出装置１０は、排気ガス浄化用センサとしての微粒子センサ２２を備えている。微粒子センサ２２は、排気ライン１６内のＤＰＦ２０の下流側に晒されるように配設されている。微粒子センサ２２は、排気ライン１６上でＤＰＦ２０の下流側に漏れ出したＰＭの量に応じて信号を出力することができる。
【００４４】
排気ガス浄化装置１４は、マイクロコンピュータを主体に構成される演算部２６を備えている。演算部２６には、微粒子センサ２２が配線２８を介して電気的に接続されている。微粒子センサ２２の出力は、配線２８を介して演算部２６に送られる。演算部２６は、微粒子センサ２２の出力信号に基づいて排気ライン１６上で微粒子センサ２２にＰＭが堆積したか否かを判別し、その判別結果に基づいて所定以上の量のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したか否かを判別することができる。そして、ＤＰＦ２０からＰＭが漏れていると判別した場合に運転者又は使用者にアラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等により警告を行う。
【００４５】
図２に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。また、図３に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０が備える微粒子センサ２２の断面図を示す。尚、図３には、図２に示す微粒子センサ２２をIII−IIIで切断した際の断面図を示す。
【００４６】
微粒子センサ２２は、排気ライン１６内のＤＰＦ２０下流側に流れる排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する捕集部材３０を有している。捕集部材３０は、円柱状に形成された絶縁基材（例えばセラミック基材など）からなる。捕集部材３０は、排気ライン１６に取り付け固定されている。捕集部材３０は、排気ライン１６内における排気ガスの流れに対して直交する方向に延びている。捕集部材３０は排気ライン１６を塞いでおらず、捕集部材３０の外壁と排気ライン１６の内壁との間には排気ガスが流れ得る空間が形成されている。
【００４７】
微粒子センサ２２は、その先端側が排気ライン１６内に晒され、かつ、その後端側が排気ライン１６外に位置するように設置されている。すなわち、捕集部材３０は、その先端側が排気ライン１６内に晒され、かつ、その後端側が排気ライン１６外に位置するように設置されている。微粒子センサ２２の捕集部材３０の先端側には、排気ガス中に含まれるＰＭが堆積し得る（図２において破線で示す領域）。
【００４８】
捕集部材３０の表面には、２つの電極３２，３４が配設されている。２つの電極３２，３４は、捕集部材３０の表面上に捕集部材３０の軸に沿って平行に設けられている。２つの電極３２，３４は、排気ガス中のＰＭが堆積していないときは電気的に絶縁されている。２つの電極３２，３４は、排気ライン１６中における排気ガスの流れに対して直交する面側に設けられている。
【００４９】
２つの電極３２，３４は、異なる種類の金属（例えば、ニッケルと白金等）により構成されており、捕集部材３０の表面に厚膜プロセス（例えばペースト印刷及び焼成）又は薄膜プロセス（例えばスパッタ等）などにより形成されている。２つの電極３２，３４の先端側は排気ライン１６内に晒されており、また、電極３２，３４の後端側は排気ライン１６外に位置している。電極３２の後端側には配線２８ａの一端が、また、電極３４の後端側には配線２８ｂの一端が、それぞれ接続されている。配線２８ａ，２８ｂの他端はそれぞれ、演算部２６に接続されている。
【００５０】
捕集部材３０には、電熱ヒータなどのヒータ３６が内蔵されている。ヒータ３６には、配線３８を介して演算部２６が電気的に接続されている。ヒータ３６は、演算部２６から配線３８を介して電力が供給されることにより捕集部材３０の先端側（特に、ＰＭが捕集される電極３２，３４が配設された面）を温めることが可能である。ヒータ３６は、捕集部材３０の先端側を温めることにより、捕集部材３０の先端側表面に捕集されたＰＭを燃焼除去する機能、及び、排気ガス中に含まれる水分を除去する機能を有している。
【００５１】
次に、図４を用いて、本実施形態の微粒子検出装置１０の動作について説明する。図４に、本発明の一実施形態である微粒子検出装置１０において演算部２６が実行するＰＭを検出する手順の一例のフローチャートを示す。
【００５２】
本実施形態において、排気ガスは高温（例えば２００℃〜５００℃）であるので、微粒子センサ２２の先端側はその排気ガスにより温められ、その微粒子センサ２２の先端側と後端側とで温度差が発生する（ステップ１００）。この場合、捕集部材３０上の２つの電極３２，３４において、先端側と後端側とでゼーベック効果によりその温度差に応じた熱起電力が発生する。これら２つの電極３２，３４は互いに種類の異なる金属により構成されるので、電極３２に発生する熱起電力と電極３４に発生する熱起電力と、は互いに異なるものとなる。尚、「ゼーベック効果」とは、物体の温度差が電圧に変換される現象のことをいう。
【００５３】
排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出さない場合は、微粒子センサ２２の捕集部材３０の先端側表面に排気ガス中のＰＭは堆積しない。捕集部材３０の先端側表面（すなわち微粒子センサ２２の先端側表面）に排気ガス中のＰＭが堆積していない場合は、２つの電極３２，３４同士が捕集部材３０の先端側でＰＭを介してショートする事態は生じない。２つの電極３２，３４同士が捕集部材３０の先端側でショートしていない場合は、２つの電極３２，３４間に電流が流れないので、２つの電極３２，３４間で電位差自体が定まらない。
【００５４】
一方、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出す場合は、微粒子センサ２２の捕集部材３０の先端側表面に徐々に排気ガス中のＰＭが堆積する。捕集部材３０の先端側表面に所定量以上のＰＭが堆積すると、２つの電極３２，３４同士が捕集部材３０の先端側でその堆積したＰＭを介してショートする。２つの電極３２，３４同士がショートする場合は、２つの電極３２，３４間でＰＭを介して電流が流れ得るので、捕集部材３０の後端側（すなわち微粒子センサ２２の後端側）で電極３２，３４間に、先端側と後端側との温度差（すなわち、熱起電力の差）に基づく電位差が発生する。
【００５５】
本実施形態において、演算部２６は、微粒子センサ２２から配線２８ａ，２８ｂを介して入力される電極３２の後端側の電位及び電極３４の後端側の電位を検出すると共に、その検出した両電位に基づいて、捕集部材３０の後端側で２つの電極３２，３４間に生じる電位差を検出する。
【００５６】
演算部２６は、その検出した電極３２，３４間の電位差が定まらず、電極３２，３４間に所定電位差が発生していないと判定する場合（すなわち、電極３２，３４間に生じる電位差を検出することができない場合；ステップ１０２における否定判定時）は、捕集部材３０の先端側表面にＰＭが堆積していないと判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出していないと判定する（ステップ１０４）。
【００５７】
また、演算部２６は、上記の検出した電極３２，３４間の電位差が所定電位差となり、電極３２，３４間に所定電位差が発生すると判定する場合（すなわち、電極３２，３４間に生じる電位差を検出することができた場合；ステップ１０２における肯定判定時）は、捕集部材３０の先端側表面に所定量以上のＰＭが堆積していると判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したと判定する（ステップ１０６）。演算部２６は、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れが生じていることを判定すると、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等を行う。
【００５８】
このように、本実施形態においては、微粒子センサ２２の捕集部材３０における一定以上のＰＭ堆積の有無を判別してＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断することができ、そして、ＰＭ漏れが生じていると判定される時は、排気ガス浄化装置１４を搭載する車両の運転者などにそのＰＭ漏れを知らせることが可能である。
【００５９】
また、本実施形態においては、演算部２６がＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断するのに、配線２８ａ，２８ｂを介して入力される２つの電極３２，３４に生じる電位を比較することが必要であるが、微粒子センサ２２は捕集部材３０上に異なる種類の電極３２，３４を有するため、演算部２６が上記の電位比較を行ううえで微粒子センサ２２の２つの電極３２，３４にバッテリなどから電源供給を行うことは不要である。このため、微粒子測定装置１０の構成を簡素なものとすることができる。また、演算部２６が検出する電極３２，３４間の電位差は微量であるため、周辺機器などの外部ノイズの影響を受け易くなるが、本実施形態においては、ＰＭ漏れの診断をバッテリ電圧などの周辺機器を用いることなく行うことができるので、バッテリ電圧の変動や周辺機器による外部ノイズなどの影響を低減することができ、その結果として、ＰＭ漏れの診断を精度よく行うことができる。
【００６０】
従って、本実施形態の微粒子測定装置１０によれば、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを簡素な構成でかつ精度よく診断することが可能である。
【００６１】
また、本実施形態の微粒子センサ２２の構造において、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側を流れる排気ガスは、図３に示す如く、排気ライン１６上の捕集部材３０が配置された部位を通過する際に、まず、円柱状の捕集部材３０の上流側表面に当接する。そしてその当接後、捕集部材３０の両側に分岐されてその円周面に沿って流れ、捕集部材３０の下流側へ至る。捕集部材３０の形状では、表面上における排気ガスのよどみ点が捕集部材３０の軸方向に沿って直線をなす。
【００６２】
尚、「よどみ点」とは、流体内に置かれた物体の表面に存在し、流れの中の流速がゼロとなる点のことであり、また流線が分岐する点のことである。また、排気ガスが分岐する点付近における排気ガスの流速は、捕集部材３０周辺における排気ガスの流速に比べて遅くなる。このため、排気ガスが捕集部材３０の両側に分岐されて円周面に沿って流れる際に、排気ガス中に含まれるＰＭは捕集部材３０の表面上に堆積し易くなる。
【００６３】
ＰＭを捕集する捕集部材が平板状に形成された構造（対比構造）では、排気ガスはその捕集部材を避けるように流れるため、捕集部材の表面に排気ガス中のＰＭを効果的に捕集することは困難である。これに対して、本実施形態の如くＰＭを捕集する捕集部材３０が円柱状に形成された構造によれば、排気ガスの流れを妨げることなく、捕集部材３０の表面に排気ガス中のＰＭを効果的に捕集することが可能となる。
【００６４】
また、かかる微粒子センサ２２の構造によれば、排気ガスの流れを制御する専用の部品（例えば、ポンプ又は分流構造体など）を用いることなく、捕集部材３０の先端側表面に効率的にＰＭを捕集することができる。このため、微粒子センサ２２の簡素化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。従って、本実施形態の微粒子検出装置１０によれば、微粒子センサ２２の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能となる。
【００６５】
尚、本実施形態において、演算部２６は、上記の如く微粒子センサ２２から配線２８ａ，２８ｂを介して入力される電極３２，３４間の電位差を検出する際、ヒータ３６へ配線３８を介して電源供給を行ってヒータ３６を作動させることとしてもよい。微粒子センサ２２の先端側は、排気ライン１６内に晒されるので、微粒子センサ２２の後端側に比べて高温となるが、ヒータ３６が作動されると、その微粒子センサ２２の先端側が更に高温となる。このため、ヒータ３６の作動により、微粒子センサ２２の先端側にある電極３２，３４の先端側とその電極３２，３４の後端側とで発生させる温度差をより大きくすることができ、両電極３２，３４に発生するゼーベック効果による熱起電力の差をより大きくすることができる。従って、かかる構成によれば、ヒータ３６により微粒子センサ２２の先端側を昇温させることで、ＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れの診断精度を向上させることが可能である。
【００６６】
また、ヒータ３６の作動により、微粒子センサ２２を加熱（例えば、１００℃〜５００℃）することにより、排気ガス中に含まれる水分を除去することができるため、微粒子センサ２２の電極３２，３４間での結露を防止することができる。電極３２，３４間の結露が防止されれば、電極３２，３４間の電位差がその結露に起因して誤って検出される事態は生じない。従って、上記の構成によれば、ヒータ３６により微粒子センサ２２の先端側を加熱することで、ＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れの診断精度を向上させることが可能である。
【００６７】
また、本実施形態において、演算部２６は、ＤＰＦ２０下流側へＰＭ漏れが生じたと判定した場合、その後、ヒータ３６へ配線３８を介して電源供給を行ってヒータ３６を作動させる。ヒータ３６が作動されると、微粒子センサ２２の先端側が加熱（例えば、６００℃程度）されるので、その微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭを燃焼させることができ、そのＰＭを除去することができる。従って、本実施形態によれば、ヒータ３６により微粒子センサ２２の先端側を加熱させることで、その微粒子センサ２２の先端側に堆積したＰＭを燃焼除去することができるため、微粒子センサ２２を繰り返し利用することが可能である。
【００６８】
ところで、上記の実施形態においては、ヒータ３６が特許請求の範囲に記載した「加熱手段」に、演算部２６が電極３２，３４の後端側の間に生じる電位差に基づいてＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断することが特許請求の範囲に記載した「検知手段」に、それぞれ相当している。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形又は変更が可能である。
【００７０】
例えば、上記の実施形態においては、排気ガス中のＰＭを捕集する捕集部材３０を円柱形状に形成することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、捕集部材３０として排気ガスの流れに対向する部位が弧状に形成されていればよく、捕集部材３０を、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状に形成することとしてもよい。また、捕集部材３０の断面形状を真円状に形成することに限らず、楕円状に形成することとしてもよい。これらの変形例においても、排気ガスの流れを妨げることはなく、排気ガス中のＰＭを捕集部材３０に捕集し易くなっており、これにより、微粒子センサ２２の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能である。
【００７１】
図５に、本発明の一変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサの斜視図を示す。また、図６に、図５に示す微粒子センサの上面図を示す。捕集部材３０の外面が弧状に形成されていることに限らず、図５に示す如く、捕集部材３０が三角柱や四角柱などの多角柱形状に形成されていてもよい。但し、捕集部材３０が多角柱形状に形成される場合は、その捕集部材３０の一つの角部（具体的には、軸方向から見て１８０°未満となる角部）を排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置することが好ましい。かかる構成によれば、上記の実施形態と同様に、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側を流れる排気ガスは、図６に示す如く、排気ライン１６上の捕集部材３０が配置された部位を通過する際に、まず、多角柱状の捕集部材３０の上流側表面に当接し、そして、捕集部材３０の両側に分岐されてその外面に沿って流れ、捕集部材３０の下流側へ至る。この場合、捕集部材３０の表面上における排気ガスのよどみ点は、多角柱状の捕集部材３０の角部に沿って直線をなす。このため、かかる変形例の構造においても、排気ガスの流れを妨げることはなく、排気ガス中のＰＭを捕集部材３０に捕集し易くなっており、これにより、微粒子センサ２２の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能である。
【００７２】
また、上記の実施形態においては、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを診断するうえで、捕集部材３０に２つの電極３２，３４が配設され、演算部２６が、２つの電極３２，３４の後端側の間に生じる、電極３２，３４の先端側と後端側との間の温度差に基づく電位差を検出する熱起電力方式の微粒子センサ２２を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示す如きいわゆる抵抗方式の微粒子センサ１００を用いることとしてもよい。
【００７３】
図７に、本発明の変形例である微粒子検出装置が備える微粒子センサ１００の構成図を示す。尚、図７に示す微粒子センサ１００おいて、上記図２に示す微粒子センサ２２の構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【００７４】
微粒子センサ１００は、捕集部材３０を有している。捕集部材３０の表面には、２つの電極１０２，１０４が配設されている。電極１０２，１０４は、例えばニッケル又は白金などの金属により構成されている。電極１０２，１０４はそれぞれ、捕集部材３０の軸方向に略平行に延びる支持部１０２ａ，１０４ａと、その支持部１０２ａ，１０４ａから周方向に延びる櫛歯部１０２ｂ，１０４ｂと、からなる。電極１０２の櫛歯部１０２ｂと電極１０４の櫛歯部１０４ｂとは、互いに所定距離だけ離間しており、捕集部材３０の軸方向において対向するように配置されている。尚、電極１０２の櫛歯部１０２ｂと電極１０４の櫛歯部１０４ｂとの離間距離は、捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積した場合に互いに導通し得る程度の距離に設定されていればよい。
【００７５】
電極１０２，１０４は、排気ライン１６内に晒されている。捕集部材３０において、電極１０２，１０４は、排気ライン１６内における排気ガスの流れに対して直交する面側に設けられている。電極１０２，１０４の櫛歯部１０２ａ，１０４ａが対向する面部位は、排気ライン１６内における排気ガスの流れ方向に向いた法線を有している。すなわち、電極１０２，１０４の櫛歯部１０２ａ，１０４ａは、排気ライン１６内において正面から排気ガスが当接するように配置されている。
【００７６】
電極１０２，１０４は、排気ガス中のＰＭが捕集部材３０に捕集されていないときは電気的に絶縁される一方、排気ガス中のＰＭが捕集部材３０に捕集されているときは電気的に導通される。電極１０２，１０４にはそれぞれ、配線２８を介して上記の演算部２６が接続されている。
【００７７】
捕集部材３０には、電熱ヒータなどのヒータ３６が内蔵されている。ヒータ３６には、配線３８を介して演算部２６が電気的に接続されている。ヒータ３６は、演算部２６から配線３８を介して電力が供給されることにより捕集部材３０（特に、ＰＭが捕集される電極１０２，１０４が配設された面）を温めることが可能である。ヒータ３６は、捕集部材３０を温めることにより、捕集部材３０に捕集されたＰＭを燃焼除去する機能、及び、排気ガス中に含まれる水分を除去する機能を有している。
【００７８】
次に、図８を用いて、本変形例である微粒子検出装置の動作について説明する。図８に、本変形例の微粒子検出装置において演算部２６が実行する微粒子を検出する手順の一例のフローチャートを示す。
【００７９】
排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出さない場合は、微粒子センサ１００の捕集部材３０に排気ガス中のＰＭは堆積しない。捕集部材３０に排気ガス中のＰＭが堆積していない場合は、２つの電極１０２，１０４同士がＰＭを介してショートする事態は生じない。２つの電極１０２，１０４同士がショートしていない場合は、２つの電極１０２，１０４間の電気抵抗は極めて大きい。
【００８０】
一方、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出す場合は、微粒子センサ１００の捕集部材３０に徐々に排気ガス中のＰＭが堆積する。捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積すると、２つの電極１０２，１０４同士がその堆積したＰＭを介してショートする。２つの電極１０２，１０４同士がＰＭを介してショートする場合は、２つの電極１０２，１０４間でＰＭを介して電流が流れ得るので、２つの電極１０２，１０４間の電気抵抗は極めて小さい。
【００８１】
従って、捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積する前と堆積した後とで、電極１０２，１０４間において大きな電気抵抗変化（具体的には、電気抵抗減少）が生じる。このため、電極１０２，１０４間に一定の所定電圧が印加される場合は、捕集部材３０へのＰＭ堆積前とＰＭ堆積後とで、電極１０２，１０４間に流れる電流値に、電極１０２，１０４間の電気抵抗の変化量に応じた変化が生じる。
【００８２】
本変形例の微粒子検出装置において、演算部２６は、２つの電極１０２，１０４間に一定の所定電圧を印加する（ステップ２００）。そして、かかる一定電圧の印加状態で、２つの電極１０２，１０４間に流れる電流値に時間的な変化（具体的には、増加）が生じるか否かを判別する（ステップ２０２）。
【００８３】
演算部２６は、上記の処理の結果、２つの電極１０２，１０４間の電流値に変化が生じていないと判別した場合は、両電極１０２，１０４間の電気抵抗に変化が生じていないとして、捕集部材３０にＰＭが堆積していないと判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出していないと判定する（ステップ２０４）。一方、上記の処理の結果、２つの電極１０２，１０４間の電流値に変化が生じていると判別した場合は、両電極１０２，１０４間の電気抵抗に変化が生じているとして、捕集部材３０に所定量以上のＰＭが堆積していると判定し、所定量以上のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したと判定する（ステップ２０６）。演算部２６は、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れが生じていることを判定すると、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等を行う。
【００８４】
このように、本変形例においては、微粒子センサ１００の捕集部材３０の表面における一定以上のＰＭ堆積の有無を判別してＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断することができる。そして、ＰＭ漏れが生じていると判定される時は、排気ガス浄化装置１４を搭載する車両の運転者などにそのＰＭ漏れを知らせることが可能である。
【００８５】
また、本変形例においては、演算部２６がＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断するうえで、ＤＰＦ２０下流側へ漏れ出したＰＭを捕集する捕集部材３０を有する微粒子センサ１００が用いられる。捕集部材３０は、円柱状に形成されており、排気ライン１６内における排気ガスの流れに対して直交する方向に延びている。そして、捕集部材３０の表面に設けられた電極１０２，１０４の櫛歯部１０２ａ，１０４ａは、排気ライン１６内において正面から排気ガスが当接するように配置されている。
【００８６】
また、かかる微粒子センサ１００の構造によれば、排気ガスの流れを制御する専用の部品（例えば、ポンプ又は分流構造体等）を配置することなく、捕集部材３０に排ガス中のＰＭを捕集することができる。このため、微粒子センサ１００の簡素化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。従って、本変形例の微粒子検出装置によれば、微粒子センサ１００の捕集部材３０へのＰＭの捕集を簡素な構成で効率的に行うことが可能となる。
【００８７】
また、上記の実施形態においては、排気ライン１６上においてＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを診断するうえで、いわゆる熱起電力方式の微粒子センサ２２を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、いわゆる燃焼方式の微粒子センサを用いることとしてもよい。
【００８８】
捕集部材３０の表面に捕集されるＰＭが燃焼されると、燃焼されたＰＭに応じた発熱が生じる。この発熱量（温度上昇度合い）は、燃焼されたＰＭの量に比例するので、捕集部材３０の表面に捕集されているＰＭの量が多いほど大きくなる。そこで、かかる変形例において、微粒子センサは、捕集部材３０と、捕集部材３０に内蔵されたヒータ３６と、ＰＭが捕集される捕集部材３０の周辺などの温度を測定する温度計と、を有する。演算部は、所定のタイミングで、ヒータ３６へ配線３８を介して電源供給を行ってヒータ３６の作動を開始すると共に、ヒータ３６の作動直前における温度計の出力に基づく温度（作動前温度）を検出する。そして、演算部は、ヒータ３６の作動を所定時間継続した後、温度計の出力に基づく温度（作動後温度）を検出することで、作動後温度と作動前温度との差を検出する。演算部は、その検出した作動後温度と作動前温度との差に基づいて、予め定められたデータを参照して、捕集部材３０に捕集されていたＰＭの量を推定することで、排気ライン１６のＤＰＦ２０下流側へ所定量以上のＰＭが漏れ出したか否かを診断する。
【００８９】
このように、本変形例においては、捕集部材３０に捕集されるＰＭを燃焼させることにより、捕集部材３０に捕集されるＰＭの量を測定することができる。
【００９０】
更に、上記の実施形態は、排気ライン１６内のＤＰＦ２０の下流側に微粒子センサ２２を配設して、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを判定する排気ガス浄化装置１４のシステムであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示す如く、排気ライン１６内のＤＰＦ２０の上流側に微粒子センサ２２を配設して、ＤＰＦ２０にＰＭが堆積したことを判定し或いは排気ライン１６に流れる排気ガス中のＰＭの濃度を測定する排気ガス浄化装置のシステムに適用することができる。かかる変形例においても、上記した実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 微粒子検出装置
１４ 排気ガス浄化装置
１６ 排気ライン
２０ ＤＰＦ
２２，１００ 微粒子センサ
２６ 演算部
３０ 捕集部材
３２，３４，１０２，１０４ 電極
３６ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、
前記捕集部材に捕集される前記微粒子に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、
を備えることを特徴とする微粒子検出装置。
【請求項２】
前記捕集部材は、排気ガスとの接触部分において排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の微粒子検出装置。
【請求項３】
前記捕集部材の前記形状は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子検出装置。
【請求項４】
前記捕集部材の前記形状は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子検出装置。
【請求項５】
前記捕集部材の表面上に配設され、先端側が排気ガスとの接触部分に設けられた、種類の異なる金属により構成された対となる電極を備え、
前記検知手段は、前記対となる電極の後端側の間に生じる電位差に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項６】
前記捕集部材の表面上に配設された対となる電極を備え、
前記検知手段は、前記対となる電極間の抵抗変化に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項７】
前記捕集部材に捕集される前記微粒子を加熱する加熱手段を備え、
前記捕集部材に捕集される前記微粒子は、前記検知手段による検知が行われる前に、前記加熱手段により加熱されることを特徴とする請求項５又は６に記載された微粒子検出装置。
【請求項８】
前記捕集部材に捕集される前記微粒子を燃焼する燃焼手段を備え、
前記検知手段は、前記燃焼手段により前記捕集部材に捕集される前記微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項９】
前記捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項１】
排気ガスに晒され、排気ガスとの接触部分において排気ガスを分岐させる形状に形成され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する捕集部材と、
前記捕集部材に捕集される前記微粒子に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知する検知手段と、
を備えることを特徴とする微粒子検出装置。
【請求項２】
前記捕集部材は、排気ガスとの接触部分において排気ガスのよどみ点が直線をなすような形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の微粒子検出装置。
【請求項３】
前記捕集部材の前記形状は、円柱形状、又は、半円部が排気ガスの流れに対向するように配置された半円柱形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子検出装置。
【請求項４】
前記捕集部材の前記形状は、一つの角部が排気ガスが二等分されて分岐される向きに配置された多角柱形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子検出装置。
【請求項５】
前記捕集部材の表面上に配設され、先端側が排気ガスとの接触部分に設けられた、種類の異なる金属により構成された対となる電極を備え、
前記検知手段は、前記対となる電極の後端側の間に生じる電位差に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項６】
前記捕集部材の表面上に配設された対となる電極を備え、
前記検知手段は、前記対となる電極間の抵抗変化に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項７】
前記捕集部材に捕集される前記微粒子を加熱する加熱手段を備え、
前記捕集部材に捕集される前記微粒子は、前記検知手段による検知が行われる前に、前記加熱手段により加熱されることを特徴とする請求項５又は６に記載された微粒子検出装置。
【請求項８】
前記捕集部材に捕集される前記微粒子を燃焼する燃焼手段を備え、
前記検知手段は、前記燃焼手段により前記捕集部材に捕集される前記微粒子が燃焼されるときに生じる温度変化量に基づいて、前記微粒子の漏れが生じたこと又は前記微粒子の堆積が生じたことを検知することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【請求項９】
前記捕集部材は、排気ガスを外部に放出する排気管上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載された微粒子検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２７７０２（Ｐ２０１２−１２７７０２Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７４７０（Ｐ２０１０−２７７４７０）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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