微粒子測定装置
【課題】本発明は、微粒子測定装置に係り、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することにある。
【解決手段】絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、微粒子センサの後端側で異なる種類の金属層間に生じる、微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、を設ける。
【解決手段】絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、微粒子センサの後端側で異なる種類の金属層間に生じる、微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子測定装置に係り、特に内燃機関の排気ラインなどに流れる排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する微粒子測定装置に関する。
【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）を用いた排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置においては、ＤＰＦにディーゼルエンジンの継続的な使用に伴って徐々に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上流側に接続し、内燃機関から排出された排気ガスの一部をサンプルガスとして取り入れる副排気ラインを設け、その副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下流側に接続し、ＤＰＦ下流側に流通した排気ガスの一部をサンプルガスとして取り入れる副排気ラインを設け、その副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、（１）ＰＭが堆積する検査用フィルタを設け、その検査用フィルタ前後の圧力損失の変化に基づいてＤＰＦへのＰＭ堆積量を推定し又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れを診断する差圧方式のセンサ（例えば、特許文献１参照）、（２）電極を内蔵しＰＭが堆積する多孔体を設け、電極のショートに伴う抵抗変化に基づいてＤＰＦへのＰＭ堆積量を推定し又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れを診断する抵抗方式のセンサ（例えば、特許文献２参照）、又は（３）副排気ラインに光を照射する光照射部及び光を受光する光受光部を設け、光照射部から光受光部へ透過する光の量を測定してＤＰＦへのＰＭ堆積量を推定し又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れを診断する光方式のセンサ（例えば、特許文献３参照）、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２００８−１０１６０２号公報
【特許文献２】特開２００８−５１２６６１号公報
【特許文献３】特開２００７−１７８３６９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、（１）差圧方式の微粒子センサでは、検査用フィルタ、圧力センサ、ＰＭ燃焼（再生）用ヒータなどの複雑かつ高価なシステムを用いることが必要であるため、信頼性の確保が難しくまた故障時における保守に多くの手間や時間が費やされると考えられる。また、（２）抵抗方式の微粒子センサでは、ＰＭの電気的な抵抗が大きいため、検出する電流が微電流となる。また、電極間の抵抗変化を検出するために電源を含めた検出システムを用いることが必要であるため、バッテリ電圧を用いる必要があるが、微電流を検出する場合、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受け易くなり、更には、排気ガス中に含まれる水分及びＰＭの温度の影響も受け易くなるため、精度の高い検出が難しくなると考えられる。更に、（３）光方式の微粒子センサでは、長期間の使用に伴って光照射部や光受光部がＰＭにより汚れてしまうと、以後、正確な測定が不可能となってしまうと考えられる。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することが可能な微粒子測定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、本発明の微粒子測定装置は、絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、前記微粒子センサの後端側で前記異なる種類の金属層間に生じる、前記微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、前記電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、を備える。
【０００９】
尚、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層同士は、前記微粒子センサの先端側に一定量以上の前記微粒子が堆積した場合に該堆積した微粒子を介して該微粒子センサの先端側で導通し、前記測定手段は、前記電位差検出手段により検出される前記電位差が所定電位差となる場合、一定量以上の前記微粒子の漏れが生じた又は一定量以上の前記微粒子が堆積したと判定することが好ましい。
【００１０】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、前記微粒子センサの先端側表面は、排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止すべく被覆されていることが好ましい。
【００１１】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材は、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成され、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなる構造を有し、前記異なる種類の金属層は、排気ガスの流れ方向に対して対称位置にある両段差のうちの一方の表面に配設される第一種類の金属層と、前記両段差のうちの他方の表面に配設される第二種類の金属層と、からなり、前記測定手段は、前記電位差検出手段による、前記微粒子センサの後端側で前記第一種類の金属層と前記第二種類の金属層との間に生じる前記温度差に基づく電位差の検出結果に基づいて、前記微粒子の漏れ量又は前記微粒子の堆積量を測定することが好ましい。
【００１２】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材の段差は、排気ガスとの接触部分において凸状又は凹状に形成されていることとしてもよいし、また、前記絶縁基材の段差は、階段状に形成されていることとしてもよい。
【００１３】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層の先端側に配設され、該異なる種類の金属層の先端側と後端側とで温度差を発生させるために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００１４】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサの先端側に配設され、該微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去するために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００１５】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、円柱状又は円筒状に形成されていることが好ましい。
【００１６】
更に、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、内燃機関の排気ライン上に、先端側が該排気ライン内に晒されかつ後端側が該排気ライン外に位置するように設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することができる。
【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測定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測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態である微粒子測定装置において微粒子を検知する手法を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態である微粒子測定装置において実行される微粒子を測定するルーチンの一例のフローチャートである。
【図５】本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図６】本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図７】図６に示す微粒子センサを用いて微粒子を検知する手法を説明するための図である。
【図８】本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図９】図８に示す微粒子センサを用いて微粒子を検知する手法を説明するための図である。
【図１０】本発明の変形例である微粒子測定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測定装置は、絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、前記微粒子センサの後端側で前記異なる種類の金属層間に生じる、前記微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、前記電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、を備える微粒子測定装置である。
【００２０】
この態様の発明において、微粒子センサは、絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒されている。微粒子センサの先端側は排気ガスにより温められるので、微粒子センサの先端側と後端側とで温度差が発生することで、絶縁基材表面上の異なる種類の金属層に、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。この熱起電力は、異なる種類の金属層ごとに異なる。微粒子センサの先端側に排気ガス中に含まれる微粒子が堆積すると、その堆積した微粒子を介して異なる種類の金属層同士がショートする。このため、微粒子センサの先端側に微粒子が堆積した場合、微粒子センサの後端側で異なる種類の金属層間に上記の温度差に基づく電位差が発生する。一方、微粒子センサの先端側に微粒子が堆積しない場合は、異なる種類の金属層同士がショートしないので、異なる種類の金属層間で電位差が定まらない。
【００２１】
本発明においては、微粒子センサの後端側で異なる種類の金属層間に生じる温度差に基づく電位差が検出され、その検出された電位差に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量が測定される。従って、本発明によれば、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することができる。
【００２２】
尚、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層同士は、前記微粒子センサの先端側に一定量以上の前記微粒子が堆積した場合に該堆積した微粒子を介して該微粒子センサの先端側で導通し、前記測定手段は、前記電位差検出手段により検出される前記電位差が所定電位差となる場合、一定量以上の前記微粒子の漏れが生じた又は一定量以上の前記微粒子が堆積したと判定することが好ましい。
【００２３】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、前記微粒子センサの先端側表面は、排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止すべく被覆されていることが好ましい。
【００２４】
この態様の発明において、異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、微粒子センサの先端側表面が被覆されることで、微粒子センサの先端側における排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止することができる。
【００２５】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材は、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成され、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなる構造を有し、前記異なる種類の金属層は、排気ガスの流れ方向に対して対称位置にある両段差のうちの一方の表面に配設される第一種類の金属層と、前記両段差のうちの他方の表面に配設される第二種類の金属層と、からなり、前記測定手段は、前記電位差検出手段による、前記微粒子センサの後端側で前記第一種類の金属層と前記第二種類の金属層との間に生じる前記温度差に基づく電位差の検出結果に基づいて、前記微粒子の漏れ量又は前記微粒子の堆積量を測定することが好ましい。
【００２６】
この態様の発明において、微粒子センサの、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成された絶縁基材は、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなるように形成される。かかる構造においては、微粒子センサの先端側に堆積する微粒子が増える過程で、微粒子で埋もれる段差が中央の段差から外側の段差へ順番に移行し、微粒子で埋もれる段差の数が徐々に増えていく。このため、本発明によれば、排気ガス中に含まれる微粒子が一定量以上漏れたか否かだけでなく、その漏れの量を段階的に測定することができ、或いは、微粒子の堆積量が一定量以上であるか否かだけでなく、その堆積量を段階的に測定することができる。
【００２７】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材の段差は、排気ガスとの接触部分において凸状又は凹状に形成されていることとしてもよいし、また、前記絶縁基材の段差は、階段状に形成されていることとしてもよい。
【００２８】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層の先端側に配設され、該異なる種類の金属層の先端側と後端側とで温度差を発生させるために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００２９】
この態様の発明において、金属層の先端側に設けられたヒータによる加熱を行うことにより、金属層の先端側と後端側との温度差を大きくすることができる。このため、本発明によれば、微粒子の漏れの診断精度を向上させることができる。
【００３０】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサの先端側に配設され、該微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去するために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００３１】
この態様の発明において、微粒子センサの先端側に設けられたヒータによる加熱を行うことにより、微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去することができる。更に、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、微粒子センサの金属間の結露を防止することができる。このため、本発明によれば、微粒子の漏れの診断精度を向上させることができる。
【００３２】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、円柱状又は円筒状に形成されていることが好ましい。
【００３３】
更に、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、内燃機関の排気ライン上に、先端側が該排気ライン内に晒されかつ後端側が該排気ライン外に位置するように設置されることが好ましい。
【００３４】
以下、図面を用いて、本発明に係る微粒子測定装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置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浄化装置１４に適用されるシステムである。
【００３６】
図１に示す如く、排気浄化装置１４は、内燃機関（特にディーゼルエンジンに適する。）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ことができる装置である。
【００３７】
排気浄化装置１４は、ＤＰＦ２０の故障を検出するための微粒子測定装置１０を備えている。微粒子測定装置１０は、排気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、先端側が排気ライン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。
【００３８】
排気浄化装置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の先端側に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。
【００３９】
図２は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。尚、図２（Ａ）には微粒子センサ２２の断面図を、また、図２（Ｂ）には微粒子センサ２２の側面図を、それぞれ示す。微粒子センサ２２は、円柱状又は円筒状に形成された絶縁基材であるセラミック基材３０を有している。セラミック基材３０は、排気ライン１６に取り付け固定されている。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。微粒子センサ２２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）。
【００４０】
微粒子センサ２２は、セラミック基材３０上に異なる種類の金属層３２，３４を有する。セラミック基材３０の表面上には、２つの金属層３２，３４がセラミック基材３０の軸に沿って平行に設けられている。２つの金属層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つの金属層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。
【００４１】
２つの金属層３２，３４は、異なる種類の金属（例えば、ニッケルと白金など）により構成されており、セラミック基材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）などにより形成されている。２つの金属層３２，３４の先端側は排気ライン１６内に晒されており、また、２つの金属層３２，３４の後端側は排気ライン１６外に位置している。金属層３２の後端側には配線２８ａの一端が、また、金属層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。
【００４２】
セラミック基材３０には、ヒータ３６が内蔵されている。ヒータ３６は、微粒子センサ２２の先端側に配設された電熱ヒータである。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微粒子センサ２２の先端側（特に、金属層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、微粒子センサ２２の先端側を温めることにより、金属層３２，３４の先端側と後端側とで温度差を発生させる機能、微粒子センサ２２の先端側に堆積した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。
【００４３】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態の微粒子測定装置１０の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０においてＰＭを検知する手法を説明するための図を示す。また、図４は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０において演算部２６が実行する微粒子測定ルーチンの一例のフローチャートを示す。
【００４４】
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、セラミック基材３０上の２つの金属層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つの金属層３２，３４は互いに種類の異なる金属により構成されるので、金属層３２に発生する熱起電力と金属層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。
【００４５】
ＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出さない場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に排気ガス中のＰＭは堆積しない。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つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でショートする事態は生じない。２つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でショートしていない場合は、２つの金属層３２，３４間で電流が流れないので、２つの金属層３２，３４間で電位差自体が定まらない。
【００４６】
一方、ＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出す場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に徐々に排気ガス中のＰＭが堆積する。微粒子センサ２２の先端側表面に所定以上の量のＰＭが堆積すると、２つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でその堆積したＰＭを介してショートする。２つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でショートする場合は、２つの金属層３２，３４間でＰＭを介して電流（図３に矢印で示す）が流れ得るので、微粒子センサ２２の後端側で金属層３２と金属層３４との間に、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。
【００４７】
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金属層３２の後端側の電位及び金属層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、微粒子センサ２２の後端側で２つの金属層３２，３４間に生じる電位差を検出する。
【００４８】
演算部２６は、その検出した金属層３２，３４間の電位差が定まらず、金属層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、金属層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、微粒子センサ２２の先端側表面にＰＭが堆積していないと判定し、所定以上の量のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出していないと判定する（ステップ１０４）。
【００４９】
また、演算部２６は、上記の検出した金属層３２，３４間の電位差が所定電位差となり、金属層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、金属層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、微粒子センサ２２の先端側表面に所定以上の量のＰＭが堆積していると判定し、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。
【００５０】
このように、本実施形態においては、微粒子センサ２２の先端側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、そして、ＰＭ漏れが生じていると判定される時は、排気浄化装置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。
【００５１】
また、本実施形態においては、ＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断するうえで、セラミック基材３０の表面に種類の異なる２つの金属層３２，３４を設けた微粒子センサ２２を用いているので、検査用フィルタ及び圧力センサを有する従来の差圧方式の微粒子センサとは異なり、複雑かつ高価なシステムを用いることは不要である。このため、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断するシステムを簡素かつ安価に構成することができ、これにより、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断するシステムに故障が発生した時などの保守に多くの手間や時間が費やされるのを抑制することができる。
【００５２】
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つの金属層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はセラミック基材３０上に異なる種類の金属層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つの金属層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と共に、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るため、ＰＭ漏れの診断を精度よく行うことができる。
【００５３】
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下流側へ所定以上の量の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。
【００５４】
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金属層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の先端側にある金属層３２，３４の先端側とその金属層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、両金属層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。
【００５５】
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の金属層３２，３４間での結露を防止することができる。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。
【００５６】
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。
【００５７】
ところで、上記の実施形態においては、セラミック基材３０が特許請求の範囲に記載した「絶縁基材」に、演算部２６が微粒子センサ２２の後端側で２つの金属層３２，３４間に生じる先端側と後端側との温度差に基づく電位差に基づいて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「測定手段」に、それぞれ相当している。
【００５８】
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・変更が可能である。
【００５９】
例えば、上記の実施形態においては、図２に示す如く、セラミック基材３０の表面上に２つの金属層３２，３４がセラミック基材３０の軸に沿って平行に設けられた微粒子センサ２２として、両金属層３２，３４が共にセラミック基材３０の先端から後端まで延び、かつ、排気ライン１６内に直接に晒されたものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６０】
図５は、本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。具体的には、排気ライン１６内に晒される微粒子センサ２２の先端側に位置する金属層３２，３４を排気ガスによる腐食又は高温による酸化から防止するため、図５に示す如く、その金属層３２，３４の微粒子センサ２２先端側表面を白金などの被覆材料５０により被覆することとしてもよい。例えば、排気ガスによる腐食及び高温による酸化が生じ易いニッケルからなる金属層３２の、微粒子センサ２２の先端側表面を、排気ガスによる腐食及び高温による酸化が生じ難い白金５０により被覆することとしてもよい。
【００６１】
かかる変形例によれば、微粒子センサ２２の先端側における排気ガスによる腐食及び高温による酸化を防止することができる。尚、かかる変形例において、金属層３２，３４の先端側が被覆材料５０により被覆された場合にも、その先端側が被覆された金属層３２，３４の先端側と後端側とで温度差が生じるので、その被覆がＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れの診断に影響を与えることがない。
【００６２】
また、上記の実施形態においては、微粒子センサ２２として、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、円柱状又は円筒状のセラミック基材３０の表面に金属層３２，３４が一つずつセラミック基材３０の軸に沿って平行に設けられているので、ＰＭ漏れを診断するうえで利用可能な閾値が一つだけに限定され、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭの量が所定以上であるか否かを判別することができるだけであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
図６は、本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。また、図７は、図６に示す微粒子センサ２２を用いてＰＭを検知する手法を説明するための図を示す。微粒子センサ２２として、図６に示す如く、円柱状又は円筒状のセラミック基材３０の、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に、セラミック基材３０の軸に沿って平行に延びる溝１００を設け、その溝１００に階段状の複数段（例えば３段など）の段差１０２を排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称的に形成し、対称位置にある一対の段差１０２の表面に異なる種類の金属層１０４，１０６を配設してもよい。かかる変形例の構造によれば、ＰＭ漏れを診断するうえで利用可能な閾値を複数設けることができ、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭの量を段階的に検知することができるようになる。
【００６４】
すなわち、セラミック基材３０に断面凹状に設けられた溝１００には、排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称的に段差１０２が複数段形成されている。各段差１０２は、溝１００に沿ってセラミック基材３０の軸に平行に延びている。尚、以下では、段差１０２が三段あるものとし、段差順を添え字１，２，３で表し、また、溝１００の中心を挟んで対称位置にある段差１０２を添え字ａ，ｂで表した場合、溝１００には、６つの段差１０２−１ａ，１０２−２ａ，１０２−３ａ，１０２−１ｂ，１０２−２ｂ，１０２−３ｂが存在することとなる。
【００６５】
段差１０２は、その排気ガスの流れ方向における高さが外側寄りの段差から中央寄りの段差にかけて徐々に低くなるように、すなわち、その排気ガスの流れ方向における高さが中央寄りの段差から外側寄りの段差にかけて徐々に高くなるように形成されている。すなわち、最も中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さをＴ１とし、次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さをＴ２とし、最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さをＴ３とすると、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係が成立する。
【００６６】
段差１０２の表面（排気ガスの流れに対する面）上にはそれぞれ、金属層１０４，１０６がセラミック基材３０の軸に沿って平行に配設されている。連続して接続する段差１０２には、同じ種類の金属層１０４，１０６が配設されると共に、排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称位置にある段差１０２には、異なる種類の金属層１０４，１０６が配設される。例えば、図６に示す如く、左側の段差１０２−１ａ，１０２−２ａ，１０２−３ａにはニッケルからなる金属層１０４が配設され、右側の段差１０２−１ｂ，１０２−２ｂ，１０２−３ｂには白金からなる金属層１０６が配設される。以下、段差１０２−１ａ，１０２−２ａ，１０２−３ａに配設される金属層１０４を１０４−１，１０４−２，１０４−３とし、段差１０２−１ｂ，１０２−２ｂ，１０２−３ｂに配設される金属層１０６を１０６−１，１０６−２，１０６−３とする。各金属層１０４，１０６は、ＰＭが堆積していないときは電気的に絶縁されている。
【００６７】
各金属層１０４，１０６の先端側は排気ライン１６内に晒されており、また、各金属層１０４，１０６の後端側は排気ライン１６外に位置している。各金属層１０４，１０６の後端側にはそれぞれ配線の一端が接続され、その配線の他端は演算部に接続されている。
【００６８】
かかる変形例の微粒子センサ２２の構造においては、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増える過程で、図７に示す如く、ＰＭで埋もれる段差１０２が「中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂ」→「次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂ」→「外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂ」へ順番に移行し、ＰＭで埋もれる段差１０２の数が徐々に増えていく。具体的には、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増加する過程で、まず、そのＰＭの量が中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さＴ１に相当する量に達すると、その中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂがＰＭで埋もれ、次に、そのＰＭの量が段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さＴ２に相当する量に達すると、その段差１０２−２ａ，１０２−２ｂがＰＭで埋もれ、そして、そのＰＭの量が最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さＴ３に相当する量に達すると、その最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂがＰＭで埋もれる。
【００６９】
このため、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増加する過程で、まず、段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの表面に配設された金属層１０４−１と金属層１０６−１とが先端側でＰＭを介して導通され、次に、段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの表面に配設された金属層１０４−２と金属層１０６−２とが先端側でＰＭを介して導通され、そして、段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの表面に配設された金属層１０４−３と金属層１０６−３とが先端側でＰＭを介して導通される。
【００７０】
演算部は、微粒子センサ２２の各金属層１０４−１，１０４−２，１０４−３，１０６−１，１０６−２，１０６−３から配線を介して入力される電位に基づいて、金属層１０４−１と１０６−１との電位差、金属層１０４−２と１０６−２との電位差、及び金属層１０４−３と１０６−３との電位差を検出する。
【００７１】
そして、その検出結果に基づいて、金属層１０４−１と１０６−１との間に所定電位差が生じていると判定する場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に第１所定量（中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さＴ１に相当する量）以上のＰＭが堆積していると判定し、その第１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。また、金属層１０４−２と１０６−２との間に所定電位差が生じていると判定する場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に第２所定量（段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さＴ２に相当する量）以上のＰＭが堆積していると判定し、その第２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。更に、金属層１０４−３と１０６−３との間に所定電位差が生じていると判定する場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に第３所定量（段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さＴ３に相当する量）以上のＰＭが堆積していると判定し、その第３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。
【００７２】
このように、本変形例によれば、微粒子センサ２２の先端側におけるＰＭの堆積量が一定量以上であるか否かだけでなく、その堆積量を段階的（例えば、第１所定量以上、第２所定量以上、及び第３所定量以上の３段階）に測定することができるので、排気ガス中に含まれるＰＭが一定量以上、ＤＰＦ２０下流側へ漏れたか否かだけでなく、そのＰＭ漏れの量を段階的に測定することができる。このため、本変形例によれば、上記した実施形態の効果を得ることができると共に、更に、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れの診断を段階的なものとすることができ、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等をＰＭの漏れ量に応じて段階的なものとすることが可能である。
【００７３】
尚、上記の変形例においては、微粒子センサ２２のセラミック基材３０に形成される段差１０２の断面形状を、図６及び図７に示す如く軸中心へ向けて窪んだ凹状としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７４】
図８は、本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。また、図９は、図８に示す微粒子センサ２２を用いてＰＭを検知する手法を説明するための図を示す。具体的には、微粒子センサ２２のセラミック基材３０に形成される段差１０２の断面形状を、図８及び図９に示す如く外周側へ向けて突起した凸状としてもよい。この構造においても、円筒状のセラミック基材３０の、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に、階段状の複数段（例えば３段など）の段差１０２を排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称的に形成し、対称位置にある一対の段差１０２の表面に異なる種類の金属層１０４，１０６を配設する。かかる変形例の構造によれば、ＰＭ漏れを診断するうえで利用可能な閾値を複数設けることができ、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭの量を段階的に検知することができる。
【００７５】
段差１０２は、それぞれセラミック基材３０の軸に平行に延びており、その排気ガスの流れ方向における高さが外側寄りの段差から中央寄りの段差にかけて徐々に低くなるように、すなわち、その排気ガスの流れ方向における高さが中央寄りの段差から外側寄りの段差にかけて徐々に高くなるように形成されている。すなわち、最も中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さをＴ１とし、次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さをＴ２とし、最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さをＴ３とすると、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係が成立する。
【００７６】
かかる構造においても、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増える過程で、ＰＭで埋もれる段差１０２が「中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂ」→「次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂ」→「外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂ」へ順番に移行し、ＰＭで埋もれる段差１０２の数が徐々に増えていくので、まず、金属層１０４−１と金属層１０６−１とが先端側でＰＭを介して導通され、次に、金属層１０４−２と金属層１０６−２とが先端側でＰＭを介して導通され、そして、金属層１０４−３と金属層１０６−３とが先端側でＰＭを介して導通される。従って、上記の変形例と同様に、微粒子センサ２２の先端側におけるＰＭの堆積量を段階的に測定することができ、ＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れの量を段階的に測定することができる。
【００７７】
更に、図１０は、本発明の変形例である微粒子測定装置を備えるシステムの全体構成図を示す。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１０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２００を配設して、ＤＰＦ２０に堆積するＰＭの量或いは排気ライン１６に流れる排気ガス中のＰＭの濃度を測定する排気浄化装置のシステムに適用することができる。
【００７８】
かかる変形例においても、微粒子センサ２０２の構造を図２や図５に示す微粒子センサ２２の構造と同様のものとすれば、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】
【００７９】
１０ 微粒子測定装置
１２ 内燃機関
１４ 排気浄化装置
１６ 排気ライン
２０ ＤＰＦ
２２，２００ 微粒子センサ
２６ 演算部
３０ セラミック基材
３２，３４ 金属層
３６ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子測定装置に係り、特に内燃機関の排気ラインなどに流れる排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する微粒子測定装置に関する。
【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）を用いた排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置においては、ＤＰＦにディーゼルエンジンの継続的な使用に伴って徐々に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上流側に接続し、内燃機関から排出された排気ガスの一部をサンプルガスとして取り入れる副排気ラインを設け、その副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下流側に接続し、ＤＰＦ下流側に流通した排気ガスの一部をサンプルガスとして取り入れる副排気ラインを設け、その副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、（１）ＰＭが堆積する検査用フィルタを設け、その検査用フィルタ前後の圧力損失の変化に基づいてＤＰＦへのＰＭ堆積量を推定し又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れを診断する差圧方式のセンサ（例えば、特許文献１参照）、（２）電極を内蔵しＰＭが堆積する多孔体を設け、電極のショートに伴う抵抗変化に基づいてＤＰＦへのＰＭ堆積量を推定し又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れを診断する抵抗方式のセンサ（例えば、特許文献２参照）、又は（３）副排気ラインに光を照射する光照射部及び光を受光する光受光部を設け、光照射部から光受光部へ透過する光の量を測定してＤＰＦへのＰＭ堆積量を推定し又はＤＰＦ下流側へのＰＭ漏れを診断する光方式のセンサ（例えば、特許文献３参照）、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２００８−１０１６０２号公報
【特許文献２】特開２００８−５１２６６１号公報
【特許文献３】特開２００７−１７８３６９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、（１）差圧方式の微粒子センサでは、検査用フィルタ、圧力センサ、ＰＭ燃焼（再生）用ヒータなどの複雑かつ高価なシステムを用いることが必要であるため、信頼性の確保が難しくまた故障時における保守に多くの手間や時間が費やされると考えられる。また、（２）抵抗方式の微粒子センサでは、ＰＭの電気的な抵抗が大きいため、検出する電流が微電流となる。また、電極間の抵抗変化を検出するために電源を含めた検出システムを用いることが必要であるため、バッテリ電圧を用いる必要があるが、微電流を検出する場合、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受け易くなり、更には、排気ガス中に含まれる水分及びＰＭの温度の影響も受け易くなるため、精度の高い検出が難しくなると考えられる。更に、（３）光方式の微粒子センサでは、長期間の使用に伴って光照射部や光受光部がＰＭにより汚れてしまうと、以後、正確な測定が不可能となってしまうと考えられる。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することが可能な微粒子測定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、本発明の微粒子測定装置は、絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、前記微粒子センサの後端側で前記異なる種類の金属層間に生じる、前記微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、前記電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、を備える。
【０００９】
尚、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層同士は、前記微粒子センサの先端側に一定量以上の前記微粒子が堆積した場合に該堆積した微粒子を介して該微粒子センサの先端側で導通し、前記測定手段は、前記電位差検出手段により検出される前記電位差が所定電位差となる場合、一定量以上の前記微粒子の漏れが生じた又は一定量以上の前記微粒子が堆積したと判定することが好ましい。
【００１０】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、前記微粒子センサの先端側表面は、排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止すべく被覆されていることが好ましい。
【００１１】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材は、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成され、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなる構造を有し、前記異なる種類の金属層は、排気ガスの流れ方向に対して対称位置にある両段差のうちの一方の表面に配設される第一種類の金属層と、前記両段差のうちの他方の表面に配設される第二種類の金属層と、からなり、前記測定手段は、前記電位差検出手段による、前記微粒子センサの後端側で前記第一種類の金属層と前記第二種類の金属層との間に生じる前記温度差に基づく電位差の検出結果に基づいて、前記微粒子の漏れ量又は前記微粒子の堆積量を測定することが好ましい。
【００１２】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材の段差は、排気ガスとの接触部分において凸状又は凹状に形成されていることとしてもよいし、また、前記絶縁基材の段差は、階段状に形成されていることとしてもよい。
【００１３】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層の先端側に配設され、該異なる種類の金属層の先端側と後端側とで温度差を発生させるために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００１４】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサの先端側に配設され、該微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去するために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００１５】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、円柱状又は円筒状に形成されていることが好ましい。
【００１６】
更に、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、内燃機関の排気ライン上に、先端側が該排気ライン内に晒されかつ後端側が該排気ライン外に位置するように設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することができる。
【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測定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測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態である微粒子測定装置において微粒子を検知する手法を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態である微粒子測定装置において実行される微粒子を測定するルーチンの一例のフローチャートである。
【図５】本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図６】本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図７】図６に示す微粒子センサを用いて微粒子を検知する手法を説明するための図である。
【図８】本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサの構成図である。
【図９】図８に示す微粒子センサを用いて微粒子を検知する手法を説明するための図である。
【図１０】本発明の変形例である微粒子測定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測定装置は、絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、前記微粒子センサの後端側で前記異なる種類の金属層間に生じる、前記微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、前記電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、を備える微粒子測定装置である。
【００２０】
この態様の発明において、微粒子センサは、絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒されている。微粒子センサの先端側は排気ガスにより温められるので、微粒子センサの先端側と後端側とで温度差が発生することで、絶縁基材表面上の異なる種類の金属層に、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。この熱起電力は、異なる種類の金属層ごとに異なる。微粒子センサの先端側に排気ガス中に含まれる微粒子が堆積すると、その堆積した微粒子を介して異なる種類の金属層同士がショートする。このため、微粒子センサの先端側に微粒子が堆積した場合、微粒子センサの後端側で異なる種類の金属層間に上記の温度差に基づく電位差が発生する。一方、微粒子センサの先端側に微粒子が堆積しない場合は、異なる種類の金属層同士がショートしないので、異なる種類の金属層間で電位差が定まらない。
【００２１】
本発明においては、微粒子センサの後端側で異なる種類の金属層間に生じる温度差に基づく電位差が検出され、その検出された電位差に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量が測定される。従って、本発明によれば、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を簡易な構成で精度よく測定することができる。
【００２２】
尚、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層同士は、前記微粒子センサの先端側に一定量以上の前記微粒子が堆積した場合に該堆積した微粒子を介して該微粒子センサの先端側で導通し、前記測定手段は、前記電位差検出手段により検出される前記電位差が所定電位差となる場合、一定量以上の前記微粒子の漏れが生じた又は一定量以上の前記微粒子が堆積したと判定することが好ましい。
【００２３】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、前記微粒子センサの先端側表面は、排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止すべく被覆されていることが好ましい。
【００２４】
この態様の発明において、異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、微粒子センサの先端側表面が被覆されることで、微粒子センサの先端側における排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止することができる。
【００２５】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材は、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成され、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなる構造を有し、前記異なる種類の金属層は、排気ガスの流れ方向に対して対称位置にある両段差のうちの一方の表面に配設される第一種類の金属層と、前記両段差のうちの他方の表面に配設される第二種類の金属層と、からなり、前記測定手段は、前記電位差検出手段による、前記微粒子センサの後端側で前記第一種類の金属層と前記第二種類の金属層との間に生じる前記温度差に基づく電位差の検出結果に基づいて、前記微粒子の漏れ量又は前記微粒子の堆積量を測定することが好ましい。
【００２６】
この態様の発明において、微粒子センサの、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成された絶縁基材は、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなるように形成される。かかる構造においては、微粒子センサの先端側に堆積する微粒子が増える過程で、微粒子で埋もれる段差が中央の段差から外側の段差へ順番に移行し、微粒子で埋もれる段差の数が徐々に増えていく。このため、本発明によれば、排気ガス中に含まれる微粒子が一定量以上漏れたか否かだけでなく、その漏れの量を段階的に測定することができ、或いは、微粒子の堆積量が一定量以上であるか否かだけでなく、その堆積量を段階的に測定することができる。
【００２７】
また、上記した微粒子測定装置において、前記絶縁基材の段差は、排気ガスとの接触部分において凸状又は凹状に形成されていることとしてもよいし、また、前記絶縁基材の段差は、階段状に形成されていることとしてもよい。
【００２８】
また、上記した微粒子測定装置において、前記異なる種類の金属層の先端側に配設され、該異なる種類の金属層の先端側と後端側とで温度差を発生させるために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００２９】
この態様の発明において、金属層の先端側に設けられたヒータによる加熱を行うことにより、金属層の先端側と後端側との温度差を大きくすることができる。このため、本発明によれば、微粒子の漏れの診断精度を向上させることができる。
【００３０】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサの先端側に配設され、該微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去するために用いられるヒータを備えることが好ましい。
【００３１】
この態様の発明において、微粒子センサの先端側に設けられたヒータによる加熱を行うことにより、微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去することができる。更に、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、微粒子センサの金属間の結露を防止することができる。このため、本発明によれば、微粒子の漏れの診断精度を向上させることができる。
【００３２】
また、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、円柱状又は円筒状に形成されていることが好ましい。
【００３３】
更に、上記した微粒子測定装置において、前記微粒子センサは、内燃機関の排気ライン上に、先端側が該排気ライン内に晒されかつ後端側が該排気ライン外に位置するように設置されることが好ましい。
【００３４】
以下、図面を用いて、本発明に係る微粒子測定装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置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浄化装置１４に適用されるシステムである。
【００３６】
図１に示す如く、排気浄化装置１４は、内燃機関（特にディーゼルエンジンに適する。）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ことができる装置である。
【００３７】
排気浄化装置１４は、ＤＰＦ２０の故障を検出するための微粒子測定装置１０を備えている。微粒子測定装置１０は、排気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、先端側が排気ライン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。
【００３８】
排気浄化装置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の先端側に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。
【００３９】
図２は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。尚、図２（Ａ）には微粒子センサ２２の断面図を、また、図２（Ｂ）には微粒子センサ２２の側面図を、それぞれ示す。微粒子センサ２２は、円柱状又は円筒状に形成された絶縁基材であるセラミック基材３０を有している。セラミック基材３０は、排気ライン１６に取り付け固定されている。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。微粒子センサ２２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）。
【００４０】
微粒子センサ２２は、セラミック基材３０上に異なる種類の金属層３２，３４を有する。セラミック基材３０の表面上には、２つの金属層３２，３４がセラミック基材３０の軸に沿って平行に設けられている。２つの金属層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つの金属層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。
【００４１】
２つの金属層３２，３４は、異なる種類の金属（例えば、ニッケルと白金など）により構成されており、セラミック基材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）などにより形成されている。２つの金属層３２，３４の先端側は排気ライン１６内に晒されており、また、２つの金属層３２，３４の後端側は排気ライン１６外に位置している。金属層３２の後端側には配線２８ａの一端が、また、金属層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。
【００４２】
セラミック基材３０には、ヒータ３６が内蔵されている。ヒータ３６は、微粒子センサ２２の先端側に配設された電熱ヒータである。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微粒子センサ２２の先端側（特に、金属層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、微粒子センサ２２の先端側を温めることにより、金属層３２，３４の先端側と後端側とで温度差を発生させる機能、微粒子センサ２２の先端側に堆積した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。
【００４３】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態の微粒子測定装置１０の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０においてＰＭを検知する手法を説明するための図を示す。また、図４は、本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０において演算部２６が実行する微粒子測定ルーチンの一例のフローチャートを示す。
【００４４】
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、セラミック基材３０上の２つの金属層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つの金属層３２，３４は互いに種類の異なる金属により構成されるので、金属層３２に発生する熱起電力と金属層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。
【００４５】
ＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出さない場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に排気ガス中のＰＭは堆積しない。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つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でショートする事態は生じない。２つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でショートしていない場合は、２つの金属層３２，３４間で電流が流れないので、２つの金属層３２，３４間で電位差自体が定まらない。
【００４６】
一方、ＤＰＦ２０下流側にＰＭが漏れ出す場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に徐々に排気ガス中のＰＭが堆積する。微粒子センサ２２の先端側表面に所定以上の量のＰＭが堆積すると、２つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でその堆積したＰＭを介してショートする。２つの金属層３２，３４同士が微粒子センサ２２の先端側でショートする場合は、２つの金属層３２，３４間でＰＭを介して電流（図３に矢印で示す）が流れ得るので、微粒子センサ２２の後端側で金属層３２と金属層３４との間に、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。
【００４７】
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金属層３２の後端側の電位及び金属層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、微粒子センサ２２の後端側で２つの金属層３２，３４間に生じる電位差を検出する。
【００４８】
演算部２６は、その検出した金属層３２，３４間の電位差が定まらず、金属層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、金属層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、微粒子センサ２２の先端側表面にＰＭが堆積していないと判定し、所定以上の量のＰＭが排気ライン１６上でＤＰＦ２０下流側へ漏れ出していないと判定する（ステップ１０４）。
【００４９】
また、演算部２６は、上記の検出した金属層３２，３４間の電位差が所定電位差となり、金属層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、金属層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、微粒子センサ２２の先端側表面に所定以上の量のＰＭが堆積していると判定し、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。
【００５０】
このように、本実施形態においては、微粒子センサ２２の先端側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、そして、ＰＭ漏れが生じていると判定される時は、排気浄化装置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。
【００５１】
また、本実施形態においては、ＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れを診断するうえで、セラミック基材３０の表面に種類の異なる２つの金属層３２，３４を設けた微粒子センサ２２を用いているので、検査用フィルタ及び圧力センサを有する従来の差圧方式の微粒子センサとは異なり、複雑かつ高価なシステムを用いることは不要である。このため、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断するシステムを簡素かつ安価に構成することができ、これにより、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れを診断するシステムに故障が発生した時などの保守に多くの手間や時間が費やされるのを抑制することができる。
【００５２】
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つの金属層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はセラミック基材３０上に異なる種類の金属層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つの金属層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と共に、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るため、ＰＭ漏れの診断を精度よく行うことができる。
【００５３】
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下流側へ所定以上の量の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。
【００５４】
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金属層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の先端側にある金属層３２，３４の先端側とその金属層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、両金属層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。
【００５５】
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の金属層３２，３４間での結露を防止することができる。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。
【００５６】
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。
【００５７】
ところで、上記の実施形態においては、セラミック基材３０が特許請求の範囲に記載した「絶縁基材」に、演算部２６が微粒子センサ２２の後端側で２つの金属層３２，３４間に生じる先端側と後端側との温度差に基づく電位差に基づいて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「測定手段」に、それぞれ相当している。
【００５８】
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・変更が可能である。
【００５９】
例えば、上記の実施形態においては、図２に示す如く、セラミック基材３０の表面上に２つの金属層３２，３４がセラミック基材３０の軸に沿って平行に設けられた微粒子センサ２２として、両金属層３２，３４が共にセラミック基材３０の先端から後端まで延び、かつ、排気ライン１６内に直接に晒されたものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６０】
図５は、本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。具体的には、排気ライン１６内に晒される微粒子センサ２２の先端側に位置する金属層３２，３４を排気ガスによる腐食又は高温による酸化から防止するため、図５に示す如く、その金属層３２，３４の微粒子センサ２２先端側表面を白金などの被覆材料５０により被覆することとしてもよい。例えば、排気ガスによる腐食及び高温による酸化が生じ易いニッケルからなる金属層３２の、微粒子センサ２２の先端側表面を、排気ガスによる腐食及び高温による酸化が生じ難い白金５０により被覆することとしてもよい。
【００６１】
かかる変形例によれば、微粒子センサ２２の先端側における排気ガスによる腐食及び高温による酸化を防止することができる。尚、かかる変形例において、金属層３２，３４の先端側が被覆材料５０により被覆された場合にも、その先端側が被覆された金属層３２，３４の先端側と後端側とで温度差が生じるので、その被覆がＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れの診断に影響を与えることがない。
【００６２】
また、上記の実施形態においては、微粒子センサ２２として、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、円柱状又は円筒状のセラミック基材３０の表面に金属層３２，３４が一つずつセラミック基材３０の軸に沿って平行に設けられているので、ＰＭ漏れを診断するうえで利用可能な閾値が一つだけに限定され、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭの量が所定以上であるか否かを判別することができるだけであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
図６は、本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。また、図７は、図６に示す微粒子センサ２２を用いてＰＭを検知する手法を説明するための図を示す。微粒子センサ２２として、図６に示す如く、円柱状又は円筒状のセラミック基材３０の、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に、セラミック基材３０の軸に沿って平行に延びる溝１００を設け、その溝１００に階段状の複数段（例えば３段など）の段差１０２を排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称的に形成し、対称位置にある一対の段差１０２の表面に異なる種類の金属層１０４，１０６を配設してもよい。かかる変形例の構造によれば、ＰＭ漏れを診断するうえで利用可能な閾値を複数設けることができ、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭの量を段階的に検知することができるようになる。
【００６４】
すなわち、セラミック基材３０に断面凹状に設けられた溝１００には、排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称的に段差１０２が複数段形成されている。各段差１０２は、溝１００に沿ってセラミック基材３０の軸に平行に延びている。尚、以下では、段差１０２が三段あるものとし、段差順を添え字１，２，３で表し、また、溝１００の中心を挟んで対称位置にある段差１０２を添え字ａ，ｂで表した場合、溝１００には、６つの段差１０２−１ａ，１０２−２ａ，１０２−３ａ，１０２−１ｂ，１０２−２ｂ，１０２−３ｂが存在することとなる。
【００６５】
段差１０２は、その排気ガスの流れ方向における高さが外側寄りの段差から中央寄りの段差にかけて徐々に低くなるように、すなわち、その排気ガスの流れ方向における高さが中央寄りの段差から外側寄りの段差にかけて徐々に高くなるように形成されている。すなわち、最も中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さをＴ１とし、次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さをＴ２とし、最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さをＴ３とすると、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係が成立する。
【００６６】
段差１０２の表面（排気ガスの流れに対する面）上にはそれぞれ、金属層１０４，１０６がセラミック基材３０の軸に沿って平行に配設されている。連続して接続する段差１０２には、同じ種類の金属層１０４，１０６が配設されると共に、排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称位置にある段差１０２には、異なる種類の金属層１０４，１０６が配設される。例えば、図６に示す如く、左側の段差１０２−１ａ，１０２−２ａ，１０２−３ａにはニッケルからなる金属層１０４が配設され、右側の段差１０２−１ｂ，１０２−２ｂ，１０２−３ｂには白金からなる金属層１０６が配設される。以下、段差１０２−１ａ，１０２−２ａ，１０２−３ａに配設される金属層１０４を１０４−１，１０４−２，１０４−３とし、段差１０２−１ｂ，１０２−２ｂ，１０２−３ｂに配設される金属層１０６を１０６−１，１０６−２，１０６−３とする。各金属層１０４，１０６は、ＰＭが堆積していないときは電気的に絶縁されている。
【００６７】
各金属層１０４，１０６の先端側は排気ライン１６内に晒されており、また、各金属層１０４，１０６の後端側は排気ライン１６外に位置している。各金属層１０４，１０６の後端側にはそれぞれ配線の一端が接続され、その配線の他端は演算部に接続されている。
【００６８】
かかる変形例の微粒子センサ２２の構造においては、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増える過程で、図７に示す如く、ＰＭで埋もれる段差１０２が「中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂ」→「次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂ」→「外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂ」へ順番に移行し、ＰＭで埋もれる段差１０２の数が徐々に増えていく。具体的には、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増加する過程で、まず、そのＰＭの量が中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さＴ１に相当する量に達すると、その中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂがＰＭで埋もれ、次に、そのＰＭの量が段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さＴ２に相当する量に達すると、その段差１０２−２ａ，１０２−２ｂがＰＭで埋もれ、そして、そのＰＭの量が最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さＴ３に相当する量に達すると、その最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂがＰＭで埋もれる。
【００６９】
このため、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増加する過程で、まず、段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの表面に配設された金属層１０４−１と金属層１０６−１とが先端側でＰＭを介して導通され、次に、段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの表面に配設された金属層１０４−２と金属層１０６−２とが先端側でＰＭを介して導通され、そして、段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの表面に配設された金属層１０４−３と金属層１０６−３とが先端側でＰＭを介して導通される。
【００７０】
演算部は、微粒子センサ２２の各金属層１０４−１，１０４−２，１０４−３，１０６−１，１０６−２，１０６−３から配線を介して入力される電位に基づいて、金属層１０４−１と１０６−１との電位差、金属層１０４−２と１０６−２との電位差、及び金属層１０４−３と１０６−３との電位差を検出する。
【００７１】
そして、その検出結果に基づいて、金属層１０４−１と１０６−１との間に所定電位差が生じていると判定する場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に第１所定量（中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さＴ１に相当する量）以上のＰＭが堆積していると判定し、その第１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。また、金属層１０４−２と１０６−２との間に所定電位差が生じていると判定する場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に第２所定量（段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さＴ２に相当する量）以上のＰＭが堆積していると判定し、その第２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。更に、金属層１０４−３と１０６−３との間に所定電位差が生じていると判定する場合は、微粒子センサ２２の先端側表面に第３所定量（段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さＴ３に相当する量）以上のＰＭが堆積していると判定し、その第３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。
【００７２】
このように、本変形例によれば、微粒子センサ２２の先端側におけるＰＭの堆積量が一定量以上であるか否かだけでなく、その堆積量を段階的（例えば、第１所定量以上、第２所定量以上、及び第３所定量以上の３段階）に測定することができるので、排気ガス中に含まれるＰＭが一定量以上、ＤＰＦ２０下流側へ漏れたか否かだけでなく、そのＰＭ漏れの量を段階的に測定することができる。このため、本変形例によれば、上記した実施形態の効果を得ることができると共に、更に、ＤＰＦ２０からのＰＭ漏れの診断を段階的なものとすることができ、アラーム、ランプの点滅又はランプの点灯等をＰＭの漏れ量に応じて段階的なものとすることが可能である。
【００７３】
尚、上記の変形例においては、微粒子センサ２２のセラミック基材３０に形成される段差１０２の断面形状を、図６及び図７に示す如く軸中心へ向けて窪んだ凹状としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７４】
図８は、本発明の変形例である微粒子測定装置が備える微粒子センサ２２の構成図を示す。また、図９は、図８に示す微粒子センサ２２を用いてＰＭを検知する手法を説明するための図を示す。具体的には、微粒子センサ２２のセラミック基材３０に形成される段差１０２の断面形状を、図８及び図９に示す如く外周側へ向けて突起した凸状としてもよい。この構造においても、円筒状のセラミック基材３０の、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に、階段状の複数段（例えば３段など）の段差１０２を排気ガスとセラミック基材３０との接触部分において対称的に形成し、対称位置にある一対の段差１０２の表面に異なる種類の金属層１０４，１０６を配設する。かかる変形例の構造によれば、ＰＭ漏れを診断するうえで利用可能な閾値を複数設けることができ、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭの量を段階的に検知することができる。
【００７５】
段差１０２は、それぞれセラミック基材３０の軸に平行に延びており、その排気ガスの流れ方向における高さが外側寄りの段差から中央寄りの段差にかけて徐々に低くなるように、すなわち、その排気ガスの流れ方向における高さが中央寄りの段差から外側寄りの段差にかけて徐々に高くなるように形成されている。すなわち、最も中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂの高さをＴ１とし、次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂの高さをＴ２とし、最も外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂの高さをＴ３とすると、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係が成立する。
【００７６】
かかる構造においても、微粒子センサ２２の先端側に堆積するＰＭが増える過程で、ＰＭで埋もれる段差１０２が「中央寄りの段差１０２−１ａ，１０２−１ｂ」→「次の段差１０２−２ａ，１０２−２ｂ」→「外側寄りの段差１０２−３ａ，１０２−３ｂ」へ順番に移行し、ＰＭで埋もれる段差１０２の数が徐々に増えていくので、まず、金属層１０４−１と金属層１０６−１とが先端側でＰＭを介して導通され、次に、金属層１０４−２と金属層１０６−２とが先端側でＰＭを介して導通され、そして、金属層１０４−３と金属層１０６−３とが先端側でＰＭを介して導通される。従って、上記の変形例と同様に、微粒子センサ２２の先端側におけるＰＭの堆積量を段階的に測定することができ、ＤＰＦ２０下流側へのＰＭ漏れの量を段階的に測定することができる。
【００７７】
更に、図１０は、本発明の変形例である微粒子測定装置を備えるシステムの全体構成図を示す。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１０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２００を配設して、ＤＰＦ２０に堆積するＰＭの量或いは排気ライン１６に流れる排気ガス中のＰＭの濃度を測定する排気浄化装置のシステムに適用することができる。
【００７８】
かかる変形例においても、微粒子センサ２０２の構造を図２や図５に示す微粒子センサ２２の構造と同様のものとすれば、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】
【００７９】
１０ 微粒子測定装置
１２ 内燃機関
１４ 排気浄化装置
１６ 排気ライン
２０ ＤＰＦ
２２，２００ 微粒子センサ
２６ 演算部
３０ セラミック基材
３２，３４ 金属層
３６ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、
前記微粒子センサの後端側で前記異なる種類の金属層間に生じる、前記微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、
前記電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする微粒子測定装置。
【請求項２】
前記異なる種類の金属層同士は、前記微粒子センサの先端側に一定量以上の前記微粒子が堆積した場合に該堆積した微粒子を介して該微粒子センサの先端側で導通し、
前記測定手段は、前記電位差検出手段により検出される前記電位差が所定電位差となる場合、一定量以上の前記微粒子の漏れが生じた又は一定量以上の前記微粒子が堆積したと判定することを特徴とする請求項１に記載された微粒子測定装置。
【請求項３】
前記異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、前記微粒子センサの先端側表面は、排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止すべく被覆されてい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測定装置。
【請求項４】
前記絶縁基材は、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成され、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなる構造を有し、
前記異なる種類の金属層は、排気ガスの流れ方向に対して対称位置にある両段差のうちの一方の表面に配設される第一種類の金属層と、前記両段差のうちの他方の表面に配設される第二種類の金属層と、からなり、
前記測定手段は、前記電位差検出手段による、前記微粒子センサの後端側で前記第一種類の金属層と前記第二種類の金属層との間に生じる前記温度差に基づく電位差の検出結果に基づいて、前記微粒子の漏れ量又は前記微粒子の堆積量を測定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項５】
前記絶縁基材の段差は、排気ガスとの接触部分において凸状又は凹状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載された微粒子測定装置。
【請求項６】
前記絶縁基材の段差は、階段状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載された微粒子測定装置。
【請求項７】
前記異なる種類の金属層の先端側に配設され、該異なる種類の金属層の先端側と後端側とで温度差を発生させるために用いられるヒータを備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項８】
前記微粒子センサの先端側に配設され、該微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去するために用いられるヒータを備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項９】
前記微粒子センサは、円柱状又は円筒状に形成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測定装置。
【請求項１０】
前記微粒子センサは、内燃機関の排気ライン上に、先端側が該排気ライン内に晒されかつ後端側が該排気ライン外に位置するように設置されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項１】
絶縁基材表面上に異なる種類の金属層を有し、先端側が排気ガスに晒される微粒子センサと、
前記微粒子センサの後端側で前記異なる種類の金属層間に生じる、前記微粒子センサの先端側と後端側との温度差に基づく電位差を検出する電位差検出手段と、
前記電位差検出手段の検出結果に基づいて、排気ガス中に含まれる微粒子の漏れ又は排気ガス中に含まれる微粒子の量を測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする微粒子測定装置。
【請求項２】
前記異なる種類の金属層同士は、前記微粒子センサの先端側に一定量以上の前記微粒子が堆積した場合に該堆積した微粒子を介して該微粒子センサの先端側で導通し、
前記測定手段は、前記電位差検出手段により検出される前記電位差が所定電位差となる場合、一定量以上の前記微粒子の漏れが生じた又は一定量以上の前記微粒子が堆積したと判定することを特徴とする請求項１に記載された微粒子測定装置。
【請求項３】
前記異なる種類の金属層のうちの少なくとも一つの、前記微粒子センサの先端側表面は、排気ガスによる腐食又は高温による酸化を防止すべく被覆されてい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測定装置。
【請求項４】
前記絶縁基材は、排気ガスとの接触部分において対称的に段差が複数段形成され、該排気ガスの流れ方向における段差の高さが外側の段差から中央の段差にかけて徐々に低くなる構造を有し、
前記異なる種類の金属層は、排気ガスの流れ方向に対して対称位置にある両段差のうちの一方の表面に配設される第一種類の金属層と、前記両段差のうちの他方の表面に配設される第二種類の金属層と、からなり、
前記測定手段は、前記電位差検出手段による、前記微粒子センサの後端側で前記第一種類の金属層と前記第二種類の金属層との間に生じる前記温度差に基づく電位差の検出結果に基づいて、前記微粒子の漏れ量又は前記微粒子の堆積量を測定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項５】
前記絶縁基材の段差は、排気ガスとの接触部分において凸状又は凹状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載された微粒子測定装置。
【請求項６】
前記絶縁基材の段差は、階段状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載された微粒子測定装置。
【請求項７】
前記異なる種類の金属層の先端側に配設され、該異なる種類の金属層の先端側と後端側とで温度差を発生させるために用いられるヒータを備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項８】
前記微粒子センサの先端側に配設され、該微粒子センサの先端側に堆積した微粒子を燃焼除去するために用いられるヒータを備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【請求項９】
前記微粒子センサは、円柱状又は円筒状に形成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測定装置。
【請求項１０】
前記微粒子センサは、内燃機関の排気ライン上に、先端側が該排気ライン内に晒されかつ後端側が該排気ライン外に位置するように設置されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載された微粒子測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−９８１７６（Ｐ２０１２−９８１７６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６５１０（Ｐ２０１０−２４６５１０）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【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５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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