粒子状物質検出センサ
【目的】ＰＭを効率的に検出部に捕集させることのできるカバー体を設けた粒子状物質検出センサを提供する。
【解決手段】カバー体２０が検出部１１に被測定ガスを導入する被測定ガス導入孔Ｈ１と、側面方向に導出する側面導出孔Ｈ２と、下方向に導出する下面導出孔Ｈ３と、を具備し、被測定ガス導入孔Ｈ１と側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とを所定の範囲に規定すると共に、少なくともカバー体２０の基端から被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置までの距離Ｌ１とカバー体２０の先端までの距離Ｌ２とを規定して、検出部１１に衝突する被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３からカバー体２０の外へ導出つつ、カバー体２０内において検出部１１の上流側に発生する渦流によってカバー体２０内に導入される被測定ガスの流速を抑制する。
【解決手段】カバー体２０が検出部１１に被測定ガスを導入する被測定ガス導入孔Ｈ１と、側面方向に導出する側面導出孔Ｈ２と、下方向に導出する下面導出孔Ｈ３と、を具備し、被測定ガス導入孔Ｈ１と側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とを所定の範囲に規定すると共に、少なくともカバー体２０の基端から被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置までの距離Ｌ１とカバー体２０の先端までの距離Ｌ２とを規定して、検出部１１に衝突する被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３からカバー体２０の外へ導出つつ、カバー体２０内において検出部１１の上流側に発生する渦流によってカバー体２０内に導入される被測定ガスの流速を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両用内燃機関の排気浄化システムに好適に利用されて、排出ガス中に存在する粒子状物質の量を検出する、電気抵抗式の粒子状物質検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジン等において、排気ガスに含まれる環境汚染物質、特に煤粒子（Ｓｏｏｔ）及び可溶性有機成分（ＳＯＦ）を主体とする粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ；以下、適宜ＰＭと称する）を捕集するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、適宜ＤＰＦと称する）を設置することが行われている。ＤＰＦは、耐熱性に優れる多孔質セラミックスからなり、多数の細孔を有する隔壁に排気ガスを通過させてＰＭを捕捉する。
【０００３】
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて圧力損失が増大したり、ＰＭのすり抜けが増加したりする虞があり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。
ＤＰＦの再生時期は、一般的には、ＰＭ捕集量の増加により前後差圧が増大することを利用して決定されている。このため、ＤＰＦの上流及び下流の圧力差を検出する差圧センサが設置される。再生処理は、ヒータ加熱あるいはポスト噴射等により高温の燃焼排気をＤＰＦ内に導入し、ＰＭを燃焼除去することによって行われる。
【０００４】
一方、燃焼排気中のＰＭを直接検出可能な粒子状物質検出センサ（以下、適宜、ＰＭセンサと称する。）について種々提案されている。このＰＭセンサを、例えばＤＰＦの下流に設置して、ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量を測定し、車載式故障診断装置（ＯＢＤ；Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）において、ＤＰＦの作動状態の監視、例えば亀裂や破損といった異常の検出に利用することができる。
あるいは、ＤＰＦの上流に設置して、ＤＰＦに流入するＰＭ量を測定し、差圧センサに代わる再生時期の判断に利用することも検討されている。
【０００５】
このようなＰＭセンサの基本的な構成として、特許文献１には、絶縁性を有する基板の表面に、一対の導電性電極を形成し、基板の裏面又は内部に発熱体を形成した電気抵抗式のスモークセンサが開示されている。このセンサは、スモーク（微粒炭素）が導電性を有することを利用したもので、検出部となる電極間に、スモークが堆積することで生じる抵抗値の変化を検出する。
発熱体は、検出部を所望の温度（例えば、４００℃〜６００℃）に加熱し、電極間抵抗を測定した後に、付着したスモークを焼き切って検出能力を回復させる。
また、この種のＰＭセンサでは、検出部以外の表面へのＰＭの堆積による導電経路の形成に伴う誤作動を防止すべく、検出部を除く基板の表面及び裏面を、気密な絶縁物質によって被覆して絶縁保護している。
さらに、この種のＰＭセンサでは、筒状のカバー体によって検出部が覆われており、被水や飛び石等によるセンサ素子の破損から保護されている。
【０００６】
従来、酸素センサや、ＮＯｘセンサ、空燃比センサ等の被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサについては、特許文献２にあるように、センサ素子を被水から保護しつつ、カバー体内外への被測定ガスの入れ換わりを良好にしてガスセンサの応答性を向上させる構造について種々検討されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが酸素センサなどの被測定ガス中の特定成分の濃度を検出するガスセンサにおいては、測定対象が気体であるため、カバー体内外への被測定ガスの入れ換えを速やかに行って応答性に向上を図ることが望まれるが、ＰＭセンサにおいては、被測定ガス中に含まれるＰＭをセンサ素子の検出部に如何にして早期に堆積させると共に、如何にして一旦検出部に堆積したＰＭを検出部から脱離させないようにするかが重要である。
このため、特許文献２にあるような従来のガスセンサと同様に被水から保護しつつ応答性を向上させるために流路方向を複雑に変化させたカバー体を用いたのでは、検出部に到達する前にＰＭがカバー体に付着し早期にＰＭを検出部に堆積させることができない虞がある。
しかしながら、被測定ガス中のＰＭを検出するＰＭセンサの検出素子を保護しつつ、検出部にＰＭを確実に捕集、堆積させることのできるカバー体についての検討は十分されていない。
【０００８】
そこで、かかる実情に鑑み、本願発明は、被測定ガス中に含まれるＰＭを検出する粒子状物質検出センサであって、検出素子を保護しつつＰＭを効率的に検出部に捕集させることのできるカバー体を設けた粒子状物質検出センサ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】
【０００９】
第１の発明では、所定の横幅と長さと厚さとを有する略平板状に形成した検出素子の先端を被測定ガス流路内に載置し、上記検出素子の先端側に設けた所定の横幅と縦幅とを有する検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する物理量を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出センサであって、
上記検出部を被測定ガス流路の上流側に対向せしめると共に、上記検出部を含む上記検出素子の先端を覆う所定の内径と長さを有する略筒状のカバー体を設け、
該カバー体が、少なくとも、
上記検出部に対向しつつ、被測定ガスの上流側に向かって開口して、上記カバー体内に上記被測定ガスを導入する矩形、又は、円形の被測定ガス導入孔と、
上記検出部の両側に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを側面方向に導出する矩形、又は、円形の側面導出孔と、
上記検出部の先端側下方に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを先端側下方に導出する矩形、又は、円形の下面導出孔と、を具備し、
上記被測定ガス導入孔と上記側面導出孔と上記下面導出孔とのそれぞれの開口横幅及び開口縦幅、又は、開口径を所定の下限値から上限値までの範囲に規定すると共に、
少なくとも上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離と、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離とを規定して、
上記検出部に衝突する上記被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、上記側面導出孔と上記下面導出孔から上記カバー体の外へ導出つつ、上記カバー体内において上記検出部の上流側に発生する渦流によって上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制する（請求項１）。
【００１０】
第１の発明によれば、上記渦流の発生により、上記カバー体内に導入された被測定ガスの流速が抑制されるので、被測定ガスが上記検出部に衝突したときに、被測定ガス中に含まれる粒子状物質が上記検出部の表面に吸着、堆積した後、後続の被測定ガスの流れによって脱離し難くなる。このため、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
【００１１】
第２の発明では、上記被測定ガス導入孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口横幅の下限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい（請求項２）。
【００１２】
上記被測定ガス導入孔の開口横幅が第２の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが、上記検出素子に衝突した後に左右に振り分けられる流れが形成され、その一部で上記検出素子に対して上流側となる方向に向かう渦流が発生し、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第２の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が上記検出素子の横幅以上である場合には、カバー体内に導入された被測定ガスの流速が抑制されず、上記被測定ガス導入孔から直接的に上記側面導出孔に向かう流れが形成され、上記検出素子をカバー体によって覆っていない場合と同様に、検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、第２の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２以下である場合には、カバー体内に導入される被測定ガスの量が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１３】
第３の発明では、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の上限値が、上記検出部の縦幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい（請求項３）。
【００１４】
上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が、上記第３の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが、上記検出素子に衝突した後に上下に振り分けられる流れが形成され、その一部で上記検出素子に対して上流側となる方向に向かう渦流が発生し、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第３の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が上記検出部の縦幅以上である場合には、カバー体内に導入された被測定ガスの流速が十分に抑制されず、上記被測定ガス導入孔から直接的に上記下面導出孔に向かう流れが形成され、上記検出素子をカバー体によって覆っていない場合と同様に、検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、第３の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が上記検出部の縦幅の１／２以下である場合には、カバー体内に導入される被測定ガスの量が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１５】
第４の発明では、上記側面導出孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記側面導出孔の開口横幅の下限値が検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい（請求項４）。
【００１６】
上記側面導出孔の開口横幅が、第４の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体の前面に衝突した後、上記カバー体の外周表面に沿って上記カバー体の外側を流れる被測定ガスの引込み力によって上記側面導出孔から導出される被測定ガスの流速が上記検出部の上流側に渦流を発生し得る範囲に調整され、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第４の発明の範囲を外れ、上記側面導出孔の開口横幅が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅以上である場合には、上記被測定ガス導入孔から直接的に上記側面導出孔に向かう流れが形成され、上記検出素子をカバー体によって覆っていない場合と同様に、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、第４の発明の範囲を外れ、上記側面導出孔の開口横幅の下限値が検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２以下である場合には、一旦、上記カバー体内に導入された被測定ガスが上記カバー体の外に導出され難くなり、結果的に上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流量が減少し、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１７】
第５の発明では、上記側面導出孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい（請求項５）。
【００１８】
上記側面導出孔の開口縦幅が第５の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが、上記検出素子に衝突した後に左右に振り分けられる流れが形成され、その一部で上記検出素子に対して上流側となる方向に向かう渦流が発生し、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第５の発明の範囲を外れ、上記側面導出孔の開口縦幅が上記検出部の縦幅の１／２以下である場合には、上記カバー体内に導入された被測定ガスの導出が過剰に抑制され、カバー体内に滞留するため、被測定ガスの導入が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１９】
第６の発明では、上記下面導出孔の開口径上限値が、上記カバー体の内径以下で、上記下面導出孔の開口径の下限値が上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい（請求項６）。
【００２０】
上記下面導出孔の開口径が第６の発明の範囲に形成されていれば、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入された被測定ガスが上記検出部に衝突した後、上記下面導出孔から導出される際に、上記カバー体の下端部周辺を流れる被測定ガスの引込み力によって上記下面導出孔から導出される被測定ガスの流速が上記検出部の上流側に渦流を発生し得る範囲に調整され、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第６の発明の範囲を外れ、上記下面導出孔の開口径が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２以下である場合には、上記下面導出孔から被測定ガスが導出され難くなり、カバー体内に滞留するため、被想定ガスの導入が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００２１】
また、第７の発明のように、上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に対して複数並べて穿設しても良い（請求項７）。
【００２２】
また、第８の発明のように、上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に伸びる長孔状に穿設しても良い（請求項８）。
【００２３】
第７の発明、又は、第８の発明によれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが上記検出部に衝突した後、上下左右に振り分けられる際に、上記側面導出孔に向かう流れが相対的に増加され、上記下面導出孔に向かう流れが相対的に抑制される。この結果、上記検出部の上方へ向かう渦流を相対的に増加させ、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加できると期待される。
【００２４】
第９の発明では、上記カバー体の内径が上記検出素子の横幅の２倍以下である（請求項９）。
【００２５】
第９の発明によれば、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離を起こり難くして、上記検出部への堆積量を増加した応答性の良い粒子状物質検出センサが実現できる。
一方、上記カバー体の内径が第８の発明の範囲を外れ、上記検出素子の横幅の２倍を超える場合には、カバー体が設けられていない場合の流速に近づくため、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００２６】
第１０の発明では、上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までに所定の渦流形成距離を設ける（請求項１０）。
【００２７】
第１１の発明では、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までに所定の渦流形成距離を設ける（請求項１１）。
【００２８】
第１０の発明、又は、第１１の発明によれば、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離を起こり難くして、上記検出部への堆積量を増加した応答性の良い粒子状物質検出センサが実現できる。
【００２９】
より具体的には、第１２の発明のように、上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１２）。
【００３０】
第１３の発明のように、上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１３）。
【００３１】
第１４の発明のように、上記検出素子の横幅が１０ｍｍであるときには、上記側面導出孔の開口横幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１４）。
【００３２】
第１５の発明のように、上記側面導出孔の開口横幅が１０ｍｍであるときには、上記側面導出孔の縦幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１５）。
【００３３】
第１６の発明のように、上記検出素子の横幅が１０ｍｍであるときには、上記下面導出孔の開口径が５ｍｍ以上であるのが望ましい（請求項１６）。
【００３４】
第１７の発明のように、上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１７）。
【００３５】
第１８の発明のように、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１８）。
【００３６】
第１２〜第１８の発明によれば、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離を起こり難くして、上記検出部への堆積量を増加した応答性の良い粒子状物質検出センサが実現できる。
【００３７】
第１９の発明では、上記物理量は、上記検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する抵抗値、静電容量、インピーダンス、酸化還元電位のいずれか、又は、これらから選択された物理量の組合せである（請求項１９）。
【００３８】
第１９の発明のいずれの物理量を測定する場合においても、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離が起こり難くなるので、結果として得られる上記物理量が安定し、粒子状物質検出センサとしての信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置の概要を示し、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）本図（ａ）中１０−１０に沿った半断面図、（ｃ）は、本図（ａ）中Ｃ−Ｃに沿った横断面図、（ｄ）は、本図（ａ）中Ｄ−Ｄにおける下面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置に用いられる検出素子の一例を示す展開斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置の効果を説明するための横断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置の効果を説明するための縦断面図。
【図５】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例１に係る横断面図、（ｂ）は、比較例２に係る横断面図。
【図６】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例３に係る縦断面図、（ｂ）は、比較例４に係る縦断面図。
【図７】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例５に係る横断面図、（ｂ）は、比較例６に係る横断面図。
【図８】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例７に係る横断面図、（ｂ）は、比較例８に係る縦断面図。
【図９】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例９に係る縦断面図、（ｂ）は、比較例１０に係る縦断面図。
【図１０】本発明の効果を示し、（ａ）は、検出部におけるＰＭの捕集状態を示す図面代用写真、（ｂ）は、比較例として示すカバー体が設けられていない場合のＰＭの捕集状態を示す図面代用写真。
【図１１】本発明の要部であるカバー体の変形例を（ａ）〜（ｆ）に示す斜視図。
【図１２】本発明の第１の実施形態における変形例を示し、（ａ）は、実施例２に係る横断面図、（ｂ）は、実施例３に係る縦断面図。
【図１３】本発明の実施例４に係る横断面図。
【図１４】本発明の効果を示し、（ａ）は、導入孔開口横幅に係る特性図、（ｂ）は導入孔開口縦幅に係る特性図。
【図１５】本発明の効果を示し、（ａ）は側面導出孔開口横幅に係る特性図、（ｂ）は、側面導出孔開口縦幅に係る特性図。
【図１６】本発明の効果を示し、（ａ）は、下面導出孔開口径に係る特性図、（ｂ）は、圧力調整孔に係る特性図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出センサ１の概要について説明する。粒子状物質検出センサ１は、内燃機関の排気流路に設けられ、被測定ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を検出し、内燃機関の燃焼制御や、ＤＰＦの故障診断等に利用されるものである。
【００４１】
粒子状物質検出センサ１は、インシュレータ３０を介してハウジング４０によって被測定ガス流路に固定され、検出部１１を被測定ガスの上流側に向けて配設される検出素子１０と、本発明の要部であり、ハウジング４０に固定され、検出素子１０の先端を覆う略筒状のカバー体２０とによって構成されている。
カバー体２０は、検出素子１０の外周を覆うように略筒状に形成され、その基端側には、外径方向に向かって張り出す鍔部２１が設けられハウジング４０の先端に設けられた加締め部４１によって加締め固定されている。
カバー体２０の周壁部２２には、検出素子１０の検出部１１に対向する位置において、被測定ガスの上流側に向かって開口し、カバー体２０の内側に被測定ガスを導入する導入孔Ｈ１と、検出素子１０の両側面に対向する位置において、被測定ガスの流れ方向に直交し、カバー体２０の両側面方向に向かって開口し、検出素子１０の側面方向にカバー体２０内に導入した被測定ガスを導出する側面導出孔Ｈ２と、被測定ガスの下流側に向かって開口し、カバー体２０内に導入され検出素子１０の裏面側に存在する被測定ガスの圧力をバランスし、被測定ガスの導入又は導出をする調圧孔Ｈ４と、が穿設され、カバー体２０の底部２２には、検出素子１０の長手軸方向に向かって開口し、カバー体２０内に導入された被測定ガスを先端側下方に向かって導出する底部導出孔Ｈ３が穿設されている。
なお、カバー体２０の内径φＤ２０は、検出素子１０の横幅Ｗ１０の２倍以下に形成されている。
【００４２】
本発明は、被測定ガス導入孔Ｈ１と側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とは、それぞれの開口横幅Ｗ１、Ｗ２、及び／又は開口径Ｗ３、又は、開口縦幅Ｔ１、Ｔ２を所定の開口横幅上限値Ｗ１ＨＬ、Ｗ２ＨＬ、及び／又は開口径上限値Ｗ３ＨＬ、開口横幅下限値Ｗ１ＬＬ、Ｗ２ＬＬ、及び／又は開口径下限値Ｗ３ＬＬ並びに開口縦幅上限値Ｔ１ＨＬ、開口縦幅下限値Ｔ１ＬＬ、Ｔ２ＬＬ内となるように形成してあり、これらを所定の下限値から上限値までの範囲に規定すると共に、少なくともカバー体２０の基端から被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置までの距離Ｌと、被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離Ｌ１と、を規定し、検出部１１に衝突する被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３からカバー体２０の外へ導出つつ、カバー体２０内において検出部１１の上流側に発生する渦流によってカバー体２０内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、検出部１１に堆積した粒子状物質の脱離を防止することを特徴としている。
【００４３】
ここで、本発明の粒子状物質検出センサ１に用いられる検出素子１０の具体的な構成の一例について図２を参照して説明する。
本実施形態においては、検出素子１０は、カバー体２０内に露出する部分の大きさが所定の横幅Ｗ１０と長さＬ１０と厚さｔ１０とを有する略平板状に形成され、先端には、検出部１１が設けられ、検出部１１は被測定ガス流路の上流側に対向するように被測定ガス流路内に載置されている。
検出素子１０の検出部１１に堆積するＰＭの量によって変化する物理量として、一対の電極間に堆積したＰＭによって形成される電導パスの抵抗値を検出している。
検出部１１は、絶縁性耐熱基板１００と、絶縁性耐熱基板１００上の被測定ガスに晒される表面に所定の距離を離隔して設けた一対の検出電極１１０と検出電極１２０とによって構成されている。
【００４４】
本実施形態において、検出電極１１０と検出電極１２０とは、外部に設けた図略の抵抗測定手段との導通を図るリード部１１１、１２１に接続されており、複数の検出電極１１０と検出電極１２０とが交互に対向するように櫛歯状に形成されている。
さらに、リード部１１１、１２１の絶縁性を確保するために、検出部１１を除く絶縁性耐熱基板１００の表面及びリード部１１１、１２１を覆うように絶縁性耐熱材料を用いて絶縁性耐熱保護層１０３が形成されている。
絶縁性耐熱基板１００の裏面側に積層して、絶縁性耐熱基板１０１、１０２に挟持され、通電により発熱するヒータ１３０と、ヒータ１３０と外部に設けた図略の通電制御装置とを接続する一対のヒータリード部１３１、１３２とが形成されている。
絶縁性耐熱基板１００、１０１、１０２は、アルミナ等の電気絶縁性耐熱材料をドクターブレード法、プレス成形法、ＣＩＰ、ＨＩＰ等の公知の方法により平板状に形成されている。なお、絶縁性耐熱基板１００の厚みの如何によっては、中間設けられた絶縁性基板１０１を廃しても良い。
検出電極１１０、１２０、リード部１１１、１２１、ヒータ１３０、ヒータリード部１３１、１３２は、厚膜印刷、メッキ、蒸着等の公知の方法により形成され、これらが一体的に積層、焼成され検出素子１０が形成されている。
一対の検出電極１１０、１２０間に堆積した導電性のＰＭの量によって変化する検出電極１１０、１２０間に電気抵抗を計測することによって、被測定ガス中に含まれるＰＭを検出することができる。
【００４５】
なお、本発明の粒子状物質検出センサ１において、カバー体２０に穿設する導入孔Ｈ１、導出孔Ｈ２、Ｈ３、圧力調整孔Ｈ４の位置、大きさを規定して、検出部１１に堆積するＰＭ量を最大にした点を特徴とするものであり、これに用いられる検出素子１０は、略平板状に形成された検出素子１０の検出部１１を被測定ガス中に配設して検出部１１に捕集されたＰＭ量によって変化する物理量を検出するものであれば、物理量として、本実施形態のように検出部１１に堆積したＰＭ量によって変化する抵抗値を計測するものに限定されるものではなく、検出部１１に堆積するＰＭ量によって変化する静電容量を計測するものでも、検出部１１に堆積するＰＭ量によって変化するインピーダンスを計測するものでも、検出部１１に堆積したＰＭを酸化除去したときに発生する酸化還元電位のいずれか、又は、これらから選択された物理量を計測するものの組合せでも良い。
また、本実施形態のように一対の検出電極１１０、１２０を櫛歯状に形成して抵抗値を計測するものだけでなく、検出部に多孔質電極を形成して、ＰＭの堆積に伴う抵抗値変化を検出するものでも良い。
【００４６】
被測定ガス導入孔Ｈ１の水平方向の横幅Ｗ１は、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０の１／２以上の所定の導入孔横幅下限値Ｗ１ＬＬ以上に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０以下の所定の導入孔横幅上限値Ｗ１ＨＬ以下に設定されている。
被測定ガス導入孔Ｈ１の軸方向の縦幅Ｔ１は、検出部１１の縦幅Ｔ１１の１／２以上の所定の導入孔縦幅下限値Ｔ１ＬＬ以上に設定され、検出部１１の縦幅Ｔ１１以下の所定の導入孔縦幅上限値Ｔ１ＨＬ以下に設定されている。
また、被測定ガス導入孔Ｈ１は、検出部１１の中心からカバー体２０の基端までの間に検出部１１へ衝突した被測定ガスが上方へ向かった後、上流側で下方に向かって環流する渦流を発生する空間を形成すべく、カバー体２０の基端からの渦流形成距離Ｌ１を隔てた位置に穿設されている。
また、検出部１１の中心からカバー体２０の先端までの間に、検出部１１に衝突した被測定ガスの一部が下方に向かった後、上流側に向かって環流する渦流を発生する空間を形成すべく、検出部１１の中心からカバー体２０の先端までの渦流形成距離Ｌ２が設けられている。
【００４７】
側面導出孔Ｈ２の水平方向の横幅Ｗ２は、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥよりも小さい側面導出孔開口横幅上限値Ｗ２ＨＬ以下に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥの１／２よりも大きい側面導出孔開口横幅下限値Ｗ２ＬＬ以上に設定されている。
側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２は、検出部１１の縦幅の１／２よりも大きい側面導出孔縦幅下限値Ｔ２ＬＬ以上に設定されている。
【００４８】
下面導出孔Ｈ３の開口径φＤ３は、カバー体２０の内径φＤ２０以下の下面導出孔開口横幅上限値Ｈ３ＨＬ以下で、検出素子１０の厚さｔ１０よりも大きい下面導出孔開口横幅下限Ｈ３ＬＬ以上に設定されている。
また、下面導出孔Ｈ３は、本実施形態に示すように、単孔で形成しても良いが、複数孔で構成しても良い。
【００４９】
具体的には、例えば、検出部１１の横幅Ｗ１１が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅Ｔ１１が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときに、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口横幅Ｗ１が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口縦幅Ｔ１が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、側面導出孔Ｈ２の開口横幅Ｗ２が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２が１０ｍｍ以上、下面導出孔Ｈ３の開口径φＤ３が５ｍｍ以上、カバー体２０の基端から被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置までの距離Ｌ１が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置からカバー体２０の先端までの距離Ｌ２が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定してある。
【００５０】
図３、図４を参照して本発明の効果について説明する。
被測定ガス導入孔Ｈ１からカバー体２０内に導入された被測定ガスは、検出部１１に衝突して被測定ガス中に含まれるＰＭを検出部１１の表面に堆積させる。
このとき、カバー体２０内に導入された被測定ガスは、上下左右に振り分けられて、側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とからカバー体２０の外へ導出されるが、カバー体２０の周囲に流れる被測定ガスと衝突して、あるいは、被測定ガスに引き込まれて、流れ方向が下流側に変わる。
さらに、カバー体２０内を流れる被測定ガスの一部は、被測定ガス導入孔Ｈ１からカバー体２０内に導入されるときの流速と側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とからカバー体２０の外へ導出されるときの流速との差、あるいは、カバー体２０内に発生する圧力分布によって、検出部１１の上流側に向かって環流する渦流が発生するため、カバー体２０内に導入される被測定ガスの流速が抑制される。
このため、検出部１１の表面に堆積したＰＭがカバー体２０内に導入された被測定ガスによって流されることなく検出部１１に堆積した状態を留めることができる。
【００５１】
図５から図９を参照して本発明の効果を発揮し得ない構成について説明する。
図５（ａ）に比較例１として示す、カバー体２０Ｚのように、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｚの開口横幅Ｗ１Ｚが検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０以上である場合には、カバー体２０Ｚ内に導入された被測定ガスの流速が抑制されず、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｚから直接的に側面導出孔Ｈ２に向かう流れが形成され、検出素子１０をカバー体によって覆っていない場合と同様に、検出部１１に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、本図（ｂ）に比較例２として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｙの開口横幅Ｗ１Ｙが検出部１１の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０の１／２より小さい所定の導入孔開口横幅下限値Ｗ１ＬＬ以下である場合には、カバー体２０Ｙ内に導入される被測定ガスの量の絶対量が少なくなる上に、被測定ガスの流速が過剰に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５２】
図６（ａ）に比較例３として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｘの開口縦幅Ｔ１Ｘが検出部１１の縦幅Ｔ１１より大きい所定の導入孔開口縦幅上限値Ｔ１ＨＬ以上である場合には、カバー体内に導入された被測定ガスの流速が十分に抑制されず、上記被測定ガス導入孔から直接的に下面導出孔Ｈ３に向かう流れが形成され、検出素子１０をカバー体２０によって覆っていない場合と同様に、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
また、本図（ｂ）に比較例４として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｗの開口縦幅Ｔ１Ｗが検出部１１の縦幅Ｔ１１の１／２より小さい導入孔縦幅下限値Ｔ１Ｌ以下である場合には、カバー体２０Ｗ内に導入される被測定ガスの絶対量が少なくなる上に、被測定ガスの流速が過剰に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５３】
図７（ａ）に比較例５として示す、側面導出孔Ｈ２Ｖの横幅Ｗ２Ｖが、検出素子１０の側端縁をカバー体２０Ｖに投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥより大きい所定の側面導出孔横幅上限値Ｗ２ＨＬ以上である場合には、被測定ガス導入孔Ｈ１から直接的に側面導出孔Ｈ２Ｖに向かう流れが形成され、検出素子１０をカバー体２０によって覆っていない場合と同様に、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
また、図７（ｂ）に比較例６として示す、側面導出孔Ｈ２Ｕの開口横幅Ｗ２Ｕが検出素子１０の側端縁をカバー体２０Ｖに投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥの１／２以下である場合には、一旦、カバー体２０Ｕ内に導入された被測定ガスがカバー体２０Ｕの外に導出され難くなり、結果的に被測定ガス導入孔Ｈ１からカバー体２０Ｕ内に導入される被測定ガスの流量が減少し、検出部１１に衝突する被測定ガスの流れが形成されず、ＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５４】
図８（ａ）に比較例７として示す側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２が検出部１１の縦幅の１／２以下である場合には、カバー体２０Ｔ内に導入された被測定ガスの導出が過剰に抑制され、カバー体２０Ｔ内に滞留するため、被想定ガスの導入が過剰に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５５】
図８（ｂ）に比較例８として示す、下面導出孔Ｈ３Ｓの開口径φＤ３Ｓが、検出素子１０の厚さＴ１０以下である場合には、下面導出孔Ｈ３Ｓから被測定ガスが導出され難くなり、カバー体２０Ｓ内に滞留するため、被想定ガスの導入が過剰に抑制され、検出部１１に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００５６】
図９（ａ）に比較例９として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｒの開口位置が検出素子１０の検出部１１に対向する位置になく、カバー体２０Ｒの基端からの距離Ｌ１Ｒが、１０ｍｍより短い場合には、カバー体２０Ｒ内に渦流が発生せず、下面導出孔Ｈ３に一方的に向かう強い流れが形成され、検出部１１に堆積したＰＭが脱離され易くなる虞がある。
図９（ｂ）に比較例１０として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｑの開口位置が、検出素子１０の検出部１１に対向する位置になく、カバー体２０Ｑの基端からの距離Ｌ１Ｑが、３０ｍｍより長い場合には、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｑから下面導出孔Ｈ３に直接的に向かう流れが形成され、検出部１１の表面にＰＭが到達せず、堆積し難くなる虞がある。
【００５７】
図１０に本発明の効果の一例を比較例と共に示す。
本図（ａ）は、本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出センサ１の検出部１１にＰＭが堆積した様子を示す写真で、本図（ｂ）は、比較例として、カバー体２０によって検出素子１０が覆われていない場合のＰＭの堆積状態を示す写真である。
本図（ａ）に示すように、本発明の要部であるカバー体２０によって検出素子１０を覆った場合には、検出部１１の表面の特定の範囲に集中的にＰＭが堆積していることが分かる。
一方、本図（ｂ）に示すように、本発明の要部であるカバー体２０を設けていない場合には、検出素子１０の表面全体にＰＭが僅かに堆積する。
【００５８】
図１１を参照して本発明の要部であるカバー体２０の変形例について説明する。
本図（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるカバー体２０を示す斜視図である。
本図（ｂ）に示すように、側面導出孔Ｈ２をカバー体２０の軸方向に対して複数並べて穿設しても良い。また、上記実施形態に示すように、側面導出孔Ｈ２は、円形に形成しても良いし、本図（ｃ）に示すように、側面導出孔Ｈ２ｂを矩形に形成しても良い。さらに、本図（ｄ）示すように、側面導出孔Ｈ２ｃをカバー体２０ｃの軸方向に伸びる長孔状に穿設しても良い。この場合において、側面導出孔Ｈ２、Ｈ２ｂ、Ｈ２ｃの横幅Ｗ２が上述の範囲に設定されていれば、カバー体２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に導入される被測定ガスの流速が適度に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し易くなる。
さらに、本図（ｅ）に示すように、下面導出孔Ｈ３ｄを複数の開口によって構成しても良い。この場合、検出素子１０よりも上流側に位置する下面導出孔Ｈ３ｄがカバー体２０ｄから被測定ガスを先端方向に導出する導出孔として機能し、検出素子１０よりも下流側に位置する下面導出孔Ｈ３ｄは、カバー体２０ｄ内において検出素子１０の背面側におけるカバー体２０ｄの内外の圧力の均衡を図る導入孔として機能する。
また、本図（ｆ）に示すように、カバー体２０ｅの先端側の下半部をテーパ状に形成しても良い。
【００５９】
図１２、１３を参照して、本発明の他の実施例について説明する。
図１２（ａ）に実施例２として示すように、背面側圧力調整孔Ｈ４ｇの横幅Ｗ４ｇを検出素子１０に横幅Ｗ１０より大きく穿設した場合でも、側面導出孔Ｈ２から導出した被測定ガスの一部が検出素子１０の背面側に環流する渦流が形成されるが、被測定ガス導入孔Ｈ１から導入され検出部１１に向かう被測定ガスの流れには何ら影響を与えず、上述した第１の実施形態における粒子状物質検出センサと同様の効果を発揮することができる。また、本図（ｂ）に実施例３として示すように、背面側圧力調整孔Ｈ４ｈの縦幅Ｔ４ｈを検出部１１に縦幅Ｔ１１より大きく穿設した場合でも、下面導出孔Ｈ３から導出した被測定ガスの一部が検出素子１０の背面側に環流する渦流が形成されるが、被測定ガス導入孔Ｈ１から導入され検出部１１に向かう被測定ガスの流れには何ら影響を与えず、上述した第１の実施形態における粒子状物質検出センサと同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
さらに、図１３に示すように、下面導出孔Ｈ３ｉの開口径φＤ３ｉをカバー体２０ｉの内径φＤ２０に等しく形成しても良い。
下面導出孔Ｈ３、Ｈ３ｉは、検出素子１０の板厚ｔ１０以上の開口径を有していれば、下面導出孔Ｈ３、Ｈ３ｉから導出される被測定ガスの流れとカバー体２０、２０ｉの先端部の下方に流れる被測定ガスの流れとがバランスし、下面導出孔Ｈ３の開口径の如何に拘わらず、被測定ガス導入孔Ｈ１と側面導出孔Ｈ２との関係によって決まる流れが維持される。
【００６１】
本発明の効果について、図１４から図１６に、上述の実施例１、２、３及び比較例１〜１０のＰＭ捕集量を示す。
図１４（ａ）に示すように、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口横幅Ｗ１が、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０の１／２以上の所定の導入孔横幅下限値Ｗ１ＬＬ以上に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０以下の所定の導入孔横幅上限値Ｗ１ＨＬ以下に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１４（ｂ）に示すように、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口縦幅Ｔ１が、検出部１１の縦幅Ｔ１１の１／２以上の所定の導入孔縦幅下限値Ｔ１ＬＬ以上に設定され、検出部１１の縦幅Ｔ１１以下の所定の導入孔縦幅上限値Ｔ１ＨＬ以下に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
【００６２】
図１５（ａ）に示すように、側面導出孔Ｈ２の水平方向の横幅Ｗ２が、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥよりも小さい側面導出孔開口横幅上限値Ｗ２ＨＬ以下に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥの１／２よりも大きい側面導出孔開口横幅下限値Ｗ２ＬＬ以上に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１５（ｂ）に示すように、側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２が、検出部１１の縦幅の１／２よりも大きい側面導出孔縦幅下限値Ｔ２ＬＬ以上に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１６（ａ）に示すように、下面導出孔Ｈ３の開口径φＤ３が、カバー体２０の内径φＤ２０以下の下面導出孔開口横幅上限値Ｈ３ＨＬ以下で、検出素子１０の厚さｔ１０よりも大きい下面導出孔開口横幅下限Ｈ３ＬＬ以上に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１６（ｂ）に示すように、調圧孔Ｈ４の大きさは、特にＰＭ捕集量に影響せず、カバー体２０内の圧力バランスによって被測定ガスの導入又は導出を行っている。
【００６３】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載される粒子状物質検出センサを例に説明したが、本発明の粒子状物質検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおける粒子状物質検出の用途にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 粒子状物質検出装置
１０ 検出素子
１１ 検出部
２０ カバー体
２１ フランジ部
２２ 周壁部
２３ 底部
Ｈ１ 被測定ガス導入孔
Ｈ２ 側面導出孔
Ｈ３ 底面導出孔
Ｈ４ 背面側圧力調整孔
Ｌ１ 検出部カバー体基端間距離
Ｌ２ 検出部カバー体先端間距離
Ｌ１＋Ｌ２ カバー体長さ
Ｗ１ 導入孔横幅
Ｗ１ＬＬ 導入孔横幅下限値
Ｗ１ＨＬ 導入孔横幅上限値
Ｗ２ 側面導出孔横幅
Ｔ１ 導入孔縦幅
Ｔ１ＬＬ 導入孔縦幅下限
Ｔ１ＨＬ 導入孔縦幅上限
３０ インシュレータ
４０ ハウジング
４１ ねじ部
４２ 加締め部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】特開２００９−９７８６８号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両用内燃機関の排気浄化システムに好適に利用されて、排出ガス中に存在する粒子状物質の量を検出する、電気抵抗式の粒子状物質検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジン等において、排気ガスに含まれる環境汚染物質、特に煤粒子（Ｓｏｏｔ）及び可溶性有機成分（ＳＯＦ）を主体とする粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ；以下、適宜ＰＭと称する）を捕集するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、適宜ＤＰＦと称する）を設置することが行われている。ＤＰＦは、耐熱性に優れる多孔質セラミックスからなり、多数の細孔を有する隔壁に排気ガスを通過させてＰＭを捕捉する。
【０００３】
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて圧力損失が増大したり、ＰＭのすり抜けが増加したりする虞があり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。
ＤＰＦの再生時期は、一般的には、ＰＭ捕集量の増加により前後差圧が増大することを利用して決定されている。このため、ＤＰＦの上流及び下流の圧力差を検出する差圧センサが設置される。再生処理は、ヒータ加熱あるいはポスト噴射等により高温の燃焼排気をＤＰＦ内に導入し、ＰＭを燃焼除去することによって行われる。
【０００４】
一方、燃焼排気中のＰＭを直接検出可能な粒子状物質検出センサ（以下、適宜、ＰＭセンサと称する。）について種々提案されている。このＰＭセンサを、例えばＤＰＦの下流に設置して、ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量を測定し、車載式故障診断装置（ＯＢＤ；Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）において、ＤＰＦの作動状態の監視、例えば亀裂や破損といった異常の検出に利用することができる。
あるいは、ＤＰＦの上流に設置して、ＤＰＦに流入するＰＭ量を測定し、差圧センサに代わる再生時期の判断に利用することも検討されている。
【０００５】
このようなＰＭセンサの基本的な構成として、特許文献１には、絶縁性を有する基板の表面に、一対の導電性電極を形成し、基板の裏面又は内部に発熱体を形成した電気抵抗式のスモークセンサが開示されている。このセンサは、スモーク（微粒炭素）が導電性を有することを利用したもので、検出部となる電極間に、スモークが堆積することで生じる抵抗値の変化を検出する。
発熱体は、検出部を所望の温度（例えば、４００℃〜６００℃）に加熱し、電極間抵抗を測定した後に、付着したスモークを焼き切って検出能力を回復させる。
また、この種のＰＭセンサでは、検出部以外の表面へのＰＭの堆積による導電経路の形成に伴う誤作動を防止すべく、検出部を除く基板の表面及び裏面を、気密な絶縁物質によって被覆して絶縁保護している。
さらに、この種のＰＭセンサでは、筒状のカバー体によって検出部が覆われており、被水や飛び石等によるセンサ素子の破損から保護されている。
【０００６】
従来、酸素センサや、ＮＯｘセンサ、空燃比センサ等の被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサについては、特許文献２にあるように、センサ素子を被水から保護しつつ、カバー体内外への被測定ガスの入れ換わりを良好にしてガスセンサの応答性を向上させる構造について種々検討されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが酸素センサなどの被測定ガス中の特定成分の濃度を検出するガスセンサにおいては、測定対象が気体であるため、カバー体内外への被測定ガスの入れ換えを速やかに行って応答性に向上を図ることが望まれるが、ＰＭセンサにおいては、被測定ガス中に含まれるＰＭをセンサ素子の検出部に如何にして早期に堆積させると共に、如何にして一旦検出部に堆積したＰＭを検出部から脱離させないようにするかが重要である。
このため、特許文献２にあるような従来のガスセンサと同様に被水から保護しつつ応答性を向上させるために流路方向を複雑に変化させたカバー体を用いたのでは、検出部に到達する前にＰＭがカバー体に付着し早期にＰＭを検出部に堆積させることができない虞がある。
しかしながら、被測定ガス中のＰＭを検出するＰＭセンサの検出素子を保護しつつ、検出部にＰＭを確実に捕集、堆積させることのできるカバー体についての検討は十分されていない。
【０００８】
そこで、かかる実情に鑑み、本願発明は、被測定ガス中に含まれるＰＭを検出する粒子状物質検出センサであって、検出素子を保護しつつＰＭを効率的に検出部に捕集させることのできるカバー体を設けた粒子状物質検出センサ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】
【０００９】
第１の発明では、所定の横幅と長さと厚さとを有する略平板状に形成した検出素子の先端を被測定ガス流路内に載置し、上記検出素子の先端側に設けた所定の横幅と縦幅とを有する検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する物理量を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出センサであって、
上記検出部を被測定ガス流路の上流側に対向せしめると共に、上記検出部を含む上記検出素子の先端を覆う所定の内径と長さを有する略筒状のカバー体を設け、
該カバー体が、少なくとも、
上記検出部に対向しつつ、被測定ガスの上流側に向かって開口して、上記カバー体内に上記被測定ガスを導入する矩形、又は、円形の被測定ガス導入孔と、
上記検出部の両側に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを側面方向に導出する矩形、又は、円形の側面導出孔と、
上記検出部の先端側下方に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを先端側下方に導出する矩形、又は、円形の下面導出孔と、を具備し、
上記被測定ガス導入孔と上記側面導出孔と上記下面導出孔とのそれぞれの開口横幅及び開口縦幅、又は、開口径を所定の下限値から上限値までの範囲に規定すると共に、
少なくとも上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離と、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離とを規定して、
上記検出部に衝突する上記被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、上記側面導出孔と上記下面導出孔から上記カバー体の外へ導出つつ、上記カバー体内において上記検出部の上流側に発生する渦流によって上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制する（請求項１）。
【００１０】
第１の発明によれば、上記渦流の発生により、上記カバー体内に導入された被測定ガスの流速が抑制されるので、被測定ガスが上記検出部に衝突したときに、被測定ガス中に含まれる粒子状物質が上記検出部の表面に吸着、堆積した後、後続の被測定ガスの流れによって脱離し難くなる。このため、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
【００１１】
第２の発明では、上記被測定ガス導入孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口横幅の下限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい（請求項２）。
【００１２】
上記被測定ガス導入孔の開口横幅が第２の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが、上記検出素子に衝突した後に左右に振り分けられる流れが形成され、その一部で上記検出素子に対して上流側となる方向に向かう渦流が発生し、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第２の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が上記検出素子の横幅以上である場合には、カバー体内に導入された被測定ガスの流速が抑制されず、上記被測定ガス導入孔から直接的に上記側面導出孔に向かう流れが形成され、上記検出素子をカバー体によって覆っていない場合と同様に、検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、第２の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２以下である場合には、カバー体内に導入される被測定ガスの量が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１３】
第３の発明では、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の上限値が、上記検出部の縦幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい（請求項３）。
【００１４】
上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が、上記第３の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが、上記検出素子に衝突した後に上下に振り分けられる流れが形成され、その一部で上記検出素子に対して上流側となる方向に向かう渦流が発生し、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第３の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が上記検出部の縦幅以上である場合には、カバー体内に導入された被測定ガスの流速が十分に抑制されず、上記被測定ガス導入孔から直接的に上記下面導出孔に向かう流れが形成され、上記検出素子をカバー体によって覆っていない場合と同様に、検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、第３の発明の範囲を外れ、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が上記検出部の縦幅の１／２以下である場合には、カバー体内に導入される被測定ガスの量が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１５】
第４の発明では、上記側面導出孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記側面導出孔の開口横幅の下限値が検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい（請求項４）。
【００１６】
上記側面導出孔の開口横幅が、第４の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体の前面に衝突した後、上記カバー体の外周表面に沿って上記カバー体の外側を流れる被測定ガスの引込み力によって上記側面導出孔から導出される被測定ガスの流速が上記検出部の上流側に渦流を発生し得る範囲に調整され、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第４の発明の範囲を外れ、上記側面導出孔の開口横幅が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅以上である場合には、上記被測定ガス導入孔から直接的に上記側面導出孔に向かう流れが形成され、上記検出素子をカバー体によって覆っていない場合と同様に、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、第４の発明の範囲を外れ、上記側面導出孔の開口横幅の下限値が検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２以下である場合には、一旦、上記カバー体内に導入された被測定ガスが上記カバー体の外に導出され難くなり、結果的に上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流量が減少し、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１７】
第５の発明では、上記側面導出孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい（請求項５）。
【００１８】
上記側面導出孔の開口縦幅が第５の発明の範囲に形成されていれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが、上記検出素子に衝突した後に左右に振り分けられる流れが形成され、その一部で上記検出素子に対して上流側となる方向に向かう渦流が発生し、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第５の発明の範囲を外れ、上記側面導出孔の開口縦幅が上記検出部の縦幅の１／２以下である場合には、上記カバー体内に導入された被測定ガスの導出が過剰に抑制され、カバー体内に滞留するため、被測定ガスの導入が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００１９】
第６の発明では、上記下面導出孔の開口径上限値が、上記カバー体の内径以下で、上記下面導出孔の開口径の下限値が上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい（請求項６）。
【００２０】
上記下面導出孔の開口径が第６の発明の範囲に形成されていれば、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入された被測定ガスが上記検出部に衝突した後、上記下面導出孔から導出される際に、上記カバー体の下端部周辺を流れる被測定ガスの引込み力によって上記下面導出孔から導出される被測定ガスの流速が上記検出部の上流側に渦流を発生し得る範囲に調整され、上記被測定ガス導入孔から上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加させることができる。
一方、第６の発明の範囲を外れ、上記下面導出孔の開口径が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２以下である場合には、上記下面導出孔から被測定ガスが導出され難くなり、カバー体内に滞留するため、被想定ガスの導入が過剰に抑制され、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００２１】
また、第７の発明のように、上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に対して複数並べて穿設しても良い（請求項７）。
【００２２】
また、第８の発明のように、上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に伸びる長孔状に穿設しても良い（請求項８）。
【００２３】
第７の発明、又は、第８の発明によれば、上記カバー体内に導入された被測定ガスが上記検出部に衝突した後、上下左右に振り分けられる際に、上記側面導出孔に向かう流れが相対的に増加され、上記下面導出孔に向かう流れが相対的に抑制される。この結果、上記検出部の上方へ向かう渦流を相対的に増加させ、上記検出部に堆積する粒子状物質の量を増加できると期待される。
【００２４】
第９の発明では、上記カバー体の内径が上記検出素子の横幅の２倍以下である（請求項９）。
【００２５】
第９の発明によれば、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離を起こり難くして、上記検出部への堆積量を増加した応答性の良い粒子状物質検出センサが実現できる。
一方、上記カバー体の内径が第８の発明の範囲を外れ、上記検出素子の横幅の２倍を超える場合には、カバー体が設けられていない場合の流速に近づくため、上記検出部に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００２６】
第１０の発明では、上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までに所定の渦流形成距離を設ける（請求項１０）。
【００２７】
第１１の発明では、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までに所定の渦流形成距離を設ける（請求項１１）。
【００２８】
第１０の発明、又は、第１１の発明によれば、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離を起こり難くして、上記検出部への堆積量を増加した応答性の良い粒子状物質検出センサが実現できる。
【００２９】
より具体的には、第１２の発明のように、上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１２）。
【００３０】
第１３の発明のように、上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１３）。
【００３１】
第１４の発明のように、上記検出素子の横幅が１０ｍｍであるときには、上記側面導出孔の開口横幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１４）。
【００３２】
第１５の発明のように、上記側面導出孔の開口横幅が１０ｍｍであるときには、上記側面導出孔の縦幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１５）。
【００３３】
第１６の発明のように、上記検出素子の横幅が１０ｍｍであるときには、上記下面導出孔の開口径が５ｍｍ以上であるのが望ましい（請求項１６）。
【００３４】
第１７の発明のように、上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１７）。
【００３５】
第１８の発明のように、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であるのが望ましい（請求項１８）。
【００３６】
第１２〜第１８の発明によれば、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離を起こり難くして、上記検出部への堆積量を増加した応答性の良い粒子状物質検出センサが実現できる。
【００３７】
第１９の発明では、上記物理量は、上記検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する抵抗値、静電容量、インピーダンス、酸化還元電位のいずれか、又は、これらから選択された物理量の組合せである（請求項１９）。
【００３８】
第１９の発明のいずれの物理量を測定する場合においても、上記カバー体内の流速を抑制することにより、上記検出部に堆積した粒子状物質の脱離が起こり難くなるので、結果として得られる上記物理量が安定し、粒子状物質検出センサとしての信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置の概要を示し、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）本図（ａ）中１０−１０に沿った半断面図、（ｃ）は、本図（ａ）中Ｃ−Ｃに沿った横断面図、（ｄ）は、本図（ａ）中Ｄ−Ｄにおける下面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置に用いられる検出素子の一例を示す展開斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置の効果を説明するための横断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出装置の効果を説明するための縦断面図。
【図５】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例１に係る横断面図、（ｂ）は、比較例２に係る横断面図。
【図６】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例３に係る縦断面図、（ｂ）は、比較例４に係る縦断面図。
【図７】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例５に係る横断面図、（ｂ）は、比較例６に係る横断面図。
【図８】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例７に係る横断面図、（ｂ）は、比較例８に係る縦断面図。
【図９】本発明の効果を発揮し得ない構成について説明するための説明図であって、（ａ）は、比較例９に係る縦断面図、（ｂ）は、比較例１０に係る縦断面図。
【図１０】本発明の効果を示し、（ａ）は、検出部におけるＰＭの捕集状態を示す図面代用写真、（ｂ）は、比較例として示すカバー体が設けられていない場合のＰＭの捕集状態を示す図面代用写真。
【図１１】本発明の要部であるカバー体の変形例を（ａ）〜（ｆ）に示す斜視図。
【図１２】本発明の第１の実施形態における変形例を示し、（ａ）は、実施例２に係る横断面図、（ｂ）は、実施例３に係る縦断面図。
【図１３】本発明の実施例４に係る横断面図。
【図１４】本発明の効果を示し、（ａ）は、導入孔開口横幅に係る特性図、（ｂ）は導入孔開口縦幅に係る特性図。
【図１５】本発明の効果を示し、（ａ）は側面導出孔開口横幅に係る特性図、（ｂ）は、側面導出孔開口縦幅に係る特性図。
【図１６】本発明の効果を示し、（ａ）は、下面導出孔開口径に係る特性図、（ｂ）は、圧力調整孔に係る特性図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出センサ１の概要について説明する。粒子状物質検出センサ１は、内燃機関の排気流路に設けられ、被測定ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を検出し、内燃機関の燃焼制御や、ＤＰＦの故障診断等に利用されるものである。
【００４１】
粒子状物質検出センサ１は、インシュレータ３０を介してハウジング４０によって被測定ガス流路に固定され、検出部１１を被測定ガスの上流側に向けて配設される検出素子１０と、本発明の要部であり、ハウジング４０に固定され、検出素子１０の先端を覆う略筒状のカバー体２０とによって構成されている。
カバー体２０は、検出素子１０の外周を覆うように略筒状に形成され、その基端側には、外径方向に向かって張り出す鍔部２１が設けられハウジング４０の先端に設けられた加締め部４１によって加締め固定されている。
カバー体２０の周壁部２２には、検出素子１０の検出部１１に対向する位置において、被測定ガスの上流側に向かって開口し、カバー体２０の内側に被測定ガスを導入する導入孔Ｈ１と、検出素子１０の両側面に対向する位置において、被測定ガスの流れ方向に直交し、カバー体２０の両側面方向に向かって開口し、検出素子１０の側面方向にカバー体２０内に導入した被測定ガスを導出する側面導出孔Ｈ２と、被測定ガスの下流側に向かって開口し、カバー体２０内に導入され検出素子１０の裏面側に存在する被測定ガスの圧力をバランスし、被測定ガスの導入又は導出をする調圧孔Ｈ４と、が穿設され、カバー体２０の底部２２には、検出素子１０の長手軸方向に向かって開口し、カバー体２０内に導入された被測定ガスを先端側下方に向かって導出する底部導出孔Ｈ３が穿設されている。
なお、カバー体２０の内径φＤ２０は、検出素子１０の横幅Ｗ１０の２倍以下に形成されている。
【００４２】
本発明は、被測定ガス導入孔Ｈ１と側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とは、それぞれの開口横幅Ｗ１、Ｗ２、及び／又は開口径Ｗ３、又は、開口縦幅Ｔ１、Ｔ２を所定の開口横幅上限値Ｗ１ＨＬ、Ｗ２ＨＬ、及び／又は開口径上限値Ｗ３ＨＬ、開口横幅下限値Ｗ１ＬＬ、Ｗ２ＬＬ、及び／又は開口径下限値Ｗ３ＬＬ並びに開口縦幅上限値Ｔ１ＨＬ、開口縦幅下限値Ｔ１ＬＬ、Ｔ２ＬＬ内となるように形成してあり、これらを所定の下限値から上限値までの範囲に規定すると共に、少なくともカバー体２０の基端から被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置までの距離Ｌと、被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離Ｌ１と、を規定し、検出部１１に衝突する被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３からカバー体２０の外へ導出つつ、カバー体２０内において検出部１１の上流側に発生する渦流によってカバー体２０内に導入される被測定ガスの流速を抑制して、検出部１１に堆積した粒子状物質の脱離を防止することを特徴としている。
【００４３】
ここで、本発明の粒子状物質検出センサ１に用いられる検出素子１０の具体的な構成の一例について図２を参照して説明する。
本実施形態においては、検出素子１０は、カバー体２０内に露出する部分の大きさが所定の横幅Ｗ１０と長さＬ１０と厚さｔ１０とを有する略平板状に形成され、先端には、検出部１１が設けられ、検出部１１は被測定ガス流路の上流側に対向するように被測定ガス流路内に載置されている。
検出素子１０の検出部１１に堆積するＰＭの量によって変化する物理量として、一対の電極間に堆積したＰＭによって形成される電導パスの抵抗値を検出している。
検出部１１は、絶縁性耐熱基板１００と、絶縁性耐熱基板１００上の被測定ガスに晒される表面に所定の距離を離隔して設けた一対の検出電極１１０と検出電極１２０とによって構成されている。
【００４４】
本実施形態において、検出電極１１０と検出電極１２０とは、外部に設けた図略の抵抗測定手段との導通を図るリード部１１１、１２１に接続されており、複数の検出電極１１０と検出電極１２０とが交互に対向するように櫛歯状に形成されている。
さらに、リード部１１１、１２１の絶縁性を確保するために、検出部１１を除く絶縁性耐熱基板１００の表面及びリード部１１１、１２１を覆うように絶縁性耐熱材料を用いて絶縁性耐熱保護層１０３が形成されている。
絶縁性耐熱基板１００の裏面側に積層して、絶縁性耐熱基板１０１、１０２に挟持され、通電により発熱するヒータ１３０と、ヒータ１３０と外部に設けた図略の通電制御装置とを接続する一対のヒータリード部１３１、１３２とが形成されている。
絶縁性耐熱基板１００、１０１、１０２は、アルミナ等の電気絶縁性耐熱材料をドクターブレード法、プレス成形法、ＣＩＰ、ＨＩＰ等の公知の方法により平板状に形成されている。なお、絶縁性耐熱基板１００の厚みの如何によっては、中間設けられた絶縁性基板１０１を廃しても良い。
検出電極１１０、１２０、リード部１１１、１２１、ヒータ１３０、ヒータリード部１３１、１３２は、厚膜印刷、メッキ、蒸着等の公知の方法により形成され、これらが一体的に積層、焼成され検出素子１０が形成されている。
一対の検出電極１１０、１２０間に堆積した導電性のＰＭの量によって変化する検出電極１１０、１２０間に電気抵抗を計測することによって、被測定ガス中に含まれるＰＭを検出することができる。
【００４５】
なお、本発明の粒子状物質検出センサ１において、カバー体２０に穿設する導入孔Ｈ１、導出孔Ｈ２、Ｈ３、圧力調整孔Ｈ４の位置、大きさを規定して、検出部１１に堆積するＰＭ量を最大にした点を特徴とするものであり、これに用いられる検出素子１０は、略平板状に形成された検出素子１０の検出部１１を被測定ガス中に配設して検出部１１に捕集されたＰＭ量によって変化する物理量を検出するものであれば、物理量として、本実施形態のように検出部１１に堆積したＰＭ量によって変化する抵抗値を計測するものに限定されるものではなく、検出部１１に堆積するＰＭ量によって変化する静電容量を計測するものでも、検出部１１に堆積するＰＭ量によって変化するインピーダンスを計測するものでも、検出部１１に堆積したＰＭを酸化除去したときに発生する酸化還元電位のいずれか、又は、これらから選択された物理量を計測するものの組合せでも良い。
また、本実施形態のように一対の検出電極１１０、１２０を櫛歯状に形成して抵抗値を計測するものだけでなく、検出部に多孔質電極を形成して、ＰＭの堆積に伴う抵抗値変化を検出するものでも良い。
【００４６】
被測定ガス導入孔Ｈ１の水平方向の横幅Ｗ１は、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０の１／２以上の所定の導入孔横幅下限値Ｗ１ＬＬ以上に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０以下の所定の導入孔横幅上限値Ｗ１ＨＬ以下に設定されている。
被測定ガス導入孔Ｈ１の軸方向の縦幅Ｔ１は、検出部１１の縦幅Ｔ１１の１／２以上の所定の導入孔縦幅下限値Ｔ１ＬＬ以上に設定され、検出部１１の縦幅Ｔ１１以下の所定の導入孔縦幅上限値Ｔ１ＨＬ以下に設定されている。
また、被測定ガス導入孔Ｈ１は、検出部１１の中心からカバー体２０の基端までの間に検出部１１へ衝突した被測定ガスが上方へ向かった後、上流側で下方に向かって環流する渦流を発生する空間を形成すべく、カバー体２０の基端からの渦流形成距離Ｌ１を隔てた位置に穿設されている。
また、検出部１１の中心からカバー体２０の先端までの間に、検出部１１に衝突した被測定ガスの一部が下方に向かった後、上流側に向かって環流する渦流を発生する空間を形成すべく、検出部１１の中心からカバー体２０の先端までの渦流形成距離Ｌ２が設けられている。
【００４７】
側面導出孔Ｈ２の水平方向の横幅Ｗ２は、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥよりも小さい側面導出孔開口横幅上限値Ｗ２ＨＬ以下に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥの１／２よりも大きい側面導出孔開口横幅下限値Ｗ２ＬＬ以上に設定されている。
側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２は、検出部１１の縦幅の１／２よりも大きい側面導出孔縦幅下限値Ｔ２ＬＬ以上に設定されている。
【００４８】
下面導出孔Ｈ３の開口径φＤ３は、カバー体２０の内径φＤ２０以下の下面導出孔開口横幅上限値Ｈ３ＨＬ以下で、検出素子１０の厚さｔ１０よりも大きい下面導出孔開口横幅下限Ｈ３ＬＬ以上に設定されている。
また、下面導出孔Ｈ３は、本実施形態に示すように、単孔で形成しても良いが、複数孔で構成しても良い。
【００４９】
具体的には、例えば、検出部１１の横幅Ｗ１１が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅Ｔ１１が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときに、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口横幅Ｗ１が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口縦幅Ｔ１が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、側面導出孔Ｈ２の開口横幅Ｗ２が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２が１０ｍｍ以上、下面導出孔Ｈ３の開口径φＤ３が５ｍｍ以上、カバー体２０の基端から被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置までの距離Ｌ１が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口位置からカバー体２０の先端までの距離Ｌ２が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定してある。
【００５０】
図３、図４を参照して本発明の効果について説明する。
被測定ガス導入孔Ｈ１からカバー体２０内に導入された被測定ガスは、検出部１１に衝突して被測定ガス中に含まれるＰＭを検出部１１の表面に堆積させる。
このとき、カバー体２０内に導入された被測定ガスは、上下左右に振り分けられて、側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とからカバー体２０の外へ導出されるが、カバー体２０の周囲に流れる被測定ガスと衝突して、あるいは、被測定ガスに引き込まれて、流れ方向が下流側に変わる。
さらに、カバー体２０内を流れる被測定ガスの一部は、被測定ガス導入孔Ｈ１からカバー体２０内に導入されるときの流速と側面導出孔Ｈ２と下面導出孔Ｈ３とからカバー体２０の外へ導出されるときの流速との差、あるいは、カバー体２０内に発生する圧力分布によって、検出部１１の上流側に向かって環流する渦流が発生するため、カバー体２０内に導入される被測定ガスの流速が抑制される。
このため、検出部１１の表面に堆積したＰＭがカバー体２０内に導入された被測定ガスによって流されることなく検出部１１に堆積した状態を留めることができる。
【００５１】
図５から図９を参照して本発明の効果を発揮し得ない構成について説明する。
図５（ａ）に比較例１として示す、カバー体２０Ｚのように、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｚの開口横幅Ｗ１Ｚが検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０以上である場合には、カバー体２０Ｚ内に導入された被測定ガスの流速が抑制されず、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｚから直接的に側面導出孔Ｈ２に向かう流れが形成され、検出素子１０をカバー体によって覆っていない場合と同様に、検出部１１に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
また、本図（ｂ）に比較例２として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｙの開口横幅Ｗ１Ｙが検出部１１の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０の１／２より小さい所定の導入孔開口横幅下限値Ｗ１ＬＬ以下である場合には、カバー体２０Ｙ内に導入される被測定ガスの量の絶対量が少なくなる上に、被測定ガスの流速が過剰に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５２】
図６（ａ）に比較例３として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｘの開口縦幅Ｔ１Ｘが検出部１１の縦幅Ｔ１１より大きい所定の導入孔開口縦幅上限値Ｔ１ＨＬ以上である場合には、カバー体内に導入された被測定ガスの流速が十分に抑制されず、上記被測定ガス導入孔から直接的に下面導出孔Ｈ３に向かう流れが形成され、検出素子１０をカバー体２０によって覆っていない場合と同様に、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
また、本図（ｂ）に比較例４として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｗの開口縦幅Ｔ１Ｗが検出部１１の縦幅Ｔ１１の１／２より小さい導入孔縦幅下限値Ｔ１Ｌ以下である場合には、カバー体２０Ｗ内に導入される被測定ガスの絶対量が少なくなる上に、被測定ガスの流速が過剰に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５３】
図７（ａ）に比較例５として示す、側面導出孔Ｈ２Ｖの横幅Ｗ２Ｖが、検出素子１０の側端縁をカバー体２０Ｖに投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥより大きい所定の側面導出孔横幅上限値Ｗ２ＨＬ以上である場合には、被測定ガス導入孔Ｈ１から直接的に側面導出孔Ｈ２Ｖに向かう流れが形成され、検出素子１０をカバー体２０によって覆っていない場合と同様に、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
また、図７（ｂ）に比較例６として示す、側面導出孔Ｈ２Ｕの開口横幅Ｗ２Ｕが検出素子１０の側端縁をカバー体２０Ｖに投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥの１／２以下である場合には、一旦、カバー体２０Ｕ内に導入された被測定ガスがカバー体２０Ｕの外に導出され難くなり、結果的に被測定ガス導入孔Ｈ１からカバー体２０Ｕ内に導入される被測定ガスの流量が減少し、検出部１１に衝突する被測定ガスの流れが形成されず、ＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５４】
図８（ａ）に比較例７として示す側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２が検出部１１の縦幅の１／２以下である場合には、カバー体２０Ｔ内に導入された被測定ガスの導出が過剰に抑制され、カバー体２０Ｔ内に滞留するため、被想定ガスの導入が過剰に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し難くなる虞がある。
【００５５】
図８（ｂ）に比較例８として示す、下面導出孔Ｈ３Ｓの開口径φＤ３Ｓが、検出素子１０の厚さＴ１０以下である場合には、下面導出孔Ｈ３Ｓから被測定ガスが導出され難くなり、カバー体２０Ｓ内に滞留するため、被想定ガスの導入が過剰に抑制され、検出部１１に粒子状物質が堆積し難くなる虞がある。
【００５６】
図９（ａ）に比較例９として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｒの開口位置が検出素子１０の検出部１１に対向する位置になく、カバー体２０Ｒの基端からの距離Ｌ１Ｒが、１０ｍｍより短い場合には、カバー体２０Ｒ内に渦流が発生せず、下面導出孔Ｈ３に一方的に向かう強い流れが形成され、検出部１１に堆積したＰＭが脱離され易くなる虞がある。
図９（ｂ）に比較例１０として示す、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｑの開口位置が、検出素子１０の検出部１１に対向する位置になく、カバー体２０Ｑの基端からの距離Ｌ１Ｑが、３０ｍｍより長い場合には、被測定ガス導入孔Ｈ１Ｑから下面導出孔Ｈ３に直接的に向かう流れが形成され、検出部１１の表面にＰＭが到達せず、堆積し難くなる虞がある。
【００５７】
図１０に本発明の効果の一例を比較例と共に示す。
本図（ａ）は、本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出センサ１の検出部１１にＰＭが堆積した様子を示す写真で、本図（ｂ）は、比較例として、カバー体２０によって検出素子１０が覆われていない場合のＰＭの堆積状態を示す写真である。
本図（ａ）に示すように、本発明の要部であるカバー体２０によって検出素子１０を覆った場合には、検出部１１の表面の特定の範囲に集中的にＰＭが堆積していることが分かる。
一方、本図（ｂ）に示すように、本発明の要部であるカバー体２０を設けていない場合には、検出素子１０の表面全体にＰＭが僅かに堆積する。
【００５８】
図１１を参照して本発明の要部であるカバー体２０の変形例について説明する。
本図（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるカバー体２０を示す斜視図である。
本図（ｂ）に示すように、側面導出孔Ｈ２をカバー体２０の軸方向に対して複数並べて穿設しても良い。また、上記実施形態に示すように、側面導出孔Ｈ２は、円形に形成しても良いし、本図（ｃ）に示すように、側面導出孔Ｈ２ｂを矩形に形成しても良い。さらに、本図（ｄ）示すように、側面導出孔Ｈ２ｃをカバー体２０ｃの軸方向に伸びる長孔状に穿設しても良い。この場合において、側面導出孔Ｈ２、Ｈ２ｂ、Ｈ２ｃの横幅Ｗ２が上述の範囲に設定されていれば、カバー体２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に導入される被測定ガスの流速が適度に抑制され、検出部１１にＰＭが堆積し易くなる。
さらに、本図（ｅ）に示すように、下面導出孔Ｈ３ｄを複数の開口によって構成しても良い。この場合、検出素子１０よりも上流側に位置する下面導出孔Ｈ３ｄがカバー体２０ｄから被測定ガスを先端方向に導出する導出孔として機能し、検出素子１０よりも下流側に位置する下面導出孔Ｈ３ｄは、カバー体２０ｄ内において検出素子１０の背面側におけるカバー体２０ｄの内外の圧力の均衡を図る導入孔として機能する。
また、本図（ｆ）に示すように、カバー体２０ｅの先端側の下半部をテーパ状に形成しても良い。
【００５９】
図１２、１３を参照して、本発明の他の実施例について説明する。
図１２（ａ）に実施例２として示すように、背面側圧力調整孔Ｈ４ｇの横幅Ｗ４ｇを検出素子１０に横幅Ｗ１０より大きく穿設した場合でも、側面導出孔Ｈ２から導出した被測定ガスの一部が検出素子１０の背面側に環流する渦流が形成されるが、被測定ガス導入孔Ｈ１から導入され検出部１１に向かう被測定ガスの流れには何ら影響を与えず、上述した第１の実施形態における粒子状物質検出センサと同様の効果を発揮することができる。また、本図（ｂ）に実施例３として示すように、背面側圧力調整孔Ｈ４ｈの縦幅Ｔ４ｈを検出部１１に縦幅Ｔ１１より大きく穿設した場合でも、下面導出孔Ｈ３から導出した被測定ガスの一部が検出素子１０の背面側に環流する渦流が形成されるが、被測定ガス導入孔Ｈ１から導入され検出部１１に向かう被測定ガスの流れには何ら影響を与えず、上述した第１の実施形態における粒子状物質検出センサと同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
さらに、図１３に示すように、下面導出孔Ｈ３ｉの開口径φＤ３ｉをカバー体２０ｉの内径φＤ２０に等しく形成しても良い。
下面導出孔Ｈ３、Ｈ３ｉは、検出素子１０の板厚ｔ１０以上の開口径を有していれば、下面導出孔Ｈ３、Ｈ３ｉから導出される被測定ガスの流れとカバー体２０、２０ｉの先端部の下方に流れる被測定ガスの流れとがバランスし、下面導出孔Ｈ３の開口径の如何に拘わらず、被測定ガス導入孔Ｈ１と側面導出孔Ｈ２との関係によって決まる流れが維持される。
【００６１】
本発明の効果について、図１４から図１６に、上述の実施例１、２、３及び比較例１〜１０のＰＭ捕集量を示す。
図１４（ａ）に示すように、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口横幅Ｗ１が、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０の１／２以上の所定の導入孔横幅下限値Ｗ１ＬＬ以上に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅Ｗ１０以下の所定の導入孔横幅上限値Ｗ１ＨＬ以下に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１４（ｂ）に示すように、被測定ガス導入孔Ｈ１の開口縦幅Ｔ１が、検出部１１の縦幅Ｔ１１の１／２以上の所定の導入孔縦幅下限値Ｔ１ＬＬ以上に設定され、検出部１１の縦幅Ｔ１１以下の所定の導入孔縦幅上限値Ｔ１ＨＬ以下に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
【００６２】
図１５（ａ）に示すように、側面導出孔Ｈ２の水平方向の横幅Ｗ２が、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥよりも小さい側面導出孔開口横幅上限値Ｗ２ＨＬ以下に設定され、検出素子１０の側端縁をカバー体２０に投影した直線との交点によって区画される横幅ＷＥの１／２よりも大きい側面導出孔開口横幅下限値Ｗ２ＬＬ以上に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１５（ｂ）に示すように、側面導出孔Ｈ２の開口縦幅Ｔ２が、検出部１１の縦幅の１／２よりも大きい側面導出孔縦幅下限値Ｔ２ＬＬ以上に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１６（ａ）に示すように、下面導出孔Ｈ３の開口径φＤ３が、カバー体２０の内径φＤ２０以下の下面導出孔開口横幅上限値Ｈ３ＨＬ以下で、検出素子１０の厚さｔ１０よりも大きい下面導出孔開口横幅下限Ｈ３ＬＬ以上に設定されている場合に比較例として示したカバー体なしの場合よりもＰＭ捕集量が多くなっている。
図１６（ｂ）に示すように、調圧孔Ｈ４の大きさは、特にＰＭ捕集量に影響せず、カバー体２０内の圧力バランスによって被測定ガスの導入又は導出を行っている。
【００６３】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載される粒子状物質検出センサを例に説明したが、本発明の粒子状物質検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおける粒子状物質検出の用途にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 粒子状物質検出装置
１０ 検出素子
１１ 検出部
２０ カバー体
２１ フランジ部
２２ 周壁部
２３ 底部
Ｈ１ 被測定ガス導入孔
Ｈ２ 側面導出孔
Ｈ３ 底面導出孔
Ｈ４ 背面側圧力調整孔
Ｌ１ 検出部カバー体基端間距離
Ｌ２ 検出部カバー体先端間距離
Ｌ１＋Ｌ２ カバー体長さ
Ｗ１ 導入孔横幅
Ｗ１ＬＬ 導入孔横幅下限値
Ｗ１ＨＬ 導入孔横幅上限値
Ｗ２ 側面導出孔横幅
Ｔ１ 導入孔縦幅
Ｔ１ＬＬ 導入孔縦幅下限
Ｔ１ＨＬ 導入孔縦幅上限
３０ インシュレータ
４０ ハウジング
４１ ねじ部
４２ 加締め部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】特開２００９−９７８６８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の横幅と長さと厚さとを有する略平板状に形成した検出素子の先端を被測定ガス流路内に載置し、上記検出素子の先端側に設けた所定の横幅と縦幅とを有する検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する物理量を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出センサであって、
上記検出部を被測定ガス流路の上流側に対向せしめると共に、上記検出部を含む上記検出素子の先端を覆う所定の内径と長さを有する略筒状のカバー体を設け、
該カバー体が、少なくとも、
上記検出部に対向しつつ、被測定ガスの上流側に向かって開口して、上記カバー体内に上記被測定ガスを導入する矩形、又は、円形の被測定ガス導入孔と、
上記検出部の両側に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを側面方向に導出する矩形、又は、円形の側面導出孔と、
上記検出部の先端側下方に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを先端側下方に導出する矩形、又は、円形の下面導出孔と、を具備し、
上記被測定ガス導入孔と上記側面導出孔と上記下面導出孔とのそれぞれの開口横幅及び開口縦幅、又は、開口径を所定の下限値から上限値までの範囲に規定すると共に、
少なくとも上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離と、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離とを規定して、
上記検出部に衝突する上記被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、上記側面導出孔と上記下面導出孔から上記カバー体の外へ導出つつ、上記カバー体内において上記検出部の上流側に発生する渦流によって上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制することを特徴とする粒子状物質検出センサ。
【請求項２】
上記被測定ガス導入孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口横幅の下限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい請求項１に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項３】
上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の上限値が、上記検出部の縦幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい請求項１、又は、２に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項４】
上記側面導出孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記側面導出孔の開口横幅の下限値が検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい請求項１ないし３のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項５】
上記側面導出孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい請求項１ないし４のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項６】
上記下面導出孔の開口径上限値が、上記カバー体の内径以下で、上記下面導出孔の開口径の下限値が上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい請求項１ないし５のいずれかに記載のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項７】
上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に対して複数並べて穿設した請求項１ないし６のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項８】
上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に伸びる長孔状に穿設した請求項１ないし６のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項９】
上記カバー体の内径が上記検出素子の横幅の２倍以下である請求項１ないし８のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１０】
上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までに所定の渦流形成距離を設けた請求項１ないし９のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１１】
上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までに所定の渦流形成距離を設けた請求項１ないし１０のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１２】
上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１ないし１１のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１３】
上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１ないし１２のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１４】
上記検出素子の横幅が１０ｍｍ以下であるときには、上記側面導出孔の開口横幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるである請求項１ないし１３のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１５】
上記側面導出孔の開口横幅が１０ｍｍ以下であるときには、上記側面導出孔の縦幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１ないし１４のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１６】
上記検出素子の横幅が１０ｍｍ以下であるときには、上記下面導出孔の開口径が５ｍｍ以上である請求項１ないし１５のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１７】
上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１ないし１６のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１８】
上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１ないし１７のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１９】
上記物理量は、上記検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する抵抗値、静電容量、インピーダンス、酸化還元電位のいずれか、又は、これらから選択された物理量の組合せである請求項１ないし１８のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１】
所定の横幅と長さと厚さとを有する略平板状に形成した検出素子の先端を被測定ガス流路内に載置し、上記検出素子の先端側に設けた所定の横幅と縦幅とを有する検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する物理量を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出センサであって、
上記検出部を被測定ガス流路の上流側に対向せしめると共に、上記検出部を含む上記検出素子の先端を覆う所定の内径と長さを有する略筒状のカバー体を設け、
該カバー体が、少なくとも、
上記検出部に対向しつつ、被測定ガスの上流側に向かって開口して、上記カバー体内に上記被測定ガスを導入する矩形、又は、円形の被測定ガス導入孔と、
上記検出部の両側に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを側面方向に導出する矩形、又は、円形の側面導出孔と、
上記検出部の先端側下方に向かって開口して、上記カバー体内に導入された被測定ガスを先端側下方に導出する矩形、又は、円形の下面導出孔と、を具備し、
上記被測定ガス導入孔と上記側面導出孔と上記下面導出孔とのそれぞれの開口横幅及び開口縦幅、又は、開口径を所定の下限値から上限値までの範囲に規定すると共に、
少なくとも上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離と、上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離とを規定して、
上記検出部に衝突する上記被測定ガスの流れを上下左右に振り分けて、上記側面導出孔と上記下面導出孔から上記カバー体の外へ導出つつ、上記カバー体内において上記検出部の上流側に発生する渦流によって上記カバー体内に導入される被測定ガスの流速を抑制することを特徴とする粒子状物質検出センサ。
【請求項２】
上記被測定ガス導入孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口横幅の下限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい請求項１に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項３】
上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の上限値が、上記検出部の縦幅よりも小さく、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい請求項１、又は、２に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項４】
上記側面導出孔の開口横幅の上限値が、上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅よりも小さく、上記側面導出孔の開口横幅の下限値が検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい請求項１ないし３のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項５】
上記側面導出孔の開口縦幅の下限値が上記検出部の縦幅の１／２よりも大きい請求項１ないし４のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項６】
上記下面導出孔の開口径上限値が、上記カバー体の内径以下で、上記下面導出孔の開口径の下限値が上記検出素子の側端縁を上記カバー体に投影した直線との交点によって区画される横幅の１／２よりも大きい請求項１ないし５のいずれかに記載のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項７】
上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に対して複数並べて穿設した請求項１ないし６のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項８】
上記側面導出孔を上記カバー体の軸方向に伸びる長孔状に穿設した請求項１ないし６のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項９】
上記カバー体の内径が上記検出素子の横幅の２倍以下である請求項１ないし８のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１０】
上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までに所定の渦流形成距離を設けた請求項１ないし９のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１１】
上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までに所定の渦流形成距離を設けた請求項１ないし１０のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１２】
上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口横幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１ないし１１のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１３】
上記検出部の横幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、縦幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときには、上記被測定ガス導入孔の開口縦幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１ないし１２のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１４】
上記検出素子の横幅が１０ｍｍ以下であるときには、上記側面導出孔の開口横幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるである請求項１ないし１３のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１５】
上記側面導出孔の開口横幅が１０ｍｍ以下であるときには、上記側面導出孔の縦幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１ないし１４のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１６】
上記検出素子の横幅が１０ｍｍ以下であるときには、上記下面導出孔の開口径が５ｍｍ以上である請求項１ないし１５のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１７】
上記カバー体の基端から上記被測定ガス導入孔の開口位置までの距離が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１ないし１６のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１８】
上記被測定ガス導入孔の開口位置から上記カバー体の先端までの距離が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１ないし１７のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項１９】
上記物理量は、上記検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する抵抗値、静電容量、インピーダンス、酸化還元電位のいずれか、又は、これらから選択された物理量の組合せである請求項１ないし１８のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−６８１４８（Ｐ２０１２−６８１４８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４０２１（Ｐ２０１０−２１４０２１）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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