粒子状物質検出装置、および検出システム
【課題】検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できる粒子状物質検出装置、および検出システムを提供する。
【解決手段】粒子状物質検出装置は、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部３２と、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部３１と、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部４とを備え、流量検出部３２は、排気ガスの雰囲気が有する温度に基づいて、流量情報を検出し、堆積量検出部３１は、第１発熱部３１ａを有しており、かつ第１主面３ａと第１発熱部３１ａとの間の温度と第２主面３ｂと第１発熱部３１ａとの間の温度とに基づいて、堆積量情報を検出し、絶縁体Ｌには、第１発熱部３１ａの熱が、流量検出部３２へ伝わることを抑制するための第１切欠部Ｃ１が設けられている。
【解決手段】粒子状物質検出装置は、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部３２と、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部３１と、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部４とを備え、流量検出部３２は、排気ガスの雰囲気が有する温度に基づいて、流量情報を検出し、堆積量検出部３１は、第１発熱部３１ａを有しており、かつ第１主面３ａと第１発熱部３１ａとの間の温度と第２主面３ｂと第１発熱部３１ａとの間の温度とに基づいて、堆積量情報を検出し、絶縁体Ｌには、第１発熱部３１ａの熱が、流量検出部３２へ伝わることを抑制するための第１切欠部Ｃ１が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出装置、および検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量を検出する粒子状物質検出装置としては、例えば、静電容量の変化を利用して粒子状物質の量を検出する、いわゆる静電容量型の検出装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の検出装置は、ゼオライトに吸着した粒子状物質の吸着量を、静電容量の変化を利用して検出している。具体的には、このゼオライトを２つの電極で担持し、ゼオライトに粒子状物質が吸着すると、この吸着量に応じて、電極間の容量が変化する。そのため、特許文献１に記載の検出装置は、電極間の容量の変化量に基づいて、吸着量を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３４１２号公報
【特許文献２】特表２０００−５１７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の検出装置では、電極間にゼオライトが担持されているため、粒子状物質に含まれている水および油等もゼオライトに吸着されてしまう。このため、特許文献１に記載の検出装置では、粒子状物質に含まれている水および油等により、電極間の容量が不測に変化し、検出誤差が生じる可能性があった。
【０００６】
また、従来の粒子状物質検出装置では、一般に、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部とは、それぞれ、別体構造で構成されていた。このため、排気通路にこれらの検出部を２つ取り付ける必要があるため、手間がかかる。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できる粒子状物質検出装置、および検出システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明における粒子状物質検出装置は、内燃機関の排気ガスが移動する排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質が堆積される第１主面、および前記第１主面とは反対側に設けられた第２主面を有する絶縁体と前記絶縁体に設けられており、かつ前記排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、前記流量検出部が設けられた絶縁体と同じ絶縁体に設けられており、かつ前記絶縁体の第１主面に堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部と、前記流量検出部により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、前記堆積量検出部により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質の堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した前記排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部と、を備え、前記流量検出部は、前記排気ガスの雰囲気が有する温度に基づいて、前記流量情報を検出し、前記堆積量検出部は、第１発熱部を有しており、かつ前記第１主面と前記第１発熱部との間の温度と、前記第２主面と前記第１発熱部との間の温度とに基づいて、前記堆積量情報を検出し、前記絶縁体には、前記堆積量検出部が有する第１発熱部の熱が、前記流量検出部へ伝わることを抑制するための第１断熱部が設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の粒子状物質検出装置、および検出システムは、検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態に係る検出システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る検出センサの概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の矢印Ｎの方向から見た場合の、検出センサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、絶縁体を構成する各層の状態を表した図である。
【図５】図５は、第１中空部および第２中空部が形成された断熱層の状態を表した図である。
【図６】図６は、対応関係記録部に記録されたデータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る検出システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る検出システム１は、例えば、図示しない車両（自動車等）等に備えられるものであって、フィルタ装置２、検出センサ３、演算部４、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５、および制御部６を備えている。ここで、検出センサ３および演算部４が、本発明に係る粒子状物質検出装置の一実施形態となる。
【００１３】
フィルタ装置２は、排気通路Ｕに設けられており、排気通路Ｕを移動する排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するための装置である。フィルタ装置２は、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）から構成される。すなわち、排気ガスは、ディーゼルエンジン、ピストンエンジン、ガスタービンエンジン等の内燃機関が燃焼することによって発生するとともに、図１の矢印で示されているように、内燃機関側（上流側）から消音器側（下流側）に向かって排気通路Ｕを移動する。なお、消音器を通過した排気ガスは、外部へ放出される。ここで、排気ガス中に含まれる粒子状物質としては、例えば、単純な固形の炭素の微粒子が房状に連なったもの、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）と呼ばれる高分子炭化水素、あるいは硫酸塩等が挙げられる。この粒子状物質は、人の気道や肺に沈着するので、人体へ悪影響を及ぼすとともに、大気汚染の要因ともなり得る。そのため、フィルタ装置２において粒子状物質が捕集される。なお、粒子状物質には、水および油等も含まれている。
【００１４】
検出センサ３は、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出するための情報を検出する役割を担う部材である。本実施形態では、検出センサ３は、フィルタ装置２よりも下流側（消音器側）の排気通路Ｕに設けられているが、フィルタ装置２よりも上流側（内燃機関側）の排気通路Ｕに設けられていてもよい。また、フィルタ装置２の上流側と下流側の双方に設けられていてもよい。
【００１５】
図２は、本実施形態に係る検出センサ３の概略構成を示す斜視図である。図３は、図２の矢印Ｎの方向から見た場合の、検出センサ３の概略構成を示す斜視図である。図４は、検出センサ３を構成する絶縁体の各層の状態を表した図である。
【００１６】
図２および図３に示すように、検出センサ３は、外観視直方体状であって、排気通路Ｕに設けられた台座Ｂの上に設けられている。なお、台座Ｂを設けることなく、直接、検出センサ３を排気通路Ｕに設けるようにしてもよい。また、検出センサ３は、外観視直方体状であるが、これに限らず、丸棒状、板状等であってもよく、その形状については特に限定されない。
【００１７】
ここで、検出センサ３は、絶縁体Ｌによって構成される。絶縁体Ｌは、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭが堆積される第１主面３ａ、および第１主面３ａとは反対側に設けられた第２主面３ｂを有している。第１主面３ａおよび第２主面３ｂは、排気通路Ｕの長手方向（図２の矢印Ｎの方向）に対して略垂直な面であり、第１主面３ａは、第２主面３ｂよりも排気通路Ｕの上流側に位置している。このため、第１主面３ａは、フィルタ装置２で捕集できなかった粒子状物質ＰＭが堆積される面となり、第２主面３ｂは、粒子状物質ＰＭが堆積され難い面となる。すなわち、第１主面３ａは、排気ガスの風の影響を直接受ける面となり、第２主面３ｂは、排気ガスの風の影響を受け難い面となるからである。
【００１８】
絶縁体Ｌは、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、あるいはガラスセラミック焼結体等のセラミックからなり、本実施形態においては４層構造を有している。すなわち、絶縁体Ｌは、第１層Ｌ１と、第１層Ｌ１に積層された第２層Ｌ２と、第２層Ｌ２に積層された第３層Ｌ３と、第３層Ｌ３に積層された第４層Ｌ４とを有している。すなわち、絶縁体Ｌの第４層Ｌ４の前面が第１主面３ａとなり、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１の後面が第２主面３ｂとなる。この絶縁体Ｌは、第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシートと、第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシートと、第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシートと、第４層Ｌ４となるセラミックグリーンシートとを積層し所定の温度で焼成することによって形成される。
【００１９】
検出センサ３は、図１に示すように、堆積量検出部３１と、流量検出部３２とを有している。堆積量検出部３１は、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出するための堆積量情報を検出する。また、流量検出部３２は、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する。
【００２０】
堆積量検出部３１は、第１発熱部３１ａと、第１温度検出部３１ｂと、第２温度検出部３１ｃとを有している。
【００２１】
第１発熱部３１ａは、図４に示すように、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に設けられており、発熱する役割を担う部材である。すなわち、第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシート上に、第１発熱部３１ａとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に第１発熱部３１ａが形成される。
【００２２】
第１温度検出部３１ｂは、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に設けられており、かつ第１発熱部３１ａが設けられた部位と対向する部位に設けられている。また、第１温度検出部３１ｂは、第１発熱部３１ａが発熱することにより得られる第１主面３ａとの間の温度を検出する。ここで、第１温度検出部３１ｂは、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシート上に、第１温度検出部３１ｂとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に第１温度検出部３１ｂが形成される。
【００２３】
第２温度検出部３１ｃは、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に設けられており、かつ第１発熱部３１ａが設けられた部位と対向する部位に設けられている。また、第２温度検出部３１ｃは、第１発熱部３１ａが発熱することにより得られる第２主面３ｂとの間の温度を検出する。ここで、第２温度検出部３１ｃは、第１温度検出部３１ｂと同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシート上に、第２温度検出部３１ｃとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に第２温度検出部３１ｃが形成される。
【００２４】
すなわち、第１主面３ａは、フィルタ装置２で捕集できなかった粒子状物質ＰＭが堆積されるため、第１発熱部３１ａからの熱は、絶縁体Ｌの第１主面３ａから外部へ放熱され難くなる。つまり、第１主面３ａを有する第４層Ｌ４には熱がこもり易くなる。一方、第２主面３ｂは、粒子状物質ＰＭが堆積され難いため、第１発熱部３１ａからの熱は、絶縁体Ｌの第２主面３ｂから外部へ放熱され易い。つまり、第２主面３ｂを有する第１層Ｌ１には熱がこもらない。このように、第１主面３ａに粒子状物質ＰＭが堆積された場合、第１温度検出部３１ｂが検出する温度は、第２温度検出部３１ｃが検出する温度よりも高くなる。そのため、第１温度検出部３１ｂが検出した温度から第２温度検出部３１ｃが検出した温度の差分を取ることにより、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出することが可能となる。
【００２５】
流量検出部３２は、第３温度検出部３２ａと、第２発熱部３２ｂと、第４温度検出部３２ｃとを有している。
【００２６】
第３温度検出部３２ａは、後述する第１切欠部Ｃ１を介して第１温度検出部３１ｂと隣り合うように、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に設けられている。また、第３温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度を検出する。このため、第３温度検出部３２ａが排気通路Ｕを移動する排気ガスの風の影響を受けないように、第３温度検出部３２ａよりも上流側であってかつ第３温度検出部３２ａと対向する位置に、排気ガスに対する風除けＷが設けられている（図２参照）。風除けＷが設けられているので、第３温度検出部３２ａは、排気ガスの風の影響を受けることなく、排気ガスの雰囲気が有する温度のみを検出することができる。なお、風除けＷは、排気通路Ｕに設けられていてもよいし、絶縁体Ｌに設けられていてもよい。
【００２７】
第３温度検出部３２ａは、第１温度検出部３１ｂおよび第２温度検出部３１ｃと同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシート上に、第３温度検出部３２ａとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に第３温度検出部３２ａが形成される。
【００２８】
第２発熱部３２ｂは、第１切欠部Ｃ１を介して第１発熱部３１ａと隣り合うように、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に設けられている。また、第２発熱部３２ｂは、発熱する役割を担う部材である。すなわち、第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシート上に、第２発熱部３２ｂとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に第２発熱部３２ｂが形成される。
【００２９】
すなわち、排気通路Ｐを移動する排気ガスの風の影響や、排気ガスの雰囲気が有する温度によって、第２発熱部３２ｂの温度が変化する。例えば、排気ガスの風の影響が弱く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が高ければ、第２発熱部３２ｂは暖められるので、第２発熱部３２ｂの温度は高くなる。一方、排気ガスの風の影響が強く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が低ければ、第２発熱部３２ｂは冷やされるので、第２発熱部３２ｂの温度は低くなる。
【００３０】
また、第２発熱部３２ｂは、後述する発熱制御部４３から電力の供給を受けることにより、供給を受けた電力量に応じた熱を発生する。本実施形態では、第２発熱部３２ｂは、供給を受けた電力量が大きければ大きい程、発熱量が大きくなり、温度が高くなる。また、第２発熱部３２ｂは、供給を受けた電力量が小さければ小さい程、発熱量が小さくなり、温度の上昇は抑制される。
【００３１】
第４温度検出部３２ｃは、第１切欠部Ｃ１を介して第２温度検出部３１ｃと隣り合うように、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に設けられている。また、第４温度検出部３２ｃは、第２発熱部３２ｂの温度を検出する。ここで、第４温度検出部３２ｃは、第１〜第３温度検出部と同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシート上に、第４温度検出部３２ｃとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に第４温度検出部３２ｃが形成される。
【００３２】
ところで、流量検出部３２が有する第３温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度を検出し、流量検出部３２が有する第４温度検出部３２ｃは、第２主面３ｂと第２発熱部３２ｂとの間の温度を検出する。このため、堆積量検出部３１が有する第１発熱部３１ａから発生する熱が、流量検出部３２へ伝わることを抑制する必要がある。このため、本実施形態においては、図４に示すように、平面視において、堆積量検出部３１と流量検出部３２との間における絶縁体Ｌには、第１断熱部としての第１切欠部Ｃ１が形成されている。本実施形態に係る第１切欠部Ｃ１は、直線状に形成されている。絶縁体Ｌに第１切欠部Ｃ１が形成されているので、第１発熱部３１ａから発生する熱は、第１切欠部Ｃ１によって遮断される。そのため、第１発熱部３１ａから発生する熱が流量検出部３２へ伝わることを抑制できる。なお、第１切欠部Ｃ１の形状や数については、特に限定されない。
【００３３】
また、流量検出部３２が有する第３温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度のみを検出するので、流量検出部３２が有する第２発熱部３２ｂから発生する熱が第３温度検出部３２ａへ伝わることを抑制する必要がある。このため、本実施形態においては、図４に示すように、平面視において、第３温度検出部３２ａと第２発熱部３２ｂとの間における絶縁体Ｌには、第２断熱部としての第２切欠部Ｃ２が形成されている。本実施形態に係る第２切欠部Ｃ２は、第１切欠部Ｃ１と直交するように、直線状に形成されている。絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２が形成されているので、第２発熱部３２ｂから発生する熱は、第２切欠部Ｃ２によって遮断される。そのため、第２発熱部３２ｂから発生する熱が第３温度検出部３２ａへ伝わることを抑制できる。なお、第２切欠部Ｃ２の形状や数については、特に限定されない。
【００３４】
なお、図５に示すように、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２が形成された断熱層ＬＳを、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３との間に設けてもよい。ここで、第１中空部Ｓ１は、第３温度検出部３２ａと対向する部位に形成されている。また、第２中空部Ｓ２は、第２発熱部３２ｂと対向する部位に形成されている。なお、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２の気圧は、外部の気圧よりも低い。すなわち、絶縁体Ｌがセラミックであるため、当該絶縁体Ｌの作製時における焼成により、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２の気圧は、外部の気圧よりも低くなる。
【００３５】
このように、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、絶縁体Ｌの内部に第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２を形成すれば、第２発熱部３２ｂから発生する熱は、第２切欠部Ｃ２、第１中空部Ｓ１、および第２中空部Ｓ２によって遮断される。そのため、第２発熱部３２ｂから発生する熱が第３温度検出部３２ａへ伝わることをより抑制できる。なお、断熱効果をより高めるために、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２は真空状態であることが好ましい。
【００３６】
なお、上記では、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、絶縁体Ｌの内部に第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２を形成する例について説明したが、これに限定されない。すなわち、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成せずに、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２が形成された断熱層ＬＳを、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３との間に設けてもよい。また、断熱層ＬＳには、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２のいずれか一つを形成してもよい。さらに、断熱層ＬＳには、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２に加えて、他の中空部を形成してもよい。
【００３７】
また、堆積量検出部３１が有する第１発熱部３１ａ、第１温度検出部３１ｂ、および第２温度検出部３１ｃと、流量検出部３２が有する第３温度検出部３２ａ、第２発熱部３２ｂ、および第４温度検出部３２ｃとは、同じ絶縁体Ｌに設けられている。すなわち、堆積量検出部３１と流量検出部３２とが絶縁体Ｌによって一体構造をなしている。このため、堆積量検出部３１と流量検出部３２とが別体構造からなる場合と比較して、排気通路Ｕに流量センサ３を１つ取り付ければよく、手間がかかることを抑制できる。
【００３８】
演算部４は、流量検出部３２により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、堆積量検出部３１により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質ＰＭの堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する役割を担う部材である。このため、演算部４は、対応関係記録部４１、堆積量算出部４２、発熱制御部４３、流量算出部４４、および粒子状物質算出部４５を備えている。
【００３９】
対応関係記録部４１は、複数段階設けられた温度、および温度に対応付けられた堆積量が予め記録される。図６は、対応関係記録部４１に記録されたデータの一例を示す図である。すなわち、対応関係記録部４１は、温度および堆積量を示すデータをテーブル４１ａとして記録する。なお、テーブル４１ａに記録されたデータは、検出センサ３を排気通路Ｕに設ける前の、当該検出センサ３の実機による評価試験の実測値あるいはシミュレーションの結果に基づいて予め設定されている。
【００４０】
堆積量算出部４２は、まず、第１温度検出部３１ｂが検出した温度を取得するとともに、第２温度検出部３１ｃが検出した温度を取得する。そして、堆積量算出部４２は、第１温度検出部３１ｂが検出した温度から第２温度検出部３１ｃが検出した温度の差分を取る。そして、堆積量算出部４２は、当該差分が示す温度に基づいて、対応関係記録部４１から堆積量を読み出す。例えば、差分が示す温度が「５０」℃である場合、堆積量算出部４２は、図６に示すように、対応関係記録部４１のテーブル４１ａから堆積量「４０」を読み出す。堆積量算出部４２は、読み出した堆積量を、絶縁体Ｌの第１主面３１ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量として算出する。堆積量算出部４２は、算出した堆積量を、粒子状物質算出部４５へ出力する。
【００４１】
発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂの温度が予め定められた一定の温度を保つように、第２発熱部３２ｂに対して電力を供給することにより第２発熱部３２ｂの温度を制御する。
【００４２】
具体的には、発熱制御部４３は、まず、第４温度検出部３２ｃが検出した温度を当該第４温度検出部３２ｃから取得する。これにより、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂの温度を検知することができる。そして、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂの温度が、予め定められた一定の温度（例えば１０００℃）を保つように、第２発熱部３２ｂに対して電力を供給することにより第２発熱部３２ｂの温度を制御する。
【００４３】
例えば、排気ガスの風の影響が弱く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が高ければ、第２発熱部３２ｂは暖められるので、第２発熱部３２ｂの温度は、予め定められた一定の温度以上となる。この場合、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂに対して通常よりも小さい量の電力を供給する。これにより、第２発熱部３２ｂは、予め定められた温度となるように、熱の発生を抑制する。また、例えば、排気ガスの風の影響が強く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が低ければ、第２発熱部３２ｂは冷やされるので、第２発熱部３２ｂの温度は、予め定められた一定の温度未満となる。この場合、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂに対して通常よりも大きい量の電力を供給する。これにより、第２発熱部３２ｂは、予め定められた温度となるように、熱を発生する。
【００４４】
流量算出部４４は、まず、第３温度検出部３２ａが検出した温度に基づいて、排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量を示す第１値を算出する。この第１値は、排気ガスの風の影響を受けていない値となる。そして、流量算出部４４は、発熱制御部４３が第２発熱部３２ｂに対して供給した電力の値に基づいて、排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量と、排気ガスが単位時間当たり排気通路Ｕを移動した排気ガスの流量とを含む第２値を算出する。この第２値は、排気ガスの風の影響を受けている値となる。そして、流量算出部４４は、算出した第２値から第１値の差分を取ることにより、排気ガスの流量を算出する。流量算出部４４は、算出した流量を、粒子状物質算出部４５へ出力する。
【００４５】
粒子状物質算出部４５は、堆積量算出部４２から出力された堆積量と、流量算出部４４から出力された流量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する。粒子状物質算出部４５は、算出した粒子状物質ＰＭの量を、制御部６へ出力する。
【００４６】
このように、本実施形態に係る粒子状物質検出装置によれば、堆積量算出部４２は、第１温度検出部３１ｂが検出した温度から第２温度検出部３１ｃが検出した温度の差分を取ることにより、当該差分が示す温度に基づいて、絶縁体Ｌの第１主面３１ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出する。そして、粒子状物質算出部４５は、堆積量算出部４２が算出した堆積量と、流量算出部４４が算出した流量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する。このため、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、上記従来の静電容量型の検出装置のように、粒子状物質ＰＭに含まれている水および油等がゼオライトに吸着されることにより、電極間の容量が不測に変化し、検出誤差が生じることはない。そのため、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、上記従来の静電容量型の検出装置と比較して、検出誤差が生じる可能性を低減できる。
【００４７】
ＥＣＵ５は、内燃機関における点火系と燃焼系とを制御するコントローラである。例えば、ＥＣＵ５は、後述する制御部６からの指示によって、内燃機関の回転数を低下あるいは上昇させ、または内燃機関の点火時期等を制御する。すなわち、ＥＣＵ５は、内燃機関における点火系と燃焼系とを制御することにより、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭの数を制御することができる。
【００４８】
制御部６は、粒子状物質算出部４５から出力された粒子状物質ＰＭの量に基づいて、ＥＣＵ５を制御する。例えば、制御部６は、粒子状物質ＰＭの量が閾値以上であれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭの数が減少するように、ＥＣＵ５を制御する。なお、制御部６は、ＥＣＵ５を制御することなく、粒子状物質ＰＭの量を、単にディスプレイに表示するようにしてもよい。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できる。
【００５０】
なお、上述した実施形態は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであり、種々の変更が可能である。以下、いくつかの主な変更例を示す。
【００５１】
[変更例１]
ところで、粒子状物質検出装置（堆積量検出部）の検出感度を向上するためには、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分が大きいことが好ましい。すなわち、絶縁体Ｌの第１主面３ａには粒子状物質ＰＭがより堆積されるように、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには粒子状物質ＰＭがより堆積され難くなるようにすることが好ましい。そのため、変更例１では、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分が大きくなる方法について説明する。
【００５２】
具体的には、絶縁体Ｌの第１主面３ａに凸凹を形成する。このようにすると、絶縁体Ｌの第１主面３ａの凹部分に、粒子状物質ＰＭが堆積され易くなる。絶縁体Ｌの第１主面３ａの凹部分に粒子状物質ＰＭが堆積され易いので、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積される粒子状物質ＰＭの堆積量は多くなる。このため、上述の実施形態と比較して、第１温度検出部３１ｂが検出する温度は高くなる。そのため、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分は大きくなる。この結果、上述の実施形態と比較して、粒子状物質検出装置の検出感度を向上することができる。
【００５３】
また、絶縁体Ｌの第１主面３ａの表面粗さを、絶縁体Ｌの第２主面３ｂの表面粗さよりも大きくしてもよいし、絶縁体Ｌの第１主面３ａに、ポーラス層（例えば、気孔の径が０．１〜１０μｍ）を設けてもよい。このようにしても、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積される粒子状物質ＰＭの堆積量は多くなる。
【００５４】
また、絶縁体Ｌの第２主面３ｂを研磨することにより、絶縁体Ｌの第２主面３ｂの表面粗さをより小さくしてもよいし、絶縁体Ｌを断面視した場合において、絶縁体Ｌの第２主面３ｂの中央部が、絶縁体Ｌの第１主面３ａ側に窪んでいるように構成してもよい。このようにすると、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには粒子状物質ＰＭがより堆積され難くなる。この結果、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分は大きくなる。
【００５５】
さらに、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには、当該第２主面３ｂの端部から排気通路Ｕの下流側に向かって突出した突起部が設けられていてもよい。このようにすると、突起部によって排気ガスの風が遮られるので、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには粒子状物質ＰＭがより堆積され難くなる。
【００５６】
[変更例２]
上述の実施形態では、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび絶縁体Ｌの第２主面３ｂは、排気通路Ｕの長手方向に対して略垂直な面である例について説明したが、これに限定されない。すなわち、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび絶縁体Ｌの第２主面３ｂは、排気通路Ｕの長手方向に対して略平行な面であってもよい。なおこの場合、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび絶縁体Ｌの第２主面３ｂ共に同じように粒子状物質ＰＭが堆積されてしまうので、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび第２主面３ｂには変更例１の方法を採用する必要がある。
【符号の説明】
【００５７】
１ 検出システム
２ フィルタ装置
３ 検出センサ
３ａ 第１主面
３ｂ 第２主面
３１ 堆積量検出部
３１ａ 第１発熱部
３１ｂ 第１温度検出部
３１ｃ 第２温度検出部
３２ 流量検出部
３２ａ 第３温度検出部
３２ｂ 第２発熱部
３２ｃ 第４温度検出部
４ 演算部
４１ 対応関係記録部
４２ 堆積量算出部
４３ 発熱制御部
４４ 流量算出部
４５ 粒子状物質量算出部
Ｌ 絶縁体
Ｃ１ 第１切欠部（第１断熱部）
Ｃ２ 第２切欠部（第２断熱部）
Ｓ１ 第１中空部（第２断熱部）
Ｓ２ 第２中空部（第２断熱部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出装置、および検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量を検出する粒子状物質検出装置としては、例えば、静電容量の変化を利用して粒子状物質の量を検出する、いわゆる静電容量型の検出装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の検出装置は、ゼオライトに吸着した粒子状物質の吸着量を、静電容量の変化を利用して検出している。具体的には、このゼオライトを２つの電極で担持し、ゼオライトに粒子状物質が吸着すると、この吸着量に応じて、電極間の容量が変化する。そのため、特許文献１に記載の検出装置は、電極間の容量の変化量に基づいて、吸着量を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３４１２号公報
【特許文献２】特表２０００−５１７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の検出装置では、電極間にゼオライトが担持されているため、粒子状物質に含まれている水および油等もゼオライトに吸着されてしまう。このため、特許文献１に記載の検出装置では、粒子状物質に含まれている水および油等により、電極間の容量が不測に変化し、検出誤差が生じる可能性があった。
【０００６】
また、従来の粒子状物質検出装置では、一般に、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部とは、それぞれ、別体構造で構成されていた。このため、排気通路にこれらの検出部を２つ取り付ける必要があるため、手間がかかる。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できる粒子状物質検出装置、および検出システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明における粒子状物質検出装置は、内燃機関の排気ガスが移動する排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質が堆積される第１主面、および前記第１主面とは反対側に設けられた第２主面を有する絶縁体と前記絶縁体に設けられており、かつ前記排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、前記流量検出部が設けられた絶縁体と同じ絶縁体に設けられており、かつ前記絶縁体の第１主面に堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部と、前記流量検出部により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、前記堆積量検出部により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質の堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した前記排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部と、を備え、前記流量検出部は、前記排気ガスの雰囲気が有する温度に基づいて、前記流量情報を検出し、前記堆積量検出部は、第１発熱部を有しており、かつ前記第１主面と前記第１発熱部との間の温度と、前記第２主面と前記第１発熱部との間の温度とに基づいて、前記堆積量情報を検出し、前記絶縁体には、前記堆積量検出部が有する第１発熱部の熱が、前記流量検出部へ伝わることを抑制するための第１断熱部が設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の粒子状物質検出装置、および検出システムは、検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態に係る検出システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る検出センサの概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の矢印Ｎの方向から見た場合の、検出センサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、絶縁体を構成する各層の状態を表した図である。
【図５】図５は、第１中空部および第２中空部が形成された断熱層の状態を表した図である。
【図６】図６は、対応関係記録部に記録されたデータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る検出システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る検出システム１は、例えば、図示しない車両（自動車等）等に備えられるものであって、フィルタ装置２、検出センサ３、演算部４、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５、および制御部６を備えている。ここで、検出センサ３および演算部４が、本発明に係る粒子状物質検出装置の一実施形態となる。
【００１３】
フィルタ装置２は、排気通路Ｕに設けられており、排気通路Ｕを移動する排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するための装置である。フィルタ装置２は、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）から構成される。すなわち、排気ガスは、ディーゼルエンジン、ピストンエンジン、ガスタービンエンジン等の内燃機関が燃焼することによって発生するとともに、図１の矢印で示されているように、内燃機関側（上流側）から消音器側（下流側）に向かって排気通路Ｕを移動する。なお、消音器を通過した排気ガスは、外部へ放出される。ここで、排気ガス中に含まれる粒子状物質としては、例えば、単純な固形の炭素の微粒子が房状に連なったもの、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）と呼ばれる高分子炭化水素、あるいは硫酸塩等が挙げられる。この粒子状物質は、人の気道や肺に沈着するので、人体へ悪影響を及ぼすとともに、大気汚染の要因ともなり得る。そのため、フィルタ装置２において粒子状物質が捕集される。なお、粒子状物質には、水および油等も含まれている。
【００１４】
検出センサ３は、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出するための情報を検出する役割を担う部材である。本実施形態では、検出センサ３は、フィルタ装置２よりも下流側（消音器側）の排気通路Ｕに設けられているが、フィルタ装置２よりも上流側（内燃機関側）の排気通路Ｕに設けられていてもよい。また、フィルタ装置２の上流側と下流側の双方に設けられていてもよい。
【００１５】
図２は、本実施形態に係る検出センサ３の概略構成を示す斜視図である。図３は、図２の矢印Ｎの方向から見た場合の、検出センサ３の概略構成を示す斜視図である。図４は、検出センサ３を構成する絶縁体の各層の状態を表した図である。
【００１６】
図２および図３に示すように、検出センサ３は、外観視直方体状であって、排気通路Ｕに設けられた台座Ｂの上に設けられている。なお、台座Ｂを設けることなく、直接、検出センサ３を排気通路Ｕに設けるようにしてもよい。また、検出センサ３は、外観視直方体状であるが、これに限らず、丸棒状、板状等であってもよく、その形状については特に限定されない。
【００１７】
ここで、検出センサ３は、絶縁体Ｌによって構成される。絶縁体Ｌは、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭが堆積される第１主面３ａ、および第１主面３ａとは反対側に設けられた第２主面３ｂを有している。第１主面３ａおよび第２主面３ｂは、排気通路Ｕの長手方向（図２の矢印Ｎの方向）に対して略垂直な面であり、第１主面３ａは、第２主面３ｂよりも排気通路Ｕの上流側に位置している。このため、第１主面３ａは、フィルタ装置２で捕集できなかった粒子状物質ＰＭが堆積される面となり、第２主面３ｂは、粒子状物質ＰＭが堆積され難い面となる。すなわち、第１主面３ａは、排気ガスの風の影響を直接受ける面となり、第２主面３ｂは、排気ガスの風の影響を受け難い面となるからである。
【００１８】
絶縁体Ｌは、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、あるいはガラスセラミック焼結体等のセラミックからなり、本実施形態においては４層構造を有している。すなわち、絶縁体Ｌは、第１層Ｌ１と、第１層Ｌ１に積層された第２層Ｌ２と、第２層Ｌ２に積層された第３層Ｌ３と、第３層Ｌ３に積層された第４層Ｌ４とを有している。すなわち、絶縁体Ｌの第４層Ｌ４の前面が第１主面３ａとなり、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１の後面が第２主面３ｂとなる。この絶縁体Ｌは、第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシートと、第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシートと、第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシートと、第４層Ｌ４となるセラミックグリーンシートとを積層し所定の温度で焼成することによって形成される。
【００１９】
検出センサ３は、図１に示すように、堆積量検出部３１と、流量検出部３２とを有している。堆積量検出部３１は、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出するための堆積量情報を検出する。また、流量検出部３２は、排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する。
【００２０】
堆積量検出部３１は、第１発熱部３１ａと、第１温度検出部３１ｂと、第２温度検出部３１ｃとを有している。
【００２１】
第１発熱部３１ａは、図４に示すように、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に設けられており、発熱する役割を担う部材である。すなわち、第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシート上に、第１発熱部３１ａとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に第１発熱部３１ａが形成される。
【００２２】
第１温度検出部３１ｂは、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に設けられており、かつ第１発熱部３１ａが設けられた部位と対向する部位に設けられている。また、第１温度検出部３１ｂは、第１発熱部３１ａが発熱することにより得られる第１主面３ａとの間の温度を検出する。ここで、第１温度検出部３１ｂは、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシート上に、第１温度検出部３１ｂとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に第１温度検出部３１ｂが形成される。
【００２３】
第２温度検出部３１ｃは、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に設けられており、かつ第１発熱部３１ａが設けられた部位と対向する部位に設けられている。また、第２温度検出部３１ｃは、第１発熱部３１ａが発熱することにより得られる第２主面３ｂとの間の温度を検出する。ここで、第２温度検出部３１ｃは、第１温度検出部３１ｂと同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシート上に、第２温度検出部３１ｃとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に第２温度検出部３１ｃが形成される。
【００２４】
すなわち、第１主面３ａは、フィルタ装置２で捕集できなかった粒子状物質ＰＭが堆積されるため、第１発熱部３１ａからの熱は、絶縁体Ｌの第１主面３ａから外部へ放熱され難くなる。つまり、第１主面３ａを有する第４層Ｌ４には熱がこもり易くなる。一方、第２主面３ｂは、粒子状物質ＰＭが堆積され難いため、第１発熱部３１ａからの熱は、絶縁体Ｌの第２主面３ｂから外部へ放熱され易い。つまり、第２主面３ｂを有する第１層Ｌ１には熱がこもらない。このように、第１主面３ａに粒子状物質ＰＭが堆積された場合、第１温度検出部３１ｂが検出する温度は、第２温度検出部３１ｃが検出する温度よりも高くなる。そのため、第１温度検出部３１ｂが検出した温度から第２温度検出部３１ｃが検出した温度の差分を取ることにより、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出することが可能となる。
【００２５】
流量検出部３２は、第３温度検出部３２ａと、第２発熱部３２ｂと、第４温度検出部３２ｃとを有している。
【００２６】
第３温度検出部３２ａは、後述する第１切欠部Ｃ１を介して第１温度検出部３１ｂと隣り合うように、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に設けられている。また、第３温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度を検出する。このため、第３温度検出部３２ａが排気通路Ｕを移動する排気ガスの風の影響を受けないように、第３温度検出部３２ａよりも上流側であってかつ第３温度検出部３２ａと対向する位置に、排気ガスに対する風除けＷが設けられている（図２参照）。風除けＷが設けられているので、第３温度検出部３２ａは、排気ガスの風の影響を受けることなく、排気ガスの雰囲気が有する温度のみを検出することができる。なお、風除けＷは、排気通路Ｕに設けられていてもよいし、絶縁体Ｌに設けられていてもよい。
【００２７】
第３温度検出部３２ａは、第１温度検出部３１ｂおよび第２温度検出部３１ｃと同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第３層Ｌ３となるセラミックグリーンシート上に、第３温度検出部３２ａとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第３層Ｌ３に第３温度検出部３２ａが形成される。
【００２８】
第２発熱部３２ｂは、第１切欠部Ｃ１を介して第１発熱部３１ａと隣り合うように、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に設けられている。また、第２発熱部３２ｂは、発熱する役割を担う部材である。すなわち、第２層Ｌ２となるセラミックグリーンシート上に、第２発熱部３２ｂとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第２層Ｌ２に第２発熱部３２ｂが形成される。
【００２９】
すなわち、排気通路Ｐを移動する排気ガスの風の影響や、排気ガスの雰囲気が有する温度によって、第２発熱部３２ｂの温度が変化する。例えば、排気ガスの風の影響が弱く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が高ければ、第２発熱部３２ｂは暖められるので、第２発熱部３２ｂの温度は高くなる。一方、排気ガスの風の影響が強く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が低ければ、第２発熱部３２ｂは冷やされるので、第２発熱部３２ｂの温度は低くなる。
【００３０】
また、第２発熱部３２ｂは、後述する発熱制御部４３から電力の供給を受けることにより、供給を受けた電力量に応じた熱を発生する。本実施形態では、第２発熱部３２ｂは、供給を受けた電力量が大きければ大きい程、発熱量が大きくなり、温度が高くなる。また、第２発熱部３２ｂは、供給を受けた電力量が小さければ小さい程、発熱量が小さくなり、温度の上昇は抑制される。
【００３１】
第４温度検出部３２ｃは、第１切欠部Ｃ１を介して第２温度検出部３１ｃと隣り合うように、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に設けられている。また、第４温度検出部３２ｃは、第２発熱部３２ｂの温度を検出する。ここで、第４温度検出部３２ｃは、第１〜第３温度検出部と同様、例えば、白金、タングステン等のような温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体から構成される。すなわち、第１層Ｌ１となるセラミックグリーンシート上に、第４温度検出部３２ｃとなる線状のパターンを印刷することにより、絶縁体Ｌの第１層Ｌ１に第４温度検出部３２ｃが形成される。
【００３２】
ところで、流量検出部３２が有する第３温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度を検出し、流量検出部３２が有する第４温度検出部３２ｃは、第２主面３ｂと第２発熱部３２ｂとの間の温度を検出する。このため、堆積量検出部３１が有する第１発熱部３１ａから発生する熱が、流量検出部３２へ伝わることを抑制する必要がある。このため、本実施形態においては、図４に示すように、平面視において、堆積量検出部３１と流量検出部３２との間における絶縁体Ｌには、第１断熱部としての第１切欠部Ｃ１が形成されている。本実施形態に係る第１切欠部Ｃ１は、直線状に形成されている。絶縁体Ｌに第１切欠部Ｃ１が形成されているので、第１発熱部３１ａから発生する熱は、第１切欠部Ｃ１によって遮断される。そのため、第１発熱部３１ａから発生する熱が流量検出部３２へ伝わることを抑制できる。なお、第１切欠部Ｃ１の形状や数については、特に限定されない。
【００３３】
また、流量検出部３２が有する第３温度検出部３２ａは、排気ガスの雰囲気が有する温度のみを検出するので、流量検出部３２が有する第２発熱部３２ｂから発生する熱が第３温度検出部３２ａへ伝わることを抑制する必要がある。このため、本実施形態においては、図４に示すように、平面視において、第３温度検出部３２ａと第２発熱部３２ｂとの間における絶縁体Ｌには、第２断熱部としての第２切欠部Ｃ２が形成されている。本実施形態に係る第２切欠部Ｃ２は、第１切欠部Ｃ１と直交するように、直線状に形成されている。絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２が形成されているので、第２発熱部３２ｂから発生する熱は、第２切欠部Ｃ２によって遮断される。そのため、第２発熱部３２ｂから発生する熱が第３温度検出部３２ａへ伝わることを抑制できる。なお、第２切欠部Ｃ２の形状や数については、特に限定されない。
【００３４】
なお、図５に示すように、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２が形成された断熱層ＬＳを、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３との間に設けてもよい。ここで、第１中空部Ｓ１は、第３温度検出部３２ａと対向する部位に形成されている。また、第２中空部Ｓ２は、第２発熱部３２ｂと対向する部位に形成されている。なお、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２の気圧は、外部の気圧よりも低い。すなわち、絶縁体Ｌがセラミックであるため、当該絶縁体Ｌの作製時における焼成により、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２の気圧は、外部の気圧よりも低くなる。
【００３５】
このように、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、絶縁体Ｌの内部に第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２を形成すれば、第２発熱部３２ｂから発生する熱は、第２切欠部Ｃ２、第１中空部Ｓ１、および第２中空部Ｓ２によって遮断される。そのため、第２発熱部３２ｂから発生する熱が第３温度検出部３２ａへ伝わることをより抑制できる。なお、断熱効果をより高めるために、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２は真空状態であることが好ましい。
【００３６】
なお、上記では、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成することに加えて、絶縁体Ｌの内部に第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２を形成する例について説明したが、これに限定されない。すなわち、絶縁体Ｌに第２切欠部Ｃ２を形成せずに、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２が形成された断熱層ＬＳを、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３との間に設けてもよい。また、断熱層ＬＳには、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２のいずれか一つを形成してもよい。さらに、断熱層ＬＳには、第１中空部Ｓ１および第２中空部Ｓ２に加えて、他の中空部を形成してもよい。
【００３７】
また、堆積量検出部３１が有する第１発熱部３１ａ、第１温度検出部３１ｂ、および第２温度検出部３１ｃと、流量検出部３２が有する第３温度検出部３２ａ、第２発熱部３２ｂ、および第４温度検出部３２ｃとは、同じ絶縁体Ｌに設けられている。すなわち、堆積量検出部３１と流量検出部３２とが絶縁体Ｌによって一体構造をなしている。このため、堆積量検出部３１と流量検出部３２とが別体構造からなる場合と比較して、排気通路Ｕに流量センサ３を１つ取り付ければよく、手間がかかることを抑制できる。
【００３８】
演算部４は、流量検出部３２により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、堆積量検出部３１により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質ＰＭの堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する役割を担う部材である。このため、演算部４は、対応関係記録部４１、堆積量算出部４２、発熱制御部４３、流量算出部４４、および粒子状物質算出部４５を備えている。
【００３９】
対応関係記録部４１は、複数段階設けられた温度、および温度に対応付けられた堆積量が予め記録される。図６は、対応関係記録部４１に記録されたデータの一例を示す図である。すなわち、対応関係記録部４１は、温度および堆積量を示すデータをテーブル４１ａとして記録する。なお、テーブル４１ａに記録されたデータは、検出センサ３を排気通路Ｕに設ける前の、当該検出センサ３の実機による評価試験の実測値あるいはシミュレーションの結果に基づいて予め設定されている。
【００４０】
堆積量算出部４２は、まず、第１温度検出部３１ｂが検出した温度を取得するとともに、第２温度検出部３１ｃが検出した温度を取得する。そして、堆積量算出部４２は、第１温度検出部３１ｂが検出した温度から第２温度検出部３１ｃが検出した温度の差分を取る。そして、堆積量算出部４２は、当該差分が示す温度に基づいて、対応関係記録部４１から堆積量を読み出す。例えば、差分が示す温度が「５０」℃である場合、堆積量算出部４２は、図６に示すように、対応関係記録部４１のテーブル４１ａから堆積量「４０」を読み出す。堆積量算出部４２は、読み出した堆積量を、絶縁体Ｌの第１主面３１ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量として算出する。堆積量算出部４２は、算出した堆積量を、粒子状物質算出部４５へ出力する。
【００４１】
発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂの温度が予め定められた一定の温度を保つように、第２発熱部３２ｂに対して電力を供給することにより第２発熱部３２ｂの温度を制御する。
【００４２】
具体的には、発熱制御部４３は、まず、第４温度検出部３２ｃが検出した温度を当該第４温度検出部３２ｃから取得する。これにより、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂの温度を検知することができる。そして、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂの温度が、予め定められた一定の温度（例えば１０００℃）を保つように、第２発熱部３２ｂに対して電力を供給することにより第２発熱部３２ｂの温度を制御する。
【００４３】
例えば、排気ガスの風の影響が弱く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が高ければ、第２発熱部３２ｂは暖められるので、第２発熱部３２ｂの温度は、予め定められた一定の温度以上となる。この場合、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂに対して通常よりも小さい量の電力を供給する。これにより、第２発熱部３２ｂは、予め定められた温度となるように、熱の発生を抑制する。また、例えば、排気ガスの風の影響が強く、かつ排気ガスの雰囲気が有する温度が低ければ、第２発熱部３２ｂは冷やされるので、第２発熱部３２ｂの温度は、予め定められた一定の温度未満となる。この場合、発熱制御部４３は、第２発熱部３２ｂに対して通常よりも大きい量の電力を供給する。これにより、第２発熱部３２ｂは、予め定められた温度となるように、熱を発生する。
【００４４】
流量算出部４４は、まず、第３温度検出部３２ａが検出した温度に基づいて、排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量を示す第１値を算出する。この第１値は、排気ガスの風の影響を受けていない値となる。そして、流量算出部４４は、発熱制御部４３が第２発熱部３２ｂに対して供給した電力の値に基づいて、排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量と、排気ガスが単位時間当たり排気通路Ｕを移動した排気ガスの流量とを含む第２値を算出する。この第２値は、排気ガスの風の影響を受けている値となる。そして、流量算出部４４は、算出した第２値から第１値の差分を取ることにより、排気ガスの流量を算出する。流量算出部４４は、算出した流量を、粒子状物質算出部４５へ出力する。
【００４５】
粒子状物質算出部４５は、堆積量算出部４２から出力された堆積量と、流量算出部４４から出力された流量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する。粒子状物質算出部４５は、算出した粒子状物質ＰＭの量を、制御部６へ出力する。
【００４６】
このように、本実施形態に係る粒子状物質検出装置によれば、堆積量算出部４２は、第１温度検出部３１ｂが検出した温度から第２温度検出部３１ｃが検出した温度の差分を取ることにより、当該差分が示す温度に基づいて、絶縁体Ｌの第１主面３１ａに堆積された粒子状物質ＰＭの堆積量を算出する。そして、粒子状物質算出部４５は、堆積量算出部４２が算出した堆積量と、流量算出部４４が算出した流量とに基づいて、単位時間当たりに移動した排気ガス中に含まれている粒子状物質ＰＭの量を算出する。このため、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、上記従来の静電容量型の検出装置のように、粒子状物質ＰＭに含まれている水および油等がゼオライトに吸着されることにより、電極間の容量が不測に変化し、検出誤差が生じることはない。そのため、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、上記従来の静電容量型の検出装置と比較して、検出誤差が生じる可能性を低減できる。
【００４７】
ＥＣＵ５は、内燃機関における点火系と燃焼系とを制御するコントローラである。例えば、ＥＣＵ５は、後述する制御部６からの指示によって、内燃機関の回転数を低下あるいは上昇させ、または内燃機関の点火時期等を制御する。すなわち、ＥＣＵ５は、内燃機関における点火系と燃焼系とを制御することにより、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭの数を制御することができる。
【００４８】
制御部６は、粒子状物質算出部４５から出力された粒子状物質ＰＭの量に基づいて、ＥＣＵ５を制御する。例えば、制御部６は、粒子状物質ＰＭの量が閾値以上であれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭの数が減少するように、ＥＣＵ５を制御する。なお、制御部６は、ＥＣＵ５を制御することなく、粒子状物質ＰＭの量を、単にディスプレイに表示するようにしてもよい。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る粒子状物質検出装置は、検出誤差が生じる可能性を低減しつつ、手間がかかることを抑制できる。
【００５０】
なお、上述した実施形態は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであり、種々の変更が可能である。以下、いくつかの主な変更例を示す。
【００５１】
[変更例１]
ところで、粒子状物質検出装置（堆積量検出部）の検出感度を向上するためには、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分が大きいことが好ましい。すなわち、絶縁体Ｌの第１主面３ａには粒子状物質ＰＭがより堆積されるように、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには粒子状物質ＰＭがより堆積され難くなるようにすることが好ましい。そのため、変更例１では、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分が大きくなる方法について説明する。
【００５２】
具体的には、絶縁体Ｌの第１主面３ａに凸凹を形成する。このようにすると、絶縁体Ｌの第１主面３ａの凹部分に、粒子状物質ＰＭが堆積され易くなる。絶縁体Ｌの第１主面３ａの凹部分に粒子状物質ＰＭが堆積され易いので、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積される粒子状物質ＰＭの堆積量は多くなる。このため、上述の実施形態と比較して、第１温度検出部３１ｂが検出する温度は高くなる。そのため、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分は大きくなる。この結果、上述の実施形態と比較して、粒子状物質検出装置の検出感度を向上することができる。
【００５３】
また、絶縁体Ｌの第１主面３ａの表面粗さを、絶縁体Ｌの第２主面３ｂの表面粗さよりも大きくしてもよいし、絶縁体Ｌの第１主面３ａに、ポーラス層（例えば、気孔の径が０．１〜１０μｍ）を設けてもよい。このようにしても、絶縁体Ｌの第１主面３ａに堆積される粒子状物質ＰＭの堆積量は多くなる。
【００５４】
また、絶縁体Ｌの第２主面３ｂを研磨することにより、絶縁体Ｌの第２主面３ｂの表面粗さをより小さくしてもよいし、絶縁体Ｌを断面視した場合において、絶縁体Ｌの第２主面３ｂの中央部が、絶縁体Ｌの第１主面３ａ側に窪んでいるように構成してもよい。このようにすると、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには粒子状物質ＰＭがより堆積され難くなる。この結果、第１温度検出部３１ｂが検出する温度と、第２温度検出部３１ｃが検出する温度との差分は大きくなる。
【００５５】
さらに、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには、当該第２主面３ｂの端部から排気通路Ｕの下流側に向かって突出した突起部が設けられていてもよい。このようにすると、突起部によって排気ガスの風が遮られるので、絶縁体Ｌの第２主面３ｂには粒子状物質ＰＭがより堆積され難くなる。
【００５６】
[変更例２]
上述の実施形態では、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび絶縁体Ｌの第２主面３ｂは、排気通路Ｕの長手方向に対して略垂直な面である例について説明したが、これに限定されない。すなわち、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび絶縁体Ｌの第２主面３ｂは、排気通路Ｕの長手方向に対して略平行な面であってもよい。なおこの場合、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび絶縁体Ｌの第２主面３ｂ共に同じように粒子状物質ＰＭが堆積されてしまうので、絶縁体Ｌの第１主面３ａおよび第２主面３ｂには変更例１の方法を採用する必要がある。
【符号の説明】
【００５７】
１ 検出システム
２ フィルタ装置
３ 検出センサ
３ａ 第１主面
３ｂ 第２主面
３１ 堆積量検出部
３１ａ 第１発熱部
３１ｂ 第１温度検出部
３１ｃ 第２温度検出部
３２ 流量検出部
３２ａ 第３温度検出部
３２ｂ 第２発熱部
３２ｃ 第４温度検出部
４ 演算部
４１ 対応関係記録部
４２ 堆積量算出部
４３ 発熱制御部
４４ 流量算出部
４５ 粒子状物質量算出部
Ｌ 絶縁体
Ｃ１ 第１切欠部（第１断熱部）
Ｃ２ 第２切欠部（第２断熱部）
Ｓ１ 第１中空部（第２断熱部）
Ｓ２ 第２中空部（第２断熱部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが移動する排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質が堆積される第１主面、および前記第１主面とは反対側に設けられた第２主面を有する絶縁体と、
前記絶縁体に設けられており、かつ前記排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、
前記流量検出部が設けられた絶縁体と同じ絶縁体に設けられており、かつ前記絶縁体の第１主面に堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部と、
前記流量検出部により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、前記堆積量検出部により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質の堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した前記排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部と、を備え、
前記流量検出部は、前記排気ガスの雰囲気が有する温度に基づいて、前記流量情報を検出し、
前記堆積量検出部は、第１発熱部を有しており、かつ前記第１主面と前記第１発熱部との間の温度と、前記第２主面と前記第１発熱部との間の温度とに基づいて、前記堆積量情報を検出し、
前記絶縁体には、前記堆積量検出部が有する第１発熱部の熱が、前記流量検出部へ伝わることを抑制するための第１断熱部が設けられている、粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記第１断熱部は、前記絶縁体を切り欠いた第１切欠部である、請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記堆積量検出部は、
前記第１主面と前記第１発熱部との間の温度を検出する第１温度検出部と、
前記第２主面と前記第１発熱部との間の温度を検出する第２温度検出部と、をさらに有し、
前記粒子状物質検出装置は、
複数段階設けられた温度、および前記温度に対応付けられた堆積量が予め記録された対応関係記録部と、
前記第１温度検出部が検出した温度から前記第２温度検出部が検出した温度の差分を取ることにより、当該差分が示す温度に基づいて、前記対応関係記録部から堆積量を読み出し、読み出した堆積量を、前記第１主面に堆積された粒子状物質の堆積量として算出する堆積量算出部と、をさらに備える、請求項１または２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記第１主面および前記第２主面は、前記排気通路の長手方向に対して略垂直な面であり、
前記第１主面は、前記第２主面よりも前記排気通路の上流側に位置している、請求項３に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記流量検出部は、
第２発熱部と、
前記排気ガスの雰囲気が有する温度を検出する第３温度検出部と、
前記第２発熱部の温度を検出する第４温度検出部と、を有し、
前記粒子状物質検出装置は、
前記第４温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第２発熱部の温度が予め定められた一定の温度を保つように、前記第２発熱部に対して電力を供給することにより前記第２発熱部の温度を制御する発熱制御部と、
前記第３温度検出部が検出した温度に基づいて、前記排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量を示す第１値を算出し、かつ前記発熱制御部が前記第２発熱部に対して供給した電力の値に基づいて、前記排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量と、前記排気ガスが単位時間当たり前記排気通路を移動した前記排気ガスの流量とを含む第２値を算出し、算出した第２値から第１値の差分を取ることにより、前記排気ガスの流量を算出する流量算出部と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記絶縁体には、前記第２発熱部の熱が、前記第３温度検出部へ伝わることを抑制するための第２断熱部が設けられている、請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記第２断熱部は、前記絶縁体を切り欠いた第２切欠部である、請求項６に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記第２断熱部は、前記絶縁体の内部に形成された中空部である、請求項６に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置と、
前記排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタ装置と、を備える検出システム。
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが移動する排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質が堆積される第１主面、および前記第１主面とは反対側に設けられた第２主面を有する絶縁体と、
前記絶縁体に設けられており、かつ前記排気ガスの流量を算出するための流量情報を検出する流量検出部と、
前記流量検出部が設けられた絶縁体と同じ絶縁体に設けられており、かつ前記絶縁体の第１主面に堆積された粒子状物質の堆積量を算出するための堆積量情報を検出する堆積量検出部と、
前記流量検出部により検出された流量情報により得られる排気ガスの流量と、前記堆積量検出部により検出された堆積量情報により得られる粒子状物質の堆積量とに基づいて、単位時間当たりに移動した前記排気ガス中に含まれている粒子状物質の量を算出する演算部と、を備え、
前記流量検出部は、前記排気ガスの雰囲気が有する温度に基づいて、前記流量情報を検出し、
前記堆積量検出部は、第１発熱部を有しており、かつ前記第１主面と前記第１発熱部との間の温度と、前記第２主面と前記第１発熱部との間の温度とに基づいて、前記堆積量情報を検出し、
前記絶縁体には、前記堆積量検出部が有する第１発熱部の熱が、前記流量検出部へ伝わることを抑制するための第１断熱部が設けられている、粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記第１断熱部は、前記絶縁体を切り欠いた第１切欠部である、請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記堆積量検出部は、
前記第１主面と前記第１発熱部との間の温度を検出する第１温度検出部と、
前記第２主面と前記第１発熱部との間の温度を検出する第２温度検出部と、をさらに有し、
前記粒子状物質検出装置は、
複数段階設けられた温度、および前記温度に対応付けられた堆積量が予め記録された対応関係記録部と、
前記第１温度検出部が検出した温度から前記第２温度検出部が検出した温度の差分を取ることにより、当該差分が示す温度に基づいて、前記対応関係記録部から堆積量を読み出し、読み出した堆積量を、前記第１主面に堆積された粒子状物質の堆積量として算出する堆積量算出部と、をさらに備える、請求項１または２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記第１主面および前記第２主面は、前記排気通路の長手方向に対して略垂直な面であり、
前記第１主面は、前記第２主面よりも前記排気通路の上流側に位置している、請求項３に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記流量検出部は、
第２発熱部と、
前記排気ガスの雰囲気が有する温度を検出する第３温度検出部と、
前記第２発熱部の温度を検出する第４温度検出部と、を有し、
前記粒子状物質検出装置は、
前記第４温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第２発熱部の温度が予め定められた一定の温度を保つように、前記第２発熱部に対して電力を供給することにより前記第２発熱部の温度を制御する発熱制御部と、
前記第３温度検出部が検出した温度に基づいて、前記排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量を示す第１値を算出し、かつ前記発熱制御部が前記第２発熱部に対して供給した電力の値に基づいて、前記排気ガスの雰囲気が有する温度の単位時間当たりの変化量と、前記排気ガスが単位時間当たり前記排気通路を移動した前記排気ガスの流量とを含む第２値を算出し、算出した第２値から第１値の差分を取ることにより、前記排気ガスの流量を算出する流量算出部と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記絶縁体には、前記第２発熱部の熱が、前記第３温度検出部へ伝わることを抑制するための第２断熱部が設けられている、請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記第２断熱部は、前記絶縁体を切り欠いた第２切欠部である、請求項６に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記第２断熱部は、前記絶縁体の内部に形成された中空部である、請求項６に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置と、
前記排気通路に設けられており、かつ前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタ装置と、を備える検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１０７０６３（Ｐ２０１１−１０７０６３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６４６７２（Ｐ２００９−２６４６７２）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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