粒子状物質検出装置及び粒子状物質検出装置の補正方法
【課題】検出電極間に高電圧を印加して被測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集し、検出電極間の電気的特性の変化を計測して被測定ガス中に粒子状物質量を検出する粒子状物質検出装置において、不可避的に発生する個体差を補正する補正方法と、該補正方法を用いた高精度の粒子状物質検出センサを提供する。
【解決手段】予め測定した既知量の粒子状物質に対する校正用の粒子状物質検出センサの不感質量Ｑ０ＲＥＦと実測用の粒子状物質検出センサの不感質量Ｑ０とを比較して、不感質量Ｑ０が多く検出された場合には、検出電極１１、１２間に印加する印加電圧ＶＯＵＴを所定の範囲（ＶＬＬ≦ＶＯＵＴ≦ＶＨＬ）を維持し、不感質量Ｑ０が少なく検出された場合には、検出電極１１、１２間に印加する印加電圧ＶＯＵＴを所定の範囲から外れるように増加、又は、減少させることによって、未知量の粒子状物質を検出する際の出力バラツキを小さくする。
【解決手段】予め測定した既知量の粒子状物質に対する校正用の粒子状物質検出センサの不感質量Ｑ０ＲＥＦと実測用の粒子状物質検出センサの不感質量Ｑ０とを比較して、不感質量Ｑ０が多く検出された場合には、検出電極１１、１２間に印加する印加電圧ＶＯＵＴを所定の範囲（ＶＬＬ≦ＶＯＵＴ≦ＶＨＬ）を維持し、不感質量Ｑ０が少なく検出された場合には、検出電極１１、１２間に印加する印加電圧ＶＯＵＴを所定の範囲から外れるように増加、又は、減少させることによって、未知量の粒子状物質を検出する際の出力バラツキを小さくする。
【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、被測定ガス中に存在する粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置及び粒子状物質検出装置の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジン等において、燃焼排気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燃焼排気を通過させて粒子状物質を捕捉する。
【０００３】
ＤＰＦは、粒子状物質捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて負圧が増大したり、粒子状物質のすり抜けが増加したりするおそれがあり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。再生時期は、一般的には、粒子状物質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おり、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、粒子状物質を燃焼除去する。
【０００４】
一方、燃焼排気中の粒子状物質を直接検出可能なセンサが、例えば特許文献１、２等に提案されている。このセンサを、ＤＰＦの下流に設置した場合には、ＤＰＦをすり抜ける粒子状物質量を測定し、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に流入する粒子状物質量を測定し、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】
特許文献１には、絶縁性を有する基板の表面に、一対の櫛形電極を形成し、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。この種のセンサは、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電気抵抗値の変化を検出する。基板材料には、電気絶縁性耐熱材料が用いられ、電極材料となるＰｔ、Ａｇ等の貴金属粉をペースト状にして、平板状基板の表面にスクリーン印刷することにより一対の電極が形成される。基板の裏面側には、電極と相対する部分に発熱体が形成され、検出部を所望の温度（例えば、４００℃〜１０００℃）に加熱して、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。
【０００６】
特許文献２には、センサ上の煤堆積を制御するため検出電極間に高電圧を印加し、電極間に電界を生じさせ、検出電極の近傍を通過するＰＭを電界により生じる静電気的な引力によって引き寄せることでＰＭの捕集を促進し、検出電極間に堆積させ、ＰＭの堆積量によって変化する検出電極間の電気抵抗を計測することによりＰＭの堆積量を測定することが開示されている。
【０００７】
また、被測定ガス中のＰＭを検出するのに用いられる電気的特性は、検出電極間に堆積するＰＭ量に応じて変化する電気抵抗に限定されるものではなく、静電容量や、電気化学的な反応に伴う電流の変化等の様々な電気的特性が利用できる。
例えば、特許文献３には、一の面が電極間誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極と、その一の電極の一の面の側にＰＭを含む気体が流れる空間を介して配設をされ、一の電極との間に印加をされる電圧によって放電をする二の電極と、電圧の印加をする集塵用電源と、電極間誘電体の表面に対向して配設をされた一対の測定電極と、その一対の測定電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段と、その特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて電極間誘電体の表面に集塵をされたＰＭの量を求める粒子状物質量算出手段とを備える粒子状物質検出装置が開示され、利用される電気的特性として抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスが示されている。
【０００８】
一方、特許文献４には、少なくとも、プロトン伝導性の固体電解質からなるプロトン導電体と、その表面に形成した測定電極と基準電極とからなる電極対と、該電極対間に所定の電流又は電圧を印加する電源とを具備し、測定電極を被測定ガスに対向せしめ、かつ、基準電極を被測定ガスから隔離せしめた炭素量検出センサが開示されておいり、測定電極表面において被測定ガス中のＰＭとの電気化学反応によって流れる電流、又は、電圧の変化によってＰＭ量を検出している。
さらに、一般的に、このようなＰＭ検出センサや酸素センサ等のセンサ類は、ハウジングを介して被測定ガス流路に固定され、被測定ガス中に載置された検出部は、所定の開孔を有する略筒状のカバー体によって覆われて保護されている（特許文献５等参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、実際の製造工程においては、センサ素子とカバー体とをハウジングに組み付ける際に、センサ素子の検出部の向きとカバー体に設けた被測定ガス導入孔の方向とを一つずつ合わせることは困難で、センサ素子の方向とカバー体の方向とをセンサごとに合わせていたのでは、極めて作業効率が悪くなり、粒子状物質検出センサの製造コストの増大を招くことになる。
【００１０】
一方、センサ素子の方向とカバー体の方向とを考慮することなく粒子状物質検出センサを組み付けた場合、作業効率は向上するが、検出部の向きとカバー体に設けた被測定ガス導入孔の方向がばらばらになるため、センサごとにカバー体内に導入される被測定ガスの流れが異なり、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出部への捕集性、及び、粒子状物質の堆積量に対する出力の個体差が大きくなり、センサとしての信頼性が著しく低下する虞がある。
【００１１】
また、検出対象であるＰＭに電界を作用させて静電気的な引力で捕集する捕集用電極が一つのセンサ素子内に複数ある場合、又は、捕集用電極とは別に電気的特性を検出するための検出電極が設けられている場合において、実際の電極間の距離には、不可避的にバラツキが発生し、このような電極間距離のバラツキは、そこに発生する電界強度のバラツキとなり、検出部に捕集するＰＭ量が変化するため、検出結果に個体差を生じることとなる。
画像処理などによって、実際に製造された電極間の距離を測定することは可能ではあるが、製造ロット内の電極間距離の分布から、個々のセンサ素子をランク分類する等して、出力結果のバラツキを小さくすることは極めて困難で、費用対効果も低い。
さらに、センサ素子に貫通孔を設けて、その上下に捕集用電極を設置して、その間に電界を発生させることで、ＰＭを捕集させようとした場合、その電極間の距離を保証することは困難で、実際に発生する電界強度に個体差が生じ、出力結果のバラツキの原因にもなっている。
【００１２】
そこで本発明は、上記実情に鑑み、被測定ガス中に含まれる粒子状物質を高い精度で検出すべく、少なくとも被測定ガスに晒される一対の検出電極を有するセンサ素子と、該センサ素子を保持固定するハウジングと、センサ素子を保護するカバー体とからなる粒子状物質センサと、検出部に電界を生じさせ、静電気的引力により被測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する電界発生電源部と、検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する電気的特性を計測する検出部とを具備し、被測定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において粒子状物質検出センサの製造過程で不可避的に発生する個体差を補正する補正方法と、該補正方法によって得られた補正情報を検出制御に反映させる補正手段を備えた粒子状物質検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明では、電界発生用電源部と、少なくとも、上記電界発生用電源部により発生する電界による引力を利用して測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する捕集用電極と、上記捕集用電極、又は、これとは別に設けた電極を、上記検出部に捕集した粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極としたセンサ素子と、上記センサ素子を保護するカバー体と、上記検出部を被測定ガス中に載置するハウジングとからなる粒子状物質検出センサと、上記検出部に堆積する被測定ガス中に含まれる粒子状物質によって変化する電気的特性を計測する計測部とを有し、被測定ガス中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を所定の印加電圧値に維持して、不感質量を低減させる電界強度に維持し、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を、所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、所定の印加電圧上限閾値より高くして、不感質量を増加させる電界強度に補正する印加電圧補正手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明では、上記印加電圧下限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．０ｋＶ／ｍｍとなる電圧であり、上記印加電圧上限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．４ｋＶ／ｍｍとなる電圧である。
【００１５】
請求項３の発明では、上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量は、電界強度が１．０ｋＶ/ｍｍとなる印加電圧にて測定した値であると共に、該測定値を用いて補正を行う。
【００１６】
請求項４の発明では、上記粒子状物質検出センサの製造ロットから抽出したサンプルの内、不感質量が最も多いものを上記校正用粒子状物質検出センサとする。
【００１７】
請求項５の発明では、電界発生用電源部と、少なくとも、上記電界発生用電源部により発生する電界による引力を利用して測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する捕集用電極と、該捕集用電極、又は、これとは別に設けた電極を、検出部に捕集された粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極とした検出部を有するセンサ素子と、該センサ素子を保護するカバー体と、上記検出部を被測定ガス中に載置するハウジングとからなる粒子状物質検出センサと上記検出部に堆積する被測定ガス中に含まれる粒子状物質によって変化する電気的特性を計測する計測部とを有し、被測定ガス中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置の出力を補正する補正方法であって、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電源部から上記検出部に印加する電圧を、不感質量を最少化する電界強度となる所定の印加電圧下限閾値から所定の印加電圧上限閾値までの範囲内に維持し、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電源部から上記検出電極間に印加する電圧を、上記所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、上記所定の印加電圧上限閾値より高くして、上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量に近似させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、粒子状物質検出センサの製造過程で不可避的に発生する上記捕集用電極の電極間距離のバラツキと、上記センサ素子の方向性と上記カバー体に設けた開孔の方向性とのズレとによって重畳的に拡大されるセンサ出力の個体差に応じて上記電界発生用電源部から上記センサ素子の検出部に印加される電圧の補正によって、粒子状物質の捕集量が増減され、出力結果のバラツキを小さくすることが可能となり、被測定ガス中に含まれる粒子状物質を高精度で検出可能な信頼性の高い粒子状物質検出装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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、センサ素子の概要を示す平面図、（ｂ）は、装置全体を示す構成図。
【図２】（ａ）は、図１の粒子状物質検出装置に適用される昇圧回路の一例を示す回路図、（ｂ）は、抵抗検出回路及び印加電圧補正手段の一例を示す回路図、（ｃ）は、本発明の補正方法の一例を示すフローチャート。
【図３】（ａ）は、検出電極間に印加する電圧によって発生する電界強度と捕集性との関係を示す特性図、（ｂ）は、電界強度と不感質量との関係を示す特性図。
【図４】比較例１として、従来のセンサ素子とカバー体との方向性を合わせた場合の個体差を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図５】比較例２として、従来のセンサ素子とカバー体との方向性を合わせていない場合の個体差を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図６】本発明の実施例１として、本発明のセンサ素子とカバー体との方向性を合わせたることなく、補正手段によって出力を補正した場合の個体差を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図７】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変形例を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態における粒子状物質検出装置の概要を示す展開斜視図。
【図９】図８の粒子状物質検出装置に適用される回路図の一例。
【図１０】比較例３として、図８と類似の粒子状物質検出装置に本発明の補正方法を適用しなかった場合の問題点を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図１１】本発明の実施例２として、図８の粒子状物質検出装置における効果を示し、（ａ）は、検出電極間に印加する電圧によって発生する電界強度と捕集性との関係を示す特性図、（ｂ）は、電界強度と不感質量との関係を示す特性図。
【図１２】本発明の第２の実施形態における粒子状物質検出装置の変形例を示す展開斜視図。
【図１３】本発明の第３の実施形態における粒子状物質検出装置を示す展開斜視図。
【図１４】図１３の粒子状物質検出装置に適用される回路図の一例。
【図１５】比較例４として、図１３と類似の粒子状物質検出装置に本発明の補正方法を適用しなかった場合の問題点を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図１６】本発明の実施例３として、図１３の粒子状物質検出装置における効果を示し、（ａ）は、検出電極間に印加する電圧によって発生する電界強度と捕集性との関係を示す特性図、（ｂ）は、電界強度と不感質量との関係を示す特性図。
【図１７】比較例と共に本発明の出力変動抑制の効果を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２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装置６について説明する。本発明の粒子状物質検出装置６は、内燃機関の排気浄化装置に適用されて、排出される粒子状物質の検出に好適に利用される。
具体的には、ＤＰＦの下流に設置されて、ＤＰＦの異常検出に利用することができる。あるいは、ＤＰＦの上流に設置されて、ＤＰＦに流入する粒子状物質を直接検出するシステムに利用される。
本実施形態における粒子状物質検出装置６は、後述する電界発生用電源部５０により生じる電界による引力を利用して測定ガス中のＰＭを検出部１３に捕集する捕集用電極を、検出部１３に捕集したＰＭの量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極１１、１２としたセンサ素子１と、センサ素子１を保護するカバー体２と、検出部１３を被測定ガス中に載置するハウジング３とからなる粒子状物質検出センサ４と、捕集用電極を兼ねた検出用電極１１、１２間に電界を発生させる電界発生用電源部５０と、検出部１３に堆積する被測定ガス中に含まれるＰＭ量によって変化する電気的特性を計測する計測部５１とを有し、被測定ガス中のＰＭを検出するものである。
【００２１】
特に、図２を参照して後述する補正方法にしたがって、既知量のＰＭを含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値ＶＲＥＦ以上となるまでの不感質量Ｑ０が、基準となる校正用粒子状物質検出センサ４ＲＥＦ(以下、校正用センサ４ＲＥＦと称する。)の不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも多い場合には、電界発生用電源部５０から印加する電圧を所定の印加電圧値ＶＯＵＴに維持して（ＶＬＬ≦ＶＯＵＴ≦ＶＨＨ）、不感質量Ｑ０を低減させる電界強度に維持し、基準となる校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも少ない場合には、電界発生用電源部５０から印加する電圧ＶＯＵＴを、所定の印加電圧下限閾値ＶＬＬより低く、又は、所定の印加電圧上限閾値ＶＨＨより高くして、不感質量Ｑ０を増加させる電界強度に補正する印加電圧補正手段５１１を設けたことを特徴とするものである。
また、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦは、電界強度が１．０ｋＶ/ｍｍとなる印加電圧ＶＯＵＴにて測定した値であり、その測定値を用いて、後述の補正方法にしたがって補正を行う。
【００２２】
本実施形態における粒子状物質検出装置６は、粒子状物質検出センサ４と検出制御部５とによって構成されている。
粒子状物質検出センサ４は、センサ素子１と、センサ素子１を保護するカバー体２と、センサ素子１を被測定ガス内に載置固定するハウジング３とによって構成されている。
検出制御部５は、電源部５０と計測部５１とによって構成されている。
センサ素子１は、図１（ａ）に示すように、少なくとも、絶縁性基体１０の表面に、一定の間隙を隔てて対向する一対の検出電極１１、１２を形成した検出部１３を具備する。絶縁性基体１０は、アルミナ、チタニア、スピネル等の絶縁性耐熱材料からなり、ドクターブレード法、加圧成形法等の公知の製造方法によって略平板状に形成されている。
【００２３】
検出電極１１、１２は、白金等の導電性材料からなり、スクリーン印刷、メッキ、蒸着等の公知の製造方法によって形成されている。
なお、本実施形態においては、検出電極１１、１２は、櫛状に形成され、互いに異なる極性の電極が一定間隔で交互に並んで対向するように形成された、いわゆる櫛状電極を構成している。
また、センサ素子１には、検出電極１１、１２と外部に設けた制御部４とを接続するための検出電極リード部１１１、１２１、検出電極端子部１１２、１２２が形成されている。
なお、本実施形態においては、検出電極１１、１２が、被測定ガス中のＰＭに電界を作用させ、静電気的な引力によって検出部１３にＰＭを捕集する捕集用電極を兼ねており、電源部５０は、検出電極１１、１２間に堆積したＰＭ量に応じて変化する抵抗値等の電気的特性を計測するための計測用電源部と、ＰＭを捕集するために検出電極１１、１２間に電界を発生させる電界発生用電源部とを兼ねている。
また、捕集用電極は、少なくとも電界発生用電源部５０により発生する電界による静電気力などの引力を利用してＰＭを捕集するものであり、摩擦力、慣性力などの他の引力を同時に利用している場合も含む。
【００２４】
センサ素子１は、図１（ｂ）に示すように、センサ素子１の被測定ガスに晒される検出部１３が略有底筒状に形成したカバー体２によって覆われて、略筒状に形成したハウジング基体３０の内側にインシュレータ３１を介して絶縁保持固定され、ハウジング３を介して被測定ガス８０の流れる被測定ガス流路８に固定されている。
【００２５】
本実施形態においては、カバー体２は、有底筒状に形成された内筒２０と外筒２１とが重ね合わされた二重筒構造となっており、内筒２０、外筒２１のそれぞれに設けたカバー開孔２０１、２０２、２１１、２１２を介して、被測定ガスの流速を抑制しながらセンサ素子１の検出部１３に誘導することによって、被測定ガスと共に検出部１３に誘導される粒子状物質の粒径が一定以下の範囲となるように流路構成してある。
センサ素子１の検出電極端子部１１２、１２２は一対の信号線１１３、１２３を介して制御部５に接続されている。
制御部５は、少なくとも、センサ素子１の検出電極１１、１２間に高電圧を印加する電源部５０と検出部１３に堆積する粒子状物質の量によって変化する電気的特性を計測する計測部５１とを有している。
【００２６】
さらに、電源部５０は、例えば、図２（ａ）に示すような電源電圧＋Ｂを所定の電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路５００を含んでいる。
本発明において、昇圧回路５００の具体的な構成を限定するものではないが、本実施形態では、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子Ｔｒを駆動回路ＤＲＶからの駆動信号によって開閉して、チョークコイルＬに蓄えたエネルギをコンデンサＣに重畳的に放出し、電源電圧＋Ｂよりも高い出力電圧ＶＯＵＴに昇圧して検出電極１１、１２間に印加する構成となっている。
このとき、駆動回路ＤＲＶから発振され、スイッチング素子Ｔｒを開閉する駆動信号として、周波数を一定としパルス幅の変調によりデューティ比を調整して出力電圧ＶＯＵＴを制御するＰＷＭ制御や、パルス幅を一定としパルス周期の変調により出力電圧ＶＯＵＴを制御するＰＦＭ制御等によって、検出電極１１、１２間に印加する電圧を増減できる。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように、計測部５１は、検出電極１１、１２間に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性として検出抵抗ＲＳＥＮを計測する検出抵抗計測手段５１０と、既知の粒子状物質の量に対して検出抵抗計測手段５１０によって計測された検出抵抗ＲＳＥＮと、既知の粒子状物質の量に対する標準的な基準検出抵抗ＲＲＥＦとを比較して基準検出抵抗ＲＲＥＦとのずれから、補正方法を決定する印加電圧補正手段５１１とによって構成されている。
【００２８】
より具体的な検出抵抗計測手段５１０は、図２（ｂ）に示すように、例えば、検出抵抗ＲＳＥＮに対して直列に配設された分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と、検出抵抗ＲＳＥＮの両端の電位差ΔＶを計測する差動増幅回路素子によって構成することができる。
印加電圧ＶＯＵＴを分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と検出抵抗ＲＳＥＮとで案分し、検出抵抗ＲＳＥＮの両端の電位差ΔＶ＝ＶＩＮ−ＶＲＥＦ１を差動増幅回路素子等によって計測することにより、検出抵抗ＲＳＥＮを特定することができる。
【００２９】
予め既知量の粒子状物質を模した微粒子状カーボンを含む校正用被測定ガスに対する検出抵抗ＲＳＥＮの変化を計測し、未知量の粒子状物質を含む被測定ガスを検出したときに検出抵抗ＲＳＥＮと粒子状物質量との関係から検出電極１１、１２間に堆積した粒子状物質量を算出することができる。
【００３０】
本実施形態の粒子状物質センサ４において、検出電極１１、１２間は、粒子状物質が堆積していない状態では、絶縁状態となっているので、検出電極１１、１２間の電気抵抗が極めて大きく、検出電極１１、１２間に一定量の粒子状物質が堆積する迄は、センサ出力の検出が困難となる不感期間が存在する。
検出電極１１、１２間に一定量以上の粒子状物質が堆積し、センサ出力が所定の閾値ＶＲＥＦを超え出力の検出が可能となるまでに堆積する粒子状物質量を不感質量Ｑ０とする。
【００３１】
印加電圧補正手段５１１は、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスを用い検出抵抗測定手段５１０によって検出された検出抵抗ＲＳＥＮが所定の閾値以上となる不感質量Ｑ０と、外部補正手段７として、校正用被測定ガスに対する校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較を行い、それらが一致するように、電源部５０から印加される電圧（以下、印加電圧ＶＯＵＴと称する。）を増減させる。
【００３２】
例えば、図２（ｃ）に示すように、ステップＳ１００の不感質量判定行程において、既知量の粒子状物質に対する不感質量Ｑ０を校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦと比較し、補正対象となった粒子状物質検出センサ４の不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも少ない場合には、ステップＳ１１０の印加電圧増減行程に進み、印加電圧ＶＯＵＴを所定の基準電圧の範囲から外れるように、印加電圧下限閾値ＶＬＬよりも低く（例えば−５％）設定し、又は、印加電圧上限閾値ＶＨＬよりも高く（例えば＋５％）設定することによって、校正用センサ４ＲＥＦの出力結果に近づけることができる。
【００３３】
一方、ステップ１００において、補正対象となった粒子状物質検出センサ４の不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも多い場合には、ステップＳ１２０の印加電圧維持行程に進み、印加電圧ＶＯＵＴを、印加電圧下限閾値ＶＬＬ以上、印加電圧上限閾値ＶＨＬ以下の範囲を維持することによって、校正用センサ４ＲＥＦの出力結果から大きくずれないように維持することができる。
また、製造ロット内から抽出したサンプルの内、最も不感質量Ｑ０の多い粒子状物質検出センサ４を校正用センサ４ＲＥＦとすれば、不感質量Ｑ０の少ないものの感度を低下させるように校正用センサ４ＲＥＦの出力に近似させることになるので、製造ロット内の出力バラツキを極めて容易に小さくすることができる。
【００３４】
本発明の補正方法によって補正することによって、製造過程で不可避的に形成される粒子状物質検出センサ４の個体差を小さくすることが可能となる。
なお、上記実施形態においては、不感質量Ｑ０を基準として、センサ出力を補正する方法を示したが、既知の粒子状物質量の変化に対するセンサ出力の変化（傾き）を基準として補正することもできる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、校正用センサ４ＲＥＦの出力結果と補正対象となる粒子状物質検出センサ４の出力結果との違いを予め測定し、それを補正情報としてメモリ等に記憶させ、個々の印加電圧ＶＯＵＴの調整に利用する構成を示したが、昇圧回路５００に印加電圧ＶＯＵＴの出力を調整するボリューム抵抗ＶＲを設けて、粒子状物質検出装置６毎に調整するようにしても良い。
さらに、被測定ガス中の粒子状物質量が安定する条件下において、粒子状物質検出センサ４の出力結果（例えば、同一条件下での単位時間当たりの検出抵抗ＲＳＥＮの上昇率等）を学習し、粒子状物質検出センサ４の経年劣化に対して、印加電圧ＶＯＵＴを調整して、同一条件に対する出力結果が一定となるように補正する学習機能を設けても良い。
【００３６】
ここで、図３を参照して、本発明の粒子状物質検出センサ４の印加電圧ＶＯＵＴの変化に対するセンサ出力の変化に与える影響及び、印加電圧下限閾値ＶＬＬ、印加電圧上限閾値ＶＨＬの決定方法について説明する。
図３（ａ）は、本発明に用いられるセンサ素子１の検出電極１１、１２間距離を、例えば、５０μｍに設定したときに、一定間隔で対向する検出電極１１、１２間の印加電圧ＶＯＵＴの単位距離当たりの電圧の変化、即ち、電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の変化に対する捕集性の変化を示す特性図である。
【００３７】
本図に示すように、電界強度Ｅと捕集性能との関係は、最大値を有する上に凸となる略二次曲線状を呈し、検出部１３に粒子状物質を捕集する付着力Ｆ（Ｎ）は、電界強度Ｅを高くすると徐々に向上し、電界強度Ｅを一定以上高くすると却って、付着力Ｆ（Ｎ）が低下することが判明した。
なお、本図（ａ）は、既知量の粒子状物質を含む被測定ガス中にガスセンサ４の検出部１３を配設し、一定時間内に検出部１３に捕集される粒子状物質の付着力Ｆ（Ｎ）を電源部４からセンサ素子１に印加する電圧ＶＯＵＴを変化させて計測した結果を捕集性能として表したものである。
また、図３（ｂ）は、５０μｍの電極間距離を設けて検出電極１１、１２を対向させ、検出電極１１、１２間に印加する電圧を変化させながら、センサ出力が一定の閾値以上となる不感質量Ｑ０を計測した結果である。
【００３８】
本図（ｂ）に示すように、電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の変化に対して、不感質量Ｑ０（ｍｇ）は、下に向かって凸となる曲線を描くように変化し、電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）が一定の範囲（本実施例では、１．０ｋＶ／ｍｍ〜１．４ｋＶ／ｍｍの範囲)で、不感質量Ｑ０を最少化し、かつ、ほぼ一定とすることができ、電界強度Ｅが１．０ｋＶ／ｍｍより低い場合には、電界強度Ｅが低いほど不感質量Ｑ０が多くなり、電界強度Ｅが１．４ｋＶ／ｍｍよりも高い場合には、電界強度Ｅが高いほど不感質量Ｑ０が多くなる。
【００３９】
本実施例においては、電極間距離を５０μｍに設定しているので、印加電圧下限閾値ＶＬＬとして、５０Ｖ、印加電圧上限閾値ＶＨＬとして７０Ｖを設定することができる。
これは、電界強度が高くなるにつれて、粒子状物質に作用する静電引力が高くなり、捕集性が向上するが、電界強度が一定以上を超えると、粒子状物質の表面に帯電する電荷が多くなり、粒子状物質同士が互いに反発する作用が大きくなり、捕集が困難となるためと推察される。
また、付着力Ｆ（Ｎ）を最も大きくする電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の範囲と、不感質量Ｑ０を最も少なくする電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の範囲は、一致していることが判明した。
【００４０】
既知の粒子状物質を含む被測定ガスを検出したときの不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも少ない場合には、検出電極１１、１２間の距離が短いか、センサ素子１とカバー体２との関係において、被測定ガスが検出部１３へ導入され易くなっているものと推察され、このような場合には、印加電圧ＶＯＵＴを印加電圧下限閾値ＶＬＬよりも低く、又は、印加電圧上限閾値ＶＨＬよりも高くすることによって、捕集性能を低下させ、不感質量Ｑ０を、校正用の不感質量Ｑ０ＲＥＦに近づけることができる。
【００４１】
一方、既知の粒子状物質を含む被測定ガスを検出したときの不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも多い場合には、検出電極１１、１２間の距離が長いか、センサ素子１とカバー体２との関係において、被測定ガスが検出部１３へ導入され難くなっているものと推察され、このような場合には、印加電圧ＶＯＵＴを印加電圧下限閾値ＶＬＬから印加電圧上限閾値ＶＨＬまでの基準電圧の範囲内を維持することによって、捕集性能を最大限に発揮させ、不感質量Ｑ０がそれ以上、校正用の不感質量Ｑ０ＲＥＦからかけ離れた値とならないようにすることができる。
このとき、どの程度印加電圧ＶＯＵＴを増減するかを、粒子状物質検出センサ４の完成検査において、実測によって決定し、計測部４１内にメモリを設けてその結果を補正情報として記憶させ、それを電源部４０にフィードバックさせて、実際に被測定ガス中に含まれる未知量の粒子状物質を検出する際に、印加電圧ＶＯＵＴの決定に用いることができる。
【００４２】
また、昇圧回路４０に出力電圧ＶＯＵＴを可変抵抗ＶＲと固定抵抗Ｒとで案分して印加する構成とし、予め測定した不感質量Ｑ０から、可変抵抗ＶＲの調整により、印加電圧ＶＯＵＴを増減できるようにしても良い。
【００４３】
図４、図５、図６を参照して、本発明の第１の実施形態における効果について説明する。図４（ａ）は、比較例１として、従来の粒子状物質検出センサにおいて、製造過程で、センサ素子の方向とカバー体の開孔方向とを一致させた状態で完成させた粒子状物質検出センサを複数（５水準）用いて、既知量の粒子状物質を含む被測定ガスを測定したときのセンサ出力の変化を示し、図４（ｂ）は、それぞれのセンサ出力が所定の閾値ＶＲＥＦ以上になるまでの不感質量Ｑ０を計測した結果を示す。
なお、閾値ＶＲＥＦは、ノイズとの区別ができる程度に安定した出力として検出部５０によって検出可能となる値であって、検出部５０の感度に応じて適宜設定する。
【００４４】
図５（ａ）は、比較例２として、従来の粒子状物質検出センサにおいて、製造過程で、センサ素子の方向とカバー体の開孔方向とを考慮することなく、ランダムな方向で組み付けて完成させた粒子状物質検出センサを複数（５水準）用いて、既知量の粒子状物質を含む被測定ガスを測定ときのセンサ出力の変化を示し、図５（ｂ）は、それぞれのセンサ出力が所定の閾値以上になるまでの不感質量Ｑ０を計測した結果を示す。
【００４５】
図６(ａ)は、本発明の実施例として、製造過程で、センサ素子の方向とカバー体の開孔方向とを考慮せず完成させた粒子状物質検出センサを複数（５水準）用い、本発明の補正方法によって出力補正をした場合のセンサ出力の変化を示し、図６（ｂ）は、それぞれのセンサ出力が所定の閾値以上になるまでの不感質量Ｑ０を計測した結果を示す。
【００４６】
なお、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、検出電極１１、１２を、櫛状に形成して、極性の異なる電極が一定間隔で交互に並ぶように配設し検出電極１１、１２間に堆積するＰＭ量に応じて変化する抵抗値を検出するように構成した例を示したが、本発明において、検出電極１１、１２の形状を櫛状に限定するものではなく、また、検出対象となる電気的特性として、検出部に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出するものであれば、抵抗値以外にも、インダクタンス、静電容量、及び、インピーダンス等を用いることもできる。
例えば、多孔質電極によって検出電極を形成し、多孔質電極の表面に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する抵抗値を検出するものや、検出電極の表面を誘電層又は絶縁層によって覆って、その表面に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する静電容量を検出するものでも良い。
さらに、センサ素子１は、通電により発熱する発熱体を有し、検出電極１１、１２間に堆積した粒子状物質を加熱除去する発熱部を具備する構成としても良い。
【００４７】
図４に示すように、比較例１の粒子状物質検出センサにおいては、不感質量Ｑ０に、変動係数ＣＶとして３．３％のバラツキが生じているのが分かる。
比較例１においては、カバー体２の開孔位置のズレ等の影響を廃除するために、センサ素子１とカバー体２の方向性を揃えて組み付けていることから、このようなバラツキは、主に、検出電極間の距離のバラツキによって、センサ出力が所定の閾値以上になるまでに堆積する粒子状物質量に差が生じているためと思料される。
【００４８】
図５に示すように、比較例２の粒子状物質検出センサにおいては、不感質量Ｑ０に、変動係数ＣＶとして１１．７％のバラツキが生じているのが分かる。
比較例２においては、カバー体の開孔の方向性を考慮せずに組み付けており、検出電極間の距離のバラツキに加えて、カバー体の開孔の位置ズレによりカバー体内に導入される粒子状物質量にバラツキが生じているためと思料される。
【００４９】
一方、図６に示すように、本発明の実施例１においては、比較例１に比べると平均値μは僅かに高くなっているが、標準偏差σが小さくなり、変動係数ＣＶが１．７％と大幅に低減されている。
したがって、本発明の粒子状物質検出装置６を用いれば、極めて信頼性の高い粒子状物質検出が可能となる。
【００５０】
図７に本実施形態の変形例として示す粒子状物質検出装置６ａについて説明する。なお、以下の説明において上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、特徴的な部分についてのみ説明する。なお、以下の実施形態、及び、比較例において、カバー体２、及び、ハウジング３は、特に限定するものではなく、第１の実施形態と同じ構成としている。
上記実施形態においては、センサ素子１の検出電極１１、１２が捕集用電極を兼ねており、検出電極１１、１２間に高電圧を印加して、ＰＭを検出部１３に捕集する構成について説明したが、本変形例のセンサ素子１ａでは、検出電極１１、１２とは別に、一対の捕集用電極１５ａ、１５ｂを設けて、電界発生用電源５０ａから捕集用電極１５ａ、１５ｂ間に高電圧を印加することによって、捕集用電極１５ａ、１５ｂ間に設けた捕集空間１６０内に電界を発生させ、静電気的な引力により検出部１３ａにＰＭを捕集するようにした点が相違する。
【００５１】
本実施形態においては、電気的特性として上記実施形態と同様、検出電極１１、１２間に堆積したＰＭ量によって変化する抵抗値を検出対象としている。
捕集用電極１５ａ、１５ｂは、両面を平板状の絶縁体１０又は、絶縁体１００に挟さまれて絶縁状態となっている。
捕集用電極１５ａ、１５ｂは、検出部１３ａを間に挟んで対向している。
さらに、本変形例においては、検出部１３を覆うように、絶縁体からなる捕集空間形成層１６が形成され、検出部１３の一部が、両側面が開口する捕集空間１６０に露出するようにした点が相違する。
捕集用電極１５ａ、１５ｂは、それぞれ、電界発生部１５０ａ、１５０ｂとリード部１５１、１５１ｂとによって構成され、電界発生用電源部５０ａに接続されている。
【００５２】
さらに、本変形例においては、通電により発熱する発熱部１４が設けられ、検出部１３に堆積したＰＭを加熱除去する構成となっている。
発熱部１４は、絶縁体１０及び、絶縁体１００に挟まれた発熱体１４０、リード部１４１、１４２によって構成され、検出部１３に積層して設けられ、発熱体通電制御装置５３に接続されている。
本変形例においても、上記実施形態と同様、印加電圧補正手段５１１が、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスを用い検出抵抗測定手段５１０によって検出された検出抵抗ＲＳＥＮが所定の閾値以上となる不感質量Ｑ０と、外部補正手段７として、校正用被測定ガスに対する校正センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較を行い、それらが一致するように、電界発生用電源部５０ａから印加される電圧を増減させることで、上記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００５３】
加えて、本変形例においては、検出電極１１、１２と捕集用電極１５ａ、１５ｂとが別に設けられているので、抵抗値検出のための印加電圧とＰＭを捕集するための印加電圧とを独立して設定できるので検出精度がさらに向上できる。
さらに、本変形例においては、上記実施形態と同様の効果に加えて、捕集用電極１５ａ、１５ｂ間に発生させた電界による引力によって、センサ素子１ａの先端側の両側面方向に向かって開口する捕集用空間１６０内にＰＭを吸引する構成となっているので、カバー体２の組み付け方向のバラツキによるカバー体２内における被測定ガスの流速の違いの影響を少なくすることもできる。
なお、絶縁体１０と同様、絶縁体１００には、アルミナ等の公知のセラミック絶縁材料が用いられている。
【００５４】
図８、図９、図１０、図１１を参照して本発明の第２の実施形態として、検出部に堆積するＰＭ量を静電容量Ｃによって計測するように構成した、粒子状物質検出装置６ｂについて説明する。
上記実施形態においては、検出電極１１、１２間に堆積するＰＭ量に応じて変化する検出電極１１、１２間の抵抗値変化によって、ＰＭ量を検出する構成を示したが、本実施形態においては、検出電極１１ｂ、１２ｂを絶縁体１００によって覆い、ＰＭ捕集空間１６０に捕集されたＰＭ量によって変化する電気的特性として、静電容量Ｃを検出するようにした点が相違する。
このような構成とすることにより、電気的特性として、検出部１３における静電容量Ｃを測定する場合においても、上記実施形態と同様、個体差を校正用センサ４ＲＥＦとの比較に基づいて決定した電界発生用電源部からの印加電圧の増減によって上記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００５５】
また、上記実施形態においては、検出部１３の一方の側に積層して発熱部１４を設けた変形例を示したが、本実施形態においては、捕集用電極１５ａ、１５ｂのさらに外側に積層して、発熱部１４ａ、１４ｂを設けて、検出部１３ｂの両面から加熱するようにしている。
このような構成とすることにより、捕集空間１６０を区画する絶縁体１０、１６１、１６２、１００の内周表面に堆積したＰＭを確実に除去することが可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態におけるセンサ素子１ｂは、図９に示すように、検出電極１１ｂ、１２ｂ間に堆積するＰＭ量によって変化する静電容量ＣＰＭ、抵抗値ＲＰＭと、リード部１１１ｂ、１２１ｂ等に寄生する寄生容量Ｃ１、Ｃ２、内部抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続した等価回路で表すことができ、電気特性計測部５１０ｂの入力端子間のインピーダンスＺｘをいわゆるＩ−Ｖ法等の公知のインピーダンス計測方法によって検出することができる。
具体的には、所定の周波数特性を有する発振器ＲＦから印加した電圧Ｖ１と既知の抵抗値ＲＳの両端で検出される電位差Ｖ２とを用い、ＺＸ＝Ｖ１／Ｉ＝（Ｖ１／Ｖ２）・ＲＳによって算出される。
さらに、本実施形態においては、図８の粒子状物質検出センサ４ｂと同様の構成の校正用センサ４ｂＲＥＦを用いて、既知量のＰＭを含有する校正用ガスに対する検出インピーダンスＺＸＲＥＦと検出インピーダンスＺｘとの比較によって、電界発生用電源部５０ｂの印加電圧ＶＯＵＴを増減すべく、可変抵抗ｒ１の抵抗値を設定し、分圧抵抗値ｒ２との比によって増幅器ＯＰの増幅率を増減する構成となっている。
このような構成とすることによって、校正用ガスに対する出力を校正用センサ４ｂＲＥＦの出力に近似させるように電界発生用電源部５０ｂの印加電圧ＶＯＵＴを任意に補正することが可能となる。
【００５７】
比較例３として、図８に示した粒子状物質検出装置６ｂを用い、本発明の補正方法を適用しない場合について、上記実施形態と同様の試験を行った。
図１０に示すように、静電容量（インピーダンスＺｘ）によってＰＭ量を検出した場合でも、本発明の補正方法を適用しない場合には、不感質量Ｑ０に大きなバラツキ（変動係数ＣＶ＝１９．５％）があることがわかる。
一方、図１１に実施例２として示すように、本実施形態においても、不感質量Ｑ０のバラツキを小さく（変動係数ＣＶ＝１．４％）できることが判明した。
【００５８】
図１２を参照して、本発明の第２の実施形態における変形例について説明する。
図８に示した構成では、検出電極１１ｂ、１２ｂと捕集用電極１５ａ、１５ｂとを別に設けた構成を示したが、図１２に示すように、検出電極１１ｃ、１２ｃを、捕集用電極として用いるように構成しても良い。
本実施形態において、検出電極１１ｂ、１２ｂは、平板状に広がる検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃとリード部１１１ｃ、１２１ｃとによって構成されている。
また、検出電極１１ｃ、１２ｃの表面は、それぞれ、平板状の絶縁体１０１ｃ、１００ｃによって覆われている。
このような構成とすることによって、検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃの面積に比例し、互いに対向する検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃの距離に反比例する静電容量Ｃの並行平板を構成し、ＰＭの捕集量の変化に伴い、検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃ間の誘電率が変化し必然的に検出電極１１ｃ、１２ｃ間の静電容量Ｃが変化し、これを検出することで、捕集空間１６０内に堆積するＰＭ量を算出できる。
本実施形態においても、検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃの面積のバラツキや、電極間距離のバラツキ等があっても、上記実施形態と同様に印加電圧補正手段５１１が、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスを用い検出抵抗測定手段５１０によって検出された検出抵抗ＲＳＥＮが所定の閾値以上となる不感質量Ｑ０と、外部補正手段７として、校正用被測定ガスに対する校正センサ４ｃＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較を行い、それらが一致するように、電界発生用電源部５０ａから印加される電圧を増減させることで、上記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００５９】
図１３、図１４を参照して、本発明の第３の実施形態における粒子状物質検出装置６ｄについて説明する。
上記実施形態においては、検出部１３に堆積するＰＭ量に応じて変化する抵抗値、静電容量等の電気的特性を直接計測する例を示したが、本実施形態においては、検出部１３ｄに捕集したＰＭを電気化学反応によって酸化除去すると共に、その際に流れる電流を検出部５１ｄで検出するようにした点が相違する。
【００６０】
本実施形態では、検出電極１１ｄ、１２ｄが、多孔質電極からなり、平板状に形成した検出電極平板部１１０ｄ、１２０ｄとリード部１１１ｄ、１２１ｄによって構成され、酸素イオンやプロトン等の特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質材料からなり、平板状に形成した固体電界層１０ｄの対向する表面に形成され、一方の検出電極平板部１１０ｄを捕集空間１６０に対向させ、他方の検出電極平板部１２０ｄを、排出層１７の排出空間１７０に対向させてある。
具体的な固体電解質材料としては、酸素イオン伝導性を有するイットリア安定化ジルコニアやプロトン伝導性を有する一部を遷移金属等で置換したＭＰ２Ｏ７型ピロリン酸塩等の公知の固体電解質材料を用いることができる。
排出空間１７０は、アルミナ等の絶縁材料からなり、略コ字形に形成された排出空間形成層１７１と、平板状に形成された絶縁体１００とによって区画されている。
排出層１７に積層して、発熱部１４ｄが形成されている。発熱部１４ｄは、絶縁体１００によって覆われ、発熱体１４０ｄと一対のリード部１４１ｄ、１４２ｄによって構成されている。
【００６１】
上記実施形態において、発熱部１４は、検出部１３に堆積したＰＭを燃焼除去するために設けられているが、本実施形態においては、ＰＭの燃焼除去は、検出電極１１０ｄ上で、ＰＭ量を検出する際の電気化学反応によってもたらされ、発熱部１４は、固体電解質体１０ｄを加熱し、活性化するために用いられる。
【００６２】
図１４に示すように、本実施形態においては、固体電解質体１０ｄの一方の表面に形成された検出電極１１ｄと捕集用電極１５ｄとの間に電界発生用電源部５０ｄから高電圧を印加して、電界を形成し、電界による引力によって検出電極１１ｄの表面にＰＭを捕集し、さらに、検出電極１１ｄ、１２ｄ間に電気化学反応用電源５１３ｄから電気化学反応によって検出電極１１の表面に堆積したＰＭを酸化除去したときに発生するプロトンＨ＋、又は、電子が固体電解質体１０ｄを移動する際に検出抵抗Ｒｓの両端に発生する電位差を電気特性計測部５１０ｄによって計測し、ＰＭ量を算出することができる。
【００６３】
比較例４として、図１２に示した粒子状物質検出装置６ｄを用い、本発明の補正方法を適用しない場合について、上記実施形態と同様の試験を行った。
図１５に示すように、電気化学反応によってＰＭを酸化除去したときに流れる電流からＰＭ量を検出した場合でも、本発明の補正を行わない場合には、不感質量Ｑ０に大きなバラツキ（変動係数ＣＶ＝９．３％）があることがわかる。
一方、図１６に実施例３として示すように、本実施形態においても、予め、校正用センサ４ｄＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較した結果に応じて、電界強度を補正した場合には、不感質量Ｑ０のバラツキを小さく（変動係数ＣＶ＝１．３％）できることが判明した。
【００６４】
図１７は、比較例１〜４、実施例１〜３について、上述の如く、複数の粒子状物質検出センサの不感質量Ｑ０の平均μ及び標準偏差σを求め、個体差を示す指標として平均位置μを標準偏差σで割った変動係数ＣＶ（＝１００×標準偏差σ/平均値μ（％））を算出し、それを並べたものである。
【００６５】
以上より、本発明のいずれの実施形態においても、粒子状物質検出センサの製造過程で不可避的に発生する電極間距離のバラツキと、センサ素子１、１ａ〜１ｄの方向性とカバー体２に設けた開孔の方向性とのズレとによって重畳的に拡大されるセンサ出力の個体差に応じて電界発生用電源部５０、５０ａからセンサ素子１、１ａ〜１ｄの検出部に印加される電圧の補正によって、粒子状５１、５１ｄ物質の捕集量が増減され、出力結果のバラツキを小さくできることが判明した。
【符号の説明】
【００６６】
１ センサ素子
１０ 絶縁性基体
１１、１２ 検出電極
１１１、１２１ 検出電極リード部
１１２、１２２ 検出電極端子部
２ カバー体
２０ カバー内筒
２１ カバー外筒
２０１、２０２、２１１、２１２ カバー開孔
３ ハウジング
４ 粒子状物質検出センサ
５ 検出制御部
５０ 電界発生用電源部
５００ 昇圧回路
５１ 計測部
５１０ 電気特性計測部
５１１ 補正手段
５１２ 検出電圧決定手段
６ 粒子状物質検出装置
７ 外部補正手段
８ 被側手ガス流路
８０ 被測定ガス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】特表２００８−５０２８９２号公報
【特許文献３】特開２０１０−３２４８８号公報
【特許文献４】特開２０１０−５４４３２号公報
【特許文献５】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、被測定ガス中に存在する粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置及び粒子状物質検出装置の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジン等において、燃焼排気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燃焼排気を通過させて粒子状物質を捕捉する。
【０００３】
ＤＰＦは、粒子状物質捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて負圧が増大したり、粒子状物質のすり抜けが増加したりするおそれがあり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。再生時期は、一般的には、粒子状物質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おり、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、粒子状物質を燃焼除去する。
【０００４】
一方、燃焼排気中の粒子状物質を直接検出可能なセンサが、例えば特許文献１、２等に提案されている。このセンサを、ＤＰＦの下流に設置した場合には、ＤＰＦをすり抜ける粒子状物質量を測定し、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に流入する粒子状物質量を測定し、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】
特許文献１には、絶縁性を有する基板の表面に、一対の櫛形電極を形成し、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。この種のセンサは、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電気抵抗値の変化を検出する。基板材料には、電気絶縁性耐熱材料が用いられ、電極材料となるＰｔ、Ａｇ等の貴金属粉をペースト状にして、平板状基板の表面にスクリーン印刷することにより一対の電極が形成される。基板の裏面側には、電極と相対する部分に発熱体が形成され、検出部を所望の温度（例えば、４００℃〜１０００℃）に加熱して、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。
【０００６】
特許文献２には、センサ上の煤堆積を制御するため検出電極間に高電圧を印加し、電極間に電界を生じさせ、検出電極の近傍を通過するＰＭを電界により生じる静電気的な引力によって引き寄せることでＰＭの捕集を促進し、検出電極間に堆積させ、ＰＭの堆積量によって変化する検出電極間の電気抵抗を計測することによりＰＭの堆積量を測定することが開示されている。
【０００７】
また、被測定ガス中のＰＭを検出するのに用いられる電気的特性は、検出電極間に堆積するＰＭ量に応じて変化する電気抵抗に限定されるものではなく、静電容量や、電気化学的な反応に伴う電流の変化等の様々な電気的特性が利用できる。
例えば、特許文献３には、一の面が電極間誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極と、その一の電極の一の面の側にＰＭを含む気体が流れる空間を介して配設をされ、一の電極との間に印加をされる電圧によって放電をする二の電極と、電圧の印加をする集塵用電源と、電極間誘電体の表面に対向して配設をされた一対の測定電極と、その一対の測定電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段と、その特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて電極間誘電体の表面に集塵をされたＰＭの量を求める粒子状物質量算出手段とを備える粒子状物質検出装置が開示され、利用される電気的特性として抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスが示されている。
【０００８】
一方、特許文献４には、少なくとも、プロトン伝導性の固体電解質からなるプロトン導電体と、その表面に形成した測定電極と基準電極とからなる電極対と、該電極対間に所定の電流又は電圧を印加する電源とを具備し、測定電極を被測定ガスに対向せしめ、かつ、基準電極を被測定ガスから隔離せしめた炭素量検出センサが開示されておいり、測定電極表面において被測定ガス中のＰＭとの電気化学反応によって流れる電流、又は、電圧の変化によってＰＭ量を検出している。
さらに、一般的に、このようなＰＭ検出センサや酸素センサ等のセンサ類は、ハウジングを介して被測定ガス流路に固定され、被測定ガス中に載置された検出部は、所定の開孔を有する略筒状のカバー体によって覆われて保護されている（特許文献５等参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、実際の製造工程においては、センサ素子とカバー体とをハウジングに組み付ける際に、センサ素子の検出部の向きとカバー体に設けた被測定ガス導入孔の方向とを一つずつ合わせることは困難で、センサ素子の方向とカバー体の方向とをセンサごとに合わせていたのでは、極めて作業効率が悪くなり、粒子状物質検出センサの製造コストの増大を招くことになる。
【００１０】
一方、センサ素子の方向とカバー体の方向とを考慮することなく粒子状物質検出センサを組み付けた場合、作業効率は向上するが、検出部の向きとカバー体に設けた被測定ガス導入孔の方向がばらばらになるため、センサごとにカバー体内に導入される被測定ガスの流れが異なり、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出部への捕集性、及び、粒子状物質の堆積量に対する出力の個体差が大きくなり、センサとしての信頼性が著しく低下する虞がある。
【００１１】
また、検出対象であるＰＭに電界を作用させて静電気的な引力で捕集する捕集用電極が一つのセンサ素子内に複数ある場合、又は、捕集用電極とは別に電気的特性を検出するための検出電極が設けられている場合において、実際の電極間の距離には、不可避的にバラツキが発生し、このような電極間距離のバラツキは、そこに発生する電界強度のバラツキとなり、検出部に捕集するＰＭ量が変化するため、検出結果に個体差を生じることとなる。
画像処理などによって、実際に製造された電極間の距離を測定することは可能ではあるが、製造ロット内の電極間距離の分布から、個々のセンサ素子をランク分類する等して、出力結果のバラツキを小さくすることは極めて困難で、費用対効果も低い。
さらに、センサ素子に貫通孔を設けて、その上下に捕集用電極を設置して、その間に電界を発生させることで、ＰＭを捕集させようとした場合、その電極間の距離を保証することは困難で、実際に発生する電界強度に個体差が生じ、出力結果のバラツキの原因にもなっている。
【００１２】
そこで本発明は、上記実情に鑑み、被測定ガス中に含まれる粒子状物質を高い精度で検出すべく、少なくとも被測定ガスに晒される一対の検出電極を有するセンサ素子と、該センサ素子を保持固定するハウジングと、センサ素子を保護するカバー体とからなる粒子状物質センサと、検出部に電界を生じさせ、静電気的引力により被測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する電界発生電源部と、検出部に堆積する粒子状物質の量によって変化する電気的特性を計測する検出部とを具備し、被測定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において粒子状物質検出センサの製造過程で不可避的に発生する個体差を補正する補正方法と、該補正方法によって得られた補正情報を検出制御に反映させる補正手段を備えた粒子状物質検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明では、電界発生用電源部と、少なくとも、上記電界発生用電源部により発生する電界による引力を利用して測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する捕集用電極と、上記捕集用電極、又は、これとは別に設けた電極を、上記検出部に捕集した粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極としたセンサ素子と、上記センサ素子を保護するカバー体と、上記検出部を被測定ガス中に載置するハウジングとからなる粒子状物質検出センサと、上記検出部に堆積する被測定ガス中に含まれる粒子状物質によって変化する電気的特性を計測する計測部とを有し、被測定ガス中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を所定の印加電圧値に維持して、不感質量を低減させる電界強度に維持し、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を、所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、所定の印加電圧上限閾値より高くして、不感質量を増加させる電界強度に補正する印加電圧補正手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明では、上記印加電圧下限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．０ｋＶ／ｍｍとなる電圧であり、上記印加電圧上限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．４ｋＶ／ｍｍとなる電圧である。
【００１５】
請求項３の発明では、上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量は、電界強度が１．０ｋＶ/ｍｍとなる印加電圧にて測定した値であると共に、該測定値を用いて補正を行う。
【００１６】
請求項４の発明では、上記粒子状物質検出センサの製造ロットから抽出したサンプルの内、不感質量が最も多いものを上記校正用粒子状物質検出センサとする。
【００１７】
請求項５の発明では、電界発生用電源部と、少なくとも、上記電界発生用電源部により発生する電界による引力を利用して測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する捕集用電極と、該捕集用電極、又は、これとは別に設けた電極を、検出部に捕集された粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極とした検出部を有するセンサ素子と、該センサ素子を保護するカバー体と、上記検出部を被測定ガス中に載置するハウジングとからなる粒子状物質検出センサと上記検出部に堆積する被測定ガス中に含まれる粒子状物質によって変化する電気的特性を計測する計測部とを有し、被測定ガス中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置の出力を補正する補正方法であって、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電源部から上記検出部に印加する電圧を、不感質量を最少化する電界強度となる所定の印加電圧下限閾値から所定の印加電圧上限閾値までの範囲内に維持し、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電源部から上記検出電極間に印加する電圧を、上記所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、上記所定の印加電圧上限閾値より高くして、上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量に近似させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、粒子状物質検出センサの製造過程で不可避的に発生する上記捕集用電極の電極間距離のバラツキと、上記センサ素子の方向性と上記カバー体に設けた開孔の方向性とのズレとによって重畳的に拡大されるセンサ出力の個体差に応じて上記電界発生用電源部から上記センサ素子の検出部に印加される電圧の補正によって、粒子状物質の捕集量が増減され、出力結果のバラツキを小さくすることが可能となり、被測定ガス中に含まれる粒子状物質を高精度で検出可能な信頼性の高い粒子状物質検出装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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、センサ素子の概要を示す平面図、（ｂ）は、装置全体を示す構成図。
【図２】（ａ）は、図１の粒子状物質検出装置に適用される昇圧回路の一例を示す回路図、（ｂ）は、抵抗検出回路及び印加電圧補正手段の一例を示す回路図、（ｃ）は、本発明の補正方法の一例を示すフローチャート。
【図３】（ａ）は、検出電極間に印加する電圧によって発生する電界強度と捕集性との関係を示す特性図、（ｂ）は、電界強度と不感質量との関係を示す特性図。
【図４】比較例１として、従来のセンサ素子とカバー体との方向性を合わせた場合の個体差を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図５】比較例２として、従来のセンサ素子とカバー体との方向性を合わせていない場合の個体差を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図６】本発明の実施例１として、本発明のセンサ素子とカバー体との方向性を合わせたることなく、補正手段によって出力を補正した場合の個体差を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図７】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変形例を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態における粒子状物質検出装置の概要を示す展開斜視図。
【図９】図８の粒子状物質検出装置に適用される回路図の一例。
【図１０】比較例３として、図８と類似の粒子状物質検出装置に本発明の補正方法を適用しなかった場合の問題点を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図１１】本発明の実施例２として、図８の粒子状物質検出装置における効果を示し、（ａ）は、検出電極間に印加する電圧によって発生する電界強度と捕集性との関係を示す特性図、（ｂ）は、電界強度と不感質量との関係を示す特性図。
【図１２】本発明の第２の実施形態における粒子状物質検出装置の変形例を示す展開斜視図。
【図１３】本発明の第３の実施形態における粒子状物質検出装置を示す展開斜視図。
【図１４】図１３の粒子状物質検出装置に適用される回路図の一例。
【図１５】比較例４として、図１３と類似の粒子状物質検出装置に本発明の補正方法を適用しなかった場合の問題点を示し、（ａ）は、既知の粒子状物質量に対する出力変化を示す特性図、（ｂ）は、不感質量のバラツキを示す特性図。
【図１６】本発明の実施例３として、図１３の粒子状物質検出装置における効果を示し、（ａ）は、検出電極間に印加する電圧によって発生する電界強度と捕集性との関係を示す特性図、（ｂ）は、電界強度と不感質量との関係を示す特性図。
【図１７】比較例と共に本発明の出力変動抑制の効果を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２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装置６について説明する。本発明の粒子状物質検出装置６は、内燃機関の排気浄化装置に適用されて、排出される粒子状物質の検出に好適に利用される。
具体的には、ＤＰＦの下流に設置されて、ＤＰＦの異常検出に利用することができる。あるいは、ＤＰＦの上流に設置されて、ＤＰＦに流入する粒子状物質を直接検出するシステムに利用される。
本実施形態における粒子状物質検出装置６は、後述する電界発生用電源部５０により生じる電界による引力を利用して測定ガス中のＰＭを検出部１３に捕集する捕集用電極を、検出部１３に捕集したＰＭの量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極１１、１２としたセンサ素子１と、センサ素子１を保護するカバー体２と、検出部１３を被測定ガス中に載置するハウジング３とからなる粒子状物質検出センサ４と、捕集用電極を兼ねた検出用電極１１、１２間に電界を発生させる電界発生用電源部５０と、検出部１３に堆積する被測定ガス中に含まれるＰＭ量によって変化する電気的特性を計測する計測部５１とを有し、被測定ガス中のＰＭを検出するものである。
【００２１】
特に、図２を参照して後述する補正方法にしたがって、既知量のＰＭを含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値ＶＲＥＦ以上となるまでの不感質量Ｑ０が、基準となる校正用粒子状物質検出センサ４ＲＥＦ(以下、校正用センサ４ＲＥＦと称する。)の不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも多い場合には、電界発生用電源部５０から印加する電圧を所定の印加電圧値ＶＯＵＴに維持して（ＶＬＬ≦ＶＯＵＴ≦ＶＨＨ）、不感質量Ｑ０を低減させる電界強度に維持し、基準となる校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも少ない場合には、電界発生用電源部５０から印加する電圧ＶＯＵＴを、所定の印加電圧下限閾値ＶＬＬより低く、又は、所定の印加電圧上限閾値ＶＨＨより高くして、不感質量Ｑ０を増加させる電界強度に補正する印加電圧補正手段５１１を設けたことを特徴とするものである。
また、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦは、電界強度が１．０ｋＶ/ｍｍとなる印加電圧ＶＯＵＴにて測定した値であり、その測定値を用いて、後述の補正方法にしたがって補正を行う。
【００２２】
本実施形態における粒子状物質検出装置６は、粒子状物質検出センサ４と検出制御部５とによって構成されている。
粒子状物質検出センサ４は、センサ素子１と、センサ素子１を保護するカバー体２と、センサ素子１を被測定ガス内に載置固定するハウジング３とによって構成されている。
検出制御部５は、電源部５０と計測部５１とによって構成されている。
センサ素子１は、図１（ａ）に示すように、少なくとも、絶縁性基体１０の表面に、一定の間隙を隔てて対向する一対の検出電極１１、１２を形成した検出部１３を具備する。絶縁性基体１０は、アルミナ、チタニア、スピネル等の絶縁性耐熱材料からなり、ドクターブレード法、加圧成形法等の公知の製造方法によって略平板状に形成されている。
【００２３】
検出電極１１、１２は、白金等の導電性材料からなり、スクリーン印刷、メッキ、蒸着等の公知の製造方法によって形成されている。
なお、本実施形態においては、検出電極１１、１２は、櫛状に形成され、互いに異なる極性の電極が一定間隔で交互に並んで対向するように形成された、いわゆる櫛状電極を構成している。
また、センサ素子１には、検出電極１１、１２と外部に設けた制御部４とを接続するための検出電極リード部１１１、１２１、検出電極端子部１１２、１２２が形成されている。
なお、本実施形態においては、検出電極１１、１２が、被測定ガス中のＰＭに電界を作用させ、静電気的な引力によって検出部１３にＰＭを捕集する捕集用電極を兼ねており、電源部５０は、検出電極１１、１２間に堆積したＰＭ量に応じて変化する抵抗値等の電気的特性を計測するための計測用電源部と、ＰＭを捕集するために検出電極１１、１２間に電界を発生させる電界発生用電源部とを兼ねている。
また、捕集用電極は、少なくとも電界発生用電源部５０により発生する電界による静電気力などの引力を利用してＰＭを捕集するものであり、摩擦力、慣性力などの他の引力を同時に利用している場合も含む。
【００２４】
センサ素子１は、図１（ｂ）に示すように、センサ素子１の被測定ガスに晒される検出部１３が略有底筒状に形成したカバー体２によって覆われて、略筒状に形成したハウジング基体３０の内側にインシュレータ３１を介して絶縁保持固定され、ハウジング３を介して被測定ガス８０の流れる被測定ガス流路８に固定されている。
【００２５】
本実施形態においては、カバー体２は、有底筒状に形成された内筒２０と外筒２１とが重ね合わされた二重筒構造となっており、内筒２０、外筒２１のそれぞれに設けたカバー開孔２０１、２０２、２１１、２１２を介して、被測定ガスの流速を抑制しながらセンサ素子１の検出部１３に誘導することによって、被測定ガスと共に検出部１３に誘導される粒子状物質の粒径が一定以下の範囲となるように流路構成してある。
センサ素子１の検出電極端子部１１２、１２２は一対の信号線１１３、１２３を介して制御部５に接続されている。
制御部５は、少なくとも、センサ素子１の検出電極１１、１２間に高電圧を印加する電源部５０と検出部１３に堆積する粒子状物質の量によって変化する電気的特性を計測する計測部５１とを有している。
【００２６】
さらに、電源部５０は、例えば、図２（ａ）に示すような電源電圧＋Ｂを所定の電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路５００を含んでいる。
本発明において、昇圧回路５００の具体的な構成を限定するものではないが、本実施形態では、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子Ｔｒを駆動回路ＤＲＶからの駆動信号によって開閉して、チョークコイルＬに蓄えたエネルギをコンデンサＣに重畳的に放出し、電源電圧＋Ｂよりも高い出力電圧ＶＯＵＴに昇圧して検出電極１１、１２間に印加する構成となっている。
このとき、駆動回路ＤＲＶから発振され、スイッチング素子Ｔｒを開閉する駆動信号として、周波数を一定としパルス幅の変調によりデューティ比を調整して出力電圧ＶＯＵＴを制御するＰＷＭ制御や、パルス幅を一定としパルス周期の変調により出力電圧ＶＯＵＴを制御するＰＦＭ制御等によって、検出電極１１、１２間に印加する電圧を増減できる。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように、計測部５１は、検出電極１１、１２間に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性として検出抵抗ＲＳＥＮを計測する検出抵抗計測手段５１０と、既知の粒子状物質の量に対して検出抵抗計測手段５１０によって計測された検出抵抗ＲＳＥＮと、既知の粒子状物質の量に対する標準的な基準検出抵抗ＲＲＥＦとを比較して基準検出抵抗ＲＲＥＦとのずれから、補正方法を決定する印加電圧補正手段５１１とによって構成されている。
【００２８】
より具体的な検出抵抗計測手段５１０は、図２（ｂ）に示すように、例えば、検出抵抗ＲＳＥＮに対して直列に配設された分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と、検出抵抗ＲＳＥＮの両端の電位差ΔＶを計測する差動増幅回路素子によって構成することができる。
印加電圧ＶＯＵＴを分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と検出抵抗ＲＳＥＮとで案分し、検出抵抗ＲＳＥＮの両端の電位差ΔＶ＝ＶＩＮ−ＶＲＥＦ１を差動増幅回路素子等によって計測することにより、検出抵抗ＲＳＥＮを特定することができる。
【００２９】
予め既知量の粒子状物質を模した微粒子状カーボンを含む校正用被測定ガスに対する検出抵抗ＲＳＥＮの変化を計測し、未知量の粒子状物質を含む被測定ガスを検出したときに検出抵抗ＲＳＥＮと粒子状物質量との関係から検出電極１１、１２間に堆積した粒子状物質量を算出することができる。
【００３０】
本実施形態の粒子状物質センサ４において、検出電極１１、１２間は、粒子状物質が堆積していない状態では、絶縁状態となっているので、検出電極１１、１２間の電気抵抗が極めて大きく、検出電極１１、１２間に一定量の粒子状物質が堆積する迄は、センサ出力の検出が困難となる不感期間が存在する。
検出電極１１、１２間に一定量以上の粒子状物質が堆積し、センサ出力が所定の閾値ＶＲＥＦを超え出力の検出が可能となるまでに堆積する粒子状物質量を不感質量Ｑ０とする。
【００３１】
印加電圧補正手段５１１は、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスを用い検出抵抗測定手段５１０によって検出された検出抵抗ＲＳＥＮが所定の閾値以上となる不感質量Ｑ０と、外部補正手段７として、校正用被測定ガスに対する校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較を行い、それらが一致するように、電源部５０から印加される電圧（以下、印加電圧ＶＯＵＴと称する。）を増減させる。
【００３２】
例えば、図２（ｃ）に示すように、ステップＳ１００の不感質量判定行程において、既知量の粒子状物質に対する不感質量Ｑ０を校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦと比較し、補正対象となった粒子状物質検出センサ４の不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも少ない場合には、ステップＳ１１０の印加電圧増減行程に進み、印加電圧ＶＯＵＴを所定の基準電圧の範囲から外れるように、印加電圧下限閾値ＶＬＬよりも低く（例えば−５％）設定し、又は、印加電圧上限閾値ＶＨＬよりも高く（例えば＋５％）設定することによって、校正用センサ４ＲＥＦの出力結果に近づけることができる。
【００３３】
一方、ステップ１００において、補正対象となった粒子状物質検出センサ４の不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも多い場合には、ステップＳ１２０の印加電圧維持行程に進み、印加電圧ＶＯＵＴを、印加電圧下限閾値ＶＬＬ以上、印加電圧上限閾値ＶＨＬ以下の範囲を維持することによって、校正用センサ４ＲＥＦの出力結果から大きくずれないように維持することができる。
また、製造ロット内から抽出したサンプルの内、最も不感質量Ｑ０の多い粒子状物質検出センサ４を校正用センサ４ＲＥＦとすれば、不感質量Ｑ０の少ないものの感度を低下させるように校正用センサ４ＲＥＦの出力に近似させることになるので、製造ロット内の出力バラツキを極めて容易に小さくすることができる。
【００３４】
本発明の補正方法によって補正することによって、製造過程で不可避的に形成される粒子状物質検出センサ４の個体差を小さくすることが可能となる。
なお、上記実施形態においては、不感質量Ｑ０を基準として、センサ出力を補正する方法を示したが、既知の粒子状物質量の変化に対するセンサ出力の変化（傾き）を基準として補正することもできる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、校正用センサ４ＲＥＦの出力結果と補正対象となる粒子状物質検出センサ４の出力結果との違いを予め測定し、それを補正情報としてメモリ等に記憶させ、個々の印加電圧ＶＯＵＴの調整に利用する構成を示したが、昇圧回路５００に印加電圧ＶＯＵＴの出力を調整するボリューム抵抗ＶＲを設けて、粒子状物質検出装置６毎に調整するようにしても良い。
さらに、被測定ガス中の粒子状物質量が安定する条件下において、粒子状物質検出センサ４の出力結果（例えば、同一条件下での単位時間当たりの検出抵抗ＲＳＥＮの上昇率等）を学習し、粒子状物質検出センサ４の経年劣化に対して、印加電圧ＶＯＵＴを調整して、同一条件に対する出力結果が一定となるように補正する学習機能を設けても良い。
【００３６】
ここで、図３を参照して、本発明の粒子状物質検出センサ４の印加電圧ＶＯＵＴの変化に対するセンサ出力の変化に与える影響及び、印加電圧下限閾値ＶＬＬ、印加電圧上限閾値ＶＨＬの決定方法について説明する。
図３（ａ）は、本発明に用いられるセンサ素子１の検出電極１１、１２間距離を、例えば、５０μｍに設定したときに、一定間隔で対向する検出電極１１、１２間の印加電圧ＶＯＵＴの単位距離当たりの電圧の変化、即ち、電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の変化に対する捕集性の変化を示す特性図である。
【００３７】
本図に示すように、電界強度Ｅと捕集性能との関係は、最大値を有する上に凸となる略二次曲線状を呈し、検出部１３に粒子状物質を捕集する付着力Ｆ（Ｎ）は、電界強度Ｅを高くすると徐々に向上し、電界強度Ｅを一定以上高くすると却って、付着力Ｆ（Ｎ）が低下することが判明した。
なお、本図（ａ）は、既知量の粒子状物質を含む被測定ガス中にガスセンサ４の検出部１３を配設し、一定時間内に検出部１３に捕集される粒子状物質の付着力Ｆ（Ｎ）を電源部４からセンサ素子１に印加する電圧ＶＯＵＴを変化させて計測した結果を捕集性能として表したものである。
また、図３（ｂ）は、５０μｍの電極間距離を設けて検出電極１１、１２を対向させ、検出電極１１、１２間に印加する電圧を変化させながら、センサ出力が一定の閾値以上となる不感質量Ｑ０を計測した結果である。
【００３８】
本図（ｂ）に示すように、電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の変化に対して、不感質量Ｑ０（ｍｇ）は、下に向かって凸となる曲線を描くように変化し、電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）が一定の範囲（本実施例では、１．０ｋＶ／ｍｍ〜１．４ｋＶ／ｍｍの範囲)で、不感質量Ｑ０を最少化し、かつ、ほぼ一定とすることができ、電界強度Ｅが１．０ｋＶ／ｍｍより低い場合には、電界強度Ｅが低いほど不感質量Ｑ０が多くなり、電界強度Ｅが１．４ｋＶ／ｍｍよりも高い場合には、電界強度Ｅが高いほど不感質量Ｑ０が多くなる。
【００３９】
本実施例においては、電極間距離を５０μｍに設定しているので、印加電圧下限閾値ＶＬＬとして、５０Ｖ、印加電圧上限閾値ＶＨＬとして７０Ｖを設定することができる。
これは、電界強度が高くなるにつれて、粒子状物質に作用する静電引力が高くなり、捕集性が向上するが、電界強度が一定以上を超えると、粒子状物質の表面に帯電する電荷が多くなり、粒子状物質同士が互いに反発する作用が大きくなり、捕集が困難となるためと推察される。
また、付着力Ｆ（Ｎ）を最も大きくする電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の範囲と、不感質量Ｑ０を最も少なくする電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）の範囲は、一致していることが判明した。
【００４０】
既知の粒子状物質を含む被測定ガスを検出したときの不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも少ない場合には、検出電極１１、１２間の距離が短いか、センサ素子１とカバー体２との関係において、被測定ガスが検出部１３へ導入され易くなっているものと推察され、このような場合には、印加電圧ＶＯＵＴを印加電圧下限閾値ＶＬＬよりも低く、又は、印加電圧上限閾値ＶＨＬよりも高くすることによって、捕集性能を低下させ、不感質量Ｑ０を、校正用の不感質量Ｑ０ＲＥＦに近づけることができる。
【００４１】
一方、既知の粒子状物質を含む被測定ガスを検出したときの不感質量Ｑ０が、校正用センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦよりも多い場合には、検出電極１１、１２間の距離が長いか、センサ素子１とカバー体２との関係において、被測定ガスが検出部１３へ導入され難くなっているものと推察され、このような場合には、印加電圧ＶＯＵＴを印加電圧下限閾値ＶＬＬから印加電圧上限閾値ＶＨＬまでの基準電圧の範囲内を維持することによって、捕集性能を最大限に発揮させ、不感質量Ｑ０がそれ以上、校正用の不感質量Ｑ０ＲＥＦからかけ離れた値とならないようにすることができる。
このとき、どの程度印加電圧ＶＯＵＴを増減するかを、粒子状物質検出センサ４の完成検査において、実測によって決定し、計測部４１内にメモリを設けてその結果を補正情報として記憶させ、それを電源部４０にフィードバックさせて、実際に被測定ガス中に含まれる未知量の粒子状物質を検出する際に、印加電圧ＶＯＵＴの決定に用いることができる。
【００４２】
また、昇圧回路４０に出力電圧ＶＯＵＴを可変抵抗ＶＲと固定抵抗Ｒとで案分して印加する構成とし、予め測定した不感質量Ｑ０から、可変抵抗ＶＲの調整により、印加電圧ＶＯＵＴを増減できるようにしても良い。
【００４３】
図４、図５、図６を参照して、本発明の第１の実施形態における効果について説明する。図４（ａ）は、比較例１として、従来の粒子状物質検出センサにおいて、製造過程で、センサ素子の方向とカバー体の開孔方向とを一致させた状態で完成させた粒子状物質検出センサを複数（５水準）用いて、既知量の粒子状物質を含む被測定ガスを測定したときのセンサ出力の変化を示し、図４（ｂ）は、それぞれのセンサ出力が所定の閾値ＶＲＥＦ以上になるまでの不感質量Ｑ０を計測した結果を示す。
なお、閾値ＶＲＥＦは、ノイズとの区別ができる程度に安定した出力として検出部５０によって検出可能となる値であって、検出部５０の感度に応じて適宜設定する。
【００４４】
図５（ａ）は、比較例２として、従来の粒子状物質検出センサにおいて、製造過程で、センサ素子の方向とカバー体の開孔方向とを考慮することなく、ランダムな方向で組み付けて完成させた粒子状物質検出センサを複数（５水準）用いて、既知量の粒子状物質を含む被測定ガスを測定ときのセンサ出力の変化を示し、図５（ｂ）は、それぞれのセンサ出力が所定の閾値以上になるまでの不感質量Ｑ０を計測した結果を示す。
【００４５】
図６(ａ)は、本発明の実施例として、製造過程で、センサ素子の方向とカバー体の開孔方向とを考慮せず完成させた粒子状物質検出センサを複数（５水準）用い、本発明の補正方法によって出力補正をした場合のセンサ出力の変化を示し、図６（ｂ）は、それぞれのセンサ出力が所定の閾値以上になるまでの不感質量Ｑ０を計測した結果を示す。
【００４６】
なお、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、検出電極１１、１２を、櫛状に形成して、極性の異なる電極が一定間隔で交互に並ぶように配設し検出電極１１、１２間に堆積するＰＭ量に応じて変化する抵抗値を検出するように構成した例を示したが、本発明において、検出電極１１、１２の形状を櫛状に限定するものではなく、また、検出対象となる電気的特性として、検出部に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出するものであれば、抵抗値以外にも、インダクタンス、静電容量、及び、インピーダンス等を用いることもできる。
例えば、多孔質電極によって検出電極を形成し、多孔質電極の表面に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する抵抗値を検出するものや、検出電極の表面を誘電層又は絶縁層によって覆って、その表面に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する静電容量を検出するものでも良い。
さらに、センサ素子１は、通電により発熱する発熱体を有し、検出電極１１、１２間に堆積した粒子状物質を加熱除去する発熱部を具備する構成としても良い。
【００４７】
図４に示すように、比較例１の粒子状物質検出センサにおいては、不感質量Ｑ０に、変動係数ＣＶとして３．３％のバラツキが生じているのが分かる。
比較例１においては、カバー体２の開孔位置のズレ等の影響を廃除するために、センサ素子１とカバー体２の方向性を揃えて組み付けていることから、このようなバラツキは、主に、検出電極間の距離のバラツキによって、センサ出力が所定の閾値以上になるまでに堆積する粒子状物質量に差が生じているためと思料される。
【００４８】
図５に示すように、比較例２の粒子状物質検出センサにおいては、不感質量Ｑ０に、変動係数ＣＶとして１１．７％のバラツキが生じているのが分かる。
比較例２においては、カバー体の開孔の方向性を考慮せずに組み付けており、検出電極間の距離のバラツキに加えて、カバー体の開孔の位置ズレによりカバー体内に導入される粒子状物質量にバラツキが生じているためと思料される。
【００４９】
一方、図６に示すように、本発明の実施例１においては、比較例１に比べると平均値μは僅かに高くなっているが、標準偏差σが小さくなり、変動係数ＣＶが１．７％と大幅に低減されている。
したがって、本発明の粒子状物質検出装置６を用いれば、極めて信頼性の高い粒子状物質検出が可能となる。
【００５０】
図７に本実施形態の変形例として示す粒子状物質検出装置６ａについて説明する。なお、以下の説明において上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、特徴的な部分についてのみ説明する。なお、以下の実施形態、及び、比較例において、カバー体２、及び、ハウジング３は、特に限定するものではなく、第１の実施形態と同じ構成としている。
上記実施形態においては、センサ素子１の検出電極１１、１２が捕集用電極を兼ねており、検出電極１１、１２間に高電圧を印加して、ＰＭを検出部１３に捕集する構成について説明したが、本変形例のセンサ素子１ａでは、検出電極１１、１２とは別に、一対の捕集用電極１５ａ、１５ｂを設けて、電界発生用電源５０ａから捕集用電極１５ａ、１５ｂ間に高電圧を印加することによって、捕集用電極１５ａ、１５ｂ間に設けた捕集空間１６０内に電界を発生させ、静電気的な引力により検出部１３ａにＰＭを捕集するようにした点が相違する。
【００５１】
本実施形態においては、電気的特性として上記実施形態と同様、検出電極１１、１２間に堆積したＰＭ量によって変化する抵抗値を検出対象としている。
捕集用電極１５ａ、１５ｂは、両面を平板状の絶縁体１０又は、絶縁体１００に挟さまれて絶縁状態となっている。
捕集用電極１５ａ、１５ｂは、検出部１３ａを間に挟んで対向している。
さらに、本変形例においては、検出部１３を覆うように、絶縁体からなる捕集空間形成層１６が形成され、検出部１３の一部が、両側面が開口する捕集空間１６０に露出するようにした点が相違する。
捕集用電極１５ａ、１５ｂは、それぞれ、電界発生部１５０ａ、１５０ｂとリード部１５１、１５１ｂとによって構成され、電界発生用電源部５０ａに接続されている。
【００５２】
さらに、本変形例においては、通電により発熱する発熱部１４が設けられ、検出部１３に堆積したＰＭを加熱除去する構成となっている。
発熱部１４は、絶縁体１０及び、絶縁体１００に挟まれた発熱体１４０、リード部１４１、１４２によって構成され、検出部１３に積層して設けられ、発熱体通電制御装置５３に接続されている。
本変形例においても、上記実施形態と同様、印加電圧補正手段５１１が、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスを用い検出抵抗測定手段５１０によって検出された検出抵抗ＲＳＥＮが所定の閾値以上となる不感質量Ｑ０と、外部補正手段７として、校正用被測定ガスに対する校正センサ４ＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較を行い、それらが一致するように、電界発生用電源部５０ａから印加される電圧を増減させることで、上記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００５３】
加えて、本変形例においては、検出電極１１、１２と捕集用電極１５ａ、１５ｂとが別に設けられているので、抵抗値検出のための印加電圧とＰＭを捕集するための印加電圧とを独立して設定できるので検出精度がさらに向上できる。
さらに、本変形例においては、上記実施形態と同様の効果に加えて、捕集用電極１５ａ、１５ｂ間に発生させた電界による引力によって、センサ素子１ａの先端側の両側面方向に向かって開口する捕集用空間１６０内にＰＭを吸引する構成となっているので、カバー体２の組み付け方向のバラツキによるカバー体２内における被測定ガスの流速の違いの影響を少なくすることもできる。
なお、絶縁体１０と同様、絶縁体１００には、アルミナ等の公知のセラミック絶縁材料が用いられている。
【００５４】
図８、図９、図１０、図１１を参照して本発明の第２の実施形態として、検出部に堆積するＰＭ量を静電容量Ｃによって計測するように構成した、粒子状物質検出装置６ｂについて説明する。
上記実施形態においては、検出電極１１、１２間に堆積するＰＭ量に応じて変化する検出電極１１、１２間の抵抗値変化によって、ＰＭ量を検出する構成を示したが、本実施形態においては、検出電極１１ｂ、１２ｂを絶縁体１００によって覆い、ＰＭ捕集空間１６０に捕集されたＰＭ量によって変化する電気的特性として、静電容量Ｃを検出するようにした点が相違する。
このような構成とすることにより、電気的特性として、検出部１３における静電容量Ｃを測定する場合においても、上記実施形態と同様、個体差を校正用センサ４ＲＥＦとの比較に基づいて決定した電界発生用電源部からの印加電圧の増減によって上記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００５５】
また、上記実施形態においては、検出部１３の一方の側に積層して発熱部１４を設けた変形例を示したが、本実施形態においては、捕集用電極１５ａ、１５ｂのさらに外側に積層して、発熱部１４ａ、１４ｂを設けて、検出部１３ｂの両面から加熱するようにしている。
このような構成とすることにより、捕集空間１６０を区画する絶縁体１０、１６１、１６２、１００の内周表面に堆積したＰＭを確実に除去することが可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態におけるセンサ素子１ｂは、図９に示すように、検出電極１１ｂ、１２ｂ間に堆積するＰＭ量によって変化する静電容量ＣＰＭ、抵抗値ＲＰＭと、リード部１１１ｂ、１２１ｂ等に寄生する寄生容量Ｃ１、Ｃ２、内部抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続した等価回路で表すことができ、電気特性計測部５１０ｂの入力端子間のインピーダンスＺｘをいわゆるＩ−Ｖ法等の公知のインピーダンス計測方法によって検出することができる。
具体的には、所定の周波数特性を有する発振器ＲＦから印加した電圧Ｖ１と既知の抵抗値ＲＳの両端で検出される電位差Ｖ２とを用い、ＺＸ＝Ｖ１／Ｉ＝（Ｖ１／Ｖ２）・ＲＳによって算出される。
さらに、本実施形態においては、図８の粒子状物質検出センサ４ｂと同様の構成の校正用センサ４ｂＲＥＦを用いて、既知量のＰＭを含有する校正用ガスに対する検出インピーダンスＺＸＲＥＦと検出インピーダンスＺｘとの比較によって、電界発生用電源部５０ｂの印加電圧ＶＯＵＴを増減すべく、可変抵抗ｒ１の抵抗値を設定し、分圧抵抗値ｒ２との比によって増幅器ＯＰの増幅率を増減する構成となっている。
このような構成とすることによって、校正用ガスに対する出力を校正用センサ４ｂＲＥＦの出力に近似させるように電界発生用電源部５０ｂの印加電圧ＶＯＵＴを任意に補正することが可能となる。
【００５７】
比較例３として、図８に示した粒子状物質検出装置６ｂを用い、本発明の補正方法を適用しない場合について、上記実施形態と同様の試験を行った。
図１０に示すように、静電容量（インピーダンスＺｘ）によってＰＭ量を検出した場合でも、本発明の補正方法を適用しない場合には、不感質量Ｑ０に大きなバラツキ（変動係数ＣＶ＝１９．５％）があることがわかる。
一方、図１１に実施例２として示すように、本実施形態においても、不感質量Ｑ０のバラツキを小さく（変動係数ＣＶ＝１．４％）できることが判明した。
【００５８】
図１２を参照して、本発明の第２の実施形態における変形例について説明する。
図８に示した構成では、検出電極１１ｂ、１２ｂと捕集用電極１５ａ、１５ｂとを別に設けた構成を示したが、図１２に示すように、検出電極１１ｃ、１２ｃを、捕集用電極として用いるように構成しても良い。
本実施形態において、検出電極１１ｂ、１２ｂは、平板状に広がる検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃとリード部１１１ｃ、１２１ｃとによって構成されている。
また、検出電極１１ｃ、１２ｃの表面は、それぞれ、平板状の絶縁体１０１ｃ、１００ｃによって覆われている。
このような構成とすることによって、検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃの面積に比例し、互いに対向する検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃの距離に反比例する静電容量Ｃの並行平板を構成し、ＰＭの捕集量の変化に伴い、検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃ間の誘電率が変化し必然的に検出電極１１ｃ、１２ｃ間の静電容量Ｃが変化し、これを検出することで、捕集空間１６０内に堆積するＰＭ量を算出できる。
本実施形態においても、検出電極平板部１１０ｃ、１２０ｃの面積のバラツキや、電極間距離のバラツキ等があっても、上記実施形態と同様に印加電圧補正手段５１１が、既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスを用い検出抵抗測定手段５１０によって検出された検出抵抗ＲＳＥＮが所定の閾値以上となる不感質量Ｑ０と、外部補正手段７として、校正用被測定ガスに対する校正センサ４ｃＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較を行い、それらが一致するように、電界発生用電源部５０ａから印加される電圧を増減させることで、上記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００５９】
図１３、図１４を参照して、本発明の第３の実施形態における粒子状物質検出装置６ｄについて説明する。
上記実施形態においては、検出部１３に堆積するＰＭ量に応じて変化する抵抗値、静電容量等の電気的特性を直接計測する例を示したが、本実施形態においては、検出部１３ｄに捕集したＰＭを電気化学反応によって酸化除去すると共に、その際に流れる電流を検出部５１ｄで検出するようにした点が相違する。
【００６０】
本実施形態では、検出電極１１ｄ、１２ｄが、多孔質電極からなり、平板状に形成した検出電極平板部１１０ｄ、１２０ｄとリード部１１１ｄ、１２１ｄによって構成され、酸素イオンやプロトン等の特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質材料からなり、平板状に形成した固体電界層１０ｄの対向する表面に形成され、一方の検出電極平板部１１０ｄを捕集空間１６０に対向させ、他方の検出電極平板部１２０ｄを、排出層１７の排出空間１７０に対向させてある。
具体的な固体電解質材料としては、酸素イオン伝導性を有するイットリア安定化ジルコニアやプロトン伝導性を有する一部を遷移金属等で置換したＭＰ２Ｏ７型ピロリン酸塩等の公知の固体電解質材料を用いることができる。
排出空間１７０は、アルミナ等の絶縁材料からなり、略コ字形に形成された排出空間形成層１７１と、平板状に形成された絶縁体１００とによって区画されている。
排出層１７に積層して、発熱部１４ｄが形成されている。発熱部１４ｄは、絶縁体１００によって覆われ、発熱体１４０ｄと一対のリード部１４１ｄ、１４２ｄによって構成されている。
【００６１】
上記実施形態において、発熱部１４は、検出部１３に堆積したＰＭを燃焼除去するために設けられているが、本実施形態においては、ＰＭの燃焼除去は、検出電極１１０ｄ上で、ＰＭ量を検出する際の電気化学反応によってもたらされ、発熱部１４は、固体電解質体１０ｄを加熱し、活性化するために用いられる。
【００６２】
図１４に示すように、本実施形態においては、固体電解質体１０ｄの一方の表面に形成された検出電極１１ｄと捕集用電極１５ｄとの間に電界発生用電源部５０ｄから高電圧を印加して、電界を形成し、電界による引力によって検出電極１１ｄの表面にＰＭを捕集し、さらに、検出電極１１ｄ、１２ｄ間に電気化学反応用電源５１３ｄから電気化学反応によって検出電極１１の表面に堆積したＰＭを酸化除去したときに発生するプロトンＨ＋、又は、電子が固体電解質体１０ｄを移動する際に検出抵抗Ｒｓの両端に発生する電位差を電気特性計測部５１０ｄによって計測し、ＰＭ量を算出することができる。
【００６３】
比較例４として、図１２に示した粒子状物質検出装置６ｄを用い、本発明の補正方法を適用しない場合について、上記実施形態と同様の試験を行った。
図１５に示すように、電気化学反応によってＰＭを酸化除去したときに流れる電流からＰＭ量を検出した場合でも、本発明の補正を行わない場合には、不感質量Ｑ０に大きなバラツキ（変動係数ＣＶ＝９．３％）があることがわかる。
一方、図１６に実施例３として示すように、本実施形態においても、予め、校正用センサ４ｄＲＥＦの不感質量Ｑ０ＲＥＦとの比較した結果に応じて、電界強度を補正した場合には、不感質量Ｑ０のバラツキを小さく（変動係数ＣＶ＝１．３％）できることが判明した。
【００６４】
図１７は、比較例１〜４、実施例１〜３について、上述の如く、複数の粒子状物質検出センサの不感質量Ｑ０の平均μ及び標準偏差σを求め、個体差を示す指標として平均位置μを標準偏差σで割った変動係数ＣＶ（＝１００×標準偏差σ/平均値μ（％））を算出し、それを並べたものである。
【００６５】
以上より、本発明のいずれの実施形態においても、粒子状物質検出センサの製造過程で不可避的に発生する電極間距離のバラツキと、センサ素子１、１ａ〜１ｄの方向性とカバー体２に設けた開孔の方向性とのズレとによって重畳的に拡大されるセンサ出力の個体差に応じて電界発生用電源部５０、５０ａからセンサ素子１、１ａ〜１ｄの検出部に印加される電圧の補正によって、粒子状５１、５１ｄ物質の捕集量が増減され、出力結果のバラツキを小さくできることが判明した。
【符号の説明】
【００６６】
１ センサ素子
１０ 絶縁性基体
１１、１２ 検出電極
１１１、１２１ 検出電極リード部
１１２、１２２ 検出電極端子部
２ カバー体
２０ カバー内筒
２１ カバー外筒
２０１、２０２、２１１、２１２ カバー開孔
３ ハウジング
４ 粒子状物質検出センサ
５ 検出制御部
５０ 電界発生用電源部
５００ 昇圧回路
５１ 計測部
５１０ 電気特性計測部
５１１ 補正手段
５１２ 検出電圧決定手段
６ 粒子状物質検出装置
７ 外部補正手段
８ 被側手ガス流路
８０ 被測定ガス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】特表２００８−５０２８９２号公報
【特許文献３】特開２０１０−３２４８８号公報
【特許文献４】特開２０１０−５４４３２号公報
【特許文献５】特開２００９−９７８６８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界発生用電源部と、
少なくとも、上記電界発生用電源部により発生する電界による引力を利用して測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する捕集用電極と、
上記捕集用電極、又は、これとは別に設けた電極を、上記検出部に捕集した粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極としたセンサ素子と、
上記センサ素子を保護するカバー体と、
上記検出部を被測定ガス中に載置するハウジングとからなる粒子状物質検出センサと、
上記捕集用電極に電界を発生させる電界発生用電源部と、
上記検出部に堆積する被測定ガス中に含まれる粒子状物質によって変化する電気的特性を計測する計測部とを有し、
被測定ガス中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、
既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、
基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を所定の印加電圧値に維持して、不感質量を低減させる電界強度に維持し、
基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を、所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、所定の印加電圧上限閾値より高くして、不感質量を増加させる電界強度に補正する印加電圧補正手段を設けたことを特徴とする粒子状物質検出装置。
【請求項２】
上記印加電圧下限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．０ｋＶ／ｍｍとなる電圧であり、上記印加電圧上限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．４ｋＶ／ｍｍとなる電圧である請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量は、電界強度が１．０ｋＶ/ｍｍとなる印加電圧にて測定した値であるとともに、該測定値を用いて補正を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
上記粒子状物質検出センサの製造ロットから抽出したサンプルの内、不感質量が最も多いものを上記校正用粒子状物質検出センサとする請求項１ないし３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の粒子状物質検出装置の出力を補正する補正方法であって、
既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電界発生用電源部から上記検出部に印加する電圧を、不感質量を最少化する電界強度となる所定の印加電圧下限閾値から所定の印加電圧上限閾値までの範囲内に維持し、
基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電源部から上記検出電極間に印加する電圧を、上記所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、上記所定の印加電圧上限閾値より高くして、上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量に近似させることを特徴とする粒子状物質検出装置の補正方法。
【請求項１】
電界発生用電源部と、
少なくとも、上記電界発生用電源部により発生する電界による引力を利用して測定ガス中の粒子状物質を検出部に捕集する捕集用電極と、
上記捕集用電極、又は、これとは別に設けた電極を、上記検出部に捕集した粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する検出電極としたセンサ素子と、
上記センサ素子を保護するカバー体と、
上記検出部を被測定ガス中に載置するハウジングとからなる粒子状物質検出センサと、
上記捕集用電極に電界を発生させる電界発生用電源部と、
上記検出部に堆積する被測定ガス中に含まれる粒子状物質によって変化する電気的特性を計測する計測部とを有し、
被測定ガス中の粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置であって、
既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、
基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を所定の印加電圧値に維持して、不感質量を低減させる電界強度に維持し、
基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電界発生用電源部から印加する電圧を、所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、所定の印加電圧上限閾値より高くして、不感質量を増加させる電界強度に補正する印加電圧補正手段を設けたことを特徴とする粒子状物質検出装置。
【請求項２】
上記印加電圧下限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．０ｋＶ／ｍｍとなる電圧であり、上記印加電圧上限閾値が、上記検出電極間に形成する電界強度が１．４ｋＶ／ｍｍとなる電圧である請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量は、電界強度が１．０ｋＶ/ｍｍとなる印加電圧にて測定した値であるとともに、該測定値を用いて補正を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
上記粒子状物質検出センサの製造ロットから抽出したサンプルの内、不感質量が最も多いものを上記校正用粒子状物質検出センサとする請求項１ないし３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の粒子状物質検出装置の出力を補正する補正方法であって、
既知量の粒子状物質を含む校正用被測定ガスに対する出力が所定の閾値以上となるまでの不感質量が、基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも多い場合には、上記電界発生用電源部から上記検出部に印加する電圧を、不感質量を最少化する電界強度となる所定の印加電圧下限閾値から所定の印加電圧上限閾値までの範囲内に維持し、
基準となる校正用粒子状物質検出センサの不感質量よりも少ない場合には、上記電源部から上記検出電極間に印加する電圧を、上記所定の印加電圧下限閾値より低く、又は、上記所定の印加電圧上限閾値より高くして、上記校正用粒子状物質検出センサの不感質量に近似させることを特徴とする粒子状物質検出装置の補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−２３３８７４（Ｐ２０１２−２３３８７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８０３（Ｐ２０１２−１８０３）
【出願日】平成２４年１月１０日（２０１２．１．１０）
【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１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１０日（２０１２．１．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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