JP2005337782A - Particulate material detector - Google Patents

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Yasushi Hayashi
靖 林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PM detector enhanced in response and precision. <P>SOLUTION: A catalyst layer 25 is installed on a porous body 24 which covers a first oxygen sensor 20 on the side opposite to the first oxygen sensor 20 and PM in an exhaust gas is burnt upon the contact with the catalyst layer 25. Further, a second oxygen sensor 30 is covered with a microporous body part 34. By this constitution, PM contained in the exhaust gas diffused to the second oxygen sensor 30 is obstructed by the microporous body part 34. Accordingly, PM is not diffused to the first and second oxygen sensors 20 and 30 and only a gas component is diffused to them. Therefore, the concentration of oxygen is almost simultaneously detected by the first and second oxygen sensors 20 and 30, so that response is enhanced. Further, a difference is formed between the concentration of oxygen detected by the first oxygen sensor 20 and the concentration of oxygen detected by the second oxygen sensor 30 by the amount of oxygen consumed by the combustion of PM. As a result, the content of PM contained in the exhaust gas can be precisely detected. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、粒子状物質検出装置に関し、特に内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の排気に含まれる粒子状物質（以下、粒子状物質を「ＰＭ」という。）を検出するＰＭ検出装置に関する。   The present invention relates to a particulate matter detection device, and in particular, detects particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) contained in the exhaust gas of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”). The present invention relates to a PM detection device.

ディーゼルエンジンの排気に含まれるＰＭの排出量は年々規制が強化されている。従来、ディーゼルエンジンの改良により規制への対応を図っていたものの、規制強化にともないエンジン側の改良だけでは対応が困難になっている。そこで、排気系に排気フィルタを設置し、排気フィルタにより排気中のＰＭを捕集する技術が開発されている。排気フィルタを用いて排気中のＰＭを捕集する場合、ＰＭの捕集にともなってフィルタの目詰まりが進行する。そのため、排気フィルタは定期的にＰＭを除去、すなわち再生する必要がある。また、排気フィルタが劣化するとＰＭが大気中に漏れてしまうため、これを検出してフィルタ交換を促す必要がある。   Regulations on PM emissions contained in diesel engine exhaust are being tightened year by year. Conventionally, the diesel engine has been improved to meet the regulations, but with the tightening of regulations, it has become difficult to respond only by improving the engine side. Therefore, a technology has been developed in which an exhaust filter is installed in the exhaust system and PM in the exhaust is collected by the exhaust filter. When PM in exhaust gas is collected using an exhaust filter, clogging of the filter proceeds with PM collection. Therefore, the exhaust filter needs to periodically remove, that is, regenerate PM. Further, when the exhaust filter is deteriorated, PM leaks into the atmosphere. Therefore, it is necessary to detect this and promote replacement of the filter.

排気フィルタに捕集されたＰＭを除去する際の再生状態は、排気管に設置されたＰＭ検出装置によって排気中のＰＭ量を検出することにより決定される（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。   The regeneration state when removing the PM collected by the exhaust filter is determined by detecting the amount of PM in the exhaust by a PM detection device installed in the exhaust pipe (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent). Reference 3).

ＷＯ０３／００６９７６号国際公開公報WO03 / 006976 International Publication 特開２００２−２８５８２２号公報JP 2002-285822 A ＷＯ０３／０４６５３４号国際公開公報WO03 / 046534 International Publication

特許文献１または特許文献２に開示されているＰＭ検出装置は、所定の電圧が印加された電極の間にＰＭが堆積することにより生じるインピーダンスの変化、あるいは帯電したＰＭの放電量からＰＭ量を測定している。しかしながら、排気中には水分が含まれるため、排気中の水分量が変化することにより誘電率が変化する。そのため、インピーダンスあるいは放電量を用いるＰＭ量の測定の場合、精度が悪化しやすいという問題がある。また、電極の周囲に酸やアルカリが存在すると、それらを通して電荷がリークし、精度の悪化を招くという問題がある。   The PM detection device disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 calculates the amount of PM from a change in impedance caused by PM being deposited between electrodes to which a predetermined voltage is applied, or a discharge amount of charged PM. Measuring. However, since moisture is contained in the exhaust gas, the dielectric constant changes when the amount of moisture in the exhaust gas changes. Therefore, when measuring the amount of PM using impedance or the amount of discharge, there is a problem that accuracy is likely to deteriorate. Further, when an acid or alkali is present around the electrode, there is a problem that charges leak through the electrode and accuracy is deteriorated.

一方、特許文献３に開示されているＰＭ検出装置は、二つの酸素センサをそれぞれ拡散抵抗の異なる多孔体で覆っている。これにより、二つの酸素センサまで拡散する排気中の気体成分とＰＭ成分とを分離し、各酸素濃度を検出している。しかしながら、ＰＭは気体成分と比較して拡散が遅く、難燃性である。そのため、検出時の精度あるいは応答性が低いという問題がある。   On the other hand, the PM detection device disclosed in Patent Document 3 covers two oxygen sensors with porous bodies having different diffusion resistances. Thereby, the gas component and PM component in the exhaust gas diffusing up to two oxygen sensors are separated, and each oxygen concentration is detected. However, PM has a slow diffusion compared to a gas component and is flame retardant. Therefore, there is a problem that the accuracy or responsiveness at the time of detection is low.

そこで、本発明の目的は、応答性および精度が高いＰＭ検出装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a PM detection device with high responsiveness and accuracy.

請求項１記載の発明では、第一酸素センサは通過する気体の拡散抵抗となる拡散抵抗体により覆われ、さらに第一酸素センサを覆う拡散抵抗体には触媒層が形成されている。触媒層は、粒子状物質の燃焼を促進する。一方、第二酸素センサは、気体成分のみを通過する微細多孔体で覆われている。これにより、難燃性で拡散しにくいＰＭは、第一酸素センサを覆う拡散抵抗体に形成されている触媒層で燃焼する。そのため、第一酸素センサには、燃焼後の気体成分のみが拡散する。一方、微細多孔体はＰＭを阻止し気体成分のみを第二酸素センサへ通過させる。そのため、第二酸素センサには、ＰＭは到達しない。その結果、第一酸素センサおよび第二酸素センサにはいずれも気体成分のみが拡散する。したがって、応答性を高めることができる。また、第一酸素センサ側に触媒層を形成することにより、触媒層は表面積が拡大する。そのため、難燃性のＰＭは確実に燃焼する。したがって、第一酸素センサで検出される酸素量の測定精度を高めることができる。   In the first aspect of the present invention, the first oxygen sensor is covered with a diffusion resistor serving as a diffusion resistance of the gas passing therethrough, and a catalyst layer is formed on the diffusion resistor covering the first oxygen sensor. The catalyst layer promotes combustion of the particulate matter. On the other hand, the second oxygen sensor is covered with a fine porous body that passes only gas components. Thereby, PM which is flame-retardant and hardly diffuses burns in the catalyst layer formed on the diffusion resistor covering the first oxygen sensor. Therefore, only the gas component after combustion diffuses in the first oxygen sensor. On the other hand, the microporous body blocks PM and allows only the gas component to pass through the second oxygen sensor. Therefore, PM does not reach the second oxygen sensor. As a result, only the gas component diffuses in both the first oxygen sensor and the second oxygen sensor. Therefore, responsiveness can be improved. Moreover, the surface area of the catalyst layer is increased by forming the catalyst layer on the first oxygen sensor side. Therefore, flame-retardant PM burns reliably. Therefore, the measurement accuracy of the oxygen amount detected by the first oxygen sensor can be increased.

請求項２記載の発明では、微細多孔体はゼオライト膜である。ゼオライト膜に形成される微細孔はＰＭに比較して十分に小さい。したがって、微細孔を容易に形成できるとともに、ＰＭの通過を確実に防止することができる。
また、請求項３または４記載の発明では、微細多孔体はアモルファスシリカまたはシリカ−ジルコニア膜であってもよい。 In the invention described in claim 2, the fine porous body is a zeolite membrane. Micropores formed in the zeolite membrane are sufficiently small compared to PM. Therefore, it is possible to easily form fine holes and reliably prevent PM from passing.
In the invention according to claim 3 or 4, the fine porous body may be an amorphous silica or a silica-zirconia film.

請求項５記載の発明では、触媒層はＰｔ、ＰｄまたはＩｒの少なくとも一つを含む貴金属と、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２またはＺｒＯ２の少なくとも一つを含む固体酸とからなる。
請求項６記載の発明では、第一酸素センサまたは第二酸素センサはヒータにより加熱される。排気中に含まれるＰＭ量を検出するとき、ヒータは第一酸素センサおよび第二酸素センサを４５０℃から６００℃に加熱する。これにより、触媒層では確実にＰＭを燃焼させることができる。また、所定の期間が経過するごとに、第一酸素センサおよび第二酸素センサは６００℃から８００℃に加熱される。これにより、周囲に付着したＰＭは燃焼し、ＰＭの堆積が防止される。 In the invention according to claim 5, the catalyst layer includes a noble metal containing at least one of Pt, Pd or Ir, and a solid acid containing at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , CeO 2 or ZrO 2. Consists of.
In the invention according to claim 6, the first oxygen sensor or the second oxygen sensor is heated by the heater. When detecting the amount of PM contained in the exhaust, the heater heats the first oxygen sensor and the second oxygen sensor from 450 ° C. to 600 ° C. Thereby, PM can be reliably burned in the catalyst layer. In addition, the first oxygen sensor and the second oxygen sensor are heated from 600 ° C. to 800 ° C. every time a predetermined period elapses. Thereby, PM adhering to the surroundings burns and PM accumulation is prevented.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明の一実施形態によるＰＭ検出装置１０を示す。ＰＭ検出装置１０は、ディーゼルエンジンの排気系に設置される。本実施形態では、例えば排気フィルタの再生度合や劣化を判定するため、ＰＭ検出装置１０は図示しない排気フィルタの排気出口側に設置される。ＰＭ検出装置１０は、例えば排気管などエンジンからの排気に晒される部位に設置される。なお、例えば検出したＰＭ量によりディーゼルエンジンを制御するとき、ＰＭ検出装置１０は図示しないディーゼルエンジンと排気フィルタとの間に設置される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a PM detection device 10 according to an embodiment of the present invention. The PM detection device 10 is installed in an exhaust system of a diesel engine. In this embodiment, for example, in order to determine the regeneration degree or deterioration of the exhaust filter, the PM detection device 10 is installed on the exhaust outlet side of the exhaust filter (not shown). The PM detection device 10 is installed in a part exposed to exhaust from the engine such as an exhaust pipe. For example, when the diesel engine is controlled by the detected amount of PM, the PM detection device 10 is installed between a diesel engine (not shown) and an exhaust filter.

ＰＭ検出装置１０は、ヒータ１１を内蔵している基板１２を備えている。ヒータ１１は、通電することにより発熱し、基板１２およびその周囲を加熱する。基板１２は、例えばアルミナなどの耐熱性の材料から形成されている。基板１２の一方の端部には固体電解質部材１３が設置されている。固体電解質部材１３は、酸化物イオンを透過する固体電解質から形成されている。   The PM detection device 10 includes a substrate 12 in which a heater 11 is built. The heater 11 generates heat when energized, and heats the substrate 12 and its surroundings. The substrate 12 is made of a heat resistant material such as alumina. A solid electrolyte member 13 is installed at one end of the substrate 12. The solid electrolyte member 13 is formed of a solid electrolyte that transmits oxide ions.

ＰＭ検出装置１０は、第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０を備えている。第一酸素センサ２０は、固体電解質部材１３と、固体電解質部材１３を挟んで配置される電極２１および電極２２とから構成されている。同様に、第二酸素センサ３０は、固体電解質部材１３と、固体電解質部材１３を挟んで配置される電極３１と電極３２とから構成されている。第一酸素センサ２０の電極２１および電極２２、ならびに第二酸素センサ３０の電極３１および電極３２は、それぞれＰｔから形成されている。これにより、電極２１、電極２２、電極３１および電極３２は、例えば排気中の気体成分として含まれるＣＯやＨＣなどの可燃成分を燃焼させるための触媒としても機能する。   The PM detection device 10 includes a first oxygen sensor 20 and a second oxygen sensor 30. The first oxygen sensor 20 includes a solid electrolyte member 13 and an electrode 21 and an electrode 22 that are disposed with the solid electrolyte member 13 interposed therebetween. Similarly, the second oxygen sensor 30 includes a solid electrolyte member 13, and an electrode 31 and an electrode 32 that are disposed with the solid electrolyte member 13 interposed therebetween. The electrode 21 and the electrode 22 of the first oxygen sensor 20 and the electrode 31 and the electrode 32 of the second oxygen sensor 30 are each formed from Pt. Thereby, the electrode 21, the electrode 22, the electrode 31, and the electrode 32 function also as a catalyst for burning combustible components, such as CO and HC contained, for example as a gaseous component in exhaust_gas | exhaustion.

第一酸素センサ２０は第一電流検出部２３に接続している。また、第二酸素センサ３０は第二電流検出部３３に接続している。第一酸素センサ２０の電極２１と電極２２との間、ならびに第二酸素センサ３０の電極３１と電極３２との間には所定の電圧が印加される。第一酸素センサ２０の電極２１と電極２２との間を通過する気体成分の酸素濃度によって、電極２１と電極２２との間を流れる電流が変化する。第一電流検出部２３は、電極２１と電極２２との間を流れる電流を検出する。同様に、第二酸素センサ３０の電極３１と電極３２との間を通過する気体成分の酸素濃度によって、電極３１と電極３２との間を流れる電流が変化する。第二電流検出部３３は、電極３１と電極３２との間を流れる電流を検出する。第一電流検出部２３および第二電流検出部３３は、演算部４０に接続している。第一電流検出部２３および第二電流検出部３３で検出された電流の値は、演算部４０に出力される。   The first oxygen sensor 20 is connected to the first current detector 23. The second oxygen sensor 30 is connected to the second current detector 33. A predetermined voltage is applied between the electrode 21 and the electrode 22 of the first oxygen sensor 20 and between the electrode 31 and the electrode 32 of the second oxygen sensor 30. The current flowing between the electrode 21 and the electrode 22 varies depending on the oxygen concentration of the gas component passing between the electrode 21 and the electrode 22 of the first oxygen sensor 20. The first current detector 23 detects a current flowing between the electrode 21 and the electrode 22. Similarly, the current flowing between the electrode 31 and the electrode 32 varies depending on the oxygen concentration of the gas component passing between the electrode 31 and the electrode 32 of the second oxygen sensor 30. The second current detection unit 33 detects a current flowing between the electrode 31 and the electrode 32. The first current detection unit 23 and the second current detection unit 33 are connected to the calculation unit 40. The value of the current detected by the first current detection unit 23 and the second current detection unit 33 is output to the calculation unit 40.

演算部４０は、第一電流検出部２３または第二電流検出部３３で検出された電流の値から第一酸素センサ２０における酸素濃度および第二酸素センサ３０における酸素濃度をそれぞれ算出する。演算部４０は、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータにより構成されている。なお、演算部４０は、図示しないディーゼルエンジンを制御するＥＣＵであってもよい。演算部４０は、第一酸素センサ２０における酸素濃度と第二酸素センサ３０における酸素濃度の違いから、排気に含まれるＰＭ量を算出する。   The calculation unit 40 calculates the oxygen concentration in the first oxygen sensor 20 and the oxygen concentration in the second oxygen sensor 30 from the current values detected by the first current detection unit 23 or the second current detection unit 33, respectively. The calculation unit 40 is configured by a microcomputer having a CPU, a ROM, and a RAM (not shown), for example. In addition, the calculating part 40 may be ECU which controls the diesel engine which is not shown in figure. The computing unit 40 calculates the amount of PM contained in the exhaust gas from the difference between the oxygen concentration in the first oxygen sensor 20 and the oxygen concentration in the second oxygen sensor 30.

基板１２と固体電解質部材１３との間には、空気を導入するための空気導入孔１４が形成されている。第一酸素センサ２０または第二酸素センサ３０で消費される酸素が不足するとき、空気導入孔１４を流れる空気から第一酸素センサ２０または第二酸素センサ３０へ酸素が補給される。   An air introduction hole 14 for introducing air is formed between the substrate 12 and the solid electrolyte member 13. When the oxygen consumed by the first oxygen sensor 20 or the second oxygen sensor 30 is insufficient, oxygen is supplied to the first oxygen sensor 20 or the second oxygen sensor 30 from the air flowing through the air introduction hole 14.

第一酸素センサ２０を構成する電極２１は、拡散抵抗体である多孔体部２４により覆われている。多孔体部２４は、排気に含まれる酸素や二酸化炭素などの気体成分の通過を許容する。これとともに、多孔体部２４は第一酸素センサ２０の電極２１への排気の流れを制御する。また、多孔体部２４の電極２１とは反対側、すなわち排気の入口側には、触媒層２５が形成されている。触媒層２５は、例えばγＡｌ２Ｏ３−Ｐｔなどの貴金属−固体酸からなる触媒で形成されている。なお、触媒層２５は、Ｐｔ、ＰｄまたはＩｒの少なくとも一つを含む貴金属と、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２またはＺｒＯ２の少なくとも一つを含む固体酸とからなる触媒で形成することができる。多孔体部２４および触媒層２５は、例えばディップコートおよび焼成などにより形成されている。 The electrode 21 constituting the first oxygen sensor 20 is covered with a porous body 24 that is a diffusion resistor. The porous body portion 24 allows passage of gas components such as oxygen and carbon dioxide contained in the exhaust gas. At the same time, the porous body 24 controls the flow of exhaust gas to the electrode 21 of the first oxygen sensor 20. A catalyst layer 25 is formed on the opposite side of the porous body 24 from the electrode 21, that is, on the exhaust inlet side. The catalyst layer 25 is formed of a catalyst made of a noble metal-solid acid such as γAl 2 O 3 —Pt, for example. The catalyst layer 25 is a catalyst composed of a noble metal containing at least one of Pt, Pd or Ir and a solid acid containing at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , CeO 2 or ZrO 2. Can be formed. The porous body 24 and the catalyst layer 25 are formed by, for example, dip coating and baking.

第二酸素センサ３０を構成する電極３１は、分子ふるいを構成する微細多孔体部３４により覆われている。微細多孔体部３４は、排気に含まれる気体成分のみの通過を許容し、ＰＭの通過を阻害する。すなわち、微細多孔体部３４を設置することにより、ＰＭは第二酸素センサ３０の電極３１に到達することができない。微細多孔体部３４は、ゼオライト膜により形成されている。ゼオライト膜は、形成される孔の径がＰＭに比較して十分に小さい。そのため、ゼオライト膜で微細多孔体部３４を形成することにより、ゼオライト膜の孔径を制御することなく、ＰＭの通過を阻害する微細多孔体部３４を容易に形成することができる。なお、微細多孔体部３４は、ゼオライト膜に代えてアモルファスシリカにより形成される膜、あるいはシリカ−ジルコニア膜であってもよい。微細多孔体部３４は、例えばディップコートおよび焼成などにより形成されている。   The electrode 31 constituting the second oxygen sensor 30 is covered with a microporous body portion 34 constituting a molecular sieve. The fine porous body portion 34 allows only the gas component contained in the exhaust gas to pass therethrough and inhibits the passage of PM. That is, the PM cannot reach the electrode 31 of the second oxygen sensor 30 by installing the fine porous body portion 34. The fine porous body portion 34 is formed of a zeolite membrane. A zeolite membrane has a sufficiently small pore diameter as compared with PM. Therefore, by forming the microporous body portion 34 with a zeolite membrane, the microporous body portion 34 that inhibits the passage of PM can be easily formed without controlling the pore diameter of the zeolite membrane. The fine porous body 34 may be a film formed of amorphous silica instead of a zeolite film or a silica-zirconia film. The fine porous body 34 is formed by, for example, dip coating and baking.

次に、上記構成によるＰＭ検出装置１０の作動について図２に基づいて説明する。
ＰＭ量を検出するとき、第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０はヒータ１１により加熱される。ヒータ１１の温度は、演算部４０に設置されている図示しない温度調節部によって調節される。このとき、第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０は、４５０℃から６００℃に加熱される。これにより、第一酸素センサ２０を覆う触媒層２５も同様に４５０℃から６００℃に加熱される。排気は、第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０へ拡散する。 Next, the operation of the PM detection apparatus 10 having the above configuration will be described with reference to FIG.
When detecting the PM amount, the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30 are heated by the heater 11. The temperature of the heater 11 is adjusted by a temperature adjusting unit (not shown) installed in the calculation unit 40. At this time, the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30 are heated from 450 ° C. to 600 ° C. Thereby, the catalyst layer 25 covering the first oxygen sensor 20 is similarly heated from 450 ° C. to 600 ° C. The exhaust gas diffuses to the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30.

第一酸素センサ２０に拡散する排気は、まず触媒層２５を通過する。これにより、排気中に含まれるＰＭおよび可燃成分は触媒層２５と接触して燃焼する（Ｓ１０１）。触媒層２５は、多孔体部２４を覆っているため、排気と接触する表面積が大きい。そのため、ＰＭおよび可燃成分は、触媒層２５と接触することにより確実に燃焼する。このとき触媒層２５で燃焼する可燃成分は、例えば排気中に含まれるＣＯや未燃焼のＨＣなどである。   The exhaust gas that diffuses into the first oxygen sensor 20 first passes through the catalyst layer 25. As a result, the PM and combustible components contained in the exhaust gas come into contact with the catalyst layer 25 and burn (S101). Since the catalyst layer 25 covers the porous body 24, the surface area in contact with the exhaust gas is large. Therefore, PM and combustible components are reliably combusted by contacting the catalyst layer 25. At this time, combustible components combusted in the catalyst layer 25 are, for example, CO contained in exhaust gas, unburned HC, and the like.

触媒層２５を通過することにより排気に含まれるＰＭは燃焼し、通過した排気に固体成分は含まれない。そのため、気体成分のみが多孔体部２４を通過する。これにより、排気に残存する酸素は多孔体部２４を拡散して通過する（Ｓ１０２）。多孔体部２４を通過した酸素は、第一酸素センサ２０に拡散する。これにより、第一酸素センサ２０において排気中に残存する酸素の濃度が検出される（Ｓ１０３）。酸素の濃度は、第一酸素センサ２０の電極２１と電極２２との間に所定の電圧を印加しているとき、固体電解質部材１３を経由して電極２１と電極２２との間を流れる電流から算出される。第一酸素センサ２０の電極２１と電極２２との間を流れる電流は、第一電流検出部２３により検出される。第一電流検出部２３により検出された電流の値は、演算部４０に出力される。演算部４０は、第一電流検出部２３で検出された電流の値により第一酸素センサ２０における酸素濃度を算出する。   The PM contained in the exhaust gas is combusted by passing through the catalyst layer 25, and the solid component is not contained in the exhaust gas that has passed. Therefore, only the gas component passes through the porous body portion 24. Thereby, oxygen remaining in the exhaust gas diffuses and passes through the porous body portion 24 (S102). Oxygen that has passed through the porous body portion 24 diffuses into the first oxygen sensor 20. Thereby, the concentration of oxygen remaining in the exhaust gas is detected by the first oxygen sensor 20 (S103). The oxygen concentration is determined from the current flowing between the electrode 21 and the electrode 22 via the solid electrolyte member 13 when a predetermined voltage is applied between the electrode 21 and the electrode 22 of the first oxygen sensor 20. Calculated. A current flowing between the electrode 21 and the electrode 22 of the first oxygen sensor 20 is detected by the first current detection unit 23. The value of the current detected by the first current detection unit 23 is output to the calculation unit 40. The calculation unit 40 calculates the oxygen concentration in the first oxygen sensor 20 based on the value of the current detected by the first current detection unit 23.

第一酸素センサ２０へ排気が拡散するとき、同時に第二酸素センサ３０へも排気が拡散する。第二酸素センサ３０へ拡散する排気は、まず微細多孔体部３４を通過する。微細多孔体部３４に形成されている微細孔の孔径は、ＰＭに比較して十分に小さい。そのため、排気に含まれるＰＭは、微細多孔体部３４を通過することができない（Ｓ２０１）。その結果、排気に含まれる気体成分のみが微細多孔体部３４を通過する。   When the exhaust gas diffuses into the first oxygen sensor 20, the exhaust gas also diffuses into the second oxygen sensor 30 at the same time. The exhaust gas that diffuses into the second oxygen sensor 30 first passes through the fine porous body 34. The diameter of the micropores formed in the microporous body portion 34 is sufficiently smaller than that of PM. Therefore, PM contained in the exhaust gas cannot pass through the fine porous body portion 34 (S201). As a result, only the gas component contained in the exhaust gas passes through the fine porous body portion 34.

微細多孔体部３４を通過した排気に含まれる気体成分は、微細多孔体部３４を拡散し第二酸素センサ３０に拡散する（Ｓ２０２）。第二酸素センサ３０の電極３１はＰｔから形成されている。そのため、排気に含まれる可燃成分は第二酸素センサ３０の電極３１と接触することにより燃焼する（Ｓ２０３）。そして、可燃成分が燃焼した後において排気中に残存する酸素の濃度が第二酸素センサ３０によって検出される（Ｓ２０４）。酸素の濃度の検出は、第二酸素センサ３０の電極３１と電極３２との間に所定の電圧を印加しているとき、固体電解質部材１３を経由して電極３１と電極３２との間を流れる電流から算出される。第二酸素センサ３０の電極３１と電極３２との間を流れる電流は、第二電流検出部３３により検出される。第二電流検出部３３により検出された電流の値は、演算部４０に出力される。演算部４０は、第二電流検出部３３で検出された電流の値により第二酸素センサ３０における酸素濃度を算出する。   The gas component contained in the exhaust gas that has passed through the microporous body portion 34 diffuses through the microporous body portion 34 and diffuses into the second oxygen sensor 30 (S202). The electrode 31 of the second oxygen sensor 30 is made of Pt. Therefore, the combustible component contained in the exhaust gas is combusted by contacting the electrode 31 of the second oxygen sensor 30 (S203). Then, the concentration of oxygen remaining in the exhaust gas after the combustible component burns is detected by the second oxygen sensor 30 (S204). The detection of the oxygen concentration flows between the electrode 31 and the electrode 32 via the solid electrolyte member 13 when a predetermined voltage is applied between the electrode 31 and the electrode 32 of the second oxygen sensor 30. Calculated from the current. The current flowing between the electrode 31 and the electrode 32 of the second oxygen sensor 30 is detected by the second current detector 33. The value of the current detected by the second current detection unit 33 is output to the calculation unit 40. The calculation unit 40 calculates the oxygen concentration in the second oxygen sensor 30 based on the value of the current detected by the second current detection unit 33.

第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０には、同一量のＰＭを含有する排気がほぼ同時に拡散すると考えられる。そのため、第一酸素センサ２０の触媒層２５で可燃成分の燃焼に消費される酸素量と、第二酸素センサ３０の電極３１で可燃成分の燃焼に消費される酸素量とはほぼ同一である。   In the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30, it is considered that exhaust gas containing the same amount of PM diffuses almost simultaneously. Therefore, the amount of oxygen consumed for combustion of combustible components by the catalyst layer 25 of the first oxygen sensor 20 and the amount of oxygen consumed for combustion of combustible components by the electrodes 31 of the second oxygen sensor 30 are substantially the same.

一方、第一酸素センサ２０を覆う触媒層２５では、可燃成分だけでなくＰＭが燃焼している。そのため、第一酸素センサ２０では、可燃成分およびＰＭの燃焼に消費された後における酸素の濃度が検出される。これに対し、第二酸素センサ３０を覆う微細多孔体部３４は、ＰＭの通過を阻害する。そのため、第二酸素センサ３０側ではＰＭは燃焼せず、第二酸素センサ３０では可燃成分の燃焼にのみ消費された後における酸素の濃度が検出される。すなわち、第一酸素センサ２０と第二酸素センサ３０とで検出される酸素の濃度は、ＰＭの燃焼に消費された分だけ異なる。すなわち、第一酸素センサ２０で検出される酸素濃度は、第二酸素センサ３０で検出される酸素濃度よりも小さくなる。その結果、演算部４０では、第一電流検出部２３で検出された電流の値から算出される第一酸素センサ２０における酸素の濃度と、第二電流検出部３３で検出された電流の値から算出される第二酸素センサ３０における酸素の濃度とから排気に含まれるＰＭの含有量を算出することができる（Ｓ１１０）。
以上の手順により、ＰＭ検出装置１０によるＰＭの検出が実行される。 On the other hand, in the catalyst layer 25 covering the first oxygen sensor 20, not only combustible components but also PM is combusted. Therefore, the first oxygen sensor 20 detects the concentration of oxygen after being consumed for combustion of combustible components and PM. On the other hand, the fine porous body portion 34 covering the second oxygen sensor 30 inhibits the passage of PM. Therefore, PM does not burn on the second oxygen sensor 30 side, and the second oxygen sensor 30 detects the concentration of oxygen after being consumed only for burning combustible components. That is, the oxygen concentration detected by the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30 differs by the amount consumed for the combustion of PM. That is, the oxygen concentration detected by the first oxygen sensor 20 is smaller than the oxygen concentration detected by the second oxygen sensor 30. As a result, the calculation unit 40 calculates the oxygen concentration in the first oxygen sensor 20 calculated from the current value detected by the first current detection unit 23 and the current value detected by the second current detection unit 33. The content of PM contained in the exhaust can be calculated from the calculated oxygen concentration in the second oxygen sensor 30 (S110).
The PM detection by the PM detection device 10 is executed by the above procedure.

演算部４０は、ＰＭ検出装置１０によるＰＭの検出が所定の期間実行されると、ヒータ１１を６００℃から８００℃に加熱する。これにより、ＰＭ検出装置１０は全体として温度が上昇する。ＰＭ検出装置１０の温度上昇にともない、ＰＭ検出装置１０に付着したＰＭ、および微細多孔体部３４で付着したＰＭは燃焼する。その結果、微細多孔体部３４の目詰まりが防止される。   The arithmetic unit 40 heats the heater 11 from 600 ° C. to 800 ° C. when the PM detection by the PM detection device 10 is executed for a predetermined period. Thereby, the temperature of the PM detection apparatus 10 rises as a whole. As the temperature of the PM detection device 10 rises, the PM adhering to the PM detection device 10 and the PM adhering to the fine porous body portion 34 burn. As a result, clogging of the fine porous body portion 34 is prevented.

以上、説明したように本発明の一実施形態によると、第一酸素センサ２０側に触媒層２５を設置することにより第一酸素センサ２０に拡散する排気に含まれるＰＭは燃焼する。これに対し、第二酸素センサ３０側には微細多孔体部３４を設置することにより第二酸素センサ３０に拡散する排気に含まれるＰＭは除去される。そのため、第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０には、ＰＭは拡散せず、気体成分のみが拡散する。したがって、第一酸素センサ２０および第二酸素センサ３０ではほぼ同時に酸素の濃度を検出することができ、応答性を高めることができる。また、第一酸素センサ２０で検出される酸素の濃度と第二酸素センサ３０で検出される酸素の濃度との間には、ＰＭの燃焼に消費される酸素の量だけ差が生じる。これにより、排気に含まれるＰＭの含量を精密に検出することができる。したがって、測定精度を高めることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the PM contained in the exhaust gas diffused into the first oxygen sensor 20 is combusted by installing the catalyst layer 25 on the first oxygen sensor 20 side. On the other hand, PM contained in the exhaust gas diffused into the second oxygen sensor 30 is removed by installing the fine porous body portion 34 on the second oxygen sensor 30 side. Therefore, PM does not diffuse in the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30, but only the gas component diffuses. Therefore, the first oxygen sensor 20 and the second oxygen sensor 30 can detect the oxygen concentration almost simultaneously, and the responsiveness can be improved. Further, there is a difference between the oxygen concentration detected by the first oxygen sensor 20 and the oxygen concentration detected by the second oxygen sensor 30 by the amount of oxygen consumed for PM combustion. Thereby, the content of PM contained in exhaust gas can be detected accurately. Therefore, measurement accuracy can be increased.

また、本発明の一実施形態では、触媒層２５が多孔体部２４を覆っている。そのため、多孔体部２４に拡散する排気と触媒層２５との接触面積は拡大する。これにより、排気に含まれるＰＭおよび可燃成分は触媒層２５により確実に燃焼する。したがって、第一酸素センサ２０における酸素濃度の検出精度を高めることができる。   In one embodiment of the present invention, the catalyst layer 25 covers the porous body portion 24. Therefore, the contact area between the exhaust gas diffusing into the porous body 24 and the catalyst layer 25 is expanded. As a result, PM and combustible components contained in the exhaust are reliably burned by the catalyst layer 25. Therefore, the detection accuracy of the oxygen concentration in the first oxygen sensor 20 can be increased.

以上、説明した本発明の一実施形態では、第二酸素センサ３０の電極３１が微細多孔体部３４により直接覆われている構成について説明した。しかし、第二酸素センサ３０の電極３１に拡散抵抗体を設置し、拡散抵抗体の電極３１とは反対側に微細多孔体部３４を設置する構成としてもよい。   As described above, in the embodiment of the present invention described above, the configuration in which the electrode 31 of the second oxygen sensor 30 is directly covered with the fine porous body portion 34 has been described. However, a configuration may be adopted in which a diffusion resistor is installed on the electrode 31 of the second oxygen sensor 30 and the fine porous body portion 34 is installed on the opposite side of the electrode 31 of the diffusion resistor.

本発明の一実施形態によるＰＭ検出装置を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows PM detection apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるＰＭ検出装置の作動の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of an operation | movement of PM detection apparatus by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ＰＭ検出装置、１１ ヒータ、１２ 基板、２０ 第一酸素センサ、２４ 多孔体部（拡散抵抗体）、２５ 触媒層、３０ 第二酸素センサ、３４ 微細多孔体部、４０ 演算部   10 PM detector, 11 heater, 12 substrate, 20 first oxygen sensor, 24 porous body (diffusion resistor), 25 catalyst layer, 30 second oxygen sensor, 34 fine porous body, 40 arithmetic unit

Claims (6)

ヒータを有している基板と、
前記基板に設置されている第一酸素センサおよび第二酸素センサと、
前記第一酸素センサを覆い通過する気体の拡散抵抗となる拡散抵抗体と、
前記拡散抵抗体の気体入口側に形成され、粒子状物質の燃焼を促進する触媒層と、
前記第二酸素センサを覆い気体成分の通過を許容し粒子状物質の通過を阻害する微細多孔体と、
前記第一酸素センサで検出された酸素濃度と前記第二酸素センサで検出された酸素濃度とから排気中に含まれる粒子状物質量を検出する演算部と、
を備えることを特徴とする粒子状物質検出装置。 A substrate having a heater;
A first oxygen sensor and a second oxygen sensor installed on the substrate;
A diffusion resistor serving as a diffusion resistance of gas passing over the first oxygen sensor;
A catalyst layer formed on the gas inlet side of the diffusion resistor and promoting combustion of particulate matter;
A fine porous body that covers the second oxygen sensor and allows passage of gas components and inhibits passage of particulate matter;
A calculation unit for detecting the amount of particulate matter contained in the exhaust gas from the oxygen concentration detected by the first oxygen sensor and the oxygen concentration detected by the second oxygen sensor;
A particulate matter detection device comprising: 前記微細多孔体は、ゼオライト膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の粒子状物質検出装置。   2. The particulate matter detection device according to claim 1, wherein the fine porous body is formed of a zeolite membrane. 前記微細多孔体は、アモルファスシリカにより形成される膜であることを特徴とする請求項１記載の粒子状物質検出装置。   2. The particulate matter detection device according to claim 1, wherein the fine porous body is a film formed of amorphous silica. 前記微細多孔体は、シリカ−ジルコニア膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の粒子状物質検出装置。   2. The particulate matter detection device according to claim 1, wherein the fine porous body is formed of a silica-zirconia film. 前記触媒層はＰｔ、ＰｄまたはＩｒの少なくとも一つを含む貴金属と、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２またはＺｒＯ２の少なくとも一つを含む固体酸とからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の粒子状物質検出装置。 The catalyst layer is composed of a noble metal containing at least one of Pt, Pd, or Ir and a solid acid containing at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , CeO 2, or ZrO 2. The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 4. 前記第一酸素センサおよび前記第二酸素センサは、前記ヒータにより、前記排気中に含まれる粒子状物質量を検出するとき４５０℃から６００℃に加熱され、所定の期間が経過するごとに６００℃から８００℃に加熱されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の粒子状物質検出装置。   The first oxygen sensor and the second oxygen sensor are heated from 450 ° C. to 600 ° C. when the amount of particulate matter contained in the exhaust gas is detected by the heater, and 600 ° C. every time a predetermined period elapses. The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the particulate matter detection device is heated to 800 ° C to 800 ° C.
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