JP5746991B2

JP5746991B2 - 煤 Detection device

Info

Publication number: JP5746991B2
Application number: JP2012037450A
Authority: JP
Inventors: 水谷　圭吾; 圭吾水谷; 真哉寺西; 岳人木全
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: JP2013174448A

Description

本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中に含まれるカーボンからなる煤を主成分とする粒子状物質（ＰＭ）を検出する煤検出装置に関する。 The present invention relates to a soot detection device that is used in an exhaust system of an internal combustion engine for automobiles and that detects particulate matter (PM) mainly composed of soot made of carbon contained in a gas to be measured.

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（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ；ＰＭ）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（ＤＰＦ）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。
ＤＰＦは、粒子状物質捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて圧力損失が増大したり、粒子状物質のすり抜けが増加したりする恐れがあり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。
ＤＰＦの再生時期は、一般的には、粒子状物質捕集量の増加によりＤＰＦ前後の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。
ＤＰＦの再生処理は、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内に導入により、粒子状物質を燃焼除去して行う。 In order to collect environmental pollutants contained in combustion exhaust, particularly particulate matter (PM) mainly composed of soot particles and soluble organic components (SOF) in automobile diesel engines, etc. A diesel particulate filter (DPF) is installed in the passage. The DPF is made of porous ceramics having excellent heat resistance, and captures particulate matter by passing combustion exhaust gas through a partition wall having a large number of pores.
If the amount of collected particulate matter exceeds the permissible amount, DPF may cause clogging and increase pressure loss or increase the slipping of particulate matter. The collection ability is restored.
The regeneration timing of the DPF generally uses the fact that the differential pressure before and after the DPF increases due to an increase in the amount of collected particulate matter. For this reason, the difference in detecting the pressure difference between the upstream and downstream of the DPF is used. A pressure sensor is installed.
The regeneration process of the DPF is performed by burning and removing particulate matter by introducing high-temperature combustion exhaust gas into the DPF by heater heating or post injection.

一方、燃焼排気中の粒子状物質を直接検出可能なセンサとして、例えば、特許文献１には、第１酸素濃度測定部の第１検知電極と煤捕集層を、煤の侵入が可能な構成とすると共に、第２酸素濃度測定部の第２検知電極の表面に煤の侵入防止する煤制限層を設けた煤検出センサを用いて、第１酸素濃度測定部の温度を、煤が残存し、しかも、ポンピングによる酸素によって煤の燃焼が可能な温度に制御し、この状態で、第１酸素濃度測定部の両電極間に電圧を印加して酸素のポンピングを行い、このポンピングされた酸素を用いて前記温度で煤を燃焼させて、第１酸素濃度測定部の電極間の電流値Ｉ１と第２酸素濃度測定部の電極間の電流値Ｉ２との差（ΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２）から、煤の積算量を算出できることが記載されている。 On the other hand, as a sensor capable of directly detecting particulate matter in combustion exhaust gas, for example, in Patent Document 1, the first detection electrode and the soot trapping layer of the first oxygen concentration measurement unit are configured to allow soot to enter. In addition, the temperature of the first oxygen concentration measurement unit remains at the temperature of the first oxygen concentration measurement unit using a soot detection sensor provided with a soot restriction layer that prevents intrusion of soot on the surface of the second detection electrode of the second oxygen concentration measurement unit. In addition, the temperature is controlled so that soot can be combusted by oxygen generated by pumping. In this state, a voltage is applied between both electrodes of the first oxygen concentration measuring unit to pump oxygen, and the pumped oxygen is reduced. The soot is burned at the temperature using the difference between the current value I1 between the electrodes of the first oxygen concentration measurement unit and the current value I2 between the electrodes of the second oxygen concentration measurement unit (ΔI = I1−I2), It describes that the total amount of soot can be calculated.

また、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を測定し、車載式故障診断装置（ＯＢＤ：ＯｎＢｏａｒｄＤｉａｇｎｏｓｉｓ）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、差圧センサに代えて再生時期の判断に利用することも検討されている。 In addition, when this sensor is installed downstream of the DPF, the particulate matter passing through the DPF is measured, and the on-board diagnosis (OBD) monitoring of the operating state of the DPF, for example, cracking or It can be used to detect abnormalities such as breakage. Alternatively, it has been studied to install upstream of the DPF, measure the amount of particulate matter flowing into the DPF, and use it to determine the regeneration timing instead of the differential pressure sensor.

ところが、特許文献１にあるように、第１酸素濃度測定部の電極間の電流値Ｉ１と、第１酸素濃度測定部の電極間の電流値Ｉ２との差ΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２を用いて煤を検出しても、第１酸素濃度測定部の電極間の電流値Ｉ１には、煤の燃焼に用いられる電流以外に、煤の燃焼のみならず、単なる酸素ポンピングのための電流が含まれているため、第１酸素濃度検出部と中間室との酸素濃度の違いが重畳的に検出され、検出誤差が大きくなる虞があった。 However, as disclosed in Patent Document 1, the difference ΔI = I1−I2 between the current value I1 between the electrodes of the first oxygen concentration measurement unit and the current value I2 between the electrodes of the first oxygen concentration measurement unit is , The current value I1 between the electrodes of the first oxygen concentration measuring unit includes not only the soot combustion but also the current for simple oxygen pumping in addition to the soot combustion. Therefore, the difference in oxygen concentration between the first oxygen concentration detector and the intermediate chamber is detected in a superimposed manner, and there is a possibility that the detection error increases.

そこで、かかる実情に鑑み、本発明は、検知電極と基準電極との間の電圧を所定の値に制御することで、検知電極上に堆積した煤量を高精度に検出可能な煤検出装置を提供することを目的とする。 Accordingly, in view of such circumstances, the present invention provides a soot detection device capable of detecting the soot amount deposited on the sensing electrode with high accuracy by controlling the voltage between the sensing electrode and the reference electrode to a predetermined value. The purpose is to provide.

請求項１の発明（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）では、少なくとも、酸素イオン導電性の固体電解質体（４）の表面において、被測定ガス空間（１１）内に存在し、煤を含む被測定ガスに面する第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）と、前記被測定ガス空間（１１）とは別に区画した基準ガス空間（５１、５１ａ、５１ｃ、５１ｇ）内に存在し、又は、前記被測定ガス空間（１１）と同一の空間とした基準ガス空間（５１ｆ）内に存在し、煤を含まない基準ガスに面する第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）とからなる一対の電極（２１、２２、２１ｂ、２２ｂ、２１ｆ、２２ｆ）を有し、これらの一対の電極（２１、２２、２１ｂ、２２ｂ、２１ｆ、２２ｆ）間への通電により前記第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）から前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に向かって前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤を酸化させるための酸素を供給する第１の電気化学セル（２、２ｂ、２ｆ）と、前記固体電解質体（４）を加熱する加熱手段（９）とを備えた煤検出素子（１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ）を被測定ガス中に配設して、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤を酸化させたときの電気化学的変化を検出して、被測定ガス空間（１１）内に存在する煤を検出する煤検出装置であって、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）と前記第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）との間に印加する検知電圧（Ｖ_Ｄ）と、煤が堆積していない状態における電圧閾値（Ｖ_ＲＥＦ）とが等しくなるように電圧制御することにより、前記第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）から前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に煤を酸化させるための酸素を供給して、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤を酸化させたときに、前記第１の電気化学セル（２、２ｂ、２ｆ）に流れる酸素イオン電流信号（Ｉ_ＰＭ）から前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤量を検出する手段を有する。 In the first aspect of the invention (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g), at least the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body (4) is in the measured gas space (11). A first detection electrode (22, 22b, 22f) that exists and faces the measurement gas including soot, and a reference gas space (51, 51a, 51c , 51g) separately from the measurement gas space (11) ) Or in a reference gas space (51f) that is the same space as the measured gas space (11) and faces the reference gas that does not contain soot (21, 21b, 21f) and a pair of electrodes (21, 22, 21b, 22b, 21f , 22f ), and energization between these pair of electrodes (21, 22, 21b, 22b, 21f , 22f ) The first reference electrode (21, 2 1b, 21f) supplies oxygen for oxidizing the soot deposited on the surface of the first detection electrode (22, 22b, 22f) toward the first detection electrode (22, 22b, 22f). A soot detecting element (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e) comprising a first electrochemical cell (2, 2b, 2f) and a heating means (9) for heating the solid electrolyte body (4), 10f, 10g) is disposed in the gas to be measured, and an electrochemical change when the soot deposited on the surface of the first sensing electrode (22, 22b, 22f) is oxidized is detected, A soot detecting device for detecting soot existing in a gas space (11) to be measured, the first sensing electrode (22, 22b, 22f) and the first reference electrode (21, 21b, 21f ), The detection voltage (V _D ) applied between By controlling the voltage so as to be equal to the voltage threshold value (V _REF ) in the non-connected state, the first reference electrode (21, 21b, 21f) is changed to the first detection electrode (22, 22b, 22f). by supplying oxygen for the oxidation of soot, the first sensing electrode (22, 22b, 22f) when to oxidize the soot deposited on the surface of said first electrochemical cell (2 and 2b 2f), a means for detecting the amount of soot deposited on the surface of the first sensing electrode (22, 22b, 22f) from the oxygen ion current signal (I _PM ) flowing through

請求項２の発明（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）では、前記手段が、前記第１の電気化学セル（２、２ｂ、２ｆ）に流れる酸素イオン電流信号（Ｉ_ＰＭ）の積算値（Ｉ_ＳＵＭ）から前記第１検知電極（２２、２２ｂ）の表面上に堆積した煤量を検出することを特徴とする。 In the invention of claim 2 (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g), the means is an oxygen ion current signal (I) flowing through the first electrochemical cell (2, 2b, 2f). and detecting the deposited soot amount on the surface of the first sensing electrode from the integrated value _{(I SUM) (22,22b)} of _PM).

請求項３の発明（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）では、前記基準ガス空間（５１ａ、５１ｃ、５１ｇ）と前記被測定ガス空間（１１）とが連通し、又は、前記基準ガス空間（５１ｆ）と前記被測定ガス空間（１１）とを同一の空間とし、かつ、前記被測定ガス空間（１１）内の被測定ガスを被測定ガス中に存在する煤は透過せず、気体は透過する多孔質セラミック層（１００ａ、１００ｃ、１００ｆ）を透過させて、煤を含まない前記基準ガスとして、前記第１の基準電極（２１、２１ｂ）が接していることを特徴とする。 In the invention of claim 3 (1a, 1b, 1c, 1e, 1f, 1g), the reference gas space (51a , 51c, 51g ) and the measured gas space (11) communicate with each other, or the reference gas. The space (51 f) and the measured gas space (11) are the same space, and the soot existing in the measured gas does not pass through the measured gas in the measured gas space (11). Gas is transmitted through the porous ceramic layers (100a , 100c, 100f ), and the first reference electrode (21, 21b) is in contact as the reference gas containing no soot. .

請求項４の発明（１、１ａ、１ｄ）では、前記固体電解質体（４）の表面に、前記第１の検知電極（２２）と同じ被測定ガス空間（１１）に対して、被測定ガス中に存在する煤は透過せず気体は透過する多孔質セラミック層（１００）を介して面する、第２の検知電極（３２）と、前記第１の基準電極（２１）と同じ、前記基準ガス空間（５１、５１ａ）に面して設けた第２の基準電極（３１）とからなる一対の電極（３１、３２）を有し、これら一対の電極（３１、３２）間の起電力を測定する第２の電気化学セル（３）を備え、前記第２の電気化学セル（３）の電極（３１、３２）間の電圧を、前記電圧閾値（Ｖ_ＲＥＦ）として、前記第１の電気化学セル（２）の電極（２１、２２）間に前記検知電圧（Ｖ_Ｄ）を印加することを特徴とする。 In the invention (1, 1a, 1d) of claim 4, the gas to be measured is measured on the surface of the solid electrolyte body (4) with respect to the gas space (11) to be measured which is the same as the first sensing electrode (22). Same as second sensing electrode (32) and first reference electrode (21) facing through a porous ceramic layer (100) that does not permeate soot and does not allow gas permeation, the reference It has a pair of electrodes (31, 32) composed of a second reference electrode (31) provided facing the gas space (51 , 51a ), and an electromotive force between the pair of electrodes (31, 32) A second electrochemical cell (3) to be measured is provided, and the voltage between the electrodes (31, 32) of the second electrochemical cell (3) is _defined as the voltage threshold value (V _REF ). wherein said applying sense voltage _{(V D)} between the electrodes (21, 22) of the cell (2) To.

請求項５の発明（１ｂ、１ｃ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）では、前記第１の基準電極（２１ｂ、２１ｆ）が被測定ガス中の煤は透過せず気体は透過する多孔質セラミック層（１００ａ、１００ｃ、１００ｆ）を介して、前記第１の検知電極（２２ｂ、２２ｆ）が面する被測定ガス空間（１１）に存在する被測定ガスと同一の気体が存在する基準ガス空間（５１ａ、５１ｃ、５１ｆ）に面すると共に、前記第１の電気化学セル（２ｂ、２ｆ）の一対の電極（２１ｂ、２２ｂ、２１ｆ、２２ｆ）間を短絡させて、前記電圧閾値（Ｖ_ＲＥＦ）、即ち、前記検知電圧（Ｖ_Ｄ）を０とすることを特徴とする。 In the invention of claim 5 (1b, 1c, 1e, 1f, 1g), the first reference electrode (21b, 21f) is a porous ceramic layer ( 100a ) that does not transmit soot in the gas to be measured but does not transmit gas. , 100c , 100f), the reference gas space (51a, 51c) in which the same gas as the gas to be measured exists in the gas space to be measured (11) facing the first detection electrodes (22b, 22f ). , 51f) and short-circuiting between the pair of electrodes (21b, 22b , 21f, 22f ) of the first electrochemical cell (2b , 2f ), the voltage threshold (V _REF ), that is, the The detection voltage (V _D ) is set to 0.

請求項６の発明（１ｄ、１ｅ、１ｇ）では、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に対向して絶縁体（１４）を介して設けた静電場印加電極（１５）を有し、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）と前記静電場印加電極（１５）との間に電圧（Ｖ_ＳＴ）を印加して静電場を形成することにより前記第１の検知電極の表面上に煤を捕集することを特徴とする。 The invention (1d, 1e, 1g) of claim 6 has an electrostatic field applying electrode (15) provided via an insulator (14) opposite to the first sensing electrode (22 , 22b , 22f ). Then , a voltage (V _ST ) is applied between the first detection electrode (22 , 22b , 22f ) and the electrostatic field application electrode (15) to form an electrostatic field, thereby forming the first detection electrode. It is characterized by collecting cocoons on the surface of the.

本発明によれば、被検出ガス空間（１１）中に存在する気体の酸素濃度と煤量とが重畳的に変化しても、前記基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）と前記検知電極（２２、２２ｂ。２２ｆ）との間の電圧（Ｖ_Ｄ）を所定の電圧（Ｖ_ＲＥＦ）に制御することで、被検出ガス空間（１１）内の酸素濃度の変化による影響を相殺して、酸素ポンピングによる電流の影響を受けることなく、前記基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）から前記検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に向かって前記検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上で煤の酸化に利用される酸素イオンのみがポンピングされ、この酸素イオン電流を測定することで前記検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤量を高精度に検出可能な、極めて信頼性の高い煤検出装置（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）が実現できる。 According to the present invention, the reference electrode (21, 21b, 21f) and the detection electrode (22) even if the oxygen concentration and the soot amount of the gas existing in the detection gas space (11) change in a superimposed manner. , 22b, 22f) by controlling the voltage (V _D ) to a predetermined voltage (V _REF ), offsetting the influence of the change in the oxygen concentration in the detected gas space (11), and oxygen pumping Oxidation of soot on the surface of the detection electrode (22, 22b, 22f) from the reference electrode (21, 21b, 21f) to the detection electrode (22, 22b, 22f) without being affected by the current due to Only oxygen ions used in the pump are pumped, and by measuring this oxygen ion current, the amount of soot deposited on the surface of the sensing electrodes (22, 22b, 22f) can be detected with high accuracy. High wrinkle detection equipment (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g) can be realized.

本発明の第１の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the outline of the eyelid detection device in a 1st embodiment of the present invention. 図１の煤検出装置に用いられる煤検出素子の展開斜視図。The expansion | deployment perspective view of the wrinkle detection element used for the wrinkle detection apparatus of FIG. 図１の煤検出装置１において、被測定ガス空間と基準ガス空間との間に酸素濃度差が存在しない状態で、検知部に意図的に煤を堆積させたときのセル電流とセル電圧の関係を示す特性図。In the soot detection device 1 of FIG. 1, the relationship between the cell current and the cell voltage when soot is intentionally deposited on the detector in a state where there is no difference in oxygen concentration between the measured gas space and the reference gas space. FIG. 図１の煤検出装置１において、被測定ガス空間と基準ガス空間との間に酸素濃度差が存在する状態で、検知部に意図的に煤を堆積させたときのセル電流とセル電圧の関係を示す特性図。In the soot detection apparatus 1 of FIG. 1, the relationship between the cell current and the cell voltage when soot is intentionally deposited on the detector in a state where there is a difference in oxygen concentration between the gas space to be measured and the reference gas space. FIG. 検知電極の表面上に堆積した煤量と被測定ガス中の酸素濃度とが重畳的に変化した場合に対する本発明の効果を示す特性図。The characteristic view which shows the effect of this invention with respect to the case where the amount of soot deposited on the surface of a detection electrode, and the oxygen concentration in to-be-measured gas change in a superimposed manner. 本発明の第２の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the outline of the eyelid detection device in a 2nd embodiment of the present invention. 図６の煤検出装置に用いられる煤検出素子の展開斜視図。The expansion | deployment perspective view of the wrinkle detection element used for the wrinkle detection apparatus of FIG. 本発明の第３の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the outline of the eyelid detection device in a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第４の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。Typical sectional drawing which shows the outline | summary of the wrinkle detection apparatus in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。Typical sectional drawing which shows the outline | summary of the wrinkle detection apparatus in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。Typical sectional drawing which shows the outline | summary of the wrinkle detection apparatus in the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the outline of the eyelid detection device in a 7th embodiment of the present invention. 本発明の第８の実施形態における煤検出装置の概要を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the outline of the eyelid detection device in the 8th embodiment of the present invention.

図１、図２を参照して、本発明の第１の実施形態における煤検出装置１について説明する。
煤検出装置１は、少なくとも、酸素イオン導電性の固体電解質体４の表面において、被測定ガスの流れる被測定ガス空間１１に面する第１の検知電極２２と、第１の検知電極２２の面する前記被測定ガス空間１１とは別に区画した基準ガス空間５１に面する第１の基準電極２１とからなる一対の電極２１、２２を有し、これらの一対の電極２１、２２間への通電により第１の基準電極２１から第１の検知電極２２に向かって第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤を酸化させるための酸素を供給する第１の電気化学セル２と、固体電解質体４を加熱する加熱手段９とを備えた煤検出素子１０を被測定ガス中に配設して、第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤を酸化させたときの電気化学的変化を検出して、被測定ガス空間１１内に存在する煤を検出する煤検出装置１であって、第１の検知電極２２と第１の基準電極２１との間に印加する検知電圧Ｖ_Ｄと、煤が堆積していない状態における電圧閾値Ｖ_ＲＥＦとが等しくなるように電圧制御することにより、第１の基準電極２１から前記第１の検知電極２２に煤を酸化させるための酸素を供給して、第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤を酸化させ、このとき前記第１の電気化学セル２に流れる酸素イオン電流信号Ｉから第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤量を検出することを特徴とするものである。 With reference to FIG. 1, FIG. 2, the wrinkle detection apparatus 1 in the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
The soot detection device 1 includes at least a surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body 4, a first detection electrode 22 facing the measurement gas space 11 through which the measurement gas flows, and a surface of the first detection electrode 22. A pair of electrodes 21 and 22 including a first reference electrode 21 facing a reference gas space 51 that is partitioned separately from the measured gas space 11, and energization between the pair of electrodes 21 and 22. A first electrochemical cell 2 for supplying oxygen for oxidizing soot deposited on the surface of the first sensing electrode 22 from the first reference electrode 21 toward the first sensing electrode 22, and a solid electrolyte Electrochemical change when the soot detecting element 10 provided with the heating means 9 for heating the body 4 is disposed in the gas to be measured and the soot deposited on the surface of the first sensing electrode 22 is oxidized. Is detected and is present in the measured gas space 11 A soot detecting apparatus 1 for detecting that soot, the first sensing electrode 22 and the detection voltage V _D applied between the first reference electrode 21, voltage threshold V _REF in a state in which soot is not deposited By controlling the voltage so as to be equal to each other, oxygen for oxidizing soot is supplied from the first reference electrode 21 to the first detection electrode 22 and deposited on the surface of the first detection electrode 22. The soot is oxidized, and the amount of soot deposited on the surface of the first sensing electrode 22 is detected from the oxygen ion current signal I flowing in the first electrochemical cell 2 at this time.

加えて、本実施形態においては、固体電解質体４の表面に、第１の検知電極２２と同じ被測定ガス空間１１に対して、被測定ガス中に存在する煤は透過せず気体は透過する多孔質セラミック層１００を介して面する、第２の検知電極３２と、第１の基準電極２１と同じ、基準ガス空間５１に面して設けた第２の基準電極３１とからなる一対の電極３１、３２を有し、これら一対の電極３１、３２間の起電力を測定する第２の電気化学セル３を備え、第２の電気化学セル３の電極３１、３２間の電圧Ｖ_ＲＥＦを、電圧閾値Ｖ_ＲＥＦとして、第１の電気化学セル２の電極２１、２２間に検知電圧Ｖ_Ｄを印加することを特徴とする。 In addition, in the present embodiment, the soot existing in the measurement gas does not permeate the gas to be measured on the surface of the solid electrolyte body 4 with respect to the measurement gas space 11 that is the same as the first detection electrode 22. A pair of electrodes composed of a second detection electrode 32 facing through the porous ceramic layer 100 and a second reference electrode 31 provided facing the reference gas space 51, the same as the first reference electrode 21. And a second electrochemical cell 3 for measuring an electromotive force between the pair of electrodes 31 and 32, and a voltage V _REF between the electrodes 31 and 32 of the second electrochemical cell 3 is A detection voltage V _D is applied between the electrodes 21 and 22 of the first electrochemical cell 2 as the voltage threshold V _REF .

第２の電気化学セル３において、第２の検知電極３２は、被測定ガス空間１１内を流れる気体は通すが、煤は通さない多孔質セラミック層１００が形成されているため、煤が堆積していない状態において、被測定ガス空間１１と基準ガス空間５１との酸素濃度の差によって生じる起電力に基づく電圧Ｖ_ＲＥＦが検出され、第１の電気化学セル２に印加する検知電圧Ｖ_Ｄを、煤が堆積していない状態における電圧閾値Ｖ_ＲＥＦとして、第２の電気化学セル３で検出された電圧Ｖ_ＲＥＦに等しくなるようにフィードバック制御（Ｆ／Ｂ）している。
なお、後述する、本発明の煤検出装置を用いた試験により、被測定ガス中に存在する酸素濃度が変化したときでも、第１の検知電極２２の表面上に堆積した既知量の煤に対して検出された積算電流Ｉ_ＳＵＭが極めて高い精度で相関性を示すことが確認され、本発明においては、第１の電気化学セル２に流れる酸素イオン電流信号を所定の時間だけ積算した積算値Ｉ_ＳＵＭから第１検知電極２２の表面上に堆積した煤量を検出するようにするのが望ましいことが判明した。
本発明の煤検出装置を内燃機関の燃焼排気流路に設けて、いわゆるオンボードで使用する場合には、被測定ガスである燃焼排気中に含まれる煤量は未知であり、第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤は連続的に酸化され続けられることになる。
したがって、実際の検出制御においては、例えば、１ｓないし１０ｓ程度の一定時間に第１の電気化学セル２で検出される酸素イオン電流信号を積算し、その時間当たりに堆積・酸化された煤量を検出することとする。 In the second electrochemical cell 3, the second sensing electrode 32 is formed with the porous ceramic layer 100 that allows the gas flowing in the gas space 11 to be measured to pass but does not allow soot to pass, so that soot is deposited. In this state, the voltage V _REF based on the electromotive force generated by the difference in oxygen concentration between the measured gas space 11 and the reference gas space 51 is detected, and the detection voltage V _D applied to the first electrochemical cell 2 is Feedback control (F / B) is performed so that the voltage threshold V _{REF in a} state where no soot is deposited is equal to the voltage V _REF detected by the second electrochemical cell 3.
Note that, even when the oxygen concentration present in the gas to be measured is changed by a test using the soot detection device of the present invention, which will be described later, a known amount of soot deposited on the surface of the first detection electrode 22 is detected. It is confirmed that the integrated current I _SUM detected in this way shows a correlation with extremely high accuracy. In the present invention, the integrated value I obtained by integrating the oxygen ion current signal flowing through the first electrochemical cell 2 for a predetermined time is obtained. It has been found that it is desirable to detect the amount of soot deposited on the surface of the first sensing electrode 22 from the _SUM .
When the soot detection device of the present invention is provided in the combustion exhaust flow path of an internal combustion engine and used on a so-called onboard, the amount of soot contained in the combustion exhaust as the gas to be measured is unknown, and the first detection The soot deposited on the surface of the electrode 22 is continuously oxidized.
Therefore, in the actual detection control, for example, the oxygen ion current signal detected by the first electrochemical cell 2 is integrated for a certain time of about 1 s to 10 s, and the amount of soot deposited / oxidized per that time is calculated. It will be detected.

煤検出装置１においては、第１の電気化学セル２及び第２の電気化学セル３を構成するためのシート状の固体電解質体４と、基準ガス空間５１を形成するためのシート状のスペーサ５と、これらを加熱するヒータ９とが、順次積層されて煤検出素子１０を構成している。より具体的な煤検出素子１０の構成については、図２を参照して後述する。
本実施形態においては、第１の電気セル２に流れる電流Ｉ_ＰＭを検出する電流検出手段Ａと、第２の電気セル３の電極３１、３２間の電圧Ｖ_ＲＥＦを検出する電圧検出手段Ｖとを具備し、電圧検出手段Ｖによって検出した被測定ガス空間１１内の酸素濃度と基準ガス空間５１の酸素濃度の差によって生じた電圧Ｖ_ＲＥＦと等しくなるように電流検出手段Ａの検知電圧Ｖ_Ｄを制御することによって、酸素濃度の差に起因する第１の電気セル２の検出誤差を相殺し、第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤を酸化したときに流れる酸素イオン電流のみを電流検出手段Ａによって精度良く検出できるようにしたものである。
なお、電圧検出手段Ｖは、第２の電気セルの第２の基準電極３１と第２の検知電極３２との間に任意の電圧を印加する電圧印加手段を含むものでも良い。 In the soot detecting device 1, a sheet-like solid electrolyte body 4 for constituting the first electrochemical cell 2 and the second electrochemical cell 3 and a sheet-like spacer 5 for forming the reference gas space 51. And the heater 9 which heats these is laminated | stacked one by one, and the wrinkle detection element 10 is comprised. A more specific configuration of the wrinkle detection element 10 will be described later with reference to FIG.
In this embodiment, a current detecting means A for detecting a current I _PM flowing in the first electric cell 2, a voltage detector V for detecting the voltage V _REF between the second electric cell 3 of the electrode 31, 32 The detection voltage V _D of the current detection means A is equal to the voltage V _REF generated by the difference between the oxygen concentration in the measured gas space 11 detected by the voltage detection means V and the oxygen concentration in the reference gas space 51. By controlling the detection error of the first electric cell 2 due to the difference in oxygen concentration, and only the oxygen ion current that flows when the soot deposited on the surface of the first sensing electrode 22 is oxidized. The current detection means A can be detected with high accuracy.
The voltage detection means V may include voltage application means for applying an arbitrary voltage between the second reference electrode 31 and the second detection electrode 32 of the second electric cell.

本実施形態における基準ガス空間５１には、一定の酸素濃度をもつ基準酸素濃度ガスとしての大気が導入される。
基準ガス空間５１は、図２に示すように、固体電解体４の下方に積層したスペーサ５に設けた抜き穴５１にて形成される。さらに、この抜き穴５１は、煤検出装置１の長手方向に伸びる溝としての通路部５２を有し、この通路部５２を通して大気が導入される。なお、スペーサ５は、公知のアルミナ等の絶縁材料よりなる。
第１の電気化学セル２、第２の電気化学セル３を構成するための固体電解質体４は、公知のジルコニアやセリア等の酸素イオン導電性を有する電解質材料よりなる。
第１の電気化学セル２は、固体電解質体４と、固体電解質体４を挟むように対向配置された一対の第１の検知電極２２と第１の基準電極２１とにより構成される。
一対の電極２１、２２のうち、一方の第１の検知電極２２は、被測定ガス空間１１に対向する側の固体電解質体４の表面に設けられ、他方の第１の基準電極２１は、基準ガス空間５１に対向する側の固体電解質体４の表面に設けられている。 In the reference gas space 51 in the present embodiment, the atmosphere as a reference oxygen concentration gas having a constant oxygen concentration is introduced.
As shown in FIG. 2, the reference gas space 51 is formed by a punched hole 51 provided in the spacer 5 stacked below the solid electrolyte 4. Further, the punched hole 51 has a passage portion 52 as a groove extending in the longitudinal direction of the soot detection device 1, and the atmosphere is introduced through the passage portion 52. The spacer 5 is made of a known insulating material such as alumina.
The solid electrolyte body 4 for constituting the first electrochemical cell 2 and the second electrochemical cell 3 is made of an electrolyte material having oxygen ion conductivity such as known zirconia and ceria.
The first electrochemical cell 2 is composed of a solid electrolyte body 4, a pair of first detection electrodes 22 and a first reference electrode 21 which are disposed so as to sandwich the solid electrolyte body 4.
Of the pair of electrodes 21, 22, one first detection electrode 22 is provided on the surface of the solid electrolyte body 4 on the side facing the measured gas space 11, and the other first reference electrode 21 is a reference. It is provided on the surface of the solid electrolyte body 4 on the side facing the gas space 51.

第２の電気化学セル３は、固体電解質体４と、固体電解質体４を挟むように対向配置された一対の第２の検知電極３２、第２の基準電極３１とにより構成される。
一対の電極３１、３２のうち、一方の第２の検知電極３２は、被測定ガス空間１１に対向する側の固体電解質体４の表面に設けられ、他方の第２の基準電極３１は、基準ガス空間５１に対向する側の固体電解質体４の表面に設けられている。
さらに検知電極３２は煤の侵入は阻止し気体は透過する煤フィルタ層として設けた多孔質セラミック層１００により被覆されている。
多孔質セラミック層１００は、アルミナ等の絶縁材料からなり、被測定ガス空間１１内を流れる気体は透過できるが、煤は透過できない程度の細孔を有する多孔質体である。
なお、本実施形態における多孔質セラミック層１００の細孔は、自由な気体の移動を妨げるものではなく、酸素の拡散抵抗とはならない。
多孔質セラミック層１００の気孔率は、具体的には、５〜３０％、より好ましくは、１０〜２０％程度であることが望ましい。
第１の電気化学セル２、第２の電気化学セル３を構成する各電極２１、２２、３１、３２には、例えば、Ｐｔ、Ａｕ等の公知の多孔質サーメット電極が好適に用いられる。 The second electrochemical cell 3 includes a solid electrolyte body 4, and a pair of second detection electrodes 32 and a second reference electrode 31 disposed so as to sandwich the solid electrolyte body 4.
Of the pair of electrodes 31, 32, one second detection electrode 32 is provided on the surface of the solid electrolyte body 4 on the side facing the measured gas space 11, and the other second reference electrode 31 is a reference. It is provided on the surface of the solid electrolyte body 4 on the side facing the gas space 51.
Further, the detection electrode 32 is covered with a porous ceramic layer 100 provided as a soot filter layer which prevents soot from entering and allows gas to pass therethrough.
The porous ceramic layer 100 is made of an insulating material such as alumina, and is a porous body having pores that can pass gas flowing through the gas space 11 to be measured but cannot pass soot.
Note that the pores of the porous ceramic layer 100 in the present embodiment do not prevent free gas movement, and do not serve as oxygen diffusion resistance.
Specifically, the porosity of the porous ceramic layer 100 is preferably 5 to 30%, more preferably about 10 to 20%.
For each of the electrodes 21, 22, 31, and 32 constituting the first electrochemical cell 2 and the second electrochemical cell 3, for example, a known porous cermet electrode such as Pt or Au is preferably used.

また、図２に示すように、各電極２１、２２、３１、３２には、これらから電気信号を取り出すためのリード２１０、２２０、３１０、３２０が一体に形成されている。
各電極２１、２２、３１、３２及びリード２１０、２２０、３１０、３２０は、Ｐｔ等の貴金属とジルコニア等のセラミックを主成分としたサーメット材料で構成される。
ここで、固体電解質体４の表面上に形成した電極２１、２２、３１、３２以外の部位、特にリード２１０、２２０、３１０、３２０の形成部位には、固体電解質体４とリード２１０、２２０、３１０、３２０の間に、図略のアルミナ等の絶縁層を形成しておくことが好ましい。 Further, as shown in FIG. 2, the electrodes 21, 22, 31, and 32 are integrally formed with leads 210, 220, 310, and 320 for taking out electrical signals therefrom.
Each of the electrodes 21, 22, 31, 32 and the leads 210, 220, 310, 320 is made of a cermet material mainly composed of a noble metal such as Pt and a ceramic such as zirconia.
Here, the portions other than the electrodes 21, 22, 31, 32 formed on the surface of the solid electrolyte body 4, particularly the portions where the leads 210, 220, 310, 320 are formed, include the solid electrolyte body 4 and the leads 210, 220, An insulating layer such as alumina (not shown) is preferably formed between 310 and 320.

加熱手段として設けたヒータ９は、アルミナ等からなる絶縁層７の上面に、通電発熱するヒータ電極８をパターニング形成し、このヒータ電極８の上面（スペーサ５側の面）に、アルミナ等からなる絶縁層６を形成してなる。
ヒータ電極８は、通常、Ｐｔとアルミナ等のセラミックスとのサーメットが用いられる。
このヒータ９は、ヒータ電極８を外部に設けた図略のヒータ通電制御装置からの給電により発熱させ、煤は酸化しないが、前記各セル２、３を活性化可能な温度まで加熱する。
さらに、煤検出装置１の温度を煤の燃焼温度以上に上昇させることにより、煤検出素子１０の被測定ガス空間１１内に露出した煤検知部２２、多孔質セラミック層１００の表面やリード２２０、３２０を覆う絶縁層等に余分に堆積した煤を燃焼除去する。 The heater 9 provided as a heating means is formed by patterning a heater electrode 8 that generates heat on the upper surface of an insulating layer 7 made of alumina or the like, and is made of alumina or the like on the upper surface (surface on the spacer 5 side) of the heater electrode 8. An insulating layer 6 is formed.
As the heater electrode 8, cermet of Pt and ceramics such as alumina is usually used.
The heater 9 generates heat by power supply from a heater energization control device (not shown) provided with a heater electrode 8 outside, and does not oxidize soot, but heats the cells 2 and 3 to a temperature at which they can be activated.
Further, by raising the temperature of the soot detection device 1 to be equal to or higher than the soot combustion temperature, the soot detection unit 22 exposed in the gas space 11 to be measured of the soot detection element 10, the surface of the porous ceramic layer 100, the lead 220, The soot accumulated excessively on the insulating layer covering 320 is burned and removed.

また、図２に示すように、各セル２、３、ヒータ電極８は、絶縁層７等に形成されたスルーホールＳＨを通して、センサ基部の端子Ｐまで接続されている。
そして、この端子Ｐにはコネクタを介して圧着やろう付け等により、リード線が接続され、外部に設けた電流検出手段Ａと第１の電気化学セル２と、電圧検出手段Ｖと第２の電気化学セル３と、図略のヒータ通電制御装置とヒータ９との電気信号のやり取りが可能となっている。 Further, as shown in FIG. 2, the cells 2, 3 and the heater electrode 8 are connected to the terminal P of the sensor base through a through hole SH formed in the insulating layer 7 or the like.
Then, a lead wire is connected to the terminal P through a connector by crimping, brazing, or the like, and the current detecting means A, the first electrochemical cell 2, the voltage detecting means V, and the second provided outside. It is possible to exchange electrical signals between the electrochemical cell 3, a heater energization control device (not shown), and the heater 9.

なお、固体電解質体４、スペーサ５、絶縁層６、７は、ドクターブレード法や押し出し成形法等の公知の製法により、シート形状に成形することができる。
また、前記の各電極２１等、リード２１０等及び端子Ｐは、スクリーン印刷等により形成することができる。
そして、各シートは積層して焼成することにより、一体化される。 The solid electrolyte body 4, the spacer 5, and the insulating layers 6 and 7 can be formed into a sheet shape by a known manufacturing method such as a doctor blade method or an extrusion molding method.
Further, each of the electrodes 21, the leads 210, and the terminals P can be formed by screen printing or the like.
And each sheet | seat is integrated by laminating | stacking and baking.

次に、前記構成のガスセンサ素子の動作原理を説明する。図１において、被測定ガス空間１１内を流れる燃焼排気などの被測定ガス中に存在する煤は、第１の電気化学セル２に設けた第１の検知電極２２の表面上に堆積する。
一方、第２の電気化学セル３に設けた第２の検知電極３２は煤フィルタ層１００に被覆されているため煤は煤フィルタ層１００の表面上に堆積し、第２の検知電極３２には被測定ガスは到達するが、煤は到達しない。
第１の基準電極２１及び第２の基準電極３１は基準酸素濃度ガスとしての大気に接しており、それぞれの電極電位は一定に保たれる。
第２の電気化学セル３の電極３１、３２間には両電極間の酸素濃度差に基づく起電力が発生する。 Next, the principle of operation of the gas sensor element having the above configuration will be described. In FIG. 1, soot existing in a measurement gas such as combustion exhaust flowing in the measurement gas space 11 is deposited on the surface of the first detection electrode 22 provided in the first electrochemical cell 2.
On the other hand, since the second detection electrode 32 provided in the second electrochemical cell 3 is covered with the soot filter layer 100, soot is deposited on the surface of the soot filter layer 100. The gas to be measured reaches, but the soot does not.
The first reference electrode 21 and the second reference electrode 31 are in contact with the atmosphere as the reference oxygen concentration gas, and the respective electrode potentials are kept constant.
An electromotive force is generated between the electrodes 31 and 32 of the second electrochemical cell 3 based on the oxygen concentration difference between the two electrodes.

一方、第１の電気化学セル２の電極２１、２２間には両電極間の酸素濃度差に基づく起電力に加えて、第１の検知電極２２の表面上に煤が堆積することによる起電力が発生する。
煤の堆積による起電力は、第１の検知電極２２の表面上で下記の反応がバランスする混成電位メカニズムに起因するものと推定される。
Ｃ（煤）＋２Ｏ^２− → ＣＯ_２＋４ｅ⁻ ・・・式１
Ｏ_２＋４ｅ⁻ → ２Ｏ^２− ・・・式２ On the other hand, between the electrodes 21 and 22 of the first electrochemical cell 2, in addition to the electromotive force based on the difference in oxygen concentration between the two electrodes, the electromotive force caused by deposition of soot on the surface of the first detection electrode 22. Will occur.
The electromotive force due to soot deposition is presumed to be due to a mixed potential mechanism that balances the following reactions on the surface of the first sensing electrode 22.
C (煤) + 2O ²⁻ → CO ₂ + 4e ⁻ Formula 1
O ₂ + 4e ⁻ → 2O ² ... 2

図３は、図１の煤検出装置１において、煤検出素子１０の検知部に意図的に煤を堆積させたときのセル電流Ｉとセル電圧Ｖの関係を示したものである。
このときの被測定ガス空間１１は、大気（酸素濃度約２１％）、素子温度（第１の電気化学セル２、及び、第２の電気化学セル３の温度）は、４００℃であり、第１の電気化学セル２、及び、第２の電気化学セル３の表面上には十分な量の煤（約０．１ｇ）が堆積してある。
また、第２の電気化学セル３の第２の検知電極３２は、煤フィルタ層１００に被覆されているため、第２の電気化学セル３の第２の検知電極３２にはガスのみが接触している。
第１の検知電極２２、第１の基準電極２１、第２の検知電極３２、第２の基準電極３１は、いずれも、大気雰囲気であるため、各セル２、３に酸素濃度差による起電力は発生しない。 FIG. 3 shows a relationship between the cell current I and the cell voltage V when the soot is intentionally deposited on the detection unit of the soot detecting element 10 in the soot detecting device 1 of FIG.
The gas space 11 to be measured at this time is the atmosphere (oxygen concentration of about 21%), the element temperature (the temperature of the first electrochemical cell 2 and the second electrochemical cell 3) is 400 ° C., A sufficient amount of soot (about 0.1 g) is deposited on the surfaces of one electrochemical cell 2 and the second electrochemical cell 3.
In addition, since the second detection electrode 32 of the second electrochemical cell 3 is covered with the soot filter layer 100, only the gas contacts the second detection electrode 32 of the second electrochemical cell 3. ing.
Since each of the first detection electrode 22, the first reference electrode 21, the second detection electrode 32, and the second reference electrode 31 is an air atmosphere, an electromotive force due to an oxygen concentration difference is generated in each cell 2, 3. Does not occur.

第２の電気化学セル３の一対の電極３１、３２に、第２の検知電極３２が＋極となるように電圧Ｖを印加すると、第２の基準電極３１の表面上で酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により第２の検知電極３２側に排出される。
これとは逆に、第２の基準電極３１が＋極となるように電圧Ｖを印加すると、第２の検知電極３２の表面上で酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により第２の基準電極３１側に排出される。 When a voltage V is applied to the pair of electrodes 31 and 32 of the second electrochemical cell 3 so that the second detection electrode 32 becomes a positive electrode, oxygen is reduced on the surface of the second reference electrode 31. It becomes oxygen ions and is discharged to the second detection electrode 32 side by the pumping action.
On the contrary, when the voltage V is applied so that the second reference electrode 31 becomes a positive pole, oxygen is reduced on the surface of the second detection electrode 32 to become oxygen ions, and the second action is caused by the pumping action. It is discharged to the reference electrode 31 side.

一方、第１の電気化学セルの２の第１の検知電極２２は直接被測定ガス空間１１に曝されているため、被測定ガス（大気）だけでなく煤も接触し、これにともない起電力が発生する。
このときのメカニズムは、必ずしも明確にはなっていないが、第１の検知電極２２の表面上では、上述の式１に示す反応による電流が流れようとするため、この電流を相殺するように上述の式２の反応が起こり、その結果、起電力が発生すると考えられる。
したがって、図３に示すように、第１の電気化学セル２の電流−電圧曲線（実線）は第２の電気化学セル３の電流−電圧曲線（一点破線）に比べて上述の式１の電流分だけ上方にシフトした曲線になる。 On the other hand, since the second first detection electrode 22 of the first electrochemical cell is directly exposed to the gas space 11 to be measured, not only the gas to be measured (atmosphere) but also soot contacts with it, and the electromotive force associated therewith Will occur.
Although the mechanism at this time is not necessarily clarified, a current due to the reaction shown in the above-described equation 1 tends to flow on the surface of the first detection electrode 22, so that the above-described current is canceled out. It is considered that the reaction of Formula 2 in FIG.
Therefore, as shown in FIG. 3, the current-voltage curve (solid line) of the first electrochemical cell 2 is higher than the current-voltage curve of the second electrochemical cell 3 (single-dotted line). The curve is shifted upward by the minute.

図４は、同様の実験を被測定ガス空間１１の酸素濃度を１％として実施した結果である。
大気が導入されている基準ガス空間５１との酸素濃度の違いによる酸素濃淡電池の起電力分だけ、電流−電圧曲線が左側にシフトしている。
原理的には、第１の電気化学セル２の第１の基準電極２１と第１の検知電極２２との間の電圧を、第２の電気化学セル３の第２の基準電極３１と第２の検知電極３２との間の電圧に等しくなるように電圧制御し、第１の電気化学セル２の電流値Ｉ１と第２の電気化学セル３の電流値Ｉ２の差ΔＩを測定すれば、上述の式１による煤の電気化学的酸化電流を検出でき、これを積算することで煤の堆積量を求めることができると考えられる。 FIG. 4 shows the result of a similar experiment conducted with the oxygen concentration in the gas space 11 to be measured being 1%.
The current-voltage curve is shifted to the left by the electromotive force of the oxygen concentration cell due to the difference in oxygen concentration from the reference gas space 51 into which the atmosphere is introduced.
In principle, the voltage between the first reference electrode 21 and the first sensing electrode 22 of the first electrochemical cell 2 is set to the second reference electrode 31 and the second reference voltage of the second electrochemical cell 3. Voltage is controlled to be equal to the voltage between the first and second sensing electrodes 32, and the difference ΔI between the current value I1 of the first electrochemical cell 2 and the current value I2 of the second electrochemical cell 3 is measured. It is considered that the soot electrochemical oxidation current can be detected according to Equation 1 and the soot accumulation amount can be obtained by integrating the current.

しかし、実際には、第２の電気化学セル３の電流が０となる電圧以外では、第１の電気化学セル２の電流Ｉ１、及び、第２の電気化学セル３の電流Ｉ２には、前記式１による煤の電気化学的酸化電流以外に、酸素のポンピング電流が流れており、第１の電気化学セル２の電流値Ｉ１と第２の電気化学セル３の電流値Ｉ２の差（ΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２）をとっても測定バラツキがあるため完全には、濃淡電池による起電力をキャンセルできず、検出誤差要因となる。
これに対し、本発明では図１に示すように第２の電気化学セル３の電極３１、３２間の電圧Ｖ_ＲＥＦ（すなわち、第２の電気化学セル３の電流が０となる電圧）を測定し、この電圧と同じになるように第２の電気化学セル２の電極２１、２２間の検知電圧Ｖ_Ｄを制御する。
このとき、第１の電気化学セル２に流れる電流Ｉは、前記式１による煤の電気化学的酸化電流Ｉ_ＰＭのみとなる。
この電流を測定し、積算することで、被測定ガス空間１１の酸素濃度の影響を受けることなく、煤量を正確に測定することができる。 However, actually, the current I1 of the first electrochemical cell 2 and the current I2 of the second electrochemical cell 3 are other than the voltage at which the current of the second electrochemical cell 3 becomes 0. In addition to the soot electrochemical oxidation current according to Equation 1, an oxygen pumping current flows, and the difference between the current value I1 of the first electrochemical cell 2 and the current value I2 of the second electrochemical cell 3 (ΔI = Even if I1-I2) is taken, since there is a measurement variation, the electromotive force generated by the density cell cannot be completely cancelled, which causes a detection error.
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 1, the voltage V _REF between the electrodes 31 and 32 of the second electrochemical cell 3 (that is, the voltage at which the current of the second electrochemical cell 3 becomes 0) is measured. Then, the detection voltage V _D between the electrodes 21 and 22 of the second electrochemical cell 2 is controlled so as to be the same as this voltage.
At this time, the current I flowing through the first electrochemical cell 2 is only the soot electrochemical oxidation current I _PM according to the formula 1.
By measuring and accumulating this current, the amount of soot can be accurately measured without being affected by the oxygen concentration of the gas space 11 to be measured.

図５は、本発明における図１の煤検出装置について煤堆積量Ｑと積算電流Ｉ_ＳＵＭの関係を示したものであり、被測定ガス空間１１中の酸素濃度が変化しても精度よく煤堆積量を検出できることがわかる。
本図は、図３、図４に示した異なる酸素濃度において、第１の電気化学セル２で検出された電圧電流特性を示すもので、被測定ガス中の酸素濃度によらず、精度良く、粒子状物質の堆積量を検出することができることが分かる。 Figure 5 is for the soot detecting apparatus of FIG. 1 in the present invention showing the relationship of the integrated current I _SUM soot deposition amount Q, also accurately soot deposition vary the oxygen concentration in the measurement gas space 11 It can be seen that the quantity can be detected.
This figure shows the voltage-current characteristics detected by the first electrochemical cell 2 at the different oxygen concentrations shown in FIGS. 3 and 4, and is accurate regardless of the oxygen concentration in the gas to be measured. It can be seen that the amount of particulate matter deposited can be detected.

図６、図７、図８は本発明における、他の実施形態を示した図である。
なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、類似の構成についてはアルファベットの枝番を付して区別したので、詳細な説明を省略し、各実施形態の特徴的な点、他の実施形態との相違点を中心に説明する。また、他の実施形態においても同様である。
図６に示す本発明の第２の実施形態における煤検出装置１ａにおいては、図７に示すように、煤検出素子１０ａを構成するアルミナ等の絶縁性材料からなるスペーサ５ａの基準ガス空間５１ａを区画する絶縁体壁面の少なくとも一部が多孔質セラミック層１００ａとなっている。
ここで、スペーサ５ａの多孔質セラミック層１００ａは、上述の多孔質セラミック層１００と同様、被測定ガス空間１１内の気体は透過できるが、煤は透過できない細孔を有する。
したがって基準ガス空間５１ａのガス成分は、被測定ガス空間１１のガス成分とほぼ等しくなる。 6, 7 and 8 are diagrams showing another embodiment of the present invention.
In the following description of the embodiments, the same components as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and similar components are distinguished by adding alphabetical branch numbers. Description will be made centering on characteristic features of the embodiment and differences from the other embodiments. The same applies to other embodiments.
In the soot detecting device 1a in the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7, the reference gas space 51a of the spacer 5a made of an insulating material such as alumina constituting the soot detecting element 10a is provided. At least a part of the partitioning insulator wall surface is a porous ceramic layer 100a.
Here, the porous ceramic layer 100a of the spacer 5a has pores that can pass the gas in the measured gas space 11 but cannot pass soot, like the porous ceramic layer 100 described above.
Therefore, the gas component in the reference gas space 51a is substantially equal to the gas component in the measured gas space 11.

すなわち、図６の実施例１ａでは煤を除いた被測定ガス空間１１内のガスと同じ気体成分のガスを基準ガスとして用いる。このため、本実施形態においては、基準ガス空間５１ａ内に大気を導入する必要がないので、スペーサ５ａには、通路部５２を設ける必要はない。
原理的には、このとき被測定ガス空間１１の酸素濃度と基準ガス空間５１ａの酸素濃度とは同じであるので、第２の電気化学セル３には起電力が発生しない（電極３１、３２間の電圧Ｖ_ＲＥＦが０になる）ため、第１の電気化学セル２に印加される電圧Ｖ_Ｄは０となり、電極２１、２２間を短絡したものと同じ状態になる。 That is, in Example 1a of FIG. 6, a gas having the same gas component as the gas in the measured gas space 11 excluding soot is used as the reference gas. For this reason, in this embodiment, since it is not necessary to introduce the atmosphere into the reference gas space 51a, it is not necessary to provide the passage portion 52 in the spacer 5a.
In principle, since the oxygen concentration in the measured gas space 11 and the oxygen concentration in the reference gas space 51a are the same at this time, no electromotive force is generated in the second electrochemical cell 3 (between the electrodes 31, 32). the voltage _{V REF} becomes 0) for the voltage _{V D} applied to the first electrochemical cell 2 becomes in the same state as that shorted for 0, electrodes 21 and 22.

一方、酸素センサ等の一般的なガスセンサにおいて慣用されているように、煤検出装置１においても、基準ガスとして大気を用いる場合、煤検出素子１０を略筒状のハウジングに保持し、各種の信号線を引き出しつつ、基端側を封止する構造が取られ、その封止部分に大気導入するための通気孔を設けて、さらに、その通気孔に多孔質のフッ素樹脂等からなる撥水フィルタを設けて、通気孔から水分が侵入するのを防ぐ必要があり、センサとしての構造が複雑となっていた。
本実施形態によれば、前記実施形態と同様に、被測定ガス中の酸素濃度の如何に拘わらず、第１の検知電極２２の表面上に堆積した煤量を精度良く検出することができるのに加えて、基準ガスとしての大気を導入するための構成を設ける必要がないので、従来行われているような水分の侵入を阻止しつつ大気をセンサ内に導入するための複雑な構造を取る必要がなく、極めて簡素な構造となるだけでなく、通気孔が存在しないので基端側からの浸水を完全に遮断し、煤検出装置１ａのさらなる信頼性、耐久性の向上を図ることも可能となる。 On the other hand, as commonly used in general gas sensors such as oxygen sensors, in the soot detection device 1, when air is used as a reference gas, soot detection element 10 is held in a substantially cylindrical housing, and various signals are used. A structure that seals the base end side while drawing a wire is provided, a vent hole for introducing air into the sealed portion is provided, and a water repellent filter made of porous fluororesin or the like is further provided in the vent hole It is necessary to prevent moisture from entering from the air holes, and the structure as a sensor is complicated.
According to the present embodiment, as in the above-described embodiment, the amount of soot accumulated on the surface of the first detection electrode 22 can be accurately detected regardless of the oxygen concentration in the gas to be measured. In addition, since it is not necessary to provide a configuration for introducing the atmosphere as a reference gas, a complicated structure for introducing the atmosphere into the sensor while preventing moisture from entering as in the past is adopted. It is not necessary and not only has a very simple structure, but also has no ventilation hole, so it is possible to completely block water from the base end side and further improve the reliability and durability of the soot detection device 1a. It becomes.

また、被測定ガス空間１１と基準ガス空間５１ａのガス成分濃度が同じとなる構成であれば、第１の電気化学セル２の電極２１、２２間の電圧を０に制御することで、図８に示す本発明の第３の実施形態における煤検出装置１ｂのような第２の電気化学セル３を省略すした構造の煤検出素子１０ｂを用いることが可能になる。
第３の実施形態における煤検出装置１ｂにおいても、第２の実施形態における煤検出装置１ａと同様、高い精度で煤検出が可能で、かつ、基準ガスとしての大気を導入するための構造を省略できる効果が発揮されるのに加え、煤検出素子１０ｂの構造が極めて簡単で、製造コストの削減を図ることも可能となる。 Further, if the gas component concentration in the gas space to be measured 11 and the reference gas space 51a are the same, the voltage between the electrodes 21 and 22 of the first electrochemical cell 2 is controlled to 0, so that FIG. It is possible to use the soot detecting element 10b having a structure in which the second electrochemical cell 3 is omitted, such as the soot detecting device 1b in the third embodiment of the present invention shown in FIG.
In the soot detection device 1b according to the third embodiment, the soot detection with high accuracy is possible and the structure for introducing the atmosphere as the reference gas is omitted as in the soot detection device 1a according to the second embodiment. In addition to exhibiting the effect that can be achieved, the structure of the wrinkle detecting element 10b is extremely simple, and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、図９に示す第４の実施形態における煤検出装置１ｃのように、スペーサ５ｃに被測定ガス空間１１と連通し、煤もガスも通過できる連通孔１２を形成し、第１の基準電極２１ｂを被覆するように、ガスは透過できるが煤は透過できない細孔を有する多孔質セラミック層１００ｃを形成した煤検出素子１０ｃを用いた場合でも同様の効果が得られる。 Further, as in the soot detecting device 1c in the fourth embodiment shown in FIG. 9, a communication hole 12 is formed in the spacer 5c so as to communicate with the gas space 11 to be measured and through which soot and gas can pass. The same effect can be obtained even when the soot detecting element 10c having the porous ceramic layer 100c having pores that can permeate gas but cannot permeate so as to cover 21b.

図１０、図１１は、本発明における、他の実施形態を示した図である。
図１０に示す本発明の第５の実施形態における煤検出装置１ｄは、図１の実施例の煤検出装置１の第１の検知電極２２、及び、第２の検知電極３２が形成される側の面に、アルミナ等の絶縁性材料によりなるスペーサ１４と遮蔽板１３とを形成した煤検出素子１０ｄが用いられている。
さらに、固体電解質体４の表面と、スペーサ１４と、遮蔽板１３とにより、煤捕集空間１６が区画され、スペーサ１４に形成された切り欠き部により煤捕集空間１６と被測定ガス空間１１が連通するようになっている。
遮蔽板１３の煤捕集空間１６に面する側には、静電場を印加するための静電場印加電極１５が、第１の検知電極２２及び第２の検知電極３２と対向するように形成されている。 10 and 11 are diagrams showing another embodiment of the present invention.
The wrinkle detection device 1d according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 10 is the side on which the first detection electrode 22 and the second detection electrode 32 of the wrinkle detection device 1 of the example of FIG. 1 are formed. A wrinkle detecting element 10d having a spacer 14 made of an insulating material such as alumina and a shielding plate 13 formed on the surface is used.
Furthermore, the soot collection space 16 is partitioned by the surface of the solid electrolyte body 4, the spacer 14, and the shielding plate 13, and the soot collection space 16 and the measured gas space 11 are formed by the notch formed in the spacer 14. Has come to communicate.
An electrostatic field application electrode 15 for applying an electrostatic field is formed on the side of the shielding plate 13 facing the soot collection space 16 so as to face the first detection electrode 22 and the second detection electrode 32. ing.

一般に内燃機関の燃焼排気中に含まれる煤粒子は＋に帯電しているため、静電場印加電極１５と第１の検知電極２２との間に第１の検知電極２２が負極となるように電圧を印加すると、静電場印加電極１５と第１の検知電極２２との間の空間に静電場が形成され、＋に帯電した煤粒子はこの静電場の影響を受けて負極である第１の検知電極２２の表面上に捕集される。
これにより、被測定ガス空間１１内に浮遊する煤をより効果的に捕集することが可能になり、煤検出装置１ｄの検出感度が向上する。
さらに、図１１に示す本発明の第６の実施形態における煤検出装置１ｅは、図８の実施例の煤検出装置１ｂについて、煤捕集空間１６及び静電場印加電極１５を設けた煤検出素子１０ｅを用いるもので、図１０の実施例と同様の効果を有する。 In general, the soot particles contained in the combustion exhaust gas of the internal combustion engine are charged positively, so that a voltage is applied so that the first detection electrode 22 becomes a negative electrode between the electrostatic field application electrode 15 and the first detection electrode 22. Is applied, an electrostatic field is formed in the space between the electrostatic field application electrode 15 and the first detection electrode 22, and the positively charged soot particles are affected by the electrostatic field and are subjected to the first detection as a negative electrode. It is collected on the surface of the electrode 22.
Thereby, it becomes possible to collect the soot floating in the gas space 11 to be measured more effectively, and the detection sensitivity of the soot detecting device 1d is improved.
Furthermore, the soot detecting device 1e according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 11 is the soot detecting element provided with the soot collecting space 16 and the electrostatic field applying electrode 15 in the soot detecting device 1b in the example of FIG. 10e is used and has the same effect as the embodiment of FIG.

図１２を参照して、本発明の第７の実施形態における煤検出装置１ｆについて説明する。
上記実施形態においては、固体電解質体４の対向する表面にそれぞれ第１の基準電極２１、２１ｆと第１の検知電極２２、２２ｂとを設け、第１の基準電極２１、２１ｂを被測定ガス空間１１とは別に区画した基準ガスを導入する基準ガス空間５１、５１ａ、５１ｃに対向させ、第１の検知電極２２、２２ｂを被測定ガス空間に対向させて第１の電気化学セル２、２ｂを固体電解質体４を挟み込むようにして形成した例を示したが、本実施形態においては、被測定ガス空間１１と同一の空間を基準ガス空間５１ｆとして利用し、被測定ガス空間１１に面する固体電解質体４の片側の表面にのみ、第１の基準電極２１ｆと第１の検知電極２２ｆとの両方を形成し、かつ、第１の基準電極２１ｆの表面を、被測定ガス中に存在する煤は透過せず、気体のみを透過する多孔質セラミック層１００ｆによって覆い、第１の電気化学セル２ｆとし、第１の基準電極２１ｆと第１の検知電極２２ｆとを短絡させ、第１の電気化学セル２ｆに印加される電圧を０として、第１の電気化学セル２ｆに流れる酸素イオン電流を検出するようにした点が相違する。
本実施形態においては、図８に示した本発明の第３の実施形態と同様の効果に加え、被測定ガス空間１１とは別の基準ガス空間５１を区画する必要がなく、基準ガス空間５１ｆとして被測定ガス空間１１を利用している構造であるため、煤検出素子１０ｆのさらなる簡素化を図ることもできる。 With reference to FIG. 12, a wrinkle detection device 1f according to a seventh embodiment of the present invention will be described.
In the said embodiment, the 1st reference electrodes 21 and 21f and the 1st detection electrodes 22 and 22b are provided in the surface which the solid electrolyte body 4 opposes, respectively, and the 1st reference electrodes 21 and 21b are measured gas space. The first electrochemical cells 2, 2 b are made to face the reference gas spaces 51, 51 a, 51 c for introducing the reference gas separately from 11 and the first detection electrodes 22, 22 b to face the gas space to be measured. In the present embodiment, the solid electrolyte body 4 is formed so as to sandwich the solid electrolyte body 4. However, in the present embodiment, the same space as the measured gas space 11 is used as the reference gas space 51 f and the solid facing the measured gas space 11 is used. Both the first reference electrode 21f and the first detection electrode 22f are formed only on one surface of the electrolyte body 4, and the surface of the first reference electrode 21f is present in the gas to be measured. Is not transparent, The first electrochemical cell 2f is covered with a porous ceramic layer 100f that transmits only the body, and the first reference electrode 21f and the first detection electrode 22f are short-circuited and applied to the first electrochemical cell 2f. The difference is that the oxygen ion current flowing through the first electrochemical cell 2f is detected by setting the voltage to 0.
In the present embodiment, in addition to the same effects as those of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 8, there is no need to divide the reference gas space 51 different from the measured gas space 11, and the reference gas space 51f. Therefore, the soot detection element 10f can be further simplified.

図１３に示す本発明の第８の実施形態における煤検出装置１ｇでは、第８の実施形態と同様に、第１の基準電極２１ｆ、及び、第１の検知電極２２ｆを固体電解質体４の被測定ガス空間１１に対向する側の表面に形成し、第１の基準電極２１ｆは、多孔質セラミック層１００ｆに被覆されている。
さらに、これらの電極２１ｆ、２２ｆが形成される側の面に、アルミナ等の絶縁性材料によりなるスペーサ１４ｇと遮蔽板１３が形成されて、スペーサ１４gと、遮蔽板１３とにより、煤捕集空間１６が基準ガス空間５１ｇを兼用して区画され、スペーサ１４gに形成された切り欠き部により煤捕集空間１６と被被測定ガス空間１１とが連通するようになっている。
遮蔽板１３の煤捕集空間１６に面する側には、静電場を印加するための静電場印加電極１５が、第１の基準電極２１ｆ及び第１の検知電極２２ｆと対向するように形成され、煤検出素子１０ｇが構成されている。
本実施形態においても、上記実施形態と同様、高い精度で煤検出を実施できるのに加えて、静電場印加電極１５によって、第１の検知電極２２ｆと静電場印加電極１５と間に、煤を捕集する静電場を作用させ、被測定ガス空間１１内に浮遊する煤をより効果的に捕集することが可能になり、煤検出装置１ｇの検出感度を向上させることできる。 In the wrinkle detection device 1g according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 13, the first reference electrode 21f and the first detection electrode 22f are attached to the solid electrolyte body 4 as in the eighth embodiment. The first reference electrode 21f is formed on the surface facing the measurement gas space 11, and is covered with the porous ceramic layer 100f.
Further, a spacer 14g made of an insulating material such as alumina and a shielding plate 13 are formed on the surface on which these electrodes 21f and 22f are formed. The spacer 14g and the shielding plate 13 form a soot collection space. 16 is also used as a reference gas space 51g, and the soot collection space 16 and the gas space to be measured 11 are communicated with each other by a notch formed in the spacer 14g.
On the side of the shielding plate 13 facing the soot collection space 16, an electrostatic field application electrode 15 for applying an electrostatic field is formed so as to face the first reference electrode 21f and the first detection electrode 22f. The wrinkle detecting element 10g is configured.
Also in the present embodiment, in addition to being able to detect wrinkles with high accuracy, in the same manner as in the above embodiment, a wrinkle is formed between the first detection electrode 22f and the electrostatic field applying electrode 15 by the electrostatic field applying electrode 15. The electrostatic field to be collected can be applied, so that the soot floating in the measured gas space 11 can be collected more effectively, and the detection sensitivity of the soot detecting device 1g can be improved.

１煤検出装置
２第１の電気化学セル
３第２の電気化学セル
４固体電解質体
５、１４スペーサ
５１基準ガス空間
９加熱手段（ヒータ）
１００多孔質セラミック層
１２スリット
１３遮蔽層
１６煤捕集空間
１１被測定ガス空間
１５、２１、２２、３１、３２電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Soot detection apparatus 2 1st electrochemical cell 3 2nd electrochemical cell 4 Solid electrolyte body 5, 14 Spacer 51 Reference gas space 9 Heating means (heater)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Porous ceramic layer 12 Slit 13 Shielding layer 16 Soot collection space 11 Gas space to be measured 15, 21, 22, 31, 32 Electrode

特開２００９−２８１９７４JP 2009-281974 A

Claims

少なくとも、酸素イオン導電性の固体電解質体（４）の表面において、被測定ガス空間（１１）内に存在し、煤を含む被測定ガスに面する第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）と、前記被測定ガス空間（１１）とは別に区画した基準ガス空間（５１、５１ａ、５１ｃ、５１ｇ）内に存在し、又は、前記被測定ガス空間（１１）と同一の空間とした基準ガス空間（５１ｆ）内に存在し、煤を含まない基準ガスに面する第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）とからなる一対の電極（２１、２２、２１ｂ、２２ｂ、２１ｆ、２２ｆ）を有し、これらの一対の電極（２１、２２、２１ｂ、２２ｂ、２１ｆ、２２ｆ）間への通電により前記第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）から前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に向かって前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤を酸化させるための酸素を供給する第１の電気化学セル（２、２ｂ、２ｆ）と、前記固体電解質体（４）を加熱する加熱手段（９）とを備えた煤検出素子（１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ）を被測定ガス中に配設して、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤を酸化させたときの電気化学的変化を検出して、被測定ガス空間（１１）内に存在する煤を検出する煤検出装置であって、
前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）と前記第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）との間に印加する検知電圧（Ｖ_Ｄ）と、煤が堆積していない状態における電圧閾値（Ｖ_ＲＥＦ）とが等しくなるように電圧制御することにより、
前記第１の基準電極（２１、２１ｂ、２１ｆ）から前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に煤を酸化させるための酸素を供給して、前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤を酸化させたときに、前記第１の電気化学セル（２、２ｂ、２ｆ）に流れる酸素イオン電流信号（Ｉ_ＰＭ）から前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）の表面上に堆積した煤量を検出する手段を有することを特徴とする煤検出装置（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）。 First detection electrodes (22, 22b, 22f) that are present in the measured gas space (11) and face the measured gas including soot at least on the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body (4). When the reference gas space and the measurement gas space (11) which is partitioned separately (51, 51a, 51c, 51 g) present in, or reference gas with the same space as the measurement gas space (11) A pair of electrodes (21, 22, 21b, 22b, 21f, 22f) comprising a first reference electrode (21, 21b, 21f) that exists in the space (51f) and faces the reference gas that does not contain soot. And the first reference electrode (21, 21b, 21f) to the first detection electrode (22, 22b) by energization between the pair of electrodes (21, 22, 21b, 22b, 21f , 22f ). , 22f) A first electrochemical cell (2, 2b, 2f) for supplying oxygen for oxidizing soot deposited on the surface of the first sensing electrode (22, 22b, 22f), and the solid electrolyte body ( 4) A soot detecting element (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g) provided with a heating means (9) for heating the gas is measured in the gas to be measured, and the first detection It is a soot detection device that detects soot existing in the gas space to be measured (11) by detecting an electrochemical change when soot deposited on the surface of the electrodes (22, 22b, 22f) is oxidized. And
The detection voltage (V _D ) applied between the first detection electrode (22, 22b, 22f) and the first reference electrode (21, 21b, 21f ), and the voltage when no soot is deposited By controlling the voltage so that the threshold value (V _REF ) is equal,
Oxygen for oxidizing soot is supplied from the first reference electrode (21, 21b, 21f) to the first detection electrode (22, 22b, 22f), and the first detection electrode (22, 22b) is supplied. , when to oxidize the soot deposited on the surface of 22f), said first electrochemical cell (2 and 2b, the first sensing electrode of an oxygen ion current signal flowing through 2f) _{(I PM) (22} , 22b, 22f), a soot detecting device (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g) having means for detecting the soot amount accumulated on the surface of the soot.

前記手段は、前記第１の電気化学セル（２、２ｂ、２ｆ）に流れる酸素イオン電流信号（Ｉ_ＰＭ）の積算値（Ｉ_ＳＵＭ）から前記第１検知電極（２２、２２ｂ）の表面上に堆積した煤量を検出することを特徴とする請求項１に記載の煤検出装置（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）。 Said means, said first electrochemical cell (2 and 2b, 2f) on the surface of the oxygen ion current signal flowing through the integrated value of _{(I PM)} the first sensing electrode from _{(I SUM) (22,22b)} The soot detecting device (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g) according to claim 1, wherein the amount of soot accumulated is detected.

前記基準ガス空間（５１ａ、５１ｃ、５１ｇ）と前記被測定ガス空間（１１）とが連通し、又は、前記基準ガス空間（５１ｆ）と前記被測定ガス空間（１１）とを同一の空間とし、かつ、前記被測定ガス空間（１１）内の被測定ガスを被測定ガス中に存在する煤は透過せず、気体は透過する多孔質セラミック層（１００ａ、１００ｃ、１００ｆ）を透過させて、煤を含まない前記基準ガスとして、前記第１の基準電極（２１、２１ｂ）が接していることを特徴とする請求項１、又は、２に記載の煤検出装置（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）。 The reference gas space (51a , 51c, 51g ) and the measured gas space (11) communicate with each other, or the reference gas space ( 51f) and the measured gas space (11) are the same space. In addition, the soot existing in the gas to be measured does not pass through the gas to be measured in the gas space to be measured (11), and the gas passes through the porous ceramic layers ( 100a, 100c, 100f ). The soot detection device (1a, 1b, 1c) according to claim 1 or 2, wherein the first reference electrode (21, 21b) is in contact with the reference gas not containing soot. 1e, 1f, 1g).

前記固体電解質体（４）の表面に、前記第１の検知電極（２２）と同じ被測定ガス空間（１１）に対して、被測定ガス中に存在する煤は透過せず気体は透過する多孔質セラミック層（１００）を介して面する、第２の検知電極（３２）と、
前記第１の基準電極（２１）と同じ、前記基準ガス空間（５１、５１ａ）に面して設けた第２の基準電極（３１）とからなる一対の電極（３１、３２）を有し、
これら一対の電極（３１、３２）間の起電力を測定する第２の電気化学セル（３）を備え、前記第２の電気化学セル（３）の電極（３１、３２）間の電圧を、前記電圧閾値（Ｖ_ＲＥＦ）として、前記第１の電気化学セル（２）の電極（２１、２２）間に前記検知電圧（Ｖ_Ｄ）を印加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の煤検出装置（１、１ａ、１ｄ）。 On the surface of the solid electrolyte body (4), a porous material that does not permeate the soot existing in the measurement gas but permeates the gas to the measurement gas space (11) that is the same as the first detection electrode (22). A second sensing electrode (32) facing through the porous ceramic layer (100);
A pair of electrodes (31, 32) consisting of a second reference electrode (31) provided facing the reference gas space (51 , 51a ), the same as the first reference electrode (21);
A second electrochemical cell (3) for measuring the electromotive force between the pair of electrodes (31, 32) is provided, and the voltage between the electrodes (31, 32) of the second electrochemical cell (3) is The detection voltage (V _D ) is applied between the electrodes (21, 22) of the first electrochemical cell (2) as the voltage threshold (V _REF ). The wrinkle detection device according to claim 1 (1, 1a, 1d).

前記第１の基準電極（２１ｂ、２１ｆ）が被測定ガス中の煤は透過せず気体は透過する多孔質セラミック層（１００ａ、１００ｃ、１００ｆ）を介して、前記第１の検知電極（２２ｂ、２２ｆ）が面する被測定ガス空間（１１）に存在する被測定ガスと同一の気体が存在する基準ガス空間（５１ａ、５１ｃ、５１ｆ）に面すると共に、
前記第１の電気化学セル（２ｂ、２ｆ）の一対の電極（２１ｂ、２２ｂ、２１ｆ、２２ｆ）間を短絡させて、前記電圧閾値（Ｖ_ＲＥＦ）、即ち、前記検知電圧（Ｖ_Ｄ）を０とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の煤検出装置（１ｂ、１ｃ、１ｅ、１ｆ、１ｇ）。 The first reference electrodes (21b, 21f) pass through the first sensing electrodes (22b, 21f) via the porous ceramic layers ( 100a, 100c , 100f) that do not transmit soot in the gas to be measured but transmit gas. 22f ) faces the reference gas space (51a, 51c, 51f) where the same gas as the gas to be measured exists in the gas space to be measured (11) facing
The pair of electrodes (21b, 22b , 21f, 22f ) of the first electrochemical cell (2b , 2f ) is short-circuited, and the voltage threshold (V _REF ), that is, the detection voltage (V _D ) is set to 0. The wrinkle detection device (1b, 1c, 1e, 1f, 1g) according to any one of claims 1 to 3.

前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）に対向して絶縁体（１４）を介して設けた静電場印加電極（１５）を有し、
前記第１の検知電極（２２、２２ｂ、２２ｆ）と前記静電場印加電極（１５）との間に電圧（Ｖ_ＳＴ）を印加して静電場を形成することにより前記第１の検知電極の表面上に煤を捕集することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の煤検出装置（１ｄ、１ｅ、１ｇ）。 An electrostatic field application electrode (15) provided via an insulator (14) facing the first detection electrode (22 , 22b , 22f );
The surface of the first sensing electrode is formed by applying a voltage (V _ST ) between the first sensing electrode (22 , 22b , 22f ) and the electrostatic field applying electrode (15) to form an electrostatic field. The soot detecting device (1d, 1e, 1g) according to any one of claims 1 to 5, wherein soot is collected on the top.