JP6426976B2

JP6426976B2 - 粒子検知システム

Info

Publication number: JP6426976B2
Application number: JP2014217344A
Authority: JP
Inventors: 杉山　武史; 武史杉山; 雅幸本村; 大澤　敬正; 敬正大澤; 裕和村瀬
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: US20170307498A1; JP2016085094A; US10401273B2; DE112015004811T5; WO2016063491A1

Description

本発明は、被測定ガス中の粒子を検知する粒子検知システムに関する。

従来より、被測定ガス中に含まれる煤などの粒子を検知する粒子センサを備える粒子検知システムが知られている。このような粒子検知システムとしては、具体的には、例えば、コロナ放電によってイオンを生成し、この生成したイオンによって排ガス中の粒子（煤など）を帯電させることにより、排ガス中の粒子の量を検知する粒子検知システムが挙げられる。特許文献１には、そのような粒子検知システムの一例として、ディーゼルエンジンを備える車両に搭載され、粒子センサ１００と、これを制御するセンサ駆動部１１０とが、ケーブル１２０を介して接続された粒子検知システムが開示されている。
また、特許文献２，３には、検知部に二重筒状に重なる一対の電極を含み、この電極間を流通する被測定ガス中の粒子で、予め電極の表面上に粒子が付着したＰＭ塊（ＰＭ構造体（particulate matter structures））を形成した上で、被測定ガスを流し、電極に高電圧を印加することにより、電極間を移動する帯電したＰＭ塊を用いて、粒子を検知する粒子検知システムが開示されている。

これらの粒子検知システムでは、粒子センサに設けられた絶縁部材の表面に煤などの粒子が付着することにより、絶縁部材の表面の絶縁性が低下すると、粒子の検知精度が低下したり、検知が不可能になったりするなどの検知性能の低下が生じることがある。そこで、絶縁部材の表面を加熱するヒータを、粒子センサに備え、このヒータの加熱により、絶縁部材の表面に付着した煤などの付着粒子を燃焼させて除去する粒子検知システムが提案されている。例えば、特許文献１の粒子検知システムでは、粒子センサ１００のうち、絶縁セラミック（絶縁材）からなるセンサユニット３００にヒータパターン３８０が設けられている。このヒータパターン３８０で、センサユニット３００全体を５５０〜６００℃に昇温させ、放電パターン３２０の第１の電極３２２などに付着した煤を燃焼させて除去する。

特開２０１３−１７０９１４号公報米国特許公開公報ＵＳ２０１２／０３１２０７４Ａ１米国特許公開公報ＵＳ２０１３／０２１９９９０Ａ１

ところで、絶縁部材の表面に付着した煤などの付着粒子を燃焼させる温度よりも低温であるが、所定温度以上に昇温させておくことで、絶縁部材の表面に粒子が付着しにくくなることが判ってきた。

本発明は、かかる知見に鑑みてなされたものであって、絶縁部材の表面への粒子の付着を抑制できる粒子検知システムを提供する。

その一態様は、被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える粒子検知システムであって、上記粒子センサは、上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、上記粒子検知システムは、上記ヒータ部への通電で、上記ガス接触表面に付着した付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度よりも低温であるが、通電しない場合に比べて上記ガス接触表面への上記粒子の付着が抑制される付着抑制温度に、上記ガス接触表面を昇温させる付着抑制通電手段を備え、前記検知部は、気中放電によりイオンを生成するイオン源を含み、生成した上記イオンを前記被測定ガス中を浮遊する前記粒子に付着させ帯電させて帯電粒子とする帯電部を有し、上記イオン源は、上記気中放電を生じる放電部を含む放電電極体を有し、前記絶縁部材は、上記放電部を露出させつつ上記放電電極体を覆い、前記ガス接触表面であり上記放電部の周囲に位置する放電部周囲表面を有し、前記ヒータ部は、上記絶縁部材の上記放電部周囲表面を加熱する粒子検知システムである。

この粒子検知システムでは、付着抑制通電手段によるヒータ部への通電で、付着抑制温度（絶縁部材のガス接触表面に付着した付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度よりも低温であるが、通電しない場合に比べてガス接触表面への粒子の付着が抑制される温度）に、絶縁部材のガス接触表面を昇温させる。これにより、ヒータ部に通電しない場合に比べて、ガス接触表面への粒子の付着を抑制することができる。
加えて、気中放電を生じる放電電極体の放電部やその周囲に付着粒子が付着すると、気中放電の状態が変化し、生成できるイオンの量が減少するなど、変動するため、粒子の検知精度が低下したり、粒子の検知が不可能になるなどの、粒子の検知性能の低下が生じることがある。
これに対し、この粒子検知システムでは、放電電極体を覆う絶縁部材の放電部周囲表面をヒータで加熱する。これにより、放電部周囲表面や放電部への粒子の付着を抑制し、イオン源における気中放電を適切に生じさせて、粒子を適切に検知することができる。

なお、煤などの付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度は、例えば６５０℃〜７００℃以上の温度である。一方、付着抑制温度は、この粒子燃焼温度よりも低温で、なおかつ、ガス接触表面への粒子の付着が抑制される温度である。より具体的には、例えば、被測定ガスの温度よりも数１０℃〜１００℃程度高い温度から、付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度のうち下限の温度までの範囲から選択した温度が挙げられる。エンジンの形式、燃料等により異なるが、ディーゼルエンジンの場合には、被測定ガスである排気ガスの温度は、例えば２５０℃〜３００℃程度である。この場合、付着抑制温度としては、３００℃〜６５０℃の範囲から選択した温度、例えば、排気ガスの温度よりも５０℃〜１００℃高い３５０℃が挙げられる。ガス接触温度をこのような付着抑制温度に昇温することで、ヒータ部に通電しない場合に比べて、ガス接触表面への粒子の付着が抑制される。
以下、上述のディーゼルエンジンの場合を例にして、このガス接触表面への粒子の付着が抑制される効果について説明する。

ヒータ部の発熱温度は、ヒータ部への印加電力とヒータ部の発熱抵抗体の温度特性との関係からほぼ定まるので、所定電力をヒータ部に印加することにより、ガス接触表面を付着抑制温度（例えば３５０℃）に昇温させることができる。このガス接触表面の温度は、周囲の排気ガスの温度（２５０℃〜３００℃）よりも高いため、ガス接触表面の周囲の排気ガスに、ガス接触表面に近づくほど高温となる温度勾配を生じる。

なお、粒子が浮遊している気体に温度勾配がある場合、気体中の粒子が、温度勾配の高温側から低温側に移動する、いわゆる熱泳動現象が知られている。
従って、ガス接触表面の周囲の被測定ガスに上述のような温度勾配を生じさせると、被測定ガス中の粒子は、熱泳動現象により、温度勾配の高温側から低温側、即ち、ガス接触表面から離れる方向に向かって移動しやすい。このため、付着抑制通電手段によるヒータ部への通電で、通電しない場合に比べてガス接触表面への粒子の付着が抑制されると考えられる。

さらに、上述の粒子検知システムであって、前記粒子センサは、前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、前記絶縁部材は、上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、前記ヒータ部は、上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する粒子検知システムとすると良い。
また他の態様は、被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える粒子検知システムであって、上記粒子センサは、上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、上記粒子検知システムは、上記ヒータ部への通電で、上記ガス接触表面に付着した付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度よりも低温であるが、通電しない場合に比べて上記ガス接触表面への上記粒子の付着が抑制される付着抑制温度に、上記ガス接触表面を昇温させる付着抑制通電手段を備え、前記粒子センサは、前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、前記絶縁部材は、上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、前記ヒータ部は、上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する粒子検知システムである。

内側金具と外側金具との間に介在する絶縁スペーサのガス接触表面に付着粒子が付着して、第１電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下して、第１電位と接地電位との間に漏れ電流が流れると、第１電位と接地電位との間を流れる信号電流の検知に誤差を生じ、粒子を適切に検知できなくなる。
これに対し、この粒子検知システムでは、絶縁スペーサのガス接触表面を、ヒータ部で加熱する。これにより、第１電位と接地電位との間に流れる漏れ電流を抑制し、信号電流の検知精度の低下を抑制して、粒子を適切に検知することができる。
前段落の後者の粒子検知システムでは、付着抑制通電手段によるヒータ部への通電で、付着抑制温度（絶縁部材のガス接触表面に付着した付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度よりも低温であるが、通電しない場合に比べてガス接触表面への粒子の付着が抑制される温度）に、絶縁部材のガス接触表面を昇温させる。これにより、ヒータ部に通電しない場合に比べて、ガス接触表面への粒子の付着を抑制することができる。
さらに、上述のいずれかの粒子検知システムであって、前記ヒータ部への通電で、前記粒子燃焼温度に、前記ガス接触表面を昇温させ、上記付着粒子を燃焼させて除去する燃焼除去通電手段を備える粒子検知システムとすると良い。
この粒子検知システムでは、付着抑制通電手段によるヒータ部への通電で、ガス接触表面への粒子の付着を抑制しつつ、ガス接触表面に付着粒子が付着した場合には、燃焼除去通電手段によるヒータ部への通電を行って、粒子燃焼温度（付着粒子が燃焼する温度範囲、例えば６５０℃〜７００℃以上の温度範囲から選択した温度、例えば７００℃）にガス接触表面を昇温させ、付着粒子を燃焼させて除去することができる。また、燃焼除去通電手段により付着粒子を燃焼させて除去する頻度を、付着抑制通電手段を備えていない場合に比べて低減することができる。

実施形態に係り、車両に搭載したエンジンの排気管に粒子検知システムを適用した状態を説明する説明図である。実施形態に係る粒子検知システムのうち、粒子センサの縦断面図である。実施形態に係る粒子検知システムのうち、粒子検知センサの構造を示す分解斜視図である。実施形態に係る粒子検知システムのうち、回路部の概略構成を示す説明図である。実施形態に係る第１絶縁スペーサの斜視図に関し、（ａ）は基端側から見た斜視図、（ｂ）は先端側から見た斜視図である。実施形態に係るセラミック素子の斜視図である。実施形態に係るセラミック素子の分解斜視図である。実施形態に係る粒子検知システムの電気的機能及び動作と、排気ガスの取り入れ及び排出の様子を模式的に示した説明図である。実施形態に係る粒子検知システムのうち、セラミック素子のガス接触部に付着した付着粒子と、これを加熱する素子用ヒータを示す説明図である。セラミック基体の放電部周囲表面の周囲の排気ガスに生じる温度勾配の様子を示す説明図である。第１絶縁スペーサのガス接触部の周囲の排気ガスに生じる温度勾配の様子を示す説明図である。実施形態に係る粒子検知システムのうち、粒子検知及びヒータ通電の処理を行うマイクロプロセッサの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る粒子検知システム１（以下、単にシステム１ともいう）は、図１に示すように、センサ本体をなす粒子センサ１０と、回路部２００とから構成され、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（本実施形態ではディーゼルエンジン）の排気管ＥＰ（通気管）に、粒子センサ１０が装着され、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の粒子Ｓ（煤など）の量を検知する。
このシステム１は、エンジンＥＮＧを制御するエンジン制御ユニットＥＣＵとＣＡＮバスを通じて接続されている。
なお、図２及び図３に、システム１のうち粒子センサ１０の構成を示し、図４に、システム１のうち回路部２００の構成を示す。

まず、図２及び図３を参照して、粒子センサ１０について説明する。
粒子センサ１０は、ガス取入管２５を有する内側金具２０、外側金具７０、第１絶縁スペーサ１００、第２絶縁スペーサ１１０、セラミック素子１２０、５本の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５等から構成される。なお、図２において、粒子センサ１０の長手方向ＧＨのうち、ガス取入管２５が配置された側（図中、下方）を先端側ＧＳとし、これと反対側の電線１６１，１６３等が延出する側（図中、上方）を基端側ＧＫとする。
なお、粒子センサ１０のうち、内側金具２０のガス取入管２５及びセラミック素子１２０の先端側部分は、排気ガスＥＧに晒される検知部１１をなす。

この粒子センサ１０は、接地電位ＰＶＥ（車両ＡＭのシャーシＧＮＤ）とされた金属製の排気管ＥＰに、金属製の取付用ボスＢＯを介して装着される（図２参照）。これにより、外側金具７０は、接地電位ＰＶＥとされる。また、内側金具２０の先端側部分をなすガス取入管２５が、排気管ＥＰに設けられた取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置される。そして、ガス取入口６５ｃからガス取入管２５内に取り入れた取入ガスＥＧＩ中の粒子Ｓに、イオンＣＰを付着させて帯電粒子ＳＣとし、取入ガスＥＧＩと共にガス排出口６０ｅから排気管ＥＰへ排出する（図８参照）。

このうち、内側金具２０は、後述する回路部２００のうち第１電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０等に、後述する電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１を介して導通しており、接地電位ＰＶＥとは異なる第１電位ＰＶ１とされる。この内側金具２０は、主体金具３０と、内筒４０と、内筒接続金具５０と、ガス取入管２５（内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５）とから構成される。

主体金具３０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この主体金具３０は、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部３１を有する。主体金具３０の内部には、カップ状の金属カップ３３が配置されている。この金属カップ３３の底部には孔が形成されており、この孔に後述するセラミック素子１２０が挿通されている。また、主体金具３０の内部には、セラミック素子１２０の周囲に、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、円筒状でアルミナからなるセラミックホルダ３４と、滑石粉末を圧縮して構成した第１粉末充填層３５及び第２粉末充填層３６と、円筒状でアルミナからなるセラミックスリーブ３７とが配置されている。なお、セラミックホルダ３４及び第１粉末充填層３５は、金属カップ３３内に位置している。更に、主体金具３０のうち最も基端側ＧＫの加締部３０ｋｋは、径方向内側に加締められて、加締リング３８を介してセラミックスリーブ３７を先端側ＧＳに押圧している。

内筒４０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。内筒４０の先端部は、径方向外側に突出する円環状のフランジ部４１となっている。内筒４０は、主体金具３０の基端側部３０ｋに外嵌され、フランジ部４１をフランジ部３１に重ねた状態で、基端側部３０ｋにレーザ溶接されている。
内筒４０の内部には、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、絶縁ホルダ４３と、第１セパレータ４４と、第２セパレータ４５とが配置されている。このうち絶縁ホルダ４３は、円筒状で絶縁体からなり、セラミックスリーブ３７に基端側ＧＫから当接している。この絶縁ホルダ４３には、セラミック素子１２０が挿通されている。
また、第１セパレータ４４は、絶縁体からなり、挿通孔４４ｃを有する。この挿通孔４４ｃ内には、セラミック素子１２０が挿通されると共に、放電電位端子４６の先端側部分が収容されている。そして、この挿通孔４４ｃ内において、セラミック素子１２０の後述する放電電位パッド１３５（図６及び図７参照）に、放電電位端子４６が接触している。

一方、第２セパレータ４５は、絶縁体からなり、第１挿通孔４５ｃ及び第２挿通孔４５ｄを有する。第１挿通孔４５ｃ内に収容された放電電位端子４６の基端側部分と後述する放電電位リード線１６２の先端部とは、この第１挿通孔４５ｃ内で接続されている。また、第２挿通孔４５ｄ内には、セラミック素子１２０の素子基端部１２０ｋが配置されているほか、補助電位端子４７、第２−１ヒータ端子４８及び第２−２ヒータ端子４９が互いに絶縁された状態で収容されている。そして、この第２挿通孔４５ｄ内において、セラミック素子１２０の補助電位パッド１４７に補助電位端子４７が接触し、セラミック素子１２０の第２−１ヒータパッド１５６に第２−１ヒータ端子４８が接触し、セラミック素子１２０の第２−２ヒータパッド１５８に第２−２ヒータ端子４９が接触している（図６及び図７も参照）。更に、第２挿通孔４５ｄ内には、後述する補助電位リード線１６４、第２−１ヒータリード線１７４及び第２−２ヒータリード線１７６の先端部がそれぞれ配置されている。そして、第２挿通孔４５ｄ内において、補助電位端子４７と補助電位リード線１６４が接続され、第２−１ヒータ端子４８と第２−１ヒータリード線１７４が接続され、第２−２ヒータ端子４９と第２−２ヒータリード線１７６が接続されている。

内筒接続金具５０は、ステンレス製の部材で、第２セパレータ４５の基端側部分を包囲しつつ、内筒４０の基端部４０ｋに外嵌され、内筒接続金具５０の先端部５０ｓが内筒４０の基端部４０ｋにレーザ溶接されている。この内筒接続金具５０には、電線１７１を除く、４本の電線１６１，１６３，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。このうち、後述する三重同軸ケーブルの電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、この内筒接続金具５０に接続されている。

ガス取入管２５は、内側プロテクタ６０と外側プロテクタ６５とから構成される。内側プロテクタ６０は、有底円筒状でステンレス製の部材であり、外側プロテクタ６５は、円筒状でステンレス製の部材である。外側プロテクタ６５は、内側プロテクタ６０の径方向周囲に配置されている。これら内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５は、主体金具３０の先端部３０ｓに外嵌され、その先端部３０ｓにレーザ溶接されている。ガス取入管２５は、主体金具３０から先端側ＧＳに突出するセラミック素子１２０の先端側部分（後述するイオン源１５）を径方向外側から包囲しており、セラミック素子１２０を水滴や異物から保護する一方、排気ガスＥＧをセラミック素子１２０の周囲に導く。

外側プロテクタ６５の先端側部分には、排気ガスＥＧを外側プロテクタ６５の内部に取り入れるための矩形状のガス取入口６５ｃが複数形成されている。また、内側プロテクタ６０には、外側プロテクタ６５内に取り入れた取入ガスＥＧＩを更に内側プロテクタ６０の内部に導入するため、その基端側部分に円形の第１内側導入孔６０ｃが複数形成されている。また、内側プロテクタ６０の先端側部分にも、三角形の第２内側導入孔６０ｄが複数形成されている。更に、内側プロテクタ６０の底部には、取入ガスＥＧＩを排気管ＥＰへ排出するための円形のガス排出口６０ｅが形成されており、このガス排出口６０ｅを含む先端部６０ｓは、外側プロテクタ６５の先端開口部６５ｓから先端側ＧＳに突出している。

ここで、粒子センサ１０の使用時における内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５への排気ガスＥＧの取り入れ及び排出について説明する（図８参照）。図８において、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を、図中、左から右に向けて流通している。この排気ガスＥＧが、外側プロテクタ６５及び内側プロテクタ６０の周囲を通ると、その流速が内側プロテクタ６０のガス排出口６０ｅの外側で上昇し、いわゆるベンチュリ効果により、ガス排出口６０ｅ付近に負圧が生じる。

すると、この負圧により内側プロテクタ６０内に取り入れられた取入ガスＥＧＩが、ガス排出口６０ｅから排気管ＥＰへ排出される。これと共に、外側プロテクタ６５のガス取入口６５ｃ周囲の排気ガスＥＧが、このガス取入口６５ｃから外側プロテクタ６５内に取り入れられ、更に、内側プロテクタ６０の第１内側導入孔６０ｃを通じて、内側プロテクタ６０内に取り入れられる。そして、内側プロテクタ６０内の取入ガスＥＧＩは、ガス排出口６０ｅから排出される。このため、内側プロテクタ６０内には、破線矢印で示すように、基端側ＧＫの第１内側導入孔６０ｃから先端側ＧＳのガス排出口６０ｅに向けて流れる取入ガスＥＧＩの気流が生じる。

次に、外側金具７０について説明する。この外側金具７０は、円筒状で金属からなり、内側金具２０の径方向周囲を内側金具２０とは離間した状態で囲むと共に、接地電位ＰＶＥ（車両ＡＭのシャーシＧＮＤ）とされた排気管ＥＰに装着されて接地電位ＰＶＥとされる。外側金具７０は、取付金具８０と外筒９０とから構成される。

取付金具８０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この取付金具８０は、内側金具２０のうち、主体金具３０及び内筒４０の先端側部分の径方向周囲に、これらとは離間して配置されている。この取付金具８０は、径方向外側に膨出して外形六角形状をなすフランジ部８１を有する。また、取付金具８０の内側には、段状をなす段状部８３が設けられている。また、取付金具８０のうちフランジ部８１よりも先端側ＧＳの先端側部８０ｓの外周には、排気管ＥＰへの固定に用いる雄ネジ（不図示）が形成されている。粒子センサ１０は、この先端側部８０ｓの雄ネジによって、排気管ＥＰに別途固定された金属製の取付用ボスＢＯに取り付けられ、この取付用ボスＢＯを介して排気管ＥＰに固定される。

取付金具８０と内側金具２０との間には、後述する第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が配置されている。更に、取付金具８０と内側金具２０との間には、後述するヒータ接続金具８５と、これに接続する電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２の先端部１７２ｓが配置されている。取付金具８０のうち最も基端側ＧＫの加締部８０ｋｋは、径方向内側に加締められて、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側ＧＳに押圧している。

外筒９０は、長手方向ＧＨに延びる筒状でステンレス製の部材である。この外筒９０の先端部９０ｓは、取付金具８０の基端側部８０ｋに外嵌され、この基端側部８０ｋにレーザ溶接されている。外筒９０のうち基端側ＧＫに位置する小径部９１の内部には、外筒接続金具９５が配置され、更にその基端側ＧＫには、フッ素ゴム製のグロメット９７が配置されている。これら外筒接続金具９５及びグロメット９７には、後述する５本の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。これらのうち、後述する三重同軸ケーブルの電線１６１，１６３の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、それぞれ外筒接続金具９５に接続されている。この外筒接続金具９５は、外筒９０の小径部９１と共に加締めによって径方向内側に縮径され、これにより外筒接続金具９５及びグロメット９７は、外筒９０の小径部９１内に固定されている。

次に、第１絶縁スペーサ１００について説明する（図５も参照）。この第１絶縁スペーサ１００は、長手方向ＧＨに延びる円筒状で、絶縁材であるアルミナからなる絶縁部材である。第１絶縁スペーサ１００は、内側金具２０と外側金具７０との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する。具体的には、内側金具２０のうち主体金具３０及び内筒４０の先端側部分と、外側金具７０のうち取付金具８０との間に配置されている。この第１絶縁スペーサ１００は、先端側ＧＳに位置する径小なスペーサ先端側部１０１と、基端側ＧＫに位置する径大なスペーサ基端側部１０３と、これらの間を結ぶスペーサ中間部１０２とからなる。

このうちスペーサ先端側部１０１の先端部は、粒子センサ１０を排気管ＥＰに装着した状態で、排気管ＥＰ内に露出し（排気管ＥＰ内を臨み）、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧに接するガス接触部１０１ｓとなっている。
また、スペーサ中間部１０２は、先端側ＧＳを向く外側段面１０２ｓと、基端側ＧＫを向く内側段面１０２ｋとを有する。これら外側段面１０２ｓ及び内側段面１０２ｋは、いずれも第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円環状をなす。外側段面１０２ｓは、取付金具８０の段状部８３に、基端側ＧＫから全周にわたり当接している。一方、内側段面１０２ｋには、主体金具３０のフランジ部３１が基端側ＧＫから当接している。

この第１絶縁スペーサ１００は、ガス接触部１０１ｓを加熱するスペーサ用ヒータ１０５を、第１絶縁スペーサ１００の内部に有する。具体的には、このスペーサ用ヒータ１０５は、タングステンからなる発熱抵抗体１０６と、この発熱抵抗体１０６の両端に導通する一対の第１−１ヒータ端子１０７及び第１−２ヒータ端子１０８とを有する。このうち発熱抵抗体１０６は、スペーサ先端側部１０１の部材内部に、蛇行状をなしながら全周にわたり形成されている。また、第１−１ヒータ端子１０７は、スペーサ中間部１０２の外側段面１０２ｓに形成されており、取付金具８０に導通している。具体的には、この第１−１ヒータ端子１０７は、外側段面１０２ｓの全面に、第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円環状に形成されており、全周にわたり取付金具８０の段状部８３に当接している。

一方、第１−２ヒータ端子１０８は、スペーサ基端側部１０３の内周面１０３ｎの基端側部分に、第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円筒状に形成されている。スペーサ基端側部１０３の径方向内側には、円筒状のヒータ接続金具８５が配置されており、スペーサ基端側部１０３の内周面１０３ｎの第１−２ヒータ端子１０８に接触している。このヒータ接続金具８５には、後述する電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２の先端部１７２ｓが接続されている。この電線１７１は、ヒータ接続金具８５から、内側金具２０と外側金具７０との間を基端側ＧＫに延び、更に外側金具７０の外部に延出している。

次に、第２絶縁スペーサ１１０について説明する。この第２絶縁スペーサ１１０は、長手方向ＧＨに延びる筒状でアルミナ製の部材である。第２絶縁スペーサ１１０は、内側金具２０と外側金具７０との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する。具体的には、第２絶縁スペーサ１１０は、内側金具２０のうち内筒４０の先端側部分と、外側金具７０のうち取付金具８０との間に配置されている。この第２絶縁スペーサ１１０は、先端側ＧＳに位置する先端側部１１１と、基端側ＧＫに位置する基端側部１１３とからなる。

このうち先端側部１１１は、基端側部１１３よりも外径が小さく肉薄とされている。この先端側部１１１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ基端側部１０３と内筒４０との間に配置されている。また、この先端側部１１１の外周面１１１ｍには、第２絶縁スペーサ１１０の周方向に延びる凹溝１１１ｖが全周にわたり形成されており、この凹溝１１１ｖには、前述のヒータ接続金具８５が配置されている。一方、基端側部１１３は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ基端側部１０３よりも基端側ＧＫに位置し、取付金具８０と内筒４０との間に配置されている。

前述のように、取付金具８０の加締部８０ｋｋは、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側ＧＳに押圧している。これにより、第２絶縁スペーサ１１０の先端側部１１１は、内筒４０のフランジ部４１及び主体金具３０のフランジ部３１を先端側ＧＳに押圧する。更にこれらのフランジ部４１，３１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ中間部１０２を先端側ＧＳに押圧して、このスペーサ中間部１０２が、取付金具８０の段状部８３に係合する。かくして、第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が、内側金具２０（主体金具３０及び内筒４０の先端側部分）と外側金具７０（取付金具８０）との間に固定されている。

次に、セラミック素子１２０について説明する（図６，図７も参照）。このセラミック素子１２０は、長手方向ＧＨに延びる板状で、絶縁材であるアルミナからなるセラミック基体１２１（絶縁部材）を有しており、このセラミック基体１２１内に、放電電極体１３０、補助電極体１４０及び素子用ヒータ１５０が埋設されて一体焼結されている。具体的には、セラミック基体１２１は、アルミナグリーンシート由来のアルミナからなる３つのセラミック層１２２，１２３，１２４を積層してなり、これらの層間には印刷により形成されたアルミナからなる２つの絶縁被覆層１２５，１２６がそれぞれ介在している。このうちセラミック層１２２及び絶縁被覆層１２５は、セラミック層１２３，１２４及び絶縁被覆層１２６よりも、先端側ＧＳ及び基端側ＧＫでそれぞれ長手方向ＧＨに短くされている。そして、絶縁被覆層１２５とセラミック層１２３の間に放電電極体１３０が配置されている。また、セラミック層１２３と絶縁被覆層１２６の間に補助電極体１４０が配置され、絶縁被覆層１２６とセラミック層１２４の間に素子用ヒータ１５０が配置されている。

放電電極体１３０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、先端側ＧＳに位置する針状の針状電極部１３１と、基端側ＧＫに位置する放電電位パッド１３５と、これらの間を結ぶリード部１３３とからなる。針状電極部１３１は、白金線からなる。一方、リード部１３３及び放電電位パッド１３５は、パターン印刷されたタングステンからなる。放電電極体１３０のうち、針状電極部１３１の基端側部１３１ｋとリード部１３３の全体は、セラミック基体１２１内に埋設されている。一方、針状電極部１３１のうち先端側部１３１ｓは、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも先端側ＧＳで、セラミック基体１２１から突出している。これにより、この針状電極部１３１の先端側部１３１ｓを含むセラミック素子１２０の先端側部分は、コロナ放電（後述する）によりイオンＣＰを生成するイオン源１５をなしている。また、このイオン源１５において、針状電極部１３１の先端側部１３１ｓのうち、先端の針状先端部１３１ｓｓが、コロナ放電（気中放電）を生じる放電部であり、後述するように、この針状先端部１３１ｓｓと内側プロテクタ６０との間でコロナ放電（気中放電）を生じ、イオンＣＰを生成する。
なお、セラミック基体１２１の先端側部分の表面は、ガス取入管２５（内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５）内に取り入れた排気ガスＥＧに接するガス接触表面１２１ｓとなっている（図８参照）。
また、放電電位パッド１３５は、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも基端側ＧＫで露出している。この放電電位パッド１３５には、前述したように、第１セパレータ４４の挿通孔４４ｃ内で放電電位端子４６が接触する。

補助電極体１４０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体１２１内に埋設されている。この補助電極体１４０は、先端側ＧＳに位置し、矩形状をなす補助電極部１４１と、この補助電極部１４１に接続し基端側ＧＫに延びるリード部１４３とからなる。リード部１４３の基端部１４３ｋは、絶縁被覆層１２６の貫通孔１２６ｃを通じて、セラミック層１２４の一方の主面１２４ａに形成された導通パターン１４５に接続している。更に、この導通パターン１４５は、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１４６を通じて、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された補助電位パッド１４７に接続している。この補助電位パッド１４７には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で補助電位端子４７が接触する。

素子用ヒータ１５０は、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体１２１内に埋設されている。素子用ヒータ１５０は、先端側ＧＳに位置しこのセラミック素子１２０を加熱する発熱抵抗体１５１と、この発熱抵抗体１５１の両端に接続し基端側ＧＫに延びる一対のヒータリード部１５２，１５３とからなる。一方のヒータリード部１５２の基端部１５２ｋは、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１５５を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された第２−１ヒータパッド１５６に接続している。この第２−１ヒータパッド１５６には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−１ヒータ端子４８が接触する。また、他方のヒータリード部１５３の基端部１５３ｋは、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１５７を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された第２−２ヒータパッド１５８に接続している。この第２−２ヒータパッド１５８には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−２ヒータ端子４９が接触する。

次に、電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５について説明する。これら５本の電線のうち、２本の電線１６１，１６３は、三重同軸ケーブル（トライアキシャルケーブル）であり、残り３本の電線１７１，１７３，１７５は、細径で単芯の絶縁電線である。
このうち電線１６１は、芯線（中心導体）として放電電位リード線１６２を有し、この放電電位リード線１６２は、前述のように、第２セパレータ４５の第１挿通孔４５ｃ内で放電電位端子４６に接続している。また、電線１６３は、芯線（中心導体）として補助電位リード線１６４を有し、この補助電位リード線１６４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で補助電位端子４７に接続している。また、これらの電線１６１，１６３の同軸二重の外部導体のうち、内側の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、内側金具２０の内筒接続金具５０に接続しており、第１電位ＰＶ１とされる。一方、外側の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、外側金具７０に導通する外筒接続金具９５に接続しており、接地電位ＰＶＥとされる。

また、電線１７１は、芯線として第１−１ヒータリード線１７２を有する。この第１−１ヒータリード線１７２は、前述のように、取付金具８０の内部でヒータ接続金具８５に接続している。また、電線１７３は、芯線として第２−１ヒータリード線１７４を有する。この第２−１ヒータリード線１７４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−１ヒータ端子４８に接続している。また、電線１７５は、芯線として第２−２ヒータリード線１７６を有する。この第２−２ヒータリード線１７６は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−２ヒータ端子４９に接続している。

次に、回路部２００について説明する（図４参照）。この回路部２００は、粒子センサ１０の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５に接続されており、粒子センサ１０を駆動すると共に、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有する。回路部２００は、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０と、計測制御回路２２０とを有する。

このうちイオン源電源回路２１０は、第１電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有する。第２電位ＰＶ２は、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされる。
補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、補助電極電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有する。この補助電極電位ＰＶ３は、第１電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２電位ＰＶ２のピーク電位よりも低い電位とされる。

計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０と、第１ヒータ通電回路２２３と、第２ヒータ通電回路２２５とを有する。このうち信号電流検知回路２３０は、第１電位ＰＶ１とされる信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥとされる接地入力端２３２とを有する。なお、接地電位ＰＶＥと第１電位ＰＶ１とは、互いに絶縁されており、信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１（第１電位ＰＶ１）と接地入力端２３２（接地電位ＰＶＥ）との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する回路である。

また、第１ヒータ通電回路２２３は、ＰＷＭ制御により第１絶縁スペーサ１００のスペーサ用ヒータ１０５に通電してこれを加熱する回路であり、電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２に接続される第１−１ヒータ通電端２２３ａと、接地電位ＰＶＥとされる第１−２ヒータ通電端２２３ｂとを有する。

なお、スペーサ用ヒータ１０５の第１−１ヒータ端子１０７は、ヒータ接続金具８５及び電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２を介して、第１ヒータ通電回路２２３の第１−１ヒータ通電端２２３ａに導通している。また、スペーサ用ヒータ１０５の第１−２ヒータ端子１０８は、外側金具７０及び外筒接続金具９５を介して、接地電位ＰＶＥとされる第１ヒータ通電回路２２３の第１−２ヒータ通電端２２３ｂに導通している。

このため、第１ヒータ通電回路２２３から、スペーサ用ヒータ１０５の第１−１ヒータ端子１０７と第１−２ヒータ端子１０８との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、スペーサ用ヒータ１０５の発熱抵抗体１０６が通電により発熱する。これにより、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ先端側部１０１を加熱して、スペーサ先端側部１０１のガス接触部１０１ｓに付着した煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡ（図２参照）を燃焼させて除去する。

また、第２ヒータ通電回路２２５は、ＰＷＭ制御によりセラミック素子１２０の素子用ヒータ１５０に通電してこれを加熱する回路であり、電線１７３の第２−１ヒータリード線１７４に接続される第２−１ヒータ通電端２２５ａと、電線１７５の第２−２ヒータリード線１７６に接続されて接地電位ＰＶＥとされる第２−２ヒータ通電端２２５ｂとを有する。

なお、素子用ヒータ１５０の第２−１ヒータパッド１５６は、第２−１ヒータ端子４８及び電線１７３の第２−１ヒータリード線１７４を介して、第２ヒータ通電回路２２５の第２−１ヒータ通電端２２５ａに導通している。また、素子用ヒータ１５０の第２−２ヒータパッド１５８は、第２−２ヒータ端子４９及び電線１７５の第２−２ヒータリード線１７６を介して、第２ヒータ通電回路２２５の第２−２ヒータ通電端２２５ｂに導通している。

このため、第２ヒータ通電回路２２５から、素子用ヒータ１５０の第２−１ヒータパッド１５６と第２−２ヒータパッド１５８との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、素子用ヒータ１５０の発熱抵抗体１５１が通電により発熱する。これにより、セラミック素子１２０（セラミック基体１２１のガス接触表面１２１ｓのうち、針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ（放電部）の周囲に位置する放電部周囲表面１２１ｓｓ）を加熱して、セラミック素子１２０（セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓや針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ）に付着した煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡ（図９参照）を燃焼させて除去する。

また、回路部２００において、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０に包囲されている。また、この内側回路ケース２５０は、絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１ｂを収容して包囲すると共に、電線１６１，１６３のうち、第１電位ＰＶ１とされる内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１に導通している。絶縁トランス２７０は、その鉄心２７１が、一次側コイル２７２を捲回した一次側鉄心２７１ａと、電源回路側コイル２７３及び補助電極電源側コイル２７４を捲回した二次側鉄心２７１ｂとに、分離して構成される。このうち一次側鉄心２７１ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１ｂは、第１電位ＰＶ１に導通している。

更に、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び計測制御回路２２０は、接地電位ＰＶＥとされる外側回路ケース２６０に包囲されている。また、この外側回路ケース２６０は、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１ａを収容して包囲すると共に、電線１６１，１６３のうち、接地電位ＰＶＥとされる外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２に導通している。

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。レギュレータ電源ＰＳを通じて計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に分配される。また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２２１を有し、通信線ＣＣを介して（具体的には、図１に示すようにＣＡＮバスを通じて）エンジン制御ユニットＥＣＵ（以下、単にＥＣＵともいう）と通信可能となっており、前述した信号電流検知回路２３０の測定結果（信号電流Ｉｓの大きさ）などの信号を、ＥＣＵに送信可能となっている。

次いで、粒子検知システム１の電気的機能及び動作について説明する（図８，図４参照）。セラミック素子１２０の放電電極体１３０は、電線１６１の放電電位リード線１６２を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通しており、第２電位ＰＶ２とされる。一方、セラミック素子１２０の補助電極体１４０は、電線１６３の補助電位リード線１６４を介して、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通しており、補助電極電位ＰＶ３とされる。更に、内側金具２０は、電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１を介して、内側回路ケース２５０等に接続、導通しており、第１電位ＰＶ１とされる。加えて、外側金具７０は、電線１６１，１６３の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２を介して、外側回路ケース２６０等に接続、導通しており、接地電位ＰＶＥとされる。

ここで、放電電極体１３０の針状電極部１３１に、回路部２００のイオン源電源回路２１０から、電線１６１の放電電位リード線１６２、放電電位端子４６、及び放電電位パッド１３５を通じて、正の高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）の第２電位ＰＶ２を印加する。すると、この針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓと、第１電位ＰＶ１とされた内側プロテクタ６０との間で、気中放電、具体的にはコロナ放電を生じ、針状先端部１３１ｓｓの周囲でイオンＣＰが生成される。前述したように、ガス取入管２５の作用により、内側プロテクタ６０内には、排気ガスＥＧが取り入れられ、セラミック素子１２０付近において、基端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう取入ガスＥＧＩの気流が生じている。このため、生成されたイオンＣＰは、取入ガスＥＧＩ中の粒子Ｓに付着する。これにより、粒子Ｓは、正に帯電した帯電粒子ＳＣとなって、取入ガスＥＧＩと共に、ガス排出口６０ｅに向けて流れ、排気管ＥＰへ排出される。

一方、補助電極体１４０の補助電極部１４１には、回路部２００の補助電極電源回路２４０から、電線１６３の補助電位リード線１６４、補助電位端子４７、及び補助電位パッド１４７を通じて、所定の電位（例えば、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とされた補助電極電位ＰＶ３を印加する。これにより、生成したイオンＣＰのうち、粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦに、補助電極部１４１からその径方向外側の内側プロテクタ６０（捕集極）に向かう斥力を与える。そして、浮遊イオンＣＰＦを、捕集極（内側プロテクタ６０）の各部に付着させて捕集を補助する。かくして、確実に浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、浮遊イオンＣＰＦまでもがガス排出口６０ｅから排出されるのを防止する。

そして、この粒子検知システム１では、ガス排出口６０ｅから排出された帯電粒子ＳＣに付着していた排出イオンＣＰＨの電荷量に対応するセンサ信号である信号電流Ｉｓを、信号電流検知回路２３０で検知する。これにより、排気ガスＥＧ中に含まれる粒子Ｓの量（濃度）を検知できる。

なお，本実施形態では、図８において破線で示すように、粒子センサ１０の検知部１１のうち、イオン源１５をなすセラミック素子１２０の先端側部分、及び、このイオン源１５の周囲に位置する内側プロテクタ６０、並びに、これらイオン源１５及び内側プロテクタ６０の間の空間ＶＯが、イオンＣＰを排気ガスＥＧ中を浮遊する粒子Ｓに付着させ帯電させて帯電粒子ＳＣとする帯電部１２である（図８参照）。即ち、本実施形態では、検知部１１は、イオン源１５を含む帯電部１２を有している。

ところで、排気ガスＥＧに含まれる煤である粒子Ｓは、イオン源１５をなすセラミック素子１２０のうち、コロナ放電を生じる放電電極体１３０の針状電極部１３１（特に針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓの周囲）等に堆積して付着しやすい（付着粒子ＳＡとなりやすい）。そして、この付着粒子ＳＡを除去するには、素子用ヒータ１５０でセラミック素子１２０のうち、針状先端部１３１ｓｓの周囲に位置するセラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓを、付着粒子ＳＡが燃える温度に昇温して、セラミック素子１２０（セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓや針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ）に付着した付着粒子ＳＡを、定期的に燃焼させて除去する必要がある（図９参照）。

また、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡが付着して、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間の絶縁性が低下すると、数μＡ以下、より詳細には数ｎＡ以下の微小な信号電流Ｉｓの検知に誤差を生じ、粒子Ｓを適切に検知できなくなる。このため、スペーサ用ヒータ１０５に通電して、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを加熱し昇温させることにより、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡを、定期的に燃焼させて除去する必要がある（図２参照）。

ところで、このシステム１において、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡを燃焼させる温度よりも低温であるが、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５の加熱によりセラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを所定温度以上に昇温させておくことで、これら放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓに粒子Ｓが付着しにくくなることが判ってきた。

そこで、本実施形態のシステム１では、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電で、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡが燃焼する粒子燃焼温度Ｔｂよりも低温であるが、通電しない場合に比べて放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓへの粒子Ｓの付着が抑制される付着抑制温度Ｔｄに、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓを昇温させる。
なお、本実施形態では、エンジンＥＮＧはディーゼルエンジンであり、排気ガスＥＧの温度は、２５０℃〜３００℃程度である。また、煤などの付着粒子ＳＡが燃焼する粒子燃焼温度Ｔｂは、６５０℃〜７００℃以上の温度である。これに対し、本実施形態では、付着抑制温度Ｔｄを排気ガスＥＧの温度よりも５０℃〜１００℃高い３５０℃（素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５の発熱特性のばらつきや排気ガスＥＧの温度の変動を考慮すると、実際の温度は３００℃〜４００℃）とし、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓをこの付着抑制温度Ｔｄに昇温させる。

このように、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓを付着抑制温度Ｔｄに昇温させると、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓの温度は、周囲の排気ガスＥＧの温度（２５０℃〜３００℃）よりも高くなるため、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓの周囲の排気ガスＥＧに、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓに近づくほど高温となる温度勾配を生じる（図１０及び図１１参照）。
排気ガスＥＧにこのような温度勾配を生じさせると、排気ガスＥＧ中の粒子Ｓは、熱泳動現象により、温度勾配の高温側から低温側、即ち、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓから離れる方向（図１０及び図１１の矢印の向き）に向かって移動しやすい。このように、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電で、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓを付着抑制温度Ｔｄに昇温させることにより、通電しない場合に比べて、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓへの粒子Ｓの付着が抑制される。なお、セラミック基体１２１及び第１絶縁スペーサ１００は、いずれもアルミナ製であるが、付着粒子ＳＡが燃焼する粒子燃焼温度Ｔｂを高く設定し過ぎると、これらの絶縁抵抗の低下によって、粒子Ｓの検知性能が低下することがある。そこで、本実施形態では、粒子燃焼温度Ｔｂを、粒子Ｓの検知性能にセラミック基体１２１及び第１絶縁スペーサ１００の絶縁抵抗の低下が実質的に影響しない温度に設定している。

また、本実施形態では、上述のように、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓへの粒子Ｓの付着を抑制しつつ、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電で、付着粒子ＳＡが燃焼する粒子燃焼温度Ｔｂ（本実施形態では、付着粒子ＳＡが燃焼する６５０℃〜７００℃以上の温度範囲から選択した７００℃（ばらつき等を考慮すると、実際の温度は６５０℃〜７５０℃））に、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓを昇温させ、付着粒子ＳＡを定期的に燃焼させて除去することも行う。

以下、本実施形態のシステム１のうち、粒子検知及びヒータ通電の処理を実行するマイクロプロセッサ２２１の動作について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。
エンジンＥＮＧのキースイッチ（図示しない）がＯＮにされると、本システム１（計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ２２１）が起動され、まず、ステップＳ１で、粒子検知及びヒータ通電に必要な初期設定がなされる。その後、ステップＳ２において、ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴ（図４参照）の有無を検知する。

ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴが無い場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２を繰り返して、ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴの入力を待つ。そして、ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴを検知した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、イオン源電源回路２１０から放電電極体１３０の針状電極部１３１（イオン源１５）に第２電位ＰＶ２を印加し、補助電極電源回路２４０から補助電極体１４０の補助電極部１４１に補助電極電位ＰＶ３を印加するなど、検知部１１の駆動を開始する。
さらに、続くステップＳ４では、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に対して、粒子Ｓの付着抑制用のヒータ通電を開始する。このヒータ通電では、付着粒子ＳＡが燃焼する粒子燃焼温度Ｔｂよりも低温であるが、ヒータ通電をしない場合に比べて、ガス接触表面への粒子Ｓの付着が抑制される付着抑制温度Ｔｄ（本実施形態では３５０℃）に、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを昇温させる。

次いで、ステップＳ５では、イオン源電源回路２１０で生成した高電圧をイオン源１５（セラミック素子１２０の放電電極体１３０）に印加して、コロナ放電によりイオンＣＰを生成し、排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知するなど、所定の粒子検知の処理を行って、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の粒子Ｓの量を検知する。

次いで、ステップＳ６では、所定の間隔で到来する付着粒子ＳＡの除去タイミングであるか否かを判定する。付着粒子ＳＡの除去タイミングである場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ７に進み、付着粒子ＳＡの除去タイミングでない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ７〜ステップＳ１０をスキップして、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ７では、検知部１１の駆動を一旦停止する。付着粒子ＳＡを除去する際には、セラミック素子１２０のセラミック基体１２１及び第１絶縁スペーサ１００の絶縁抵抗が低下し、粒子Ｓの検知性能が低下するため、粒子Ｓの検知を行うことができないからである。
次いで、ステップＳ８では、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に対して、付着粒子ＳＡの除去用のヒータ通電を実行する。このヒータ通電では、所定時間にわたり、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に通電して、付着粒子ＳＡが燃焼する粒子燃焼温度Ｔｂ（本実施形態では７００℃）に、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを昇温させる。これにより、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡを燃焼させて除去する。

所定時間にわたる通電が終了すると、続くステップＳ９で、検知部１１の駆動を再開する。さらに、続くステップＳ１０では、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電を、粒子Ｓの付着抑制用のヒータ通電に切り替えて、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを、付着抑制温度Ｔｄ（＝３５０℃）とする。

次いで、ステップＳ１１では、ヒータ通電をエンジンＥＮＧのキースイッチがＯＦＦになったか否かを判断する。そして、エンジンＥＮＧのキースイッチがＯＦＦになっていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ５に戻り、粒子検知の処理を継続する。一方、エンジンＥＮＧのキースイッチがＯＦＦになった場合（Ｙｅｓ）には、粒子検知及びヒータ通電の処理を終了する。

本実施形態において、セラミック素子１２０のセラミック基体１２１が絶縁部材に相当し、第１絶縁スペーサ１００が絶縁部材及び絶縁スペーサに相当する。また、セラミック素子１２０が有する素子用ヒータ１５０及び第１絶縁スペーサ１００が有するスペーサ用ヒータ１０５がヒータ部に相当する。さらに、放電部周囲表面１２１ｓｓを含むセラミック基体１２１のガス接触表面１２１ｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓが、ガス接触表面に相当する。
また、計測制御回路２２０の第２ヒータ通電回路２２５及び第１ヒータ通電回路２２３並びにステップＳ４及びステップＳ１０を実行しているマイクロプロセッサ２２１が、付着抑制通電手段に相当する。
さらに、計測制御回路２２０の第２ヒータ通電回路２２５及び第１ヒータ通電回路２２３並びにステップＳ８を実行しているマイクロプロセッサ２２１が、燃焼除去通電手段に相当する。

このように、本実施形態のシステム１では、付着抑制通電手段（ステップＳ４及びステップＳ１０）による素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５（ヒータ部）への通電で、付着抑制温度Ｔｄ（＝３５０℃）に、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを昇温させる。
これにより、排気ガスＥＧ中の粒子Ｓは、熱泳動現象により、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓから離れる方向に向かって移動しやすくなり、通電しない場合に比べて、これら放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓへの粒子Ｓの付着が抑制される。

さらに、本実施形態のシステム１では、燃焼除去通電手段（ステップＳ８）によるヒータ部への通電で、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを粒子燃焼温度Ｔｂ（＝７００℃）に昇温させて、これら放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡを燃焼させて除去する。これにより、付着抑制通電手段（ステップＳ４及びステップＳ１０）による通電で、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓへの粒子Ｓの付着を抑制しつつ、放電部周囲表面１２１ｓｓ及びガス接触部１０１ｓに付着粒子ＳＡが付着した場合には、燃焼除去通電手段（ステップＳ８）による通電を行って、付着粒子ＳＡを燃焼させて除去することができる。また、燃焼除去通電手段（ステップＳ８）により付着粒子ＳＡを燃焼させて除去する頻度を、付着抑制通電手段（ステップＳ４及びステップＳ１０）を備えていない場合に比べて低減することができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、セラミック素子１２０のうち、放電電極体１３０を覆うセラミック基体１２１（絶縁部材）の放電部周囲表面１２１ｓｓを素子用ヒータ１５０（ヒータ部）で加熱する。これにより、このセラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓや針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ（放電部）への粒子Ｓの付着を抑制し、イオン源１５における気中放電を適切に生じさせて、粒子Ｓを適切に検知することができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間に介在する第１絶縁スペーサ１００（絶縁部材，絶縁スペーサ）のガス接触部１０１ｓ（ガス接触表面）をスペーサ用ヒータ１０５（ヒータ部）で加熱する。
これにより、第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間に流れる漏れ電流を抑制し、信号電流Ｉｓの検知精度の低下を抑制して、粒子Ｓを適切に検知することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に晒される検知部１１が、気中放電によりイオンＣＰを生成するイオン源１５を含む帯電部１２を有する粒子検知システムに適用した例を示した。しかし、粒子センサの検知部はこれに限られない。例えば、電極の表面上に粒子を付着させて、電極に高電圧を印加することにより、粒子Ｓを帯電した帯電粒子ＳＣとする帯電部を検知部に有する粒子センサを備える粒子検知システムに適用しても良い（特許文献２，３参照）。この場合、ヒータ部としては、例えば、粒子が付着する帯電部の電極間を絶縁する絶縁部材を加熱するものが挙げられる。

また、実施形態では、セラミック基体１２１及び第１絶縁スペーサ１００がアルミナ製であり、また、エンジンＥＮＧがディーゼルエンジンであることから、付着抑制温度Ｔｄを３５０℃とした。しかし、排気ガスＥＧ（被測定ガス）の温度は、エンジンの形式、燃料等により異なり、また、絶縁部材の絶縁材として用いる材質により、絶縁部材の絶縁抵抗が低下する温度も異なる。このため、付着抑制温度Ｔｄは、被測定ガスの温度や絶縁部材の材質を考慮して適切な温度を選択すると良い。

１粒子検知システム
１０粒子センサ
１１検知部
１２帯電部
１５イオン源
２０内側金具
２５ガス取入管
３０主体金具
４０内筒
５０内筒接続金具
６０内側プロテクタ
６０ｅガス排出口
６５外側プロテクタ
６５ｃガス取入口
７０外側金具
８０取付金具
９０外筒
１００第１絶縁スペーサ（絶縁部材，絶縁スペーサ）
１０１スペーサ先端側部
１０１ｓガス接触部（ガス接触表面）
１０５スペーサ用ヒータ（ヒータ部）
１２０セラミック素子
１２１セラミック基体（絶縁部材）
１２１ｓガス接触表面
１２１ｓｓ放電部周囲表面
１３０放電電極体
１４０補助電極体
１５０素子用ヒータ（ヒータ部）
２００回路部
２１０イオン源電源回路
２２０計測制御回路
２２１マイクロプロセッサ
２２３第１ヒータ通電回路（付着抑制通電手段，燃焼除去通電手段）
２２５第２ヒータ通電回路（付着抑制通電手段，燃焼除去通電手段）
２３０信号電流検知回路
２４０補助電極電源回路
ＡＭ車両
ＥＮＧエンジン
ＥＰ排気管（通気管）
ＥＧ排気ガス
ＥＧＩ取入ガス
Ｓ粒子
ＥＣＵエンジン制御ユニット
ＰＶＥ接地電位
ＰＶ１第１電位
ＳＡ付着粒子
Ｔｂ粒子燃焼温度
Ｔｄ付着抑制温度
Ｓ４，Ｓ１０付着抑制通電手段
Ｓ８燃焼除去通電手段

Claims

被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える
粒子検知システムであって、
上記粒子センサは、
上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、
通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、
上記粒子検知システムは、
上記ヒータ部への通電で、上記ガス接触表面に付着した付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度よりも低温であるが、通電しない場合に比べて上記ガス接触表面への上記粒子の付着が抑制される付着抑制温度に、上記ガス接触表面を昇温させる付着抑制通電手段を備え、
前記検知部は、
気中放電によりイオンを生成するイオン源を含み、生成した上記イオンを前記被測定ガス中を浮遊する前記粒子に付着させ帯電させて帯電粒子とする帯電部を有し、
上記イオン源は、
上記気中放電を生じる放電部を含む放電電極体を有し、
前記絶縁部材は、
上記放電部を露出させつつ上記放電電極体を覆い、前記ガス接触表面であり上記放電部の周囲に位置する放電部周囲表面を有し、
前記ヒータ部は、
上記絶縁部材の上記放電部周囲表面を加熱する
粒子検知システム。
請求項１に記載の粒子検知システムであって、
前記粒子センサは、
前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、
上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、
上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、
前記絶縁部材は、
上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、
前記ヒータ部は、
上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する
粒子検知システム。
被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える
粒子検知システムであって、
上記粒子センサは、
上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、
通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、
上記粒子検知システムは、
上記ヒータ部への通電で、上記ガス接触表面に付着した付着粒子が燃焼する粒子燃焼温度よりも低温であるが、通電しない場合に比べて上記ガス接触表面への上記粒子の付着が抑制される付着抑制温度に、上記ガス接触表面を昇温させる付着抑制通電手段を備え、
前記粒子センサは、
前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、
上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、
上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、
前記絶縁部材は、
上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、
前記ヒータ部は、
上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する
粒子検知システム。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の粒子検知システムであって、
前記ヒータ部への通電で、前記粒子燃焼温度に前記ガス接触表面を昇温させ、上記付着粒子を燃焼させて除去する燃焼除去通電手段を備える
粒子検知システム。