DE102017122157A1

DE102017122157A1 - Partikelmessvorrichtung und Partikelmesssystem

Info

Publication number: DE102017122157A1
Application number: DE102017122157.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Inoue; Kaoru HISADA; Yuichi Goto
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2018-03-29
Also published as: JP2018054475A; US20180088018A1; JP6730155B2; US10429290B2

Abstract

Es wird eine Partikelmessvorrichtung und ein Partikelmesssystem vorgeschlagen, die eine Anomalie des elektrischen Verbindungszustands eines Koronakabels, einer Ionenerzeugungssektion usw. ohne direktes Detektieren der Spannung in dem Koronakabel oder der Ionenerzeugungssektion bestimmen können. Bei der Partikelmessvorrichtung 300 des Partikelmesssystems 10 bestimmt eine Steuerungssektion 600 vorläufig in einem Anomaliebestimmungsprozess (S130), dass ein Koronakerndraht 202 in einem Drahtbruchanomaliezustand ist, d.h. der Koronakerndraht 202 gebrochen ist, wenn ein unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich einem Strombestimmungswert C1 min ist, und inkrementiert einen Drahtbruchanomalie-Zähler CNB (S140). Die Steuerungssektion 600 bestimmt, dass der Koronakerndraht 202 in einem Drahtbruchanomaliezustand ist (S170), wenn der Zählwert in des Drahtbruchanomalie-Zählern CNB wenigstens so groß ist wie eine Drahtbruch-Bestimmungsschwelle Cth (das Ergebnis der Bestimmung in S160 ist „Ja“).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelmessvorrichtung und ein Partikelmesssystem, welche die Menge von Partikeln wie zum Beispiel Ruß messen, die in einem gemessenen Gas enthalten sind.
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist ein Partikelmesssystem bekannt, das die Menge von Partikeln (zum Beispiel Ruß) misst, die in einem gemessenen Gas (beispielsweise einem Abgas, das einen Verbrennungsmotor oder dergleichen verlässt) enthalten sind (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Ein solches Partikelmesssystem umfasst einen Partikelsensor, der mit dem gemessenen Gas in Kontakt gebracht wird und Partikel detektiert, und eine Partikelmessvorrichtung, die durch ein Koronakabel elektrisch mit dem Partikelsensor verbunden ist und den Partikelsensor steuert.
Der Partikelsensor umfasst eine Ionenerzeugungssektion, eine Aufladungskammer und eine Einfangsektion. Die Partikelmessvorrichtung umfasst einen Trenntransformator für eine Koronaentladung, eine Partikelberechnungssektion und eine Koronaentladung-Steuerungssektion. Das Koronakabel umfasst einen Koronakerndraht zum elektrischen Verbinden der Ionenerzeugungssektion und des Trenntransformators für eine Koronaentladung und einen Abschirmdraht zum Abdecken des Koronakerndrahtes in einem Zustand, in dem der Abschirmdraht elektrisch von dem Koronakerndraht isoliert ist.
Durch die Verwendung von Ionen, die in der Ionenerzeugungssektion mittels Koronaentladung erzeugt werden, lädt das Partikelmesssystem wenigstens einen Teil der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel in der Aufladungskammer auf, um aufgeladene Partikel zu erzeugen. Das Partikelmesssystem misst die Menge von Partikeln auf der Basis eines Stroms, der entsprechend der Menge der aufgeladenen Partikel fließt, die von dem Partikelsensor nach draußen abgegeben werden.

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-195069.

Kurzdarstellung der Erfindung
Jedoch hat ein solches Partikelmesssystem das folgende Problem. Aufgrund des Einflusses einer von außen einwirkenden Kraft oder der Art und Weise des Umgangs mit dem Partikelsensor durch einen Nutzer kann es zu einer Anomalie des elektrischen Verbindungszustands (zum Beispiel eine Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahts) in dem Koronakabel, der Ionenerzeugungssektion usw. kommen, und es wird eine teure Vorrichtung benötigt, um einen solchen Anomaliezustand zu bestimmen.
Da nämlich eine Hochspannung an das Koronakabel und die Ionenerzeugungssektion angelegt wird, erfordert eine direkte Detektion der Spannungen von dem Koronakabel und der Ionenerzeugungssektion eine teure Detektionsvorrichtung, die der Hochspannung standhalten kann. Die Verwendung einer solchen teuren Detektionsvorrichtung führt zu dem Problem erhöhter Produktionskosten der Partikelmessvorrichtung und des Partikelmesssystems.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Partikelmessvorrichtung und eines Partikelmesssystem, die eine Anomalie des elektrischen Verbindungszustands in dem Koronakabel, der Ionenerzeugungssektion usw. bestimmen können, ohne dass eine direkte Detektion einer Spannung in dem Koronakabel oder der Ionenerzeugungssektion erforderlich ist.
Eine Partikelmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist elektrisch mit einem Partikelsensor zum Detektieren von in einem gemessenen Gas enthaltenen Partikeln verbunden und steuert den Partikelsensor so, dass die Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel gemessen wird. Die Partikelmessvorrichtung umfasst einen Trenntransformator für eine Koronaentladung, eine Signalleitung, eine Partikelberechnungssektion, eine Koronaentladung-Steuerungssektion und eine Anomaliebestimmungssektion.
Der Partikelsensor umfasst eine Ionenerzeugungssektion, eine Aufladungskammer, eine Einfangsektion und eine metallische Stütze.
Die Ionenerzeugungssektion erzeugt Ionen mittels Koronaentladung. Die Aufladungskammer ist eine Kammer, in welche das gemessene Gas eingeleitet wird und welche die in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel unter Verwendung der Ionen auflädt, um dadurch aufgeladene Partikel zu erzeugen. Die Einfangsektion fängt die Ionen ein, die durch die Ionenerzeugungssektion erzeugt wurden, aber nicht für die Aufladung der Partikel verwendet werden. Die Metallstütze stützt die Ionenerzeugungssektion, die Aufladungskammer und die Einfangsektion in einem Zustand, in dem die Metallstütze elektrisch von der Ionenerzeugungssektion, der Aufladungskammer und der Einfangsektion isoliert ist.
Der Trenntransformator für eine Koronaentladung hat eine Primärspule und eine Sekundärspule und führt eine Spannungsumsetzung aus. Die Signalleitung bildet wenigstens einen Teil eines Signalpfades, der sich von der Einfangsektion zu einer Leitung eines sekundärseitigen Referenzpotenzials erstreckt, das ein Referenzpotenzial der Sekundärspule ist. Die Partikelberechnungssektion berechnet die Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel auf der Basis des Stromwertes von Kompensationsstrom, der der Signalleitung gemäß der Menge der aufgeladenen Partikel zugeführt wird, die von dem Partikelsensor abgegeben werden. Die Koronaentladung-Steuerungssektion steuert den Betrag der elektrischen Leistung, die der Primärspule zugeführt wird, auf der Basis von sekundärseitigem Strom, der durch den Signalpfad fließt, um die in der Sekundärspule erzeugte elektrische Ionenleistung zu steuern. Insbesondere ist die elektrische Ionenleistung elektrische Leistung zum Erzeugen von Ionen in der Ionenerzeugungssektion.
Die Partikelmessvorrichtung ist mit dem Partikelsensor durch ein Koronakabel elektrisch verbunden. Das Koronakabel umfasst einen Koronakerndraht, einen inneren Abschirmdraht und einen äußeren Abschirmdraht.
Der Koronakerndraht bildet wenigstens einen Teil eines Pfades zum Zuführen von elektrischer Leistung von der Sekundärspule zu der Ionenerzeugungssektion. Der innere Abschirmdraht ist von dem Koronakerndraht elektrisch isoliert und mit der Einfangsektion und der Signalleitung elektrisch verbunden. Der äußere Abschirmdraht ist von dem Koronakerndraht und dem inneren Abschirmdraht elektrisch isoliert und mit der Metallstütze und einer Leitung eines primärseitigen Referenzpotenzials, das ein Referenzpotenzial der Primärspule ist, elektrisch verbunden.
Die Anomaliebestimmungssektion bestimmt basierend auf dem sekundärseitigen Strom, ob der Koronakerndraht in einem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, wobei der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand gebrochen ist.
In einer solchen Partikelmessvorrichtung wird, wenn eine Anomalie des elektrischen Verbindungszustands (zum Beispiel eine Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahts oder dergleichen) an dem Koronakabel, an der Ionenerzeugungssektion usw. aufgetreten ist, die Zufuhr von elektrischer Leistung von der Sekundärspule zu der Ionenerzeugungssektion nicht ordnungsgemäß ausgeführt. In diesem Fall kann, da die Ionenerzeugungssektion Ionen nicht ordnungsgemäß erzeugen kann, die Erzeugung aufgeladener Partikel in der Aufladungskammer nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden, und das Einfangen von Ionen in der Einfangsektion kann nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden. Daher weist der Strom, der von der Einfangsektion durch den inneren Abschirmdraht zu der Signalleitung fließt, ein abnormales Verhalten auf, das sich von dem Verhalten für den Fall unterscheidet, dass der elektrische Verbindungszustand normal ist. Der sekundärseitige Strom weist ebenfalls ein abnormales Verhalten auf, das sich von dem Verhalten für den Fall unterscheidet, dass der elektrische Verbindungszustand normal ist.
Daher kann die Anomaliebestimmungssektion die Anomalie des elektrischen Verbindungszustands an dem Koronakabel, der Ionenerzeugungssektion usw. (den Drahtbruchanomaliezustand des Koronakerndrahtes oder dergleichen) basierend auf dem sekundärseitigen Strom bestimmen. Beispiele der Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes umfassen einen Zustand, in dem der Koronakerndraht in der Mitte unterbrochen ist und die elektrische Leitung unmöglich wird, einen Zustand, in dem die Verbindung zwischen dem Koronakerndraht und der Sekundärspule unterbrochen ist und die elektrische Leitung unmöglich wird, und einen Zustand, in dem die Verbindung zwischen dem Koronakerndraht und der Ionenerzeugungssektion unterbrochen ist und die elektrische Leitung unmöglich wird.
Infolge dessen kann die Partikelmessvorrichtung die Anomalie des elektrischen Verbindungszustands in dem Koronakabel, der Ionenerzeugungssektion usw. ohne direktes Detektieren der Spannung in dem Koronakabel oder der Ionenerzeugungssektion bestimmen.
Insbesondere zeigt der Stromwert des Kompensationsstroms, welcher der Signalleitung gemäß der Menge von aufgeladenen Partikeln zugeführt wird, die von dem Partikelsensor nach draußen abgegeben werden, einen Wert an, welcher der Menge der aufgeladenen Partikel entspricht, und zeigt einen Wert an, welcher der Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel entspricht. Außerdem ist der Stromwert des Kompensationsstroms nicht auf einen Zahlenwert beschränkt, der direkt den Stromwert des Kompensationsstroms repräsentiert, und kann auch ein Zahlenwert sein, der den Stromwert des Kompensationsstroms indirekt repräsentiert. Zum Beispiel kann der Stromwert des Kompensationsstroms ein Zahlenwert sein, der durch die Verwendung einer beliebigen von anderen Zustandsgrößen repräsentiert wird, die mit dem Stromwert des Kompensationsstroms korrelieren, zum Beispiel ein Spannungswert, der mit dem Stromwert des Kompensationsstroms korreliert.
In der oben beschriebenen Partikelmessvorrichtung kann die Anomaliebestimmungssektion bestimmen, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich als ein vorbestimmter Bestimmungswert ist.
In dem Fall, in dem der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, kann die elektrische Ionenleistung, die an der Sekundärspule erzeugt wird, einem Bereich zugeführt werden, der sich von der Sekundärspule zu dem Unterbrechungspunkt des Koronakerndrahtes erstreckt, sie kann aber nicht einem Bereich zugeführt werden, der sich von dem Unterbrechungspunkt des Koronakerndrahtes zu der Ionenerzeugungssektion erstreckt. Wenn der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wird in der Ionenerzeugungssektion nämlich kein Ion erzeugt und die Bewegung von Ionen von der Ionenerzeugungssektion zu der Einfangsektion tritt nicht auf. Deshalb fließt kein Strom zu der Signalleitung, der durch in der Einfangsektion eingefangene Ionen erzeugt wäre.
Deshalb ist es möglich, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, das heißt, es ist möglich, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht unterbrochen ist, indem der sekundärseitige Strom mit dem vorbestimmten Bestimmungswert verglichen wird und indem bestimmt wird, ob der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich dem vorbestimmten Bestimmungswert ist oder nicht.
Bei der vorangehend beschriebenen Partikelmessvorrichtung kann die Anomaliebestimmungssektion bestimmen, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der Zustand, in dem der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich dem vorbestimmten Bestimmungswert ist, über wenigstens eine zuvor festgelegte Drahtbruchanomaliedauer fortbesteht.
Wenn der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich dem vorbestimmten Bestimmungswert wird, bestimmt die Anomaliebestimmungssektion nämlich nicht sofort, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist. Statt dessen bestimmt die Anomaliebestimmungssektion, ob der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung dahingehend, ob der Zustand, in dem der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich dem vorbestimmten Bestimmungswert ist oder nicht, über wenigstens die Drahtbruchanomaliedauer fortbesteht. Indem die Anomaliebestimmung auf die vorangehend beschriebene Weise durchgeführt wird, die Anomaliebestimmungssektion davon abgehalten, sofort eine fehlerhafte Bestimmung dahingehend durchzuführen, dass Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der sekundärseitige Strom aufgrund von Rauschen oder dergleichen zeitweise kleiner oder gleich dem Bestimmungswert wird.
Dadurch kann die Partikelmessvorrichtung die Häufigkeit der fehlerhaften Bestimmung aufgrund von Rauchen oder dergleichen verringern und somit die Bestimmungsgenauigkeit bei der Bestimmung des Drahtbruchanomaliezustands des Koronakerndrahtes verbessern.
Die vorangehend beschriebene Partikelmessvorrichtung kann ferner eine Informierungssektion umfassen, die darüber informiert, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, falls die Anomaliebestimmungssektion bestimmt, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist.
Da die Informierungssektion vorgesehen ist, um über den Drahtbruchanomaliezustand des Koronakerndrahtes zu informieren, ist es möglich, einen Benutzer der Partikelmessvorrichtung zu veranlassen, den Verbindungszustand des Koronakabels zu prüfen oder das Koronakabel auszutauschen.
Infolge dessen kann die Partikelmessvorrichtung verhindern, dass die Partikelmessung unter Verwendung des Partikelsensors in einer Situation fortgesetzt wird, in der der Koronakerndraht im Drahtbruchanomaliezustand ist, um dadurch zu verhindern, dass die Messleistung des Partikelsensors beeinträchtigt wird.
Ein Partikelmesssystem eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst einen Partikelsensor zum Detektieren von in einem gemessenen Gas enthaltenen Partikeln, und eine Partikelmessvorrichtung, die elektrisch mit dem Partikelsensor durch ein Koronakabel verbunden ist und die den Partikelsensor so steuert, dass die Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel gemessen wird, wobei die Partikelmessvorrichtung die oben beschriebene Partikelmessvorrichtung ist.
Das Partikelmesssystem, das durch die Verbindung des Partikelsensors mit der oben beschriebenen Partikelmessvorrichtung durch das Koronakabel ausgebildet wird, kann die Anomalie des elektrischen Verbindungszustands in dem Koronakabel, der Ionenerzeugungssektion usw. ohne direktes Detektieren der Spannung in dem Koronakabel oder der Ionenerzeugungssektion bestimmen.
Die Partikelmessvorrichtung und das Partikelmesssystem der vorliegenden Erfindung können die Anomalie des elektrischen Verbindungszustands in dem Koronakabel, der Ionenerzeugungssektion usw. ohne direktes Detektieren der Spannung in dem Koronakabel oder der Ionenerzeugungssektion bestimmen. Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei sind:
1(a) und 1(b) erläuternde Ansichten, die zum Beschreiben der Gesamtausgestaltung eines Partikelmesssystems verwendet werden, wobei 1(a) eine erläuternde Ansicht ist, die beispielhaft eine allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs zeigt, in dem das Partikelmesssystem montiert ist, und 1(b) eine erläuternde Ansicht ist, die beispielhaft eine allgemeine Ausgestaltung des Partikelmesssystems zeigt, das an dem Fahrzeug angebracht ist;
2 eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine allgemeine Struktur eines distalen Endabschnitts eines Partikelsensors zeigt;
3 eine erläuternde Ansicht, die allgemeine elektrische Ausgestaltungen des Partikelsensors und eine elektrische Schaltungssektion zeigt;
4 eine erläuternde Ansicht, die beispielhaft eine allgemeine Ausgestaltung einer Ionenstrom-Messschaltung zeigt;
5 eine erläuternde Ansicht, die beispielhaft eine allgemeine Ausgestaltung einer Koronastrom-Messschaltung zeigt; und
6 ein Flussdiagramm, das die Details eines Anomaliebestimmungsprozesses darstellt.
Ausführungsformen, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird, werden als Nächstes mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen Modi verkörpert sein, solange die Modi in den technischen Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
1. Erste Ausführungsform
1-1. Gesamtausgestaltung
Die Ausgestaltung eines Partikelmesssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben.
1(a) und 1(b) sind erläuternde Ansichten, die zum Beschreiben der Gesamtausgestaltung eines Partikelmesssystems 10 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden. 1(a) ist eine Ausgestaltung eines Fahrzeugs 500 zeigt, in dem das Partikelmesssystem 10 montiert ist. 1(b) ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhaft die allgemeine Ausgestaltung des Partikelmesssystems 10 zeigt, das an dem Fahrzeug 500 angebracht ist.
Das Partikelmesssystem 10 umfasst einen Partikelsensor 100, ein Koronakabel 201, ein Hilfskabel 211, ein Luftzuleitungsrohr 224 und eine Partikelmessvorrichtung 300 und misst die Menge von Partikeln wie zum Beispiel Ruß, die in Abgas enthalten sind, das einen Verbrennungsmotor 400 verlässt. Der Verbrennungsmotor 400, der eine Antriebsquelle des Fahrzeugs 500 ist, ist ein Dieselmotor oder dergleichen.
Der Partikelsensor 100 ist an einem Auspuffrohr 402 angebracht, das sich von dem Verbrennungsmotor 400 erstreckt und elektrisch mit der Partikelmessvorrichtung 300 durch das Koronakabel 201 und das Hilfskabel 211 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Partikelsensor 100 an einem Abschnitt des Auspuffrohres 402 angebracht, wobei sich dieser Abschnitt stromabwärts einer Filtervorrichtung 410 (zum Beispiel eines DPF (Dieselpartikelfilters)) befindet. Der Partikelsensor 100 gibt an die Partikelmessvorrichtung 300 ein Signal aus, das mit der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln korreliert.
Die Partikelmessvorrichtung 300 steuert den Partikelsensor 100 an und detektiert (misst) die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des von dem Partikelsensor 100 eingegebenen Signals. Die durch die Partikelmessvorrichtung 300 detektierte „Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln“ kann ein Wert sein, der proportional zur Summe der Oberflächen von in dem Abgas enthaltenen Partikeln ist, oder ein Wert, der proportional zur Summe der Massen der Partikel ist. Alternativ kann die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln ein Wert sein, der proportional zur Anzahl der in einer Volumeneinheit des Abgases enthaltenen Partikel ist. Die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln, die durch die Partikelmessvorrichtung 300 detektiert wird, kann zum Beispiel für die Analyse des Betriebszustands (Verbrennungszustand usw.) des Verbrennungsmotors 400 und zur Bestimmung des Zustands der Filtervorrichtung 410 (Verschlechterungsbestimmung, Anomaliebestimmung usw.) verwendet werden.
In Übereinstimmung mit Signalen, die von verschiedenen Abschnitten des Fahrzeugs 500 gesendet werden, steuert die Fahrzeugsteuerungssektion 420 den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 400, die Menge an Kraftstoff, die dem Verbrennungsmotor 400 von einer Kraftstoffzuleitungssektion 430 durch eine Kraftstoffleitung 405 zugeführt wird, usw. Die Partikelmessvorrichtung 300 und die Fahrzeugsteuerungssektion 420 sind elektrisch mit einer Stromversorgungssektion 440 verbunden, und elektrische Leistung wird von der Stromversorgungssektion 440 zu der Partikelmessvorrichtung 300 und der Fahrzeugsteuerungssektion 420 zugeführt.
Wie in 1(b) gezeigt, hat der Partikelsensor 100 einen zylindrischen distalen Endabschnitt 100e und ist an der Außenfläche des Auspuffrohres 402 dergestalt befestigt, dass der distale Endabschnitt 100e in das Auspuffrohr 402 eingeführt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der distale Endabschnitt 100e des Partikelsensors 100 ungefähr senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung DL des Auspuffrohres 402 eingeführt. Eine Umfassung CS des distalen Endabschnitts 100e hat ein Einströmloch 45 und ein Auslassloch 35, die in der Oberfläche der Umfassung CS ausgebildet sind. Das Einströmloch 45 wird dafür verwendet, das Abgas in das Innere der Umfassung CS einzuleiten, und das Auslassloch 35 wird dafür verwendet, das eingeleitete Abgas nach außerhalb der Umfassung CS abzulassen. Ein Teil des Abgases, der durch das Auspuffrohr 402 strömt, wird in den Innenraum der Umfassung CS des distalen Endabschnitts 100e durch das Einströmloch 45 eingeleitet. In dem eingeleiteten Abgas enthaltene Partikel werden durch Ionen aufgeladen (in der vorliegenden Ausführungsform positive Ionen), die durch den Partikelsensor 100 erzeugt werden. Das Abgas, das die aufgeladenen Partikel enthält, wird nach außerhalb der Umfassung CS durch das Auslassloch 35 abgelassen. Die innere Struktur der Umfassung CS und die spezielle Struktur des Partikelsensors 100 werden später beschrieben.
Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform von den Endabschnitten des Partikelsensors 100 in der Längsrichtung der Endabschnitt, wo das Einströmloch 45 angeordnet ist, als der „distale Endabschnitt (Seite)“ bezeichnet, und der Endabschnitt gegenüber dem vorderen Endabschnitt wird als der „proximalen oder hintere Endabschnitt (Seite)“ bezeichnet.
Das Koronakabel 201, das Hilfskabel 211 und das Luftzuleitungsrohr 224 sind an einem hinteren Endabschnitt 100r des Partikelsensors 100 angebracht. Das Koronakabel 201, das Hilfskabel 211 und das Luftzuleitungsrohr 224 sind jeweils als flexibles Element ausgebildet. Das Koronakabel 201 und das Hilfskabel 211 sind elektrisch mit einer elektrischen Schaltungssektion 700 der Partikelmessvorrichtung 300 verbunden, und das Luftzuleitungsrohr 224 ist mit einer Luftversorgungssektion 800 der Partikelmessvorrichtung 300 verbunden.
Die Partikelmessvorrichtung 300 umfasst eine Steuerungssektion 600, die elektrische Schaltungssektion 700 und die Luftversorgungssektion 800, ein Gehäuse 910, eine Informierungssektion 920 und eine Operationseingabesektion 930.
Das Gehäuse 910 hat eine kastenartige Form und nimmt die Steuerungssektion 600, die elektrische Schaltungssektion 700, die Luftversorgungssektion 800, die Informierungssektion 920 und die Operationseingabesektion 930 auf. Insbesondere ist das Gehäuse 910 dafür ausgebildet, es einem Nutzer zu erlauben, das Gehäuse 910 zu tragen. Somit kann der Nutzer die Partikelmessvorrichtung 300 zu einem Fahrzeug tragen, an dem der Partikelsensor 100 angebracht werden soll, und kann die Partikelmessvorrichtung 300 an dem Fahrzeug zur Verwendung montieren.
Die Informierungssektion 920 umfasst eine Anzeigeeinheit, die an dem Gehäuse 910 angeordnet ist und verschiedene Informationen (Bilder, Zeichenketten, numerische Ausdrücke usw.) auf dem Anzeigeschirm der Anzeigeeinheit auf der Basis von Instruktionen von der Steuerungssektion 600 anzeigt.
Die Operationseingabesektion 930 umfasst Schalter, ein Berührungsfeld, eine Spracheingabevorrichtung usw., die an dem Gehäuse 910 angeordnet sind, und gibt an die Steuerungssektion 600 Eingabeoperationsinformationen aus, um eine Eingabeoperation zu bestimmen, die durch den Nutzer unter Verwendung der Schalter, des Berührungsfeldes, der Spracheingabevorrichtung usw. ausgeführt wird.
Die Steuerungssektion 600, die einen Mikrocomputer umfasst, führt verschiedene Arten von Prozessen auf der Basis von Eingabeinformationen von der elektrischen Schaltungssektion 700 und der Operationseingabesektion 930 aus und steuert die elektrische Schaltungssektion 700, die Luftversorgungssektion 800 und die Informierungssektion 920. Außerdem detektiert (misst) die Steuerungssektion 600 die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln anhand eines Signals, das von der elektrischen Schaltungssektion 700 ausgegeben wird.
Die elektrische Schaltungssektion 700 liefert elektrische Leistung zum Ansteuern des Partikelsensors 100 durch das Koronakabel 201 und das Hilfskabel 211. Ein Signal, das mit der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln korreliert, wird von dem Partikelsensor 100 in die elektrische Schaltungssektion 700 durch das Koronakabel 201 und/oder das Hilfskabel 211 eingegeben. Unter Verwendung dieses von dem Partikelsensor 100 eingegebenen Signals gibt die elektrische Schaltungssektion 700 an die Steuerungssektion 600 ein Signal aus, das der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln entspricht. Diese Signale werden später noch ausführlich beschrieben.
Die Luftversorgungssektion 800 umfasst eine (nicht gezeigte) Pumpe und liefert auf der Basis einer Anweisung von der Steuerungssektion 600 Hochdruckluft an den Partikelsensor 100 durch das Luftzuleitungsrohr 224. Die von der Luftversorgungssektion 800 zugeführte Hochdruckluft wird zum Antreiben des Partikelsensors 100 verwendet. Insbesondere kann das durch die Luftversorgungssektion 800 zugeführte Gas auch von einer anderen Art als Luft sein.
1-2. Partikelsensor
2 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die allgemeine Struktur des distalen Endabschnitts 100e des Partikelsensors 100 zeigt.
Der distale Endabschnitt 100e des Partikelsensors 100 umfasst eine Ionenerzeugungssektion 110, eine Abgasaufladungssektion 120 und eine Ioneneinfangsektion 130. Die Umfassung CS hat eine Struktur, in der drei Mechanismussektionen, und zwar die Ionenerzeugungssektion 110, die Abgasaufladungssektion 120 und die Ioneneinfangsektion 130, in dieser Reihenfolge von der proximalen Endseite (der Oberseite in 2) des distalen Endabschnitts 100e in Richtung der distalen Endseite (der Unterseite in 2) (entlang der axialen Richtung des Partikelsensors 100) angeordnet sind. Die Umfassung CS besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Edelstahl oder dergleichen) und ist mit einer sekundärseitigen Erde SGL (einer Erde (Erdungsleitung), deren Potenzial als ein Referenzpotenzial für die sekundärseitige Schaltung in 3 dient) durch das Koronakabel 201 (insbesondere einen Korona-Innenleiter 204, der später noch beschrieben wird) und/oder das Hilfskabel 211 (insbesondere einen Hilfs-Innenleiter 214, der später noch beschrieben wird) verbunden.
Die Ionenerzeugungssektion 110 ist eine Mechanismussektion zum erzeugen von Ionen (in der vorliegenden Ausführungsform positiven Ionen), die der Abgasaufladungssektion 120 zugeführt werden. Die Ionenerzeugungssektion 110 umfasst eine Ionenerzeugungskammer 111 und eine erste Elektrode 112. Die Ionenerzeugungskammer 111 ist ein kleiner Raum, der im Inneren der Umfassung CS ausgebildet ist. Ein Luftzuleitungsloch 55 und eine Düse 41 sind an der Innenumfangsfläche der Ionenerzeugungskammer 111 angeordnet. Die erste Elektrode 112 ist so angebracht, dass sie in die Ionenerzeugungskammer 111 hineinragt. Das Luftzuleitungsloch 55 steht mit dem Luftzuleitungsrohr 224 (1) in Verbindung, und die Hochdruckluft, die von der Luftversorgungssektion 800 (1) zugeführt wird, wird der Ionenerzeugungskammer 111 durch das Luftzuleitungsloch 55 zugeführt. Die Düse 41 ist ein sehr kleines Loch (Öffnung), das nahe der Mitte einer Trennwand 42 angeordnet ist, welche die Ionenerzeugungssektion 110 und die Abgasaufladungssektion 120 trennt. Die Düse 41 führt die in der Ionenerzeugungskammer 111 erzeugten Ionen zu einer Aufladungskammer 121 der Abgasaufladungssektion 120. Die erste Elektrode 112 hat eine stabartige äußere Form, und ihr Basisendabschnitt ist an der Umfassung CS durch ein Keramikrohr 25 in einem Zustand befestigt, in dem ein distaler Endabschnitt der ersten Elektrode 112 nahe der Trennwand 42 angeordnet ist. Die erste Elektrode 112 ist mit der elektrischen Schaltungssektion 700 (1) durch das Koronakabel 201 verbunden (insbesondere einen Koronakerndraht 202, der später noch beschrieben wird).
Die Ionenerzeugungssektion 110 ist so ausgebildet, dass durch die elektrische Leistung, die von der elektrischen Schaltungssektion 700 zugeführt wird, eine Spannung (zum Beispiel 2 bis 3 kV) zwischen der ersten Elektrode 112 (positiver Pol) und der Trennwand 42 (negativer Pol) angelegt wird. Infolge des Anlegens dieser Spannung erzeugt die Ionenerzeugungssektion 110 eine Koronaentladung zwischen einem distalen Endabschnitt der ersten Elektrode 112 und der Trennwand 42, um dadurch positive Ionen PI zu erzeugen. Die in der Ionenerzeugungssektion 110 erzeugten positiven Ionen PI werden in die Aufladungskammer 121 der Abgasaufladungssektion 120 durch die Düse 41 zusammen mit der Hochdruckluft, die von der Luftversorgungssektion 800 (1) zugeführt wird, injiziert. Die Einblasgeschwindigkeit von Luft, die von der Düse 41 eingeblasen wird, kann auf eine Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit eingestellt werden.
Die Abgasaufladungssektion 120 ist eine Sektion zum Aufladen der in dem Abgas enthaltenen Partikel durch positive Ionen PI und umfasst die Aufladungskammer 121. Die Aufladungskammer 121 ist ein kleiner Raum, der neben der Ionenerzeugungskammer 111 angeordnet ist und mit der Ionenerzeugungskammer 111 durch die Düse 41 in Verbindung steht. Außerdem steht die Aufladungskammer 121 mit der Außenumgebung der Umfassung CS durch das Einströmloch 45 in Verbindung und steht mit einer Einfangkammer 131 der Ioneneinfangsektion 130 durch einen Gasströmungsdurchgang 31 in Verbindung. Die Aufladungskammer 121 ist so ausgebildet, dass, wenn Luft, welche die positiven Ionen PI enthält, von der Düse 41 eingeblasen wird, ein Unterdruck in der Aufladungskammer 121 entsteht und das außerhalb der Umfassung CS befindliche Abgas durch das Einströmloch 45 in die Aufladungskammer 121 strömt. Daher werden die Luft, die von der Düse 41 eingeblasen wird und die positiven Ionen PI enthält, und das Abgas, das durch das Einströmloch 45 hereinströmt, in der Aufladungskammer 121 miteinander vermischt. In diesem Moment wird wenigstens ein Teil des Rußes S (Partikel), der in dem Abgas enthalten ist, das durch das Einströmloch 45 nach innen strömt, durch die positiven Ionen PI, die von der Düse 41 zugeführt werden, aufgeladen, wodurch aufgeladene Partikel erzeugt werden. Die Luft, die den aufgeladenen Ruß S (aufgeladene Partikel) und die positiven Ionen PI, die nicht für die Aufladung verwendet werden, enthält, wird durch den Gasströmungsdurchgang 31 in die Einfangkammer 131 der Ioneneinfangsektion 130 geleitet.
Die Ioneneinfangsektion 130 ist eine Sektion zum Einfangen von Ionen, die nicht für die Aufladung des Rußes S (Partikel) verwendet werden, und umfasst die Einfangkammer 131 und eine zweite Elektrode 132. Die Einfangkammer 131 ist ein kleiner Raum, der neben der Aufladungskammer 121 angeordnet ist und mit der Aufladungskammer 121 durch den Gasströmungsdurchgang 31 in Verbindung steht. Außerdem steht die Einfangkammer 131 mit der Außenumgebung der Umfassung CS durch das Auslassloch 35 in Verbindung. Die zweite Elektrode 132 hat die allgemein stabartige äußere Form und ist dergestalt an der Umfassung CS befestigt, dass ihre Längsrichtung mit dem Strömungsrichtung von Luft übereinstimmt, die durch den Gasströmungsdurchgang 31 strömt (die Erstreckungsrichtung der Umfassung CS). Die zweite Elektrode 132 ist mit der elektrischen Schaltungssektion 700 (1) durch das Hilfskabel 211 verbunden (insbesondere einen Hilfskerndraht 212, der später noch beschrieben wird). Die zweite Elektrode 132 ist von der Umfassung CS elektrisch isoliert.
Eine Spannung von etwa 100 V wird an die zweite Elektrode 132 angelegt, wodurch sie als eine Hilfselektrode fungiert, um das Einfangen positiver Ionen zu unterstützen, die nicht für die Aufladung des Rußes S verwendet werden. Insbesondere wird durch die elektrische Leistung, die von der elektrischen Schaltungssektion 700 zugeführt wird, eine Spannung an die Ioneneinfangsektion 130 angelegt, dergestalt, dass die zweite Elektrode 132 als ein positiver Pol dient und die Umfassung CS, welche die Aufladungskammer 121 und die Einfangkammer 131 bildet, als ein negativer Pol dient. Infolge dessen empfangen die positiven Ionen PI, die nicht für die Aufladung von Ruß S verwendet werden, eine Abstoßungskraft von der zweiten Elektrode 132, wodurch ihre Fortbewegungsrichtungen zu Richtungen umgelenkt werden, die von der zweiten Elektrode 132 fort führen. Die positiven Ionen PI, deren Fortbewegungsrichtungen umgelenkt wurden, werden durch die Innenumfangswände der Einfangkammer 131 und den Gasströmungsdurchgang 31, die als ein negativer Pol fungieren, eingefangen. Des Weiteren empfängt der Ruß S (aufgeladene Partikel), an den sich positive Ionen PI geheftet haben, ebenfalls die Abstoßungskraft von der zweiten Elektrode 132 wie für den Fall der positiven Ionen PI selbst. Da aber der Ruß S eine größere Masse als die positiven Ionen PI hat, ist der Einfluss der Abstoßungskraft auf die Fortbewegungsrichtungen kleiner als im Fall der positiven Ionen PI selbst. Daher wird der aufgeladene Ruß S (aufgeladene Partikel) infolge der Strömung des Abgases nach außerhalb der Umfassung CS durch das Auslassloch 35 ausgestoßen.
Insbesondere wird weiter unten noch ein Verfahren zum Berechnen der Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S anhand des von dem Partikelsensor 100 ausgegebenen Signals beschrieben.
3 ist eine erläuternde Ansicht, welche die elektrischen Ausgestaltungen des Partikelsensors 100 und der elektrischen Schaltungssektion 700 zeigt.
Der Partikelsensor 100 hat eine metallische Stütze 140, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Edelstahl oder dergleichen) besteht und welche die Umfassung CS in einem Zustand stützt, in dem die metallische Stütze 140 elektrisch von der Umfassung CS isoliert ist.
Die metallische Stütze 140 hat einen Befestigungsabschnitt (zum Beispiel eine Spiralnut oder dergleichen) zum Befestigen an dem Auspuffrohr 402 (siehe 1(b)). Infolge der Befestigung an dem Auspuffrohr 402 ist die metallische Stütze 140 elektrisch mit dem Auspuffrohr 402 verbunden und ist mit einer primärseitigen Erde PGL verbunden (einer Erde (Erdungsleitung), deren Potenzial als ein Referenzpotenzial für die primärseitige Schaltung dient).
Das Koronakabel 201 ist ein sogenanntes Triaxialkabel und umfasst den Koronakerndraht 202, einen Korona-Außenleiter 203, einen Korona-Innenleiter 204 und einen Koronakabelverbinder 205.
Der Koronakerndraht 202 ist als ein mittiger Leiter ausgebildet, der aus einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Kupfer oder dergleichen) besteht. Der Koronakerndraht 202 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 112 des Partikelsensors 100 verbunden. Der Korona-Innenleiter 204 ist ein röhrenförmiges Drahtgeflecht, das auf der radial äußeren Seite des Koronakerndrahtes 202 angeordnet ist und elektrisch von dem Koronakerndraht 202 isoliert ist und durch Flechten dünner Drähte aus elektrisch leitfähigem Material (zum Beispiel Kupfer oder dergleichen) gebildet wird. Der Korona-Innenleiter 204 ist elektrisch mit der Umfassung CS des Partikelsensors 100 verbunden. Der Korona-Außenleiter 203 ist ein röhrenförmiges Drahtgeflecht, der auf der radial äußeren Seite des Korona-Innenleiters 204 angeordnet ist und elektrisch von dem Korona-Innenleiter 204 isoliert ist und durch Flechten dünner Drähte aus elektrisch leitfähigem Material (zum Beispiel Kupfer oder dergleichen) gebildet wird. Der Korona-Außenleiter 203 ist elektrisch mit der metallischen Stütze 140 des Partikelsensors 100 verbunden. Der Koronakabelverbinder 205 ist an den Enden des Koronakerndrahtes 202, des Korona-Außenleiters 203 und des Korona-Innenleiters 204 angeordnet.
Das Hilfskabel 211 ist ein sogenanntes Triaxialkabel und umfasst einen Hilfskerndraht 212, einen Hilfs-Außenleiter 213, einen Hilfs-Innenleiter 214 und einen Hilfskabelverbinder 215.
Der Hilfskerndraht 212 ist als ein mittiger Leiter ausgebildet, der aus einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Kupfer oder dergleichen) besteht. Der Hilfskerndraht 212 ist elektrisch mit der zweiten Elektrode 132 des Partikelsensors 100 verbunden. Der Hilfs-Innenleiter 214 ist ein röhrenförmiges Drahtgeflecht, das auf der radial äußeren Seite des Hilfskerndrahtes 212 angeordnet ist und elektrisch von dem Hilfskerndraht 212 isoliert ist und durch Flechten dünner Drähte aus elektrisch leitfähigem Material (zum Beispiel Kupfer oder dergleichen) gebildet wird. Der Hilfs-Innenleiter 214 ist elektrisch mit der Umfassung CS des Partikelsensors 100 verbunden. Der Hilfs-Außenleiter 213 ist ein röhrenförmiges Drahtgeflecht, das auf der radial äußeren Seite des Hilfs-Innenleiters 214 angeordnet ist und elektrisch von dem Hilfs-Innenleiter 214 isoliert ist und durch Flechten dünner Drähte aus elektrisch leitfähigem Material (zum Beispiel Kupfer oder dergleichen) gebildet wird. Der Hilfs-Außenleiter 213 ist elektrisch mit der metallischen Stütze 140 des Partikelsensors 100 verbunden. Der Hilfskabelverbinder 215 ist an den Enden des Hilfskerndrahtes 212, des Hilfs-Außenleiters 213 und des Hilfs-Innenleiters 214 angeordnet.
1-3. Elektrisce Schaltungssektion
Wie in 3 gezeigt, umfasst die elektrische Schaltungssektion 700 eine Stromversorgungsschaltung 710, einen Trenntransformator 720, eine Koronastrom-Messschaltung 730, eine Ionenstrom-Messschaltung 740, eine erste Gleichrichtungsschaltung 751 und eine zweite Gleichrichtungsschaltung 752.
Außerdem umfasst die elektrische Schaltungssektion 700 einen Koronastrompfad 231, einen ersten Referenzpfad 232, einen ersten Ionenstrompfad 233, einen Koronaverbinder 234, einen Hilfsstrompfad 235, einen zweiten Referenzpfad 236, einen zweiten Ionenstrompfad 237 und einen Hilfsverbinder 238.
Der Koronastrompfad 231 ist ein Strompfad, der sich von dem Koronaverbinder 234 zu der ersten Gleichrichtungsschaltung 751 erstreckt. Ein Kurzschlussschutzwiderstand 753 ist in dem Koronastrompfad 231 angeordnet. Der erste Referenzpfad 232 ist ein Strompfad, der sich von dem Koronaverbinder 234 zu der primärseitigen Erde PGL erstreckt. Der erste Ionenstrompfad 233 ist ein Strompfad, der sich von dem Koronaverbinder 234 zu der sekundärseitigen Erde SGL erstreckt. Der Koronaverbinder 234 ist dafür ausgebildet, mit dem Koronakabelverbinder 205 verbunden werden zu können.
Wenn der Koronakabelverbinder 205 und der Koronaverbinder 234 miteinander verbunden werden, so wird der Koronakerndraht 202 elektrisch mit dem Koronastrompfad 231 verbunden, der Korona-Außenleiter 203 wird elektrisch mit dem ersten Referenzpfad 232 verbunden, und der Korona-Innenleiter 204 wird elektrisch mit dem ersten Ionenstrompfad 233 verbunden.
Der Hilfsstrompfad 235 ist ein Strompfad, der sich von dem Hilfsverbinder 238 zu der zweiten Gleichrichtungsschaltung 752 erstreckt, und Hilfselektrodenstrom I_ir fließt durch den Strompfad. Ein Kurzschlussschutzwiderstand 754 ist in dem Hilfsstrompfad 235 angeordnet. Der zweite Referenzpfad 236 ist ein Strompfad, der sich von dem Hilfsverbinder 238 zu einem Verbindungspunkt 232a des ersten Referenzpfades 232 erstreckt, und ist elektrisch mit der primärseitigen Erde PGL durch den ersten Referenzpfad 232 verbunden. Der zweite Ionenstrompfad 237 ist ein Strompfad, der sich von dem Hilfsverbinder 238 zu einem Verbindungspunkt 233a der ersten Ionenstrompfad 233 erstreckt, und ist elektrisch mit der sekundärseitigen Erde SGL durch den ersten Ionenstrompfad 233 verbunden. Der Hilfsverbinder 238 ist dafür ausgebildet, mit dem Hilfskabelverbinder 215 verbunden werden zu können.
Wenn der Hilfskabelverbinder 215 und der Hilfsverbinder 238 miteinander verbunden werden, so wird der Hilfskerndraht 212 elektrisch mit dem Hilfsstrompfad 235 verbunden, der Hilfs-Außenleiter 213 wird elektrisch mit dem zweiten Referenzpfad 236 verbunden, und der Hilfs-Innenleiter 214 wird elektrisch mit dem zweiten Ionenstrompfad 237 verbunden.
Die Stromversorgungsschaltung 710 umfasst eine erste Stromversorgungsschaltung 710a und eine zweite Stromversorgungsschaltung 710b. Der Trenntransformator 720 umfasst einen ersten Trenntransformator 720a und einen zweiten Trenntransformator 720b.
Die erste Stromversorgungsschaltung 710a liefert an den ersten Trenntransformator 720a die elektrische Leistung, die von der Stromversorgungssektion 440 zugeführt wird, und steuert den ersten Trenntransformator 720a an. Die erste Stromversorgungsschaltung 710a umfasst eine erste Entladungsspannung-Steuerschaltung 711a und eine erste Transformator-Ansteuerschaltung 712a. Die erste Entladungsspannung-Steuerschaltung 711a ist so ausgebildet, dass sie den Spannungswert der elektrischen Leistung, die dem ersten Trenntransformator 720a unter der Steuerung durch die Steuerungssektion 600 zugeführt wird, beliebig ändern kann. In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuerungssektion 600 den Spannungswert der elektrischen Leistung, der dem ersten Trenntransformator 720a zugeführt wird, dergestalt, dass der Stromwert des Eingangsstroms I_in, der der ersten Elektrode 112 des Partikelsensors 100 durch das Koronakabel 201 (insbesondere den Koronakerndraht 202) zugeführt wird, gleich einem im Voraus eingestellten Sollstromwert I_ta wird (zum Beispiel 5 μΑ). Das Verfahren dieser Steuerung durch die Steuerungssektion 600 wird beschrieben später. Infolge dessen kann die Menge der positiven Ionen PI, die durch die Koronaentladung in der Ionenerzeugungssektion 110 erzeugt werden, konstant gehalten werden.
Die erste Transformator-Ansteuerschaltung 712a umfasst einen Schalter, der die Fließrichtung von Strom umschalten kann, der durch die Primärspule des ersten Trenntransformators 720a fließt. Die erste Transformator-Ansteuerschaltung 712a steuert den ersten Trenntransformator 720a durch die Schaltoperation des Schalters an. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schaltungstyp des ersten Trenntransformators 720a ein Push-Pull-Typ. Jedoch ist der Schaltungstyp des ersten Trenntransformators 720a nicht darauf beschränkt und kann zum Beispiel ein Halbbrücken-Typ oder ein Vollbrücken-Typ sein.
Der erste Trenntransformator 720a führt eine Spannungsumsetzung für die elektrische Leistung aus, die von der ersten Stromversorgungsschaltung 710a zugeführt wird, und führt die spannungsumgesetzte elektrische Leistung zu der ersten Gleichrichtungsschaltung 751 auf der Sekundärseite zu. Der erste Trenntransformator 720a der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die Primärspule und die Sekundärspule nicht in physischem Kontakt miteinander stehen, aber magnetisch miteinander gekoppelt sind. Eine Schaltung auf der Primärseite des ersten Trenntransformators 720a umfasst die Steuerungssektion 600 und die Stromversorgungssektion 440 sowie die erste Stromversorgungsschaltung 710a. Eine Schaltung auf der Sekundärseite des ersten Trenntransformators 720a umfasst den Partikelsensor 100 und die ersten Gleichrichtungsschaltung 751.
Die zweite Stromversorgungsschaltung 710b liefert an den zweiten Trenntransformator 720b die elektrische Leistung, die von der Stromversorgungssektion 440 zugeführt wird, und steuert den zweiten Trenntransformator 720b an. Die zweite Stromversorgungsschaltung 710b umfasst eine zweite Entladungsspannung-Steuerschaltung 711b und eine zweite Transformator-Ansteuerschaltung 712b. Die zweite Entladungsspannung-Steuerschaltung 711b ist so ausgebildet, dass sie den Spannungswert der elektrischen Leistung, die dem zweiten Trenntransformator 720b unter der Steuerung durch die Steuerungssektion 600 zugeführt wird, beliebig ändern kann. In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuerungssektion 600 den Spannungswert der elektrischen Leistung, die dem zweiten Trenntransformator 720b zugeführt wird, dergestalt, dass die Spannung, die der zweiten Elektrode 132 des Partikelsensors 100 durch das Hilfskabel 211 (insbesondere den Hilfskerndraht 212) zugeführt wird, gleich einem im Voraus eingestellten Sollspannungswert wird (zum Beispiel 100 V).
Die zweite Transformator-Ansteuerschaltung 712b umfasst einen Schalter, der die Fließrichtung von Strom umschalten kann, der durch die Primärspule des zweiten Trenntransformators 720b fließt. Die zweite Transformator-Ansteuerschaltung 712b steuert den zweiten Trenntransformator 720b durch die Schaltoperation des Schalters an. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schaltungstyp des zweiten Trenntransformators 720b ein Push-Pull-Typ. Jedoch ist der Schaltungstyp des zweiten Trenntransformators 720b nicht darauf beschränkt und kann zum Beispiel ein Halbbrücken-Typ oder ein Vollbrücken-Typ sein.
Der zweite Trenntransformator 720b führt eine Spannungsumsetzung für die elektrische Leistung aus, die von der zweiten Stromversorgungsschaltung 710b zugeführt wird, und führt die spannungsumgesetzte elektrische Leistung zu der zweiten Gleichrichtungsschaltung 752 auf der Sekundärseite zu. Der zweite Trenntransformator 720b der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die Primärspule und die Sekundärspule nicht in physischem Kontakt miteinander stehen, aber magnetisch miteinander gekoppelt sind. Eine Schaltung auf der Primärseite des zweiten Trenntransformators 720b umfasst die Steuerungssektion 600 und die Stromversorgungssektion 440 sowie die zweite Stromversorgungsschaltung 710b. Eine Schaltung auf der Sekundärseite des zweiten Trenntransformators 720b umfasst den Partikelsensor 100 und die zweite Gleichrichtungsschaltung 752.
Die Koronastrom-Messschaltung 730 und die Ionenstrom-Messschaltung 740 sind Schaltungen, die zwischen der Schaltung auf der Primärseite des Trenntransformators 720 (der erste Trenntransformator 720a und der zweite Trenntransformator 720b) und der Schaltung auf der Sekundärseite des Trenntransformators 720 (der erste Trenntransformator 720a und der zweite Trenntransformator 720b) angeordnet sind und elektrisch mit der primärseitigen bzw. der sekundärseitigen Schaltung verbunden sind. Wie später noch beschrieben wird, ist die Koronastrom-Messschaltung 730 so ausgebildet, dass ein Schaltungsabschnitt, der elektrisch mit der Schaltung auf der Primärseite des Trenntransformators 720 (der erste Trenntransformator 720a und der zweite Trenntransformator 720b) verbunden ist, physisch von einem Schaltungsabschnitt isoliert ist, der elektrisch mit der Schaltung auf der Sekundärseite des Trenntransformators 720 (der erste Trenntransformator 720a und der zweite Trenntransformator 720b) verbunden ist. Insbesondere wird, wie oben beschrieben, die Erde (Erdungsleitung), die das Referenzpotenzial der primärseitigen Schaltung bereitstellt, auch als eine „primärseitige Erde PGL“ bezeichnet, und die Erde, die das Referenzpotenzial der sekundärseitigen Schaltung bereitstellt, wird auch als eine „sekundärseitige Erde SGL“ bezeichnet.
Enden der Primärspulen des Trenntransformators 720 (der erste Trenntransformator 720a und der zweite Trenntransformator 720b) sind mit der primärseitigen Erde PGL verbunden, und Enden seiner Sekundärspulen sind mit der sekundärseitigen Erde SGL verbunden. Erste Enden des Korona-Innenleiters 204 des Koronakabels 201 und des Hilfs-Innenleiters 214 des Hilfskabels 211 sind mit der Umfassung CS verbunden, und zweite Enden des Korona-Innenleiters 204 des Koronakabels 201 und des Hilfs-Innenleiters 214 des Hilfskabels 211 sind mit der sekundärseitigen Erde SGL durch den ersten Ionenstrompfad 233 und den zweiten Ionenstrompfad 237 verbunden.
Die erste Gleichrichtungsschaltung 751 ist mit der ersten Elektrode 112 durch den Kurzschlussschutzwiderstand 753 verbunden und führt die umgewandelte elektrische Leistung zu der ersten Elektrode 112 durch den Koronakerndraht 202 des Koronakabels 201 zu. Und zwar wird die Spannung, die von der ersten Gleichrichtungsschaltung 751 zugeführt wird, meistens eine Entladungsspannung in der ersten Elektrode 112, und der Strom, der von der ersten Gleichrichtungsschaltung 751 zugeführt wird, wird ein Eingangsstrom I_in, der in die erste Elektrode 112 eingespeist wird. Die zweite Gleichrichtungsschaltung 752 ist mit der zweiten Elektrode 132 durch den Kurzschlussschutzwiderstand 754 verbunden und legt die umgewandelte Spannung an die zweite Elektrode 132 durch den Hilfskerndraht 212 des Hilfskabels 211 an.
Die Ionenstrom-Messschaltung 740 detektiert den Stromwert eines Stroms (I_esc), der den positiven Ionen PI entspricht, die herausgeströmt sind, ohne durch die Ioneneinfangsektion 130 eingefangen zu werden, und liefert an die sekundärseitige Schaltung einen Strom (Kompensationsstrom I_c), der den positiven Ionen PI entspricht, die herausgeströmt sind. Und zwar führt die Ionenstrom-Messschaltung 740, als den Kompensationsstrom I_c, zu der sekundärseitigen Schaltung einen Strom zu, der der Menge an aufgeladenem Ruß S (aufgeladene Partikel) entspricht, der von dem Partikelsensor 100 (der Umfassung CS) nach draußen abgegeben wurde. Die Ionenstrom-Messschaltung 740 ist mit dem ersten Ionenstrompfad 233 auf der Sekundärseite (insbesondere einem Teil des ersten Ionenstrompfades 233, der zwischen dem Verbindungspunkt 223a und dem Nebenschlusswiderstand 230 angeordnet ist) durch eine Verdrahtungsleitung 771 verbunden, und ist mit der Steuerungssektion 600 auf der Primärseite durch Verdrahtungsleitungen 772 und 773 verbunden. Außerdem ist die Ionenstrom- Messschaltung 740 mit dem primärseitigen Erde PGL durch die Verdrahtungsleitung 775 verbunden. Durch die Verdrahtungsleitung 772 gibt die Ionenstrom-Messschaltung 740 an die Steuerungssektion 600 ein Signal SW_esc aus, das einen Stromwert zeigt, welcher der Menge an positiven Ionen PI entspricht, die herausgeströmt sind, ohne durch die Ioneneinfangsektion 130 eingefangen zu werden. Die Ionenstrom-Messschaltung 740 gibt außerdem ein Signal SS_esc an die Steuerungssektion 600 durch die Verdrahtungsleitung 773 aus, wobei das Signal SS_esc durch Verstärken des Signals SW_esc erhalten wird und als ein hochempfindliches Signal dient.
Die Koronastrom-Messschaltung 730 ist mit dem ersten Ionenstrompfad 233 durch Verdrahtungsleitungen 761 und 762 verbunden und ist mit der Steuerungssektion 600 durch eine Verdrahtungsleitung 763 verbunden. Die Verdrahtungsleitungen 761 und 762 sind mit dem ersten Ionenstrompfad 233 dergestalt verbunden, dass der Nebenschlusswiderstand 230, der in dem ersten Ionenstrompfad 233 angeordnet ist, zwischen den Verdrahtungsleitungen 761 und 762 angeordnet ist. Die Koronastrom-Messschaltung 730 gibt an die Steuerungssektion 600 ein Signal S_dc+trp+c aus, das den Stromwert eines sekundärseitigen Stroms (I_dc + I_trp + I_c) darstellt, der von der Umfassung CS in Richtung der sekundärseitigen Erde SGL durch den ersten Ionenstrompfad 233 fließt. Hier ist ein „Signal, das den Stromwert darstellt“, nicht auf ein Signal beschränkt, das direkt den Stromwert darstellt, und kann auch ein Signal sein, das den Stromwert indirekt darstellt. Zum Beispiel kann das „Signal, das den Stromwert darstellt“, ein Signal sein, auf dessen Grundlage der Stromwert spezifiziert werden kann, indem ein Berechnungsausdruck oder eine Map auf Informationen angewendet wird, die anhand des Signals erhalten wurden. Da der Kompensationsstrom I_c, der von der Ionenstrom-Messschaltung 740 zugeführt (ergänzt) wird, dem Strom entspricht, der den positiven Ionen PI (aufgeladene Partikel) entspricht, die von dem Partikelsensor 100 (der Umfassung CS) abgegeben wurden, wird insbesondere der Stromwert des sekundärseitigen Stroms, der den Kompensationsstrom I_c enthält und der von der Umfassung CS zu der sekundärseitigen Erde SGL fließt, d. h. der Stromwert des sekundärseitigen Stroms (I_dc + I_trp + I_c), der durch den Nebenschlusswiderstand 230 fließt, gleich dem Stromwert des Eingangsstroms I_in.
Unter Verwendung des von der Koronastrom-Messschaltung 730 eingegebenen Signals S_dc+trp+c steuert die Steuerungssektion 600 die erste Entladungsspannung-Steuerschaltung 711a dergestalt, dass der Stromwert des Eingangsstroms I_in gleich dem Sollstromwert I_ta wird. Und zwar bilden die Koronastrom-Messschaltung 730 und die Steuerungssektion 600 eine Konstantstromschaltung zum Aufrechterhalten des Stromwertes des Koronastroms (= der Eingangsstrom I_in) auf einem konstanten Pegel. Da der Stromwert des Koronastroms mit der Menge an in der Ionenerzeugungssektion 110 erzeugten positiven Ionen PI korreliert, wird die Menge an in der Ionenerzeugungssektion 110 erzeugten positiven Ionen PI durch diese Konstantstromschaltung konstant gehalten.
Es wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die Ionenstrom-Messschaltung 740 den Stromwert des Stroms detektiert, der den positiven Ionen PI entspricht, die herausgeströmt sind, ohne durch die Ioneneinfangsektion 130 eingefangen zu werden.
Hier wird der Strom, der von dem Koronakerndraht 202 des Koronakabels 201 zu der ersten Elektrode 112 zugeführt wird, als „Eingangsstrom I_in“ bezeichnet, der Strom, der von der ersten Elektrode 112 zu der Umfassung CS durch die Trennwand 42 aufgrund der Koronaentladung fließt, wird als „Entladungsstrom I_dc“ bezeichnet, der Strom, welcher der Ladung der positiven Ionen PI entspricht, die einige der positiven Ionen PI sind, aufgrund der Koronaentladung erzeugt werden, wird für die Aufladung des Rußes S verwendet, und ein Leckstrom nach außerhalb der Umfassung CS wird als „Signalstrom I_esc“ bezeichnet, und der Strom, welcher der Ladung der positiven Ionen PI entspricht, die durch die Umfassung CS eingefangen werden, wird als „eingefangener Strom I_trp“ bezeichnet. Diese vier Ströme erfüllen die Beziehung von Ausdruck (1), der im Folgenden erläutert wird. I_in = I_dc + I_trp + I_esc (1)
Hier ist der Signalstrom Iesc ein Signal, das einen Stromwert zeigt, der dem Strom entspricht, der von der Ionenstrom-Messschaltung 740 ausgegeben wird (der Strom (Kompensationsstrom I_c)), der den positiven Ionen PI entspricht, die herausgeströmt sind). Daher kann die Ionenstrom-Messschaltung 740 durch Detektieren dieses Kompensationsstroms I_c den Stromwert des Stroms (I_esc) detektieren, der den positiven Ionen PI entspricht, die herausgeströmt sind, ohne durch die Ioneneinfangsektion 130 eingefangen zu werden.
Insbesondere ist der Kompensationsstrom I_c auch ein Signal, das die Differenz der Potenziale zwischen der primärseitigen Erde PGL und der sekundärseitigen Erde SGL darstellt. Außerdem ist der Kompensationsstrom I_c ein Strom, der einen Stromwert darstellt, der dem Signalstrom I_esc äquivalent ist. Betrachtet man den Ausdruck (1), so hat der Kompensationsstrom I_c einen Stromwert, der der Differenz zwischen (= I_in – I_dc – I_trp) entspricht, die durch Subtrahieren des Strom (= I_trp), der der Menge an Ionen entspricht, die durch den Ioneneinfangsektion 130 eingefangen wurden, von dem Strom (= Iin – Idc), welcher der Menge an Ionen entspricht, die in der Ionenerzeugungssektion 110 erzeugt wurden, erhalten wird. Und zwar ist der Kompensationsstrom I_c eine Zustandsgröße, die mit der Differenz korreliert, die durch Subtrahieren der Menge an Ionen, die durch die Ioneneinfangsektion 130 eingefangen wurden, von der Menge an Ionen, die in der Ionenerzeugungssektion 110 durch die elektrische Ionenleistung erzeugt wurden, erhalten wird.
1-4. Ionenstrom-Messschaltung
4 ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhaft die allgemeine Ausgestaltung der Ionenstrom-Messschaltung 740 zeigt. Die Ionenstrom-Messschaltung 740 umfasst einen ersten Operationsverstärker AMP1, einen zweiten Operationsverstärker AMP2, einen dritten Operationsverstärker AMP3 und Widerstände RE1 bis RE5, die bekannte Widerstandswerte aufweisen.
Ein Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers AMP1 ist mit der sekundärseitigen Erde SGL durch die Verdrahtungsleitung 771 und den ersten Ionenstrompfad 233 (einschließlich des Nebenschlusswiderstandes 230) verbunden, und der andere Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers AMP1 ist mit der primärseitigen Erde PGL durch die Verdrahtungsleitung 775 verbunden. Der Ausgangsanschluss des ersten Operationsverstärkers AMP1 ist mit der Steuerungssektion 600 durch die Verdrahtungsleitung 772 verbunden. Insbesondere ist eine Stromquelle Vref zum Bereitstellen einer konstanten Referenzspannung (zum Beispiel 0,5 V) in Bezug auf die primärseitige Erde PGL mit dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers AMP1 verbunden. Durch Einspeisen der Referenzspannung in den ersten Operationsverstärker AMP1 ist es möglich zu veranlassen, dass sich der Potenzialunterschied zwischen den zwei Eingangsanschlüssen des ersten Operationsverstärkers AMP1 einem Potenzialunterschiedsbereich annähert, innerhalb dessen kaum ein Fehler (ein Fehler aufgrund von Vorspannstrom, Versatzspannung usw.) entsteht. Außerdem ist der Ausgangsanschluss des ersten Operationsverstärkers AMP1 mit einem Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers AMP2 durch einen Teil der Verdrahtungsleitung 772 und einer Verdrahtungsleitung LI1 verbunden und ist mit der Verdrahtungsleitung 771 durch einen Teil der Verdrahtungsleitung 772 und einer Verdrahtungsleitung LI2 verbunden. Der Widerstand RE1 ist in der Verdrahtungsleitung LI1 angeordnet, und der Widerstand RE2 ist in der Verdrahtungsleitung LI2 angeordnet.
Ein Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers AMP2 ist mit dem ersten Operationsverstärker AMP1 durch einen Teil der Verdrahtungsleitung LI1 und der Verdrahtungsleitung 772 verbunden, und der andere Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers AMP2 ist mit der primärseitigen Erde PGL durch eine Verdrahtungsleitung LI3 und die Verdrahtungsleitung 775 verbunden. Der Widerstand RE3 und der dritte Operationsverstärker AMP3 sind in der Verdrahtungsleitung LI3 angeordnet. Eine Verdrahtungsleitung LI4 ist mit einem Knoten zwischen dem Widerstand RE3 und dem dritten Operationsverstärker AMP3 verbunden. Die Verdrahtungsleitung LI3 ist mit der Verdrahtungsleitung LI1 durch die Verdrahtungsleitung LI4 verbunden, in welcher der Widerstand RE4 angeordnet ist. Der dritte Operationsverstärker AMP3 ist dafür ausgebildet, als ein Spannungsfolger zu fungieren, der eine Spannungsänderung aufgrund der Stromänderung auf der Ausgangsseite unterdrückt. Der Ausgangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers AMP2 ist mit der Steuerungssektion 600 durch die Verdrahtungsleitung 773 verbunden und ist mit der Verdrahtungsleitung LI3 durch die Verdrahtungsleitung 773 und eine Verdrahtungsleitung LI5 verbunden. Der Widerstand RE5 ist in der Verdrahtungsleitung LI5 angeordnet.
Wenn aufgrund der Erzeugung des Signalstroms I_esc eine Differenz zwischen den Referenzpotenzialen der sekundärseitigen Erde SGL und den Referenzpotenzialen der primärseitigen Erde PGL erzeugt wird, so gibt der erste Operationsverstärker AMP1 eine Spannung entsprechend dieser Differenz aus. Da die von dem ersten Operationsverstärker AMP1 ausgegebene Spannung mit dem Stromwert des Signalstroms I_esc korreliert, wird dieser Spannungswert an die Steuerungssektion 600 durch die Verdrahtungsleitung 772 als ein Signal SW_esc ausgegeben, das den Stromwert des Signalstroms I_esc darstellt.
Außerdem erzeugt die von dem ersten Operationsverstärker AMP1 ausgegebene Spannung den Kompensationsstrom I_c, der von der Verdrahtungsleitung LI2 zu der Verdrahtungsleitung 771 durch den Widerstand RE2 zugeführt wird. Wie oben beschrieben, ist der Stromwert des Kompensationsstroms I_c gleich dem Stromwert des Signalstroms I_esc. Daher wird aufgrund der Zufuhr des Kompensationsstroms I_c zu der Verdrahtungsleitung 771, welche die sekundärseitige Schaltung bildet, die Differenz zwischen den Referenzpotenzialen der sekundärseitigen Erde SGL und den Referenzpotenzialen der primärseitigen Erde PGL kompensiert.
Der zweite Operationsverstärker AMP2 verstärkt das von dem ersten Operationsverstärker AMP1 eingegebene Signal SW_esc und gibt an die Steuerungssektion 600 das Signal SS_esc aus, das infolge der Verstärkung erhalten wurde. Da der zweite Operationsverstärker AMP2 dafür ausgebildet ist, als eine Differenzialverstärkungsschaltung zu fungieren, gibt der zweite Operationsverstärker AMP2 eine Spannung aus, die der Differenz zwischen der Spannung, die in einen Eingangsanschluss als das Signal SW_esc eingegeben wurde, und dem Referenzpotenzial der primärseitigen Erde PGL, das in den anderen Eingangsanschluss eingegeben wurde, entspricht. Und zwar gibt der zweite Operationsverstärker AMP2 eine Spannung an die Steuerungssektion 600 als das Signal SS_esc aus, wobei die Spannung durch Verstärken der Spannung des Eingangssignals SW_{esc bei} einem zuvor festgelegten Verstärkungsfaktor (zum Beispiel 10³-fach) erhalten wird.
Die Steuerungssektion 600 detektiert die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S unter Verwendung des Signals SW_esc (gering-empfindliches Signal) und des Signals SS_esc (hochempfindliches Signal), die von der Ionenstrom- Messschaltung 740 eingespeist werden. Es bestehen keine bestimmten Einschränkungen bezüglich des Verfahrens zum Detektieren der Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S mittels dieser Signale, das den Stromwert des Signalstroms I_esc darstellen. Zum Beispiel kann für den Fall, dass die Steuerungssektion 600 eine Map oder einen relationalen Ausdruck speichert, welche die Beziehung zwischen dem Spannungswert des Signals und der Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S zeigen, die Steuerungssektion 600 die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S unter Verwendung der Map oder des relationalen Ausdrucks berechnen.
Die Steuerungssektion 600 der vorliegenden Ausführungsform erhält jeden der Spannungswerte, die analoge Signale sind, die in sie als die Signale SS_esc und SW_esc eingegeben werden, als einen digitalen Wert einer zuvor festgelegten Auflösung (zum Beispiel 8 Bits). Außerdem ist die Steuerungssektion 600 so ausgebildet, dass die Größe des lesbaren Spannungsbereichs (der Bereich der vollen Skala) für die in sie eingegebenen Signale SS_esc und SW_esc die gleiche wird.
Das Signal SS_esc (hochempfindliches Signal) hat eine höhere Empfindlichkeit (Auflösung) für den Stromwert des Signalstroms I_esc als das Signal SW_esc (gering-empfindliches Signal). Während zum Beispiel ein Spannungspegel des Signals SW_esc von 1 V einer Größenordnung des Signalstroms I_esc von 1 nA entspricht, entspricht ein Spannungspegel des Signals SS_esc von 1 V einer Größenordnung des Signalstroms I_esc von 1 pA. Darüber hinaus hat die Steuerungssektion 600 die gleiche Spannungsauflösung (den kleinsten erkennbaren Potenzialunterschied) (zum Beispiel 0,02 V) für beide Signale SS_esc und SW_esc. Dementsprechend ist der Stromwert des Signalstroms I_esc, welcher der Spannungsauflösung der Steuerungssektion 600 entspricht, für den Fall des Signals SS_esc (zum Beispiel 0,02 pA) klein und ist für den Fall des Signals SW_esc (zum Beispiel 0,02 nA) groß. Oder anders ausgedrückt: die Steuerungssektion 600 kann eine kleinere Änderung des Signalstroms I_esc anhand des Signals SS_esc detektieren als anhand des Signals SW_esc.
Daher hat die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S, die anhand des Signals SS_esc erhalten wurde, eine kleinere kleinste erkennbare Einheit und eine größere Genauigkeit als die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S, die anhand des Signals SW_esc erhalten wurde. Darüber hinaus wird der lesbare Spannungsbereich (zum Beispiel 0 bis 5 V) der Steuerungssektion 600 so eingestellt, dass er den gesamten Spannungsbereichs des Signals SW_esc abdeckt. Daher ist ein Bereich, in dem die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S unter Verwendung des Signals SW_esc gemessen werden kann, breiter als ein Bereich, in dem die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S unter Verwendung des Signals SS_esc gemessen werden kann. Wenn die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S in einen Bereich fällt, der dem gesamten Spannungsbereich des Signals SW_esc entspricht, so kann die Menge an Ruß S innerhalb des gesamten Bereichs gemessen werden.
Wie aus dem oben Dargelegten zu erkennen ist, kann die Steuerungssektion 600, wenn der Spannungswert des Signals SS_esc in den lesbaren Spannungsbereich fällt, die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S unter Verwendung des Signals SS_esc präzise messen, und wenn der Spannungswert des Signals SS_esc außerhalb des lesbaren Spannungsbereichs fällt, so kann die Steuerungssektion 600 die Menge des in dem Abgas enthaltenen Rußes S unter Verwendung des Signals SW_esc messen, das eine Messung innerhalb eines breiteren Bereichs gestattet.
1-5. Koronastrom-Messschaltung
5 ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhaft die allgemeine Ausgestaltung der Koronastrom-Messschaltung 730 zeigt.
Die Koronastrom-Messschaltung 730 ist als ein sogenannter optisch koppelnder Trennverstärker ausgebildet, dessen Eingangs- und Ausgangsseiten voneinander isoliert sind. Die Eingangsseite der Koronastrom-Messschaltung 730 gehört zu der Sekundärseite der elektrischen Schaltungssektion 700 (3), und die Ausgangsseite der Koronastrom-Messschaltung 730 gehört zu der Primärseite der elektrischen Schaltungssektion 700. Die Koronastrom-Messschaltung 730 umfasst einen sekundärseitigen Operationsverstärker 731, einen A/D-Wandler 732, eine Lichtabgabesektion 733, eine Lichtempfangssektion 734, einen primärseitigen Operationsverstärker 735 und einen D/A-Wandler 736.
Die zwei Eingangsanschlüsse des sekundärseitigen Operationsverstärkers 731 sind mit der Verdrahtungsleitung 761 bzw. der Verdrahtungsleitung 762 verbunden, und sein Ausgangsanschluss ist mit dem A/D- Wandler 732 verbunden. Der sekundärseitige Operationsverstärker 731 verstärkt den Potenzialunterschied zwischen der Verdrahtungsleitung 761 und der Verdrahtungsleitung 762 und gibt den verstärkten Potenzialunterschied an den A/D- Wandler 732 aus. Der Potenzialunterschied zwischen der Verdrahtungsleitung 761 und der Verdrahtungsleitung 762 ist der Potenzialunterschied zwischen den gegenüberliegenden Enden des Nebenschlusswiderstands 230 (3), dessen Widerstandswert bekannt ist, und korreliert mit dem Stromwert des Stroms, der durch den ersten Ionenstrompfad 233 fließt (3) (der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c)). Und zwar verstärkt der sekundärseitige Operationsverstärker 731 ein analoges Spannungssignal, das den Stromwert des Stroms darstellt, der durch den ersten Ionenstrompfad 233 fließt (3), und gibt das verstärkte analoge Spannungssignal an den A/D-Wandler 732 aus.
Der A/D-Wandler 732, der mit dem sekundärseitigen Operationsverstärker 731 und der Lichtabgabesektion 733 verbunden ist, wandelt das von dem sekundärseitigen Operationsverstärker 731 ausgegebene analoge Signal in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal an die Lichtabgabesektion 733 aus.
Die Lichtabgabesektion 733 umfasst eine LED und ist mit dem A/D-Wandler 732 und der sekundärseitigen Erde SGL verbunden. Die Lichtabgabesektion 733 wandelt das von dem A/D-Wandler 732 ausgegebene digitale Spannungssignal in ein optisches Signal um.
Die Lichtempfangssektion 734 umfasst eine Photodiode und ist mit dem primärseitigen Operationsverstärker 735 und der primärseitigen Erde PGL verbunden. Die Lichtempfangssektion 734 wandelt das von der Lichtabgabesektion 733 ausgegebene optische Signal in ein Stromsignal um und gibt das Stromsignal an den primärseitigen Operationsverstärker 735 aus. Auf diese Weise sind die Lichtabgabesektion 733 und die Lichtempfangssektion 734 elektrisch und physisch voneinander isoliert, und Signale werden zwischen der Lichtabgabesektion 733 und der Lichtempfangssektion 734 mittels Licht übertragen.
Der primärseitige Operationsverstärker 735 ist mit der Lichtempfangssektion 734 und dem D/A-Wandler 736 verbunden und umfasst eine Strom-Spannung-Umsetzungsschaltung. Der primärseitige Operationsverstärker 735 wandelt das von der Lichtempfangssektion 734 ausgegebene Stromsignal in ein Spannungssignal um und gibt das Spannungssignal an den D/A-Wandler 736 aus. Der D/A-Wandler 736, der mit dem primärseitigen Operationsverstärker 735 und der Verdrahtungsleitung 763 verbunden ist, wandelt das von dem primärseitigen Operationsverstärker 735 ausgegebene digitale Signal in ein analoges Signal um und gibt das analoge Signal an die Steuerungssektion 600 (3) durch die Verdrahtungsleitung 763 aus. Da die Koronastrom-Messschaltung 730 die oben beschriebene Ausgestaltung hat, kann die Koronastrom-Messschaltung 730 an die Steuerungssektion 600 auf der Primärseite das von dem ersten Ionenstrompfad 233 auf der Sekundärseite eingespeiste Signal ausgegeben, während die Isolierung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite beibehalten wird.
1-6. Durch die Steuerungssektion ausgeführte Prozesse
Die Steuerungssektion 600 umfasst einen Mikrocomputer und führt verschiedene Arten von Prozessen aus. Die Steuerungssektion 600 führt wenigstens einen Partikelmessungsprozess und einen Anomaliebestimmungsprozess als die verschiedenen Arten von Prozessen aus.
Als Erstes wird kurz der Partikelmessungsprozess beschrieben. Der Partikelmessungsprozess ist ein Prozess zum Berechnen der Menge an Ruß S unter Verwendung der Signale SS_esc und SW_esc von der Ionenstrom-Messschaltung 740. Zum Beispiel wird in dem Partikelmessungsprozess ein Ionenstrom A, der dem Signalstroms I_esc entspricht, unter Verwendung des gering-empfindlichen Signals SW_esc und des hochempfindlichen Signal SS_esc, die von der Ionenstrom-Messschaltung 740 eingespeist werden, berechnet (gemessen). Anschließend wird in dem Partikelmessungsprozess die Menge an Ruß S, die dem Ionenstrom A entspricht, der durch die Messung erhalten wurde, unter Verwendung einer Map, welche die Beziehung zwischen dem Ionenstrom A und der Menge an Ruß S in dem Abgas zeigt, oder eines relationalen Ausdrucks, der die Beziehung zwischen dem Ionenstrom A und der Menge an Ruß S in dem Abgas darstellt, berechnet. Insbesondere können die Map, die Formeln usw. in der Speichersektion (RAM usw.) der Steuerungssektion 600 im Voraus gespeichert werden.
Nachdem die Menge an Ruß S durch den Partikelmessungsprozess berechnet wurde, gibt die Steuerungssektion 600 an die Informierungssektion 920 eine Information bezüglich der Menge an Ruß S (die Menge an Partikeln) aus, die durch die Berechnung erhalten wurde. Wie oben beschrieben, umfasst die Informierungssektion 920 eine Anzeigeeinheit, die an der Umfassung 910 angeordnet ist und die empfangene Information über die Anzeigeeinheit anzeigt.
Als Nächstes wird der Anomaliebestimmungsprozess beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das die Details des Anomaliebestimmungsprozesses zeigt. Der Anomaliebestimmungsprozess ist ein Prozess zum Bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 in einem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht.
Beispiele der Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 umfassen einen Zustand, in dem der Koronakerndraht 202 in der Mitte unterbrochen ist und die elektrische Leitung unmöglich wird, einen Zustand, in dem die Verbindung zwischen dem Koronakerndraht 202 und der Sekundärspule des ersten Trenntransformators 720a unterbrochen ist und die elektrische Leitung unmöglich wird, und einen Zustand, in dem die Verbindung zwischen dem Koronakerndraht 202 und der ersten Elektrode 112 unterbrochen ist und die elektrische Leitung unmöglich wird.
Der Anomaliebestimmungsprozess wird ausgeführt, wenn die Steuerungssektion 600 gestartet wird.
Wenn der Anomaliebestimmungsprozess ausgeführt wird, so setzt zuerst die Steuerungssektion 600 in S110 (S steht für „Schritt“) einen Drahtbruchanomalie- Zähler CNB zurück (CNB = 0).
Der Drahtbruchanomalie-Zähler CNB ist ein Zähler zum Zählen der Häufigkeit des Eintretens des Drahtbruchanomaliezustands des Koronakerndrahtes 202.
In dem nachfolgenden Schritt S120 ist bestimmt die Steuerungssektion 600 einen unterseitigen Koronastrom C1. Der unterseitige Koronastrom C1 ist ein Strom, der von dem Gehäuse CS durch den ersten Ionenstrompfad 233 zu der sekundärseitigen Masse SGL fließt. In der vorliegenden Ausführungsform gewinnt die Steuerungssektion 600 das Signal I_dc+trp+c, welches den Stromwert des durch den ersten Ionentrompfad 233 (insbesondere den Nebenschlusswiderstand 230) fließenden sekundärseitigen Stroms (I_dc + I_trp + I_c) repräsentiert. berechnet den sekundärseitigen Strom (I_dc + I_trp + I_c) basierend auf dem Signal S_dc+trp+c, und gewinnt das Berechnungsergebnis als den unterseitigen Koronastrom C1.
In dem auf Schritt S120 folgenden Schritt S130 bestimmt die Steuerungssektion 600, ob der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich einem im Voraus bestimmten Strombestimmungswert C1min ist (C1 ≤ C1min). Wenn die Steuerungssektion 600 eine affirmative Bestimmung (Ja) vornimmt, so schreitet die Steuerungssektion 600 zu S140 voran, und wenn die Steuerungssektion 600 eine negative Bestimmung (Nein) vornimmt, so schreitet die Steuerungssektion 600 zu S150 voran. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Strombestimmungswert C1min 2 μA.
Insbesondere in dem Fall, in dem die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 aufgetreten ist, erfolgt die Zuführung von elektrischer Energie von der Sekundärspule des ersten Isolationstransformators 720a zu der Ionenerzeugungssektion 110 nicht richtig. Da in diesem Fall die Ionenerzeugungssektion 110 Ionen nicht korrekt erzeugen kann, kann die Erzeugung von aufgeladenen Partikeln in der Aufladungskammer 121 nicht richtig ausgeführt werden., und das Einfangen von Ionen in der Ioneneinfangsektion 130 kann nicht richtig ausgeführt werden. Deshalb zeigt der Strom, welcher von der Ioneneinfangsektion 130 über den Korona-Innenleiter 204 zu dem ersten Ionenstrompfad 233 ein abnormales Verhalten, welches verschieden ist von dem, in dem der elektrische Leitungszustand normal ist, und der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c), der durch den Nebenschlusswiderstand 230 des ersten Ionenstrompfads 233 fließt, zeigt ebenfalls ein abnormales Verhalten, welches verschieden ist von dem, in dem der elektrische Leitungszustand normal ist.
Deshalb kann die Steuerungssektion 600, welche den Anomaliebestimmungsprozess ausführt, den Drahtbruchanomaliezustand des Koronakerndrahtes 202 basierend auf dem sekundärseitigen Strom (I_dc + I_trp + I_c) bestimmen.
In dem Fall, in dem der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, kann die elektrische Ionenleistung, welche an der Sekundärspule des ersten Trenntransformators 720a erzeugt wird, einem Bereich zugeführt werden, der sich von der Sekundärspule zu dem Unterbrechungspunkt des Koronakerndrahtes 202 erstreckt, sie kann aber nicht einem Bereich zugeführt werden, der sich von dem Unterbrechungspunkt des Koronakerndrahtes 202 zu der Ionenerzeugungssektion 110 erstreckt. Wenn der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wird in der Ionenerzeugungssektion 110 nämlich kein Ion erzeugt und die Bewegung von Ionen von der Ionenerzeugungssektion 110 zu der Einfangsektion 130 tritt nicht auf. Deshalb fließt kein Strom, der durch in der Einfangsektion eingefangene Ionen erzeugt wäre, zu dem ersten Ionenstrompfad 233.
Deshalb ist es möglich, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, das heißt, es ist möglich, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 unterbrochen ist, indem der unterseitige Koronastrom C1, der der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c) ist, mit dem Strombestimmungswert C1min verglichen wird und indem bestimmt wird, ob der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1min ist oder nicht.
In dem Fall, dass die Steuerungssektion 600 aufgrund der affirmativen Bestimmung in S130 zu S140 vorangeschritten ist, inkrementiert (addiert 1 dazu) die Steuerungssektion 600 den Drahtbruchanomalie-Zähler CNB. Für den Fall, dass die Steuerungssektion 600 aufgrund der negativen Bestimmung in S130 zu S150 vorangeschritten ist, setzt die Steuerungssektion 600 in S150 den Drahtbruchanomalie-Zähler CNB zurück (CNC = 0). Nach Abschluss des Prozesses von S150 geht die Steuerungssektion 600 wieder zu S120.
Nach Abschluss des Prozesses von S140 geht die Steuerungssektion 600 zu S160. In S160 bestimmt die Steuerungssektion 600 ob die durch den Drahtbruchanomalie-Zähler CNB gezählte Anzahl der Male gleich oder größer als eine vorbestimmte Drahtbruch-Bestimmungsschwelle Cth ist (beispielsweise Cth = 1000 [Male]). Wenn die Steuerungssektion 600 eine affirmative Bestimmung (Ja) durchführt, geht die Steuerungssektion 600 zu S170, und wenn die Steuerungssektion 600 eine negative Bestimmung (Nein) durchführt, geht die Steuerungssektion 600 zu S120.
Für den Fall, dass die Steuerungssektion 600 aufgrund der affirmativen Bestimmung in S160 zu S170 vorangeschritten ist, bestimmt die Steuerungssektion 600, dass die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 in dem Partikelsensor 100 eingetreten ist, und führt einen Prozess des Benachrichtigens (Informierens) über den Anomaliezustand aus. In S170 führt die Steuerungssektion 600 einen Prozess des Anzeigens eines Anomalie-Informationsbildes in der Informierungssektion 920 aus, das die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 zeigt.
In dem Anomaliebestimmungsprozess führt die Steuerungssektion 600 den vorangehend beschriebenen Prozess der Schritte S120 bis S160 wiederholt aus, bis sie in S160 eine affirmative Bestimmung durchführt. Insbesondere wird in dem Anomaliebestimmungsprozess der Zeitraum zwischen einem Zeitpunkt, wo S160 einmal ausgeführt wird, und einem Zeitpunkt, wo S160 erneut ausgeführt wird (oder anders ausgedrückt: das Ausführungsintervall von S160), auf 10 ms eingestellt, und in S160 bestimmt die Steuerungssektion 600, ob die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 wenigstens 10 Sekunden (= 10 ms × Cth (= 1000 Mal)) fortbestanden hat oder nicht.
Und zwar bestimmt die Steuerungssektion 600 in dem Anomaliebestimmungsprozess, wenn die Steuerungssektion 600 bestimmt, dass die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 wenigstens 10 Sekunden fortbestanden hat (eine affirmative Bestimmung in S160), dass die Sensor- Drahtbruchanomalie eingetreten ist, und führt einen Prozess des Benachrichtigens (Informierens) über den Anomaliezustand (S170) aus.
1-7. Auswirkungen
Wie oben beschrieben, ist die Partikelmessvorrichtung 300 in dem Partikelmesssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, dass der Anomaliebestimmungsprozess in der Steuerungssektion 600 ausgeführt wird.
In der Partikelmessvorrichtung 300 wird, wenn eine Anomalie des elektrischen Verbindungszustands in dem Koronakabel 201 (insbesondere dem Koronakerndrahte 202), der Ionenerzeugungssektion 110 (insbesondere der ersten Elektrode 112) usw. aufgetreten ist, die Zufuhr von elektrischer Leistung von dem ersten Trenntransformator 720a (insbesondere seiner Sekundärspule) zu der Ionenerzeugungssektion 110 (der ersten Elektrode 112) nicht ordnungsgemäß ausgeführt. Ein Beispiel der Anomalie des elektrischen Verbindungszustands ist die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202.
In diesem Fall kann, da die Ionenerzeugungssektion 110 Ionen nicht ordnungsgemäß erzeugen kann, die erzeugung aufgeladener Partikel in der Aufladungskammer 121 nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden, und das Einfangen von Ionen in der Ioneneinfangsektion 130 kann nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden. Daher weist der Strom, der von der Ioneneinfangsektion 130 zu dem ersten Ionenstrompfad 233 durch den Korona-Innenleiter 204 fließt, ein abnormales Verhalten auf, das sich von dem Verhalten für den Fall unterscheidet, dass der elektrische Verbindungszustand normal ist. Infolge dessen weist der sekundärseitige Strom, der zwischen der sekundärseitigen Erde SGL und dem Punkt 233b in dem ersten Ionenstrompfad 233 fließt, dem der Kompensationsstrom I_c zugeführt wird (oder anders ausgedrückt: der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c), der durch den Nebenschlusswiderstand 230 fließt), ebenfalls ein abnormales Verhalten auf, das sich von dem Verhalten für den Fall unterscheidet, dass der elektrische Verbindungszustand normal ist.
Deshalb kann die Steuerungssektion 600 bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, das heißt, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 unterbrochen ist, und zwar basierend auf dem unterseitigen Koronastrom C1, der der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c) ist
Im Ergebnis kann die Partikelmessvorrichtung 300 die Anomalie (Drahtbruchanomalie) des elektrischen Verbindungszustands an dem Koronakabel 201, der Ionenerzeugungssektion 110 usw. bestimmen, ohne die Spannung an dem Koronakabel 201 oder der Ionenerzeugungssektion 110 direkt zu detektieren.
Insbesondere bestimmt die Steuerungssektion 600, ob der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1min ist, und sie bestimmt basierend auf dem Bestimmungsergebnis, ob der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht.
Wie vorangehend beschrieben, geht die Ionenstrom-Messschaltung 740 in dem Fall, in dem der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, in einen Zustand über, in dem sie den Kompensationsstrom I_c dem ersten Ionenstrompfad 233 nicht zuführt, und der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c), der durch den Nebenschlusswiderstand 230 des ersten Ionenstrompfads 233 fließt, nimmt ab.
Deshalb ist es möglich, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, das heißt, es ist möglich, zu bestimmen, ob der Koronakerndraht 202 unterbrochen ist, indem der unterseitige Koronastrom C1, der der sekundärseitige Strom (I_dc + I_trp + I_c) ist, mit dem Strombestimmungswert C1min verglichen wird und indem bestimmt wird, ob der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1min ist oder nicht.
Die Steuerungssektion 600 bestimmt in dem Anomaliebestimmungsprozess (S130), ob der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1min ist. Wenn der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1min ist, so bestimmt die Steuerungssektion 600 vorläufig, dass der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, d.h. der Koronakerndraht 202 unterbrochen ist, und inkrementiert den Drahtbruchanomalie-Zähler CNB (S140).
Wenn der Zählwert des Drahtbruchanomalie-Zählers CNB wenigstens so groß ist wie die Drahtbruch-Bestimmungsschwelle Cth ist (affirmative Bestimmung in S160), so bestimmt die Steuerungssektion 600, dass der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist (S170).
Und zwar bestimmt die Steuerungssektion 600 nicht sofort, dass der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1min wird.
Vielmehr bestimmt die Steuerungssektion 600, dass der Koronakerndraht 202 in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der Zustand, in dem der unterseitige Koronastrom C1 kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1 min ist, über wenigstens einen Drahtbruchanomalie-Zeitraum (10 s in der vorliegenden Ausführungsform) fortbesteht (S170). Der Drahtbruchanomalie-Zeitraum wird im Voraus auf der Basis des Ausführungsintervalls von S160 und der Drahtbruchbestimmungsschwelle Cth bestimmt.
Durch Ausführen der Anomaliebestimmung in der oben beschriebenen Weise bestimmt die Steuerungssektion 600 nicht fälschlicherweise, dass der Koronakerndraht 202 im Drahtbruchanomaliezustand ist, falls unterseitige Koronastrom C1 aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen vorübergehend kleiner oder gleich dem Strombestimmungswert C1 min wird.
Da die Häufigkeit des Eintretens einer irrtümlichen Bestimmung aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen verringert werden kann, kann in der Partikelmessvorrichtung 300 die Bestimmungsgenauigkeit beim Bestimmen des Drahtbruchanomaliezustands des Koronakerndrahtes 202 verbessert werden.
Wenn die Steuerungssektion 600 eine affirmative Bestimmung in S160 des Anomaliebestimmungsprozesses vornimmt, so bestimmt die Steuerungssektion 600, dass die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 eingetreten ist, und führt einen Prozess des Benachrichtigens (Informierens) über den Anomaliezustand aus (S170). Als den Benachrichtigungsprozess (Informierungsprozess) führt die Steuerungssektion 600 einen Prozess des Anzeigens eines Anomalie-Informationsbildes auf der Informierungssektion 920 aus, das die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes 202 zeigt.
Die Partikelmessvorrichtung 300, die eine solche Steuerungssektion 600 umfasst, kann einen Nutzer der Partikelmessvorrichtung 300 über den Kurzschlussanomaliezustand des Koronakerndrahtes 202 durch die Informierungssektion 920 informieren, um dadurch den Nutzer der Partikelmessvorrichtung 300 aufzufordern, den Verbindungszustand des Koronakabels 201 zu überprüfen oder das Koronakabel 201 auszuwechseln.
Infolge dessen kann die Partikelmessvorrichtung 300 verhindern, dass die Partikelmessung unter Verwendung des Partikelsensors 100 in einer Situation fortgesetzt wird, in welcher der Koronakerndraht 202 im Drahtbruchanomaliezustand ist, um dadurch zu verhindern, dass die Messleistung des Partikelsensors 100 beeinträchtigt wird.
Das Partikelmesssystem 10, das durch Verbinden des Partikelsensors 100 mit der oben beschriebenen Partikelmessvorrichtung 300 durch das Koronakabel 201 gebildet wird, kann die Anomalie des elektrischen Verbindungszustands in dem Koronakabel 201 (des Koronakerndrahtes 202), der Ionenerzeugungssektion 110 (der ersten Elektrode 112) usw. bestimmen, ohne direkt die Spannung in dem Koronakabel 201 (insbesondere dem Koronakerndraht 202) oder der Ionenerzeugungssektion 110 (insbesondere die erste Elektrode 112) zu detektieren.
1-8. Entsprechung der Formulierungen
Hier wird die Entsprechung der Formulierungen beschrieben. Das Partikelmesssystem 10 entspricht einem Beispiel des Partikelmesssystems, die Partikelmessvorrichtung 300 entspricht einem Beispiel der Partikelmessvorrichtung, der Partikelsensor 100 entspricht einem Beispiel des Partikelsensors, das Koronakabel 201 entspricht einem Beispiel des Koronakabels, und die Informierungssektion 920 entspricht einem Beispiel der Informierungssektion.
Der erste Trenntransformator 720a entspricht einem Beispiel des Trenntransformators für eine Koronaentladung, der erste Ionenstrompfad 233 und der zweite Ionenstrompfad 237 entsprechen einem Beispiel der Signalleitung, die primärseitige Erde PGL entspricht einem Beispiel des primärseitigen Potenzials, die sekundärseitige Erde SGL entspricht einem Beispiel des sekundärseitigen Potenzials, die Steuerungssektion 600 und die Ionenstrom-Messschaltung 740 entsprechen einem Beispiel der Partikelberechnungssektion, die Steuerungssektion 600 und die Koronastrom-Messschaltung 730 entsprechen einem Beispiel der Koronaentladung-Steuerungssektion, und die Steuerungssektion 600, die den Anomaliebestimmungsprozess ausführt, entspricht einem Beispiel der Anomaliebestimmungssektion.
Die Ionenerzeugungssektion 110 entspricht einem Beispiel der Ionenerzeugungssektion, die Aufladungskammer 121 entspricht einem Beispiel der Aufladungskammer, die Ioneneinfangsektion 130 entspricht einem Beispiel der Einfangsektion, und die metallische Stütze 140 entspricht einem Beispiel der metallischen Stütze. Der Koronakerndraht 202 entspricht einem Beispiel des Koronakerndrahtes, der Korona-Innenleiter 204 entspricht einem Beispiel des inneren Abschirmdrahtes, und der Korona-Außenleiter 203 entspricht einem Beispiel des äußeren Abschirmdrahtes.
2. Andere Ausführungsform
Es ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen implementiert werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Der numerische Wert des Strombestimmungswerts C1 min ist nicht auf den vorangehend beschriebenen Wert beschränkt und ein geeigneter Wert kann in Übereinstimmung mit der Anwendung oder der Einsatzumgebung eingestellt werden.
Der Bestimmungswert des unterseitigen Koronastroms C1 (des sekundärseitigen Stroms (I_dc + I_trp + I_c)) in S130 ist nicht auf 2 μA beschränkt, und ein geeigneter Wert kann in Übereinstimmung mit der Anwendung oder der Einsatzumgebung eingestellt werden.
Ferner ist der Zahlenwert der Drahtbruchbestimmungsschwelle Cth nicht auf den oben beschriebenen Zahlenwert beschränkt, und ein geeigneter Wert kann in Übereinstimmung mit der Anwendung oder der Einsatzumgebung eingestellt werden. Oder anders ausgedrückt: der Bestimmungswert für die Fortsetzungszeit des Anomaliezustands in S160 ist nicht auf 10 s (= 10 ms × Cth (= 1000 Mal)) beschränkt und kann auch auf 5 s, 20 s usw. entsprechend der Anwendung oder der Einsatzumgebung eingestellt werden.
Die Informierungssektion 920 ist nicht auf die Anzeigeeinheit beschränkt und kann auch eine Tonausgabeeinheit sein, die einen Anomalie-Informierungston ausgibt, der über die Drahtbruchanomalie des Koronakerndrahtes informiert. Alternativ kann die Informierungssektion sowohl die Anzeigeeinheit als auch die Tonausgabeeinheit umfassen.
Außerdem hat der Partikelsensor 100 in der oben beschriebenen Ausführungsform die zweite Elektrode 132. Jedoch kann der Partikelsensor auch ohne Verwendung der zweiten Elektrode 132 ausgebildet sein. Selbst wenn die zweite Elektrode 132 weggelassen wird, kann die Menge an Partikeln auf der Basis der Menge an aufgeladenen Partikeln gemessen werden, und die Struktur des Partikelsensors kann um einen Grad vereinfacht werden, der der Weglassung der zweiten Elektrode 132 entspricht. In einem solchen Fall können die zweite Stromversorgungsschaltung 710b, der zweite Trenntransformator 720b, die zweite Gleichrichtungsschaltung 752, der Kurzschlussschutzwiderstand 754 und der Hilfsstrompfad 235 aus der elektrischen Schaltungssektion 700 weggelassen werden.
Außerdem ist die Struktur des Partikelsensors, der das Partikelmesssystem bildet, nicht auf die Struktur beschränkt, bei der die Ionenerzeugungssektion in Reihe außerhalb der Abgasaufladungssektion angeordnet ist. Zum Beispiel kann eine Struktur verwendet werden, bei der die Ionenerzeugungssektion im Inneren der Abgasaufladungssektion angeordnet ist.
Darüber hinaus kann für den Fall, dass der Partikelsensor, der das Partikelmesssystem bildet, so ausgebildet ist, dass die Ionenerzeugungssektion im Inneren die Abgasaufladungssektion angeordnet ist, die Luftversorgungssektion aus der Partikelmessvorrichtung weggelassen werden, und der Partikelsensor kann eine Struktur haben, bei der die Zufuhr von Hochdruckluft zu der Aufladungskammer durch die Luftversorgungssektion nicht ausgeführt wird. Zum Beispiel kann ein solcher Partikelsensor eine Sensorstruktur haben, die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2015-129711 einer Patentanmeldung offenbart ist, die durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, und diese Offenbarung wird in vollem Umfang durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Außerdem ist die Koronastrom-Messschaltung nicht auf den optisch koppelnden Trennverstärker beschränkt und kann zum Beispiel auch ein magnetisch koppelnder oder ein kapazitiv koppelnder Trennverstärker sein. Darüber hinaus ist das Koronakabel nicht auf das Triaxialkabel beschränkt (ein Kabel, bei dem der Koronakerndraht, der Korona-Innenleiter und der Korona-Außenleiter in dieser Reihenfolge koaxial von innen nach außen angeordnet sind). Zum Beispiel kann auch ein Kabel, bei dem der Koronakerndraht, der Korona-Innenleiter und der Korona- Außenleiter parallel angeordnet sind und der Korona-Innenleiter und der Korona- Außenleiter nicht den Koronakerndraht bedecken, als das Koronakabel verwendet werden.
Alternativ kann ein Kabel, das aus einem ersten Kabel, das den Koronakerndraht und den Korona-Innenleiter umfasst, und einem zweiten Kabel, das den Korona- Außenleiter umfasst, besteht und bei dem das erste Kabel und das zweite Kabel voneinander getrennt sein können, als das Koronakabel verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Partikelmesssystem,
100: Partikelsensor,
110: Ionenerzeugungssektion,
111: Ionenerzeugungskammer,
112: erste Elektrode,
120: Abgasaufladungssektion,
121: Aufladungskammer,
130: Ioneneinfangsektion,
132: zweite Elektrode,
140: metallische Stütze,
201: Koronakabel,
202: Koronakerndraht,
203: Korona-Außenleiter,
204: Korona-Innenleiter,
205: Koronakabelverbinder,
211: Hilfskabel,
212: Hilfskerndraht,
213: Hilfs-Außenleiter,
214: Hilfs-Innenleiter,
215: Hilfskabelverbinder,
233: erster Ionenstrompfad,
235: Hilfsstrompfad,
236: zweiter Referenzpfad,
237: zweiter Ionenstrompfad,
300: Partikelmessvorrichtung,
600: Steuerungssektion,
700: elektrische Schaltungssektion,
710: Stromversorgungsschaltung,
710a: erste Stromversorgungsschaltung,
710b: zweite Stromversorgungsschaltung,
711a: erste Entladungsspannungs-Steuerschaltung,
711b: zweite Entladungsspannungs-Steuerschaltung,
712a: erste Transformator-Ansteuerschaltung,
712b: zweite Transformator-Ansteuerschaltung,
720: Trenntransformator,
720a: erster Trenntransformator,
720b: zweiter Trenntransformator,
730: Koronastrom-Messschaltung,
740: Ionenstrom-Messschaltung,
751: erste Gleichrichtungsschaltung,
752: zweite Gleichrichtungsschaltung,
800: Luftversorgungssektion,
920: Informierungssektion,
930: Operationseingabesektion,
CS: Umfassung,
PGL: primärseitige Erde,
SGL: sekundärseitige Erde.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013195069 [0005]
JP 2015-129711 A [0159]

Claims

Partikelmessvorrichtung (300), die elektrisch mit einem Partikelsensor (100) zum Detektieren von in einem gemessenen Gas enthaltenen Partikeln verbunden ist und die den Partikelsensor so steuert, dass die Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel gemessen wird, wobei der Partikelsensor (100) umfasst: eine Ionenerzeugungssektion (110) zum Erzeugen von Ionen mittels Koronaentladung, eine Aufladungskammer (121), in die das gemessene Gas eingeleitet wird und die unter Verwendung der Ionen die in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel auflädt, um dadurch aufgeladene Partikel zu erzeugen, eine Einfangsektion (130), welche die Ionen einfängt, die durch die Ionenerzeugungssektion erzeugt werden aber nicht für die Aufladung der Partikel verwendet werden, und eine Metallstütze (140), welche die Ionenerzeugungssektion, die Aufladungskammer und die Einfangsektion in einem Zustand stützt, in dem die Metallstütze elektrisch von der Ionenerzeugungssektion, der Aufladungskammer und der Einfangsektion isoliert ist, wobei die Partikelmessvorrichtung umfasst: einen Trenntransformator für eine Koronaentladung (720a), der eine Primärspule und eine Sekundärspule hat und der eine Spannungsumsetzung ausführt, eine Signalleitung (233, 237), die wenigstens einen Teil eines Signalpfades bildet, der sich von der Einfangsektion zu einer Leitung eines sekundärseitigen Referenzpotenzials (SGL) erstreckt, das ein Referenzpotenzial der Sekundärspule ist, eine Partikelberechnungssektion (600, 740), welche die Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel auf der Basis eines Stromwertes von Kompensationsstrom berechnet, welcher der Signalleitung in Übereinstimmung mit der Menge der aufgeladenen Partikel zugeführt wird, die von dem Partikelsensor abgegeben werden, und eine Koronaentladung-Steuerungssektion (600, 730), die den Betrag der elektrischen Leistung, die der Primärspule zugeführt wird, auf der Basis von sekundärseitigem Strom, der durch den Signalpfad fließt, steuert, um die an der Sekundärspule erzeugte elektrische Ionenleistung zu steuern, wobei die Partikelmessvorrichtung elektrisch mit dem Partikelsensor durch ein Koronakabel (201) verbunden ist, das einen Koronakerndraht (202), einen inneren Abschirmdraht (204) und einen äußeren Abschirmdraht (203) umfasst, wobei der Koronakerndraht wenigstens einen Teil eines Pfades zum Zuführen von elektrischer Leistung von der Sekundärspule zu der Ionenerzeugungssektion bildet, wobei der innere Abschirmdraht von dem Koronakerndraht elektrisch isoliert ist und mit der Einfangsektion und der Signalleitung elektrisch verbunden ist, wobei der äußere Abschirmdraht von dem Koronakerndraht und dem inneren Abschirmdraht elektrisch isoliert ist und mit der Metallstütze und einer Leitung eines primärseitigen Referenzpotenzials, das ein Referenzpotenzial der Primärspule ist, elektrisch verbunden ist, wobei die Partikelmessvorrichtung des Weiteren eine Anomaliebestimmungssektion (600) umfasst, die basierend auf dem sekundärseitigen Strom bestimmt, ob der Koronakerndraht in einem Drahtbruchanomaliezustand ist oder nicht, wobei der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand gebrochen ist.
Partikelmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anomaliebestimmungssektion (600) bestimmt, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich einem vorbestimmten Bestimmungswert ist.
Partikelmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anomaliebestimmungssektion (600) bestimmt, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, wenn der Zustand, in dem der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich einem vorbestimmten Bestimmungswert ist, über wenigstens eine zuvor festgelegte Drahtbruchanomaliedauer fortbesteht.
Partikelmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Informierungssektion (920), die darüber informiert, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist, falls die Anomaliebestimmungssektion (600) bestimmt, dass der Koronakerndraht in dem Drahtbruchanomaliezustand ist.
Partikelmesssystem (10), umfassend: einen Partikelsensor (100) zum Detektieren von in einem gemessenen Gas enthaltenen Partikeln, und eine Partikelmessvorrichtung (300), die elektrisch mit dem Partikelsensor durch ein Koronakabel (201) verbunden ist und die den Partikelsensor so steuert, dass die Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel gemessen wird, wobei die Partikelmessvorrichtung eine Partikelmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.