JP2013170950A - 微粒子検知システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒータの加熱により、被測定ガスに接触する絶縁部材の絶縁性を回復させる微粒子検知システムを提供する。
【解決手段】被測定ガスEG中の微粒子Sの量を検知する微粒子検知システム1は、通気管EPに装着される検知部10を備える。検知部10は、イオン源11、微粒子帯電部12、補助電極50、被測定ガスEGに接触すると共に、補助電極50の一部を包囲し、補助電極50と微粒子帯電部12との間に介在して、両者を電気的に絶縁する補助電極絶縁部材77,76、及び、補助電極絶縁部材77,76を加熱するヒータ78、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】被測定ガスEG中の微粒子Sの量を検知する微粒子検知システム1は、通気管EPに装着される検知部10を備える。検知部10は、イオン源11、微粒子帯電部12、補助電極50、被測定ガスEGに接触すると共に、補助電極50の一部を包囲し、補助電極50と微粒子帯電部12との間に介在して、両者を電気的に絶縁する補助電極絶縁部材77,76、及び、補助電極絶縁部材77,76を加熱するヒータ78、を有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムに関する。
ガス中の微粒子量を計測したい場合がある。例えば、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン）では、その排気ガス中にススなどの微粒子を含むことがある。
このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われている。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。
そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、フィルタ下流の排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子検知システムが求められている。
このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われている。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。
そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、フィルタ下流の排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子検知システムが求められている。
例えば、特許文献１には、粒子計測処理方法及び機器が開示されている。この特許文献１では、イオン化された正のイオン粒子を含む気体を、排気管からチャネル内に取り込んだ微粒子を含む排気ガスと混合して微粒子を帯電させ、その後、排気管に排出する。そして、排出された帯電微粒子の量に応じて流れる電流（信号電流）を検知して、微粒子の濃度を検知する手法が開示されている。
このような微粒子検知システムでは、帯電微粒子は排出する一方、微粒子に付着しなかったイオン粒子を捕集極で捕集する。そこで、この捕集極によるイオン粒子の捕集を補助すべく、捕集極とは異なる電位とした補助電極を設けることが考えられる。なお、この補助電極の設置にあたっては、捕集極や排気管などと補助電極との間を絶縁するべく、補助電極絶縁部材を介在させる。
しかし、この絶縁部材に、被測定ガスに含まれる異物（例えば、被測定ガスが内燃機関の排気ガスである場合、ススや水滴など）が付着することがある。絶縁部材の表面にこのような異物が付着して絶縁部材の絶縁性が低下した場合、補助電極による捕集の補助が十分行えず、微粒子の量の検知が適切に行えない虞がある。
しかし、この絶縁部材に、被測定ガスに含まれる異物（例えば、被測定ガスが内燃機関の排気ガスである場合、ススや水滴など）が付着することがある。絶縁部材の表面にこのような異物が付着して絶縁部材の絶縁性が低下した場合、補助電極による捕集の補助が十分行えず、微粒子の量の検知が適切に行えない虞がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、被測定ガスに接触する補助電極絶縁部材の絶縁性を回復、維持させる微粒子検知システムを提供するものである。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、上記通気管の取付開口に装着される検知部を備え、上記検知部は、第１放電電極及び第２放電電極を含み、これらの間の気中放電により、イオンを生成するイオン源、上記イオン源の上記第１放電電極に導通して第１電位とされ、上記微粒子に上記イオンを付着させて帯電微粒子とすると共に、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極をなす微粒子帯電部、補助電極電位とされ、上記微粒子帯電部内に配置されて、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極、及び、上記被測定ガスに接触すると共に、上記補助電極の一部を包囲し、上記補助電極と上記微粒子帯電部との間に介在して、両者を電気的に絶縁する補助電極絶縁部材、及び、上記補助電極絶縁部材を加熱するヒータ、を有する微粒子検知システムである。
この微粒子検知システムでは、補助電極電位とされ、微粒子帯電部の捕集極による浮遊イオンの捕集を補助する補助電極と微粒子帯電部との間に介在して、両者を電気的に絶縁する補助電極絶縁部材を有している。しかるに、前述したように、補助電極絶縁部材に被測定ガスに含まれていた異物（ススや水滴など）が付着すると、微粒子帯電部と補助電極との間の絶縁性が低下して、補助電極電位が低下することがある。すると、浮遊イオンの捕集が適切に出来ず、帯電微粒子のみならず、浮遊イオンも微粒子帯電部から排出されるので、検知される微粒子の量の検知精度が低下する虞がある。
これに対し、本システムでは、補助電極絶縁部材を加熱するヒータを有する。これにより、補助電極絶縁部材に付着した水分やススなどの異物を除去する（蒸発、焼き飛ばし）ことができる。かくしてこのシステムでは、ヒータの加熱により、補助電極絶縁部材を介した微粒子帯電部と補助電極との間の絶縁性を回復あるいは維持させることができ、システムで微粒子の量を適切に検知できるようになる。
なお、ヒータとしては、補助電極絶縁部材内またはその上に形成して、この補助電極絶縁部材を直接に加熱する構成としても良いし、補助電極絶縁部材との間に別の部材を介在させて間接に加熱する構成としても良い。
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記第１電位とされる、前記イオン源の前記第１放電電極、前記微粒子帯電部、及びこれらに導通する部材を第１電位部材としたとき、前記検知部は、前記通気管に導通して接地電位とされる接地電位部材、及び、上記通気管内を臨み、上記第１電位部材と、上記通気管の内側面または上記接地電位部材との間に介在して、両者を電気的に絶縁すると共に、前記被測定ガスに接触するガス接触絶縁部材、を有し、前記ヒータは、上記ガス接触絶縁部材をも加熱する兼用ヒータである微粒子検知システムとすると良い。
このシステムの検知部は、第１電位部材と通気管の内側面または接地電位部材との間に介在して両者を絶縁すると共に、被測定ガスに接触するガス接触絶縁部材を有する。
ところで、このシステムは微粒子帯電部を有しており、帯電微粒子に付着して微粒子帯電部から排出された電荷の量を検知することで微粒子の量を検知する。即ち、微粒子帯電部の電位である第１電位と、通気管の電位である接地電位との間を流れる信号電流は、微粒子帯電部から排出された電荷の量に対応する。しかるに、第１電位とされる第１電位部材と、接地電位とされる通気管または接地電位部材との間の絶縁性が低い場合には、この信号電流を検知し難くなり、微粒子の量を適切に検知できなくなる。
ところで、このシステムは微粒子帯電部を有しており、帯電微粒子に付着して微粒子帯電部から排出された電荷の量を検知することで微粒子の量を検知する。即ち、微粒子帯電部の電位である第１電位と、通気管の電位である接地電位との間を流れる信号電流は、微粒子帯電部から排出された電荷の量に対応する。しかるに、第１電位とされる第１電位部材と、接地電位とされる通気管または接地電位部材との間の絶縁性が低い場合には、この信号電流を検知し難くなり、微粒子の量を適切に検知できなくなる。
これに対し、本システムでは、ヒータは、補助電極絶縁部材のほか、上述のガス接触絶縁部材をも加熱する。これにより、このシステムでは、ヒータの加熱により、第１電位部材と通気管の内側面または接地電位部材との間の絶縁性をも回復あるいは維持させることができる。これにより、微粒子の量を適切に検知できるようになる。また、ヒータを兼用ヒータとしているので、ヒータの取り付けや配線の部材やスペースを少なくできる。
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記ヒータは、前記補助電極絶縁部材と一体化されてなる微粒子検知システムとすると良い。
このシステムでは、ヒータは、補助電極絶縁部材と一体化されている。これにより、ヒータの取り付けスペースを小さくできるとともに、補助電極絶縁部材と一体で扱えるので、取り付けや配線が簡易に行える。
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記通気管は、内燃機関の排気管であり、前記被測定ガスは、上記排気管内を流通する排気ガスである微粒子検知システムとすると良い。
内燃機関の排気管内を流通する排気ガスには、多量のスス（微粒子）が含まれている場合がありうる。このため、補助電極絶縁部材などにススが堆積することにより、絶縁性が低下し易く、微粒子の量が適切に検知できない虞がある。
本システムでは、ヒータにより補助電極絶縁部材を加熱して、絶縁性を回復あるいは維持させることができるので、このような排気ガスに関する微粒子の検知を適切に行うことができる。
本システムでは、ヒータにより補助電極絶縁部材を加熱して、絶縁性を回復あるいは維持させることができるので、このような排気ガスに関する微粒子の検知を適切に行うことができる。
本実施形態に係る微粒子検知システム１について、図面を参照して説明する。本実施形態の微粒子検知システム１は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰに装着して、排気管ＥＰ内を流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓ（ススなど）の量を検知する（図１参照）。このシステム１は、主として、検知部１０と、回路部２０１と、圧縮空気ＡＫを生成する圧縮空気源である圧送ポンプ３００とからなる（図２参照）。
検知部１０は、排気管ＥＰ（通気管）のうち、取付開口ＥＰＯが穿孔された取付部ＥＰＴに装着されている。そして、その一部（図２中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））は取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されており、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。
回路部２０１は、排気管ＥＰ外で、複数の配線材からなるケーブル１６０を介して検知部１０に接続されている。この回路部２０１は、検知部１０を駆動するとともに、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有している。
検知部１０は、排気管ＥＰ（通気管）のうち、取付開口ＥＰＯが穿孔された取付部ＥＰＴに装着されている。そして、その一部（図２中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））は取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されており、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。
回路部２０１は、排気管ＥＰ外で、複数の配線材からなるケーブル１６０を介して検知部１０に接続されている。この回路部２０１は、検知部１０を駆動するとともに、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有している。
先ず、本システム１のうち、回路部２０１の電気回路上の構成について説明する。回路部２０１は、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０と、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０とを有している。
このうち、イオン源電源回路２１０は、第１放電電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２放電電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２放電電位ＰＶ２は、具体的には、第１放電電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされている。さらに具体的には、第２出力端２１２からは、第１放電電位ＰＶ１に対し、１００ｋＨｚ程度の正弦波を半波整流した、１〜２ｋＶ0-pの正のパルス電圧が出力される。なお、イオン源電源回路２１０は、その出力電流についてフィードバック制御され、自律的に、その実効値が予め定めた電流値（例えば、５μＡ）を保つ定電流電源を構成している。
このうち、イオン源電源回路２１０は、第１放電電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２放電電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２放電電位ＰＶ２は、具体的には、第１放電電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされている。さらに具体的には、第２出力端２１２からは、第１放電電位ＰＶ１に対し、１００ｋＨｚ程度の正弦波を半波整流した、１〜２ｋＶ0-pの正のパルス電圧が出力される。なお、イオン源電源回路２１０は、その出力電流についてフィードバック制御され、自律的に、その実効値が予め定めた電流値（例えば、５μＡ）を保つ定電流電源を構成している。
一方、補助電極電源回路２４０は、第１放電電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、補助電極電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この補助電極電位ＰＶ３は、具体的には、第１放電電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２放電電位ＰＶ２のピーク電位（１〜２ｋＶ）よりも低い、例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖの電位にされている。
さらに、計測制御回路２２０の一部をなす信号電流検知回路２３０は、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに接続する接地入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路２３０は、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路である。
また、ヒータ通電回路２２６は、ＰＷＭ制御によりヒータ７８（後述する）に通電してこれを加熱する回路であり、ケーブル１６０の第１ヒータ接続配線１６９ａに接続される第１ヒータ通電端２２６ａと、ケーブル１６０の第２ヒータ接続配線１６９ｂに接続される第２ヒータ通電端２２６ｂを有する。
加えて、この回路部２０１において、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、第１放電電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０に包囲されている。イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、及び、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１は、この内側回路ケース２５０に接続している。
なお、本実施形態では、この内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０及び絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１Ｂを収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に導通している。
なお、本実施形態では、この内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０及び絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１Ｂを収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に導通している。
一方、絶縁トランス２７０は、その鉄心２７１が、一次側コイル２７２を捲回した一次側鉄心２７１Ａと、電源回路側コイル２７３及び補助電極電源側コイル２７４が捲回された二次側鉄心２７１Ｂとに、分離して構成されている。このうち、一次側鉄心２７１Ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１Ｂは、第１放電電位ＰＶ１（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１）に導通している。
さらに、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に導通して接地電位ＰＶＥとされる外側回路ケース２６０に包囲されている。さらに、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２の他、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａは、この外側回路ケース２６０に接続している。
なお、本実施形態では、この外側回路ケース２６０は、内部にイオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０及び絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａを収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通している。
なお、本実施形態では、この外側回路ケース２６０は、内部にイオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０及び絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａを収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通している。
計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。なお、このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。
また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２０２を含み、通信線ＣＣを介して内燃機関を制御する制御ユニットＥＣＵと通信可能となっており、前述した信号電流検知回路２３０の測定結果（信号電流Ｉｓの大きさ）、これを微粒子量などに換算した値、あるいは、微粒子量が所定量を超えたか否かなどの信号を、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。これにより、制御ユニットＥＣＵで、内燃機関の制御や、フィルタ（図示しない）の不具合警告を発するなどの動作が可能となる。
また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２０２を含み、通信線ＣＣを介して内燃機関を制御する制御ユニットＥＣＵと通信可能となっており、前述した信号電流検知回路２３０の測定結果（信号電流Ｉｓの大きさ）、これを微粒子量などに換算した値、あるいは、微粒子量が所定量を超えたか否かなどの信号を、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。これにより、制御ユニットＥＣＵで、内燃機関の制御や、フィルタ（図示しない）の不具合警告を発するなどの動作が可能となる。
外部からレギュレータ電源ＰＳを通じて計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に分配される。なお、絶縁トランス２７０においては、計測制御回路２２０の一部をなす一次側コイル２７２と、イオン源電源回路２１０の一部をなす電源回路側コイル２７３と、補助電極電源回路２４０の一部をなす補助電極電源側コイル２７４と、鉄心２７１（一次側鉄心２７１Ａ，二次側鉄心２７１Ｂ）とは、互いに絶縁されている。このため、計測制御回路２２０から、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に電力を分配できる一方、これら同士間の絶縁を保つことができる。
なお、本実施形態では、絶縁トランス２７０は、補助電極電源回路２４０に電力を供給する補助電極絶縁トランスをも兼ねている。
なお、本実施形態では、絶縁トランス２７０は、補助電極電源回路２４０に電力を供給する補助電極絶縁トランスをも兼ねている。
圧送ポンプ３００は、自身の周囲の大気（空気）を取り込んで、先端部分が外側回路ケース２６０及び内側回路ケース２５０内に差し込まれた送気パイプ３１０を通じて、後述するイオン気体噴射源１１に向けて、清浄な圧縮空気ＡＫを圧送する。
次いで、ケーブル１６０について説明する（図２参照）。このケーブル１６０の中心部分には、銅線からなる第２電位配線１６１、補助電位配線１６２、第１ヒータ接続配線１６９ａ及び第２ヒータ接続配線１６９ｂと、樹脂からなる中空のエアパイプ１６３が配置されている。これらの径方向周囲は、内側絶縁体層１６４で包囲されている。
さらに、この内側絶縁体層１６４の径方向周囲を、銅細線を編んだ編組からなる第１電位配線１６５で包囲している。加えて、この第１電位配線１６５の径方向周囲には、樹脂からなる絶縁性の絶縁体被覆層１６６が配置されている。そして、さらにその径方向周囲は、銅細線を編んだ編組からなる接地電位配線１６７で被覆されている。なお、この接地電位配線１６７の径方向周囲には、その保護のため、樹脂からなる絶縁性の外側絶縁被覆層１６８が形成されている。
加えて、このケーブル１６０は、エアパイプ１６３内の気体流通路１６３Ｈを通じて、ケーブル１６０の長手方向に、気体を流通させることができる。
加えて、このケーブル１６０は、エアパイプ１６３内の気体流通路１６３Ｈを通じて、ケーブル１６０の長手方向に、気体を流通させることができる。
前述したように、回路部２０１は、このケーブル１６０と接続している（図２参照）。具体的には、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２は第２放電電位ＰＶ２とされ、第２電位配線１６１に接続、導通している。また、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２は補助電極電位ＰＶ３とされ、補助電位配線１６２に接続、導通している。さらに、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１は第１放電電位ＰＶ１とされ、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１、内側回路ケース２５０及び第１電位配線１６５に接続、導通している。加えて、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２は、外側回路ケース２６０及び接地電位配線１６７に接続、導通して、接地電位ＰＶＥとされている。
ヒータ通電回路２２６の第１ヒータ通電端２２６ａは、第１ヒータ接続配線１６９ａに接続、導通しており、ヒータ通電回路２２６の第２ヒータ通電端２２６ｂは、第２ヒータ接続配線１６９ｂに接続、導通している。
その他、圧送ポンプ３００の送気パイプ３１０は、内側回路ケース２５０内を通じて、ケーブル１６０のエアパイプ１６３に連通されている。
ヒータ通電回路２２６の第１ヒータ通電端２２６ａは、第１ヒータ接続配線１６９ａに接続、導通しており、ヒータ通電回路２２６の第２ヒータ通電端２２６ｂは、第２ヒータ接続配線１６９ｂに接続、導通している。
その他、圧送ポンプ３００の送気パイプ３１０は、内側回路ケース２５０内を通じて、ケーブル１６０のエアパイプ１６３に連通されている。
次いで、本システム１の機械的構成について、図３，図４の縦断面図及び図５，図６の分解斜視図を参照して説明する。なお、図３〜図６において図中上方を先端側とし、図中下方を基端側とする。なお、先に説明した回路部２０１については、機械的構成の説明を省略する。
まず、検知部１０について説明する（図３〜図６参照）。前述したように、検知部１０は、エンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰ（通気管）のうち取付開口ＥＰＯを有する取付部ＥＰＴに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。この検知部１０は、その電気的機能において、大別して、イオン気体噴射源１１、微粒子帯電部１２、第１導通部材１３、針状電極体２０及び補助電極体５０（補助電極）から構成されている。
ケーブル１６０の先端側は、第２電位配線１６１、補助電位配線１６２、第１ヒータ接続配線１６９ａ、第２ヒータ接続配線１６９ｂが、それぞれ絶縁性のセパレータ８５に挿通され、このセパレータ８５と共に、金属製の内筒８０の内部で保持されている。なお、エアパイプ１６３は、内筒８０内で、その先端部１６３Ｓが開放されており、セパレータ８５の中央の通気孔８５Ｈが、エアパイプ１６３から放出された圧縮空気ＡＫの通り道となる。
また、内筒８０は、ケーブル１６０の先端側に外嵌されて、ケーブル１６０の内側絶縁体層１６４の径方向外側で、これを覆う第１電位配線１６５と加締め接続され、この第１電位配線１６５と導通している。
また、内筒８０は、ケーブル１６０の先端側に外嵌されて、ケーブル１６０の内側絶縁体層１６４の径方向外側で、これを覆う第１電位配線１６５と加締め接続され、この第１電位配線１６５と導通している。
ケーブル１６０の第２電位配線１６１の先端側は、内筒８０の内部のセパレータ８５内で、針状電極体２０の延出部２１に接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、概略直棒状の延出部２１と、その先端部分（図中上端部）に位置し、針状に尖った形態とされた第２放電電極をなす針状先端部２２とからなる。また、針状電極体２０の延出部２１は、その周囲をアルミナ等の絶縁セラミックからなる円筒状の針状電極絶縁パイプ７５で被覆され、金属製のパイプホルダ６０の保持部６１に穿孔した針状電極挿通孔６１Ｈ内に挿通されて、針状電極絶縁パイプ７５と共に保持部６１に保持されている。
また、ケーブル１６０の補助電位配線１６２の先端側は、内筒８０の内部のセパレータ８５内で、補助電極体５０の延出部５１に接続されている。この補助電極体５０は、ステンレス線からなり、概略直棒状の延出部５１と、その先端側でＵ字状に曲げ返された曲げ返し部５２と、補助電極をなす補助電極部５３とからなる。なお、補助電極部５３の先端部分も針状に尖った形状とされ、針状先端部５３Ｓとなっている。また、補助電極体５０の延出部５１は、その周囲をヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９で被覆され、このパイプ７９と共に、パイプホルダ６０の保持部６１に穿孔した補助電極挿通孔６１Ｉ内に挿通されて、保持部６１に保持されている。このヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９は、アルミナ等の絶縁セラミックからなる円筒状の補助電極絶縁パイプ７７とこの表面上に形成されて一体化したヒータ７８とこれらを被覆する絶縁セラミック層７６とからなる（図６参照）。また、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９は、その基端側（図６中、下方）に露出した、ヒータ７８の２つのヒータ端子７８ａ，７８ｂを有する。ヒータ７８は、タングステンからなり、ヒータ端子７８ａ，７８ｂから先端側（図６中、上方）に向かって延びるヒータリード部７８ｒ１，７８ｒ２と、先端部分に位置する第１ヒータ部７８ｈ１及びこれより基端側に位置する第２ヒータ部７８ｈ２の２つの加熱部位とを有する。なお、第１ヒータ部７８ｈ１と第２ヒータ部７８ｈ２は、並列接続されている。そして、これらが、補助電極絶縁パイプ７７の表面に形成され、さらにこれらの表面をアルミナ等の絶縁セラミック層７６で被覆して、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９が構成されている。
ケーブル１６０の第１ヒータ接続配線１６９ａ及び第２ヒータ接続配線１６９ｂは、内筒８０の内部のセパレータ８５内で、それぞれヒータ接続端子１７０ａ、１７０ｂに接続されている。そして、このヒータ接続端子１７０ａ、１７０ｂが、内筒８０の内部のうち、セパレータ８５よりも先端側まで延びて、ヒータ７８のヒータ端子７８ａ、７８ｂに接続されている。
ケーブル１６０のエアパイプ１６３は、上述の通り、内筒８０内で、その先端部１６３Ｓが開放されている。また、内筒８０の先端側には、パイプホルダ６０が嵌め込まれている。このため、エアパイプ１６３から放出された圧縮空気ＡＫは、セパレータ８５の通気孔８５Ｈ及びパイプホルダ６０の保持部６１に穿孔した通気貫通孔６１Ｊを通じて、さらに先端側（図中上方）の放電空間ＤＳ（後述する）に圧送される。
さて、図３〜図５に示す、パイプホルダ６０は、ステンレスからなり、中実円柱状の保持部６１と、この保持部６１の周縁から先端側に延出した円筒状の筒壁部６３とを有する。このうち、保持部６１は、径方向外側に膨出する円環状のホルダフランジ部６６を有している。また、保持部６１には、図中上下方向に延びる、針状電極挿通孔６１Ｈ、補助電極挿通孔６１Ｉ、及び、通気貫通孔６１Ｊが穿孔されており、前述したように、針状電極挿通孔６１Ｈ内に針状電極体２０の延出部２１が、補助電極挿通孔６１Ｉ内に補助電極体５０の延出部５１が挿通、保持されている。一方、筒壁部６３の径方向内側には、先端側を向いて保持部６１から針状電極体２０の針状先端部２２が突出している。
このパイプホルダ６０は、内筒８０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通している。そして、パイプホルダ６０及び内筒８０は、針状電極体２０の延出部２１及び補助電極体５０の延出部５１を包囲する第１導通部材１３をなしている。
このパイプホルダ６０は、内筒８０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通している。そして、パイプホルダ６０及び内筒８０は、針状電極体２０の延出部２１及び補助電極体５０の延出部５１を包囲する第１導通部材１３をなしている。
さらに、パイプホルダ６０の筒壁部６３の先端側（図中上方）には、有底円筒状のノズル部材３０が、具体的にはその底部をなすノズル部３１が嵌め込まれている。このノズル部材３０も、ステンレスからなり、底部に位置するノズル部３１と、このノズル部３１の周縁から先端側に延出した円筒状の筒壁部３３とからなる。このうち、ノズル部３１は、中央が先端側に向かう凹形状とされ、その中心には、微細な透孔が形成されて、ノズル３１Ｎとなっている。一方、筒壁部３３には、１箇所、（排気管ＥＰの下流側に向けて開口する）取入口３３Ｉ（図４参照）が穿孔されている。この取入口３３Ｉは、後述するように、排気ガスＥＧを、ノズル部材３０と混合排出部材４０とで形成される混合領域ＭＸ（後述する）に取り入れるための開口である。
また、このノズル部材３０は、パイプホルダ６０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通し、第１放電電位ＰＶ１とされている。
また、このノズル部材３０は、パイプホルダ６０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通し、第１放電電位ＰＶ１とされている。
このようにして、パイプホルダ６０の筒壁部６３の先端側（図中上方）にノズル部材３０のノズル部３１が嵌め込まれることで、この間に、放電空間ＤＳが形成される。この放電空間ＤＳでは、パイプホルダ６０の保持部６１から針状電極体２０の針状先端部２２が突出しており、この針状先端部２２は、ノズル部３１の凹形状をなす対向面３１Ｔと向き合っている。従って、針状先端部２２とノズル部３１（対向面３１Ｔ）との間に高電圧を印加すると、気中放電が生じ、大気中のＮ2，Ｏ2等が電離し、正イオン（例えば、Ｎ3+，Ｏ2+。以下、イオンＣＰともいう）が生成される。また、パイプホルダ６０の保持部６１の通気貫通孔６１Ｊを通じて、圧縮空気ＡＫもこの放電空間ＤＳに供給される。このため、ノズル部３１のノズル３１Ｎから、圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲが、これより先端側の混合領域ＭＸ（後述する）に向けて高速で噴射されると共に、圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）に混じって、イオンＣＰも混合領域ＭＸに噴射される。
さらに、ノズル部材３０の筒壁部３３の先端側（図中上方）には、混合排出部材４０（図５も参照）が嵌め込まれている。この混合排出部材４０も、ステンレスからなり、基端側（図中下方）に位置する基端部４１と、この基端部４１の周縁から先端側に延出した円筒状の先端側筒壁部４３とからなる。また、この先端側筒壁部４３の先端側は、蓋部材４８が被せられて閉塞されている。また、先端側筒壁部４３には、１箇所、（排気管ＥＰの下流側に向けて開口する）排出口４３Ｏが穿孔されている。
この混合排出部材４０のうち、基端部４１は、内側に膨出した捕集極４２により、内側の空間がスリット状に狭められた形態とされている。一方、先端側筒壁部４３内には、円柱状の空間が形成される。なお、捕集極４２には、ノズル部材３０の取入口３３Ｉの位置に合わせて、切り欠き部４２Ｋが形成されている。
また、この混合排出部材４０は、ノズル部材３０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通して、第１放電電位ＰＶ１とされている。
この混合排出部材４０のうち、基端部４１は、内側に膨出した捕集極４２により、内側の空間がスリット状に狭められた形態とされている。一方、先端側筒壁部４３内には、円柱状の空間が形成される。なお、捕集極４２には、ノズル部材３０の取入口３３Ｉの位置に合わせて、切り欠き部４２Ｋが形成されている。
また、この混合排出部材４０は、ノズル部材３０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通して、第１放電電位ＰＶ１とされている。
かくして、ノズル部材３０のうちノズル部３１の図中上方を向く先端側面３１Ｓと、筒壁部３３と、混合排出部材４０の基端部４１（捕集極４２）とで、概略円柱状の空間が形成される。この空間は、後述する混合領域ＭＸのうち、円柱状混合領域ＭＸ１をなす。一方、混合排出部材４０の基端部４１の捕集極４２で構成されるスリット状の内部空間は、スリット状混合領域ＭＸ２をなす。また、先端側筒壁部４３内の円柱状の空間は、排出口４３Ｏに連通する排出路ＥＸをなす。加えて、捕集極４２の切り欠き部４２Ｋによって、取入口３３Ｉから混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に連通する引き込み路ＨＫが形成される。
なお、後述するように、ノズル３１ＮからイオンＣＰを含む空気ＡＲが高速で噴射されると、噴射された空気ＡＲは、円柱状混合領域ＭＸ１、スリット状混合領域ＭＸ２、及び排出路ＥＸを経由して、排出口４３Ｏから排出される。さらに、高速で噴射された空気ＡＲの流れにより、円柱状混合領域ＭＸ１の気圧が下がるので、取入口３３Ｉの外部の排気ガスＥＧが、この取入口３３Ｉから引き込み路ＨＫを通じて、混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１、スリット状混合領域ＭＸ２）に取り入れられる。取り入れられた取入排気ガスＥＧＩは、混合領域ＭＸでイオンＣＰを含む空気ＡＲと混合され、この空気ＡＲと共に、排出路ＥＸを経由して、排出口４３Ｏから排出される。
また、先に説明した補助電極体５０の延出部５１及びこれを囲む補助電極絶縁パイプ７７は、パイプホルダ６０、ノズル部材３０よりも先端側（図中上方）まで延びており、延出部５１に連なる曲げ返し部５２が、混合排出部材４０の先端側筒壁部４３内（排出路ＥＸ）に位置している。そして、基端側（図中下方）を向く補助電極部５３は、混合排出部材４０の基端部４１がなすスリット状混合領域ＭＸ２内に位置している。
また、図３に示すように、パイプホルダ６０のホルダフランジ部６６の先端側（図中上方）には、アルミナ等の絶縁セラミックからなる概略円筒状の第１絶縁スペーサ１２１が配置されている。また、ホルダフランジ部６６の基端側（図中下方）にも、アルミナ等の絶縁セラミックからなる概略円筒状の第２絶縁スペーサ１２２が配置されている。さらにこれらの径方向周囲（図中左右方向）には、ステンレスからなる主体金具９０が配置されている。
主体金具９０は、筒状部９１とフランジ部９５とからなる。このうち、概略円筒状の筒状部９１は、自身の内部にパイプホルダ６０、第１絶縁スペーサ１２１、及び第２絶縁スペーサ１２２を保持する保持孔９１Ｈを保持している。また、この筒状部９１のうち基端側は内壁に雌ねじが形成された雌ねじ部９２となっている。
一方、フランジ部９５は、筒状部９１の先端部分から径方向外側に張り出した板状で、外形概略長円板形状を有している。また、自身の厚み方向に貫通するボルト貫通孔９５Ｈ，９５Ｈを有している（本実施形態では２箇所）。
一方、フランジ部９５は、筒状部９１の先端部分から径方向外側に張り出した板状で、外形概略長円板形状を有している。また、自身の厚み方向に貫通するボルト貫通孔９５Ｈ，９５Ｈを有している（本実施形態では２箇所）。
さらに、この主体金具９０のうち筒状部９１の雌ねじ部９２には、栓金具１００が、その外周に雄ねじを形成した雄ねじ部１０２で螺合している。この栓金具１００は、概略円筒状であり、内筒８０を非接触で包囲している。また、栓金具１００は、雄ねじ部１０２よりも先端側（図中上方）に、平坦な先端面１０１Ｓが形成され、雄ねじ部１０２より小径な先端押圧部１０１を有する。また、雄ねじ部１０２より基端側（図中下方）には、径方向外側に向けてフランジ状に張り出して、外周が六角形状とされた六角部１０３を有する。
栓金具１００の雄ねじ部１０２を、主体金具９０の雌ねじ部９２に螺入すると、栓金具１００が先端側に進み、その先端押圧部１０１が、第２絶縁スペーサ１２２を先端側に押圧する。すると、この第２絶縁スペーサ１２２は、パイプホルダ６０のホルダフランジ部６６を先端側に向けて押圧する。さらに、このホルダフランジ部６６は、第１絶縁スペーサ１２１を先端側に向けて押圧する。第１絶縁スペーサ１２１は、板パッキン１２４を介して主体金具９０の筒状部９１の保持孔９１Ｈに係合する。これにより、パイプホルダ６０、第１絶縁スペーサ１２１、第２絶縁スペーサ１２２、板パッキン１２４、及び、栓金具１００が、主体金具９０に保持され、一体化される。
また、パイプホルダ６０と主体金具９０との間には、第１絶縁スペーサ１２１及び第２絶縁スペーサ１２２が介在して、両者を離間、絶縁している。なお、パイプホルダ６０のうち、径方向外側に張り出したホルダフランジ部６６と、主体金具９０（筒状部９１）との間は、空間を空けて離間されて、両者間の絶縁が保たれている。さらに、第１絶縁スペーサ１２１は、検知部１０が排気管ＥＰに装着された状態において、パイプホルダ６０の筒壁部６３と排気管ＥＰとの間に介在して、両者を離間、絶縁している。
栓金具１００の雄ねじ部１０２を、主体金具９０の雌ねじ部９２に螺入すると、栓金具１００が先端側に進み、その先端押圧部１０１が、第２絶縁スペーサ１２２を先端側に押圧する。すると、この第２絶縁スペーサ１２２は、パイプホルダ６０のホルダフランジ部６６を先端側に向けて押圧する。さらに、このホルダフランジ部６６は、第１絶縁スペーサ１２１を先端側に向けて押圧する。第１絶縁スペーサ１２１は、板パッキン１２４を介して主体金具９０の筒状部９１の保持孔９１Ｈに係合する。これにより、パイプホルダ６０、第１絶縁スペーサ１２１、第２絶縁スペーサ１２２、板パッキン１２４、及び、栓金具１００が、主体金具９０に保持され、一体化される。
また、パイプホルダ６０と主体金具９０との間には、第１絶縁スペーサ１２１及び第２絶縁スペーサ１２２が介在して、両者を離間、絶縁している。なお、パイプホルダ６０のうち、径方向外側に張り出したホルダフランジ部６６と、主体金具９０（筒状部９１）との間は、空間を空けて離間されて、両者間の絶縁が保たれている。さらに、第１絶縁スペーサ１２１は、検知部１０が排気管ＥＰに装着された状態において、パイプホルダ６０の筒壁部６３と排気管ＥＰとの間に介在して、両者を離間、絶縁している。
さて、検出部１０の取付けに当たっては、図４に示すように、排気管ＥＰのうち、取付部ＥＰＴの取付開口ＥＰＯから、ノズル部材３０、混合排出部材４０等を排気管ＥＰ内に挿入すると共に、取付開口ＥＰＯに隣在して設けられているスタッドボルトＥＰＢ，ＥＰＢを、フランジ部９５のボルト貫通孔９５Ｈにそれぞれ挿通し、ナットＥＰＮで締結する。これにより、主体金具９０を含め、検知部１０が、排気管ＥＰの取付部ＥＰＴに固定される。
なお、主体金具９０の先端側面９０Ｓのうち、保持孔９１Ｈの周囲には、円環状のガスケット保持溝９６が形成されており、排気管ＥＰの取付部ＥＰＴと主体金具９０とは、このガスケット保持溝９６内に配置された銅製のガスケット１３０を介して気密に結合している。
これにより、ガスケット１３０、主体金具９０、及び、栓金具１００は、排気管ＥＰと同じ接地電位ＰＶＥとされる。
なお、主体金具９０の先端側面９０Ｓのうち、保持孔９１Ｈの周囲には、円環状のガスケット保持溝９６が形成されており、排気管ＥＰの取付部ＥＰＴと主体金具９０とは、このガスケット保持溝９６内に配置された銅製のガスケット１３０を介して気密に結合している。
これにより、ガスケット１３０、主体金具９０、及び、栓金具１００は、排気管ＥＰと同じ接地電位ＰＶＥとされる。
さらに、栓金具１００の基端部１０４には、ステンレスからなる円筒状の外筒１１０が接続されている。この外筒１１０は、内筒８０及びケーブル１６０の先端部１６０Ｓを径方向外側から囲んでおり、その先端部１１０Ｓは、栓金具１００の基端部１０４に、一周にわたり、レーザ溶接されている。
また、外筒１１０の基端部１１０Ｋは、その外形が先端側よりも縮径されて、ケーブル１６０に加締め固定されている。これと同時に、外筒１１０の基端部１１０Ｋの加締め部１１０ＫＫは、ケーブル１６０の最も外周の外側絶縁被覆層１６８を貫通して、その内部の接地電位配線１６７に導通している。かくして、外筒１１０及び接地電位配線１６７は、いずれも金属からなる主体金具９０、栓金具１００、及びガスケット１３０を介して、排気管ＥＰと同じく接地電位ＰＶＥとされる。
なお、本実施形態では、ケーブル１６０の先端部１６０Ｓが、外筒１１０内で揺動するのを防止すべく、ケーブル１６０の先端部１６０Ｓと外筒１１０との間に、円筒状で絶縁ゴムからなるグロメット１２５を介在させている。
また、外筒１１０の基端部１１０Ｋは、その外形が先端側よりも縮径されて、ケーブル１６０に加締め固定されている。これと同時に、外筒１１０の基端部１１０Ｋの加締め部１１０ＫＫは、ケーブル１６０の最も外周の外側絶縁被覆層１６８を貫通して、その内部の接地電位配線１６７に導通している。かくして、外筒１１０及び接地電位配線１６７は、いずれも金属からなる主体金具９０、栓金具１００、及びガスケット１３０を介して、排気管ＥＰと同じく接地電位ＰＶＥとされる。
なお、本実施形態では、ケーブル１６０の先端部１６０Ｓが、外筒１１０内で揺動するのを防止すべく、ケーブル１６０の先端部１６０Ｓと外筒１１０との間に、円筒状で絶縁ゴムからなるグロメット１２５を介在させている。
次いで、本実施形態の微粒子検知システム１の各部の電気的機能及び動作について、図２〜図５のほか、図７をも参照して説明する。なお、この図７は、本システム１の検知部１０の電気的機能及び動作を理解容易のため模式的に示したものであり、他の各図等に記載の形態等と異なる部分が存在する点に留意されたい。
針状電極体２０は、ケーブル１６０の第２電位配線１６１を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通している。従って、この針状電極体２０は、前述したように、第１放電電位ＰＶ１に対して、１００ｋＨｚ，１〜２ｋＶ0-pの正の半波整流パルス電圧である、第２放電電位ＰＶ２とされる。
また、補助電極体５０は、ケーブル１６０の補助電位配線１６２を介して、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通している。従って、この補助電極体５０は、前述したように、第１放電電位ＰＶ１に対して、１００〜２００Ｖの正の直流電位である、補助電極電位ＰＶ３とされる。
さらに、内筒８０，パイプホルダ６０，ノズル部材３０，混合排出部材４０は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を介して、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、これらの回路を囲む内側回路ケース２５０、及び信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１に接続、導通している。これらは、第１放電電位ＰＶ１とされる。
加えて、外筒１１０，栓金具１００，主体金具９０，及びガスケット１３０は、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を介して、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０を囲む外側回路ケース２６０及び信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に接続、導通している。これらは、排気管ＥＰと同じ、接地電位ＰＶＥとされる。
針状電極体２０は、ケーブル１６０の第２電位配線１６１を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通している。従って、この針状電極体２０は、前述したように、第１放電電位ＰＶ１に対して、１００ｋＨｚ，１〜２ｋＶ0-pの正の半波整流パルス電圧である、第２放電電位ＰＶ２とされる。
また、補助電極体５０は、ケーブル１６０の補助電位配線１６２を介して、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通している。従って、この補助電極体５０は、前述したように、第１放電電位ＰＶ１に対して、１００〜２００Ｖの正の直流電位である、補助電極電位ＰＶ３とされる。
さらに、内筒８０，パイプホルダ６０，ノズル部材３０，混合排出部材４０は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を介して、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、これらの回路を囲む内側回路ケース２５０、及び信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１に接続、導通している。これらは、第１放電電位ＰＶ１とされる。
加えて、外筒１１０，栓金具１００，主体金具９０，及びガスケット１３０は、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を介して、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０を囲む外側回路ケース２６０及び信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に接続、導通している。これらは、排気管ＥＰと同じ、接地電位ＰＶＥとされる。
従って、前述したように、第１放電電位ＰＶ１とされるノズル部３１（対向面３１Ｔ）と、これよりも正の高電位である第２放電電位ＰＶ２とされる針状先端部２２との間では、気中放電、具体的にはコロナ放電が生じる。さらに具体的には、正極となる針状先端部２２の周りにコロナが発生する正針コロナＰＣを生じる。これにより、その雰囲気をなす大気（空気）のＮ2，Ｏ2等が電離等して、正のイオンＣＰが発生する。発生したイオンＣＰの一部は、放電空間ＤＳに供給された圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）と共に、ノズル３１Ｎを通って、混合領域ＭＸに向けて噴射される。
本実施形態では、針状先端部２２が第２放電電極に相当し、ノズル部材３０のノズル部３１が第１放電電極に相当する。また、放電空間ＤＳを囲む、パイプホルダ６０（保持部６１，筒壁部６３）及びノズル部材３０のノズル部３１（第１放電電極）、針状先端部２２（第２放電電極）が、イオン源１１となり、かつ、イオン気体噴射源１１をなしている。
本実施形態では、針状先端部２２が第２放電電極に相当し、ノズル部材３０のノズル部３１が第１放電電極に相当する。また、放電空間ＤＳを囲む、パイプホルダ６０（保持部６１，筒壁部６３）及びノズル部材３０のノズル部３１（第１放電電極）、針状先端部２２（第２放電電極）が、イオン源１１となり、かつ、イオン気体噴射源１１をなしている。
空気ＡＲが混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に噴射されると、前述したように、この円柱状混合領域ＭＸ１の気圧が低下するため、取入口３３Ｉから排気ガスＥＧが引き込み路ＨＫを通じて、混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１、スリット状混合領域ＭＸ２）に取り入れられる。取入排気ガスＥＧＩは、空気ＡＲと混合され、空気ＡＲと共に、排出路ＥＸを経由して、排出口４３Ｏから排出される。
その際、排気ガスＥＧ中に、ススなどの微粒子Ｓが含まれていた場合、図７に示すように、この微粒子Ｓも混合領域ＭＸ内に取り入れられる。ところで、噴射された空気ＡＲには、イオンＣＰが含まれている。このため、取り入れられたススなどの微粒子Ｓは、イオンＣＰが付着して、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、この状態で、混合領域ＭＸ及び排出路ＥＸを通って、排出口４３Ｏから、空気ＡＲと共に排出される。
一方、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、補助電極体５０の補助電極部５３から斥力を受け、第１放電電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす混合排出部材４０（基端部４１，先端側筒壁部４３）に各部に付着し、排出されない（捕捉される）。
その際、排気ガスＥＧ中に、ススなどの微粒子Ｓが含まれていた場合、図７に示すように、この微粒子Ｓも混合領域ＭＸ内に取り入れられる。ところで、噴射された空気ＡＲには、イオンＣＰが含まれている。このため、取り入れられたススなどの微粒子Ｓは、イオンＣＰが付着して、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、この状態で、混合領域ＭＸ及び排出路ＥＸを通って、排出口４３Ｏから、空気ＡＲと共に排出される。
一方、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、補助電極体５０の補助電極部５３から斥力を受け、第１放電電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす混合排出部材４０（基端部４１，先端側筒壁部４３）に各部に付着し、排出されない（捕捉される）。
図２に示すように、イオン気体噴射源１１における気中放電に伴って、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２から針状先端部２２に、放電電流Ｉｄが供給される。この放電電流Ｉｄの多くは、ノズル部３１に受電電流Ｉｊとして流れ込み、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１へと流れる。一方、捕集極４２で捕集された浮遊イオンＣＰＦの電荷に起因する捕集電流Ｉｈも、イオン源電源回路２１０の第１出力端へと流れる。つまり、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１には受電電流Ｉｊと捕集電流Ｉｈの和である受電捕集電流Ｉｊｈ（＝Ｉｊ＋Ｉｈ）が流れ込む。
但し、この受電捕集電流Ｉｊｈは、帯電微粒子ＳＣに付着して排出された排出イオンＣＰＨの電荷に対応する電流分だけ、放電電流Ｉｄよりも小さい値となる。このため、放電電流Ｉｄと受電捕集電流Ｉｊｈとの差分（放電電流Ｉｄ−受電捕集電流Ｉｊｈ）に相当する信号電流Ｉｓが、第１放電電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥの間を流れてバランスする。
従って、この帯電微粒子ＳＣにより排出された排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知することにより、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量が検知できる。
本実施形態では、混合領域ＭＸ及び捕集極４２をなす、ノズル部材３０，混合排出部材４０，蓋部材４８が、微粒子帯電部１２に相当する。
但し、この受電捕集電流Ｉｊｈは、帯電微粒子ＳＣに付着して排出された排出イオンＣＰＨの電荷に対応する電流分だけ、放電電流Ｉｄよりも小さい値となる。このため、放電電流Ｉｄと受電捕集電流Ｉｊｈとの差分（放電電流Ｉｄ−受電捕集電流Ｉｊｈ）に相当する信号電流Ｉｓが、第１放電電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥの間を流れてバランスする。
従って、この帯電微粒子ＳＣにより排出された排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知することにより、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量が検知できる。
本実施形態では、混合領域ＭＸ及び捕集極４２をなす、ノズル部材３０，混合排出部材４０，蓋部材４８が、微粒子帯電部１２に相当する。
また、パイプホルダ６０（保持部６１，筒壁部６３）及び内筒８０は、上述の微粒子帯電部１２及びノズル部材３０のノズル部３１に導通する一方、針状電極体２０の延出部２１及び補助電極体５０の延出部５１の径方向周囲を取り囲んでいる。
本実施形態では、これらパイプホルダ６０（保持部６１，筒壁部６３）及び内筒８０が、第１導通部材１３に相当する。このうち、パイプホルダ６０は、第１導通部材１３であると共に、前述の通り、イオン気体噴射源１１の一部でもある。
本実施形態では、これらパイプホルダ６０（保持部６１，筒壁部６３）及び内筒８０が、第１導通部材１３に相当する。このうち、パイプホルダ６０は、第１導通部材１３であると共に、前述の通り、イオン気体噴射源１１の一部でもある。
さらに、主体金具９０，栓金具１００，及び、外筒１１０は、排気管ＥＰと導通して接地電位ＰＶＥとされる一方、上述の微粒子帯電部１２（ノズル部材３０など）及び第１導通部材１３（内筒８０など）とは電気的に絶縁されている。また、これらのうち、主体金具９０の筒状部９１，栓金具１００，及び外筒１１０は、微粒子帯電部１２、イオン気体噴射源１１及び第１導通部材１３のうち、排気管ＥＰの外部（図３，図４において排気管ＥＰより下方）に位置する部位を取り囲んでいる。具体的には、針状電極体２０の延出部２１，補助電極体５０の延出部５１のうち基端側の部位、パイプホルダ６０の保持部６１，内筒８０の径方向周囲を取り囲んでいる。
本実施形態では、これら主体金具９０，栓金具１００，及び、外筒１１０が、外側包囲部１４に相当する。
本実施形態では、これら主体金具９０，栓金具１００，及び、外筒１１０が、外側包囲部１４に相当する。
さて、前述の通り、補助電極体５０の延出部５１は、その周囲をヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９に、具体的には、補助電極絶縁パイプ７７、この表面上に形成されて一体化したヒータ７８及びこれらを被覆する絶縁セラミック層７６に囲まれている。
補助電極体５０の延出部５１のうち、図３，図６に示すように、先端側で補助電極絶縁パイプ７７から露出して微粒子帯電部１２内に配置されている先端露出面５１ｃは、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触している。また、微粒子帯電部１２の内側面１２ｃも、排気ガスＥＧに接触している。
また、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及びこれを被覆する絶縁セラミック層７６のうち、その先端側表面７９ｃは、排気ガスＥＧに接触すると共に、微粒子帯電部１２の内側面１２ｃと補助電極体５０の延出部５１の先端露出面５１ｃとの間に介在している。
補助電極体５０の延出部５１のうち、図３，図６に示すように、先端側で補助電極絶縁パイプ７７から露出して微粒子帯電部１２内に配置されている先端露出面５１ｃは、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触している。また、微粒子帯電部１２の内側面１２ｃも、排気ガスＥＧに接触している。
また、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及びこれを被覆する絶縁セラミック層７６のうち、その先端側表面７９ｃは、排気ガスＥＧに接触すると共に、微粒子帯電部１２の内側面１２ｃと補助電極体５０の延出部５１の先端露出面５１ｃとの間に介在している。
これに対して、本実施形態のシステム１では、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（補助電極絶縁部材）を加熱するヒータ７８（第１ヒータ部７８ｈ１）を備える。これにより、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９（先端側表面７９ｃ）上の水分やススなどの異物を除去する（蒸発、焼き飛ばし）ことができる。かくしてこのシステム１では、ヒータ７８の加熱により、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９（先端側表面７９ｃ）を介した微粒子帯電部１２（内側面１２ｃ）と補助電極体５０の延出部５１（先端露出面５１ｃ）との間の絶縁性を回復あるいは維持させることができる。これにより、システム１で微粒子Ｓの量を適切に検知できる。
なお、本実施形態では、第１放電電位ＰＶ１が、本発明における第１電位に相当する。また、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９のうち、補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６が、本発明における補助電極絶縁部材に相当する。
さらに、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９は、パイプホルダ６０の保持部６１に穿孔した補助電極挿通孔６１Ｉ内に挿通されており、このパイプホルダ６０の先端側の径方向外側には、第１絶縁スペーサ１２１が配置されている。この第１絶縁スペーサ１２１は、パイプホルダ６０と主体金具９０との間に介在して、両者を電気的に絶縁するとともに、排気管ＥＰ内においては、パイプホルダ６０の筒壁部６３と排気管ＥＰとの間に介在して、両者を電気的に絶縁している。
ここで、図３に示すように、パイプホルダ６０の筒壁部６３の外周面６３ｃは、排気ガスＥＧに接触している。また、第１絶縁スペーサ１２１の先端側表面１２１ｃは、パイプホルダ６０の筒壁部６３の外周面６３ｃと、排気管ＥＰの内側面ＥＰｉとの間に介在して、排気ガスＥＧに接触すると共に、両者を電気的に絶縁している。
これに対して、本実施形態のシステム１では、ヒータ７８は、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（補助絶縁部材）のほか、第１絶縁スペーサ１２１（接地電位絶縁部材）をも加熱する。即ち、ヒータ７８は、第１ヒータ部７８ｈ１に加えて、第１絶縁スペーサ１２１（先端側表面１２１ｃ）を加熱する第２ヒータ部７８ｈ２を備える。これにより、このシステム１では、ヒータ７８（第２ヒータ部７８ｈ２）の加熱により、パイプホルダ６０の筒壁部６３（外周面６３ｃ）と排気管ＥＰ（内側面ＥＰｉ）との間の絶縁性をも回復あるいは維持させることができる。これにより、微粒子Ｓの量を適切に検知できるようになる。また、ヒータ７８を兼用ヒータとしているので、ヒータ７８の取り付けや配線の部材やスペースを少なくできる。
なお、本実施形態では、第１放電電位ＰＶ１に導通するノズル部材３０のノズル部３１（第１放電電極）、微粒子帯電部１２及びパイプホルダ６０を含む第１導通部材１３が、本発明における第１電位部材である。また、外側包囲部１４が、本発明における接地電位部材である。
さらに、第１絶縁スペーサ１２１が、本発明におけるガス接触絶縁部材に相当する。
さらに、第１絶縁スペーサ１２１が、本発明におけるガス接触絶縁部材に相当する。
さらに、本実施形態のシステム１では、ヒータ７８は、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（補助電極絶縁部材）と一体化されている。これにより、ヒータ７８の取り付けスペースを小さくできるとともに、補助電極絶縁部材である補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６と一体で扱えるので、取り付けや配線が簡易に行える。
内燃機関の排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧには、多量のスス（微粒子Ｓ）が含まれている場合がありうる。このため、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（補助電極絶縁部材）や第１絶縁スペーサ１２１（ガス接触絶縁部材）などにススが堆積することにより、絶縁性が低下し易く、微粒子Ｓの量が適切に検知できない虞がある。
本実施形態のシステム１では、ヒータ７８によりヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（先端側表面７９ｃ）あるいは第１絶縁スペーサ１２１（先端側表面１２１ｃ）を加熱して、絶縁性を回復あるいは維持させることができるので、このような排気ガスＥＧに関する微粒子Ｓの検知を適切に行うことができる。
本実施形態のシステム１では、ヒータ７８によりヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（先端側表面７９ｃ）あるいは第１絶縁スペーサ１２１（先端側表面１２１ｃ）を加熱して、絶縁性を回復あるいは維持させることができるので、このような排気ガスＥＧに関する微粒子Ｓの検知を適切に行うことができる。
以上において、本発明を実施形態のシステム１に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、第１絶縁スペーサ１２１（ガス接触絶縁部材）が、第１電位部材１３（パイプホルダ６０の筒壁部６３の外周面６３ｃ）と排気管ＥＰの内側面ＥＰｉとの間に介在した構成を示した。しかし、図示しないが、排気管ＥＰ及び外側包囲部１４（接地電位部材）の形状によっては、外側包囲部１４が排気管ＥＰ内まで延びて、外側包囲部１４が排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する形態もとりうる。この場合には、ガス接触絶縁部材１２１を、第１電位部材１３と接地電位部材１４との間に介在させると良い。
例えば、実施形態では、第１絶縁スペーサ１２１（ガス接触絶縁部材）が、第１電位部材１３（パイプホルダ６０の筒壁部６３の外周面６３ｃ）と排気管ＥＰの内側面ＥＰｉとの間に介在した構成を示した。しかし、図示しないが、排気管ＥＰ及び外側包囲部１４（接地電位部材）の形状によっては、外側包囲部１４が排気管ＥＰ内まで延びて、外側包囲部１４が排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する形態もとりうる。この場合には、ガス接触絶縁部材１２１を、第１電位部材１３と接地電位部材１４との間に介在させると良い。
また、上記実施形態では、ヒータ７８は、ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９の補助電極絶縁パイプ７７及び絶縁セラミック層７６（補助電極絶縁部材）のほか、第１絶縁スペーサ１２１（接地電位絶縁部材）をも加熱する兼用ヒータとしたが、補助電極絶縁部材のみを加熱する構成としても良い。
また、上記実施形態では、検知部１０と回路部２０１とが、ケーブル１６０を介して接続された例を示したが、ケーブル１６０を介さず、検知部１０と回路部２０１とが連設された形態としても良い。
また、上記実施形態では、検知部１０と回路部２０１とが、ケーブル１６０を介して接続された例を示したが、ケーブル１６０を介さず、検知部１０と回路部２０１とが連設された形態としても良い。
ＥＰ 排気管
ＥＰｉ （排気管の）内側面
ＥＰＯ 取付開口
ＥＧ 排気ガス
ＥＧＩ 取入排気ガス
Ｓ 微粒子
ＳＣ 帯電微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＣＰＨ 排出イオン
Ｉｓ 信号電流
１ 微粒子検知システム
１０ 検知部
１１ イオン気体噴射源（イオン源）
ＤＳ 放電空間
１２ 微粒子帯電部（第１電位部材）
１３ 第１導通部材（第１電位部材）
１４ 外側包囲部（接地電位部材）
２０ 針状電極体
２２ （針状電極体の）針状先端部（第２放電電極（イオン源））
３０ ノズル部材（イオン源，微粒子帯電部）
３１ ノズル部（第１放電電極（イオン源），微粒子帯電部）
３１Ｎ ノズル
ＰＶ１ 第１放電電位（第１電位）
ＰＶ２ 第２放電電位
ＰＶ３ 補助電極電位
ＰＶＥ 接地電位
４０ 混合排出部材（微粒子帯電部）
ＭＸ 混合領域
４２ 捕集極
４８ 蓋部材（微粒子帯電部）
５０ 補助電極体（補助電極）
５３ （補助電極体の）補助電極部
６０ パイプホルダ（第１導通部材）
６１ 保持部（第１導通部材）
７６ 絶縁セラミック層（補助電極絶縁部材）
７７ 補助電極絶縁パイプ（補助電極絶縁部材）
７８ ヒータ
７９ ヒータ付き補助電極絶縁パイプ
８０ 内筒（第１導通部材）
９０ 主体金具（外側包囲部）
１００ 栓金具（外側包囲部）
１１０ 外筒（外側包囲部）
１２１ 第１絶縁スペーサ（ガス接触絶縁部材）
ＡＫ 圧縮空気（気体）
ＡＲ 空気（気体）
２０１ 回路部
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２２６ ヒータ通電回路
２３０ 信号電流検知回路
２４０ 補助電極電源回路
ＥＰｉ （排気管の）内側面
ＥＰＯ 取付開口
ＥＧ 排気ガス
ＥＧＩ 取入排気ガス
Ｓ 微粒子
ＳＣ 帯電微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＣＰＨ 排出イオン
Ｉｓ 信号電流
１ 微粒子検知システム
１０ 検知部
１１ イオン気体噴射源（イオン源）
ＤＳ 放電空間
１２ 微粒子帯電部（第１電位部材）
１３ 第１導通部材（第１電位部材）
１４ 外側包囲部（接地電位部材）
２０ 針状電極体
２２ （針状電極体の）針状先端部（第２放電電極（イオン源））
３０ ノズル部材（イオン源，微粒子帯電部）
３１ ノズル部（第１放電電極（イオン源），微粒子帯電部）
３１Ｎ ノズル
ＰＶ１ 第１放電電位（第１電位）
ＰＶ２ 第２放電電位
ＰＶ３ 補助電極電位
ＰＶＥ 接地電位
４０ 混合排出部材（微粒子帯電部）
ＭＸ 混合領域
４２ 捕集極
４８ 蓋部材（微粒子帯電部）
５０ 補助電極体（補助電極）
５３ （補助電極体の）補助電極部
６０ パイプホルダ（第１導通部材）
６１ 保持部（第１導通部材）
７６ 絶縁セラミック層（補助電極絶縁部材）
７７ 補助電極絶縁パイプ（補助電極絶縁部材）
７８ ヒータ
７９ ヒータ付き補助電極絶縁パイプ
８０ 内筒（第１導通部材）
９０ 主体金具（外側包囲部）
１００ 栓金具（外側包囲部）
１１０ 外筒（外側包囲部）
１２１ 第１絶縁スペーサ（ガス接触絶縁部材）
ＡＫ 圧縮空気（気体）
ＡＲ 空気（気体）
２０１ 回路部
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２２６ ヒータ通電回路
２３０ 信号電流検知回路
２４０ 補助電極電源回路
Claims (4)
- 通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、
上記通気管の取付開口に装着される検知部を備え、
上記検知部は、
第１放電電極及び第２放電電極を含み、これらの間の気中放電により、イオンを生成するイオン源、
上記イオン源の上記第１放電電極に導通して第１電位とされ、上記微粒子に上記イオンを付着させて帯電微粒子とすると共に、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極をなす微粒子帯電部、
補助電極電位とされ、上記微粒子帯電部内に配置されて、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極、
上記被測定ガスに接触すると共に、上記補助電極の一部を包囲し、上記補助電極と上記微粒子帯電部との間に介在して、両者を電気的に絶縁する補助電極絶縁部材、及び、
上記補助電極絶縁部材を加熱するヒータ、を有する
微粒子検知システム。 - 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
前記第１電位とされる、前記イオン源の前記第１放電電極、前記微粒子帯電部、及びこれらに導通する部材を第１電位部材としたとき、
前記検知部は、
前記通気管に導通して接地電位とされる接地電位部材、及び、
上記通気管内を臨み、
上記第１電位部材と、上記通気管の内側面または上記接地電位部材との間に介在して、両者を電気的に絶縁すると共に、前記被測定ガスに接触する
ガス接触絶縁部材、を有し、
前記ヒータは、
上記ガス接触絶縁部材をも加熱する兼用ヒータである
微粒子検知システム。 - 請求項１または請求項２に記載の微粒子検知システムであって、
前記ヒータは、
前記補助電極絶縁部材と一体化されてなる
微粒子検知システム。 - 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微粒子検知システムであって、
前記通気管は、内燃機関の排気管であり、
前記被測定ガスは、上記排気管内を流通する排気ガスである
微粒子検知システム。
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