JP2014035292A - 微粒子検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル内の絶縁体層の表面が静電気により帯電されるのを抑えて、微粒子の量を適切に検知でき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、検知部10と、駆動検知回路210,240,230と、ケーブル160とを備える。ケーブル160は、第２電位配線161、第２電位配線161の径方向周囲を包囲する第１電位配線165、第２電位配線161と第１電位配線165との間を絶縁する２−１間絶縁体層164、第１電位配線165の径方向周囲を包囲する第３電位配線167、第１電位配線165の径方向周囲を包囲し、第１電位配線165と第３電位配線167との間を絶縁する１−３間絶縁体層166、１−３間絶縁体層166と一体とされてその径方向内側表面166Uを覆う導電性の第１導電被覆層166a、及び、１−３間絶縁体層166と一体とされてその径方向外側表面166Sを覆う導電性の第３導電被覆層166bを有する。
【選択図】図４

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。

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噴射孔から噴射し、チャネル内に取り込んだ微粒子を含む被測定ガスと混合して微粒子を帯電させ、その後に排出する。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。

ＷＯ２００９／１０９６８８

このような微粒子検知システムにおいて、通気管に装着される検知部と、検知部を駆動し微粒子の量を検知する駆動検知回路とを、互いに離して配置するとともに、両者をケーブルを用いて接続した構成のものがある。これは、排気管などの通気管は高温となり得るので、高温となった排気管からの熱が回路に伝わりにくくするため、駆動検知回路の配置を容易とするためなどの理由による。
しかしながら、このようなケーブルは、複数の導電体と絶縁体から構成されており、ケーブルが振動すると、導電体と絶縁体との間に摩擦による静電気が発生して、絶縁体の表面が帯電する場合がある。そして、このような静電気による帯電が生じると、静電気ノイズが発生して、微粒子の量が適切に検知出来なくなる虞がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ケーブル内の絶縁体層の表面に静電気が帯電するのを抑えて、微粒子の量を適切に検知でき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、上記通気管に装着される検知部と、上記検知部を駆動し上記微粒子の量を検知する駆動検知回路と、上記検知部と上記駆動検知回路との間を電気的に接続する複数の配線材からなるケーブルと、を備え、上記検知部は、第１電位とされる第１電位部材、上記第１電位とは異なる第２電位とされる第２電位部材、及び、上記第１電位及び第２電位とは異なる第３電位とされる第３電位部材、を有し、上記ケーブルは、上記第２電位部材に導通する第２電位配線、上記第１電位部材に導通し、上記第２電位配線の径方向周囲を包囲し、編組及びらせん状に捲回した帯状金属箔の少なくともいずれかからなる第１電位配線、上記第２電位配線の径方向周囲を包囲し、上記第２電位配線と上記第１電位配線との間に配置されて、両者を絶縁する２−１間絶縁体層、上記第３電位部材に導通し、上記第１電位配線の径方向周囲を包囲し、編組及びらせん状に捲回した帯状金属箔の少なくともいずれかからなる第３電位配線、上記第１電位配線の径方向周囲を包囲し、上記第１電位配線と上記第３電位配線との間に配置されて、両者を絶縁する絶縁性の１−３間絶縁体層、上記１−３間絶縁体層と一体とされてその径方向内側表面を覆い、上記第１電位配線に接触する導電性の第１導電被覆層、及び、上記１−３間絶縁体層と一体とされてその径方向外側表面を覆い、上記第３電位配線に接触する導電性の第３導電被覆層、を有し、上記第１電位配線と上記第３電位配線とで、上記第２電位配線を二重に包囲するとともに、上記第３電位配線で上記第１電位配線を包囲する二重包囲ケーブルであ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、検知部と駆動検知回路との間を接続するケーブルとして上述の構成の二重包囲ケーブルを用いている。この二重包囲ケーブルは、第１電位配線と第３電位配線とで第２電位配線を二重に包囲するとともに、第３電位配線で第１電位配線を包囲している。そして、第１電位配線と第３電位配線の間には、両者を絶縁する１−３間絶縁体層が配置されている。しかも、１−３間絶縁体層の径方向内側表面は、この１−３間絶縁体層と一体とされた導電性の第１導電被覆層に覆われており、第１電位配線はこの第１導電被覆層に接触している。また、１−３間絶縁体層の径方向外側表面は、この１−３間絶縁体層と一体とされた導電性の第３導電被覆層に覆われており、第３電位配線はこの第３導電被覆層に接触している。
ここで、１−３間絶縁体層の径方向内側表面及び径方向外側表面に、第１導電被覆層及び第３導電被覆層が無い場合を考える。このようなケーブルが振動すると、導電体である第１電位配線及び第３電位配線と絶縁体である１−３間絶縁体層との間に摩擦による静電気が発生して、１−３間絶縁体層の内側表面及び外側表面が帯電しやすい。

しかるに、本システムでは、１−３間絶縁体層の内外表面に一体に、第１導電被覆層及び第３導電被覆層をそれぞれ設けてある。このため、ケーブルが振動しても、１−３間絶縁体層は、第１電位配線あるいは第３電位配線と触れておらず、これらとの間の摩擦が生じないので、１−３間絶縁体層に静電気による帯電を生じにくい。即ち、本システムでは、第１電位配線と第３電位配線との間に静電気が帯電するのを抑えることができる。かくして、微粒子の量を適切に検知することができる。

なお、１−３間絶縁体層、第１導電被覆層、及び第３導電被覆層としては、ＦＥＰなどのフッ素系の絶縁樹脂を１−３間絶縁体層に用い、その内外表面に、この樹脂にカーボンを添加した導電性の樹脂層を一体に形成したものが挙げられる。

さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記検知部は、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なり、前記通気管内を流通する前記被測定ガスの一部を上記イオン源で生成した上記イオンと混合して、上記一部の被測定ガス中の前記微粒子を上記イオンが付着した帯電微粒子として上記通気管内に戻す構成とされ、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、上記第１放電電極及び上記微粒子帯電部に導通し、前記第１電位とされる前記第１電位部材である第１導通部材、上記第２放電電極に導通し、前記第２電位とされる前記第２電位部材である第２電極導通部材、及び、上記通気管に導通し、前記第３電位部材であり、前記第３電位である接地電位とされる接地電位部材、を有し、前記ケーブルは、上記第１導通部材に導通する前記第１電位配線と、前記第３電位配線であり、上記接地電位部材に導通する接地電位配線とで、上記第２電極導通部材に導通する前記第２電位配線を二重に電磁遮蔽するとともに、上記接地電位配線で上記第１電位配線を電磁遮蔽し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、第３電位配線である接地電位配線は、接地電位とされる接地電位部材に導通しており、第１電位配線は、イオン源の第１放電電極及び微粒子帯電部に導通する第１導通部材に導通している。そして、第１電位の第１電位配線と接地電位の接地電位配線とで、イオン源の第２放電電極及び第２電極導通部材に導通する第２電位の第２電位配線を二重に電磁遮蔽している。また、接地電位の接地電位配線で第１電位の第１電位配線を電磁遮蔽している。

さらに、このシステムでは、前述の微粒子帯電部を有しており、ここから帯電微粒子として通気管に戻された電荷の量が微粒子の量に対応する。ここで、微粒子帯電部の電位である第１電位と、通気管に導通した接地電位との間を流れる信号電流が、微粒子帯電部から通気管に戻された電荷の量に対応する。そして、本システムでは、第１電位配線は微粒子帯電部に導通し、第３電位配線である接地電位配線は接地電位とされる接地電位部材に導通している。また、第１電位配線と第２電位配線は、それぞれイオン源の第１放電電極と第２放電電極に導通し、両者の間に放電電流が流れる。
このため、第１電位配線、第２電位配線及び接地電位配線が、上述のような二重シールド構造を有し、互いに電磁遮蔽されていることにより、これらの配線間に発生する漏れ電流の影響や外部からの電磁ノイズの影響を受けにくくなる。さらには、前述したように、静電気の影響も抑えられるので、微粒子の量を適切に検知できる。

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、車載した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。

このシステムを車載した場合、車の運転に伴って、ケーブルが振動しやすいので、ケーブル内で摩擦が発生しやすい。一方、本システムに用いるケーブルは、二重包囲ケーブル構造を有し、１−３間絶縁体層の内外表面を導電性の第１導電被覆層及び第３導電被覆層で覆っているので、車の運転による振動がケーブルに掛かっても、１−３間絶縁体層に摩擦による静電気が生じにくい。このため、微粒子の量を適切に検知できる。

実施形態にかかり、車両に搭載したエンジンの排気管に微粒子検知システムを適用した状態を説明する説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムの概略構成を示す説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、微粒子帯電部内での、微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に説明する説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、ケーブルの構造を示す横断面図である。

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、ケーブル１６０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。

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、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電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２電位ＰＶ２は、具体的には、第１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出力端２１１に導通して第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、補助電極電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この補助電極電位ＰＶ３は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２電位ＰＶ２のピーク電位（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、信号入力端２３１と接地入力端２３２の間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。

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、後述するケーブル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。但し、絶縁トランス２７０は、一次側鉄心２７１Ａと二次側鉄心２７１Ｂとを、小さな隙間を介して離間させ、電気的に互いに絶縁しながらも、磁気回路的には両者を共通の磁束が通過するように構成することで、絶縁トランス２７０としての変成作用を果たす。なお、鉄心２７１のうち、一次側鉄心２７１Ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１Ｂは、第１電位ＰＶ１（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、後述するケーブル１６０の第３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１００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。

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，図４参照）。このケーブル１６０は、二重包囲ケーブルであり、その中心部分には、銅線からなる第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２と、ＰＴＦＥ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。具体的には、まず、第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２を、それぞれＦＥＰからなる絶縁性の第２電位配線被覆層１６４ａ及び補助電位配線被覆層１６４ｂで被覆している。さらに、これら第２電位配線被覆層１６４ａ、補助電位配線被覆層１６４ｂ及びエアパイプ１６３の周囲及び相互間を、繊維の延伸方向をケーブル１６０の長手方向に揃えたガラス繊維からなる絶縁性の内側絶縁繊維部材１６４ｃで包囲している。さらに、第２電位配線被覆層１６４ａ、補助電位配線被覆層１６４ｂ、エアパイプ１６３及び内側絶縁繊維部材１６４ｃの周りに、ＰＴＦＥからなる絶縁テープを巻き付けて内側絶縁被覆層１６４ｄを形成している。かくして、第２電位配線１６１の径方向周囲は、第２電位配線被覆層１６４ａ、内側絶縁繊維部材１６４ｃ及び内側絶縁被覆層１６４ｄの３つで包囲されている。また、補助電位配線１６２の径方向周囲は、補助電位配線被覆層１６４ｂ、内側絶縁繊維部材１６４ｃ及び内側絶縁被覆層１６４ｄの３つで包囲されている。即ち、これら第２電位配線被覆層１６４ａ、補助電位配線被覆層１６４ｂ、内側絶縁繊維部材１６４ｃ及び内側絶縁被覆層１６４ｄの４つからなる内側絶縁体層１６４（２−１間絶縁体層）で、第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２の径方向周囲を包囲している。

さらに、この内側絶縁体層１６４（内側絶縁被覆層１６４ｄ）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、ＦＥＰからなる絶縁性の絶縁体被覆層１６６（１−３間絶縁体層）が配置されている。但し、絶縁体被覆層１６６の径方向内側表面１６６Ｕは、この絶縁体被覆層１６６と一体とされ、カーボン入りＦＥＰからなる導電性の第１導電被覆層１６６ａに覆われており、第１電位配線１６５は、この第１導電被覆層１６６ａに接触している。また、絶縁体被覆層１６６の径方向外側表面１６６Ｓも、同じくこの絶縁体被覆層１６６と一体とされ、カーボン入りＦＥＰからなる導電性の第３導電被覆層１６６ｂに覆われている。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第３電位配線１６７で被覆されている。従って、この第３電位配線１６７も、絶縁体被覆層１６６ではなく、第３導電被覆層１６６ｂに接触している。なお、この第３電位配線１６７の径方向周囲には、その保護のため、ＦＥＰからなる絶縁性の外側絶縁被覆層１６８が形成されている。かくして、このケーブル１６０では、第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２の周囲を、内側絶縁体層１６４及び絶縁体被覆層１６６を介して、第１電位配線１６５及び第３電位配線１６７で二重に取り囲む形態となっている。
このように、絶縁体被覆層１６６（１−３間絶縁体層）の内外表面１６６Ｕ，１６６Ｓに一体に、第１導電被覆層１６６ａ及び第３導電被覆層１６６ｂを設けてあるので、ケーブル１６０が振動しても、絶縁体被覆層１６６と第１電位配線１６５あるいは第３電位配線１６７との間に摩擦が生じない。このため、絶縁体被覆層１６６に静電気が帯電しにくい。

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。
なお、次述するように、本システム１では、第３電位配線１６７は、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２及び外側回路ケース２６０に接続、導通して接地電位ＰＶＥとされる接地電位配線１６７である。また、接地電位ＰＶＥが、第３電位配線１６７の電位である第３電位となる。

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電位配線１６１に接続、導通して、第２電位ＰＶ２とされている。また、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２は、補助電位配線１６２に接続、導通して、補助電極電位ＰＶ３とされている。さらに、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１は、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、第１電位ＰＶ１とされている。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（第３電位配線）に接続、導通して、接地電位ＰＶＥ（第３電位）とされている。
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、検知部１０について説明する（図２参照）。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から構成されている。

ケーブル１６０の第２電位配線１６１には、針状電極体２０の延出部２１が接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、第２電極導通部材（第２電位部材）である概略直棒状の延出部２１と、その先端部分が針状に尖った形態とされた、イオン気体噴射源１１の第２放電電極をなす針状先端部２２を有する。
また、ケーブル１６０の補助電位配線１６２には、補助電極体５０の延出部５１が接続されている。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、Ｕ字状に曲げ返された先の先端部に位置し、補助電極をなす補助電極部５３を有する。

一方、ケーブル１６０の第１電位配線１６５には、第１電位部材である第１導通部材１３が接続されている。この第１導通部材１３は、金属製で筒状をなし、ケーブル１６０の第１電位配線１６５及び内側回路ケース２５０を通じて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に導通し、第１電位ＰＶ１とされている。
また、第１導通部材１３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のうち、排気管ＥＰ外に位置する部位の径方向周囲を包囲している。
さらに、ケーブル１６０のエアパイプ１６３がなす気体流通路１６３Ｈを通じて、第１導通部材１３内に圧縮空気ＡＫが導き入れられる。この圧縮空気ＡＫは、さらに先端側（図２中、右側）の放電空間ＤＳ（後述する）に圧送される。

また、ケーブル１６０の接地電位配線１６７（第３電位配線）には、接地電位部材（第３電位部材）である外側包囲部材１４が接続されている。この外側包囲部材１４は、金属製で筒状をなし、第１導通部材１３の径方向外側に位置すると共に、排気管ＥＰに装着されて、この排気管ＥＰに導通し、接地電位ＰＶＥ（第３電位）とされている。

さらに、第１導通部材１３の先端側（図２中、右側）には、ノズル部３１が嵌め込まれている。このノズル部３１は、その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。
また、ノズル部３１は、第１導通部材１３と電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。

第１導通部材１３の先端側にノズル部３１が嵌め込まれることで、これらの内部に、放電空間ＤＳが形成される。この放電空間ＤＳには、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の基端側の面であり凹形状をなす対向面３１Ｔと向き合っている。また、放電空間ＤＳには、イオン源向け通気路ＲＡを通じて、白抜き矢印で示す圧縮空気ＡＫが供給される。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、供給された圧縮空気ＡＫ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。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３１の先端側（図２中、右側）には、微粒子帯電部１２が構成されている。この微粒子帯電部１２の側面には、（排気管ＥＰの下流側に向けて開口する）取入口３３Ｉと排出口４３Ｏが穿孔されている。また、この微粒子帯電部１２は、ノズル部３１に電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。

この微粒子帯電部１２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おり、これよりも基端側（図２中、左側）には、ノズル部３１との間に円柱状の空間が形成されている。
微粒子帯電部１２内の空間のうち、上述の円柱状の空間を、円柱状混合領域ＭＸ１とする。また、捕集極４２で構成されるスリット状の内部空間を、スリット状混合領域ＭＸ２とする。そして、これら円柱状混合領域ＭＸ１及びスリット状混合領域ＭＸ２を併せて、混合領域ＭＸとする。さらに、捕集極４２よりも先端側にも、円柱状の空間が形成されており、排出口４３Ｏに連通する排出路ＥＸをなしている。加えて、捕集極４２の基端側には、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のほか、図３をも参照して説明する。なお、この図３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る。
針状電極体２０の針状先端部２２は、ケーブル１６０の第２電位配線１６１を通じて、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、この針状先端部２２は、前述したように、第１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電位ＰＶ２とされる。
また、補助電極体５０の補助電極部５３は、ケーブル１６０の補助電位配線１６２を通じて、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、この補助電極部５３は、前述したように、第１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、第１導通部材１３，ノズル部３１，微粒子帯電部１２は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を通じて、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電位ＰＶ１とされる。
加えて、外側包囲部材１４は、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を通じて、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を起源とする空気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３１が第１放電電極に相当する。また、放電空間ＤＳを囲む、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。

ノズル部３１のノズル３１Ｎを通じて、空気ＡＲが混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に噴射されると、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３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、取入排気ガスＥＧＩ及び空気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電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす微粒子帯電部１２に各部に付着し捕捉される。

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。

本実施形態のシステム１はこのように構成されており、検知部１０と回路部２０１との間を接続するケーブル１６０として二重包囲ケーブル１６０を用いている。この二重包囲ケーブル１６０は、第１電位配線１６５と第３電位配線である接地電位配線１６７とで第２電位配線１６１を二重に包囲するとともに、接地電位配線１６７で第１電位配線１６５を包囲している。そして、第１電位配線１６５と接地電位配線１６７の間には、両者を絶縁する絶縁体被覆層１６６（１−３間絶縁体層）が配置されている。しかも、絶縁体被覆層１６６の径方向内側表面１６６Ｕは、この絶縁体被覆層１６６と一体とされた導電性の第１導電被覆層１６６ａに覆われており、第１電位配線１６５は、この第１導電被覆層１６６ａに接触している。また、絶縁体被覆層１６６の径方向外側表面１６６Ｓは、この絶縁体被覆層１６６と一体とされた導電性の第３導電被覆層１６６ｂに覆われており、第３電位配線である接地電位配線１６７は、この第３導電被覆層１６６ｂに接触している。従って、絶縁体被覆層１６６は、第１電位配線１６５あるいは接地電位配線１６７と触れておらず、ケーブル１６０が振動しても、絶縁体被覆層１６６と第１電位配線１６５あるいは接地電位配線１６７との間の摩擦が生じない。このため、絶縁体被覆層１６６に静電気による帯電を生じにくい。即ち、本システム１では、第１電位配線１６５と接地電位配線１６７との間に静電気が帯電するのを抑えることができる。かくして、微粒子Ｓの量を適切に検知することができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、第３電位配線である接地電位配線１６７は、接地電位ＰＶＥとされる外側包囲部材１４（接地電位部材）に導通しており、第１電位配線１６５は、イオン源１１の第１放電電極（本実施形態では、ノズル部３１）及び微粒子帯電部１２に導通する第１導通部材１３に導通している。そして、第１電位ＰＶ１の第１電位配線１６５と接地電位ＰＶＥの接地電位配線１６７とで、イオン源１１の第２放電電極（本実施形態では、針状先端部２２）及び第２電極導通部材（本実施形態では、針状電極体２０の延出部２１）に導通する第２電位ＰＶ２の第２電位配線１６１を二重に電磁遮蔽している。また、接地電位ＰＶＥの接地電位配線１６７で第１電位ＰＶ１の第１電位配線１６５を電磁遮蔽している。

本実施形態のシステム１では、微粒子帯電部１２を有しており、ここから帯電微粒子ＳＣとして通気管ＥＰに戻された電荷の量が微粒子Ｓの量に対応する。ここで、微粒子帯電部１２の電位である第１電位ＰＶ１と、通気管ＥＰに導通した接地電位ＰＶＥとの間を流れる信号電流Ｉｓが、微粒子帯電部１２から通気管ＥＰに戻された電荷の量に対応する。そして、本システムでは、第１電位配線１６５は微粒子帯電部１２に導通し、第３電位配線である接地電位配線１６７は接地電位ＰＶＥとされる外側包囲部材１４（接地電位部材）に導通している。また、第１電位配線１６５と第２電位配線１６１は、それぞれイオン源１１の第１放電電極（ノズル部３１）と第２放電電極（針状先端部２２）に導通し、両者の間に放電電流が流れる。

このため、第１電位配線１６５、第２電位配線１６１及び接地電位配線１６７が、上述のような二重シールド構造を有し、互いに電磁遮蔽されていることにより、これらの配線間に発生する漏れ電流の影響や外部からの電磁ノイズの影響を受けにくくなる。さらには、前述したように、静電気の影響も抑えられるので、微粒子Ｓの量を適切に検知できる。

さらに、本実施形態のシステム１を車載した場合、車の運転に伴って、ケーブル１６０が振動しやすいので、ケーブル内で摩擦が発生しやすい。一方、本実施形態のシステム１に用いるケーブル１６０は、二重包囲ケーブル構造を有し、絶縁体被覆層１６６（１−３間絶縁体層）の内外表面１６６Ｕ，１６６Ｓを導電性の第１導電被覆層１６６ａと第３導電被覆層１６６ｂが覆っているので、車の運転による振動がケーブル１６０に掛かっても、絶縁体被覆層１６６に摩擦による静電気が生じにくい。このため、微粒子Ｓの量を適切に検知できる。

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、上記実施形態では、ケーブル１６０において、第１電位配線１６５及び接地電位配線１６７（第３電位配線）のいずれも、銅細線を編んだ編組を用いた例を示したが、アルミニウム、銅などの金属テープ（帯状金属箔）を、内側絶縁被覆層１６４ｄあるいは絶縁体被覆層１６６（１−３間絶縁体層）の周りにらせん状に捲回して、これらを構成しても良い。あるいは編組で覆った上にさらに金属テープを巻き付けてこれらを構成しても良い。銅パイプ、アルミニウムパイプなどの金属パイプを、全部あるいは部分的に用いることもできる。

ＥＰ 排気管
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）
１２ 微粒子帯電部
１３ 第１導通部材（第１電位部材）
１４ 外側包囲部材（接地電位部材、第３電位部材）
２０ 針状電極体
２１ （針状電極体の）延出部（第２電極導通部材、第２電位部材）
２２ （針状電極体の）針状先端部（イオン源、第２放電電極）
３１ ノズル部（イオン源、第１放電電極、微粒子帯電部）
ＰＶ１ 第１電位
ＰＶ２ 第２電位
ＰＶ３ 補助電極電位
ＰＶＥ 接地電位（第３電位）
４２ 捕集極
５０ 補助電極体
５１ （補助電極体の）延出部
５３ （補助電極体の）補助電極部
１６０ ケーブル（二重包囲ケーブル）
１６１ 第２電位配線
１６４ 内側絶縁体層（２−１間絶縁体層）
１６５ 第１電位配線
１６６ 絶縁体被覆層（１−３間絶縁体層）
１６６ａ 第１導電被覆層
１６６ｂ 第３導電被覆層
１６６Ｕ （絶縁体被覆層（１−３間絶縁体層）の）径方向内側表面
１６６Ｓ （絶縁体被覆層（１−３間絶縁体層）の）径方向外側表面
１６７ 接地電位配線（第３電位配線）
１６８ 外側絶縁被覆層
ＡＫ 圧縮空気
２０１ 回路部
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２３０ 信号電流検知回路
２４０ 補助電極電源回路

Claims (3)

1. 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、
   上記通気管に装着される検知部と、
   上記検知部を駆動し上記微粒子の量を検知する駆動検知回路と、
   上記検知部と上記駆動検知回路との間を電気的に接続する複数の配線材からなるケーブルと、を備え、
   上記検知部は、
   第１電位とされる第１電位部材、
   上記第１電位とは異なる第２電位とされる第２電位部材、及び、
   上記第１電位及び第２電位とは異なる第３電位とされる第３電位部材、を有し、
   上記ケーブルは、
   上記第２電位部材に導通する第２電位配線、
   上記第１電位部材に導通し、上記第２電位配線の径方向周囲を包囲し、編組及びらせん状に捲回した帯状金属箔の少なくともいずれかからなる第１電位配線、
   上記第２電位配線の径方向周囲を包囲し、上記第２電位配線と上記第１電位配線との間に配置されて、両者を絶縁する２−１間絶縁体層、
   上記第３電位部材に導通し、上記第１電位配線の径方向周囲を包囲し、編組及びらせん状に捲回した帯状金属箔の少なくともいずれかからなる第３電位配線、
   上記第１電位配線の径方向周囲を包囲し、上記第１電位配線と上記第３電位配線との間に配置されて、両者を絶縁する絶縁性の１−３間絶縁体層、
   上記１−３間絶縁体層と一体とされてその径方向内側表面を覆い、上記第１電位配線に接触する導電性の第１導電被覆層、及び、
   上記１−３間絶縁体層と一体とされてその径方向外側表面を覆い、上記第３電位配線に接触する導電性の第３導電被覆層、を有し、
   上記第１電位配線と上記第３電位配線とで、上記第２電位配線を二重に包囲するとともに、上記第３電位配線で上記第１電位配線を包囲する
   二重包囲ケーブルである
   微粒子検知システム。
2. 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
   前記検知部は、
   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なり、前記通気管内を流通する前記被測定ガスの一部を上記イオン源で生成した上記イオンと混合して、上記一部の被測定ガス中の前記微粒子を上記イオンが付着した帯電微粒子として上記通気管内に戻す構成とされ、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、
   上記第１放電電極及び上記微粒子帯電部に導通し、前記第１電位とされる前記第１電位部材である第１導通部材、
   上記第２放電電極に導通し、前記第２電位とされる前記第２電位部材である第２電極導通部材、及び、
   上記通気管に導通し、前記第３電位部材であり、前記第３電位である接地電位とされる接地電位部材、を有し、
   前記ケーブルは、
   上記第１導通部材に導通する前記第１電位配線と、前記第３電位配線であり、上記接地電位部材に導通する接地電位配線とで、上記第２電極導通部材に導通する前記第２電位配線を二重に電磁遮蔽するとともに、上記接地電位配線で上記第１電位配線を電磁遮蔽してなる
   微粒子検知システム。
3. 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、
   前記通気管は、車載した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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