JP2017129501A - Fine particle detection system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine particle detection system capable of appropriately detecting the amount of fine particles contained in a measurement target gas.SOLUTION: A fine particle detection system includes insulation checking means for checking whether a degree of insulation between an inner metal fitting and outer metal fitting is within an acceptable range or not, and heater energizing means for energizing a heater to allow a heating resistor to generate heat. When the insulation checking means determines that the degree of insulation is not within the acceptable range, the heater energizing means performs a first heater energization process to energize the heater for a predetermined first time period t1, during which water adhered to a surface of an exposed portion of a sensor is expected to disappear. A sensor driving means is configured to drive the fine particle sensor after the insulation checking means determines that the degree of insulation is within the acceptable range, or after the first heater energization process is completed.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、微粒子検知システム、特に、通気管を流通する被測定ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子検知システムに関する。   The present invention relates to a particulate detection system, and more particularly to a particulate detection system that detects particulates contained in a gas to be measured flowing through a vent pipe.

内燃機関(例えば、ディーゼルエンジン)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る。また、必要に応じてフィルタを高温にすることで、このフィルタに蓄積した微粒子を燃焼させて除去することも行われている。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、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。   In an internal combustion engine (for example, a diesel engine), the exhaust gas may contain fine particles such as soot. The exhaust gas containing such fine particles is purified by collecting the fine particles with a filter. Moreover, the particulates accumulated in the filter are burned and removed by raising the temperature of the filter as necessary. However, when a problem such as breakage of the filter occurs, unpurified exhaust gas is directly discharged downstream of the filter. Therefore, there is a need for a particulate detection system that can directly detect the amount of particulates in the exhaust gas and detect the amount of particulates in the exhaust gas in order to detect a filter failure.

このような微粒子検知システムは、例えば、接地電位とされた排気管に装着される微粒子センサと、この微粒子センサを駆動するセンサ駆動手段とを備える。微粒子センサは、例えば、ガス取入管を有する内側金具と、外側金具と、絶縁スペーサとを備える。このうち内側金具は、接地電位とは異なる第1電位とされ、ガス取入管内に排気ガスを取り入れる部材である。外側金具は、内側金具の径方向周囲を囲み、排気管に装着されて接地電位とされる筒状の部材である。また、絶縁スペーサは、内側金具と外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する筒状の部材である。このような微粒子検知システムは、例えば特許文献1,2に開示されている。   Such a particulate detection system includes, for example, a particulate sensor mounted on an exhaust pipe having a ground potential, and a sensor driving unit that drives the particulate sensor. The fine particle sensor includes, for example, an inner metal fitting having a gas intake pipe, an outer metal fitting, and an insulating spacer. Among these, the inner metal fitting is a member that takes a first electric potential different from the ground electric potential and takes the exhaust gas into the gas intake pipe. The outer metal fitting is a cylindrical member that surrounds the inner circumference of the inner metal fitting and is attached to the exhaust pipe to be grounded. The insulating spacer is a cylindrical member that is interposed between the inner metal fitting and the outer metal fitting to electrically insulate them from each other. Such a fine particle detection system is disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example.

特開2014-10099号公報JP 2014-10099 A 特開2015-129712号公報JP 2015-129712 A

ところで、前述の絶縁スペーサが、排気管の外部において外側金具によって囲まれたセンサ内部空間内に露出するセンサ内露出部を有する場合、次のようなことが起こることがあった。具体的には、例えば、内燃機関の運転中、微粒子センサは、高温の排気ガスにより加熱されることで高温となる。なお、排気ガス中には多量の水分(水蒸気)が含まれており、この水分(水蒸気)が、内燃機関の運転中にセンサ内部空間内に漏洩(リーク)することがある。一方、内燃機関の運転が停止すると、微粒子センサは、外気により冷却される。このため、例えば、外気温が低い場合には、内燃機関の運転停止後、絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面において、結露が発生することがあった。   By the way, when the above-described insulating spacer has an in-sensor exposed portion exposed in the sensor internal space surrounded by the outer metal fitting outside the exhaust pipe, the following may occur. Specifically, for example, during operation of the internal combustion engine, the particulate sensor is heated by being heated by high-temperature exhaust gas. The exhaust gas contains a large amount of moisture (water vapor), and this moisture (water vapor) may leak (leak) into the sensor internal space during operation of the internal combustion engine. On the other hand, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the particulate sensor is cooled by the outside air. For this reason, for example, when the outside air temperature is low, after the operation of the internal combustion engine is stopped, condensation may occur on the surface of the exposed portion in the sensor of the insulating spacer.

絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面に水(結露により生じた水)が付着すると、センサ内露出部の表面の絶縁性が低下する。これにより、第1電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下する。このような状態で、センサ駆動手段により微粒子センサを駆動させて微粒子の検知を行うと、排気ガス(被測定ガス)中の微粒子の量を適切に検知することができない虞があった。   If water (water generated by condensation) adheres to the surface of the exposed part in the sensor of the insulating spacer, the insulation of the surface of the exposed part in the sensor is lowered. Thereby, the insulation between the inner metal fitting made into 1st electric potential and the outer metal fitting made into grounding potential falls. In such a state, if the particle sensor is driven by the sensor driving means to detect the particle, the amount of the particle in the exhaust gas (gas to be measured) may not be detected properly.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被測定ガスに含まれる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ことを目的とする。   The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a fine particle detection system capable of appropriately detecting the amount of fine particles contained in a gas to be measured.

本発明の一態様は、通気管を流通する被測定ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子検知システムにおいて、接地電位とされた前記通気管に装着される微粒子センサと、前記微粒子センサを駆動するセンサ駆動手段と、を備え、前記微粒子センサは、前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する筒状の絶縁スペーサと、を備え、前記絶縁スペーサは、前記通気管の外部において前記外側金具によって囲まれたセンサ内部空間内に露出するセンサ内露出部と、前記センサ内露出部を加熱するヒータと、を備え、前記ヒータは、前記絶縁スペーサの内部に埋め込まれた発熱抵抗体を含み、前記微粒子検知システムは、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する絶縁性検査手段と、前記ヒータに通電して前記発熱抵抗体を発熱させるヒータ通電手段と、を備え、前記ヒータ通電手段は、前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内でないと判定された場合に、前記ヒータに対し、前記センサ内露出部の表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間通電する、第1ヒータ通電を行い、前記センサ駆動手段は、前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内であると判定された後、または、前記第1ヒータ通電が終了した後に、前記微粒子センサを駆動する微粒子検知システムである。   One aspect of the present invention is a particulate detection system that detects particulates contained in a gas to be measured that flows through a vent pipe, and a particulate sensor that is attached to the vent pipe at a ground potential, and a sensor that drives the particulate sensor. Driving means, and the fine particle sensor is mounted on the vent pipe and has a cylindrical outer metal fitting that is set to the ground potential, and a first potential different from the ground potential, and the outer metal fitting is used in a radial direction. An inner metal fitting surrounded by a periphery, and a cylindrical insulating spacer that is interposed between the inner metal fitting and the outer metal fitting to electrically insulate both of the inner metal fitting and the outer metal fitting. And a heater that heats the exposed portion inside the sensor, and the heater is disposed inside the insulating spacer. Insulating inspection means for inspecting whether or not the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is within a permissible range, including the embedded heating resistor, and the heater Heater energizing means for energizing the heating resistor to generate heat, and the heater energizing means, when the insulation test means determines that the degree of insulation is not within the allowable range, The heater is energized for a predetermined first time when water attached to the surface of the exposed portion in the sensor is expected to be removed, and the sensor driving means is operated by the insulating inspection means. The particulate detection system drives the particulate sensor after it is determined that the degree of insulation is within the allowable range, or after the first heater energization is completed.

上述の微粒子検知システムでは、絶縁性検査手段が、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する。具体的には、例えば、内側金具と外側金具との間に所定の電圧を印加し、内側金具と外側金具との間を流れる漏れ電流の大きさを測定し、漏れ電流の大きさが許容範囲内であるか否か(例えば、予め設定した閾値以下であるか否か)を判定する。この場合、「絶縁性の程度」は、漏れ電流の大きさで示される。   In the above-described particulate detection system, the insulating inspection means inspects whether or not the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is within an allowable range. Specifically, for example, a predetermined voltage is applied between the inner metal fitting and the outer metal fitting, the magnitude of the leakage current flowing between the inner metal fitting and the outer metal fitting is measured, and the magnitude of the leakage current is within an allowable range. Or not (for example, whether or not it is equal to or less than a preset threshold value). In this case, the “degree of insulation” is indicated by the magnitude of the leakage current.

なお、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度の許容範囲は、微粒子検知システムによって被測定ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる絶縁性の程度の範囲に設定される。絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面に、結露により生じた水滴(以下、結露水ともいう)が付着している場合は、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内でないと判定され得る。   In addition, the allowable range of the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is set to a range of the degree of insulation that can appropriately detect the amount of fine particles in the gas to be measured by the fine particle detection system. . If water droplets generated by condensation (hereinafter also referred to as condensed water) adhere to the surface of the exposed part of the insulating spacer in the sensor, the degree of insulation between the inner and outer brackets is not within the allowable range. Can be determined.

さらに、上述の微粒子検知システムでは、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内でないと判定された場合、ヒータ通電手段が、第1ヒータ通電を行う。具体的には、ヒータ通電手段が、ヒータに対し、センサ内露出部の表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間(例えば、5分間)通電する。これにより、センサ内露出部の表面に付着している結露水を除去する(蒸発させる)ことができる。   Furthermore, in the fine particle detection system described above, when the insulation test means determines that the degree of insulation is not within the allowable range, the heater energization means conducts the first heater energization. Specifically, the heater energizing unit energizes the heater for a predetermined first time (for example, 5 minutes) that is expected to remove water attached to the surface of the exposed portion in the sensor. Thereby, the dew condensation water adhering to the surface of the exposed part in the sensor can be removed (evaporated).

さらに、上述の微粒子検知システムでは、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された後、または、第1ヒータ通電が終了した後、センサ駆動手段が、微粒子センサを駆動する。   Further, in the fine particle detection system described above, the sensor drive means drives the fine particle sensor after the insulation test means determines that the degree of insulation is within the allowable range or after the first heater energization is completed. To do.

すなわち、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された場合は、その後、センサ駆動手段が微粒子センサを駆動して、微粒子の量の検知を行わせる。これにより、被測定ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる。
一方、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内でないと判定された場合は、第1ヒータ通電が終了した後、センサ駆動手段が微粒子センサを駆動して、微粒子の量の検知を行わせる。従って、上述の微粒子検知システムでは、前述の第1ヒータ通電により、絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面から結露水を除去した後、微粒子の量の検知を行うようにしている。これにより、被測定ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる。
That is, when the insulation test means determines that the degree of insulation is within the allowable range, the sensor drive means thereafter drives the fine particle sensor to detect the amount of fine particles. Thereby, the amount of fine particles in the gas to be measured can be detected appropriately.
On the other hand, if it is determined by the insulation test means that the degree of insulation is not within the allowable range, after the first heater energization is completed, the sensor drive means drives the fine particle sensor to detect the amount of fine particles. Make it. Therefore, in the fine particle detection system described above, the amount of fine particles is detected after the dew condensation water is removed from the surface of the exposed portion of the insulating spacer in the sensor by the first heater energization. Thereby, the amount of fine particles in the gas to be measured can be detected appropriately.

また、上述の微粒子センサでは、ヒータが、絶縁スペーサの内部に埋め込まれた発熱抵抗体を含んでいる。すなわち、発熱抵抗体を、絶縁スペーサーの内部に配置している。これにより、発熱抵抗体に結露水が付着するのを防止できる。このため、結露水が発熱抵抗体に付着することによってヒータに対する通電を適切に行うことができなくなったり、発熱抵抗体が劣化するのを抑制できる。従って、微粒子センサを長期間にわたって使用した場合にも、ヒータによる加熱性能を良好に維持することができる。   In the fine particle sensor described above, the heater includes a heating resistor embedded in the insulating spacer. That is, the heating resistor is disposed inside the insulating spacer. Thereby, it can prevent that dew condensation water adheres to a heating resistor. For this reason, it is possible to prevent the heater from being properly energized or the deterioration of the heating resistor due to the condensation water adhering to the heating resistor. Therefore, even when the fine particle sensor is used for a long period of time, the heating performance by the heater can be maintained well.

さらに、上記の微粒子検知システムであって、前記微粒子センサは、前記センサ駆動手段によって駆動されることにより気中放電を発生させ、当該気中放電により生じたイオンを、前記被測定ガスに含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記第1電位と前記接地電位との間に前記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する微粒子検知システムとすると良い。   Furthermore, in the above particulate detection system, the particulate sensor generates air discharge by being driven by the sensor driving means, and ions generated by the air discharge are included in the gas to be measured. The charged fine particles are generated by adhering to the fine particles, and the fine particles in the gas to be measured are generated using a signal current flowing according to the amount of the charged fine particles between the first potential and the ground potential. It is preferable to use a particulate detection system that detects the amount of the particles.

上述の微粒子検知システムでは、上述の帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて被測定ガス中の微粒子の量を検知するので、信号電流が微小となる。ところで、絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面に結露水が付着して、センサ内露出部の表面の絶縁性が低下すると、センサ内露出部の表面を通じて、第1電位とされる内側金具と、接地電位とされる外側金具との間に漏れ電流が流れることがある。この漏れ電流の大きさによっては、信号電流を適切に検知することができないことがある。   In the fine particle detection system described above, since the amount of fine particles in the gas to be measured is detected using the signal current flowing according to the amount of the charged fine particles, the signal current becomes very small. By the way, when condensed water adheres to the surface of the exposed part in the sensor of the insulating spacer and the insulation of the surface of the exposed part in the sensor decreases, the inner metal fitting that is set to the first potential through the surface of the exposed part in the sensor; Leakage current may flow between the outer metal fitting that is at ground potential. Depending on the magnitude of this leakage current, the signal current may not be detected properly.

これに対し、上述の微粒子検知システムでは、前述のように、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された後、または、第1ヒータ通電によってセンサ内露出部の表面から結露水を除去した後に、微粒子の量の検知を行うようにしている。これにより、上述の微粒子検知システムでは、前記漏れ電流の影響を受けることなく、微小な信号電流を適切に検知できるので、被測定ガス中に含まれる微粒子の量を適切に検知することができる。   On the other hand, in the above-described particulate detection system, as described above, after it is determined that the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is within the allowable range, or in the sensor by energizing the first heater. After the condensed water is removed from the surface of the exposed portion, the amount of fine particles is detected. Thereby, in the above-described particulate detection system, a minute signal current can be appropriately detected without being affected by the leakage current, so that the amount of particulates contained in the gas to be measured can be appropriately detected.

さらに、上記いずれか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、排気ガスであり、前記絶縁性検査手段は、前記内燃機関の運転が開始された後、前記センサ駆動手段による前記微粒子センサの駆動の開始に先立って、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が前記許容範囲内であるか否かを検査する微粒子検知システムとすると良い。   Furthermore, in any one of the fine particle detection systems described above, the vent pipe is an exhaust pipe of an internal combustion engine, the gas to be measured is exhaust gas, and the insulation inspection unit is configured to operate the internal combustion engine. After being started, prior to the start of driving of the particle sensor by the sensor driving means, the particle for inspecting whether or not the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is within the allowable range. A detection system should be used.

上述の微粒子検知システムによれば、内燃機関の運転が開始された後、内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる。   According to the fine particle detection system described above, after the operation of the internal combustion engine is started, the amount of fine particles in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine can be appropriately detected.

実施形態に係る微粒子センサの縦断面図である。It is a longitudinal section of the particulate sensor concerning an embodiment. 同微粒子センサを、図1とは軸線周りに90度回転した側から見た拡大縦断面図である。FIG. 1 is an enlarged vertical sectional view of the fine particle sensor as viewed from the side rotated 90 degrees around the axis line. 実施形態に係る微粒子センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the particulate sensor concerning an embodiment. 実施形態に係る微粒子検知システムの概略図である。It is a schematic diagram of a particulate detection system concerning an embodiment. 実施形態に係る絶縁スペーサの斜視図である。It is a perspective view of the insulating spacer which concerns on embodiment. 同絶縁スペーサの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the insulating spacer. 同絶縁スペーサの層状ヒータ部を展開した分解斜視図である。It is the disassembled perspective view which expand | deployed the layered heater part of the insulation spacer. 実施形態に係るセラミック素子の斜視図である。It is a perspective view of the ceramic element which concerns on embodiment. 同セラミック素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the ceramic element. 実施形態に係る微粒子センサの説明図である。It is explanatory drawing of the fine particle sensor which concerns on embodiment. 実施形態に係る微粒子検知の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the fine particle detection which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る微粒子検知システム1に含まれる微粒子センサ10の縦断面図である。図2は、微粒子センサ10の拡大断面図であり、図1とは軸線AXの周りに90度回転した側から見た拡大縦断面図である。図3は、微粒子センサ10の分解斜視図である。図4は、実施形態にかかる微粒子検知システム1の概略図である。但し、図4では、微粒子検知システム1に含まれる回路部200を中心に図示し、微粒子センサ10については一部(電線161等)のみを図示している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a particle sensor 10 included in a particle detection system 1 according to the present embodiment. 2 is an enlarged cross-sectional view of the particle sensor 10, and FIG. 1 is an enlarged vertical cross-sectional view seen from the side rotated 90 degrees around the axis AX. FIG. 3 is an exploded perspective view of the particle sensor 10. FIG. 4 is a schematic diagram of the particle detection system 1 according to the embodiment. However, in FIG. 4, the circuit unit 200 included in the particle detection system 1 is mainly illustrated, and only a part of the particle sensor 10 (the electric wire 161 and the like) is illustrated.

なお、図1において、微粒子センサ10の軸線AXに沿う長手方向GHのうち、ガス取入管25が配置された側(図1において下方)を先端側GS、これと反対側の電線161,163等が延出する側(図1において上方)を基端側GKとする。   1, in the longitudinal direction GH along the axis AX of the particle sensor 10, the side (downward in FIG. 1) on which the gas intake pipe 25 is arranged is the tip side GS, and the wires 161, 163 on the opposite side, etc. The side (upward in FIG. 1) from which the is extended is defined as a base end side GK.

微粒子検知システム1は、内燃機関(エンジン)の排気管(通気管)EPを流通する排気ガス(被測定ガス)EG中に含まれる微粒子S(ススなど)の量を検知する。この微粒子検知システム1は、微粒子センサ10と、回路部200とから構成される(図1及び図4参照)。   The fine particle detection system 1 detects the amount of fine particles S (soot etc.) contained in exhaust gas (measured gas) EG flowing through an exhaust pipe (vent pipe) EP of an internal combustion engine (engine). The fine particle detection system 1 includes a fine particle sensor 10 and a circuit unit 200 (see FIGS. 1 and 4).

まず、微粒子センサ10について詳細に説明する。微粒子センサ10は、接地電位PVEとされた金属製の排気管EPに装着される(図1参照)。具体的には、微粒子センサ10のうち内側金具20の先端側部分をなすガス取入管25が、排気管EPに設けられた取付開口EPOを通じて排気管EP内に配置される。そして、排気管EP内を流通する排気ガスEGのうち、ガス取入口65cからガス取入管25内に取り入れた取入ガスEGI中の微粒子Sに、イオンCPを付着させて帯電微粒子SCとし、取入ガスEGIと共にガス排出口60eから排気管EPへ排出する(図10参照)。   First, the particle sensor 10 will be described in detail. The particulate sensor 10 is attached to a metal exhaust pipe EP having a ground potential PVE (see FIG. 1). Specifically, a gas intake pipe 25 that forms the tip side portion of the inner metal fitting 20 in the particulate sensor 10 is disposed in the exhaust pipe EP through an attachment opening EPO provided in the exhaust pipe EP. Then, among the exhaust gas EG flowing through the exhaust pipe EP, ions CP are attached to the fine particles S in the intake gas EGI taken into the gas intake pipe 25 from the gas intake port 65c to form charged fine particles SC. Together with the input gas EGI, the gas is discharged from the gas discharge port 60e to the exhaust pipe EP (see FIG. 10).

この微粒子センサ10は、ガス取入管25を有する内側金具20、外側金具70、絶縁スペーサ100、セラミック素子120、6本の電線161,163,171,173,175,177等から構成される(図1〜図3参照)。   The fine particle sensor 10 includes an inner metal fitting 20 having a gas intake pipe 25, an outer metal fitting 70, an insulating spacer 100, a ceramic element 120, six electric wires 161, 163, 171, 173, 175, 177 and the like (see FIG. 1 to FIG. 3).

このうち、内側金具20は、後述する回路部200のうち第1電位PV1とされる内側回路ケース250等に、後述する電線161,163の内側外部導体161g1,163g1を介して導通しており、接地電位PVEとは異なる第1電位PV1とされる。この内側金具20は、主体金具30と、内筒40と、内筒接続金具50と、ガス取入管25(内側プロテクタ60及び外側プロテクタ65)とから構成される。   Among these, the inner metal fitting 20 is electrically connected to the inner circuit case 250 or the like having the first potential PV1 in the circuit unit 200 described later via the inner outer conductors 161g1 and 163g1 of the electric wires 161 and 163 described later. The first potential PV1 is different from the ground potential PVE. The inner metal fitting 20 includes a main metal fitting 30, an inner cylinder 40, an inner cylinder connecting metal fitting 50, and a gas intake pipe 25 (an inner protector 60 and an outer protector 65).

主体金具30は、長手方向GHに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この主体金具30は、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部31を有する。主体金具30の内部には、カップ状の金属カップ33が配置されている。この金属カップ33の底部には孔が形成されており、この孔に後述するセラミック素子120が挿通されている。   The metal shell 30 is a cylindrical and stainless steel member extending in the longitudinal direction GH. The metal shell 30 has an annular flange portion 31 that bulges outward in the radial direction. A cup-shaped metal cup 33 is disposed inside the metal shell 30. A hole is formed in the bottom of the metal cup 33, and a ceramic element 120 described later is inserted into the hole.

主体金具30の内部には、セラミック素子120の周囲に、先端側GSから基端側GKに向けて順に、円筒状でアルミナからなるセラミックホルダ34と、滑石粉末を圧縮して構成した第1粉末充填層35及び第2粉末充填層36と、円筒状でアルミナからなるセラミックスリーブ37とが配置されている。なお、セラミックホルダ34及び第1粉末充填層35は、金属カップ33内に位置している。更に、主体金具30のうち最も基端側GKの加締部30kkは、径方向内側に加締められて、加締リング38を介してセラミックスリーブ37を先端側GSに押圧している。   Inside the metallic shell 30, a cylindrical ceramic holder 34 made of alumina and compressed with talc powder around the ceramic element 120 in order from the distal end GS to the proximal end GK. A filling layer 35 and a second powder filling layer 36 and a cylindrical ceramic sleeve 37 made of alumina are arranged. The ceramic holder 34 and the first powder filling layer 35 are located in the metal cup 33. Further, the caulking portion 30kk on the most proximal side GK of the metal shell 30 is caulked inward in the radial direction to press the ceramic sleeve 37 to the distal end GS via the caulking ring 38.

また、主体金具30は、フランジ部31と先端部30sとの間に、雄ネジ部30nを有する。この雄ネジ部30nには、後述する絶縁スペーサ100を線パッキン39を介して係止するスペーサ止め輪32が螺合される。これにより、絶縁スペーサ100のうち、スペーサ本体101の厚肉部101fを、主体金具30のフランジ部31とスペーサ止め輪32で挟み、後述するように、絶縁スペーサ100を介して、主体金具30及びこれに保持されているセラミック素子120等を取付金具80に固定している。   The metal shell 30 has a male screw portion 30n between the flange portion 31 and the tip portion 30s. A spacer retaining ring 32 that engages an insulating spacer 100 described later via a wire packing 39 is screwed to the male screw portion 30n. As a result, the thick portion 101f of the spacer body 101 of the insulating spacer 100 is sandwiched between the flange portion 31 of the metal shell 30 and the spacer retaining ring 32, and the metal shell 30 and the metal shell 30 are interposed via the insulating spacer 100 as will be described later. The ceramic element 120 and the like held thereby are fixed to the mounting bracket 80.

内筒40は、長手方向GHに延びる円筒状でステンレス製の部材である。内筒40の先端部40sは、主体金具30の基端側部30kに外嵌され、基端側部30kにレーザ溶接されている。   The inner cylinder 40 is a cylindrical and stainless steel member extending in the longitudinal direction GH. The distal end portion 40s of the inner cylinder 40 is fitted on the proximal end side portion 30k of the metal shell 30, and is laser welded to the proximal end side portion 30k.

内筒40の内部には、先端側GSから基端側GKに向けて順に、絶縁ホルダ43と、第1セパレータ44と、第2セパレータ45とが配置されている。このうち絶縁ホルダ43は、円筒状で絶縁体からなり、セラミックスリーブ37に基端側GKから当接している。この絶縁ホルダ43には、セラミック素子120が挿通されている。   Inside the inner cylinder 40, an insulating holder 43, a first separator 44, and a second separator 45 are arranged in order from the distal end side GS to the proximal end side GK. Of these, the insulating holder 43 is cylindrical and made of an insulator, and is in contact with the ceramic sleeve 37 from the base end side GK. The ceramic element 120 is inserted into the insulating holder 43.

また、第1セパレータ44は、絶縁体からなり、挿通孔44cを有する。この挿通孔44c内には、セラミック素子120が挿通されると共に、放電電位端子46の先端側部分が収容されている。そして、この挿通孔44c内において、セラミック素子120の後述する放電電位パッド135(図8及び図9参照)に、放電電位端子46が接触している。   The first separator 44 is made of an insulator and has an insertion hole 44c. The ceramic element 120 is inserted into the insertion hole 44c, and the tip side portion of the discharge potential terminal 46 is accommodated. In the insertion hole 44c, a discharge potential terminal 46 is in contact with a discharge potential pad 135 (see FIGS. 8 and 9) described later of the ceramic element 120.

一方、第2セパレータ45は、絶縁体からなり、第1挿通孔45c及び第2挿通孔45dを有する。第1挿通孔45c内に収容された放電電位端子46の基端側部分と、後述する放電電位リード線162の先端部とは、この第1挿通孔45c内で接続されている。   On the other hand, the second separator 45 is made of an insulator and has a first insertion hole 45c and a second insertion hole 45d. A proximal end portion of the discharge potential terminal 46 accommodated in the first insertion hole 45c and a distal end portion of a discharge potential lead wire 162 to be described later are connected in the first insertion hole 45c.

また、第2挿通孔45d内には、セラミック素子120の素子基端部120kが配置されているほか、補助電位端子47、第2−1ヒータ端子48及び第2−2ヒータ端子49が互いに絶縁された状態で収容されている。そして、この第2挿通孔45d内において、セラミック素子120の補助電位パッド147に補助電位端子47が接触し、セラミック素子120の第2−1ヒータパッド156に第2−1ヒータ端子48が接触し、セラミック素子120の第2−2ヒータパッド158に第2−2ヒータ端子49が接触している(図1、図2、図8、図9参照)。   In addition, the element base end portion 120k of the ceramic element 120 is disposed in the second insertion hole 45d, and the auxiliary potential terminal 47, the 2-1 heater terminal 48, and the 2-2 heater terminal 49 are insulated from each other. It is housed in the state where it was done. In the second insertion hole 45d, the auxiliary potential terminal 47 contacts the auxiliary potential pad 147 of the ceramic element 120, and the 2-1 heater terminal 48 contacts the 2-1 heater pad 156 of the ceramic element 120. The 2-2 heater terminal 49 is in contact with the 2-2 heater pad 158 of the ceramic element 120 (see FIGS. 1, 2, 8, and 9).

さらに、第2挿通孔45d内には、後述する補助電位リード線164、第2−1ヒータリード線174及び第2−2ヒータリード線176の先端部がそれぞれ配置されている。そして、第2挿通孔45d内において、補助電位端子47と補助電位リード線164が接続され、第2−1ヒータ端子48と第2−1ヒータリード線174が接続され、第2−2ヒータ端子49と第2−2ヒータリード線176が接続されている。   Furthermore, the distal end portions of an auxiliary potential lead wire 164, a 2-1 heater lead wire 174, and a 2-2 heater lead wire 176, which will be described later, are disposed in the second insertion hole 45d. In the second insertion hole 45d, the auxiliary potential terminal 47 and the auxiliary potential lead wire 164 are connected, the 2-1 heater terminal 48 and the 2-1 heater lead wire 174 are connected, and the 2-2 heater terminal. 49 and the 2-2 heater lead wire 176 are connected.

内筒接続金具50は、ステンレス製の部材で、第2セパレータ45の基端側部分を包囲しつつ、内筒40の基端部40kに外嵌され、内筒接続金具50の先端部50sが内筒40の基端部40kにレーザ溶接されている。この内筒接続金具50には、電線171,177を除く、4本の電線161,163,173,175がそれぞれ挿通されている。このうち、後述する三重同軸ケーブルの電線161,163の内側外部導体161g1,163g1は、この内筒接続金具50に接続されている。   The inner cylinder connection fitting 50 is a member made of stainless steel and is fitted on the proximal end portion 40k of the inner cylinder 40 while surrounding the proximal end portion of the second separator 45, and the distal end portion 50s of the inner cylinder connection fitting 50 is Laser welding is performed on the base end portion 40 k of the inner cylinder 40. The four electric wires 161, 163, 173, and 175 except for the electric wires 171 and 177 are inserted into the inner cylinder connection fitting 50, respectively. Among these, inner outer conductors 161g1 and 163g1 of electric wires 161 and 163 of a triple coaxial cable to be described later are connected to the inner tube connection fitting 50.

ガス取入管25は、内側プロテクタ60と外側プロテクタ65とから構成される。内側プロテクタ60は、有底円筒状でステンレス製の部材であり、外側プロテクタ65は、円筒状でステンレス製の部材である。外側プロテクタ65は、内側プロテクタ60の径方向周囲に配置されている。これら内側プロテクタ60及び外側プロテクタ65は、主体金具30の先端部30sに外嵌され、その先端部30sにレーザ溶接されている。ガス取入管25は、主体金具30から先端側GSに突出するセラミック素子120の先端側部分を径方向外側から包囲しており、セラミック素子120を水滴や異物から保護する一方、排気ガスEGをセラミック素子120の周囲に導く。   The gas intake pipe 25 includes an inner protector 60 and an outer protector 65. The inner protector 60 is a bottomed cylindrical and stainless steel member, and the outer protector 65 is a cylindrical and stainless steel member. The outer protector 65 is arranged around the inner protector 60 in the radial direction. The inner protector 60 and the outer protector 65 are fitted on the distal end portion 30s of the metal shell 30, and are laser-welded to the distal end portion 30s. The gas intake pipe 25 surrounds the tip side portion of the ceramic element 120 protruding from the metal shell 30 to the tip side GS from the outside in the radial direction, and protects the ceramic element 120 from water droplets and foreign matters, while the exhaust gas EG is ceramic. Guide around the element 120.

外側プロテクタ65の先端側部分には、排気管EP内を流通する排気ガスEGを、外側プロテクタ65の内部に取り入れるための、矩形状のガス取入口65cが複数形成されている。また、内側プロテクタ60には、排気管EP内を流通する排気ガスEGのうち外側プロテクタ65内に取り入れた取入ガスEGIを、更に内側プロテクタ60の内部に導入するため、その基端側部分に円形の第1内側導入孔60cが複数形成されている。また、内側プロテクタ60の先端側部分にも、三角形の第2内側導入孔60dが複数形成されている。更に、内側プロテクタ60の底部には、取入ガスEGIを排気管EPへ排出するための円形のガス排出口60eが形成されている。このガス排出口60eを含む内側プロテクタ60の先端部60sは、外側プロテクタ65の先端開口部65sから先端側GSに突出している。   A plurality of rectangular gas inlets 65 c for taking the exhaust gas EG flowing through the exhaust pipe EP into the outer protector 65 are formed at the front end side portion of the outer protector 65. Further, in the inner protector 60, the intake gas EGI taken into the outer protector 65 out of the exhaust gas EG flowing through the exhaust pipe EP is further introduced into the inner protector 60. A plurality of circular first inner introduction holes 60c are formed. Further, a plurality of triangular second inner introduction holes 60 d are also formed at the tip side portion of the inner protector 60. Further, a circular gas discharge port 60e for discharging the intake gas EGI to the exhaust pipe EP is formed at the bottom of the inner protector 60. The distal end portion 60s of the inner protector 60 including the gas discharge port 60e protrudes from the distal end opening portion 65s of the outer protector 65 to the distal end side GS.

ここで、微粒子センサ10の使用時における内側プロテクタ60及び外側プロテクタ65への排気ガスEGの取り入れ及び排出について、図10を参照して説明する。なお、図10において、排気ガスEGは、排気管EP内を左から右に向かって流通している。この排気ガスEGが、外側プロテクタ65及び内側プロテクタ60の周囲を通ると、その流速が内側プロテクタ60のガス排出口60eの外側で上昇し、ベンチュリ効果により、ガス排出口60e付近に負圧が生じる。   Here, the intake and exhaust of the exhaust gas EG to the inner protector 60 and the outer protector 65 when the particulate sensor 10 is used will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the exhaust gas EG circulates in the exhaust pipe EP from left to right. When the exhaust gas EG passes around the outer protector 65 and the inner protector 60, the flow velocity increases outside the gas discharge port 60e of the inner protector 60, and a negative pressure is generated near the gas discharge port 60e due to the venturi effect. .

すると、この負圧により内側プロテクタ60内に取り入れられた取入ガスEGIが、ガス排出口60eから排気管EPへ排出される。これと共に、外側プロテクタ65のガス取入口65c周囲の排気ガスEGが、このガス取入口65cから外側プロテクタ65内に取り入れられ、更に、内側プロテクタ60の第1内側導入孔60cを通じて、内側プロテクタ60内に取り入れられる。そして、内側プロテクタ60内の取入ガスEGIは、ガス排出口60eから排出される。このため、内側プロテクタ60内には、破線矢印で示すように、基端側GKの第1内側導入孔60cから先端側GSのガス排出口60eに向けて流れる取入ガスEGIの気流が生じる。   Then, the intake gas EGI taken into the inner protector 60 by this negative pressure is discharged from the gas discharge port 60e to the exhaust pipe EP. At the same time, the exhaust gas EG around the gas inlet 65c of the outer protector 65 is taken into the outer protector 65 from the gas inlet 65c, and further inside the inner protector 60 through the first inner introduction hole 60c of the inner protector 60. Incorporated. Then, the intake gas EGI in the inner protector 60 is discharged from the gas discharge port 60e. For this reason, in the inner protector 60, an air flow of the intake gas EGI that flows from the first inner introduction hole 60c on the base end side GK toward the gas discharge port 60e on the front end side GS is generated, as indicated by a broken line arrow.

次に、外側金具70について説明する。図1及び図3に示すように、外側金具70は、円筒状で金属からなり、内側金具20の径方向周囲を内側金具20とは離間した状態で囲むと共に、接地電位PVEとされた排気管EPに装着されて接地電位PVEとされる。外側金具70は、取付金具80と外筒90とから構成される。   Next, the outer metal fitting 70 will be described. As shown in FIGS. 1 and 3, the outer metal fitting 70 is cylindrical and made of metal, surrounds the inner circumference of the inner metal fitting 20 in a state of being separated from the inner metal fitting 20, and is an exhaust pipe having a ground potential PVE. Attached to the EP is set to the ground potential PVE. The outer metal fitting 70 is composed of an attachment metal 80 and an outer cylinder 90.

取付金具80は、長手方向GHに延びる円筒状で、ステンレス製の部材である。この取付金具80は、内側金具20のうち主体金具30及び内筒40の先端側部分の径方向周囲に、これらとは離間して配置されている。この取付金具80は、径方向外側に膨出して外形六角形状をなすフランジ部81を有する。また、取付金具80の内側には、段状をなす段状部83が設けられている。また、取付金具80のうちフランジ部81よりも先端側GSの先端側部80sの外周には、排気管EPへの固定に用いる雄ネジ(不図示)が形成されている。微粒子センサ10は、この先端側部80sの雄ネジによって、排気管EPに別途固定された金属製の取付用ボスBOに取り付けられ、この取付用ボスBOを介して排気管EPに固定される(図1参照)。   The mounting bracket 80 is a cylindrical member extending in the longitudinal direction GH and made of stainless steel. The mounting bracket 80 is disposed around the radial direction of the distal end side portion of the main metal shell 30 and the inner cylinder 40 of the inner metal fitting 20 and is separated from these. The mounting bracket 80 has a flange portion 81 that bulges outward in the radial direction and forms an external hexagonal shape. In addition, a stepped portion 83 having a stepped shape is provided inside the mounting bracket 80. In addition, a male screw (not shown) used for fixing to the exhaust pipe EP is formed on the outer periphery of the distal end side portion 80s of the distal end side GS from the flange portion 81 of the mounting bracket 80. The fine particle sensor 10 is attached to a metal mounting boss BO, which is separately fixed to the exhaust pipe EP, by the male screw of the tip side portion 80s, and is fixed to the exhaust pipe EP via the mounting boss BO ( (See FIG. 1).

外側金具70と内側金具20との間、より具体的には、取付金具80と主体金具30との間には、後述する絶縁スペーサ100が配置されている。取付金具80のうち最も基端側GKの加締部80kkは、径方向内側GDIに加締められて、線パッキン87、押圧スリーブ110及び粉末充填体115を介して、絶縁スペーサ100の環状突出部103を先端側GSに押圧し、取付金具80の段状部83に圧接させて、絶縁スペーサ100を取付金具80に固定している。   An insulating spacer 100 described later is disposed between the outer metal fitting 70 and the inner metal fitting 20, more specifically, between the mounting metal fitting 80 and the metal shell 30. The caulking portion 80kk on the most proximal side GK of the mounting bracket 80 is caulked to the radially inner GDI, and the annular protrusion of the insulating spacer 100 is interposed via the wire packing 87, the pressing sleeve 110, and the powder filler 115. The insulating spacer 100 is fixed to the mounting bracket 80 by pressing 103 to the tip side GS and press-contacting the stepped portion 83 of the mounting bracket 80.

外筒90は、長手方向GHに延びる筒状で、ステンレス製の部材である。この外筒90の先端部90sは、取付金具80の基端側部80kに外嵌され、この基端側部80kにレーザ溶接されている。外筒90のうち基端側GKに位置する小径部91の内部には、外筒接続金具95が配置され、更にその基端側GKには、フッ素ゴム製のグロメット97が配置されている。これら外筒接続金具95及びグロメット97には、後述する6本の電線161,163,171,173,175,177がそれぞれ挿通されている。これらのうち、後述する三重同軸ケーブルの電線161,163の外側外部導体161g2,163g2は、それぞれ外筒接続金具95に接続されている。この外筒接続金具95は、外筒90の小径部91と共に加締めによって径方向内側に縮径され、これにより外筒接続金具95及びグロメット97は、外筒90の小径部91内に固定されている。   The outer cylinder 90 is a cylindrical member extending in the longitudinal direction GH and is a stainless steel member. The distal end portion 90s of the outer cylinder 90 is fitted on the proximal end side portion 80k of the mounting bracket 80, and is laser welded to the proximal end side portion 80k. An outer cylinder connection fitting 95 is arranged inside the small diameter portion 91 located on the base end side GK in the outer cylinder 90, and a fluoro rubber grommet 97 is arranged on the base end side GK. Six electric wires 161, 163, 171, 173, 175, and 177, which will be described later, are inserted into the outer tube connecting fitting 95 and the grommet 97, respectively. Among these, the outer outer conductors 161g2 and 163g2 of the electric wires 161 and 163 of the triple coaxial cable described later are connected to the outer tube connection fitting 95, respectively. The outer cylinder connection fitting 95 is reduced in diameter in the radial direction by caulking together with the small diameter portion 91 of the outer cylinder 90, whereby the outer cylinder connection fitting 95 and the grommet 97 are fixed in the small diameter portion 91 of the outer cylinder 90. ing.

なお、微粒子センサ10を排気管EPに装着した状態で、排気管EPの外部において外側金具70(具体的には、外筒90)によって囲まれた、微粒子センサ10の内部空間を、センサ内部空間SISとする(図1、図2参照)。   In the state where the particulate sensor 10 is mounted on the exhaust pipe EP, the internal space of the particulate sensor 10 surrounded by the outer metal fitting 70 (specifically, the outer cylinder 90) outside the exhaust pipe EP is defined as the sensor internal space. The SIS is used (see FIGS. 1 and 2).

次に、絶縁スペーサ100について説明する。絶縁スペーサ100は、図5及び図6に示すように、長手方向GHに延びる円筒状をなし、主としてアルミナからなる部材である。前述したように、この絶縁スペーサ100は、内側金具20と外側金具70との間に介在して両者を電気的に絶縁する。具体的には、内側金具20のうち主体金具30及び内筒40の先端側部分と、外側金具70のうち取付金具80及び外筒90の先端側部分との間に配置されている(図1参照)。   Next, the insulating spacer 100 will be described. As shown in FIGS. 5 and 6, the insulating spacer 100 has a cylindrical shape extending in the longitudinal direction GH, and is a member mainly made of alumina. As described above, the insulating spacer 100 is interposed between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 to electrically insulate them. Specifically, it is arranged between the front end side portions of the metal shell 30 and the inner cylinder 40 of the inner metal fitting 20 and the front end side portions of the mounting metal fitting 80 and the outer cylinder 90 of the outer metal fitting 70 (FIG. 1). reference).

この絶縁スペーサ100は、概略円筒形状の筒状部100tと、この筒状部100tから径方向外側GDOに環状に突出する環状突出部103とからなる(図5及び図6参照)。絶縁スペーサ100(筒状部100t)のうち、基端側GKの部位は、センサ内部空間SIS内に露出するセンサ内露出部100kとなっている(図1及び図2参照)。   The insulating spacer 100 includes a substantially cylindrical tubular portion 100t and an annular projecting portion 103 projecting annularly from the tubular portion 100t to the radially outer side GDO (see FIGS. 5 and 6). Of the insulating spacer 100 (cylindrical portion 100t), the base end side GK portion is an in-sensor exposed portion 100k exposed in the sensor internal space SIS (see FIGS. 1 and 2).

筒状部100tは、アルミナからなる円筒状のスペーサ本体101と、このスペーサ本体101の円筒面をなす外周面101g上に巻き付けられた層状ヒータ部102とを有する。層状ヒータ部102は、自身の周方向両端部が重なり合わないようにスペーサ本体101の外周面101gに巻き付けられて、一重の円筒状(断面C字状)をなしている。スペーサ本体101のうち、軸線AXに沿う長手方向GHのうち先端側GS寄りの部分には、肉厚の厚肉部101fと、これよりも先端側GSに位置し薄肉の先端薄肉部101sとを有する。
環状突出部103は、層状ヒータ部102に気密に外嵌され、絶縁スペーサ100の径方向外側GDOに向けて突出している。
The cylindrical portion 100t includes a cylindrical spacer main body 101 made of alumina, and a layered heater portion 102 wound around an outer peripheral surface 101g forming a cylindrical surface of the spacer main body 101. The layered heater portion 102 is wound around the outer peripheral surface 101g of the spacer body 101 so that both ends in its circumferential direction do not overlap each other, and forms a single cylindrical shape (C-shaped cross section). In the spacer main body 101, a portion near the distal end GS in the longitudinal direction GH along the axis AX includes a thick portion 101f having a thicker thickness and a thin distal portion 101s located on the distal end GS than the thick portion 101s. Have.
The annular projecting portion 103 is airtightly fitted to the layered heater portion 102 and projects toward the radially outer side GDO of the insulating spacer 100.

層状ヒータ部102は、図7に示すように、層状のスペーサ用ヒータ105と、その内側に位置するアルミナからなるベース絶縁層108と、スペーサ用ヒータ105の外側に位置しアルミナからなるカバー絶縁層109とからなる。スペーサ用ヒータ105(図7参照)は、タングステンからなる層状の発熱抵抗体106と、ヒータリード部107とからなる。ヒータリード部107は、発熱抵抗体106の両端からそれぞれ延びるリード本体部107pと、層状ヒータ部102の表面に露出する端子パッド107mと、カバー絶縁層109を貫通してリード本体部107pと端子パッド107mとを導通するビア導体107vとからなる。   As shown in FIG. 7, the layered heater section 102 includes a layered spacer heater 105, an insulating base layer 108 made of alumina located inside thereof, and an insulating cover layer made of alumina located outside the spacer heater 105. 109. The spacer heater 105 (see FIG. 7) includes a layered heating resistor 106 made of tungsten and a heater lead 107. The heater lead portion 107 includes a lead main body portion 107p extending from both ends of the heating resistor 106, a terminal pad 107m exposed on the surface of the layered heater portion 102, a cover insulating layer 109 and the lead main body portion 107p and the terminal pad. The via conductor 107v is electrically connected to 107m.

このうち、発熱抵抗体106は、メアンダ状(ジグザグ状)をなし、絶縁スペーサ100の周方向CDに延びた形態を有する。この発熱抵抗体106のうち、一方側CD1に位置する一方端部106pと、他方側CD2に位置する他方端部106qとは、図5に示すように、スペーサ本体101に巻き付けられることにより、互いに周方向CDに対向し近接して配置されている。スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106を発熱させることで、発熱抵抗体106の熱がセンサ内露出部100kに伝達されて、センサ内露出部100kを加熱することができる。   Among them, the heating resistor 106 has a meander shape (zigzag shape) and has a form extending in the circumferential direction CD of the insulating spacer 100. Of the heating resistor 106, one end 106p located on one side CD1 and the other end 106q located on the other side CD2 are wound around the spacer body 101 as shown in FIG. Opposing and adjoining in the circumferential direction CD. By causing the heating resistor 106 of the spacer heater 105 to generate heat, the heat of the heating resistor 106 is transmitted to the exposed portion 100k in the sensor, and the exposed portion 100k in the sensor can be heated.

なお、スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106は、カバー絶縁層109に覆われて、絶縁スペーサ100の内部に埋め込まれている。このため、結露水(結露により生じた水滴)が発熱抵抗体106に付着(堆積)することにより、スペーサ用ヒータ105に対する通電を適切に実行できなくなったり、発熱抵抗体106が劣化するのを抑制できる。従って、微粒子センサ10を長期間にわたって使用した場合にも、スペーサ用ヒータ105による加熱性能を良好に維持することができる。   The heating resistor 106 of the spacer heater 105 is covered with the insulating cover layer 109 and embedded in the insulating spacer 100. For this reason, it is possible to prevent the energization of the spacer heater 105 from being appropriately performed or the deterioration of the heating resistor 106 due to the adhesion (deposition) of condensed water (water droplets generated by condensation) to the heating resistor 106. it can. Therefore, even when the fine particle sensor 10 is used for a long period of time, the heating performance by the spacer heater 105 can be maintained satisfactorily.

環状突出部103は、アルミナからなる環状で、筒状部100t(具体的には、スペーサ本体101の外周に設けた層状ヒータ部102)に外嵌されたセラミックリング103cと、これを層状ヒータ部102に気密に固着するガラスからなるガラスシール部103gとにより構成されている。この環状突出部103は、図1に示すように、取付金具80の加締部80kkを加締めることにより、線パッキン87、押圧スリーブ110、及び粉末充填体115を介して、先端側GSに向けて押圧され、取付金具80の段状部83に圧接している。このように、絶縁スペーサ100に環状突出部103を設けることで、絶縁スペーサ100を取付金具80に容易かつ気密に固定することができる。   The annular projecting portion 103 is an annular shape made of alumina, and a ceramic ring 103c fitted on the cylindrical portion 100t (specifically, the layered heater portion 102 provided on the outer periphery of the spacer main body 101) and the layered heater portion. And a glass seal portion 103g made of glass that is hermetically fixed to 102. As shown in FIG. 1, the annular projecting portion 103 is directed toward the distal end GS via the wire packing 87, the pressing sleeve 110, and the powder filler 115 by crimping the crimping portion 80 kk of the mounting bracket 80. And pressed against the stepped portion 83 of the mounting bracket 80. As described above, the insulating spacer 100 can be easily and airtightly fixed to the mounting bracket 80 by providing the insulating spacer 100 with the annular protrusion 103.

この絶縁スペーサ100は、次のようにして形成される。具体的には、仮焼したスペーサ本体101の外周に、パターン印刷により形成した発熱抵抗体106及びリード本体部407pを内部に含む未焼成の層状ヒータ部102を巻き付けて、これを焼成する。その後、これにセラミックリング103cを外嵌し、これをガラスで気密に固着しガラスシール部103gを設ける。これにより、絶縁スペーサ100が形成される。   The insulating spacer 100 is formed as follows. Specifically, an unfired layered heater portion 102 including a heating resistor 106 and a lead main body portion 407p formed by pattern printing is wound around the outer periphery of the calcined spacer main body 101 and fired. Thereafter, the ceramic ring 103c is externally fitted to this, and this is hermetically fixed with glass to provide a glass seal portion 103g. Thereby, the insulating spacer 100 is formed.

この絶縁スペーサ100の層状ヒータ部102の2つのヒータリード部107は、図2に示すように、それぞれ単芯の電線171,177の芯線であるヒータリード線172,178に、接続端子181,182を介して接続されている。具体的には、端子パッド107m,107mにロウ付けされた接続端子181,182に、それぞれ、電線171のヒータリード線172及び電線177のヒータリード線178の先端部分が保持され導通している。   As shown in FIG. 2, the two heater lead portions 107 of the layered heater portion 102 of the insulating spacer 100 are connected to heater lead wires 172 and 178, which are the core wires of the single-core electric wires 171 and 177, respectively. Connected through. Specifically, the connection terminals 181 and 182 brazed to the terminal pads 107m and 107m hold and conduct the tip portions of the heater lead wire 172 of the electric wire 171 and the heater lead wire 178 of the electric wire 177, respectively.

次に、セラミック素子120について説明する。このセラミック素子120は、長手方向GHに延びる板状でアルミナからなる絶縁性のセラミック基体121を有している(図8、図9参照)。セラミック基体121内には、放電電極体130、補助電極体140、及び素子用ヒータ150が埋設されており、これらがセラミック基体121と一体焼結されている。   Next, the ceramic element 120 will be described. The ceramic element 120 has a plate-like insulating ceramic base 121 made of alumina extending in the longitudinal direction GH (see FIGS. 8 and 9). A discharge electrode body 130, an auxiliary electrode body 140, and an element heater 150 are embedded in the ceramic base 121, and these are integrally sintered with the ceramic base 121.

具体的には、セラミック基体121は、アルミナグリーンシート由来のアルミナからなる3つのセラミック層122,123,124を積層してなり、これらの層間には印刷により形成されたアルミナからなる2つの絶縁被覆層125,126がそれぞれ介在している。このうちセラミック層122及び絶縁被覆層125は、セラミック層123,124及び絶縁被覆層126よりも、先端側GS及び基端側GKでそれぞれ長手方向GHに短くされている。そして、絶縁被覆層125とセラミック層123の間に放電電極体130が配置されている。また、セラミック層123と絶縁被覆層126の間に補助電極体140が配置され、絶縁被覆層126とセラミック層124の間に素子用ヒータ150が配置されている。   Specifically, the ceramic substrate 121 is formed by laminating three ceramic layers 122, 123, and 124 made of alumina derived from an alumina green sheet, and two insulating coatings made of alumina formed by printing between these layers. Layers 125 and 126 are interposed, respectively. Among these, the ceramic layer 122 and the insulating coating layer 125 are shorter than the ceramic layers 123 and 124 and the insulating coating layer 126 in the longitudinal direction GH on the distal end side GS and the proximal end side GK, respectively. The discharge electrode body 130 is disposed between the insulating coating layer 125 and the ceramic layer 123. The auxiliary electrode body 140 is disposed between the ceramic layer 123 and the insulating coating layer 126, and the element heater 150 is disposed between the insulating coating layer 126 and the ceramic layer 124.

放電電極体130は、長手方向GHに延びる形態を有しており、先端側GSに位置する針状の針状電極部131と、基端側GKに位置する放電電位パッド135と、これらの間を結ぶリード部133とからなる。針状電極部131は、白金線からなる。一方、リード部133及び放電電位パッド135は、パターン印刷されたタングステンからなる。放電電極体130のうち、針状電極部131の基端側部131kとリード部133の全体は、セラミック基体121内に埋設されている。一方、針状電極部131のうち先端側部131sは、セラミック基体121のうち、セラミック層122よりも先端側GSで、セラミック基体121から突出している。また、放電電位パッド135は、セラミック基体121のうち、セラミック層122よりも基端側GKで露出している。この放電電位パッド135には、前述したように、第1セパレータ44の挿通孔44c内で放電電位端子46が接触する。   The discharge electrode body 130 has a form extending in the longitudinal direction GH, and has a needle-like needle electrode portion 131 located on the distal end side GS, a discharge potential pad 135 located on the proximal end side GK, and a gap therebetween. And a lead portion 133 connecting the two. The needle electrode part 131 is made of a platinum wire. On the other hand, the lead portion 133 and the discharge potential pad 135 are made of pattern-printed tungsten. Of the discharge electrode body 130, the base end side portion 131 k of the needle electrode portion 131 and the entire lead portion 133 are embedded in the ceramic base 121. On the other hand, the tip side portion 131 s of the needle electrode portion 131 protrudes from the ceramic base 121 on the tip side GS of the ceramic base 121 than the ceramic layer 122. Further, the discharge potential pad 135 is exposed in the base end side GK of the ceramic base 121 relative to the ceramic layer 122. The discharge potential pad 135 contacts the discharge potential terminal 46 in the insertion hole 44c of the first separator 44 as described above.

補助電極体140は、長手方向GHに延びる形態を有しており、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体121内に埋設されている。この補助電極体140は、先端側GSに位置し、矩形状をなす補助電極部141と、この補助電極部141に接続し基端側GKに延びるリード部143とからなる。リード部143の基端部143kは、絶縁被覆層126の貫通孔126cを通じて、セラミック層124の一方の主面124aに形成された導通パターン145に接続している。更に、この導通パターン145は、セラミック層124に貫通形成されたスルーホール導体146を通じて、セラミック層124の他方の主面124bに形成された補助電位パッド147に接続している。この補助電位パッド147には、前述したように、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で補助電位端子47が接触する。   The auxiliary electrode body 140 has a form extending in the longitudinal direction GH, is formed by pattern printing, and is entirely embedded in the ceramic substrate 121. The auxiliary electrode body 140 includes a rectangular auxiliary electrode portion 141 located on the distal end side GS and a lead portion 143 connected to the auxiliary electrode portion 141 and extending to the proximal end side GK. The base end portion 143k of the lead portion 143 is connected to the conductive pattern 145 formed on one main surface 124a of the ceramic layer 124 through the through hole 126c of the insulating coating layer 126. Further, the conductive pattern 145 is connected to an auxiliary potential pad 147 formed on the other main surface 124 b of the ceramic layer 124 through a through-hole conductor 146 formed through the ceramic layer 124. The auxiliary potential pad 147 contacts the auxiliary potential terminal 47 in the second insertion hole 45d of the second separator 45 as described above.

素子用ヒータ150は、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体121内に埋設されている。素子用ヒータ150は、先端側GSに位置しこのセラミック素子120を加熱する発熱抵抗体151と、この発熱抵抗体151の両端に接続し基端側GKに延びる一対のヒータリード部152,153とからなる。一方のヒータリード部152の基端部152kは、セラミック層124に貫通形成されたスルーホール導体155を介して、セラミック層124の他方の主面124bに形成された第2−1ヒータパッド156に接続している。この第2−1ヒータパッド156には、前述したように、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で第2−1ヒータ端子48が接触する。また、他方のヒータリード部153の基端部153kは、セラミック層124に貫通形成されたスルーホール導体157を介して、セラミック層124の他方の主面124bに形成された第2−2ヒータパッド158に接続している。この第2−2ヒータパッド158には、前述したように、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で第2−2ヒータ端子49が接触する。   The element heater 150 is formed by pattern printing, and is entirely embedded in the ceramic substrate 121. The element heater 150 is located at the distal end GS and heats the ceramic element 120, and a pair of heater leads 152 and 153 connected to both ends of the heating resistor 151 and extending to the proximal end GK. Consists of. A base end portion 152k of one heater lead portion 152 is connected to a 2-1 heater pad 156 formed on the other main surface 124b of the ceramic layer 124 through a through-hole conductor 155 penetratingly formed in the ceramic layer 124. Connected. As described above, the 2-1 heater pad 48 is in contact with the 2-1 heater pad 156 in the second insertion hole 45d of the second separator 45. The base end portion 153k of the other heater lead portion 153 is a second-second heater pad formed on the other main surface 124b of the ceramic layer 124 via a through-hole conductor 157 penetratingly formed in the ceramic layer 124. 158. As described above, the 2-2 heater pad 49 contacts the 2-2 heater pad 158 in the second insertion hole 45d of the second separator 45.

次に、電線161,163,171,173,175,177について説明する(図1、図3参照)。これら6本の電線のうち、2本の電線161,163は、三重同軸ケーブル(トライアキシャルケーブル)であり、残り4本の電線171,173,175,177は、細径で単芯の絶縁電線である。
このうち電線161は、芯線(中心導体)として放電電位リード線162を有し、この放電電位リード線162は、前述のように、第2セパレータ45の第1挿通孔45c内で放電電位端子46に接続している。また、電線163は、芯線(中心導体)として補助電位リード線164を有し、この補助電位リード線164は、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で補助電位端子47に接続している。また、これらの電線161,163の同軸二重の外部導体のうち、内側の内側外部導体161g1,163g1は、内側金具20の内筒接続金具50に接続しており、第1電位PV1とされる。一方、外側の外側外部導体161g2,163g2は、外側金具70に導通する外筒接続金具95に接続しており、接地電位PVEとされる。
Next, the electric wires 161, 163, 171, 173, 175, and 177 will be described (see FIGS. 1 and 3). Of these six wires, two wires 161 and 163 are triple coaxial cables (triaxial cables), and the remaining four wires 171, 173, 175, and 177 are small-diameter, single-core insulated wires. It is.
Among these, the electric wire 161 has a discharge potential lead wire 162 as a core wire (center conductor), and the discharge potential lead wire 162 is a discharge potential terminal 46 in the first insertion hole 45c of the second separator 45 as described above. Connected to. The electric wire 163 has an auxiliary potential lead wire 164 as a core wire (center conductor), and the auxiliary potential lead wire 164 is connected to the auxiliary potential terminal 47 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45. . Further, among the coaxial double outer conductors of these electric wires 161 and 163, the inner inner outer conductors 161g1 and 163g1 are connected to the inner cylinder connecting metal fitting 50 of the inner metal fitting 20, and are set to the first potential PV1. . On the other hand, the outer outer conductors 161g2 and 163g2 on the outer side are connected to an outer tube connection fitting 95 that is electrically connected to the outer fitting 70, and are set to the ground potential PVE.

また、電線171は、芯線としてヒータリード線172を有する。また、電線177は、芯線としてヒータリード線178を有する。このヒータリード線172,178は、前述のように、接続端子181,182を介して、絶縁スペーサ100の層状ヒータ部102の2つのヒータリード部107(具体的には、端子パッド107m,107m)に接続されている。また、電線173は、芯線として第2−1ヒータリード線174を有する。この第2−1ヒータリード線174は、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で第2−1ヒータ端子48に接続している。また、電線175は、芯線として第2−2ヒータリード線176を有する。この第2−2ヒータリード線176は、第2セパレータ45の第2挿通孔45d内で第2−2ヒータ端子49に接続している。   Moreover, the electric wire 171 has a heater lead wire 172 as a core wire. The electric wire 177 has a heater lead 178 as a core wire. As described above, the heater lead wires 172 and 178 are connected to the two heater lead portions 107 (specifically, the terminal pads 107m and 107m) of the layered heater portion 102 of the insulating spacer 100 through the connection terminals 181 and 182, respectively. It is connected to the. Moreover, the electric wire 173 has the 2-1 heater lead wire 174 as a core wire. The 2-1 heater lead wire 174 is connected to the 2-1 heater terminal 48 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45. Moreover, the electric wire 175 has the 2-2 heater lead wire 176 as a core wire. The 2-2 heater lead wire 176 is connected to the 2-2 heater terminal 49 in the second insertion hole 45d of the second separator 45.

次に、回路部200について説明する。回路部200は、図4に示すように、微粒子センサ10の電線161,163,171,173,175,177に接続されており、微粒子センサ10を駆動すると共に、後述する信号電流Isを検知する。この回路部200は、イオン源電源回路210と、補助電極電源回路240と、計測制御回路220とを有する。   Next, the circuit unit 200 will be described. As shown in FIG. 4, the circuit unit 200 is connected to the electric wires 161, 163, 171, 173, 175, and 177 of the particle sensor 10, and drives the particle sensor 10 and detects a signal current Is described later. . The circuit unit 200 includes an ion source power supply circuit 210, an auxiliary electrode power supply circuit 240, and a measurement control circuit 220.

このうち、イオン源電源回路210は、第1電位PV1とされる第1出力端211と、第2電位PV2とされる第2出力端212とを有する。第2電位PV2は、第1電位PV1に対して、正の高電位とされる。
補助電極電源回路240は、第1電位PV1とされる補助第1出力端241と、補助電極電位PV3とされる補助第2出力端242とを有する。この補助電極電位PV3は、第1電位PV1に対して、正の直流高電位であるが、第2電位PV2のピーク電位よりも低い電位とされる。
Among these, the ion source power supply circuit 210 includes a first output terminal 211 having a first potential PV1 and a second output terminal 212 having a second potential PV2. The second potential PV2 is set to a positive high potential with respect to the first potential PV1.
The auxiliary electrode power circuit 240 has an auxiliary first output terminal 241 that is set to the first potential PV1 and an auxiliary second output terminal 242 that is set to the auxiliary electrode potential PV3. The auxiliary electrode potential PV3 is a positive DC high potential with respect to the first potential PV1, but is lower than the peak potential of the second potential PV2.

計測制御回路220は、信号電流検知回路230と、第1ヒータ発熱回路223と、第2ヒータ発熱回路225と、マイクロプロセッサ221とを有する。このうち、信号電流検知回路230は、第1電位PV1とされる第1入力端231と、第2入力端232とを有する。信号電流検知回路230は、第1入力端231と第2入力端232との間を流れる信号電流Isを検知する。なお、第1電位PV1は、接地電位PVEに対し、オフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)だけ高い電位とされる。従って、第2入力端232は、接地電位PVEよりもオフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)だけ高い電位とされる。 The measurement control circuit 220 includes a signal current detection circuit 230, a first heater heat generation circuit 223, a second heater heat generation circuit 225, and a microprocessor 221. Among these, the signal current detection circuit 230 includes a first input terminal 231 that is set to the first potential PV1 and a second input terminal 232. The signal current detection circuit 230 detects the signal current Is flowing between the first input terminal 231 and the second input terminal 232. The first potential PV1 is higher than the ground potential PVE by an offset voltage Voffset (specifically, 0.5V). Accordingly, the second input terminal 232 is set to a potential that is higher than the ground potential PVE by an offset voltage V offset (specifically, 0.5 V).

また、第1ヒータ発熱回路223は、電線171のヒータリード線172に接続される第1−1ヒータ通電端223aと、接地電位PVEとされる第1−2ヒータ通電端223bとを有する。この第1ヒータ発熱回路223は、PWM制御により絶縁スペーサ100のスペーサ用ヒータ105に通電して、スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106を発熱させる。   The first heater heat generating circuit 223 includes a 1-1 heater energization end 223a connected to the heater lead wire 172 of the electric wire 171 and a 1-2 heater energization end 223b set to the ground potential PVE. The first heater heat generating circuit 223 energizes the spacer heater 105 of the insulating spacer 100 by PWM control, and causes the heat generating resistor 106 of the spacer heater 105 to generate heat.

また、第2ヒータ発熱回路225は、電線173の第2−1ヒータリード線174に接続される第2−1ヒータ通電端225aと、電線175の第2−2ヒータリード線176に接続されて接地電位PVEとされる第2−2ヒータ通電端225bとを有する。この第2ヒータ発熱回路225は、PWM制御によりセラミック素子120の素子用ヒータ150に通電して、素子用ヒータ150の発熱抵抗体151を発熱させる。   The second heater heating circuit 225 is connected to the 2-1 heater conduction end 225a connected to the 2-1 heater lead wire 174 of the electric wire 173 and the 2-2 heater lead wire 176 of the electric wire 175. A 2-2 heater energization end 225b having a ground potential PVE. The second heater heat generating circuit 225 energizes the element heater 150 of the ceramic element 120 by PWM control, and causes the heat generating resistor 151 of the element heater 150 to generate heat.

回路部200において、イオン源電源回路210及び補助電極電源回路240は、第1電位PV1とされる内側回路ケース250に包囲されている。また、この内側回路ケース250は、絶縁トランス270の二次側鉄心271bを収容して包囲すると共に、電線161,163のうち、第1電位PV1とされる内側外部導体161g1,163g1に導通している。絶縁トランス270は、その鉄心271が、一次側コイル272を捲回した一次側鉄心271aと、電源回路側コイル273及び補助電極電源側コイル274を捲回した二次側鉄心271bとに、分離して構成される。このうち一次側鉄心271aは、接地電位PVEに導通し、二次側鉄心271bは、第1電位PV1に導通している。   In the circuit unit 200, the ion source power supply circuit 210 and the auxiliary electrode power supply circuit 240 are surrounded by an inner circuit case 250 having a first potential PV1. The inner circuit case 250 encloses and surrounds the secondary iron core 271b of the insulating transformer 270 and is electrically connected to the inner outer conductors 161g1 and 163g1 of the electric wires 161 and 163, which are set to the first potential PV1. Yes. The insulation transformer 270 has an iron core 271 separated into a primary iron core 271a wound around the primary coil 272 and a secondary iron core 271b wound around the power circuit coil 273 and the auxiliary electrode power supply coil 274. Configured. Among these, the primary side iron core 271a is conducted to the ground potential PVE, and the secondary side iron core 271b is conducted to the first potential PV1.

更に、イオン源電源回路210、補助電極電源回路240、内側回路ケース250、及び計測制御回路220は、接地電位PVEとされる外側回路ケース260に包囲されている。また、この外側回路ケース260は、絶縁トランス270の一次側鉄心271aを収容して包囲すると共に、電線161,163のうち、接地電位PVEとされる外側外部導体161g2,163g2に導通している。   Further, the ion source power supply circuit 210, the auxiliary electrode power supply circuit 240, the inner circuit case 250, and the measurement control circuit 220 are surrounded by an outer circuit case 260 having a ground potential PVE. The outer circuit case 260 houses and surrounds the primary iron core 271a of the insulating transformer 270, and is electrically connected to the outer outer conductors 161g2 and 163g2 of the electric wires 161 and 163, which are set to the ground potential PVE.

計測制御回路220は、レギュレータ電源PSを内蔵している。このレギュレータ電源PSは、電源配線BCを通じて外部のバッテリBTで駆動される。レギュレータ電源PSを通じて計測制御回路220に入力された電力の一部は、絶縁トランス270を介して、イオン源電源回路210及び補助電極電源回路240に分配される。また、計測制御回路220は、マイクロプロセッサ221を有し、通信線CCを介して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)などの信号を、制御ユニットECUに送信可能となっている。   The measurement control circuit 220 includes a regulator power source PS. The regulator power supply PS is driven by an external battery BT through the power supply wiring BC. A part of the power input to the measurement control circuit 220 through the regulator power supply PS is distributed to the ion source power supply circuit 210 and the auxiliary electrode power supply circuit 240 through the isolation transformer 270. The measurement control circuit 220 includes a microprocessor 221 and can communicate with a control unit ECU that controls the internal combustion engine via a communication line CC. The measurement result (signal current) of the signal current detection circuit 230 described above is used. A signal such as (Is magnitude) can be transmitted to the control unit ECU.

次いで、微粒子検知システム1の電気的機能及び動作について説明する。セラミック素子120の放電電極体130は、電線161の放電電位リード線162を介して、イオン源電源回路210の第2出力端212に接続、導通しており、第2電位PV2とされる(図4、図8、図9参照)。一方、セラミック素子120の補助電極体140は、電線163の補助電位リード線164を介して、補助電極電源回路240の補助第2出力端242に接続、導通しており、補助電極電位PV3とされる。更に、内側金具20は、電線161,163の内側外部導体161g1,163g1を介して、内側回路ケース250等に接続、導通しており、第1電位PV1とされる(図1、図3、図4参照)。加えて、外側金具70は、電線161,163の外側外部導体161g2,163g2を介して、外側回路ケース260等に接続、導通しており、接地電位PVEとされる。   Next, the electrical function and operation of the particulate detection system 1 will be described. The discharge electrode body 130 of the ceramic element 120 is connected and connected to the second output terminal 212 of the ion source power supply circuit 210 via the discharge potential lead wire 162 of the electric wire 161, and is set to the second potential PV2. 4, FIG. 8, FIG. 9). On the other hand, the auxiliary electrode body 140 of the ceramic element 120 is connected to and connected to the auxiliary second output terminal 242 of the auxiliary electrode power supply circuit 240 via the auxiliary potential lead 164 of the electric wire 163, and is set to the auxiliary electrode potential PV3. The Furthermore, the inner metal fitting 20 is connected to the inner circuit case 250 and the like through the inner outer conductors 161g1 and 163g1 of the electric wires 161 and 163, and is set to the first potential PV1 (FIGS. 1, 3, and 3). 4). In addition, the outer metal fitting 70 is connected to the outer circuit case 260 and the like through the outer outer conductors 161g2 and 163g2 of the electric wires 161 and 163, and is set to the ground potential PVE.

ここで、放電電極体130の針状電極部131に、回路部200のイオン源電源回路210から、電線161の放電電位リード線162、放電電位端子46、及び放電電位パッド135を通じて、正の高電圧(例えば、1〜2kV)の第2電位PV2を印加する。すると、この針状電極部131の針状先端部131ssと、第1電位PV1とされた内側プロテクタ60との間で、気中放電、具体的にはコロナ放電を生じ、針状先端部131ssの周囲でイオンCPが生成される(図10参照)。   Here, a positive high voltage is applied to the needle electrode portion 131 of the discharge electrode body 130 from the ion source power supply circuit 210 of the circuit portion 200 through the discharge potential lead wire 162, the discharge potential terminal 46, and the discharge potential pad 135 of the electric wire 161. A second potential PV2 having a voltage (for example, 1 to 2 kV) is applied. Then, an air discharge, specifically, corona discharge is generated between the needle-like tip 131ss of the needle-like electrode part 131 and the inner protector 60 having the first potential PV1, and the needle-like tip 131ss Ions CP are generated around (see FIG. 10).

前述したように、ガス取入管25の作用により、内側プロテクタ60内には、排気ガスEGが取り入れられ、セラミック素子120付近において、基端側GKから先端側GSに向かう取入ガスEGIの気流が生じている。このため、生成されたイオンCPは、取入ガスEGI中の微粒子Sに付着する。これにより、微粒子Sは、正に帯電した帯電微粒子SCとなって、取入ガスEGIと共に、ガス排出口60eに向けて流れ、排気管EPへ排出される(図10参照)。   As described above, the exhaust gas EG is taken into the inner protector 60 by the action of the gas intake pipe 25, and in the vicinity of the ceramic element 120, the flow of the intake gas EGI from the proximal end GK toward the distal end GS is generated. Has occurred. Therefore, the generated ions CP adhere to the fine particles S in the intake gas EGI. As a result, the fine particles S become positively charged charged particles SC, flow toward the gas discharge port 60e together with the intake gas EGI, and are discharged to the exhaust pipe EP (see FIG. 10).

一方、補助電極体140の補助電極部141には、回路部200の補助電極電源回路240から、電線163の補助電位リード線164、補助電位端子47、及び補助電位パッド147を通じて、所定の電位(例えば、100〜200Vの正の直流電位)とされた補助電極電位PV3を印加する。これにより、生成したイオンCPのうち、微粒子Sに付着しなかった浮遊イオンCPFに、補助電極部141からその径方向外側の内側プロテクタ60(捕集極)に向かう斥力を与える。そして、浮遊イオンCPFを、捕集極(内側プロテクタ60)の各部に付着させて捕集を補助する(図10参照)。かくして、確実に浮遊イオンCPFを捕集することができ、浮遊イオンCPFまでもがガス排出口60eから排出されるのを防止する。   On the other hand, the auxiliary electrode portion 141 of the auxiliary electrode body 140 has a predetermined potential (from the auxiliary electrode power circuit 240 of the circuit portion 200 through the auxiliary potential lead wire 164 of the electric wire 163, the auxiliary potential terminal 47, and the auxiliary potential pad 147). For example, the auxiliary electrode potential PV3 set to 100 to 200 V (positive DC potential) is applied. As a result, repulsive force directed from the auxiliary electrode portion 141 toward the radially inner protector 60 (collecting electrode) is applied to the floating ions CPF that have not adhered to the fine particles S among the generated ions CP. Then, floating ions CPF are attached to each part of the collection electrode (inner protector 60) to assist the collection (see FIG. 10). Thus, the floating ions CPF can be reliably collected, and even the floating ions CPF are prevented from being discharged from the gas outlet 60e.

そして、この微粒子検知システム1では、ガス排出口60eから排出された帯電微粒子SCに付着していた排出イオンCPHの電荷量に対応する信号(信号電流Is)を、信号電流検知回路230で検知する。これにより、排気ガスEG中に含まれる微粒子Sの量(濃度)を検知できる。このように、本実施形態では、気中放電で発生させたイオンCPを、ガス取入管25の内部に取り入れた排気ガスEG中に含まれる微粒子Sに付着させて、帯電した帯電微粒子SCを生成し、第1電位PV1と接地電位PVEとの間に、帯電微粒子SCの量に応じて流れる信号電流Isを用いて排気ガスEG中の微粒子Sの量を検知する。   In the particulate detection system 1, the signal current detection circuit 230 detects a signal (signal current Is) corresponding to the charge amount of the discharged ions CPH attached to the charged particulate SC discharged from the gas discharge port 60 e. . Thereby, the amount (concentration) of the fine particles S contained in the exhaust gas EG can be detected. As described above, in the present embodiment, the charged CP is generated by attaching the ions CP generated by the air discharge to the fine particles S contained in the exhaust gas EG taken into the gas intake pipe 25. Then, the amount of fine particles S in the exhaust gas EG is detected using a signal current Is that flows according to the amount of charged fine particles SC between the first potential PV1 and the ground potential PVE.

更に、微粒子センサ10は、セラミック素子120に素子用ヒータ150を有する。この素子用ヒータ150の第2−1ヒータパッド156は、第2−1ヒータ端子48及び電線173の第2-1ヒータリード線174を介して、回路部200の第2ヒータ発熱回路225の第2−1ヒータ通電端225aに導通している。また、素子用ヒータ150の第2−2ヒータパッド158は、第2−2ヒータ端子49及び電線175の第2-2ヒータリード線176を介して、第2ヒータ発熱回路225の第2−2ヒータ通電端225bに導通している。   Further, the fine particle sensor 10 includes an element heater 150 in the ceramic element 120. The 2-1 heater pad 156 of the element heater 150 is connected to the second heater heating circuit 225 of the circuit section 200 via the 2-1 heater terminal 48 and the 2-1 heater lead 174 of the electric wire 173. 2-1. Conduction to the heater energization end 225a. Further, the 2-2 heater pad 158 of the element heater 150 is connected to the 2-2 heater pad 49 of the second heater heating circuit 225 via the 2-2 heater terminal 49 and the 2-2 heater lead 176 of the electric wire 175. It is electrically connected to the heater energization end 225b.

このため、第2ヒータ発熱回路225から、第2−1ヒータパッド156と第2−2ヒータパッド158との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、素子用ヒータ150の発熱抵抗体151が通電により発熱する。これにより、セラミック素子120を加熱して、セラミック素子120に付着した異物(水滴や煤等)を除去できるので、セラミック素子120の絶縁性を回復或いは維持できる。   Therefore, when a predetermined heater energization voltage is applied between the second heater pad 156 and the 2-2 heater pad 158 from the second heater heating circuit 225, the heating resistor 151 of the element heater 150 is energized. Generates heat. Thereby, the ceramic element 120 can be heated to remove foreign matters (water droplets, wrinkles, etc.) adhering to the ceramic element 120, so that the insulation of the ceramic element 120 can be recovered or maintained.

ところで、前述のように、本実施形態の絶縁スペーサ100は、センサ内部空間SIS内に露出するセンサ内露出部100kを有する。このため、本実施形態の微粒子センサ10では、次のようなことが起こることがあった。具体的には、例えば、エンジン(内燃機関)の運転中、微粒子センサ10は、高温の排気ガスEGにより加熱されることで高温となる。なお、排気ガスEG中には多量の水分(水蒸気)が含まれており、この水分(水蒸気)が、内燃機関の運転中にセンサ内部空間SIS内に漏洩(リーク)することがある。一方、内燃機関の運転が停止すると、微粒子センサ10は、外気により冷却される。このため、例えば、外気温が低い場合には、内燃機関の運転停止後、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面において、結露が発生することがあった。   Incidentally, as described above, the insulating spacer 100 of the present embodiment has the in-sensor exposed portion 100k exposed in the sensor internal space SIS. For this reason, in the fine particle sensor 10 of the present embodiment, the following may occur. Specifically, for example, during operation of the engine (internal combustion engine), the particulate sensor 10 is heated to a high temperature by being heated by the high-temperature exhaust gas EG. The exhaust gas EG contains a large amount of moisture (water vapor), and this moisture (water vapor) may leak (leak) into the sensor internal space SIS during operation of the internal combustion engine. On the other hand, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the particulate sensor 10 is cooled by the outside air. For this reason, for example, when the outside air temperature is low, dew condensation may occur on the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 after the operation of the internal combustion engine is stopped.

絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に水(結露により生じた水)が付着すると、センサ内露出部100kの表面の絶縁性が低下する。これにより、第1電位PV1とされる内側金具20と接地電位とされる外側金具70との間の絶縁性が低下する。このような状態で、微粒子センサ10を駆動させて微粒子検知を行うと、排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができない虞があった。   When water (water generated by condensation) adheres to the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100, the insulating property of the surface of the in-sensor exposed portion 100k decreases. Thereby, the insulation between the inner metal fitting 20 set to the first potential PV1 and the outer metal fitting 70 set to the ground potential is lowered. If the particulate sensor 10 is driven and particulate detection is performed in such a state, the amount of the particulate S in the exhaust gas EG may not be detected appropriately.

これに対し、本実施形態の微粒子センサ10は、絶縁スペーサ100にスペーサ用ヒータ105を有する。スペーサ用ヒータ105の一方の端子パッド107mは、接続端子181及び電線171のヒータリード線172を介して、第1ヒータ通電回路223の第1−1ヒータ通電端223aに接続している。また、スペーサ用ヒータ105の他方の端子パッド107mは、接続端子182及び電線177のヒータリード線178を介して、第1ヒータ通電回路223の第1−2ヒータ通電端223bに接続している。これにより、第1ヒータ通電回路223により、スペーサ用ヒータ105(発熱抵抗体106)への通電が可能となっている。   On the other hand, the particle sensor 10 of the present embodiment has a spacer heater 105 in the insulating spacer 100. One terminal pad 107 m of the spacer heater 105 is connected to the first heater energization end 223 a of the first heater energization circuit 223 via the connection terminal 181 and the heater lead wire 172 of the electric wire 171. The other terminal pad 107 m of the spacer heater 105 is connected to the first-second heater energization end 223 b of the first heater energization circuit 223 via the connection terminal 182 and the heater lead wire 178 of the electric wire 177. As a result, the first heater energization circuit 223 can energize the spacer heater 105 (heating resistor 106).

このため、第1ヒータ通電回路223により、スペーサ用ヒータ105への通電を行うと、スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106が発熱する。これにより、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kを加熱して、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水(結露により生じた水滴)を除去する(蒸発させる)ことができる。これにより、第1電位PV1とされる内側金具20と接地電位PVEとされる外側金具70との間の絶縁性を回復させることができる。   For this reason, when the first heater energization circuit 223 energizes the spacer heater 105, the heating resistor 106 of the spacer heater 105 generates heat. Thereby, the exposed portion 100k in the sensor of the insulating spacer 100 is heated to remove (evaporate) condensed water (water droplets generated by the condensation) adhering to the surface of the exposed portion 100k in the sensor of the insulating spacer 100. Can do. Thereby, the insulation between the inner metal fitting 20 set to the first potential PV1 and the outer metal fitting 70 set to the ground potential PVE can be recovered.

なお、本実施形態の微粒子検知システム1では、内側金具20(第1電位PV1)と外側金具70(接地電位PVE)との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する。具体的には、前述のように、内側金具20(第1電位PV1)と外側金具70(接地電位PVE)との間にはオフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)が印加される。このため、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度に応じて、内側金具20と外側金具70との間を流れる漏れ電流Imが生じる。この漏れ電流Imは、信号電流検知回路230によって検知される。マイクロプロセッサ221は、信号電流検知回路230によって検知された漏れ電流Imの大きさが、許容範囲内であるか否か(具体的には、予め設定した基準値Ims(閾値)以下であるか否か)を判定する。本実施形態では、「絶縁性の程度」は、漏れ電流Imの大きさで示される。 In the fine particle detection system 1 according to the present embodiment, it is inspected whether the degree of insulation between the inner metal fitting 20 (first potential PV1) and the outer metal fitting 70 (ground potential PVE) is within an allowable range. . Specifically, as described above, the offset voltage V offset (specifically, 0.5 V) is applied between the inner metal fitting 20 (first potential PV1) and the outer metal fitting 70 (ground potential PVE). The For this reason, a leakage current Im flowing between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is generated according to the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70. This leakage current Im is detected by the signal current detection circuit 230. The microprocessor 221 determines whether or not the magnitude of the leakage current Im detected by the signal current detection circuit 230 is within an allowable range (specifically, whether it is equal to or less than a preset reference value Ims (threshold)). )). In the present embodiment, the “degree of insulation” is indicated by the magnitude of the leakage current Im.

なお、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度の許容範囲、具体的には、漏れ電流Imの基準値Ims(閾値)は、微粒子検知システム1によって排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができる絶縁性の程度の範囲に設定される。絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に、結露により生じた水滴(結露水)が付着している場合は、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内でない、具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims(閾値)よりも大きいと判定され得る。   The allowable range of the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70, specifically, the reference value Ims (threshold value) of the leakage current Im is determined by the fine particle detection system 1 by the fine particles S in the exhaust gas EG. It is set in the range of the degree of insulation which can detect the quantity of this appropriately. When water droplets (condensation water) generated by condensation are attached to the surface of the exposed portion 100k in the sensor of the insulating spacer 100, the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is not within an allowable range. Specifically, it can be determined that the leakage current Im is larger than the reference value Ims (threshold value).

本実施形態の微粒子検知システム1では、上述のように、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内でない(具体的には、漏れ電流Imが基準値Imsよりも大きい)と判定された場合に、第1ヒータ通電回路223によりスペーサ用ヒータ105に通電して、発熱抵抗体106を発熱させる。より具体的には、センサ内露出部100kの表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間t1の間(例えば、5分間)、第1ヒータ通電回路223によりスペーサ用ヒータ105に通電する。この通電を、「第1ヒータ通電」と呼ぶ。   In the particulate detection system 1 of the present embodiment, as described above, the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is not within an allowable range (specifically, the leakage current Im is lower than the reference value Ims. If it is determined that it is large, the first heater energization circuit 223 energizes the spacer heater 105 to cause the heating resistor 106 to generate heat. More specifically, the spacer heater 105 is operated by the first heater energizing circuit 223 for a predetermined first time t1 (for example, 5 minutes) that is expected to remove water attached to the surface of the exposed portion 100k in the sensor. Energize to. This energization is referred to as “first heater energization”.

この第1ヒータ通電により、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kを加熱して、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水(結露により生じた水滴)を除去する(蒸発させる)ことができる。これにより、第1電位PV1とされる内側金具20と接地電位PVEとされる外側金具70との間の絶縁性を回復させることができる。   The first heater energization heats the exposed portion 100k of the insulating spacer 100 in the sensor to remove condensed water (water droplets generated by condensation) adhering to the surface of the exposed portion 100k of the insulating spacer 100 in the sensor ( Evaporate). Thereby, the insulation between the inner metal fitting 20 set to the first potential PV1 and the outer metal fitting 70 set to the ground potential PVE can be recovered.

なお、第1時間t1は、予め行った試験の結果に基づいて設定している。具体的には、センサ内露出部100kの表面に結露水が付着した状態で、第1ヒータ通電回路223によりスペーサ用ヒータ105に通電して発熱抵抗体106を発熱させ、通電開始からセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水が完全に除去される(蒸発する)までの経過時間を測定する試験を行った。本実施形態では、この経過時間を第1時間t1に設定している。   The first time t1 is set based on the results of tests performed in advance. Specifically, in a state where condensed water is attached to the surface of the exposed portion 100k in the sensor, the first heater energizing circuit 223 energizes the spacer heater 105 to cause the heating resistor 106 to generate heat, and the in-sensor exposure is started from the start of energization. The test which measures the elapsed time until the condensed water adhering to the surface of the part 100k is completely removed (evaporates) was done. In the present embodiment, this elapsed time is set to the first time t1.

さらに、本実施形態の微粒子検知システム1では、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内である(具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims以下である)と判定された後、または、第1ヒータ通電(第1ヒータ通電回路223により、第1時間t1、スペーサ用ヒータ105に通電する処理)が終了した後、微粒子センサ10を駆動する。   Furthermore, in the particulate detection system 1 of the present embodiment, the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is within an allowable range (specifically, the leakage current Im is equal to or less than the reference value Ims). Or after the first heater energization (the process of energizing the spacer heater 105 for the first time t1 by the first heater energization circuit 223) is completed.

すなわち、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内である(具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims以下である)と判定された場合は、その後、微粒子センサ10を駆動させて、微粒子Sの量の検知を行わせる。これにより、排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができる。   That is, if it is determined that the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is within an allowable range (specifically, the leakage current Im is equal to or less than the reference value Ims), then the fine particles The sensor 10 is driven to detect the amount of fine particles S. Thereby, the amount of fine particles S in the exhaust gas EG can be detected appropriately.

一方、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内でない(具体的には、漏れ電流Imが基準値Imsより大きい)と判定された場合は、第1ヒータ通電(第1ヒータ通電回路223により、第1時間t1の間、スペーサ用ヒータ105に通電する処理)が終了した後、微粒子センサ10を駆動させて、微粒子Sの量の検知を行わせる。従って、本実施形態の微粒子検知システム1では、第1ヒータ通電により、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面から結露水を除去した後、微粒子Sの量の検知を行うようにしている。これにより、排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができる。   On the other hand, if it is determined that the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is not within the allowable range (specifically, the leakage current Im is greater than the reference value Ims), the first heater energization ( After the first heater energization circuit 223 completes the process of energizing the spacer heater 105 for the first time t1, the particulate sensor 10 is driven to detect the amount of the particulate S. Therefore, in the fine particle detection system 1 of the present embodiment, the amount of the fine particles S is detected after removing condensed water from the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 by energizing the first heater. Thereby, the amount of fine particles S in the exhaust gas EG can be detected appropriately.

特に、本実施形態の微粒子検知システム1では、信号電流Isが微小となるが、前述のように、漏れ電流Imが基準値Ims以下であると判定された後、または、第1ヒータ通電によりセンサ内露出部100kの表面から結露水を除去した後に、微粒子Sの量の検知を行うようにしている。これにより、微粒子検知システム1では、漏れ電流Imの影響を受けることなく、微小な信号電流Isを適切に検知できるので、排気ガスEG中に含まれる微粒子Sの量を適切に検知することができる。   In particular, in the particulate detection system 1 of the present embodiment, the signal current Is is very small, but as described above, after the leakage current Im is determined to be equal to or less than the reference value Ims, or the first heater is energized. After the condensed water is removed from the surface of the inner exposed portion 100k, the amount of the fine particles S is detected. Thereby, in the particulate detection system 1, since the minute signal current Is can be appropriately detected without being affected by the leakage current Im, the amount of the particulate S contained in the exhaust gas EG can be appropriately detected. .

次に、本実施形態の微粒子検知の流れについて説明する。図11は、実施形態に係る微粒子検知の流れを示すフローチャートである。
エンジンのキースイッチ(図示なし)がONにされ、エンジンの運転が開始されると、ステップS1において、マイクロプロセッサ221の指令に基づいて、信号電流検知回路230は、第1入力端231と第2入力端232との間、すなわち、内側金具20(第1電位PV1)と外側金具70(接地電位PVE)との間を流れる漏れ電流Imを検知する。次いで、ステップS2において、マイクロプロセッサ221は、信号電流検知回路230によって検知された漏れ電流Imの大きさが、許容範囲内であるか否か(具体的には、予め設定した基準値Ims以下であるか否か)を判定する。
Next, the flow of particulate detection according to the present embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a flow of particle detection according to the embodiment.
When an engine key switch (not shown) is turned on and engine operation is started, the signal current detection circuit 230 is connected to the first input terminal 231 and the second input based on a command from the microprocessor 221 in step S1. A leakage current Im flowing between the input end 232, that is, between the inner metal fitting 20 (first potential PV1) and the outer metal fitting 70 (ground potential PVE) is detected. Next, in step S2, the microprocessor 221 determines whether or not the magnitude of the leakage current Im detected by the signal current detection circuit 230 is within an allowable range (specifically, not more than a preset reference value Ims). Whether or not there is).

漏れ電流Imが基準値Ims以下である(YES)と判定された場合は、ステップS3に進み、マイクロプロセッサ221は、微粒子センサ10を駆動させる。具体的には、前述のように、イオン源電源回路210及び補助電極電源回路240を駆動させて、コロナ放電によりイオンCPを生成する等の処理を行う。   If it is determined that the leakage current Im is equal to or less than the reference value Ims (YES), the process proceeds to step S3, and the microprocessor 221 drives the particulate sensor 10. Specifically, as described above, the ion source power supply circuit 210 and the auxiliary electrode power supply circuit 240 are driven to perform processes such as generating ions CP by corona discharge.

なお、ステップS1及びS2の処理を行うマイクロプロセッサ221及び信号電流検知回路230が、「絶縁性検査手段」に相当する。また、ステップS3の処理を行うマイクロプロセッサ221、イオン源電源回路210、及び、補助電極電源回路240が、「センサ駆動手段」に相当する。   Note that the microprocessor 221 and the signal current detection circuit 230 that perform the processes of steps S1 and S2 correspond to “insulation inspection means”. Further, the microprocessor 221, the ion source power supply circuit 210, and the auxiliary electrode power supply circuit 240 that perform the processing of step S3 correspond to “sensor driving means”.

次いで、ステップS4に進み、排気ガスEG中に含まれる微粒子Sの量を検知する。具体的には、前述のように、排出イオンCPHの電荷量に対応する信号(信号電流Is)を、信号電流検知回路230で検知する。これにより、排気ガスEG中に含まれる微粒子Sの量(濃度)を検知できる。   Next, the process proceeds to step S4, and the amount of fine particles S contained in the exhaust gas EG is detected. Specifically, as described above, the signal current detection circuit 230 detects a signal (signal current Is) corresponding to the charge amount of the discharged ions CPH. Thereby, the amount (concentration) of the fine particles S contained in the exhaust gas EG can be detected.

一方、ステップS2において、漏れ電流Imが基準値Imsより大きい(NO)と判定された場合は、ステップS5に進み、第1ヒータ通電を開始する。具体的には、マイクロプロセッサ221からの指令に基づいて、第1ヒータ通電回路223は、スペーサ用ヒータ105に通電して、発熱抵抗体106を発熱させる。
その後、ステップS6において、マイクロプロセッサ221は、第1ヒータ発熱回路223からスペーサ用ヒータ105への通電時間が、予め設定した第1時間t1に達したか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step S2 that the leakage current Im is greater than the reference value Ims (NO), the process proceeds to step S5 and the first heater energization is started. Specifically, the first heater energizing circuit 223 energizes the spacer heater 105 based on a command from the microprocessor 221 to cause the heating resistor 106 to generate heat.
Thereafter, in step S6, the microprocessor 221 determines whether or not the energization time from the first heater heating circuit 223 to the spacer heater 105 has reached a preset first time t1.

ステップS6において、スペーサ用ヒータ105への通電時間が第1時間t1に達した(YES)と判定されると、ステップS7に進み、マイクロプロセッサ221からの指令に基づいて、第1ヒータ発熱回路223は、スペーサ用ヒータ105への通電を終了する。ステップS6において、スペーサ用ヒータ105への通電時間が第1時間t1に達していない(NO)と判定された場合は、通電時間が第1時間t1に達するまでステップS6の判定処理を繰り返す。ステップS5〜S7の処理を行うことにより、第1ヒータ通電が実行され、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水が除去される(蒸発する)。   If it is determined in step S6 that the energization time of the spacer heater 105 has reached the first time t1 (YES), the process proceeds to step S7, and the first heater heat generating circuit 223 is based on a command from the microprocessor 221. Terminates energization of the spacer heater 105. If it is determined in step S6 that the energization time for the spacer heater 105 has not reached the first time t1 (NO), the determination process in step S6 is repeated until the energization time reaches the first time t1. By performing the processing of steps S5 to S7, the first heater energization is performed, and the condensed water adhering to the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 is removed (evaporates).

ステップS7において、スペーサ用ヒータ105への通電を終了することにより第1ヒータ通電を終了したら、ステップS3及びS4に進み、前述した処理を行って、排気ガスEG中に含まれる微粒子Sの量を検知する。
なお、ステップS5〜S6の処理を行うマイクロプロセッサ221及び第1ヒータ発熱回路223が、「ヒータ通電手段」に相当する。
In step S7, when the first heater energization is completed by ending energization to the spacer heater 105, the process proceeds to steps S3 and S4, and the above-described processing is performed to reduce the amount of fine particles S contained in the exhaust gas EG. Detect.
The microprocessor 221 and the first heater heating circuit 223 that perform the processes of steps S5 to S6 correspond to “heater energizing means”.

このように、本実施形態では、エンジン(内燃機関)の運転が開始された後、微粒子センサ10の駆動の開始に先立って、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否か(具体的には、内側金具20と外側金具70との間を流れる漏れ電流Imが基準値Ims以下であるか否か)を検査する。   As described above, in the present embodiment, after the operation of the engine (internal combustion engine) is started, the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is allowed prior to the start of driving of the particulate sensor 10. It is inspected whether or not it is within the range (specifically, whether or not the leakage current Im flowing between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is equal to or less than the reference value Ims).

そして、絶縁性の程度が許容範囲内である(具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims以下である)と判定された場合に、微粒子センサ10を駆動して微粒子Sの量の検知を行う。一方、絶縁性の程度が許容範囲内でない(具体的には、漏れ電流Imが基準値Imsより大きい)と判定された場合は、第1ヒータ通電を行ってセンサ内露出部100kの表面から結露水を除去した後、微粒子センサ10を駆動して微粒子Sの量の検知を行う。
従って、本実施形態の微粒子検知システム1によれば、エンジン(内燃機関)の運転が開始された後、エンジンから排出される排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができる。
When it is determined that the degree of insulation is within an allowable range (specifically, the leakage current Im is equal to or less than the reference value Ims), the particulate sensor 10 is driven to detect the amount of particulate S. Do. On the other hand, if it is determined that the degree of insulation is not within the allowable range (specifically, the leakage current Im is greater than the reference value Ims), the first heater is energized to cause condensation from the surface of the exposed portion 100k in the sensor. After removing water, the particulate sensor 10 is driven to detect the amount of particulate S.
Therefore, according to the particulate detection system 1 of the present embodiment, after the operation of the engine (internal combustion engine) is started, the amount of the particulate S in the exhaust gas EG exhausted from the engine can be detected appropriately.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の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言うまでもない。
例えば、実施形態では、タングステンからなる発熱抵抗体106を用いたが、発熱抵抗体106の構成材料はこれに限定されない。白金やモリブテンなどの他の金属材料や、導電性セラミック材を用いてもよい。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, in the embodiment, the heating resistor 106 made of tungsten is used, but the constituent material of the heating resistor 106 is not limited to this. Other metal materials such as platinum and molybdenum, and conductive ceramic materials may be used.

また、実施形態では、具体的な微粒子検知の流れとして、図11のフローチャートに記載した流れを例示したが、微粒子検知の流れはこれに限定されない、例えば、実施形態では、ステップS1において1回だけ漏れ電流Imを測定し、ステップS2においてこの漏れ電流Imの大きさが許容範囲内であるか否か(具体的には、予め設定した基準値Ims以下であるか否か)を判定し、漏れ電流Imの大きさが許容範囲内である場合には、ステップS3において微粒子センサ10を駆動させるようにした。すなわち、1回だけの漏れ電流Imの測定結果に基づいて、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを判定した。
しかしながら、漏れ電流Imを複数回測定し、複数回の測定結果に基づいて内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを判定するようにしても良い。例えば、漏れ電流Imを3回測定し、3回全てにおいて、漏れ電流Imの大きさが許容範囲内である(具体的には、予め設定した基準値Ims以下である)場合に、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であると判定し、ステップS3において微粒子センサ10を駆動させるようにしても良い。このように、複数回の漏れ電流Imの測定結果に基づいて絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを判定することで、絶縁性判定の信頼性を高めることができ、ひいては微粒子検知の信頼性を高めることができる。
In the embodiment, the flow described in the flowchart of FIG. 11 is illustrated as a specific flow of particle detection, but the flow of particle detection is not limited to this, for example, in the embodiment, only once in step S1. The leakage current Im is measured, and it is determined in step S2 whether or not the magnitude of the leakage current Im is within an allowable range (specifically, whether or not it is less than a preset reference value Ims). When the magnitude of the current Im is within the allowable range, the particle sensor 10 is driven in step S3. That is, whether or not the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is within the allowable range is determined based on the measurement result of the leakage current Im only once.
However, the leakage current Im is measured a plurality of times, and it is determined whether or not the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is within an allowable range based on the measurement results obtained a plurality of times. good. For example, when the leakage current Im is measured three times and the magnitude of the leakage current Im is within an allowable range in all three times (specifically, it is equal to or less than a preset reference value Ims), the inner metal fitting 20 It may be determined that the degree of insulation between the outer metal fitting 70 and the outer metal fitting 70 is within an allowable range, and the particulate sensor 10 may be driven in step S3. In this way, by determining whether or not the degree of insulation is within the allowable range based on the measurement results of the leakage current Im multiple times, the reliability of the insulation determination can be improved, and thus the particle detection Can improve the reliability.

1 微粒子検知システム
10 微粒子センサ
20 内側金具
25 ガス取入管(内側金具)
30 主体金具(内側金具)
40 内筒(内側金具)
50 内筒接続金具(内側金具)
60 内側プロテクタ(内側金具)
60e ガス排出口
65 外側プロテクタ(内側金具)
65c ガス取入口
70 外側金具
80 取付金具(外側金具)
90 外筒(外側金具)
100 絶縁スペーサ
100k センサ内露出部
101 スペーサ本体
102 層状ヒータ部
105 スペーサ用ヒータ(ヒータ)
106 発熱抵抗体
120 セラミック素子
130 放電電極体
140 補助電極体
200 回路部
210 イオン源電源回路(センサ駆動手段)
221 マイクロプロセッサ(絶縁性検査手段、センサ駆動手段、ヒータ通電手段)
223 第1ヒータ発熱回路(ヒータ通電手段)
230 信号電流検知回路(絶縁性検査手段)
240 補助電極電源回路(センサ駆動手段)
CP イオン
EP 排気管(通気管)
EG 排気ガス(被測定ガス)
EGI 取入ガス
Is 信号電流
PVE 接地電位
PV1 第1電位
S 微粒子
SC 帯電微粒子
SIS センサ内部空間
t1 第1時間
1 Particulate Detection System 10 Particulate Sensor 20 Inner Bracket 25 Gas Intake Pipe (Inner Bracket)
30 Main metal fitting (inner metal fitting)
40 Inner cylinder (inner metal fittings)
50 Inner tube fitting (inner fitting)
60 Inner protector (inner bracket)
60e Gas outlet 65 Outer protector (inner bracket)
65c Gas inlet 70 Outer bracket 80 Mounting bracket (Outer bracket)
90 Outer cylinder (outer bracket)
100 Insulating spacer 100k In-sensor exposed portion 101 Spacer main body 102 Layered heater portion 105 Spacer heater (heater)
106 Heating resistor 120 Ceramic element 130 Discharge electrode body 140 Auxiliary electrode body 200 Circuit unit 210 Ion source power supply circuit (sensor driving means)
221 Microprocessor (insulation test means, sensor drive means, heater energization means)
223 First heater heating circuit (heater energizing means)
230 Signal current detection circuit (insulation test means)
240 Auxiliary electrode power circuit (sensor drive means)
CP ion EP exhaust pipe (venting pipe)
EG Exhaust gas (measured gas)
EGI Intake gas Is Signal current PVE Ground potential PV1 First potential S Particle SC Charged particle SIS Sensor internal space t1 First time

Claims (3)

通気管を流通する被測定ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子検知システムにおいて、
接地電位とされた前記通気管に装着される微粒子センサと、
前記微粒子センサを駆動するセンサ駆動手段と、を備え、
前記微粒子センサは、
前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、
前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、
前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する筒状の絶縁スペーサと、を備え、
前記絶縁スペーサは、
前記通気管の外部において前記外側金具によって囲まれたセンサ内部空間内に露出するセンサ内露出部と、
前記センサ内露出部を加熱するヒータと、を備え、
前記ヒータは、前記絶縁スペーサの内部に埋め込まれた発熱抵抗体を含み、
前記微粒子検知システムは、
前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する絶縁性検査手段と、
前記ヒータに通電して前記発熱抵抗体を発熱させるヒータ通電手段と、を備え、
前記ヒータ通電手段は、
前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内でないと判定された場合に、前記ヒータに対し、前記センサ内露出部の表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間通電する、第1ヒータ通電を行い、
前記センサ駆動手段は、
前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内であると判定された後、または、前記第1ヒータ通電が終了した後に、前記微粒子センサを駆動する
微粒子検知システム。
In the particulate detection system for detecting particulates contained in the gas to be measured flowing through the ventilation pipe,
A particulate sensor attached to the vent pipe having a ground potential;
Sensor driving means for driving the fine particle sensor,
The particulate sensor
A cylindrical outer metal fitting attached to the vent pipe and having the ground potential;
A first electric potential different from the ground potential, and an inner metal fitting surrounded by the outer metal fitting in the radial direction;
A cylindrical insulating spacer that is interposed between the inner metal fitting and the outer metal fitting to electrically insulate both;
The insulating spacer is
An exposed part in the sensor that is exposed in the sensor internal space surrounded by the outer metal fitting outside the vent pipe;
A heater for heating the exposed portion in the sensor,
The heater includes a heating resistor embedded in the insulating spacer,
The particulate detection system includes:
Insulation inspection means for inspecting whether or not the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is within an allowable range;
Heater energization means for energizing the heater to generate heat in the heating resistor,
The heater energizing means includes
When the insulation test means determines that the degree of insulation is not within the allowable range, the heater is expected to remove water adhering to the surface of the exposed portion in the sensor. Energize for 1 hour, energize the first heater,
The sensor driving means includes
A fine particle detection system that drives the fine particle sensor after the insulation test means determines that the degree of insulation is within the allowable range or after the first heater energization is completed.
請求項1に記載の微粒子検知システムであって、
前記微粒子センサは、前記センサ駆動手段によって駆動されることにより気中放電を発生させ、当該気中放電により生じたイオンを、前記被測定ガスに含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記第1電位と前記接地電位との間に前記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する
微粒子検知システム。
The particulate detection system according to claim 1,
The fine particle sensor is driven by the sensor driving means to generate an air discharge, and ions generated by the air discharge are attached to the fine particles contained in the gas to be measured to be charged charged fine particles. And detecting the amount of the fine particles in the gas to be measured using a signal current flowing in accordance with the amount of the charged fine particles between the first potential and the ground potential.
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、内燃機関の排気管であり、
前記被測定ガスは、排気ガスであり、
前記絶縁性検査手段は、前記内燃機関の運転が開始された後、前記センサ駆動手段による前記微粒子センサの駆動の開始に先立って、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が前記許容範囲内であるか否かを検査する
微粒子検知システム。
The fine particle detection system according to claim 1 or 2,
The vent pipe is an exhaust pipe of an internal combustion engine,
The gas to be measured is exhaust gas,
After the operation of the internal combustion engine is started, the insulation test means has a degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting before starting the driving of the particulate sensor by the sensor driving means. A particulate detection system for inspecting whether or not the tolerance is within the allowable range.
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