JP2017138122A - 微粒子検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】ヒータ通電手段は、絶縁性検査手段によって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た場合に、ガス接触面に付着した水が除去される温度までヒータを昇温させる第１ヒータ通電を行う。第１ヒータ通電が終了した後、絶縁性検査手段は、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あるか否かを検査する。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、ヒータ通電手段は、ガス接触面に付着している第１ヒータ通電では除去できない異物が除去される温度までヒータを昇温させる第２ヒータ通電を行う。【選択図】図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。

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。

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。この絶縁スペーサは、排気管内を流通する排気ガスに接するガス接触面を含むガス接触部を有する。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。

特開２０１４-１００９９号公報 特開２０１５-１２９７１２号公報

上述のように、絶縁スペーサは、そのガス接触面において、排気管内を流通する排気ガスに接する。このため、排気ガスに含まれる異物（例えば、水分やススなど）が、絶縁スペーサのガス接触面に付着することがある。このような異物がガス接触面に付着すると、絶縁スペーサの絶縁性が低下して、第１電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下し、排気ガスに含まれる微粒子の量を適切に検知できない虞があった。

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。

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、前記通気管内を流通する前記被測定ガスに接するガス接触面を含むガス接触部と、前記ガス接触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、前記ガス接触面に付着した水が除去される温度まで前記ヒータを昇温させる第１ヒータ通電を行い、前記第１ヒータ通電が終了した後、前記絶縁性検査手段は、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が前記許容範囲内であるか否かを検査し、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、前記ヒータ通電手段は、前記ガス接触面に付着している前記第１ヒータ通電では除去できない異物が除去される温度まで前記ヒータを昇温させる第２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２ヒータ通電が終了した後、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。

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、予め設定した閾値より小さいか否か）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。

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。絶縁スペーサのガス接触面に異物（水分やススなど）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が低下するので、両者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。

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、ヒータに通電して、ガス接触面に付着した水が除去される温度（例えば、１００〜１５０℃の範囲内の温度）までヒータを昇温させる。これにより、絶縁スペーサのガス接触面に付着している水を、除去する（蒸発させる）ことができる。

ところで、ガス接触面には、被測定ガスに含まれている水分以外の異物（ススや油分など）が付着することがある。このような異物がガス接触面に付着すると、ガス接触面の絶縁性が低下し、これにより、内側金具と外側金具との間の絶縁性が低下して、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なくなる虞がある。このような異物は、前述の第１ヒータ通電では除去できないことがある。

これに対し、上述の微粒子検知システムでは、第１ヒータ通電が終了した後、絶縁性検査手段が、再び、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。そして、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２ヒータ通電を行う。具体的には、ヒータ通電手段が、ヒータに通電して、ガス接触面に付着している第１ヒータ通電では除去できない異物が除去される温度（第１ヒータ通電時の温度よりも高い温度、例えば５００〜６００℃の範囲内の温度）までヒータを昇温させる。これにより、前述の第１ヒータ通電では除去できなかった、ガス接触面に付着している異物（ススや油分など）を、除去する（焼き飛ばす）ことができる。これにより、内側金具と外側金具との間の絶縁性を回復させることができる。

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２ヒータ通電が終了した後（すなわち、ガス接触面に付着している異物が除去された後）、センサ駆動手段が微粒子センサを駆動する。

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。また、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、第１ヒータ通電を行った後、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も、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。

一方、第１ヒータ通電を行った後、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２ヒータ通電を行った後、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。すなわち、第２ヒータ通電により、絶縁スペーサのガス接触面から異物を除去した後、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。

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、絶縁スペーサの内部に配置している。これにより、発熱抵抗体に異物（水分やススなど）が付着するのを防止できる。このため、異物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。

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。

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、絶縁スペーサのガス接触面に異物（水やススなど）が付着してガス接触面の絶縁性が低下すると、ガス接触面を通じて、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。この漏れ電流の量によっては、信号電流の量を適切に検知することができないことがある。

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、絶縁性検査手段によって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２ヒータ通電が終了した後（すなわち、ガス接触面に付着している異物が除去された後）、センサ駆動手段によって微粒子センサが駆動される。従って、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、微小な信号電流の量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。

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。

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。

実施形態に係る微粒子センサの縦断面図である。 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。 実施形態に係る微粒子センサの分解斜視図である。 実施形態に係る微粒子検知システムの概略図である。 実施形態に係る絶縁スペーサの斜視図である。 同絶縁スペーサの縦断面図である。 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。 実施形態に係るセラミック素子の斜視図である。 同セラミック素子の分解斜視図である。 実施形態に係る微粒子センサの説明図である。 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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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

主体金具３０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この主体金具３０は、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部３１を有する。主体金具３０の内部には、カップ状の金属カップ３３が配置されている。この金属カップ３３の底部には孔が形成されており、この孔に後述するセラミック素子１２０が挿通されている。

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。

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。

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。

内筒４０の内部には、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、絶縁ホルダ４３と、第１セパレータ４４と、第２セパレータ４５とが配置されている。このうち絶縁ホルダ４３は、円筒状で絶縁体からなり、セラミックスリーブ３７に基端側ＧＫから当接している。この絶縁ホルダ４３には、セラミック素子１２０が挿通されている。

また、第１セパレータ４４は、絶縁体からなり、挿通孔４４ｃを有する。この挿通孔４４ｃ内には、セラミック素子１２０が挿通されると共に、放電電位端子４６の先端側部分が収容されている。そして、この挿通孔４４ｃ内において、セラミック素子１２０の後述する放電電位パッド１３５（図８及び図９参照）に、放電電位端子４６が接触している。

一方、第２セパレータ４５は、絶縁体からなり、第１挿通孔４５ｃ及び第２挿通孔４５ｄを有する。第１挿通孔４５ｃ内に収容された放電電位端子４６の基端側部分と、後述する放電電位リード線１６２の先端部とは、この第１挿通孔４５ｃ内で接続されている。

また、第２挿通孔４５ｄ内には、セラミック素子１２０の素子基端部１２０ｋが配置されているほか、補助電位端子４７、第２−１ヒータ端子４８及び第２−２ヒータ端子４９が互いに絶縁された状態で収容されている。そして、この第２挿通孔４５ｄ内において、セラミック素子１２０の補助電位パッド１４７に補助電位端子４７が接触し、セラミック素子１２０の第２−１ヒータパッド１５６に第２−１ヒータ端子４８が接触し、セラミック素子１２０の第２−２ヒータパッド１５８に第２−２ヒータ端子４９が接触している（図１、図２、図８、図９参照）。

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。

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。

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。

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。

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。

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

次に、外側金具７０について説明する。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。

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）。

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。

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。

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）。

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の筒状部１００ｔのうち、先端側ＧＳの部位は、ガス接触部１００ｓとなっている（図１、図２参照）。このガス接触部１００ｓは、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに装着した状態で、排気管ＥＰ内に露出して（排気管ＥＰ内を臨み）、排気ガスＥＧに接するガス接触面１００ｍを有している（図１、図６参照）。

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。

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。

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。この発熱抵抗体１０６は、絶縁スペーサ１００のうちガス接触部１００ｓの内部に配置されている（図５及び図６参照）。このため、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の熱がガス接触部１００ｓに伝達されて、ガス接触部１００ｓのガス接触面１００ｍを適切に加熱することができる。

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。これにより、発熱抵抗体１０６に排気ガスＥＧが接触するのを防止できる。このため、排気ガスＥＧに含まれる異物（ススや水滴など）が発熱抵抗体１０６に付着することにより、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。

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。

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１０７ｐ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。

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。

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。

具体的には、セラミック基体１２１は、アルミナグリーンシート由来のアルミナからなる３つのセラミック層１２２，１２３，１２４を積層してなり、これらの層間には印刷により形成されたアルミナからなる２つの絶縁被覆層１２５，１２６がそれぞれ介在している。このうちセラミック層１２２及び絶縁被覆層１２５は、セラミック層１２３，１２４及び絶縁被覆層１２６よりも、先端側ＧＳ及び基端側ＧＫでそれぞれ長手方向ＧＨに短くされている。そして、絶縁被覆層１２５とセラミック層１２３の間に放電電極体１３０が配置されている。また、セラミック層１２３と絶縁被覆層１２６の間に補助電極体１４０が配置され、絶縁被覆層１２６とセラミック層１２４の間に素子用ヒータ１５０が配置されている。

放電電極体１３０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、先端側ＧＳに位置する針状の針状電極部１３１と、基端側ＧＫに位置する放電電位パッド１３５と、これらの間を結ぶリード部１３３とからなる。針状電極部１３１は、白金線からなる。一方、リード部１３３及び放電電位パッド１３５は、パターン印刷されたタングステンからなる。放電電極体１３０のうち、針状電極部１３１の基端側部１３１ｋとリード部１３３の全体は、セラミック基体１２１内に埋設されている。一方、針状電極部１３１のうち先端側部１３１ｓは、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも先端側ＧＳで、セラミック基体１２１から突出している。また、放電電位パッド１３５は、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも基端側ＧＫで露出している。この放電電位パッド１３５には、前述したように、第１セパレータ４４の挿通孔４４ｃ内で放電電位端子４６が接触する。

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

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

次に、電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５，１７７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。

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。

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。

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

計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０と、第１ヒータ通電回路２２３と、第２ヒータ通電回路２２５と、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Ｖ_offset（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Ｖ_offset（具体的には、０．５Ｖ）だけ高い電位とされる。

また、第１ヒータ通電回路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ヒータ通電回路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。

また、第２ヒータ通電回路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ヒータ通電回路２２５は、ＰＷＭ制御によりセラミック素子１２０の素子用ヒータ１５０に通電して、素子用ヒータ１５０の発熱抵抗体１５１を発熱させる。

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

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

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。レギュレータ電源ＰＳを通じて計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に分配される。また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２２１を有し、通信線ＣＣを介して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。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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

このため、第２ヒータ通電回路２２５から、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。

ところで、本実施形態の絶縁スペーサ１００は、そのガス接触面１００ｍにおいて、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧに接する。このため、排気ガスＥＧに含まれる異物（例えば、水分やススなど）が、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍに付着することがある。このような異物がガス接触面１００ｍに付着すると、絶縁スペーサ１００の絶縁性が低下して、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間の絶縁性が低下し、排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓの量を適切に検知できない虞がある。

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。

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のガス接触部１００ｓ（ガス接触面１００ｍ）を加熱して、ガス接触部１００ｓのガス接触面１００ｍに付着している異物（水やススなど）を除去することができる。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。
以下に、本実施形態における内側金具２０と外側金具７０との間の絶縁性回復方法について、詳細に説明する。

本実施形態の微粒子検知システム１では、エンジンの運転が開始された後、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Ｖ_offset（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。

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のガス接触部１００ｓのガス接触面１００ｍに、水滴やススなどの異物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。

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、エンジンの運転が開始された後、漏れ電流Ｉｍが基準値Ｉｍｓよりも大きいと判定された場合、まず、ガス接触面１００ｍに付着した水が除去される温度（例えば、１００〜１５０℃の範囲内の温度）にまでスペーサ用ヒータ１０５を昇温させる、第１ヒータ通電を行う。これにより、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍに付着している水を、除去する（蒸発させる）ことができる。

ところで、ガス接触面１００ｍには、排気ガスＥＧに含まれている水分以外の異物（ススや油分など）が付着することがある。このような異物がガス接触面に付着すると、ガス接触面１００ｍの絶縁性が低下し、これにより、内側金具２０と外側金具７０との間の絶縁性が低下して、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なくなる虞がある。このような異物は、前述の第１ヒータ通電では除去できないことがある。

これに対し、本実施形態の微粒子検知システム１では、上述の第１ヒータ通電が終了した後（絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍに付着している水分を除去した後）、再び、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、漏れ電流Ｉｍが基準値Ｉｍｓ以下であるか否か）を検査する。

そして、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、今度は、第２ヒータ通電を行う。具体的には、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、ガス接触面１００ｍに付着している第１ヒータ通電では除去できない異物（ススや油分など）が除去される温度（第１ヒータ通電による温度よりも高い温度、例えば５００〜６００℃の範囲内の温度）にまでスペーサ用ヒータ１０５を昇温させる。

このような第２ヒータ通電を行うことで、前述の第１ヒータ通電では除去できなかった、ガス接触面１００ｍに付着している異物（ススや油分など）を、除去する（焼き飛ばす）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。
なお、本実施形態では、第１ヒータ通電と第２ヒータ通電との切替は、第１ヒータ通電回路２２３によるＰＷＭ制御のデューティー比を変更することにより実行される。第１ヒータ通電回路２２３によるＰＷＭ制御のデューティー比を変更することで、スペーサ用ヒータ１０５に印加される実効電圧の大きさを変更している。

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２ヒータ通電が終了した後（すなわち、ガス接触面１００ｍに付着している異物が除去された後）、微粒子センサ１０を駆動する。

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。また、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、第１ヒータ通電を行った後、前記絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された場合も、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。

一方、第１ヒータ通電を行った後も、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と判定された場合は、第２ヒータ通電を行った後、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。すなわち、第２ヒータ通電により、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍから異物を除去した後、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。

以上説明したように、本実施形態では、エンジンの運転が開始された後、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と判定された場合に、直ちに、スペーサ用ヒータ１０５を、ガス接触面１００ｍに付着しているススを除去できる温度（例えば、５００〜６００℃の範囲内の温度）まで昇温させる第２ヒータ通電を行うことなく、第１に、スペーサ用ヒータ１０５を、ガス接触面１００ｍに付着している水分が除去される温度（例えば、１００〜１５０℃の範囲内の温度、第２ヒータ通電による温度よりも低温）まで昇温させる第１ヒータ通電を行うようにしている。

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が許容範囲内でないと判定された場合に、直ちに、スペーサ用ヒータ１０５を、ガス接触面１００ｍに付着しているススを除去できる温度（例えば、５００〜６００℃の範囲内の温度）まで昇温させる第２ヒータ通電を行う場合に比べて、省電力となる。

具体的には、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍに水分のみが付着していることが原因で、内側金具２０と外側金具７０との間の絶縁性が低下している場合において、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ないと判定された場合に、直ちに、スペーサ用ヒータ１０５を、ガス接触面１００ｍに付着しているススを除去できる温度（例えば、５００〜６００℃の範囲内の温度）まで昇温させる第２ヒータ通電を行うことは、過剰な加熱を行うことであり、無駄な電力の消費を行うことになる。

一方、本実施形態のように、第１に、スペーサ用ヒータ１０５を、ガス接触面１００ｍに付着している水分が除去される温度（例えば１００〜１５０℃の範囲内の温度）まで昇温させる第１ヒータ通電を行うようにすれば、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍに水分のみが付着していることが原因で、内側金具２０と外側金具７０との間の絶縁性が低下している場合において、過剰な加熱を行うことなく絶縁性低下の原因を取り除くことができるので、省電力となる。

また、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２ヒータ通電によりガス接触面１００ｍに付着している異物を除去した後に、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。

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。

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。

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。

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、第１ヒータ通電を実行するためのＰＷＭ制御によりスペーサ用ヒータ１０５に通電して、ガス接触面１００ｍに付着した水が除去される温度（例えば、１００〜１５０℃の範囲内の温度）にまでスペーサ用ヒータ１０５を昇温させる。

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ヒータ通電回路２２３からスペーサ用ヒータ１０５への通電を開始してから所定時間が経過したか否か（例えば、第１ヒータ通電回路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通電時間に達したか否か）を判定する。なお、所定時間（第１通電時間）は、例えば、ガス接触部１００ｓに付着している水を蒸発させるのに必要十分な時間に設定するのが好ましい。

ステップＳ６において、通電開始から所定時間が経過した（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ヒータ通電回路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への通電開始から所定時間が経過していない（ＮＯ）と判定された場合は、所定時間が経過するまでステップ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のガス接触面１００ｍに付着している水が除去される（蒸発する）。

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Ｓ８に進み、前述したステップＳ１と同様に、内側金具２０（第１電位ＰＶ１）と外側金具７０（接地電位ＰＶＥ）との間を流れる漏れ電流Ｉｍを検知する。次いで、ステップＳ９に進み、前述したステップＳ２と同様に、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。

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。

一方、ステップＳ９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Ｓ１０に進み、第２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、第２ヒータ通電を実行するためのＰＷＭ制御により（先の第１ヒータ通電よりもデューティー比を大きくしたＰＷＭ制御により）スペーサ用ヒータ１０５に通電して、ガス接触面１００ｍに付着している第１ヒータ通電では除去できない異物（ススや油分など）が除去される温度（第１ヒータ通電よりも高い温度、例えば５００〜６００℃の範囲内の温度）にまでスペーサ用ヒータ１０５を昇温させる。

その後、ステップＳ１１において、マイクロプロセッサ２２１は、第１ヒータ通電回路２２３からスペーサ用ヒータ１０５への通電を開始してから所定時間が経過したか否か（例えば、第１ヒータ通電回路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２通電時間に達したか否か）を判定する。なお、所定時間（第２通電時間）は、例えば、ガス接触部１００ｓに付着しているススを除去する（焼失させる）のに必要十分な時間に設定するのが好ましい。

ステップＳ１１において、通電開始から所定時間が経過した（ＹＥＳ）と判定されると、ステップＳ１２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ヒータ通電回路２２３は、スペーサ用ヒータ１０５への通電を終了する。ステップＳ１１において、スペーサ用ヒータ１０５への通電開始から所定時間が経過していない（ＮＯ）と判定された場合は、所定時間が経過するまでステップＳ１１の判定処理を繰り返す。ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を行うことにより、第２ヒータ通電が実行され、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍに付着しているスス等の異物（第１ヒータ通電では除去できなかった異物）が除去される。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。

ステップＳ１２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２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。

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。

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。また、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、第１ヒータ通電を行った後、絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された場合も、その後、微粒子センサ１０を駆動して、微粒子Ｓの量の検知を行う。

一方、第１ヒータ通電を行った後も、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２ヒータ通電を行って、絶縁スペーサ１００のガス接触面１００ｍからススなどの異物を除去することで内側金具２０と外側金具７０との間の絶縁性を回復させた後、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。

なお、ステップＳ１，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と、ステップＳ８，Ｓ９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。また、ステップＳ５〜Ｓ７の処理を行うマイクロプロセッサ２２１及び第１ヒータ通電回路２２３と、ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を行うマイクロプロセッサ２２１及び第１ヒータ通電回路２２３が、「ヒータ通電手段」に相当する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上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。白金やモリブデ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。

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。以上説明したことは、ステップＳ８，Ｓ９の処理においても同様である。

また、実施形態では、第２ヒータ通電を開始してから、予め設定した所定時間（第２通電時間）が経過した後、第２ヒータ通電を終了するようにした（図１１のステップＳ１０〜Ｓ１２を参照）。しかしながら、第２ヒータ通電を開始した後、漏れ電流Ｉｍの測定（ステップＳ１の処理）と漏れ電流Ｉｍの大きさが許容範囲内であるか否かの判定（ステップＳ２の処理）を一定時間毎に行い、漏れ電流Ｉｍの大きさが許容範囲内であると判定された後、第２ヒータ通電を終了するようにしても良い。

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
１００ｓ ガス接触部
１００ｍ ガス接触面
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ヒータ通電回路（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

Claims (3)

1. 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、
   前記通気管内を流通する前記被測定ガスに接するガス接触面を含むガス接触部と、
   前記ガス接触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、前記ガス接触面に付着した水が除去される温度まで前記ヒータを昇温させる第１ヒータ通電を行い、
   前記第１ヒータ通電が終了した後、
   前記絶縁性検査手段は、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が前記許容範囲内であるか否かを検査し、
   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、前記ヒータ通電手段は、前記ガス接触面に付着している前記第１ヒータ通電では除去できない異物が除去される温度まで前記ヒータを昇温させる第２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２ヒータ通電が終了した後、前記微粒子センサを駆動する
   微粒子検知システム。
2. 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
   前記微粒子センサは、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。
3. 請求項１または請求項２に記載の微粒子検知システムであって、
   前記通気管は、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。

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