JP2017211346A - 微粒子検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子を検出するにあたり、一次巻線で発生する電磁気ノイズの影響を抑えることができる微粒子検出システムを提供する。【解決手段】微粒子検出システム１０では、「制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）」と、「高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０」とが、内部ケース９２３により区切られた異なる２つの空間（第１空間９２１ｄ、第２空間９２１ｅ）にそれぞれ配置されている。このような構成であれば、「高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０」において一次電流の通電切替時に一次巻線で電磁気ノイズが発生しても、その電磁気ノイズが内部ケース９２３によって遮断される。このため、一次巻線で発生した電磁気ノイズが制御用基板９１１に与える影響を低減できる。【選択図】 図４

Description

本発明は、被測定ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する微粒子検出システムに関する。

従来、被測定ガス（例えば、内燃機関から排出される排気ガスなど）に含まれる微粒子（例えば煤）の量を測定する微粒子検出システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

微粒子検出システムは、例えば、微粒子センサと、高電圧発生部と、一次電流制御部と、センサ信号処理部と、を備えて構成されている（特許文献１）。
微粒子センサは、被測定ガスに晒されて微粒子の検出結果に応じたセンサ信号を生成する。高電圧発生部は、一次巻線および二次巻線を有する変圧器を備えて、一次巻線での一次電流の通電切替により二次巻線に発生する高電圧を微粒子センサに供給する。一次電流制御部は、一次巻線における一次電流を制御する。センサ信号処理部は、微粒子センサで生成されたセンサ信号の信号処理を行う。

そして、上記の微粒子検出システムは、変圧器として絶縁変圧器（絶縁トランス）を備えることで、二次巻線で発生する電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響を抑制するように構成されている。なお、絶縁変圧器は、一次側鉄心と二次側鉄心とを互いに小さな間隙を介して切り離して互いに絶縁しつつ、一次側鉄心と二次側鉄心とに共通した磁束が通過するように配置することで、変成作用を果たすように構成されている。

また、この微粒子検出システムは、電磁気ノイズを遮蔽するための内側金属ケースおよび外側金属ケースを備えている。内側金属ケースは、二次巻線と、二次側鉄芯と、高電圧発生部と、を包囲する。外側金属ケースは、内側金属ケースと、一次巻線と、一次側鉄芯と、一次電流制御部と、センサ信号処理部と、を包囲する。

このような構成の微粒子検出システムは、二次巻線で発生する電磁気ノイズを内側金属ケースで遮蔽できるため、二次巻線で発生する電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響を抑制できる。これにより、二次巻線で発生する電磁気ノイズによって、微粒子の検出精度が低下することを抑制できる。

特開２０１２−２２０４２３号公報

しかし、上述の微粒子検出システムにおいては、一次巻線とセンサ信号処理部との間に電磁気ノイズを遮蔽するものが存在しないため、一次巻線で電磁気ノイズが発生した場合には、その電磁気ノイズがセンサ信号処理部に影響を与える虞がある。

なお、一次巻線は、二次巻線に比べて、発生する電圧値が低く電磁気ノイズの強度は小さくなることから、センサ信号処理部に与える影響は、相対的には二次巻線に比べて小さくなる。

しかし、センサ信号が微小な電流値である場合には、一次巻線で発生する電磁気ノイズがセンサ信号処理部での信号処理に影響を及ぼしてしまい、微粒子の検出精度を低下させる可能性がある。

そこで、本発明は、微粒子を検出するにあたり、一次巻線で発生する電磁気ノイズの影響を抑えることができる微粒子検出システムを提供することを目的とする。

本発明の１つの局面における微粒子検出システムは、微粒子センサと、高電圧発生部と、一次電流制御部と、センサ信号処理部と、を備えており、さらに、内部シールド部と、外部シールド部と、を備える。

微粒子センサは、微粒子の検出結果に応じたセンサ信号を生成する。高電圧発生部は、一次巻線および二次巻線を有する変圧器を備えて、一次巻線での一次電流の通電切替により二次巻線に発生する高電圧を微粒子センサに供給する。一次電流制御部は、一次巻線における一次電流を制御する。センサ信号処理部は、微粒子センサで生成されたセンサ信号の信号処理を行う。

内部シールド部は、高電圧発生部を覆うとともに、電磁気ノイズを遮断する材料で構成されている。外部シールド部は、センサ信号処理部および内部シールド部を覆うとともに、電磁気ノイズを遮断する材料で構成されている。

このような構成の微粒子検出システムにおいては、高電圧発生部およびセンサ信号処理部が、それぞれ、内部シールド部により区切られた異なる空間に配置されている。このような構成であれば、高電圧発生部において一次電流の通電切替時に一次巻線で電磁気ノイズが発生しても、その電磁気ノイズが内部シールド部によって遮断される。このため、一次巻線で発生した電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響を低減できる。

また、外部シールド部を備えることで、外部からの電磁気ノイズがセンサ信号処理部に到達することを抑制できる。このため、外部からのノイズがセンサ信号処理部に与える影響を低減できる。

よって、この微粒子検出システムは、一次巻線で発生した電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響を低減できるため、電磁気ノイズの影響により微粒子の検出精度が低下することを抑制できる。さらに、外部からの電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響も低減できる。

なお、一次電流制御部は、高電圧発生部と同じ遮蔽空間に配置してもよいし、センサ信号処理部と同じ空間に配置してもよい。
次に、上述の微粒子検出システムにおいては、一次電流制御部は、内部シールド部の内部に配置されていてもよい。

このような構成であれば、一次電流制御部で電磁気ノイズが発生した場合でも、内部シールド部でその電磁気ノイズがセンサ信号処理部に到達するのを抑制できるため、一次電流制御部で発生した電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響を抑制できる。

よって、このような構成の微粒子検出システムは、一次電流制御部で発生した電磁気ノイズの影響により微粒子の検出精度が低下することを抑制できる。

本発明の微粒子検出システムによれば、一次巻線で発生した電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響を低減できるため、電磁気ノイズの影響により微粒子の検出精度が低下することを抑制できる。さらに、外部からの電磁気ノイズがセンサ信号処理部に与える影響も低減できる。

第１実施形態に係る微粒子検出システムの全体構成を説明するための説明図であり、（ａ）は、微粒子検出システムを搭載した車両の概略構成を例示した説明図であり、（ｂ）は、車両に取り付けられた微粒子検出システムの概略構成を例示した説明図である。 微粒子センサの先端部の概略構成を模式的に示した説明図である。 電気回路部の概略構成を例示した説明図である。 回路筐体の電磁気遮蔽構造を模式的に示した構成図である。 回路筐体の製造工程における各段階の状態を示した説明図である。 第１トランス駆動回路および第２トランス駆動回路が高圧発生用基板（第２空間）に配置される構成における第１空間および第２空間に相当する領域を示した説明図である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態に係る微粒子検出システムの構成について説明する。

図１は、第１実施形態に係る微粒子検出システム１０の全体構成を説明するための説明図である。図１（ａ）は、微粒子検出システム１０を搭載した車両５００の概略構成を例示した説明図である。図１（ｂ）は、車両５００に取り付けられた微粒子検出システム１０の概略構成を例示した説明図である。

微粒子検出システム１０は、微粒子センサ１００と、ケーブル２００と、センサ駆動部３００とを含んで構成され、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関４００とは、車両５００の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。

微粒子センサ１００は、内燃機関４００から延びる排ガス配管４０２に取り付けられるとともに、ケーブル２００によってセンサ駆動部３００と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ１００は、排ガス配管４０２のうちフィルタ装置４１０（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter ））よりも下流側部分に取り付けられている。微粒子センサ１００は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部３００に出力する。

センサ駆動部３００は、微粒子センサ１００を駆動させるとともに、微粒子センサ１００から入力される信号に基づいて、排ガス中の微粒子の量を検出（測定）する。センサ駆動部３００が検出する「排ガス中の微粒子の量」とは、排ガス中の微粒子の表面積の合計に比例する値であってもよいし、微粒子の質量の合計に比例する値であってもよい。または、排ガスの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値であってもよい。センサ駆動部３００は、車両５００側の車両制御部４２０と電気的に接続されており、検出した排ガス中の微粒子量を示す信号を車両制御部４２０に出力する。

車両制御部４２０は、センサ駆動部３００から入力される信号に応じて、内燃機関４００の燃焼状態や、燃料配管４０５を介して燃料供給部４３０から内燃機関４００に供給される燃料の供給量などを制御する。車両制御部４２０は、例えば、排ガス中の微粒子量が所定量よりも多い場合には、フィルタ装置４１０の劣化や異常を車両５００の運転手に警告するように構成されていてもよい。センサ駆動部３００と車両制御部４２０は、それぞれ電源部４４０に電気的に接続されており、電源部４４０から電力が供給される。

図１（ｂ）に示すように、微粒子センサ１００は、円筒形状の先端部１００ｅを備えており、この先端部１００ｅが排ガス配管４０２の内側に挿入された状態で、排ガス配管４０２の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４０２の延伸方向ＤＬに対してほぼ垂直に挿入されている。先端部１００ｅのケーシングＣＳの表面には、排ガスをケーシングＣＳの内部に取り込むための流入孔４５と、取り込んだ排ガスをケーシングＣＳの外部に排出するための排出孔３５と、が設けられている。排ガス配管４０２の内部を流通する排ガスの一部は、流入孔４５を介して先端部１００ｅのケーシングＣＳの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００が生成するイオン（ここでは、陽イオン）によって帯電する。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５を介してケーシングＣＳの外部に排出される。ケーシングＣＳの内部の構成や、微粒子センサ１００の具体的な構成については後述する。

微粒子センサ１００の後端部１００ｒには、ケーブル２００が取り付けられている。ケーブル２００は、第１配線２２１と、第２配線２２２と、信号線２２３と、空気供給管２２４と、を束ねた構成を備えている。ケーブル２００を構成する配線２２１〜２２３と、空気供給管２２４は、それぞれ可撓性の部材によって構成されている。第１配線２２１、第２配線２２２、および、信号線２２３は、センサ駆動部３００の電気回路部７００に電気的に接続され、空気供給管２２４は、センサ駆動部３００の空気供給部８００に接続されている。

センサ駆動部３００は、センサ制御部６００と、電気回路部７００と、空気供給部８００と、を備えている。センサ制御部６００と電気回路部７００との間、および、センサ制御部６００と空気供給部８００との間はそれぞれ電気的に接続されている。

センサ制御部６００は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、電気回路部７００と、空気供給部８００と、を制御する。また、センサ制御部６００は、電気回路部７００から入力される信号から排ガス中の微粒子の量を検出（測定）し、排ガス中の微粒子量を表す信号を車両制御部４２０に出力する。

電気回路部７００は、第１配線２２１および第２配線２２２を介して、微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部７００は、信号線２２３を介して微粒子センサ１００から排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号が入力される。電気回路部７００は、信号線２２３から入力される信号を用いて、排ガス中の微粒子量に応じた信号をセンサ制御部６００に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。

空気供給部８００は、ポンプ（図示しない）を含んで構成されており、センサ制御部６００からの指示に基づいて、空気供給管２２４を介して、高圧空気を微粒子センサ１００に供給する。空気供給部８００から供給される高圧空気は、微粒子センサ１００の駆動に用いられる。なお、空気供給部８００が供給するガスの種類は空気以外であってもよい。

［１−２．微粒子センサ］
図２は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略構成を模式的に示した説明図である。

微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、イオン発生部１１０と、排ガス帯電部１２０と、イオン捕捉部１３０と、を備えている。ケーシングＣＳは、イオン発生部１１０、排ガス帯電部１２０、および、イオン捕捉部１３０の３つの機構部が、この順に先端部１００ｅの基端側（図２の上方）から先端側（図２の下方）に向かって（微粒子センサ１００の軸線方向に沿って）並んだ構成を有している。ケーシングＣＳは、導電性部材によって形成され、信号線２２３（図１）を介して二次側グランドＳＧＬ（図３）に接続されている。

イオン発生部１１０は、排ガス帯電部１２０に供給するイオン（ここでは陽イオン）を発生するための機構部であり、イオン発生室１１１と、第１電極１１２と、を含んで構成されている。イオン発生室１１１は、ケーシングＣＳの内側に形成された小空間であり、内周面には空気供給孔５５とノズル４１とが設けられ、内部には第１電極１１２が突出した状態で取り付けられている。空気供給孔５５は、空気供給管２２４（図１）と連通しており、空気供給部８００（図１）から供給される高圧空気をイオン発生室１１１に供給する。ノズル４１は、イオン発生部１１０と排ガス帯電部１２０との間を区画する隔壁４２の中心部付近に設けられた微小孔（オリフィス）であり、イオン発生室１１１で発生したイオンを排ガス帯電部１２０の帯電室１２１に供給する。第１電極１１２は、棒状の外形を備え、先端部が隔壁４２と近接するようにして基端部がセラミックパイプ２５を介してケーシングＣＳに固定されている。第１電極１１２は、第１配線２２１（図１）を介して電気回路部７００（図１）に接続されている。

イオン発生部１１０は、電気回路部７００から供給される電力により、第１電極１１２を陽極とし、隔壁４２を陰極として、電圧（例えば、２〜３ｋＶ）が印加されるよう構成されている。イオン発生部１１０は、この電圧の印加によって、第１電極１１２の先端部と、隔壁４２との間にコロナ放電を生じさせることによって、陽イオンＰＩを発生する。イオン発生部１１０において発生した陽イオンＰＩは、空気供給部８００（図１）から供給される高圧空気とともに、ノズル４１を介して排ガス帯電部１２０の帯電室１２１に噴射される。ノズル４１から噴射される空気の噴射速度は音速程度としてもよい。

排ガス帯電部１２０は、排ガスに含まれる微粒子を陽イオンＰＩによって帯電させるための部位であり、帯電室１２１を備えている。帯電室１２１は、イオン発生室１１１と隣接する小空間であり、ノズル４１を介してイオン発生室１１１と連通している。また、帯電室１２１は、流入孔４５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通し、ガス流路３１を介してイオン捕捉部１３０の捕捉室１３１と連通している。帯電室１２１は、ノズル４１から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されたときに内部が負圧になり、流入孔４５を介してケーシングＣＳの外部の排ガスが流入するように構成されている。そのため、ノズル４１から噴射された陽イオンＰＩを含む空気と、流入孔４５から流入した排ガスとは、帯電室１２１の内部において混合される。このとき、流入孔４５から流入した排ガスに含まれる煤Ｓ（微粒子）の少なくとも一部には、ノズル４１から供給される陽イオンＰＩが帯電される。帯電した煤Ｓと帯電に供されなかった陽イオンＰＩとを含む空気は、ガス流路３１を介してイオン捕捉部１３０の捕捉室１３１に供給される。

イオン捕捉部１３０は、煤Ｓ（微粒子）の帯電に使用されなかったイオンを捕捉するための部位であり、捕捉室１３１と、第２電極１３２と、を含んで構成されている。捕捉室１３１は、帯電室１２１と隣接する小空間であり、ガス流路３１を介して帯電室１２１と連通している。また、捕捉室１３１は、排出孔３５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通している。第２電極１３２は、略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路３１を流通する空気の流通方向（ケーシングＣＳの延伸方向）に沿うようにしてケーシングＣＳに固定されている。第２電極１３２は、第２配線２２２（図１）を介して電気回路部７００（図１）に接続されている。第２電極１３２は、ケーシングＣＳとは電気的に絶縁されている。

第２電極１３２は、１００Ｖ程度の電圧が印加されており、煤Ｓの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部１３０は、電気回路部７００から供給される電力によって、第２電極１３２を陽極とし、帯電室１２１及び捕捉室１３１を構成するケーシングＣＳを陰極とした電圧が印加されている。これにより、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩは、第２電極１３２から斥力を受けて、その移動方向が第２電極１３２から離れる方向へと反らされる。移動方向が反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能する捕捉室１３１やガス流路３１の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが帯電された煤Ｓは、陽イオンＰＩの単体と同様に第２電極１３２から斥力を受けるが、質量が陽イオンＰＩと比較して大きいため、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔３５からケーシングＣＳの外部へと排出される。

微粒子センサ１００は、イオン捕捉部１３０における陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を示す信号を出力する。センサ制御部６００（図１）は、微粒子センサ１００から出力された信号に基づいて、排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。

［１−３．電気回路部］
図３は、電気回路部７００の概略構成を例示した説明図である。
電気回路部７００は、電源回路７１０と、絶縁トランス７２０と、コロナ電流測定回路７３０と、イオン電流測定回路７４０と、第１整流回路７５１と、第２整流回路７５２と、を備えている。

電源回路７１０は、第１電源回路７１０ａと、第２電源回路７１０ｂと、を備える。絶縁トランス７２０は、第１絶縁トランス７２０ａと、第２絶縁トランス７２０ｂと、を備える。

第１電源回路７１０ａは、電源部４４０から供給される電力を昇圧して第１絶縁トランス７２０ａに供給するとともに、第１絶縁トランス７２０ａを駆動させる。第１電源回路７１０ａは、第１放電電圧制御回路７１１ａと、第１トランス駆動回路７１２ａと、を備えている。第１放電電圧制御回路７１１ａは、センサ制御部６００の制御によって、第１絶縁トランス７２０ａに供給される電力の電圧値を任意に変更可能に構成されている。ここでは、センサ制御部６００は、第１配線２２１を介して微粒子センサ１００の第１電極１１２に供給される入力電流Ｉinの電流値が予め設定された目標電流値Ｉta（例えば、５μＡ）となるように第１絶縁トランス７２０ａに供給される電力の電圧値を制御する。これにより、イオン発生部１１０において、コロナ放電によって発生する陽イオンＰＩの発生量を一定にすることができる。

第１トランス駆動回路７１２ａは、第１絶縁トランス７２０ａの一次側のコイル（一次巻線）に流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチを含んで構成されており、このスイッチの切り換えによって第１絶縁トランス７２０ａを駆動させる。本実施形態では、第１絶縁トランス７２０ａの回路方式は、プッシュプルとして構成されているが、第１絶縁トランス７２０ａの回路方式は、これに限定されず、例えば、ハーフブリッジやフルブリッジなどであってもよい。

第１絶縁トランス７２０ａは、第１電源回路７１０ａから供給される電力に対して電圧変換をおこない、変換後の電力を二次側の第１整流回路７５１に供給する。本実施形態の第１絶縁トランス７２０ａは、一次側のコイル（一次巻線）と二次側のコイル（二次巻線）とが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。第１絶縁トランス７２０ａの一次側の回路としては、第１電源回路７１０ａのほか、センサ制御部６００や電源部４４０が含まれる。第１絶縁トランス７２０ａの二次側の回路としては、微粒子センサ１００や第１整流回路７５１が含まれる。

第２電源回路７１０ｂは、電源部４４０から供給される電力を昇圧して第２絶縁トランス７２０ｂに供給するとともに、第２絶縁トランス７２０ｂを駆動させる。第２電源回路７１０ｂは、第２放電電圧制御回路７１１ｂと、第２トランス駆動回路７１２ｂと、を備えている。第２放電電圧制御回路７１１ｂは、センサ制御部６００の制御によって、第２絶縁トランス７２０ｂに供給される電力の電圧値を任意に変更可能に構成されている。ここでは、センサ制御部６００は、第２配線２２２を介して微粒子センサ１００の第２電極１３２に印加される電圧が予め定められた目標電圧値（例えば、１００Ｖ）となるように、第２絶縁トランス７２０ｂに供給される電力の電圧値を制御する。

第２トランス駆動回路７１２ｂは、第２絶縁トランス７２０ｂの一次側のコイルに流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチを含んで構成されており、このスイッチの切り換えによって第２絶縁トランス７２０ｂを駆動させる。本実施形態では、第２絶縁トランス７２０ｂの回路方式は、プッシュプルとして構成されているが、第２絶縁トランス７２０ｂの回路方式は、これに限定されず、例えば、ハーフブリッジやフルブリッジなどであってもよい。

第２絶縁トランス７２０ｂは、第２電源回路７１０ｂから供給される電力に対して電圧変換をおこない、変換後の電力を二次側の第２整流回路７５２に供給する。本実施形態の第２絶縁トランス７２０ｂは、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。第２絶縁トランス７２０ｂの一次側の回路としては、第２電源回路７１０ｂのほか、センサ制御部６００や電源部４４０が含まれる。第２絶縁トランス７２０ｂの二次側の回路としては、微粒子センサ１００や第２整流回路７５２が含まれる。

コロナ電流測定回路７３０、イオン電流測定回路７４０は、絶縁トランス７２０（第１絶縁トランス７２０ａ，第２絶縁トランス７２０ｂ）の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。

コロナ電流測定回路７３０は、絶縁トランス７２０（第１絶縁トランス７２０ａ，第２絶縁トランス７２０ｂ）の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分との間が物理的に絶縁されている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランド（接地配線）を「一次側グランドＰＧＬ」とも呼び、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドＳＧＬ」とも呼ぶ。

コロナ電流測定回路７３０は、入力側部分（二次側の回路に接続される部分）と出力側部分（一次側の回路に接続される部分）との間が電気的に絶縁されたいわゆる光結合式のアイソレーションアンプとして構成されている。つまり、コロナ電流測定回路７３０の入力側部分は、信号線２２３（図３）を流れる電流の電流値を示すアナログの電圧信号を増幅し、そのアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタルの電圧信号を光信号に変換する。この入力部分は、ＬＥＤを有する発光部を備えており、この発光部からコロナ電流測定回路７３０の出力側部分に対して、信号線２２３を流れる電流の電流値に応じて変化する光信号を出力する。コロナ電流測定回路７３０の出力側部分は、フォトダイオードを有する受光部を備えており、この受光部は、コロナ電流測定回路７３０の入力側部分の発光部から出力される光信号を電流信号に変換する。コロナ電流測定回路７３０は、出力側部分の発光部と入力側部分の受光部との間が、電気的、物理的に絶縁されており、光によって信号伝達されるように構成されている。コロナ電流測定回路７３０の出力側部分は、受光部から出力された電流信号を電流−電圧変換回路を用いて電圧信号に変換し、この電圧信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、アナログの電圧信号をセンサ制御部６００に対して出力する。コロナ電流測定回路７３０は、上述の構成を備えることによって、一次側と二次側との間の絶縁を保ちつつ、二次側の信号線２２３から入力された信号を一次側のセンサ制御部６００に出力することができる。

絶縁トランス７２０（第１絶縁トランス７２０ａ，第２絶縁トランス７２０ｂ）は、一次側のコイルの端部が一次側グランドＰＧＬに接続され、二次側のコイルの端部が二次側グランドＳＧＬに接続されている。信号線２２３は、一方の端部がケーシングＣＳに接続され、他方の端部が二次側グランドＳＧＬに接続されている。

第１整流回路７５１は、ショート保護用抵抗７５３を介して第１電極１１２に接続されており、変換した電力を第１配線２２１を介して第１電極１１２に供給する。すなわち、第１整流回路７５１から供給される電圧は、ほぼ第１電極１１２における放電電圧となり、第１整流回路７５１から供給される電流は、第１電極１１２に入力される入力電流Ｉinとなる。第２整流回路７５２は、ショート保護用抵抗７５４を介して第２電極１３２に接続されており、変換した電圧を第２配線２２２を介して第２電極１３２に印加する。

イオン電流測定回路７４０は、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流（Ｉesc）の電流値を検出するとともに、流出した陽イオンＰＩに相当する電流（補償電流Ｉc）を二次側の回路に供給する。イオン電流測定回路７４０は、配線７７１を介して二次側の信号線２２３（詳細には、信号線２２３のうちケーシングＣＳとシャント抵抗２３０との間）に接続されるとともに、配線７７２および配線７７３を介して一次側のセンサ制御部６００に接続される。また、イオン電流測定回路７４０は、配線７７５を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。イオン電流測定回路７４０は、配線７７２を介して、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩの量に相当する電流（Ｉesc）の電流値を示す信号ＳＷescをセンサ制御部６００に出力する。また、イオン電流測定回路７４０は、配線７７３を介して、信号ＳＷescを増幅させた高感度信号としての信号ＳＳescをセンサ制御部６００に出力する。

コロナ電流測定回路７３０は、配線７６１、７６２を介して信号線２２３に接続され、配線７６３を介してセンサ制御部６００に接続されている。配線７６１と配線７６２は、信号線２２３に設けられたシャント抵抗２３０を間に挟んでそれぞれ信号線２２３に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、信号線２２３をケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに向けて流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値を示す信号Ｓdc+trp+cをセンサ制御部６００に出力する。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。なお、イオン電流測定回路７４０から供給（補充）される補償電流Ｉcは、ケーシングＣＳから流出した陽イオンＰＩに相当する電流に相当するため、この補償電流Ｉcを加えた形でケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに流れる二次側電流の電流値、即ちシャント抵抗２３０に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値は、入力電流Ｉinの電流値と等しくなる。

センサ制御部６００は、コロナ電流測定回路７３０から入力される信号Ｓdc+trp+cを用いて、入力電流Ｉinの電流値が目標電流値Ｉtaとなるように、第１放電電圧制御回路７１１ａを制御する。すなわち、コロナ電流測定回路７３０とセンサ制御部６００は、コロナ電流（＝入力電流Ｉin）の電流値を一定にするための定電流回路を構成する。コロナ電流の電流値は、イオン発生部１１０における陽イオンＰＩの発生量と相関するため、この定電流回路によってイオン発生部１１０における陽イオンＰＩの発生量が一定に保たれる。

イオン捕捉部１３０で捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流の電流値を、イオン電流測定回路７４０で検出する方法について説明する。
ここでは、第１配線２２１から第１電極１１２に供給される電流を「入力電流Ｉin」と呼ぶほか、コロナ放電により、第１電極１１２から隔壁４２を介してケーシングＣＳに流れる電流を「放電電流Ｉdc」と呼び、コロナ放電により発生した陽イオンＰＩのうち、煤Ｓの帯電に用いられ、ケーシングＣＳの外部へと漏洩する陽イオンＰＩの電荷に相当する電流を「信号電流Ｉesc」と呼び、ケーシングＣＳに捕捉された陽イオンＰＩの電荷に相当する電流を「捕捉電流Ｉtrp」と呼ぶ。これらの４つの電流は、下記の［数１］に示す式（１）の関係が成り立つ。

［数１］
Ｉin ＝ Ｉdc ＋ Ｉtrp ＋ Ｉesc ・・・ （１）
ここで、信号電流Ｉescは、イオン電流測定回路７４０が出力する、流出した陽イオンＰＩに相当する電流（補償電流Ｉc）に相当する電流値を示す信号である。そこで、イオン電流測定回路７４０が、この補償電流Ｉcを検出することで、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流（Ｉesc）の電流値を検出することができる。なお、補償電流Ｉcは、一次側グランドＰＧＬと二次側グランドＳＧＬとの差分値を示す信号でもある。

［１−４．回路筐体］
次に、電気回路部７００およびセンサ制御部６００を収容する回路筐体９００について説明する。

図４は、回路筐体９００の電磁気遮蔽構造を模式的に示した構成図である。
回路筐体９００は、外部ケース９２１と、内部ケース９２３と、を備えている。外部ケース９２１および内部ケース９２３は、それぞれ、電磁気ノイズを遮断する金属材料（例えば、アルミ、銅、鉄など）で構成された容器である。外部ケース９２１は、一次側グランドＰＧＬに接続されている。内部ケース９２３は、二次側グランドＳＧＬに接続されている。

外部ケース９２１は、制御用基板９１１と、内部ケース９２３と、を内部に収容する。
制御用基板９１１は、センサ制御部６００と、第１トランス駆動回路７１２ａと、第２トランス駆動回路７１２ｂと、コロナ電流測定回路７３０と、を備える回路基板である。制御用基板９１１は、第１絶縁部材９２４により外部ケース９２１から電気的に絶縁されている。

第１絶縁部材９２４は、ＰＰＳ、ＰＢＴなどの樹脂材料で形成されている。第１絶縁部材９２４は、電源接続部９２４ａを備えている。電源接続部９２４ａは、電源部４４０と接続するためのコネクタである。電源接続部９２４ａは、ケーブル９３３を介して制御用基板９１１と電気的に接続された金属端子（図示省略）が配置されている。

内部ケース９２３は、第２絶縁部材９２５により外部ケース９２１から電気的に絶縁されている。第２絶縁部材９２５は、ＰＰＳ、ＰＢＴなどの樹脂材料で形成されている。
内部ケース９２３は、高圧発生用基板９１３と、絶縁トランス７２０と、を内部に収容する。

高圧発生用基板９１３は、第１放電電圧制御回路７１１ａと、第２放電電圧制御回路７１１ｂと、イオン電流測定回路７４０と、第１整流回路７５１と、第２整流回路７５２とショート保護用抵抗７５３と、ショート保護用抵抗７５４と、シャント抵抗２３０と、を備える回路基板である。高圧発生用基板９１３は、第１配線２２１、第２配線２２２、信号線２２３を介して微粒子センサ１００と接続されている。高圧発生用基板９１３は、第３絶縁部材９２６により内部ケース９２３から電気的に絶縁されている。第３絶縁部材９２６は、ＰＰＳ、ＰＢＴなどの樹脂材料で形成されている。

回路筐体９００には、制御用基板９１１と高圧発生用基板９１３とを接続する二重シールド配線９３１が収容されている。二重シールド配線９３１は、制御用基板９１１と高圧発生用基板９１３との間で各種信号や電流などを通電するための信号線と、信号線を覆い電磁気ノイズから遮蔽するシールド線と、を備えている。シールド線は、信号線を覆う内部シールド線と、内部シールド線を覆う外部シールド線と、を備えている。内部シールド線および外部シールド線は、いずれか一方が一次側グランドＰＧＬに接続され、他方が二次側グランドＳＧＬに接続される。

次に、回路筐体９００の製造工程について説明する。
図５は、回路筐体９００の製造工程における各段階の状態を示した説明図である。
まず、第１段階では、内部ケース９２３の一部である内部本体部材９２３ａと、第１絶縁部材９２４と、を一体に固定する作業を実施する。

このとき、内部本体部材９２３ａと第１絶縁部材９２４との間には、第２絶縁部材９２５の一部である絶縁間隙部材９２５ａが配置されている。内部本体部材９２３ａの内部には、第３絶縁部材９２６が配置されている。第３絶縁部材９２６の内部には、高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０が配置されている。第１絶縁部材９２４の内部には、制御用基板９１１が配置されている。制御用基板９１１と高圧発生用基板９１３とは、二重シールド配線９３１を介して互いに接続されている。

次の第２段階では、内部ケース９２３の一部である内部蓋部材９２３ｂを、内部本体部材９２３ａの開口部分を覆うように配置する作業を実施する。これにより、内部本体部材９２３ａ、内部蓋部材９２３ｂを備える内部ケース９２３が完成する。内部ケース９２３は、高圧発生用基板９１３と、絶縁トランス７２０と、第３絶縁部材９２６と、を内部に収容する。

次の第３段階では、第２絶縁部材９２５の一部である絶縁収容部材９２５ｂを内部ケース９２３の外側に配置した後、第２絶縁部材９２５の一部である絶縁蓋部材９２５ｃを絶縁収容部材９２５ｂの開口部分を覆うように配置する作業を実施する。これにより、絶縁間隙部材９２５ａ、絶縁収容部材９２５ｂ、絶縁蓋部材９２５ｃを備える第２絶縁部材９２５が完成する。第２絶縁部材９２５は、内部ケース９２３を内部に収容する。

次の第４段階では、外部ケース９２１の一部である外部本体部材９２１ａの内部に、第１絶縁部材９２４および第２絶縁部材９２５を配置する作業を実施する。外部本体部材９２１ａは、内部に区画壁９２１ｃを備えている。区画壁９２１ｃは、外部本体部材９２１ａの内部空間を、第１空間９２１ｄと、第２空間９２１ｅとに分割している。第１空間９２１ｄは、第１絶縁部材９２４を配置するための空間であり、第２空間９２１ｅは、第２絶縁部材９２５を配置するための空間である。

次の第５段階では、外部ケース９２１の一部である外部蓋部材９２１ｂを、外部本体部材９２１ａの開口部分を覆うように配置する作業を実施する。これにより、外部本体部材９２１ａおよび外部蓋部材９２１ｂを備える外部ケース９２１が完成する。外部ケース９２１は、第１絶縁部材９２４と、第２絶縁部材９２５と、を内部に収容する。

このような作業を実施することで、回路筐体９００が完成する。
このような構成の回路筐体９００は、内部ケース９２３が、高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０を覆うとともに、外部ケース９２１が、制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）、内部ケース９２３を覆うように構成されている。

これにより、制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）は、外部ケース９２１の内側の空間であり、かつ内部ケース９２３の外側の空間である第１空間９２１ｄに配置される。高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０は、内部ケース９２３の内部空間である第２空間９２１ｅに配置される。

つまり、回路筐体９００は、「制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）」と、「高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０」とが、内部ケース９２３により区切られた異なる２つの空間（第１空間９２１ｄ、第２空間９２１ｅ）にそれぞれ配置されるように構成されている。

なお、図３においても、第１空間９２１ｄおよび第２空間９２１ｅに相当する領域を示している。
［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態の微粒子検出システム１０は、微粒子センサ１００と、高圧発生用基板９１３と、絶縁トランス７２０と、制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）と、回路筐体９００と、を備えている。

高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０は、一次巻線での一次電流の通電切替により二次巻線に発生する高電圧を微粒子センサ１００に供給する。詳細には、第１絶縁トランス７２０ａにおいて、一次巻線での一次電流の通電切替により二次巻線に発生する高電圧を、微粒子センサ１００の第１電極１１２に供給する。第２絶縁トランス７２０ｂにおいて、一次巻線での一次電流の通電切替により二次巻線に発生する高電圧を、微粒子センサ１００の第２電極１３２に供給する。

第１トランス駆動回路７１２ａは、第１絶縁トランス７２０ａの一次巻線における一次電流を制御する。第２トランス駆動回路７１２ｂは、第２絶縁トランス７２０ｂの一次巻線における一次電流を制御する。

センサ制御部６００は、微粒子センサ１００で生成されたセンサ信号の信号処理を行う。詳細には、センサ制御部６００は、電気回路部７００から入力される信号から排ガス中の微粒子の量を検出（測定）し、排ガス中の微粒子量を表す信号を車両制御部４２０に出力する。

回路筐体９００は、外部ケース９２１および内部ケース９２３を備えている。内部ケース９２３は、高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０を覆うとともに、電磁気ノイズを遮断する金属材料で構成されている。外部ケース９２１は、制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）および内部ケース９２３を覆うとともに、電磁気ノイズを遮断する金属材料で構成されている。

これにより、制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）は、外部ケース９２１の内側の空間であり、かつ内部ケース９２３の外側の空間である第１空間９２１ｄに配置されている。高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０は、内部ケース９２３の内部空間である第２空間９２１ｅに配置されている。

つまり、微粒子検出システム１０では、「制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）」と、「高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０」とが、内部ケース９２３により区切られた異なる２つの空間（第１空間９２１ｄ、第２空間９２１ｅ）にそれぞれ配置されている。

このような構成であれば、「高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０」において一次電流の通電切替時に一次巻線で電磁気ノイズが発生しても、その電磁気ノイズが内部ケース９２３によって遮断される。このため、一次巻線で発生した電磁気ノイズが「制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）」に与える影響を低減できる。

また、外部ケース９２１を備えることで、外部からの電磁気ノイズが制御用基板９１１に到達することを抑制できる。このため、外部からのノイズが制御用基板９１１に与える影響を低減できる。

よって、この微粒子検出システム１０は、一次巻線で発生した電磁気ノイズが制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）に与える影響を低減できるため、電磁気ノイズの影響により微粒子の検出精度が低下することを抑制できる。さらに、外部からの電磁気ノイズが制御用基板９１１（第１トランス駆動回路７１２ａ、第２トランス駆動回路７１２ｂ、センサ制御部６００、コロナ電流測定回路７３０）に与える影響も低減できる。

［１−６．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
微粒子検出システム１０が微粒子検出システムの一例に相当し、微粒子センサ１００が微粒子センサの一例に相当し、高圧発生用基板９１３および絶縁トランス７２０が高電圧発生部の一例に相当し、絶縁トランス７２０が変圧器の一例に相当し、第１トランス駆動回路７１２ａおよび第２トランス駆動回路７１２ｂが一次電流制御部の一例に相当する。センサ制御部６００がセンサ信号処理部に相当し、内部ケース９２３が内部シールド部の一例に相当し、外部ケース９２１が外部シールド部の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、第１トランス駆動回路７１２ａおよび第２トランス駆動回路７１２ｂが制御用基板９１１（換言すれば、第１空間９２１ｄ）に配置される構成について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１トランス駆動回路７１２ａおよび第２トランス駆動回路７１２ｂが高圧発生用基板９１３（第２空間９２１ｅ）に配置される構成であっても良い。図６は、このような構成における第１空間９２１ｄおよび第２空間９２１ｅに相当する領域を示した説明図である。

このような構成は、第１トランス駆動回路７１２ａおよび第２トランス駆動回路７１２ｂとして、センサ制御部６００およびコロナ電流測定回路７３０への影響が生じる電磁気ノイズを発生するトランス駆動回路を採用した場合に有効である。つまり、第１トランス駆動回路７１２ａおよび第２トランス駆動回路７１２ｂで電磁気ノイズが発生した場合でも、内部ケース９２３でその電磁気ノイズを遮断でき、その電磁気ノイズがセンサ制御部６００およびコロナ電流測定回路７３０に与える影響を抑制できる。よって、このような構成の微粒子検出システムは、第１トランス駆動回路７１２ａおよび第２トランス駆動回路７１２ｂで発生した電磁気ノイズの影響により微粒子の検出精度が低下することを抑制できる。

また、上記実施形態では、微粒子センサ１００として第２電極１３２を有する形態について説明したが、第２電極１３２を省略して微粒子センサを構成するようにしてもよい。第２電極１３２を省略しても、帯電微粒子の量に応じて微粒子の量を測定することは可能であり、第２電極１３２を省略した分だけ微粒子センサをシンプルな構成にできる。その場合には、電気回路部７００から、第２電源回路７１０ｂ、第２絶縁トランス７２０ｂ、第２整流回路７５２、ショート保護用抵抗７５４、第２配線２２２についても省略してもよい。

また、微粒子検出システムを構成する微粒子センサは、イオン発生部が排ガス帯電部の外側に並んで設けられる構成に限られることはなく、例えば、イオン発生部が排ガス帯電部内に配置される構成であってもよい。さらに、微粒子検出システムを構成する微粒子センサとしてイオン発生部を排ガス帯電部内に配置する場合には、センサ駆動部から空気供給部を省略し、微粒子センサは、帯電室に空気供給部による高圧空気の供給を行わない構成を採るようにしてもよい。このような微粒子センサとしては、例えば、本願の出願人が出願している特開２０１５−１２９７１１号公報に開示されたセンサ構造を適用することが可能であり、その開示内容の全体は参照によりここに組み込まれる。また、コロナ電流測定回路は、光結合式のアイソレーションアンプに限られることはなく、例えば、磁気結合式や容量結合式のアイソレーションアンプであってもよい。

１０…微粒子検出システム、１００…微粒子センサ、３００…センサ駆動部、４４０…電源部、６００…センサ制御部、７００…電気回路部、７１０…電源回路、７１０ａ…第１電源回路、７１０ｂ…第２電源回路、７１１ａ…第１放電電圧制御回路、７１１ｂ…第２放電電圧制御回路、７１２ａ…第１トランス駆動回路、７１２ｂ…第２トランス駆動回路、７２０…絶縁トランス、７２０ａ…第１絶縁トランス、７２０ｂ…第２絶縁トランス、７３０…コロナ電流測定回路、７４０…イオン電流測定回路、７５１…第１整流回路、７５２…第２整流回路、９００…回路筐体、９１１…制御用基板、９１３…高圧発生用基板、９２１…外部ケース、９２１ａ…外部本体部材、９２１ｂ…外部蓋部材、９２１ｃ…区画壁、９２１ｄ…第１空間、９２１ｅ…第２空間、９２３…内部ケース、９２３ａ…内部本体部材、９２３ｂ…内部蓋部材、９２４…第１絶縁部材、９２５…第２絶縁部材、９２６…第３絶縁部材。

Claims (2)

1. 微粒子の検出結果に応じたセンサ信号を生成する微粒子センサと、
   一次巻線および二次巻線を有する変圧器を備えて、前記一次巻線での一次電流の通電切替により前記二次巻線に発生する高電圧を前記微粒子センサに供給する高電圧発生部と、
   前記一次巻線における前記一次電流を制御する一次電流制御部と、
   前記微粒子センサで生成された前記センサ信号の信号処理を行うセンサ信号処理部と、
   を備える微粒子検出システムであって、
   前記高電圧発生部を覆うとともに、電磁気ノイズを遮断する材料で構成された内部シールド部と、
   前記センサ信号処理部および前記内部シールド部を覆うとともに、電磁気ノイズを遮断する材料で構成された外部シールド部と、
   を備える微粒子検出システム。
2. 前記一次電流制御部は、前記内部シールド部の内部に配置されている、
   請求項１に記載の微粒子検出システム。

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