JP2019032188A - Particle detection apparatus and vehicle - Google Patents

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Abstract

To reduce an influence of fluctuation in a corona discharge voltage and the like when corona discharge is used for particle detection, thereby precisely measuring an ion current that is a prerequisite for detecting fine particles.SOLUTION: A discharge voltage is applied to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber in which exhaust gas flows to cause corona discharge, fine particles in exhaust are charged with ions generated by the corona discharge, and an ion current responsive signal corresponding to a magnitude of an ion current changing in accordance with an amount of the charged fine particles is obtained to detect the fine particles in the exhaust gas. At this time, an influence of disturbance caused by a transient operation state of a heat engine is removed from the ion current responsive signal and the fine particles are detected based on the ion current responsive signal from which at least a part of the influence of the disturbance is removed.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、微粒子を検出する微粒子検出装置とこの微粒子検出装置を備えた車両に関する。   The present invention relates to a fine particle detection device for detecting fine particles and a vehicle equipped with the fine particle detection device.

炭化水素を含む燃料を燃焼する内燃機関を備えた車両では、炭化水素の燃焼に伴い、排気中にカーボンを含んだ微粒子(PM)が生じることがある。カーボンを含んだ微粒子の大気への排出を制限するために、排気中の微粒子(PM)を検出する微粒子検出装置が提案されている。こうした微粒子検出装置としてコロナ放電を利用したものが知られている(例えば下記特許文献1参照)。コロナ放電を用いた微粒子検出装置では、コロナ電流を制御して、コロナ放電により一定量のイオンを発生させる。このイオンの一部は微粒子に付着して微粒子を帯電させるから、帯電微粒子が外部、つまり大気に出て行くことで生じるイオン電流を測定すれば、微粒子量を測定することができる。   In a vehicle equipped with an internal combustion engine that burns fuel containing hydrocarbons, particulate matter (PM) containing carbon may be generated in the exhaust gas as the hydrocarbons burn. In order to limit the discharge of fine particles containing carbon to the atmosphere, a fine particle detection device that detects fine particles (PM) in exhaust gas has been proposed. A device using corona discharge is known as such a fine particle detection device (for example, see Patent Document 1 below). In the particle detector using corona discharge, a corona current is controlled to generate a certain amount of ions by corona discharge. Since some of these ions adhere to the fine particles to charge the fine particles, the amount of fine particles can be measured by measuring the ionic current generated when the charged fine particles go outside, that is, to the atmosphere.

特開2014−219225号公報JP 2014-219225 A

上記特許文献1の微粒子測定の技術は、コロナ電流を安定化した上でイオン電流を測定し、微粒子量を測定する優れたものであるが、コロナ電流を安定化していても、放電部の放電インピーダンスが大きく変動する場合があり、測定上の精度に影響を与えることがあった。   The technique of fine particle measurement described in Patent Document 1 is excellent in that the ion current is measured after stabilizing the corona current and the amount of fine particles is measured. Impedance may fluctuate greatly, which may affect measurement accuracy.

こうした放電インピーダンスの変動は、微粒子測定装置が置かれた環境、例えば車両の排気通路において排気中の微粒子を測定している場合を想定すると、内燃機関の過渡時など、急激排気量が増加する場合や微粒子量が急増する場合に生じる。かかるインピーダンスの変動は、コロナ電流の安定化によっては、除去もしくは平滑化し得ないほど大きい。   Such fluctuations in discharge impedance may occur when the amount of exhaust increases suddenly, such as when the internal combustion engine is transient, assuming that the particulate matter in the exhaust is measured in the environment where the particulate measuring device is placed, for example, the exhaust passage of the vehicle. Or when the amount of fine particles increases rapidly. Such fluctuations in impedance are so great that they cannot be removed or smoothed by stabilizing the corona current.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

(1)本発明の第1の態様として、燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する微粒子検出装置が提供される。この微粒子検出装置は、前記排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力するイオン電流信号出力部と、前記イオン電流対応信号から、前記熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響の少なくとも一部を取り除く外乱除去部と、前記外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記気体中の微粒子量の検出を行なう検出部とを備える。 (1) As a first aspect of the present invention, there is provided a particulate detection device for detecting particulates in the exhaust of a heat engine that accompanies combustion. The fine particle detection device includes a corona discharge unit that generates a corona discharge by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which the exhaust flows, and ions generated by the corona discharge. An ion current signal output unit that charges fine particles in the exhaust gas and outputs an ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that varies depending on the amount of charged fine particles, and the operation of the heat engine from the ion current corresponding signal. Based on the disturbance removal unit that removes at least a part of the influence of the disturbance caused by the state being in a transient state, and the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance is removed, the amount of fine particles in the gas A detection unit that performs detection.

かかる微粒子検出装置は、帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号から、熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響の少なくとも一部を取り除くことができ、外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、熱機関の排気中の微粒子量の検出を行なうことができる。   Such a particle detector removes at least a part of the influence of disturbance caused by the operating state of the heat engine in a transient state from the ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that changes depending on the amount of charged particles. The amount of particulates in the exhaust of the heat engine can be detected based on the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance is removed.

(2)こうした微粒子検出装置において、熱機関の過渡状態を示す過渡信号を受け取る受信部を更に備え、外乱除去部は、受信部が受け取った過渡信号に従って、[1]イオン電流対応信号を、一時的にマスクする処理、[2]イオン電流対応信号を、積分または平均化する処理、[3]イオン電流対応信号を、過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう算出された補正係数を用いて補正する処理、[4]イオン電流対応信号を、過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう定められたオフセット値を用いてオフセットする処理、のいずれか1つを行なうものとしてよい。こうすれば、イオン電流対応信号から、熱機関の過渡状態による外乱の影響を容易に取り除く、または緩和することができる。 (2) The fine particle detection apparatus further includes a receiving unit that receives a transient signal indicating a transient state of the heat engine, and the disturbance removing unit temporarily outputs [1] an ion current corresponding signal according to the transient signal received by the receiving unit. Masking processing, [2] processing to integrate or average the ion current corresponding signal, and [3] correction coefficient calculated to remove or mitigate the influence of disturbance due to the transient state. And [4] a process of offsetting the ion current corresponding signal using an offset value determined so as to remove or mitigate the influence of the disturbance due to the transient state. In this way, it is possible to easily remove or mitigate the influence of the disturbance due to the transient state of the heat engine from the ion current corresponding signal.

(3)本発明の第2の態様として、内燃機関を備えた車両が提供される。この車両は、上記の微粒子検出装置の少なくとも放電用電極を、熱機関である内燃機関の排気通路に設け、微粒子検出装置の受信部は、内燃機関の運転を制御する運転制御部から、過渡信号を受信するものとしてよい。こうすれば、車両として、内燃機関の排気中の微粒子を検出する際に、内燃機関が過渡状態か否かを確実に判定することができる。 (3) As a second aspect of the present invention, a vehicle including an internal combustion engine is provided. In this vehicle, at least the discharge electrode of the fine particle detection device is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine that is a heat engine, and the reception unit of the fine particle detection device receives a transient signal from an operation control unit that controls the operation of the internal combustion engine. May be received. If it carries out like this, when detecting fine particles in exhaust gas of an internal combustion engine as vehicles, it can be judged certainly whether an internal combustion engine is in a transitional state.

(4)こうた車両において、運転者が認識可能な報知を行なう報知部と、微粒子検出装置により検出された微粒子量が、予め定めた閾値以上であると判定したとき、報知部を用いた報知を行なう制御部とを備えてよい。こうすれば、検出された微粒子量が予め定めた閾値以上の場合に、運転者に報知することができる。この結果、運転者が内燃機関の状態を知らずに運転を継続し、微粒子の含まれた排気を出し続けるリスクを回避しやすくなる。 (4) In such a vehicle, a notification unit that performs notification that can be recognized by the driver, and a notification that uses the notification unit when it is determined that the amount of particles detected by the particle detection device is greater than or equal to a predetermined threshold value. And a control unit for performing the above. In this way, the driver can be notified when the detected amount of fine particles is equal to or greater than a predetermined threshold. As a result, it becomes easier to avoid the risk that the driver continues to operate without knowing the state of the internal combustion engine and continues to emit exhaust gas containing fine particles.

(5)本発明の第3の態様として、燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する方法が提供される。この方法は、排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせ、コロナ放電によって発生したイオンにより、排気中の微粒子を帯電させ、帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力し、前記イオン電流対応信号から、熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響を取り除き、外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記気体中の微粒子量の検出を行なう。従って、熱機関の運転が過渡状態にある場合に発生する外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、熱機関の排気中の微粒子量の検出を行なうことができる。 (5) As a third aspect of the present invention, a method for detecting particulates in the exhaust of a heat engine that accompanies combustion is provided. In this method, a corona discharge is generated by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which exhaust flows, and ions generated by the corona discharge are used to charge fine particles in the exhaust. An ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that changes depending on the amount of fine particles to be generated is output, and the influence of the disturbance caused by the operating state of the heat engine being in a transient state is removed from the ion current corresponding signal. Based on the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence is removed, the amount of fine particles in the gas is detected. Therefore, it is possible to detect the amount of particulates in the exhaust of the heat engine based on the ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance generated when the operation of the heat engine is in a transient state is removed.

実施形態に係る微粒子検出装置の全体構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the whole structure of the microparticle detection apparatus which concerns on embodiment. 微粒子検出装置のうち、センサ駆動部とセンサとの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of a sensor drive part and a sensor among fine particle detection apparatuses. 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。It is explanatory drawing which showed typically schematic structure of the front-end | tip part of a microparticle sensor. 電気回路部の概略構成を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated schematic structure of the electric circuit part. イオン電流検出回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of an ion current detection circuit. 微粒子測定処理ルーチンの概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of a microparticle measurement process routine. コロナ放電電圧とイオン電流検出におけるノイズとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the noise in a corona discharge voltage and ion current detection. 第1実施形態におけるイオン電流測定処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ion current measurement process routine in 1st Embodiment. 第2実施形態におけるイオン電流測定処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ion current measurement process routine in 2nd Embodiment. 第3実施形態におけるイオン電流測定処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ion current measurement process routine in 3rd Embodiment. 第4実施形態におけるイオン電流測定処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ion current measurement process routine in 4th Embodiment.

A.第1実施形態:
A1)微粒子検出装置全体のハードウェア構成:
図1Aは、実施形態に係る微粒子検出装置10の全体構成、特に微粒子検出装置10を搭載した車両50の概略構成を例示した説明図である。図1Bは、車両50に取り付けられた微粒子検出装置10の概略構成を例示した説明図である。
A. First embodiment:
A1) Hardware configuration of the whole particle detector:
FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating an overall configuration of the particle detection device 10 according to the embodiment, particularly a schematic configuration of a vehicle 50 on which the particle detection device 10 is mounted. FIG. 1B is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the particle detection device 10 attached to the vehicle 50.

図1Aに示すように、実施形態の微粒子検出装置10は、微粒子センサ100と、ケーブル20と、センサ駆動部30とを含んで構成され、熱機関としての内燃機関40から排出される排気(以下、排ガスと記載する)EGに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関40とは、車両50の動力源であり、本実施形態では、ディーゼルエンジンである。もとよりガソリンやアルコールなどの他の燃料を利用したエンジンなど、他の熱機関であっても差し支えない。   As shown in FIG. 1A, the particulate detection device 10 according to the embodiment includes a particulate sensor 100, a cable 20, and a sensor drive unit 30, and is exhausted from an internal combustion engine 40 as a heat engine (hereinafter referred to as a heat engine). The amount of fine particles such as soot contained in the EG is measured. The internal combustion engine 40 is a power source of the vehicle 50, and is a diesel engine in this embodiment. Of course, other heat engines such as engines using other fuels such as gasoline and alcohol can be used.

微粒子センサ100は、内燃機関40から延びる排ガス配管62に取り付けられ、コロナ放電を利用して排ガス配管62中の煤などの微粒子を検出する。微粒子センサ100は、ケーブル20によってセンサ駆動部30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、フィルタ装置41(例えば、DPF(Diesel particulate filter))よりも下流側の排ガス配管62に取り付けられている。微粒子センサ100は、気体である排ガスEGに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部30に出力する。   The particulate sensor 100 is attached to an exhaust gas pipe 62 extending from the internal combustion engine 40 and detects particulates such as soot in the exhaust gas pipe 62 using corona discharge. The particle sensor 100 is electrically connected to the sensor driving unit 30 by the cable 20. In the present embodiment, the particulate sensor 100 is attached to the exhaust gas pipe 62 on the downstream side of the filter device 41 (for example, DPF (Diesel particulate filter)). The fine particle sensor 100 outputs a signal correlated to the amount of fine particles contained in the exhaust gas EG, which is a gas, to the sensor driving unit 30.

センサ駆動部30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EG中の微粒子の量を検出する。センサ駆動部30が検出する「排ガスEG中の微粒子の量」とは、排ガスEG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EGの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値(微粒子の濃度)であってもよい。この場合には、微粒子センサ100を通過した排ガスEGの量を別途測定しておく。微粒子センサ100を通過する排ガスEGの量は、排ガス配管62に設けた流量センサ(図示省略)の出力から求めたり、車両の運転状態に関する複数のパラメータを用いた公知の手法により推定したりすることができる。   The sensor driving unit 30 drives the particle sensor 100 and detects the amount of particles in the exhaust gas EG based on a signal input from the particle sensor 100. The “amount of fine particles in the exhaust gas EG” detected by the sensor driving unit 30 may be a value proportional to the total surface area of the fine particles in the exhaust gas EG or a value proportional to the total mass of the fine particles. May be. Alternatively, it may be a value (fine particle concentration) proportional to the number of fine particles contained in the unit volume of the exhaust gas EG. In this case, the amount of exhaust gas EG that has passed through the particle sensor 100 is separately measured. The amount of exhaust gas EG passing through the particulate sensor 100 is obtained from the output of a flow rate sensor (not shown) provided in the exhaust gas pipe 62 or estimated by a known method using a plurality of parameters relating to the driving state of the vehicle. Can do.

センサ駆動部30は、車両50側の車両制御部42と電気的に接続されており、検出した排ガスEG中の微粒子量を示す信号を車両制御部42に出力する。また、センサ駆動部30は、車両制御部42から、車両50の運転状態に関する信号を受け取ることができる。車両制御部42は、車両50全体の制御を司っており、各部とはCANなどのネットワークを用いて接続され、データのやり取りを行なっている。車両制御部42は、センサ駆動部30との間で信号を入出力し、センサ駆動部30の動作を指示し、また逆にセンサ駆動部30から信号を入力し、燃料配管61を介して燃料供給部43から内燃機関40に供給される燃料の供給量を調整するなど内燃機関40の燃焼状態を制御する。また、車両制御部42は、車両の異常などを検出し、その状態を記録するダイアグノーシスとしての機能を有するうえ、何らかの異常が検知された場合にこれを運転者に報知するランプなどの報知部55を備える。例えば、排ガスEG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41の劣化や異常を、報知部55を駆動することで、車両50の運転者に警告する。車両には、バッテリ44が搭載されており、車両の各部に電力を供給する。後述する各回路は、電源回路を備える場合があり、このバッテリ44からの電力を元に、必要に応じて動作に必要な電圧を提供する。   The sensor drive unit 30 is electrically connected to the vehicle control unit 42 on the vehicle 50 side, and outputs a signal indicating the detected amount of fine particles in the exhaust gas EG to the vehicle control unit 42. In addition, the sensor driving unit 30 can receive a signal related to the driving state of the vehicle 50 from the vehicle control unit 42. The vehicle control unit 42 controls the entire vehicle 50 and is connected to each unit using a network such as CAN to exchange data. The vehicle control unit 42 inputs / outputs a signal to / from the sensor driving unit 30, instructs the operation of the sensor driving unit 30, and conversely inputs a signal from the sensor driving unit 30, and fuels via the fuel pipe 61. The combustion state of the internal combustion engine 40 is controlled, for example, by adjusting the amount of fuel supplied from the supply unit 43 to the internal combustion engine 40. In addition, the vehicle control unit 42 has a function as a diagnosis for detecting an abnormality of the vehicle and recording the state, and an informing unit such as a lamp for notifying the driver when any abnormality is detected. 55. For example, when the amount of fine particles in the exhaust gas EG is larger than a predetermined amount, the driver of the vehicle 50 is warned by driving the notification unit 55 about the deterioration or abnormality of the filter device 41. A battery 44 is mounted on the vehicle and supplies power to each part of the vehicle. Each circuit to be described later may include a power supply circuit, and provides a voltage necessary for the operation as needed based on the power from the battery 44.

図1B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62の内側に挿入された状態で、排ガス配管62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62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EGをケーシングCSの内部に取り込むための流入孔145と、取り込んだ排ガスEGをケーシングCSの外部に排出するための排出孔135とが設けられている。排ガス配管62の内部を流通する排ガスEGの一部は、流入孔145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EG中に含まれる微粒子は、微粒子センサ100において生成するイオン(ここでは、陽イオン)によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスEGは、排出孔135を介してケーシングCSの外部に排出される。微粒子センサ100は、帯電した微粒子が外部に排出されることで生じるイオン電流を用いて、微粒子量の検出を行なう。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。   As shown in FIG. 1B, the particle sensor 100 includes a cylindrical tip portion 100e, and the tip portion 100e is fixed to the outer surface of the exhaust gas pipe 62 in a state where the tip portion 100e is inserted inside the exhaust gas pipe 62. Yes. Here, the tip 100e of the particulate sensor 100 is inserted substantially perpendicular to the extending direction DL of the exhaust gas pipe 62. An inflow hole 145 for taking in the exhaust gas EG into the casing CS and an exhaust hole 135 for discharging the taken out exhaust gas EG to the outside of the casing CS are provided on the surface of the casing CS of the distal end portion 100e. . Part of the exhaust gas EG flowing through the exhaust gas pipe 62 is taken into the casing CS of the tip end portion 100e through the inflow hole 145. Fine particles contained in the taken-in exhaust gas EG are charged by ions (here, cations) generated in the fine particle sensor 100. The exhaust gas EG containing charged fine particles is discharged to the outside of the casing CS through the discharge hole 135. The fine particle sensor 100 detects the amount of fine particles using an ion current generated by discharging charged fine particles to the outside. The internal configuration of the casing CS and the specific configuration of the particulate sensor 100 will be described later.

微粒子センサ100の後端部100rには、ケーブル20が取り付けられている。ケーブル20は、第1の配線21と、第2の配線22と、信号線23と、空気供給管24と、を束ねた構成を備えている。ケーブル20を構成する配線21,22および信号線23と、空気供給管24は、それぞれ可撓性の部材によって構成されている。第1の配線21、第2の配線22、および、信号線23は、センサ駆動部30の電気回路部70に電気的に接続され、空気供給管24は、空気供給部80に接続されている。   A cable 20 is attached to the rear end portion 100r of the particle sensor 100. The cable 20 has a configuration in which a first wiring 21, a second wiring 22, a signal line 23, and an air supply pipe 24 are bundled. The wirings 21 and 22 and the signal line 23 and the air supply pipe 24 constituting the cable 20 are each constituted by a flexible member. The first wiring 21, the second wiring 22, and the signal line 23 are electrically connected to the electric circuit unit 70 of the sensor driving unit 30, and the air supply pipe 24 is connected to the air supply unit 80. .

センサ駆動部30は、制御部60と、電気回路部70と、空気供給部80とを備えている。制御部60と電気回路部70との間、および、制御部60と空気供給部80との間は、必要な電気的な絶縁を施した上で、それぞれ電気的な信号のやり取りが可能とされている。   The sensor driving unit 30 includes a control unit 60, an electric circuit unit 70, and an air supply unit 80. Electrical signals can be exchanged between the control unit 60 and the electric circuit unit 70 and between the control unit 60 and the air supply unit 80 after providing necessary electrical insulation. ing.

制御部60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70と空気供給部80とを制御する。また、制御部60は、電気回路部70から入力される信号から排ガスEG中の微粒子の量を検出し、排ガスEG中の微粒子量を表す信号を車両制御部42に出力する。車両制御部42との信号のやり取りは、制御部60に内蔵された通信インタフェース66により行なう。通信インタフェース66は、車両制御部42に信号を出力することも、車両制御部42からの信号を受け取ることも可能である。信号を受け取る場合には、通信インタフェース66は、受信部として可能していることになる。この他、制御部60は、電気回路部70の異常検出も行なう。制御部60が行なう異常検出の処理については、後で詳しく説明する。   The control unit 60 includes a microcomputer and controls the electric circuit unit 70 and the air supply unit 80. In addition, the control unit 60 detects the amount of fine particles in the exhaust gas EG from the signal input from the electric circuit unit 70, and outputs a signal representing the amount of fine particles in the exhaust gas EG to the vehicle control unit 42. The exchange of signals with the vehicle control unit 42 is performed by a communication interface 66 built in the control unit 60. The communication interface 66 can output a signal to the vehicle control unit 42 or receive a signal from the vehicle control unit 42. In the case of receiving a signal, the communication interface 66 is enabled as a receiving unit. In addition, the control unit 60 also detects an abnormality in the electric circuit unit 70. The abnormality detection process performed by the control unit 60 will be described in detail later.

電気回路部70は、第1の配線21および第2の配線22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70は、信号線23を介して微粒子センサ100からコロナ電流に相関する信号が入力される。電気回路部70は、信号線23から入力される信号を用いて、コロナ電流の安定化を図り、その上で、排ガスEG中の微粒子量に対応するイオン電流に応じた信号を制御部60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。   The electric circuit unit 70 supplies power for driving the particle sensor 100 via the first wiring 21 and the second wiring 22. In addition, the electric circuit unit 70 receives a signal correlated with the corona current from the particle sensor 100 through the signal line 23. The electric circuit unit 70 uses the signal input from the signal line 23 to stabilize the corona current, and then sends a signal corresponding to the ion current corresponding to the amount of fine particles in the exhaust gas EG to the control unit 60. Output. Specific contents of these signals will be described later.

空気供給部80は、ポンプ(図示しない)を含んで構成されており、制御部60からの指示に基づいて、空気供給管24を介して、高圧空気を微粒子センサ100に供給する。制御部60は、空気供給部80を制御して、微粒子センサ100に供給する空気量を可変することができる。空気供給部80から供給される高圧空気は、微粒子センサ100を駆動させるときに用いられる。なお、空気供給部80が供給するガスの種類は空気以外であってもよい。   The air supply unit 80 includes a pump (not shown), and supplies high-pressure air to the particulate sensor 100 via the air supply pipe 24 based on an instruction from the control unit 60. The controller 60 can vary the amount of air supplied to the particulate sensor 100 by controlling the air supply unit 80. The high-pressure air supplied from the air supply unit 80 is used when driving the particulate sensor 100. Note that the type of gas supplied by the air supply unit 80 may be other than air.

A2)微粒子センサの構成:
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、全体が、排ガス配管62の内部に配置され、排ガスEGに晒されている。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(換言すれば、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23(図1B)を介して、図3を用いて後述するように、電気回路部70の内部で、シャント抵抗器R1を介して、二次側グランドSGLに接続されている。
A2) Configuration of particulate sensor:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of the tip portion 100e of the particle sensor 100. As shown in FIG. The entire tip portion 100e of the particulate sensor 100 is disposed inside the exhaust gas pipe 62 and is exposed to the exhaust gas EG. The tip 100e of the particle sensor 100 includes an ion generator 110, an exhaust gas charging unit 120, and an ion trap 130. In the casing CS, the three mechanism parts of the ion generation part 110, the exhaust gas charging part 120, and the ion trapping part 130 are arranged in this order from the base end side (upper side in FIG. 2) to the front end side (lower side in FIG. 2). (In other words, along the axial direction of the particle sensor 100). The casing CS is formed of a conductive member, and, as will be described later with reference to FIG. 3, through the signal line 23 (FIG. 1B), in the electric circuit unit 70, the secondary is connected through the shunt resistor R <b> 1. It is connected to the side ground SGL.

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)を発生させるための機構部であり、イオン発生室111と、コロナ放電電極としての第1の電極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155とノズル124とが設けられ、内部には第1の電極112が突出した状態で取り付けられている。この構成がコロナ放電部に相当する。空気供給孔155は、空気供給管24(図1B)と連通しており、空気供給部80(図1B)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124は、排ガス帯電部120との間を区画する隔壁142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の電極112は、棒状の外形を備え、先端部が隔壁142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の電極112は、第1の配線21(図1B)を介して電気回路部70に接続されている。その詳細は後述する。   The ion generation unit 110 is a mechanism unit for generating ions (here, cations) to be supplied to the exhaust gas charging unit 120, and includes an ion generation chamber 111 and a first electrode 112 as a corona discharge electrode. It is configured. The ion generation chamber 111 is a small space formed inside the casing CS, and an air supply hole 155 and a nozzle 124 are provided on the inner peripheral surface, and the first electrode 112 is protruded inside. It has been. This configuration corresponds to a corona discharge unit. The air supply hole 155 communicates with the air supply pipe 24 (FIG. 1B) and supplies high-pressure air supplied from the air supply unit 80 (FIG. 1B) to the ion generation chamber 111. The nozzle 124 is a minute hole (orifice) provided in the vicinity of the central portion of the partition wall 142 that partitions the exhaust gas charging unit 120, and ions generated in the ion generation chamber 111 are transferred to the charging chamber 121 of the exhaust gas charging unit 120. Supply. The first electrode 112 has a rod-like outer shape, and the base end portion is fixed to the casing CS via the ceramic pipe 25 so that the tip end portion is close to the partition wall 142. The first electrode 112 is connected to the electric circuit unit 70 via the first wiring 21 (FIG. 1B). Details thereof will be described later.

イオン発生部110は、第1の電極112を陽極とし、隔壁142を陰極として、電気回路部70により、直流電圧(例えば、2〜3kV)が印加される。イオン発生部110は、この電圧の印加によって、第1の電極112の先端部と、隔壁142との間にコロナ放電が生じる。コロナ放電は、第1の電極112周辺の空気を構成する分子の一部を電離する。これにより、第1の電極112の周りに陽イオンPIが発生する。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80(図1B)から供給される高圧空気とともに、ノズル124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124から噴射される空気の噴射速度は音速程度とすることが好ましい。   The ion generation unit 110 is applied with a DC voltage (for example, 2 to 3 kV) by the electric circuit unit 70 using the first electrode 112 as an anode and the partition wall 142 as a cathode. In the ion generator 110, corona discharge is generated between the tip of the first electrode 112 and the partition wall 142 by application of this voltage. In the corona discharge, a part of molecules constituting the air around the first electrode 112 is ionized. As a result, cations PI are generated around the first electrode 112. The positive ions PI generated in the ion generator 110 are jetted into the charging chamber 121 of the exhaust gas charging unit 120 through the nozzle 124 together with the high-pressure air supplied from the air supply unit 80 (FIG. 1B). It is preferable that the injection speed of the air injected from the nozzle 124 is about the speed of sound.

排ガス帯電部120は、排ガスEG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124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145を介して、ケーシングCSの外部と連通し、ガス流路134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124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145を介してケーシングCSの外部の排ガスEGが流入するように構成されている。そのため、ノズル124から噴射された陽イオンPIを含む空気と、流入孔145から流入した排ガスEG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145から流入した排ガスEGに含まれる煤S(微粒子)の少なくとも一部は、ノズル124から供給される陽イオンPIにより帯電される。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134を介してイオン捕捉部130の捕捉室131に供給される。   The exhaust gas charging unit 120 is a part for charging fine particles contained in the exhaust gas EG with the cation PI, and includes a charging chamber 121. The charging chamber 121 is a small space adjacent to the ion generation chamber 111 and communicates with the ion generation chamber 111 through the nozzle 124. In addition, the charging chamber 121 communicates with the outside of the casing CS via the inflow hole 145 and communicates with the capture chamber 131 of the ion capture unit 130 via the gas flow path 134. The charging chamber 121 is configured such that when air containing positive ions PI is ejected from the nozzle 124, the inside becomes negative pressure and the exhaust gas EG outside the casing CS flows through the inflow hole 145. Therefore, the air containing the positive ions PI ejected from the nozzle 124 and the exhaust gas EG flowing in from the inflow hole 145 are mixed inside the charging chamber 121. At this time, at least a part of the soot S (fine particles) contained in the exhaust gas EG flowing from the inflow hole 145 is charged by the cation PI supplied from the nozzle 124. The air containing the charged soot S and the cation PI that has not been charged is supplied to the trapping chamber 131 of the ion trap 130 via the gas flow path 134.

図2において、陽イオンPIを「○」に「+」として、煤Sをハッチングした「○」として、それぞれ示した。陽イオンPIは、視認できないので、図示は理解を図るための模式的なものである。また、煤Sの大きさも、説明のためであり、実際には、0.1μmから数十μm程度のものが多い。微粒子である煤Sの大きさいは、使用する内燃機関40の種類やその燃料、燃焼の状態などにより異なる。なお、イオン発生室111、帯電室121、捕捉室131を含む空間全体、あるいはその一部が、測定室として機能している。   In FIG. 2, the positive ion PI is shown as “+” in “◯”, and “◯” in which 煤 S is hatched. Since the cation PI cannot be visually recognized, the illustration is a schematic for understanding. Further, the size of the ridge S is also for explanation, and in actuality, there are many cases of about 0.1 μm to several tens of μm. The size of the soot S, which is a fine particle, varies depending on the type of internal combustion engine 40 used, its fuel, the state of combustion, and the like. Note that the entire space including the ion generation chamber 111, the charging chamber 121, and the trapping chamber 131, or a part thereof, functions as a measurement chamber.

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の電極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134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135を介して、ケーシングCSの外部と連通している。   The ion capturing part 130 is a part for capturing ions that are not used for charging the soot S (fine particles), and includes a capturing chamber 131 and a second electrode 132. The capture chamber 131 is a small space adjacent to the charging chamber 121 and communicates with the charging chamber 121 through the gas flow path 134. Further, the capture chamber 131 communicates with the outside of the casing CS through the discharge hole 135.

第2の電極132は、略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路134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の電極132は、第2の配線22(図1B)を介して電気回路部70に接続されている。第2の電極132は、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70により、第2の電極132を陽極とし、帯電室121および捕捉室131を構成するケーシングCSを陰極として、100V程度の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の電極132から斥力を受けて、第2の電極132から離れる方向に移動しやすい状態とされる。移動方向が第2の電極132から離れる方向とされた陽イオンPIは、陰極として機能する捕捉室131やガス流路134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の電極132から斥力を受けるが、質量が陽イオンPIと比較して格段に大きいため、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EGの流れに従って、排出孔135からケーシングCSの外部へと排出される。   The second electrode 132 has a substantially rod-like outer shape, and is fixed to the casing CS such that the longitudinal direction is along the flow direction of the air flowing through the gas flow path 134 (the extending direction of the casing CS). The second electrode 132 is connected to the electric circuit unit 70 via the second wiring 22 (FIG. 1B). The second electrode 132 functions as an auxiliary electrode that assists in the capture of cations that have not been subjected to charging of the soot S. Specifically, the ion trapping unit 130 is applied with a voltage of about 100 V by the electric circuit unit 70 with the second electrode 132 as an anode and the casing CS constituting the charging chamber 121 and the trapping chamber 131 as a cathode. Yes. As a result, the positive ions PI that are not used for charging the soot S receive a repulsive force from the second electrode 132 and are easily moved away from the second electrode 132. The positive ions PI whose movement direction is away from the second electrode 132 are captured by the capture chamber 131 functioning as the cathode and the inner peripheral wall of the gas flow path 134. On the other hand, the soot S charged with the cation PI receives repulsion from the second electrode 132 in the same manner as the cation PI alone, but its mass is much larger than that of the cation PI. The influence given to the direction is smaller than that of a single cation PI. Therefore, the charged soot S is discharged from the discharge hole 135 to the outside of the casing CS according to the flow of the exhaust gas EG.

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。制御部60(図1B)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EG中に含まれる煤Sの量を検出する。微粒子センサ100から出力される信号から排ガスEG中に含まれる煤Sの量を算出する方法については後述する。   The fine particle sensor 100 outputs a signal indicating a change in current according to the amount of positive ions PI captured by the ion capturing unit 130. The control unit 60 (FIG. 1B) detects the amount of soot S contained in the exhaust gas EG based on the signal output from the particulate sensor 100. A method for calculating the amount of soot S contained in the exhaust gas EG from the signal output from the particulate sensor 100 will be described later.

A3)電気回路部の構成:
次に、図3を用いて、電気回路部70および電気回路部70と微粒子センサ100との接続について説明する。図3は、微粒子検出装置10における電気的な全体構成を示す説明図である。電気回路部70は、ドライバ71と、絶縁トランス72と、コロナ電流測定回路73と、イオン電流信号出力部に相当するイオン電流測定回路74と、第1,第2,第3の整流回路81,82,12と、を備えている。電気回路部70は、絶縁トランス72を挟んで、大きくは絶縁トランス72の一次側と二次側とに分けられる。一次側と二次側とは、それぞれ独立の電源により動作する。一次側の電源は、バッテリ44に接続された電源部46により、安定化された電圧として供給される。ドライバ71の各回路75,76はもとより、制御部60等も、電源部46からドライバ71に供給される直流電源により動作する。この電源は、図3を初めとする各図において、「○」印にVp として示した。なお、二次側の電源は、複数種類存在するので、別途説明する。
A3) Configuration of electric circuit section:
Next, the electrical circuit unit 70 and the connection between the electrical circuit unit 70 and the particle sensor 100 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the overall electrical configuration of the particle detection apparatus 10. The electric circuit unit 70 includes a driver 71, an insulating transformer 72, a corona current measurement circuit 73, an ion current measurement circuit 74 corresponding to an ion current signal output unit, first, second, and third rectifier circuits 81, 82,12. The electric circuit unit 70 is roughly divided into a primary side and a secondary side of the insulating transformer 72 with the insulating transformer 72 interposed therebetween. The primary side and the secondary side operate by independent power sources. The primary power supply is supplied as a stabilized voltage by a power supply unit 46 connected to the battery 44. The control unit 60 and the like as well as the circuits 75 and 76 of the driver 71 are operated by a DC power source supplied from the power source unit 46 to the driver 71. This power supply is shown as Vp in a circle mark in each figure including FIG. Since there are a plurality of types of power sources on the secondary side, they will be described separately.

本実施形態の絶縁トランス72は、一次側の巻線と二次側の巻線とが、電気的にはもとより、物理的にも接触していない。このため、絶縁不良が生じない限り、絶縁トランス72の一次側と二次側とは、完全に切り離されている。図3において、破線は、電気回路部70の一次側と二次側の境界を示している。絶縁トランス72の一次側の回路としては、ドライバ71のほか、制御部60や電源部46が含まれる。絶縁トランス72の二次側の回路としては、微粒子センサ100や第1,第2,第3の整流回路81,82,12が含まれる。コロナ電流測定回路73とイオン電流測定回路74は、絶縁トランス72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73は、後述するように、絶縁トランス72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が存在するが、両者は、後述するように、フォトカプラにより、電気的に絶縁されている。   In the insulating transformer 72 of the present embodiment, the primary side winding and the secondary side winding are not in electrical contact with each other physically. For this reason, as long as insulation failure does not occur, the primary side and the secondary side of the insulation transformer 72 are completely separated. In FIG. 3, a broken line indicates a boundary between the primary side and the secondary side of the electric circuit unit 70. The primary side circuit of the insulation transformer 72 includes the control unit 60 and the power supply unit 46 in addition to the driver 71. The secondary circuit of the insulating transformer 72 includes the fine particle sensor 100 and the first, second, and third rectifier circuits 81, 82, and 12. The corona current measurement circuit 73 and the ion current measurement circuit 74 are circuits that straddle between the primary side circuit and the secondary side circuit of the insulation transformer 72 and are electrically connected to both circuits, respectively. . As will be described later, the corona current measuring circuit 73 includes a circuit portion that is electrically connected to the primary side circuit of the insulating transformer 72 and a circuit portion that is electrically connected to the secondary side circuit. However, as will be described later, both are electrically insulated by a photocoupler.

電気的に絶縁された一次側と二次側とは、それぞれ個別にグランド電位(接地電位)を定め、接地配線を設けている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランドを「一次側グランドPGL」と呼び、図3等では「▽」印により示すものとした。また、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」と呼び、同じく図3等では、「▼」印で示すものとした。絶縁トランス72は、二次側の巻線の終端のタップが二次側グランドSGLに接続されている。イオン電流測定回路74は、一次側グランドPGLに接続されている。一次側の電源は、車載のバッテリ44なので、一次側グランドPGLは、車両のシャーシに接続されている。従って、一次側グランドPGLは、シャーシグランドPGLとも言う。   The electrically insulated primary side and secondary side individually define a ground potential (ground potential) and are provided with ground wiring. Here, the ground indicating the reference potential of the primary side circuit is referred to as “primary side ground PGL”, and in FIG. In addition, the ground indicating the reference potential of the secondary circuit is referred to as “secondary ground SGL”, and is similarly indicated by “▼” in FIG. In the insulating transformer 72, the terminal tap of the secondary winding is connected to the secondary ground SGL. The ion current measurement circuit 74 is connected to the primary side ground PGL. Since the primary-side power source is the vehicle-mounted battery 44, the primary-side ground PGL is connected to the chassis of the vehicle. Therefore, the primary side ground PGL is also referred to as a chassis ground PGL.

ドライバ71は、絶縁トランス72の一次側巻線に供給する電力を調整する回路であり、放電電圧制御回路75とトランス駆動回路76とを備える。ドライバ71は、この放電電圧制御回路75とトランス駆動回路76との協働により、絶縁トランス72の一次側と共に、プッシュプル型の電源回路を構成する。放電電圧制御回路75は、出力電圧可変のDC/DCコンバータ(図示省略)を内蔵し、電源部46の出力する電源電圧Vpを昇圧し、これを、絶縁トランス72の一次側巻線のセンタタップPT1に印加する。DC/DCコンバータの出力電圧は、制御部60により調整可能である。トランス駆動回路76は、絶縁トランス72の一次側巻線の両端のタップPT2,PT3にそれぞれ接続される2つのスイッチング素子を備える。スイッチング素子は、ドライバ71の一次側グランドPGLとタップPT2、PT3との間に介装されている。トランス駆動回路76は、この2つのスイッチング素子を数十KHzで交互に繰り返しオン・オフすることで、放電電圧制御回路75から供給される直流電圧を交流に変換する。こうした一次側に印加された交流電圧を、絶縁トランス72は、その一次側と二次側のコイルの巻線比より変換し、二次側の電圧を生成する。絶縁トランス72の二次側の回路構成については、後述する。   The driver 71 is a circuit that adjusts the power supplied to the primary side winding of the insulating transformer 72, and includes a discharge voltage control circuit 75 and a transformer drive circuit 76. The driver 71 forms a push-pull type power supply circuit together with the primary side of the insulating transformer 72 by the cooperation of the discharge voltage control circuit 75 and the transformer drive circuit 76. The discharge voltage control circuit 75 has a built-in DC / DC converter (not shown) having a variable output voltage, boosts the power supply voltage Vp output from the power supply unit 46, and supplies this to the center tap of the primary winding of the insulating transformer 72. Apply to PT1. The output voltage of the DC / DC converter can be adjusted by the control unit 60. The transformer drive circuit 76 includes two switching elements connected to the taps PT2, PT3 at both ends of the primary winding of the insulating transformer 72, respectively. The switching element is interposed between the primary side ground PGL of the driver 71 and the taps PT2 and PT3. The transformer drive circuit 76 converts the DC voltage supplied from the discharge voltage control circuit 75 into AC by repeatedly turning on and off these two switching elements alternately at several tens of KHz. The insulation transformer 72 converts the AC voltage applied to the primary side from the winding ratio of the primary side and secondary side coils to generate a secondary side voltage. The circuit configuration on the secondary side of the insulating transformer 72 will be described later.

放電電圧制御回路75には、絶縁トランス72の一次側に付与するエネルギを検出する回路が組み込まれている。この回路は、絶縁トランス72の一次側の電圧と、その電圧を印加したときに流れる電流とから、絶縁トランス72の一次側に付与するエネルギを検出する回路である。検出したエネルギの大きさは、制御部60から読み取ることができる。このエネルギを読み取ることで、制御部60は、絶縁トランス72の二次側に出力されるエネルギを推定し、延いては第1の整流回路81の出力電圧、即ちコロナ放電に用いられるコロナ放電電圧Vecを推定することができる。コロナ放電電圧Vecは、第1の整流回路81に電圧検出器を設けて直接計測しても差し支えない。その場合、一次側と二次側との絶縁を確保するために、計測値をフォトカプラなどの絶縁素子を介して、一次側の制御部60に送信するようにすれば良い。   The discharge voltage control circuit 75 incorporates a circuit that detects energy applied to the primary side of the insulating transformer 72. This circuit is a circuit that detects energy applied to the primary side of the insulation transformer 72 from the voltage on the primary side of the insulation transformer 72 and the current that flows when the voltage is applied. The magnitude of the detected energy can be read from the control unit 60. By reading this energy, the controller 60 estimates the energy output to the secondary side of the insulating transformer 72, and as a result, the output voltage of the first rectifier circuit 81, that is, the corona discharge voltage used for corona discharge. Vec can be estimated. The corona discharge voltage Vec may be directly measured by providing a voltage detector in the first rectifier circuit 81. In that case, in order to ensure insulation between the primary side and the secondary side, the measured value may be transmitted to the primary side control unit 60 via an insulating element such as a photocoupler.

電源部46が生成する電源電圧Vpで動作するもうひとつの回路である制御部60は、マイクロプロセッサやRAM,ROM等を内蔵し、予め内部のROMに記憶されたプログラムを実行することで、微粒子検出装置10全般の動作をコントロールする。制御部60は、ROMに記憶されたプログラムを実行することにより、ドライバ71に内蔵された放電電圧制御回路75やトランス駆動回路76を制御すると共に、放電電圧制御回路75の上述したエネルギ付与回路の検出値や、コロナ電流測定回路73およびイオン電流測定回路74の測定結果などを取得して、微粒子量の検出を行なう。制御部60が実行する微粒子量の検出処理については、後で詳しく説明する。   The control unit 60, which is another circuit that operates at the power supply voltage Vp generated by the power supply unit 46, incorporates a microprocessor, RAM, ROM, and the like, and executes a program stored in advance in the internal ROM, thereby enabling fine particles Controls the overall operation of the detection apparatus 10. The control unit 60 executes the program stored in the ROM to control the discharge voltage control circuit 75 and the transformer drive circuit 76 built in the driver 71, and at the same time, the energy application circuit of the discharge voltage control circuit 75 described above. The detection value and the measurement results of the corona current measurement circuit 73 and the ion current measurement circuit 74 are acquired, and the amount of fine particles is detected. The fine particle amount detection process executed by the control unit 60 will be described in detail later.

絶縁トランス72は、上述したように、プッシュプル型の電源回路を構成する。絶縁トランス72の二次側の電圧は、一次側に供給される電圧と、一次側巻線および二次側巻線の巻線数の比とに応じて定まる。二次巻線には複数のタップが設けられ、二次側のグランドSGLに対して、全部で3種類の交流電圧を取り出すことができる。最も巻線数比の高いタップの出力は、第1の整流回路81に接続され、次に巻線数比の高いタップの出力は、第2の整流回路82に接続されている。最も巻線数比の低いタップの出力は、第3の整流回路12に、接続されている。   As described above, the insulation transformer 72 constitutes a push-pull type power supply circuit. The voltage on the secondary side of the insulating transformer 72 is determined according to the voltage supplied to the primary side and the ratio of the number of turns of the primary side winding and the secondary side winding. The secondary winding is provided with a plurality of taps, and a total of three types of AC voltages can be extracted with respect to the secondary side ground SGL. The output of the tap with the highest turns ratio is connected to the first rectifier circuit 81, and the output of the tap with the next highest turns ratio is connected to the second rectifier circuit 82. The output of the tap having the lowest winding ratio is connected to the third rectifier circuit 12.

第1,第2の整流回路81,82は、絶縁トランス72から出力されたそれぞれの電圧の交流を整流し、直流に変換する。第1の整流回路81は、多段のチャージポンプからなり、直流に変換した電圧を、10倍程度の電圧に昇圧する。図3に示すように、第1の整流回路81の出力(直流)は、ショート保護用抵抗83を介して第1の電極112に接続されており、変換した直流電圧を、第1の配線21を介して第1の電極112に印加する。すなわち、第1の整流回路81により印加される直流電圧は、ほぼ第1の電極112における放電電圧となり、第1の整流回路81から供給される直流電流は、第1の電極112に入力される入力電流Iinとなる。第2の整流回路82は、絶縁トランス72により昇圧された交流電圧を整流する。第2の整流回路82は、ショート保護用抵抗84を介して第2の電極132に接続されており、整流後の直流電圧を第2の配線22を介して第2の電極132に印加する。第2の電極132に印加される電圧は、第1の電極112に印加される電圧が、放電電圧制御回路75により調整されると、第1の電極112に印加される電圧の変化に伴って変化する。 The first and second rectifier circuits 81 and 82 rectify the alternating current of each voltage output from the insulating transformer 72 and convert it into direct current. The first rectifier circuit 81 is composed of a multistage charge pump, and boosts the voltage converted to direct current to a voltage about 10 times. As shown in FIG. 3, the output (DC) of the first rectifier circuit 81 is connected to the first electrode 112 via the short protection resistor 83, and the converted DC voltage is converted into the first wiring 21. And applied to the first electrode 112 via That is, the DC voltage applied by the first rectifier circuit 81 is substantially the discharge voltage at the first electrode 112, and the DC current supplied from the first rectifier circuit 81 is input to the first electrode 112. the input current I in. The second rectifier circuit 82 rectifies the AC voltage boosted by the insulating transformer 72. The second rectifier circuit 82 is connected to the second electrode 132 via the short protection resistor 84 and applies the rectified DC voltage to the second electrode 132 via the second wiring 22. When the voltage applied to the first electrode 112 is adjusted by the discharge voltage control circuit 75, the voltage applied to the second electrode 132 is accompanied by a change in the voltage applied to the first electrode 112. Change.

第3の整流回路12は、二次側の増幅器などのための駆動電圧Vccを生成する。第3の整流回路12は、フォワード方式を採用しており、絶縁トランス72から所定電圧の交流を入力し、これを整流して、直流電圧に変換する。変換された直流電圧は完全な直流にはなっていないので、精度の良い三端子レギュレータ等を用いた安定化回路により安定化してから出力する。これは、コロナ電流測定回路73やイオン電流測定回路74の回路を動作させる電源電圧として用いられる。これを、駆動電圧Vccと呼ぶものとし、図3等においては、「●」印に「Vcc」として示した。   The third rectifier circuit 12 generates a drive voltage Vcc for a secondary side amplifier or the like. The third rectifier circuit 12 employs a forward method, receives an alternating current of a predetermined voltage from the insulating transformer 72, rectifies this, and converts it into a direct voltage. Since the converted DC voltage is not completely DC, it is output after being stabilized by a stabilization circuit using a highly accurate three-terminal regulator or the like. This is used as a power supply voltage for operating the corona current measuring circuit 73 and the ion current measuring circuit 74. This is referred to as a drive voltage Vcc, and in FIG.

コロナ電流測定回路73は、イオン発生部110において発生するコロナ放電によって流れる放電電流(コロナ電流)の電流値を検出するための回路であり、イオン電流測定回路74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(Ic)を一次側から二次側の回路に供給することで、イオン電流を測定する回路である。両回路73,74の動作について、微粒子センサ100との接続を含めて、以下説明する。 The corona current measurement circuit 73 is a circuit for detecting a current value of a discharge current (corona current) that flows due to corona discharge generated in the ion generator 110, and the ion current measurement circuit 74 is captured by the ion trap 130. This is a circuit that measures the ion current by supplying a current (I c ) corresponding to the positive ion PI flowing out from the primary side to the secondary side circuit. The operation of both the circuits 73 and 74 will be described below including the connection with the particle sensor 100.

A4)コロナ電流測定回路およびイオン電流測定回路の構成:
微粒子センサ100のケーシングCSからの信号線23は、電気回路部70の内部で、イオン電流測定回路74の入力ライン95と接続されており、この信号ラインは、電圧変換部に相当するシャント抵抗器R1を介して、二次側グランドSGLに接続されている。このシャント抵抗器R1の両端は、配線91,92により、コロナ電流測定回路73の二次側に接続されている。シャント抵抗器R1には、ケーシングCSから信号線23を介した電流(Idc+Itrp)と、イオン電流測定回路74からのイオン電流(Ic )とが、二次側グランドSGLに向けて流れ込むので、シャント抵抗器R1には、合計電流(Iall =Idc+Itrp+Ic )が流れる。ここで、電流Idcは、コロナ放電により、第1の電極112から隔壁142を介してケーシングCSに流れる電流であり、電流Itrp は、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である。また、電流Ic は、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、排ガスEGと共にケーシングCSの外部へと持ち去られた陽イオンPIの電荷に相当する電流Iesc に相当する。煤Sと共に陽イオンPIが外部に持ち去られると、この電流Iesc に相当する電流が、イオン電流測定回路74から供給される。これは、持ち去られた陽イオンPIに相当する電荷は、どこかでグランドに落ち、車両50のシャーシに、つまり一次側の電源部46に還ってくるからである。換言すれば、煤Sと共に持ち去られた陽イオンPIに相当する電流Iesc に等しい電流Ic が、一次側の電源電圧Vp からイオン電流測定回路74を介して、二次側グランドSGLに供給されることで、第1の整流回路81から第1の配線21を介して第1の電極112に供給された放電用の入力電流Iinと、微粒子センサ100から回収される合計電流Iall とが等しくなり、電気回路部70における電流の収支はバランスする。そこで、この電流Ic を、以下、イオン電流Ic と呼ぶ。
A4) Configuration of corona current measurement circuit and ion current measurement circuit:
The signal line 23 from the casing CS of the particle sensor 100 is connected to the input line 95 of the ion current measuring circuit 74 inside the electric circuit unit 70, and this signal line is a shunt resistor corresponding to the voltage conversion unit. It is connected to the secondary side ground SGL via R1. Both ends of the shunt resistor R1 are connected to the secondary side of the corona current measuring circuit 73 by wirings 91 and 92. A current (I dc + I trp ) from the casing CS via the signal line 23 and an ionic current (I c ) from the ionic current measuring circuit 74 flow into the shunt resistor R1 toward the secondary side ground SGL. Therefore, the total current (I all = I dc + I trp + I c ) flows through the shunt resistor R1. Here, the current I dc is a current flowing from the first electrode 112 to the casing CS through the partition wall 142 by corona discharge, and the current I trp corresponds to the charge of the cation PI trapped in the casing CS. Current. The current I c is the current I esc corresponding to the charge of the cation PI that is used for charging the soot S among the cations PI generated by the corona discharge and is taken out of the casing CS together with the exhaust gas EG. Equivalent to. When the positive ion PI is taken away together with the soot S, a current corresponding to the current I esc is supplied from the ion current measuring circuit 74. This is because the charge corresponding to the cation PI carried away falls to the ground somewhere and returns to the chassis of the vehicle 50, that is, to the power supply unit 46 on the primary side. In other words, a current I c equal to the current I esc corresponding to the positive ion PI taken away together with the kite S is supplied from the primary side power supply voltage Vp to the secondary side ground SGL via the ion current measuring circuit 74. As a result, the discharge input current I in supplied from the first rectifier circuit 81 to the first electrode 112 via the first wiring 21 and the total current I all recovered from the particle sensor 100 are obtained. The current balance in the electric circuit unit 70 is balanced. Therefore, this current I c is hereinafter referred to as ion current I c .

測定電流に相当する上述した合計電流Iall は、シャント抵抗器R1を流れる。従って、シャント抵抗器R1の両端には、この合計電流Iall にシャント抵抗器R1の抵抗値を乗算した電圧が発生する。コロナ電流測定回路73は、シャント抵抗器R1の両端の電圧を増幅する図示しない増幅器と、その増幅器の出力電圧を光絶縁して外部に出力する図示しないフォトカプラとから構成されている。増幅器とフォトカプラの入力側は、駆動電圧Vccにより動作している。他方、フォトカプラの出力側は、配線93により制御部60に接続されている。フォトカプラの出力側は、一次側の電源電圧Vpにより動作している。従って、コロナ電流測定回路73の二次側は、一次側と完全に絶縁されている。なお、上記の説明では、コロナ電流測定回路73は、シャント抵抗器R1の両端電圧をそのままアナログ信号として増幅し、光絶縁して、制御部60に出力しているものとしたが、増幅器の出力をデジタル信号に変換してから、フォトカプラにより絶縁し、デジタル信号として制御部60側に出力するものとしてもよい。こうしたデジタル信号への変換は、例えばコロナ電流測定回路73内に三角波を発生する発振器を内蔵し、増幅器の出力をこの三角波の電圧信号と比較することで、増幅器の出力を、その出力電圧に応じたデューティのデジタル信号に変換するといった構成により実現することができる。あるいは、増幅器の出力をA/D変換器でパラレルまたはシリアルなデジタル信号に変換した後、各信号をフォトカプラで絶縁しても良い。 The above-described total current I all corresponding to the measurement current flows through the shunt resistor R1. Therefore, a voltage generated by multiplying the total current I all by the resistance value of the shunt resistor R1 is generated at both ends of the shunt resistor R1. The corona current measurement circuit 73 includes an amplifier (not shown) that amplifies the voltage across the shunt resistor R1, and a photocoupler (not shown) that optically insulates the output voltage of the amplifier and outputs the output voltage to the outside. The input side of the amplifier and the photocoupler is operated by the drive voltage Vcc. On the other hand, the output side of the photocoupler is connected to the control unit 60 by a wiring 93. The output side of the photocoupler is operated by the power supply voltage Vp on the primary side. Therefore, the secondary side of the corona current measurement circuit 73 is completely insulated from the primary side. In the above description, the corona current measuring circuit 73 amplifies the voltage across the shunt resistor R1 as an analog signal, optically insulates it, and outputs it to the control unit 60. May be converted into a digital signal, insulated by a photocoupler, and output to the control unit 60 side as a digital signal. Such conversion into a digital signal includes, for example, a built-in oscillator that generates a triangular wave in the corona current measuring circuit 73, and compares the output of the amplifier with the voltage signal of the triangular wave, so that the output of the amplifier can be determined according to the output voltage. It can be realized by a configuration of converting into a digital signal with a high duty. Alternatively, after the output of the amplifier is converted into a parallel or serial digital signal by an A / D converter, each signal may be insulated by a photocoupler.

コロナ電流測定回路73の出力は、配線93により制御部60にその入力ポートP1を介して入力されている。即ち、制御部60は、コロナ放電に用いられる合計電流Iall を検出することができる。上述したように、電気回路部70から微粒子センサ100の第1の電極112に供給された入力電流Iinは、全てコロナ放電に用いられ、合計電流Iall とバランスする。従って、微粒子センサ100における微粒子量の検出を行なう際には、制御部60は、この合計電流Iall が一定になるように、ドライバ71の放電電圧制御回路75とトランス駆動回路76を介して、絶縁トランス72の一次巻線に印加される交流電圧の実効値をフィードバック制御する。この結果、第1の配線21を介して第1の電極112に供給される入力電流Iinは、一定に保たれる。 The output of the corona current measurement circuit 73 is input to the control unit 60 through the input port P1 by the wiring 93. That is, the control unit 60 can detect the total current I all used for corona discharge. As described above, the input current I in from the electric circuit 70 is supplied to the first electrode 112 of the fine particle sensor 100 are all used in corona discharge, to balance the total current I all. Therefore, when detecting the amount of fine particles in the fine particle sensor 100, the control unit 60 passes the discharge voltage control circuit 75 of the driver 71 and the transformer drive circuit 76 so that the total current I all becomes constant. The effective value of the AC voltage applied to the primary winding of the insulating transformer 72 is feedback-controlled. As a result, the input current I in supplied to the first electrode 112 through the first wire 21 is kept constant.

この入力電流Iinは、制御部60が、絶縁トランス72の一次側に印加される電圧を制御することにより調整可能である。制御部60が、放電電圧制御回路75を介して絶縁トランス72の一次側に印加される電圧を制御することにより、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の発生量をコントロールすることができる。放電電圧制御回路75を用いた電圧制御は、微粒子量の検出時には、入力電流Iinが予め設定された目標電流値(例えば、5μA)となるように行なわれ、微粒子径を推定する場合には、少なくとも二つの異なる電圧が第1の電極112に印加されるように行なわれる。 The input current I in can be adjusted by the control unit 60 controlling the voltage applied to the primary side of the insulating transformer 72. The control unit 60 controls the voltage applied to the primary side of the insulation transformer 72 via the discharge voltage control circuit 75, thereby controlling the amount of positive ions PI generated by corona discharge in the ion generation unit 110. be able to. Discharge voltage voltage control using the control circuit 75, upon detection of the particulate amount, the target current value input current I in is set in advance (for example, 5 .mu.A) is performed such that, when estimating the particulate diameter , So that at least two different voltages are applied to the first electrode 112.

A5)イオン電流測定回路詳細:
次に、イオン電流測定回路74の構成と働きについて詳しく説明する。イオン電流測定回路74は、オペアンプとして構成されており、イオン電流Ic を所定の増幅度で増幅する。この出力は、配線94を介して、制御部60のアナログ入力ポートADC1に入力される。制御部60は、アナログ入力ポートADC1の信号を、内蔵するアナログ/デジタル変換器で変換して読み取ることで、イオン電流Ic の大きさを知り、排ガスEG中の微粒子の量を検出する。検出した微粒子の量は、車両制御部42に出力され、運転者への警告の出力や、内燃機関40の運転条件の切り替えなどに用いられる。なお、イオン電流測定回路74は、制御部60から制御信号を受け取っている。この制御信号は、制御部60の出力ポートQ3,Q4から、配線96,97を介してイオン電流測定回路74に入力されている。
A5) Ion current measurement circuit details:
Next, the configuration and operation of the ion current measuring circuit 74 will be described in detail. The ion current measurement circuit 74 is configured as an operational amplifier, and amplifies the ion current I c with a predetermined amplification degree. This output is input to the analog input port ADC1 of the control unit 60 via the wiring 94. The control unit 60 converts the signal of the analog input port ADC1 with a built-in analog / digital converter and reads it, thereby knowing the magnitude of the ion current I c and detecting the amount of fine particles in the exhaust gas EG. The detected amount of fine particles is output to the vehicle control unit 42 and used for outputting a warning to the driver, switching the operating conditions of the internal combustion engine 40, or the like. The ion current measurement circuit 74 receives a control signal from the control unit 60. This control signal is input from the output ports Q3 and Q4 of the control unit 60 to the ion current measuring circuit 74 via the wirings 96 and 97.

イオン電流測定回路74の回路構成を図4に示した。イオン電流測定回路74は、前段の変換回路(電圧電流変換回路)を構成するオペアンプ35と後段の差動増幅器を構成するオペアンプ36からなる増幅回路を備える。更に、イオン電流測定回路74は、チャージポンプの原理により負電圧Vnを生成する負電圧生成回路39や、オフセット電圧を作り出す2つのオペアンプ37,38、オフセット電圧を設定する抵抗器R3,R4,R13,R14、差動増幅器として機能するオペアンプ36のゲインを設定する抵抗器R6〜R9、その他の抵抗器R0,R5,R10〜R12,トランジスタTr11等を備える。以下の説明では、各抵抗器の抵抗値を、抵抗器の符号(例えばR3〜R12)を用いて表すものとする。   The circuit configuration of the ion current measuring circuit 74 is shown in FIG. The ion current measuring circuit 74 includes an amplifier circuit including an operational amplifier 35 that constitutes a previous stage conversion circuit (voltage-current conversion circuit) and an operational amplifier 36 that constitutes a subsequent stage differential amplifier. Further, the ion current measuring circuit 74 includes a negative voltage generating circuit 39 that generates a negative voltage Vn based on a charge pump principle, two operational amplifiers 37 and 38 that generate an offset voltage, and resistors R3, R4, and R13 that set an offset voltage. , R14, resistors R6 to R9 for setting the gain of the operational amplifier 36 functioning as a differential amplifier, other resistors R0, R5, R10 to R12, a transistor Tr11, and the like. In the following description, the resistance value of each resistor is expressed using the resistor symbols (for example, R3 to R12).

このイオン電流測定回路74は、大まかには、オペアンプ35と抵抗器R0,R5からなり変換回路として動作する部分、オペアンプ38と抵抗器R13,R14からなり、オフセット電圧付与回路として動作する部分、オペアンプ36,37と抵抗器R3,R4,R6〜R10からなり、増幅回路として動作する部分、および負電圧生成回路39からなる。このうち、増幅回路として動作する部分は、より詳細には、オペアンプ37と抵抗器R3,R4からなり、シフト電圧を出力する回路、およびオペアンプ36と抵抗器R6〜R9からなり、電圧増幅を行なう回路から構成されている。   This ion current measuring circuit 74 is roughly composed of an operational amplifier 35 and resistors R0 and R5 and operates as a conversion circuit, an operational amplifier 38 and resistors R13 and R14, and operates as an offset voltage applying circuit. 36 and 37, resistors R3, R4, R6 to R10, and a portion operating as an amplifier circuit and a negative voltage generating circuit 39. Of these, the portion that operates as an amplifier circuit is more specifically composed of an operational amplifier 37 and resistors R3 and R4, and is composed of a circuit that outputs a shift voltage, and an operational amplifier 36 and resistors R6 to R9, and performs voltage amplification. It consists of a circuit.

説明の都合上、先に負電圧生成回路39について説明する。負電圧生成回路39は、駆動電圧Vcc(+5V)から、−0.6V程度の負電圧を生成する回路である。負電圧生成回路39は、スイッチング用のトランジスタTr21、電荷を蓄積するためのコンデンサC21,C22、発生した正負の電圧を選択的にコンデンサC22に蓄積するためのダイオードD21,D22,D23、必要な抵抗器R21〜R24を備える。   For convenience of explanation, the negative voltage generation circuit 39 will be described first. The negative voltage generation circuit 39 is a circuit that generates a negative voltage of about −0.6 V from the drive voltage Vcc (+5 V). The negative voltage generation circuit 39 includes a switching transistor Tr21, capacitors C21 and C22 for accumulating charges, diodes D21, D22 and D23 for selectively accumulating the generated positive and negative voltages in the capacitor C22, and necessary resistances. The devices R21 to R24 are provided.

図4に示したように、トランジスタTr21のベース端子は、抵抗器R21および配線97を介して制御部60の出力ポートQ4に接続されている。またトランジスタTr21のコレクタ端子は、電流制限用の抵抗器R23を介して駆動電圧Vccに接続されている。トランジスタTr21のベース・エミクタ間には、抵抗器R22が介装されている。トランジスタTr21のコレクタには、コンデンサC21を介して、整流用のダイオードD21,D22が接続されている。従って、制御部60の出力ポートQ4がハイレベル(+5V)とロウレベル(0V)とに切り替えられると、トランジスタTr21は、オン・オフする。トランジスタTrがオフの時には、駆動電圧Vccから、抵抗器R23−コンデンサC21−ダイオードD21−一次側のグランドPGLという回路ができ、コンデンサC21のトランジスタTr21側をプラスとして、コンデンサC21には電荷が蓄積される。次にトランジスタTr21がオンになると、コンデンサC21は、プラス側がトランジスタTr21を介して一次側のグランドPGLに接続された状態となるから、コンデンサC21のダイオードD21,D22側は、マイナスの電位となる。このため、ダイオードD22およびこれに直列に接続された電圧安定化用の抵抗器R24を介して、コンデンサC22が充電される。コンデンサC22に対する充電は、ダイオードD22を介して行なわれるから、グランドPGLと接続された側とは反対側がマイナスの電位になる。   As shown in FIG. 4, the base terminal of the transistor Tr <b> 21 is connected to the output port Q <b> 4 of the control unit 60 via the resistor R <b> 21 and the wiring 97. The collector terminal of the transistor Tr21 is connected to the drive voltage Vcc via a current limiting resistor R23. A resistor R22 is interposed between the base and emitter of the transistor Tr21. Rectifier diodes D21 and D22 are connected to the collector of the transistor Tr21 via a capacitor C21. Accordingly, when the output port Q4 of the control unit 60 is switched between the high level (+ 5V) and the low level (0V), the transistor Tr21 is turned on / off. When the transistor Tr is off, a circuit of resistor R23-capacitor C21-diode D21-primary side ground PGL can be formed from the drive voltage Vcc, and charge is accumulated in the capacitor C21 with the transistor Tr21 side of the capacitor C21 being plus. The Next, when the transistor Tr21 is turned on, the positive side of the capacitor C21 is connected to the primary side ground PGL via the transistor Tr21, so that the diodes D21 and D22 side of the capacitor C21 have a negative potential. For this reason, the capacitor C22 is charged via the diode D22 and the voltage stabilizing resistor R24 connected in series with the diode D22. Since the capacitor C22 is charged through the diode D22, the side opposite to the side connected to the ground PGL has a negative potential.

以上の動作が、制御部60の出力ポートQ4がハイレベルとロウレベルに切り替えられる度に生じる。この結果、コンデンサC22の接地側とは反対側から、連続してマイナスの電圧を取り出すことができる。コンデンサC22には、ダイオードD23が並列に接続されているので、コンデンサC22から出力される電圧は、このダイオードD23の順方向電圧(約0.6V)によって制限される。つまり、コンデンサC22から出力される電圧は、−0.6Vに安定化される。この電圧を、負電圧Vnと呼び、図4では、「◇」に「−」として示した。   The above operation occurs every time the output port Q4 of the control unit 60 is switched between the high level and the low level. As a result, a negative voltage can be continuously extracted from the side opposite to the ground side of the capacitor C22. Since the diode D23 is connected in parallel to the capacitor C22, the voltage output from the capacitor C22 is limited by the forward voltage (about 0.6 V) of the diode D23. That is, the voltage output from the capacitor C22 is stabilized at -0.6V. This voltage is referred to as a negative voltage Vn, and is indicated by “−” in “」 ”in FIG.

イオン電流測定回路74のオペアンプ35,36は、正負の電源端子のうち、正電圧側が駆動電圧Vccに接続され、負電圧側が上記の負電圧Vnに接続されている。オペアンプ37,38については、負電圧側はグランド(0V)でも差し支えない。2つのオペアンプ37,38は、ボルテージフォロワの回路構成をとり、予め定めた電圧(本実施形態では2.5V)を出力するので、分圧抵抗器R3,R4およびR13,R14の分圧抵抗比を変更するだけで、所望の電圧が得られるからである。ボルテージフォロワの回路構成をとるオペアンプ37は、その入力端子に接続された電圧をそのまま出力する。入力側の電圧は、駆動電圧Vccを、2つの抵抗器R3,R4の抵抗値で分圧した値、即ちVcc×R4/(R3+R4)となる。オペアンプ37の出力電圧を、シフト電圧Vbsと呼ぶ。   Of the positive and negative power supply terminals, the operational amplifiers 35 and 36 of the ion current measuring circuit 74 have a positive voltage side connected to the drive voltage Vcc and a negative voltage side connected to the negative voltage Vn. As for the operational amplifiers 37 and 38, the negative voltage side may be ground (0 V). Since the two operational amplifiers 37 and 38 have a voltage follower circuit configuration and output a predetermined voltage (2.5 V in this embodiment), the voltage dividing resistance ratio of the voltage dividing resistors R3 and R4 and R13 and R14 This is because a desired voltage can be obtained simply by changing the value. The operational amplifier 37 having a voltage follower circuit configuration outputs the voltage connected to its input terminal as it is. The voltage on the input side is a value obtained by dividing the drive voltage Vcc by the resistance values of the two resistors R3 and R4, that is, Vcc × R4 / (R3 + R4). The output voltage of the operational amplifier 37 is called a shift voltage Vbs.

オペアンプ38も、分圧抵抗器R13,R14を用いて、同様に、所定の電圧(2.5V)を出力するが、オペアンプ38の入力端子(+)には、分圧用の抵抗器R13,R14に加えてトランジスタTr11のコレクタ端子も接続されているので、オペアンプ38の出力電圧は、トランジスタTr11のオン・オフにより変化する。トランジスタTr11のベースには、制御部60の出力ポートQ3が、抵抗器R11および配線96を介して接続されている。またトランジスタTr11のベース・エミクタ間には、抵抗器R12が接続されている。従って、制御部60の出力ポートQ3がハイレベル(H)になると、トランジスタTr11はターンオンし、オペアンプ38の出力であるオフセット電圧Vosは0Vとなる。他方、制御部60の出力ポートQ3がロウレベル(L)になると、トランジスタTr11はターンオフし、オペアンプ38の出力であるオフセット電圧Vosは2.5Vとなる。   Similarly, the operational amplifier 38 outputs a predetermined voltage (2.5 V) using the voltage dividing resistors R13 and R14. The input terminal (+) of the operational amplifier 38 has voltage dividing resistors R13 and R14. In addition to this, since the collector terminal of the transistor Tr11 is also connected, the output voltage of the operational amplifier 38 changes depending on the on / off state of the transistor Tr11. The output port Q3 of the control unit 60 is connected to the base of the transistor Tr11 via the resistor R11 and the wiring 96. A resistor R12 is connected between the base and the emitter of the transistor Tr11. Therefore, when the output port Q3 of the control unit 60 becomes high level (H), the transistor Tr11 is turned on, and the offset voltage Vos that is the output of the operational amplifier 38 becomes 0V. On the other hand, when the output port Q3 of the control unit 60 becomes low level (L), the transistor Tr11 is turned off, and the offset voltage Vos that is the output of the operational amplifier 38 becomes 2.5V.

オフセット電圧Vosを出力するオペアンプ38の出力端子は、変換回路(電圧電流変換回路)を構成するオペアンプ35の入力端子(+)に対しては直接、また増幅回路を構成するオペアンプ36の入力端子(−)に対しては抵抗器R7を介して、それぞれ接続されている。オペアンプ35は、入力端子(−)に抵抗器R0および信号線23を介して微粒子センサ100のケーシングCSに接続されている。また、この入力端子(−)は、抵抗器R5を介して、オペアンプ35の出力端子と接続されている。ケーシングCSに流れ込むイオン電流Ic は、この抵抗器R5を流れるから、オペアンプ35は、
Va=R*I
の関係に従って、イオン電流Ic を電圧Vaに変換する。但し、オペアンプ35の入力端子(+)には、オフセット電圧Vosが付与されているので、オペアンプ35の出力電圧は、オフセット電圧Vos+電圧Vaとなる。
The output terminal of the operational amplifier 38 that outputs the offset voltage Vos is directly to the input terminal (+) of the operational amplifier 35 that constitutes the conversion circuit (voltage-current conversion circuit), or the input terminal of the operational amplifier 36 that constitutes the amplification circuit ( -) Are connected through a resistor R7. The operational amplifier 35 is connected to the casing CS of the particle sensor 100 via the resistor R0 and the signal line 23 at the input terminal (−). The input terminal (−) is connected to the output terminal of the operational amplifier 35 via the resistor R5. Since the ionic current I c flowing into the casing CS flows through the resistor R5, the operational amplifier 35 is
Va = R * I c
According to the relationship, the ion current I c is converted into the voltage Va. However, since the offset voltage Vos is applied to the input terminal (+) of the operational amplifier 35, the output voltage of the operational amplifier 35 is the offset voltage Vos + voltage Va.

オペアンプ35を用いて構成された変換回路(電圧電流回路)の後段には、オペアンプ36を用いた増幅器が接続されている。オペアンプ36は、オペアンプ35の出力(オフセット電圧Vos+電圧Va)とオフセット電圧Vossとの差分を増幅して出力する。プラス入力端子(+)には、前段のオペアンプ35の出力が抵抗器R8,R10を介して、およびオペアンプ37の出力であるシフト電圧Vbsが抵抗器R9を介して、それぞれ接続されている。オペアンプ36のマイナス入力端子(−)には、上述したように、抵抗器R7を介して、オフセット電圧Vosが入力されている。オペアンプ36の増幅度Gbは、2つの入力端子(+、−)に接続された抵抗器R6〜R9の比、即ちR9/R8=R6/R7により決定される。実際の回路では、R9=R6,R8=R7とされている。   An amplifier using the operational amplifier 36 is connected to the subsequent stage of the conversion circuit (voltage / current circuit) configured using the operational amplifier 35. The operational amplifier 36 amplifies and outputs the difference between the output of the operational amplifier 35 (offset voltage Vos + voltage Va) and the offset voltage Voss. The positive input terminal (+) is connected to the output of the previous operational amplifier 35 via resistors R8 and R10, and to the shift voltage Vbs which is the output of the operational amplifier 37 via a resistor R9. As described above, the offset voltage Vos is input to the negative input terminal (−) of the operational amplifier 36 through the resistor R7. The amplification degree Gb of the operational amplifier 36 is determined by the ratio of the resistors R6 to R9 connected to the two input terminals (+, −), that is, R9 / R8 = R6 / R7. In an actual circuit, R9 = R6 and R8 = R7.

増幅回路を構成している前段のオペアンプ35の出力は、オフセット電圧Vos+出力電圧Vaとなっているが、オペアンプ36のマイナス入力端子(−)に抵抗器R7を介してオフセット電圧Vosが接続されているため、イオン電流検出回路74全体としては、オフセット電圧Vosの影響は相殺され、オペアンプ36の出力には、オフセット電圧Vosは現れない。但し、オペアンプ36の入力端子(+)にはシフト電圧Vbsが入力されているので、オペアンプ36の出力は、このシフト電圧Vbsだけシフトされる。この結果、オペアンプ36の出力は、このシフト電圧Vbs(本実施形態では2.5V)を中心電圧とし、イオン電流Ic に対応した電圧Gb・Vaとなる。 The output of the operational amplifier 35 in the previous stage constituting the amplifier circuit is the offset voltage Vos + the output voltage Va, but the offset voltage Vos is connected to the negative input terminal (−) of the operational amplifier 36 via the resistor R7. Therefore, the influence of the offset voltage Vos is canceled in the ion current detection circuit 74 as a whole, and the offset voltage Vos does not appear in the output of the operational amplifier 36. However, since the shift voltage Vbs is input to the input terminal (+) of the operational amplifier 36, the output of the operational amplifier 36 is shifted by this shift voltage Vbs. As a result, the output of the operational amplifier 36 is a voltage Gb · Va corresponding to the ion current I c with the shift voltage Vbs (2.5 V in this embodiment) as the center voltage.

このオペアンプ36の出力は、制御部60のアナログ入力ポートADC1に入力される。制御部60によって読み取られるオペアンプ36の出力を検出信号Vion と呼ぶ。制御部60は、アナログ入力ポートADC1に入力されるこの検出信号Vion を、内蔵するアナログ/デジタル変換器で変換して読み取る。読み取られた検出信号Vion は、コロナ放電が行なわれ、微粒子センサ100を含む全回路構成に異常がなければ、イオン電流Iを反映した値として扱うことができる。従って、この検出信号Vion を読み取ることで、制御部60は、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。検出した微粒子の量は、車両制御部42に出力され、運転者への警告の出力や、内燃機関40の運転条件の切り替えなどに用いられる。 The output of the operational amplifier 36 is input to the analog input port ADC1 of the control unit 60. The output of the operational amplifier 36 read by the control unit 60 is called a detection signal Vion. The control unit 60 reads the detection signal Vion input to the analog input port ADC1 by converting it with a built-in analog / digital converter. Detection signal Vion read, the corona discharge is performed, if there is no abnormality in all circuitry including a fine particle sensor 100 can be handled as a value reflecting the ion current I c. Therefore, by reading this detection signal Vion, the control unit 60 can detect the amount of fine particles in the exhaust gas. The detected amount of fine particles is output to the vehicle control unit 42 and used for outputting a warning to the driver, switching the operating conditions of the internal combustion engine 40, or the like.

上述したように、イオン電流測定回路74が出力する検出信号Vionは、微粒子量に対応したイオン電流Ic を反映した値となるが、そのためには、コロナ放電が正常に行なわれ、かつコロナ放電に基づいて生じるイオン電流Ic の検出回路が正常に動作していることが前提となる。かかる前提を検証し得るように、イオン電流測定回路74には、以下の構成が組み込まれている。 As described above, the detection signal Vion output by the ionic current measuring circuit 74, becomes a value reflecting the ion current I c corresponding to the quantity of particulate, For this purpose, the corona discharge is performed normally, and corona discharge It is assumed that the detection circuit for the ion current I c generated based on the above is operating normally. The following configuration is incorporated in the ion current measurement circuit 74 so that such a premise can be verified.

(A)イオン電流測定回路74では、制御部60の出力ポートQ3がオン(ハイレベル)・オフ(ロウレベル)とされることで、オフセット電圧Vosを切り替えることができる。イオン電流Ic を測定する場合には、オペアンプ38の出力であるオフセット電圧Vosは0Vとされ、微粒子センサ100が正常か否かの判定を行なう場合には、オフセット電圧Vosは必要に応じて2.5Vとされる。正常か否かの判定については後で詳しく説明する。 (A) In the ion current measurement circuit 74, the offset voltage Vos can be switched by turning the output port Q3 of the control unit 60 on (high level) and off (low level). When measuring the ion current I c , the offset voltage Vos that is the output of the operational amplifier 38 is set to 0 V. When determining whether or not the particle sensor 100 is normal, the offset voltage Vos is 2 as necessary. .5V. The determination of whether or not normal will be described in detail later.

(B)負電圧生成回路39により、負電圧Vn(−0.6V)を生成し、オペアンプ35〜36の一方の動作電圧として用いている。このため、オペアンプ35の出力は、マイナスの値を取り得る。このオペアンプ35の出力を受ける後段のオペアンプ36には、オペアンプ37の出力であるシフト電圧Vbs(+2.5V)が入力されているので、イオン電流測定回路74の出力は、結局、このシフト電圧Vbsを中心に、シフト電圧Vbs以下の値にもなり得る。具体的に言えば、イオン電流Ic が流れる場合には、イオン電流Ic に対応する電圧(Va)だけシフト電圧Vbsより高くなり、イオン電流Ic が流れておらず、絶縁劣化などに起因して、逆向きの電流が流れれば、シフト電圧Vbsより低くなる。 (B) The negative voltage generation circuit 39 generates a negative voltage Vn (−0.6 V), which is used as one operating voltage of the operational amplifiers 35 to 36. For this reason, the output of the operational amplifier 35 can take a negative value. Since the shift voltage Vbs (+2.5 V) that is the output of the operational amplifier 37 is input to the subsequent operational amplifier 36 that receives the output of the operational amplifier 35, the output of the ion current measuring circuit 74 is eventually the shift voltage Vbs. The value can be a value equal to or lower than the shift voltage Vbs. Specifically, when the ionic current flows I c is higher than the shifted voltage Vbs voltage (Va) corresponding to the ion current I c, no flow ion current I c, due to an insulation deterioration If a reverse current flows, the voltage becomes lower than the shift voltage Vbs.

イオン電流測定回路74による測定が正常に行なわれない要因としては、微粒子センサ100のケーシングCS、つまり二次側のグランドSGLとシャーシグランドPGLと間の短絡や絶縁劣化等を生じた場合、あるいは電気回路部70の回路基板や絶縁トランス72の絶縁が劣化して絶縁抵抗が有意に低下した場合などが考えられる。そこで、この知見に基づいて、本実施形態では、以下に示す微粒子検出処理を実行するものとした。   The reason why the measurement by the ion current measuring circuit 74 is not normally performed is that the casing CS of the fine particle sensor 100, that is, the short-circuit between the secondary ground GGL and the chassis ground PGL, the insulation deterioration, or the like occurs. A case may be considered where the insulation of the circuit board of the circuit unit 70 or the insulation transformer 72 is deteriorated and the insulation resistance is significantly reduced. Therefore, based on this knowledge, in the present embodiment, the following particle detection process is executed.

A6)微粒子検出処理:
図5は、制御部60が実行する微粒子検出処理ルーチンを示すフローチャートである。制御部60は、この処理ルーチンを、電源投入直後に処理を開始し、初期化の処理(ステップS100)およびコロナ放電開始処理(ステップS110)を行なった後は、所定のインターバルで、ステップS200〜S130の処理を繰り返し実行する。
A6) Fine particle detection processing:
FIG. 5 is a flowchart showing a particulate detection processing routine executed by the control unit 60. The control unit 60 starts the processing routine immediately after turning on the power, performs the initialization processing (step S100), and the corona discharge start processing (step S110), and then performs steps S200 to S200 at predetermined intervals. The process of S130 is repeatedly executed.

制御部60が実行する初期化の処理(ステップS100)とは、電気回路部70の各部に異常がないかを確認する処理や、微粒子検出処理に用いる各種パラメータを初期化する処理などである。制御部60は、電気回路部70に異常がなく、パラメータの初期化が完了すると、制御部60は、コロナ放電を開始させる(ステップS110)。具体的には、制御部60は、放電電圧制御回路75やトランス駆動回路76を駆動して、絶縁トランス72の一次側を所定周波数でドライブし、二次側に高電圧を出力させる。この結果、二次側に設けられた第1の整流回路81から高電圧が微粒子センサ100の第1の電極112に印加され、コロナ放電が開始される。もとより、同時に第2の整流回路82を介してトラップ電圧が微粒子センサ100の第2の電極132に印加される。更に、第3の整流回路12も動作し、その出力電圧の供給をうけて、コロナ電流測定回路73やイオン電流測定回路74も動作を開始する。   The initialization process (step S100) executed by the control unit 60 includes a process for confirming whether each part of the electric circuit unit 70 is abnormal, a process for initializing various parameters used for the particle detection process, and the like. When there is no abnormality in the electric circuit unit 70 and the initialization of the parameters is completed, the control unit 60 starts corona discharge (step S110). Specifically, the control unit 60 drives the discharge voltage control circuit 75 and the transformer drive circuit 76 to drive the primary side of the insulating transformer 72 at a predetermined frequency and output a high voltage to the secondary side. As a result, a high voltage is applied to the first electrode 112 of the particle sensor 100 from the first rectifier circuit 81 provided on the secondary side, and corona discharge is started. Of course, the trap voltage is simultaneously applied to the second electrode 132 of the particle sensor 100 via the second rectifier circuit 82. Further, the third rectifier circuit 12 also operates, and the corona current measurement circuit 73 and the ion current measurement circuit 74 also start to operate after receiving the output voltage.

コロナ放電が開始されると、制御部60は、放電関与パラメータを入力する処理を行なう(ステップS200)。放電関与パラメータとは、コロナ放電電圧を推定するために必要なパラメータである。本実施形態では、放電関与パラメータとして、放電電圧制御回路75内のエネルギ検出回路からの検出結果と、コロナ電流測定回路73の出力するコロナ電流値Iall とを入力するものとした。既に説明したように、コロナ電圧である第1の整流回路81の出力電圧を測定する検出器などを設ければ、その出力を読み取ることで、コロナ放電電圧を検出する
ことができる。
When the corona discharge is started, the control unit 60 performs a process of inputting a discharge participation parameter (step S200). The discharge participation parameter is a parameter necessary for estimating the corona discharge voltage. In the present embodiment, the detection result from the energy detection circuit in the discharge voltage control circuit 75 and the corona current value I all output from the corona current measurement circuit 73 are input as the discharge participation parameters. As already described, if a detector or the like for measuring the output voltage of the first rectifier circuit 81, which is a corona voltage, is provided, the corona discharge voltage can be detected by reading the output.

続いて、変動量演算処理を行なう(ステップS120)。変動量とは、ステップS120で読み取ったパラメータから求められたコロナ放電電圧Vecの変動量であり、コロナ放電電圧Vecがその基準値からどれだけずれたかを示す変動量ΔVecである。コロナ放電電圧Vecは、コロナ電流測定回路73により全電流Iallを検出し、基準電圧を目標電圧とするフィードバック制御を実施している。しかしながら、第1の電極112に高電圧を印加してコロナ放電を起こしているため、コロナ放電電圧Vecは、短時間の間には、目標電圧から変動する。実測によれば、瞬間的な値(ピーク電圧)であれば、フィードバック制御の目標値から最大で1000ボルト近く変動することがあった。イオン電流Icに影響を与える要素として、微粒子センサ100の第1の電極112のインピーダンスなども含めて種々考えられるが、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、イオン電流の検出値に対してノイズとなることが分った。この点を図6を用いて説明する。図6は、微粒子センサ100の放電部のインピーダンスをパラメータとして、コロナ電圧の基準値からの変動量ΔVecと、イオン電流の検出値に重畳されるノイズ電圧ΔVnとの関係を示すグラフである。イオン電流Icは、制御部60の入力ポートADC1によって読み取られるときは、電圧値に変換されているため、図6では、イオン電流の測定値に対するノイズをノイズ電圧ΔVnとして示した。 Subsequently, a fluctuation amount calculation process is performed (step S120). The fluctuation amount is a fluctuation amount of the corona discharge voltage Vec obtained from the parameter read in step S120, and is a fluctuation amount ΔVec indicating how much the corona discharge voltage Vec is deviated from the reference value. For the corona discharge voltage Vec, the corona current measurement circuit 73 detects the total current I all and performs feedback control using the reference voltage as the target voltage. However, since a high voltage is applied to the first electrode 112 to cause corona discharge, the corona discharge voltage Vec fluctuates from the target voltage in a short time. According to actual measurement, if it is an instantaneous value (peak voltage), it may fluctuate up to 1000 volts at the maximum from the target value of feedback control. Various factors including the impedance of the first electrode 112 of the fine particle sensor 100 can be considered as factors affecting the ion current Ic, but the variation ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is the detected value of the ion current. On the other hand, it turned out to be noise. This point will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the fluctuation amount ΔVec from the corona voltage reference value and the noise voltage ΔVn superimposed on the detected value of the ionic current, using the impedance of the discharge part of the fine particle sensor 100 as a parameter. Since the ion current Ic is converted into a voltage value when read by the input port ADC1 of the control unit 60, noise with respect to the measured value of the ion current is shown as a noise voltage ΔVn in FIG.

図6から分るように、微粒子センサ100の放電部、つまり第1の整流回路81からの電圧が印加される第1の電極112のインピーダンスが、2GΩ〜5GΩの範囲で変化しても、コロナ電圧の基準電圧からの変動量ΔVecとノイズ電圧ΔVnとの相関は変化しない。このため、第1の電極112に煤が付着したりして、そのインピーダンスが変化しても、両者の関係は一定とみなすことができる。そこで、制御部60は、ステップS200で読み取った放電関与パラメータから求めたコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecを演算する。   As can be seen from FIG. 6, even if the impedance of the discharge part of the fine particle sensor 100, that is, the first electrode 112 to which the voltage from the first rectifier circuit 81 is applied, changes in the range of 2 GΩ to 5 GΩ. The correlation between the fluctuation amount ΔVec of the voltage from the reference voltage and the noise voltage ΔVn does not change. For this reason, even if wrinkles adhere to the first electrode 112 and its impedance changes, the relationship between the two can be considered constant. Therefore, the control unit 60 calculates the fluctuation amount ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec obtained from the discharge participation parameter read in step S200.

変動量の演算(ステップS120)を行なった後、イオン電流測定処理を実行する(ステップS300)。この処理の内容は、後で詳しく説明するが、このイオン電流測定処理では、上述したコロナ電圧の変動量による影響を緩和した上で、イオン電流Icを測定している。そこで、コロナ放電電圧の変動量による影響を緩和したイオン電流Icに基づいて、微粒子量の演算を行なう(ステップS130)。既に説明したように、イオン電流Icは、微粒子と共に微粒子センサ100の外部に排出されるイオンの量に対応しているので、イオン電流Icが正確に求められれば、このイオン電流Icに基づく演算により、微粒子量を精度良く求めることができる。上記の処理の後、特に異常検出などがなされていなければ、制御部60、上述したステップS200に戻って、ステップS200以下の処理を繰り返す。   After calculating the fluctuation amount (step S120), an ion current measurement process is executed (step S300). The contents of this process will be described in detail later. In this ion current measurement process, the ion current Ic is measured after mitigating the influence of the above-described corona voltage variation. Therefore, the amount of fine particles is calculated based on the ion current Ic in which the influence due to the fluctuation amount of the corona discharge voltage is mitigated (step S130). As already described, since the ion current Ic corresponds to the amount of ions discharged to the outside of the particle sensor 100 together with the fine particles, if the ion current Ic is accurately obtained, the calculation based on the ion current Ic is performed. The amount of fine particles can be determined with high accuracy. After the above process, if no abnormality is detected, the control unit 60 returns to the above-described step S200, and the processes after step S200 are repeated.

次に、第1実施形態におけるイオン電流測定処理について、図7に基づいて説明する。図7は、第1実施形態におけるイオン電流測定処理を示すフローチャートである。この処理は、制御部60が実行するので、制御部60は、以下に説明する第1実施形態のみならず、他の実施形態でも、外乱の影響を除去する外乱除去部として機能する。図7に示した処理を開始すると、制御部60は、車両制御部42から受け取った信号に基づき、車両の内燃機関40が過渡状態にあるか否かの判断を行なう(ステップS310)。車両制御部42は、内燃機関40の運転を制御しているので、車両の加速や減速のために内燃機関40の出力を増減している場合など、内燃機関40が過渡状態にあるとして、過渡状態にあることを示す信号を制御部60に対して出力する。制御部60は、この信号を通信インタフェース66を介して受け取ることで、内燃機関40が過渡状態にあるか否かを判断することができる。   Next, the ion current measurement process in 1st Embodiment is demonstrated based on FIG. FIG. 7 is a flowchart showing ion current measurement processing in the first embodiment. Since this process is executed by the control unit 60, the control unit 60 functions not only in the first embodiment described below but also in other embodiments as a disturbance removal unit that removes the influence of disturbance. When the processing shown in FIG. 7 is started, the control unit 60 determines whether or not the internal combustion engine 40 of the vehicle is in a transient state based on the signal received from the vehicle control unit 42 (step S310). Since the vehicle control unit 42 controls the operation of the internal combustion engine 40, it is assumed that the internal combustion engine 40 is in a transient state, such as when the output of the internal combustion engine 40 is increased or decreased for acceleration or deceleration of the vehicle. A signal indicating the state is output to the control unit 60. The control unit 60 can determine whether the internal combustion engine 40 is in a transient state by receiving this signal via the communication interface 66.

内燃機関40が過渡状態にあると判断すれば、何も行なわず、処理を終了する。従って、この場合、イオン電流Icの測定は行なわれない。なお、車両制御部42から内燃機関40が過渡状態にあるか否かの信号を受け取らず、あるいは受け取った上で更に、ステップS120で求めた変動量、ここではコロナ電圧の基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V1より大きいか否かの判断を行ない、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、所定の閾値V1より大きければ、内燃機関40が過渡状態にあるという判断と同じ判断を行なっても良い。内燃機関40の出力が大きく変動する場合などには、排気中に煤などが多く含まれることになって、微粒子センサ100の第1の電極112のインピーダンスが変化し、結果的に、コロナ放電電圧が変動するからである。   If it is determined that the internal combustion engine 40 is in a transient state, nothing is performed and the process is terminated. Therefore, in this case, the measurement of the ion current Ic is not performed. It should be noted that the fluctuation amount obtained in step S120, here the fluctuation amount from the reference voltage of the corona voltage, is not received or received from the vehicle control unit 42 as to whether or not the internal combustion engine 40 is in a transient state. It is determined whether or not ΔVec is greater than a predetermined threshold value V1, and if the amount of variation ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is greater than a predetermined threshold value V1, it is determined that the internal combustion engine 40 is in a transient state. The same judgment may be made. When the output of the internal combustion engine 40 fluctuates greatly, the exhaust gas contains a large amount of soot and the like, and the impedance of the first electrode 112 of the particulate sensor 100 changes, resulting in a corona discharge voltage. Because it fluctuates.

ステップS310で、内燃機関40が過渡状態にないと判断すれば、入力ポートADC1を介してイオン電流測定回路74からの出力を読み込み、これに基づいて、イオン電流Icを測定する。即ち、本実施形態では、車両50の内燃機関40が過渡状態にあるか否かを判断し、過渡状態にないと判断した場合に、ノイズ電圧ΔVnが小さく、測定への影響は小さいと判断して、イオン電流の測定を行ない、過渡状態にあると判断した場合は、イオン電流の測定自体を行なわない。従って、測定されたイオン電流Icの値には、大きなノイズ成分が重畳される過渡状態のときの値か含まれず、イオン電流を精度良く検出したことになる。このため、イオン電流に基づいて、精度良く、微粒子を検出できる。   If it is determined in step S310 that the internal combustion engine 40 is not in a transient state, the output from the ion current measurement circuit 74 is read via the input port ADC1, and based on this, the ion current Ic is measured. That is, in this embodiment, it is determined whether or not the internal combustion engine 40 of the vehicle 50 is in a transient state, and when it is determined that the vehicle 50 is not in a transient state, it is determined that the noise voltage ΔVn is small and the influence on the measurement is small. If the ion current is measured and it is determined that the current is in a transient state, the ion current measurement itself is not performed. Therefore, the measured value of the ion current Ic does not include the value in the transient state in which a large noise component is superimposed, and the ion current is detected with high accuracy. For this reason, fine particles can be detected with high accuracy based on the ion current.

B.第2実施形態:
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態の微粒子検出装置10は、ハードウェア構成および図5に示した微粒子検出処理の概要は、第1実施形態と同一である。第2実施形態の微粒子検出装置10は、イオン電流測定処理(ステップS300)のみが第1実施形態と相違している。そこで、以下の説明では、第1実施形態と同じ処理には同じステップ番号を付与し、その詳細な説明を省略することがある。これは、第3実施形態以下でも同様である。
B. Second embodiment:
Next, a second embodiment will be described. In the particle detection apparatus 10 of the second embodiment, the hardware configuration and the outline of the particle detection processing shown in FIG. 5 are the same as those of the first embodiment. The particle detector 10 of the second embodiment is different from the first embodiment only in the ion current measurement process (step S300). Therefore, in the following description, the same step number is assigned to the same process as in the first embodiment, and the detailed description thereof may be omitted. The same applies to the third and subsequent embodiments.

第2実施形態におけるイオン電流測定処理を図8に示した。第2実施形態では、イオン電流測定処理を開始すると、第1実施形態と同様、まず内燃機関40が過渡状態にあるか否かの判断を行なう(ステップS310)。内燃機関40が過渡状態にあると判断すると、次にステップS120で求めた変動量、ここではコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V2より大きいか否かの判断を行なう(ステップS312)。ステップS120で求めたコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、所定の閾値V2より大きければ、次に、変動量ΔVecから、イオン電流Icを測定する回路全体のオフセット量を演算する処理を行なう(ステップS320)。ここで、測定する回路とは、電気回路部70の一次側である放電電圧制御回路75およびトランス駆動回路76から、二次側である第1の整流回路81、更には、イオン電流測定回路74までを含んだ全体である。図6に示した変動量ΔVecとノイズ電圧ΔVnとの関係を正すために、コロナ放電電圧Vecをオフセットしようとすれば、放電電圧制御回路75,トランス駆動回路76によって絶縁トランス72の一次側に付与されるエネルギを変化させる必要があるからである。   The ion current measurement process in 2nd Embodiment was shown in FIG. In the second embodiment, when the ion current measurement process is started, it is first determined whether or not the internal combustion engine 40 is in a transient state as in the first embodiment (step S310). If it is determined that the internal combustion engine 40 is in a transient state, it is next determined whether or not the variation obtained in step S120, here, the variation ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is greater than a predetermined threshold value V2. This is performed (step S312). If the fluctuation amount ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec obtained in step S120 is larger than the predetermined threshold value V2, next, a process of calculating the offset amount of the entire circuit that measures the ion current Ic from the fluctuation amount ΔVec. Is performed (step S320). Here, the circuit to be measured is from the discharge voltage control circuit 75 and the transformer driving circuit 76 that are the primary side of the electric circuit unit 70 to the first rectifier circuit 81 that is the secondary side, and further to the ion current measuring circuit 74. It is the whole including up to. In order to correct the relationship between the fluctuation amount ΔVec and the noise voltage ΔVn shown in FIG. 6, if the corona discharge voltage Vec is to be offset, the discharge voltage control circuit 75 and the transformer drive circuit 76 apply it to the primary side of the insulating transformer 72. This is because it is necessary to change the energy to be changed.

オフセット量を求めた後、このオフセット量をコロナ放電を行なう回路全体に付与する処理を行なう(ステップS330)。具体的には、放電電圧制御回路75,トランス駆動回路76を制御して、コロナ放電電圧Vecの変動を打ち消すように、オフセットさせる。その後、イオン電流Icを測定する処理を行なう(ステップS350)。他方、ステップS312の判断において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが、所定の閾値V2より大きくなければ、ステップS320,S330のオフセット量に関する処理は何も行なわず、直ちにイオン電流Icを測定する処理を行なう(ステップS312:「YES」、ステップS350)。   After obtaining the offset amount, a process of applying the offset amount to the entire circuit that performs corona discharge is performed (step S330). More specifically, the discharge voltage control circuit 75 and the transformer drive circuit 76 are controlled to perform offset so as to cancel the fluctuation of the corona discharge voltage Vec. Thereafter, a process for measuring the ion current Ic is performed (step S350). On the other hand, if the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is not larger than the predetermined threshold value V2 in the determination in step S312, no processing relating to the offset amount in steps S320 and S330 is performed and the ion current Ic is immediately performed. Is performed (step S312: “YES”, step S350).

また、既にステップS310の判断において、内燃機関40が過渡状態にないと判断した場合も、処理は、直接ステップS350に移行し、イオン電流Icを測定する処理を行なう。従って、内燃機関40が過渡状態にないとき、またはコロナ放電電圧の基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V2より大きくない場合には、オフセット量の演算や付与を行なうことなく、直ちにイオン電流Icの測定が行なわれることになる。   Further, if it is already determined in step S310 that the internal combustion engine 40 is not in a transient state, the process directly proceeds to step S350, and the process of measuring the ionic current Ic is performed. Accordingly, when the internal combustion engine 40 is not in a transient state or when the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage from the reference voltage is not larger than the threshold value V2, the ion current Ic is immediately calculated without calculating or giving the offset amount. Measurement will be performed.

以上説明した第2実施形態によれば、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V2より大きければ、この変動量を打ち消すようなオフセット量を求めて、コロナ放電を行なうための回路、ここでは、放電電圧制御回路75,トランス駆動回路76を制御し、変動量ΔVecを小さくしてからイオン電流Ic測定している。従って、もともと変動量ΔVecが小さく、変動量のオフセットを行なわない場合を含めて、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが大きい状態でのイオン電流Icの測定を行なうことがない。このため、イオン電流Icを精度良く測定することかでき、結果的に微粒子の検出も精度良く行なうことができる。   According to the second embodiment described above, if the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the threshold value V2, the circuit for performing the corona discharge by obtaining the offset amount that cancels this fluctuation amount. Here, the discharge voltage control circuit 75 and the transformer drive circuit 76 are controlled, and the ion current Ic is measured after reducing the fluctuation amount ΔVec. Accordingly, the ion current Ic is not measured in a state where the fluctuation amount ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is large including the case where the fluctuation amount ΔVec is originally small and the fluctuation amount is not offset. For this reason, the ion current Ic can be measured with high accuracy, and as a result, the detection of fine particles can be performed with high accuracy.

第2実施形態では、内燃機関40が過渡状態にあり、かつコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V2より大きい場合にのみコロナ放電電圧をオフセットする処理を行なったが、ステップS312の処理を行なわず、内燃機関40が過渡状態にあれば常にオフセットの処理を行なうようにしてもよい。あるいは、閾値V2より大きな閾値V1を設定し、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが閾値V1より大きければ、オフセットの処理もイオン電流Icを測定する処理も行なわずに、図8に示したイオン電流測定処理を終了するようにしてもよい。こうすれば、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecがあまりに大きい場合(ΔVec>V1)には、イオン電流Icの測定を行なわないので、無理なオフセット処理を実施する必要がない。   In the second embodiment, the process of offsetting the corona discharge voltage is performed only when the internal combustion engine 40 is in a transient state and the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the threshold value V2. If the internal combustion engine 40 is in a transient state, the offset process may always be performed. Alternatively, if the threshold value V1 larger than the threshold value V2 is set and the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the threshold value V1, the offset process and the process for measuring the ion current Ic are not performed, and FIG. The illustrated ion current measurement process may be terminated. In this way, when the variation ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is too large (ΔVec> V1), the ion current Ic is not measured, so that it is not necessary to perform an excessive offset process.

C.第3実施形態:
次に第3実施形態について説明する。第3実施形態の微粒子検出装置10は、そのハードウェア構成および図5に示した微粒子検出処理ルーチンの全体の処理は第1,第2実施形態と同様である。第3実施形態では、図9に示したように、イオン電流測定処理が第1,第2実施形態と相違する。図9に示したイオン電流測定処理を開始すると、制御部60は、まずイオン電流Icを測定する(ステップS350)。その上で、内燃機関40が過渡状態にあるか否かの判断を行なう(ステップS310)。内燃機関40が過渡状態にあると判断すると、ステップS120で求めた変動量、ここではコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きいか否かの判断を行なう(ステップS313)。
C. Third embodiment:
Next, a third embodiment will be described. The particle detection apparatus 10 of the third embodiment has the same hardware configuration and the entire processing of the particle detection processing routine shown in FIG. 5 as in the first and second embodiments. In the third embodiment, as shown in FIG. 9, the ionic current measurement process is different from the first and second embodiments. When the ion current measurement process shown in FIG. 9 is started, the control unit 60 first measures the ion current Ic (step S350). Then, it is determined whether or not the internal combustion engine 40 is in a transient state (step S310). If it is determined that the internal combustion engine 40 is in a transient state, it is determined whether or not the variation obtained in step S120, here the variation ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is greater than a predetermined threshold V3 ( Step S313).

ステップS310において、内燃機関40が過渡状態にないと判断され場合、またはステップS313において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きくないと判断された場合には、何も行なわず、イオン電流測定処理を終了する。この結果、ステップS350で測定されたイオン電流Icがそのまま微粒子量の検出(図5、ステップS130)に用いられることになる。   If it is determined in step S310 that the internal combustion engine 40 is not in a transient state, or if it is determined in step S313 that the variation ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is not greater than a predetermined threshold value V3. No action is taken and the ion current measurement process is terminated. As a result, the ion current Ic measured in step S350 is used as it is for the detection of the amount of fine particles (FIG. 5, step S130).

他方、内燃機関40が過渡状態にあり、かつステップS313において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きいと判断された場合には、次に、この変動量ΔVecから補正係数kを演算する処理を行なう(ステップS360)。この補正係数kは、図6に示した関係から想定されるノイズ電圧ΔVnの影響を、ステップS350で測定したイオン電流Icから取り除くための係数である。図6に示した関係に基づいて、予め、変動量ΔVecから補正係数kを求める関係式やルックアップテーブルを求めておくことは容易である。   On the other hand, if the internal combustion engine 40 is in a transient state and it is determined in step S313 that the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than a predetermined threshold value V3, then this fluctuation amount. Processing for calculating the correction coefficient k from ΔVec is performed (step S360). The correction coefficient k is a coefficient for removing the influence of the noise voltage ΔVn assumed from the relationship shown in FIG. 6 from the ion current Ic measured in step S350. Based on the relationship shown in FIG. 6, it is easy to obtain a relational expression or a lookup table for obtaining the correction coefficient k from the variation ΔVec in advance.

続いて、先に測定したイオン電流Icにこの補正係数kを乗算して、イオン電流Icを補正する(ステップS370)。従って、ステップS370が実行されれば、イオン電流Icはノイズ電圧ΔVnの影響を取り除いた、あるいは影響を低減した値として扱うことができる。   Subsequently, the ion current Ic is corrected by multiplying the previously measured ion current Ic by the correction coefficient k (step S370). Therefore, if step S370 is executed, the ion current Ic can be handled as a value with the influence of the noise voltage ΔVn removed or reduced.

以上説明した第3実施形態によれば、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V3より大きい場合には、この変動量ΔVecの影響を緩和して、イオン電流Icを求めることができ、その後の微粒子量の検出を精度良く行なうことができる。変動量Vecの影響を緩和するとは、影響を取り除いたり、あるいは影響を低減することを言う。   According to the third embodiment described above, when the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the predetermined threshold value V3, the influence of the fluctuation amount ΔVec is alleviated and the ion current Ic is set. The amount of fine particles can be detected with high accuracy. Alleviating the influence of the fluctuation amount Vec means removing the influence or reducing the influence.

D.第4実施形態:
次に第4実施形態について説明する。第4実施形態の微粒子検出装置10は、そのハードウェア構成および図5に示した微粒子検出処理ルーチンの全体の処理は第1から第3実施形態と同様である。第4実施形態では、図10に示したように、イオン電流測定処理が第1〜第3実施形態と相違する。図10に示したイオン電流測定処理を開始すると、制御部60は、第3実施形態と同様に、まずイオン電流Icを測定する処理を行なう(ステップS350)。その上で、内燃機関40が過渡状態であるか否かの判断を行ない(ステップS310)、内燃機関40が過渡状態にあると判断すると、ステップS120で求めた変動量、ここではコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きいか否かの判断を行なう(ステップS314)。
D. Fourth embodiment:
Next, a fourth embodiment will be described. The particle detection device 10 of the fourth embodiment has the same hardware configuration and the entire processing of the particle detection processing routine shown in FIG. 5 as in the first to third embodiments. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, the ion current measurement process is different from those in the first to third embodiments. When the ion current measurement process shown in FIG. 10 is started, the control unit 60 first performs a process of measuring the ion current Ic, similarly to the third embodiment (step S350). Then, it is determined whether or not the internal combustion engine 40 is in a transient state (step S310). If it is determined that the internal combustion engine 40 is in a transient state, the amount of variation obtained in step S120, here, the corona discharge voltage Vec is determined. It is determined whether or not the fluctuation amount ΔVec from the reference voltage is greater than a predetermined threshold value V4 (step S314).

ステップS310において、内燃機関40が過渡状態にないと判断され場合、またはステップS314において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きくないと判断された場合には、何も行なわず、イオン電流測定処理を終了する。この結果、ステップS350で測定されたイオン電流Icがそのまま微粒子量の検出(図5、ステップS130)に用いられることになる。   If it is determined in step S310 that the internal combustion engine 40 is not in a transient state, or if it is determined in step S314 that the variation ΔVec from the reference voltage of the corona discharge voltage Vec is not greater than a predetermined threshold value V4. No action is taken and the ion current measurement process is terminated. As a result, the ion current Ic measured in step S350 is used as it is for the detection of the amount of fine particles (FIG. 5, step S130).

他方、ステップS314において、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きいと判断された場合には、既に測定したイオン電流Icに対してフィルタ処理を行なう(ステップS380)。ここでは、イオン電流Icに対するフィルタ処理を、関数F(Ic)とした表わした。コロナ放電電圧Vceは、既に説明したように、基準電圧と一致するようフィードバック制御されている。このため、基準電圧から短時間、プラス側またはマイナス側に外れるとしても、一定期間の平均をとれば基準電圧近傍に制御されるとみなしてよい。このため、イオン電流Icの測定結果を積分する処理(ロウパスフィルタによるフィルタ処理)を施せば、ノイズ電圧ΔVnの影響を緩和することができる。なお、フィルタ処理は、積分処理でも良いし、あるいは前回以前の測定値に重み付けを施して平均値や中間値をとるような、いわゆるなまし処理であっても差し支えない。平均は、相加平均のみならず、相乗平均や移動平均であっても差し支えない。   On the other hand, if it is determined in step S314 that the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the predetermined threshold value V4, the already measured ion current Ic is filtered (step S380). ). Here, the filter processing for the ion current Ic is expressed as a function F (Ic). As described above, the corona discharge voltage Vce is feedback controlled so as to coincide with the reference voltage. For this reason, even if it deviates from the reference voltage to the plus side or minus side for a short time, it may be considered that the control is performed in the vicinity of the reference voltage if an average over a certain period is taken. For this reason, if the process of integrating the measurement result of the ion current Ic (filter process using a low-pass filter) is performed, the influence of the noise voltage ΔVn can be reduced. The filtering process may be an integration process, or may be a so-called smoothing process in which a measurement value before the previous time is weighted to obtain an average value or an intermediate value. The average may be not only an arithmetic average but also a geometric average or a moving average.

以上説明した第4実施形態によれば、内燃機関40が過渡状態にあり、かつコロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecが予め定めた閾値V4より大きい場合には、この変動量ΔVecの影響をフィルタ処理により緩和できる。   According to the fourth embodiment described above, when the internal combustion engine 40 is in a transient state and the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is larger than the predetermined threshold value V4, the fluctuation amount ΔVec The influence can be mitigated by filtering.

上述した第3,第4実施例において、閾値V3やV4よりも大きな閾値V1を設定し、ステップS313またはS314の判断より前に、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecがこの閾値V1より大きいか否かを判断し、大きい場合には、図9または図10に示したイオン電流測定処理を実行しないようにしてもよい。こうすれば、第2実施形態で説明したように、コロナ放電電圧Vecの基準電圧からの変動量ΔVecがあまりに大きい場合(ΔVec>V1)には、イオン電流Icの測定を行なわないので、誤差を含んだイオン電流Icを、微粒子の検出処理に用いる可能性を低減できる。   In the third and fourth embodiments described above, a threshold value V1 larger than the threshold values V3 and V4 is set, and before the determination in step S313 or S314, the variation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is the threshold value V1. If it is larger, the ion current measurement process shown in FIG. 9 or 10 may not be executed. In this way, as described in the second embodiment, when the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage Vec from the reference voltage is too large (ΔVec> V1), the measurement of the ion current Ic is not performed. The possibility of using the included ion current Ic for the detection processing of the fine particles can be reduced.

E.その他の実施形態:
上記の実施形態では、微粒子の検出を行なう処理(図5、ステップS130)までしか説明しなかったが、検出した微粒子の量が予め定めた値以上の場合には、制御部60は、そのことを車両制御部42に出力し、報知部55により運転者に対して報知してもよい。こうすれば、運転者は、内燃機関40から煤などが予め定めた量以上に排出されていることを理解でき、車両50をより適切に運転することができる。例えば急発進や急加速などを避け、排ガス中に含まれる煤の量などを増やさないようにすることができる。
E. Other embodiments:
In the above embodiment, only the processing for detecting fine particles (FIG. 5, step S130) has been described. However, when the amount of detected fine particles is equal to or larger than a predetermined value, the control unit 60 May be output to the vehicle control unit 42 and notified to the driver by the notification unit 55. In this way, the driver can understand that soot and the like are discharged from the internal combustion engine 40 in a predetermined amount or more, and can drive the vehicle 50 more appropriately. For example, it is possible to avoid sudden start, rapid acceleration, etc., and not to increase the amount of soot contained in the exhaust gas.

上記実施形態では、内燃機関40運転状態が過渡状態にあると(換言すれば、イオン電流の計測値にノイズが乗っていると)判断するのに、車両制御部42からの過渡状態である旨の信号を用いたが、「過渡状態」を示す信号は、他の信号で代替してもよい。例えば、アクセルペダルやブレーキペダル踏込量の信号など、車両50、延いては内燃機関40の挙動に大きな影響を与えるパラメータを受け取り、これを微分して、その値が所定値以上の場合に「過渡状態」と同等であると判断してもよい。また、内燃機関40の運転状態が過渡状態にあるか否かを判断するにあたっては、前述したように、必ずしも車両制御部42等から内燃機関40が過渡状態にあるか否かの信号を受け取る必要はない。前述したように、コロナ放電電圧の変動量を計測して、変動量が所定値(例えば上述した閾値V1)を越えた場合に、内燃機関40の運転状態が過渡状態にあると判断してもよい。その他にも、例えば絶縁トランス72の一次側電圧や一次側のエネルギなどのパラメータの変動量、変化率、絶対値等といったコロナ放電に影響を耐える各種パラメータの1つまたは組み合わせに基づいて、内燃機関40が過渡状態にあるか否かを判断するようにしてもよい。このとき、車両制御部42等から内燃機関40が過渡状態にあるか否かの信号を受け取ることなく判断しても良いし、車両制御部42等からの信号を受け取って、両者を組み合わせて判断しても良い。   In the above-described embodiment, in order to determine that the operating state of the internal combustion engine 40 is in a transient state (in other words, noise is on the measured value of the ionic current), it is a transient state from the vehicle control unit 42. However, the signal indicating the “transient state” may be replaced by another signal. For example, a parameter that greatly affects the behavior of the vehicle 50, and thus the internal combustion engine 40, such as an accelerator pedal or brake pedal depression amount signal is received and differentiated. It may be determined that it is equivalent to “state”. Further, in determining whether or not the operating state of the internal combustion engine 40 is in a transient state, as described above, it is necessary to receive a signal from the vehicle control unit 42 or the like as to whether or not the internal combustion engine 40 is in a transient state. There is no. As described above, even when the fluctuation amount of the corona discharge voltage is measured and the fluctuation amount exceeds a predetermined value (for example, the threshold value V1 described above), it is determined that the operating state of the internal combustion engine 40 is in a transient state. Good. In addition, an internal combustion engine based on one or a combination of various parameters that can withstand corona discharge, such as the amount of change, rate of change, absolute value, etc. of parameters such as the primary side voltage and primary side energy of the insulation transformer 72. It may be determined whether or not 40 is in a transient state. At this time, the determination may be made without receiving a signal indicating whether the internal combustion engine 40 is in a transient state from the vehicle control unit 42 or the like, or the signal from the vehicle control unit 42 or the like may be received and combined to be determined. You may do it.

また、上記実施形態では、コロナ放電電圧の変動量ΔVecを用いて、補正係数kなどを求めたが、コロナ放電に影響を与える他のパラメータ、例えば絶縁トランス72の一次側電圧や一次側のエネルギ、二次側電圧や二次側の出力エネルギ、バッテリ44や電源部46の出力電圧、などを直接測定した値、あるいはこれらの値に影響を与える他のパラメータなどを用いて、補正係数や補正の要否の判断などを行なうことも差し支えない。パラメータとしては、これらの値自体でもよいし、その変化量や変化率などであってもよい。   In the above embodiment, the correction coefficient k and the like are obtained by using the fluctuation amount ΔVec of the corona discharge voltage. However, other parameters that affect the corona discharge, such as the primary side voltage and the primary side energy of the insulating transformer 72. Using correction values and corrections using directly measured values such as secondary side voltage, secondary side output energy, output voltage of battery 44 and power supply unit 46, or other parameters that affect these values It is also possible to determine whether or not it is necessary. These parameters may be these values themselves, or the amount of change or rate of change thereof.

また、上記実施形態では、微粒子センサ100には、空気供給孔155を設け、空気供給部80からの空気を供給したが、微粒子センサ100は、こうした外部からの空気の強制的な流れを用いないものとしてもよい。例えば特開2016−61767号公報に記載された粒子検知システムの構成を採用し、この回路部(符号200)に本願のイオン電流測定回路74および制御部60を含む電気回路部70の構成を適用することも可能である。また、微粒子センサ100としては、第2の電極132がない構成とすることも可能である。第2の電極132は、微粒子に付着しなかった陽イオンを、微粒子センサ100の外部に排出せず回収するために設けられているが、コロナ放電を行なう第1の電極112での放電により生成される陽イオンの量や、排ガスEGの流路などを工夫することにより、微粒子に付着しない陽イオンの排出を抑制することができる。   In the above embodiment, the particle sensor 100 is provided with the air supply hole 155 and supplied with air from the air supply unit 80. However, the particle sensor 100 does not use such forced flow of air from the outside. It may be a thing. For example, the configuration of the particle detection system described in JP-A-2006-61767 is adopted, and the configuration of the electric circuit unit 70 including the ion current measuring circuit 74 and the control unit 60 of the present application is applied to this circuit unit (reference numeral 200). It is also possible to do. Further, the particle sensor 100 may be configured without the second electrode 132. The second electrode 132 is provided to collect cations that have not adhered to the fine particles without discharging them to the outside of the fine particle sensor 100, but is generated by the discharge at the first electrode 112 that performs corona discharge. By devising the amount of cation produced, the flow path of the exhaust gas EG, etc., it is possible to suppress the discharge of the cation that does not adhere to the fine particles.

上記実施形態では、高電圧を微粒子センサ100の第1の電極112に付与するか否かおよび変換回路としてのオペアンプ35にオフセット電圧Vosを付与するか否かは、制御部60が自ら決定している。これに対して、これらの付与の切替を自律的に行なう回路を設け、その状態を制御部60が検出しこれに合せて、検出信号Vion による微粒子量の検出とセンサ異常などの判定とを行なう構成としても差し支えない。 In the above embodiment, the control unit 60 determines whether or not to apply a high voltage to the first electrode 112 of the particle sensor 100 and whether to apply the offset voltage Vos to the operational amplifier 35 as a conversion circuit. Yes. On the other hand, a circuit for autonomously switching these assignments is provided, and the control unit 60 detects the state and detects the amount of fine particles by the detection signal V ion and determines sensor abnormality or the like accordingly. There is no problem even if the configuration is performed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした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内において、種々の態様で実施できることは勿論である。実施形態の中でハードウェアにより実施している部分は、ソフトウェアによって置き換えことも可能である。例えば制御部60、コロナ電流測定回路73が検出する合計電流Iall を一定にするように放電電圧制御回路75を制御しているが、合計電流Iall を一定にするようなフィードバック回路をハードウェアにより実現することは容易である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in a various aspect. A part implemented by hardware in the embodiment can be replaced by software. For example, the discharge voltage control circuit 75 is controlled so that the total current I all detected by the control unit 60 and the corona current measurement circuit 73 is constant, but a feedback circuit that makes the total current I all constant is implemented by hardware. It is easy to realize.

10…微粒子検出装置
12…第3の整流回路
20…ケーブル
21…第1の配線
22…第2の配線
23…信号線
24…空気供給管
25…セラミックパイプ
30…センサ駆動部
31…ガス流路
35〜38…オペアンプ
39…負電圧生成回路
40…内燃機関
41…フィルタ装置
42…車両制御部
43…燃料供給部
44…バッテリ
46…電源部
50…車両
55…報知部
60…制御部
61…燃料配管
62…排ガス配管
66…通信インタフェース
70…電気回路部
71…ドライバ
72…絶縁トランス
73…コロナ電流測定回路
74…イオン電流測定回路
75…放電電圧制御回路
76…トランス駆動回路
80…空気供給部
81…第1の整流回路
82…第2の整流回路
83,84…ショート保護用抵抗
91〜94,96…配線
95…入力ライン
100…微粒子センサ
100e…先端部
100r…後端部
110…イオン発生部
111…イオン発生室
112…第1の電極
120…排ガス帯電部
121…帯電室
124…ノズル
130…イオン捕捉部
131…捕捉室
132…第2の電極
134…ガス流路
135…排出孔
142…隔壁
145…流入孔
155…空気供給孔
ADC1…アナログ入力ポート
C21,C22…コンデンサ
CS…ケーシング
D21〜D24…ダイオード
EC…等価回路
PGL…一次側グランド
PT1…センタタップ
PT2,PT3…タップ
Q1,Q3,Q4…出力ポート
R0…抵抗器
R1…シャント抵抗器
R3〜R9,R11〜R13,R21〜R24…抵抗器
Rc,Rp,Rt…絶縁抵抗
S…煤
SGL…二次側グランド
Tr…トランジスタ
Tr11…トランジスタ
Tr21…トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fine particle detector 12 ... 3rd rectifier circuit 20 ... Cable 21 ... 1st wiring 22 ... 2nd wiring 23 ... Signal line 24 ... Air supply pipe 25 ... Ceramic pipe 30 ... Sensor drive part 31 ... Gas flow path 35-38 ... Operational amplifier 39 ... Negative voltage generation circuit 40 ... Internal combustion engine 41 ... Filter device 42 ... Vehicle control unit 43 ... Fuel supply unit 44 ... Battery 46 ... Power supply unit 50 ... Vehicle 55 ... Notification unit 60 ... Control unit 61 ... Fuel Pipe 62 ... Exhaust gas pipe 66 ... Communication interface 70 ... Electric circuit part 71 ... Driver 72 ... Insulation transformer 73 ... Corona current measurement circuit 74 ... Ion current measurement circuit 75 ... Discharge voltage control circuit 76 ... Transformer drive circuit 80 ... Air supply part 81 ... first rectifier circuit 82 ... second rectifier circuit 83,84 ... short protection resistors 91-94,96 ... wiring 95 ... Force line 100 ... Particulate sensor 100e ... Tip 100r ... Rear end 110 ... Ion generator 111 ... Ion generator chamber 112 ... First electrode 120 ... Exhaust gas charger 121 ... Charge chamber 124 ... Nozzle 130 ... Ion trap 131 ... Capture chamber 132 ... second electrode 134 ... gas flow path 135 ... discharge hole 142 ... partition wall 145 ... inflow hole 155 ... air supply hole ADC1 ... analog input port C21, C22 ... capacitor CS ... casing D21-D24 ... diode EC ... equivalent Circuit PGL ... Primary side ground PT1 ... Center tap PT2, PT3 ... Tap Q1, Q3, Q4 ... Output port R0 ... Resistor R1 ... Shunt resistor R3-R9, R11-R13, R21-R24 ... Resistor Rc, Rp, Rt ... Insulation resistance S ... 煤 SGL ... Secondary side ground Tr ... Trans Star Tr11 ... transistor Tr21 ... transistor

Claims (5)

燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、
前記排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力するイオン電流信号出力部と、
前記イオン電流対応信号から、前記熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響の少なくとも一部を取り除く外乱除去部と、
前記外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量の検出を行なう検出部と
を備えた微粒子検出装置。
A particulate detector for detecting particulates in the exhaust of a heat engine with combustion,
A corona discharge part for generating a corona discharge by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which the exhaust flows; and
An ion current signal output unit that charges fine particles in the exhaust with the ions generated by the corona discharge and outputs an ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that varies depending on the amount of charged fine particles;
A disturbance removing unit that removes at least a part of the influence of the disturbance caused by the operation state of the heat engine being in a transient state from the ion current corresponding signal;
And a detection unit that detects the amount of particulates in the exhaust gas based on an ion current corresponding signal from which at least part of the influence of the disturbance has been removed.
請求項1記載の微粒子検出装置であって、
前記熱機関の過渡状態を示す過渡信号を受け取る受信部を更に備え、
前記外乱除去部は、前記受信部が受け取った前記過渡信号に従って、
[1]前記イオン電流対応信号を、一時的にマスクする処理、
[2]前記イオン電流対応信号を、積分または平均化する処理、
[3]前記イオン電流対応信号を、前記過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう算出された補正係数を用いて補正する処理、
[4]前記イオン電流対応信号を、前記過渡状態による外乱の影響を取り除くまたは緩和するよう定められたオフセット値を用いてオフセットする処理、
のいずれか1つを行なう
微粒子検出装置。
The fine particle detection device according to claim 1,
A receiver for receiving a transient signal indicating a transient state of the heat engine;
The disturbance removing unit is in accordance with the transient signal received by the receiving unit.
[1] A process of temporarily masking the ion current corresponding signal;
[2] Processing for integrating or averaging the ion current corresponding signal;
[3] A process of correcting the ion current corresponding signal using a correction coefficient calculated so as to remove or mitigate the influence of disturbance due to the transient state;
[4] A process for offsetting the ion current corresponding signal using an offset value determined to remove or mitigate the influence of disturbance due to the transient state,
A particle detector that performs any one of the following.
内燃機関を備えた車両であって、
請求項2に記載の微粒子検出装置を、前記熱機関である前記内燃機関の排気通路に設け、
前記微粒子検出装置の前記受信部は、前記内燃機関の運転を制御する運転制御部から、前記過渡信号を受信する
車両。
A vehicle equipped with an internal combustion engine,
The fine particle detection device according to claim 2 is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine which is the heat engine,
The receiving unit of the particulate detector receives the transient signal from an operation control unit that controls the operation of the internal combustion engine.
請求項3記載の車両であって、
運転者が認識可能な報知を行なう報知部と、
前記微粒子検出装置により検出された微粒子量が、予め定めた閾値以上であると判定したとき、前記報知部を用いた報知を行なう制御部と
を備えた車両。
The vehicle according to claim 3,
A notification unit for performing notification recognizable by the driver;
A vehicle comprising: a control unit that performs notification using the notification unit when it is determined that the amount of the particle detected by the particle detection device is equal to or greater than a predetermined threshold.
燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する方法であって、
前記排気が流通する測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせ、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を出力し、
前記イオン電流対応信号から、前記熱機関の運転状態が過渡状態にあることにより生じる外乱の影響を取り除き、
前記外乱の影響の少なくとも一部が取り除かれたイオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量の検出を行なう
方法。
A method for detecting particulates in the exhaust of a heat engine with combustion,
A corona discharge is generated by applying a discharge voltage to a corona discharge electrode provided in a measurement chamber through which the exhaust flows.
With the ions generated by the corona discharge, the fine particles in the exhaust are charged, and an ion current corresponding signal corresponding to the magnitude of the ion current that changes depending on the amount of the charged fine particles is output.
From the ion current corresponding signal, the influence of disturbance caused by the operating state of the heat engine being in a transient state is removed,
A method for detecting the amount of particulate matter in the exhaust gas based on an ion current corresponding signal from which at least a part of the influence of the disturbance has been removed.
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