JP2021067601A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタに捕集された微粒子の量の計測精度を向上させる。【解決手段】計測装置は、排気ガスに含まれる微粒子の質量を計測する。計測装置は、第１，２微粒子センサと取得部と算出部とを備える。取得部は、第１，２微粒子センサの検出結果を示す第１，２センサ出力を取得する。第１，２微粒子センサはそれぞれ、フィルタの上流側および下流側において排気管に取り付けられる。算出部は、第１，２センサ出力が示す値の差に関連した出力差関連量を算出する。第１，２微粒子センサは、イオン発生部と帯電室と捕捉部とを備える。計測装置は、微粒子量に相関する測定信号を生成する測定信号生成回路と、測定信号に基づいて排気ガス中の微粒子量を決定する微粒子量決定部とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、排気ガスに含まれる特定成分を計測する計測装置に関する。

特許文献１には、排気ガスに含まれる微粒子を捕集するフィルタよりも下流側で排気管に設置された微粒子センサの検出結果に基づいて、フィルタが故障したか否かを判断する技術が記載されている。

特開２０１６−７００７７号公報 特開２０１０−２４９１２８号公報

フィルタよりも下流側に設置された微粒子センサによる検出結果のみでは、フィルタに捕集された微粒子の量の検出精度が低いという問題があった。
本開示は、フィルタに捕集された微粒子の量の計測精度を向上させることを目的とする。

本開示の一態様は、燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子の質量を計測する計測装置であって、第１微粒子センサと、第２微粒子センサと、取得部と、算出部とを備える。

取得部は、第１微粒子センサの検出結果を示す第１センサ出力を取得し、第２微粒子センサの検出結果を示す第２センサ出力を取得するように構成される。第１微粒子センサは、燃焼機関の排気管に取り付けられて排気ガスに含まれる微粒子を捕集するフィルタの上流側において排気管に取り付けられて微粒子の質量を検出する。第２微粒子センサは、フィルタの下流側において排気管に取り付けられて微粒子の質量を検出する。

算出部は、第１センサ出力が示す値と、第２センサ出力が示す値との差に関連した出力差関連量を算出するように構成される。
第１微粒子センサおよび第２微粒子センサは、イオン発生部と、燃焼機関の排気ガス中の少なくとも一部の微粒子をイオンを用いて帯電させるための帯電室と、捕捉部と、を備える。イオン発生部は、コロナ放電によってイオンを発生させる。捕捉部は、微粒子の帯電に使用されなかったイオンの少なくとも一部を捕捉する。

また、本開示の計測装置は、測定信号生成回路と、微粒子量決定部と、を備える。測定信号生成回路は、イオン発生部から発生されたイオンの量と、捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、排気ガス中の微粒子量に相関する測定信号を生成する。微粒子量決定部は、測定信号に基づいて排気ガス中の微粒子量を決定する。

このように構成された本開示の計測装置は、フィルタの上流側における微粒子の質量と、フィルタの下流側における微粒子の質量との差に関連した出力差関連量を算出することができるため、フィルタに捕集された微粒子の量（以下、フィルタの微粒子捕集量）の計測精度を向上させることができる。

また、本開示の計測装置は、出力差関連量の連続的な変動を計測することができる。従来の微粒子センサ（すなわち、抵抗変化式の微粒子センサ）では、微粒子がある程度センサに堆積すると出力し、再生するという工程を繰り返しており、工程間のタイムラグが発生する。これに対し、第１微粒子センサおよび第２微粒子センサ（すなわち、ディフュージョンチャージャー方式の微粒子センサ）では、常に（すなわち、連続的に）微粒子量を測定しているため、微小な微粒子を検出することができる。また第１微粒子センサおよび第２微粒子センサは、運転条件（例えば、アイドリング時、加速時等）に応じた微粒子量の変化をリアルタイムでモニタすることができる。また、本開示の計測装置は、フィルタに堆積した微粒子の堆積量をリアルタイムでモニタすることができる。

また、本開示の一態様では、第１微粒子センサおよび第２微粒子センサは、排気管に直接挿入されることによって排気ガスに含まれる微粒子の質量を検出する直挿型センサであるようにしてもよい。これにより、本開示の計測装置は、大型の分析計を用いることなく、フィルタの微粒子捕集量を計測することができ、フィルタの微粒子捕集量を計測するシステムを小型化することができる。

また、本開示の一態様では、ガス流通時間に基づいて、第１微粒子センサが検出している排気ガスと、第２微粒子センサが検出している排気ガスとが一致するように、第２センサ出力を補正するように構成された補正部を備えるようにしてもよい。ガス流通時間は、第１微粒子センサが設置されている箇所の排気ガスが第２微粒子センサが設置されている箇所に到達するまでにかかると予測される時間である。これにより、本開示の計測装置は、フィルタの微粒子捕集量の計測精度を向上させることができる。

また、本開示の一態様では、ガス流通時間は固定値であるようにしてもよい。これにより、本開示の計測装置は、フィルタの微粒子捕集量の計測を簡略化することができる。
また、本開示の一態様では、第１微粒子センサが設置されている箇所と第２微粒子センサが設置されている箇所との間における排気管に沿った距離と、排気ガスの流速とに基づいて、ガス流通時間を算出するように構成された補正算出部を備えるようにしてもよい。これにより、本開示の計測装置は、第１微粒子センサおよび第２微粒子センサの設置箇所に応じて第２センサ出力を適切に補正することができ、フィルタの微粒子捕集量の計測精度を向上させることができる。

計測装置を構成要素とするシステムの概略構成を示す図である。 計測装置の斜視図である。 計測モジュールおよびセンサの斜視図である。 計測モジュールおよびセンサの構成を示す図である。 微粒子センサの先端部の概略構成を模式的に示す図である。 電気回路部の概略構成を例示した説明図である。 メインユニットの斜視図である。 メインユニットおよび計測モジュールの構成を示すブロック図である。 微粒子量計測処理を示すフローチャートである。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の計測装置１０１は、図１に示すように、微粒子センサ１０２，１０３を制御する。

計測装置１０１は、ディーゼルエンジン１０４を制御する電子制御装置１０５との間で通信線１０６を介して、データを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置１０５をエンジンＥＣＵ１０５という。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。

ディーゼルエンジン１０４の排気管１０７には、排気ガスを取り込んで排気ガス中の粒子状物質を除去するＤＰＦ１０８が設置されている。ＤＰＦは、Diesel Particulate Filterの略である。

微粒子センサ１０２および微粒子センサ１０３はそれぞれ、排気管１０７におけるＤＰＦ１０８の上流側および下流側に設置され、ディーゼルエンジン１０４から排出された排気ガスの単位体積当たりに含まれる粒子状物質（以下、微粒子）の質量を検出する。

計測装置１０１は、図２に示すように、１台のメインユニット３と、６台の計測モジュール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆとを備える。以下、計測モジュール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを代表した１台の計測モジュールを計測モジュール５という。

なお、図２では、６台の計測モジュール５が装着される例を示している。しかし、メインユニット３は、後述するように、最小単位の計測モジュール５（以下、最小計測モジュール）を８台装着できるように構成されている。

メインユニット３は、筐体７と、取手９とを備える。
筐体７は、直方体（本実施形態では、例えば高さ３０ｃｍ×幅４０ｃｍ×奥行３０ｃｍ）の箱形状に形成されており、その内部に、メインユニット３の構成要素と計測モジュール５とを収容する。

筐体７の直方体を構成する６面のうちの正面に、矩形状の開口部１１が形成されている。この開口部１１から計測モジュール５を挿入することにより、計測モジュール５が筐体７の内部に収納される。

なお、開口部１１のうち、各最小計測モジュールが収容される各部分がスロット１２である。本実施形態では、８台分の最小計測モジュールを収容可能なように８台分のスロット１２が設けられている。つまり、８箇所のスロット１２が一体となって開口部１１が形成されている。

取手９は、筐体７の直方体を構成する６面のうちの上面に取り付けられている。メインユニット３の使用者は、取手９を把持することにより、メインユニット３を持ち運ぶことができる。

複数の計測モジュール５のうち、例えば計測モジュール５ａは、微粒子センサ１０２を用いて、排気ガスの単位体積当たりに含まれる微粒子の質量を計測する装置である。計測モジュール５ｂは、微粒子センサ１０３を用いて、排気ガスの単位体積当たりに含まれる微粒子の質量を計測する装置である。計測モジュール５ｃは、ＮＯｘセンサを用いて、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を計測する装置である。計測モジュール５ｄは、酸素センサを用いて、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を計測する装置である。なお、他の計測モジュール５ｅ，５ｆは、各種の測定対象の状態（例えば、排気ガス中に含まれるアンモニアの濃度、排気ガスの温度など）を計測する装置である。

計測モジュール５は、ケース１３、取付板１５、案内レール１７、ユニット接続コネクタ１９およびセンサ接続コネクタ２１を備える。
ケース１３は、直方体の箱形状に形成されており、その内部に、計測モジュール５の構成要素を収容する。

ケース１３の高さＨｃおよび奥行Ｄｃは、各計測モジュール５が水平方向に沿って整列して筐体７の内部に収納されるように、各計測モジュール５で同一の寸法となるように予め設定されている。

ケース１３の幅Ｗｃは、計測モジュール５の幅の最小単位となるスロット幅Ｗｓのほぼ整数倍となるように設定されている。なお、計測モジュール５ａ，５ｂの幅Ｗｃは、スロット幅Ｗｓの約２倍である。また、計測モジュール５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの幅Ｗｃは、スロット幅Ｗｓの約１倍である。

取付板１５は、矩形状の開口部１１の高さとほぼ同じ高さを有するとともに、ケース１３の幅Ｗｃとほぼ同じ幅を有する矩形状に形成された板状の部材である。
なお、取付板１５のうちケース１３と接触していない部分には、計測モジュール５をメインユニット３の内部に収納した状態で固定するためのネジを挿入するための貫通孔２３が形成される。

案内レール１７は、ケース１３の直方体を構成する６面のうちの上面と下面に取り付けられる。なお、図２では、下面に取り付けられた案内レール１７を示していない。案内レール１７は、ケース１３の直方体を構成する正面から背面に向かう方向に沿って、上面と下面から突出するように設けられている。

ユニット接続コネクタ１９は、計測モジュール５をメインユニット３に接続するためのコネクタであり、ケース１３の背面に取り付けられている。ユニット接続コネクタ１９は、各計測モジュール５で互いに同一の形状を有している。

センサ接続コネクタ２１は、センサを計測モジュール５に接続するためのコネクタであり、取付板１５の正面に取り付けられている。
図３に示すように、センサ２５は、検出部２７と、コネクタ２９と、信号ケーブル３１とを備える。検出部２７は、排気ガスに晒され、接続される計測モジュール５を介して、測定対象となる特定成分を検知するように駆動される。コネクタ２９は、センサ２５が接続される計測モジュール５のセンサ接続コネクタ２１と着脱可能に嵌め合う構造を有している。信号ケーブル３１は、検出部２７とコネクタ２９とを電気的に接続する信号線である。

このため、センサ２５のコネクタ２９と計測モジュール５のセンサ接続コネクタ２１とを嵌め合わせることにより、センサ２５から出力される信号が計測モジュール５へ入力可能となる。なお、計測モジュール５ｃに接続されるセンサ２５はＮＯｘセンサである。計測モジュール５ｄに接続されるセンサ２５は酸素センサである。ＮＯｘセンサおよび酸素センサは、排気管１０７に直接挿入される直挿型センサである。

また、計測モジュール５ａ，５ｂにはそれぞれ、微粒子センサ１０２，１０３が接続される。微粒子センサ１０２，１０３は、例えば、コロナ放電により発生した陽イオンによって排気ガス中の微粒子を帯電させ、微粒子に帯電しなかった陽イオンを捕捉するように構成されている。そして計測モジュール５ａ，５ｂは、微粒子センサ１０２，１０３の外部へ排出された陽イオンの量に応じて生じる信号に基づいて、単位体積当たりに含まれる微粒子の質量を検出する。微粒子センサ１０２，１０３は、排気管１０７に直接挿入される直挿型センサである。

図４に示すように、微粒子センサ１０２は、円筒形状の先端部１０２ｅを備えており、この先端部１０２ｅが排気管１０７の内側に挿入された状態で、排気管１０７の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ１０２の先端部１０２ｅは、排気管１０７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１０２ｅのケーシングＣＳの表面には、排ガスをケーシングＣＳの内部に取り込むための流入孔２４５と、取り込んだ排ガスをケーシングＣＳの外部に排出するための排出孔２３５とが設けられている。排気管１０７の内部を流通する排ガスの一部は、流入孔２４５を介して先端部１０２ｅのケーシングＣＳの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１０２が生成するイオン（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は、排出孔２３５を介してケーシングＣＳの外部に排出される。ケーシングＣＳの内部の構成や、微粒子センサ１０２の具体的な構成については後述する。

微粒子センサ１０２の後端部１０２ｒには、ケーブル４００が取り付けられている。ケーブル４００は、第１配線４２１と、第２配線４２２と、信号線４２３と、空気供給管４２４とを束ねた構成を備えている。ケーブル４００を構成する配線４２１〜４２３と空気供給管４２４とは、それぞれ可撓性の部材によって構成されている。第１配線４２１、第２配線４２２および信号線４２３は、計測モジュール５ａの電気回路部７００に電気的に接続され、空気供給管４２４は、計測モジュール５ａの空気供給部８００に接続されている。
なお、微粒子センサ１０３の構成は微粒子センサ１０２と同一であるため、微粒子センサ１０３の構成の説明は省略する。

計測モジュール５ａは、制御部６００と、電気回路部７００と、空気供給部８００とを備える。なお、計測モジュール５ｂも、計測モジュール５ａと同様に、制御部６００と、電気回路部７００と、空気供給部８００とを備える。

制御部６００は、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）を含んで構成されており、電気回路部７００からの入力に基づいて各種処理を実行し、電気回路部７００および空気供給部８００を制御する。また制御部６００は、電気回路部７００から入力される信号に基づいて、排ガス中の微粒子の質量を検出する。

電気回路部７００は、第１配線４２１および第２配線４２２を介して、微粒子センサ１０２を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部７００は、信号線４２３を介して微粒子センサ１０２から排ガスに含まれる微粒子の質量に相関する信号が入力される。電気回路部７００は、信号線４２３から入力される信号を用いて、排ガス中の微粒子量に応じた信号を制御部６００に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。

空気供給部８００は、図示しないポンプを含んで構成されており、制御部６００からの指示に基づいて、空気供給管４２４を介して、高圧空気を微粒子センサ１０２へ供給する。空気供給部８００から供給される高圧空気は、微粒子センサ１０２の駆動に用いられる。なお、空気供給部８００が供給するガスの種類は空気以外であってもよい。

図５は、微粒子センサ１０２の先端部１０２ｅ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１０２の先端部１０２ｅは、イオン発生部３１０と、排ガス帯電部３２０と、イオン捕捉部３３０とを備えている。ケーシングＣＳは、イオン発生部３１０、排ガス帯電部３２０およびイオン捕捉部３３０の３つの機構部が、この順に先端部１０２ｅの基端側から先端側に向か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４２３を介して、図６に示す二次側グランドＳＧＬに接続されている。

イオン発生部３１０は、排ガス帯電部３２０に供給するイオンを発生するための機構部であり、イオン発生室３１１と、第１電極３１２とを含んで構成されている。イオン発生室３１１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２５５とノズル２４１とが設けられ、内部には第１電極３１２が突出した状態で取り付けられている。空気供給孔２５５は、空気供給管４２４と連通しており、空気供給部８００から供給される高圧空気をイオン発生室３１１に供給する。ノズル２４１は、イオン発生部３１０と排ガス帯電部３２０との間を区画する隔壁２４２の中心部付近に設けられた微小孔であり、イオン発生室３１１で発生したイオンを排ガス帯電部３２０の帯電室３２１へ供給する。第１電極３１２は、棒状の外形を備え、先端部が隔壁２４２と近接するようにして基端部がセラミックパイプ２２５を介してケーシングＣＳに固定されている。第１電極３１２は、第１配線４２１を介して電気回路部７００に接続されている。

イオン発生部３１０は、電気回路部７００から供給される電力により、第１電極３１２を陽極とし、隔壁２４２を陰極として、電圧（例えば、２〜３ｋＶ）が印加されるよう構成されている。イオン発生部３１０は、この電圧の印加によって、第１電極３１２の先端部と、隔壁２４２との間にコロナ放電を生じさせることによって、陽イオンＰＩを発生する。イオン発生部３１０において発生した陽イオンＰＩは、空気供給部８００から供給される高圧空気とともに、ノズル２４１を介して排ガス帯電部３２０の帯電室３２１に噴射される。ノズル２４１から噴射される空気の噴射速度は音速程度としてもよい。

排ガス帯電部３２０は、排ガスに含まれる微粒子を陽イオンＰＩによって帯電させるための部位であり、帯電室３２１を備えている。帯電室３２１は、イオン発生室３１１と隣接する小空間であり、ノズル２４１を介してイオン発生室３１１と連通している。また帯電室３２１は、流入孔２４５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通し、ガス流路２３１を介してイオン捕捉部３３０の捕捉室３３１と連通している。帯電室３２１は、ノズル２４１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２４５を介してケーシングＣＳの外部の排ガスが流入するように構成されている。そのため、ノズル２４１から噴射された陽イオンＰＩを含む空気と、流入孔２４５から流入した排ガスとは、帯電室３２１の内部において混合される。このとき、流入孔２４５から流入した排ガスに含まれる煤Ｓ（すなわち、微粒子）の少なくとも一部には、ノズル２４１から供給される陽イオンＰＩが帯電される。帯電した煤Ｓと帯電に供されなかった陽イオンＰＩとを含む空気は、ガス流路２３１を介してイオン捕捉部３３０の捕捉室３３１へ供給される。

イオン捕捉部３３０は、煤Ｓ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３３１と、第２電極３３２とを含んで構成されている。捕捉室３３１は、帯電室３２１と隣接する小空間であり、ガス流路２３１を介して帯電室３２１と連通している。また、捕捉室３３１は、排出孔２３５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通している。第２電極３３２は、略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路２３１を流通する空気の流通方向に沿うようにしてケーシングＣＳに固定されている。第２電極３３２は、第２配線４２２を介して電気回路部７００に接続されている。第２電極３３２は、ケーシングＣＳとは電気的に絶縁されている。

第２電極３３２は、１００Ｖ程度の電圧が印加されており、煤Ｓの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部３３０は、電気回路部７００から供給される電力によって、第２電極３３２を陽極とし、帯電室３２１及び捕捉室３３１を構成するケーシングＣＳを陰極とした電圧が印加されている。これにより、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩは、第２電極３３２から斥力を受けて、その移動方向が第２電極３３２から離れる方向へと反らされる。移動方向が反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能する捕捉室３３１やガス流路２３１の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが帯電された煤Ｓは、陽イオンＰＩの単体と同様に第２電極３３２から斥力を受けるが、質量が陽イオンＰＩと比較して大きいため、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔２３５からケーシングＣＳの外部へと排出される。

微粒子センサ１０２は、イオン捕捉部３３０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６００は、微粒子センサ１０２から出力された信号に基づいて、排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。微粒子センサ１０２から出力される信号に基づいて、排ガス中に含まれる煤Ｓの量を算出する方法については後述する。

微粒子センサ１０３の先端部１０３ｅの構成は、微粒子センサ１０２の先端部１０２ｅの構成と同一であるため、説明を省略する。
図６は、電気回路部７００の概略構成を例示した説明図である。

電気回路部７００は、電源回路７１０と、絶縁トランス７２０と、コロナ電流測定回路７３０と、イオン電流測定回路７４０と、第１整流回路７５１と、第２整流回路７５２と、補助電極電流測定回路７８０とを備える。

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

第１電源回路７１０ａは、メインユニット３から供給される電力を昇圧して第１絶縁トランス７２０ａに供給するとともに、第１絶縁トランス７２０ａを駆動させる。第１電源回路７１０ａは、第１放電電圧制御回路７１１ａと、第１トランス駆動回路７１２ａとを備えている。第１放電電圧制御回路７１１ａは、制御部６００の制御によって、第１絶縁トランス７２０ａに供給される電力の電圧値を任意に変更可能に構成されている。ここでは、制御部６００は、第１配線４２１を介して微粒子センサ１０２の第１電極３１２に供給される入力電流Ｉinの電流値が予め設定された目標電流値Ｉta（例えば、５μＡ）となるように第１絶縁トランス７２０ａに供給される電力の電圧値を制御する。この制御の方法については後述する。これにより、イオン発生部３１０において、コロナ放電によって発生する陽イオンＰＩの発生量を一定にすることができる。

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

第１絶縁トランス７２０ａは、第１電源回路７１０ａから供給される電力に対して電圧変換を行い、変換後の電力を二次側の第１整流回路７５１に供給する。本実施形態の第１絶縁トランス７２０ａは、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。第１絶縁トランス７２０ａの一次側の回路としては、第１電源回路７１０ａのほか、制御部６００や電源部４４０が含まれる。第１絶縁トランス７２０ａの二次側の回路としては、微粒子センサ１０２や第１整流回路７５１が含まれる。

第２電源回路７１０ｂは、電源部４４０から供給される電力を昇圧して第２絶縁トランス７２０ｂに供給するとともに、第２絶縁トランス７２０ｂを駆動させる。第２電源回路７１０ｂは、第２放電電圧制御回路７１１ｂと、第２トランス駆動回路７１２ｂとを備える。第２放電電圧制御回路７１１ｂは、制御部６００の制御によって、第２絶縁トランス７２０ｂに供給される電力の電圧値を任意に変更可能に構成されている。ここでは、制御部６００は、第２配線４２２を介して微粒子センサ１０２の第２電極３３２に印加される電圧が予め定められた目標電圧値（例えば、１００Ｖ）となるように、第２絶縁トランス７２０ｂに供給される電力の電圧値を制御する。

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

第２絶縁トランス７２０ｂは、第２電源回路７１０ｂから供給される電力に対して電圧変換を行い、変換後の電力を二次側の第２整流回路７５２に供給する。本実施形態の第２絶縁トランス７２０ｂは、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。第２絶縁トランス７２０ｂの一次側の回路としては、第２電源回路７１０ｂのほか、制御部６００やメインユニット３が含まれる。第２絶縁トランス７２０ｂの二次側の回路としては、微粒子センサ１０２や第２整流回路７５２が含まれる。

コロナ電流測定回路７３０、イオン電流測定回路７４０および補助電極電流測定回路７８０は、絶縁トランス７２０（すなわち、第１絶縁トランス７２０ａ、第２絶縁トランス７２０ｂ）の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、後述するように、絶縁トランス７２０（すなわち、第１絶縁トランス７２０ａ、第２絶縁トランス７２０ｂ）の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分との間が物理的に絶縁されている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランドを「一次側グランドＰＧＬ」とも呼び、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドＳＧＬ」とも呼ぶ。

絶縁トランス７２０は、一次側のコイルの端部が一次側グランドＰＧＬに接続され、二次側のコイルの端部が二次側グランドＳＧＬに接続されている。信号線４２３は、一方の端部がケーシングＣＳに接続され、他方の端部が二次側グランドＳＧＬに接続されている。

第１整流回路７５１は、ショート保護用抵抗７５３を介して第１電極３１２に接続されており、変換した電力を第１配線４２１を介して第１電極３１２に供給する。すなわち、第１整流回路７５１から供給される電圧は、ほぼ第１電極３１２における放電電圧となり、第１整流回路７５１から供給される電流は、第１電極３１２に入力される入力電流Ｉinとなる。第２整流回路７５２は、ショート保護用抵抗７５４を介して第２電極３３２に接続されており、変換した電圧を第２配線４２２を介して第２電極３３２に印加する。

イオン電流測定回路７４０は、イオン捕捉部３３０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（すなわち、電流Ｉesc）の電流値を検出するとともに、流出した陽イオンＰＩに相当する電流（すなわち、補償電流Ｉc）を二次側の回路に供給する。イオン電流測定回路７４０は、配線７７１を介して二次側の信号線４２３に接続されるとともに、配線７７２および配線７７３を介して一次側の制御部６００に接続される。また、イオン電流測定回路７４０は、配線７７５を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。イオン電流測定回路７４０は、配線７７２を介して、イオン捕捉部３３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩの量に相当する電流値を示す信号ＳＷescを制御部６００に出力する。またイオン電流測定回路７４０は、配線７７３を介して、信号ＳＷescを増幅させた高感度信号としての信号ＳＳescを制御部６００に出力する。

コロナ電流測定回路７３０は、配線７６１，７６２を介して信号線４２３に接続され、配線７６３を介して制御部６００に接続されている。配線７６１および配線７６２は、信号線４２３に設けられたシャント抵抗２３０を間に挟んでそれぞれ信号線４２３に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、信号線４２３をケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに向けて流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値を示す信号Ｓdc+trp+cを制御部６００に出力する。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。なお、イオン電流測定回路７４０から供給される補償電流Ｉcは、ケーシングＣＳから流出した陽イオンＰＩに相当する電流に相当するため、この補償電流Ｉｃを加えた形でケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに流れる二次側電流の電流値、即ちシャント抵抗４３０に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値は、入力電流Ｉinの電流値と等しくなる。

制御部６００は、コロナ電流測定回路７３０から入力される信号Ｓdc+trp+cを用いて、入力電流Ｉinの電流値が目標電流値Ｉtaとなるように、第１放電電圧制御回路７１１ａを制御する。すなわち、コロナ電流測定回路７３０と制御部６００は、コロナ電流（＝入力電流Ｉin）の電流値を一定にするための定電流回路を構成する。コロナ電流の電流値は、イオン発生部３１０における陽イオンＰＩの発生量と相関するため、この定電流回路によってイオン発生部３１０における陽イオンＰＩの発生量が一定に保たれる。

イオン捕捉部３３０で捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流の電流値を、イオン電流測定回路７４０で検出する方法について説明する。
ここでは、第１配線４２１から第１電極３１２に供給される電流を「入力電流Ｉin」と呼ぶほか、コロナ放電により、第１電極３１２から隔壁２４２を介してケーシングＣＳに流れる電流を「放電電流Ｉdc」と呼び、コロナ放電により発生した陽イオンＰＩのうち、煤Ｓの帯電に用いられ、ケーシングＣＳの外部へと漏洩する陽イオンＰＩの電荷に相当する電流を「漏洩電流Ｉesc」と呼び、ケーシングＣＳに捕捉された陽イオンＰＩの電荷に相当する電流を「捕捉電流Ｉtrp」と呼ぶ。これらの４つの電流は、下記の式（１）の関係が成り立つ。

Ｉin ＝ Ｉdc ＋ Ｉtrp ＋ Ｉesc ・・・（１）
ここで、漏洩電流Iescは、イオン電流測定回路７４０が出力する、流出した陽イオンＰＩに相当する電流（すなわち、補償電流Ｉc）に相当する電流値を示す信号である。そこで、イオン電流測定回路７４０が、この補償電流Icを検出することで、イオン捕捉部３３０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（すなわち、電流Ｉesc）の電流値を検出することができる。なお、補償電流Ｉｃは、一次側グランドＰＧＬと二次側グランドＳＧＬとの差分値を示す信号でもある。

補助電極電流測定回路７８０は、配線７８１，７８２を介して第２配線４２２に接続され、配線７８３を介して制御部６００に接続されている。配線７８１および配線７８２は、第２配線４２２に設けられたショート保護用抵抗７５４を間に挟んでそれぞれ第２配線４２２に接続されている。ショート保護用抵抗７５４は、短絡時の回路保護用抵抗としての機能に加えて、電流検出用のシャント抵抗としての機能を有している。

補助電極電流測定回路７８０は、第２配線４２２に流れる補助電極電流Ｉirの電流値を示す補助電極電流信号Ｓirを制御部６００に出力する。なお、微粒子センサ１０２の正常時には、第２電極３３２とケーシングＣＳとが電気的に絶縁されているため、第２配線４２２には電流は流れない。しかし、例えば、煤などによって第２電極３３２とケーシングＣＳとが電気的に短絡されると、第２配線４２２に補助電極電流Ｉirが流れる場合がある。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。

図７に示すように、メインユニット３は、スロット案内溝群３３、モジュール接続コネクタ群３５およびスイッチパネル３７を備える。
スロット案内溝群３３は、各計測モジュール５を予め設定された８個のスロット１２にそれぞれ案内するスロット案内溝４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８を備える。

スロット案内溝４１〜４８は、計測モジュール５のケース１３における上面と下面に設けられた案内レール１７と嵌め合うことが可能な凹部であり、筐体７の直方体を構成する正面から背面に向かう方向に沿って延びるように設置される。

またスロット案内溝４１〜４８は、開口部１１の矩形を構成する上辺の付近と下辺の付近に設置されている。なお、図７では、上辺の付近に設置されたスロット案内溝４１〜４８を示していない。

そしてスロット案内溝４１〜４８は、開口部１１の矩形を構成する上辺および下辺と平行になるように予め設定されたスロット１２の配列方向Ｄｓ（すなわち、計測モジュール５の配列方向）に沿ってスロット幅Ｗｓ毎に設置される。

このため、以下に示す手順で、スロット案内溝４１〜４８に対応する各スロット１２に各計測モジュール５を収容することができる。
まず、筐体７の外部から開口部１１内に計測モジュール５を挿入するときに、各計測モジュール５の上辺および下辺の案内レール１７を、それぞれ開口部１１の上辺および下辺の付近に設けられた各スロット案内溝４１〜４８に嵌める。そして、各案内レール１７と各スロット案内溝４１〜４８とが嵌め合った状態で、各スロット案内溝４１〜４８が延びている方向に沿って各計測モジュール５を筐体７の内部へ移動させる。これにより、各計測モジュール５が筐体７内に収容される。

なお、計測モジュール５ａは、２つのスロット１２を使用するため、スロット案内溝４１、４２を使用して筐体７に収容される。同様に、計測モジュール５ｂは、スロット案内溝４３、４４を使用して筐体７に収容される。

このような手順で、各スロット案内溝４１〜４８に対応する各スロット１２に、各計測モジュール５を収容することができる。以下、スロット案内溝４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８に対応するスロットをそれぞれ、第１，２，３，４，５，６，７，８スロットという。

モジュール接続コネクタ群３５は、モジュール接続コネクタ５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８を備える。モジュール接続コネクタ５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８はそれぞれ、第１，２，３，４，５，６，７，８スロットに収容された計測モジュール５をメインユニット３に接続するためのコネクタである。

モジュール接続コネクタ５１〜５８はそれぞれ、第１〜８スロットに計測モジュール５が収容されている状態において、計測モジュール５の背面に設置されているユニット接続コネクタ１９と嵌め合うことができる位置に設置される。

スイッチパネル３７は、メインユニット３の動作を指示するための複数のスイッチ７５と、メインユニット３の動作状況などを示すＬＣＤからなる表示部７７と、図示しないＬＥＤランプとを備え、筐体７の直方体を構成する６面のうちの正面に設置される。ＬＣＤは、Liquid Crystal Displayの略である。ＬＥＤは、Light Emitting Diodeの略である。なお、表示部７７は、各種の表示を行うとともに、タッチパネルの機能を有している。

図８に示すように、メインユニット３は、電力供給部１１１、データ入出力部１１３、ＣＡＮインターフェース回路（以下、ＣＡＮＩ／Ｆ回路）１１５、内部メモリ１１７、操作制御回路１１９およびメインＣＰＵ１２１を備える。ＣＡＮは、Controller Area Networkの略である。ＣＰＵは、Central Processing Unitの略である。ＣＡＮは、登録商標である。

電力供給部１１１は、電源コネクタ１２３、ヒューズ１２５、電源回路１２７およびレギュレータ１２９を備える。
電源コネクタ１２３は、バッテリＶＢからバッテリ電圧を入力するために、バッテリＶＢと接続されるコネクタである。

電源回路１２７は、ヒューズ１２５を介してバッテリＶＢからバッテリ電圧を入力し、このバッテリ電圧から、１２Ｖの電圧を生成する。そして電源回路１２７は、生成した１２Ｖ電圧を、モジュール接続コネクタ５１〜５８の１２Ｖ端子１３２から出力する。

レギュレータ１２９は、電源回路１２７から１２Ｖ電圧を受電し、５Ｖの電圧を生成する。レギュレータ１２９は、生成した５Ｖ電圧を、データ入出力部１１３、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１１５、内部メモリ１１７、操作制御回路１１９、メインＣＰＵ１２１およびスイッチパネル３７などへ出力する。

データ入出力部１１３は、ＵＳＢメモリモジュール１４１、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１４２、ＵＳＢインターフェースモジュール１４３、ＯＢＤ２インターフェースモジュール１４４、ＧＰＳインターフェースモジュール１４５およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースモジュール１４６を備える。ＵＳＢは、Universal Serial Busの略である。ＯＢＤは、On Board Diagnosisの略である。ＧＰＳは、Global Positioning Systemの略である。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは、登録商標である。

以下、ＵＳＢインターフェースモジュール１４３、ＯＢＤ２インターフェースモジュール１４４、ＧＰＳインターフェースモジュール１４５およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースモジュール１４６をそれぞれ、ＵＳＢＩ／Ｆモジュール１４３、ＯＢＤ２Ｉ／Ｆモジュール１４４、ＧＰＳＩ／Ｆモジュール１４５およびＢＴＩ／Ｆモジュール１４６という。

データ入出力部１１３は、ＵＳＢメモリ用コネクタ１５１、ＣＡＮ通信用コネクタ１５２、ＵＳＢ用コネクタ１５３、ＯＢＤ２用コネクタ１５４およびＧＰＳ用コネクタ１５５を備える。

ＵＳＢメモリモジュール１４１は、ＵＳＢ規格に準拠した方式で、ＵＳＢメモリ用コネクタ１５１を介して接続されたＵＳＢメモリとの間でデータの送受信を行う。
ＣＡＮＩ／Ｆ回路１４２は、ＣＡＮ通信プロトコルに従って、ＣＡＮ通信用コネクタ１５２を介して接続された装置（例えば、パーソナルコンピュータ１６１）との間でデータの送受信を行う。なお、パソコン１６１は、接続されていなくともよい。

ＵＳＢＩ／Ｆモジュール１４３は、ＵＳＢ規格に準拠した方式で、ＵＳＢ用コネクタ１５３を介して接続された装置との間でデータの送受信を行う。
ＯＢＤ２Ｉ／Ｆモジュール１４４は、ＯＢＤ２規格に準拠した方式で、ＯＢＤ２用コネクタ１５４を介して接続された装置（例えば、車載ＥＣＵ１６３）との間でデータの送受信を行う。車載ＥＣＵ１６３は、車両各部に備えられた各種センサから車両の各種情報（以下、車両情報ともいう）を受信し、受信した車両情報を記憶している。車両情報は、例えば、車両の走行距離、車両の移動速度、排気ガス流量、吸入空気流量、燃料噴射量、冷却水温度などである。ＯＢＤ２Ｉ／Ｆモジュール１４４は、車載ＥＣＵ１６３から車両の走行距離に関する走行距離情報を取得する。

ＧＰＳＩ／Ｆモジュール１４５は、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信する図示しないＧＰＳ受信機を、ＧＰＳ用コネクタ１５５を介してメインユニット３に接続するためのインターフェースである。

ＢＴＩ／Ｆモジュール１４６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に準拠した方式で近距離無線通信を行う。
ＣＡＮＩ／Ｆ回路１１５は、ＣＡＮ通信プロトコルに従って、モジュール接続コネクタ５１〜５８のＣＡＮ端子１３４に接続された計測モジュール５との間でデータの送受信を行う。

内部メモリ１１７は、各種データを記憶するための記憶装置である。
操作制御回路１１９は、使用者が行った入力操作を特定するための入力操作情報をメインＣＰＵ１２１へ出力する。使用者は、スイッチパネル３７のスイッチ７５または表示部７７のタッチパネル部分を用いて入力操作を行うことができる。

また操作制御回路１１９は、メインＣＰＵ１２１からの指示に基づいて、スイッチパネル３７の表示部７７における表示動作を制御する。
メインＣＰＵ１２１は、データ入出力部１１３、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１１５、内部メモリ１１７および操作制御回路１１９からの入力に基づいて各種処理を実行し、データ入出力部１１３、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１１５、内部メモリ１１７および操作制御回路１１９を制御する。

例えばメインＣＰＵ１２１は、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１１５を介して計測モジュール５から受信した計測データを、内部メモリ１１７に記憶する。またメインＣＰＵ１２１は、計測モジュール５から受信した計測データを、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１４２等に接続されたパソコン１６１へ出力する。またメインＣＰＵ１２１は、計測モジュール５から受信した計測データを、スイッチパネル３７の表示部７７に表示する。

一方、計測モジュール５は、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１７１およびモジュールＣＰＵ１７３を備える。ＣＡＮＩ／Ｆ回路１７１は、ＣＡＮ通信プロトコルに従って、メインユニット３との間でデータの送受信を行う。モジュールＣＰＵ１７３は、センサ２５およびＣＡＮＩ／Ｆ回路１７１からの入力に基づいて各種処理を実行し、センサ２５およびＣＡＮＩ／Ｆ回路１７１を制御する。

ＶＢ端子１３１は、バッテリＶＢからのバッテリ電圧を計測モジュール５へ供給するための端子である。１２Ｖ端子１３２は、電源回路１２７からの１２Ｖ電圧を計測モジュール５へ供給するための端子である。ＣＡＮ端子１３４は、メインユニット３と計測モジュール５との間でＣＡＮ通信を行うための端子である。

なお、図８では、複数の計測モジュール５のうち一部の計測モジュール５を図示しており、他の計測モジュール５は図示を省略している。
このように構成された計測装置１０１において、メインＣＰＵ１２１は、微粒子量計測処理を実行する。

次に、メインＣＰＵ１２１が実行する微粒子量計測処理の手順を説明する。微粒子量計測処理は、微粒子量計測処理を開始するための予め設定された開始入力操作を使用者がスイッチパネル３７に対して行うことにより開始される。

微粒子量計測処理が実行されると、メインＣＰＵ１２１は、図９に示すように、まずＳ１０にて、スイッチパネル３７の表示部７７に補正時間選択画像を表示させる。この補正時間選択画像は、使用者が補正時間を任意の固定値として設定する固定値補正と、排気ガスの移動速度（すなわち、ガス流速）に基づいて補正時間を逐次算出するリアルタイム補正との何れかを選択するように形成されている。

そしてＳ２０にて、メインＣＰＵ１２１は、補正時間選択画像に対する入力操作が行われたか否かを判断する。ここで、入力操作が行われていない場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ２０の処理を繰り返すことにより、補正時間選択画像に対する入力操作が行われるまで待機する。そして、入力操作が行われると、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ３０にて、固定値補正が選択されたか否かを判断する。

ここで、固定値補正が選択された場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ４０にて、表示部７７に補正時間入力画像を表示させる。そしてＳ５０にて、補正時間入力画像に対する入力操作が行われたか否かを判断する。ここで、入力操作が行われていない場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ５０の処理を繰り返すことにより、補正時間入力画像に対する入力操作が行われるまで待機する。

そして、入力操作が行われると、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ６０にて、入力された値を、補正時間として設定し、Ｓ１００に移行する。
一方、Ｓ３０にて、固定値補正が選択されていない場合には、メインＣＰＵ１２１は、リアルタイム補正が選択されたと判断して、Ｓ７０にて、表示部７７に距離入力画像を表示させる。そしてＳ８０にて、距離入力画像に対する入力操作が行われたか否かを判断する。ここで、入力操作が行われていない場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ８０の処理を繰り返すことにより、距離入力画像に対する入力操作が行われるまで待機する。

そして、入力操作が行われると、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ９０にて、入力された値をセンサ間距離として設定し、Ｓ１００に移行する。センサ間距離は、排気管１０７の上流側に設置された微粒子センサ１０２と、排気管１０７の下流側に設置された微粒子センサ１０３との間の距離である。

そしてＳ１００に移行すると、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ３０にてリアルタイム補正が選択されたか否かを判断する。ここで、リアルタイム補正が選択された場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ１１０にて、補正時間を設定し、Ｓ１２０に移行する。具体的には、メインＣＰＵ１２１は、まず、排気ガスの流速を表すガス流速情報をエンジンＥＣＵ１０５から受信する。そしてメインＣＰＵ１２１は、Ｓ９０で設定されたセンサ間距離を、ガス流速情報が示す流速で除算した値を補正時間として設定する。

一方、リアルタイム補正が選択されていない場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ１２０に移行する。
Ｓ１２０に移行すると、メインＣＰＵ１２１は、微粒子センサ１０２と微粒子センサ１０３からのセンサ出力を取得するとともに、排気ガスの流量を表すガス流量情報をエンジンＥＣＵ１０５から受信して、内部メモリ１１７に記憶する。以下、時刻ｔに取得された微粒子センサ１０２のセンサ出力を、センサ出力Ａ（ｔ）と表記する。また、時刻ｔに取得された微粒子センサ１０３のセンサ出力を、センサ出力Ｂ（ｔ）と表記する。また、時刻ｔに受信されたガス流量をＦ（ｔ）と表記する。

そしてＳ１３０にて、メインＣＰＵ１２１は、時間遅れ補正を実行する。具体的には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ６０またはＳ１１０で設定された補正時間をｘとして、時刻ｔ＋ｘに取得されたセンサ出力Ｂ（ｔ＋ｘ）をセンサ出力Ｂ（ｔ）とする。

さらにＳ１４０にて、メインＣＰＵ１２１は、堆積量を算出する。具体的には、メインＣＰＵ１２１は、まず、上流積算値ＳＡ（ｔ）および下流積算値ＳＢ（ｔ）を下式（２），（３）により算出する。なお、下式（１），（２）中のＴは、微粒子量計測処理が開始されてから現時点まで経過した時間である。

ＳＡ（ｔ）＝Ａ（ｔ）［ｍｇ／ｍ^３］×Ｆ（ｔ）［ｍ^３／ｓ］×Ｔ［ｓ］ （２）
ＳＢ（ｔ）＝Ｂ（ｔ）［ｍｇ／ｍ^３］×Ｆ（ｔ）［ｍ^３／ｓ］×Ｔ［ｓ］ （３）
そしてメインＣＰＵ１２１は、下式（４）により堆積量Ｄ（ｔ）を算出し、内部メモリ１１７に記憶する。

Ｄ（ｔ）＝ＳＡ（ｔ）−ＳＢ（ｔ） （４）
そしてＳ１５０にて、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ１４０で算出された堆積量Ｄ（ｔ）を表示部７７に表示させる。

次にＳ１６０にて、メインＣＰＵ１２１は、微粒子量計測処理を終了するために使用者がスイッチパネル３７に対して行う終了入力操作が行われたか否かを判断する。ここで、終了入力操作が行われていない場合には、メインＣＰＵ１２１は、Ｓ１００に移行する。一方、終了入力操作が行われた場合には、メインＣＰＵ１２１は、微粒子量計測処理を終了する。

このように構成された計測装置１０１は、ディーゼルエンジン１０４から排出される排気ガスに含まれる微粒子の質量を計測する。
計測装置１０１は、微粒子センサ１０２の検出結果を示すセンサ出力Ａ（ｔ）を取得し、微粒子センサ１０３の検出結果を示すセンサ出力Ｂ（ｔ）を取得する。微粒子センサ１０２は、ディーゼルエンジン１０４の排気管１０７に取り付けられて排気ガスに含まれる微粒子を捕集するＤＰＦ１０８の上流側において排気管１０７に取り付けられて微粒子の質量を検出する。微粒子センサ１０３は、ＤＰＦ１０８の下流側において排気管１０７に取り付けられて微粒子の質量を検出する。

計測装置１０１は、センサ出力Ａ（ｔ）が示す値と、センサ出力Ｂ（ｔ）が示す値との差に関連した堆積量Ｄ（ｔ）を算出する。
微粒子センサ１０２，１０３は、イオン発生部３１０と、ディーゼルエンジン１０４の排気ガス中の少なくとも一部の微粒子をイオンを用いて帯電させるための帯電室３２１と、イオン捕捉部３３０とを備える。イオン発生部３１０は、コロナ放電によってイオンを発生させる。イオン捕捉部３３０は、微粒子の帯電に使用されなかったイオンの少なくとも一部を捕捉する。

また計測装置１０１は、イオン電流測定回路７４０と、制御部６００と、を備える。イオン電流測定回路７４０は、イオン発生部３１０から発生されたイオンの量と、イオン捕捉部３３０に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、排気ガス中の微粒子量に相関する信号ＳＷesc，ＳＳescを生成する。制御部６００は、信号ＳＷesc，ＳＳescに基づいて排気ガス中の微粒子量を決定する。

このように計測装置１０１は、ＤＰＦ１０８の上流側における微粒子の質量と、ＤＰＦ１０８の下流側における微粒子の質量との差に関連した堆積量Ｄ（ｔ）を算出することができるため、ＤＰＦ１０８に捕集された微粒子の量（以下、フィルタの微粒子捕集量）の計測精度を向上させることができる。

また計測装置１０１は、堆積量Ｄ（ｔ）の連続的な変動を計測することができる。従来の微粒子センサ（すなわち、抵抗変化式の微粒子センサ）では、微粒子がある程度センサに堆積すると出力し、再生するという工程を繰り返しており、工程間のタイムラグが発生する。これに対し、微粒子センサ１０２，１０３（すなわち、ディフュージョンチャージャー方式の微粒子センサ）では、常に（すなわち、連続的に）微粒子量を測定しているため、微小な微粒子を検出することができる。また、運転条件（例えば、アイドリング時、加速時等）に応じた微粒子量の変化をリアルタイムでモニタすることができる。また計測装置１０１は、ＤＰＦ１０８に堆積した微粒子の堆積量をリアルタイムでモニタすることができる。

また、微粒子センサ１０２，１０３は、排気管１０７に直接挿入されることによって排気ガスに含まれる微粒子の質量を検出する直挿型センサである。これにより、計測装置１０１は、大型の分析計を用いることなく、フィルタの微粒子捕集量を計測することができ、フィルタの微粒子捕集量を計測するシステムを小型化することができる。

計測装置１０１は、補正時間ｘ（すなわち、センサ間距離を、ガス流速情報が示す流速で除算した値）に基づいて、センサ出力Ｂ（ｔ＋ｘ）をセンサ出力Ｂ（ｔ）とするように、センサ出力Ｂ（ｔ）を補正する。これにより、計測装置１０１は、フィルタの微粒子捕集量の計測精度を向上させることができる。

また、補正時間ｘが固定値である場合には、計測装置１０１は、フィルタの微粒子捕集量の計測を簡略化することができる。
また、センサ間距離と、ガス流速情報が示す流速とに基づいて、補正時間ｘを算出する場合には、計測装置１０１は、微粒子センサ１０２および微粒子センサ１０３の設置箇所に応じてセンサ出力Ｂ（ｔ）を適切に補正することができ、フィルタの微粒子捕集量の計測精度を向上させることができる。

以上説明した実施形態において、Ｓ１２０は取得部としての処理に相当し、Ｓ１４０は算出部としての処理に相当し、微粒子の質量は特定成分に相当し、ディーゼルエンジン１０４は燃焼機関に相当し、ＤＰＦ１０８はフィルタに相当する。

また、微粒子センサ１０２は第１微粒子センサに相当し、微粒子センサ１０３は第２微粒子センサに相当し、センサ出力Ａ（ｔ）は第１センサ出力に相当し、センサ出力Ｂ（ｔ）は第２センサ出力に相当し、堆積量Ｄ（ｔ）は出力差関連量に相当する。

また、イオン捕捉部３３０は捕捉部に相当し、イオン電流測定回路７４０は測定信号生成回路に相当し、信号ＳＷesc，ＳＳescは測定信号に相当し、制御部６００は微粒子量決定部に相当する。

また、Ｓ１３０は補正部としての処理に相当し、補正時間ｘはガス流通時間に相当し、Ｓ１１０は補正算出部としての処理に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

上述した計測装置１０１の他、当該計測装置１０１を構成要素とするシステム、当該計測装置１０１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、計測方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１０１…計測装置、１０２，１０３…微粒子センサ、１０４…ディーゼルエンジン、１０７…排気管、１０８…ＤＰＦ、３１０…イオン発生部、３２１…帯電室、３３０…イオン捕捉部３３０、６００…制御部、７４０…イオン電流測定回路

Claims (5)

1. 燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子の質量を計測する計測装置であって、
   前記燃焼機関の排気管に取り付けられて前記排気ガスに含まれる前記微粒子を捕集するフィルタの上流側において前記排気管に取り付けられて前記微粒子の質量を検出する第１微粒子センサと、前記フィルタの下流側において前記排気管に取り付けられて前記微粒子の質量を検出する第２微粒子センサと、
   前記第１微粒子センサの検出結果を示す第１センサ出力を取得し、前記第２微粒子センサの検出結果を示す第２センサ出力を取得するように構成された取得部と、
   前記第１センサ出力が示す値と、前記第２センサ出力が示す値との差に関連した出力差関連量を算出するように構成された算出部と、を備え、
   前記第１微粒子センサおよび前記第２微粒子センサは、
   コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
   前記燃焼機関の前記排気ガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と、
   前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、を備え、
   前記イオン発生部から発生された前記イオンの量と、前記捕捉部に捕捉された前記イオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記排気ガス中の微粒子量に相関する測定信号を生成する測定信号生成回路と、
   前記測定信号に基づいて前記排気ガス中の微粒子量を決定する微粒子量決定部と、
   を備える計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記第１微粒子センサおよび前記第２微粒子センサは、前記排気管に直接挿入されることによって前記排気ガスに含まれる前記微粒子の質量を検出する直挿型センサである計測装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の計測装置であって、
   前記第１微粒子センサが設置されている箇所の前記排気ガスが前記第２微粒子センサが設置されている箇所に到達するまでにかかると予測されるガス流通時間に基づいて、前記第１微粒子センサが検出している前記排気ガスと、前記第２微粒子センサが検出している前記排気ガスとが一致するように、前記第２センサ出力を補正するように構成された補正部を備える計測装置。
4. 請求項３に記載の計測装置であって、
   前記ガス流通時間は固定値である計測装置。
5. 請求項３に記載の計測装置であって、
   前記第１微粒子センサが設置されている箇所と前記第２微粒子センサが設置されている箇所との間における前記排気管に沿った距離と、前記排気ガスの流速とに基づいて、前記ガス流通時間を算出するように構成された補正算出部を備える計測装置。

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