JP5385420B2 - 微粒子検知システム - Google Patents

Description

本発明は、ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムに関する。

ガス中の微粒子量を計測したい場合がある。例えば、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン）では、その排気ガス中にススなどの微粒子を含むことがある。
このような微粒子を含むガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われている。また、必要に応じてフィルタを高温にすることで、このフィルタに蓄積した微粒子を燃焼させて除去することも行われる。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化のガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。
そこで、ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子検知システムが求められている。

例えば、特許文献１には、粒子計測処理方法及び機器が開示されている。この特許文献１では、イオン化された正のイオン粒子を含む気体を、チャネル内に取り込んだ微粒子を含むガスと混合して微粒子を帯電させ、その後に排出する。そして、排出された帯電微粒子の量に応じて流れる電流（信号電流）を検知して、微粒子の濃度を検知する手法が開示されている。

ＷＯ２００９／１０９６８８

この微粒子検知システムは、イオン源で生成したイオンを、圧縮空気と共に噴射して、微粒子帯電部の混合領域でガス中の微粒子をイオンと混合し、ここから排出される帯電微粒子の量から、微粒子の量を検知する。ところが、微粒子検知システム内において、圧縮空気を噴射するノズルに詰まりが生じるなどして、圧縮空気と共にイオンが正常に噴射されなくなると、適切に微粒子の量を検知できなくなる。しかしながら、このようなノズルの詰まりなどにより、圧縮空気と共にイオンが正常に噴射されなくなっても、これを適切に検出することができなかった。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガス中の微粒子の量を適切に検知することができるほか、ノズルが詰まるなどして、圧縮空気とイオンの噴射量が減少した場合についても、これを適切に検知できる微粒子検知システムを提供するものである。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、上記ガスに接触する検知部と、上記検知部を駆動し上記微粒子の量を検知する回路と、圧縮空気が流入する圧縮空気ポートと、を備え、上記検知部は、気中放電によりイオンを生成し、生成した上記イオンを、上記圧縮空気ポートを通して流入した上記圧縮空気と共に噴射するノズルをなすノズル部を有するイオン気体噴射源と、上記ガスを自身の内部に取り入れる取入口を含み、上記取入口から取り入れた取入ガスを上記イオン気体噴射源から噴射した上記イオンと混合して、上記取入ガス中の上記微粒子に上記イオンを付着させて、帯電微粒子とする混合領域を構成してなり、上記取入ガスとともに上記帯電微粒子を排出する排出口を含み、捕集極電位とされ、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極をなす微粒子帯電部と、上記微粒子帯電部内に配置され、上記回路のうちの可変補助電極電源回路に接続されて補助電極電位とされ、上記浮遊イオンに斥力を及ぼして、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極と、を有し、上記補助電極電位は、上記捕集極電位に対する可変の電位であって、上記可変補助電極電源回路で生成されてなり、上記補助電極電位と上記捕集極電位との電位差を、トラップ電圧としたとき、上記検知部は、上記混合領域内に上記微粒子が流入せず、上記ノズルから上記混合領域に向けて噴射される上記イオンの量及び上記空気の流量を一定とした条件下で、トラップ電圧を、最低阻止電圧以上の電圧とした場合には、上記浮遊イオンが上記捕集極で捕集されずに上記排出口から排出される排出浮遊イオンが生じるのを阻止できる一方、上記トラップ電圧を、上記最低阻止電圧より低い電圧とした場合には、上記排出浮遊イオンの量と上記トラップ電圧とは、上記トラップ電圧が低くなるほど上記排出浮遊イオンの量が増加する関係となる排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性を示し、上記ノズルから噴射される上記圧縮空気の流量を少なくするほど、上記最低阻止電圧の値が低くなり、上記排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性を示す範囲が上記トラップ電圧の低電圧側に偏る特性を有しており、上記トラップ電圧を変化させて、予め定めた上記排出浮遊イオンの量（０を含む）に対応するトラップ電圧である指標トラップ電圧を求める指標検知手段と、上記指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを判断する判断手段と、を備える微粒子検知システムである。

この微粒子検知システムでは、予め定めた排出浮遊イオンの量（０を含む）に対応するトラップ電圧である指標トラップ電圧を求める指標検知手段と、この指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを判断する判断手段と、を備える。
これにより、本システムでは、ガス中の微粒子の量を適切に検知することができるほか、ノズルに詰まりが生じるなどして、圧縮空気と共にイオンの噴射量が減少した場合についても、これを適切に検知できる。

ここで、「トラップ電圧」は、補助電極電位と捕集極電位の電位差である。
また、「最低阻止電圧」とは、混合領域内に微粒子が流入せず、ノズルから混合領域に向けて噴射されるイオンの量及び圧縮空気の流量を一定とした条件下で、トラップ電圧を変化させたときに、浮遊イオンが捕集極で捕集されずに排出口から排出される排出浮遊イオンが生じるのを阻止できる、最低のトラップ電圧をいう。なお、混合領域内に微粒子が流入しない場合としては、例えば、車両の排気管に装着されて、排気ガス中の微粒子の量を検知するシステムの場合には、エンジン始動前やエンジン停止後が挙げられる。

また、検知部の「排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性」とは、同じく、混合領域内に微粒子が流入せず、ノズルから混合領域に向けて噴射されるイオンの量及び圧縮空気の流量を一定とした条件下で、トラップ電圧を最低阻止電圧以下の電圧とした場合において、トラップ電圧が低くなるほど排出浮遊イオンの量が増加する特性をいう。
さらに、検知部は、ノズルから噴射される圧縮空気の流量を少なくするほど、最低阻止電圧の値が低くなって、その「排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性」を示す範囲が、トラップ電圧の低電圧側に偏る特性を有している。
排出浮遊イオンの量を得る手法としては、例えば、排出口から排出される帯電微粒子及び排出浮遊イオンの量に応じて変化する信号電流を検知する信号電流検知回路を用い、帯電微粒子が生じない条件下で、信号電流を計測する手法が挙げられる。帯電微粒子が無いため、信号電流は、排出浮遊イオンの量に応じて変化するからである。

また、「指標トラップ電圧」は、排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性に従って与えられる、予め定めた排出浮遊イオンの量（０を含む）に対応したトラップ電圧を指す。
ここで、「予め定めた排出浮遊イオンの量」としては、或る定めた値の排出浮遊イオンの量のほか、或る定めた範囲内の排出浮遊イオンの量でも良い。従って、排出浮遊イオンの量に応じて変化する信号電流を検知する場合、この指標トラップ電圧としては、例えば、（或る定めた値の排出浮遊イオンの量に対応する）所定の信号電流Ｉｓ（例えば、Ｉｓ＝１０００ｐＡの信号電流）が得られるトラップ電圧を、指標トラップ電圧として得ることができる。また、（或る定めた範囲の排出浮遊イオンの量に対応する）所定の範囲内の信号電流Ｉｓ（例えば、Ｉｓ＝５００〜１０００ｐＡの範囲内の信号電流）が得られるトラップ電圧を、指標トラップ電圧として得ることもできる。
この指標トラップ電圧の値は、ノズルから噴射された圧縮空気の流量が少なくなるほど低くなる。具体的には、圧縮空気の流量を予め定めた一定の流量とし、このときに検知部から所定量の排出浮遊イオンを排出させるのに必要な指標トラップ電圧の値に比べて、圧縮空気の流量が上述の一定流量より少なくなった場合には、同じ所定量の排出浮遊イオンを排出させるのに必要な指標トラップ電圧が、低い値となる。
本システムは、このような指標トラップ電圧を求める「指標検知手段」を備えている。具体的には、例えば、本システムのうち、前述の「検知部を駆動し微粒子の量を検知する回路」（以下、駆動検知回路ともいう。）において各種の制御を行うマイクロプロセッサを、指標検知手段として兼用することができる。そのほか、指標検知手段として、上述のマイクロプロセッサとは別に、前述の指標トラップ電圧を求めうるように構成されたマイクロプロセッサ等を、駆動検知回路内にあるいは駆動検知回路外に設けることもできる。また、内燃機関等を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）などの制御回路を（具体的にはこれが有するマイクロプロセッサを）、指標検知手段として兼用することもできる。
また、判断手段は、この指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを判断する。なお、指標トラップ電圧が許容電圧より小さい場合には、ノズルに詰まりが生じるなどして、圧縮空気が正常に噴射されなくなっている（流量が少ない、あるいは、圧縮空気が噴射されていない）、あるいは噴射されるイオンの量が減少していると考えられる。
本システムは、このような「判断手段」を備えている。具体的には、例えば、本システムのうち、駆動検知回路において各種の制御を行うマイクロプロセッサを、判断手段として兼用することができる。そのほか、判断手段として、上述のマイクロプロセッサとは別に、前述の指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを判断しうるように構成されたマイクロプロセッサ等を、駆動検知回路内にあるいは駆動検知回路外に設けることもできる。また、内燃機関等を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）などの制御回路を（具体的にはこれが有するマイクロプロセッサを）、判断手段として兼用することもできる。

なお、イオン気体噴射源で行わせる気中放電の形式としては、例えば、コロナ放電が挙げられる。また、放電電極の配置形態としては、２つの電極を互いに対向して配置し、これら間に気中放電を起こさせても、基板上に隣在して２つの電極を配置し、これらの間で（気中の）沿面放電を生じさせてもよい。

また、圧縮空気ポートに流入する圧縮空気を生成する圧縮空気源としては、レシプロ圧縮機、スクロール圧縮機などのほか、圧縮空気を生成、圧送する各種の圧送ポンプが挙げられる。
また、検知対象となるガスとしては、特に限定はないが、エンジンから排気された排気ガスのほか、大気や、管内を流通する様々なガスが考えられ、特に、ススや粒子状の異物（微粒子）が含まれるガスを検査対象とすると良い。

また、指標トラップ電圧が許容電圧より大きいか否かについて判断するタイミングとしては、適宜のタイミングを設定できるが、例えば、システムを車載した場合には、例えば、エンジンを始動する前、エンジンを停止した後、エンジンブレーキ状態など燃料供給をカットしている期間などが挙げられる。また、判断の頻度としては、エンジンを始動する前や停止後に毎回行うこともできるし、１０日毎、１ヶ月毎など、適宜の期間経過毎に行っても良い。

さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記回路は、前記排出口から排出される前記帯電微粒子及び前記排出浮遊イオンの量に応じて変化する信号電流を検知する信号電流検知回路を有し、前記指標トラップ電圧は、前記最低阻止電圧よりも低く、かつ、上記信号電流検知回路で得られる上記信号電流の値が、第１しきい値から当該第１しきい値より大きい第２しきい値までの範囲内となる１−２指標トラップ電圧であり、前記指標検知手段は、前記トラップ電圧を変化させると共に、上記信号電流検知回路で検知した上記信号電流を用いて、上記１−２指標トラップ電圧を求め、前記判断手段は、求めた上記１−２指標トラップ電圧が、前記許容電圧より大きいか否かを判断する微粒子検知システムとすると良い。

トラップ電圧を最低阻止電圧より大きくした上で、本システムによりガス中の微粒子を検知する場合、微粒子の存在によって通常得られる信号電流の大きさは、例えば数百ｐＡ程度など、あまり大きな信号電流の値は得られないことが多い。これに比して、トラップ電圧が最低阻止電圧の値より低い範囲では、わずかなトラップ電圧の変化によって、排出される排出浮遊イオンの量、従って、これに対応する信号電流の大きさが、大きく変化する。このため、排出される排出浮遊イオンの量が予め定めた或る量となるときの、即ち、信号電流の大きさが予め定めた或る値となるときの、トラップ電圧を正確に求めることは、ノイズ等の影響で困難な場合がある。一方、このトラップ電圧の値を正確に求めなくとも、圧縮空気の流量が減少しているかどうかなどの判断は可能である。
そこで、このシステムでは、上述の信号電流を検知する信号電流検知回路を有する。そして、指標検知手段は、トラップ電圧を変化させると共に、信号電流検知回路で検知した信号電流を用いて、１−２指標トラップ電圧を求め、判断手段は、求めた１−２指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを判断する。
このように、信号電流を検知して、第１しきい値から第２しきい値までの範囲内となる１−２指標トラップ電圧を求めることで、簡易に指標トラップ電圧を求めることができる。また、これにより、判断手段で、求めた１−２指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを容易に判断できる。

さらに、上述のいずれかに記載の微粒子検知システムであって、前記ガスは、排気管内を流通する排気ガスであり、前記検知部は、上記排気管に装着される微粒子検知システムとすると良い。

排気ガスには、微粒子としてススが含まれている場合がしばしばある。また、システムの検知部が排気管に装着されると、長期間に亘り排気ガスに曝されるため、ノズルの詰まりが生じることがある一方、目視等では、検知部を排気管から取り外さないと、ノズルの詰まりを検知できない。
本システムでは、ノズルの詰まりなどによって生じる指標トラップ電圧の変動（低下）を判断手段で検知できるので、ノズルの詰まりなどの不具合を容易に検知できる。

実施形態にかかる微粒子検知システムの概略構成を示す説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、微粒子帯電部内での、微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に説明する説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムにおける、排出浮遊イオン量とトラップ電圧との関係を示したグラフである。 図３に示した排出浮遊イオン量とトラップ電圧との関係を示すグラフについて、排出浮遊イオン量が微小な範囲を拡大して示したグラフである。 実施形態にかかる微粒子検知システムにおける、信号電流と補助電極電位の関係を示したグラフである。 図５に示した信号電流とトラップ電圧との関係を示すグラフについて、信号電流が微小な範囲（2000pA以下の範囲）を拡大して示したグラフである。 実施形態にかかる微粒子検知システムの動作を示すフローチャートである。 実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、ノズル詰まり確認サブルーチンの内容を示すフローチャートである。

本実施形態に係る微粒子検知システムについて、図面を参照して説明する。本実施形態の微粒子検知システム１（図１参照）は、主として、検知部１０と、回路部２０１と、圧縮空気ＡＫを生成する圧縮空気源である圧送ポンプ３００とからなる。
検知部１０は、車両（図示しない）に搭載した内燃機関（図示しない）の排気管ＥＰのうち取付開口ＥＰＯが穿孔された取付部ＥＰＴに装着されている。そして、その一部（図１中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））が取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されている。
回路部２０１は、排気管ＥＰ外で検知部１０に連設されている。この回路部２０１は、検知部１０を駆動するとともに、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有している。
また、この他に、検知部１０のうち排気管ＥＰの外部に位置する部位と、回路部２０１の周囲とを包囲する外装部材１４を備えている。この外装部材１４は、圧送ポンプ３００の供給する圧縮空気ＡＫが流入する圧縮空気ポート７０を有している。

先ず、本システム１のうち、回路部２０１の電気回路上の構成について説明する。回路部２０１は、計測制御回路２２０と、イオン源電源回路２１０と、可変補助電極電源回路２４０とを有している。
このうち、イオン源電源回路２１０は、第１電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２電位ＰＶ２は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされている。さらに具体的には、第２出力端２１２からは、第１電位ＰＶ１に対し、１００ｋＨｚ程度の正弦波を半波整流した、１〜２ｋＶ0-pの正のパルス電圧が出力される。なお、イオン源電源回路２１０は、その出力電流についてフィードバック制御され、自律的に、その実効値が予め定めた電流値（例えば、５μＡ）を保つ定電流電源を構成している。

一方、可変補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、補助電極電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この補助電極電位ＰＶ３は、通常の微粒子検知時には、第１電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２電位ＰＶ２のピーク電位（１〜２ｋＶ）よりも低い、予め定めた電位に設定される。具体的には、補助電極電位ＰＶ３と第１電位ＰＶ１との電位差（トラップ電圧Ｖｔ）で示して、例えば、ＤＣ１５０Ｖの予め定めた通常トラップ電圧Ｖｔ０が出力される（Ｖｔ０＝１５０Ｖ）。
さらに、この可変補助電極電源回路２４０は、出力電圧が可変とされている。従って、後述するノズル部３１のノズル３１Ｎの詰まり確認を行う際には、出力電圧（トラップ電圧Ｖｔ）を、ＤＣ０〜１５０Ｖの範囲で変化させうる（Ｖｔ＝０〜１５０Ｖ）。

さらに、計測制御回路２２０の一部をなす信号電流検知回路２３０は、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに接続する接地入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路２３０は、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路である。

加えて、この回路部２０１において、イオン源電源回路２１０及び可変補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる第１回路ケース２５０に包囲されている。イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、可変補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、及び、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１は、この第１回路ケース２５０に接続している。
なお、本実施形態では、この第１回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、可変補助電極電源回路２４０及び絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１Ｂを収容して包囲すると共に、後述する第１導通部材１３に導通している。
一方、絶縁トランス２７０は、その鉄心２７１が、一次側コイル２７２を捲回した一次側鉄心２７１Ａと、電源回路側コイル２７３及び補助電極電源側コイル２７４が捲回された二次側鉄心２７１Ｂとに、分離して構成されている。但し、絶縁トランス２７０は、一次側鉄心２７１Ａと二次側鉄心２７１Ｂとを、小さな隙間を介して離間させ、電気的に互いに絶縁しながらも、磁気回路的には両者を共通の磁束が通過するように構成することで、絶縁トランス２７０としての変成作用を果たす。なお、鉄心２７１のうち、一次側鉄心２７１Ａは、第２回路ケース２６０を通じて接地電位ＰＶＥとされ、二次側鉄心２７１Ｂは、第１回路ケース２５０を通じて第１電位ＰＶ１（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１の電位）とされている。

また、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に導通して接地電位ＰＶＥとされる第２回路ケース２６０に包囲されている。さらに、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２の他、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａは、この第２回路ケース２６０に接続している。
なお、本実施形態では、この第２回路ケース２６０は、内部に信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０及び絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａを収容して包囲すると共に、外装部材１４に導通している。

さらに、イオン源電源回路２１０、可変補助電極電源回路２４０、第１回路ケース２５０、絶縁トランス２７０、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０、及び、第２回路ケース２６０は、接地されて接地電位ＰＶＥとされる外装部材１４に包囲されている。

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。なお、このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。
また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ１００を含み、通信線ＣＣを介して内燃機関を制御する制御ユニットＥＣＵと通信可能となっており、前述した信号電流検知回路２３０の測定結果（信号電流Ｉｓの大きさ）、これを微粒子量などに換算した値、あるいは、微粒子量が所定量を超えたか否かなどの信号を、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。これにより、制御ユニットＥＣＵで、内燃機関の制御や、フィルタ（図示しない）の不具合警告を発するなどの動作が可能となる。

外部からレギュレータ電源ＰＳを通じて計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び可変補助電極電源回路２４０に分配される。なお、絶縁トランス２７０においては、計測制御回路２２０の一部をなす一次側コイル２７２と、イオン源電源回路２１０の一部をなす電源回路側コイル２７３と、可変補助電極電源回路２４０の一部をなす補助電極電源側コイル２７４と、鉄心２７１（一次側鉄心２７１Ａ，二次側鉄心２７１Ｂ）とは、互いに絶縁されている。このため、計測制御回路２２０から、イオン源電源回路２１０及び可変補助電極電源回路２４０に電力を分配できる一方、これら同士間の絶縁を保つことができる。
なお、本実施形態では、絶縁トランス２７０は、可変補助電極電源回路２４０に電力を供給する補助電極絶縁トランスをも兼ねている。

図１に白抜き矢印で示すように、圧送ポンプ３００は、自身の周囲の大気（空気）を取り込んで、外装部材１４の圧縮空気ポート７０に接続された送気パイプ３１０を通じて、後述するイオン気体噴射源１１に向けて、清浄な圧縮空気ＡＫを圧送する。
また、外装部材１４は、内部に収容された回路部２０１との間に、圧縮空気ＡＫが流動する空隙をなしている。また、後述する第１導通部材１３は、外装部材１４内を通った圧縮空気ＡＫを、内部に導く通気孔７１を有している。さらに、この第１導通部材１３の内部には、圧縮空気ＡＫをイオン気体噴射源１１に導くイオン源向け通気路ＲＡが形成されている。

次いで、検知部１０について説明する（図１参照）。前述したように、検知部１０は、内燃機関（図示しない）の排気管ＥＰのうち取付開口ＥＰＯを有する取付部ＥＰＴに装着される。この検知部１０は、その電気的機能において、大別して、イオン気体噴射源１１、微粒子帯電部１２、第１導通部材１３、針状電極体２０及び補助電極体５０から構成されている。

イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２には、針状電極体２０が接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、その先端部分には、針状に尖った形態とされた針状先端部２２を有する。この針状先端部２２は、後述するイオン気体噴射源１１の２つの電極のうちの１つをなす。
また、可変補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２には、補助電極体５０が接続されている。この補助電極体５０は、ステンレス線からなり、その先端側は、Ｕ字状に曲げ返されており、さらにその先の先端部分に、後述する補助電極をなす補助電極部５３を有する。

一方、第１回路ケース２５０には、金属製で円筒状をなす第１導通部材１３が接続されている。この第１導通部材１３は、第１回路ケース２５０を通じて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に導通し、第１電位ＰＶ１とされている。
また、第１導通部材１３は、針状電極体２０及び補助電極体５０のうち、排気管ＥＰ外に位置する部位の径方向周囲を包囲している。
さらに、第１導通部材１３には、通気孔７１（本実施形態では２箇所）が設けられている。この通気孔７１は、外装部材１４と第１回路ケース２５０及び第１導通部材１３との間を通った白抜き矢印で示す圧縮空気ＡＫを、通気孔７１を通じて、第１導通部材１３の内部に導く。そして、第１導通部材１３内に導き入れられた圧縮空気ＡＫは、イオン源向け通気路ＲＡを通じて、さらに先端側（図１中、右側）の放電空間ＤＳ（後述する）に圧送される。

さらに、第１導通部材１３の先端側（図１中、右側）には、ノズル部３１が嵌め込まれている。このノズル部３１は、その中央が先端側に向かう凹形状とされ、その中心には、微細な透孔が形成されて、ノズル３１Ｎとなっている。
また、ノズル部３１は、第１導通部材１３と電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。

第１導通部材１３の先端側にノズル部３１が嵌め込まれることで、これらの内部に、放電空間ＤＳが形成される。この放電空間ＤＳでは、針状電極体２０の針状先端部２２が突出しており、この針状先端部２２は、ノズル部３１の基端側の面であり凹形状をなす対向面３１Ｔと向き合っている。従って、針状先端部２２とノズル部３１（対向面３１Ｔ）との間に高電圧を印加すると、気中放電が生じ、大気中のＮ₂，Ｏ₂等が電離し、正イオン（例えば、Ｎ³⁺，Ｏ²⁺。以下、イオンＣＰともいう）が生成される。また、イオン源向け通気路ＲＡを通じて、白抜き矢印で示す圧縮空気ＡＫもこの放電空間ＤＳに供給される。このため、ノズル部３１のノズル３１Ｎから、圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲが、これより先端側の混合領域ＭＸ（後述する）に向けて高速で噴射されると共に、圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）に混じって、イオンＣＰも混合領域ＭＸに噴射される。

さらに、ノズル部３１の先端側には、微粒子帯電部１２が構成されている。この微粒子帯電部１２の側面には、（排気管ＥＰの下流側に向けて開口する）取入口３３Ｉと排出口４３Ｏが穿孔されている。また、この微粒子帯電部１２は、ノズル部３１に電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１（捕集極電位）とされている。

この微粒子帯電部１２は、内側に膨出した捕集極４２により、内側の空間がスリット状に狭められた形態とされており、これよりも基端側には、ノズル部３１との間に円柱状の空間が形成されている。
微粒子帯電部１２内の空間のうち、上述の円柱状の空間を、円柱状混合領域ＭＸ１とする。また、捕集極４２で構成されるスリット状の内部空間を、スリット状混合領域ＭＸ２とする。そして、これら円柱状混合領域ＭＸ１及びスリット状混合領域ＭＸ２を併せて、混合領域ＭＸとする。さらに、捕集極４２よりも先端側にも、円柱状の空間が形成されており、排出口４３Ｏに連通する排出路ＥＸをなしている。加えて、捕集極４２の基端側には、取入口３３Ｉから混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に連通する引き込み路ＨＫが形成されている。

次いで、本実施形態の微粒子検知システム１の各部の電気的機能及び動作について、図１のほか、図２をも参照して説明する。なお、この図２は、本システム１の検知部１０の電気的機能及び動作を理解容易のため模式的に示したものである。
針状電極体２０は、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通している。従って、この針状電極体２０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００ｋＨｚ，１〜２ｋＶ0-pの正の半波整流パルス電圧である、第２電位ＰＶ２とされる。
また、補助電極体５０は、可変補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通しており、補助電極電位ＰＶ３とされる。
さらに、第１導通部材１３，ノズル部３１，微粒子帯電部１２は、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、可変補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、これらの回路を囲む第１回路ケース２５０、及び信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１に接続、導通している。これらは、第１電位ＰＶ１とされる。
加えて、外装部材１４は、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０を囲む第２回路ケース２６０及び信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に接続、導通している。これらは、排気管ＥＰと同じ、接地電位ＰＶＥとされる。

従って、前述したように、第１電位ＰＶ１とされるノズル部３１（対向面３１Ｔ）と、これよりも正の高電位である第２電位ＰＶ２とされる針状先端部２２との間では、気中放電、具体的にはコロナ放電が生じる。さらに具体的には、正極となる針状先端部２２の周りにコロナが発生する正針コロナＰＣを生じる。これにより、その雰囲気をなす大気（空気）のＮ₂，Ｏ₂等が電離等して、正のイオンＣＰが発生する。発生したイオンＣＰの一部は、放電空間ＤＳに供給された圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲと共に、ノズル３１Ｎを通って、混合領域ＭＸに向けて噴射される。
本実施形態では、針状先端部２２とノズル部３１が気中放電（コロナ放電）を発生する２つの電極に相当する。また、放電空間ＤＳを囲む、ノズル部３１、針状先端部２２が、イオン気体噴射源１１をなしている。

ノズル３１Ｎを通じて、空気ＡＲが混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に噴射されると、この円柱状混合領域ＭＸ１の気圧が低下するため、取入口３３Ｉから排気ガスＥＧが引き込み路ＨＫを通じて、混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１、スリット状混合領域ＭＸ２）に取り入れられる。取入排気ガスＥＧＩは、空気ＡＲと混合され、空気ＡＲと共に、排出路ＥＸを経由して、排出口４３Ｏから排出される。
その際、排気ガスＥＧ中に、ススなどの微粒子Ｓが含まれていた場合、図２に示すように、この微粒子Ｓも混合領域ＭＸ内に取り入れられる。一方、噴射された空気ＡＲには、イオンＣＰが含まれている。このため、取り入れられたススなどの微粒子Ｓは、イオンＣＰが付着して、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、この状態で、混合領域ＭＸ及び排出路ＥＸを通って、排出口４３Ｏから、空気ＡＲと共に排出される。
一方、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、第１電位ＰＶ１（捕集極電位）とされた捕集極４２をなす微粒子帯電部１２に各部に付着する（捕捉される）。

本実施形態のシステム１はこのように構成されているので、図１に示すように、イオン気体噴射源１１における気中放電に伴って、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２から、針状先端部２２に、放電電流Ｉｄが供給される。一方、この放電電流Ｉｄの多くは、ノズル部３１に流れ込む（受電電流Ｉｊ）。この受電電流Ｉｊは、第１導通部材１３を流れて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に流入する。
また、イオン気体噴射源１１で生成され、ここから噴射されたイオンＣＰの多くは捕集極４２で捕集される。捕集極４２で捕集された浮遊イオンＣＰＦが有していた電荷に起因する捕集電流Ｉｈも、捕集極４２（微粒子帯電部１２）に導通する第１導通部材１３を通じて、第１出力端２１１に流れ込む。つまり、第１導通部材１３には、これらの和である受電捕集電流Ｉｊｈ（＝Ｉｊ＋Ｉｈ）が流れる。

但し、この受電捕集電流Ｉｊｈは、放電電流Ｉｄよりも若干小さな値となる。というのも、イオン気体噴射源１１で生成されたイオンＣＰのうち、排出口４３Ｏから排出された帯電微粒子ＳＣに付着して排出イオンＣＰＨも排出されてしまう。この排出された排出イオンＣＰＨの電荷に対応する電流分は、受電捕集電流Ｉｊｈとして流れないからである。なお、帯電微粒子ＳＣが流通している排気管ＥＰは接地電位ＰＶＥとされている。

ところでイオン源電源回路２１０から見ると、第２出力端２１２から流出した放電電流Ｉｄと、第１出力端２１１から流入する受電捕集電流Ｉｊｈとにアンバランスが生じることとなる。このため、この不足分（差分＝放電電流−受電捕集電流）に相当する信号電流Ｉｓが、接地電位ＰＶＥから第１出力端２１１に向けて流れ込んでバランスする。
そこで、本システム１では、第１出力端２１１に導通する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに導通する接地入力端２３２とを有し、これらの間を流れる電流を検知する信号電流検知回路２３０を設けることで、接地電位ＰＶＥから外装部材１４，第２回路ケース２６０を経由し、計測制御回路２２０のうち信号電流検知回路２３０を通じ、さらに第１回路ケース２５０を通って、第１出力端２１１に流れる信号電流Ｉｓを検知する。
この差分（放電電流Ｉｄ−受電捕集電流Ｉｊｈ）に相当する信号電流Ｉｓの大きさは、排出された帯電微粒子ＳＣに付着して排出された排出イオンＣＰＨの電荷の量、したがって、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓの量、ひいては、排気管ＥＰを流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量に対応して増減する。このため、信号電流Ｉｓの大きさを検知することにより、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を検知することが可能となる。

ところで、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦが、捕集極４２（微粒子帯電部１２）で捕集されずに、排出口４３Ｏから排出されると、信号電流Ｉｓに、微粒子Ｓの量に依存しない成分が含まれることとなるため、微粒子Ｓの量の検出精度が低下する。
これに対し、本実施形態のシステム１では、補助電極電位ＰＶ３とされた補助電極部５３（補助電極）が、微粒子帯電部１２のスリット状混合領域ＭＸ２内に配置されている。なお、前述したように、通常の微粒子検知の状態においては、補助電極電位ＰＶ３は、捕集極４２の捕集極電位である第１電位ＰＶ１に対し、予め定めた正の直流電位とされている。即ち、通常の微粒子検知時には、補助電極電位ＰＶ３と捕集極電位（第１電位）ＰＶ１との電位差であるトラップ電圧Ｖｔは、通常トラップ電圧Ｖｔ０（例えば、Ｖｔ０＝１５０Ｖｄｃ）に設定されている。この通常トラップ電圧Ｖｔ０は、後述する最低阻止電圧ＶｔＣよりも、十分大きな値とされている。
このため、正に帯電した軽い浮遊イオンＣＰＦは、補助電極部５３から大きな斥力を受けて、捕集極４２に向けて加速されるので、この捕集極４２で確実に捕集されるようになっている。即ち、通常の微粒子検知状態では、浮遊イオンＣＰＦが、排出口４３Ｏから排出されることがない値が、通常トラップ電圧Ｖｔ０として設定されている。
なお、浮遊イオンＣＰＦに比して十分重い帯電微粒子ＳＣは、補助電極部５３から斥力は受けるが、空気ＡＲの流れがあるため、そのまま排出口４３Ｏから排出される。

つまり、信号電流Ｉｓは、排出口４３Ｏから排出される帯電微粒子ＳＣ（これに付着した排出イオンＣＰＨ）及び排出浮遊イオンＣＰＦＨの量に応じて変化する。但し、補助電極部５３と捕集極４２との間に印加するトラップ電圧Ｖｔを、後述する最低阻止電圧ＶｔＣ以上とすることで、混合領域ＭＸ内の浮遊イオンＣＰＦは、全てが捕集極４２で捕集されて、排出口４３Ｏから排出されなくなる（排出浮遊イオンＣＰＦＨが無くなる）。この様にすれば、信号電流Ｉｓは、排出口４３Ｏから排出される帯電微粒子ＳＣの量のみに応じて変化することとなるので、微粒子Ｓの量を正確に検知できる。
逆に、補助電極部５３と捕集極４２との間に印加するトラップ電圧Ｖｔを後述する最低阻止電圧ＶｔＣよりも小さくすると、一部の浮遊イオンＣＰＦが捕集極４２で捕集されずに排出口４３Ｏから排出される（排出浮遊イオンＣＰＦＨが生じる）。この場合、トラップ電圧Ｖｔを低くするほど、多くの浮遊イオンＣＰＦが排出口４３Ｏから排出される（排出浮遊イオンＣＰＦＨが増加する。）。

そこで、本実施形態の検知部１０について、微粒子Ｓが排気管ＥＰを流れておらず、従って、微粒子Ｓが混合領域ＭＸに流入せず、排出微粒子ＳＣが存在しない一方、ノズル３１Ｎから混合領域ＭＸに向けて噴射されるイオンＣＰの量が一定、かつ、噴射される圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）の流量を一定とした条件下で、補助電極部５３と捕集極４２との間のトラップ電圧Ｖｔを変化させる。そして、このトラップ電圧Ｖｔと、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量との関係を調査すると、図３のグラフにおいて、実線で示す特性が得られる。
即ち、トラップ電圧Ｖｔが、所定の値（図３では、Ｖｔ＝１００Ｖ）以上となると、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量は、ほぼ零となる。一方、この所定の値（Ｖｔ＝１００Ｖ）より低い値では、トラップ電圧Ｖｔの低下と共に、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量が、ほぼ直線的に増加することが判る。
ここで、（浮遊イオンＣＰＦが捕集極４２で捕集されずに排出口４３Ｏから排出される）排出浮遊イオンＣＰＦＨが生じるのを阻止できる最低のトラップ電圧Ｖｔを、「最低阻止電圧ＶｔＣ」とする（本例の場合、ＶｔＣ＝１００Ｖ）。
すると、図３の結果から、検知部１０では、前述したように、トラップ電圧Ｖｔが最低阻止電圧ＶｔＣ以上の範囲では、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量を、ほぼ零とすることができることが判る。一方、トラップ電圧Ｖｔが最低阻止電圧ＶｔＣより低い範囲では、トラップ電圧Ｖｔが低くするほど、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量が増加する「排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性」を示すことが判る。

なお、図４は、図３に示した排出浮遊イオンの量とトラップ電圧Ｖｔとの関係を示すグラフについて、排出浮遊イオン量が微小な範囲を拡大して示したグラフである。
この図４で実線で示すグラフによれば、最低阻止電圧ＶｔＣ（図３，図４では、ＶｔＣ＝１００Ｖ）より低い範囲では、僅かなトラップ電圧Ｖｔの減少で、急激に排出浮遊イオンＣＰＦＨの量が増加することが判る。

次いで、信号電流検知回路２３０で検知する信号電流Ｉｓと、トラップ電圧Ｖｔとの関係について、図５に示す。前述したように、排出微粒子ＳＣが存在しない条件下であるので、原理的に、信号電流Ｉｓの大きさは、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量に比例する。従って、図５に示すグラフは、図３のグラフとほぼ同じ形状となる。
即ち、図５の結果から、トラップ電圧Ｖｔが最低阻止電圧ＶｔＣ以上の範囲では、信号電流Ｉｓを、ほぼ零とすることができることが判る。
一方、トラップ電圧Ｖｔが最低阻止電圧ＶｔＣより低い範囲では、トラップ電圧Ｖｔが低くするほど、信号電流Ｉｓが増加する「信号電流−トラップ電圧特性」を示すことが判る。

なお、図６は、図５に示した信号電流Ｉｓとトラップ電圧Ｖｔとの関係を示すグラフについて、排出浮遊イオン量が微小な範囲を拡大して示したグラフである。
この図６で実線で示すグラフによれば、最低阻止電圧ＶｔＣ（図５，図６では、ＶｔＣ＝１００Ｖ）以下の範囲では、僅かなトラップ電圧の減少で、急激に信号電流Ｉｓが増加することが判る。即ち、排気ガスＥＧ中に微粒子Ｓが存在する場合に、得られる信号電流Ｉｓの大きさが、通常数百ｐＡ程度であるのに比して、最低阻止電圧ＶｔＣより低い範囲では、トラップ電圧Ｖｔを、１〜２Ｖ程度変動させるだけで、数百ｐＡ程度の変動が生じることが判る。

一方、図６によれば、最低阻止電圧ＶｔＣ以上の領域でも、僅かに信号電流Ｉｓが流れることが判る。ただし、これは、排出浮遊イオンＣＰＦＨに起因するものではない。第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間に電位差が存在することから、検知部１０などの各所において、第１電位ＰＶ１とされた部材と、接地電位ＰＶＥとされた部材との間に生じた漏れ電流Ｉｍに相当する分が、信号電流検知回路２３０で検知されたものである。

ところで、ノズル３１Ｎにススや異物が詰まるなどして、噴射される圧縮空気ＡＫの流量が減少した場合を考える。本実施形態のように、排気管ＥＰに検知部１０が装着されるシステム１では、長期間に亘り検知部１０（ノズル３１Ｎ）が排気ガスＥＧに曝される。このため、ノズル３１Ｎにススや異物が詰まる場合が生じうる。
このようにノズル３１Ｎが詰まり、噴射される圧縮空気ＡＫの流量が減少した場合、圧縮空気ＡＫと共に噴射されるイオンＣＰの量も減少する。また、噴射される圧縮空気ＡＫの速度（流速）も低下する。すると、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰ（浮遊イオンＣＰＦ）は、その量が少ない上に、混合領域ＭＸでの微粒子Ｓとの混合が不十分となることで、微粒子Ｓへの付着が促進されない。これらにより、排気ガスＥＧ中のススなどの微粒子Ｓの量が同じであっても、帯電微粒子ＳＣに付着して排出口４３Ｏから排出される排出イオンＣＰＨ量が少なくなる。この結果、得られる信号電流Ｉｓの値が小さくなり、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓ量が実際よりも少なく見える。
さらに、ノズル３１Ｎが完全に閉塞する極端な場合には、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を検知できなくなる。

このように、ノズル３１Ｎが詰まるなどして、圧縮空気ＡＫの流量が減少した場合には、排出浮遊イオンＣＰＦＨの量とトラップ電圧Ｖｔとの関係は、図３，図４において破線で示す関係となる。即ち、実線で示す通常（正常）の場合に比して、最低阻止電圧ＶｔＣが低下し、相対的に低いトラップ電圧Ｖｔでも、浮遊イオンＣＰＦを全量捕集でき、排出浮遊イオンＣＰＦＨの発生を防止できる。また、最低阻止電圧ＶｔＣの値よりも低い値で、同じトラップ電圧Ｖｔとした場合には、ノズル３１Ｎが詰まっている場合の方が、相対的に、排出浮遊イオンＣＰＦＨが減少する。
即ち、検知部１０は、ノズル３１Ｎから噴射される圧縮空気ＡＫの流量を少なくするほど、最低阻止電圧ＶｔＣの値が低くなり、排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性を示す範囲がトラップ電圧Ｖｔの低電圧側に偏る特性を示す。

また、信号電流Ｉｓとトラップ電圧Ｖｔとの関係についても、同様に、図５，図６において破線で示す関係となる。即ち、通常（正常）の場合（実線で示す場合）に比して、最低阻止電圧ＶｔＣが低下し、相対的に低いトラップ電圧Ｖｔでも、信号電流Ｉｓを漏れ電流Ｉｍまで低下させることができる。また、最低阻止電圧ＶｔＣの値よりも低い値で、同じトラップ電圧Ｖｔとした場合には、ノズル３１Ｎが詰まっている場合の方が、相対的に、信号電流Ｉｓが減少する。

そこで、本実施形態のシステム１では、検知部１０の特性がこのようになることを利用し、以下のようにして、ノズル３１Ｎの詰まりを検知する。先ず、本システム１による微粒子検知について、図７のフローチャートを参照して説明する。
エンジン（図示しない）のキースイッチがＯＮにされると、微粒子検知システム１（計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ１００）が起動され、ステップＳ１で必要な初期設定がなされる。その後、ステップＳ２において、エンジンが停止したか否かを判断する。

エンジンが駆動されている場合（Ｎｏ）には、ステップＳ３に進み、通常通り、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を検知する。具体的には、各回路（信号電流検知回路２３０，イオン源電源回路２１０，可変補助電極電源回路２４０）や圧送ポンプ３００を作動させ、イオン気体噴射源１１で気中放電によりイオンＣＰを生成し、圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）と共に、混合領域ＭＸにイオンＣＰを噴射する。一方、信号電流検知回路２３０で信号電流Ｉｓを検知し、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を検知し、制御ユニットＥＣＵにその結果を送信する。
そして、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２とＳ３を繰り返す。

その後、車両の運転が終了し、エンジンが停止されると、ステップＳ２でＹｅｓと判断され、ステップＳ４に進む。
このステップＳ４では、ノズル３１Ｎの詰まりを確認する時期が到来しているか否かを判断する。例えば、前回の確認時期から、１ヶ月経過したか否かを確認する。此処でＮｏ、つまり、また確認時期が到来していない場合には、終了する。一方、確認時期が到来している場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ５に進み、ノズル詰まり確認のサブルーチンを実行し、その後、終了する。

次いで、ノズル詰まり確認サブルーチンについて、図８のフローチャートを参照して説明する。
なお、このノズル詰まりサブルーチンＳ５を実行する段階では、エンジンは停止しており、排気管ＥＰ内を排気ガスＥＧは流通していない（排気ガスＥＧは存在していても、流れていない）。このため、ススなどの微粒子Ｓが混合領域ＭＸに流入しない状態となっている。
先ず、ステップＳ５１では、トラップ電圧Ｖｔを、通常トラップ電圧Ｖｔ０（例えば、Ｖｔ０＝１５０Ｖ）として、基礎電流Ｉｓ０を測定する。なお、この通常トラップ電圧Ｖｔ０は、最低阻止電圧ＶｔＣよりも十分高い電圧である。従って基礎電流Ｉｓ０の大きさは、前述の漏れ電流Ｉｍに相当する値である。なお本実施形態では、基礎電流Ｉｓ０（＝Ｉｍ）＝８０ｐＡ程度であった。

次いで、ステップＳ５２に進み、第２しきい値Ｉｓ２をセットする。具体的には、Ｉｓ２＝Ｉｓ０＋Ｉｓｂにより、第２しきい値Ｉｓ２を算出する。ここで、Ｉｓｂは、基礎電流Ｉｓ０から第２しきい値Ｉｓ２までの電流差を与える第２シフト値である。
さらに、ステップＳ５３に進み、第１しきい値Ｉｓ１をセットする。具体的には、Ｉｓ１＝Ｉｓ０＋Ｉｓａにより、第１しきい値Ｉｓ１を算出する。ここで、Ｉｓａは、基礎電流Ｉｓ０から第１しきい値Ｉｓ１までの電流差を与える第１シフト値である。
なお、Ｉｓａ＜Ｉｓｂとしてある。また、本実施形態では、Ｉｓａ＝５００ｐＡ、Ｉｓｂ＝１０００ｐＡとした。このため、例えば、Ｉｓ１＝５８０ｐＡ、Ｉｓ２＝１０８０ｐＡとなる。

さらに、ステップＳ５４に進み、可変補助電極電源回路２４０の出力電圧を変化させて、トラップ電圧Ｖｔを確認時初期電圧Ｖｐ（例えば、Ｖｐ＝８０Ｖ）とし、この状態での信号電流Ｉｓを測定する。
次いで、ステップＳ５５に進み、得られた信号電流Ｉｓが、第２しきい値Ｉｓ２よりも大きいか否かを判断する。ここで、Ｙｅｓ、即ち、Ｉｓ＞Ｉｓ２の場合には、ステップＳ５７に進む。

ステップＳ５７では、トラップ電圧Ｖｔをセットする。具体的には、現在のトラップ電圧Ｖｔを、変化分ΔＶだけ増加させる。
なお、この変化分ΔＶの大きさは、図６のグラフにおいて、信号電流Ｉｓが、第１しきい値Ｉｓ１（本実施形態では、Ｉｓ１＝５８０ｐＡ）となるときのトラップ電圧と、第２しきい値Ｉｓ２（本実施形態ではＩｓ２＝１０８０ｐＡ）となるときのトラップ電圧との差よりも、小さな値に選択すると良い。例えば、図６のグラフにおいて、５００ｐＡの電流差に相当するトラップ電圧の差（図６のグラフにおいて、３Ｖ程度）よりも小さな値とすると良い。さらに好ましくは、上記の差を、３〜１０の値で除した大きさとすると良い（例えば、ΔＶ＝３．０／６＝０．５Ｖ程度）。

次いで、ステップＳ５８で、再び信号電流Ｉｓを測定する。
さらに、ステップＳ５９では、得られた信号電流Ｉｓが、第２しきい値Ｉｓ２よりも大きいか否かを判断する。ここで、Ｙｅｓ、即ち、まだ、Ｉｓ＞Ｉｓ２の場合には、ステップＳ５７に戻り、ステップＳ５７，Ｓ５８，Ｓ５９を繰り返す。
一方、ステップＳ５９で、Ｎｏ、即ち、Ｉｓ≦Ｉｓ２となった場合には、ステップＳ５Ｄに進む。

一方、Ｓ５５でＮｏ、すなわち、Ｉｓ≦Ｉｓ２の場合には、ステップＳ５６に進む。
ステップＳ５６では、得られた信号電流Ｉｓが、第１しきい値Ｉｓ１より大きいか否かを判断する。ここで、Ｎｏ、即ち、Ｉｓ≦Ｉｓ１の場合には、ステップＳ５Ａに進む。

ステップＳ５Ａでは、トラップ電圧Ｖｔをセットする。具体的には、現在のトラップ電圧Ｖｔを、変化分ΔＶだけ減少させる。
次いで、ステップＳ５Ｂで、再び信号電流Ｉｓを測定する。
さらに、ステップＳ５Ｃでは、得られた信号電流Ｉｓが、第１しきい値Ｉｓ１よりも小さいか否かを判断する。ここで、Ｙｅｓ、即ち、まだ、Ｉｓ＜Ｉｓ１の場合には、ステップＳ５Ａに戻り、ステップＳ５Ａ，Ｓ５Ｂ，Ｓ５Ｃを繰り返す。
一方、ステップＳ５Ｃで、Ｎｏ、即ち、Ｉｓ≧Ｉｓ１となった場合には、ステップＳ５Ｄに進む。

また、ステップＳ５６で、Ｙｅｓ、即ち、Ｉｓ１＜Ｉｓ≦Ｉｓ２の場合、つまり、信号電流Ｉｓが、第１しきい値Ｉｓ１と第２しきい値Ｉｓ２の中間の値となった場合には、ステップＳ５Ｄに進む。
さらに、ステップＳ５Ｄでは、確認時初期電圧Ｖｐとして、現在のトラップ電圧Ｖｔを記憶する。即ち、Ｖｐ＝Ｖｔとする。次回の確認時に、適切な確認時初期電圧ＶｐをステップＳ５４で与えるためである。
次いで、ステップＳ５Ｅで、１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2として、現在のトラップ電圧Ｖｔをセットする。即ち、Ｖｔ1-2＝Ｖｔとする。

さらにステップＳ５Ｆでは、１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2が、許容電圧Ｖｔｍｉｎ以上であるか否かを判断する。なお、この許容電圧Ｖｔｍｉｎは、１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2について許容しうる最低の電圧である。例えば、ノズル３１Ｎの詰まりによる、圧縮空気ＡＫの流量の減少量の許容範囲や、信号電流Ｉｓに重畳するノイズの大きさなどを考慮して、ノズル３１Ｎの詰まりの有無を適切に判断できる値を定めればよい。本実施形態では、図６に一点鎖線で示すように、Ｖｔｍｉｎ＝９０Ｖとした。

このステップＳ５Ｆで、Ｙｅｓ、即ち、Ｖｔ1-2≧Ｖｔｍｉｎである場合には、メインルーチンに戻り、システム１の駆動を終了する。１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2が、許容電圧以上であるため、ノズル３１Ｎの詰まりによる不具合は生じていない（許容される）と判断できるためである。
一方、ここでＮｏ、即ち１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2が、許容電圧Ｖｔｍｉｎを下回っていると判断された場合には、ステップＳ５Ｇに進み、詰まり警告の表示を求める信号を、制御ユニットＥＣＵに送信する。ノズル３１Ｎの詰まりなどにより、圧縮空気ＡＫの流量が減少していおり、微粒子Ｓの量を適切に検知できない虞があるからである。

なお、本実施形態において、ステップＳ５Ｆを実行している計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ１００が、判断手段に対応する。また、ステップＳ５４〜Ｓ５Ｃを実行しているマイクロプロセッサ１００が、指標検知手段に対応する。
また、１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2が、予め定めた排出浮遊イオンの量に対応するトラップ電圧である指標トラップ電圧に対応する。

このシステム１では、指標トラップ電圧である１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2を求めるステップＳ５４〜Ｓ５Ｃ（図８参照：指標検知手段）、及び、これが、許容電圧Ｖｔｍｉｎよりも大きいか否かを判断する、ステップＳ５Ｆ（図８参照：判断手段）を備える。
これにより、本システム１では、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を適切に検知することができる。加えて、ノズル３１Ｎに詰まりが生じるなどして、圧縮空気ＡＫと共にイオンＣＰの噴射量が減少した場合についても、これを適切に検知できる。

トラップ電圧Ｖｔを最低阻止電圧ＶｔＣより大きくした上で、本システム１によりガスＥＧ中の微粒子Ｓを検知する場合、微粒子Ｓの存在によって通常得られる信号電流Ｉｓの大きさは、例えば数百ｐＡ程度など、あまり大きな信号電流Ｉｓの値は得られないことが多い。これに比して、トラップ電圧Ｖｔが最低阻止電圧ＶｔＣの値より低い範囲では、わずかなトラップ電圧Ｖｔの変化（例えば、１〜２Ｖ程度の変化）によって、排出される排出浮遊イオンＣＰＦＨの量、従って、これに対応する信号電流Ｉｓの大きさが、大きく変化する。このため、排出される排出浮遊イオンＣＰＦＨの量が予め定めた或る量となるときの、即ち、信号電流Ｉｓの大きさが予め定めた或る値（例えば７５０ｐＡ）となるときの、トラップ電圧Ｖｔを正確に求めることは、ノイズ等の影響で困難な場合がある。一方、この様なトラップ電圧の値を正確に求めなくとも、圧縮空気ＡＫの流量が減少しているかどうかなどの判断は可能である。
このシステム１では、信号電流Ｉｓを検知する信号電流検知回路２１０を有している。そして、指標検知手段であるステップＳ５４〜Ｓ５Ｃでは、トラップ電圧Ｖｔを変化させると共に、信号電流検知回路２１０で検知した信号電流Ｉｓを用いて、１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2を求める。また、判断手段ステップＳ５Ｆでは、求めた１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2が、許容電圧Ｖｔｍｉｎより大きいか否かを判断する。
このように、信号電流Ｉｓを検知して、第１しきい値Ｉｓ１から第２しきい値Ｉｓ２までの範囲内となる１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2を求めるとすることで、簡易に指標トラップ電圧を求めることができる。また、これにより、判断手段であるステップＳ５Ｆで、求めた１−２指標トラップ電圧Ｖｔ1-2が、許容電圧Ｖｔｍｉｎより大きいか否かを容易に判断できる。

排気ガスＥＧには、微粒子Ｓとしてススが含まれている場合がしばしばある。また、システム１の検知部１０が排気管ＥＰに装着されると、長期間に亘り排気ガスＥＧに曝されるため、ノズル３１Ｎの詰まりが生じることがある一方、目視等では、検知部１０を排気管ＥＰから取り外さないと、ノズル３１Ｎの詰まりを検知できない。
本システム１では、ノズル３１Ｎの詰まりなどによって生じる指標トラップ電圧Ｖｔ1-2の変動（低下）を判断手段であるステップＳ５Ｆで検知するので、ノズル３１Ｎの詰まりを容易に検知できる。

なお、上述の実施形態では、本システム１を、エンジンの排気管ＥＰを流れる排気ガスＥＧに対して適用した例を示した。しかし、例えば、燃焼炉の排気筒（煙突など）を流れる排気ガスにおける微粒子検知や、大気中の微粒子の有無や量の検知など様々なガスにおける微粒子の検知に適用することができる。
また、上述の実施形態では、前述したように、指標検知手段に対応するものとして、ステップＳ５４〜Ｓ５Ｃを実行している、計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ１００を例示した。また、判断手段に対応するものとして、ステップＳ５Ｆを実行しているマイクロプロセッサ１００を例示した。
しかし、計測制御回路２２０に、マイクロプロセッサ１００とは別にマイクロプロセッサを設け、これにステップＳ５４〜Ｓ５ＣあるいはステップＳ５Ｆに相当する処理を実行させて、指標検知手段あるいは判断手段を構成しても良い。また、第２回路ケース２６０内に計測制御回路２２０とは別の回路及びマイクロプロセッサ等を構成し、このマイクロプロセッサにステップＳ５４〜Ｓ５ＣあるいはステップＳ５Ｆに相当する処理を実行させて、指標検知手段あるいは判断手段を構成しても良い。さらには、制御ユニットＥＣＵが有するマイクロプロセッサに、ステップＳ５４〜Ｓ５ＣあるいはステップＳ５Ｆに相当する処理を実行させて、制御ユニットＥＣＵを、指標検知手段あるいは判断手段として兼用する構成としても良い。

ＥＰ 排気管
ＥＧ 排気ガス
ＥＧＩ 取入排気ガス
Ｓ 微粒子
ＳＣ 帯電微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＣＰＨ 排出イオン
ＣＰＦＨ 排出浮遊イオン
Ｉｓ 信号電流
Ｉｓ０ 基礎電流
Ｉｓ１ 第１しきい値
Ｉｓ２ 第２しきい値
１ 微粒子検知システム
１０ 検知部
１１ イオン気体噴射源
１２ 微粒子帯電部
２０ 針状電極体
２２ （針状電極体の）針状先端部（イオン気体噴射源）
３１ ノズル部（イオン気体噴射源，微粒子帯電部）
３１Ｎ ノズル
３３Ｉ 取入口
ＰＶ１ 第１電位（捕集極電位）
ＰＶ２ 第２電位
ＰＶ３ 補助電極電位
ＰＶＥ 接地電位
Ｖｔ トラップ電圧
ＶｔＣ 最低阻止電圧
Ｖｔ０ 通常トラップ電圧
Ｖｐ 確認時初期電圧
△Ｖ 変化分
Ｖｔ1-2 １−２指標トラップ電圧（指標トラップ電圧）
Ｖｔｍｉｎ 許容電圧
ＭＸ 混合領域
４２ 捕集極
４３Ｏ 排出口
５０ 補助電極体
５３ （補助電極体の）補助電極部（補助電極）
７０ 圧縮空気ポート
ＡＫ 圧縮空気（気体）
３００ 圧送ポンプ
Ｓ５Ｆ 範囲判断手段
Ｓ５４〜Ｓ５Ｃ 指標検知手段
１００ マイクロプロセッサ
２０１ 回路部
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２３０ 信号電流検知回路
２４０ 可変補助電極電源回路

Claims (3)

1. ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、
   上記ガスに接触する検知部と、
   上記検知部を駆動し上記微粒子の量を検知する回路と、
   圧縮空気が流入する圧縮空気ポートと、を備え、
   上記検知部は、
   気中放電によりイオンを生成し、生成した上記イオンを、上記圧縮空気ポートを通して流入した上記圧縮空気と共に噴射するノズルをなすノズル部を有する
   イオン気体噴射源と、
   上記ガスを自身の内部に取り入れる取入口を含み、
   上記取入口から取り入れた取入ガスを上記イオン気体噴射源から噴射した上記イオンと混合して、上記取入ガス中の上記微粒子に上記イオンを付着させて、帯電微粒子とする混合領域を構成してなり、
   上記取入ガスとともに上記帯電微粒子を排出する排出口を含み、
   捕集極電位とされ、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極をなす
   微粒子帯電部と、
   上記微粒子帯電部内に配置され、上記回路のうちの可変補助電極電源回路に接続されて補助電極電位とされ、上記浮遊イオンに斥力を及ぼして、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する
   補助電極と、を有し、
   上記補助電極電位は、上記捕集極電位に対する可変の電位であって、上記可変補助電極電源回路で生成されてなり、
   上記補助電極電位と上記捕集極電位との電位差を、トラップ電圧としたとき、
   上記検知部は、
   上記混合領域内に上記微粒子が流入せず、上記ノズルから上記混合領域に向けて噴射される上記イオンの量及び上記圧縮空気の流量を一定とした条件下で、
   トラップ電圧を、最低阻止電圧以上の電圧とした場合には、上記浮遊イオンが上記捕集極で捕集されずに上記排出口から排出される排出浮遊イオンが生じるのを阻止できる一方、
   上記トラップ電圧を、上記最低阻止電圧より低い電圧とした場合には、上記排出浮遊イオンの量と上記トラップ電圧とは、上記トラップ電圧が低くなるほど上記排出浮遊イオンの量が増加する関係となる
   排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性を示し、
   上記ノズルから噴射される上記圧縮空気の流量を少なくするほど、上記最低阻止電圧の値が低くなり、上記排出浮遊イオン量−トラップ電圧特性を示す範囲が上記トラップ電圧の低電圧側に偏る
   特性を有しており、
   上記トラップ電圧を変化させて、予め定めた上記排出浮遊イオンの量（０を含む）に対応するトラップ電圧である指標トラップ電圧を求める指標検知手段と、
   上記指標トラップ電圧が、許容電圧より大きいか否かを判断する判断手段と、を備える
   微粒子検知システム。
2. 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
   前記回路は、
   前記排出口から排出される前記帯電微粒子及び前記排出浮遊イオンの量に応じて変化する信号電流を検知する信号電流検知回路を有し、
   前記指標トラップ電圧は、
   前記最低阻止電圧よりも低く、かつ、上記信号電流検知回路で得られる上記信号電流の値が、第１しきい値から当該第１しきい値より大きい第２しきい値までの範囲内となる１−２指標トラップ電圧であり、
   前記指標検知手段は、
   前記トラップ電圧を変化させると共に、上記信号電流検知回路で検知した上記信号電流を用いて、上記１−２指標トラップ電圧を求め、
   前記判断手段は、
   求めた上記１−２指標トラップ電圧が、前記許容電圧よりも大きいか否かを判断する
   微粒子検知システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の微粒子検知システムであって、
   前記ガスは、排気管内を流通する排気ガスであり、
   前記検知部は、上記排気管に装着される
   微粒子検知システム。

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