JP5841016B2 - 微粒子検知システム - Google Patents

Description

本発明は、通気管内を流通する被測定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。

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排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われている。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、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。
そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、排気ガス中の微粒子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、排気管からチャネル内に取り込んだ微粒子を含む排気ガスと混合して微粒子を帯電させ、その後、排気管に排出する。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

ところで、このような微粒子検知システムにおいては、排気ガスの取り入れや排出、イオンとの混合等を行うため、排気管に装着される検知部の作動に圧縮空気を要する。このため、システムとして、ポンプ等の圧縮空気を生成する圧縮空気源が必要である。ただし、このような圧縮空気源を用いることにより、システム全体が大型化し、コストアップにもなるので、システム専用に圧縮空気源を用いるのであれば、ポンプの中でも特に、小型で低コストのものを用いるのが好ましい。
しかしながら、このような小型のポンプは、能力的に余力がなく、連続駆動を行うと、ポンプの寿命の低下が問題となる。一方、ポンプの駆動を停止させると、検知部に圧縮空気を噴射するための噴射孔を通じて、排気ガスが逆流し、噴射孔に微粒子が堆積して詰まるなどの不具合が生じる虞もある。このため、圧縮空気の供給を停止することなく、ポンプの寿命を延ばすことが望まれる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、検知部の作動に要する圧縮空気を生成するポンプの寿命を延ばすことが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、通気管内を流通する被測定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、上記通気管に装着される検知部と、上記検知部の作動に要する圧縮空気を生成するポンプと、上記ポンプで生成された上記圧縮空気を溜め、上記検知部に上記圧縮空気を送るエアータンクと、上記ポンプの駆動を制御するポンプ駆動制御装置と、を備え、前記検知部は、気中放電によりイオンを生成するイオン源と、前記被測定ガスを取り入れる取入口、及び上記取入口から取り入れた取入ガスを排出する排出口を含み、上記取入ガスが導入される内部空間を構成する空間形成部材と、前記エアータンクから供給された前記圧縮空気を、自身に形成した噴射孔を通じて上記内部空間に向けて噴射する気体噴射源と、を備え、上記空間形成部材は、上記圧縮空気により、上記取入口から上記取入ガスを上記内部空間に導き入れ、上記内部空間内で、上記取入ガスと上記イオンとを混合して、上記取入ガス中の前記微粒子に上記イオンを付着させて帯電微粒子とし、上記圧縮空気及び上記取入ガスとともに、上記排出口から上記帯電微粒子を排出する形態に構成されてなり、上記ポンプ駆動制御装置は、上記ポンプを、間欠駆動す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、検知部の作動に要する圧縮空気を生成するポンプのほか、このポンプで生成された圧縮空気を溜めて、検知部に圧縮空気を送るエアータンクを備えている。そして、エアータンクを備えていることにより、ポンプの駆動を制御するポンプ駆動制御装置は、ポンプを間欠駆動している。
これにより、検知部の作動のために、ポンプを常時駆動する必要がなく、ポンプの寿命を延ばすことができる。
しかも、このシステムでは、検知部は、気中放電によりイオンを生成するイオン源のほか、内部空間を構成する空間形成部材と、エアータンクから供給された圧縮空気を、噴射孔を通じて内部空間に向けて噴射する気体噴射源と、を備えている。そして、空間形成部材は、噴射孔を通じて噴射された圧縮空気によって、取入口から内部空間に導き入れた取入ガスとイオンとを混合して、取入ガス中の微粒子にイオンを付着させて帯電微粒子とし、圧縮空気及び取入ガスとともに、排出口から帯電微粒子を排出する形態に構成されている。
これにより、帯電微粒子の量から、適切に微粒子の量を検知することができる。

なお、用いるポンプの種類としては、ベーン式ポンプ、ダイアフラムポンプ、ギアポンプ、ピストンポンプなどが挙げられる。システム専用に用いることを考えると、これらの中でも、小型で低コストのものを選択するのが好ましい。
また、イオン源における気中放電の形式としては、例えば、コロナ放電のほか、アーク放電やグロー放電などが挙げられる。また、イオン源をなす電極の形態としては、例えば、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。
さらに、イオン源及び気体噴射源の構成としては、イオン源を内部空間の外部に配置し、内部空間の外部で生成したイオンを、気体噴射源で圧縮空気と共に噴射孔を通じて内部空間に向けて噴射する構成が挙げられる。また、イオン源を内部空間内に配置し、内部空間内でイオンを生成する一方、気体噴射源から噴射孔を通じて、内部空間に向けて圧縮空気を噴射する構成も挙げられる。

さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記ポンプ駆動制御装置は、前記エアータンクの圧力変動が許容範囲内となるように、前記ポンプを間欠駆動する微粒子検知システムとすると良い。

このシステムでは、ポンプ駆動制御装置は、エアータンクの圧力変動が許容範囲内となるように、ポンプを間欠駆動している。これにより、圧縮空気の供給を止めることなく、許容範囲内の圧力の圧縮空気を用いて、微粒子を継続して検知できる。加えて、エアータンクの圧力変動の許容範囲内で、ポンプの駆動のＯＮ／ＯＦＦ時間を調整することができるので、ポンプの寿命をさらに延ばすことができる。
なお、ポンプ駆動制御装置が、エアータンクの圧力変動が許容範囲内となるように、ポンプを駆動する方法としては、具体的には、例えば、圧力センサを用いてフィードバックによる圧力制御を行う方法が挙げられる。また、検知部での圧縮空気の消費量、ポンプによる圧縮空気の供給量、エアータンクのタンク容量等を考慮して、予め定められた間隔でポンプの駆動をＯＮ／ＯＦＦする方法も挙げられる。

さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記ポンプは、モータ駆動のベーン式ポンプである微粒子検知システムとすると良い。

このシステムでは、圧縮空気を生成するポンプとして、モータ駆動のベーン式ポンプを用いている。ベーン式ポンプは、小型・軽量・低コストであるため、システム専用のポンプとして用いるのに適している。しかしながら、使用によりベーンの磨耗を生じるほか、駆動に用いるモータの発熱の問題がある。また、モータに安価なブラシ付きＤＣモータを用いる場合には、これに加えて、ブラシの磨耗の問題も生じる。このため、ポンプを連続駆動すると、ポンプの寿命が著しく低下してしまうおそれがある。
しかるに、このシステムでは、エアータンクを備えることにより、ポンプを間欠駆動して、ポンプの寿命を延ばすことができるので、小型で低コストのモータ駆動のベーン式ポンプを用いることができる。

さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記ポンプは、最高圧力が１００ｋＰａ以下、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下の小型ポンプである微粒子検知システムとすると良い。

このシステムでは、最高圧力が１００ｋＰａ以下、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下の小型ポンプを用いている。本システムにおいて、検知部の作動に要する圧縮空気の流量は、具体的には、１〜２Ｌ／ｍｉｎ程度であることが判っている。このため、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下クラスの小型ポンプであれば、能力的には、検知部に直結して使用することも可能である。しかしながら、前述したように、ポンプを連続駆動した場合には、寿命が短くなるという問題がある。一方、能力的にさらに余力のある大型のポンプやコンプレッサを用いることにより、寿命を延ばすことも考えられるが、システム専用に用いるには大きすぎて、コストも高い。
しかるに、このシステムでは、エアータンクを備えて、ポンプを間欠駆動しているので、小型ポンプの寿命を延ばして、システム専用に用いることができる。

さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記通気管は、車両の内燃機関の排気管であり、前記被測定ガスは、上記排気管内を流通する排気ガスである微粒子検知システムとすると良い。

システムが、車両の内燃機関の排気管に装着され、排気管内の排気ガス中のススなどの微粒子を検知するのに用いられた場合は、例えば、１０年以上の長期間に亘って使用されることとなる。このため、特に圧縮空気を生成するポンプの寿命を延ばすことが望まれる。
しかるに、このシステムでは、エアータンクを備えることにより、ポンプを間欠駆動して、ポンプの長寿命化を図っているので、車両に搭載することが可能となる。

実施形態にかかり、車両に搭載したエンジンの排気管に微粒子検知システムを適用した状態を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の概略構成を示す説明図である。 実施形態にかかる微粒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。

本実施形態に係る微粒子検知システム１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は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰに装着して、排気管ＥＰ内を流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓ（ススなど）の量を検知する（図１参照）。このシステム１は、主として、検知部１０と、回路部２０１と、圧縮空気ＡＫを生成するポンプ３００と、ポンプ３００を駆動するポンプ駆動制御装置３０１と、エアータンク３０３とからなる（図２参照）。
検知部１０は、排気管ＥＰ（通気管）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２中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））は取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されており、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。
回路部２０１は、排気管ＥＰ外で、複数の配線材からなるケーブル１６０を介して検知部１０に接続されている。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。

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、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、補助電極電源回路２４０は、第１出力端２１１に導通して第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、第３電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この第３電位ＰＶ３は、具体的には、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、例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖの電位にされている。

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、信号入力端２３１と接地入力端２３２の間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。

加えて、この回路部２０１において、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０に包囲されている。イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、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、この内側回路ケース２５０に接続している。
なお、本実施形態では、この内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、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、ケーブル１６０の第１電位配線１６５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。このうち、一次側鉄心２７１Ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１Ｂは、第１電位ＰＶ１（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１）に導通している。

さらに、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び、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とされる外側回路ケース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、この外側回路ケース２６０に接続している。
なお、本実施形態では、この外側回路ケース２６０は、内部にイオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、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、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通している。

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。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、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、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。

次いで、ポンプ３００及びエアータンク３０３について説明する。ポンプ３００は、自身の周囲の大気（空気）を取り込んで、清浄な圧縮空気ＡＫを生成する。このポンプ３００は、ブラシ付きＤＣモータにより駆動される小型のベーン式ポンプである。なお、小型のポンプとしては、最高圧力が１００ｋＰａ以下、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下クラスのものが挙げられる。本実施形態では、ポンプ３００として、具体的には、最高圧力が４０ｋＰａ、最大流量が１０Ｌ／ｍｉｎのものを選択した。
また、ポンプ３００は、連結パイプ３０２でエアータンク３０３に接続されており、ポンプ３００で生成された圧縮空気ＡＫは、エアータンク３０３に貯められる。
そして、エアータンク３０３から、先端部分が外側回路ケース２６０及び内側回路ケース２５０内に差し込まれた送気パイプ３１０を通じて、後述する検知部１０のイオン気体噴射源１１に向けて、圧縮空気ＡＫが圧送される。
なお、ポンプ３００は、ポンプ駆動制御装置３０１によって、エアータンク３０３の圧力変動が許容範囲内となるように、間欠駆動されている。具体的には、検知部１０での圧縮空気ＡＫの消費量、ポンプ３００による圧縮空気ＡＫの供給量、エアータンク３０３のタンク容量等を考慮して、ポンプ３００の駆動のＯＮ／ＯＦＦの間隔が、５秒−ＯＮ／５０秒−ＯＦＦに予め定められており、ポンプ駆動制御装置３０１は、この予め定められた間隔で、ポンプ３００を間欠駆動している。なお、ポンプ３００の駆動のＯＮ／ＯＦＦの間隔は、エアータンク３０３の圧力変動の許容範囲内で、自由に調整が可能である。

ところで、本システム１において、検知部１０の作動に要する圧縮空気ＡＫの流量は、１〜２Ｌ／ｍｉｎ程度であることが判っている。従って、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下（具体的には、１０Ｌ／ｍｉｎ）のポンプ３００を、検知部１０に直結して使用することも可能である。しかし、ベーン式ポンプであるポンプ３００は、使用によりベーンの磨耗を生じるほか、駆動に用いるモータの発熱や、ブラシの磨耗の問題も生じる。このため、ポンプ３００を連続駆動した場合には、寿命が短くなるという問題がある。
そこで、本システム１では、上述の通り、エアータンク３０３を備えて、ポンプ３００を間欠駆動することにより、ポンプ３００の寿命を延ばしている。

次いで、ケーブル１６０について説明する（図２参照）。このケーブル１６０の中心部分には、銅線からなる第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２と、樹脂からなる中空のエアパイプ１６３が配置されている。そして、これらの径方向周囲を、図示しない絶縁体層を挟んで、銅細線を編んだ編組からなる第１電位配線１６５及び接地電位配線１６７が包囲している。

前述したように、回路部２０１は、このケーブル１６０と接続している（図２参照）。具体的には、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２は第２電位ＰＶ２とされ、第２電位配線１６１に接続、導通している。また、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２は第３電位ＰＶ３とされ、補助電位配線１６２に接続、導通している。さらに、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１は第１電位ＰＶ１とされ、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１、内側回路ケース２５０及び第１電位配線１６５に接続、導通している。加えて、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２は、外側回路ケース２６０及び接地電位配線１６７に接続、導通して、接地電位ＰＶＥとされている。
その他、送気パイプ３１０は、内側回路ケース２５０内を通じて、ケーブル１６０のエアパイプ１６３に連通されている。

次いで、検知部１０について説明する（図２参照）。前述したように、検知部１０は、エンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰ（通気管）のうち取付開口ＥＰＯを有する取付部ＥＰＴに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。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。

第１導通部材１３は、金属製で円筒状をなし、ケーブル１６０の先端側で、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に接続され、この第１電位配線１６５と導通している。また、ケーブル１６０のうち、第２電位配線１６１、補助電位配線１６２及びエアパイプ１６３が、第１導通部材１３の内部で保持されている。

ケーブル１６０の第２電位配線１６１の先端側は、第１導通部材１３内で、針状電極体２０に接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、その先端部分が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、ケーブル１６０の補助電位配線１６２の先端側は、第１導通部材１３内で、補助電極体５０に接続されている。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導通部材１３は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５及び内側回路ケース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の径方向周囲は、排気管ＥＰに装着されて、これに導通する外装部材１４に絶縁された状態で包囲されている。この外装部材１４は、ケーブル１６０に加締め固定されて、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通し、接地電位ＰＶＥとされている。

また、ケーブル１６０のエアパイプ１６３は、第１導通部材１３内で、その先端が開放されている。そして、送気パイプ３１０及びケーブル１６０のエアパイプ１６３を通じて、エアータンク３０３から供給され、エアパイプ１６３から放出された圧縮空気ＡＫは、さらに先端側（図２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２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（噴射孔）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、ケーブル１６０のエアパイプ１６３から放出された圧縮空気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（図２中、右側）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（図２中、左側）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。なお、微粒子帯電部１２が、本発明の「空間形成部材」に相当し、イオン気体噴射源１１と隣り合う混合領域ＭＸが、本発明の「内部空間」に相当する。

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２のほか、図３をも参照して説明する。なお、この図３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、ケーブル１６０の第２電位配線１６１を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通している。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、ケーブル１６０の補助電位配線１６２を介して、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通している。従って、この補助電極体５０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００〜２００Ｖの正の直流電位である、第３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、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を介して、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、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内側回路ケース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、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を介して、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０を囲む外側回路ケース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とが気中放電（コロナ放電）を発生する電極であり、イオン源１１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は、イオン源と気体噴射源を兼ねるイオン気体噴射源１１をなしている。

ノズル部３１のノズル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３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。ところで、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、取入排気ガスＥＧＩ及び空気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、補助電極体５０の補助電極部５３から斥力を受け、第１電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす微粒子帯電部１２に各部に付着し捕捉される。

従って、この帯電微粒子ＳＣにより排出された排出イオンＣＰＨの電荷量に対応し、第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間で流れる信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知することにより、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量が検知できる。

本実施形態のシステム１はこのように構成されており、検知部１０の作動に要する圧縮空気ＡＫをポンプ３００で生成する一方、このポンプ３００で生成された圧縮空気ＡＫをエアータンク３０３に溜めて、エアータンク３０３から検知部１０に圧縮空気ＡＫを圧送している。そして、エアータンク３０３を備えていることにより、ポンプ駆動制御装置は、ポンプ３００を間欠駆動している。
これにより、検知部１０の作動のために、ポンプ３００を常時駆動する必要がなく、ポンプ３００の寿命を延ばすことができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、ポンプ駆動制御装置３０１は、検知部１０での圧縮空気ＡＫの消費量、ポンプ３００による圧縮空気ＡＫの供給量、エアータンク３０３のタンク容量等を考慮して、ポンプ３００の駆動のＯＮ／ＯＦＦの間隔が、５秒−ＯＮ／５０秒−ＯＦＦに予め定められており、ポンプ駆動制御装置３０１は、この予め定められた間隔で、ポンプ３００を間欠駆動している。これにより、圧縮空気ＡＫの供給を止めることなく、許容範囲内の圧力の圧縮空気ＡＫを用いて、微粒子Ｓを継続して検知できる。加えて、ポンプ３００の駆動のＯＮ／ＯＦＦ時間は、エアータンク３０３の圧力変動の許容範囲内で、自由に調整することができ、許容範囲内で適切にＯＮ／ＯＦＦ時間を調整することにより、ポンプ３００の寿命をさらに延ばすことができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、圧縮空気ＡＫを生成するポンプ３００として、ブラシ付きＤＣモータにより駆動されるベーン式ポンプを用いている。ベーン式ポンプは、小型・軽量・低コストであるため、システム専用のポンプとして用いるのに適しているが、使用によりベーンの磨耗を生じるほか、駆動に用いるモータの発熱や、ブラシの磨耗の問題も生じる。このため、ポンプを連続駆動すると、ポンプの寿命が著しく低下してしまうおそれがある。
しかるに、本システム１では、エアータンク３０３を備えることにより、ポンプ３００を間欠駆動して、ポンプ３００の寿命を延ばすことができるので、小型で低コストのモータ駆動のベーン式ポンプを用いることができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、ポンプ３００として、最高圧力が１００ｋＰａ以下、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下（具体的には、最高出力が４０ｋＰａ、最大流量が１０Ｌ／ｍｉｎ）の小型のベーン式ポンプを用いている。本システム１の検知部１０の作動に要する圧縮空気ＡＫの流量は、１〜２Ｌ／ｍｉｎ程度であるので、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下（具体的には、１０Ｌ／ｍｉｎ）のポンプ３００は、能力的には、検知部１０に直結して使用することも可能である。しかしながら、ポンプを連続駆動した場合には、寿命が短くなるという問題があり、一方、能力的にさらに余力のある大型のポンプやコンプレッサは、システム専用に用いるには大きすぎて、コストも高い。
しかるに、本システム１では、エアータンク３０３を備えて、ポンプ３００を間欠駆動しているので、小型ポンプの寿命を延ばして、システム専用に用いることができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、検知部１０は、混合領域ＭＸ（内部空間）を構成する微粒子帯電部１２（空間形成部材）と、イオンＣＰを生成し、混合領域ＭＸに向けて圧縮空気ＡＫを噴射するイオン気体噴射源１１と、を備えている。そして、微粒子帯電部１２は、ノズル３１Ｎを通じて噴射された圧縮空気ＡＫによって、取入口３３Ｉから混合領域ＭＸに導き入れた取入排気ガスＥＧＩ（取入ガス）とイオンＣＰとを混合して、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子ＳにイオンＣＰを付着させて帯電微粒子ＳＣとし、圧縮空気ＡＫ及び取入排気ガスＥＧＩとともに、排出口４３Ｏから帯電微粒子ＳＣを排出する形態に構成されている。
これにより、帯電微粒子ＳＣの量から、適切に微粒子Ｓの量を検知することができる。

さらに、本実施形態のシステム１では、エアータンク３０３を備えることにより、ポンプ３００を間欠駆動して、ポンプ３００の長寿命化を図っているので、例えば、１０年以上の長期間に亘って使用される車両ＡＭに搭載することが可能となる。

以上において、本発明を実施形態のシステム１に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、ポンプ３００として、モータ駆動のベーン式ポンプを用いたが、ポンプ３００としては、このほかに、ダイアフラムポンプ、ギアポンプ、ピストンポンプなどを用いても良い。
また、実施形態では、ポンプ駆動制御装置３０１は、予め定められた間隔でポンプ３００の駆動をＯＮ／ＯＦＦしたが、これに代えて、例えば、エアータンク３０３の圧力変動の圧力変動が許容範囲内となるように、圧力センサを用いてフィードバックによる圧力制御を行っても良い。

また、実施形態では、混合空間ＭＸ（内部空間）の外部の放電空間ＤＳを囲む、ノズル部３１、針状先端部２２が、イオン源と気体噴射源を兼ねるイオン気体噴射源１１をなし、混合空間ＭＸの外部の放電空間ＤＳで生成したイオンＣＰを、圧縮空気ＡＫと共にノズル３１Ｎ（噴射孔）を通じて混合領域ＭＸに向けて噴射する構成とした。しかし、イオン源及び気体噴射源の構成はこれに限らない。例えば、イオン源を内部空間内に配置し、内部空間内でイオンを生成する一方、別途設けた気体噴射源から噴射孔を通じて、内部空間に向けて圧縮空気ＡＫを噴射する構成としても良い。

ＡＭ 車両
ＥＮＧ エンジン（内燃機関）
ＥＰ 排気管（通気管）
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
ＥＧＩ 取入排気ガス（取入ガス）
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
Ｉｓ 信号電流
１ 微粒子検知システム
１０ 検知部
１１ イオン気体噴射源（イオン源，気体噴射源）
１２ 微粒子帯電部（空間形成部材）
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（噴射孔）
ＰＶ１ 第１電位
ＰＶ２ 第２電位
ＰＶ３ 第３電位
ＰＶＥ 接地電位
ＭＸ 混合領域（内部空間）
４２ 捕集極
５０ 補助電極体
５３ （補助電極体の）補助電極部（補助電極）
ＡＫ 圧縮空気
ＡＲ 空気
３００ ポンプ
３０１ ポンプ駆動制御装置
３０３ エアータンク
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 補助電極電源回路

Claims (5)

1. 通気管内を流通する被測定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、
   上記通気管に装着される検知部と、
   上記検知部の作動に要する圧縮空気を生成するポンプと、
   上記ポンプで生成された上記圧縮空気を溜め、上記検知部に上記圧縮空気を送るエアータンクと、
   上記ポンプの駆動を制御するポンプ駆動制御装置と、を備え、
   前記検知部は、
   気中放電によりイオンを生成するイオン源と、
   前記被測定ガスを取り入れる取入口、及び上記取入口から取り入れた取入ガスを排出する排出口を含み、上記取入ガスが導入される内部空間を構成する空間形成部材と、
   前記エアータンクから供給された前記圧縮空気を、自身に形成した噴射孔を通じて上記内部空間に向けて噴射する気体噴射源と、を備え、
   上記空間形成部材は、
   上記圧縮空気により、上記取入口から上記取入ガスを上記内部空間に導き入れ、上記内部空間内で、上記取入ガスと上記イオンとを混合して、上記取入ガス中の前記微粒子に上記イオンを付着させて帯電微粒子とし、上記圧縮空気及び上記取入ガスとともに、上記排出口から上記帯電微粒子を排出する形態に構成されてなり、
   上記ポンプ駆動制御装置は、上記ポンプを、間欠駆動する
   微粒子検知システム。
2. 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
   前記ポンプ駆動制御装置は、
   前記エアータンクの圧力変動が許容範囲内となるように、前記ポンプを間欠駆動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、
   前記ポンプは、モータ駆動のベーン式ポンプである
   微粒子検知システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微粒子検知システムであって、
   前記ポンプは、最高圧力が１００ｋＰａ以下、最大流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下の小型ポンプである
   微粒子検知システム。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の微粒子検知システムであって、
   前記通気管は、車両の内燃機関の排気管であり、
   前記被測定ガスは、上記排気管内を流通する排気ガスである
   微粒子検知システム。

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