JP6329494B2 - 微粒子センサ、及び、微粒子検知システム - Google Patents

Description

本発明は、微粒子を含む被測定ガスが流通する金属製の通気管に装着して用いる微粒子センサ、及び、これを用いて被測定ガス中の微粒子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）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ている。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の量を検知可能な微粒子センサが求められている。

このような微粒子センサは、例えば、ガス取入管を有する内側金具と外側金具と絶縁スペーサとを備える。このうち内側金具は、接地電位とは異なる第１電位とされ、ガス取入管内に排気ガスを取り入れる部材である。外側金具は、内側金具の径方向周囲を囲み、排気管に装着されて接地電位とされる筒状の部材である。また、絶縁スペーサは、内側金具と外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する筒状の部材である。この絶縁スペーサは、排気管内を流通する排気ガスに接するガス接触面を含むガス接触部を有する。このような微粒子センサは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１４-１００９９号公報

ところで、排気管は、前回の内燃機関の駆動後に冷却されるので、外気温などによっては、排気管内に、凝縮水が溜まる場合がある。このため、内燃機関の始動後、しばらくの間は、排気ガス中に水滴が含まれている場合がある。また、前述のように、微粒子センサの絶縁スペーサは、排気ガスに接触するガス接触面を有しているため、内燃機関の始動前から、絶縁スペーサのガス接触面に凝縮水が付着している場合もある。即ち、絶縁スペーサのガス接触面には、内燃機関の始動前から或いは事後的に、水滴が付着した状態となる場合がある。このように、絶縁スペーサのガス接触面に水滴が付着すると、絶縁スペーサの絶縁性が低下して、第１電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下し、排気ガスに含まれる微粒子の検知が適切に行えない虞がある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被測定ガス中に含まれる微粒子を適切に検知できる微粒子センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、微粒子を含む被測定ガスが流通する、接地電位とされた金属製の通気管、に装着される微粒子センサにおいて、上記微粒子センサは、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有する内側金具と、上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する筒状の絶縁スペーサと、を備え、上記絶縁スペーサは、上記通気管内を流通する上記被測定ガスに接するガス接触面を含むガス接触部と、当該絶縁スペーサの内部に配置され、上記ガス接触部の温度を検知する温度検知素子と、を有する微粒子センサである。

上述の微粒子センサは、通気管内を流通する被測定ガス（排気ガスなど）に接するガス接触面を含むガス接触部を有している。このため、低温時などでは、絶縁スペーサのガス接触面に水滴が付着することで、絶縁スペーサの絶縁性が低下して、第１電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下し、被測定ガスに含まれる微粒子の検知が適切に行えない虞がある。

これに対し、上述の微粒子センサは、ガス接触部の温度を検知する温度検知素子を有している。このため、例えば、温度検知素子により検知された検知温度が、予め設定した基準温度（例えば、ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲から選択した温度値）以上である場合に限り、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知するようにすることで、適切に、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知することが可能となる。

しかも、上述の微粒子センサでは、ガス接触部の温度を検知する温度検知素子が、絶縁スペーサの内部に配置されている。これにより、温度検知素子に被測定ガスが直接接触するのを防止できる。このため、被測定ガスに含まれる異物（ススや水滴など）が温度検知素子に付着することにより、温度検知素子によりガス接触部の温度を適切に検知できなくなったり、温度検知素子が劣化するのを防止できる。このため、微粒子センサを長期間にわたって使用した場合にも、温度検知素子によりガス接触部の温度を適切に検知することができる。

さらに、上記の微粒子センサであって、前記絶縁スペーサの前記ガス接触部を加熱するヒータ、を有する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサは、絶縁スペーサのガス接触部を加熱するヒータを有している。このため、ガス接触面に水滴が付着しても、ヒータによりガス接触部を加熱することで、付着した水滴を除去する（蒸発させる）ことができる。具体的には、例えば、温度検知素子により検知された検知温度が、予め設定した基準温度（例えば、ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲から選択した温度値）以上でない場合に、ヒータによりガス接触部を加熱することで、付着した水滴を除去する（蒸発させる）ことができる。従って、この微粒子センサでは、第１電位とされるガス取入管を有する内側金具と、接地電位とされる外側金具との間に介在する絶縁スペーサの絶縁性を回復或いは維持することができ、被測定ガス中に含まれる微粒子を適切に検知できる。

さらに、上記の微粒子センサであって、前記ヒータは、前記絶縁スペーサの内部に埋め込まれた発熱抵抗体を含み、上記発熱抵抗体は、前記温度検知素子を兼ねる微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサでは、ヒータが、絶縁スペーサの内部に埋め込まれた発熱抵抗体を含んでいる。すなわち、発熱抵抗体を、絶縁スペーサーの内部に配置している。これにより、発熱抵抗体に被測定ガスが接触するのを防止できる。このため、被測定ガスに含まれる異物（ススや水滴など）が発熱抵抗体に付着することにより、ヒータに対する通電を適切に実行できなくなったり、発熱抵抗体が劣化するのを抑制できる。従って、微粒子センサを長期間にわたって使用した場合にも、ヒータによる加熱性能を良好に維持することができる。

しかも、上述の微粒子センサでは、発熱抵抗体が、ガス接触部の温度を検知する温度検知素子を兼ねている。発熱抵抗体は、自身の温度変化に対応して自身の抵抗値が変化する特性を有している。このため、発熱抵抗体の抵抗値を測定することで、その抵抗値から発熱抵抗体の温度を検知することができる。発熱抵抗体の温度を、これを内蔵する絶縁スペーサのガス接触部の温度とみなすことで、ガス接触部の温度を検知することができる。
このように、発熱抵抗体が温度検知素子を兼ねることで、温度検知素子を別途設ける場合に比べて、温度検知素子の配置スペースを省くことができるので、微粒子センサを小型化することができる。

さらに、上記いずれかの微粒子センサであって、気中放電で発生させたイオンを、前記ガス取入管の内部に取り入れた前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記第１電位と前記接地電位との間に上記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、上記被測定ガス中の上記微粒子の量を検知する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサでは、上述の帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて被測定ガス中の微粒子の量を検知するので、信号電流が微小となる。このため、絶縁スペーサのガス接触面に水滴が付着して、第１電位とされるガス取入管を有する内側金具と、接地電位とされる外側金具の金具包囲部との間に介在する絶縁スペーサの絶縁性が低下した状態で、第１電位と接地電位との間に漏れ電流が流れると、信号電流の量を適切に検知することができない。

これに対し、上述の微粒子センサでは、前述のように、ガス接触部の温度を検知する温度検知素子を有している。このため、例えば、温度検知素子により検知された検知温度が、予め設定した基準温度（例えば、ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲から選択した温度値）以上である場合に限り、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知するようにすることができる。これにより、上述の微粒子センサでは、微小な信号電流の量を適切に検知できるので、被測定ガス中に含まれる微粒子の量を適切に検知することができる。

本発明の他の態様は、微粒子を含む被測定ガスが流通する、接地電位とされた金属製の通気管、に微粒子センサを装着して上記微粒子を検知する微粒子検知システムにおいて、上記微粒子センサは、前記の微粒子センサであり、上記微粒子検知システムは、上記微粒子センサを駆動する駆動回路と、上記駆動回路を制御する駆動制御手段と、前記温度検知素子を用いて前記ガス接触部の温度を検知する温度検知回路と、上記温度検知回路により検知された検知温度が、予め設定した基準温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、を備え、上記駆動制御手段は、上記温度判定手段で上記検知温度が上記基準温度以上であると判定された場合に、上記駆動回路に上記微粒子センサを駆動させる微粒子検知システムである。

上述の微粒子検知システムは、前述の微粒子センサ（絶縁スペーサの内部に配置されてガス接触部の温度を検知する温度検知素子、を有する微粒子センサ）を備えている。さらに、上述の微粒子検知システムは、微粒子センサを駆動する駆動回路と、駆動回路を制御する駆動制御手段と、温度検知素子を用いてガス接触部の温度を検知する温度検知回路と、温度検知回路により検知された検知温度が予め設定した基準温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、を備えている。そして、駆動制御手段は、温度判定手段で検知温度が基準温度以上であると判定された場合に、駆動回路に微粒子センサを駆動させる。

これにより、温度検知回路により検知された検知温度が、予め設定した基準温度以上である場合に限り、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知するようにできる。従って、例えば、「ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲（例えば、水の沸点である１００℃以上の温度範囲）から選択した温度値（例えば、１５０℃）」を基準温度に設定することで、ガス接触面に水滴が付着していない状態（すなわち、絶縁スペーサの絶縁性が低下していない状態）で、適切に、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知することが可能となる。

なお、「ガス接触面に水滴が付着することがないと考えられる」温度範囲とは、例えば、通気管内に存在していた水が蒸発したと考えられる温度範囲であり、検知温度がこの温度範囲であるには、被測定ガスの流れによって通気管内に存在していた水が飛散してガス接触面に付着することがないと考えられる。また、「ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる」温度範囲とは、例えば、ガス接触面に付着していた水滴が蒸発したと考えられる温度範囲である。

本発明の他の態様は、微粒子を含む被測定ガスが流通する、接地電位とされた金属製の通気管、に微粒子センサを装着して上記微粒子を検知する微粒子検知システムにおいて、上記微粒子センサは、前記いずれかの微粒子センサであり、上記微粒子検知システムは、前記温度検知素子を用いて前記ガス接触部の温度を検知する温度検知回路と、前記ヒータに通電して発熱させるヒータ発熱回路と、上記ヒータ発熱回路を制御するヒータ制御手段と、上記温度検知回路により検知された検知温度が、予め設定した基準温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、を備え、上記ヒータ制御手段は、上記温度判定手段によって上記検知温度が上記基準温度以上でないと判定された場合に、上記ヒータ発熱回路により上記ヒータを発熱させて前記ガス接触部を加熱させる微粒子検知システムである。

上述の微粒子検知システムは、前述の微粒子センサ（絶縁スペーサの内部に配置されてガス接触部の温度を検知する温度検知素子と、絶縁スペーサのガス接触部を加熱するヒータと、を有する微粒子センサ）を備えている。

さらに、上述の微粒子検知システムは、温度検知素子を用いてガス接触部の温度を検知する温度検知回路と、ヒータに通電して発熱させるヒータ発熱回路と、ヒータ発熱回路を制御するヒータ制御手段と、温度検知回路により検知された検知温度が予め設定した基準温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、を備えている。そして、ヒータ制御手段は、温度判定手段によって検知温度が基準温度以上でないと判定された場合に、ヒータ発熱回路によりヒータを発熱させてガス接触部を加熱させる。

このため、例えば、「ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲（例えば、水の沸点である１００℃以上の温度範囲）から選択した温度値（例えば、１５０℃）」を基準温度に設定することで、検知温度が基準温度以上でない場合には、ヒータによりガス接触部を加熱させて、ガス接触面に付着した水滴を除去する（蒸発させる）ことができる。従って、上述の微粒子検知システムでは、第１電位とされるガス取入管を有する内側金具と接地電位とされる外側金具との間に介在する絶縁スペーサ、の絶縁性を回復或いは維持することができ、被測定ガス中に含まれる微粒子を適切に検知できる。

さらに、上記いずれかの微粒子検知システムであって、気中放電で発生させたイオンを、前記ガス取入管の内部に取り入れた前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記第１電位と前記接地電位との間に上記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、上記被測定ガス中の上記微粒子の量を検知する微粒子検知システムとすると良い。

上述の微粒子検知システムでは、上述の帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて被測定ガス中の微粒子の量を検知するので、信号電流が微小となる。このため、絶縁スペーサのガス接触面に水滴が付着して、第１電位とされるガス取入管を有する内側金具と、接地電位とされる外側金具の金具包囲部との間に介在する絶縁スペーサの絶縁性が低下した状態で、第１電位と接地電位との間に漏れ電流が流れると、信号電流の量を適切に検知することができない。

これに対し、上述の微粒子検知システムでは、前述のように、駆動制御手段が、温度判定手段で検知温度が基準温度以上であると判定された場合に、駆動回路に微粒子センサを駆動させる。これにより、温度検知素子により検知された検知温度が、予め設定した基準温度以上である場合に限り、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知するようにできる。従って、例えば、「ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲から選択した温度値」を、基準温度に設定することで、ガス接触面に水滴が付着していない状態（すなわち、絶縁スペーサの絶縁性が低下していない状態）で、被測定ガス中に含まれる微粒子を検知することが可能となる。これにより、上述の微粒子検知システムでは、微小な信号電流の量を適切に検知できるので、被測定ガス中に含まれる微粒子の量を適切に検知することができる。

あるいは、上述の微粒子検知システムでは、前述のように、ヒータ制御手段が、温度判定手段によって検知温度が基準温度以上でないと判定された場合に、ヒータ発熱回路によりヒータを発熱させてガス接触部を加熱させる。このため、例えば、「ガス接触面に水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面に水滴が付着していないと考えられる温度範囲から選択した温度値」を、基準温度に設定することで、検知温度が基準温度以上でない場合には、ヒータによりガス接触部を加熱させて、ガス接触面に付着した水滴を除去する（蒸発させる）ことができる。従って、上述の微粒子検知システムでは、第１電位とされるガス取入管を有する内側金具と接地電位とされる外側金具との間に介在する絶縁スペーサ、の絶縁性を回復或いは維持することができる。これにより、上述の微粒子検知システムでは、微小な信号電流の量を適切に検知できるので、被測定ガス中に含まれる微粒子の量を適切に検知することができる。

実施形態に係る微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサの分解斜視図である。 実施形態に係る微粒子検知システムの概略図である。 実施形態に係る第１絶縁スペーサの斜視図である。 同第１絶縁スペーサの他の斜視図である。 実施形態に係るセラミック素子の斜視図である。 同セラミック素子の分解斜視図である。 実施形態に係る微粒子センサの説明図である。 実施形態に係る微粒子検知の流れを示すフローチャートである。 変形形態に係る微粒子検知システムの概略図である。 変形形態に係る第１絶縁スペーサの斜視図である。 同第１絶縁スペーサの他の斜視図である。 変形形態に係る微粒子検知の流れを示すフローチャートである。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態にかかる微粒子検知システム１に含まれる微粒子センサ１０の断面図である。図２は、微粒子センサ１０の分解斜視図である。図３は、実施形態にかかる微粒子検知システム１の概略図である。但し、図３では、微粒子検知システム１に含まれる回路部２００を中心に図示し、微粒子センサ１０については一部（電線１６１等）のみを図示している。なお、図１において、微粒子センサ１０の長手方向ＧＨのうち、ガス取入管２５が配置された側（図１において下方）を先端側ＧＳ、これと反対側の電線１６１，１６３等が延出する側（図１において上方）を基端側ＧＫとする。

微粒子検知システム１は、内燃機関（エンジン）の排気管（通気管）ＥＰを流通する排気ガス（被測定ガス）ＥＧ中に含まれる微粒子Ｓ（ススなど）の量を検知する（図１及び図８参照）。この微粒子検知システム１は、微粒子センサ１０と、回路部２００とから構成される（図１及び図３参照）。

まず、微粒子センサ１０について詳細に説明する。微粒子センサ１０は、接地電位ＰＶＥとされた金属製の排気管ＥＰに装着される（図１参照）。具体的には、微粒子センサ１０のうち内側金具２０の先端側部分をなすガス取入管２５が、排気管ＥＰに設けられた取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置される。そして、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧのうち、ガス取入口６５ｃからガス取入管２５内に取り入れた取入ガス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、取入ガスＥＧＩと共にガス排出口６０ｅから排気管ＥＰへ排出する（図８参照）。

この微粒子センサ１０は、ガス取入管２５を有する内側金具２０、外側金具７０、第１絶縁スペーサ１００、第２絶縁スペーサ１１０、セラミック素子１２０、５本の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５等から構成される（図１及び図２参照）。
このうち内側金具２０は、後述する回路部２００のうち第１電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０等に、後述する電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１を介して導通しており、接地電位ＰＶＥとは異なる第１電位ＰＶ１とされる。この内側金具２０は、主体金具３０と、内筒４０と、内筒接続金具５０と、ガス取入管２５（内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５）とから構成される。

主体金具３０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この主体金具３０は、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部３１を有する。主体金具３０の内部には、カップ状の金属カップ３３が配置されている。この金属カップ３３の底部には孔が形成されており、この孔に後述するセラミック素子１２０が挿通されている。

主体金具３０の内部には、セラミック素子１２０の周囲に、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、円筒状でアルミナからなるセラミックホルダ３４と、滑石粉末を圧縮して構成した第１粉末充填層３５及び第２粉末充填層３６と、円筒状でアルミナからなるセラミックスリーブ３７とが配置されている。なお、セラミックホルダ３４及び第１粉末充填層３５は、金属カップ３３内に位置している。更に、主体金具３０のうち最も基端側ＧＫの加締部３０ｋｋは、径方向内側に加締められて、加締リング３８を介してセラミックスリーブ３７を先端側ＧＳに押圧している。

内筒４０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。内筒４０の先端部は、径方向外側に突出する円環状のフランジ部４１となっている。内筒４０は、主体金具３０の基端側部３０ｋに外嵌され、フランジ部４１をフランジ部３１に重ねた状態で、基端側部３０ｋにレーザ溶接されている。

内筒４０の内部には、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、絶縁ホルダ４３と、第１セパレータ４４と、第２セパレータ４５とが配置されている。このうち絶縁ホルダ４３は、円筒状で絶縁体からなり、セラミックスリーブ３７に基端側ＧＫから当接している。この絶縁ホルダ４３には、セラミック素子１２０が挿通されている。

また、第１セパレータ４４は、絶縁体からなり、挿通孔４４ｃを有する。この挿通孔４４ｃ内には、セラミック素子１２０が挿通されると共に、放電電位端子４６の先端側部分が収容されている。そして、この挿通孔４４ｃ内において、セラミック素子１２０の後述する放電電位パッド１３５（図６及び図７参照）に、放電電位端子４６が接触している。

一方、第２セパレータ４５は、絶縁体からなり、第１挿通孔４５ｃ及び第２挿通孔４５ｄを有する。第１挿通孔４５ｃ内に収容された放電電位端子４６の基端側部分と、後述する放電電位リード線１６２の先端部とは、この第１挿通孔４５ｃ内で接続されている。

また、第２挿通孔４５ｄ内には、セラミック素子１２０の素子基端部１２０ｋが配置されているほか、補助電位端子４７、第２−１ヒータ端子４８及び第２−２ヒータ端子４９が互いに絶縁された状態で収容されている。そして、この第２挿通孔４５ｄ内において、セラミック素子１２０の補助電位パッド１４７に補助電位端子４７が接触し、セラミック素子１２０の第２−１ヒータパッド１５６に第２−１ヒータ端子４８が接触し、セラミック素子１２０の第２−２ヒータパッド１５８に第２−２ヒータ端子４９が接触している（図１、図２、図６、図７参照）。

さらに、第２挿通孔４５ｄ内には、後述する補助電位リード線１６４、第２−１ヒータリード線１７４及び第２−２ヒータリード線１７６の先端部がそれぞれ配置されている。そして、第２挿通孔４５ｄ内において、補助電位端子４７と補助電位リード線１６４が接続され、第２−１ヒータ端子４８と第２−１ヒータリード線１７４が接続され、第２−２ヒータ端子４９と第２−２ヒータリード線１７６が接続されている。

内筒接続金具５０は、ステンレス製の部材で、第２セパレータ４５の基端側部分を包囲しつつ、内筒４０の基端部４０ｋに外嵌され、内筒接続金具５０の先端部５０ｓが内筒４０の基端部４０ｋにレーザ溶接されている。この内筒接続金具５０には、電線１７１を除く、４本の電線１６１，１６３，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。このうち、後述する三重同軸ケーブルの電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、この内筒接続金具５０に接続されている。

ガス取入管２５は、内側プロテクタ６０と外側プロテクタ６５とから構成される。内側プロテクタ６０は、有底円筒状でステンレス製の部材であり、外側プロテクタ６５は、円筒状でステンレス製の部材である。外側プロテクタ６５は、内側プロテクタ６０の径方向周囲に配置されている。これら内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５は、主体金具３０の先端部３０ｓに外嵌され、その先端部３０ｓにレーザ溶接されている。ガス取入管２５は、主体金具３０から先端側ＧＳに突出するセラミック素子１２０の先端側部分を径方向外側から包囲しており、セラミック素子１２０を水滴や異物から保護する一方、排気ガスＥＧをセラミック素子１２０の周囲に導く。

外側プロテクタ６５の先端側部分には、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧを、外側プロテクタ６５の内部に取り入れるための、矩形状のガス取入口６５ｃが複数形成されている。また、内側プロテクタ６０には、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧのうち外側プロテクタ６５内に取り入れた取入ガスＥＧＩを、更に内側プロテクタ６０の内部に導入するため、その基端側部分に円形の第１内側導入孔６０ｃが複数形成されている。また、内側プロテクタ６０の先端側部分にも、三角形の第２内側導入孔６０ｄが複数形成されている。更に、内側プロテクタ６０の底部には、取入ガスＥＧＩを排気管ＥＰへ排出するための円形のガス排出口６０ｅが形成されている。このガス排出口６０ｅを含む内側プロテクタ６０の先端部６０ｓは、外側プロテクタ６５の先端開口部６５ｓから先端側ＧＳに突出している。

ここで、微粒子センサ１０の使用時における内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５への排気ガスＥＧの取り入れ及び排出について、図８を参照して説明する。なお、図８において、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を左から右に向かって流通している。この排気ガスＥＧが、外側プロテクタ６５及び内側プロテクタ６０の周囲を通ると、その流速が内側プロテクタ６０のガス排出口６０ｅの外側で上昇し、ベンチュリ効果により、ガス排出口６０ｅ付近に負圧が生じる。

すると、この負圧により内側プロテクタ６０内に取り入れられた取入ガスＥＧＩが、ガス排出口６０ｅから排気管ＥＰへ排出される。これと共に、外側プロテクタ６５のガス取入口６５ｃ周囲の排気ガスＥＧが、このガス取入口６５ｃから外側プロテクタ６５内に取り入れられ、更に、内側プロテクタ６０の第１内側導入孔６０ｃを通じて、内側プロテクタ６０内に取り入れられる。そして、内側プロテクタ６０内の取入ガスＥＧＩは、ガス排出口６０ｅから排出される。このため、内側プロテクタ６０内には、破線矢印で示すように、基端側ＧＫの第１内側導入孔６０ｃから先端側ＧＳのガス排出口６０ｅに向けて流れる取入ガスＥＧＩの気流が生じる。

次に、外側金具７０について説明する。図１及び図２に示すように、外側金具７０は、円筒状で金属からなり、内側金具２０の径方向周囲を内側金具２０とは離間した状態で囲むと共に、接地電位ＰＶＥとされた排気管ＥＰに装着されて接地電位ＰＶＥとされる。外側金具７０は、取付金具８０と外筒９０とから構成される。

取付金具８０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状で、ステンレス製の部材である。この取付金具８０は、内側金具２０のうち主体金具３０及び内筒４０の先端側部分の径方向周囲に、これらとは離間して配置されている。この取付金具８０は、径方向外側に膨出して外形六角形状をなすフランジ部８１を有する。また、取付金具８０の内側には、段状をなす段状部８３が設けられている。また、取付金具８０のうちフランジ部８１よりも先端側ＧＳの先端側部８０ｓの外周には、排気管ＥＰへの固定に用いる雄ネジ（不図示）が形成されている。微粒子センサ１０は、この先端側部８０ｓの雄ネジによって、排気管ＥＰに別途固定された金属製の取付用ボスＢＯに取り付けられ、この取付用ボスＢＯを介して排気管ＥＰに固定される（図１参照）。

取付金具８０と内側金具２０との間には、後述する第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が配置されている。更に、取付金具８０と内側金具２０との間には、後述するヒータ接続金具８５と、これに接続する電線１７１の第１リード線１７２の先端部１７２ｓが配置されている。取付金具８０のうち最も基端側ＧＫの加締部８０ｋｋは、径方向内側に加締められて、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側ＧＳに押圧している。

外筒９０は、長手方向ＧＨに延びる筒状で、ステンレス製の部材である。この外筒９０の先端部９０ｓは、取付金具８０の基端側部８０ｋに外嵌され、この基端側部８０ｋにレーザ溶接されている。外筒９０のうち基端側ＧＫに位置する小径部９１の内部には、外筒接続金具９５が配置され、更にその基端側ＧＫには、フッ素ゴム製のグロメット９７が配置されている。これら外筒接続金具９５及びグロメット９７には、後述する５本の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。これらのうち、後述する三重同軸ケーブルの電線１６１，１６３の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、それぞれ外筒接続金具９５に接続されている。この外筒接続金具９５は、外筒９０の小径部９１と共に加締めによって径方向内側に縮径され、これにより外筒接続金具９５及びグロメット９７は、外筒９０の小径部９１内に固定されている。

次に、第１絶縁スペーサ１００について説明する。第１絶縁スペーサ１００は、長手方向ＧＨに延びる円筒状をなし、スペーサ基体１００Ａとスペーサ用ヒータ１０５とを備える（図１、図２、図４、図５参照）。スペーサ基体１００Ａは、長手方向ＧＨに延びる円筒状をなすアルミナ製の部材である。なお、図４は、第１絶縁スペーサ１００を基端側から見た斜視図であり、図５は、第１絶縁スペーサ１００を先端側から見た斜視図である。

第１絶縁スペーサ１００（スペーサ基体１００Ａ）は、内側金具２０と外側金具７０との間に介在して両者を電気的に絶縁する。具体的には、内側金具２０のうち主体金具３０及び内筒４０の先端側部分と、外側金具７０のうち取付金具８０との間に配置されている。この第１絶縁スペーサ１００（具体的には、スペーサ基体１００Ａ）は、先端側ＧＳに位置する径小なガス接触部１０１と、基端側ＧＫに位置する径大なスペーサ基端側部１０３と、これらの間を結ぶスペーサ中間部１０２とからなる。

このうち、ガス接触部１０１の先端面は、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに装着した状態で、排気管ＥＰの内部に露出し（排気管ＥＰ内を臨み）、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧに接するガス接触面１０１ｓとなっている。
また、スペーサ中間部１０２は、先端側ＧＳを向く外側段面（スペーサ当接面）１０２ｓと、基端側ＧＫを向く内側段面１０２ｋとを有する。これら外側段面１０２ｓ及び内側段面１０２ｋは、いずれも第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円環状をなす。外側段面１０２ｓは、取付金具８０の段状部８３に、基端側ＧＫから全周にわたり当接している。一方、内側段面１０２ｋには、主体金具３０のフランジ部３１が基端側ＧＫから当接している。

さらに、図４及び図５に示すように、第１絶縁スペーサ１００には、ガス接触部１０１を加熱するスペーサ用ヒータ１０５が設けられている。具体的には、このスペーサ用ヒータ１０５は、タングステンからなる発熱抵抗体１０６と、この発熱抵抗体１０６の両端に導通する一対の第１−１ヒータ端子１０７及び第１−２ヒータ端子１０８とを有する。

このうち、発熱抵抗体１０６は、第１絶縁スペーサ１００（スペーサ基体１００Ａ）のガス接触部１０１の部材内部に埋め込まれており、蛇行状をなしてガス接触部１０１の全周にわたって形成されている。また、第１−１ヒータ端子１０７は、スペーサ中間部１０２の外側段面１０２ｓに形成されており、取付金具８０に導通している。具体的には、この第１−１ヒータ端子１０７は、外側段面１０２ｓの全面に、第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円環状に形成されており、全周にわたり取付金具８０の段状部８３に当接している。

なお、本実施形態では、後述するように、発熱抵抗体１０６は、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１の温度を検知する温度検知素子を兼ねている。発熱抵抗体１０６は、自身の温度変化に伴って自身の抵抗値が変化する特性を有している。このため、発熱抵抗体１０６の抵抗値を測定することで、その抵抗値から発熱抵抗体１０６の温度を検知することができる。本実施形態では、発熱抵抗体１０６の温度を、発熱抵抗体１０６を内蔵する第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１の温度とみなして、ガス接触部１０１の温度を検知する。

一方、第１−２ヒータ端子１０８は、スペーサ基端側部１０３の内周面１０３ｎの基端側部分に、第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円筒状に形成されている。スペーサ基端側部１０３の径方向内側には、円筒状のヒータ接続金具８５が配置されており、このヒータ接続金具８５は、スペーサ基端側部１０３の内周面１０３ｎの第１−２ヒータ端子１０８に接触している。このヒータ接続金具８５には、後述する電線１７１の第１リード線１７２の先端部１７２ｓが接続されている。この電線１７１は、ヒータ接続金具８５から、内側金具２０と外側金具７０との間を基端側ＧＫに延び、更に外側金具７０の外部に延出している。

次に、第２絶縁スペーサ１１０について説明する。この第２絶縁スペーサ１１０は、長手方向ＧＨに延びる筒状でアルミナ製の部材である（図１及び図２参照）。第２絶縁スペーサ１１０は、内側金具２０と外側金具７０との間に介在して両者を電気的に絶縁する。具体的には、第２絶縁スペーサ１１０は、内側金具２０のうち内筒４０の先端側部分と、外側金具７０のうち取付金具８０との間に配置されている。この第２絶縁スペーサ１１０は、先端側ＧＳに位置する先端側部１１１と、基端側ＧＫに位置する基端側部１１３とからなる。

このうち先端側部１１１は、基端側部１１３よりも外径が小さく肉薄とされている。この先端側部１１１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ基端側部１０３と内筒４０との間に配置されている。また、この先端側部１１１の外周面１１１ｍには、第２絶縁スペーサ１１０の周方向に延びる凹溝１１１ｖが全周にわたり形成されており、この凹溝１１１ｖには、前述のヒータ接続金具８５が配置されている。一方、基端側部１１３は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ基端側部１０３よりも基端側ＧＫに位置し、取付金具８０と内筒４０との間に配置されている。

前述のように、取付金具８０の加締部８０ｋｋは、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側ＧＳに押圧している。これにより、第２絶縁スペーサ１１０の先端側部１１１は、内筒４０のフランジ部４１及び主体金具３０のフランジ部３１を先端側ＧＳに押圧する。更にこれらのフランジ部４１，３１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ中間部１０２を先端側ＧＳに押圧して、このスペーサ中間部１０２が、取付金具８０の段状部８３に係合する。かくして、第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が、内側金具２０（主体金具３０及び内筒４０の先端側部分）と外側金具７０（取付金具８０）との間に固定されている。

次に、セラミック素子１２０について説明する。このセラミック素子１２０は、長手方向ＧＨに延びる板状でアルミナからなる絶縁性のセラミック基体１２１を有している（図１、図２、図６、図７参照）。このセラミック基体１２１内には、放電電極体１３０、補助電極体１４０及び素子用ヒータ１５０が埋設されており、これらがセラミック基体１２１と一体焼結されている。

具体的には、セラミック基体１２１は、アルミナグリーンシート由来のアルミナからなる３つのセラミック層１２２，１２３，１２４を積層してなり、これらの層間には印刷により形成されたアルミナからなる２つの絶縁被覆層１２５，１２６がそれぞれ介在している。このうちセラミック層１２２及び絶縁被覆層１２５は、セラミック層１２３，１２４及び絶縁被覆層１２６よりも、先端側ＧＳ及び基端側ＧＫでそれぞれ長手方向ＧＨに短くされている。そして、絶縁被覆層１２５とセラミック層１２３の間に放電電極体１３０が配置されている。また、セラミック層１２３と絶縁被覆層１２６の間に補助電極体１４０が配置され、絶縁被覆層１２６とセラミック層１２４の間に素子用ヒータ１５０が配置されている。

放電電極体１３０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、先端側ＧＳに位置する針状の針状電極部１３１と、基端側ＧＫに位置する放電電位パッド１３５と、これらの間を結ぶリード部１３３とからなる。針状電極部１３１は、白金線からなる。一方、リード部１３３及び放電電位パッド１３５は、パターン印刷されたタングステンからなる。放電電極体１３０のうち、針状電極部１３１の基端側部１３１ｋとリード部１３３の全体は、セラミック基体１２１内に埋設されている。一方、針状電極部１３１のうち先端側部１３１ｓは、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも先端側ＧＳで、セラミック基体１２１から突出している。また、放電電位パッド１３５は、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも基端側ＧＫで露出している。この放電電位パッド１３５には、前述したように、第１セパレータ４４の挿通孔４４ｃ内で放電電位端子４６が接触する。

補助電極体１４０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体１２１内に埋設されている。この補助電極体１４０は、先端側ＧＳに位置し、矩形状をなす補助電極部１４１と、この補助電極部１４１に接続し基端側ＧＫに延びるリード部１４３とからなる。リード部１４３の基端部１４３ｋは、絶縁被覆層１２６の貫通孔１２６ｃを通じて、セラミック層１２４の一方の主面１２４ａに形成された導通パターン１４５に接続している。更に、この導通パターン１４５は、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１４６を通じて、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された補助電位パッド１４７に接続している。この補助電位パッド１４７には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で補助電位端子４７が接触する。

素子用ヒータ１５０は、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体１２１内に埋設されている。素子用ヒータ１５０は、先端側ＧＳに位置しこのセラミック素子１２０を加熱する発熱抵抗体１５１と、この発熱抵抗体１５１の両端に接続し基端側ＧＫに延びる一対のヒータリード部１５２，１５３とからなる。一方のヒータリード部１５２の基端部１５２ｋは、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１５５を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された第２−１ヒータパッド１５６に接続している。この第２−１ヒータパッド１５６には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−１ヒータ端子４８が接触する。また、他方のヒータリード部１５３の基端部１５３ｋは、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１５７を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された第２−２ヒータパッド１５８に接続している。この第２−２ヒータパッド１５８には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−２ヒータ端子４９が接触する。

次に、電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５について説明する。これら５本の電線のうち、２本の電線１６１，１６３は、三重同軸ケーブル（トライアキシャルケーブル）であり、残り３本の電線１７１，１７３，１７５は、細径で単芯の絶縁電線である。
このうち電線１６１は、芯線（中心導体）として放電電位リード線１６２を有し、この放電電位リード線１６２は、前述のように、第２セパレータ４５の第１挿通孔４５ｃ内で放電電位端子４６に接続している。また、電線１６３は、芯線（中心導体）として補助電位リード線１６４を有し、この補助電位リード線１６４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で補助電位端子４７に接続している。また、これらの電線１６１，１６３の同軸二重の外部導体のうち、内側の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、内側金具２０の内筒接続金具５０に接続しており、第１電位ＰＶ１とされる。一方、外側の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、外側金具７０に導通する外筒接続金具９５に接続しており、接地電位ＰＶＥとされる。

また、電線１７１は、芯線として第１リード線１７２を有する。この第１リード線１７２は、前述のように、取付金具８０の内部でヒータ接続金具８５に接続している。また、電線１７３は、芯線として第２−１ヒータリード線１７４を有する。この第２−１ヒータリード線１７４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−１ヒータ端子４８に接続している。また、電線１７５は、芯線として第２−２ヒータリード線１７６を有する。この第２−２ヒータリード線１７６は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−２ヒータ端子４９に接続している。

次に、回路部２００について説明する。回路部２００は、図３に示すように、微粒子センサ１０の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５に接続されており、微粒子センサ１０を駆動すると共に、後述する信号電流Ｉｓを検知する。この回路部２００は、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０と、計測制御回路２２０とを有する。

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とを有する。第２電位ＰＶ２は、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされる。
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とを有する。この補助電極電位ＰＶ３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のピーク電位よりも低い電位とされる。

計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０と、第１ヒータ発熱回路２２３と、温度検知回路２２４と、第２ヒータ発熱回路２２５と、マイクロプロセッサ２２１とを有する。
このうち、信号電流検知回路２３０は、第１電位ＰＶ１とされる信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥとされる接地入力端２３２とを有する。なお、接地電位ＰＶＥと第１電位ＰＶ１とは、互いに絶縁されており、信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１（第１電位ＰＶ１）と接地入力端２３２（接地電位ＰＶＥ）との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する回路である。

また、第１ヒータ発熱回路２２３は、スイッチ２２６を介して、電線１７１の第１リード線１７２に接続される第１−１ヒータ通電端２２３ａと、接地電位ＰＶＥとされる第１−２ヒータ通電端２２３ｂとを有する。この第１ヒータ発熱回路２２３は、ＰＷＭ制御により第１絶縁スペーサ１００のスペーサ用ヒータ１０５に通電して、スペーサ用ヒータ１０５を発熱させる。

また、温度検知回路２２４は、スイッチ２２６を介して、電線１７１の第１リード線１７２に接続される第１通電端２２４ａと、接地電位ＰＶＥとされる第２通電端２２４ｂとを有する。この温度検知回路２２４は、温度検知素子として機能する発熱抵抗体１０６を用いて、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１の温度を検知する。具体的には、発熱抵抗体１０６に一定の電圧を印加し、このときに発熱抵抗体１０６を流れる電流値を測定し、印加した電圧値と測定した電流値とから、発熱抵抗体１０６の抵抗値を検知する。マイクロプロセッサ２２１には、事前に設定された発熱抵抗体１０６の抵抗値と温度との相関データが記憶されている。このマイクロプロセッサ２２１は、温度検知回路２２４によって検知された抵抗値と上記相関データとに基づいて、発熱抵抗体１０６の温度を検知し、この検知温度Ｔｄを第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１の温度とみなす。

また、第２ヒータ発熱回路２２５は、電線１７３の第２−１ヒータリード線１７４に接続される第２−１ヒータ通電端２２５ａと、電線１７５の第２−２ヒータリード線１７６に接続されて接地電位ＰＶＥとされる第２−２ヒータ通電端２２５ｂとを有する。この第２ヒータ発熱回路２２５は、ＰＷＭ制御によりセラミック素子１２０の素子用ヒータ１５０に通電して、素子用ヒータ１５０を発熱させる。

回路部２００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。また、この内側回路ケース２５０は、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、電線１６１，１６３のうち、第１電位ＰＶ１とされる内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１に導通している。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を捲回した二次側鉄心２７１ｂとに、分離して構成される。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に導通している。

更に、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、及び計測制御回路２２０は、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。また、この外側回路ケース２６０は、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、電線１６１，１６３のうち、接地電位ＰＶＥとされる外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２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。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。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。また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２２１を有し、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）などの信号を、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。

次いで、微粒子検知システム１の電気的機能及び動作について説明する。セラミック素子１２０の放電電極体１３０は、電線１６１の放電電位リード線１６２を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通しており、第２電位ＰＶ２とされる（図３、図６、図７参照）。一方、セラミック素子１２０の補助電極体１４０は、電線１６３の補助電位リード線１６４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、導通しており、補助電極電位ＰＶ３とされる。更に、内側金具２０は、電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１を介して、内側回路ケース２５０等に接続、導通しており、第１電位ＰＶ１とされる（図１〜図３参照）。加えて、外側金具７０は、電線１６１，１６３の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２を介して、外側回路ケース２６０等に接続、導通しており、接地電位ＰＶＥとされる。

ここで、放電電極体１３０の針状電極部１３１に、回路部２００のイオン源電源回路２１０から、電線１６１の放電電位リード線１６２、放電電位端子４６、及び放電電位パッド１３５を通じて、正の高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）の第２電位ＰＶ２を印加する。すると、この針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓと、第１電位ＰＶ１とされた内側プロテクタ６０との間で、気中放電、具体的にはコロナ放電を生じ、針状先端部１３１ｓｓの周囲でイオンＣＰが生成される（図８参照）。

前述したように、ガス取入管２５の作用により、内側プロテクタ６０内には、排気ガスＥＧが取り入れられ、セラミック素子１２０付近において、基端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう取入ガスＥＧＩの気流が生じている。このため、生成されたイオンＣＰは、取入ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓに付着する。これにより、微粒子Ｓは、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなって、取入ガスＥＧＩと共に、ガス排出口６０ｅに向けて流れ、排気管ＥＰへ排出される（図８参照）。

一方、補助電極体１４０の補助電極部１４１には、回路部２００の補助電極電源回路２４０から、電線１６３の補助電位リード線１６４、補助電位端子４７、及び補助電位パッド１４７を通じて、所定の電位（例えば、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とされた補助電極電位ＰＶ３を印加する。これにより、生成したイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦに、補助電極部１４１からその径方向外側の内側プロテクタ６０（捕集極）に向かう斥力を与える。そして、浮遊イオンＣＰＦを、捕集極（内側プロテクタ６０）の各部に付着させて捕集を補助する（図８参照）。かくして、確実に浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、浮遊イオンＣＰＦまでもがガス排出口６０ｅから排出されるのを防止する。

そして、この微粒子検知システム１では、ガス排出口６０ｅから排出された帯電微粒子ＳＣに付着していた排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号（信号電流Ｉｓ）を、信号電流検知回路２３０で検知する。これにより、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量（濃度）を検知できる。
このように本実施形態では、気中放電で発生させたイオンＣＰを、ガス取入管２５の内部に取り入れた排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓに付着させて、帯電した帯電微粒子ＳＣを生成し、第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間に、帯電微粒子ＳＣの量に応じて流れる信号電流Ｉｓを用いて排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を検知する。

更に、微粒子センサ１０は、セラミック素子１２０に素子用ヒータ１５０を有する。この素子用ヒータ１５０の第２−１ヒータパッド１５６は、第２−１ヒータ端子４８及び電線１７３の第２-１ヒータリード線１７４を介して、回路部２００の第２ヒータ発熱回路２２５の第２−１ヒータ通電端２２５ａに導通している。また、素子用ヒータ１５０の第２−２ヒータパッド１５８は、第２−２ヒータ端子４９及び電線１７５の第２-２ヒータリード線１７６を介して、第２ヒータ発熱回路２２５の第２−２ヒータ通電端２２５ｂに導通している。

このため、第２ヒータ発熱回路２２５から、第２−１ヒータパッド１５６と第２−２ヒータパッド１５８との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、素子用ヒータ１５０の発熱抵抗体１５１が通電により発熱する。これにより、セラミック素子１２０を加熱して、セラミック素子１２０に付着した水滴や煤等の異物を除去できるので、セラミック素子１２０の絶縁性を回復或いは維持できる。

加えて、本実施形態の微粒子センサ１０は、第１絶縁スペーサ１００にスペーサ用ヒータ１０５を有する。スペーサ用ヒータ１０５の第１−２ヒータ端子１０８は、ヒータ接続金具８５、電線１７１の第１リード線１７２、及びスイッチ２２６を介して、温度検知回路２２４の第１通電端２２４ａに導通している。また、スペーサ用ヒータ１０５の第１−１ヒータ端子１０７は、外側金具７０及び外筒接続金具９５を介して、接地電位ＰＶＥに、ひいては温度検知回路２２４の第２通電端２２４ｂに導通している。

このため、マイクロプロセッサ２２１の指令に基づいて、温度検知回路２２４から、第１絶縁スペーサ１００の発熱抵抗体１０６に、一定の電圧（温度検知用電圧という）を印加することができる。温度検知回路２２４は、発熱抵抗体１０６に温度検知用電圧を印加し、このときに発熱抵抗体１０６を流れる電流値を測定し、印加した電圧値と測定した電流値とから、発熱抵抗体１０６の抵抗値を検知する。そして、マイクロプロセッサ２２１は、温度検知回路２２４によって検知された抵抗値と、予め記憶されている発熱抵抗体１０６の抵抗値と温度との相関データとに基づいて、発熱抵抗体１０６の温度を検知し、この検知温度Ｔｄを第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１の温度として検出する。

さらに、スペーサ用ヒータ１０５の第１−２ヒータ端子１０８は、ヒータ接続金具８５、電線１７１の第１リード線１７２、及びスイッチ２２６を介して、第１ヒータ発熱回路２２３の第１−１ヒータ通電端２２３ａに導通している。また、スペーサ用ヒータ１０５の第１−１ヒータ端子１０７は、外側金具７０及び外筒接続金具９５を介して、接地電位ＰＶＥに、ひいては第１ヒータ発熱回路２２３の第１−２ヒータ通電端２２３ｂに導通している。

このため、第１ヒータ発熱回路２２３から、第１−１ヒータ端子１０７と第１−２ヒータ端子１０８との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、スペーサ用ヒータ１０５の発熱抵抗体１０６が通電により発熱する。これにより、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１を加熱して、ガス接触部１０１のガス接触面１０１ｓに付着した水滴を除去する（蒸発させる）ことができる。

具体的には、温度検知回路２２４を用いてマイクロプロセッサ２２１により検知されたガス接触部１０１の温度が、予め設定した基準温度Ｔｓ以上でないと判定された場合に、第１ヒータ発熱回路２２３によってスペーサ用ヒータ１０５の発熱抵抗体１０６を発熱させて、ガス接触部１０１を加熱する。

なお、本実施形態では、「ガス接触面１０１ｓに水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面１０１ｓに水滴が付着していないと考えられる温度範囲（具体的には、水の沸点である１００℃以上の温度範囲）から選択した温度値（具体的には、１５０℃）」を、基準温度Ｔｓに設定している。このため、ガス接触部１０１の検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上でない場合には、ガス接触面１０１ｓに水滴が付着する（排気ガスＥＧの流れによって排気管ＥＰ内に溜まっていた凝縮水が飛散してガス接触面１０１ｓに付着する）可能性があり、また、ガス接触面１０１ｓに水滴が付着している可能性がある。

これに対し、本実施形態では、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上でないと判定された場合には、スペーサ用ヒータ１０５によりガス接触部１０１を加熱するので、ガス接触面１０１ｓに付着した水滴を除去する（蒸発させる）ことができる。従って、本実施形態では、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間に介在する第１絶縁スペーサ１００の絶縁性を回復或いは維持することができ、被測定ガス中に含まれる微粒子Ｓを適切に検知できる。

また、スペーサ用ヒータ１０５の発熱抵抗体１０６は、第１絶縁スペーサ１００の内部に埋め込まれている。これにより、発熱抵抗体１０６に排気ガスＥＧが接触するのを防止できる。このため、排気ガスＥＧに含まれる異物（ススや水滴など）が発熱抵抗体１０６に付着することにより、スペーサ用ヒータ１０５に対する通電を適切に実行できなくなったり、発熱抵抗体１０６が劣化するのを抑制できる。従って、微粒子センサ１０を長期間にわたって使用した場合にも、スペーサ用ヒータ１０５による加熱性能を良好に維持することができる。

しかも、微粒子センサ１０では、発熱抵抗体１０６が、ガス接触部１０１の温度を検知する温度検知素子を兼ねている。このように、発熱抵抗体１０６が温度検知素子を兼ねることで、温度検知素子を別途設ける場合に比べて、温度検知素子の配置スペースを省くことができるので、微粒子センサを小型化することができる。

特に、微粒子センサ１０では、信号電流Ｉｓが微小となるが、前述のように、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間に介在する第１絶縁スペーサ１００の絶縁性の低下を抑制できるため、第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間の漏れ電流を抑制し、これらの間を流れる微小な信号電流Ｉｓの量を適切に検知できる。かくして、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量を適切に検知することができる。

次に、本実施形態の微粒子検知の流れについて説明する。図９は、実施形態に係る微粒子検知の流れを示すフローチャートである。
エンジンのキースイッチ（図示なし）がＯＮにされると、ステップＳ１において、回路部２００のスイッチ２２６の切替えにより、第１リード線１７２を温度検知回路２２４の第１通電端２２４ａに接続し、前述のように、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１の温度を検知する（マイクロプロセッサ２２１は、検知温度Ｔｄを取得する）。次いで、ステップＳ２において、マイクロプロセッサ２２１は、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ（１５０℃）以上であるか否かを判定する。

検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上である（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップＳ３に進み、マイクロプロセッサ２２１は、微粒子センサ１０を駆動させる。具体的には、前述のように、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０を駆動させて、コロナ放電によりイオンＣＰを生成する等の処理を行う。なお、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０が、特許請求の範囲に記載の「駆動回路」に相当する。
次いで、ステップＳ４に進み、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量を検知する。具体的には、前述のように、排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号（信号電流Ｉｓ）を、信号電流検知回路２３０で検知する。これにより、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量（濃度）を検知できる。

一方、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上でない（ＮＯ）と判定された場合は、ステップＳ６に進み、マイクロプロセッサ２２１は、回路部２００のスイッチ２２６の切替えにより、第１リード線１７２を第１ヒータ発熱回路２２３の第１−１ヒータ通電端２２３ａに接続し、第１ヒータ発熱回路２２３に対しスペーサ用ヒータ１０５への通電を開始させる。これにより、第１ヒータ発熱回路２２３によってスペーサ用ヒータ１０５の発熱抵抗体１０６を発熱させて、ガス接触部１０１を加熱する。その後、マイクロプロセッサ２２１は、第１ヒータ発熱回路２２３からスペーサ用ヒータ１０５への通電時間が、予め設定した所定通電時間を経過したか否かを判定する。なお、所定通電時間は、例えば、発熱抵抗体１０６の発熱により、ガス接触部１０１に付着した水滴を蒸発させるのに十分な時間に設定するのが好ましい。

ステップＳ７において、スペーサ用ヒータ１０５への通電時間が所定通電時間を経過した（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ８に進み、マイクロプロセッサ２２１は、第１ヒータ発熱回路２２３によるスペーサ用ヒータ１０５への通電を終了させる。その後、ステップＳ３及びＳ４に進み、前述した処理を行う。一方、ステップＳ７において、スペーサ用ヒータ１０５への通電時間が所定通電時間を経過していない（ＮＯ）と判定したら、通電時間が所定通電時間を経過するまでステップＳ７の判定処理を繰り返す。また、ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ５に進み、マイクロプロセッサ２２１は、エンジンのキースイッチ（図示なし）がＯＦＦにされたか否かを判定する。なお、マイクロプロセッサ２２１は、ＥＣＵから、エンジンのキースイッチのＯＮ−ＯＦＦ情報を取得する。そして、エンジンのキースイッチがＯＦＦでない（ＮＯ）と判定された場合は、上述のステップＳ３、Ｓ４の処理を繰り返し行う。その後、エンジンのキースイッチがＯＦＦである（ＹＥＳ）と判定されたら、微粒子検知の処理を終了する。

なお、本実施形態では、第１ヒータ発熱回路２２３が、特許請求の範囲に記載の「ヒータ発熱回路」に相当する。また、ステップＳ２の処理を行うマイクロプロセッサ２２１が、「温度判定手段」に相当する。また、ステップＳ３の処理を行うマイクロプロセッサ２２１が、「駆動制御手段」に相当する。また、ステップＳ６〜Ｓ７の処理を行うマイクロプロセッサ２２１が、「ヒータ制御手段」に相当する。

（変形形態）
次に、本発明の変形形態を、図面を参照しつつ説明する。
変形形態の微粒子検知システム３０１は、実施形態の微粒子検知システムと比較して、微粒子センサの第１絶縁スペーサにスペーサ用ヒータを設けていない点、及び、回路部に第１ヒータ発熱回路２２３とスイッチ２２６を設けていない点が異なり、その他については同様である。従って、ここでは、実施形態と異なる点を説明し、実施形態と同様な点については説明を省略または簡略化する。

微粒子検知システム３０１は、図１０に示すように、微粒子センサ３１０と、回路部４００とを備える。変形形態の微粒子センサ３１０は、実施形態の微粒子センサ１０と比較して、第１絶縁スペーサのスペーサ基体１００Ａ内に、発熱抵抗体１０６に代えて、温度検知素子である抵抗体５０６を設けた点が異なり、その他については同様である（図１１及び図１２参照）。なお、抵抗体５０６の両端には、これに導通する一対の第１端子５０７及び第２端子５０８が設けられている。第１端子５０７及び第２端子５０８は、実施形態の第１−１ヒータ端子１０７及び第１−２ヒータ端子１０８と同等に形成されている。

本変形形態の第１絶縁スペーサ５００は、スペーサ基体１００Ａと抵抗体５０６とを備える。抵抗体５０６は、タングステンからなり、自身の温度変化に伴って自身の抵抗値が変化する特性を有している。このため、抵抗体５０６の抵抗値を測定することで、その抵抗値から抵抗体５０６の温度を検知することができる。本変形形態では、抵抗体５０６の温度を、抵抗体５０６を内蔵する第１絶縁スペーサ５００のガス接触部１０１の温度とみなして、ガス接触部１０１の温度を検知する。

変形形態の回路部４００は、実施形態の回路部２００と比較して、第１ヒータ発熱回路２２３及びスイッチ２２６を有しておらず、温度検知回路２２４の第１通電端２２４ａが、直接、電線１７１の第１リード線１７２に接続されている点が異なり、その他については同様である（図１０参照）。温度検知回路２２４は、温度検知素子である抵抗体５０６を用いて、第１絶縁スペーサ５００のガス接触部１０１の温度を検知する。具体的には、温度検知回路２２４によって、抵抗体５０６に一定の電圧を印加し、このときに抵抗体５０６を流れる電流値を測定し、印加した電圧値と測定した電流値とから、抵抗体５０６の抵抗値を検知する。マイクロプロセッサ２２１には、事前に設定された抵抗体５０６の抵抗値と温度との相関データが記憶されている。このマイクロプロセッサ２２１は、温度検知回路２２４によって検知された抵抗値に対応する抵抗体５０６の温度を検知し、この検知温度Ｔｄを第１絶縁スペーサ５００のガス接触部１０１の温度として検出する。

次に、本変形形態の微粒子検知の流れについて説明する。図１３は、変形形態に係る微粒子検知の流れを示すフローチャートである。
エンジンのキースイッチ（図示なし）がＯＮにされると、ステップＴ１において、前述のようにして、第１絶縁スペーサ５００のガス接触部１０１の温度を検知する（マイクロプロセッサ２２１は、検知温度Ｔｄを取得する）。次いで、ステップＴ２において、マイクロプロセッサ２２１は、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ（１５０℃）以上であるか否かを判定する。

検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上でない（ＮＯ）と判定された場合は、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上である（ＹＥＳ）と判定されるまで、ステップＴ２の処理を繰り返す。
検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上である（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップＴ３に進み、マイクロプロセッサ２２１は、微粒子センサ１０を駆動させる。具体的には、実施形態のステップＳ３と同様に、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０（駆動回路）を駆動させて、コロナ放電によりイオンＣＰを生成する等の処理を行う。

次いで、ステップＴ４に進み、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量を検知する。具体的には、実施形態と同様に、排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号（信号電流Ｉｓ）を、信号電流検知回路２３０で検知する。これにより、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量（濃度）を検知できる。その後、ステップＴ５に進み、実施形態と同様に、マイクロプロセッサ２２１は、エンジンのキースイッチ（図示なし）がＯＦＦにされたか否かを判定する。エンジンのキースイッチがＯＦＦでない（ＮＯ）と判定された場合は、上述のステップＴ３、Ｔ４の処理を繰り返し行う。その後、エンジンのキースイッチがＯＦＦである（ＹＥＳ）と判定されたら、微粒子検知の処理を終了する。

上述のように、変形形態では、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上であると判定された場合に、微粒子センサ１０を駆動させる。これにより、検知温度Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上である場合に限り、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓを検知するようにできる。しかも、本変形形態では、実施形態と同様に、「第１絶縁スペーサ５００のガス接触面１０１ｓに水滴が付着することがなく、且つ、ガス接触面１０１ｓに水滴が付着していないと考えられる温度範囲（具体的には、水の沸点である１００℃以上の温度範囲）から選択した温度値（具体的には、１５０℃）」を、基準温度Ｔｓに設定している。このため、ガス接触面１０１ｓに水滴が付着していない状態（すなわち、第１絶縁スペーサ５００の絶縁性が低下していない状態）で、適切に、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓを検知することができる。

なお、本変形形態では、ステップＴ２の処理を行うマイクロプロセッサ２２１が、「温度判定手段」に相当する。また、ステップＴ３の処理を行うマイクロプロセッサ２２１が、「駆動制御手段」に相当する。

以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等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言うまでもない。
例えば、実施形態では、タングステンからなる発熱抵抗体１０６を用いたが、発熱抵抗体１０６の構成材料はこれに限定されない。白金やモリブテンなどの他の金属材料などを用いてもよい。抵抗体５０６の構成材料についても同様である。
また、変形形態では、温度検知素子としてタングステンからなる抵抗体５０６を用いたが、温度検知可能な素子であれば、いずれの素子（例えば、サーミスタや白金からなる抵抗体）を用いても良い。

１，３０１ 微粒子検知システム
１０，３１０ 微粒子センサ
２０ 内側金具
２５ ガス取入管
３０ 主体金具
４０ 内筒
６０ 内側プロテクタ
６０ｅ ガス排出口
６５ 外側プロテクタ
６５ｃ ガス取入口
７０ 外側金具
８０ 取付金具
９０ 外筒
１００，５００ 第１絶縁スペーサ（絶縁スペーサ）
１００Ａ スペーサ基体
１０１ ガス接触部
１０１ｓ ガス接触面
１０５ スペーサ用ヒータ（ヒータ）
１０６ 発熱抵抗体（温度検知素子）
１２０ セラミック素子
１３０ 放電電極体
１４０ 補助電極体
２００，４００ 回路部
２１０ イオン源電源回路（駆動回路）
２２１ マイクロプロセッサ（駆動制御手段、温度判定手段、ヒータ制御手段）
２２３ 第１ヒータ発熱回路（ヒータ発熱回路）
２２４ 温度検知回路
２４０ 補助電極電源回路（駆動回路）
５０６ 抵抗体（温度検知素子）
ＥＰ 排気管（通気管）
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
ＥＧＩ 取入ガス
Ｓ 微粒子
ＰＶＥ 接地電位
ＰＶ１ 第１電位

Claims (7)

1. 微粒子を含む被測定ガスが流通する、接地電位とされた金属製の通気管、に装着される
   微粒子センサにおいて、
   上記微粒子センサは、
   上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有する内側金具と、
   上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、
   上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する筒状の絶縁スペーサと、を備え、
   上記絶縁スペーサは、
   上記通気管内を流通する上記被測定ガスに接するガス接触面を含むガス接触部と、
   当該絶縁スペーサの内部に配置され、上記ガス接触部の温度を検知する温度検知素子と、を有する
   微粒子センサ。
2. 請求項１に記載の微粒子センサであって、
   前記絶縁スペーサの前記ガス接触部を加熱するヒータを有する
   微粒子センサ。
3. 請求項２に記載の微粒子センサであって、
   前記ヒータは、前記絶縁スペーサの内部に埋め込まれた発熱抵抗体を含み、
   上記発熱抵抗体は、前記温度検知素子を兼ねる
   微粒子センサ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   気中放電で発生させたイオンを、前記ガス取入管の内部に取り入れた前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記第１電位と前記接地電位との間に上記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、上記被測定ガス中の上記微粒子の量を検知する
   微粒子センサ。
5. 微粒子を含む被測定ガスが流通する、接地電位とされた金属製の通気管、に微粒子センサを装着して上記微粒子を検知する
   微粒子検知システムにおいて、
   上記微粒子センサは、請求項１に記載の微粒子センサであり、
   上記微粒子検知システムは、
   上記微粒子センサを駆動する駆動回路と、
   上記駆動回路を制御する駆動制御手段と、
   前記温度検知素子を用いて前記ガス接触部の温度を検知する温度検知回路と、
   上記温度検知回路により検知された検知温度が、予め設定した基準温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、を備え、
   上記駆動制御手段は、
   上記温度判定手段で上記検知温度が上記基準温度以上であると判定された場合に、上記駆動回路に上記微粒子センサを駆動させる
   微粒子検知システム。
6. 微粒子を含む被測定ガスが流通する、接地電位とされた金属製の通気管、に微粒子センサを装着して上記微粒子を検知する
   微粒子検知システムにおいて、
   上記微粒子センサは、請求項２または請求項３に記載の微粒子センサであり、
   上記微粒子検知システムは、
   前記温度検知素子を用いて前記ガス接触部の温度を検知する温度検知回路と、
   前記ヒータに通電して発熱させるヒータ発熱回路と、
   上記ヒータ発熱回路を制御するヒータ制御手段と、
   上記温度検知回路により検知された検知温度が、予め設定した基準温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、
   を備え、
   上記ヒータ制御手段は、上記温度判定手段によって上記検知温度が上記基準温度以上でないと判定された場合に、上記ヒータ発熱回路により上記ヒータを発熱させて前記ガス接触部を加熱させる
   微粒子検知システム。
7. 請求項５または請求項６に記載の微粒子検知システムであって、
   気中放電で発生させたイオンを、前記ガス取入管の内部に取り入れた前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記第１電位と前記接地電位との間に上記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、上記被測定ガス中の上記微粒子の量を検知する
   微粒子検知システム。

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