JP6506703B2 - Particle detection system - Google Patents

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Description

本発明は、微粒子検知システム、特に、通気管を流通する被測定ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子検知システムに関する。   The present invention relates to a particle detection system, and more particularly to a particle detection system for detecting particles contained in a gas to be measured flowing in a vent pipe.

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検知システムが求められている。   In internal combustion engines (for example, diesel engines), the exhaust gas may contain particulates such as soot. Exhaust gas containing such particulates is purified by collecting the particulates with a filter. Further, it is also practiced to burn and remove particulates accumulated in the filter by raising the temperature of the filter as necessary. However, if a failure such as breakage of the filter occurs, the unpurified exhaust gas is directly discharged downstream of the filter. Therefore, in order to directly measure the amount of particulates in the exhaust gas or detect a defect in the filter, a particulate detection system capable of detecting the amount of particulates in the exhaust gas is required.

このような微粒子検知システムは、例えば、接地電位とされた排気管に装着される微粒子センサと、この微粒子センサを駆動するセンサ駆動手段とを備える。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。このような微粒子検知システムは、例えば特許文献1,2に開示されている。   Such a particulate detection system includes, for example, a particulate sensor attached to an exhaust pipe at ground potential, and a sensor driving unit that drives the particulate sensor. The particulate sensor comprises, for example, an inner fitting having a gas intake pipe, an outer fitting, and an insulating spacer. Among these, the inner metal fitting is a member which is at a first potential different from the ground potential and takes in the exhaust gas into the gas inlet pipe. The outer metal fitting is a cylindrical member that surrounds the radial direction of the inner metal fitting and is attached to the exhaust pipe to be at a ground potential. The insulating spacer is a cylindrical member which is interposed between the inner and outer metal fittings to electrically insulate them from each other. Such a particle detection system is disclosed, for example, in Patent Documents 1 and 2.

特開2014-10099号公報JP, 2014-10099, A 特開2015-129712号公報JP, 2015-129712, A

ところで、前述の絶縁スペーサが、排気管の外部において外側金具によって囲まれたセンサ内部空間内に露出するセンサ内露出部を有する場合、次のようなことが起こることがあった。具体的には、例えば、内燃機関の運転中、微粒子センサは、高温の排気ガスにより加熱されることで高温となる。なお、排気ガス中には多量の水分(水蒸気)が含まれており、この水分(水蒸気)が、内燃機関の運転中にセンサ内部空間内に漏洩(リーク)することがある。一方、内燃機関の運転が停止すると、微粒子センサは、外気により冷却される。このため、例えば、外気温が低い場合には、内燃機関の運転停止後、絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面において、結露が発生することがあった。   By the way, in the case where the above-mentioned insulating spacer has the exposed portion in the sensor exposed in the sensor internal space surrounded by the outer fitting at the outside of the exhaust pipe, the following may occur. Specifically, for example, during operation of the internal combustion engine, the particulate sensor becomes high temperature by being heated by the high temperature exhaust gas. Exhaust gas contains a large amount of water (water vapor), and this water (water vapor) may leak into the sensor internal space during operation of the internal combustion engine. On the other hand, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the particulate sensor is cooled by the outside air. Therefore, for example, when the outside air temperature is low, dew condensation may occur on the surface of the exposed portion in the sensor of the insulating spacer after the operation of the internal combustion engine is stopped.

絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面に水(結露により生じた水)が付着すると、センサ内露出部の表面の絶縁性が低下する。これにより、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する。このような状態で、センサ駆動手段により微粒子センサを駆動させて微粒子の検知を行うと、排気ガス(被測定ガス)中の微粒子の量を適切に検知することができない虞があった。   When water (water generated by condensation) adheres to the surface of the exposed portion in the sensor of the insulating spacer, the insulation of the surface of the exposed portion in the sensor is reduced. As a result, the insulation between the inner fitting that is at the first potential and the outer fitting that is at the ground potential is reduced. In such a state, when the particulate matter is detected by driving the particulate matter sensor by the sensor driving unit, there is a possibility that the amount of the particulates in the exhaust gas (gas to be measured) can not be appropriately detected.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被測定ガスに含まれる微粒子の量を適切に検知できる微粒子検知システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a particle detection system capable of appropriately detecting the amount of particles contained in a measurement gas.

本発明の一態様は、通気管を流通する被測定ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子検知システムにおいて、接地電位とされた前記通気管に装着される微粒子センサと、前記微粒子センサを駆動するセンサ駆動手段と、を備え、前記微粒子センサは、前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、前記内側金具と前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、前記絶縁スペーサは、前記通気管の外部において前記外側金具によって囲まれたセンサ内部空間内に露出するセンサ内露出部と、前記センサ内露出部を加熱するヒータと、を備え、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、前記微粒子検知システムは、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する絶縁性検査手段と、前記ヒータに通電して前記発熱抵抗体を発熱させるヒータ通電手段と、を備え、前記ヒータ通電手段は、前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内でないと判定された場合に、前記ヒータに対し、前記センサ内露出部の表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間通電する、第1ヒータ通電を行い、前記センサ駆動手段は、前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内であると判定された後、または、前記第1ヒータ通電が終了した後に、前記微粒子センサを駆動する微粒子検知システムである。   One embodiment of the present invention is a particle detection system for detecting particles contained in a gas to be measured flowing in a vent pipe, comprising a particle sensor mounted on the vent pipe at ground potential and a sensor for driving the particle sensor. A driving means, the particulate sensor being mounted on the vent pipe and having a cylindrical outer metal fitting that is brought to the ground potential, and a first electric potential that is different from the ground potential, the radial direction by the outer metal fitting And a cylindrical insulating spacer interposed between the inner bracket and the outer bracket to electrically insulate between the inner bracket and the outer bracket. The insulating spacer is an outer portion of the vent pipe. An exposed portion in the sensor exposed in the sensor inner space surrounded by the outer bracket, and a heater for heating the exposed portion in the sensor, wherein the heater is an inner portion of the insulating spacer Insulating inspection means for inspecting whether the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is within an allowable range, including the embedded heating resistor, wherein the particulate matter detection system comprises: A heater-energizing means for generating heat by heating the heat-generating resistor, wherein the heater-energizing means determines that the insulation degree is not within the allowable range by the insulation inspection means. The first heater is energized to energize the heater for a predetermined first time during which water adhering to the surface of the exposed portion in the sensor is expected to be removed, and the sensor drive unit is configured to It is a particulate matter detection system which drives the particulate matter sensor after it is determined that the degree of insulation falls within the allowable range, or after the first heater energization is finished.

上述の微粒子検知システムでは、絶縁性検査手段が、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する。具体的には、例えば、内側金具と外側金具との間に所定の電圧を印加し、内側金具と外側金具との間を流れる漏れ電流の大きさを測定し、漏れ電流の大きさが許容範囲内であるか否か(例えば、予め設定した閾値以下であるか否か)を判定する。この場合、「絶縁性の程度」は、漏れ電流の大きさで示される。   In the particle detection system described above, the insulation inspection means inspects whether the degree of insulation between the inner and outer metal fittings is within an acceptable range. Specifically, for example, a predetermined voltage is applied between the inner and outer brackets, and the magnitude of the leakage current flowing between the inner and outer brackets is measured, and the magnitude of the leakage current is within an allowable range. It is determined whether it is inside (for example, it is below the preset threshold). In this case, the "degree of insulation" is indicated by the magnitude of the leakage current.

なお、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度の許容範囲は、微粒子検知システムによって被測定ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる絶縁性の程度の範囲に設定される。絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面に、結露により生じた水滴(以下、結露水ともいう)が付着している場合は、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内でないと判定され得る。   In addition, the tolerance | permissible_range of the insulation grade between an inner metal fitting and an outer metal fitting is set in the range of the insulation grade which can detect appropriately the quantity of the microparticles | fine-particles in to-be-measured gas by a particle detection system. . When water droplets generated by condensation (hereinafter, also referred to as dew condensation water) adhere to the surface of the exposed portion of the insulating spacer in the sensor, the degree of insulation between the inner and outer metal fittings is not within the allowable range It can be determined that

さらに、上述の微粒子検知システムでは、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内でないと判定された場合、ヒータ通電手段が、第1ヒータ通電を行う。具体的には、ヒータ通電手段が、ヒータに対し、センサ内露出部の表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間(例えば、5分間)通電する。これにより、センサ内露出部の表面に付着している結露水を除去する(蒸発させる)ことができる。   Furthermore, in the particle detection system described above, when it is determined by the insulation inspection means that the degree of insulation is not within the allowable range, the heater conduction means performs the first heater conduction. Specifically, the heater energizing means energizes the heater for a predetermined first time (for example, 5 minutes) in which water adhering to the surface of the exposed portion in the sensor is expected to be removed. Thereby, the dew condensation water adhering to the surface of the exposure part in a sensor can be removed (evaporated).

さらに、上述の微粒子検知システムでは、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された後、または、第1ヒータ通電が終了した後、センサ駆動手段が、微粒子センサを駆動する。   Furthermore, in the particle detection system described above, the sensor drive unit drives the particle sensor after the insulation inspection unit determines that the insulation degree is within the allowable range, or after the first heater is energized. Do.

すなわち、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された場合は、その後、センサ駆動手段が微粒子センサを駆動して、微粒子の量の検知を行わせる。これにより、被測定ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる。
一方、絶縁性検査手段によって絶縁性の程度が許容範囲内でないと判定された場合は、第1ヒータ通電が終了した後、センサ駆動手段が微粒子センサを駆動して、微粒子の量の検知を行わせる。従って、上述の微粒子検知システムでは、前述の第1ヒータ通電により、絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面から結露水を除去した後、微粒子の量の検知を行うようにしている。これにより、被測定ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる。
That is, if it is determined by the insulation inspection means that the degree of insulation is within the allowable range, then the sensor drive means drives the particle sensor to detect the amount of particles. Thereby, the amount of particulates in the gas to be measured can be appropriately detected.
On the other hand, if it is determined by the insulation inspection means that the degree of insulation is not within the allowable range, the sensor drive means drives the particle sensor to detect the amount of particles after energization of the first heater is finished. Let Therefore, in the above-described particle detection system, after the dew condensation water is removed from the surface of the exposed portion in the sensor of the insulating spacer by the above-described first heater energization, the amount of particles is detected. Thereby, the amount of particulates in the gas to be measured can be appropriately detected.

また、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、発熱抵抗体に結露水が付着するのを防止できる。このため、結露水が発熱抵抗体に付着することによってヒータに対する通電を適切に行うことができなくなったり、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。   Further, in the above-described particulate sensor, the heater includes the heating resistor embedded inside the insulating spacer. That is, the heat generating resistor is disposed inside the insulating spacer. This can prevent the condensation water from adhering to the heat generating resistor. For this reason, it can suppress that electricity supply with respect to a heater can not be appropriately performed by dew condensation water adhering to a heat generating resistor, or a heat generating resistor degrades. Therefore, even when the particulate sensor is used for a long time, the heating performance by the heater can be maintained well.

さらに、上記の微粒子検知システムであって、前記微粒子センサは、前記センサ駆動手段によって駆動されることにより気中放電を発生させ、当該気中放電により生じたイオンを、前記被測定ガス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前記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前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。   Furthermore, in the particulate matter detection system described above, the particulate matter sensor generates an aerial discharge by being driven by the sensor driving means, and ions generated by the aerial discharge are included in the measurement gas. The fine particles in the gas to be measured are attached to the fine particles to generate charged fine particles, and using a signal current flowing between the first potential and the ground potential according to the amount of the fine particles. The particle detection system may detect the amount of

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。ところで、絶縁スペーサのセンサ内露出部の表面に結露水が付着して、センサ内露出部の表面の絶縁性が低下すると、センサ内露出部の表面を通じて、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に漏れ電流が流れることがある。この漏れ電流の大きさによっては、信号電流を適切に検知することができないことがある。   In the above-described particle detection system, the amount of particles in the gas to be measured is detected using the signal current flowing according to the amount of charged particles described above, so the signal current becomes very small. By the way, when dew condensation water adheres to the surface of the exposed portion in the sensor of the insulating spacer and the insulation of the surface of the exposed portion in the sensor is reduced, the inner metal fitting that is set to the first potential Leakage current may flow between the metal case and the outer metal fitting that is at ground potential. Depending on the magnitude of the leakage current, the signal current may not be properly detected.

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、内側金具と外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であると判定された後、または、第1ヒータ通電によってセンサ内露出部の表面から結露水を除去した後に、微粒子の量の検知を行うようにしている。これにより、上述の微粒子検知システムでは、前記漏れ電流の影響を受けることなく、微小な信号電流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。   On the other hand, in the above-described particle detection system, as described above, after it is determined that the degree of insulation between the inner and outer metal fittings is within the allowable range, or in the sensor by the first heater energization. After the dew condensation water is removed from the surface of the exposed portion, the amount of particles is detected. Thus, in the particle detection system described above, the minute signal current can be appropriately detected without being affected by the leakage current, so the amount of particles contained in the gas to be measured can be detected appropriately.

さらに、上記いずれかの微粒子検知システムであって、前記通気管は、内燃機関の排気管であり、前記被測定ガスは、排気ガスであり、前記絶縁性検査手段は、前記内燃機関の運転が開始された後、前記センサ駆動手段による前記微粒子センサの駆動の開始に先立って、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が前記許容範囲内であるか否かを検査する微粒子検知システムとすると良い。   Furthermore, in any one of the above-mentioned particulate detection systems, the ventilation pipe is an exhaust pipe of an internal combustion engine, the measurement gas is an exhaust gas, and the insulation inspection unit is configured to operate the internal combustion engine. After starting, prior to the start of driving of the particulate sensor by the sensor driving means, particulates to check whether the degree of insulation between the inner and outer metal fittings is within the allowable range It is good if it is a detection system.

上述の微粒子検知システムによれば、内燃機関の運転が開始された後、内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子の量を適切に検知することができる。   According to the above-described particulate matter detection system, it is possible to appropriately detect the amount of particulate matter in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine after the operation of the internal combustion engine is started.

実施形態に係る微粒子センサの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the particulate matter sensor concerning an embodiment. 同微粒子センサを、図1とは軸線周りに90度回転した側から見た拡大縦断面図である。FIG. 1 is an enlarged vertical cross-sectional view of the particle sensor as viewed from the side rotated 90 degrees around an axis. 実施形態に係る微粒子センサの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a particulate sensor concerning an embodiment. 実施形態に係る微粒子検知システムの概略図である。1 is a schematic view of a particle detection system according to an embodiment. 実施形態に係る絶縁スペーサの斜視図である。It is a perspective view of the insulation spacer which concerns on embodiment. 同絶縁スペーサの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the same insulating spacer. 同絶縁スペーサの層状ヒータ部を展開した分解斜視図である。It is the disassembled perspective view which expand | deployed the layered heater part of the same insulating spacer. 実施形態に係るセラミック素子の斜視図である。It is a perspective view of a ceramic element concerning an embodiment. 同セラミック素子の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the ceramic element. 実施形態に係る微粒子センサの説明図である。It is an explanatory view of a particulate sensor concerning an embodiment. 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。It is a flowchart which shows the flow of the microparticles | fine-particles detection which concerns on embodiment.

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、本実施形態に係る微粒子検知システム1に含まれる微粒子センサ10の縦断面図である。図2は、微粒子センサ10の拡大断面図であり、図1とは軸線AXの周りに90度回転した側から見た拡大縦断面図である。図3は、微粒子センサ10の分解斜視図である。図4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4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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a particle sensor 10 included in a particle detection system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the particle sensor 10, and FIG. 1 is an enlarged vertical cross-sectional view seen from the side rotated 90 degrees around the axis AX. FIG. 3 is an exploded perspective view of the particulate sensor 10. FIG. 4 is a schematic view of the particle detection system 1 according to the embodiment. However, in FIG. 4, the circuit unit 200 included in the particle detection system 1 is mainly illustrated, and only a part (the electric wire 161 or the like) of the particle sensor 10 is illustrated.

なお、図1において、微粒子センサ10の軸線AXに沿う長手方向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。   In FIG. 1, in the longitudinal direction GH along the axis AX of the particle sensor 10, the side on the side where the gas inlet pipe 25 is disposed (downward in FIG. 1) is the tip side GS, and the electric wires 161, 163 etc. The side (upper side in FIG. 1) from which is extended is referred to as the proximal side GK.

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。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4参照)。   The particulate detection system 1 detects the amount of particulates S (such as soot) contained in exhaust gas (gas to be measured) EG flowing through an exhaust pipe (vent) of an internal combustion engine (engine). The particle detection system 1 is configured of a particle sensor 10 and a circuit unit 200 (see FIGS. 1 and 4).

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10参照)。   First, the particle sensor 10 will be described in detail. The particulate sensor 10 is attached to a metal exhaust pipe EP set to the ground potential PVE (see FIG. 1). Specifically, a gas intake pipe 25 which is a tip end portion of the inner metal fitting 20 of the particulate sensor 10 is disposed in the exhaust pipe EP through a mounting opening EPO provided in the exhaust pipe EP. Then, among the exhaust gas EG flowing in the exhaust pipe EP, the ion CP is made to adhere to the particulates S in the intake gas EGI taken into the gas intake pipe 25 from the gas intake port 65c to form charged microparticles SC. The gas is discharged to the exhaust pipe EP from the gas discharge port 60e together with the inflowing gas EGI (see FIG. 10).

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、絶縁スペーサ100、セラミック素子120、6本の電線161,163,171,173,175,177等から構成される(図1〜図3参照)。   The particulate sensor 10 includes an inner fitting 20 having a gas intake pipe 25, an outer fitting 70, an insulating spacer 100, a ceramic element 120, six electric wires 161, 163, 171, 173, 175, 177, etc. (see FIG. 1 to 3)).

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。   Among them, the inner fitting 20 is electrically connected to the inner circuit case 250 or the like which is set to the first potential PV1 in the circuit unit 200 described later via the inner outer conductors 161g1 and 163g1 of the electric wires 161 and 163 described later, The first potential PV1 is different from the ground potential PVE. The inner fitting 20 includes a metal shell 30, an inner cylinder 40, an inner fitting 50, and a gas intake pipe 25 (an inner protector 60 and an outer protector 65).

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。   The metal shell 30 is a cylindrical stainless steel member extending in the longitudinal direction GH. The metal shell 30 has an annular flange 31 that bulges outward in the radial direction. Inside the metal shell 30, a cup-shaped metal cup 33 is disposed. A hole is formed in the bottom of the metal cup 33, and a ceramic element 120 described later is inserted through the hole.

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。   Inside the metal shell 30, a cylindrical ceramic holder 34 made of alumina and a first powder formed by compressing talc powder around the ceramic element 120 sequentially from the tip side GS to the base end side GK A filling layer 35, a second powder filling layer 36, and a cylindrical ceramic sleeve 37 made of alumina are disposed. The ceramic holder 34 and the first powder filling layer 35 are located in the metal cup 33. Further, the crimped portion 30 kk on the most proximal side GK of the metal shell 30 is crimped radially inward, and presses the ceramic sleeve 37 against the distal end side GS via the crimp ring 38.

また、主体金具30は、フランジ部31と先端部30sとの間に、雄ネジ部30nを有する。この雄ネジ部30nには、後述する絶縁スペーサ100を線パッキン39を介して係止するスペーサ止め輪32が螺合される。これにより、絶縁スペーサ100のうち、スペーサ本体101の厚肉部101fを、主体金具30のフランジ部31とスペーサ止め輪32で挟み、後述するように、絶縁スペーサ100を介して、主体金具30及びこれに保持されているセラミック素子120等を取付金具80に固定している。   Further, the metal shell 30 has an externally threaded portion 30 n between the flange portion 31 and the tip portion 30 s. A spacer snap ring 32 is engaged with the male screw 30n to lock the insulating spacer 100 described later via the wire packing 39. Thus, the thick portion 101f of the spacer main body 101 of the insulating spacer 100 is sandwiched between the flange portion 31 of the metal shell 30 and the spacer retaining ring 32, and the metal shell 30 and the metal shell 30 and the insulating spacer 100 are interposed. The ceramic element 120 and the like held thereby are fixed to the mounting bracket 80.

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40sは、主体金具30の基端側部30kに外嵌され、基端側部30kにレーザ溶接されている。   The inner cylinder 40 is a cylindrical stainless steel member extending in the longitudinal direction GH. The distal end portion 40s of the inner cylinder 40 is externally fitted to the proximal end side 30k of the metal shell 30, and laser welded to the proximal end side 30k.

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。   Inside the inner cylinder 40, an insulation holder 43, a first separator 44, and a second separator 45 are disposed in this order from the tip end side GS to the base end side GK. Among them, the insulating holder 43 is cylindrical and made of an insulator, and is in contact with the ceramic sleeve 37 from the proximal end GK. The ceramic element 120 is inserted into the insulating holder 43.

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8及び図9参照)に、放電電位端子46が接触している。   The first separator 44 is made of an insulator and has an insertion hole 44c. The ceramic element 120 is inserted into the insertion hole 44c, and the tip end portion of the discharge potential terminal 46 is accommodated. In the insertion hole 44c, the discharge potential terminal 46 is in contact with a later-described discharge potential pad 135 (see FIGS. 8 and 9) of the ceramic element 120.

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。   On the other hand, the second separator 45 is made of an insulator, and has a first insertion hole 45c and a second insertion hole 45d. The base end side portion of the discharge potential terminal 46 accommodated in the first insertion hole 45c and the tip end portion of the discharge potential lead wire 162 described later are connected in the first insertion hole 45c.

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8、図9参照)。   In addition to the element base end 120k of the ceramic element 120 being disposed in the second insertion hole 45d, the auxiliary potential terminal 47, the 2-1st heater terminal 48, and the 2-2nd heater terminal 49 are mutually insulated. Are housed in the Then, in the second insertion hole 45d, the auxiliary potential terminal 47 contacts the auxiliary potential pad 147 of the ceramic element 120, and the 2-1st heater terminal 48 contacts the 2-1st heater pad 156 of the ceramic element 120. The second 2-2 heater terminal 49 is in contact with the second 2-2 heater pad 158 of the ceramic element 120 (see FIGS. 1, 2, 8, and 9).

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。   Furthermore, in the second insertion hole 45d, tip portions of an auxiliary potential lead wire 164, a 2-1 heater lead wire 174, and a 2-2 heater lead wire 176, which will be described later, are respectively disposed. Then, in the second insertion hole 45d, the auxiliary potential terminal 47 and the auxiliary potential lead wire 164 are connected, the 2-1st heater terminal 48 and the 2-1st heater lead wire 174 are connected, and the 2-2nd heater terminal 49 and the 2-2 heater lead wire 176 are connected.

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171,177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。   The inner cylinder connection metal fitting 50 is a stainless steel member and is externally fitted to the base end 40k of the inner cylinder 40 while surrounding the base end side portion of the second separator 45, and the tip 50s of the inner cylinder connection metal fitting 50 is Laser welding is performed on the proximal end 40k of the inner cylinder 40. Four electric wires 161, 163, 173, 175 except the electric wires 171, 177 are inserted through the inner cylinder connection fitting 50, respectively. Among these, inner outer conductors 161g1 and 163g1 of electric wires 161 and 163 of a triple coaxial cable described later are connected to the inner cylinder connection fitting 50.

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。   The gas intake pipe 25 is composed of an inner protector 60 and an outer protector 65. The inner protector 60 is a bottomed cylindrical stainless steel member, and the outer protector 65 is a cylindrical stainless steel member. The outer protector 65 is disposed around the radial direction of the inner protector 60. The inner protector 60 and the outer protector 65 are externally fitted to the front end 30s of the metal shell 30, and laser welded to the front end 30s. The gas intake pipe 25 surrounds the tip end side portion of the ceramic element 120 projecting from the metal shell 30 to the tip end side GS from the outside in the radial direction, and protects the ceramic element 120 from water droplets and foreign matter, while the exhaust gas EG is ceramic It leads around the element 120.

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。   A plurality of rectangular gas inlets 65 c are formed at the tip end portion of the outer protector 65 for taking the exhaust gas EG flowing in the exhaust pipe EP into the inside of the outer protector 65. Further, in the inner protector 60, in order to further introduce the intake gas EGI taken into the outer protector 65 among the exhaust gas EG flowing in the exhaust pipe EP, to the inner end of the inner protector 60, A plurality of circular first inner introduction holes 60c are formed. In addition, a plurality of triangular second inner introduction holes 60d are also formed in the tip end portion of the inner protector 60. Furthermore, at the bottom of the inner protector 60, a circular gas outlet 60e for discharging the intake gas EGI to the exhaust pipe EP is formed. The tip portion 60s of the inner protector 60 including the gas discharge port 60e protrudes from the tip opening 65s of the outer protector 65 to the tip side GS.

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10を参照して説明する。なお、図10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。   Here, intake and exhaust of the exhaust gas EG to the inner protector 60 and the outer protector 65 when the particulate sensor 10 is used will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the exhaust gas EG flows from the left to the right in the exhaust pipe EP. When the exhaust gas EG passes around the outer protector 65 and the inner protector 60, the flow velocity rises outside the gas outlet 60e of the inner protector 60, and a negative pressure is generated near the gas outlet 60e due to the venturi effect. .

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。   Then, the intake gas EGI taken into the inside protector 60 by this negative pressure is discharged from the gas discharge port 60e to the exhaust pipe EP. At the same time, exhaust gas EG around the gas inlet 65c of the outer protector 65 is taken into the outer protector 65 from the gas inlet 65c, and further, inside the inner protector 60 through the first inner introduction hole 60c of the inner protector 60. Incorporated into Then, the intake gas EGI in the inner protector 60 is discharged from the gas discharge port 60e. Therefore, as indicated by the broken line arrow, an air flow of the intake gas EGI flowing from the first inner introduction hole 60c on the proximal end GK toward the gas discharge port 60e on the distal end GS is generated in the inner protector 60.

次に、外側金具70について説明する。図1及び図3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。   Next, the outer bracket 70 will be described. As shown in FIGS. 1 and 3, the outer fitting 70 is cylindrical and made of metal, and the radial circumference of the inner fitting 20 is surrounded by the inner fitting 20 at a distance from the inner fitting 20, and the exhaust pipe is set to the ground potential PVE. It is attached to the EP and is set to the ground potential PVE. The outer fitting 70 includes a mounting fitting 80 and an outer cylinder 90.

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)。   The mounting bracket 80 is a cylindrical, stainless steel member extending in the longitudinal direction GH. The mounting bracket 80 is disposed around the radial direction of the front end side portion of the metal shell 30 and the inner cylinder 40 in the inner bracket 20 so as to be separated therefrom. The mounting bracket 80 has a flange portion 81 which bulges outward in the radial direction to form an outer hexagonal shape. In addition, inside the mounting bracket 80, a stepped portion 83 having a stepped shape is provided. Further, a male screw (not shown) used for fixing to the exhaust pipe EP is formed on the outer periphery of the distal end side 80s of the mounting bracket 80 on the distal end side GS than the flange portion 81. The particle sensor 10 is attached to a metal mounting boss BO separately fixed to the exhaust pipe EP by an external thread of the tip side portion 80s, and is fixed to the exhaust pipe EP via the mounting boss BO (see FIG. See Figure 1).

外側金具70と内側金具20との間、より具体的には、取付金具80と主体金具30との間には、後述する絶縁スペーサ100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GDIに加締められて、線パッキン87、押圧スリーブ110及び粉末充填体115を介して、絶縁スペーサ100の環状突出部103を先端側GSに押圧し、取付金具80の段状部83に圧接させて、絶縁スペーサ100を取付金具80に固定している。   An insulating spacer 100 described later is disposed between the outer fitting 70 and the inner fitting 20, more specifically, between the mounting fitting 80 and the metal shell 30. The crimped portion 80 kk of the most proximal end GK of the mounting bracket 80 is crimped to the radially inner GDI, and the annular protrusion of the insulating spacer 100 is interposed through the wire packing 87, the pressing sleeve 110 and the powder filling body 115. The insulating spacer 100 is fixed to the mounting bracket 80 by pressing 103 against the front end side GS and pressing against the stepped portion 83 of the mounting bracket 80.

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6本の電線161,163,171,173,175,177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。   The outer cylinder 90 is a cylindrical member extending in the longitudinal direction GH, and is a stainless steel member. The distal end portion 90s of the outer cylinder 90 is externally fitted to the proximal end side 80k of the mounting bracket 80, and is laser-welded to the proximal end side 80k. An outer cylinder connection fitting 95 is disposed in the small diameter portion 91 located on the proximal end GK of the outer cylinder 90, and a fluororubber grommet 97 is disposed on the proximal end GK. Six electric wires 161, 163, 171, 173, 175, and 177, which will be described later, are inserted into the outer cylinder connection fitting 95 and the grommet 97, respectively. Among these, outer outer conductors 161g2 and 163g2 of electric wires 161 and 163 of a triple coaxial cable to be described later are connected to the outer cylinder connection fitting 95, respectively. The outer cylinder connection fitting 95 is reduced in diameter radially inward by caulking together with the small diameter portion 91 of the outer cylinder 90, whereby the outer cylinder connection fitting 95 and the grommet 97 are fixed in the small diameter portion 91 of the outer cylinder 90. ing.

なお、微粒子センサ10を排気管EPに装着した状態で、排気管EPの外部において外側金具70(具体的には、外筒90)によって囲まれた、微粒子センサ10の内部空間を、センサ内部空間SISとする(図1、図2参照)。   When the particulate sensor 10 is mounted on the exhaust pipe EP, the internal space of the particulate sensor 10 surrounded by the outer metal fitting 70 (specifically, the outer cylinder 90) outside the exhaust pipe EP is a sensor internal space Assume SIS (see FIG. 1 and FIG. 2).

次に、絶縁スペーサ100について説明する。絶縁スペーサ100は、図5及び図6に示すように、長手方向GHに延びる円筒状をなし、主としてアルミナからなる部材である。前述したように、この絶縁スペーサ100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及び外筒90の先端側部分との間に配置されている(図1参照)。   Next, the insulating spacer 100 will be described. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the insulating spacer 100 is a cylindrical member extending in the longitudinal direction GH, and is a member mainly made of alumina. As described above, the insulating spacer 100 is interposed between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 to electrically insulate the two. Specifically, it is disposed between the tip end portions of the metal shell 30 and the inner cylinder 40 of the inner metal fitting 20 and the tip end portions of the mounting metal 80 and the outer cylinder 90 of the outer metal fitting 70 (FIG. 1) reference).

この絶縁スペーサ100は、概略円筒形状の筒状部100tと、この筒状部100tから径方向外側GDOに環状に突出する環状突出部103とからなる(図5及び図6参照)。絶縁スペーサ100(筒状部100t)のうち、基端側GKの部位は、センサ内部空間SIS内に露出するセンサ内露出部100kとなっている(図1及び図2参照)。   The insulating spacer 100 is composed of a cylindrical portion 100t having a substantially cylindrical shape, and an annular projecting portion 103 annularly protruding from the cylindrical portion 100t toward the radially outer side GDO (see FIGS. 5 and 6). Of the insulating spacer 100 (cylindrical portion 100t), the proximal end GK portion is an in-sensor exposed portion 100k exposed in the sensor internal space SIS (see FIGS. 1 and 2).

筒状部100tは、アルミナからなる円筒状のスペーサ本体101と、このスペーサ本体101の円筒面をなす外周面101g上に巻き付けられた層状ヒータ部102とを有する。層状ヒータ部102は、自身の周方向両端部が重なり合わないようにスペーサ本体101の外周面101gに巻き付けられて、一重の円筒状(断面C字状)をなしている。スペーサ本体101のうち、軸線AXに沿う長手方向GHのうち先端側GS寄りの部分には、肉厚の厚肉部101fと、これよりも先端側GSに位置し薄肉の先端薄肉部101sとを有する。
環状突出部103は、層状ヒータ部102に気密に外嵌され、絶縁スペーサ100の径方向外側GDOに向けて突出している。
The cylindrical portion 100 t has a cylindrical spacer main body 101 made of alumina, and a layered heater portion 102 wound on the outer peripheral surface 101 g forming the cylindrical surface of the spacer main body 101. The layered heater portion 102 is wound around the outer peripheral surface 101 g of the spacer main body 101 so that both circumferential end portions of the layered heater portion 102 do not overlap, and has a single-layered cylindrical shape (cross-section C shape). In the part of the spacer main body 101 in the longitudinal direction GH along the axis AX, in the part closer to the distal end side GS, a thick thick portion 101f and a thin distal end thin portion 101s located on the distal end side GS than this are included. Have.
The annular projecting portion 103 is airtightly fitted on the layered heater portion 102 and protrudes toward the radially outer side GDO of the insulating spacer 100.

層状ヒータ部102は、図7に示すように、層状のスペーサ用ヒータ105と、その内側に位置するアルミナからなるベース絶縁層108と、スペーサ用ヒータ105の外側に位置しアルミナからなるカバー絶縁層109とからなる。スペーサ用ヒータ105(図7参照)は、タングステンからなる層状の発熱抵抗体106と、ヒータリード部107とからなる。ヒータリード部107は、発熱抵抗体106の両端からそれぞれ延びるリード本体部107pと、層状ヒータ部102の表面に露出する端子パッド107mと、カバー絶縁層109を貫通してリード本体部107pと端子パッド107mとを導通するビア導体107vとからなる。   As shown in FIG. 7, the layered heater section 102 includes a layered spacer heater 105, a base insulating layer 108 made of alumina located on the inner side, and a cover insulating layer located on the outer side of the spacer heater 105 made of alumina. And 109. The spacer heater 105 (see FIG. 7) includes a layered heating resistor 106 made of tungsten and a heater lead portion 107. Heater lead portion 107 penetrates lead body portion 107 p extending from both ends of heat generating resistor 106, terminal pad 107 m exposed on the surface of layered heater portion 102, and cover insulating layer 109 to lead body portion 107 p and terminal pad And a via conductor 107v electrically connected to 107m.

このうち、発熱抵抗体106は、メアンダ状(ジグザグ状)をなし、絶縁スペーサ100の周方向CDに延びた形態を有する。この発熱抵抗体106のうち、一方側CD1に位置する一方端部106pと、他方側CD2に位置する他方端部106qとは、図5に示すように、スペーサ本体101に巻き付けられることにより、互いに周方向CDに対向し近接して配置されている。スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106を発熱させることで、発熱抵抗体106の熱がセンサ内露出部100kに伝達されて、センサ内露出部100kを加熱することができる。   Among these, the heating resistor 106 has a meander shape (zigzag shape) and has a form extending in the circumferential direction CD of the insulating spacer 100. Of the heating resistor 106, one end 106p located on the one side CD1 and the other end 106q located on the other side CD2 are wound around the spacer main body 101 as shown in FIG. It is disposed to face and be close to the circumferential direction CD. By causing the heat generating resistive element 106 of the spacer heater 105 to generate heat, the heat of the heat generating resistive element 106 can be transmitted to the in-sensor exposed portion 100k to heat the in-sensor exposed portion 100k.

なお、スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106は、カバー絶縁層109に覆われて、絶縁スペーサ100の内部に埋め込まれている。このため、結露水(結露により生じた水滴)が発熱抵抗体106に付着(堆積)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。   The heating resistor 106 of the spacer heater 105 is covered with the cover insulating layer 109 and embedded in the inside of the insulating spacer 100. For this reason, condensation water (water droplets produced by condensation) adheres (is deposited) on the heating resistor 106, so that it is not possible to properly execute energization to the spacer heater 105, or deterioration of the heating resistor 106 is suppressed. it can. Therefore, even when the particulate sensor 10 is used for a long time, the heating performance by the spacer heater 105 can be maintained well.

環状突出部103は、アルミナからなる環状で、筒状部100t(具体的には、スペーサ本体101の外周に設けた層状ヒータ部102)に外嵌されたセラミックリング103cと、これを層状ヒータ部102に気密に固着するガラスからなるガラスシール部103gとにより構成されている。この環状突出部103は、図1に示すように、取付金具80の加締部80kkを加締めることにより、線パッキン87、押圧スリーブ110、及び粉末充填体115を介して、先端側GSに向けて押圧され、取付金具80の段状部83に圧接している。このように、絶縁スペーサ100に環状突出部103を設けることで、絶縁スペーサ100を取付金具80に容易かつ気密に固定することができる。   The annular projecting portion 103 is an annular ring made of alumina, and a ceramic ring 103c externally fitted to the cylindrical portion 100t (specifically, the layered heater portion 102 provided on the outer periphery of the spacer main body 101), and this is a layered heater portion It is comprised by the glass seal part 103g which consists of glass airtightly fixed to 102. FIG. As shown in FIG. 1, the annular projection 103 is directed toward the tip side GS via the wire packing 87, the pressing sleeve 110, and the powder filling body 115 by caulking the crimped portion 80 kk of the mounting bracket 80. And is pressed against the stepped portion 83 of the mounting bracket 80. Thus, the insulating spacer 100 can be easily and airtightly fixed to the mounting bracket 80 by providing the annular projecting portion 103 on the insulating spacer 100.

この絶縁スペーサ100は、次のようにして形成される。具体的には、仮焼したスペーサ本体101の外周に、パターン印刷により形成した発熱抵抗体106及びリード本体部407pを内部に含む未焼成の層状ヒータ部102を巻き付けて、これを焼成する。その後、これにセラミックリング103cを外嵌し、これをガラスで気密に固着しガラスシール部103gを設ける。これにより、絶縁スペーサ100が形成される。   The insulating spacer 100 is formed as follows. Specifically, the unfired layered heater portion 102 including the heating resistor 106 and the lead main body portion 407 p formed by pattern printing is wound around the outer periphery of the calcined spacer main body 101 and is fired. Thereafter, the ceramic ring 103c is externally fitted, and the ceramic ring 103c is airtightly fixed with glass to provide a glass seal portion 103g. Thus, the insulating spacer 100 is formed.

この絶縁スペーサ100の層状ヒータ部102の2つのヒータリード部107は、図2に示すように、それぞれ単芯の電線171,177の芯線であるヒータリード線172,178に、接続端子181,182を介して接続されている。具体的には、端子パッド107m,107mにロウ付けされた接続端子181,182に、それぞれ、電線171のヒータリード線172及び電線177のヒータリード線178の先端部分が保持され導通している。   As shown in FIG. 2, the two heater lead portions 107 of the layered heater portion 102 of the insulating spacer 100 are connected to the heater lead wires 172 and 178 which are core wires of the single core electric wires 171 and 177 respectively. Connected through. Specifically, the tip portions of the heater lead wire 172 of the electric wire 171 and the heater lead wire 178 of the electric wire 177 are held and conducted to the connection terminals 181 and 182 brazed to the terminal pads 107m and 107m, respectively.

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8、図9参照)。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。   Next, the ceramic element 120 will be described. The ceramic element 120 has a plate-like insulating ceramic base 121 made of alumina extending in the longitudinal direction GH (see FIGS. 8 and 9). The discharge electrode body 130, the auxiliary electrode body 140, and the heater 150 for the element are embedded in the ceramic base 121, and these are integrally sintered with the ceramic base 121.

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。   Specifically, the ceramic substrate 121 is formed by laminating three ceramic layers 122, 123 and 124 made of alumina derived from an alumina green sheet, and two insulating coatings made of alumina formed by printing between these layers. Layers 125 and 126 intervene respectively. Among them, the ceramic layer 122 and the insulating covering layer 125 are shorter in the longitudinal direction GH at the distal end side GS and the proximal end side GK than the ceramic layers 123 and 124 and the insulating covering layer 126, respectively. The discharge electrode body 130 is disposed between the insulating covering layer 125 and the ceramic layer 123. Further, the auxiliary electrode body 140 is disposed between the ceramic layer 123 and the insulating covering layer 126, and the element heater 150 is disposed between the insulating covering layer 126 and the ceramic layer 124.

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。   The discharge electrode body 130 has a form extending in the longitudinal direction GH, and a needle-like needle-like electrode portion 131 located on the distal side GS, a discharge potential pad 135 located on the proximal side GK, and the like And a lead portion 133 connecting the two. The needle-like electrode portion 131 is made of a platinum wire. On the other hand, the lead portion 133 and the discharge potential pad 135 are made of pattern printed tungsten. Of the discharge electrode body 130, the base end side portion 131k of the needle-like electrode portion 131 and the whole of the lead portion 133 are embedded in the ceramic base 121. On the other hand, the tip side portion 131s of the needle-like electrode portion 131 protrudes from the ceramic base 121 at the tip side GS of the ceramic base 121 with respect to the ceramic layer 122. Further, the discharge potential pad 135 is exposed on the proximal side GK of the ceramic base 121 relative to the ceramic layer 122. As described above, the discharge potential terminal 46 contacts the discharge potential pad 135 in the insertion hole 44 c of the first separator 44.

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。   The auxiliary electrode body 140 has a form extending in the longitudinal direction GH, is formed by pattern printing, and is entirely embedded in the ceramic substrate 121. The auxiliary electrode body 140 is located on the distal end side GS, and includes a rectangular auxiliary electrode portion 141 and a lead portion 143 connected to the auxiliary electrode portion 141 and extending to the proximal end GK. The base end 143 k of the lead portion 143 is connected to the conduction pattern 145 formed on one main surface 124 a of the ceramic layer 124 through the through hole 126 c of the insulating covering layer 126. Further, the conductive pattern 145 is connected to the auxiliary potential pad 147 formed on the other main surface 124 b of the ceramic layer 124 through the through-hole conductor 146 formed through the ceramic layer 124. As described above, the auxiliary potential terminal 47 contacts the auxiliary potential pad 147 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45.

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。   The element heater 150 is formed by pattern printing, and the whole is embedded in the ceramic base 121. The element heater 150 is located on the front end side GS, and has a heating resistor 151 for heating the ceramic element 120, and a pair of heater lead portions 152 and 153 connected to both ends of the heating resistor 151 and extending to the base end GK. It consists of The base end 152 k of one heater lead portion 152 is on the 2-1st heater pad 156 formed on the other main surface 124 b of the ceramic layer 124 through the through-hole conductor 155 formed through the ceramic layer 124. Connected As described above, the (2-1) th heater terminal 48 contacts the (2-1) th heater pad 156 in the second insertion hole 45d of the second separator 45. The base end 153 k of the other heater lead portion 153 is a 2-2nd heater pad formed on the other main surface 124 b of the ceramic layer 124 through the through-hole conductor 157 formed in the ceramic layer 124. Connected to 158. As described above, the second heater terminal 49 is in contact with the second heater pad 158 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45.

次に、電線161,163,171,173,175,177について説明する(図1、図3参照)。これら6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4本の電線171,173,175,177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。
Next, the electric wires 161, 163, 171, 173, 175, and 177 will be described (see FIGS. 1 and 3). Of these six wires, two wires 161 and 163 are triple coaxial cables (triaxial cables), and the remaining four wires 171, 173, 175 and 177 are small diameter single core insulated wires. It is.
Among them, the electric wire 161 has a discharge potential lead wire 162 as a core wire (center conductor), and the discharge potential lead wire 162 is a discharge potential terminal 46 in the first insertion hole 45 c of the second separator 45 as described above. Connected to Further, the electric wire 163 has an auxiliary potential lead wire 164 as a core wire (central conductor), and the auxiliary potential lead wire 164 is connected to the auxiliary potential terminal 47 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45. . Further, among the coaxial double outer conductors of the electric wires 161 and 163, the inner inner outer conductors 161g1 and 163g1 are connected to the inner cylinder connection fitting 50 of the inner fitting 20, and are set to the first potential PV1. . On the other hand, the outer outer conductors 161g2 and 163g2 on the outer side are connected to the outer cylinder connection fitting 95 which is conducted to the outer fitting 70, and are set to the ground potential PVE.

また、電線171は、芯線としてヒータリード線172を有する。また、電線177は、芯線としてヒータリード線178を有する。このヒータリード線172,178は、前述のように、接続端子181,182を介して、絶縁スペーサ100の層状ヒータ部102の2つのヒータリード部107(具体的には、端子パッド107m,107m)に接続されている。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。   Moreover, the electric wire 171 has a heater lead wire 172 as a core wire. Moreover, the electric wire 177 has a heater lead wire 178 as a core wire. As described above, the heater lead wires 172 and 178 are, through the connection terminals 181 and 182, the two heater lead portions 107 of the layered heater portion 102 of the insulating spacer 100 (specifically, the terminal pads 107m and 107m) It is connected to the. Moreover, the electric wire 173 has the 2-1st heater lead wire 174 as a core wire. The second-first heater lead wire 174 is connected to the second-first heater terminal 48 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45. Moreover, the electric wire 175 has a 2nd-2 heater lead wire 176 as a core wire. The second 2-2 heater lead wire 176 is connected to the second 2-2 heater terminal 49 in the second insertion hole 45 d of the second separator 45.

次に、回路部200について説明する。回路部200は、図4に示すように、微粒子センサ10の電線161,163,171,173,175,177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。   Next, the circuit unit 200 will be described. The circuit unit 200 is connected to the electric wires 161, 163, 171, 173, 175, and 177 of the particle sensor 10 as shown in FIG. 4 and drives the particle sensor 10 and detects a signal current Is described later. . The circuit unit 200 includes an ion source power supply circuit 210, an auxiliary electrode power supply circuit 240, and a measurement control circuit 220.

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。
Among these, the ion source power supply circuit 210 has a first output end 211 which is a first potential PV1 and a second output end 212 which is a second potential PV2. The second potential PV2 is a positive high potential with respect to the first potential PV1.
The auxiliary electrode power supply circuit 240 has an auxiliary first output end 241 set to the first potential PV1 and an auxiliary second output end 242 set to the auxiliary electrode potential PV3. The auxiliary electrode potential PV3 is a positive DC high potential with respect to the first potential PV1, but is lower than the peak potential of the second potential PV2.

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、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とされる第1入力端231と、第2入力端232とを有する。信号電流検知回路230は、第1入力端231と第2入力端232との間を流れる信号電流Isを検知する。なお、第1電位PV1は、接地電位PVEに対し、オフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)だけ高い電位とされる。従って、第2入力端232は、接地電位PVEよりもオフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)だけ高い電位とされる。 The measurement control circuit 220 includes a signal current detection circuit 230, a first heater heating circuit 223, a second heater heating circuit 225, and a microprocessor 221. Among these, the signal current detection circuit 230 has a first input end 231 set to the first potential PV1 and a second input end 232. The signal current detection circuit 230 detects a signal current Is flowing between the first input end 231 and the second input end 232. The first potential PV1 is set higher than the ground potential PVE by the offset voltage V offset (specifically, 0.5 V). Therefore, the second input terminal 232 is set to a potential higher than the ground potential PVE by the offset voltage V offset (specifically, 0.5 V).

また、第1ヒータ発熱回路223は、電線171のヒータリード線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の発熱抵抗体106を発熱させる。   The first heater heating circuit 223 further includes a 1-1 heater energization end 223 a connected to the heater lead wire 172 of the electric wire 171 and a 1-2 heater energization end 223 b set to the ground potential PVE. The first heater heating circuit 223 energizes the spacer heater 105 of the insulating spacer 100 by PWM control to cause the heating resistor 106 of the spacer heater 105 to generate heat.

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の発熱抵抗体151を発熱させる。   Further, the second heater heating circuit 225 is connected to a 2-1 heater conductive end 225 a connected to the 2-1 heater lead wire 174 of the electric wire 173 and to a 2-2 heater lead wire 176 of the electric wire 175. And a second 2-2 heater conductive end 225 b set to the ground potential PVE. The second heater heating circuit 225 energizes the element heater 150 of the ceramic element 120 by PWM control to cause the heating resistor 151 of the element heater 150 to generate heat.

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。   In the circuit unit 200, the ion source power supply circuit 210 and the auxiliary electrode power supply circuit 240 are surrounded by the inner circuit case 250 which is set to the first potential PV1. Further, the inner circuit case 250 accommodates and surrounds the secondary side iron core 271b of the insulating transformer 270, and conducts to the inner outer conductors 161g1 and 163g1 of the electric wires 161 and 163 which are set to the first potential PV1. There is. In the insulation transformer 270, the iron core 271 is separated into a primary side iron core 271a wound with the primary side coil 272 and a secondary side iron core 271b wound with the power supply circuit side coil 273 and the auxiliary electrode power supply side coil 274. Is configured. Among these, the primary side iron core 271a conducts to the ground potential PVE, and the secondary side iron core 271b conducts to the first electric potential PV1.

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。   Furthermore, the ion source power supply circuit 210, the auxiliary electrode power supply circuit 240, the inner circuit case 250, and the measurement control circuit 220 are surrounded by an outer circuit case 260 which is set to the ground potential PVE. Further, the outer circuit case 260 accommodates and surrounds the primary side iron core 271a of the insulating transformer 270, and is electrically connected to the outer external conductors 161g2 and 163g2 of the electric wires 161 and 163 which are set to the ground potential PVE.

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。   The measurement control circuit 220 incorporates a regulator power supply PS. The regulator power supply PS is driven by the external battery BT through the power supply wiring BC. A part of the power input to the measurement control circuit 220 through the regulator power supply PS is distributed to the ion source power supply circuit 210 and the auxiliary electrode power supply circuit 240 via the isolation transformer 270. The measurement control circuit 220 has a microprocessor 221 and can communicate with the control unit ECU that controls the internal combustion engine via the communication line CC, and the measurement result of the signal current detection circuit 230 described above (signal current Signals such as the magnitude of Is) can be transmitted to the control unit ECU.

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4、図8、図9参照)。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、図4参照)。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。   Next, the electrical function and operation of the particle detection system 1 will be described. The discharge electrode body 130 of the ceramic element 120 is connected and conducted to the second output end 212 of the ion source power supply circuit 210 through the discharge potential lead wire 162 of the electric wire 161 and is set to the second potential PV2 (see FIG. 4, FIGS. 8 and 9). On the other hand, the auxiliary electrode body 140 of the ceramic element 120 is connected and conducted to the auxiliary second output end 242 of the auxiliary electrode power circuit 240 through the auxiliary potential lead wire 164 of the electric wire 163, and is made the auxiliary electrode potential PV3. Ru. Furthermore, the inner fitting 20 is connected and conducted to the inner circuit case 250 or the like through the inner outer conductors 161g1 and 163g1 of the electric wires 161 and 163, and is set to the first potential PV1 (FIG. 1, FIG. 3, FIG. 4). In addition, the outer fitting 70 is connected and conducted to the outer circuit case 260 or the like via the outer outer conductors 161g2 and 163g2 of the electric wires 161 and 163, and is set to the ground potential PVE.

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10参照)。   Here, in the needle electrode portion 131 of the discharge electrode body 130, the ion source power supply circuit 210 of the circuit portion 200, the discharge potential lead wire 162 of the electric wire 161, the discharge potential terminal 46, and the discharge potential pad 135 A second potential PV2 of a voltage (for example, 1 to 2 kV) is applied. Then, an air discharge, specifically, a corona discharge, is generated between the needle-like tip 131ss of the needle-like electrode 131 and the inner protector 60 set to the first potential PV1, and the needle-like tip 131ss The ion CP is generated in the surroundings (see FIG. 10).

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10参照)。   As described above, the exhaust gas EG is introduced into the inner protector 60 by the action of the gas intake pipe 25, and in the vicinity of the ceramic element 120, the air flow of the intake gas EGI from the proximal end GK toward the distal end GS It is happening. Therefore, the generated ions CP adhere to the particulates S in the intake gas EGI. Thereby, the particulates S become charged particulates SC charged positively, and flow toward the gas discharge port 60e together with the intake gas EGI, and are discharged to the exhaust pipe EP (see FIG. 10).

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10参照)。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。   On the other hand, in the auxiliary electrode portion 141 of the auxiliary electrode body 140, a predetermined potential (the auxiliary potential power lead wire 164 of the electric wire 163, the auxiliary potential terminal 47, and the auxiliary potential pad 147) For example, an auxiliary electrode potential PV3 of 100 to 200 V (positive direct current potential) is applied. As a result, among the generated ions CP, the floating ions CPF that did not adhere to the particulates S are given a repulsive force directed from the auxiliary electrode portion 141 toward the radially outer inner protector 60 (collection electrode). And floating ion CPF is made to adhere to each part of a collection pole (inner protector 60), and collection is assisted (refer to Drawing 10). Thus, the floating ion CPF can be reliably collected, and even the floating ion CPF can be prevented from being discharged from the gas outlet 60e.

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。   Then, in the particle detection system 1, the signal current detection circuit 230 detects a signal (signal current Is) corresponding to the charge amount of the discharge ion CPH attached to the charged particle SC discharged from the gas discharge port 60e. . Thereby, the amount (concentration) of the particulates S contained in the exhaust gas EG can be detected. As described above, in the present embodiment, the ion CP generated by the air discharge is made to adhere to the particulates S contained in the exhaust gas EG taken into the inside of the gas intake pipe 25 to generate the charged particulates SC charged. The amount of particulates S in the exhaust gas EG is detected between the first potential PV1 and the ground potential PVE using the signal current Is flowing according to the amount of the charged particulates SC.

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。   Furthermore, the particulate sensor 10 has a heater 150 for the element on the ceramic element 120. The 2-1st heater pad 156 of the heater 150 for the element is connected to the 2nd heater heating circuit 225 of the circuit section 200 via the 2-1th heater terminal 48 and the 2-1st heater lead wire 174 of the electric wire 173. 2-1 Conduction to the heater conduction end 225a. Further, the second 2-2 heater pad 158 of the element heater 150 is connected to the second 2-2 heater heater circuit 225 through the second 2-2 heater terminal 49 and the second 2-2 heater lead wire 176 of the electric wire 175. Conduction is made to the heater conduction end 225b.

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に付着した異物(水滴や煤等)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。   For this reason, when a predetermined heater energization voltage is applied between the 2-1 heater pad 156 and the 2-2 heater pad 158 from the second heater heating circuit 225, the heating resistor 151 of the element heater 150 is energized. Due to heat. As a result, the ceramic element 120 can be heated to remove foreign matter (water droplets, wrinkles, etc.) adhering to the ceramic element 120, so that the insulation of the ceramic element 120 can be recovered or maintained.

ところで、前述のように、本実施形態の絶縁スペーサ100は、センサ内部空間SIS内に露出するセンサ内露出部100kを有する。このため、本実施形態の微粒子センサ10では、次のようなことが起こることがあった。具体的には、例えば、エンジン(内燃機関)の運転中、微粒子センサ10は、高温の排気ガスEGにより加熱されることで高温となる。なお、排気ガスEG中には多量の水分(水蒸気)が含まれており、この水分(水蒸気)が、内燃機関の運転中にセンサ内部空間SIS内に漏洩(リーク)することがある。一方、内燃機関の運転が停止すると、微粒子センサ10は、外気により冷却される。このため、例えば、外気温が低い場合には、内燃機関の運転停止後、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面において、結露が発生することがあった。   By the way, as described above, the insulating spacer 100 of the present embodiment has the in-sensor exposed portion 100k exposed in the sensor internal space SIS. For this reason, in the particulate sensor 10 of the present embodiment, the following may occur. Specifically, for example, during operation of the engine (internal combustion engine), the particulate sensor 10 is heated by the high-temperature exhaust gas EG to a high temperature. The exhaust gas EG contains a large amount of water (water vapor), and this water (water vapor) may leak into the sensor internal space SIS during operation of the internal combustion engine. On the other hand, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the particulate sensor 10 is cooled by the outside air. For this reason, for example, when the outside air temperature is low, dew condensation may occur on the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 after the operation of the internal combustion engine is stopped.

絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に水(結露により生じた水)が付着すると、センサ内露出部100kの表面の絶縁性が低下する。これにより、第1電位PV1とされる内側金具20と接地電位とされる外側金具70との間の絶縁性が低下する。このような状態で、微粒子センサ10を駆動させて微粒子検知を行うと、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ない虞があった。   When water (water generated by condensation) adheres to the surface of the sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100, the insulation of the surface of the sensor exposed portion 100k is reduced. As a result, the insulation between the inner fitting 20, which is the first potential PV1, and the outer fitting 70, which is the ground potential, is reduced. In such a state, when the particulate matter sensor 10 is driven to perform particulate matter detection, there is a possibility that the amount of the particulate matter S in the exhaust gas EG can not be appropriately detected.

これに対し、本実施形態の微粒子センサ10は、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の一方の端子パッド107mは、接続端子181及び電線171のヒータリード線172を介して、第1ヒータ通電回路223の第1−1ヒータ通電端223aに接続している。また、スペーサ用ヒータ105の他方の端子パッド107mは、接続端子182及び電線177のヒータリード線178を介して、第1ヒータ通電回路223の第1−2ヒータ通電端223bに接続している。これにより、第1ヒータ通電回路223により、スペーサ用ヒータ105(発熱抵抗体106)への通電が可能となっている。   On the other hand, in the particulate sensor 10 of the present embodiment, the insulating spacer 100 has a spacer heater 105. One terminal pad 107 m of the spacer heater 105 is connected to the first heater conduction end 223 a of the first heater conduction circuit 223 via the connection terminal 181 and the heater lead wire 172 of the electric wire 171. The other terminal pad 107m of the spacer heater 105 is connected to the 1-2nd heater conductive end 223b of the first heater conductive circuit 223 through the connection terminal 182 and the heater lead 178 of the electric wire 177. Thus, the first heater energizing circuit 223 can energize the spacer heater 105 (heat generating resistor 106).

このため、第1ヒータ通電回路223により、スペーサ用ヒータ105への通電を行うと、スペーサ用ヒータ105の発熱抵抗体106が発熱する。これにより、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kを加熱して、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水(結露により生じた水滴)を除去する(蒸発させる)ことができる。これにより、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との間の絶縁性を回復させることができる。   Therefore, when the spacer heater 105 is energized by the first heater energizing circuit 223, the heating resistor 106 of the spacer heater 105 generates heat. Thereby, the sensor in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 is heated to remove (evaporate) dew condensation water (water droplets generated by condensation) adhering to the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100. Can. As a result, the insulation between the inner fitting 20, which is the first potential PV1, and the outer fitting 70, which is the ground potential PVE, can be restored.

なお、本実施形態の微粒子検知システム1では、内側金具20(第1電位PV1)と外側金具70(接地電位PVE)との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する。具体的には、前述のように、内側金具20(第1電位PV1)と外側金具70(接地電位PVE)との間にはオフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)が印加される。このため、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度に応じて、内側金具20と外側金具70との間を流れる漏れ電流Imが生じる。この漏れ電流Imは、信号電流検知回路230によって検知される。マイクロプロセッサ221は、信号電流検知回路230によって検知された漏れ電流Imの大きさが、許容範囲内であるか否か(具体的には、予め設定した基準値Ims(閾値)以下であるか否か)を判定する。本実施形態では、「絶縁性の程度」は、漏れ電流Imの大きさで示される。 In the particle detection system 1 of the present embodiment, it is checked whether the degree of insulation between the inner fitting 20 (first potential PV1) and the outer fitting 70 (ground potential PVE) is within the allowable range. . Specifically, as described above, an offset voltage V offset (specifically, 0.5 V) is applied between the inner fitting 20 (first potential PV1) and the outer fitting 70 (ground potential PVE). Ru. Therefore, depending on the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70, a leakage current Im flowing between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is generated. The leakage current Im is detected by the signal current detection circuit 230. The microprocessor 221 determines whether the magnitude of the leakage current Im detected by the signal current detection circuit 230 is within an allowable range (specifically, whether or not it is equal to or less than a preset reference value Ims (threshold)). To determine In the present embodiment, the “degree of insulation” is indicated by the magnitude of the leakage current Im.

なお、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度の許容範囲、具体的には、漏れ電流Imの基準値Ims(閾値)は、微粒子検知システム1によって排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができる絶縁性の程度の範囲に設定される。絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に、結露により生じた水滴(結露水)が付着している場合は、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内でない、具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims(閾値)よりも大きいと判定され得る。   Note that the allowable range of the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70, specifically, the reference value Ims (threshold value) of the leakage current Im is the particulate S in the exhaust gas EG by the particulate detection system 1. The amount of insulation can be properly detected in the range of the degree of insulation. When water droplets (condensed water) generated by condensation are attached to the surface of the exposed portion 100k in the sensor of the insulating spacer 100, the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is not within the allowable range Specifically, it can be determined that the leakage current Im is larger than the reference value Ims (threshold).

本実施形態の微粒子検知システム1では、上述のように、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内でない(具体的には、漏れ電流Imが基準値Imsよりも大きい)と判定された場合に、第1ヒータ通電回路223によりスペーサ用ヒータ105に通電して、発熱抵抗体106を発熱させる。より具体的には、センサ内露出部100kの表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間t1の間(例えば、5分間)、第1ヒータ通電回路223によりスペーサ用ヒータ105に通電する。この通電を、「第1ヒータ通電」と呼ぶ。   In the particulate matter detection system 1 of the present embodiment, as described above, the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is not within the allowable range (specifically, the leakage current Im is higher than the reference value Ims) If it is determined that the value is large, the spacer heater 105 is energized by the first heater energization circuit 223 to cause the heating resistor 106 to generate heat. More specifically, the spacer heater 105 is operated by the first heater energizing circuit 223 for a predetermined first time t1 (for example, 5 minutes) in which water adhering to the surface of the in-sensor exposed portion 100k is expected to be removed. Energize the This energization is referred to as "first heater energization".

この第1ヒータ通電により、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kを加熱して、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水(結露により生じた水滴)を除去する(蒸発させる)ことができる。これにより、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との間の絶縁性を回復させることができる。   By the first heater energization, the sensor in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 is heated to remove condensation water (water droplets generated by condensation) adhering to the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 Can be evaporated). As a result, the insulation between the inner fitting 20, which is the first potential PV1, and the outer fitting 70, which is the ground potential PVE, can be restored.

なお、第1時間t1は、予め行った試験の結果に基づいて設定している。具体的には、センサ内露出部100kの表面に結露水が付着した状態で、第1ヒータ通電回路223によりスペーサ用ヒータ105に通電して発熱抵抗体106を発熱させ、通電開始からセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水が完全に除去される(蒸発する)までの経過時間を測定する試験を行った。本実施形態では、この経過時間を第1時間t1に設定している。   The first time t1 is set based on the result of the test performed in advance. Specifically, in a state where dew condensation water adheres to the surface of the exposed portion 100k in the sensor, the spacer heater 105 is energized by the first heater energizing circuit 223 to cause the heating resistor 106 to generate heat, and the exposed in the sensor A test was conducted to measure the elapsed time until condensation water adhering to the surface of the part 100k is completely removed (vaporized). In this embodiment, this elapsed time is set to the first time t1.

さらに、本実施形態の微粒子検知システム1では、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内である(具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims以下である)と判定された後、または、第1ヒータ通電(第1ヒータ通電回路223により、第1時間t1、スペーサ用ヒータ105に通電する処理)が終了した後、微粒子センサ10を駆動する。   Furthermore, in the particle detection system 1 of the present embodiment, the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is within the allowable range (specifically, the leakage current Im is less than or equal to the reference value Ims) The particle sensor 10 is driven after it is determined that the first heater is energized (the process of energizing the spacer heater 105 by the first heater energizing circuit 223 for the first time t1).

すなわち、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内である(具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims以下である)と判定された場合は、その後、微粒子センサ10を駆動させて、微粒子Sの量の検知を行わせる。これにより、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。   That is, if it is determined that the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is within the allowable range (specifically, the leakage current Im is less than or equal to the reference value Ims), then fine particles The sensor 10 is driven to detect the amount of particulates S. Thereby, the amount of the particulates S in the exhaust gas EG can be appropriately detected.

一方、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内でない(具体的には、漏れ電流Imが基準値Imsより大きい)と判定された場合は、第1ヒータ通電(第1ヒータ通電回路223により、第1時間t1の間、スペーサ用ヒータ105に通電する処理)が終了した後、微粒子センサ10を駆動させて、微粒子Sの量の検知を行わせる。従って、本実施形態の微粒子検知システム1では、第1ヒータ通電により、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面から結露水を除去した後、微粒子Sの量の検知を行うようにしている。これにより、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。   On the other hand, if it is determined that the degree of insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is not within the allowable range (specifically, the leakage current Im is larger than the reference value Ims), the first heater energization ( After the end of the process of energizing the spacer heater 105 for the first time t1 by the first heater energizing circuit 223, the particle sensor 10 is driven to detect the amount of the particles S. Therefore, in the particle detection system 1 of the present embodiment, after the dew condensation water is removed from the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 by the first heater energization, the amount of particles S is detected. Thereby, the amount of the particulates S in the exhaust gas EG can be appropriately detected.

特に、本実施形態の微粒子検知システム1では、信号電流Isが微小となるが、前述のように、漏れ電流Imが基準値Ims以下であると判定された後、または、第1ヒータ通電によりセンサ内露出部100kの表面から結露水を除去した後に、微粒子Sの量の検知を行うようにしている。これにより、微粒子検知システム1では、漏れ電流Imの影響を受けることなく、微小な信号電流Isを適切に検知できるので、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。   In particular, in the particulate matter detection system 1 of the present embodiment, although the signal current Is becomes very small, as described above, after the leak current Im is determined to be equal to or less than the reference value Ims, or After the dew condensation water is removed from the surface of the inner exposed portion 100k, the amount of the particulates S is detected. Thereby, in the particulate matter detection system 1, the minute signal current Is can be appropriately detected without being affected by the leakage current Im, so the amount of the particulates S contained in the exhaust gas EG can be appropriately detected. .

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11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、エンジンの運転が開始されると、ステップS1において、マイクロプロセッサ221の指令に基づいて、信号電流検知回路230は、第1入力端231と第2入力端232との間、すなわち、内側金具20(第1電位PV1)と外側金具70(接地電位PVE)との間を流れる漏れ電流Imを検知する。次いで、ステップS2において、マイクロプロセッサ221は、信号電流検知回路230によって検知された漏れ電流Imの大きさが、許容範囲内であるか否か(具体的には、予め設定した基準値Ims以下であるか否か)を判定する。
Next, the flow of particulate detection in the present embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of particle detection according to the embodiment.
When a key switch (not shown) of the engine is turned on and engine operation is started, the signal current detection circuit 230 detects the first input end 231 and the second input end 231 in step S1 based on a command from the microprocessor 221. A leakage current Im flowing between the input terminal 232, that is, between the inner fitting 20 (first potential PV1) and the outer fitting 70 (ground potential PVE) is detected. Next, in step S2, the microprocessor 221 determines whether or not the magnitude of the leakage current Im detected by the signal current detection circuit 230 is within an allowable range (specifically, at or below a preset reference value Ims). To determine if it is

漏れ電流Imが基準値Ims以下である(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。   If it is determined that the leakage current Im is equal to or less than the reference value Ims (YES), the process proceeds to step S3, and the microprocessor 221 drives the particle sensor 10. Specifically, as described above, the ion source power supply circuit 210 and the auxiliary electrode power supply circuit 240 are driven to perform processing such as generation of ion CP by corona discharge.

なお、ステップS1及びS2の処理を行うマイクロプロセッサ221及び信号電流検知回路230が、「絶縁性検査手段」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、イオン源電源回路210、及び、補助電極電源回路240が、「センサ駆動手段」に相当する。   The microprocessor 221 and the signal current detection circuit 230 which perform the processes of steps S1 and S2 correspond to "insulation inspection means". Further, the microprocessor 221 performing the process of step S3, the ion source power supply circuit 210, and the auxiliary electrode power supply circuit 240 correspond to "sensor driving means".

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。   Next, in step S4, the amount of particulates S contained in the exhaust gas EG is detected. Specifically, as described above, the signal current detection circuit 230 detects a signal (signal current Is) corresponding to the charge amount of the discharge ion CPH. Thereby, the amount (concentration) of the particulates S contained in the exhaust gas EG can be detected.

一方、ステップS2において、漏れ電流Imが基準値Imsより大きい(NO)と判定された場合は、ステップS5に進み、第1ヒータ通電を開始する。具体的には、マイクロプロセッサ221からの指令に基づいて、第1ヒータ通電回路223は、スペーサ用ヒータ105に通電して、発熱抵抗体106を発熱させる。
その後、ステップS6において、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、予め設定した第1時間t1に達したか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step S2 that the leakage current Im is larger than the reference value Ims (NO), the process proceeds to step S5, and energization of the first heater is started. Specifically, based on an instruction from the microprocessor 221, the first heater energizing circuit 223 energizes the spacer heater 105 to cause the heating resistor 106 to generate heat.
Thereafter, in step S6, the microprocessor 221 determines whether or not the energization time from the first heater heating circuit 223 to the spacer heater 105 has reached a preset first time t1.

ステップS6において、スペーサ用ヒータ105への通電時間が第1時間t1に達した(YES)と判定されると、ステップS7に進み、マイクロプロセッサ221からの指令に基づいて、第1ヒータ発熱回路223は、スペーサ用ヒータ105への通電を終了する。ステップS6において、スペーサ用ヒータ105への通電時間が第1時間t1に達していない(NO)と判定された場合は、通電時間が第1時間t1に達するまでステップS6の判定処理を繰り返す。ステップS5〜S7の処理を行うことにより、第1ヒータ通電が実行され、絶縁スペーサ100のセンサ内露出部100kの表面に付着している結露水が除去される(蒸発する)。   In step S6, when it is determined that the current application time to the spacer heater 105 has reached the first time t1 (YES), the process proceeds to step S7, and the first heater heating circuit 223 based on a command from the microprocessor 221. The current supply to the spacer heater 105 is ended. If it is determined in step S6 that the energization time for the spacer heater 105 has not reached the first time t1 (NO), the determination process of step S6 is repeated until the energization time reaches the first time t1. By performing the processes of steps S5 to S7, the first heater energization is performed, and the condensed water adhering to the surface of the in-sensor exposed portion 100k of the insulating spacer 100 is removed (vaporized).

ステップS7において、スペーサ用ヒータ105への通電を終了することにより第1ヒータ通電を終了したら、ステップS3及びS4に進み、前述した処理を行って、排気ガスEG中に含まれる微粒子Sの量を検知する。
なお、ステップS5〜S6の処理を行うマイクロプロセッサ221及び第1ヒータ発熱回路223が、「ヒータ通電手段」に相当する。
In step S7, when energization of the first heater is terminated by terminating energization of the spacer heater 105, the process proceeds to steps S3 and S4, and the above-described processing is performed to determine the amount of particulates S contained in the exhaust gas EG. Detect
The microprocessor 221 and the first heater heating circuit 223 that perform the processes of steps S5 to S6 correspond to "heater energization means".

このように、本実施形態では、エンジン(内燃機関)の運転が開始された後、微粒子センサ10の駆動の開始に先立って、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否か(具体的には、内側金具20と外側金具70との間を流れる漏れ電流Imが基準値Ims以下であるか否か)を検査する。   Thus, in the present embodiment, after the operation of the engine (internal combustion engine) is started, prior to the start of driving of the particulate sensor 10, the degree of insulation between the inner metal fitting 20 and the outer metal fitting 70 is acceptable. It is checked whether it is within the range (specifically, whether the leakage current Im flowing between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 is less than or equal to the reference value Ims).

そして、絶縁性の程度が許容範囲内である(具体的には、漏れ電流Imが基準値Ims以下である)と判定された場合に、微粒子センサ10を駆動して微粒子Sの量の検知を行う。一方、絶縁性の程度が許容範囲内でない(具体的には、漏れ電流Imが基準値Imsより大きい)と判定された場合は、第1ヒータ通電を行ってセンサ内露出部100kの表面から結露水を除去した後、微粒子センサ10を駆動して微粒子Sの量の検知を行う。
従って、本実施形態の微粒子検知システム1によれば、エンジン(内燃機関)の運転が開始された後、エンジンから排出される排気ガスEG中の微粒子Sの量を適切に検知することができる。
When it is determined that the degree of insulation is within the allowable range (specifically, the leakage current Im is less than or equal to the reference value Ims), the particulate sensor 10 is driven to detect the amount of particulate S Do. On the other hand, if it is determined that the degree of insulation is not within the allowable range (specifically, the leakage current Im is larger than the reference value Ims), the first heater is energized to cause condensation from the surface of the exposed portion 100k in the sensor After removing the water, the particle sensor 10 is driven to detect the amount of the particles S.
Therefore, according to the particulate matter detection system 1 of the present embodiment, it is possible to appropriately detect the amount of the particulates S in the exhaust gas EG discharged from the engine after the operation of the engine (internal combustion engine) is started.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の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や、導電性セラミック材を用いてもよい。
Although the present invention has been described above with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the scope of the invention.
For example, although the heat generating resistor 106 made of tungsten is used in the embodiment, the constituent material of the heat generating resistor 106 is not limited thereto. Other metal materials such as platinum and molybdenum and conductive ceramic materials may be used.

また、実施形態では、具体的な微粒子検知の流れとして、図11のフローチャートに記載した流れを例示したが、微粒子検知の流れはこれに限定されない、例えば、実施形態では、ステップS1において1回だけ漏れ電流Imを測定し、ステップS2においてこの漏れ電流Imの大きさが許容範囲内であるか否か(具体的には、予め設定した基準値Ims以下であるか否か)を判定し、漏れ電流Imの大きさが許容範囲内である場合には、ステップS3において微粒子センサ10を駆動させるようにした。すなわち、1回だけの漏れ電流Imの測定結果に基づいて、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを判定した。
しかしながら、漏れ電流Imを複数回測定し、複数回の測定結果に基づいて内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを判定するようにしても良い。例えば、漏れ電流Imを3回測定し、3回全てにおいて、漏れ電流Imの大きさが許容範囲内である(具体的には、予め設定した基準値Ims以下である)場合に、内側金具20と外側金具70との間の絶縁性の程度が許容範囲内であると判定し、ステップS3において微粒子センサ10を駆動させるようにしても良い。このように、複数回の漏れ電流Imの測定結果に基づいて絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを判定することで、絶縁性判定の信頼性を高めることができ、ひいては微粒子検知の信頼性を高めることができる。
In the embodiment, the flow described in the flowchart of FIG. 11 is illustrated as a specific particle detection flow, but the particle detection flow is not limited thereto. For example, in the embodiment, only one time in step S1. The leakage current Im is measured, and it is determined in step S2 whether or not the magnitude of the leakage current Im is within the allowable range (specifically, whether or not it is equal to or less than a preset reference value Ims). If the magnitude of the current Im is within the allowable range, the particle sensor 10 is driven in step S3. That is, based on the measurement result of the leak current Im only once, it was determined whether the degree of the insulation between the inner fitting 20 and the outer fitting 70 was within the allowable range.
However, even if leakage current Im is measured a plurality of times and whether the degree of insulation between inner metal fitting 20 and outer metal fitting 70 is within the allowable range is determined based on the measurement results of the plurality of times. good. For example, when the leakage current Im is measured three times, and in all three times, the magnitude of the leakage current Im is within the allowable range (specifically, it is the preset reference value Ims or less), the inner metal fitting 20 It is also possible to determine that the degree of insulation between the and the outer metal fitting 70 is within the allowable range, and drive the particulate sensor 10 in step S3. As described above, the reliability of the insulation determination can be enhanced by determining whether or not the insulation degree is within the allowable range based on the measurement results of the leak current Im a plurality of times, and thus, the particle detection is performed. Can increase the reliability of

1 微粒子検知システム
10 微粒子センサ
20 内側金具
25 ガス取入管(内側金具)
30 主体金具(内側金具)
40 内筒(内側金具)
50 内筒接続金具(内側金具)
60 内側プロテクタ(内側金具)
60e ガス排出口
65 外側プロテクタ(内側金具)
65c ガス取入口
70 外側金具
80 取付金具(外側金具)
90 外筒(外側金具)
100 絶縁スペーサ
100k センサ内露出部
101 スペーサ本体
102 層状ヒータ部
105 スペーサ用ヒータ(ヒータ)
106 発熱抵抗体
120 セラミック素子
130 放電電極体
140 補助電極体
200 回路部
210 イオン源電源回路(センサ駆動手段)
221 マイクロプロセッサ(絶縁性検査手段、センサ駆動手段、ヒータ通電手段)
223 第1ヒータ発熱回路(ヒータ通電手段)
230 信号電流検知回路(絶縁性検査手段)
240 補助電極電源回路(センサ駆動手段)
CP イオン
EP 排気管(通気管)
EG 排気ガス(被測定ガス)
EGI 取入ガス
Is 信号電流
PVE 接地電位
PV1 第1電位
S 微粒子
SC 帯電微粒子
SIS センサ内部空間
t1 第1時間
1 particle detection system 10 particle sensor 20 inner metal fitting 25 gas intake pipe (inner metal fitting)
30 Main fitting (inner fitting)
40 inner cylinder (inner bracket)
50 inner cylinder connection bracket (inner bracket)
60 Inner protector (inner bracket)
60e Gas outlet 65 Outer protector (inner bracket)
65c Gas intake 70 Outer bracket 80 Mounting bracket (outer bracket)
90 Outer cylinder (outside bracket)
100 Insulating spacer 100 k Exposed portion in sensor 101 Spacer body 102 Layered heater portion 105 Heater for spacer (heater)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 106 Heating resistor 120 Ceramic element 130 Discharge electrode body 140 Auxiliary electrode body 200 Circuit part 210 Ion source power supply circuit (sensor drive means)
221 Microprocessor (Insulation inspection means, sensor drive means, heater energization means)
223 1st heater heating circuit (heater energizing means)
230 Signal current detection circuit (insulation inspection means)
240 Auxiliary electrode power supply circuit (sensor drive means)
CP Ion EP Exhaust pipe (vent)
EG exhaust gas (gas to be measured)
EGI Intake gas Is Signal current PVE Ground potential PV1 First potential S Fine particles SC Charged particles SIS Sensor Internal space t1 First time

Claims (3)

通気管を流通する被測定ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子検知システムにおいて、
接地電位とされた前記通気管に装着される微粒子センサと、
前記微粒子センサを駆動するセンサ駆動手段と、を備え、
前記微粒子センサは、
前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、
前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、
前記内側金具と前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、
前記絶縁スペーサは、
前記通気管の外部において前記外側金具によって囲まれたセンサ内部空間内に露出するセンサ内露出部と、
前記センサ内露出部を加熱するヒータと、を備え、
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、
前記微粒子検知システムは、
前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が許容範囲内であるか否かを検査する絶縁性検査手段と、
前記ヒータに通電して前記発熱抵抗体を発熱させるヒータ通電手段と、を備え、
前記ヒータ通電手段は、
前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内でないと判定された場合に、前記ヒータに対し、前記センサ内露出部の表面に付着した水が除去されると見込まれる所定の第1時間通電する、第1ヒータ通電を行い、
前記センサ駆動手段は、
前記絶縁性検査手段によって前記絶縁性の程度が前記許容範囲内であると判定された後、または、前記第1ヒータ通電が終了した後に、前記微粒子センサを駆動する
微粒子検知システム。
In a particulate detection system for detecting particulates contained in a measurement gas flowing through a vent pipe,
A particulate sensor attached to the vent pipe at a ground potential;
And sensor driving means for driving the particulate sensor.
The particle sensor is
A cylindrical outer fitting that is attached to the vent pipe and brought to the ground potential;
An inner fitting that is at a first potential different from the ground potential and is radially surrounded by the outer fitting;
And a cylindrical insulating spacer interposed between the inner and outer metal fittings to electrically insulate them from each other.
The insulating spacer is
An in-sensor exposed portion exposed in a sensor internal space surrounded by the outer fitting at the outside of the vent pipe;
A heater for heating the exposed portion in the sensor;
The heater includes a heating resistor embedded inside the insulating spacer,
The particle detection system
Insulation inspection means for inspecting whether the degree of insulation between the inner and outer metal fittings is within an allowable range;
And heater energization means for energizing the heater to cause the heating resistor to generate heat.
The heater energizing means is
In the case where it is determined by the insulation inspection means that the degree of insulation is not within the allowable range, the heater may be configured to remove water adhering to the surface of the exposed portion in the sensor. The first heater is energized for 1 hour,
The sensor drive means is
A particle detection system for driving the particle sensor, after the insulation inspection means determines that the insulation degree is within the allowable range, or after the first heater is energized.
請求項1に記載の微粒子検知システムであって、
前記微粒子センサは、前記センサ駆動手段によって駆動されることにより気中放電を発生させ、当該気中放電により生じたイオンを、前記被測定ガス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前記帯電微粒子の量に応じて流れる信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する
微粒子検知システム。
The particle detection system according to claim 1, wherein
The particulate sensor generates an aerial discharge by being driven by the sensor driving means, and causes charged ions to adhere to the particulates contained in the gas to be measured by causing ions generated by the aerial discharge to be charged. A particle detection system for detecting the amount of particles in the gas to be measured using a signal current that flows between the first potential and the ground potential according to the amount of the charged particles.
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、
前記通気管は、内燃機関の排気管であり、
前記被測定ガスは、排気ガスであり、
前記絶縁性検査手段は、前記内燃機関の運転が開始された後、前記センサ駆動手段による前記微粒子センサの駆動の開始に先立って、前記内側金具と前記外側金具との間の絶縁性の程度が前記許容範囲内であるか否かを検査する
微粒子検知システム。
The particulate matter detection system according to claim 1 or 2, wherein
The vent pipe is an exhaust pipe of an internal combustion engine,
The measurement gas is an exhaust gas,
In the insulation inspection means, after the operation of the internal combustion engine is started, the degree of insulation between the inner metal fitting and the outer metal fitting is prior to the start of driving of the particulate sensor by the sensor driving means. A particle detection system for inspecting whether or not it is within the allowable range.
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