WO2015025456A1 - 微粒子検知システム - Google Patents

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WO2015025456A1
WO2015025456A1 PCT/JP2014/003584 JP2014003584W WO2015025456A1 WO 2015025456 A1 WO2015025456 A1 WO 2015025456A1 JP 2014003584 W JP2014003584 W JP 2014003584W WO 2015025456 A1 WO2015025456 A1 WO 2015025456A1
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WO
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ion source
heater
circuit
current
fine particles
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/003584
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅幸 本村
杉山　武史
一成 小久保
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
Priority to US14/911,095 priority Critical patent/US9719907B2/en
Priority to DE112014003839.3T priority patent/DE112014003839B4/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a fine particle detection system that detects the amount of fine particles in a gas to be measured flowing in a ventilation pipe.
  • the exhaust gas may contain particulates such as soot.
  • Such exhaust gas containing fine particles is purified by collecting the fine particles with a filter.
  • unpurified exhaust gas is directly discharged downstream of the filter. Therefore, there is a need for a particulate detection system that can directly detect the amount of particulates in the exhaust gas and detect the amount of particulates in the exhaust gas in order to detect filter malfunctions.
  • Patent Document 1 discloses a particle measuring method and apparatus.
  • clean gas is ionized by corona discharge, and the gas containing the ionized positive ion particles is mixed with the exhaust gas containing the fine particles taken into the channel from the exhaust pipe to charge the fine particles. And then discharged into the exhaust pipe.
  • concentration of fine particles is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a specific configuration of a fine particle sensor using ions generated by such corona discharge.
  • a constant current circuit is generally used as a power supply circuit for supplying power for corona discharge, and a constant current of, for example, about 5 ⁇ A is applied during corona discharge. Supply to the electrode for discharge.
  • the current (for example, 5 ⁇ A) controlled by the above-described constant current circuit needs to be constant and stable.
  • the current supplied for the corona discharge is often not stable. In such a state, since the amount of ions generated by corona discharge varies, it is difficult to accurately detect the amount of fine particles even if the amount of fine particles is detected while the current is unstable. . *
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides a particle detection system that can prevent detection in a state where detection accuracy is reduced and can accurately detect the amount of particles. It is.
  • One aspect thereof is a fine particle detection system for detecting the amount of fine particles in a gas to be measured flowing through a vent pipe, a detection unit mounted on the vent pipe, a drive circuit for driving the detection unit, and the above
  • a control unit that controls the drive circuit and detects the amount of the fine particles, and the detection unit mixes an ion source that generates ions by air discharge and a part of the gas to be measured with the ions.
  • a fine particle charging unit that makes the fine particles in the gas to be measured charged fine particles to which the ions are attached, and the driving circuit has an air discharge current supplied to the ion source having a predetermined target current.
  • An ion source driving circuit that performs constant current control so that the control unit has a detection circuit that detects a signal corresponding to the amount of the charged fine particles, and starts the operation of the ion source by the ion source driving circuit.
  • Current convergence determining means for determining whether or not the air discharge current flowing through the path has converged within a predetermined allowable range including the target current; and after the air discharge current has converged within the allowable range
  • a detection start means for starting detection of the amount of the fine particles using the signal.
  • the ion source drive circuit performs constant current control so that the air discharge current supplied to the ion source becomes a predetermined target current.
  • the air discharge current is not stable, and condensed water and soot are attached around the ion source, and the ion source
  • the air discharge current may not easily converge to the target current due to a decrease in insulation.
  • the amount of generated ions varies, so a signal corresponding to the amount of charged fine particles detected by the detection circuit (for example, depending on the amount of charged fine particles). It is difficult to accurately detect the amount of fine particles using a flowing current.
  • this particulate detection system after the operation of the ion source is started, the amount of particulates is detected using a signal after the air discharge current supplied to the ion source converges within a predetermined allowable range. Has started.
  • the detection of the amount of fine particles using the signal detected by the detection circuit can be started in a state where the air discharge current is stable, the amount of generated ions can be stabilized and the amount of fine particles can be detected accurately. it can.
  • the signal corresponding to the amount of charged fine particles detected by the detection circuit includes, for example, a current corresponding to the amount of charged fine particles.
  • a predetermined conversion formula or a predetermined reference table is used to convert the detected signal (current) to the amount of fine particles.
  • the magnitude of the current detected by the detection circuit itself may be used as a physical quantity corresponding to the amount of fine particles.
  • the detection unit includes a heater that heats the ion source
  • the drive circuit includes a heater energization circuit that energizes the heater
  • the control unit includes the heater
  • the particulate detection system may include a heater energization control unit that energizes the heater to the heater energization circuit until the air discharge current converges within the allowable range.
  • the heater can remove water droplets such as condensed water and foreign substances such as soot that have adhered to the periphery of the ion source to restore the insulation of the ion source, and the air discharge current can be reduced early. It is possible to shorten the time until the detection of the amount of fine particles can be started by converging within an allowable range.
  • the heater energization control unit is configured such that the air discharge current does not converge within the allowable range within a predetermined period after the operation of the ion source is started.
  • a fine particle detection system including heater energization starting means for starting energization of the heater in the heater energization circuit is preferable.
  • the heater energization circuit starts energizing the heater. Therefore, in this particulate detection system, when the air discharge current converges within the allowable range at the beginning of the operation of the ion source and the detection of the amount of particulates can be started, the heater is not energized. Power consumption due to energization can be reduced.
  • the detection unit collects floating ions that have not adhered to the fine particles by mixing with the gas to be measured among the ions, and An auxiliary electrode for assisting collection of the floating ions by the collection electrode, the drive circuit has an auxiliary electrode drive circuit for driving the auxiliary electrode, and the heater is the ion source as well as the ion source.
  • a fine particle detection system configured to heat the auxiliary electrode may be used.
  • This fine particle detection system has an auxiliary electrode, and the heater heats the auxiliary electrode in addition to the ion source. Thereby, it is possible to recover the deterioration of the insulating property of the auxiliary electrode due to the adhering foreign matter such as condensed water and soot to the auxiliary electrode, and the amount of fine particles can be detected more appropriately.
  • the particulate detection system 1 of the present embodiment is mounted on an exhaust pipe EP of an engine ENG (internal combustion engine) mounted on a vehicle AM, and determines the amount of particulate S (soot) in the exhaust gas EG flowing in the exhaust pipe EP. Detect (see FIG. 1).
  • the system 1 mainly includes a detection unit 10, a circuit unit 201, and a pressure feed pump 300 that is a compressed air source that generates compressed air AK (see FIG. 2).
  • the detection unit 10 is attached to an attachment part EPT in which an attachment opening EPO is perforated in the exhaust pipe EP (venting pipe). A part thereof (in FIG.
  • the right side (front end side) of the attachment portion EPT) is disposed in the exhaust pipe EP through the attachment opening EPO, and is in contact with the exhaust gas EG (measured gas).
  • the circuit unit 201 is connected to the detection unit 10 via a cable 160 made of a plurality of wiring materials outside the exhaust pipe EP.
  • the circuit unit 201 includes a circuit that drives the detection unit 10 and detects a signal current Is described later. *
  • the circuit unit 201 includes a measurement control circuit 220 including a signal current detection circuit 230 and a heater energization circuit 226, an ion source power supply circuit 210, and an auxiliary electrode power supply circuit 240.
  • the ion source power supply circuit 210 has a first output terminal 211 having a first potential PV1 and a second output terminal 212 having a second potential PV2.
  • the second potential PV2 is a positive high potential with respect to the first potential PV1.
  • the second output terminal 212 outputs a positive pulse voltage of 1 to 2 kV0-p obtained by half-wave rectifying a sine wave of about 100 kHz with respect to the first potential PV1.
  • the ion source power supply circuit 210 constitutes a constant current power supply whose output current is feedback-controlled by a microprocessor 202 described later and whose effective value maintains a predetermined current value (for example, 5 ⁇ A). Further, the microprocessor 202 can detect the magnitude of an output current (a discharge current Id, which will be described later) flowing through the ion source power supply circuit 210 through an isolation amplifier circuit (not shown). *
  • the auxiliary electrode power circuit 240 has an auxiliary first output terminal 241 that is electrically connected to the first output terminal 211 and is set to the first potential PV1, and an auxiliary second output terminal 242 that is set to the third potential PV3.
  • the third potential PV3 is a positive DC high potential with respect to the first potential PV1, but is lower than the peak potential (1 to 2 kV) of the second potential PV2, for example, DC 100 to 200 V
  • the potential is *
  • the signal current detection circuit 230 forming a part of the measurement control circuit 220 includes a signal input terminal 231 connected to the first output terminal 211 of the ion source power supply circuit 210 and a ground input terminal 232 connected to the ground potential PVE. Have.
  • the signal current detection circuit 230 detects a signal current Is flowing between the signal input terminal 231 and the ground input terminal 232.
  • the heater energization circuit 226 is a circuit that energizes a heater 78 (described later) by PWM control to generate heat, and is connected to the first heater connection wiring 169a and the second heater connection wiring 169b of the cable 160, respectively. .
  • the first output terminal 211 of the ion source power circuit 210, the auxiliary first output terminal 241 of the auxiliary electrode power circuit 240, and the signal input terminal 231 of the signal current detection circuit 230 are connected to each other.
  • the primary iron core 271A of the insulating transformer 270 is electrically connected to the ground potential PVE, and the secondary iron core 271B is electrically connected to the first electric potential PV1 (the first output terminal 211 of the ion source power supply circuit 210).
  • the measurement control circuit 220, the ion source power supply circuit 210, and the auxiliary electrode power supply circuit 240 are insulated from each other through the insulating transformer 270.
  • the measurement control circuit 220 includes a regulator power source PS.
  • the regulator power supply PS is driven by an external battery BT through the power supply wiring BC.
  • the measurement control circuit 220 includes a microprocessor 202 and can communicate with a control unit ECU that controls the internal combustion engine via the communication line CC.
  • the converted value of the amount of the fine particles S corresponding to can be transmitted to the control unit ECU. *
  • the pressure pump 300 takes in the ambient air (air) around itself and pumps clean compressed air AK through an air supply pipe 310 toward an ion source 11 described later.
  • a second potential wiring 161 made of copper wire, an auxiliary potential wiring 162, a first heater connection wiring 169a and a second heater connection wiring 169b, and a hollow air pipe 163 made of resin are arranged. Yes. Further, the first potential wiring 165 and the ground potential wiring 167 made of a braided copper fine wire are surrounded around the radial direction by sandwiching an insulating layer (not shown). *
  • the circuit unit 201 is connected to the cable 160 (see FIG. 2).
  • the second output terminal 212 of the ion source power supply circuit 210 is set to the second potential PV2, and is connected to and connected to the second potential wiring 161.
  • the auxiliary second output terminal 242 of the auxiliary electrode power supply circuit 240 is set to the third potential PV3, and is connected to and connected to the auxiliary potential wiring 162.
  • the first output terminal 211 of the ion source power supply circuit 210 is set to the first potential PV1, and is connected to and conductive with the first potential wiring 165.
  • the ground input terminal 232 of the signal current detection circuit 230 is connected to and connected to the ground potential wiring 167 to be the ground potential PVE.
  • the heater energization circuit 226 is connected to and conductive with the first heater connection wiring 169a and the second heater connection wiring 169b.
  • the air supply pipe 310 communicates with the air pipe 163 of the cable 160. *
  • the detection unit 10 will be described (see FIG. 2). As described above, the detection unit 10 is mounted on the mounting portion EPT having the mounting opening EPO in the exhaust pipe EP (venting pipe) of the engine ENG (internal combustion engine), and contacts the exhaust gas EG (measured gas).
  • the detection unit 10 is roughly composed of an ion source 11, a fine particle charging unit 12, a first conduction member 13, a needle electrode body 20, and an auxiliary electrode body 50 in terms of its electrical functions. *
  • the first conducting member 13 is made of metal and has a cylindrical shape, and is connected to the first potential wiring 165 on the distal end side of the cable 160 and is electrically connected thereto.
  • the distal end side of the second potential wiring 161 of the cable 160 is connected to the needle electrode body 20 in the first conductive member 13.
  • the needle-like electrode body 20 is made of a tungsten wire and has a needle-like tip portion 22 whose tip portion is pointed like a needle.
  • the needle-shaped tip 22 forms one of two electrodes of the ion source 11 described later. *
  • auxiliary electrode body 50 is made of a stainless steel wire, the tip side thereof is bent back in a U-shape, and further has an auxiliary electrode portion 53 that forms an auxiliary electrode described later at the tip portion. Further, the extended portion 51 of the auxiliary electrode body 50 is covered with an auxiliary electrode insulating pipe 79 with a heater (see FIG. 4).
  • the auxiliary electrode insulating pipe 79 with a heater includes a cylindrical auxiliary electrode insulating pipe 77 made of an insulating ceramic such as alumina, a heater 78 formed and integrated on the surface, and an insulating ceramic layer 76 covering them. . *
  • the auxiliary electrode insulating pipe 79 with a heater has two heater terminals 78a and 78b of the heater 78 exposed on the base end side (lower side in FIG. 4).
  • the heater 78 is made of tungsten, extends from the heater terminals 78a and 78b toward the distal end side (upward in FIG. 4), the heater lead portions 78r1 and 78r2, the first heater portion 78h1 located at the distal end portion, and the proximal end thereof. And two heat generating portions of the second heater portion 78h2 located on the side.
  • the first heater part 78h1 and the second heater part 78h2 are connected in parallel, and among these, the first heater part 78h1 heats the vicinity of the auxiliary electrode part 53 of the auxiliary electrode body 50 forming the auxiliary electrode.
  • the second heater portion 78h2 heats the vicinity of the ion source 11 (a nozzle portion 31 and a needle-like tip portion 22 of the needle-like electrode body 20 described later). That is, the heater 78 heats the ion source 11 and the auxiliary electrode portion 53 (auxiliary electrode) of the auxiliary electrode body 50 by the two first and second heater portions 78h1 and 78h2.
  • the first conducting member 13 is conducted to the first output terminal 211 of the ion source power supply circuit 210 through the first potential wiring 165 of the cable 160, and is set to the first potential PV1. Moreover, the 1st conduction
  • the circumference of the first conducting member 13 in the radial direction is surrounded by an exterior member 14 that is attached to the exhaust pipe EP and conducts to the exhaust pipe EP.
  • the exterior member 14 is connected to the cable 160 and is electrically connected to the ground potential wiring 167 of the cable 160 so as to have a ground potential PVE.
  • the first heater connection wiring 169a and the second heater connection wiring 169b of the cable 160 are connected to the heater connection terminals 170a and 170b in the first conduction member 13, respectively.
  • the heater connection terminals 170 a and 170 b are connected to the heater terminals 78 a and 78 b of the heater 78 in the first conductive member 13. *
  • the air pipe 163 of the cable 160 has an open end in the first conducting member 13. Then, the compressed air AK supplied from the pressure feed pump 300 through the air pipe 310 and the air pipe 163 of the cable 160 is discharged from the air pipe 163, and further, the discharge space DS (described later) on the tip side (right side in FIG. 2). To be pumped. *
  • a nozzle portion 31 is fitted on the distal end side (right side in FIG. 2) of the first conducting member 13.
  • the nozzle portion 31 has a concave shape whose center is directed to the tip side, and a fine through hole is formed at the center to form a nozzle 31N.
  • the nozzle portion 31 is also electrically connected to the first conducting member 13 and is set to the first potential PV1. *
  • a discharge space DS is formed inside them.
  • the needle-like distal end portion 22 of the needle-like electrode body 20 protrudes, and this needle-like distal end portion 22 is a surface on the base end side of the nozzle portion 31 and faces a concave facing surface 31T. ing. Accordingly, when a high voltage is applied between the needle-shaped tip 22 and the nozzle portion 31 (opposing surface 31T), air discharge occurs, and N 2 , O 2, etc. in the atmosphere are ionized, and positive ions (for example, N 3+ , O 2+, hereinafter also referred to as ions CP).
  • the compressed air AK discharged from the air pipe 163 of the cable 160 is also supplied to the discharge space DS.
  • the air AR originating from the compressed air AK is ejected from the nozzle 31N of the nozzle portion 31 toward the mixed region MX (described later) on the tip side at a high speed, and the compressed air AK (air AR) ),
  • the ions CP are also injected into the mixing region MX.
  • the fine particle charging unit 12 is configured on the tip side (right side in FIG. 2) of the nozzle unit 31.
  • An intake port 33I (opening toward the downstream side of the exhaust pipe EP) and a discharge port 43O are perforated on the side surface of the fine particle charging unit 12.
  • the fine particle charging unit 12 is electrically connected to the nozzle unit 31 and is set to the first potential PV1. *
  • the fine particle charging unit 12 is configured such that the inner space is narrowed in a slit shape by the collecting electrode 42 bulging inward, and on the base end side (left side in FIG. 2) from this, A columnar space is formed between the nozzle portion 31 and the nozzle portion 31.
  • the above-described cylindrical space is referred to as a cylindrical mixing region MX1.
  • the slit-shaped internal space comprised with the collection pole 42 be the slit-shaped mixing area MX2 (refer FIG. 3).
  • the cylindrical mixed region MX1 and the slit-shaped mixed region MX2 are collectively referred to as a mixed region MX.
  • a cylindrical space is formed on the tip side of the collecting electrode 42, and a discharge path EX communicating with the discharge port 43O is formed.
  • a lead-in path HK that communicates from the inlet 33I to the mixing region MX (cylindrical mixing region MX1) is formed on the proximal end side of the collecting electrode 42.
  • FIG. 3 schematically shows the electrical function and operation of the detection unit 10 of the system 1 for easy understanding.
  • the needle-like electrode body 20 is set to the second potential PV2, which is a positive half-wave rectified pulse voltage of 100 kHz and 1 to 2 kV0-p with respect to the first potential PV1.
  • the auxiliary electrode body 50 is set to the third potential PV3 that is a positive DC potential of 100 to 200 V with respect to the first potential PV1.
  • the first conducting member 13, the nozzle part 31, and the fine particle charging part 12 are set to the first potential PV1.
  • the exterior member 14 is set to the ground potential PVE which is the same as the ground input terminal 232 and the exhaust pipe EP of the signal current detection circuit 230. *
  • a positive needle corona PC is generated in which a corona is generated around the needle-like tip 22 serving as the positive electrode.
  • N 2 , O 2, etc. in the atmosphere (air) forming the atmosphere is ionized and positive ions CP are generated.
  • Part of the generated ions CP is ejected toward the mixing region MX through the nozzle 31N together with the air AR originating from the compressed air AK supplied to the discharge space DS.
  • the nozzle portion 31 and the needle-like tip portion 22 that surround the discharge space DS form the ion source 11 that generates ions CP by an air discharge (corona discharge) between them.
  • the air AR When the air AR is injected into the mixing region MX (columnar mixing region MX1) through the nozzle 31N of the nozzle portion 31, the pressure in the columnar mixing region MX1 decreases, so that the exhaust gas EG is drawn from the intake port 33I. Through HK, it is taken into the mixing area MX (columnar mixing area MX1, slit-shaped mixing area MX2).
  • the intake exhaust gas EGI is mixed with the air AR, and is discharged from the discharge port 43O via the discharge path EX together with the air AR.
  • the exhaust gas EG contains fine particles S such as soot
  • the fine particles S are also taken into the mixing region MX as shown in FIG.
  • the injected air AR contains ions CP.
  • the fine particles S such as soot that have been taken in become ions positively charged fine particles SC to which the ions CP adhere, and in this state, the fine particles S pass through the mixing region MX and the discharge path EX and are removed from the discharge port 43O. It is discharged together with the intake / exhaust gas EGI and the air AR.
  • the floating ions CPF that have not adhered to the fine particles S receive a repulsive force from the auxiliary electrode portion 53 of the auxiliary electrode body 50 and are set to the first potential PV1. 42 is attached to and captured by each part of the fine particle charging unit 12 that forms 42.
  • the discharge current Id is supplied from the second output end 212 of the ion source power supply circuit 210 to the needle-like tip 22 along with the air discharge in the ion source 11.
  • most of the discharge current Id flows into the nozzle portion 31 (power reception current Ij).
  • the received current Ij flows through the first conduction member 13 and flows into the first output terminal 211 of the ion source power supply circuit 210.
  • most of the ions CP generated and ejected from the ion source 11 are collected by the collection electrode 42.
  • the power collection current Ijh is slightly smaller than the discharge current Id. This is because, among the ions CP generated by the ion source 11, the discharged ions CPH attached to the charged fine particles SC discharged from the discharge port 43 ⁇ / b> O are also discharged. This is because the current corresponding to the charges of the discharged ions CPH thus discharged does not flow as the power collection current Ijh. Note that the exhaust pipe EP through which the charged fine particles SC circulate is set to the ground potential PVE. *
  • the signal current detection circuit 230 has a signal input terminal 231 that conducts to the first output terminal 211 and a ground input terminal 232 that conducts to the ground potential PVE, and detects a current flowing between them.
  • the signal current Is flowing from the ground potential PVE to the first output terminal 211 is detected via the signal current detection circuit 230 via the exterior member 14 and the ground potential wiring 167 of the cable 160.
  • the magnitude of the signal current Is corresponding to this difference is the amount of charges of the discharged ions CPH discharged and adhered to the discharged charged fine particles SC, and therefore the intake and exhaust. It increases or decreases according to the amount of the fine particles S in the gas EGI and, consequently, the amount of the fine particles S in the exhaust gas EG flowing through the exhaust pipe EP.
  • the signal current Is by the signal current detection circuit 230, the amount of the particulate S in the exhaust gas EG corresponding to this can be detected.
  • a conversion value of the amount of the fine particles S is obtained from the detected signal current Is by performing conversion using a predetermined reference table.
  • the ion source power supply circuit 210 constitutes a constant current power supply, and the discharge current Id (main) supplied from the second output end 212 of the ion source power supply circuit 210 to the needle tip portion 22.
  • the constant current controlled discharge current Id needs to be stable.
  • the discharge current Id is often not stable.
  • the discharge current Id air discharge current flowing through the ion source power supply circuit 210 has a predetermined allowable range IR.
  • the system 1 includes a heater 78 that heats the ion source 11 and the auxiliary electrode portion 53 of the auxiliary electrode body 50, and a heater energization circuit 226 that energizes the heater 78. Then, after the ion source 11 starts operating, the heater energization circuit 226 is energized to the heater 78 by PWM control until the discharge current Id converges within the allowable range IR, and the ion source 11 and the auxiliary electrode body. The 50 auxiliary electrode portions 53 are heated. *
  • the heater energization circuit 226 is only supplied to the heater energizing circuit 226 only when the discharge current Id does not converge within the allowable range IR within a predetermined period (10 seconds in the present embodiment) after the operation of the ion source 11 is started.
  • Energization of the heater 78 is started. Accordingly, at the beginning of the operation of the ion source 11, when the discharge current Id converges within the allowable range IR and the detection of the amount of the fine particles S can be started, the energization to the heater 78 is not started. Thereby, the power consumption by energizing the heater 78 can be reduced.
  • step S1 shown in FIG. 6 after the necessary initial settings are made, the ion source power supply circuit 210 starts the operation of the ion source 11. At this time, the microprocessor 202 separately performs constant current control of the discharge current Id. Thereby, corona discharge is started.
  • step S22 the value of the convergence counter used for determining whether or not the discharge current Id has converged within the allowable range IR is set to zero.
  • step S23 it is determined whether or not 10 msec has elapsed by using a timer that measures 10 msec. If 10 msec has not elapsed (No), this step S23 is repeated. Then, when 10 msec elapses, the determination becomes Yes in step S23, and the process proceeds to step S24. Thereby, the process after step S24 is performed every 10 msec. *
  • step S24 the value of the discharge current Id is acquired every 10 msec.
  • step S25 the value of the time-up counter is incremented by one. That is, the value of the time-up counter is incremented by 1 every 10 msec.
  • step S26 it is determined whether or not the value of the time-up counter has reached 1000 or more, that is, whether or not 10 seconds of a predetermined time has elapsed since the start of this initial convergence determination subroutine. If 10 seconds have not yet elapsed, the result of step S26 is No, and the process proceeds to step S27. *
  • step S27 it is determined whether or not the discharge current Id acquired in step S24 is within the allowable range IR. If it is not within the allowable range IR (No), the process returns to step S22, the value of the convergence counter is cleared to 0, and after waiting for 10 msec in step S23, the discharge current Id in step S24 is obtained again. Proceed to On the other hand, if it is determined in step S27 that the discharge current Id is within the allowable range IR (Yes), the process proceeds to step S28, the value of the convergence counter is incremented by 1, and then the process proceeds to step S29. In step S29, it is determined whether or not the value of the convergence counter is 200 or more. When the value of the convergence counter is not 200 or more (No), the process returns to step S23 while maintaining the value of the convergence counter, waits for 10 msec in this step S23, and obtains the discharge current Id in step S24 again. Proceed to *
  • step S2A assuming that the discharge current Id has converged within the allowable range IR, the convergence flag is set to 1, and then the initial convergence determination subroutine is terminated.
  • step S3 it is determined whether or not the convergence flag is 1, that is, whether or not the discharge current Id has converged within the allowable range IR.
  • the convergence flag is 1 and the discharge current Id has converged within the allowable range IR (Yes), that is, when the detection of the amount of the fine particles S can be started from the beginning of the operation of the ion source 11, step Proceeding to S8, detection of the amount of fine particles S using the signal current Is is started.
  • the convergence flag is 0 (No) in step S3 that is, if the discharge current Id has not converged within the allowable range IR, the process proceeds to step S4. *
  • step S ⁇ b> 4 the heater energization circuit 226 is started to energize the heater 78 by PWM control to heat the ion source 11 and the auxiliary electrode portion 53 of the auxiliary electrode body 50.
  • step S5 a convergence determination subroutine shown in FIG. 8 is executed to determine whether or not the discharge current Id has converged within the allowable range IR.
  • step S51 shown in FIG. 8 the value of the time-up counter for stopping the determination of the convergence determination subroutine in 3 minutes is set to zero.
  • step S52 the value of the convergence counter used for determining whether or not the discharge current Id has converged within the allowable range IR is set to zero.
  • step S53 it is determined whether or not 10 msec has elapsed by using a timer that measures 10 msec. If 10 msec has not elapsed (No), this step S53 is repeated. Then, when 10 msec elapses, the determination in Step S53 is Yes, and the process proceeds to Step S54. Thereby, the process after step S54 is performed every 10 msec. *
  • step S54 the value of the discharge current Id is acquired every 10 msec.
  • step S55 the value of the time-up counter is incremented by one. That is, the value of the time-up counter is incremented by 1 every 10 msec.
  • step S56 it is determined whether or not the value of the time-up counter has reached 18000 or more, that is, whether or not 3 minutes (180 seconds) have elapsed since the start of the convergence determination subroutine. to decide. If three minutes have not yet elapsed, the result of step S56 is No, and the process proceeds to step S57. *
  • step S57 it is determined whether or not the discharge current Id acquired in step S54 is within the allowable range IR. If it is not within the allowable range IR (No), the process returns to step S52, the value of the convergence counter is cleared to 0, and after waiting for 10 msec in step S53, the discharge current Id in step S54 is obtained again. Proceed to On the other hand, if it is determined in step S57 that the discharge current Id is within the allowable range IR (Yes), the process proceeds to step S58, the value of the convergence counter is incremented by 1, and then the process proceeds to step S59. In step S59, it is determined whether or not the value of the convergence counter is 200 or more. If the value of the convergence counter is not 200 or more (No), the process returns to step S53 while maintaining the value of the convergence counter, waits for 10 msec in step S53, and obtains the discharge current Id in step S54 again. Proceed to
  • step S5A assuming that the discharge current Id has converged within the allowable range IR, the convergence flag is set to 1, and then the convergence determination subroutine is terminated.
  • step S5B after the convergence flag is set to 0, this convergence determination subroutine is terminated. In this case, the discharge current Id has not converged within the allowable range IR within 3 minutes.
  • step S6 it is determined whether or not the convergence flag is 1, that is, whether or not the discharge current Id has converged within the allowable range IR.
  • the process proceeds to step S7.
  • step S7 the heater energization circuit 226 stops energizing the heater 78. Thereafter, the process proceeds to step S8, and detection of the amount of the fine particles S using the signal current Is is started.
  • Step S6 if the convergence flag is 0 in Step S6 (No), that is, if the discharge current Id does not converge within the allowable range IR within 3 minutes in the convergence determination subroutine, the process proceeds to Step S9.
  • step S9 the heater energization circuit 226 stops energizing the heater 78.
  • step S10 error processing necessary for aborting the process is performed. In this case, the particle detection routine is terminated without performing particle detection.
  • the discharge current Id air discharge current supplied to the ion source 11 is determined in advance.
  • detection of the amount of fine particles S using the signal current Is is started.
  • Step S8 since the detection of the amount of the fine particles S can be started in a state where the discharge current Id is stable, the amount of the generated ions CP is stabilized, and the amount of the fine particles S can be detected with high accuracy.
  • the system 1 of the present embodiment includes a heater 78 that heats the ion source 11 and a heater energization circuit 226 that energizes the heater 78. Then, after the ion source 11 starts operating, the heater energization circuit 226 is energized to the heater 78 until the discharge current Id converges within the allowable range IR to heat the ion source 11 (steps S2 to S2). S7).
  • water droplets such as condensed water adhering to the periphery of the ion source 11 and foreign matters such as soot can be removed, and the insulation of the ion source 11 can be recovered, and the discharge current Id can be quickly within the allowable range IR.
  • the time until the detection of the amount of the fine particles S can be shortened by converging. *
  • the heater energization circuit 226 is energized to the heater 78 when the discharge current Id does not converge within the allowable range IR within a predetermined period after the ion source 11 starts operating. Start (steps S2 to S4). Therefore, in this system 1, when the discharge current Id converges within the allowable range IR and the detection of the amount of the fine particles S can be started at the beginning of the operation of the ion source 11, the heater 78 is not energized. Power consumption due to energization to 78 can be reduced. *
  • the auxiliary electrode portion 53 at the distal end portion has an auxiliary electrode body 50 that forms an auxiliary electrode
  • the heater 78 is an auxiliary electrode of the auxiliary electrode body 50 in addition to the ion source 11.
  • the part 53 is heated.
  • the signal current Is corresponds to a signal corresponding to the amount of charged fine particles SC in the present invention.
  • the signal current detection circuit 230 of the measurement control circuit 220 that detects the signal current Is corresponds to the detection circuit of the present invention, and the signal current detection circuit 230 and the microprocessor 202 correspond to a control unit.
  • the ion source power supply circuit 210 corresponds to a drive circuit and an ion source drive circuit, and the auxiliary electrode power supply circuit 240 corresponds to a drive circuit and an auxiliary electrode drive circuit.
  • microprocessor 202 executing steps S2 to S7 corresponds to heater energization control means, and among these, the microprocessor 202 executing steps S2 to S4 corresponds to heater energization start means. Further, the microprocessor 202 executing steps S2 to S3 and steps S5 to S6 corresponds to current convergence determination means, and the microprocessor 202 executing step S8 corresponds to detection start means.
  • the present invention has been described with reference to the system 1 of the embodiment.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and it can be applied without departing from the gist of the present invention.
  • the auxiliary electrode insulating pipe 79 with a heater in which the heater 78 is integrally formed is provided on the surface of the auxiliary electrode insulating pipe 77 that covers the periphery of the extending portion 51 of the auxiliary electrode body 50, and this heater is attached.
  • the heater 78 of the auxiliary electrode insulating pipe 79 heated the ion source 11 and the auxiliary electrode portion 53 of the auxiliary electrode body 50.
  • the form of the heater is not limited to this, and a heater for heating only the ion source 11 may be provided. Moreover, you may provide the two heaters which heat separately the auxiliary electrode part 53 of the ion source 11 and the auxiliary electrode body 50, respectively. Further, it is possible to wait for the discharge current Id to converge within the allowable range IR without heating the ion source 11 or the like by the heater. Further, the initial initial convergence determination (step S2) may be executed after the energization by the heater 78 is started immediately after the operation of the ion source 11 is started. *
  • step S7 the heater energization circuit 226 is de-energized to the heater 78.
  • the duty ratio of the PWM control is reduced and small power is supplied to the heater 78. Then, slight heat generation may be continued.
  • the signal current Is is converted into the amount of the fine particles S using a predetermined reference table.
  • the signal current Is may be converted into the amount of the fine particles S using a predetermined conversion formula.
  • the magnitude of the signal current Is itself may be used as a physical quantity corresponding to the amount of the fine particles S.
  • the needle-like electrode body 20 is arranged in the discharge space DS, but the needle-like tip portion 22 of the needle-like electrode body 20 is arranged so as to face the mixing region MX, and the needle-like tip portion 22 is arranged. And an air discharge may be generated between the inner surface of the fine particle charging unit 12 forming the mixed region MX.

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Abstract

検知精度が低下した状態で検知を行うことを防止し、微粒子の量を精度良く検知することができる微粒子検知システムを提供する。被測定ガスEG中の微粒子Sの量を検知する微粒子検知システム1は、検知部10、駆動回路210,240、制御部230,202を備える。検知部10は、イオン源11と微粒子帯電部12とを有し、駆動回路210は、イオン源11に供給する気中放電電流Idが、所定の目標電流Itとなるように定電流制御するイオン源駆動回路210を有し、制御部230,202は、イオン源駆動回路210によるイオン源11の作動を開始した後、イオン源駆動回路210が流す気中放電電流Idが、目標電流Itを含む予め定めた許容範囲IR内に収束したか否かを判断する電流収束判断手段S2～S3,S5～S6と、気中放電電流Idが許容範囲IR内に収束した後に、検知回路230で検知した信号Isを用いた微粒子Sの量の検知を開始させる検知開始手段S8とを有する。

Description

微粒子検知システム
本発明は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムに関する。
内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン）では、その排気ガス中に煤などの微粒子を含むことがある。　このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われている。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。　
例えば、特許文献１には、粒子測定方法及び装置が開示されている。この特許文献１では、清浄な気体をコロナ放電によってイオン化すると共に、このイオン化された正のイオン粒子を含む気体を、排気管からチャネル内に取り込んだ微粒子を含む排気ガスと混合して微粒子を帯電させ、その後、排気管に排出する。そして、排出された帯電微粒子の量に応じて流れる電流（信号電流）を検知して、微粒子の濃度を検知する手法が開示されている。　また、特許文献２には、このようなコロナ放電によって発生させたイオンを用いる微粒子センサについて、その具体的な構成が開示されている。この特許文献２に開示されているように、コロナ放電のための電力を供給する電力供給回路としては、一般に定電流回路が用いられており、コロナ放電に際して、例えば５μＡ程度の一定の電流をコロナ放電用の電極に供給する。
特表２０１１－５１３７４２号公報 特開２０１２－１９４０７７号公報
ところで、微粒子の量を精度良く検知するためには、上述の定電流回路で制御される電流（例えば５μＡ）が一定に安定している必要がある。しかしながら、コロナ放電を開始した直後は、このコロナ放電のために供給する電流が安定しない場合が多い。そして、このような状態では、コロナ放電で発生するイオン量にばらつきを生じるため、この電流が不安定な状態のまま微粒子の量を検知しても、微粒子の量を精度良く検知することが難しい。　
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、検知精度が低下した状態で検知を行うことを防止し、微粒子の量を精度良く検知することができる微粒子検知システムを提供するものである。
その一態様は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、上記通気管に装着される検知部と、上記検知部を駆動する駆動回路と、上記駆動回路を制御し、上記微粒子の量を検知する制御部と、を備え、上記検知部は、気中放電でイオンを生成するイオン源と、上記被測定ガスの一部を上記イオンと混合して、上記被測定ガス中の上記微粒子を上記イオンが付着した帯電微粒子とする微粒子帯電部と、を有し、上記駆動回路は、上記イオン源に供給する気中放電電流が、所定の目標電流となるように定電流制御するイオン源駆動回路を有し、上記制御部は、上記帯電微粒子の量に応じた信号を検知する検知回路と、上記イオン源駆動回路による上記イオン源の作動を開始した後、上記イオン源駆動回路が流す上記気中放電電流が、上記目標電流を含む予め定めた許容範囲内に収束したか否かを判断する電流収束判断手段と、上記気中放電電流が上記許容範囲内に収束した後に、上記信号を用いた上記微粒子の量の検知を開始させる検知開始手段と、を有する微粒子検知システムである。　
この微粒子検知システムでは、イオン源駆動回路は、イオン源に供給する気中放電電流が、所定の目標電流となるように定電流制御する。　しかしながら、前述したように、イオン源駆動回路によるイオン源の作動を開始した直後は、気中放電電流が安定していない上、イオン源の周囲に凝縮水や煤が付着して、イオン源の絶縁性が低下することなどにより、気中放電電流が目標電流になかなか収束しない場合がある。そして、このような気中放電電流が安定していない状態では、発生するイオン量にばらつきを生じるため、検知回路で検知した帯電微粒子の量に応じた信号（例えば、帯電微粒子の量に応じて流れる電流）を用いて、微粒子の量を精度良く検知することが難しい。
そこで、この微粒子検知システムでは、イオン源の作動を開始した後、このイオン源に供給する気中放電電流が、予め定めた許容範囲内に収束した後に、信号を用いた微粒子の量の検知を開始させている。　これにより、気中放電電流が安定した状態で、検知回路で検知した信号を用いた微粒子の量の検知を開始できるので、発生するイオン量が安定し、微粒子の量を精度良く検知することができる。　
なお、前述したように、検知回路で検知する帯電微粒子の量に応じた信号としては、例えば、帯電微粒子の量に応じた電流が挙げられる。また、この検知回路で検知した信号を用いて、微粒子の量を検知する手法としては、所定の換算式や予め定めた参照テーブルなどを用いて、検知した信号（電流）から微粒子の量への換算を行う手法が挙げられる。また、このような換算を行わず、検知回路で検知した電流の大きさそのものを、微粒子の量に対応する物理量として用いても良い。　
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記検知部は、前記イオン源を加熱するヒータを有し、前記駆動回路は、上記ヒータに通電するヒータ通電回路を有し、前記制御部は、前記気中放電電流が前記許容範囲内に収束するまで、上記ヒータ通電回路に上記ヒータへの通電を行わせるヒータ通電制御手段を有する微粒子検知システムとすると良い。　
この微粒子検知システムでは、ヒータにより、イオン源の周囲に付着した凝縮水等の水滴や煤等の異物を除去して、イオン源の絶縁性を回復させることができ、気中放電電流を早期に許容範囲内に収束させて、微粒子の量の検知を開始できるまでの時間を短縮することができる。　
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記ヒータ通電制御手段は、前記イオン源の作動を開始した後の所定期間内に、前記気中放電電流が前記許容範囲内に収束しない場合に、前記ヒータ通電回路に前記ヒータへの通電を開始させるヒータ通電開始手段を含む微粒子検知システムとすると良い。
この微粒子検知システムでは、イオン源の作動を開始した後の所定期間内に、気中放電電流が許容範囲内に収束しない場合に、ヒータ通電回路にヒータへの通電を開始させる。　したがって、この微粒子検知システムでは、イオン源の作動の開始当初に、気中放電電流が許容範囲内に収束して、微粒子の量の検知を開始できるときは、ヒータに通電しないので、ヒータへの通電による消費電力を低減することができる。　
さらに、上述のいずれかの微粒子検知システムであって、前記検知部は、前記イオンのうち前記被測定ガスとの混合で前記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極と、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極と、を有し、前記駆動回路は、上記補助電極を駆動する補助電極駆動回路を有し、前記ヒータは、前記イオン源のほか上記補助電極を加熱する構成とされてなる微粒子検知システムとすると良い。　
この微粒子検知システムでは、補助電極を有しており、ヒータは、イオン源のほか、補助電極を加熱する。これにより、補助電極に凝縮水や煤等の異物が付着することによる補助電極の絶縁性の低下をも回復させることができ、微粒子の量をより適切に検知することができる。
実施形態にかかり、車両に搭載したエンジンの排気管に、微粒子検知システムを適用した状態を説明する説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムの概略構成を示す説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、微粒子帯電部内での、微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に説明する説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、補助電極体及びこれを被覆するヒータ付き補助電極絶縁パイプの説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムに関し、イオン源の作動を開始した後における放電電流の時間的変化を示すグラフである。 実施形態にかかる微粒子検知システムの動作を示すフローチャートである。 実施形態にかかる初期収束判定サブルーチンの動作を示すフローチャートである。 実施形態にかかる収束判定サブルーチンの動作を示すフローチャートである。
本実施形態に係る微粒子検知システム１について、図面を参照して説明する。本実施形態の微粒子検知システム１は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰに装着して、排気管ＥＰ内を流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓ（ススなど）の量を検知する（図１参照）。このシステム１は、主として、検知部１０と、回路部２０１と、圧縮空気ＡＫを生成する圧縮空気源である圧送ポンプ３００とからなる（図２参照）。　検知部１０は、排気管ＥＰ（通気管）のうち、取付開口ＥＰＯが穿孔された取付部ＥＰＴに装着されている。そして、その一部（図２中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））は取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されており、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。　回路部２０１は、排気管ＥＰ外で、複数の配線材からなるケーブル１６０を介して検知部１０に接続されている。この回路部２０１は、検知部１０を駆動するとともに、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有している。　
先ず、本システム１のうち、回路部２０１の電気回路上の構成について説明する。回路部２０１は、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０と、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０とを有している。　このうち、イオン源電源回路２１０は、第１電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２電位ＰＶ２は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされている。さらに具体的には、第２出力端２１２からは、第１電位ＰＶ１に対し、１００ｋＨｚ程度の正弦波を半波整流した、１～２ｋＶ0-pの正のパルス電圧が出力される。なお、イオン源電源回路２１０は、後述するマイクロプロセッサ２０２によって、出力電流がフィードバック制御され、その実効値が予め定めた電流値（例えば、５μＡ）を保つ定電流電源を構成している。また、マイクロプロセッサ２０２は、このイオン源電源回路２１０が流す出力電流（後述する放電電流Ｉｄ）の大きさを、図示しないアイソレーションアンプ回路を通じて、検知可能になっている。　
一方、補助電極電源回路２４０は、第１出力端２１１に導通して第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、第３電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この第３電位ＰＶ３は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２電位ＰＶ２のピーク電位（１～２ｋＶ）よりも低い、例えば、ＤＣ１００～２００Ｖの電位にされている。　
さらに、計測制御回路２２０の一部をなす信号電流検知回路２３０は、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに接続する接地入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１と接地入力端２３２との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。　
また、ヒータ通電回路２２６は、ＰＷＭ制御によりヒータ７８（後述する）に通電してこれを発熱させる回路であり、ケーブル１６０の第１ヒータ接続配線１６９ａ及び第２ヒータ接続配線１６９ｂにそれぞれ接続される。

　加えて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、及び、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１は、互いの接続している。
絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１Ｂは、第１電位ＰＶ１（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１）に導通している。本実施形態では、この絶縁トランス２７０を介して、計測制御回路２２０と、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０とが、互いに絶縁されている。　
計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。なお、このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。　また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２０２を含み、通信線ＣＣを介して内燃機関を制御する制御ユニットＥＣＵと通信可能となっており、信号電流検知回路２３０で検知した信号電流Ｉｓの大きさに対応する微粒子Ｓの量の換算値などを、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。　
圧送ポンプ３００は、自身の周囲の大気（空気）を取り込んで、送気パイプ３１０を通じて、後述するイオン源１１に向けて、清浄な圧縮空気ＡＫを圧送する。　
次いで、ケーブル１６０について説明する（図２参照）。このケーブル１６０の中心部分には、銅線からなる第２電位配線１６１、補助電位配線１６２、第１ヒータ接続配線１６９ａ及び第２ヒータ接続配線１６９ｂと、樹脂からなる中空のエアパイプ１６３が配置されている。そして、これらの径方向周囲を、図示しない絶縁体層を挟んで、銅細線を編んだ編組からなる第１電位配線１６５及び接地電位配線１６７が包囲している。　
前述したように、回路部２０１は、このケーブル１６０と接続している（図２参照）。具体的には、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２は第２電位ＰＶ２とされ、第２電位配線１６１に接続、導通している。また、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２は第３電位ＰＶ３とされ、補助電位配線１６２に接続、導通している。さらに、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１は第１電位ＰＶ１とされ、第１電位配線１６５に接続、導通している。加えて、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２は、接地電位配線１６７に接続、導通して、接地電位ＰＶＥとされている。　ヒータ通電回路２２６は、第１ヒータ接続配線１６９ａ及び第２ヒータ接続配線１６９ｂに接続、導通している。　その他、送気パイプ３１０は、ケーブル１６０のエアパイプ１６３に連通されている。　
次いで、検知部１０について説明する（図２参照）。前述したように、検知部１０は、エンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰ（通気管）のうち取付開口ＥＰＯを有する取付部ＥＰＴに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。この検知部１０は、その電気的機能において、大別して、イオン源１１、微粒子帯電部１２、第１導通部材１３、針状電極体２０及び補助電極体５０から構成されている。　
第１導通部材１３は、金属製で円筒状をなし、ケーブル１６０の先端側で、第１電位配線１６５に接続され、これに導通している。　
ケーブル１６０の第２電位配線１６１の先端側は、第１導通部材１３内で、針状電極体２０に接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、その先端部分が針状に尖った形態とされた針状先端部２２を有する。この針状先端部２２は、後述するイオン源１１の２つの電極のうちの一方をなす。　
また、ケーブル１６０の補助電位配線１６２の先端側は、第１導通部材１３内で、補助電極体５０の延出部５１に接続されている。この補助電極体５０は、ステンレス線からなり、その先端側は、Ｕ字状に曲げ返されており、さらにその先の先端部分に、後述する補助電極をなす補助電極部５３を有する。また、補助電極体５０の延出部５１は、その周囲をヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９で被覆されている（図４参照）。このヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９は、アルミナ等の絶縁セラミックからなる円筒状の補助電極絶縁パイプ７７とこの表面上に形成されて一体化したヒータ７８とこれらを被覆する絶縁セラミック層７６とからなる。　
ヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９は、その基端側（図４中、下方）に露出した、ヒータ７８の２つのヒータ端子７８ａ，７８ｂを有する。ヒータ７８は、タングステンからなり、ヒータ端子７８ａ，７８ｂから先端側（図４中、上方）に向かって延びるヒータリード部７８ｒ１，７８ｒ２と、先端部分に位置する第１ヒータ部７８ｈ１及びこれより基端側に位置する第２ヒータ部７８ｈ２の２つの発熱部位とを有する。なお、第１ヒータ部７８ｈ１と第２ヒータ部７８ｈ２は、並列接続されており、このうち、第１ヒータ部７８ｈ１は、補助電極をなす補助電極体５０の補助電極部５３付近を加熱する。また、第２ヒータ部７８ｈ２は、イオン源１１（後述するノズル部３１及び針状電極体２０の針状先端部２２）付近を加熱する。すなわち、ヒータ７８は、２つの第１，第２ヒータ部７８ｈ１，７８ｈ２により、イオン源１１及び補助電極体５０の補助電極部５３（補助電極）をそれぞれ加熱する。　
第１導通部材１３は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を通じて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に導通し、第１電位ＰＶ１とされている。また、第１導通部材１３は、針状電極体２０及び補助電極体５０のうち、排気管ＥＰ外に位置する部位の径方向周囲を包囲している。　
さらに、第１導通部材１３の径方向周囲は、排気管ＥＰに装着されてこれに導通する外装部材１４に絶縁された状態で包囲されている。この外装部材１４は、ケーブル１６０に接続されて、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通し、接地電位ＰＶＥとされている。　
ケーブル１６０の第１ヒータ接続配線１６９ａ及び第２ヒータ接続配線１６９ｂは、第１導通部材１３内で、それぞれヒータ接続端子１７０ａ、１７０ｂに接続されている。そして、このヒータ接続端子１７０ａ、１７０ｂは、第１導通部材１３内で、ヒータ７８のヒータ端子７８ａ、７８ｂに接続されている。　
また、ケーブル１６０のエアパイプ１６３は、第１導通部材１３内で、その先端が開放されている。そして、送気パイプ３１０及びケーブル１６０のエアパイプ１６３を通じて、圧送ポンプ３００から供給された圧縮空気ＡＫは、エアパイプ１６３から放出され、さらに先端側（図２中、右側）の放電空間ＤＳ（後述する）に圧送される。　
第１導通部材１３の先端側（図２中、右側）には、ノズル部３１が嵌め込まれている。このノズル部３１は、その中央が先端側に向かう凹形状とされ、その中心には、微細な透孔が形成されて、ノズル３１Ｎとなっている。ノズル部３１は、第１導通部材１３と電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。　
第１導通部材１３の先端側にノズル部３１が嵌め込まれることで、これらの内部に、放電空間ＤＳが形成される。この放電空間ＤＳでは、針状電極体２０の針状先端部２２が突出しており、この針状先端部２２は、ノズル部３１の基端側の面であり凹形状をなす対向面３１Ｔと向き合っている。従って、針状先端部２２とノズル部３１（対向面３１Ｔ）との間に高電圧を印加すると、気中放電が生じ、大気中のＮ2，Ｏ2等が電離し、正イオン（例えば、Ｎ3+，Ｏ2+。以下、イオンＣＰともいう）が生成される。また、ケーブル１６０のエアパイプ１６３から放出された圧縮空気ＡＫも、この放電空間ＤＳに供給される。このため、ノズル部３１のノズル３１Ｎから、圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲが、これより先端側の混合領域ＭＸ（後述する）に向けて高速で噴射されると共に、圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）に混じって、イオンＣＰも混合領域ＭＸに噴射される。　
さらに、ノズル部３１の先端側（図２中、右側）には、微粒子帯電部１２が構成されている。この微粒子帯電部１２の側面には、（排気管ＥＰの下流側に向けて開口する）取入口３３Ｉと排出口４３Ｏが穿孔されている。また、この微粒子帯電部１２は、ノズル部３１に電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。　
この微粒子帯電部１２は、内側に膨出した捕集極４２により、内側の空間がスリット状に狭められた形態とされており、これよりも基端側（図２中、左側）には、ノズル部３１との間に円柱状の空間が形成されている。　微粒子帯電部１２内の空間のうち、上述の円柱状の空間を、円柱状混合領域ＭＸ１とする。また、捕集極４２で構成されるスリット状の内部空間を、スリット状混合領域ＭＸ２とする（図３参照）。そして、これら円柱状混合領域ＭＸ１及びスリット状混合領域ＭＸ２を併せて、混合領域ＭＸとする。さらに、捕集極４２よりも先端側にも、円柱状の空間が形成されており、排出口４３Ｏに連通する排出路ＥＸをなしている。加えて、捕集極４２の基端側には、取入口３３Ｉから混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に連通する引き込み路ＨＫが形成されている。　
次いで、本実施形態の微粒子検知システム１の各部の電気的機能及び動作について、図２のほか、図３をも参照して説明する。なお、この図３は、本システム１の検知部１０の電気的機能及び動作を理解容易のため模式的に示したものである。　針状電極体２０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００ｋＨｚ，１～２ｋＶ0-pの正の半波整流パルス電圧である、第２電位ＰＶ２とされる。一方、補助電極体５０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００～２００Ｖの正の直流電位である、第３電位ＰＶ３とされる。また、第１導通部材１３，ノズル部３１，微粒子帯電部１２は、第１電位ＰＶ１とされる。加えて、外装部材１４は、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２及び排気管ＥＰと同じ、接地電位ＰＶＥとされる。　
従って、前述したように、第１電位ＰＶ１とされるノズル部３１（対向面３１Ｔ）と、これよりも正の高電位である第２電位ＰＶ２とされる針状先端部２２との間では、正極となる針状先端部２２の周りにコロナが発生する正針コロナＰＣを生じる。これにより、その雰囲気をなす大気（空気）のＮ2，Ｏ2等が電離等して、正のイオンＣＰが発生する。発生したイオンＣＰの一部は、放電空間ＤＳに供給された圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲと共に、ノズル３１Ｎを通って、混合領域ＭＸに向けて噴射される。本実施形態では、放電空間ＤＳを囲む、ノズル部３１と針状先端部２２が、これらの間の気中放電（コロナ放電）でイオンＣＰを生成するイオン源１１をなしている。　
ノズル部３１のノズル３１Ｎを通じて、空気ＡＲが混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に噴射されると、この円柱状混合領域ＭＸ１の気圧が低下するため、取入口３３Ｉから排気ガスＥＧが引き込み路ＨＫを通じて、混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１、スリット状混合領域ＭＸ２）に取り入れられる。取入排気ガスＥＧＩは、空気ＡＲと混合され、空気ＡＲと共に排出路ＥＸを経由して排出口４３Ｏから排出される。　その際、排気ガスＥＧ中に、ススなどの微粒子Ｓが含まれていた場合、図３に示すように、この微粒子Ｓも混合領域ＭＸ内に取り入れられる。ところで、噴射された空気ＡＲには、イオンＣＰが含まれている。このため、取り入れられたススなどの微粒子Ｓは、イオンＣＰが付着して、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、この状態で、混合領域ＭＸ及び排出路ＥＸを通って、排出口４３Ｏから、取入排気ガスＥＧＩ及び空気ＡＲと共に排出される。　一方、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、補助電極体５０の補助電極部５３から斥力を受け、第１電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす微粒子帯電部１２に各部に付着し捕捉される。　

　次いで、本システム１における微粒子Ｓの検知原理について説明する。図２に示すように、イオン源１１における気中放電に伴って、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２から、針状先端部２２に、放電電流Ｉｄが供給される。

一方、この放電電流Ｉｄの多くは、ノズル部３１に流れ込む（受電電流Ｉｊ）。

この受電電流Ｉｊは、第１導通部材１３を流れて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に流入する。

　また、イオン源１１で生成され、ここから噴射されたイオンＣＰの多くは捕集極４２で捕集される。

捕集極４２で捕集された浮遊イオンＣＰＦが有していた電荷に起因する捕集電流Ｉｈも、捕集極４２（微粒子帯電部１２）に導通する第１導通部材１３を通じて、第１出力端２１１に流れ込む。

つまり、第１導通部材１３には、これらの和である受電捕集電流Ｉｊｈ（＝Ｉｊ＋Ｉｈ）が流れる。
但し、この受電捕集電流Ｉｊｈは、放電電流Ｉｄよりも若干小さな値となる。というのも、イオン源１１で生成されたイオンＣＰのうち、排出口４３Ｏから排出された帯電微粒子ＳＣに付着して排出イオンＣＰＨも排出されてしまう。この排出された排出イオンＣＰＨの電荷に対応する電流分は、受電捕集電流Ｉｊｈとして流れないからである。なお、帯電微粒子ＳＣが流通している排気管ＥＰは接地電位ＰＶＥとされている。　
ところでイオン源電源回路２１０から見ると、第２出力端２１２から流出した放電電流Ｉｄと、第１出力端２１１から流入する受電捕集電流Ｉｊｈとにアンバランスが生じることとなる。このため、この不足分（差分＝放電電流－受電捕集電流）に相当する信号電流Ｉｓが、接地電位ＰＶＥから第１出力端２１１に向けて流れ込んでバランスする。　そこで、本システム１では、第１出力端２１１に導通する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに導通する接地入力端２３２とを有し、これらの間を流れる電流を検知する信号電流検知回路２３０を設けることで、接地電位ＰＶＥから外装部材１４、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を経由し、信号電流検知回路２３０を通じ、第１出力端２１１に流れる信号電流Ｉｓを検知する。　この差分（放電電流Ｉｄ－受電捕集電流Ｉｊｈ）に相当する信号電流Ｉｓの大きさは、排出された帯電微粒子ＳＣに付着して排出された排出イオンＣＰＨの電荷の量、したがって、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓの量、ひいては、排気管ＥＰを流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量に対応して増減する。　従って、この信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知することにより、これに対応する排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量が検知できる。なお、本システム１では、予め定めた参照テーブルを用いた換算を行うことにより、検知した信号電流Ｉｓから微粒子Ｓの量の換算値を得ている。　
ところで、前述したように、イオン源電源回路２１０は、定電流電源を構成しており、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２から、針状先端部２２に供給される放電電流Ｉｄ（本発明における気中放電電流）は、その実効値が所定の電流値（例えば、５μＡ（＝目標電流Ｉｔ））を保つように、マイクロプロセッサ２０２によってフィードバック制御されている。　信号電流Ｉｓを用いて微粒子Ｓの量を精度良く検知するためには、この定電流制御された放電電流Ｉｄが安定している必要がある。しかしながら、イオン源電源回路２１０でイオン源１１の作動を開始させた直後は、この放電電流Ｉｄが安定していない場合が多い。また、イオン源１１の周囲に凝縮水や煤が付着して、イオン源１１の絶縁性が低下することなどにより、例えば、図５に実線や破線で示すグラフのように、ハンチングを繰り返したり、当初の電流値が大きくなり過ぎたりして、放電電流Ｉｄが目標電流Ｉｔになかなか収束しない場合がある。そして、このような状態では、コロナ放電で発生するイオンＣＰの量にばらつきを生じるため、この放電電流Ｉｄが不安定な状態のまま、信号電流検知回路２３０で信号電流Ｉｓを検知しても、微粒子Ｓの量を精度良く検知することが難しい。　
そこで、本実施形態のシステム１では、イオン源電源回路２１０によるイオン源１１の作動を開始した後、イオン源電源回路２１０が流す放電電流Ｉｄ（気中放電電流）が、予め定めた許容範囲ＩＲ内に収束した後に、信号電流検知回路２３０で検知した信号電流Ｉｓを用いた微粒子Ｓの量の検知を開始させている。ここで許容範囲ＩＲは、具体的には、放電電流Ｉｄの目標電流Ｉｔ（＝５μＡ）に対して、例えば、Ｉｍｉｎ（＝４．５μＡ）～Ｉｍａｘ（＝５．５μＡ）の範囲に設定される（図５参照）。　
しかも、本システム１では、イオン源１１及び補助電極体５０の補助電極部５３を加熱するヒータ７８と、このヒータ７８に通電するヒータ通電回路２２６とを有している。そして、イオン源１１が作動を開始した後、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束するまで、ヒータ通電回路２２６にＰＷＭ制御によるヒータ７８への通電を行わせて、イオン源１１及び補助電極体５０の補助電極部５３を加熱する。　
さらに、本システム１では、イオン源１１の作動を開始した後の所定期間（本実施形態では１０秒）内に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しない場合にのみ、ヒータ通電回路２２６にヒータ７８への通電を開始させる。したがって、イオン源１１の作動の開始当初に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束して、微粒子Ｓの量の検知を開始できるときは、ヒータ７８への通電が開始されない。これにより、ヒータ７８への通電による消費電力を低減することができる。　
次いで、本システム１のうち、微粒子検知ルーチンを実行するマイクロプロセッサ２０２の動作について、図６～図８のフローチャートを参照して説明する。　まず、図６に示すステップＳ１では、必要な初期設定を行った後、イオン源電源回路２１０によりイオン源１１の作動を開始する。なお、この際、マイクロプロセッサ２０２は、別途、放電電流Ｉｄの定電流制御を行う。これにより、コロナ放電が開始される。　
続くステップＳ２では、図７に示す初期収束判定サブルーチンを実行して、イオン源電源回路２１０から、イオン源１１の針状先端部２２に供給される放電電流Ｉｄが、ステップＳ１でイオン源１１の作動を開始してから所定時間（本実施形態では１０秒）が経過するまでの間に、許容範囲ＩＲ（例えば、Ｉｍｉｎ（＝４．５μＡ）～Ｉｍａｘ（＝５．５μＡ））内に収束するか否かを判断する。　
次いで、この図７の初期収束判定サブルーチンについて説明する。　図７に示すステップＳ２１では、所定時間（＝１０秒）を計測するためのタイムアップカウンタの値を０にする。続くステップＳ２２では、放電電流Ｉｄが、許容範囲ＩＲ内に収束したか否かの判定に用いる収束カウンタの値を０にする。　さらに、続くステップＳ２３では、１０ｍｓｅｃを計時するタイマを用いて、１０ｍｓｅｃが経過したか否かを判断し、１０ｍｓｅｃが経過していない場合（Ｎｏ）は、このステップＳ２３を繰り返す。そして、１０ｍｓｅｃが経過すると、ステップＳ２３でＹｅｓとなって、ステップＳ２４に進む。これにより、１０ｍｓｅｃ毎に、ステップＳ２４以下の処理が実行される。　
ステップＳ２４では、放電電流Ｉｄの値を１０ｍｓｅｃ毎に取得する。続くステップＳ２５では、タイムアップカウンタの値を＋１する。すなわち、１０ｍｓｅｃ毎に、タイムアップカウンタの値が＋１される。　さらに、続くステップＳ２６では、タイムアップカウンタの値が、１０００以上になったか否か、すなわち、この初期収束判定サブルーチンの開始から、所定時間の１０秒が経過したか否かを判断する。未だ、１０秒が経過していない場合には、ステップＳ２６でＮｏとなって、ステップＳ２７に進む。　
ステップＳ２７では、ステップＳ２４で取得した放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に入っているか否かを判断する。許容範囲ＩＲ内に入っていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２２に戻り、収束カウンタの値を０にクリアした後、ステップＳ２３で１０ｍｓｅｃの経過を待って、再度ステップＳ２４の放電電流Ｉｄの取得に進む。一方、ステップＳ２７で、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に入っている場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２８に進み、収束カウンタの値を＋１した後、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、収束カウンタの値が、２００以上になったか否かを判断する。収束カウンタの値が２００以上でない場合（Ｎｏ）には、この収束カウンタの値を維持したまま、ステップＳ２３に戻り、このステップＳ２３で１０ｍｓｅｃの経過を待って、再度ステップＳ２４の放電電流Ｉｄの取得に進む。　
そして、ステップＳ２３～Ｓ２９を繰り返しながら、収束カウンタの値が２００に到達した場合、すなわち、放電電流Ｉｄの値が連続して２秒間、許容範囲ＩＲ内に入っている場合は、ステップＳ２９でＹｅｓとなって、ステップＳ２Ａに進む。ステップＳ２Ａでは、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束したとして、収束フラグを１にした後、この初期収束判定サブルーチンを終了する。　
一方、ステップＳ２２～Ｓ２７を繰り返して、収束カウンタの値が２００に到達することなく、タイムアップカウンタの値が１０００になった場合は、ステップＳ２６でＹｅｓとなって、ステップＳ２Ｂに進む。ステップＳ２Ｂでは、所定時間（＝１０秒）以内に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しなかったとして、収束フラグを０にした後、この初期収束判定サブルーチンを終了する。　
図７の初期収束判定サブルーチンを終了すると、図６のステップＳ３に進む。　ステップＳ３では、収束フラグが１であるか否か、すなわち、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しているか否かを判断する。収束フラグが１で、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束している場合（Ｙｅｓ）、すなわち、イオン源１１の作動の開始当初から、微粒子Ｓの量の検知を開始できる場合には、ステップＳ８に進み、信号電流Ｉｓを用いた微粒子Ｓの量の検知を開始させる。　一方、ステップＳ３で、収束フラグが０の場合（Ｎｏ）、すなわち、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束していない場合には、ステップＳ４に進む。　
ステップＳ４では、ヒータ通電回路２２６にＰＷＭ制御によるヒータ７８への通電を開始させて、イオン源１１及び補助電極体５０の補助電極部５３を加熱する。　続くステップＳ５では、図８に示す収束判定サブルーチンを実行して、放電電流Ｉｄが、許容範囲ＩＲ内に収束したか否かを判断する。　
次いで、この図８の収束判定サブルーチンについて説明する。　図８に示すステップＳ５１では、この収束判定サブルーチンの判定を３分間で打ち切るためのタイムアップカウンタの値を０にする。続くステップＳ５２では、放電電流Ｉｄが、許容範囲ＩＲ内に収束したか否かの判定に用いる収束カウンタの値を０にする。　さらに、続くステップＳ５３では、１０ｍｓｅｃを計時するタイマを用いて、１０ｍｓｅｃが経過したか否かを判断し、１０ｍｓｅｃが経過していない場合（Ｎｏ）は、このステップＳ５３を繰り返す。そして、１０ｍｓｅｃが経過すると、ステップＳ５３でＹｅｓとなって、ステップＳ５４に進む。これにより、１０ｍｓｅｃ毎に、ステップＳ５４以下の処理が実行される。　
ステップＳ５４では、放電電流Ｉｄの値を１０ｍｓｅｃ毎に取得する。続くステップＳ５５では、タイムアップカウンタの値を＋１する。すなわち、１０ｍｓｅｃ毎に、タイムアップカウンタの値が＋１される。　さらに、続くステップＳ５６では、タイムアップカウンタの値が、１８０００以上になったか否か、すなわち、この収束判定サブルーチンの開始から、判定打ち切りのための３分間（１８０秒）が経過したか否かを判断する。未だ、３分間が経過していない場合には、ステップＳ５６でＮｏとなって、ステップＳ５７に進む。　

　ステップＳ５７では、ステップＳ５４で取得した放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に入っているか否かを判断する。

許容範囲ＩＲ内に入っていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ５２に戻り、収束カウンタの値を０にクリアした後、ステップＳ５３で１０ｍｓｅｃの経過を待って、再度ステップＳ５４の放電電流Ｉｄの取得に進む。

一方、ステップＳ５７で、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に入っている場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ５８に進み、収束カウンタの値を＋１した後、ステップＳ５９に進む。ステップＳ５９では、収束カウンタの値が、２００以上になったか否かを判断する。

収束カウンタの値が２００以上でない場合（Ｎｏ）には、この収束カウンタの値を維持したまま、ステップＳ５３に戻り、このステップＳ５３で１０ｍｓｅｃの経過を待って、再度ステップＳ５４の放電電流Ｉｄの取得に進む。
そして、ステップＳ５３～Ｓ５９を繰り返しながら、収束カウンタの値が２００に到達した場合、すなわち、放電電流Ｉｄの値が連続して２秒間、許容範囲ＩＲ内に入っている場合は、ステップＳ５９でＹｅｓとなって、ステップＳ５Ａに進む。ステップＳ５Ａでは、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束したとして、収束フラグを１にした後、この収束判定サブルーチンを終了する。　
一方、ステップＳ５２～Ｓ５７を繰り返して、収束カウンタの値が２００に到達することなく、タイムアップカウンタの値が１８０００になった場合は、ステップＳ５６でＹｅｓとなって、ステップＳ５Ｂに進む。ステップＳ５Ｂでは、収束フラグを０にした後、この収束判定サブルーチンを終了する。この場合、３分以内に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しなかったことになる。　
図８の収束判定サブルーチンを終了すると、図６のステップＳ６に進む。　ステップＳ６では、収束フラグが１であるか否か、すなわち、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しているか否かを判断する。収束フラグが１で、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束している場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ヒータ通電回路２２６にヒータ７８への通電を停止させる。その後、ステップＳ８に進み、信号電流Ｉｓを用いた微粒子Ｓの量の検知を開始させる。　
一方、ステップＳ６で、収束フラグが０の場合（Ｎｏ）、すなわち、収束判定サブルーチンで３分以内に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しなかった場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ヒータ通電回路２２６にヒータ７８への通電を停止させる。そして、続くステップＳ１０で、処理の打ち切りのための必要なエラー処理を行う。そして、この場合は、微粒子検知を行わないで、微粒子検知ルーチンの処理を終了する。　
以上で述べたように、本実施形態のシステム１では、イオン源１１の作動を開始した後（ステップＳ１）、このイオン源１１に供給する放電電流Ｉｄ（気中放電電流）が、予め定めた許容範囲ＩＲ（例えば、Ｉｍｉｎ（＝４．５μＡ）～Ｉｍａｘ（＝５．５μＡ））内に収束した後に（ステップＳ３，Ｓ６でＹｅｓ）、信号電流Ｉｓを用いた微粒子Ｓの量の検知を開始させている（ステップＳ８）。　これにより、放電電流Ｉｄが安定した状態で微粒子Ｓの量の検知を開始できるので、発生するイオンＣＰの量が安定し、微粒子Ｓの量を精度良く検知することができる。　
さらに、本実施形態のシステム１では、イオン源１１を加熱するヒータ７８と、このヒータ７８に通電するヒータ通電回路２２６とを有している。そして、イオン源１１が作動を開始した後、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束するまで、ヒータ通電回路２２６にヒータ７８への通電を行わせて、イオン源１１を加熱する（ステップＳ２～Ｓ７）。　これにより、イオン源１１の周囲に付着した凝縮水等の水滴や煤等の異物を除去して、イオン源１１の絶縁性を回復させることができ、放電電流Ｉｄを早期に許容範囲ＩＲ内に収束させて、微粒子Ｓの量の検知を開始できるまでの時間を短縮することができる。　
さらに、本実施形態のシステム１では、イオン源１１が作動を開始した後の所定期間内に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束しない場合に、ヒータ通電回路２２６にヒータ７８への通電を開始させる（ステップＳ２～Ｓ４）。　したがって、このシステム１では、イオン源１１の作動の開始当初に、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束して、微粒子Ｓの量の検知を開始できるときは、ヒータ７８に通電しないので、ヒータ７８への通電による消費電力を低減することができる。　
さらに、本実施形態のシステム１では、先端部分の補助電極部５３が補助電極をなす補助電極体５０を有しており、ヒータ７８は、イオン源１１のほか、この補助電極体５０の補助電極部５３を加熱する。これにより、補助電極をなす補助電極部５３に凝縮水や煤等の異物が付着することによる補助電極部５３の絶縁性の低下をも回復させることができ、微粒子Ｓの量をより適切に検知することができる。　
本実施形態において、信号電流Ｉｓが、本発明における帯電微粒子ＳＣの量に応じた信号に相当する。また、この信号電流Ｉｓを検知する計測制御回路２２０の信号電流検知回路２３０が、本発明の検知回路に相当すると共に、この信号電流検知回路２３０及びマイクロプロセッサ２０２が、制御部に相当する。また、イオン源電源回路２１０が、駆動回路及びイオン源駆動回路に相当し、補助電極電源回路２４０が、駆動回路及び補助電極駆動回路に相当する。　さらに、ステップＳ２～Ｓ７を実行しているマイクロプロセッサ２０２が、ヒータ通電制御手段に相当し、このうち、ステップＳ２～Ｓ４を実行しているマイクロプロセッサ２０２が、ヒータ通電開始手段に相当する。　また、ステップＳ２～Ｓ３及びステップＳ５～Ｓ６を実行しているマイクロプロセッサ２０２が、電流収束判断手段に相当し、ステップＳ８を実行しているマイクロプロセッサ２０２が、検知開始手段に相当する。　
以上において、本発明を実施形態のシステム１に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。　例えば、実施形態では、補助電極体５０の延出部５１の周囲を被覆する補助電極絶縁パイプ７７の表面上にヒータ７８を一体に形成したヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９を設けて、このヒータ付き補助電極絶縁パイプ７９のヒータ７８で、イオン源１１及び補助電極体５０の補助電極部５３を加熱した。しかし、ヒータの形態はこれに限られず、イオン源１１のみを加熱するヒータを設けても良い。また、イオン源１１及び補助電極体５０の補助電極部５３をそれぞれ別々に加熱する２つのヒータを設けても良い。　また、ヒータによるイオン源１１等の加熱を行わずに、放電電流Ｉｄが許容範囲ＩＲ内に収束するのを待っても良い。さらに、イオン源１１の作動の開始直後にヒータ７８による通電を開始させた上で、最初の初期収束判定（ステップＳ２）を実行するようにしても良い。　
また、実施形態では、ステップＳ７で、ヒータ通電回路２２６にヒータ７８への通電を停止させたが、例えば、このステップＳ７で、ＰＷＭ制御のデューティ比を小さくして、ヒータ７８へ小さな電力を供給して、わずかに発熱を継続するようにしても良い。　
また、実施形態では、予め定めた参照テーブルを用いて、信号電流Ｉｓから微粒子Ｓの量に換算したが、所定の換算式を用いて、信号電流Ｉｓから微粒子Ｓの量に換算しても良い。また、信号電流Ｉｓの大きさそのものを、微粒子Ｓの量に対応する物理量として用いても良い。さらに、実施形態では、針状電極体２０を放電空間ＤＳに配置させるようにしたが、針状電極体２０の針状先端部２２を混合領域ＭＸに臨むように配置し、針状先端部２２と混合領域ＭＸを形成する微粒子帯電部１２の内面との間で気中放電を生じさせるようにしても良い。
ＡＭ　車（車両）

ＥＮＧ　エンジン（内燃機関）

ＥＰ　排気管（通気管）

ＥＧ　排気ガス

ＥＧＩ　取入排気ガス

Ｓ　微粒子

ＳＣ　帯電微粒子

ＣＰ　イオン

ＣＰＦ　浮遊イオン

ＣＰＨ　排出イオン

Ｉｄ　放電電流（気中放電電流）

Ｉｓ　信号電流

１　微粒子検知システム

１０　検知部

１１　イオン源

１２　微粒子帯電部

２０　針状電極体

２２　（針状電極体の）針状先端部（イオン源）

３１　ノズル部（イオン源）

４２　捕集極

５０　補助電極体

５３　（補助電極体の）補助電極部（補助電極）

７８　ヒータ

２０２　マイクロプロセッサ（制御部）

２０１　回路部

２１０　イオン源電源回路（駆動回路，イオン源駆動回路）

２２０　計測制御回路

２２６　ヒータ通電回路

２３０　信号電流検知回路（制御部，検知回路）

２４０　補助電極電源回路（駆動回路，補助電極駆動回路）

Ｉｔ　目標電流

ＩＲ　許容範囲

Ｓ２～Ｓ４　ヒータ通電開始手段

Ｓ２～Ｓ７　ヒータ通電制御手段

Ｓ２～Ｓ３，Ｓ５～Ｓ６　電流収束判断手段

Ｓ８　検知開始手段

Claims (4)

  1. 通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、

    　上記通気管に装着される検知部と、

    　上記検知部を駆動する駆動回路と、

    　上記駆動回路を制御し、上記微粒子の量を検知する制御部と、を備え、

    　上記検知部は、

    　　気中放電でイオンを生成するイオン源と、

    　　上記被測定ガスの一部を上記イオンと混合して、上記被測定ガス中の上記微粒子を上記イオンが付着した帯電微粒子とする微粒子帯電部と、を有し、

    　上記駆動回路は、

    　　上記イオン源に供給する気中放電電流が、所定の目標電流となるように定電流制御するイオン源駆動回路を有し、

    　上記制御部は、

    　　上記帯電微粒子の量に応じた信号を検知する検知回路と、

    　　上記イオン源駆動回路による上記イオン源の作動を開始した後、上記イオン源駆動回路が流す上記気中放電電流が、上記目標電流を含む予め定めた許容範囲内に収束したか否かを判断する電流収束判断手段と、

    　　上記気中放電電流が上記許容範囲内に収束した後に、上記信号を用いた上記微粒子の量の検知を開始させる検知開始手段と、を有する

    微粒子検知システム。
  2. 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、

    　前記検知部は、

    　　前記イオン源を加熱するヒータを有し、

    　前記駆動回路は、

    　　上記ヒータに通電するヒータ通電回路を有し、

    　前記制御部は、

    　　前記気中放電電流が前記許容範囲内に収束するまで、前記ヒータ通電回路に前記ヒータへの通電を行わせるヒータ通電制御手段を有する

    微粒子検知システム。
  3. 請求項２に記載の微粒子検知システムであって、

    　前記ヒータ通電制御手段は、

    　　前記イオン源の作動を開始した後の所定期間内に、前記気中放電電流が前記許容範囲内に収束しない場合に、前記ヒータ通電回路に前記ヒータへの通電を開始させるヒータ通電開始手段を含む

    微粒子検知システム。
  4. 請求項２または請求項３に記載の微粒子検知システムであって、

    　前記検知部は、

    　　前記イオンのうち前記被測定ガスとの混合で前記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極と、

    　　上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極と、を有し、

    　前記駆動回路は、

    　　上記補助電極を駆動する補助電極駆動回路を有し、

    　前記ヒータは、

    　　前記イオン源のほか上記補助電極を加熱する構成とされてなる微粒子検知システム。
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