JP2017146146A - 微粒子検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】制御装置２００は、放電電極体１１０に印加する放電電位ＰＶ２を出力する放電電位出力部２１０と、ヒータ１３０に通電して発熱部１３１を発熱させるヒータ通電部２２６と、を備える。ヒータ通電部２２６は、ヒータ１３０に対し、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈ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通電する、第１ヒータ通電を行う。放電電位出力部２１０は、第１ヒータ通電が終了した後に、放電電位ＰＶ２を出力する。
【選択図】図８

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。

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。

このような微粒子検知システムとして、例えば、特許文献１には、気中放電によりイオンを生成するセンサ素子と基準電位とされる基準電位部材とを有し、通気管に装着された状態で、前記イオンを用いて通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子を検知する微粒子センサ、及び、この微粒子センサを制御する制御装置、を備える微粒子検知システムが開示されている。このうち、センサ素子は、絶縁性のセラミックからなり、長手方向に延びる形状のセラミック基体と、このセラミック基体の長手方向先端側において外部に露出する露出部、及び、露出部に導通してセラミック基体の内部で長手方向後端側に延びる体内部、を含み、放電電位が印加されて基準電位部材と露出部との間に気中放電を生じさせる放電電極体と、を有する。制御装置は、放電電極体に印加する放電電位を出力する放電電位出力部を有している。

また、微粒子センサは、筒形状をなす筒状体であって、通気管の外部において当該筒状体によって囲まれたセンサ内部空間を形成する筒状体を有している。さらに、センサ素子は、センサ内部空間内に配置される空間内配置部であって、セラミック基体のうち放電電極体の体内部よりも長手方向後端側に位置する後端側部を含む空間内配置部を備えている。この空間内配置部は、セラミック基体の後端側部の表面上に露出して形成され、放電電極体の体内部に導通して放電電位とされる放電電位パッドと、セラミック基体の後端側部の表面上に露出して形成され、放電電位よりも基準電位に近い別電位とされる複数の別電位パッドとを有している。

特開２０１５-１２９７１２号公報

ところで、前述の微粒子検知システムでは、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、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、センサ素子の空間内配置部（センサ素子のうちセンサ内部空間内に配置される部位）の表面において、結露が発生することがあった。

前述のように、センサ素子の空間内配置部の表面には、放電電位パッドと別電位パッドとが形成されている。このため、空間内配置部の表面に水（結露により生じた水）が付着すると、放電電位パッドと別電位パッドとの間の電気絶縁性が低下する。このような状態で、放電電位パッドを通じて放電電極体に放電電位を印加するべく、制御装置の放電電位出力部によって放電電位を出力すると、放電電位パッドと別電位パッドとの間で電流リークが発生し、基準電位部材と放電電極体の露出部との間で気中放電を適切に発生させることができない虞があった。このため、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。

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。

本発明の一態様は、気中放電によりイオンを生成するセンサ素子と、基準電位とされる基準電位部材と、を有し、通気管に装着された状態で、前記イオンを用いて、前記通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子を検知する微粒子センサ、及び、前記微粒子センサを制御する制御装置、を備え、前記センサ素子は、絶縁性のセラミックからなり、長手方向に延びるセラミック基体と、前記セラミック基体の前記長手方向先端側において外部に露出する露出部、及び、前記露出部に導通して前記セラミック基体の内部で前記長手方向後端側に延びる体内部、を含み、放電電位が印加されて前記基準電位部材と前記露出部との間に前記気中放電を生じさせる放電電極体と、を有する微粒子検知システムにおいて、前記微粒子センサは、筒形状をなす筒状体であって、前記通気管の外部において当該筒状体によって囲まれたセンサ内部空間を形成する筒状体を有し、前記センサ素子は、前記セラミック基体のうち前記放電電極体の前記体内部よりも前記長手方向後端側に位置する後端側部を含み、前記センサ内部空間内に配置される空間内配置部と、前記セラミック基体内に配置された発熱部を含み、前記空間内配置部を加熱するヒータと、を備え、前記空間内配置部は、前記セラミック基体の前記後端側部の表面上に露出して形成され、前記放電電極体の前記体内部に導通して前記放電電位とされる放電電位パッドと、前記セラミック基体の前記後端側部の表面上に露出して形成され、前記放電電位よりも前記基準電位に近いまたは前記基準電位に等しい別電位とされる１または複数の別電位パッドと、を有し、前記制御装置は、前記放電電極体に印加する前記放電電位を出力する放電電位出力部と、前記ヒータに通電して前記発熱部を発熱させるヒータ通電部と、を備え、前記ヒータ通電部は、前記ヒータに対し、前記空間内配置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、前記放電電位出力部は、前記第１ヒータ通電が終了した後に、前記放電電位を出力する微粒子検知システムである。

上述の微粒子検知システムでは、センサ素子が、センサ内部空間（通気管の外部において、微粒子センサの筒状体によって囲まれた空間）内に配置される空間内配置部を有している。この空間内配置部には、放電電位パッドと、１または複数の別電位パッドとが設けられている。なお、放電電位パッドは、セラミック基体の後端側部の表面上に露出して形成され、放電電極体の体内部に導通して放電電位とされるパッドである。また、別電位パッドは、セラミック基体の後端側部の表面上に露出して形成され、放電電位よりも基準電位に近いまたは基準電位に等しい別電位とされるパッドである。

このため、前述のように、結露により生じた水（以下、結露水ともいう）が空間内配置部の表面に付着した場合には、放電電位パッドと別電位パッドとの間の電気絶縁性が低下する。また、放電電位パッドに印加される放電電位は、放電電極体と基準電位部材との間で気中放電を発生させるための電位であるため、基準電位に対して高電位（例えば、１〜２ｋＶ）とされる。一方、別電位パッドに印加される別電位は、放電電位よりも基準電位に近いまたは基準電位に等しい。従って、放電電位パッドに印加される電位と別電位パッドに印加される電位との差は大きい。

このため、空間内配置部の表面に結露水が付着した状態で、放電電位パッドを通じて放電電極体に放電電位を印加するべく、制御装置の放電電位出力部によって放電電位を出力すると、放電電位パッドと別電位パッドとの間で電流リークが発生し、基準電位部材と放電電極体の露出部との間で気中放電を適切に発生させることができない虞がある。このため、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る。

これに対し、上述の微粒子検知システムでは、センサ素子が、空間内配置部を加熱するヒータを備えている。さらに、制御装置が、放電電極体に印加する放電電位を出力する放電電位出力部と、ヒータに通電して発熱部を発熱させるヒータ通電部と、を備えている。
そして、このヒータ通電部は、ヒータに対し、第１ヒータ通電を行う。具体的には、空間内配置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）、ヒータへ通電する。これにより、空間内配置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。

さらに、上述の微粒子検知システムでは、前記第１ヒータ通電が終了した後に、放電電位出力部が、放電電極体に印加する放電電位を出力する。すなわち、第１ヒータ通電を行って、空間内配置部の表面に結露水が付着していない状態とした後に（結露水の付着により低下した放電電位パッドと別電位パッドとの間の電気絶縁性を回復させた後に）、放電電極体に印加する放電電位を出力する。これにより、放電電位パッドと別電位パッドとの間で電流リークが発生するのを防止できるので、気中放電を適切に発生させることができる。従って、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。

なお、別電位としては、例えば、放電電極体の露出部を加熱するために設けられたヒータに印加するヒータ電位（第１ヒータ電位及び第２ヒータ電位）や、微粒子に付着しなかったイオンの捕集のために設けられた補助電極に印加する補助電位などが挙げられる。このため、別電位パッドとしては、ヒータに導通してヒータ電位とされるヒータパッド（第１ヒータパッド及び第２ヒータパッド）や、補助電極に導通して補助電位とされる補助電位パッドなどが挙げられる。

また、センサ内部空間は、筒状体によって囲まれている全ての空間であり、筒状体の内部に位置する他部材（すなわち、センサ内部空間内に位置する他部材）によって囲まれた空間も含まれる。

さらに、前記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、前記ヒータ通電部は、前記内燃機関の運転が開始された後、前記放電電位出力部による前記放電電位の出力に先立って、前記第１ヒータ通電を行う微粒子検知システムとすると良い。

上述の微粒子検知システムによれば、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。

さらに、前記いずれかの微粒子検知システムであって、前記セラミック基体は、互いに背向する２つの主面を有する板状であり、前記放電電位パッドは、前記２つの主面のうち、一方の主面上に形成され、前記別電位パッドは、他方の主面上に形成されてなる微粒子検知システムとすると良い。

上述の微粒子検知システムでは、セラミック基体の一方の主面上に放電電位パッドが、他方の主面上に別電位パッドが形成されている。このため、放電電位パッドと別電位パッドとを同一主面上に設けた場合に比べて、両パッド間のセラミック基体沿面距離が大きくなり、両パッド間での電流リークが生じ難くなる。従って、被測定ガス中の微粒子の量を、より適切に検知することが可能となる。

実施形態にかかる微粒子検知システムを搭載した車両の概略図である。 実施形態にかかる微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサの分解斜視図である。 微粒子検知システムの概略図である。 微粒子センサを構成するセンサ素子の斜視図である。 同センサ素子の分解斜視図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムの説明図である。 実施形態にかかる微粒子検知の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態にかかる微粒子検知システム１を搭載した車両ＡＭの概略図である。図２は、本実施形態にかかる微粒子センサ１０の断面図である。図３は、微粒子センサ１０の分解斜視図である。図４は、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に含まれる制御装置２００を中心に図示し、微粒子センサ１０については一部（電線１６５等）のみを図示している。

なお、図２に示すように、微粒子センサ１０の長手方向ＧＨ（軸線ＡＸが延びる方向に一致する、図２において上下方向）のうち、内側プロテクタ４５が配置された側（図２において下方）を先端側ＧＳ、これと反対側の電線１６５，１６６等が延出する側（図２において上方）を後端側ＧＫとする。

微粒子検知システム１（以下、単にシステム１ともいう）は、図１に示すように、微粒子センサ１０と、この微粒子センサ１０を制御する制御装置２００とを備える。微粒子センサ１０は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰに装着され、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧ（被測定ガス）中のススなどの微粒子Ｓを検知する。詳細には、微粒子センサ１０は、排気管ＥＰに固定され、その先端側の一部が排気管ＥＰ内に配置されて、排気ガスＥＧに晒される（図２参照）。

制御装置２００は、電線１６５〜１６８を介して微粒子センサ１０に接続されている（図１、図４参照）。電線１６５〜１６８のうち、電線１６５，１６６は、三重同軸ケーブル（トライアキシャルケーブル）であり、電線１６７，１６８は、細径で単芯の絶縁電線である。このうち、電線１６５は、芯線（中心導体）として放電電位リード線１６１を含み、電線１６６は、芯線（中心導体）として補助電位リード線１６２を含む（図３，図４参照）。また、電線１６７は、芯線として第１ヒータリード線１６３を含み、電線１６８は、芯線として第２ヒータリード線１６４を含む（図３，図４参照）。

制御装置２００は、図４に示すように、信号電流検知回路２３０及びヒータ通電回路２２６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、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる第１出力端２１１と、放電電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２出力端２１２は、放電電位リード線１６１に接続されている。放電電位ＰＶ２は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤを基準として、正の高電位（例えば、１〜２ｋＶ）とされている。なお、イオン源電源回路２１０は、その出力電流についてフィードバック制御され、自律的に、その実効値が予め定めた電流値（例えば、５μＡ）を保つ定電流電源を構成している。このイオン源電源回路２１０は、後述する放電電極体１１０に印加する放電電位ＰＶ２を出力する「放電電位出力部」に相当する。

一方、補助電極電源回路２４０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる補助第１出力端２４１と、補助電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。補助第２出力端２４２は、補助電位リード線１６２に接続されている。補助電位ＰＶ３は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤを基準として、正の直流高電位とされている。但し、補助電位ＰＶ３は、放電電位ＰＶ２のピーク電位よりも低い電位（例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖの電位）とされている。より具体的には、補助電位ＰＶ３は、放電電位ＰＶ２よりもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（基準電位）に近い電位とされている。

さらに、計測制御回路２２０のうち、信号電流検知回路２３０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる第１入力端２３１と、第２入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路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、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤは、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤに対し、オフセット電圧Ｖ_offset（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、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤよりもオフセット電圧Ｖ_offset（具体的には、０．５Ｖ）だけ高い電位とされる。

また、ヒータ通電回路２２６は、ＰＷＭ制御によって、後述するセンサ素子１００のヒータ１３０に通電する回路である。このヒータ通電回路２２６は、第１ヒータリード線１６３に接続される第１ヒータ通電端２２６ａと、第２ヒータリード線１６４に接続される第２ヒータ通電端２２６ｂを有する。なお、第２ヒータ通電端２２６ｂ及び第２ヒータリード線１６４は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤに導通して、このシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされている。また、第１ヒータ通電端２２６ａ及び第１ヒータリード線１６３は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤを基準とした電位とされている。

また、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる内側回路ケース２５０に包囲されている。イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、及び、信号電流検知回路２３０の第１入力端２３１は、この内側回路ケース２５０に接続している。

なお、本実施形態では、内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、及び、絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１Ｂを収容して包囲すると共に、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１及び補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１に導通して、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされている。また、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１及び補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１は、電線１６５，１６６の同軸二重の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる内側の外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１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が捲回された二次側鉄心２７１Ｂとに、分離して構成されている。このうち、一次側鉄心２７１Ａは、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤに導通している。一方、二次側鉄心２７１Ｂは、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１）に導通している。

さらに、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる外側回路ケース２６０に包囲されている。さらに、信号電流検知回路２３０の第２入力端２３２、ヒータ通電回路２２６の第２ヒータ通電端２２６ｂ、及び、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａは、この外側回路ケース２６０に接続して、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされている。

なお、本実施形態では、外側回路ケース２６０は、その内部に、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０、及び、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａを収容して包囲している。さらに、この外側回路ケース２６０は、電線１６５，１６６の同軸二重の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる外側の外部導体１６５Ｇ２，１６６Ｇ２に導通している。

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。なお、このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて、車両ＡＭに搭載された外部のバッテリＢＴと接続されており、このバッテリＢＴで駆動される。また、バッテリＢＴのＧＮＤ電位は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤと共通にされている。また、この計測制御回路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いる。これにより、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。

また、レギュレータ電源ＰＳを通じて、外部から計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に分配される。なお、絶縁トランス２７０においては、計測制御回路２２０の一部をなす一次側コイル２７２と、イオン源電源回路２１０の一部をなす電源回路側コイル２７３と、補助電極電源回路２４０の一部をなす補助電極電源側コイル２７４と、鉄心２７１（一次側鉄心２７１Ａ，二次側鉄心２７１Ｂ）とは、互いに電気的に絶縁されている。このため、計測制御回路２２０から、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に電力を分配できる一方、これらの間の電気的絶縁を保つことができる。

次に、微粒子センサ１０について、図２及び図３を参照して説明する。
微粒子センサ１０は、図２に示すように、長手方向ＧＨ（図２において上下方向）の後端側（図２において上側）から先端側（図２において下側）に延びる形態をなしている。この微粒子センサ１０は、長手方向ＧＨに延びる板状をなし、気中放電によりイオンを生成するセンサ素子１００を備える。このほか、このセンサ素子１００と電気的絶縁を確保しつつ、センサ素子１００を保持し、且つ、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる主体金具５０を備える。また、主体金具５０と電気的絶縁を確保しつつ、主体金具５０を囲んで保持し、且つ、排気管ＥＰに取り付けられて、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる取り付け金具９０を備える。

より具体的には、微粒子センサ１０は、自身の先端側ＧＳに、筒状の取り付け金具９０を備える。この取り付け金具９０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９１を有する。さらに、この取り付け金具９０は、フランジ部９１よりも先端側ＧＳの先端部９０ｓの外周に、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに固定するための雄ネジを有する。従って、微粒子センサ１０は、取り付け金具９０の先端部９０ｓの雄ネジを用いて、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。このため、取り付け金具９０は、排気管ＥＰと同じシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる。

また、取り付け金具９０の後端側ＧＫには、金属製で筒状の外筒９５が固設されている。具体的には、取り付け金具９０の基端部９０ｋに、外筒９５の先端部９５ｓが外嵌され、取り付け金具９０の基端部９０ｋと外筒９５の先端部９５ｓとがレーザ溶接されることで、取り付け金具９０と外筒９５とが一体とされている。なお、取り付け金具９０と外筒９５とが一体となった部材を、筒状体９２とする。

取り付け金具９０の径方向内側には、電気絶縁材からなる第１絶縁スペーサ６０及び第２絶縁スペーサ６１を介して、筒状の主体金具５０及びこれと一体とされた内筒８０が配置されている。また、これらと共に、取り付け金具９０内には、筒状のスリーブ６２及び環状の線パッキン６３も配置されている。

具体的には、主体金具５０は、略円筒状をなし、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部５１を有している。また、内筒８０は、金属からなり、長手方向ＧＨに延びる円筒状をなし、その先端部分が円環状のフランジ部８１となっている。そして、主体金具５０のフランジ部５１に内筒８０のフランジ部８１が当接するようにして、主体金具５０の基端部５０ｋに内筒８０の先端部８０ｓが外嵌され、主体金具５０の基端部５０ｋと内筒８０の先端部８０ｓとをレーザ溶接することで、主体金具５０と内筒８０とが一体とされている。

また、一体とされた主体金具５０及び内筒８０は、両者のフランジ部５１，８１が、先端側ＧＳに位置する第１絶縁スペーサ６０と後端側ＧＫに位置する第２絶縁スペーサ６１とに挟まれて、取り付け金具９０内に配置されている。さらに、第２絶縁スペーサ６１の後端側ＧＫには、スリーブ６２が配置されている。取り付け金具９０の最基端部９０ｋｋとスリーブ６２との間には、線パッキン６３が配置され、取り付け金具９０の最基端部９０ｋｋは、径方向内側に屈曲して加締められている。

また、主体金具５０の内部には、カップ状の金属カップ５２が配設されている。さらに、この金属カップ５２の底部には孔５２ｂが空いており、この孔５２ｂに、センサ素子１００が挿通されている。また、センサ素子１００の周りには、先端側ＧＳから後端側ＧＫに向けて順に、アルミナからなりセンサ素子１００を保持する筒状のセラミックホルダ５３、滑石粉末を圧縮して構成した第１粉末充填層５４、及び、第２粉末充填層５５、さらには、アルミナからなる筒状のセラミックスリーブ５６が配設されている。このうち、セラミックホルダ５３及び第１粉末充填層５４は、金属カップ５２内に位置している。

さらに、主体金具５０の最基端部５０ｋｋと、セラミックスリーブ５６との間には、加締リング５７が配置されている。主体金具５０の最基端部５０ｋｋは、径方向内側に屈曲して加締められ、加締リング５７を介してセラミックスリーブ５６を押圧している。これにより、第２粉末充填層５５の粉末が圧縮されて、主体金具５０内に金属カップ５２及びセラミックスリーブ５６が固定されると共に、センサ素子１００も主体金具５０によって気密に保持される。

また、主体金具５０の先端部５０ｓには、センサ素子１００の先端部分を径方向外側から包囲する態様で、ステンレス製で二重の筒状をなす内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０が固設されている。この内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０は、センサ素子１００を水滴や異物から保護する一方、排気ガスＥＧをセンサ素子１００の周囲に導く。なお、内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０は、次のようにして、主体金具５０の先端部５０ｓに固設されている。具体的には、主体金具５０の先端部５０ｓに、内側プロテクタ４５の後端側ＧＫの径大部４７を外嵌し、さらに、その外側に、外側プロテクタ４０の後端側ＧＫの径大部４２を外嵌した後、これら嵌合部をレーザ溶接することで固設されている。

外側プロテクタ４０のうち、筒状の胴部４１には、その先端側ＧＳの周上に、排気ガスＥＧを内部に導入するため長方形の外側導入孔４０Ｉが複数形成されている。また、内側プロテクタ４５の筒状の胴部４６には、その先端側ＧＳ及び後端側ＧＫの周上に、それぞれ三角形と丸型の内側導入孔４５Ｉが複数形成されている（図２及び図３参照）。さらに、内側プロテクタ４５の先端部分には、取り入れた排気ガスＥＧ（被測定ガス）を排出するための丸型の排出口４５Ｏが形成されており、この排出口４５Ｏを含む内側プロテクタ４５の先端部分は、外側プロテクタ４０の先端部分の開口４３から外部に突出している。

ここで、図７を参照して、微粒子センサ１０の使用時における内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０への排気ガスＥＧの取り入れ及び排出について説明する。なお、図７において、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を左から右に向けて流通している。この排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧが、微粒子センサ１０の外側プロテクタ４０及び内側プロテクタ４５の周囲を通ると、その流速が、内側プロテクタ４５の排出口４５Ｏの外側で上昇し、ベンチュリ効果により、排出口４５Ｏ付近に負圧が生じる。

すると、この負圧により、内側プロテクタ４５内に取り入れられた取入排気ガスＥＧＩが排出口４５Ｏから排出される。これと共に、外側プロテクタ４０の外側導入孔４０Ｉ周囲の排気ガスＥＧが、この外側導入孔４０Ｉから外側プロテクタ４０内に取り入れられ、さらに、内側プロテクタ４５の内側導入孔４５Ｉを通じて、さらに内側プロテクタ４５内に取り入れられる。そして、内側プロテクタ４５内の取入排気ガスＥＧＩは、排出口４５Ｏから排出されるので、内側プロテクタ４５内には、後端側ＧＫの内側導入孔４５Ｉから先端側ＧＳの排出口４５Ｏに向けて流れる取入排気ガスＥＧＩの気流が生じる。

また、本実施形態の微粒子センサ１０では、図２に示すように、主体金具５０の後端側ＧＫ（具体的には、セラミックスリーブ５６の後端側ＧＫ）で、内筒８０の内側には、電気絶縁材からなる絶縁ホルダ７０が配置されている。この絶縁ホルダ７０には、絶縁ホルダ７０を長手方向ＧＨに貫通する挿通孔７０ｃが形成されており（図３参照）、この挿通孔７０ｃにセンサ素子１００が挿通されている。

また、絶縁ホルダ７０の後端側ＧＫには、第１絶縁部材７１が、絶縁ホルダ７０に隣接して配置されている。この第１絶縁部材７１は、電気絶縁材からなり、長手方向ＧＨに延びる筒状をなしている。さらに、第１絶縁部材７１の後端側ＧＫには、第２絶縁部材７２が、第１絶縁部材７１に隣接して配置されている。この第２絶縁部材７２は、電気絶縁材からなり、長手方向ＧＨに延びる筒状をなしている。第１絶縁部材７１と第２絶縁部材７２とは、長手方向ＧＨに隣接して配置され、いずれも内筒８０の内側に収容されている。

第１絶縁部材７１は、自身を長手方向ＧＨに貫通する挿通孔７１ｃを有する。この挿通孔７１ｃ内には、センサ素子１００が挿通されると共に、放電電位端子部材７３が収容されている。第２絶縁部材７２は、自身を長手方向ＧＨに貫通する第１挿通孔７２ｃ及び第２挿通孔７２ｄを有する。このうち、第２挿通孔７２ｄ内には、センサ素子１００の後端部１００Ｋが位置すると共に、後述する補助電位端子部材７５、第１ヒータ端子部材７６、及び、第２ヒータ端子部材７７が、互いに絶縁された状態で収容されている。

なお、第１絶縁部材７１は、挿通孔７１ｃ内において、放電電位端子部材７３を、センサ素子１００の放電電位パッド１１３（図５参照）に接触導通させつつ、放電電位端子部材７３を保持している。これと共に、第１絶縁部材７１は、放電電位端子部材７３と内筒８０とを電気的に絶縁している。

また、第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内において、補助電位端子部材７５を、センサ素子１００の補助電位パッド１２５に接触導通させつつ、補助電位端子部材７５を保持している。さらに、第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内において、第１ヒータ端子部材７６を、センサ素子１００の第１ヒータパッド１３６に接触導通させつつ、第１ヒータ端子部材７６を保持している。さらに、第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内において、第２ヒータ端子部材７７を、センサ素子１００の第２ヒータパッド１３７に接触導通させつつ、第２ヒータ端子部材７７を保持している。これと共に、第２絶縁部材７２は、補助電位端子部材７５、第１ヒータ端子部材７６、及び、第２ヒータ端子部材７７を、内筒８０と電気的に絶縁している。

さらに、第２絶縁部材７２の第１挿通孔７２ｃ内において、放電電位端子部材７３が、放電電位リード線１６１の一端部１６１ｔに接続されている。これにより、放電電位端子部材７３が放電電位ＰＶ２とされると共に、放電電位端子部材７３に接続する放電電位パッド１１３も放電電位ＰＶ２となる。
また、第２絶縁部材７２の第２挿通孔７２ｄ内において、補助電位端子部材７５が、補助電位リード線１６２の一端部１６２ｔに接続されている。これにより、補助電位端子部材７５が補助電位ＰＶ３とされると共に、補助電位端子部材７５に接続する補助電位パッド１２５も補助電位ＰＶ３となる。

さらに、第２挿通孔７２ｄ内において、第１ヒータ端子部材７６が、第１ヒータリード線１６３の一端部１６３ｔに接続されている。これにより、第１ヒータ端子部材７６が第１ヒータ電位ＰＶｈｔとされると共に、第１ヒータ端子部材７６に接続する第１ヒータパッド１３６も第１ヒータ電位ＰＶｈｔとなる。
さらに、第２挿通孔７２ｄ内において、第２ヒータ端子部材７７が、第２ヒータリード線１６４の一端部１６４ｔに接続されている。これにより、第２ヒータ端子部材７７がシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされると共に、第２ヒータ端子部材７７に接続する第２ヒータパッド１３７もシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとなる。

内筒８０の基端部８０ｋには、センサＧＮＤ接続金具８２の先端部８２ｓが外嵌され、レーザ溶接されている。また、センサＧＮＤ接続金具８２には、電線１６５〜１６８が挿通されている。なお、電線１６５，１６６の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、内側の外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１は、センサＧＮＤ接続金具８２に導通している。これにより、センサＧＮＤ接続金具８２に導通する内筒８０、主体金具５０、内側プロテクタ４５、及び、外側プロテクタ４０は、いずれもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされている。

さらに、外筒９５のうち、後端側ＧＫの小径部９６内には、フッ素ゴム製のグロメット８４とシャーシＧＮＤ接続金具８３とが配設され、これらに、電線１６５〜１６８が挿通されている。なお、電線１６５，１６６の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、外側の外部導体１６５Ｇ２，１６６Ｇ２は、それぞれシャーシＧＮＤ接続金具８３に導通している。

シャーシＧＮＤ接続金具８３は、外筒９５の小径部９６と共に径方向内側に加締められている。これにより、グロメット８４及びシャーシＧＮＤ接続金具８３は、外筒９５の小径部９６内に固定されている。これにより、排気管ＥＰ及び取付用ボスＢＯに導通する取り付け金具９０、外筒９５、及び、シャーシＧＮＤ接続金具８３は、いずれもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとは絶縁されたシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる。また、このシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤは、前述したように、車両ＡＭに搭載されたバッテリＢＴ（図４参照）のＧＮＤ電位と共通にされている。

ここで、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに装着した状態で、排気管ＥＰの外部において筒状体９２（取り付け金具９０と外筒９５とが一体となった部材）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２参照）。なお、センサ内部空間ＳＩＳは、筒状体９２によって囲まれた全ての空間である。従って、筒状体９２の内部に位置する内筒８０によって囲まれた空間、さらには、内筒８０の内側に配置された第１絶縁部材７１及び第２絶縁部材７２の内部空間など（すなわち、センサ内部空間ＳＩＳ内に位置する他部材によって囲まれた空間）も、センサ内部空間ＳＩＳに含まれる。

次いで、センサ素子１００について詳細に説明する。センサ素子１００は、図５及び図６に示すように、長手方向ＧＨに延びる板状をなし、電気絶縁材（具体的にはアルミナ）からなるセラミック基体１０１を有している。このセラミック基体１０１内には、放電電極体１１０、補助電極体１２０、及び、ヒータ１３０が埋設されて一体焼結されている。

より具体的には、セラミック基体１０１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１０２，１０３，１０４が重なっており、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１０５，１０６が介在している。そして、絶縁被覆層１０５とセラミック層１０３との間には、放電電極体１１０が配置されている。さらに、セラミック層１０３と絶縁被覆層１０６の間には、補助電極体１２０が配置されている。さらに、絶縁被覆層１０６とセラミック層１０４の間には、ヒータ１３０が配置されている。そして、これらが一体化して、センサ素子１００が形成されている。

なお、本実施形態では、センサ素子１００のセラミック基体１０１は、図５に示すように、セラミック層１０３，１０４からなる第１セラミック部１０１Ａ上に、セラミック層１０３，１０４よりも長手方向ＧＨの長さが短くされた、セラミック層１０２からなる第２セラミック部１０１Ｂを積層した形態を有する。また、第２セラミック部１０１Ｂのうち長手方向ＧＨの先端側ＧＳに位置する第２先端１０１ＢＳは、第１セラミック部１０１Ａのうち長手方向ＧＨの先端側ＧＳに位置する第１先端１０１ＡＳよりも長手方向ＧＨの後端側ＧＫに引き下がっている。

放電電極体１１０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有している。この放電電極体１１０は、白金線からなる針状電極部１１２、及び、この針状電極部１１２に導通するリード部１１１を有する。さらに、センサ素子１００は、放電電極体１１０のリード部１１１（体内部）に導通する放電電位パッド１１３を有する。なお、リード部１１１と放電電位パッド１１３とは、セラミック層１０３の一方の表面１０３Ｓ１上に、パターン印刷により一体に形成されている。

また、リード部１１１と、針状電極部１１２のうち後端側ＧＫの埋設部１１２Ａとは、絶縁被覆層１０５及びセラミック層１０２で被覆されて、セラミック基体１０１内に（具体的には、セラミック層１０２とセラミック層１０３の層間に）埋設されている。従って、リード部１１１及び針状電極部１１２の埋設部１１２Ａが、放電電極体１１０のうち「セラミック基体１０１の内部で長手方向ＧＨに延びる体内部」に相当する。

一方、針状電極部１１２のうち先端側ＧＳの部位は、セラミック基体１０１の先端側ＧＳにおいて、第２セラミック部１０１Ｂの第２先端１０１ＢＳから外部に露出する露出部１１２Ｂとなっている（図５参照）。この露出部１１２Ｂのうち先端側ＧＳで先細の針状先端部１１２Ｓは、自身の先端がセラミック層１０３の表面１０３Ｓ１から２〜３ｍｍ離れるように折り曲げられて（従って、セラミック層１０３の表面１０３Ｓ１から離間して）、セラミック基体１０１外の空中に突出している。

なお、センサ素子１００は、セラミック基体１０１のうち放電電極体１１０の体内部（リード部１１１）よりも長手方向ＧＨの後端側ＧＫに位置する後端側部１０１Ｋを含む部位であって、前述のセンサ内部空間ＳＩＳ内に配置される空間内配置部１００Ｈを有する（図２、図５参照）。この空間内配置部１００Ｈは、内筒８０の内側に配置された第１絶縁部材７１及び第２絶縁部材７２に包囲された状態で、微粒子センサ１０のセンサ内部空間ＳＩＳ内に配置されている（図２参照）。

放電電位パッド１１３は、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈに設けられている。具体的には、放電電位パッド１１３は、空間内配置部１００Ｈにおいて、セラミック基体１０１の後端側部１０１Ｋの第１主面１０１Ｓ１上（セラミック層１０３の表面１０３Ｓ１上）に露出して形成されている。なお、前述したように、放電電位パッド１１３には、放電電位端子部材７３が接触し導通する。

補助電極体１２０は、パターン印刷により、セラミック層１０３のうち表面１０３Ｓ１とは逆側の表面１０３Ｓ２上に形成されている。この補助電極体１２０は、センサ素子１００の先端側ＧＳに配置されて矩形状をなす補助電極部１２２、及び、この補助電極部１２２に導通してセンサ素子１００の後端側ＧＫに延びる補助電極リード部１２１を有する。この補助電極体１２０（補助電極リード部１２１及び補助電極部１２２）は、絶縁被覆層１０６で被覆されて、セラミック基体１０１内に（具体的には、セラミック層１０３とセラミック層１０４の層間に）埋設されている。

なお、補助電極体１２０の補助電極部１２２は、セラミック基体１０１の第１セラミック部１０１Ａのうち、第２セラミック部１０１Ｂの第２先端１０１ＢＳよりも長手方向ＧＨの先端側ＧＳの内部（セラミック層１０３とセラミック層１０４の層間）に埋設されている。

一方、補助電極体１２０の補助電極リード部１２１は、後端側ＧＫの端部１２３から絶縁被覆層１０６の貫通孔１０６ｃを通じて、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上に形成した導通パターン１２４に導通している。さらに、この導通パターン１２４は、セラミック層１０４を貫通するスルーホール１０４ｈ１を通じて、補助電位パッド１２５に導通している。

補助電位パッド１２５は、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈに設けられている。具体的には、補助電位パッド１２５は、空間内配置部１００Ｈにおいて、セラミック基体１０１の後端側部１０１Ｋの第２主面１０１Ｓ２上（セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上）に露出して形成されている。なお、前述したように、補助電位パッド１２５には、補助電位端子部材７５が接触して導通する。したがって、補助電位パッド１２５は、放電電位ＰＶ２とは異なる電位であって、放電電位ＰＶ２よりも基準電位（センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ）に近い別電位（補助電位ＰＶ３）とされる「別電位パッド」となる。

また、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上には、ヒータ１３０が、パターン印刷により形成されている。ヒータ１３０は、センサ素子１００の先端側ＧＳに配置された発熱部１３１、及び、この発熱部１３１に導通してセンサ素子１００の後端側ＧＫに延びる２本のヒータリード部１３２，１３３を有する。このヒータ１３０は、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上に形成されて、絶縁被覆層１０６で被覆されている。これにより、ヒータ１３０（発熱部１３１，第１ヒータリード部１３２，第２ヒータリード部１３３）は、セラミック基体１０１内に（具体的には、セラミック層１０３とセラミック層１０４の層間に）埋設されている。ヒータ１３０の発熱部１３１を発熱させることで、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈを加熱することができる。

また、ヒータリード部１３２は、その後端側ＧＫの端部１３４から、セラミック層１０４を貫通するスルーホール１０４ｈ２を通じて、第１ヒータパッド１３６に導通している。第１ヒータパッド１３６は、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈに設けられている。具体的には、第１ヒータパッド１３６は、空間内配置部１００Ｈにおいて、セラミック基体１０１の後端側部１０１Ｋの第２主面１０１Ｓ２上（セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上）に露出して形成されている。なお、前述したように、第１ヒータパッド１３６には、第１ヒータ端子部材７６が接触して導通する。したがって、第１ヒータパッド１３６は、放電電位ＰＶ２とは異なる電位であって、放電電位ＰＶ２よりも基準電位（センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ）に近い別電位（第１ヒータ電位ＰＶｈｔ）とされる「別電位パッド」となる。

さらに、ヒータリード部１３３は、その後端側ＧＫの端部１３５から、セラミック層１０４を貫通するスルーホール１０４ｈ２を通じて、第２ヒータパッド１３７に導通している。第２ヒータパッド１３７は、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈに設けられている。具体的には、第２ヒータパッド１３７は、空間内配置部１００Ｈにおいて、セラミック基体１０１の後端側部１０１Ｋの第２主面１０１Ｓ２上（セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上）に露出して形成されている。なお、前述したように、第２ヒータパッド１３７には、第２ヒータ端子部材７７が接触し導通する。したがって、第２ヒータパッド１３７は、放電電位ＰＶ２とは異なる電位であって、放電電位ＰＶ２よりも基準電位（センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ）に近い別電位（第２ヒータ電位＝シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ）とされる「別電位パッド」となる。

このように、本実施形態のセンサ素子１００では、空間内配置部１００Ｈにおいて、放電電位パッド１１３が第１主面１０１Ｓ１（一方の主面）上に露出して形成される一方、別電位パッド（補助電位パッド１２５、第１ヒータパッド１３６、及び第２ヒータパッド１３７）が第２主面１０１Ｓ２（他方の主面）上に露出して形成されている。

次いで、微粒子検知システム１の電気的機能及び動作について説明する。
センサ素子１００の放電電極体１１０は、放電電位リード線１６１を通じて、制御装置２００のイオン源電源回路２１０に接続されている（図４参照）。また、補助電極体１２０は、補助電位リード線１６２を通じて、制御装置２００の補助電極電源回路２４０に接続されている。また、ヒータ１３０は、第１，第２ヒータリード線１６３，１６４を通じて、制御装置２００のヒータ通電回路２２６に接続されている。

また、電線１６５，１６６の内側の外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１も、制御装置２００のうち、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１及び補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１に接続され、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（基準電位）とされている。さらに、外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１に導通するセンサＧＮＤ接続金具８２等を介して、センサ素子１００の周囲に配置された内側プロテクタ４５（基準電位部材に相当する）も、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（基準電位）とされている。

ここで、イオン源電源回路２１０によって正の高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）の放電電位ＰＶ２を出力させ、放電電位リード線１６１、放電電位端子部材７３、及び、放電電位パッド１１３を通じて、放電電極体１１０の針状電極部１１２に放電電位ＰＶ２を印加する。すると、この針状電極部１１２の露出部１１２Ｂの針状先端部１１２Ｓと、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（基準電位）とされた内側プロテクタ４５（基準電位部材）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１１２Ｓの周囲で、イオンＣＰ（陽イオン）が生成される（図７参照）。

前述したように、外側プロテクタ４０及び内側プロテクタ４５の作用により、内側プロテクタ４５内には、排気ガスＥＧが取り入れられ、センサ素子１００付近において、後端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう取入排気ガスＥＧＩの気流が生じている。このため、生成されたイオンＣＰは、図７に示すように、取入排気ガス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、取入排気ガスＥＧＩと共に、排出口４５Ｏに向けて流れ、排出される。

一方、補助電極体１２０の補助電極部１２２には、制御装置２００の補助電極電源回路２４０から、補助電位リード線１６２、補助電位端子部材７５、及び、補助電位パッド１２５を通じて、所定の電位（例えば、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とされた補助電位ＰＶ３が印加される（図４参照）。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（図７参照）に、補助電極部１２２からその径方向外側の内側プロテクタ４５（捕集極）に向かう斥力を与える。これにより、浮遊イオンＣＰＦを、捕集極（内側プロテクタ４５）の各部に付着させて捕集を補助する。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までもが排出口４５Ｏから排出されるのを防止する。

本システム１では、排出口４５Ｏ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。なお、信号電流Ｉｓは、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（内側プロテクタ４５等の電位）とシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ（排気管ＥＰ等の電位）との間を流れることになる。これにより、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量（濃度）を検知することができる。

なお、前述したように、本実施形態では、センサ素子１００の周囲に配置された内側プロテクタ４５をセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとし、この内側プロテクタ４５と放電電極体１１０の針状電極部１１２との間でコロナ放電を生じさせる。さらに、この内側プロテクタ４５を、浮遊イオンＣＰＦを捕集する捕集極としても用いている。即ち、本実施形態では、内側プロテクタ４５（捕集極）で浮遊イオンＣＰＦの捕集を行うための捕集電位は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤに等しい。

また、本システム１では、制御装置２００の計測制御回路２２０のヒータ通電回路２２６により、第１ヒータパッド１３６及び第２ヒータパッド１３７を通じてヒータ１３０への通電を行う（第１ヒータパッド１３６と第２ヒータパッド１３７の間に所定のヒータ通電電圧を印加する）と、ヒータ１３０の発熱部１３１が発熱し、センサ素子１００を加熱することができる。これにより、センサ素子１００に付着した水滴等の異物を除去することができる。

なお、本実施形態では、ヒータ通電電圧として、車両ＡＭのバッテリＢＴの直流のバッテリ電圧（ＤＣ１２Ｖまたは２４Ｖ）をヒータ通電回路２２６によりパルス制御した電圧を印加する。具体的には、第１ヒータリード線１６３及び第１ヒータ端子部材７６を通じて、第１ヒータパッド１３６に印加される第１ヒータ電位ＰＶｈｔは、このバッテリ電圧（ＤＣ１２Ｖまたは２４Ｖ）をパルス制御したプラス側の電位とされる。また、第２ヒータリード線１６４及び第２ヒータ端子部材７７を通じて、第２ヒータパッド１３７に印加される第２ヒータ電位は、バッテリＢＴのＧＮＤ電位と共通のシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる（図４参照）。

ところで、本実施形態の微粒子検知システム１では、次のようなことが起こることがあった。具体的には、エンジンＥＮＧ（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、エンジンＥＮＧの運転中に微粒子センサ１０のセンサ内部空間ＳＩＳ内に漏洩（リーク）することがある。一方、エンジンＥＮＧ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、エンジンＥＮＧの運転停止後、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈ（センサ素子１００のうちセンサ内部空間ＳＩＳ内に配置される部位）の表面において、結露が発生することがあった。

前述のように、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈの表面には、放電電位パッド１１３と別電位パッド（補助電位パッド１２５、第１ヒータパッド１３６、及び第２ヒータパッド１３７、以下これらを別電位パッド１２５，１３６，１３７ともいう）とが形成されている。このため、空間内配置部１００Ｈの表面に水（結露により生じた水）が付着すると、放電電位パッド１１３と別電位パッド１２５，１３６，１３７との間の電気絶縁性が低下する。

しかも、放電電位パッド１１３に印加される放電電位ＰＶ２が、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤを基準とした正の高電位（１〜２ｋＶ）であるのに対して、補助電位パッド１２５に印加される補助電位ＰＶ３、第１ヒータパッド１３６に印加される第１ヒータ電位ＰＶｈｔ及び第２ヒータパッド１３７に印加されるシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ（第２ヒータ電位）は、放電電位ＰＶ２よりもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（基準電位）に近い。したがって、放電電位ＰＶ２と、これ以外の別電位（補助電位ＰＶ３、第１ヒータ電位ＰＶｈｔ、及びシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ（第２ヒータ電位））との電位差は大きい。

このため、空間内配置部１００Ｈの表面に結露水が付着した状態で、放電電位パッド１１３を通じて放電電極体１１０に放電電位ＰＶ２を印加するべく、イオン源電源回路２１０（放電電位出力部）によって放電電位ＰＶ２を出力すると、放電電位パッド１１３と別電位パッド（補助電位パッド１２５、第１ヒータパッド１３６、または第２ヒータパッド１３７）との間で電流リークが発生し、内側プロテクタ４５（基準電位部材）と放電電極体１１０の露出部１１２Ｂとの間で気中放電（コロナ放電）を適切に発生させることができない虞があった。これにより、排気ガスＥＧ（被測定ガス）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。

これに対し、本実施形態の微粒子検知システム１では、センサ素子１００が、セラミック基体１０１内に配置された発熱部１３１（発熱抵抗体）を含むヒータ１３０を備えている。さらに、制御装置２００が、ヒータ１３０に通電して発熱部１３１を発熱させるヒータ通電回路２２６（ヒータ通電部）を備えている。ヒータ通電回路２２６によりヒータ１３０に通電して発熱部１３１を発熱させることで、発熱部１３１の熱が空間内配置部１００Ｈに伝達されて、空間内配置部１００Ｈを加熱することができる。

より具体的には、ヒータ通電回路２２６は、ヒータ１３０に対し、次のような第１ヒータ通電を行う。具体的には、ヒータ通電回路２２６は、空間内配置部１００Ｈ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（例えば、５分間）、ヒータ１３０へ通電する。これにより、空間内配置部１００Ｈ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。

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、空間内配置部１００Ｈの表面に結露水が付着した状態で、ヒータ通電回路２２６によりヒータ１３０に通電して発熱部１３１を発熱させ、通電開始から空間内配置部１００Ｈ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。

さらに、本実施形態の微粒子検知システム１では、前述の第１ヒータ通電が終了した後に、イオン源電源回路２１０（放電電位出力部）が、放電電極体１１０に印加する放電電位ＰＶ２を出力する。すなわち、第１ヒータ通電を行って、空間内配置部１００Ｈの表面に結露水が付着していない状態とした後に（結露水の付着により低下した放電電位パッド１１３と別電位パッド１２５，１３６，１３７との間の電気絶縁性を回復させた後に）、放電電極体１１０に印加する放電電位ＰＶ２を出力する。これにより、放電電位パッド１１３と別電位パッド１２５，１３６，１３７との間で電流リークが発生するのを防止できるので、内側プロテクタ４５（基準電位部材）と放電電極体１１０の露出部１１２Ｂとの間で気中放電（コロナ放電）を適切に発生させることができる。従って、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の微粒子Ｓの量を適切に検知することができる。

しかも、本実施形態の微粒子センサ１０では、セラミック基体１０１の第１主面１０１Ｓ１（一方の主面）上に放電電位パッド１１３を設け、第１主面１０１Ｓ１に背向する第２主面１０１Ｓ２（他方の主面）上に別電位パッド１２５，１３６，１３７を設けている。このため、放電電位パッド１１３と別電位パッド１２５，１３６，１３７とを同一主面上に設けた場合に比べて、両パッド間のセラミック基体沿面距離Ｌ１（図５参照）が大きくなり、両パッド間での電流リークが生じ難くなる。なお、セラミック基体沿面距離Ｌ１は、セラミック基体１０１の表面に沿った、放電電位パッド１１３と別電位パッド１２５，１３６，１３７との間の最短距離である。

次に、本実施形態の微粒子検知の流れについて説明する。図８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ＥＮＧのキースイッチ（図示なし）がＯＮにされ、エンジンＥＮＧの運転が開始されると、ステップＳ１において、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２０２からの指令に基づいて、ヒータ通電回路２２６は、ヒータ１３０に通電して、発熱部１３１を発熱させる。その後、ステップＳ２において、マイクロプロセッサ２０２は、ヒータ通電回路２２６からヒータ１３０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。

ステップＳ２において、ヒータ１３０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Ｓ３に進み、マイクロプロセッサ２０２からの指令に基づいて、ヒータ通電回路２２６は、ヒータ１３０への通電を終了する。ステップＳ２において、ヒータ１３０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Ｓ２の判定処理を繰り返す。ステップＳ１〜Ｓ３の処理を行うことにより、第１ヒータ通電が実行され、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈの表面に付着している結露水が除去される（蒸発する）。

ステップＳ３において、ヒータ１３０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Ｓ４に進み、マイクロプロセッサ２０２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（放電電位出力部）によって放電電位ＰＶ２を出力させて、放電電極体１１０の針状電極部１１２に放電電位ＰＶ２を印加し、コロナ放電を発生させて、イオンＣＰを生成する等の処理を行う。

次いで、ステップＳ５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。

このように、本実施形態では、エンジンＥＮＧ（内燃機関）の運転が開始された後、イオン源電源回路２１０（放電電位出力部）による放電電位ＰＶ２の出力に先立って、第１ヒータ通電を行い、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈの表面に付着している結露水を除去する。その後、イオン源電源回路２１０（放電電位出力部）によって放電電位ＰＶ２を出力させる。これにより、センサ素子１００の空間内配置部１００Ｈの表面に付着している結露水の影響で、放電電位パッド１１３と別電位パッド１２５，１３６，１３７との間で電流リークが発生するのを防止して、内側プロテクタ４５（基準電位部材）と放電電極体１１０の露出部１１２Ｂとの間で気中放電（コロナ放電）を適切に発生させることができる。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ＥＮＧ（内燃機関）の運転が開始された後、エンジンＥＮＧ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。

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もない。

例えば、実施形態では、センサ素子１００が、放電電極体１１０の他に、補助電極体１２０及びヒータ１３０を有し、別電位パッドとして、補助電位パッド１２５、第１ヒータパッド１３６、及び第２ヒータパッド１３７の３つを有する構成を示した。
しかしながら、センサ素子１００として、補助電極体１２０を有することなく、放電電極体１１０及びヒータ１３０を有し、別電位パッドとして、第１ヒータパッド１３６及び第２ヒータパッド１３７の２つを有する構成としても良い。

また、実施形態では、センサ素子１００をなすセラミック基体１０１として、複数のセラミック層を厚み方向に積層した板状のセラミック積層体を例示した。
しかしながら、セラミック基体として、板状のほか、四角柱状、六角柱状、円柱状、円筒状などの形状に形成したセラミック基体を用いるようにしても良い。例えば、円柱状、円筒状のセラミック基体としては、複数のセラミック層を年輪状に積層したセラミック積層体や、１又は複数のセラミックシートを渦巻状に捲回して、径方向に複数のセラミック層が重なったセラミック積層体などが挙げられる。

また、実施形態では、エンジンＥＮＧの運転が開始された後、微粒子センサ１０を駆動する前に、第１時間ｔ１にわたって、ヒータ通電回路２２６によるヒータ１３０への通電処理（図８のステップＳ１〜Ｓ３の処理）を行うようにした。しかしながら、この通電処理に加えて、ステップＳ５における微粒子検知の処理が行われた後、センサ素子１００のセラミック基体１０１のうち針状電極部１１２の周囲の部位に付着したススなどの異物を焼き飛ばす目的で、ヒータ通電回路２２６によるヒータ１３０への通電を間欠的に実行するようにしても良い。

１ 微粒子検知システム
１０ 微粒子センサ
４０ 外側プロテクタ
４５ 内側プロテクタ（基準電位部材）
５０ 主体金具
８０ 内筒
９０ 取り付け金具
９２ 筒状体
９５ 外筒
１００ センサ素子
１００Ｈ 空間内配置部
１０１ セラミック基体
１０１Ｋ 後端側部
１０１Ｓ１ 第１主面（一方の主面）
１０１Ｓ２ 第２主面（他方の主面）
１０２，１０３，１０４ セラミック層
１０５，１０６ 絶縁被覆層
１１０ 放電電極体
１１１ リード部（体内部）
１１２ 針状電極部
１１２Ａ 埋設部（体内部）
１１２Ｂ 露出部
１１２Ｓ 針状先端部
１１３ 放電電位パッド
１２０ 補助電極体
１２１ 補助電極リード部
１２２ 補助電極部
１２５ 補助電位パッド（別電位パッド）
１３０ ヒータ
１３１ 発熱部
１３６ 第１ヒータパッド（別電位パッド）
１３７ 第２ヒータパッド（別電位パッド）
２００ 制御装置
２１０ イオン源電源回路（放電電位出力部）
２２６ ヒータ通電回路（ヒータ通電部）
ＥＮＧ エンジン（内燃機関）
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
ＥＰ 排気管（通気管）
ＣＧＮＤ シャーシＧＮＤ電位（第２ヒータ電位、別電位）
ＳＧＮＤ センサＧＮＤ電位（基準電位）
ＰＶ２ 放電電位
ＰＶ３ 補助電位（別電位）
ＰＶｈｔ 第１ヒータ電位（別電位）
Ｓ 微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＧＳ 先端側（長手方向先端側）
ＧＫ 後端側（長手方向後端側）
ＧＨ 長手方向
ＳＩＳ センサ内部空間
ｔ１ 第１時間

Claims (3)

1. 気中放電によりイオンを生成するセンサ素子と、基準電位とされる基準電位部材と、を有し、通気管に装着された状態で、前記イオンを用いて、前記通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子を検知する微粒子センサ、及び、
   前記微粒子センサを制御する制御装置、を備え、
   前記センサ素子は、
   絶縁性のセラミックからなり、長手方向に延びるセラミック基体と、
   前記セラミック基体の前記長手方向先端側において外部に露出する露出部、及び、前記露出部に導通して前記セラミック基体の内部で前記長手方向後端側に延びる体内部、を含み、放電電位が印加されて前記基準電位部材と前記露出部との間に前記気中放電を生じさせる放電電極体と、を有する
   微粒子検知システムにおいて、
   前記微粒子センサは、筒形状をなす筒状体であって、前記通気管の外部において当該筒状体によって囲まれたセンサ内部空間を形成する筒状体を有し、
   前記センサ素子は、
   前記セラミック基体のうち前記放電電極体の前記体内部よりも前記長手方向後端側に位置する後端側部を含み、前記センサ内部空間内に配置される空間内配置部と、
   前記セラミック基体内に配置された発熱部を含み、前記空間内配置部を加熱するヒータと、を備え、
   前記空間内配置部は、
   前記セラミック基体の前記後端側部の表面上に露出して形成され、前記放電電極体の前記体内部に導通して前記放電電位とされる放電電位パッドと、
   前記セラミック基体の前記後端側部の表面上に露出して形成され、前記放電電位よりも前記基準電位に近いまたは前記基準電位に等しい別電位とされる１または複数の別電位パッドと、を有し、
   前記制御装置は、
   前記放電電極体に印加する前記放電電位を出力する放電電位出力部と、
   前記ヒータに通電して前記発熱部を発熱させるヒータ通電部と、を備え、
   前記ヒータ通電部は、前記ヒータに対し、前記空間内配置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、
   前記放電電位出力部は、前記第１ヒータ通電が終了した後に、前記放電電位を出力する
   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、
   前記ヒータ通電部は、前記内燃機関の運転が開始された後、前記放電電位出力部による前記放電電位の出力に先立って、前記第１ヒータ通電を行う
   微粒子検知システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の微粒子検知システムであって、
   前記セラミック基体は、互いに背向する２つの主面を有する板状であり、
   前記放電電位パッドは、前記２つの主面のうち、一方の主面上に形成され、
   前記別電位パッドは、他方の主面上に形成されてなる
   微粒子検知システム。

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