JP6603612B2 - 微粒子センサ - Google Patents

Description

本発明は、微粒子センサに関する。

内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）では、その排気ガス中にススなどの微粒子を含むことがある。このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われる。また、必要に応じてフィルタを高温にすることで、このフィルタに蓄積した微粒子を燃焼させて除去することも行われている。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子センサが求められている。

このような微粒子センサは、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の微粒子センサは、後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、気中放電を発生させる放電部を有し、放電部がガス取入管の内部に配置された放電電極体とを備える。ガス取入管は、当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有する。この微粒子センサは、気中放電（コロナ放電）によって放電部の周囲に生じたイオンを、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れた被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させ、微粒子に付着したイオン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を検知する。

特開２０１５-１２９７１２号公報

ところで、特許文献１の微粒子センサでは、気中放電によって放電部の周囲に生じたイオンを、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れられた被測定ガス中に含まれる微粒子に対し、十分に付着させることができないことがあった。具体的には、ガス取入管のガス取入口はガス取入管の後端側に配置され、ガス取入管のガス排出口はガス取入管の先端側に配置されているので、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れられた被測定ガスは、ガス取入管の後端側から先端側に向かって流れてゆき、ガス取入管のガス排出口から排出されることになる。

ところが、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れた被測定ガスは、ガス取入管の後端側から先端側に向かって直線的に流れてゆくため、イオンが生じる放電部の周囲を、速やかに通過してゆくことになる。このため、放電部の周囲に生じたイオンと被測定ガス中に含まれる微粒子とを十分に接触させることができず、被測定ガスに含まれている微粒子に対し、十分にイオンを付着させることができないことがあった。

また、放電部は、センサ素子のセラミック基体上に配置されているので、放電部の周囲のうちセラミック基体が存在する側の領域では、イオンの発生量が少なくなる。このため、放電部から見てセラミック基体が存在する側に位置するガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れられた被測定ガスに含まれている微粒子に対し、十分にイオンを付着させることができないことがあった。

このようなことから、上述の微粒子センサでは、微粒子に付着したイオン量に応じて流れる信号電流が小さくなる傾向にあり、微粒子センサの感度を向上させることが課題となっていた。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、微粒子に付着したイオン量に応じて流れる信号電流を大きくすることができ、微粒子センサの感度を向上させることができる微粒子センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、気中放電を発生させる放電部を有し、前記放電部が前記ガス取入管の内部に配置された放電電極体と、を備え、前記ガス取入管は、当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有し、前記気中放電によって前記放電部の周囲に生じたイオンを、前記ガス取入口を通じて前記ガス取入管の内部に取り入れた前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させ、前記微粒子に付着した前記イオン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を検知する微粒子センサにおいて、前記ガス取入口は、その全体が、前記放電部の先端よりも後端側に位置し、前記被測定ガスを前記ガス取入管の内部に導いて、前記ガス取入管内に取り入れた前記被測定ガスが前記放電部の周囲を旋回する旋回流を発生させるガイド体を備える微粒子センサである。

上述の微粒子センサでは、ガス取入管のガス取入口の全体を、放電電極体の放電部（気中放電を発生させる部位）の先端よりも後端側に配置している。なお、ガス取入管のガス取入口は、ガス取入管の後端側に配置され、ガス取入管のガス排出口は、ガス取入管の先端側に配置されている。従って、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れた被測定ガスは、先端側に向かって流れてゆき、ガス取入管の内部空間のうち放電電極体の放電部の周囲に位置する放電部周囲空間を経由して、ガス取入管のガス排出口に至る流路を流れることになる。このため、気中放電によって前記放電部の周囲に生じたイオンが、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に取り入れられた被測定ガス中に含まれる微粒子に付着し易くなる。

また、気中放電によって放電部の周囲に生じたイオンも、被測定ガスの流れに伴って先端側に向かって流れてゆく傾向になるので、後端側に位置するガス取入口を通じてガス取入管の外部に排出され難くなり、より一層、イオンが微粒子に付着し易くなる。

しかも、上述の微粒子センサでは、ガス取入口にガイド体を設けている。このガイド体は、ガス取入口を通じてガス取入管内に取り入れられた被測定ガスが放電部の周囲を旋回するように流れる旋回流が発生するように、被測定ガスをガス取入管の内部に導く形態をなしている。すなわち、このガイド体は、被測定ガスをガス取入管の内部に導いて、ガス取入管内に取り入れられた被測定ガスが放電部の周囲を旋回する旋回流を発生させる。

このように、放電部の周囲を旋回する被測定ガスの旋回流を発生させることで、放電部の周囲に生じたイオンが被測定ガス中に含まれる微粒子に接触（付着）する機会を増大させることができるので、多くのイオンを微粒子に付着させることができる。これにより、微粒子に付着したイオン量に応じて流れる信号電流を大きくすることができ、微粒子センサの感度を向上させることができる。

さらに、前記の微粒子センサであって、前記ガス取入口は、その全体が、前記放電部の後端よりも後端側に位置する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサでは、ガス取入管のガス取入口をガス取入管の後端側に配置し、ガス取入管のガス排出口はガス取入管の先端側に配置しているので、被測定ガス及びイオンは、ガス取入管の後端側（ガス取入口）から先端側（ガス排出口）に向かって流れることになる。

これに対し、上述の微粒子センサでは、ガス取入口の全体が、放電部の後端よりも後端側に位置している。これにより、気中放電によって放電部の周囲に生じたイオンが、ガス取入口を通じてガス取入管の外部に排出され難くなるので、イオンが微粒子に付着し易くなる。

さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記ガス取入管は、当該ガス取入管の外部と内部との間を前記被測定ガス及び前記イオンが通過可能な開口として、前記ガス取入口と前記ガス排出口のみを有し、前記ガス排出口は、前記ガス取入管の先端部に配置されている微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサでは、ガス取入管の外部と内部との間を被測定ガス及びイオンが通過可能な開口として、前記ガス取入口と前記ガス排出口のみを有する。さらに、ガス排出口は、ガス取入管の先端部に配置されている。従って、上述の微粒子センサのガス取入管では、ガス取入口の全体が放電部の先端よりも後端側に位置し、ガス排出口がガス取入管の先端部に位置しており、ガス取入管には、放電部の先端からガス取入管の先端部に位置するガス排出口に至るまでの間に、被測定ガス及びイオンが外部に排出されうる開口は存在しない。

このため、ガス取入管の先端側に流れてゆく被測定ガス及びイオンが、ガス取入管の先端部に位置するガス排出口に至るまでの間に、ガス取入管の外部に排出されるのを防止できる。これにより、ガス取入管の内部において、被測定ガスに含まれる微粒子とイオンとが接触する機会を増大させることができ、より多くのイオンを微粒子に付着させることが可能となる。

さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記ガス取入管の径方向周囲を間隙を介して取り囲む筒状の壁部を備え、前記ガス取入口の外方は、前記壁部に覆われている微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサは、ガス取入管の径方向周囲を間隙を介して取り囲む筒状の壁部を備える。そして、ガス取入口の外方（ガス取入管の径方向外側）は、この壁部に覆われている。すなわち、ガス取入管を外部から径方向に見たとき、ガス取入口は前記壁部の内側に隠れて視認できない位置に配置されている。このため、ガス取入管の外部からガス取入口に向かって水（水滴）が飛散してきた場合に、当該水（水滴）がガス取入口に進入するのを前記壁部によって妨げる（防ぐ）ことが可能となる。これにより、当該水（水滴）が、ガス取入口を通じてガス取入管の内部に入り難くなる。

さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記ガス取入管のうち前記放電部の周囲を囲む筒状の放電周囲部と、前記放電部との間には、ガス取入管の内部空間のみが存在する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサでは、ガス取入管のうち放電部の周囲を囲む筒状の放電周囲部と、放電部との間には、ガス取入管の内部空間のみが存在する。すなわち、ガス取入管の径方向について、放電周囲部と放電部との間に他部材が存在しない。このため、放電部の周囲全体（３６０°）にわたって、イオンを発生させることが可能となる。これにより、放電部の周囲を旋回する被測定ガスに含まれる微粒子に対し、イオンが付着し易くなる。

さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記微粒子センサは、前記被測定ガスが流通する接地電位とされた金属製の通気管に装着され、前記ガス取入管は、前記接地電位とは異なる第１電位とされ、前記放電部は、前記接地電位及び前記第１電位とは異なる放電電位とされて、前記ガス取入管との間に前記気中放電を発生させ、前記微粒子センサは、前記微粒子に付着した前記イオンの量に応じて前記第１電位と前記接地電位との間に流れる前記信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサは、被測定ガスが流通する接地電位とされた金属製の通気管に装着されて使用される。放電電位とされる放電部は、第１電位とされるガス取入管との間で、気中放電（例えば、コロナ放電）を発生させる。この微粒子センサでは、微粒子に付着したイオンがガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出されることから、微粒子に付着したイオンの量に応じて第１電位と接地電位との間に流れる前記信号電流を用いて、被測定ガス中の微粒子の量を検知する。このような微粒子センサにおいても、前述のように、多くのイオンを微粒子に付着させることができるので、微粒子センサの感度を向上させることができる。

実施例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。 実施例にかかる微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサの他の縦断面図である。 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。 実施例にかかる微粒子検知システムの説明図である。 微粒子センサのプロテクタ（ガス取入管）の横断面図である。 図９のＣ部拡大図である。 実施例のプロテクタの内部における被測定ガスの流れを示す図である。 微粒子濃度と信号電流の大きさとの相関図である。 比較例のプロテクタの内部における被測定ガスの流れを示す図である。

（実施例）
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施例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、実施例にかかる微粒子センサ１０の縦断面図である。図３は、実施例にかかる微粒子センサ１０の他の縦断面図であり、図２とは軸線ＡＸの回りに９０°ずれた位置で切断した断面図である。図４は、微粒子センサ１０の分解斜視図である。図５は、微粒子検知システム１の概略図である。但し、図５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の軸線方向ＧＨ（軸線ＡＸが延びる方向、図２において上下方向）のうち、プロテクタ４５（ガス取入管）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（通気管）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、金属製の排気管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１６５，１６７，１６８を介して微粒子センサ１０に接続されている（図１、図５参照）。電線１６５，１６７，１６８のうち、電線１６５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を含んでいる（図４，図５参照）。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を含んでいる（図４，図５参照）。

制御装置２００は、図５に示すように、イオン源電源回路２１０と計測制御回路２２０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。

また、計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０及びヒータ通電回路２２６を含んでいる。このうち、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（第１電位）は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ（接地電位）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を基準とした第１ヒータ電位ＰＶｈｔとされる。

また、イオン源電源回路２１０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、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、本実施例では、内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、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は、電線１６５の同軸二重の外部導体１６５Ｇのうち、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる内側の外部導体１６５Ｇ１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、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、本実施例では、外側回路ケース２６０は、その内部に、イオン源電源回路２１０、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の同軸二重の外部導体１６５Ｇのうち、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる外側の外部導体１６５Ｇ２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、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〜図４を参照して説明する。
微粒子センサ１０は、図２及び図３に示すように、軸線方向ＧＨ（軸線ＡＸが延びる方向、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、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。このセンサ素子１００は、軸線方向ＧＨに延びる板状をなしている。微粒子センサ１０は、このほか、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の位置に、後述するプロテクタ４５（ガス取入管）の外周を取り囲む筒状壁部９３を有している。この筒状壁部９３のうち後端側ＧＫの外周には、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに固定するための雄ネジ９３ｂが形成されている。従って、微粒子センサ１０は、取り付け金具９０の雄ネジ９３ｂ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の後端部９０ｋに、外筒９５の先端部９５ｓが外嵌され、取り付け金具９０の後端部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。

取り付け金具９０の径方向内側には、電気絶縁材からなる絶縁スペーサ６０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、軸線方向ＧＨに延びる円筒状をなしている。そして、主体金具５０のフランジ部５１に内筒８０の先端が当接するようにして、主体金具５０の後端部５０ｋに内筒８０の先端部８０ｓが外嵌され、主体金具５０の後端部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、主体金具５０のフランジ部５１は、先端側ＧＳに位置する絶縁スペーサ６０と後端側ＧＫに位置するスリーブ６２とに挟まれた状態で、取り付け金具９０内に配置されている。なお、主体金具５０のフランジ部５１と絶縁スペーサ６０との間には、カーボングラファイトからなる円環状のパッキン６５を介在させて、主体金具５０のフランジ部５１と絶縁スペーサ６０との間の気密性を確保している。また、絶縁スペーサ６０と取り付け金具９０との間にも、カーボングラファイトからなる円環状のパッキン６６を介在させて、絶縁スペーサ６０と取り付け金具９０との間の気密性を確保している。取り付け金具９０の最後端部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の最後端部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の最後端部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の最後端部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１００Ｓを径方向外側から包囲する態様で、ステンレス製で筒状をなすプロテクタ４５（ガス取入管）が固設されている。このプロテクタ４５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の先端部１００Ｓの周囲に導く。なお、プロテクタ４５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にプロテクタ４５の後端部４５ｋを外嵌し、主体金具５０の先端部５０ｓとプロテクタ４５の後端部４５ｋとをレーザ溶接することで、固設されている。

プロテクタ４５の後端側ＧＫには、複数のガス取入口４５Ｉが、周方向に等間隔で並ぶ態様で形成されている（図２及び図４参照）。このガス取入口４５Ｉを通じて、微粒子Ｓを含む排気ガスＥＧ（被測定ガス）が、プロテクタ４５の内部に取り入れられる。さらに、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）を排出するためのガス排出口４５Ｏが形成されている。このガス排出口４５Ｏは、その軸線が微粒子センサ１０の軸線ＡＸと一致する円形状の開口であり、プロテクタ４５の先端部分に１つだけ設けられている。なお、プロテクタ４５のうちガス取入口４５Ｉが形成されている後端側筒状部４５ｔは、その径方向周囲を、環状の間隙を介して、取り付け金具９０の筒状壁部９３によって囲まれている。これにより、ガス取入口４５Ｉの外方は、筒状壁部９３によって覆われている。

ここで、図８を参照して、微粒子センサ１０の使用時における、プロテクタ４５の内部への排気ガスＥＧの取り入れ、及び、プロテクタ４５の外部への排気ガスＥＧの排出について説明する。なお、図８において、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を左から右に向けて流通している。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のプロテクタ４５の周囲を通ると、その流速が、プロテクタ４５のガス排出口４５Ｏの外側で上昇し、ベンチュリ効果により、ガス排出口４５Ｏ付近に負圧が生じる。

すると、この負圧により、プロテクタ４５内に取り入れられた取入排気ガスＥＧＩが、ガス排出口４５Ｏから排出される。これと共に、プロテクタ４５の先端側筒状部４５ｍの周囲の排気ガスＥＧが、取り付け金具９０の筒状壁部９３とプロテクタ４５の後端側筒状部４５ｔとの間の空間内に取り入れられ、さらに、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉを通じて、プロテクタ４５の内部に取り入れられる。そして、プロテクタ４５の内部の取入排気ガスＥＧＩは、ガス排出口４５Ｏからプロテクタ４５の外部に排出されるので、プロテクタ４５の内部には、後端側ＧＫのガス取入口４５Ｉから先端側ＧＳのガス排出口４５Ｏに向けて流れる、取入排気ガスＥＧＩの気流が生じる。

このようにして、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧの一部が、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられると共に、プロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧ（取入排気ガスＥＧＩ）がガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部へ排出される。

また、本実施例の微粒子センサ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リング状の絶縁ホルダ１７３が配置されている。この絶縁ホルダ１７３には、絶縁ホルダ１７３を軸線方向ＧＨに貫通する挿通孔１７３ｃが形成されており、この挿通孔１７３ｃにセンサ素子１００が挿通されている。さらに、絶縁ホルダ１７３の後端側ＧＫには、第３絶縁部材１７２が、絶縁ホルダ１７３に隣接して配置されている。この第３絶縁部材１７２は、電気絶縁材からなり、軸線方向ＧＨに延びる筒状をなしている。

さらに、第３絶縁部材１７２の内部には、第１絶縁部材７１が配置されている。この第１絶縁部材７１は、電気絶縁材からなり、軸線方向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、軸線方向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との間には、軸線方向ＧＨに延びる円筒形状のスペーサ７８が介在している。

第１絶縁部材７１は、自身を軸線方向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。また、第２絶縁部材７２は、自身を軸線方向ＧＨに貫通する第１挿通孔７２ｃ及び第２挿通孔７２ｄを有する（図４参照）。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６参照）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、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、第１ヒータ端子部材７６及び第２ヒータ端子部材７７を、センサＧＮＤ接続金具８２（内筒８０の後端部８０ｋに接続された筒状部材）と電気的に絶縁している。

また、第２絶縁部材７２の第１挿通孔７２ｃ内には、放電電位リード線１６１が挿通されている。そして、放電電位リード線１６１の一端部１６１ｔが、放電電位端子部材７３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。

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の後端部８０ｋには、筒状をなすセンサ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。このセンサＧＮＤ接続金具８２は、第１絶縁部材７１及び第２絶縁部材７２の周囲（より具体的には、第１絶縁部材７１及び第２絶縁部材７２を内部に収容して保持する第３絶縁部材１７２の周囲）を包囲している。このセンサＧＮＤ接続金具８２の後端部８２ｋは、径方向内側に加締められ、径方向内側に位置する第２絶縁部材７２を支持している。

また、電線１６５の外部導体１６５Ｇのうち内側の外部導体１６５Ｇ１は、第１接続部材９９を通じて、センサＧＮＤ接続金具８２に導通している。第１接続部材９９は、図４に示すように、外部導体１６５Ｇ１を挿入して把持する把持部９９ｂと、把持部９９ｂから先端側ＧＳに延びる延在部９９ｃとを有する。把持部９９ｂは、周方向一部が途切れた略筒状をなす筒状部９９ｄと、筒状部９９ｄの周方向一部が途切れている箇所から互いに離間しつつ平行に延びる一対の板状部９９ｆとを有している。一対の板状部９９ｆには、リベット９８の軸部９８ｂが挿通する孔が形成されている。従って、外部導体１６５Ｇ１を把持部９９ｂの筒状部９９ｄ内に挿入した状態で、一対の板状部９９ｆの孔に挿通させたリベット９８の軸部９８ｂを加締めて、一対の板状部９９ｆを締め付ける（接近させる）ことで、筒状部９９ｄを縮径させつつ外部導体１６５Ｇ１に密接させることができる。このようにして、把持部９９ｂによって外部導体１６５Ｇ１を把持することができる。

上述のようにして、把持部９９ｂによって外部導体１６５Ｇ１を把持した状態で、第１接続部材９９の延在部９９ｃの先端部９９ｓをセンサＧＮＤ接続金具８２の後端部８２ｋに接続することで、外部導体１６５Ｇ１をセンサＧＮＤ接続金具８２に導通させている。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、プロテクタ４５は、いずれもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる。

さらに、外筒９５のうち、後端側ＧＫの小径部９６の内側には、金属製の筒体８５が嵌め込まれて溶接されている。さらに、筒体８５の内側には、フッ素ゴム製のグロメット８４が配設されており、このグロメット８４の貫通孔に、電線１６５，１６７，１６８が挿通されている。なお、外筒９５の小径部９６と筒体８５との間には、Ｏリング８６を介在させている。

また、電線１６５の外部導体１６５Ｇのうち、外側の外部導体１６５Ｇ２は、把持部材８９及び第３接続部材８７を通じて、外筒９５に導通している。把持部材８９は、図４に示すように、周方向一部が途切れた略筒状をなす筒状部８９ｄと、筒状部８９ｄの周方向一部が途切れている箇所から互いに離間しつつ平行に延びる一対の板状部８９ｆとを有している。一対の板状部８９ｆには、リベット８８の軸部８８ｂが挿通する孔が形成されている。

また、第３接続部材８７は、図４に示すように、把持部材８９の板状部８９ｆを接触させる平板形状の接触部８７ｂと、接触部８７ｂの両端部から屈曲して延びる平板形状の延在部８７ｃ，８７ｄとを有する。接触部８７ｂには、リベット８８の軸部８８ｂが挿通する孔が形成されている。延在部８７ｃ，８７ｄは、外筒９５の内周面に接続する部位である。

従って、外部導体１６５Ｇ２を把持部材８９の筒状部８９ｄ内に挿入し、把持部材８９の板状部８９ｆを第３接続部材８７の接触部８７ｂに接触させた状態で、一対の板状部８９ｆの孔及び接触部８７ｂの孔に挿通させたリベット８８の軸部８８ｂを加締めて、一対の板状部８９ｆを締め付ける（接近させる）ことで、筒状部８９ｄを縮径させつつ外部導体１６５Ｇ２に密接させることができる。このようにして、把持部材８９によって外部導体１６５Ｇ２を把持すると共に、この把持部材８９を第３接続部材８７に接続（結合）させることができる。

そして、第３接続部材８７の延在部８７ｃ，８７ｄを外筒９５の内周面に接続することで、外部導体１６５Ｇ２を外筒９５に導通させている。これにより、外筒９５、これに導通する取り付け金具９０、及び、排気管ＥＰ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。なお、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５参照）のＧＮＤ電位と共通にされている。

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６及び図７に示すように、軸線方向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、セラミック層１０２と１０３の層間には、印刷により形成されたアルミナからなる絶縁被覆層１０５が介在している。そして、セラミック層１０２と絶縁被覆層１０５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とセラミック層１０４の間には、印刷により形成されたアルミナからなる絶縁被覆層１０６が介在している。そして、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。

放電電極体１１０は、軸線方向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。なお、リード部１１１は、セラミック層１０２の他方の表面１０２Ｓ２上に、パターン印刷により形成されている。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、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との層間に）埋設されている。また、リード部１１１は、その後端側ＧＫの端部１１１ｂから、セラミック層１０２を貫通するスルーホール１０２ｈ内に形成されたスルーホール導体を通じて、セラミック層１０２の一方の表面１０２Ｓ１上に形成された放電電位パッド１１３に導通している。

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１０１Ｓから先端側ＧＳに突出する態様でセラミック基体１０１の外部に露出する放電部１１２Ｂとなっている（図６参照）。この放電部１１２Ｂのうち先端側ＧＳの部位は、先細の針状先端部１１２Ｓとなっている。

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（第１ヒータリード部１３２と第２ヒータリード部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。

また、第１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１０４ｈ１内に形成されたスルーホール導体を通じて、セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上に形成された第１ヒータパッド１３６に導通している。さらに、第２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内に形成されたスルーホール導体を通じて、セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上に形成された第２ヒータパッド１３７に導通している。

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５参照）。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の内側の外部導体１６５Ｇ１は、制御装置２００のうち、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続され、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされている。さらに、外部導体１６５Ｇ１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プロテクタ４５も、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ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の放電部１１２Ｂと、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（基準電位）とされたプロテクタ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、放電部１１２Ｂの周囲でイオンＣＰ（陽イオン）が生成される（図８参照）。

前述したように、プロテクタ４５に内部には、ガス取入口４５Ｉを通じて排気ガスＥＧが取り入れられる。このため、放電部１１２Ｂの周囲で生成されたイオンＣＰは、図８に示すように、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓに付着して、微粒子Ｓが正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなる。そして、前述したように、プロテクタ４５の内部では、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ため、帯電微粒子ＳＣは、取入排気ガスＥＧＩと共に、ガス排出口４５Ｏに向けて流れてゆき、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に排出される。

一方、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８参照）は、プロテクタ４５（捕集極）の各部に付着する。これにより、浮遊イオンＣＰＦはプロテクタ４５に捕集され、浮遊イオンＣＰＦが、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に排出されるのを防止することができる。

本システム１では、ガス排出口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（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、本実施例では、センサ素子１００の周囲に配置されたプロテクタ４５をセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとし、このプロテクタ４５と放電電極体１１０の放電部１１２Ｂとの間でコロナ放電を生じさせる。さらに、このプロテクタ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、本実施例では、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に付着した異物を除去することができる。

なお、本実施例では、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５参照）。

ところで、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５（ガス取入管）のガス取入口４５Ｉの全体を、放電電極体１１０の放電部１１２Ｂの先端１１２ＢＳよりも後端側ＧＫに配置している（図８参照）。なお、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉは、プロテクタ４５の後端側ＧＫに配置され、プロテクタ４５のガス排出口４５Ｏは、プロテクタ４５の先端側ＧＳに配置されている。従って、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れた排気ガスＥＧ（被測定ガス）は、先端側ＧＳに向かって流れてゆくことになるが、プロテクタ４５の内部空間Ｋのうち放電電極体１１０の放電部１１２Ｂの周囲に位置する放電部周囲空間ＳＫを経由することになる（図８参照）。このため、コロナ放電（気中放電）によって放電部１１２Ｂの周囲に生じたイオンＣＰが、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓに付着し易くなる。

また、コロナ放電によって放電部１１２Ｂの周囲に生じたイオンＣＰも、排気ガスＥＧの流れに伴って先端側ＧＳに向かって流れてゆく傾向になるので、放電部１１２Ｂの後端側ＧＫに位置するガス取入口４５Ｉを通じてガス取入管の外部に排出され難くなり、より一層、イオンＣＰが微粒子Ｓに付着し易くなる。

しかも、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉの全体を、放電部１１２Ｂの後端１１２ＢＫよりも後端側ＧＫに配置している（図８参照）。これにより、コロナ放電によって放電部１１２Ｂの周囲に生じたイオンＣＰが、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の外部に排出され難くなるので、イオンＣＰが微粒子Ｓに付着し易くなる。

さらに、本実施例の微粒子センサ１０では、図９及び図１０に示すように、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉに、ガイド体４５Ｇを設けている。なお、図９は、図２のＢ−Ｂの位置でプロテクタ４５を切断した断面図である。また、図１０は、図９のＣ部拡大図である。ガイド体４５Ｇは、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧ（被測定ガス）が放電部１１２Ｂの周囲を旋回するように流れる旋回流ＳＦ（図１１参照）が発生するように、排気ガスＥＧをプロテクタ４５の内部に導く形態をなしている。

具体的には、プロテクタ４５のうち円筒形状をなす側壁部の一部について、周方向に平行に延びる２つの切れ目とこの２つの切れ目を連結する軸線方向ＧＨに延びる切れ目とからなるコの字形状の切れ目を入れて、切れ目に囲まれた部位（ガイド体４５Ｇとなる部位）をプロテクタ４５の径方向内側に折り曲げることで、ガイド体４５Ｇを形成すると共に、ガス取入口４５Ｉを形成している（図９及び図１０参照）。このガイド体４５Ｇは、プロテクタ４５の側壁部から、軸線方向ＧＨに直交する方向に延びる形態をなす。なお、本実施例では、ガス取入口４５Ｉ（ガイド体４５Ｇ）を、プロテクタ４５の周方向について、等間隔で８箇所に設けている。

従って、ガイド体４５Ｇは、排気ガスＥＧをプロテクタ４５の内部に導いて、プロテクタ４５内に取り入れられた排気ガスＥＧが放電部１１２Ｂの周囲を旋回する旋回流ＳＦを発生させる（図１１参照）。このように、放電部１１２Ｂの周囲を旋回する排気ガスＥＧの旋回流ＳＦを発生させることで、放電部１１２Ｂの周囲に生じたイオンＣＰが排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓに接触（付着）する機会を増大させることができるので、多くのイオンＣＰを微粒子Ｓに付着させることができる。これにより、微粒子Ｓに付着したイオンＣＰの量（排出イオンＣＰＨの電荷量）に応じて流れる信号電流Ｉｓを大きくすることができ、微粒子センサ１０の感度を向上させることができる。

さらに、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５のうち放電部１１２Ｂの周囲を囲む筒状の放電周囲部４５Ｈと、放電電極体１１０の放電部１１２Ｂとの間には、プロテクタ４５の内部空間Ｋ（放電部周囲空間ＳＫ）のみが存在する（図２、図８参照）。すなわち、放電電極体１１０の放電部１１２Ｂとプロテクタ４５の放電周囲部４５Ｈとの間には、他部材が存在していない。このため、放電部１１２Ｂの周囲全体（３６０°）にわたって、イオンＣＰを発生させることが可能となる。これにより、放電部１１２Ｂの周囲を旋回する排気ガスＥＧ（被測定ガス）に含まれる微粒子Ｓに対し、イオンＣＰが付着し易くなる。

さらに、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５（ガス取入管）の外部と内部との間を排気ガスＥＧ（被測定ガス）及びイオンＣＰが通過可能な開口として、前述のガス取入口４５Ｉとガス排出口４５Ｏのみを有する（図１、図２、図８参照）。さらに、ガス排出口４５Ｏは、プロテクタ４５の先端部に配置されている。従って、本実施例の微粒子センサ１０のプロテクタ４５では、ガス取入口４５Ｉの全体が放電部１１２Ｂの先端１１２ＢＳよりも後端側ＧＫに位置し、ガス排出口４５Ｏがプロテクタ４５の先端部に位置しており、プロテクタ４５には、放電部１１２Ｂの先端１１２ＢＳからプロテクタ４５の先端部に位置するガス排出口４５Ｏに至るまでの間に、排気ガスＥＧ及びイオンＣＰが外部に排出されうる開口は存在しない（図８参照）。

このため、プロテクタ４５の先端側ＧＳに流れてゆく排気ガスＥＧ及びイオンＣＰが、プロテクタ４５の先端部に位置するガス排出口４５Ｏに至るまでの間に、プロテクタ４５の外部に排出されるのを防止できる。これにより、プロテクタ４５の内部（内部空間Ｋ）において、排気ガスＥＧに含まれる微粒子ＳとイオンＣＰとが接触する機会を増大させることができ、より多くのイオンＣＰを微粒子Ｓに付着させることが可能となる。

以上説明したように、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５の内部（内部空間Ｋ）においてより多くのイオンＣＰを微粒子Ｓに付着させることができるので、微粒子センサ１０の感度を向上させることができる。

また、本実施例の微粒子センサ１０は、前述のように、プロテクタ４５（詳細には、プロテクタ４５のうちガス取入口４５Ｉが形成されている後端側筒状部４５ｔ）の径方向周囲を環状の間隙を介して取り囲む筒状壁部９３を備える。そして、ガス取入口４５Ｉの外方（プロテクタ４５の径方向外側）は、この筒状壁部９３に覆われている（図８参照）。すなわち、プロテクタ４５を外部から径方向（軸線方向ＧＨに直交する方向）に見たとき、ガス取入口４５Ｉは筒状壁部９３の内側に隠れて視認できない位置に配置されている。このため、プロテクタ４５の外部からガス取入口４５Ｉに向かって水（水滴）が飛散してきた場合に、当該水（水滴）がガス取入口４５Ｉに進入するのを筒状壁部９３によって妨げることが可能となる。これにより、当該水（水滴）が、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に入り難くなる。

（センサ感度の比較試験）
次に、実施例の微粒子センサ１０と比較例の微粒子センサ３１０とについて、感度の比較を行った。なお、比較例の微粒子センサ３１０は、実施例の微粒子センサ１０と比較して、プロテクタのガス取入口の形態のみが異なり、その他は同様である。具体的には、比較例の微粒子センサ３１０のプロテクタ３４５は、実施例のプロテクタ４５のガス取入口４５Ｉと同じ位置に、ガス取入口として、プロテクタ３４５の側壁部を貫通する円形状の貫通孔のみを有しており、ガイド体は有していない。

具体的には、まず、微粒子センサ１０を試験用の排気管（通気管）に装着し、排気管内に微粒子（具体的には、スス）を含む排気ガス（被測定ガス）を流して、信号電流検知回路２３０において検出される信号電流Ｉｓの大きさを把握する。なお、本試験では、排気管内に流す排気ガスの微粒子（スス）濃度（ｍｇ／ｍ^３）を様々に異ならせて、各々の微粒子濃度に対する信号電流Ｉｓの大きさ（ｐＡ）を測定した。比較例の微粒子センサ３１０についても、同様にして測定を行った。なお、本試験では、排気管内を流れる排気ガスの微粒子濃度（ｍｇ／ｍ^３）を、ＡＶＬ社製のマイクロスートセンサによって測定している。

これらの試験結果を図１２に示す。図１２は、排気ガスの微粒子濃度（ｍｇ／ｍ^３）と信号電流Ｉｓの大きさ（ｐＡ）との相関図である。図１２では、実施例のデータ（測定値）を四角形でプロットしており、比較例のデータを菱形でプロットしている。また、図１２では、実施例のデータについて最小二乗法により求めた回帰直線Ｌ１（相関線）を実線で示し、比較例のデータについて最小二乗法により求めた回帰直線Ｌ２（相関線）を破線で示している。

図１２からわかるように、同等の微粒子濃度を有する排気ガスが排気管内を流れた場合、実施例の微粒子センサ１０では、比較例の微粒子センサ３１０よりも、信号電流Ｉｓが大きくなる。すなわち、実施例の微粒子センサ１０は、比較例の微粒子センサ３１０よりも感度が良い。より具体的には、実施例の回帰直線Ｌ１（相関線）の傾きは、比較例の回帰直線Ｌ２（相関線）の傾きの約１．５倍の大きさとなった。従って、実施例の微粒子センサ１０は、比較例の微粒子センサ３１０に比べて、約１．５倍の感度を有するといえる。このような感度の差は、プロテクタのガス取入口の形態の違いにより生じたといえる。

具体的には、比較例の微粒子センサ３１０では、プロテクタ３４５（ガス取入管）のガス取入口について、ガイド体を設けることなく、プロテクタ３４５の側壁部を貫通する円形状の貫通孔とした。このため、図１３に示すように、ガス取入口を通じてプロテクタ３４５の内部に取り入れられた排気ガスは、放電部１１２Ｂの周囲においては、主に、後端側ＧＫから先端側ＧＳに向かって直線的に流れてゆく。

ここで、図１３は、プロテクタ３４５の内部空間のうち放電部１１２Ｂの周囲における排気ガスの流れをシミュレーションした図であり、放電部１１２Ｂの先端側の位置でプロテクタ３４５を軸線方向ＧＨに直交する方向に切断した断面の位置における排気ガスの流れを示している。図１３では、排気ガスの流れ方向を矢印で示しており、後端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう直線的な排気ガスの流れはドット（黒点）で示している。

比較例の微粒子センサ３１０では、図１３に示すように、ガス取入口を通じてプロテクタ３４５の内部に取り入れられた排気ガスは、放電部１１２Ｂの周囲において、主に、後端側ＧＫから先端側ＧＳに向かって直線的に流れてゆくため、イオンが生じる放電部１１２Ｂの周囲を、速やかに通過してゆくことになる。このため、放電部１１２Ｂの周囲に生じたイオンと排気ガス中に含まれる微粒子とを十分に接触させることができず、排気ガスに含まれている微粒子に対し、十分にイオンを付着させることができなかったと考えられる。

これに対し、実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉに、ガイド体４５Ｇを設けている（図９及び図１０参照）。このガイド体４５Ｇは、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧ（被測定ガス）が放電部１１２Ｂの周囲を旋回するように流れる旋回流ＳＦ（図１１参照）が発生するように、排気ガスＥＧをプロテクタ４５の内部に導く。このため、図１１に示すように、プロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスの流れは、放電部１１２Ｂの周囲において、放電部１１２Ｂの周囲を旋回する旋回流ＳＦとなる。

ここで、図１１は、プロテクタ４５の内部空間のうち放電部１１２Ｂの周囲における排気ガスの流れをシミュレーションした図であり、放電部１１２Ｂの先端側の位置でプロテクタ４５を軸線方向ＧＨに直交する方向に切断した断面の位置における排気ガスの流れを示している。図１１では、排気ガスの流れ方向を矢印で示している。

実施例の微粒子センサ１０では、図１１に示すように、プロテクタ４５の内部において、放電部１１２Ｂの周囲を旋回する排気ガスの旋回流ＳＦを発生させることで、放電部１１２Ｂの周囲に生じたイオンが排気ガス中に含まれる微粒子に接触（付着）する機会を増大させることができる。このため、多くのイオンを微粒子に付着させることができる。これにより、比較例の微粒子センサ３１０に比べて、微粒子に付着したイオンの量に応じて流れる信号電流Ｉｓを大きくすることができ、微粒子センサ１０の感度を向上させることができたと考えられる。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例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、実施例では、センサ素子として、放電電極体１１０及びヒータ１３０を有するセンサ素子１００を用いた。しかしながら、センサ素子として、放電電極体１１０及びヒータ１３０に加えて、先端側に補助電極部を備える補助電極体を有するセンサ素子を用いるようにしても良い（特開２０１５-１２９７１２号公報を参照）。補助電極体の補助電極部に対し、所定の電位（例えば、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とされた補助電位を印加することにより、前述のコロナ放電によって生成したイオンＣＰ（陽イオン）のうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦ（図８参照）に、補助電極部１２２からその径方向外側のプロテクタ４５（捕集極）に向かう斥力を与えることができる。これにより、浮遊イオンＣＰＦを、効率良く、捕集極（プロテクタ４５）の各部に付着させて捕集を補助することができる。

また、実施例では、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、実施例では、取り付け金具９０の先端側ＧＳに位置する筒状壁部９３を、排気管ＥＰ内に挿入するようにして、筒状壁部９３によってガス取入管（プロテクタ４５）の後端側筒状部４５ｔの外周を取り囲む形態とした。しかしながら、筒状壁部９３によってプロテクタ４５の後端側筒状部４５ｔの外周を取り囲む形態とすることなく（筒状壁部９３を排気管ＥＰ内に挿入することなく）、ガス取入管（プロテクタ４５）の外周を包囲する筒状部材（筒状壁部）を、ガス取入管（プロテクタ４５）と共に主体金具５０の先端部５０ｓに固設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
４５ プロテクタ（ガス取入管）
４５Ｈ 放電周囲部
４５Ｉ ガス取入口
４５Ｏ ガス排出口
４５Ｇ ガイド体
５０ 主体金具
８０ 内筒
９０ 取り付け金具
９３ 筒状壁部
９５ 外筒
１００ センサ素子
１０１ セラミック基体
１１０ 放電電極体
１１２ 針状電極部
１１２Ｂ 放電部
１１２ＢＳ 放電部の先端
１１２ＢＫ 放電部の後端
１３０ ヒータ
２００ 制御装置
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（接地電位）
ＳＧＮＤ センサＧＮＤ電位（第１電位）
ＰＶ２ 放電電位
Ｓ 微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＧＳ 先端側（軸線方向先端側）
ＧＫ 後端側（軸線方向後端側）
ＧＨ 軸線方向
Ｉｓ 信号電流
Ｋ ガス取入管の内部空間
ＳＦ 旋回流

Claims (6)

1. 後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、
   気中放電を発生させる放電部を有し、前記放電部が前記ガス取入管の内部に配置された放電電極体と、を備え、
   前記ガス取入管は、当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有し、
   前記気中放電によって前記放電部の周囲に生じたイオンを、前記ガス取入口を通じて前記ガス取入管の内部に取り入れた前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させ、前記微粒子に付着した前記イオン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を検知する
   微粒子センサにおいて、
   前記ガス取入口は、
   その全体が、前記放電部の先端よりも後端側に位置し、
   前記被測定ガスを前記ガス取入管の内部に導いて、前記ガス取入管内に取り入れた前記被測定ガスが前記放電部の周囲を旋回する旋回流を発生させるガイド体を備える
   微粒子センサ。
2. 請求項１に記載の微粒子センサであって、
   前記ガス取入口は、その全体が、前記放電部の後端よりも後端側に位置する
   微粒子センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の微粒子センサであって、
   前記ガス取入管は、
   当該ガス取入管の外部と内部との間を前記被測定ガス及び前記イオンが通過可能な開口として、前記ガス取入口と前記ガス排出口のみを有し、
   前記ガス排出口は、前記ガス取入管の先端部に配置されている
   微粒子センサ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記ガス取入管の径方向周囲を間隙を介して取り囲む筒状の壁部を備え、
   前記ガス取入口の外方は、前記壁部に覆われている
   微粒子センサ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記ガス取入管のうち前記放電部の周囲を囲む筒状の放電周囲部と、前記放電部との間には、ガス取入管の内部空間のみが存在する
   微粒子センサ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記微粒子センサは、前記被測定ガスが流通する接地電位とされた金属製の通気管に装着され、
   前記ガス取入管は、前記接地電位とは異なる第１電位とされ、
   前記放電部は、前記接地電位及び前記第１電位とは異なる放電電位とされて、前記ガス取入管との間に前記気中放電を発生させ、
   前記微粒子センサは、前記微粒子に付着した前記イオンの量に応じて前記第１電位と前記接地電位との間に流れる前記信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する
   微粒子センサ。

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