特許 6383247 微粒子測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6383247

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】微粒子測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/06 20060101AFI20180820BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/06 D

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-217842(P2014-217842)

(22)【出願日】2014年10月24日

(65)【公開番号】特開2015-108619(P2015-108619A)

(43)【公開日】2015年6月11日

【審査請求日】2017年2月22日

(31)【優先権主張番号】特願2013-222171(P2013-222171)

(32)【優先日】2013年10月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142686

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 浩貴

(72)【発明者】

【氏名】杉山 武史

(72)【発明者】

【氏名】本村 雅幸

(72)【発明者】

【氏名】松岡 俊也

(72)【発明者】

【氏名】田島 佳祐

【審査官】 磯田 真美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２０４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１１１６７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１２５１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１９４０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１１４５１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１０４６２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１３０５８４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １５／００ − １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
車両の内燃機関の排ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、を有する微粒子センサを備え、
前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて前記ガス中の前記微粒子の量を測定する微粒子測定システムであって、
前記微粒子測定システムは、
前記車両の速度と、内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、の３つの運転条件パラメータのうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の運転条件パラメータが、予め設定された適正範囲に収まる場合には、前記微粒子の量の測定を有効に実行し、
前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まらない場合には、前記微粒子の量の測定は実行した状態で前記微粒子の量の測定結果を無効とする、
ことを特徴とする微粒子測定システム。

【請求項2】

請求項１に記載の微粒子測定システムであって、
前記微粒子測定システムは、
前記微粒子センサを駆動制御して前記微粒子の量を決定するセンサ駆動部と、
前記車両の制御を行う車両制御部と、
を含み、
前記センサ駆動部は、
（ｉ）前記車両制御部から前記１つ又は複数の運転条件パラメータのパラメータ値を取得し、
（ｉｉ）前記取得したパラメータ値から、前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まるか否かを判定し、
（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まる場合には、前記微粒子の量の測定を実行するとともに、測定された微粒子量を前記車両制御部に通知し、
（ｉｖ）前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まらない場合には、前記微粒子の量の測定は実行した状態で前記微粒子の量の測定結果を無効とする、
ことを特徴とする微粒子測定システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の微粒子測定システムであって、
前記適正範囲と比較される前記運転条件パラメータは、前記車両の速度と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、をすべて含む、
ことを特徴とする微粒子測定システム。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粒子測定システムであって、
前記適正範囲と比較される前記運転条件パラメータは、
前記車両の速度と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、のうちの少なくとも１つと、
前記内燃機関の排ガス温度と、前記内燃機関の排気圧と、前記内燃機関の吸気圧と、ＥＧＲ開閉度と、前記内燃機関への吸入空気量と、燃料噴射量と、点火時期と、のうちの少なくとも１つと、を含む、
ことを特徴とする微粒子測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス中に含まれる煤などの微粒子量を測定する微粒子測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する微粒子測定システムが知られている（特許文献１，２）。この微粒子測定システムは、コロナ放電によってイオンを生成し、生成したイオンによって排ガス中の微粒子を帯電させるとともに、微粒子の帯電に使用されなかったイオンを捕捉して、捕捉したイオン量に基づいて（逆に言えば、微粒子に帯電され、補足されなかったイオン量に基づいて）排ガス中の微粒子の量を測定する。捕捉したイオン量は、帯電に使用されたイオン量と相関しており、帯電に使用されたイオン量は、排ガス中の微粒子の量に相関しているため、この微粒子測定システムは、捕捉したイオン量から排ガス流の微粒子の量を測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２２０４２３号公報

【特許文献2】特表２０１２−１９４０７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、本願の発明者等は、上述のイオン量に相当する電流の電流値を表す測定結果と微粒子量との関係が、内燃機関や車両の特定の運転条件に応じて変動するため、測定精度が低下してしまうという新たな課題を見出した。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明は以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本発明の一形態は、コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と；車両の内燃機関の排ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と；前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、を有する微粒子センサを備え；前記イオン発生部から発生されたイオン量の量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて前記ガス中の前記微粒子の量を測定する微粒子測定システムである。前記微粒子測定システムは；前記車両の速度と、内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、の３つの運転条件パラメータのうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の運転条件パラメータが、予め設定された適正範囲に収まる場合には、前記微粒子の量の測定を有効に実行し；前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まらない場合には、前記微粒子の量の測定は実行した状態で前記微粒子の量の測定結果を無効とする、ことを特徴とする。
この微粒子測定システムによれば、車両の速度と、内燃機関の回転数と、内燃機関のトルクと、の３つの運転条件パラメータのうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の運転条件パラメータが、予め設定された適正範囲に収まるか否かに応じて、微粒子測定を有効に実行するか否かを切り換えるので、微粒子測定の測定結果と微粒子量との関係が車両の運転条件に応じて変動することに起因する測定精度の低下を抑制することができる。

【0007】

（２）上記微粒子測定システムにおいて、前記微粒子測定システムは：前記微粒子センサを駆動制御して前記微粒子の量を決定するセンサ駆動部と；前記車両の制御を行う車両制御部と；を含むものとしてもよい。前記センサ駆動部は：（ｉ）前記車両制御部から前記１つ又は複数の運転条件パラメータのパラメータ値を取得し；（ｉｉ）前記取得したパラメータ値から、前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まるか否かを判定し；（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まる場合には、前記微粒子の量の測定を実行するとともに、測定された微粒子量を前記車両制御部に通知し；（ｉｖ）前記１つ又は複数の運転条件パラメータが前記適正範囲に収まらない場合には、前記微粒子の量の測定は実行した状態で前記微粒子の量の測定結果を無効とするとしてもよい。
この構成によれば、センサ駆動部が、車両制御部から取得した運転条件パラメータのパラメータ値に応じて、微粒子量の測定の実行と車両制御部への通知とを行うか、又は、微粒子量の測定結果を無効とするので、運転条件パラメータが適正範囲内に収まっており精度の高い測定を行える場合にのみ、微粒子量の測定を有効に活用することが可能である。また、センサ駆動部にて運転条件パラメータが適正範囲に収まるか否かを判定し、微粒子量の測定の実行と車両制御部への通知とを行うか、又は、微粒子量の測定結果を無効とするかを切り換えるようにするので、車両制御部の処理負荷を軽減することができる。

【0008】

（３）上記微粒子測定システムにおいて、前記適正範囲と比較される前記運転条件パラメータは、前記車両の速度と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、をすべて含むものとしてもよい。
この構成によれば、車両の速度と、内燃機関の回転数と、内燃機関のトルクと、をすべてがそれぞれの適正範囲内にある場合に微粒子測定が有効に行われるので、測定精度の低下を更に的確に抑制することが可能である。

【0009】

（４）上記微粒子測定システムにおいて、前記適正範囲と比較される前記運転条件パラメータは、
前記車両の速度と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関のトルクと、のうちの少な
くとも１つと、
前記内燃機関の排ガス温度と、前記内燃機関の排気圧と、前記内燃機関の吸気圧と、ＥＧＲ開閉度と、前記内燃機関への吸入空気量と、燃料噴射量と、点火時期と、のうちの少なくとも１つと、を含むものとしてもよい。
この構成によれば、微粒子の量や粒径に影響を与え得る複数の運転条件パラメータに基づいて、微粒子測定を有効に行うか否かを判断するので、測定精度の低下を更に的確に抑制することが可能である。

【0010】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、微粒子センサ、微粒子検出方法、微粒子測定システムを備える内燃機関、この内燃機関を備えた車両などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態における微粒子測定システムの構成を示す説明図である。

【図2】微粒子センサの先端部の構成を示す説明図である。

【図3】電気回路部の構成を示すブロック図である。

【図4】測定信号と微粒子量との関係を示すグラフである。

【図5】図４のグラフを車両速度の範囲で分類したグラフである。

【図6】車両速度と微粒子の粒径分布との関係を示すグラフである。

【図7】微粒子測定の適正条件の成立時及び不成立時における動作の一例を示す説明図である。

【図8】測定信号生成回路の構成を示すブロック図である。

【図9】微粒子測定処理の手順を示すフローチャートである。

【図10】低感度測定範囲と高感度測定範囲との関係を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

Ａ．装置の構成：
図１（ａ）は、微粒子測定システム１０を搭載した車両５００の概略構成を例示した説明図である。図１（ｂ）は、車両５００に取り付けられた微粒子測定システム１０の概略構成を例示した説明図である。微粒子測定システム１０は、微粒子センサ１００と、ケーブル２００と、センサ駆動部３００とを備えており、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関４００は、車両５００の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。車両５００は、微粒子センサ１００の他に、車両５００内の種々の部署に設けられた各種のセンサ４０６を備えている。これらのセンサ４０６からは、種々の運転条件パラメータの測定値が車両制御部４２０に供給される。これらの運転条件パラメータとしては、例えば、車両の速度や、内燃機関４００の回転数、内燃機関４００のトルク、内燃機関４００の排ガス温度、内燃機関４００の排気圧、内燃機関４００の吸気圧、ＥＧＲ開閉度（ＥＧＲ弁（Exhaust Gas Recirculation valve）が設けられている場合）、内燃機関４００への吸入空気量、燃料噴射量、点火時期、等がある。これらの運転条件パラメータは、いずれも排ガス中の微粒子の量や大きさなどに影響を与えると考えられるパラメータである。

【0013】

微粒子センサ１００は、内燃機関４００から延びる排ガス配管４０２に取り付けられ、
ケーブル２００によってセンサ駆動部３００と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ１００は、フィルタ装置４１０（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter））よりも下流側の排ガス配管４０２に取り付けられている。微粒子センサ１００は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部３００に出力する。

【0014】

センサ駆動部３００は、微粒子センサ１００を駆動するとともに、微粒子センサ１００から入力される信号に基づいて排ガス中の微粒子の量を測定する。本実施形態において、「微粒子の量」は、排ガス中の微粒子の質量の合計に比例する値として測定される。但し、「微粒子の量」は、微粒子の表面積の合計に比例する値として測定されてもよく、又は、排ガスの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値として測定されてもよい。センサ駆動部３００は、検出した排ガス中の微粒子量を示す信号を車両制御部４２０に出力する。車両制御部４２０は、センサ駆動部３００から入力される信号に応じて、内燃機関４００の燃焼状態や、燃料配管４０５を介して燃料供給部４３０から内燃機関４００に供給される燃料の供給量などを制御する。車両制御部４２０は、例えば、排ガス中の微粒子量が所定の上限値（閾値）よりも多い場合には、フィルタ装置４１０の劣化や異常を車両５００の運転手に警告するように構成されていてもよい。センサ駆動部３００と車両制御部４２０には、電源部４４０から電力が供給される。

【0015】

図１（ｂ）に示すように、微粒子センサ１００は、円筒形状の先端部１００ｅを備えており、この先端部１００ｅが排ガス配管４０２の内側に挿入された状態で、排ガス配管４０２の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４０２の延伸方向ＤＬに対してほぼ垂直に挿入されている。先端部１００ｅのケーシングＣＳの表面には、排ガスをケーシングＣＳの内部に取り込むための流入孔４５と、取り込んだ排ガスをケーシングＣＳの外部に排出するための排出孔３５と、が設けられている。排ガス配管４０２の内部を流通する排ガスの一部は、流入孔４５を介して先端部１００ｅのケーシングＣＳの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００が生成するイオン（ここでは、陽イオン）によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５を介してケーシングＣＳの外部に排出される。ケーシングＣＳの内部の構成や、微粒子センサ１００の具体的な構成については後述する。

【0016】

微粒子センサ１００の後端部１００ｒには、ケーブル２００が取り付けられている。ケーブル２００は、第１の配線２２１と、第２の配線２２２と、信号線２２３と、空気供給管２２４と、を束ねた構成を備えている。第１の配線２２１、第２の配線２２２、および、信号線２２３は、センサ駆動部３００に電気的に接続されている。空気供給管２２４は、空気供給部８００に接続されている。

【0017】

センサ駆動部３００は、センサ制御部６００と、電気回路部７００と、空気供給部８００とを備えている。センサ制御部６００と電気回路部７００との間、および、センサ制御部６００と空気供給部８００との間は、それぞれ電気的に接続されている。

【0018】

センサ制御部６００は、マイクロコンピュータを含んでおり、電気回路部７００と、空気供給部８００とを制御する。また、センサ制御部６００は、電気回路部７００から入力される信号から排ガス中の微粒子の量を決定し、排ガス中の微粒子量を表す信号を車両制御部４２０に出力する。

【0019】

電気回路部７００は、第１の配線２２１および第２の配線２２２を介して、微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部７００には、信号線２２３を介して、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号が微粒子センサ１００から入力される。電気回路部７００は、信号線２２３から入力される信号を用いて、排ガス中の微粒子量に応じた信号をセンサ制御部６００に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。

【0020】

空気供給部８００は、ポンプ（図示しない）を含んでおり、センサ制御部６００からの指示に基づいて、空気供給管２２４を介して、高圧空気を微粒子センサ１００に供給する。空気供給部８００から供給される高圧空気は、微粒子センサ１００による微粒子量測定の際に用いられる。なお、空気供給部８００によって空気を供給する代わりに、他の種類のガスを微粒子センサ１００に供給してもよい。

【0021】

図２は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略構成を模式的に示す説明図である。この先端部１００ｅは、ケーシングＣＳの中に、イオン発生部１１０と、排ガス帯電部１２０と、イオン捕捉部１３０と、を設けた構成を有する。すなわち、ケーシングＣＳ中に、これらの３つの処理部１１０，１２０，１３０がこの順に先端部１００ｅの基端側（図２の上方）から先端側（図２の下方）に向かって、微粒子センサ１００の軸線方向に沿って並んでいる。ケーシングＣＳは、導電性部材によって形成され、信号線２２３（図１）を介して二次側グランドＳＧＬ（図３）に接続されている。

【0022】

イオン発生部１１０は、排ガス帯電部１２０に供給するイオン（ここでは陽イオン）を発生させるための処理部であり、イオン発生室１１１と、第１の電極１１２とを含んでいる。イオン発生室１１１は、ケーシングＣＳの内側に形成された小空間であり、内周面には空気供給孔５５とノズル４１とが設けられ、内部には第１の電極１１２が突出した状態で取り付けられている。空気供給孔５５は、空気供給管２２４（図１）と連通しており、空気供給部８００（図１）から供給される高圧空気をイオン発生室１１１に供給する。ノズル４１は、排ガス帯電部１２０との間を区画する隔壁４２の中心部付近に設けられた微小孔（オリフィス）であり、イオン発生室１１１で発生したイオンを排ガス帯電部１２０の帯電室１２１に供給する。第１の電極１１２は、棒状の外形を有し、先端部が隔壁４２と近接した状態で、その基端部がセラミックパイプ２５を介してケーシングＣＳに固定されている。第１の電極１１２は、第１の配線２２１（図１）を介して電気回路部７００（図１）に接続されている。

【0023】

イオン発生部１１０は、電気回路部７００から供給される電力を用いて、第１の電極１１２を陽極とし、隔壁４２を陰極として、直流電圧（例えば、２〜３ｋＶ）を印加する。イオン発生部１１０は、この電圧の印加によって、第１の電極１１２の先端部と、隔壁４２との間にコロナ放電を生じさせることによって、陽イオンＰＩを発生させる。イオン発生部１１０において発生した陽イオンＰＩは、空気供給部８００（図１）から供給される高圧空気とともに、ノズル４１を介して排ガス帯電部１２０の帯電室１２１に噴射される。ノズル４１から噴射される空気の噴射速度は音速程度とすることが好ましい。

【0024】

排ガス帯電部１２０は、排ガスに含まれる微粒子を陽イオンＰＩによって帯電させるための部位であり、帯電室１２１を備えている。帯電室１２１は、イオン発生室１１１と隣接する小空間であり、ノズル４１を介してイオン発生室１１１と連通している。また、帯電室１２１は、流入孔４５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通し、ガス流路３１を介してイオン捕捉部１３０の捕捉室１３１と連通している。帯電室１２１は、ノズル４１から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されたときに内部が負圧になり、流入孔４５を介してケーシングＣＳの外部の排ガスが流入するように構成されている。ノズル４１から噴射された陽イオンＰＩを含む空気と、流入孔４５から流入した排ガスとは、帯電室１２１の内部において混合される。このとき、流入孔４５から流入した排ガスに含まれる微粒子Ｓの少なくとも一部には、ノズル４１から供給される陽イオンＰＩが帯電される。帯電した微粒子Ｓと帯電に供されなかった陽イオンＰＩとを含む空気は、ガス流路３１を介してイオン捕捉部１３０の捕捉室１３１に供給される。

【0025】

イオン捕捉部１３０は、微粒子Ｓの帯電に使用されなかったイオンを捕捉するための部位であり、捕捉室１３１と、第２の電極１３２とを含んでいる。捕捉室１３１は、帯電室１２１と隣接する小空間であり、ガス流路３１を介して帯電室１２１と連通している。また、捕捉室１３１は、排出孔３５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通している。第２の電極１３２は、上端がテーパー状となった略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路３１を流通する空気の流通方向（ケーシングＣＳの延伸方向）に沿うようにしてケーシングＣＳに固定されている。第２の電極１３２は、第２の配線２２２（図１）を介して電気回路部７００（図１）に接続されている。第２の電極１３２には、１００Ｖ程度の電圧が印加されて、微粒子Ｓの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部１３０には、第２の電極１３２を陽極とし、帯電室１２１及び捕捉室１３１を構成するケーシングＣＳを陰極とした電圧が印加されている。これにより、微粒子Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩは、第２の電極１３２から斥力を受けて、その進行方向が第２の電極１３２から離れる方向へと偏向される。進行方向が偏向された陽イオンＰＩは、陰極として機能する捕捉室１３１やガス流路３１の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが帯電された微粒子Ｓは、陽イオンＰＩの単体と同様に第２の電極１３２から斥力を受けるが、質量が陽イオンＰＩと比べて大きいため、斥力による偏向の度合いが、単体の陽イオンＰＩに比べて小さい。そのため、帯電した微粒子Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔３５からケーシングＣＳの外部へと排出される。

【0026】

微粒子センサ１００は、イオン捕捉部１３０における陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を示す信号を出力する。センサ制御部６００（図１）は、微粒子センサ１００から出力された信号に基づいて、排ガス中に含まれる微粒子Ｓの量を決定する。微粒子センサ１００から出力される信号から排ガス中に含まれる微粒子Ｓの量を決定する方法については後述する。

【0027】

図３は、電気回路部７００の概略構成を示すブロック図である。電気回路部７００は、
一次側電源回路７１０と、絶縁トランス７２０と、コロナ電流測定回路７３０と、測定信号生成回路７４０と、第１の整流回路７５１と、第２の整流回路７５２と、を備えている。

【0028】

一次側電源回路７１０は、電源部４４０から供給される直流電圧を昇圧して絶縁トランス７２０に供給するとともに、絶縁トランス７２０を駆動する。一次側電源回路７１０は、放電電圧制御回路７１１と、トランス駆動回路７１２とを備えている。放電電圧制御回路７１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含んでおり、センサ制御部６００の制御によって、絶縁トランス７２０への供給電圧を任意に変更可能である。この供給電圧の制御は、例えば、第１の配線２２１を介して微粒子センサ１００の第１の電極１１２に供給される入力電流Ｉ_ｉｎの電流値が、目標電流値（例えば、５μＡ）となるように実質的に実行される。この制御の方法については後述する。これにより、イオン発生部１１０において、コロナ放電によって発生する陽イオンＰＩの発生量を一定にすることができる。

【0029】

トランス駆動回路７１２は、絶縁トランス７２０の一次側のコイルに流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチ回路を含んでおり、このスイッチ回路の切り換えによって絶縁トランス７２０を駆動する。本実施形態では、トランス駆動回路７１２は、例えばプッシュプル方式の回路として構成されているが、ハーフブリッジ方式やフルブリッジ方式などの他の方式の回路として構成されていてもよい。

【0030】

絶縁トランス７２０は、一次側電源回路７１０から供給される電力に対して電圧変換をおこない、変換後の電力（ここでは、交流電力）を二次側の整流回路７５１、７５２に供給する。絶縁トランス７２０は、２次側のコイル構成によって、第１の整流回路７５１に供給される電力と、第２の整流回路７５２に供給される電力とに対して、異なる増幅率を設定することが可能である。本実施形態の絶縁トランス７２０は、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。絶縁トランス７２０の一次側の回路としては、一次側電源回路７１０のほか、センサ制御部６００や電源部４４０が含まれる。絶縁トランス７２０の二次側の回路としては、微粒子センサ１００や整流回路７５１、７５２が含まれる。コロナ電流測定回路７３０と測定信号生成回路７４０は、絶縁トランス７２０の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、後述するように、絶縁トランス７２０の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分との間が物理的に絶縁されている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランド（接地電位）を「一次側グランドＰＧＬ」とも呼び、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドＳＧＬ」とも呼ぶ。絶縁トランス７２０の一次側のコイルの端部は一次側グランドＰＧＬに接続され、二次側のコイルの端部は二次側グランドＳＧＬに接続されている。微粒子センサ１００のケーシングＣＳは、信号線２２３及びシャント抵抗２３０を介して二次側グランドＳＧＬに接続されている。

【0031】

整流回路７５１、７５２は、絶縁トランス７２０から出力された交流電力を直流電力に変換する。第１の整流回路７５１は、第１の配線２２１及びショート保護用抵抗７５３を介して、微粒子センサ１００の第１の電極１１２に接続されている。第２の整流回路７５２は、第２の配線２２２及びショート保護用抵抗７５４を介して、微粒子センサ１００の第２の電極１３２に接続されている。

【0032】

コロナ電流測定回路７３０は、配線７６１，７６２を介して信号線２２３上のシャント抵抗２３０の両端に接続されており、また、配線７６３を介してセンサ制御部６００に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、信号線２２３上をケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに向けて流れる電流（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ）の電流値を示す信号Ｓ_{ｄｃ＋ｔｒｐ}をセンサ制御部６００に出力する。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。

【0033】

センサ制御部６００は、コロナ電流測定回路７３０から入力される信号Ｓ_{ｄｃ＋ｔｒｐ}に応じて、放電電圧制御回路７１１を制御する。センサ制御部６００による放電電圧制御回路７１１の制御の概要は後述する。

【0034】

測定信号生成回路７４０は、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに外部に流出した陽イオンＰＩの電流Ｉｅｓｃ（以下、「漏洩電流Ｉｅｓｃ」と呼ぶ）相当する電流Ｉｃを測定する。測定信号生成回路７４０は、配線７７１を介して二次側の信号線２２３に接続されるとともに、配線７７２，７７３を介して一次側のセンサ制御部６００に接続される。また、測定信号生成回路７４０は、配線７７５を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。測定信号生成回路７４０は、配線７７２を介して低感度測定信号ＳＷｅｓｃをセンサ制御部６００に出力し、また、配線７７３を介して高感度測定信号ＳＳｅｓｃをセンサ制御部６００に出力する。なお、低感度測定信号ＳＷｅｓｃと高感度測定信号ＳＳｅｓｃの両方を生成する必要は無く、いずれか一方（例えば高感度測定信号ＳＳｅｓｃ）のみを生成してセンサ制御部６００に供給するようにしてもよい。

【0035】

微粒子センサ１００の先端部１００ｅを流れる電流相互には、下記（１）式の関係が成り立つ。
Ｉ_ｉｎ＝Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ＋Ｉ_ｅｓｃ ・・・（１）
ここで、Ｉ_ｉｎは第１の電極１１２の入力電流であり、Ｉ_ｄｃは隔壁４２を介してケーシングＣＳに流れる放電電流であり、Ｉ_ｔｒｐはケーシングＣＳに捕捉された陽イオンＰＩの電荷量に相当する捕捉電流であり、Ｉ_ｅｓｃはイオン捕捉部１３０において捕捉されずに外部に流出した陽イオンＰＩの電荷量に相当する漏洩電流である。

【0036】

放電電流Ｉ_ｄｃと捕捉電流Ｉ_ｔｒｐは、ケーシングＣＳから信号線２２３を介して二次側グランドＳＧＬに流れるため、信号線２２３上のシャント抵抗２３０にはそれらの合計の電流（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ）が流れる。ここで、（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ）の電流値は、入力電流Ｉ_ｉｎの電流値とほぼ等しい。式（１）の漏洩電流Ｉｅｓｃは、信号線２２３を流れる電流（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ）のおよそ１／１０^６倍程度の大きさであり、入力電流Ｉ_ｉｎの変動を監視するにあたっては実質的に無視することができるためである。入力電流Ｉ_ｉｎの電流値とイオン発生部１１０のコロナ電流の電流値とは等しいことから、信号線２２３を流れる電流（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ）の電流値は、コロナ電流の電流値とほぼ等しいといえる。このことから、コロナ電流測定回路７３０は、イオン発生部１１０のコロナ電流の電流値を示す信号Ｓ_{ｄｃ＋ｔｒｐ}をセンサ制御部６００に出力しているといえる。これを受けて、センサ制御部６００は、コロナ電流測定回路７３０から入力される信号Ｓ_{ｄｃ＋ｔｒｐ}に応じて、入力電流Ｉ_ｉｎの電流値が目標電流値となるように、放電電圧制御回路７１１を制御する。

【0037】

漏洩電流Ｉ_ｅｓｃは、入力電流Ｉ_ｉｎと、シャント抵抗２３０を流れる電流（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ）との差分に等しい。
Ｉ_ｅｓｃ＝Ｉ_ｉｎ−（Ｉ_ｄｃ＋Ｉ_ｔｒｐ） ・・・（２）
測定信号生成回路７４０は、この漏洩電流Ｉｅｓｃに相当する電流Ｉｃに応じた測定信号ＳＳｅｓｃ（又はＳＷｅｓｃ）を生成してセンサ制御部６００に出力する。センサ制御部６００は、測定信号ＳＳｅｓｃ（又はＳＷｅｓｃ）に基づいて排ガス中の微粒子量を決定する。また、この際、以下に説明するように、センサ駆動部３００は、車両の運転条件に応じて、微粒子測定を有効とするか無効とするかの切り換えを実行する。

【0038】

Ｂ．運転条件による微粒子測定の有効／無効の切り換え：
図４は、排ガス中の微粒子量と測定信号との関係の一例を示すグラフである。横軸は排ガス中の微粒子量であり、縦軸は測定信号ＳＳescである。正確に言えば、横軸は、排ガス中の微粒子濃度（ｍｇ／ｍ^３)で表されており、縦軸は、測定信号ＳＳｅｓｃの電圧レベルに対応する電流Ｉｃの電流値（ｐＡ）で表されている。図中には、プロットされたすべての測定点に関する一次近似式ｙ＝ａ・ｘと、その相関係数Ｒの２乗とが示されている。一般に、Ｒ^２が大きいほど（すなわち、１に近いほど）相関度が高い。この例では、Ｒ^２が約０．７であり、パラメータｘ，ｙの相関度はあまり高く無いことが理解できる。

【0039】

図５は、図４のグラフを車両５００の速度の範囲で分類したものである。ここでは、車両５００の速度の範囲として、０〜２０ｋｍ／ｈと、４０〜１００ｋｍ／ｈと、１１０〜１２０ｋｍ／ｈの３つの範囲が使用されている。これらの３つの範囲のそれぞれにおける測定点の部分集合では、微粒子量と測定信号との相関度が図４に比べて向上している。なお、車両５００の速度の範囲に応じて、微粒子量と測定信号との相関関係が変化する理由は、以下に説明するように、排ガス中の微粒子径が車両５００の速度に応じて変わるからだと推定される。

【0040】

図６は、排ガス中の微粒子の粒子径分布が車両５００の速度に応じて変化することを示すグラフである。横軸は微粒子の直径（ｎｍ）であり、縦軸は微粒子数（個／ｃｍ^３）である。このグラフに示されるように、粒子径分布は車両５００の速度に応じて変化し、これに応じて粒子径の平均値も変化する。ところで、微粒子に付着する陽イオンＰＩ（図３）の個数は、微粒子の表面積が大きいほど多くなる傾向にあると推定される。一方、微粒子の表面積は粒子径の２乗に比例し、微粒子の重量は粒子径の３乗に比例する。本実施形態では、測定信号ＳＳｅｓｃに対応付けられている微粒子量は、微粒子の重量である。従って、車両５００の速度の変化によって、粒子径の平均値が変化すると、測定信号ＳＳｅｓｃの信号レベルと微粒子の重量との間の関係も変化してしまうと推定される。

【0041】

このように、微粒子量と測定信号（測定結果）との関係は、車両の速度に応じてかなり大幅に変化する。本願の発明者は、車両の速度に限らず、内燃機関４００の回転数や、内燃機関４００のトルク等の他の運転条件パラメータに関しても、同様の傾向があることを見出した。そこで、本実施形態では、車両の運転条件が、微粒子測定に適した運転条件範囲内にあるか否かに応じて、微粒子測定の有効と無効とを切り換えることによって、測定精度の低下を抑制する。

【0042】

図７（Ａ）は、微粒子測定の適正条件の成立時における動作の一例を示す説明図である。ここでは、まず、車両制御部４２０が、センサ駆動部３００に対して運転条件パラメータのパラメータ値を送信する。このパラメータ値としては、例えば、車両５００の速度と、内燃機関４００の回転数と、内燃機関４００のトルクと、３つの運転条件パラメータ値が送信される。

【0043】

運転条件パラメータ値が、予め定められた適正な範囲内にある場合には、センサ駆動部３００が微粒子測定を実行して微粒子量を決定し、決定した微粒子量を車両制御部４２０に通知する。車両制御部４２０は、通知された微粒子量に応じて、警告の要否を判断し、必要な場合には警告通知部４２５を用いて微粒子量に関する警告を発する。この警告は、例えば、微粒子量が予め定められた許容上限値よりも多い場合に、フィルタ装置４１０の検査が必要であることを通知する警告ランプを点灯する、というものである。このような警告を受けると、車両５００の運転者が、微粒子量が多いこと（又はフィルタ装置４１０に問題があること）を認識することができ、適切な対応（例えば車両の検査依頼）を取ることが可能となる。このような図７（Ａ）の処理及び動作は、微粒子の量の測定を有効に実行する処理に該当する。但し、警告の要否の判断、及び、警告の実施は、「微粒子の量の測定を有効に実行する処理」の後で行われる別の処理と考えることも可能である。

【0044】

なお、運転条件パラメータ値の「適正な範囲」とは、微粒子測定を精度良く実行できる範囲として予め設定された範囲である。例えば、図５の結果を利用する場合には、４０ｋｍ／ｈ以上１００ｋｍ／ｈ以下が車両５００の速度の適正な範囲であるとして設定される。内燃機関４００の回転数と内燃機関４００のトルクについても同様に、それぞれ適正な範囲が設定される。そして、車両５００の速度と、内燃機関４００の回転数と、内燃機関４００のトルクと、の３つの運転条件パラメータ値のすべてがそれぞれの適正な範囲内にある場合に、微粒子測定のための適正条件が成立するものと判断される。

【0045】

図７（Ｂ）は、微粒子測定の適正条件の不成立時における動作の一例を示す説明図である。この例では、センサ駆動部３００は、車両制御部４２０からパラメータ値を受信した後に、車両５００の速度と、内燃機関４００の回転数と、内燃機関４００のトルクと、の３つの運転条件パラメータ値の少なくとも１つが適正な範囲内に無い場合に、微粒子測定のための適正条件を満足しないものと判断する。このとき、センサ駆動部３００と車両制御部４２０は、例えば、以下の３種類の無効化処理のうちのいずれか１つを適用する。
（ａ）第１の無効化処理：センサ駆動部３００が、微粒子センサ１００を用いた微粒子測定そのものを実行しない。
（ｂ）第２の無効化処理：センサ駆動部３００が、微粒子センサ１００を用いた微粒子測定を実行するが、微粒子量を車両制御部４２０に通知しない。
（ｃ）第３の無効化処理：センサ駆動部３００が、微粒子センサ１００を用いた微粒子測定を実行し、微粒子量を車両制御部４２０に通知するが、車両制御部４２０が通知された微粒子量を無効とする。
ここで、「通知された微粒子量を無効とする」という意味は、通知された微粒子量に応じた警告の要否の判断を行わないことを意味する。なお、第３の無効化処理を行う場合には、微粒子量と運転条件パラメータ値とを、センサ駆動部３００から車両制御部４２０に通知することが好ましい。

【0046】

なお、上記第１の無効化処理は、微粒子量の測定を実行しない処理に該当し、上記第２の無効化処理と第３の無効化処理は、微粒子量の測定結果を無効とする処理に該当する。このうち、第２の無効化処理では、センサ駆動部３００が微粒子量の測定結果を無効としている。一方、第３の無効化処理では、車両制御部４２０が微粒子量の測定結果を無効としている。

【0047】

図７（Ａ），（Ｂ）の例では、運転条件パラメータ値を車両制御部４２０からセンサ駆動部３００に送信するものとしたが、この送信を省略し、微粒子測定のための適正条件を満足するか否かの判断と、測定の有効／無効の処理と、の両方を、車両制御部４２０で行うものとしても良い。この場合には、センサ駆動部３００は、車両の運転条件に拘わらず、微粒子量の測定値を車両制御部４２０に通知することが好ましい。但し、図７（Ａ），（Ｂ）で説明したように、運転条件パラメータ値をセンサ駆動部３００に送信し、センサ駆動部３００が微粒子測定のための適正条件を満足するか否かの判断を行うようにすれば、車両制御部４２０の負荷を軽減することができる点で好ましい。

【0048】

このように、本実施形態では、車両５００の速度と、内燃機関４００の回転数と、内燃機関４００のトルクと、３つの運転条件パラメータに基づいて、微粒子測定の有効／無効の切り換えを実行するので、運転条件が変化した場合にも、有効な微粒子測定の精度を過度に低下させることなく高い精度に維持することができる。

【0049】

なお、上記実施形態では、車両５００の速度と、内燃機関４００の回転数と、内燃機関４００のトルクと、の３つの運転条件パラメータのすべてを用いて微粒子測定のための適正条件を満足するか否かを判断したが、この代わりに、これらの３つの運転条件パラメータのうちの１つ又は２つを用いてこの判断を行ってもよい。但し、上記の３つの運転条件パラメータは、いずれも微粒子の量や粒径に大きな影響を与えるので、３つの運転条件パラメータのすべてを用いて判断を行えば、より的確に測定精度の低下を抑制することが可能である。

【0050】

また、微粒子測定の有効／無効の切り換えの判断に用いる運転条件パラメータとしては、上述した３つのパラメータ以外のものを使用してもよい。例えば、内燃機関４００の排ガス温度、内燃機関４００の排気圧、内燃機関４００の吸気圧、ＥＧＲ開閉度、内燃機関４００への吸入空気量、燃料噴射量、点火時期、等の運転条件パラメータを用いても良い。これらの運転条件パラメータは、いずれも排ガス中の微粒子の量や大きさなどに影響を与えると考えられるパラメータである。

【0051】

なお、内燃機関４００のトルクは、１回のエンジンサイクル（２ストトーク又は４ストロークで構成される１サイクル）の中で大きな変化を示す。従って、微粒子測定のための適正条件を満足するか否かの判断に用いるトルク値としては、トルクセンサで測定されたトルクの中で、各エンジンサイクルにおけるピーク値を使用することができる。この点は、各種の運転条件パラメータのうちで、トルクと同様にエンジンサイクル毎の変動が大きなパラメータ（例えば、内燃機関４００の排気圧や吸気圧）についても同様である。なお、微粒子量の測定信号の補正に用いるトルク値としては、各エンジンサイクルにてトルクセンサで測定されたトルクの平均値を用いたりしてもよい。

【0052】

Ｃ．測定信号生成回路の構成例：
図８は、測定信号生成回路７４０の構成を示すブロック図である。測定信号生成回路７４０は、Ｉ−Ｖ変換回路７４２と、Ｉ−Ｖ変換回路７４２の後段に設けられた高感度測定回路７４４とを備える。以下で説明するように、第１実施形態において、Ｉ−Ｖ変換回路７４２は低感度測定回路としても機能する。

【0053】

Ｉ−Ｖ変換回路７４２は、第１の増幅回路ＡＭＰ１と、その負帰還抵抗Ｒ１とを含む。第１の増幅回路ＡＭＰ１としてはオペアンプを利用可能である。第１の増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端子は、配線２２３を介して二次側グランドＳＧＬに接続されている。この配線２２３は、図３に示すように、微粒子センサのケーシングＣＳに接続されている。第１の増幅回路ＡＭＰ１の非反転入力端子には、一次側グランドＰＧＬに対して一定の基準電圧（例えば、０．５Ｖ）を与える電源Ｖｒｅｆが接続されている。以下の説明では、この電源Ｖｒｅｆの基準電圧を表す際にも同じ符号「Ｖｒｅｆ」を用いる。第１の増幅回路ＡＭＰ１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆを入力すれば、第１の増幅回路ＡＭＰ１の２つの入力端子間の電位差を、誤差（バイアス電流やオフセット電圧による誤差等）の生じにくい電位差範囲に近づけるように調整することができる。第１の増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端子には、後に詳述するように、微粒子センサ１００の漏洩電流Ｉｅｓｃ（図３）に相当する電流Ｉｃが流れる。この電流Ｉｃは、第１の増幅回路ＡＭＰ１によって第１の電圧Ｅ１に変換される。第１の電圧Ｅ１を示す信号ＳＷｅｓｃは、低感度測定信号として、配線７７２を介してセンサ制御部６００に供給される。

【0054】

第１の増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端子に流れる電流Ｉｃが、微粒子センサ１００の漏洩電流Ｉｅｓｃに相当する電流となる理由は、以下の通りである。漏洩電流Ｉｅｓｃが発生すると、二次側グランドＳＧＬの基準電位は、漏洩電流Ｉｅｓｃの大きさに応じて、一次側グランドＰＧＬの基準電位よりも低下する。これは、一次側電源回路７１０（図３）を含む一次側回路から、微粒子センサ１００に供給されるエネルギー（電力）と、信号線２２３を介して微粒子センサ１００から出力されるエネルギー（電力）との間に、漏洩電流Ｉｅｓｃに対応するエネルギーの差異が生じるためである。漏洩電流Ｉｅｓｃの発生により、二次側グランドＳＧＬの基準電位と一次側グランドＰＧＬの基準電位との間に差異が生じると、第１の増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端子には、この差異に応じた補償電流Ｉｃが流れる。この補償電流Ｉｃは、漏洩電流Ｉｅｓｃと電流値が等しく、二次側グランドＳＧＬの基準電位と一次側グランドＰＧＬの基準電位との間の差異を補償する電流である。従って、Ｉ−Ｖ変換回路７４２は、この補償電流ＩｃをＩ−Ｖ変換することによって、漏洩電流Ｉｅｓｃを表す第１の電圧Ｅ１（及び低感度測定信号ＳＷｅｓｃ）を生成することができる。

【0055】

高感度測定回路７４４は、第２の増幅回路ＡＭＰ２と、３つの抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、オフセット電圧調整回路７４５とを含む。第２の増幅回路ＡＭＰ２としてはオペアンプを利用可能である。第２の増幅回路ＡＭＰ２の非反転入力端子は、Ｉ−Ｖ変換回路７４２の出力端子に接続されている。第２の増幅回路ＡＭＰ２の反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介してオフセット電圧調整回路７４５に接続されている。オフセット電圧調整回路７４５には、配線７７４を介してセンサ制御部６００から、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを示す信号レベルを有するオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔが供給される。オフセット電圧調整回路７４５は、このオフセット信号ＳｏｆｆｓｅｔをＤ／Ａ変換（又はデコード）してオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを出力し、抵抗Ｒ２を介して第２の増幅回路ＡＭＰ２の反転入力端子に供給する。第２の増幅回路ＡＭＰ２の出力端子は、抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。これらの２つの抵抗Ｒ３，Ｒ４の間の接点は、第２の増幅回路ＡＭＰ２の反転入力端子に接続されている。従って、抵抗３は、負帰還抵抗として機能する。この高感度測定回路７４４は、Ｉ−Ｖ変換回路７４２の出力電圧Ｅ１を増幅して電圧Ｅ２を生成する。この電圧Ｅ２を表す信号ＳＳｅｓｃは、高感度測定信号として、配線７７３を介してセンサ制御部６００に供給される。

【0056】

２つの増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２の出力電圧Ｅ１，Ｅ２は、以下の式で与えられる。

【数1】

ここで、Ｉｃは補償電流、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値、Ｖｒｅｆは第１の増幅回路ＡＭＰ１の基準電圧、Ｖｏｆｆｓｅｔは第２の増幅回路ＡＭＰ２のオフセット電圧である。

【0057】

抵抗値Ｒ２〜Ｒ４を調整することによって、第２の増幅回路ＡＭＰ２の増幅率（すなわち、高感度測定回路７４４の増幅率）を調整することが可能である。例えば、第２の増幅回路ＡＭＰ２の増幅率を、約１０^３倍に設定することができる。また、後述するように、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを調整することによって、高感度測定回路７４４における補償電流Ｉｃ（すなわち漏洩電流Ｉｅｓｃ）の測定可能範囲（すなわち微粒子量の測定ウィンドウ）を、シフトさせることが可能である。

【0058】

センサ制御部６００は、測定信号生成回路７４０から供給される低感度測定信号ＳＷｅｓｃと高感度測定信号ＳＳｅｓｃに基づいて、排ガス中に含まれる微粒子Ｓの量を決定する。測定信号ＳＳｅｓｃ（又はＳＷｅｓｃ）から排ガス中に含まれる微粒子Ｓの量を決定する方法としては、例えば、測定信号ＳＳｅｓｃ（又はＳＷｅｓｃ）の電圧値と排ガス中の微粒子Ｓの量との対応関係が示されているマップを参照する方法や、測定信号ＳＳｅｓｃ（又はＳＷｅｓｃ）の電圧値と排ガス中の微粒子Ｓの量との関係を示す関係式を用いる方法を利用可能である。

【0059】

センサ制御部６００は、アナログ信号としての高感度測定信号ＳＳｅｓｃおよび低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧値を所定の分解能（例えば、８ビット）によってデジタル値に変換する。また、センサ制御部６００は、これらの測定信号ＳＳｅｓｃ，ＳＷｅｓｃのいずれにおいても電圧値の読み取り可能な範囲（フルスケールの範囲）が同じ大きさとなるように構成されている。

【0060】

高感度測定信号ＳＳｅｓｃは、低感度測定信号ＳＷｅｓｃに比べて、漏洩電流Ｉｅｓｃの電流値に対する感度（分解能）が高い。例えば、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの１Ｖが漏洩電流Ｉｅｓｃの１ｎＡに相当するのに対して、高感度測定信号ＳＳｅｓｃの１Ｖは漏洩電流Ｉｅｓｃの１ｐＡに相当する。一方、センサ制御部６００における測定信号ＳＳｅｓｃ，ＳＷｅｓｃの電圧の分解能（最小識別可能電位差）は等しい（例えば、０．０２Ｖ）。従って、センサ制御部６００の電圧分解能に相当する漏洩電流Ｉｅｓｃの電流値は、高感度測定信号ＳＳｅｓｃでは小さく（例えば、０．０２ｐＡ）、低感度測定信号ＳＷｅｓｃでは大きい（例えば、０．０２ｎＡ）。換言すれば、センサ制御部６００は、高感度測定信号ＳＳｅｓｃに基づいて、低感度測定信号ＳＷｅｓｃに比べて、漏洩電流Ｉｅｓｃのより小さな変動を検出することが可能である。これらの説明からも理解できるように、本明細書において「感度」とは、分解能又は最小測定単位を意味する。すなわち、「高感度」は微粒子量の最小測定単位が小さいことを意味し、「低感度」は微粒子量の最小測定単位が大きいことを意味する。

【0061】

このように、高感度測定信号ＳＳｅｓｃから取得できる排ガス中の微粒子量は、低感度測定信号ＳＷｅｓｃから取得できる排ガス中の微粒子量よりも最小識別可能単位が小さく精度が高い。一方、センサ制御部６００の読み取り可能な電圧範囲（例えば、０〜５Ｖ）は、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧範囲の全体が含まれるように設定されている。そのため、低感度測定信号ＳＷｅｓｃよって測定可能な排ガス中の微粒子量の範囲は、高感度測定信号ＳＳｅｓｃによって測定可能な排ガス中の微粒子量の範囲よりも広く、排ガス中の微粒子量が、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの全電圧範囲に相当する範囲内であれば、その全範囲において微粒子量を測定することができる。

【0062】

一方、高感度測定信号ＳＳｅｓｃを用いた場合には、排ガス中の微粒子量がかなり狭い測定ウィンドウ（測定範囲）にある間は、センサ制御部６００が微粒子量を決定することが可能であるが、その測定範囲から外れると、第２の増幅回路ＡＭＰ２の電圧範囲を超えてしまうので、微粒子量を決定できなくなる。そこで、第１実施形態では、以下の処理手順で説明するように、オフセット電圧調整回路７４５から出力されるオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧レベルＥ１に応じて変更することによって、高感度測定信号ＳＳｅｓｃによる微粒子量の測定ウィンドウを変更する。

【0063】

図９は、第１実施形態における微粒子測定処理の動作の流れを示すフローチャートである。微粒子測定処理が開始されると、ステップＳ１００において、低感度測定が実行され、センサ制御部６００が低感度測定信号ＳＷescを受信する。このとき、センサ制御部６００は、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧レベルに基づいて微粒子量を算出又は決定してもよい。ステップＳ１１０では、センサ制御部６００が、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧レベルＥ１に応じて、高感度測定回路７４４のオフセット電圧Ｖoffsetを算出する。この際、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔとしては、第２の増幅回路ＡＭＰ２から出力される高感度測定回路７４４の出力電圧Ｅ２が、第２の増幅回路ＡＭＰ２の出力電圧範囲内の所定の値（例えば中央値）になるように決定される。例えば、第２の増幅回路ＡＭＰ２の出力電圧範囲の下限値がＶｍｉｎであり、上限値がＶｍａｘの場合には、出力電圧Ｅ２が（Ｖｍｉｎ＋Ｖｍａｘ）／２に等しくなるようにオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを算出することができる。このようなオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの計算は、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔと２つの電圧Ｅ１，Ｅ２の間の既知の関係式（例えば上記（３ｂ）式）を使用して実行可能である。

【0064】

ステップＳ１２０では、センサ制御部６００が、算出されたオフセット電圧Ｖoffsetを表す信号レベルを有するオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔを、オフセット電圧調整回路７４５に出力する。オフセット電圧調整回路７４５は、このよってオフセット信号ＳｏｆｆｓｅｔをＤ／Ａ変換（又はデコード）してオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを出力し、抵抗Ｒ２を介して第２の増幅回路ＡＭＰ２の反転入力端子に供給する。ステップＳ１３０では、高感度測定が実行され、センサ制御部６００が高感度測定信号ＳＳｅｓｃを受信する。ステップＳ１４０では、センサ制御部６００が、高感度測定信号ＳＳｅｓｃに基づいて、微粒子量を算出又は決定する。上述したように、高感度測定では、高感度測定信号ＳＳｅｓｃの電圧レベルＥ２が、第２の増幅回路ＡＭＰ２の出力電圧範囲に収まるように決定されているので、センサ制御部６００は、高感度測定信号ＳＳｅｓｃに応じて微粒子量を高感度に決定可能である。ステップＳ１５０では、微粒子測定を終了するか否かが判定され、終了が指示されるまでステップＳ１００〜Ｓ１５０が繰り返し実行される。ステップＳ１００〜Ｓ１５０の繰り返し周期は、例えば１ｍｓ〜２ｍｓに設定可能である。

【0065】

図１０は、低感度測定範囲と高感度測定範囲との関係を示す説明図である。図１０の横軸は微粒子量であり、縦軸は増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２の出力電圧レベルである。低感度測定信号ＳＷｅｓｃに基づいて測定可能な微粒子量の範囲（低感度測定の測定ウィンドウ）は、０〜Ｍｍａｘにわたる広い範囲である。一方、高感度測定信号ＳＳｅｓｃに基づいて測定可能な微粒子量の範囲（高感度測定の測定ウィンドウ）は、低感度測定の測定ウィンドウ０〜Ｍｍａｘの極一部の範囲（例えば１／１０００の範囲）である。そこで、前述した図９の手順に従ってオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを調整し、高感度測定の測定ウィンドウを適応的に移動させることによって、その時点の微粒子量に関わらず、高感度に微粒子量を測定することが可能となる。

【0066】

以上説明した第１実施形態の微粒子測定システムによれば、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧レベルに応じて高感度測定信号ＳＳｅｓｃの測定ウィンドウを適応的に移動させることによって、微粒子量が多いか少ないかに関わらず、高感度に微粒子量を測定することが可能となる。また、高感度測定信号の測定ウィンドウの調整を、増幅回路ＡＭＰ２の入力端子に供給されるオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの調整によって実行するので、簡易な回路構成で測定ウィンドウの調整を行うことが可能である。さらに、第１実施形態では、センサ制御部６００が、低感度測定信号ＳＷｅｓｃの電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔをオフセット電圧調整回路７４５に供給することによって、オフセット電圧調整回路７４５にオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを調整させて、高感度測定信号ＳＳｅｓｃの測定ウィンドウを適応的に変更するので、測定ウィンドウの調整を正確に行うことが可能である。また、イオン発生部１１０から発生されたイオンの量と、捕捉部１３０に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流に基づいて、低感度測定信号ＳＷｅｓｃと高感度測定信号ＳＳｅｓｃを生成するので、ガス中の微粒子が微量であっても精度の良い測定が可能である。

【0067】

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0068】

・変形例１：
第１実施形態において説明した微粒子測定システム１０の構成は例示であり、本発明は、第１実施形態で示した微粒子測定システム１０以外の構成によっても実現することができる。例えば、微粒子測定システム１０は、第２の電極１３２を備えていなくてもよい。また、微粒子測定システム１０は、イオン発生部１１０が微粒子センサ１００の内側ではなく、微粒子センサ１００とは別体として構成されていてもよい。さらに、第１の電極１１２を隔壁４２の先後を貫くように帯電室１２１内に配置させ、第１の電極１１２の先端部と帯電室１２１の内壁面との間にコロナ放電を生じさせるようにしてもよい。この場合には、イオン発生部１１０と排ガス帯電部１２０とは一体化されることになる。また、測定信号生成回路７４０は、微粒子量を示す信号を生成できるものであれば良く、上述した各実施形態で説明した構成以外の種々の構成を採用することが可能である。

【0069】

・変形例２：
上述した実施形態の微粒子測定システム１０は、コロナ放電により第１の電極１１２と隔壁４２との間で陽イオンを発生させる構成としたが、微粒子測定システム１０は、コロナ放電により陰イオンを発生させる構成としてもよい。例えば、第１の電極１１２、隔壁４２の正負の接続先を変更することにより、第１の電極１１２と隔壁４２との間で陰イオンを発生させることができる。

【符号の説明】

【0070】

１０…微粒子測定システム
２５…セラミックパイプ
３１…ガス流路
３５…排出孔
４１…ノズル
４２…隔壁
４５…流入孔
５５…空気供給孔
１００…微粒子センサ
１１０…イオン発生部
１１１…イオン発生室
１１２…第１の電極
１２０…排ガス帯電部
１２１…帯電室
１３０…イオン捕捉部
１３１…捕捉室
１３２…第２の電極
２００…ケーブル
２２１…第１の配線
２２２…第２の配線
２２３…信号線
２２４…空気供給管
２３０…シャント抵抗
３００…センサ駆動部
４００…内燃機関
４０２…排ガス配管
４０５…燃料配管
４１０…フィルタ装置
４２０…車両制御部
４３０…燃料供給部
４４０…電源部
５００…車両
６００…センサ制御部
７００…電気回路部
７１０…一次側電源回路
７１１…放電電圧制御回路
７１２…トランス駆動回路
７２０…絶縁トランス
７３０…コロナ電流測定回路
７４０…測定信号生成回路
７４５…オフセット電圧調整回路
７５１，７５２…整流回路
７５３，７５４…ショート保護用抵抗
７７１〜７７４…配線
８００…空気供給部
ＡＭＰ１〜２…増幅回路（オペアンプ）
ＣＳ…ケーシング
ＰＧＬ…一次側グランド
Ｒ１〜Ｒ４…抵抗
ＳＷ…スイッチ
ＳＧＬ…二次側グランド
Ｖｒｅｆ…基準電圧
Ｖｏｆｆｓｅｔ…オフセット電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】