特許 6397705 粒子検知システム

(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】6397705

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】粒子検知システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/06 20060101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/06 D

【請求項の数】4

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-192599(P2014-192599)

(22)【出願日】2014年9月22日

(65)【公開番号】特開2016-61767(P2016-61767A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年3月3日

(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】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(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

【審査官】 素川 慎司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９５０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７０９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４７６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３２６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５６７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−３７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１２６２４８（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】

被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える
粒子検知システムであって、
上記粒子センサは、
上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、
通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、
上記粒子検知システムは、
上記粒子センサからのセンサ信号により上記被測定ガス中の上記粒子の量を検知する粒子量検知部と、
検知した上記粒子の量を所定期間にわたって積算した粒子量積算値を算出する積算値算出部と、
上記粒子量積算値に基づいて、上記ヒータ部への通電を制御して、上記絶縁部材の上記ガス接触表面に付着した付着粒子を除去するヒータ通電制御手段と、を備える
粒子検知システム。

【請求項2】

請求項１に記載の粒子検知システムであって、
前記積算値算出部は、
前記所定期間である、前記ヒータ通電制御手段による前記ヒータ部への前回の通電以降の期間における、前記粒子の量を積算して前記粒子量積算値を算出し、
前記ヒータ通電制御手段は、
上記粒子量積算値が予め定めた規定値を超えたときに、上記ヒータ部への通電を行う
粒子検知システム。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の粒子検知システムであって、
前記検知部は、
気中放電によりイオンを生成するイオン源を含み、生成した上記イオンを前記被測定ガス中を浮遊する前記粒子に付着させ帯電させて帯電粒子とする帯電部を有し、
上記イオン源は、
上記気中放電を生じる放電部を含む放電電極体を有し、
前記絶縁部材は、
上記放電部を露出させつつ上記放電部を除く上記放電電極体を覆い、前記ガス接触表面であり上記放電部の周囲に位置する放電部周囲表面を有し、
前記ヒータ部は、
上記絶縁部材の上記放電部周囲表面を加熱する
粒子検知システム。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の粒子検知システムであって、
前記粒子センサは、
前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、
上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、
上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、
前記絶縁部材は、
上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、
前記ヒータ部は、
上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する
粒子検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定ガス中の粒子を検知する粒子検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、被測定ガス中に含まれる煤などの粒子を検知する粒子センサを備える粒子検知システムが知られている。このような粒子検知システムとしては、具体的には、例えば、コロナ放電によってイオンを生成し、この生成したイオンによって排ガス中の粒子（煤など）を帯電させることにより、排ガス中の粒子の量を検知する粒子検知システムが挙げられる。特許文献１には、そのような粒子検知システムの一例として、ディーゼルエンジンを備える車両に搭載され、粒子センサ１００と、これを制御するセンサ駆動部１１０とが、ケーブル１２０を介して接続された粒子検知システムが開示されている。
また、特許文献２，３には、検知部に二重筒状に重なる一対の電極を含み、この電極間を流通する被測定ガス中の粒子で、予め電極の表面上に粒子が付着したＰＭ塊（ＰＭ構造体（particulate matter structures））を形成した上で、被測定ガスを流し、電極に高電圧を印加することにより、電極間を移動する帯電したＰＭ塊を用いて、粒子を検知する粒子検知システムが開示されている。

【0003】

一方、このような粒子検知システムでは、粒子センサに設けられた絶縁部材の表面に煤などの粒子が付着することにより、絶縁部材の表面の絶縁性が低下すると、粒子の検知精度が低下したり、検知が不可能になったりするなどの検知性能の低下が生じることがある。そこで、粒子検知システムとしては、絶縁部材の表面を加熱するヒータを、粒子センサに備え、このヒータの加熱により、絶縁部材の表面に付着した煤などの付着粒子を燃焼させて除去するものがある。例えば、特許文献１の粒子検知システムでは、粒子センサ１００のうち、絶縁セラミック（絶縁材）からなるセンサユニット３００にヒータパターン３８０が設けられており、このヒータパターン３８０は、センサユニット３００全体を５５０〜６００℃に昇温させ、放電パターン３２０の第１の電極３２２などに付着した煤を燃焼させて除去する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１７０９１４号公報

【特許文献2】米国特許公開公報ＵＳ２０１２／０３１２０７４Ａ１

【特許文献3】米国特許公開公報ＵＳ２０１３／０２１９９９０Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、このような粒子検知システムにおいて、ヒータの加熱により、絶縁部材の表面に付着した煤などの付着粒子を燃焼させて除去する場合には、所定時間毎に通電するなど、間欠的にヒータへの通電が行われる。しかしながら、このように通電の間隔を予め定めてヒータへの通電を行うようにすると、ヒータ通電の間隔が長い場合や、煤の量が多かった場合には、次のヒータへの通電タイミングが来るまでに、粒子の検知性能の低下が生じてしまい、場合によっては、検知が不可能になったりすることがある。一方、ヒータ通電の間隔を短くしすぎると、ヒータでの消費電力が大きくなるという問題がある。このため、適切なタイミングでヒータ通電を行うなど、必要に応じた適切なヒータ通電を行って、付着粒子を除去できるのが好ましい。

【0006】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、必要に応じた適切なヒータ通電を行って、絶縁部材の表面に付着した付着粒子を除去し、粒子の検知性能の低下を防止できる粒子検知システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

その一態様は、被測定ガスに晒される検知部を有し、上記被測定ガス中の粒子を検知する粒子センサを備える粒子検知システムであって、上記粒子センサは、上記被測定ガスに接するガス接触表面を有する絶縁材からなり、上記被測定ガス中の上記粒子が付着することにより上記ガス接触表面の絶縁性が低下すると、上記検知部での上記粒子の検知性能の低下が生じる絶縁部材、及び、通電による発熱で、上記絶縁部材の上記ガス接触表面の少なくとも一部を加熱するヒータ部、を有し、上記粒子検知システムは、上記粒子センサからのセンサ信号により上記被測定ガス中の上記粒子の量を検知する粒子量検知部と、検知した上記粒子の量を所定期間にわたって積算した粒子量積算値を算出する積算値算出部と、上記粒子量積算値に基づいて、上記ヒータ部への通電を制御して、上記絶縁部材の上記ガス接触表面に付着した付着粒子を除去するヒータ通電制御手段と、を備える粒子検知システムである。

【0008】

この粒子検知システムでは、検知した粒子の量を所定期間にわたって積算した粒子量積算値に基づいて、ヒータ部への通電を制御する。
例えば、粒子量積算値が、所定値を超えたら、ヒータ部に通電して付着粒子を除去するようにすれば、粒子量積算値に応じて、検知した粒子の量が多い場合には早いタイミングで、検知した粒子の量が少ない場合には遅いタイミングで、それぞれ適切なタイミングでヒータ通電を行って、付着粒子を除去することができる。このため、粒子量積算値に基づいて、ヒータ部に通電することにより、必要に応じた適切なヒータ通電を行って、付着粒子を除去することができ、粒子の検知性能の低下を防止できる。
また、不必要にヒータ部に通電することがないので、省電力化を図ることができる。

【0009】

なお、粒子量積算値に基づいて、ヒータ部への通電を制御する手法としては、上述のように、粒子量積算値が所定値を超えたら、ヒータ部に通電するなど、粒子量積算値に基づいて、ヒータ部に通電するタイミングを制御する手法が挙げられる。
また、粒子量積算値に基づいて、ヒータ部に通電する通電時間の長さを制御する手法も挙げられる。具体的には、所定期間毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間内に得られた粒子量積算値が多いほど、通電時間を長くすることで、確実に付着粒子を除去することができる。
その他、ヒータ部に印加する電力の大きさを制御する手法も挙げられる。具体的には、所定期間毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間内に得られた粒子量積算値が多いほど、所定の通電時間にヒータ部に印加する電力を大きくすることで、付着粒子を確実に除去することができる。

【0010】

さらに、上述の粒子検知システムであって、前記積算値算出部は、前記所定期間である、前記ヒータ通電制御手段による前記ヒータ部への前回の通電以降の期間における、前記粒子の量を積算して前記粒子量積算値を算出し、前記ヒータ通電制御手段は、上記粒子量積算値が予め定めた規定値を超えたときに、上記ヒータ部への通電を行う粒子検知システムとすると良い。

【0011】

この粒子検知システムでは、ヒータ部への前回の通電以降の粒子量積算値が規定値を超えた場合に、ヒータ部への通電を行う。これにより、適切なタイミングで付着粒子の除去を行うことができる。

【0012】

さらに、上述のいずれかの粒子検知システムであって、前記検知部は、気中放電によりイオンを生成するイオン源を含み、生成した上記イオンを前記被測定ガス中を浮遊する前記粒子に付着させ帯電させて帯電粒子とする帯電部を有し、上記イオン源は、上記気中放電を生じる放電部を含む放電電極体を有し、前記絶縁部材は、上記放電部を露出させつつ上記放電部を除く上記放電電極体を覆い、前記ガス接触表面であり上記放電部の周囲に位置する放電部周囲表面を有し、前記ヒータ部は、上記絶縁部材の上記放電部周囲表面を加熱する粒子検知システムとすると良い。

【0013】

被測定ガスに含まれる粒子（煤など）は、気中放電を生じる放電電極体の放電部やその周囲に堆積して付着しやすい（即ち、付着粒子となりやすい）。一方、放電部やその周囲に付着粒子が付着すると、気中放電の状態が変化し、生成できるイオンの量が減少するなど、変動するため、粒子の検知性能の低下が生じることがある。
これに対し、この粒子検知システムでは、放電電極体を覆う絶縁部材の放電部周囲表面をヒータ部で加熱する。このため、この放電部周囲表面や放電部に付着した付着粒子を除去して、イオン源において気中放電を適切に生じさせることができる。これにより、粒子の検知性能の低下を防止することができる。

【0014】

さらに、上述のいずれかの粒子検知システムであって、前記粒子センサは、前記被測定ガスが流通し、接地電位とされる通気管に装着されて、前記検知部が上記通気管内を臨み、上記被測定ガスを内部に取り入れるガス取入管を有し、上記接地電位とは異なる第１電位とされ、上記検知部の一部をなす内側金具と、上記内側金具の径方向周囲を囲み、上記通気管に装着されて上記接地電位とされる筒状の外側金具と、を有し、前記絶縁部材は、上記内側金具と上記外側金具との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する絶縁スペーサであり、前記ヒータ部は、上記絶縁スペーサの前記ガス接触表面を加熱する粒子検知システムとすると良い。

【0015】

内側金具と外側金具との間に介在する絶縁スペーサのガス接触表面に付着粒子が付着して、第１電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下すると、第１電位と接地電位との間に漏れ電流が流れて、センサ信号である、第１電位と接地電位との間を流れる微小な信号電流（例えば数μＡ以下）の検知に誤差を生じ、粒子を適切に検知できなくなる。
これに対し、この粒子検知システムでは、絶縁スペーサのガス接触表面をヒータ部で加熱する。これにより、第１電位と接地電位との間に流れる漏れ電流を抑制し、センサ信号である信号電流を適切に検知することができる。このため、漏れ電流の影響によって信号電流の検知精度が低下し、粒子の検知性能が低下するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係り、車両に搭載したエンジンの排気管に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。

【図2】実施形態に係る粒子検知システムのうち、粒子センサの縦断面図である。

【図3】実施形態に係る粒子検知システムのうち、粒子検知センサの構造を示す分解斜視図である。

【図4】実施形態に係る粒子検知システムのうち、回路部の概略構成を示す説明図である。

【図5】実施形態に係る第１絶縁スペーサの斜視図に関し、（ａ）は基端側から見た斜視図、（ｂ）は先端側から見た斜視図である。

【図6】実施形態に係るセラミック素子の斜視図である。

【図7】実施形態に係るセラミック素子の分解斜視図である。

【図8】実施形態に係る粒子検知システムの電気的機能及び動作と、排気ガスの取り入れ及び排出の様子を模式的に示した説明図である。

【図9】実施形態に係る粒子検知システムのうち、セラミック素子のガス接触部に付着した付着粒子と、これを加熱する素子用ヒータを示す説明図である。

【図10】実施形態に係る粒子検知システムのうち、粒子検知及びヒータ通電の処理を行うマイクロプロセッサの動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。本実施形態に係る粒子検知システム１（以下、単にシステム１ともいう）は、図１に示すように、センサ本体をなす粒子センサ１０と、回路部２００とから構成され、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧの排気管ＥＰ（通気管）に、粒子センサ１０が装着され、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の粒子Ｓ（煤など）の量を検知する。
このシステム１は、エンジンＥＮＧを制御するエンジン制御ユニットＥＣＵとＣＡＮバスを通じて接続されている。
なお、図２及び図３に、システム１のうち粒子センサ１０の構成を示し、図４に、システム１のうち回路部２００の構成を示す。

【0018】

まず、図２及び図３を参照して、粒子センサ１０について説明する。
粒子センサ１０は、ガス取入管２５を有する内側金具２０、外側金具７０、第１絶縁スペーサ１００、第２絶縁スペーサ１１０、セラミック素子１２０、５本の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５等から構成される。なお、図２において、粒子センサ１０の長手方向ＧＨのうち、ガス取入管２５が配置された側（図中、下方）を先端側ＧＳとし、これと反対側の電線１６１，１６３等が延出する側（図中、上方）を基端側ＧＫとする。
なお、粒子センサ１０のうち、内側金具２０のガス取入管２５及びセラミック素子１２０の先端側部分は、排気ガスＥＧに晒される検知部１１をなす。

【0019】

この粒子センサ１０は、接地電位ＰＶＥ（車両ＡＭのシャーシＧＮＤ）とされた金属製の排気管ＥＰに、金属製の取付用ボスＢＯを介して装着される（図２参照）。これにより、外側金具７０は、接地電位ＰＶＥとされる。また、内側金具２０の先端側部分をなすガス取入管２５が、排気管ＥＰに設けられた取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置される。そして、ガス取入口６５ｃ及び第１内側導入孔６０ｃからガス取入管２５内に取り入れた取入ガスＥＧＩ中の粒子Ｓに、イオンＣＰを付着させて帯電粒子ＳＣとし、取入ガスＥＧＩと共にガス排出口６０ｅから排気管ＥＰへ排出する（図８参照）。

【0020】

このうち、内側金具２０は、後述する回路部２００のうち第１電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０等に、後述する電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１を介して導通しており、接地電位ＰＶＥとは異なる第１電位ＰＶ１とされる。この内側金具２０は、主体金具３０と、内筒４０と、内筒接続金具５０と、ガス取入管２５（内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５）とから構成される。

【0021】

主体金具３０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この主体金具３０は、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部３１を有する。主体金具３０の内部には、カップ状の金属カップ３３が配置されている。この金属カップ３３の底部には孔が形成されており、この孔に後述するセラミック素子１２０が挿通されている。また、主体金具３０の内部には、セラミック素子１２０の周囲に、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、円筒状でアルミナからなるセラミックホルダ３４と、滑石粉末を圧縮して構成した第１粉末充填層３５及び第２粉末充填層３６と、円筒状でアルミナからなるセラミックスリーブ３７とが配置されている。なお、セラミックホルダ３４及び第１粉末充填層３５は、金属カップ３３内に位置している。更に、主体金具３０のうち最も基端側ＧＫの加締部３０ｋｋは、径方向内側に加締められて、加締リング３８を介してセラミックスリーブ３７を先端側ＧＳに押圧している。

【0022】

内筒４０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。内筒４０の先端部は、径方向外側に突出する円環状のフランジ部４１となっている。内筒４０は、主体金具３０の基端側部３０ｋに外嵌され、フランジ部４１をフランジ部３１に重ねた状態で、基端側部３０ｋにレーザ溶接されている。
内筒４０の内部には、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、絶縁ホルダ４３と、第１セパレータ４４と、第２セパレータ４５とが配置されている。このうち絶縁ホルダ４３は、円筒状で絶縁体からなり、セラミックスリーブ３７に基端側ＧＫから当接している。この絶縁ホルダ４３には、セラミック素子１２０が挿通されている。
また、第１セパレータ４４は、絶縁体からなり、挿通孔４４ｃを有する。この挿通孔４４ｃ内には、セラミック素子１２０が挿通されると共に、放電電位端子４６の先端側部分が収容されている。そして、この挿通孔４４ｃ内において、セラミック素子１２０の後述する放電電位パッド１３５（図６及び図７参照）に、放電電位端子４６が接触している。

【0023】

一方、第２セパレータ４５は、絶縁体からなり、第１挿通孔４５ｃ及び第２挿通孔４５ｄを有する。第１挿通孔４５ｃ内に収容された放電電位端子４６の基端側部分と後述する放電電位リード線１６２の先端部とは、この第１挿通孔４５ｃ内で接続されている。また、第２挿通孔４５ｄ内には、セラミック素子１２０の素子基端部１２０ｋが配置されているほか、補助電位端子４７、第２−１ヒータ端子４８及び第２−２ヒータ端子４９が互いに絶縁された状態で収容されている。そして、この第２挿通孔４５ｄ内において、セラミック素子１２０の補助電位パッド１４７に補助電位端子４７が接触し、セラミック素子１２０の第２−１ヒータパッド１５６に第２−１ヒータ端子４８が接触し、セラミック素子１２０の第２−２ヒータパッド１５８に第２−２ヒータ端子４９が接触している（図６及び図７も参照）。更に、第２挿通孔４５ｄ内には、後述する補助電位リード線１６４、第２−１ヒータリード線１７４及び第２−２ヒータリード線１７６の先端部がそれぞれ配置されている。そして、第２挿通孔４５ｄ内において、補助電位端子４７と補助電位リード線１６４が接続され、第２−１ヒータ端子４８と第２−１ヒータリード線１７４が接続され、第２−２ヒータ端子４９と第２−２ヒータリード線１７６が接続されている。

【0024】

内筒接続金具５０は、ステンレス製の部材で、第２セパレータ４５の基端側部分を包囲しつつ、内筒４０の基端部４０ｋに外嵌され、内筒接続金具５０の先端部５０ｓが内筒４０の基端部４０ｋにレーザ溶接されている。この内筒接続金具５０には、電線１７１を除く、４本の電線１６１，１６３，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。このうち、後述する三重同軸ケーブルの電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、この内筒接続金具５０に接続されている。

【0025】

ガス取入管２５は、内側プロテクタ６０と外側プロテクタ６５とから構成される。内側プロテクタ６０は、有底円筒状でステンレス製の部材であり、外側プロテクタ６５は、円筒状でステンレス製の部材である。外側プロテクタ６５は、内側プロテクタ６０の径方向周囲に配置されている。これら内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５は、主体金具３０の先端部３０ｓに外嵌され、その先端部３０ｓにレーザ溶接されている。ガス取入管２５は、主体金具３０から先端側ＧＳに突出するセラミック素子１２０の先端側部分（後述するイオン源１５）を径方向外側から包囲しており、セラミック素子１２０を水滴や異物から保護する一方、排気ガスＥＧをセラミック素子１２０の周囲に導く。

【0026】

外側プロテクタ６５の先端側部分には、排気ガスＥＧを外側プロテクタ６５の内部に取り入れるための矩形状のガス取入口６５ｃが複数形成されている。また、内側プロテクタ６０には、外側プロテクタ６５内に取り入れた取入ガスＥＧＩを更に内側プロテクタ６０の内部に導入するため、その基端側部分に円形の第１内側導入孔６０ｃが複数形成されている。また、内側プロテクタ６０の先端側部分にも、三角形の第２内側導入孔６０ｄが複数形成されている。更に、内側プロテクタ６０の底部には、取入ガスＥＧＩを排気管ＥＰへ排出するための円形のガス排出口６０ｅが形成されており、このガス排出口６０ｅを含む先端部６０ｓは、外側プロテクタ６５の先端開口部６５ｓから先端側ＧＳに突出している。

【0027】

ここで、粒子センサ１０の使用時における内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５への排気ガスＥＧの取り入れ及び排出について説明する（図８参照）。図８において、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を、図中、左から右に向けて流通している。この排気ガスＥＧが、外側プロテクタ６５及び内側プロテクタ６０の周囲を通ると、その流速が内側プロテクタ６０のガス排出口６０ｅの外側で上昇し、いわゆるベンチュリ効果により、ガス排出口６０ｅ付近に負圧が生じる。

【0028】

すると、この負圧により内側プロテクタ６０内に取り入れられた取入ガスＥＧＩが、ガス排出口６０ｅから排気管ＥＰへ排出される。これと共に、外側プロテクタ６５のガス取入口６５ｃ周囲の排気ガスＥＧが、このガス取入口６５ｃから外側プロテクタ６５内に取り入れられ、更に、内側プロテクタ６０の第１内側導入孔６０ｃを通じて、内側プロテクタ６０内に取り入れられる。そして、内側プロテクタ６０内の取入ガスＥＧＩは、ガス排出口６０ｅから排出される。このため、内側プロテクタ６０内には、破線矢印で示すように、基端側ＧＫの第１内側導入孔６０ｃから先端側ＧＳのガス排出口６０ｅに向けて流れる取入ガスＥＧＩの気流が生じる。

【0029】

次に、外側金具７０について説明する。この外側金具７０は、円筒状で金属からなり、内側金具２０の径方向周囲を内側金具２０とは離間した状態で囲むと共に、接地電位ＰＶＥ（車両ＡＭのシャーシＧＮＤ）とされた排気管ＥＰに装着されて接地電位ＰＶＥとされる。外側金具７０は、取付金具８０と外筒９０とから構成される。

【0030】

取付金具８０は、長手方向ＧＨに延びる円筒状でステンレス製の部材である。この取付金具８０は、内側金具２０のうち、主体金具３０及び内筒４０の先端側部分の径方向周囲に、これらとは離間して配置されている。この取付金具８０は、径方向外側に膨出して外形六角形状をなすフランジ部８１を有する。また、取付金具８０の内側には、段状をなす段状部８３が設けられている。また、取付金具８０のうちフランジ部８１よりも先端側ＧＳの先端側部８０ｓの外周には、排気管ＥＰへの固定に用いる雄ネジ（不図示）が形成されている。粒子センサ１０は、この先端側部８０ｓの雄ネジによって、排気管ＥＰに別途固定された金属製の取付用ボスＢＯに取り付けられ、この取付用ボスＢＯを介して排気管ＥＰに固定される。

【0031】

取付金具８０と内側金具２０との間には、後述する第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が配置されている。更に、取付金具８０と内側金具２０との間には、後述するヒータ接続金具８５と、これに接続する電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２の先端部１７２ｓが配置されている。取付金具８０のうち最も基端側ＧＫの加締部８０ｋｋは、径方向内側に加締められて、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側ＧＳに押圧している。

【0032】

外筒９０は、長手方向ＧＨに延びる筒状でステンレス製の部材である。この外筒９０の先端部９０ｓは、取付金具８０の基端側部８０ｋに外嵌され、この基端側部８０ｋにレーザ溶接されている。外筒９０のうち基端側ＧＫに位置する小径部９１の内部には、外筒接続金具９５が配置され、更にその基端側ＧＫには、フッ素ゴム製のグロメット９７が配置されている。これら外筒接続金具９５及びグロメット９７には、後述する５本の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。これらのうち、後述する三重同軸ケーブルの電線１６１，１６３の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、それぞれ外筒接続金具９５に接続されている。この外筒接続金具９５は、外筒９０の小径部９１と共に加締めによって径方向内側に縮径され、これにより外筒接続金具９５及びグロメット９７は、外筒９０の小径部９１内に固定されている。

【0033】

次に、第１絶縁スペーサ１００について説明する（図５も参照）。この第１絶縁スペーサ１００は、長手方向ＧＨに延びる円筒状で、絶縁材であるアルミナからなる絶縁部材である。第１絶縁スペーサ１００は、内側金具２０と外側金具７０との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する。具体的には、内側金具２０のうち主体金具３０及び内筒４０の先端側部分と、外側金具７０のうち取付金具８０との間に配置されている。この第１絶縁スペーサ１００は、先端側ＧＳに位置する径小なスペーサ先端側部１０１と、基端側ＧＫに位置する径大なスペーサ基端側部１０３と、これらの間を結ぶスペーサ中間部１０２とからなる。

【0034】

このうちスペーサ先端側部１０１の先端部は、粒子センサ１０を排気管ＥＰに装着した状態で、排気管ＥＰ内に露出し（排気管ＥＰ内を臨み）、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧに接するガス接触部１０１ｓとなっている。
また、スペーサ中間部１０２は、先端側ＧＳを向く外側段面１０２ｓと、基端側ＧＫを向く内側段面１０２ｋとを有する。これら外側段面１０２ｓ及び内側段面１０２ｋは、いずれも第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円環状をなす。外側段面１０２ｓは、取付金具８０の段状部８３に、基端側ＧＫから全周にわたり当接している。一方、内側段面１０２ｋには、主体金具３０のフランジ部３１が基端側ＧＫから当接している。

【0035】

この第１絶縁スペーサ１００は、ガス接触部１０１ｓを加熱するスペーサ用ヒータ１０５を、第１絶縁スペーサ１００の内部に有する。具体的には、このスペーサ用ヒータ１０５は、タングステンからなる発熱抵抗体１０６と、この発熱抵抗体１０６の両端に導通する一対の第１−１ヒータ端子１０７及び第１−２ヒータ端子１０８とを有する。このうち発熱抵抗体１０６は、スペーサ先端側部１０１の部材内部に、蛇行状をなしながら全周にわたり形成されている。また、第１−１ヒータ端子１０７は、スペーサ中間部１０２の外側段面１０２ｓに形成されており、取付金具８０に導通している。具体的には、この第１−１ヒータ端子１０７は、外側段面１０２ｓの全面に、第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円環状に形成されており、全周にわたり取付金具８０の段状部８３に当接している。

【0036】

一方、第１−２ヒータ端子１０８は、スペーサ基端側部１０３の内周面１０３ｎの基端側部分に、第１絶縁スペーサ１００の周方向に延びる円筒状に形成されている。スペーサ基端側部１０３の径方向内側には、円筒状のヒータ接続金具８５が配置されており、スペーサ基端側部１０３の内周面１０３ｎの第１−２ヒータ端子１０８に接触している。このヒータ接続金具８５には、後述する電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２の先端部１７２ｓが接続されている。この電線１７１は、ヒータ接続金具８５から、内側金具２０と外側金具７０との間を基端側ＧＫに延び、更に外側金具７０の外部に延出している。

【0037】

次に、第２絶縁スペーサ１１０について説明する。この第２絶縁スペーサ１１０は、長手方向ＧＨに延びる筒状でアルミナ製の部材である。第２絶縁スペーサ１１０は、内側金具２０と外側金具７０との間に介在して両者を離間しつつ電気的に絶縁する。具体的には、第２絶縁スペーサ１１０は、内側金具２０のうち内筒４０の先端側部分と、外側金具７０のうち取付金具８０との間に配置されている。この第２絶縁スペーサ１１０は、先端側ＧＳに位置する先端側部１１１と、基端側ＧＫに位置する基端側部１１３とからなる。

【0038】

このうち先端側部１１１は、基端側部１１３よりも外径が小さく肉薄とされている。この先端側部１１１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ基端側部１０３と内筒４０との間に配置されている。また、この先端側部１１１の外周面１１１ｍには、第２絶縁スペーサ１１０の周方向に延びる凹溝１１１ｖが全周にわたり形成されており、この凹溝１１１ｖには、前述のヒータ接続金具８５が配置されている。一方、基端側部１１３は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ基端側部１０３よりも基端側ＧＫに位置し、取付金具８０と内筒４０との間に配置されている。

【0039】

前述のように、取付金具８０の加締部８０ｋｋは、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側ＧＳに押圧している。これにより、第２絶縁スペーサ１１０の先端側部１１１は、内筒４０のフランジ部４１及び主体金具３０のフランジ部３１を先端側ＧＳに押圧する。更にこれらのフランジ部４１，３１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ中間部１０２を先端側ＧＳに押圧して、このスペーサ中間部１０２が、取付金具８０の段状部８３に係合する。かくして、第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が、内側金具２０（主体金具３０及び内筒４０の先端側部分）と外側金具７０（取付金具８０）との間に固定されている。

【0040】

次に、セラミック素子１２０について説明する（図６，図７も参照）。このセラミック素子１２０は、長手方向ＧＨに延びる板状で、絶縁材であるアルミナからなるセラミック基体１２１（絶縁部材）を有しており、このセラミック基体１２１内に、放電電極体１３０、補助電極体１４０及び素子用ヒータ１５０が埋設されて一体焼結されている。具体的には、セラミック基体１２１は、アルミナグリーンシート由来のアルミナからなる３つのセラミック層１２２，１２３，１２４を積層してなり、これらの層間には印刷により形成されたアルミナからなる２つの絶縁被覆層１２５，１２６がそれぞれ介在している。このうちセラミック層１２２及び絶縁被覆層１２５は、セラミック層１２３，１２４及び絶縁被覆層１２６よりも、先端側ＧＳ及び基端側ＧＫでそれぞれ長手方向ＧＨに短くされている。そして、絶縁被覆層１２５とセラミック層１２３の間に放電電極体１３０が配置されている。また、セラミック層１２３と絶縁被覆層１２６の間に補助電極体１４０が配置され、絶縁被覆層１２６とセラミック層１２４の間に素子用ヒータ１５０が配置されている。

【0041】

放電電極体１３０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、先端側ＧＳに位置する針状の針状電極部１３１と、基端側ＧＫに位置する放電電位パッド１３５と、これらの間を結ぶリード部１３３とからなる。針状電極部１３１は、白金線からなる。一方、リード部１３３及び放電電位パッド１３５は、パターン印刷されたタングステンからなる。放電電極体１３０のうち、針状電極部１３１の基端側部１３１ｋとリード部１３３の全体は、セラミック基体１２１内に埋設されている。一方、針状電極部１３１のうち先端側部１３１ｓは、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも先端側ＧＳで、セラミック基体１２１から突出している。これにより、この針状電極部１３１の先端側部１３１ｓを含むセラミック素子１２０の先端側部分は、コロナ放電（後述する）によりイオンＣＰを生成するイオン源１５をなしている。また、このイオン源１５において、針状電極部１３１の先端側部１３１ｓのうち、先端の針状先端部１３１ｓｓが、コロナ放電（気中放電）を生じる放電部であり、後述するように、この針状先端部１３１ｓｓと内側プロテクタ６０との間でコロナ放電（気中放電）を生じ、イオンＣＰを生成する。
なお、セラミック基体１２１の先端側部分の表面は、ガス取入管２５（内側プロテクタ６０及び外側プロテクタ６５）内に取り入れた排気ガスＥＧに接するガス接触表面１２１ｓとなっている（図８参照）。
また、放電電位パッド１３５は、セラミック基体１２１のうち、セラミック層１２２よりも基端側ＧＫで露出している。この放電電位パッド１３５には、前述したように、第１セパレータ４４の挿通孔４４ｃ内で放電電位端子４６が接触する。

【0042】

補助電極体１４０は、長手方向ＧＨに延びる形態を有しており、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体１２１内に埋設されている。この補助電極体１４０は、先端側ＧＳに位置し、矩形状をなす補助電極部１４１と、この補助電極部１４１に接続し基端側ＧＫに延びるリード部１４３とからなる。リード部１４３の基端部１４３ｋは、絶縁被覆層１２６の貫通孔１２６ｃを通じて、セラミック層１２４の一方の主面１２４ａに形成された導通パターン１４５に接続している。更に、この導通パターン１４５は、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１４６を通じて、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された補助電位パッド１４７に接続している。この補助電位パッド１４７には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で補助電位端子４７が接触する。

【0043】

素子用ヒータ１５０は、パターン印刷により形成されて、その全体がセラミック基体１２１内に埋設されている。素子用ヒータ１５０は、先端側ＧＳに位置しこのセラミック素子１２０を加熱する発熱抵抗体１５１と、この発熱抵抗体１５１の両端に接続し基端側ＧＫに延びる一対のヒータリード部１５２，１５３とからなる。一方のヒータリード部１５２の基端部１５２ｋは、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１５５を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された第２−１ヒータパッド１５６に接続している。この第２−１ヒータパッド１５６には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−１ヒータ端子４８が接触する。また、他方のヒータリード部１５３の基端部１５３ｋは、セラミック層１２４に貫通形成されたスルーホール導体１５７を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された第２−２ヒータパッド１５８に接続している。この第２−２ヒータパッド１５８には、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−２ヒータ端子４９が接触する。

【0044】

次に、電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５について説明する。これら５本の電線のうち、２本の電線１６１，１６３は、三重同軸ケーブル（トライアキシャルケーブル）であり、残り３本の電線１７１，１７３，１７５は、細径で単芯の絶縁電線である。
このうち電線１６１は、芯線（中心導体）として放電電位リード線１６２を有し、この放電電位リード線１６２は、前述のように、第２セパレータ４５の第１挿通孔４５ｃ内で放電電位端子４６に接続している。また、電線１６３は、芯線（中心導体）として補助電位リード線１６４を有し、この補助電位リード線１６４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で補助電位端子４７に接続している。また、これらの電線１６１，１６３の同軸二重の外部導体のうち、内側の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、内側金具２０の内筒接続金具５０に接続しており、第１電位ＰＶ１とされる。一方、外側の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、外側金具７０に導通する外筒接続金具９５に接続しており、接地電位ＰＶＥとされる。

【0045】

また、電線１７１は、芯線として第１−１ヒータリード線１７２を有する。この第１−１ヒータリード線１７２は、前述のように、取付金具８０の内部でヒータ接続金具８５に接続している。また、電線１７３は、芯線として第２−１ヒータリード線１７４を有する。この第２−１ヒータリード線１７４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−１ヒータ端子４８に接続している。また、電線１７５は、芯線として第２−２ヒータリード線１７６を有する。この第２−２ヒータリード線１７６は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内で第２−２ヒータ端子４９に接続している。

【0046】

次に、回路部２００について説明する（図４参照）。この回路部２００は、粒子センサ１０の電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５に接続されており、粒子センサ１０を駆動すると共に、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有する。回路部２００は、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０と、計測制御回路２２０とを有する。

【0047】

このうちイオン源電源回路２１０は、第１電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有する。第２電位ＰＶ２は、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされる。
補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、補助電極電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有する。この補助電極電位ＰＶ３は、第１電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２電位ＰＶ２のピーク電位よりも低い電位とされる。

【0048】

計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０と、第１ヒータ通電回路２２３と、第２ヒータ通電回路２２５とを有する。このうち信号電流検知回路２３０は、第１電位ＰＶ１とされる信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥとされる接地入力端２３２とを有する。なお、接地電位ＰＶＥと第１電位ＰＶ１とは、互いに絶縁されており、信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１（第１電位ＰＶ１）と接地入力端２３２（接地電位ＰＶＥ）との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する回路である。

【0049】

また、第１ヒータ通電回路２２３は、ＰＷＭ制御により第１絶縁スペーサ１００のスペーサ用ヒータ１０５に通電してこれを加熱する回路であり、電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２に接続される第１−１ヒータ通電端２２３ａと、接地電位ＰＶＥとされる第１−２ヒータ通電端２２３ｂとを有する。

【0050】

なお、スペーサ用ヒータ１０５の第１−１ヒータ端子１０７は、ヒータ接続金具８５及び電線１７１の第１−１ヒータリード線１７２を介して、第１ヒータ通電回路２２３の第１−１ヒータ通電端２２３ａに導通している。また、スペーサ用ヒータ１０５の第１−２ヒータ端子１０８は、外側金具７０及び外筒接続金具９５を介して、接地電位ＰＶＥとされる第１ヒータ通電回路２２３の第１−２ヒータ通電端２２３ｂに導通している。

【0051】

このため、第１ヒータ通電回路２２３から、スペーサ用ヒータ１０５の第１−１ヒータ端子１０７と第１−２ヒータ端子１０８との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、スペーサ用ヒータ１０５の発熱抵抗体１０６が通電により発熱する。これにより、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ先端側部１０１を加熱して、スペーサ先端側部１０１のガス接触部１０１ｓに付着した煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡ（図２参照）を燃焼させて除去する。

【0052】

また、第２ヒータ通電回路２２５は、ＰＷＭ制御によりセラミック素子１２０の素子用ヒータ１５０に通電してこれを加熱する回路であり、電線１７３の第２−１ヒータリード線１７４に接続される第２−１ヒータ通電端２２５ａと、電線１７５の第２−２ヒータリード線１７６に接続されて接地電位ＰＶＥとされる第２−２ヒータ通電端２２５ｂとを有する。

【0053】

なお、素子用ヒータ１５０の第２−１ヒータパッド１５６は、第２−１ヒータ端子４８及び電線１７３の第２−１ヒータリード線１７４を介して、第２ヒータ通電回路２２５の第２−１ヒータ通電端２２５ａに導通している。また、素子用ヒータ１５０の第２−２ヒータパッド１５８は、第２−２ヒータ端子４９及び電線１７５の第２−２ヒータリード線１７６を介して、第２ヒータ通電回路２２５の第２−２ヒータ通電端２２５ｂに導通している。

【0054】

このため、第２ヒータ通電回路２２５から、素子用ヒータ１５０の第２−１ヒータパッド１５６と第２−２ヒータパッド１５８との間に所定のヒータ通電電圧を印加すると、素子用ヒータ１５０の発熱抵抗体１５１が通電により発熱する。これにより、セラミック素子１２０（セラミック基体１２１のガス接触表面１２１ｓのうち、針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ（放電部）の周囲に位置する放電部周囲表面１２１ｓｓ）を加熱して、セラミック素子１２０（セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓや針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ）に付着した煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡ（図９参照）を燃焼させて除去する。

【0055】

また、回路部２００において、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１とされる内側回路ケース２５０に包囲されている。また、この内側回路ケース２５０は、絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１ｂを収容して包囲すると共に、電線１６１，１６３のうち、第１電位ＰＶ１とされる内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１に導通している。絶縁トランス２７０は、その鉄心２７１が、一次側コイル２７２を捲回した一次側鉄心２７１ａと、電源回路側コイル２７３及び補助電極電源側コイル２７４を捲回した二次側鉄心２７１ｂとに、分離して構成される。このうち一次側鉄心２７１ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１ｂは、第１電位ＰＶ１に導通している。

【0056】

更に、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び計測制御回路２２０は、接地電位ＰＶＥとされる外側回路ケース２６０に包囲されている。また、この外側回路ケース２６０は、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１ａを収容して包囲すると共に、電線１６１，１６３のうち、接地電位ＰＶＥとされる外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２に導通している。

【0057】

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。レギュレータ電源ＰＳを通じて計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に分配される。また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２２１を有し、通信線ＣＣを介して（具体的には、図１に示すようにＣＡＮバスを通じて）エンジン制御ユニットＥＣＵ（以下、単にＥＣＵともいう）と通信可能となっており、前述した信号電流検知回路２３０の測定結果（信号電流Ｉｓの大きさ）などの信号を、ＥＣＵに送信可能となっている。

【0058】

次いで、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（図８，図４参照）。セラミック素子１２０の放電電極体１３０は、電線１６１の放電電位リード線１６２を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通しており、第２電位ＰＶ２とされる。一方、セラミック素子１２０の補助電極体１４０は、電線１６３の補助電位リード線１６４を介して、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通しており、補助電極電位ＰＶ３とされる。更に、内側金具２０は、電線１６１，１６３の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１を介して、内側回路ケース２５０等に接続、導通しており、第１電位ＰＶ１とされる。加えて、外側金具７０は、電線１６１，１６３の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２を介して、外側回路ケース２６０等に接続、導通しており、接地電位ＰＶＥとされる。

【0059】

ここで、放電電極体１３０の針状電極部１３１に、回路部２００のイオン源電源回路２１０から、電線１６１の放電電位リード線１６２、放電電位端子４６、及び放電電位パッド１３５を通じて、正の高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）の第２電位ＰＶ２を印加する。すると、この針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓと、第１電位ＰＶ１とされた内側プロテクタ６０との間で、気中放電、具体的にはコロナ放電を生じ、針状先端部１３１ｓｓの周囲でイオンＣＰが生成される。前述したように、ガス取入管２５の作用により、内側プロテクタ６０内には、排気ガスＥＧが取り入れられ、セラミック素子１２０付近において、基端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう取入ガスＥＧＩの気流が生じている。このため、生成されたイオンＣＰは、取入ガスＥＧＩ中の粒子Ｓに付着する。これにより、粒子Ｓは、正に帯電した帯電粒子ＳＣとなって、取入ガスＥＧＩと共に、ガス排出口６０ｅに向けて流れ、排気管ＥＰへ排出される。

【0060】

一方、補助電極体１４０の補助電極部１４１には、回路部２００の補助電極電源回路２４０から、電線１６３の補助電位リード線１６４、補助電位端子４７、及び補助電位パッド１４７を通じて、所定の電位（例えば、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とされた補助電極電位ＰＶ３を印加する。これにより、生成したイオンＣＰのうち、粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦに、補助電極部１４１からその径方向外側の内側プロテクタ６０（捕集極）に向かう斥力を与える。そして、浮遊イオンＣＰＦを、捕集極（内側プロテクタ６０）の各部に付着させて捕集を補助する。かくして、確実に浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、浮遊イオンＣＰＦまでもがガス排出口６０ｅから排出されるのを防止する。

【0061】

そして、この粒子検知システム１では、ガス排出口６０ｅから排出された帯電粒子ＳＣに付着していた排出イオンＣＰＨの電荷量に対応するセンサ信号である信号電流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中に含まれる粒子Ｓの量（濃度）を検知できる。

【0062】

なお，本実施形態では、図８において破線で示すように、粒子センサ１０の検知部１１のうち、イオン源１５をなすセラミック素子１２０の先端側部分、及び、このイオン源１５の周囲に位置する内側プロテクタ６０、並びに、これらイオン源１５及び内側プロテクタ６０の間の空間ＶＯが、イオンＣＰを排気ガスＥＧ中を浮遊する粒子Ｓに付着させ帯電させて帯電粒子ＳＣとする帯電部１２である（図８参照）。即ち、本実施形態では、検知部１１は、イオン源１５を含む帯電部１２を有している。

【0063】

ところで、排気ガスＥＧに含まれる煤である粒子Ｓは、イオン源１５をなすセラミック素子１２０のうち、コロナ放電を生じる放電電極体１３０の針状電極部１３１（特に針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓの周囲）等に堆積して付着しやすい（付着粒子ＳＡとなりやすい）。そして、この付着粒子ＳＡを除去するには、素子用ヒータ１５０でセラミック素子１２０のうち、針状先端部１３１ｓｓの周囲に位置するセラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓを、付着粒子ＳＡが燃える温度に昇温して、セラミック素子１２０（セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓや針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ）に付着した付着粒子ＳＡを、定期的に燃焼させて除去する必要がある（図９参照）。

【0064】

また、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡが付着して、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間の絶縁性が低下すると、数μＡ以下となる微小な信号電流Ｉｓの検知に誤差を生じ、粒子Ｓを適切に検知できなくなる。このため、スペーサ用ヒータ１０５に通電して、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓを加熱し昇温させることにより、第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した煤（粒子Ｓ）からなる付着粒子ＳＡを、定期的に燃焼させて除去する必要がある（図２参照）。

【0065】

なお、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡを燃焼させて除去するにあたっては、所定時間毎に通電するなど、通電の間隔を予め定めて素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に通電することが考えられる。しかしながら、このように通電の間隔を予め定めてヒータ通電を行うようにすると、ヒータ通電の間隔が長い場合や、煤（粒子Ｓ）の量が多かった場合には、次の通電タイミングが来るまでに、粒子Ｓの検知性能の低下が生じることがある。一方、ヒータ通電の間隔を短くしすぎると、消費電力が大きくなるという問題がある。

【0066】

そこで、本実施形態のシステム１では、検知した粒子Ｓの量を所定期間Ｔｄにわたって積算した粒子量積算値ＭＳ（後述する）に基づいて、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電を制御する。
具体的には、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への前回の通電以降の粒子量積算値ＭＳが予め定めた規定値ＲＳを超えた場合に、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電を行う。即ち、本実施形態では、前回の通電以降の期間を粒子量積算値ＭＳを算出する所定期間Ｔｄとし、粒子量積算値ＭＳに基づいて、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に通電するタイミングを制御する。
これにより、検知した粒子Ｓの量が多い場合には早いタイミングで、検知した粒子Ｓの量が少ない場合には遅いタイミングで、それぞれ適切なタイミングでヒータ通電を行って、付着粒子ＳＡを除去することができる。

【0067】

以下、本実施形態のシステム１のうち、粒子検知及びヒータ通電の処理を実行するマイクロプロセッサ２２１の動作について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。
エンジンＥＮＧのキースイッチ（図示しない）がＯＮにされると、本システム１（計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ２２１）が起動され、まず、ステップＳ１で、粒子検知及びヒータ通電に必要な初期設定がなされる。その後、ステップＳ２において、ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴ（図４参照）の有無を検知する。

【0068】

ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴが無い場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２を繰り返して、ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴの入力を待つ。そして、ＥＣＵからの粒子検知開始の指示信号ＳＴを検知した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ３に進む。

【0069】

ステップＳ３では、イオン源電源回路２１０で生成した高電圧をイオン源１５（セラミック素子１２０の放電電極体１３０）に印加して、コロナ放電によりイオンＣＰを生成し、排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知するなど、所定の粒子検知の処理を行って、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の粒子Ｓの量を検知する。

【0070】

続くステップＳ４では、検知した粒子Ｓの量を積算した粒子量積算値ＭＳを算出する。粒子量積算値ＭＳは、後述するステップＳ７でクリアされる。このため、前回のヒータ通電以降の期間（＝所定期間Ｔｄ）における、粒子Ｓの量の積算値が、粒子量積算値ＭＳとなる。

【0071】

次いで、ステップＳ５では、粒子量積算値ＭＳが予め定めた規定値ＲＳを超えたか否かを判定する。粒子量積算値ＭＳが規定値ＲＳを超えていないとき（Ｎｏ）は、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓへの付着粒子ＳＡの付着による粒子Ｓの検知性能の低下はまだ生じない状態である。このため、ヒータ通電を行わず、ステップＳ６及びステップＳ７をスキップして、ステップＳ８に進む。一方、粒子量積算値ＭＳが規定値ＲＳを超えたとき（Ｙｅｓ）は、粒子Ｓの検知性能の低下が近い状態であり、ヒータ通電を行うため、ステップＳ６に進む。

【0072】

ステップＳ６では、所定の通電時間Ｔｅにわたり、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に通電する。なお、通電時間Ｔｅは、粒子量積算値ＭＳが規定値ＲＳを超えたときに、ヒータ通電を行って、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡを燃焼除去することが可能な時間に設定してある。これにより、適切なタイミングでヒータ通電を行って、セラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓに付着した付着粒子ＳＡを燃焼させて除去する。
そして、通電時間Ｔｅにわたるヒータ通電が終了すると、ステップＳ７に進み、粒子量積算値ＭＳをクリアする。

【0073】

次いで、ステップＳ８では、ヒータ通電をエンジンＥＮＧのキースイッチがＯＦＦになったか否かを判断する。そして、エンジンＥＮＧのキースイッチがＯＦＦになっていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ３に戻り、粒子検知の処理を継続する。一方、エンジンＥＮＧのキースイッチがＯＦＦになった場合（Ｙｅｓ）には、粒子検知及びヒータ通電の処理を終了する。

【0074】

本実施形態において、セラミック素子１２０のセラミック基体１２１が絶縁部材に相当し、第１絶縁スペーサ１００が絶縁部材及び絶縁スペーサに相当する。また、セラミック素子１２０が有する素子用ヒータ１５０及び第１絶縁スペーサ１００が有するスペーサ用ヒータ１０５がヒータ部に相当する。さらに、放電部周囲表面１２１ｓｓを含むセラミック基体１２１のガス接触表面１２１ｓ及び第１絶縁スペーサ１００のガス接触部１０１ｓが、ガス接触表面に相当する。
また、信号電流Ｉｓがセンサ信号に相当し、計測制御回路２２０の信号電流検知回路２３０及びステップＳ３を実行しているマイクロプロセッサ２２１が、粒子量検知部に相当する。また、ステップＳ４を実行しているマイクロプロセッサ２２１が、積算値算出部に相当する。
また、計測制御回路２２０の第２ヒータ通電回路２２５及び第１ヒータ通電回路２２３並びにステップＳ６を実行しているマイクロプロセッサ２２１が、ヒータ通電制御手段に相当する。

【0075】

このように、本実施形態のシステム１では、検知した粒子Ｓの量を所定期間Ｔｄにわたって積算した粒子量積算値ＭＳに基づいて、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５（ヒータ部）への通電を制御する。
具体的には、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への前回の通電以降の粒子量積算値ＭＳが規定値ＲＳを超えた場合に、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電を行う（所定期間Ｔｄ＝前回の通電以降の期間）。これにより、適切なタイミングで付着粒子ＳＡの除去を行うことができ、粒子Ｓの検知性能の低下を防止できる。
また、不必要に素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に通電することがないので、省電力化を図ることができる。

【0076】

さらに、本実施形態のシステム１では、セラミック素子１２０のうち、放電電極体１３０を覆うセラミック基体１２１（絶縁部材）の放電部周囲表面１２１ｓｓを素子用ヒータ１５０（ヒータ部）で加熱する。このため、このセラミック基体１２１の放電部周囲表面１２１ｓｓや針状電極部１３１の針状先端部１３１ｓｓ（放電部）に付着した付着粒子ＳＡを除去して、イオン源１５において気中放電を適切に生じさせることができる。これにより、粒子Ｓの検知性能の低下を防止することができる。

【0077】

さらに、本実施形態のシステム１では、第１電位ＰＶ１とされる内側金具２０と接地電位ＰＶＥとされる外側金具７０との間に介在する第１絶縁スペーサ１００（絶縁部材，絶縁スペーサ）のガス接触部１０１ｓ（ガス接触表面）をスペーサ用ヒータ１０５（ヒータ部）で加熱する。
これにより、第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間に流れる漏れ電流を抑制し、センサ信号である信号電流Ｉｓを適切に検知することができる。このため、漏れ電流の影響によって信号電流Ｉｓの検知精度が低下し、粒子Ｓの検知性能が低下するのを防止することができる。

【0078】

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でもない。
例えば、実施形態では、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に晒される検知部１１が、気中放電によりイオンＣＰを生成するイオン源１５を含む帯電部１２を有する粒子検知システムに適用した例を示した。しかし、粒子センサの検知部はこれに限られない。例えば、電極の表面上に粒子を付着させて、電極に高電圧を印加することにより、粒子Ｓを帯電した帯電粒子ＳＣとする帯電部を検知部に有する粒子センサを備える粒子検知システムに適用しても良い（特許文献２，３参照）。この場合、ヒータ部としては、例えば、粒子が付着する帯電部の電極間を絶縁する絶縁部材を加熱するものが挙げられる。

【0079】

また、実施形態では、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への前回の通電以降の期間を粒子量積算値ＭＳを算出する所定期間Ｔｄとし、この前回の通電以降の粒子量積算値ＭＳが規定値ＲＳを超えた場合に、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５への通電を行った。即ち、実施形態では、粒子量積算値ＭＳに基づいて、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に通電するタイミングを制御した。しかし、粒子量積算値ＭＳに基づいて、ヒータ部（素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５）への通電を制御する手法はこれに限られない。

【0080】

例えば、所定期間Ｔｄ毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間Ｔｄ内に得られた粒子量積算値ＭＳが多いほど、通電時間Ｔｅを長くするなど、粒子量積算値ＭＳに基づいて、ヒータ部に通電する通電時間Ｔｅの長さを制御するようにしても良い。
また、所定期間Ｔｄ毎にヒータ部に通電する場合に、所定期間Ｔｄ内に得られた粒子量積算値ＭＳが多いほど、所定の通電時間Ｔｅにヒータ部に印加する電力を大きくするなど、粒子量積算値ＭＳに基づいて、ヒータ部に印加する電力の大きさを制御するようにしても良い。

【0081】

また、実施形態では、粒子量積算値ＭＳが規定値ＲＳを超えたときに、素子用ヒータ１５０及びスペーサ用ヒータ１０５に同時に通電したが、例えば、２通りの粒子量積算値を設けて、それぞれ別々の規定値と比較することにより、素子用ヒータ１５０とスペーサ用ヒータ１０５とを、別々に通電するようにしても良い。

【符号の説明】

【0082】

１ 粒子検知システム
１０ 粒子センサ
１１ 検知部
１２ 帯電部
１５ イオン源
２０ 内側金具
２５ ガス取入管
３０ 主体金具
４０ 内筒
５０ 内筒接続金具
６０ 内側プロテクタ
６０ｅ ガス排出口
６５ 外側プロテクタ
６５ｃ ガス取入口
７０ 外側金具
８０ 取付金具
９０ 外筒
１００ 第１絶縁スペーサ（絶縁部材，絶縁スペーサ）
１０１ スペーサ先端側部
１０１ｓ ガス接触部（ガス接触表面）
１０５ スペーサ用ヒータ（ヒータ部）
１２０ セラミック素子
１２１ セラミック基体（絶縁部材）
１２１ｓ ガス接触表面
１２１ｓｓ 放電部周囲表面
１３０ 放電電極体
１４０ 補助電極体
１５０ 素子用ヒータ（ヒータ部）
２００ 回路部
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２２１ マイクロプロセッサ
２２３ 第１ヒータ通電回路（ヒータ通電制御手段）
２２５ 第２ヒータ通電回路（ヒータ通電制御手段）
２３０ 信号電流検知回路（粒子量検知部）
２４０ 補助電極電源回路
ＡＭ 車両
ＥＮＧ エンジン
ＥＰ 排気管（通気管）
ＥＧ 排気ガス
ＥＧＩ 取入ガス
Ｓ 粒子
ＥＣＵ エンジン制御ユニット
ＰＶＥ 接地電位
ＰＶ１ 第１電位
Ｉｓ 信号電流（センサ信号）
ＳＡ 付着粒子
ＭＳ 粒子量積算値
ＲＳ 規定値
Ｓ３ 粒子量検知部
Ｓ４ 積算値算出部
Ｓ６ ヒータ通電制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】