(57)【要約】【課題】排気中の微粒子量を粒径の変化を考慮して検出する。【解決手段】排気が流通する測定室内における微粒子の挙動に影響を与えるパラメータを予め定めた第１の値に設定した状態で、測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせ、コロナ放電によって発生したイオンにより、排気中の微粒子を帯電させ、この帯電した微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を検出し、このイオン電流対応信号に基づいて、排気中の微粒子量を測定する。ここで、所定のタイミングで、上記のパラメータを第１の値から、第１の値とは異なる第２の値に変更し、このパラメータの変更に伴うイオン電流対応信号の変化に基づいて、微粒子の粒径の変化を推定し、微粒子量の検出を行なう。【選択図】図６
2018128360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、
前記排気が流通する測定室内における前記微粒子の挙動に影響を与えるパラメータを予め定めた第１の値に設定した状態で、前記測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、コロナ放電電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を検出するイオン電流信号出力部と、
前記イオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量を測定する測定部と、
を備え、前記測定部は、所定のタイミングで、前記パラメータを前記第１の値から、前記第１の値とは異なる第２の値に変更し、該パラメータの変更に伴う前記イオン電流対応信号の変化に基づいて、前記微粒子の粒径の変化を推定する
微粒子検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の微粒子検出装置であって、
前記測定部は、前記推定した前記微粒子の粒径の変化を考慮して、前記イオン電流対応信号から求められる前記微粒子量を補正する
微粒子検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の微粒子検出装置であって、
前記微粒子の挙動に影響を与えるパラメータは、
［１］前記放電用電圧、
［２］前記測定室を通過する排気の流速、
［３］前記測定室からの流路に設けられ、前記コロナ放電により発生したイオンのうち、前記微粒子に付着しなかったイオンを捕捉するトラップ電極に印加する電圧、
の少なくともいずれか１つである
微粒子検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の微粒子検出装置であって、
前記測定部は、前記パラメータを第１の値から第Ｎの値（Ｎは、３以上の整数）まで順次変更し、Ｎ回の前記イオン電流対応信号から、前記微粒子の粒径の推定を行なう
微粒子検出装置。
【請求項５】
内燃機関を備えた車両であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の微粒子検出装置を、前記熱機関である前記内燃機関の排気通路に設け、
前記微粒子検出装置の前記測定部は、前記内燃機関の運転状態が、予め定めた閾値以上に変化したとき、前記粒径の変化の推定を行なう
車両。
【請求項６】
燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する方法であって、
前記排気が流通する測定室内における前記微粒子の挙動に影響を与えるパラメータを予め定めた第１の値に設定した状態で、前記測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、コロナ放電電圧を印加してコロナ放電を生じさせ、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を検出し、
前記イオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量を測定し、
所定のタイミングで、前記パラメータを前記第１の値から、前記第１の値とは異なる第２の値に変更し、該パラメータの変更に伴う前記イオン電流対応信号の変化に基づいて、前記微粒子の粒径の変化を推定する
方法。
【請求項７】
燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子の粒径を推定する微粒子径推定装置であって、
前記排気が流通する測定室内における前記微粒子の挙動に影響を与えるパラメータを予め定めた第１の値に設定した状態で、前記測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、
前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を検出するイオン電流信号出力部と、
所定のタイミングで、前記パラメータを前記第１の値から、前記第１の値とは異なる第２の値に変更し、該パラメータの変更に伴う前記イオン電流対応信号の変化に基づいて、前記微粒子の粒径を推定する推定部と
を備えた微粒子径推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を検出する微粒子検出装置とこの微粒子検出装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素を含む燃料を燃焼する内燃機関を備えた車両では、炭化水素の燃焼に伴い、排気中にカーボンを含んだ微粒子（ＰＭ）が生じることがある。カーボンを含んだ微粒子の大気への排出を制限するために、排気中の微粒子（ＰＭ）を検出する微粒子検出装置が提案されている。こうした微粒子検出装置としてコロナ放電を利用したものが知られている（例えば下記特許文献１参照）。コロナ放電を用いた微粒子検出装置では、コロナ電流を制御して、コロナ放電により一定量のイオンを発生させる。このイオンの一部は微粒子に付着して微粒子を帯電させるから、帯電微粒子が外部、つまり大気に出て行くことで生じるイオン電流を測定すれば、微粒子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２０１４−２１９２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の微粒子測定の技術は、コロナ電流を安定化した上でイオン電流を測定し、微粒子量を測定する優れたものであるが、微粒子を含んだ排気を生じる内燃機関などの運転状態が変化すると、微粒子量の検出が不正確になる場合が見い出された。これは、イオンが帯電する煤などの微粒子の大きさや帯電のし易さなどが変化するためだと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の第１の態様として、燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する微粒子検出装置が提供される。この微粒子検出装置は、前記排気が流通する測定室内における前記微粒子の挙動に影響を与えるパラメータを予め定めた第１の値に設定した状態で、前記測定室内に設けられたコロナ放電用電極に、放電用電圧を印加してコロナ放電を生じさせるコロナ放電部と、前記コロナ放電によって発生したイオンにより、前記排気中の微粒子を帯電させ、該帯電する微粒子量により変化するイオン電流の大きさに対応したイオン電流対応信号を検出するイオン電流信号出力部と、前記イオン電流対応信号に基づいて、前記排気中の微粒子量を測定する測定部とを備える。更に、この測定部は、所定のタイミングで、前記パラメータを前記第１の値から、前記第１の値とは異なる第２の値に変更し、該パラメータの変更に伴う前記イオン電流対応信号の変化に基づいて、前記微粒子の粒径の変化を推定する。
【０００７】
この微粒子検出装置によれば、所定のタイミングで、排気が流通する測定室内における微粒子の挙動に影響を与えるパラメータを第１の値から、第１の値とは異なる第２の値に変更し、このパラメータの変更に伴うイオン電流対応信号の変化に基づいて、微粒子の粒径の変化を推定する。従って、微粒子の検出に際して、測定対象である微粒子の粒径の変化を推定することができる。
【０００８】
（２）こうした微粒子検出装置において、前記測定部は、前記推定した前記微粒子の粒径の変化を考慮して、前記イオン電流対応信号から求められる前記微粒子量を補正するものとしてよい。こうすれば、微粒子量の測定に、微粒子の粒径の変化を反映させることができる。
【０００９】
（３）上記の微粒子検出装置において、前記微粒子の挙動に影響を与えるパラメータとしては、以下のうち、少なくともいずれか１つを想定することができる。
［１］前記放電用電圧、
［２］前記測定室を通過する排気の流速、
［３］前記測定室からの流路に設けられ、前記コロナ放電により発生したイオンのうち、前記微粒子に付着しなかったイオンを捕捉するトラップ電極に印加する電圧。
これらの少なくともいずれか１つを変化させれば、微粒子はその挙動に影響を受ける。これらのパラメータの変化とイオン電流対応信号の変化との関係は、予め実験的に測定したりシミュレーションしたりしておくことができるので、イオン電流対応信号から微粒子の粒径の変化を容易に推定することができる。
【００１０】
（４）こうした微粒子検出装置において、前記測定部は、前記パラメータを第１の値から第Ｎの値（Ｎは、３以上の整数）まで順次変更し、Ｎ回の前記イオン電流対応信号から、前記微粒子の粒径の推定を行なうものしてもよい。こうすれば、３以上のイオン電流対応信号が得られるので、微粒子の粒径の推定をより詳細に行なうことができる。例えば、粒径の変化が非線形なものであっても、これを検出し、粒径の推定に反映させることができる。
【００１１】
（５）本発明の第２の態様として、内燃機関を備えた車両が提供される。この車両は、上記の微粒子検出装置を、前記熱機関である前記内燃機関の排気通路に設け、前記微粒子検出装置の前記測定部は、前記内燃機関の運転を制御する運転制御部から、前記内燃機関の運転状態が、予め定めた閾値以上に変化したとき、前記粒径の推定を行なうものとしてよい。こうすれば、粒径の変化の推定を行なう処理を、微粒子の粒径が変化すると想定されるタイミングで行なうことができる。なお、粒径の変化の推定は、こうした内燃機関の運転状態が変化したときに限らず、所定のインターバルで繰り返し行なうものとしてもよい。あるいは微粒子検出装置が検出する微粒子量が所定以上変化したときに行なうものとしてもよい。
【００１２】
（６）本発明は上記の態様に限らず、種々の態様で実施可能である。例えば、燃焼を伴う熱機関の排気中の微粒子を検出する方法として実施してもよい。あるいは、粒径の変化の推定または粒径の推定や記録のみを行なう装置や方法として実施することも差し支えない。この場合、イオン電流対応信号に基づく微粒子量の検出は必ずしも行なう必要はない。また、微粒子の粒径の変化の推定や粒径の推定に基づいて、内燃機関などの熱機関を制御する装置としても実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】実施形態に係る微粒子検出装置の全体構成を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】微粒子検出装置のうち、センサ駆動部とセンサとの概略構成を示す説明図である。
【図２】微粒子センサの先端部の概略構成を模式的に示した説明図である。
【図３】電気回路部の概略構成を例示した説明図である。
【図４】イオン電流検出回路の回路構成を示す回路図である。
【図５】微粒子検出処理の概要を例示するフローチャートである。
【図６】第１実施形態における微粒子径推定付き微粒子検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】微粒子の粒径の推定の手法を説明する説明図である。
【図８】微粒子量の補正係数を説明する説明図である。
【図９】第２実施形態における微粒子径推定付き微粒子検出処理ルーチンの一例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】
【００１４】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１）微粒子検出装置全体のハードウェア構成：
図１Ａは、実施形態に係る微粒子検出装置１０の全体構成、特に微粒子検出装置１０を搭載した車両５０の概略構成を例示した説明図である。図１Ｂは、車両５０に取り付けられた微粒子検出装置１０の概略構成を例示した説明図である。
【００１５】
図１Ａに示すように、実施形態の微粒子検出装置１０は、微粒子センサ１００と、ケーブル２０と、センサ駆動部３０とを含んで構成され、内燃機関４０から排出される排ガスＥＧに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関４０とは、車両５０の動力源であり、本実施形態では、ディーゼルエンジンである。もとよりガソリンやアルコールなどの他の燃料を利用したエンジンなどであっても差し支えない。
【００１６】
微粒子センサ１００は、内燃機関４０から延びる排ガス配管６２に取り付けられ、コロナ放電を利用して排ガス配管６２中の煤などの微粒子を検出する。微粒子センサ１００は、ケーブル２０によってセンサ駆動部３０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４１（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter））よりも下流側の排ガス配管６２に取り付けられている。微粒子センサ１００は、気体である排ガスＥＧに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部３０に出力する。
【００１７】
センサ駆動部３０は、微粒子センサ１００を駆動させるとともに、微粒子センサ１００から入力される信号に基づいて、排ガスＥＧ中の微粒子の量を検出する。センサ駆動部３０が検出する「排ガスＥＧ中の微粒子の量」とは、排ガスＥＧ中の微粒子の表面積の合計に比例する値であってもよいし、微粒子の質量の合計に比例する値であってもよい。または、排ガスＥＧの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値（微粒子の濃度）であってもよい。この場合には、微粒子センサ１００を通過した排ガスＥＧの量を別途測定しておく。微粒子センサ１００を通過する排ガスＥＧの量は、排ガス配管６２に設けた流量センサ（図示省略）の出力から求めたり、車両の運転状態に関する複数のパラメータを用いた公知の手法により推定したりすることができる。
【００１８】
センサ駆動部３０は、車両５０側の車両制御部４２と電気的に接続されており、検出した排ガスＥＧ中の微粒子量を示す信号を車両制御部４２に出力する。車両制御部４２は、車両５０全体の制御を司っており、各部とはＣＡＮなどのネットワークを用いて接続され、データのやり取りを行なっている。車両制御部４２は、センサ駆動部３０との間で信号を入出力し、センサ駆動部３０の動作を指示し、また逆にセンサ駆動部３０から信号を入力し、燃料配管６１を介して燃料供給部４３から内燃機関４０に供給される燃料の供給量を調整するなど内燃機関４０の燃焼状態を制御するする。また、車両制御部４２は、車両の異常などを検出し、その状態を記録するダイアグノーシスとしての機能を有する。例えば、排ガスＥＧ中の微粒子量が所定量よりも多い場合には、フィルタ装置４１の劣化や異常を車両５０の運転手に警告する。車両には、バッテリ４４が搭載されており、車両の各部に電力を供給する。後述する各回路は、電源回路を備える場合があり、このバッテリ４４からの電力を元に、必要に応じて動作に必要な電圧を提供する。
【００１９】
図１Ｂ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６２の内側に挿入された状態で、排ガス配管６２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６２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ＥＧをケーシングＣＳの内部に取り込むための流入孔１４５と、取り込んだ排ガスＥＧをケーシングＣＳの外部に排出するための排出孔１３５とが設けられている。排ガス配管６２の内部を流通する排ガスＥＧの一部は、流入孔１４５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ＥＧ中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００において生成するイオン（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ＥＧは、排出孔１３５を介してケーシングＣＳの外部に排出される。微粒子センサ１００は、帯電した微粒子が外部に排出されることで生じるイオン電流を用いて、微粒子量の検出を行なう。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。
【００２０】
微粒子センサ１００の後端部１００ｒには、ケーブル２０が取り付けられている。ケーブル２０は、第１の配線２１と、第２の配線２２と、信号線２３と、空気供給管２４と、を束ねた構成を備えている。ケーブル２０を構成する配線２１，２２および信号線２３と、空気供給管２４は、それぞれ可撓性の部材によって構成されている。第１の配線２１、第２の配線２２、および、信号線２３は、センサ駆動部３０の電気回路部７０に電気的に接続され、空気供給管２４は、空気供給部８０に接続されている。
【００２１】
センサ駆動部３０は、制御部６０と、電気回路部７０と、空気供給部８０とを備えている。制御部６０と電気回路部７０との間、および、制御部６０と空気供給部８０との間は、必要な電気的な絶縁を施した上で、それぞれ電気的な信号のやり取りが可能とされている。
【００２２】
制御部６０は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、電気回路部７０と空気供給部８０とを制御する。また、制御部６０は、電気回路部７０から入力される信号から排ガスＥＧ中の微粒子の量を検出し、排ガスＥＧ中の微粒子量を表す信号を車両制御部４２に出力する。この他、制御部６０は、電気回路部７０の異常検出も行なう。制御部６０が行なう異常検出の処理については、後で詳しく説明する。
【００２３】
電気回路部７０は、第１の配線２１および第２の配線２２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７０は、信号線２３を介して微粒子センサ１００からコロナ電流に相関する信号が入力される。電気回路部７０は、信号線２３から入力される信号を用いて、コロナ電流の安定化を図り、その上で、排ガスＥＧ中の微粒子量に対応するイオン電流に応じた信号を制御部６０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。
【００２４】
空気供給部８０は、ポンプ（図示しない）を含んで構成されており、制御部６０からの指示に基づいて、空気供給管２４を介して、高圧空気を微粒子センサ１００に供給する。制御部６０は、空気供給部８０を制御して、微粒子センサ１００に供給する空気量を可変することができる。空気供給部８０から供給される高圧空気は、微粒子センサ１００を駆動させるときに用いられる。なお、空気供給部８０が供給するガスの種類は空気以外であってもよい。
【００２５】
Ａ２）微粒子センサの構成：
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した説明図である。微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、全体が、排ガス配管６２の内部に配置され、排ガスＥＧに晒されている。微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、イオン発生部１１０と、排ガス帯電部１２０と、イオン捕捉部１３０と、を備えている。ケーシングＣＳは、イオン発生部１１０、排ガス帯電部１２０、および、イオン捕捉部１３０の３つの機構部がこの順に先端部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（換言すれば、微粒子センサ１００の軸線方向に沿って）並んだ構成を有している。ケーシングＣＳは、導電性部材によって形成され、信号線２３（図１Ｂ）を介して、図３、図４を用いて後述するように、電気回路部７０の内部で、シャント抵抗器Ｒ１を介して、二次側グランドＳＧＬに接続されている。
【００２６】
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機構部であり、イオン発生室１１１と、第１の電極１１２とを含んで構成されている。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１５５とノズル１２４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１５５は、空気供給管２４（図１Ｂ）と連通しており、空気供給部８０（図１Ｂ）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１２４は、排ガス帯電部１２０との間を区画する隔壁１４２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、棒状の外形を備え、先端部が隔壁１４２と近接するようにして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２１（図１Ｂ）を介して電気回路部７０に接続されている。その詳細は後述する。
【００２７】
イオン発生部１１０は、第１の電極１１２を陽極とし、隔壁１４２を陰極として、電気回路部７０により、直流電圧（例えば、２〜３ｋＶ）が印加される。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１４２との間にコロナ放電が生じる。コロナ放電は、第１の電極１１２周辺の空気を構成する分子の一部を電離する。これにより、第１の電極１１２の周りに陽イオンＰＩが発生する。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８０（図１Ｂ）から供給される高圧空気とともに、ノズル１２４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１２４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。
【００２８】
排ガス帯電部１２０は、排ガスＥＧ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１２４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１４５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通し、ガス流路１３４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１２４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１４５を介してケーシングＣＳの外部の排ガスＥＧが流入するように構成されている。そのため、ノズル１２４から噴射された陽イオンＰＩを含む空気と、流入孔１４５から流入した排ガスＥＧ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１４５から流入した排ガスＥＧに含まれる煤Ｓ（微粒子）の少なくとも一部は、ノズル１２４から供給される陽イオンＰＩにより帯電される。帯電した煤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。
【００２９】
図２において、陽イオンＰＩを「○」に「＋」として、煤Ｓをハッチングした「○」として、それぞれ示した。陽イオンＰＩは、視認できないので、図示は理解を図るための模式的なものである。また、煤Ｓの大きさも、説明のためであり、実際には、０．１μｍから数十μｍ程度のものが多い。微粒子である煤Ｓの大きさいは、使用する内燃機関４０の種類やその燃料、燃焼の状態などにより異なる。
【００３０】
イオン捕捉部１３０は、煤Ｓ（微粒子）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とを含んで構成されている。捕捉室１３１は、帯電室１２１と隣接する小空間であり、ガス流路１３４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１３５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通している。
【００３１】
第２の電極１３２は、略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路１３４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２２（図１Ｂ）を介して電気回路部７０に接続されている。第２の電極１３２は、煤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は、電気回路部７０により、第２の電極１３２を陽極とし、帯電室１２１および捕捉室１３１を構成するケーシングＣＳを陰極として、１００Ｖ程度の電圧が印加されている。これにより、煤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、第２の電極１３２から離れる方向に移動しやすい状態とされる。移動方向が第２の電極１３２から離れる方向とされた陽イオンＰＩは、陰極として機能する捕捉室１３１やガス流路１３４の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが帯電された煤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と比較して格段に大きいため、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスＥＧの流れに従って、排出孔１３５からケーシングＣＳの外部へと排出される。
【００３２】
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。制御部６０（図１Ｂ）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ＥＧ中に含まれる煤Ｓの量を検出する。微粒子センサ１００から出力される信号から排ガスＥＧ中に含まれる煤Ｓの量を算出する方法については後述する。
【００３３】
Ａ３）電気回路部の構成：
次に、図３を用いて、電気回路部７０および電気回路部７０と微粒子センサ１００との接続について説明する。図３は、微粒子検出装置１０における電気的な全体構成を示す説明図である。電気回路部７０は、ドライバ７１と、絶縁トランス７２と、コロナ電流測定回路７３と、イオン電流測定回路７４と、第１，第２，第３の整流回路８１，８２，１２と、を備えている。電気回路部７０は、絶縁トランス７２を挟んで、大きくは絶縁トランス７２の一次側と二次側とに分けられる。一次側と二次側とは、それぞれ独立の電源により動作する。一次側の電源は、バッテリ４４に接続された電源部４６により、安定化された電圧として供給される。ドライバ７１の各回路７５，７６はもとより、制御部６０等も、電源部４６からドライバ７１に供給される直流電源により動作する。この電源は、図３を初めとする各図において、「○」印にＶp として示した。なお、二次側の電源は、複数種類存在するので、別途説明する。
【００３４】
本実施形態の絶縁トランス７２は、一次側の巻線と二次側の巻線とが、電気的にはもとより、物理的にも接触していない。このため、絶縁不良が生じない限り、絶縁トランス７２の一次側と二次側とは、完全に切り離されている。図３において、破線は、電気回路部７０の一次側と二次側の境界を示している。絶縁トランス７２の一次側の回路としては、ドライバ７１のほか、制御部６０や電源部４６が含まれる。絶縁トランス７２の二次側の回路としては、微粒子センサ１００や第１，第２，第３の整流回路８１，８２，１２が含まれる。コロナ電流測定回路７３とイオン電流測定回路７４は、絶縁トランス７２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７３は、後述するように、絶縁トランス７２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が存在するが、両者は、後述するように、フォトカプラにより、電気的に絶縁されている。
【００３５】
電気的に絶縁された一次側と二次側とは、それぞれ個別にグランド電位（接地電位）を定め、接地配線を設けている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランドを「一次側グランドＰＧＬ」と呼び、図３等では「▽」印により示すものとした。また、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」と呼び、同じく図３等では、「▼」印で示すものとした。絶縁トランス７２は、二次側の巻線の終端のタップが二次側グランドＳＧＬに接続されている。イオン電流測定回路７４は、一次側グランドＰＧＬに接続されている。
【００３６】
ドライバ７１は、絶縁トランス７２の一次側巻線に供給する電力を調整する回路であり、放電電圧制御回路７５とトランス駆動回路７６とを備える。ドライバ７１は、この放電電圧制御回路７５とトランス駆動回路７６との協働により、絶縁トランス７２の一次側と共に、プッシュプル型の電源回路を構成する。放電電圧制御回路７５は、出力電圧可変のＤＣ／ＤＣコンバータ（図示省略）を内蔵し、電源部４６の出力する電源電圧Ｖｐを昇圧し、これを、絶縁トランス７２の一次側巻線のセンタタップＰＴ１に印加する。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、制御部６０により調整可能である。トランス駆動回路７６は、絶縁トランス７２の一次側巻線の両端のタップＰＴ２，ＰＴ３にそれぞれ接続される２つのスイッチング素子を備える。スイッチング素子は、ドライバ７１の一次側グランドＰＧＬとタップＰＴ２、ＰＴ３との間に介装されている。トランス駆動回路７６は、この２つのスイッチング素子を数十ＫＨｚで交互に繰り返しオン・オフすることで、放電電圧制御回路７５から供給される直流電圧を交流に変換する。こうした一次側に印加された交流電圧を、絶縁トランス７２は、その一次側と二次側のコイルの巻線比より変換し、二次側の電圧を生成する。絶縁トランス７２の二次側の回路構成については、後述する。
【００３７】
電源部４６が生成する電源電圧Ｖｐで動作するもうひとつの回路である制御部６０は、マイクロプロセッサやＲＡＭ，ＲＯＭ等を内蔵し、予め内部のＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、微粒子検出装置１０全般の動作をコントロールする。制御部６０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、ドライバ７１に内蔵された放電電圧制御回路７５やトランス駆動回路７６を制御すると共に、コロナ電流測定回路７３やイオン電流測定回路７４の測定結果を取得して、微粒子量の検出を行なう。制御部６０が実行する微粒子量の検出処理については、後で詳しく説明する。
【００３８】
絶縁トランス７２は、上述したように、プッシュプル型の電源回路を構成する。絶縁トランス７２の二次側の電圧は、一次側に供給される電圧と、一次側巻線および二次側巻線の巻線数の比とに応じて定まる。二次巻線には複数のタップが設けられ、二次側のグランドＳＧＬに対して、全部で３種類の交流電圧を取り出すことができる。最も巻線数比の高いタップの出力は、第１の整流回路８１に接続され、次に巻線数比の高いタップの出力は、第２の整流回路８２に接続されている。最も巻線数比の低いタップの出力は、第３の整流回路１２に、接続されている。
【００３９】
第１，第２の整流回路８１，８２は、絶縁トランス７２から出力されたそれぞれの電圧の交流を整流し、直流に変換する。第１の整流回路８１は、多段のチャージポンプからなり、直流に変換した電圧を、１０倍程度の電圧に昇圧する。図３に示すように、第１の整流回路８１の出力（直流）は、ショート保護用抵抗８３を介して第１の電極１１２に接続されており、変換した直流電圧を、第１の配線２１を介して第１の電極１１２に印加する。すなわち、第１の整流回路８１により印加される直流電圧は、ほぼ第１の電極１１２における放電電圧となり、第１の整流回路８１から供給される直流電流は、第１の電極１１２に入力される入力電流Ｉinとなる。第２の整流回路８２は、絶縁トランス７２により昇圧された交流電圧を整流する。第２の整流回路８２は、ショート保護用抵抗８４を介して第２の電極１３２に接続されており、整流後の直流電圧を第２の配線２２を介して第２の電極１３２に印加する。第２の電極１３２に印加される電圧は、第１の電極１１２に印加される電圧が、放電電圧制御回路７５により調整されると、第１の電極１１２に印加される電圧の変化に伴って変化する。上記の説明では、第２の整流回路８２は第１の整流回路８１とは異なる回路構成としたが、第１の整流回路８１と同様、チャージポンプを用いた構成としてもよい。
【００４０】
上述した第１，第２の整流回路８１，８２が、微粒子センサ１００における放電に関与する電圧を生成しているのに対して、第３の整流回路１２は、二次側の増幅器などのための駆動電圧Ｖccを生成する。第３の整流回路１２は、フォワード方式を採用しており、絶縁トランス７２から所定電圧の交流を入力し、これを整流して、直流電圧に変換する。変換された直流電圧は完全な直流にはなっていないので、精度の良い三端子レギュレータ等を用いた安定化回路により安定化してから出力する。これは、コロナ電流測定回路７３やイオン電流測定回路７４の回路を動作させる電源電圧として用いられる。これを、駆動電圧Ｖccと呼ぶものとし、図３等においては、「●」印に「Ｖcc」として示した。
【００４１】
コロナ電流測定回路７３は、イオン発生部１１０において発生するコロナ放電によって流れる放電電流（コロナ電流）の電流値を検出するための回路であり、イオン電流測定回路７４は、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流（Ｉc）を一次側から二次側の回路に供給することで、イオン電流を測定する回路である。両回路７３，７４の動作について、微粒子センサ１００との接続を含めて、以下説明する。
【００４２】
Ａ４）コロナ電流測定回路およびイオン電流測定回路の構成：
微粒子センサ１００のケーシングＣＳからの信号線２３は、電気回路部７０の内部で、イオン電流測定回路７４の入力ライン９５と接続されており、この信号ラインは、電圧変換部に相当するシャント抵抗器Ｒ１を介して、二次側グランドＳＧＬに接続されている。このシャント抵抗器Ｒ１の両端は、配線９１，９２により、コロナ電流測定回路７３の二次側に接続されている。シャント抵抗器Ｒ１には、ケーシングＣＳから信号線２３を介した電流（Ｉdc＋Ｉtrp）と、イオン電流測定回路７４からのイオン電流（Ｉc ）とが、二次側グランドＳＧＬに向けて流れ込むので、シャント抵抗器Ｒ１には、合計電流（Ｉall ＝Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc ）が流れる。ここで、電流Ｉdcは、コロナ放電により、第１の電極１１２から隔壁１４２を介してケーシングＣＳに流れる電流であり、電流Ｉtrp は、ケーシングＣＳに捕捉された陽イオンＰＩの電荷に相当する電流である。また、電流Ｉc は、コロナ放電により発生した陽イオンＰＩのうち、煤Ｓの帯電に用いられ、排ガスＥＧと共にケーシングＣＳの外部へと持ち去られた陽イオンＰＩの電荷に相当する電流Ｉesc に相当する。煤Ｓと共に陽イオンＰＩが外部に持ち去られると、この電流Ｉesc に相当する電流が、イオン電流測定回路７４から供給される。これは、持ち去られた陽イオンＰＩに相当する電荷は、どこかでグランドに落ち、車両５０のシャーシに、つまり一次側の電源部４６に還ってくるからである。換言すれば、煤Ｓと共に持ち去られた陽イオンＰＩに相当する電流Ｉesc に等しい電流Ｉc が、一次側の電源電圧Ｖp からイオン電流測定回路７４を介して、二次側グランドＳＧＬに供給されることで、第１の整流回路８１から第１の配線２１を介して第１の電極１１２に供給された放電用の入力電流Ｉinと、微粒子センサ１００から回収される合計電流Ｉall とが等しくなり、電気回路部７０における電流の収支はバランスする。そこで、この電流Ｉc を、以下、イオン電流Ｉc と呼ぶ。
【００４３】
測定電流に相当する上述した合計電流Ｉall は、シャント抵抗器Ｒ１を流れる。従って、シャント抵抗器Ｒ１の両端には、この合計電流Ｉall にシャント抵抗器Ｒ１の抵抗値を乗算した電圧が発生する。コロナ電流測定回路７３は、シャント抵抗器Ｒ１の両端の電圧を増幅する図示しない増幅器と、その増幅器の出力電圧を光絶縁して外部に出力する図示しないフォトカプラとから構成されている。増幅器とフォトカプラの入力側は、駆動電圧Ｖccにより動作している。他方、フォトカプラの出力側は、配線９３により制御部６０に接続されている。フォトカプラの出力側は、一次側の電源電圧Ｖｐにより動作している。従って、コロナ電流測定回路７３の二次側は、一次側と完全に絶縁されている。なお、上記の説明では、コロナ電流測定回路７３は、シャント抵抗器Ｒ１の両端電圧をそのままアナログ信号として増幅し、光絶縁して、制御部６０に出力しているものとしたが、増幅器の出力をデジタル信号に変換してから、フォトカプラにより絶縁し、デジタル信号として制御部６０側に出力するものとしてもよい。こうしたデジタル信号への変換は、例えばコロナ電流測定回路７３内に三角波を発生する発振器を内蔵し、増幅器の出力をこの三角波の電圧信号と比較することで、増幅器の出力を、その出力電圧に応じたデューティのデジタル信号に変換するといった構成により実現することができる。あるいは、増幅器の出力をＡ／Ｄ変換器でパラレルまたはシリアルなデジタル信号に変換した後、各信号をフォトカプラで絶縁しても良い。
【００４４】
コロナ電流測定回路７３の出力は、配線９３により制御部６０にその入力ポートＰ１を介して入力されている。即ち、制御部６０は、コロナ放電に用いられる合計電流Ｉall を検出することができる。上述したように、電気回路部７０から微粒子センサ１００の第１の電極１１２に供給された入力電流Ｉinは、全てコロナ放電に用いられ、合計電流Ｉall とバランスする。従って、微粒子センサ１００における微粒子量の検出を行なう際には、制御部６０は、この合計電流Ｉall が一定になるように、ドライバ７１の放電電圧制御回路７５とトランス駆動回路７６を介して、絶縁トランス７２の一次巻線に印加される交流電圧の実効値をフィードバック制御する。この結果、第１の配線２１を介して第１の電極１１２に供給される入力電流Ｉinは、一定に保たれる。
【００４５】
この入力電流Ｉinは、制御部６０が、絶縁トランス７２の一次側に印加される電圧を制御することにより調整可能である。制御部６０が、放電電圧制御回路７５を介して絶縁トランス７２の一次側に印加される電圧を制御することにより、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の発生量をコントロールすることができる。放電電圧制御回路７５を用いた電圧制御は、微粒子量の検出時には、入力電流Ｉinが予め設定された目標電流値（例えば、５μＡ）となるように行なわれ、微粒子径を推定する場合には、少なくとも二つの異なる電圧が第１の電極１１２に印加されるように行なわれる。
【００４６】
Ａ５）イオン電流測定回路詳細：
次に、イオン電流測定回路７４の構成と働きについて詳しく説明する。イオン電流測定回路７４は、計測アンプとして構成されており、イオン電流Ｉc を所定の増幅度で増幅する。この出力は、配線９４を介して、制御部６０のアナログ入力ポートＡＤＣ１に入力される。制御部６０は、アナログ入力ポートＡＤＣ１の信号を、内蔵するアナログ／デジタル変換器で変換して読み取ることで、イオン電流Ｉc の大きさを知り、排ガスＥＧ中の微粒子の量を検出する。検出した微粒子の量は、車両制御部４２に出力され、運転者への警告の出力や、内燃機関４０の運転条件の切り替えなどに用いられる。なお、イオン電流測定回路７４は、制御部６０から制御信号を受け取っている。この制御信号は、制御部６０の出力ポートＱ３，Ｑ４から、配線９６，９７を介してイオン電流測定回路７４に入力されている。
【００４７】
イオン電流測定回路７４の回路構成を図４に示した。イオン電流測定回路７４は、前段の変換回路を構成するオペアンプ３５と後段の差動増幅器を構成するオペアンプ３６からなる増幅回路を備える。更に、イオン電流測定回路７４は、チャージポンプの原理により負電圧Ｖｎを生成する負電圧生成回路３９や、オフセット電圧を作り出す電圧部に相当する２つのオペアンプ３７，３８、オフセット電圧を設定する抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ１３，Ｒ１４、差動増幅器として機能するオペアンプ３６のゲインを設定する抵抗器Ｒ５〜Ｒ９、その他の抵抗器Ｒ０，Ｒ１０〜Ｒ１２，トランジスタＴｒ１１等を備える。以下の説明では、各抵抗器の抵抗値を、抵抗器の符号（例えばＲ３〜Ｒ１２）を用いて表すものとする。
【００４８】
このイオン電流測定回路７４は、大まかには、オペアンプ３５と抵抗器Ｒ０，Ｒ５からなり変換回路として動作する部分、オペアンプ３８と抵抗器Ｒ１３，Ｒ１４からなり、オフセット電圧付与回路として動作する部分、オペアンプ３６，３７と抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６〜Ｒ１０からなり増幅回路として動作する部分、および負電圧生成回路３９からなる。
【００４９】
説明の都合上、先に負電圧生成回路３９について説明する。負電圧生成回路３９は、駆動電圧Ｖcc（＋５Ｖ）から、−０．６Ｖ程度の負電圧を生成する回路である。負電圧生成回路３９は、スイッチング用のトランジスタＴｒ２１、電荷を蓄積するためのコンデンサＣ２１，Ｃ２２、発生した正負の電圧を選択的にコンデンサＣ２２に蓄積するためのダイオードＤ２１，Ｄ２２、ツェナーダイオードＤ２３、必要な抵抗器Ｒ２１〜Ｒ２４を備える。
【００５０】
図４に示したように、トランジスタＴｒ２１のベース端子は、抵抗器Ｒ２１を介して制御部６０の出力ポートＱ４に接続されている。またトランジスタＴｒ２１のコレクタ端子は、電流制限用の抵抗器Ｒ２３を介して駆動電圧Ｖccに接続されている。トランジスタＴｒ２１のベース・エミクタ間には、抵抗器Ｒ２２が介装されている。トランジスタＴｒ２１のコレクタには、コンデンサＣ２１を介して、整流用のダイオードＤ２１，Ｄ２２が接続されている。従って、制御部６０の出力ポートＱ４がハイレベル（＋５Ｖ）とロウレベル（０Ｖ）とに切り替えられると、トランジスタＴｒ２１は、オン・オフする。トランジスタＴｒがオフの時には、駆動電圧Ｖccから、抵抗器Ｒ２３−コンデンサＣ２１−ダイオードＤ２１−二次側のグランドＳＧＬという回路ができ、コンデンサＣ２１のトランジスタＴｒ２１側をプラスとして、コンデンサＣ２１には電荷が蓄積される。次にトランジスタＴｒ２１がオンになると、コンデンサＣ２１は、プラス側がトランジスタＴｒ２１を介してグランドＳＧＬに接続された状態となるから、コンデンサＣ２１のダイオードＤ２１，Ｄ２２側は、マイナスの電位となる。このため、ダイオードＤ２４およびこれに直列に接続された電圧安定化用の抵抗器Ｒ２４を介して、コンデンサＣ２２が充電される。コンデンサＣ２２に対する充電は、ダイオードＤ２２を介して行なわれるから、グランドＳＧＬと接続された側とは反対側がマイナスの電位になる。
【００５１】
以上の動作が、制御部６０の出力ポートＱ４がハイレベルとロウレベルに切り替えられる度に生じる。この結果、コンデンサＣ２２の接地側とは反対側から、連続してマイナスの電圧を取り出すことができる。コンデンサＣ２２には、ツェナー電圧−０．６ＶのツェナーダイオードＤ２３が接続されているので、コンデンサＣ２２から出力される電圧は、−０．６Ｖに安定化される。この電圧を、負電圧Ｖｎと呼び、図４では、「◇」に「−」として示した。
【００５２】
イオン電流測定回路７４のオペアンプ３５，３６は、正負の電源端子のうち、正電圧側が駆動電圧Ｖccに接続され、負電圧側が上記の負電圧Ｖｎに接続されている。他のオペアンプ３７，３８は、４つのオペアンプが１つのパッケージに収められた素子を使用しているので、同様の電源電圧（ＶccとＶｎ）としているが、オペアンプ３７，３８については、負電圧側はグランド（０Ｖ）でも差し支えない。２つのオペアンプ３７，３８は、ボルテージフォロワの回路構成をとり、予め定めた電圧（本実施形態では２．５Ｖ）を出力するので、負電圧側の電源電圧が変われば、分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ４およびＲ１３，Ｒ１４の分圧抵抗比を変更するだけで、所望の電圧が得られるからである。ボルテージフォロワの回路構成をとるオペアンプ３７は、その入力端子に接続された電圧をそのまま出力する。入力側の電圧は、駆動電圧Ｖccを、２つの抵抗器Ｒ３，Ｒ４の抵抗値で分圧した値、即ちＶcc×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）となる。オペアンプ３７の出力電圧を、シフト電圧Ｖbsと呼ぶ。
【００５３】
オペアンプ３８も、分圧抵抗器Ｒ１３，Ｒ１４を用いて、同様に、所定の電圧（２．５Ｖ）を出力するが、オペアンプ３８の入力端子（＋）には、分圧用の抵抗器Ｒ１３，Ｒ１４に加えてトランジスタＴｒ１１のコレクタ端子も接続されているので、オペアンプ３８の出力電圧は、トランジスタＴｒ１１のオン・オフにより変化する。トランジスタＴｒ１１のベースには、制御部６０の出力ポートＱ３が、抵抗器Ｒ１１を介して接続されている。またトランジスタＴｒ１１のベース・エミクタ間には、抵抗器Ｒ１２が接続されている。従って、制御部６０の出力ポートＱ３がハイレベル（Ｈ）になると、トランジスタＴｒ１１はターンオンし、オペアンプ３８の出力であるオフセット電圧Ｖosは０ボルトとなる。他方、制御部６０の出力ポートＱ３がロウレベル（Ｌ）になると、トランジスタＴｒ１１はターンオフし、オペアンプ３８の出力であるオフセット電圧Ｖosは２．５Ｖとなる。
【００５４】
オフセット電圧Ｖosを出力するオペアンプ３８の出力端子は、変換回路を構成するオペアンプ３５の入力端子（＋）に対しては直接、また増幅回路を構成するオペアンプ３６の入力端子（−）に対しては抵抗器Ｒ７を介して、それぞれ接続されている。オペアンプ３５は、入力端子（−）に抵抗器Ｒ０および信号線２３を介して微粒子センサ１００のケーシングＣＳに接続されている。また、この入力端子（−）は、抵抗器Ｒ５を介して、オペアンプ３５の出力端子と接続されている。ケーシングＣＳに流れ込むイオン電流Ｉc は、この抵抗器Ｒ０および抵抗器Ｒ５を流れるから、オペアンプ３５の増幅度Ｇａは、両抵抗器の抵抗値の比Ｒ５／Ｒ０となる。従って、イオン電流Ｉc に基づくオペアンプ３５の出力電圧Ｖａは、Ｖａ＝Ｇａ・Ｉc となる。但し、オペアンプ３５の入力端子（＋）には、オフセット電圧Ｖosが付与されているので、オペアンプ３５の出力は、オフセット電圧Ｖos＋出力電圧Ｖａとなる。
【００５５】
オペアンプ３５を用いて構成された電流電圧変換回路の後段には、オペアンプ３６を用いた増幅器が接続されている。オペアンプ３６は帰還抵抗器Ｒ６を備える差分増幅器として構成されており、２つの入力端子（＋、−）に入力した電圧の差分を、所定の増幅度で増幅して出力する。プラス入力端子（＋）には、前段のオペアンプ３５の出力が抵抗器Ｒ８，Ｒ１０を介して、およびオペアンプ３７の出力であるシフト電圧Ｖbsが抵抗器Ｒ９を介して、それぞれ接続されている。オペアンプ３６のマイナス入力端子（−）には、上述したように、抵抗器Ｒ７を介して、オフセット電圧Ｖosが入力されている。オペアンプ３６の増幅度Ｇｂは、２つの入力端子（＋、−）に接続された抵抗器Ｒ６〜Ｒ９の比、即ちＲ９／Ｒ８＝Ｒ６／Ｒ７により決定される。実際の回路では、Ｒ９＝Ｒ６，Ｒ８＝Ｒ７とされている。
【００５６】
増幅回路を構成している前段のオペアンプ３５の出力は、オフセット電圧Ｖos＋出力電圧Ｖａとなっているが、オペアンプ３６のマイナス入力端子（−）に抵抗器Ｒ７を介してオフセット電圧Ｖosが接続されているため、イオン電流検出回路７４全体としては、オフセット電圧Ｖosの影響は相殺され、オペアンプ３６の出力には、オフセット電圧Ｖosは現れない。但し、オペアンプ３６の入力端子（＋）にはシフト電圧Ｖbsが入力されているので、オペアンプ３６の出力は、このシフト電圧Ｖbsだけシフトされる。この結果、オペアンプ３６の出力は、このシフト電圧Ｖbs（本実施形態では２．５Ｖ）を中心電圧とし、イオン電流Ｉc に対応した電圧Ｇｂ・Ｖａとなる。
【００５７】
このオペアンプ３６の出力は、制御部６０のアナログ入力ポートＡＤＣ１に入力される。制御部６０によって読み取られるオペアンプ３６の出力を検出信号Ｖion と呼ぶ。制御部６０は、アナログ入力ポートＡＤＣ１に入力されるこの検出信号Ｖion を、内蔵するアナログ／デジタル変換器で変換して読み取る。読み取られた検出信号Ｖion は、コロナ放電が行なわれ、微粒子センサ１００を含む全回路構成に異常がなければ、イオン電流Ｉｃを反映した値として扱うことができる。従って、この検出信号Ｖion は、イオン電流対応信号に相当し、これを読み取ることで、制御部６０は、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。検出した微粒子の量は、車両制御部４２に出力され、運転者への警告の出力や、内燃機関４０の運転条件の切り替えなどに用いられる。
【００５８】
上述したように、イオン電流測定回路７４が出力する検出信号Ｖionは、微粒子量に対応したイオン電流Ｉc を反映した値となるが、そのためには、コロナ放電が正常に行なわれ、かつコロナ放電に基づいて生じるイオン電流Ｉc の検出回路が正常に動作していることが前提となる。かかる前提を検証し得るように、イオン電流測定回路７４には、以下の構成が組み込まれている。
【００５９】
（Ａ）イオン電流測定回路７４では、制御部６０の出力ポートＱ３がオン（ハイレベル）・オフ（ロウレベル）とされることで、オフセット電圧Ｖosを切り替えることができる。イオン電流Ｉc を測定する場合には、オペアンプ３８の出力であるオフセット電圧Ｖosは０Ｖとされ、回路が正常か否かの判定を行なう場合には、オフセット電圧Ｖosは必要に応じて２．５Ｖとされる。正常か否かの判定については後で詳しく説明する。
【００６０】
（Ｂ）負電圧生成回路３９により、負電圧Ｖｎ（−０．６Ｖ）を生成し、オペアンプ３５〜３６の一方の動作電圧として用いている。このため、オペアンプ３５の出力は、マイナスの値を取り得る。このオペアンプ３５の出力を受ける後段のオペアンプ３６には、オペアンプ３７の出力であるシフト電圧Ｖbs（＋２．５Ｖ）が入力されているので、イオン電流測定回路７４の出力は、結局、このシフト電圧Ｖbsを中心に、シフト電圧Ｖbs以下の値にもなり得る。具体的に言えば、イオン電流Ｉc が流れる場合には、イオン電流Ｉc に対応する電圧（Ｖａ）だけシフト電圧Ｖbsより高くなり、イオン電流Ｉc が流れておらず、絶縁劣化などに起因して、逆向きの電流が流れれば、シフト電圧Ｖbsより低くなる。
【００６１】
イオン電流測定回路７４による測定が正常に行なわれない要因としては、微粒子センサ１００の第１の電極１１２がケーシングＣＳと短絡するといったショート故障などを生じた場合、あるいは電気回路部７０の回路基板や絶縁トランス７２の絶縁が劣化して絶縁抵抗が有意に低下した場合などが考えられる。そこで、この知見に基づいて、本実施形態では、以下に示す微粒子検出処理を実行するものとした。
【００６２】
Ａ６）微粒子検出処理：
図５は、制御部６０が実行する微粒子検出処理ルーチンを示すフローチャートである。制御部６０は、この処理ルーチンを、電源投入直後から所定のインターバルで常時実行する。この処理ルーチンを開始すると、制御部６０は、まず微粒子の検出を行なうか、あるいは異常判定の処理を行なうかを判定する（ステップＳ１００）。微粒子の検出処理は通常常時行なわれ、特定の場合に、異常判定処理が行なわれる。異常判定の処理を行なって良いタイミングであるかは、車両５０の運転状況に基づいて判断される。具体的には、制御部６０は、車両制御部４２から、運転状況を示す信号を受け取り、これに基づいて判断する。異常判定は、以下の場合に行なうものと判断される。
（あ）車両５０のイグニッションスイッチがオフにされ、内燃機関４０の運転が停止されたとき、
（い）内燃機関４０の運転中で、低負荷で運転されているとき（例えばアイドル運転時）、
（う）その他、車両制御部４２が、運転中の内燃機関４０から煤が出ていない（例えばフューエルカット時やアイドリングストップ時）と判断し、その旨を通知してきたとき。
【００６３】
異常判定を行なうべきと判断した場合には、制御部６０は、トランス駆動回路７６に指示して、絶縁トランス７２の一次側の通電を停止し、コロナ放電を停止する（ステップＳ１１０）。その上で、異常判定の処理（ステップＳ１２０）を行なう。異常判定の処理は、簡略に説明すると以下の［１］〜［３］の処理である。
【００６４】
［１］基板の絶縁異常の検出処理：
制御部６０は、トランス駆動回路７６を停止させた状態で、微粒子センサ１００の第１の電極１１２への高電圧付与をオフとすると共に、出力ポートＱ４をハイレベルとして、オフセット電圧Ｖosをオフ（０Ｖ）とする。この結果、微粒子センサ１００の第１の電極１１２には高電圧は付与されず、かつオフセット電圧Ｖosも付与されない状態となる。その上で、制御部６０は、イオン電流測定回路７４からの検出信号Ｖion をアナログ入力ポートＡＤＣ１を介して読み込み、この検出信号Ｖion を予め設定した所定値Ｖt1（例えば１．５Ｖ）と比較し、検出信号Ｖion が所定値Ｖt1（１．５Ｖ）未満であれば、電気回路部７０の回路の絶縁抵抗が劣化しており、基板の絶縁異常を検出する。なお、基板の絶縁異常がない状態であれば、検出信号Ｖion は、２．５Ｖ程度となる。
【００６５】
［２］センサの短絡異常の検出処理：
制御部６０は、トランス駆動回路７６を停止させた状態で、微粒子センサ１００の第１の電極１１２への高電圧付与をオフとすると共に、出力ポートＱ４をロウレベルとしてオフセット電圧Ｖosをオン（５Ｖ）とする。その上で、制御部６０は、イオン電流測定回路７４からの検出信号Ｖion をアナログ入力ポートＡＤＣ１を介して読み込み、この検出信号Ｖion を予め設定した所定値Ｖt3（例えば４．５Ｖ）と比較する。検出信号Ｖion が、所定値Ｖt3（４．５Ｖ）以上であれば、微粒子センサ１００の第１の電極１１２が短絡故障していると判断してこれを検出する。
【００６６】
［３］センサの絶縁劣化異常の検出処理：
制御部６０は、［２］と同じ条件下で、検出信号Ｖion を予め設定した所定値Ｖt2（例えば３．０Ｖ）〜Ｖt3（例えば４．５Ｖ）の範囲にあるかを判断する。検出信号Ｖion が、所定値Ｖｔ２（３．０Ｖ）〜所定値Ｖt3（４．５Ｖ）の間にあれば、微粒子センサ１００の第１の電極１１２に煤などが相当程度付着し、その絶縁が劣化している異常があると判断し、これを検出する。
【００６７】
他方、ステップＳ１００において、微粒子の検出を行なうべきタイミングであると判断すると、制御部６０は、出力ポートＱ１をアクティブにして、トランス駆動回路７６を動作させ、微粒子センサ１００の第１の電極１１２に高電圧を付与し、コロナ放電を開始する（ステップＳ１３０）。このとき、制御部６０は、併せて、出力ポートＱ４をオン（ハイレベル）として、オフセット電圧Ｖosをオフ（０Ｖ）としている。この結果、図４に示したイオン電流測定回路７４は、オフセット電圧Ｖosが付与されていない状態で動作することになる。
【００６８】
続いて制御部６０は、微粒子径の推定処理を併せて行なう微粒子量検出処理（ステップＳ２００）を実行する。この微粒子量検出処理（ステップＳ２００）については、図６を用いて詳しく説明するが、この微粒子量検出処理（ステップＳ２００）または先に説明した異常判定処理（ステップＳ１２０）のいずれかの処理を行なったのち、「ＮＥＸＴ」に抜けて、微粒子検出処理ルーチンを一旦終了する。
【００６９】
Ａ７）微粒子径推定付き微粒子量検出処理：
本実施形態において行なう微粒子径推定付き微粒子量検出処理について、図６に従って説明する。この処理（ステップＳ２００）を開始すると、制御部６０は、まずドライバ７１の放電電圧制御回路７５，トランス駆動回路７６を制御して、第２の整流回路８２から第２の電極１３２に印加されるトラップ電圧を所定電圧ＶＴ１に、第１の整流回路８１から第１の電極１１２に印加されるコロナ放電電圧を所定電圧ＶＤ１に、それぞれ調整する処理を行なう（ステップＳ２１０）。上述したように、第１，第２の整流回路８１，８２は、いずれも絶縁トランス７２の二次側の巻線に接続されているから、両電圧ＶＴ１，ＶＤ２は、連動して調整される。本実施形態では、このトラップ電圧ＶＴ１，コロナ放電電圧ＶＤ１は、微粒子の粒径の変化の検出に用いられるパラメータである。パラメータは、排気が流通する測定室内の微粒子の挙動に影響を与えるものであれば、他の物量、例えば空気供給孔１５５から供給される空気量であっても差し支えない。本実施形態では、イオン発生室１１１，帯電室１２１，捕捉室１３１が、測定室に相当するが、微粒子の挙動に影響を与えるパラメータに関与する部分だけを測定室と解しても差し支えない。例えば、パラメータとして、トラップ電圧ＶＴだけを用いる場合には、帯電室１２１，捕捉室１３１が測定室に相当することになる。
【００７０】
次に、制御部６０は、この状態でのイオン電流測定回路７４の出力、即ち検出信号Ｖion を取得する処理を行ない（ステップＳ２２０）、続いて、粒径Ｓの推定が既に行なわれているか否かの判断を行なう（ステップＳ２３０）。検出信号Ｖion は、上述したように、イオンが帯電した微粒子Ｓが微粒子センサ１００から排出される量に対応している。従って、一つの微粒子Ｓに帯電しうるイオンの数、即ち、微粒子の表面積が分かれば、検出信号Ｖion から微粒子量を求めることが可能となる。微粒子Ｓの表面積は粒径の２乗に比例するから、粒径が既に推定されていれば、検出信号Ｖion から微粒子量を算出することができる。以下、粒径またはその推定値を符号Ｓとして記載する。粒径Ｓの推定がなされていないか、一度推定されたとしても内燃機関４０の運転状態が所定以上変化して粒径Ｓが変動していると想定される場合には、粒径Ｓの推定はなされていないと判断する。排気中に含まれる微粒子の粒径が、想定された初期値や一旦推定された値から一定以上変動した場合には、検出信号Ｖion からそのまま微粒子量を演算すると、演算結果には相応の誤差が含まれることになる。
【００７１】
内燃機関４０の運転状態が所定以上変化したことは、内燃機関４０を制御している車両制御部４２からの通知によって、センサ駆動部３０の制御部６０が判断しても良いし、車両制御部４２から車両の運転状態に関する情報を受け取り、その情報を解析することにより、センサ駆動部３０もしくはその制御部６０が判断するものとしてもよい。内燃機関４０の運転状態が、予め定めた閾値以上に変化したときとは、例えば内燃機関４０に対する要求出力が、所定の割合増加したとき、内燃機関４０の運転領域が高負荷領域に遷移したときなど、種々のケースを想定することができる。
【００７２】
ステップＳ２３０において、粒径Ｓの推定が済んでいると判断できない場合には（ステップＳ２３０：「ＮＯ」）、次に制御部６０は、放電電圧制御回路７５とトランス駆動回路７６とを制御して、トラップ電圧を電圧ＶＴ２に、コロナ放電電圧を電圧ＶＤ２に設定する（ステップＳ２４０）。その上で、アナログ入力ポートＡＤＣ１に入力されている検出信号を読み取る（ステップＳ２５０）。読み取った値は、ステップＳ２２０で読み取った検出信号と区別するため、検出信号Ｖc と呼ぶ。
【００７３】
こうして異なる２つのトラップ電圧ＶＴ１，ＶＴ２およびコロナ放電電圧ＶＤ１，ＶＤ２において取得した２つ検出信号Ｖion とＶc とから粒径Ｓを推定する処理を行なう（ステップＳ２６０）。この処理の原理を図７に示した。微粒子センサ１００のイオン発生室１１１には、空気供給部８０から所定流量の空気が流されている。従って、第１の電極１１２に印加されたコロナ放電電圧により発生された陽イオンは、空気の流れと共に、帯電室１２１に流れ込み、流入孔１４５から流入した排ガスＥＧに含まれる微粒子に付着する。コロナ放電電圧を高くすると発生する陽イオンの量も増加するので、微粒子が十分にあれば、コロナ放電電圧ＶＤを大きくすると、これに応じて検出信号Ｖion も増加すると考えられる。この状態では、図７に示したように、コロナ放電電圧ＶＤと検出信号Ｖion とは比例関係にあると想定される。
【００７４】
他方、発生している陽イオンの数が微粒子に付着し得る最大量を超えてしまえば、残った陽イオンはトラップ電圧が印加された第２の電極１３２に引き寄せられケースＣＳを流れる電流Ｉtrp となり、排出される微粒子と共に持ちさられる陽イオンに基づく電流Ｉc は一定になる。微粒子の粒径Ｓが大きければ、付着する陽イオンの最大量は大きくなり、粒径Ｓが小さければ、付着する陽イオンの最大量は小さくなるものと想定される。従って、図７に示したように、粒径Ｓが大きければ、検出信号Ｖion がコロナ放電電圧ＶＤによらず一定となるコロナ放電電圧ＶＤは高く、粒径Ｓが小さければ、検出信号Ｖion がコロナ放電電圧ＶＤによらず一定となるコロナ放電電圧ＶＤは低くなると考えて良い。
【００７５】
この原理に従えば、コロナ放電電圧ＶＤに対して検出信号Ｖion が飽和している領域で検出信号Ｖion を取得すれば、微粒子量は分からないが粒径Ｓは推定できることになる。ところで、コロナ放電電圧ＶＤと検出信号Ｖion との関係は、他の要因、例えば排ガスＥＧに含まれる水分量や第１の電極１１２の汚れ具合などによっても変化する。図７では、ある粒径Ｓの微粒子が排ガスＥＧに含まれている場合のこうした特性変動の範囲を破線で示した。粒径Ｓが大の場合でも、所定のコロナ放電電圧ＶＤ１における測定点は、点Ｐ１になる場合もあれば、点Ｐ１′になる場合も有り得る。
【００７６】
そこで、本実施形態では、更にステップＳ２４０，Ｓ２５０において、異なるコロナ放電電圧ＶＤ２での検出信号Ｖc を取得している。この場合のコロナ放電電圧ＶＤ２は、測定する微粒子の粒径が最も小さい場合でも検出信号Ｖc が飽和していない領域の値としている。こうすれば、コロナ放電電圧ＶＤに対する検出信号Ｖion の特性が変動しても、その変動は二つのコロナ放電電圧ＶＤ１，ＶＤ２において同じように現れるので、その時の検出信号Ｖion の差分ΔＶは、特性変動によらず、ほぼ一定となる。コロナ放電電圧ＶＤ１において測定点が点Ｐ１から点Ｐ１′にずれたように、コロナ放電電圧ＶＤ２において測定点は点Ｐ２から点Ｐ２′にずれるからである。この差分ΔＶは、粒径Ｓに依存する値となることが、図７から理解される。図７を用いた例示では、粒径Ｓが小さい順に、この差分ΔＶＳ，ΔＶＭ，ΔＶＬは大きくなる。
【００７７】
従って、この差分求めることにより、粒径Ｓを推定することができる。以後、こうして得られた粒径Ｓの推定値を、粒径推定値Ｓと呼ぶ。粒径推定値Ｓが得られたら、次に、粒径推定値Ｓに基づき、検出信号Ｖion を補正する処理を行なう（ステップＳ２７０）。微粒子の表面積は粒径推定値Ｓの２乗に比例するが、同じ電荷を有する陽イオンが最大何個微粒子に付着するかは、実験的に求める。この関係の一例を図８に示した。図８に示した関係により求めた補正係数ｆ（Ｓ）を用いて、検出信号Ｖion をｆ（Ｓ）・Ｖion として補正するのである。この結果を受けて、微粒子量ＱＣを、
ＱＣ＝ｋ１・ｆ（Ｓ）・Ｖion
として求める（ステップＳ２８０）。この場合のＱＣは、微粒子の数に対応した値となる。ここで、ｋ１は、検出信号Ｖion から微粒子量を求める場合の係数である。もとより、係数ｋ１は、関数ｆ（Ｓ）に含めても良い。
【００７８】
微粒子の粒径推定値Ｓが分かっているので、
ＱＶ＝ｋ２・ｇ（Ｓ，Ｖion）
として、微粒子の体積量を求めるものとしてもよい。ここでｇ（Ｓ，Ｖion）は、粒径推定値Ｓと検出信号Ｖion とから微粒子の体積量を求めるための関数である。また、ｋ２は、その場合の換算用の係数である。もとより係数ｋ２は、関数ｇ（Ｓ，Ｖion）に含めてもよい。
【００７９】
図６に示したように、ステップＳ２３０において、粒径Ｓの推定が済んでいると判定すれば、上記のステップＳ２４０〜Ｓ２６０は実行せず、ステップＳ２７０以下を実行すればよい。いずれにせよ、上述した全ステップＳ２１０〜２８０の各々を必要に応じて実行したのち、「ＮＥＸＴ」に抜けて、本処理ルーチンを終了する。
【００８０】
Ａ８）実施形態の作用・効果：
以上説明したように、本実施形態の微粒子検出装置１０は、コロナ放電を利用して、排気ＥＧ中の微粒子量を、微粒子の粒径を考慮して検出することができる。従って、内燃機関４０の運転状態によって排出される微粒子の粒径が変動しても、これに追従して微粒子量の検出を行なうことができる。なお、微粒子の粒径それ自体の検出を別途行なってもよい。しかも微粒子の粒径Ｓを検出するために新たな回路構成をわざわざ設ける必要がない。更に、電気回路部７０の回路基板の絶縁劣化や、微粒子センサ１００の第１の電極１１２の短絡異常や絶縁劣化異常などを併せて検出することができる。
【００８１】
Ｂ．第２実施形態：
次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態の微粒子検出装置１０は、第１実施形態と同様のハードウェア構成を有し、制御部６０が行なう微粒子径推定付き微粒子検出処理（図５、ステップＳ２００）の一部を除いて第１実施形態と同様の処理を行なう。第２実施形態における微粒子径推定処理付き微粒子量検出処理を図９を用いて説明する。図９において、第１実施形態と同一の処理は、同じステップ番号を付した。
【００８２】
図９に示すように、このルーチンを開始すると、第１実施形態と同様の処理（ステップＳ２１０〜Ｓ２３０）を行なって、検出信号Ｖion の取得等を行なう。その上で、微粒子の粒径の推定が済んでいない場合には、第１実施形態のステップＳ２４０，Ｓ２５０に代えて、ステップＳ２４１，Ｓ２５１を、ｎ回繰り返す処理（ステップＳ３１０）を行ない、更にステップＳ２６０に代えて、ステップＳ２６１の処理を実行する。ここで、ｎは２以上の整数である。第２実施形態では、ｎ＝３とした。
【００８３】
このｎ回のループでは、制御部６０は、放電電圧制御回路７５とトランス駆動回路７６とを制御して、トラップ電圧を電圧ＶＴ（ｎ）に、コロナ放電電圧を電圧ＶＤ（ｎ）に設定する（ステップＳ２４１）。その上で、アナログ入力ポートＡＤＣ１に入力されている検出信号Ｖc （ｎ）を読み取る（ステップＳ２５１）。この処理をｎ回繰り返すことで、第２実施形態では、３つの異なるトラップ電圧ＶＴとコロナ放電電圧ＶＤの組に対して、３つの異なる検出信号Ｖc が取得される。
【００８４】
こうして異なる３つのトラップ電圧ＶＴ（ｎ）およびコロナ放電電圧ＶＤ（ｎ）において取得した３つ検出信号Ｖc （ｎ）から粒径Ｓを推定する処理を行なう（ステップＳ２６１）。粒径Ｓを推定する処理の原理は、第１実施形態と同様（図７参照）であるが、ｎ回の検出信号Ｖc （ｎ）を用いているので、コロナ放電電圧ＶＤと検出信号Ｖionとの関係が、図７に示した線形の関係にない場合であっても、精度良く粒径Ｓを推定することができる。ループの回数ｎを大きくすれば、それだけ精度良く粒径Ｓを推定することができる。
【００８５】
ステップＳ２６１で粒径推定値Ｓを求めた後、あるいはステップＳ２３０で既に粒径の推定がなされていると判断した場合には、第１実施形態と同様、ステップＳ２７０、Ｓ２８０の処理を行ない、微粒子量を検出した上で、「ＮＥＸＴ」に抜けて、本ルーチンを終了する。
【００８６】
以上説明した第２実施形態の微粒子検出装置１０によれば、第１実施形態と同様に作用効果を奏する上、更に、粒径の推定を精度良く行なうことができるという効果を奏する。また、ループ回数ｎを変更するだけで、粒径推定の精度を変更することができる。
【００８７】
Ｃ．他の構成例：
以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明は他の種々の構成を取り得る。例えば、粒径推定のために複数回に亘って検出信号を取得する際の条件は、トラップ電圧ＶＴ，コロナ放電電圧ＶＤを含む複数のパラメータの中から任意に選択することができる。他のパラメータとしては、例えば空気供給部８０により微粒子センサ１００に供給される空気量や合計電流Ｉall の大きさなど、種々のパラメータを想定することができる。また、測定の度に、同じパラメータを変更する必要はなく、異なるパラメータを組み合わせて利用しても良い。
【００８８】
いずれのパラメータを選択するかは、そのパラメータが粒径に対してどのように影響するかを考慮すれば良い。例えば、空気量を増加すると小さな微粒子に陽イオンが吸着されやすくなり、第２の電極１３２にトラップされる量が低下する。また、コロナ放電電圧を高くすると、小さい微粒子にも陽イオンが付きやすくなり、これを利用して粒径を推定することか可能となる。
【００８９】
また、トラップ電圧ＶＴについては、これを高くすると、帯電した微粒子のうち、小さい微粒子がトラップされやすくなるので、トラップ電流Ｉtrp が増加することで粒径を推定することが可能となる。なお、こうした場合を含めて、第１，第２実施形態のように、トラップ電圧ＶＴとコロナ放電電圧ＶＤとを一緒に変更することは必ずしも必要とはされていない。第１，第２実施形態では、絶縁トランス７２の一次側を制御すると、二次側の二つの整流回路８１，８２の出力が共に変更される回路構成としたが、第２の整流回路８２は、第１の整流回路８１とは別に、単独でその電圧（トラップ電圧）を調整可能な回路構成を採用すれば良い。例えばドライバ７１および絶縁トランス７２をもう一組設けて、第１，第２の整流回路８１，８２の出力電圧を個別に調整可能とすれば良い。
【００９０】
上記第１，第２実施形態では、粒径Ｓを推定し、その結果を用いて微粒子量を演算したが、微粒子量の演算は、制御部６０以外で行なっても良い。つまり、制御部は６０は、粒径推定値Ｓと検出信号Ｖion もしくはこれから演算した微粒子量を出力し、これを受け取った車両制御部４２や他のダイアグノーシス機能を有する制御装置が、粒径推定値Ｓを用いて、微粒子量を求めるものとしても良い。
【００９１】
上記の実施形態では、微粒子の粒径の変化を推定するだけでなく、その変化から微粒子の粒径を求めて、微粒子量の検出に反映させたが、本発明としては、微粒子の粒径の変化が分かればよく、微粒子の粒径の推定まで行なわなくてもよい。微粒子の粒径の変化が分かれば、内燃機関の運転状態が変化したことが分かるので、内燃機関の燃焼状態の推定に利用することができるからである。例えば、低負荷高回転で内燃機関を運転している時に、粒径が変化すれば、粒径の増大であると判断できるので、何らかの要因で燃焼状態が悪化したと判断できる。従って、例えばインスツルメントパネルの警告灯を点灯したり、音声案内を行なったりすることにより、運転者に燃焼状態の悪化を報知して、点検などを促すことができる。
【００９２】
また、内燃機関の運転状態の変化に伴って、排気中の微粒子の粒径が増加または減少したことが分かれば、粒径の変動を低減するように、内燃機関の運転状態を制御することも可能である。一般には微粒子の粒径の増加は、運転状態の望ましくない変化を意味するから、粒径の増加の検出に対して、粒径をもとに戻すような運転制御、例えば、内燃機関出力の増加を抑制するといった制御を行なえば良い。
【００９３】
内燃機関の排気系にこうした燃焼に伴う微粒子を捕捉するフィルタを設けている場合には、そのフィルタの下流での微粒子の粒径の増大は、フィルタの捕捉機能の低下を意味していることがある。こうした場合には、微粒子の粒径の変化を推定し、微粒子の粒径がフィルタの捕捉能力の定格値を超えて増大していると推定した場合には、フィルタの故障の可能性を想定し、これを運転者に報知するものとしても良い。
【００９４】
あるいは、微粒子の粒径を推定して、その推定した値（粒径）を単に記録するものとしてもよい。粒径の変化をメモリなどに記録し、ダイアグノーシスの機能として、点検の際に読み出せるものとしておけば、内燃機関の燃焼状態の解析や排気中の微粒子を除去するフィルタの性能変化の解析などに利用することができる。もとより粒径を推定し、その値をインスツルメントパネルなどに表示して、運転者に供したり、無線を利用したネットワークを介して車両の管理を行なう事業者に供し、車両の管理や点検に用いたりしてもよい。
【００９５】
いずれにせよ、本発明では、微粒子の粒径の変化が推定できればよく、粒径の変化の結果として粒径自体を推定してもよい。さらには、推定した粒径から熱機関の燃焼状態を推定したり、燃焼状態を制御したり、故障診断などに利用したりしてもよい。熱機関の排気系に微粒子を捕捉するフィルタなどの装置が設けられている場合には、このフィルタなどの機能を推定したり、故障の診断を行なったりしてもよい。
【００９６】
上記の実施形態では、微粒子センサ１００には、空気供給孔１５５を設け、空気供給部８０からの空気を供給したが、微粒子センサ１００は、こうした外部からの空気の強制的な流れを用いないものとしてもよい。例えば特開２０１６−６１７６７号公報に記載された粒子検知システムの構成を採用し、この回路部（符号２００）に本願のイオン電流測定回路７４および制御部６０を含む電気回路部７０の構成を適用することも可能である。また、微粒子センサ１００としては、第２の電極１３２がない構成とすることも可能である。第２の電極１３２は、微粒子に付着しなかった陽イオンを、微粒子センサ１００の外部に排出せず回収するために設けられているが、コロナ放電を行なう第１の電極１１２での放電により生成される陽イオンの量や、排ガスＥＧの流路などを工夫することにより、微粒子に付着しない陽イオンの排出を抑制することができる。
【００９７】
上記実施形態では、高電圧を微粒子センサ１００の第１の電極１１２に付与するか否かおよび変換回路としてのオペアンプ３５にオフセット電圧Ｖosを付与するか否かは、制御部６０が自ら決定している。これに対して、これらの付与の切替を自律的に行なう回路を設け、その状態を制御部６０が検出しこれに合せて、検出信号Ｖion による微粒子量の検出とセンサ異常などの判定とを行なう構成としても差し支えない。
【００９８】
上記の実施形態では、こうしたセンサの異常判定などを併せて行なったが、センサの異常判定などは行なわなくてもよい。また粒径の推定は、内燃機関などの熱機関の運転とは無関係に、単独で行なうものとしてもよい。粒径の変化や粒径を推定した結果など単に記録するだけの記録装置として利用することも差し支えない。
【００９９】
上記の実施形態では、微粒子の粒径の推定は、粒径の推定が行なわれていない場合や、内燃機関の運転状態が所定以上変化したときに行なうものとしたが、粒径の変化の推定は、こうした内燃機関の運転状態が変化したときに限らず、所定のインターバルで繰り返し行なうものとしてもよい。あるいは微粒子検出装置が検出する微粒子量が所定以上変化したときに行なうものとしてもよい。
【０１００】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の態様で実施できることは勿論である。実施形態の中でハードウェアにより実施している部分は、ソフトウェアによって置き換えことも可能である。例えば制御部６０、コロナ電流測定回路７３が検出する合計電流Ｉall を一定にするように放電電圧制御回路７５を制御しているが、合計電流Ｉall を一定にするようなフィードバック回路をハードウェアにより実現することは容易である。また、負電圧生成回路３９は、制御部６０の出力ポートＱ４を用いず、単独でマイナスの電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータなどにより実現してもよい。他方、オフセット電圧Ｖosは、制御部６０がＤ／Ａコンバータを介して出力するものとし、その電圧を、制御部６０がソフトウェアにより設定することも可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…微粒子検出装置
１２…第３の整流回路
２０…ケーブル
２１…第１の配線
２２…第２の配線
２３…信号線
２４…空気供給管
２５…セラミックパイプ
３０…センサ駆動部
３１…ガス流路
３５〜３８…オペアンプ
３９…負電圧生成回路
４０…内燃機関
４１…フィルタ装置
４２…車両制御部
４３…燃料供給部
４４…バッテリ
４６…電源部
５０…車両
６０…制御部
６１…燃料配管
６２…排ガス配管
７０…電気回路部
７１…ドライバ
７２…絶縁トランス
７３…コロナ電流測定回路
７４…イオン電流測定回路
７５…放電電圧制御回路
７６…トランス駆動回路
８０…空気供給部
８１…第１の整流回路
８２…第２の整流回路
８３，８４…ショート保護用抵抗
９１〜９４，９６…配線
９５…入力ライン
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１００ｒ…後端部
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
１２４…ノズル
１３０…イオン捕捉部
１３１…捕捉室
１３２…第２の電極
１３４…ガス流路
１３５…排出孔
１４２…隔壁
１４５…流入孔
１５５…空気供給孔
ＡＤＣ１…アナログ入力ポート
Ｃ２１，Ｃ２２…コンデンサ
ＣＳ…ケーシング
Ｄ２１，２２，２４…ダイオード
Ｄ２３…ツェナーダイオード
ＥＣ…等価回路
ＰＧＬ…一次側グランド
ＰＴ１…センタタップ
ＰＴ２，ＰＴ３…タップ
Ｑ１，Ｑ３，Ｑ４…出力ポート
Ｒ０…抵抗器
Ｒ１…シャント抵抗器
Ｒ３〜Ｒ９，Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２４…抵抗器
Ｒｃ，Ｒｐ，Ｒｔ…絶縁抵抗
Ｓ…煤
ＳＧＬ…二次側グランド
Ｔｒ…トランジスタ
Ｔｒ１１…トランジスタ
Ｔｒ２１…トランジスタ
【図１Ａ】
2018128360.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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