(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、
上記通気管に装着され、上記被測定ガスに接触する検知部と、
圧縮空気を生成する圧縮機を含み、上記検知部に上記圧縮空気を供給する圧縮空気源と、
上記圧縮機を駆動する圧縮機駆動回路と、
上記圧縮機駆動回路を制御する制御手段と、を備え、
上記検知部は、
上記被測定ガスが導入される内部空間を構成する空間形成部材と、
上記内部空間と隣り合うと共に、上記圧縮空気源から供給された上記圧縮空気を自身に形成された噴射孔を通じて上記内部空間に向けて噴射する気体噴射源を有し、
上記圧縮機駆動回路による上記圧縮機の駆動条件のうち、
上記噴射孔から第１流量の空気を噴射させる駆動条件を第１駆動条件とし、
上記噴射孔から上記第１流量よりも少ない第２流量の空気を噴射させる駆動条件を第２駆動条件としたとき、
上記制御手段は、
上記微粒子の量の検知時には、上記圧縮機駆動回路に上記第１駆動条件での駆動を指示する第１指示手段と、
上記微粒子の量の非検知時には、上記圧縮機駆動回路に上記第２駆動条件での駆動を指示する第２指示手段とを有する
微粒子検知システム。
【請求項２】
請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
前記気体噴射源は、
気中放電によりイオンを生成し、生成した上記イオンを、前記圧縮空気と共に噴射するイオン気体噴射源である
微粒子検知システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の微粒子検知システムであって、
前記圧縮機は、ダイアフラム式圧縮機である
微粒子検知システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微粒子検知システムであって、
前記通気管は、内燃機関の排気管であり、
前記被測定ガスは、上記排気管内を流通する排気ガスである
微粒子検知システム。
【請求項５】
請求項４に記載の微粒子検知システムであって、
前記排気管は、車載された前記内燃機関の排気管である
微粒子検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス中の微粒子量を計測したい場合がある。例えば、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン）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、フィルタ下流の排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子検知システムが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、粒子計測処理方法及び機器が開示されている。この特許文献１では、イオン化された正のイオン粒子を含む気体を噴射孔から噴射し、チャネル内に取り込んだ微粒子を含む被測定ガスと混合して微粒子を帯電させ、その後に排出する。そして、排出された帯電微粒子の量に応じて流れる電流（信号電流）を検知して、微粒子の濃度を検知する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１０９６８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような特許文献１記載の方法では、イオン粒子を含む気体（圧縮空気）を噴射孔から噴射するため、圧縮空気源が必要である。このように、微粒子検知システムには、気体噴射源等へ圧縮空気を供給する圧縮機（圧送ポンプなど）を含む圧縮空気源及び噴射孔から圧縮空気を噴射する気体噴射源を備えるものがある。
しかし、微粒子検知システムが稼働している期間において、微粒子の量の検知時のみならず非検知時も含めて、常時、噴射孔から圧縮空気を噴射すべく、常時圧縮機を駆動している場合は、圧縮機の耐久性が問題となる。一方、圧縮機の寿命を延ばすため、微粒子の量の非検知時に圧縮機の駆動を停止させると、噴射孔を通じて気体噴射源内に被測定ガスが逆流して、噴射孔に微粒子が堆積して詰まるなどの不具合が生じる虞がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、気体噴射源内に被測定ガスが逆流するの防止しつつ、気体噴射源に圧縮空気を供給する圧縮機の寿命を延ばすことができる微粒子検知システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一態様は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムであって、上記通気管に装着され、上記被測定ガスに接触する検知部と、圧縮空気を生成する圧縮機を含み、上記検知部に上記圧縮空気を供給する圧縮空気源と、上記圧縮機を駆動する圧縮機駆動回路と、上記圧縮機駆動回路を制御する制御手段と、を備え、上記検知部は、上記被測定ガスが導入される内部空間を構成する空間形成部材と、上記内部空間と隣り合うと共に、上記圧縮空気源から供給された上記圧縮空気を自身に形成された噴射孔を通じて上記内部空間に向けて噴射する気体噴射源と、を有し、上記圧縮機駆動回路による上記圧縮機の駆動条件のうち、上記噴射孔から第１流量の空気を噴射させる駆動条件を第１駆動条件とし、上記噴射孔から上記第１流量よりも少ない第２流量の空気を噴射させる駆動条件を第２駆動条件としたとき、上記制御手段は、上記微粒子の量の検知時には、上記圧縮機駆動回路に上記第１駆動条件での駆動を指示する第１指示手段と、上記微粒子の量の非検知時には、上記圧縮機駆動回路に上記第２駆動条件での駆動を指示する第２指示手段とを有する微粒子検知システムである。
【０００８】
この微粒子検知システムでは、圧縮空気を生成する圧縮機を含む圧縮空気源を備え、微粒子の量の検知時には第１駆動条件で圧縮機を駆動する一方、非検知時には第２駆動条件で圧縮機を駆動して、検知時よりも噴射される圧縮空気の流量を低下させる。このように、非検知時でも噴射孔から圧縮空気を噴射するので、内部空間から噴射孔を通じて気体噴射源に被測定ガスが逆流することはない。その上、非検知時には、第２駆動条件で駆動して、圧縮機の負荷を低減して、その寿命を延ばすことができる。
【０００９】
なお、用いる圧縮機としては、ピストン式圧縮機、ダイアフラム式圧縮機、スクリュー式圧縮機などが挙げられる。気体噴射源としては、圧縮空気源から供給された圧縮空気のみを、噴射するもののほか、別途生成したイオンを受け入れ、圧縮空気と共に噴射するもの、イオンを生成すると共に噴射するものなどが挙げられる。
【００１０】
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記気体噴射源は、気中放電によりイオンを生成し、生成した上記イオンを、前記圧縮空気と共に噴射するイオン気体噴射源である微粒子検知システムとすると良い。
【００１１】
このシステムでは、気体噴射源は、イオン源を兼ねるイオン気体噴射源である。このように、気体噴射源とイオン源が一体化されているので、検知部を小型化できるとともに、生成したイオンを内部空間に向けて確実に噴射することができる。
【００１２】
なお、イオン源で行わせる気中放電の形式としては、例えば、コロナ放電が挙げられる。また、放電電極の配置形態としては、２つの電極を互いに対向して配置し、これら間に気中放電を起こさせても、基板上に隣在して２つの電極を配置し、これらの間で（気中の）沿面放電を生じさせてもよい。
【００１３】
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記圧縮機は、ダイアフラム式圧縮機である微粒子検知システムとすると良い。
【００１４】
ダイアフラム式圧縮機は、高効率・低騒音などの特徴がある一方、ゴム製の可動部を有するため、一般にピストン式圧縮機に比して、耐久性が低い場合が多い。
このシステムでは、ダイアフラム式圧縮機を採用する一方、非検知時に圧縮機の負荷を低減して、圧縮機の寿命を延ばしている。このため、システムとして、圧縮機について長寿命で高効率・低騒音としうる。
【００１５】
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記通気管は、内燃機関の排気管であり、前記被測定ガスは、上記排気管内を流通する排気ガスである微粒子検知システムとすると良い。
【００１６】
内燃機関の排気管内を流通する排気ガスには、多量のスス（微粒子）が含まれている場合がありうる。このため、微粒子の量の非検知時に圧縮機の駆動を停止することとすると、内部空間から噴射孔を通じて気体噴射源内に排気ガスが逆流して、噴射孔にススが堆積することにより、噴射孔が詰まる虞がある。
これに対し、本システムでは、内燃機関の排気管に適用していながらも、圧縮機を負荷の少ない第２駆動条件で駆動することで、非検知時でも噴射孔から圧縮空気を噴射するので、内部空間から気体噴射源内に排気ガスが逆流することがなく、微粒子による噴射孔の詰まりを生じにくく、排気ガス中の微粒子の量を適切に検知できる。
【００１７】
さらに、上述の微粒子検知システムであって、前記排気管は、車載された前記内燃機関の排気管である微粒子検知システムとすると良い。
【００１８】
システムが、車載された内燃機関に用いられた場合には、例えば、１０年以上の長期間に亘って、使用されることとなる。このため、特に圧縮空気を生成する圧縮機の寿命を延ばすことが望まれる。本システムでは、微粒子の量の非検知時には、圧縮機を負荷の少ない第２駆動条件で駆動しているので、圧縮機の長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態にかかり、車両に搭載したエンジンの排気管に微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】実施形態にかかる微粒子検知システムの概略構成を示す説明図である。
【図３】実施形態にかかる微粒子検知システムのうち、微粒子帯電部内での、微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に説明する説明図である。
【図４】実施形態にかかる微粒子検知システムの圧縮機駆動回路に駆動条件を指示する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。
【図５】実施形態にかかる微粒子検知システムの圧縮機の駆動条件を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態に係る微粒子検知システム１について、図面を参照して説明する。本実施形態の微粒子検知システム１は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰに装着して、排気管ＥＰ内を流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓ（ススなど）の量を検知する（図１参照）。このシステム１は、主として、検知部１０と、回路部２０１と、圧縮空気ＡＫを生成する圧縮機３０１を含む圧縮空気源３００と、圧縮機３０１を駆動する圧縮機駆動回路３２０とからなる（図２参照）。
検知部１０は、排気管ＥＰ（通気管）のうち、取付開口ＥＰＯが穿孔された取付部ＥＰＴに装着されている。そして、その一部（図２中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））は取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されており、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。
回路部２０１は、排気管ＥＰ外で、複数の配線材からなるケーブル１６０を介して検知部１０に接続されている。この回路部２０１は、検知部１０を駆動するとともに、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有している。
【００２１】
先ず、本システム１のうち、回路部２０１の電気回路上の構成について説明する。回路部２０１は、計測制御回路２２０と、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０とを有している。
このうち、イオン源電源回路２１０は、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とを有している。第２電位ＰＶ２は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされている。さらに具体的には、第２出力端２１２からは、第１電位ＰＶ１に対し、１００ｋＨｚ程度の正弦波を半波整流した、１〜２ｋＶ0-pの正のパルス電圧が出力される。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。
【００２２】
一方、補助電極電源回路２４０は、第１出力端２１１に導通して第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、第３電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この第３電位ＰＶ３は、具体的には、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（１〜２ｋＶ）よりも低い、例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖの電位にされている。
【００２３】
さらに、計測制御回路２２０の一部をなす信号電流検知回路２３０は、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに接続する接地入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１と接地入力端２３２との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。
【００２４】
加えて、この回路部２０１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。イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、及び、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１は、この内側回路ケース２５０に接続している。
なお、本実施形態では、この内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０及び絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１Ｂを収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に導通している。
【００２５】
一方、絶縁トランス２７０は、その鉄心２７１が、一次側コイル２７２を捲回した一次側鉄心２７１Ａと、電源回路側コイル２７３及び補助電極電源側コイル２７４が捲回された二次側鉄心２７１Ｂとに、分離して構成されている。このうち、一次側鉄心２７１Ａは、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１Ｂは、第１電位ＰＶ１（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１）に導通している。
【００２６】
さらに、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に導通して接地電位ＰＶＥとされる外側回路ケース２６０に包囲されている。さらに、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２の他、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に接続している。
なお、本実施形態では、この外側回路ケース２６０は、内部にイオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、信号電流検知回路２３０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を収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通している。
【００２７】
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を通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。
また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ１００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）、これを微粒子量などに換算した値、あるいは、微粒子量が所定量を超えたか否かなどの信号を、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。これにより、制御ユニットＥＣＵで、内燃機関の制御や、フィルタ（図示しない）の不具合警告を発するなどの動作が可能となる。
【００２８】
外部からレギュレータ電源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。なお、絶縁トランス２７０においては、計測制御回路２２０の一部をなす一次側コイル２７２と、イオン源電源回路２１０の一部をなす電源回路側コイル２７３と、補助電極電源回路２４０の一部をなす補助電極電源側コイル２７４と、鉄心２７１（一次側鉄心２７１Ａ，二次側鉄心２７１Ｂ）とは、互いに絶縁されている。このため、計測制御回路２２０から、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に電力を分配できる一方、これら同士間の絶縁を保つことができる。
なお、本実施形態では、絶縁トランス２７０は、補助電極電源回路２４０に電力を供給する補助電極絶縁トランスをも兼ねている。
【００２９】
圧縮空気源３００の圧縮機３０１は、自身の周囲の大気（空気）を取り込んで、先端部分が外側回路ケース２６０及び内側回路ケース２５０内に差し込まれた送気パイプ３１０を通じて、後述するイオン気体噴射源１１に向けて、清浄な圧縮空気ＡＫを圧送する。
この圧縮空気源３００の圧縮機３０１は、圧縮機駆動回路３２０によって駆動される。また、この圧縮機駆動回路３２０は、計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ１００に接続され、このプロセッサ１００によって制御される。
なお、本実施形態のシステム１では、圧縮機３０１として、ダイアフラム式圧縮機を採用している。また、圧縮空気源３００は、圧縮機３０１で生成した圧縮空気ＡＫをそのまま供給する。
【００３０】
次いで、ケーブル１６０について説明する（図２参照）。このケーブル１６０の中心部分には、銅線からなる第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２と、樹脂からなる中空のエアパイプ１６３が配置されている。そして、これらの径方向周囲を、図示しない絶縁体層を挟んで、銅細線を編んだ編組からなる第１電位配線１６５及び接地電位配線１６７が包囲している。
【００３１】
前述したように、回路部２０１は、このケーブル１６０と接続している（図２参照）。具体的には、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２は第２電位ＰＶ２とされ、第２電位配線１６１に接続、導通している。また、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２は第３電位ＰＶ３とされ、補助電位配線１６２に接続、導通している。さらに、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１は第１電位ＰＶ１とされ、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１、内側回路ケース２５０及び第１電位配線１６５に接続、導通している。加えて、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２は、外側回路ケース２６０及び接地電位配線１６７に接続、導通して、接地電位ＰＶＥとされている。
その他、送気パイプ３１０は、内側回路ケース２５０内を通じて、ケーブル１６０のエアパイプ１６３に連通されている。
【００３２】
次いで、検知部１０について説明する（図２参照）。前述したように、検知部１０は、エンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰ（通気管）のうち取付開口ＥＰＯを有する取付部ＥＰＴに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。この検知部１０は、その電気的機能において、大別して、イオン気体噴射源１１、微粒子帯電部１２、第１導通部材１３、針状電極体２０及び補助電極体５０から構成されている。
【００３３】
第１導通部材１３は、金属製で円筒状をなし、ケーブル１６０の先端側に外嵌されて、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に加締め接続され、この第１電位配線１６５と導通している。また、ケーブル１６０のうち、第２電位配線１６１、補助電位配線１６２及びエアパイプ１６３が、第１導通部材１３の内部で保持されている。
【００３４】
ケーブル１６０の第２電位配線１６１の先端側は、第１導通部材１３内で、針状電極体２０に接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、その先端部分が針状に尖った形態とされた針状先端部２２を有する。この針状先端部２２は、後述するイオン気体噴射源１１の２つの電極のうちの１つをなす。
また、ケーブル１６０の補助電位配線１６２の先端側は、第１導通部材１３内で、補助電極体５０に接続されている。この補助電極体５０は、ステンレス線からなり、その先端側は、Ｕ字状に曲げ返されており、さらにその先の先端部分に、後述する補助電極をなす補助電極部５３を有する。
【００３５】
一方、第１導通部材１３は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５及び内側回路ケース２５０を通じて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に導通し、第１電位ＰＶ１とされている。
また、第１導通部材１３は、針状電極体２０及び補助電極体５０のうち、排気管ＥＰ外に位置する部位の径方向周囲を包囲している。
【００３６】
さらに、第１導通部材１３の径方向周囲は、排気管ＥＰに装着されて、これに導通する外装部材１４に絶縁された状態で包囲されている。この外装部材１４は、ケーブル１６０に加締め固定されて、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通し、接地電位ＰＶＥとされている。
【００３７】
また、ケーブル１６０のエアパイプ１６３は、第１導通部材１３内で、その先端が開放されている。そして、送気パイプ３１０及びケーブル１６０のエアパイプ１６３を通じて、圧縮空気源３００の圧縮機３０１から供給され、エアパイプ１６３から放出された圧縮空気ＡＫは、さらに先端側（図２中、右側）の放電空間ＤＳ（後述する）に圧送される。
【００３８】
さらに、第１導通部材１３の先端側（図２中、右側）には、ノズル部３１が嵌め込まれている。このノズル部３１は、その中央が先端側に向かう凹形状とされ、その中心には、微細な透孔が形成されて、ノズル３１Ｎ（噴射孔）となっている。
また、ノズル部３１は、第１導通部材１３と電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。
【００３９】
第１導通部材１３の先端側にノズル部３１が嵌め込まれることで、これらの内部に、放電空間ＤＳが形成される。この放電空間ＤＳでは、針状電極体２０の針状先端部２２が突出しており、この針状先端部２２は、ノズル部３１の基端側の面であり凹形状をなす対向面３１Ｔと向き合っている。従って、針状先端部２２とノズル部３１（対向面３１Ｔ）との間に高電圧を印加すると、気中放電が生じ、大気中のＮ2，Ｏ2等が電離し、正イオン（例えば、Ｎ3+，Ｏ2+。以下、イオンＣＰともいう）が生成される。また、ケーブル１６０のエアパイプ１６３から放出された圧縮空気ＡＫも、この放電空間ＤＳに供給される。このため、ノズル部３１のノズル３１Ｎから、圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲが、これより先端側の混合領域ＭＸ（後述する）に向けて高速で噴射されると共に、圧縮空気ＡＫ（空気ＡＲ）に混じって、イオンＣＰも混合領域ＭＸに噴射される。
【００４０】
さらに、ノズル部３１の先端側（図２中、右側）には、微粒子帯電部１２が構成されている。この微粒子帯電部１２の側面には、（排気管ＥＰの下流側に向けて開口する）取入口３３Ｉと排出口４３Ｏが穿孔されている。また、この微粒子帯電部１２は、ノズル部３１に電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。
【００４１】
この微粒子帯電部１２は、内側に膨出した捕集極４２により、内側の空間がスリット状に狭められた形態とされており、これよりも基端側（図２中、左側）には、ノズル部３１との間に円柱状の空間が形成されている。
微粒子帯電部１２内の空間のうち、上述の円柱状の空間を、円柱状混合領域ＭＸ１とする。また、捕集極４２で構成されるスリット状の内部空間を、スリット状混合領域ＭＸ２とする。そして、これら円柱状混合領域ＭＸ１及びスリット状混合領域ＭＸ２を併せて、混合領域ＭＸとする。さらに、捕集極４２よりも先端側にも、円柱状の空間が形成されており、排出口４３Ｏに連通する排出路ＥＸをなしている。加えて、捕集極４２の基端側には、取入口３３Ｉから混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に連通する引き込み路ＨＫが形成されている。なお、微粒子帯電部１２が、本発明の「空間形成部材」に相当し、イオン気体噴射源１１と隣り合う混合領域ＭＸが、本発明の「内部空間」に相当する。
【００４２】
次いで、本実施形態の微粒子検知システム１の各部の電気的機能及び動作について、図２のほか、図３をも参照して説明する。なお、この図３は、本システム１の検知部１０の電気的機能及び動作を理解容易のため模式的に示したものである。
針状電極体２０は、ケーブル１６０の第２電位配線１６１を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通している。従って、この針状電極体２０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００ｋＨｚ，１〜２ｋＶ0-pの正の半波整流パルス電圧である、第２電位ＰＶ２とされる。
また、補助電極体５０は、ケーブル１６０の補助電位配線１６２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、導通している。従って、この補助電極体５０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００〜２００Ｖの正の直流電位である、第３電位ＰＶ３とされる。
さらに、第１導通部材１３，ノズル部３１，微粒子帯電部１２は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を介して、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、これらの回路を囲む内側回路ケース２５０、及び信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１に接続、導通している。これらは、第１電位ＰＶ１とされる。
加えて、外装部材１４は、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を介して、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０を囲む外側回路ケース２６０及び信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に接続、導通している。これらは、排気管ＥＰと同じ、接地電位ＰＶＥとされる。
【００４３】
従って、前述したように、第１電位ＰＶ１とされるノズル部３１（対向面３１Ｔ）と、これよりも正の高電位である第２電位ＰＶ２とされる針状先端部２２との間では、気中放電、具体的にはコロナ放電が生じる。さらに具体的には、正極となる針状先端部２２の周りにコロナが発生する正針コロナＰＣを生じる。これにより、その雰囲気をなす大気（空気）のＮ2，Ｏ2等が電離等して、正のイオンＣＰが発生する。発生したイオンＣＰの一部は、放電空間ＤＳに供給された圧縮空気ＡＫを起源とする空気ＡＲと共に、ノズル３１Ｎを通って、混合領域ＭＸに向けて噴射される。
本実施形態では、針状先端部２２とノズル部３１が気中放電（コロナ放電）を発生する２つの電極に相当する。また、放電空間ＤＳを囲む、ノズル部３１、針状先端部２２が、イオン気体噴射源１１をなしている。
【００４４】
ノズル部３１のノズル３１Ｎを通じて、空気ＡＲが混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に噴射されると、この円柱状混合領域ＭＸ１の気圧が低下するため、取入口３３Ｉから排気ガスＥＧが引き込み路ＨＫを通じて、混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１、スリット状混合領域ＭＸ２）に取り入れられる。取入排気ガスＥＧＩは、空気ＡＲと混合され、空気ＡＲと共に、排出路ＥＸを経由して、排出口４３Ｏから排出される。
その際、排気ガスＥＧ中に、ススなどの微粒子Ｓが含まれていた場合、図３に示すように、この微粒子Ｓも混合領域ＭＸ内に取り入れられる。ところで、噴射された空気ＡＲには、イオンＣＰが含まれている。このため、取り入れられたススなどの微粒子Ｓは、イオンＣＰが付着して、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、この状態で、混合領域ＭＸ及び排出路ＥＸを通って、排出口４３Ｏから、取入排気ガスＥＧＩ及び空気ＡＲと共に排出される。
一方、混合領域ＭＸに噴射されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、補助電極体５０の補助電極部５３から斥力を受け、第１電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす微粒子帯電部１２に各部に付着し捕捉される。
【００４５】
次いで、本システム１における微粒子Ｓの検知原理について説明する。図２に示すように、イオン気体噴射源１１における気中放電に伴って、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２から、針状先端部２２に、放電電流Ｉｄが供給される。一方、この放電電流Ｉｄの多くは、ノズル部３１に流れ込む（受電電流Ｉｊ）。この受電電流Ｉｊは、第１導通部材１３を流れて、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に流入する。
また、イオン気体噴射源１１で生成され、ここから噴射されたイオンＣＰの多くは捕集極４２で捕集される。捕集極４２で捕集された浮遊イオンＣＰＦが有していた電荷に起因する捕集電流Ｉｈも、捕集極４２（微粒子帯電部１２）に導通する第１導通部材１３を通じて、第１出力端２１１に流れ込む。つまり、第１導通部材１３には、これらの和である受電捕集電流Ｉｊｈ（＝Ｉｊ＋Ｉｈ）が流れる。
【００４６】
但し、この受電捕集電流Ｉｊｈは、放電電流Ｉｄよりも若干小さな値となる。というのも、イオン気体噴射源１１で生成されたイオンＣＰのうち、排出口４３Ｏから排出された帯電微粒子ＳＣに付着して排出イオンＣＰＨも排出されてしまう。この排出された排出イオンＣＰＨの電荷に対応する電流分は、受電捕集電流Ｉｊｈとして流れないからである。なお、帯電微粒子ＳＣが流通している排気管ＥＰは接地電位ＰＶＥとされている。
【００４７】
ところでイオン源電源回路２１０から見ると、第２出力端２１２から流出した放電電流Ｉｄと、第１出力端２１１から流入する受電捕集電流Ｉｊｈとにアンバランスが生じることとなる。このため、この不足分（差分＝放電電流−受電捕集電流）に相当する信号電流Ｉｓが、接地電位ＰＶＥから第１出力端２１１に向けて流れ込んでバランスする。
そこで、本システム１では、第１出力端２１１に導通する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに導通する接地入力端２３２とを有し、これらの間を流れる電流を検知する信号電流検知回路２３０を設けることで、接地電位ＰＶＥから外装部材１４、ケーブル１６０の接地電位配線１６７、外側回路ケース２６０を経由し、計測制御回路２２０のうち信号電流検知回路２３０を通じ、さらに内側回路ケース２５０を通って、第１出力端２１１に流れる信号電流Ｉｓを検知する。
この差分（放電電流Ｉｄ−受電捕集電流Ｉｊｈ）に相当する信号電流Ｉｓの大きさは、排出された帯電微粒子ＳＣに付着して排出された排出イオンＣＰＨの電荷の量、したがって、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓの量、ひいては、排気管ＥＰを流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量に対応して増減する。
従って、この信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知することにより、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量が検知できる。
【００４８】
本実施形態のシステム１はこのように構成されており、空気ＡＲ（圧縮空気ＡＫ）を、ノズル３１Ｎを通じて、排気ガスＥＧ（被測定ガス，本実施形態では、取入排気ガスＥＧＩ）に向けて噴射する気体噴射源１１を有している。さらに、この気体噴射源１１は、イオン源を兼ねるイオン気体噴射源１１であり、ノズル３１Ｎ（噴射孔）から、イオンＣＰを含む空気ＡＲ（圧縮空気ＡＫ）を噴射している。このため、本システム１は、圧縮空気ＡＫを供給するための圧縮空気源３００を備えている。この圧縮空気源３００は、圧縮空気ＡＫを生成する圧縮機３０１を含み、圧縮機３０１が生成した圧縮空気ＡＫを検知部１０に供給している。また、圧縮機３０１は、圧縮機駆動回路３２０により駆動されている。
【００４９】
ところで、微粒子検知システム１が稼働している期間において、微粒子Ｓの量の検知時のみならず非検知時も含めて、常時、ノズル３１Ｎから圧縮空気ＡＫを噴射すべく、常時圧縮機３０１を駆動し続けている場合は、圧縮機３０１の耐久性が問題となる。本実施形態のシステム１は、車両ＡＭに搭載されたエンジンＥＮＧに用いられており、例えば、１０年以上の長期間に亘って使用されるので、特に圧縮空気ＡＫを生成する圧縮機３０１の寿命を延ばすことが望まれる。
一方、圧縮機３０１の寿命を延ばすため、微粒子Ｓの量の非検知時に圧縮機３０１の駆動を停止させると、混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）からノズル３１Ｎを通じてイオン気体噴射源１１内に排気ガスＥＧが逆流して、ノズル３１Ｎに微粒子Ｓが堆積して詰まるなどの不具合が生じる虞がある。
【００５０】
そこで、本実施形態のシステム１では、微粒子Ｓの量の非検知時には、検知時よりも噴射される圧縮空気ＡＫの流量Ｑを低下させるように、圧縮機３０１を駆動している。
具体的には、微粒子Ｓの量の検知時においては、ノズル３１Ｎから第１流量Ｑ１の空気ＡＲを噴射させる駆動条件（第１駆動条件ＪＫ１）で、圧縮機駆動回路３２０により圧縮機３０１が駆動している。その一方、非検知時には、ノズル３１Ｎから第１流量Ｑ１よりも少ない第２流量Ｑ２の空気ＡＲを噴射させる駆動条件（第２駆動条件ＪＫ２）で、圧縮機駆動回路３２０により圧縮機３０１を駆動している。この第２駆動条件ＪＫ２では、圧縮機３０１の負荷が低減される一方、非検知時においても、ノズル３１Ｎから第２流量Ｑ２の空気ＡＲが噴射されるので、ノズル３１Ｎを通じて混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）からイオン気体噴射源１１に排気ガスＥＧが逆流することはない。
【００５１】
本システム１において、圧縮機駆動回路３２０に駆動条件を指示するマイクロプロセッサ１００の動作について、図４の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、微粒子検知システム１（計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ１００）が起動され、ステップＳ１で必要な初期設定がなされる。その後、ステップＳ２において、圧縮機駆動回路３２０に向けて圧縮機３０１の駆動停止指示を送出する。
【００５２】
次に、ステップＳ３に進み、エンジンＥＮＧが始動したか否かを判断する。エンジンＥＮＧが始動していない場合（Ｎｏ）には、エンジンＥＮＧが始動するまで、ステップＳ３を繰り返す。
【００５３】
その後、エンジンＥＮＧが始動すると、ステップＳ３でＹｅｓと判断され、ステップＳ４に進む。
このステップＳ４では、微粒子Ｓの検知タイミングであるか否かを判断する。微粒子Ｓの検知のタイミングの制御は、マイクロプロセッサ１００において、圧縮機駆動回路３２０の制御とは別のプログラムにより並列に処理・実行されており、ステップＳ４では、別プログラムの実行状態に基づき、検知タイミングを判断する。
ここで微粒子Ｓの非検知時である場合（Ｎｏ）には、ステップＳ６に進み、圧縮機駆動回路３２０に向けて第２駆動条件ＪＫ２で圧縮機３０１を駆動する旨の指示（第２指示）を送出する。従って、圧縮機３０１は、第２駆動条件ＪＫ２で駆動され、ノズル３１Ｎから噴射される空気ＡＲの流量は、第２流量Ｑ２とされる。その後、ステップＳ７に進む。
一方、微粒子Ｓの検知タイミングである場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ５に進み、圧縮機駆動回路３２０に向けて第１駆動条件ＪＫ１で圧縮機３０１を駆動する旨の指示（第１指示）を送出する。従って、圧縮機３０１は、第１駆動条件ＪＫ１で駆動され、ノズル３１Ｎから噴射される空気ＡＲの流量は、第１流量Ｑ１とされる。その後、こちらもステップＳ７に進む。
【００５４】
ステップＳ７では、エンジンＥＮＧが停止したか否かを判断する。エンジンＥＮＧが停止していない場合（運転中）（Ｎｏ）には、ステップＳ４に戻り、上述のステップＳ４〜ステップＳ７を繰り返す。
一方、エンジンＥＮＧが停止した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ８に進み、圧縮機駆動回路３２０に向けて圧縮機３０１の駆動停止指示を送出し、終了する。
【００５５】
図５は、本システム１の圧縮機３０１の駆動条件を示すタイミングチャートである。エンジンＥＮＧの始動前である時刻ｔ１までは、圧縮機駆動回路３２０による圧縮機３０１の駆動は停止されている。そして、時刻ｔ１において、エンジンＥＮＧが始動されると、微粒子Ｓの量の非検知時である時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、第２駆動条件ＪＫ２で、圧縮機駆動回路３２０により圧縮機３０１が駆動される。次いで、微粒子Ｓの量の検知時である時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、第１駆動条件ＪＫ１で、圧縮機駆動回路３２０により圧縮機３０１が駆動される。同様に、微粒子Ｓの量の非検知時である時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、第２駆動条件ＪＫ２で圧縮機３０１が駆動され、微粒子Ｓの量の検知時である時刻ｔ４からは、第１駆動条件ＪＫ１で圧縮機３０１が駆動される。このとき、圧縮機３０１を第２駆動条件ＪＫ２で駆動する期間においては、第１駆動条件ＪＫ１で駆動する期間よりも、圧縮機３０１から供給される圧縮空気ＡＫの供給量が少なくなっている。このため、ノズル３１Ｎから混合領域ＭＸに向けて噴射される空気ＡＲの流量も、第１駆動条件ＪＫ１で駆動する期間においては第１流量Ｑ１とされており、第２駆動条件ＪＫ２で駆動する期間においては第１流量Ｑ１よりも少ない第２流量Ｑ２とされている。
【００５６】
本実施形態において、計測制御回路２２０のマイクロプロセッサ１００が、圧縮機駆動回路３２０を制御する制御手段に対応する。また、ステップＳ５を実行しているマイクロプロセッサ１００が、圧縮機駆動回路３２０に第１駆動条件ＪＫ１での駆動を指示する第１指示手段に対応する。一方、ステップＳ６を実行しているマイクロプロセッサ１００が、圧縮機駆動回路３２０に第２駆動条件ＪＫ２での駆動を指示する第２指示手段に対応する。
【００５７】
本実施形態のシステム１では、圧縮空気ＡＫを生成する圧縮機３０１を含む圧縮空気源３００を備えている。そして、微粒子Ｓの量の検知時には第１駆動条件ＪＫ１で圧縮機３０１を駆動している（ステップＳ５：第１指示手段）。一方、非検知時には第２駆動条件で圧縮機３０１を駆動している（ステップＳ６：第２指示手段）。これにより、非検知時に、検知時よりも噴射される圧縮空気ＡＫの流量Ｑを低下させている。このように、非検知時でもノズル３１Ｎから空気ＡＲを噴射するので、混合領域ＭＸからノズル３１Ｎを通じてイオン気体噴射源１１に排気ガスＥＧが逆流することはない。その上、非検知時には、圧縮機駆動回路３２０を第２駆動条件ＪＫ２で駆動して、圧縮機３０１の負荷を低減して、その寿命を延ばすことができる。また、微粒子Ｓの非検知時の圧縮機３０１（圧縮空気源３００）での消費電力を低減することもできる。
【００５８】
さらに、本実施形態のシステム１では、気体噴射源１１は、イオン源を兼ねるイオン気体噴射源１１としてある。このように、気体噴射源１１とイオン源が一体化されているので、検知部１０を小型化できるとともに、生成したイオンＣＰを混合領域ＭＸ（円柱状混合領域ＭＸ１）に向けて確実に噴射することができる。
【００５９】
さらに、本実施形態のシステム１では、圧縮機３０１としてダイアフラム式圧縮機を採用する一方、非検知時に圧縮機３０１の負荷を低減して、圧縮機３０１の寿命を延ばしている。このため、システムとして、圧縮機３０１について長寿命で高効率・低騒音としうる。
【００６０】
さらに、本実施形態のシステム１では、エンジンＥＮＧの排気管ＥＰに適用しながらも、圧縮機３０１を負荷の少ない第２駆動条件ＪＫ２で駆動することで、非検知時でもノズル３１Ｎから空気ＡＲを噴射するので、混合領域ＭＸから気体噴射源１１内に排気ガスＥＧが逆流することがなく、微粒子Ｓによるノズル３１Ｎの詰まりを生じにくく、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量を適切に検知できる。
【００６１】
さらに、本実施形態のシステム１は、車両ＡＭに搭載されたエンジンＥＮＧに用いられて、長期間に亘って使用される。しかるに、微粒子Ｓの量の非検知時には、圧縮機３０１を負荷の少ない第２駆動条件ＪＫ２で駆動しているので、圧縮機３０１の長寿命化が図れる。
【００６２】
以上において、本発明を実施形態のシステム１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、上記実施形態では、圧縮機３０１として、ダイアフラム式圧縮機を用いたが、これに限られない。例えば、ピストン式圧縮機やスクリュー式圧縮機を用いても良い。
また、上記実施形態では、気体噴射源１１は、イオン気体噴射源１１とされ、イオンＣＰを生成すると共に、生成したイオンＣＰを噴射する形態としたが、これに限られない。例えば、圧縮空気源３００から供給された圧縮空気ＡＫのみを噴射する形態としても良く、また、別途生成したイオンＣＰを受け入れ、圧縮空気ＡＫと共に噴射する形態としても良い。
【符号の説明】
【００６３】
ＡＭ  車両（車）
ＥＮＧ  エンジン（内燃機関）
ＥＰ  排気管（通気管）
ＥＧ  排気ガス
ＥＧＩ  取入排気ガス
Ｓ  微粒子
ＳＣ  帯電微粒子
ＣＰ  イオン
ＣＰＦ  浮遊イオン
ＣＰＨ  排出イオン
Ｉｓ  信号電流
１  微粒子検知システム
１０  検知部
１１  イオン気体噴射源（気体噴射源）
１２  微粒子帯電部（空間形成部材）
２０  針状電極体
２２  （針状電極体の）針状先端部（イオン気体噴射源）
３１  ノズル部（イオン気体噴射源，微粒子帯電部）
３１Ｎ  ノズル（噴射孔）
ＰＶ１  第１電位
ＰＶ２  第２電位
ＰＶ３  第３電位
ＰＶＥ  接地電位
ＭＸ  混合領域（内部空間）
４２  捕集極
５０  補助電極体
５３  （補助電極体の）補助電極部（補助電極）
ＡＫ  圧縮空気
ＡＲ  空気
３００  圧縮空気源
３０１  圧縮機
３２０  圧縮機駆動回路
Ｑ１  第１流量
Ｑ２  第２流量
ＪＫ１  第１駆動条件
ＪＫ２  第２駆動条件
Ｓ５  第１指示手段
Ｓ６  第２指示手段
１００  マイクロプロセッサ（制御手段）
２０１  回路部
２１０  イオン源電源回路
２２０  計測制御回路
２３０  信号電流検知回路
２４０  補助電極電源回路
【図１】
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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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