検知装置及び方法
【課題】排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、その濃度を検知することができる検知装置及び方法を提供すること。
【解決手段】電源部１０と、排気管内に設置され、一対の平行平板からなる電極部１１と、電源部１０により電極部１１に対して所定の電圧が印加され、排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ）を電極部１１に付着させた後、電極部１１の電気的特性を測定し、測定された電気的特性から排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知部１２と、を備える。
【解決手段】電源部１０と、排気管内に設置され、一対の平行平板からなる電極部１１と、電源部１０により電極部１１に対して所定の電圧が印加され、排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ）を電極部１１に付着させた後、電極部１１の電気的特性を測定し、測定された電気的特性から排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知部１２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の濃度を検知する検知装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりにより、燃焼を伴う設備・装置からの排気ガス中に含まれる微小な粒子状物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を除去し、排出することが必要となってきている。そのため、これらの設備・装置では、排気ガス中のＰＭを除去する手段を設けている。また、ＰＭの除去手段を通過した後の排気ガス中に含まれるＰＭ量を監視し、ＰＭ除去手段が正常に動作しているかどうかを確認するため、排気ガス環境下において適用可能なＰＭセンサが求められている。
【０００３】
ここで、ＰＭセンサには、光学式、電気抵抗式、電荷式、マイクロ波式、又は振動型質量検知式（例えば、特許文献１乃至３を参照。）等さまざまな検知方式が提案されている。また、例えば、光学式センサは、一般的に、スモーク測定に用いられている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１２３０５９号明細書
【特許文献２】米国特許第６７８８６０７５号明細書
【特許文献３】特開２００６−２０８１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば、自動車排気ガスに含まれているＰＭ量を監視するために、自動車の排気口付近にＰＭセンサを配置する場合を考える。
【０００５】
光学式センサは、センサ面が非常にデリケートであり、汚れに対する性能の保証が困難なため、定期的なメンテナンスが必要である。そのため、自動車の排気口付近のような定期的なメンテナンスが行えないような状況下における長期の使用は、困難である。
【０００６】
また、自動車排気ガスは、高温であり、また、排気口付近は、圧力が高いため、厳しい環境と言える。このような厳しい環境においては、他の方式（振動方質量検知方式等）でも、長期耐久性の保証を図る必要があり、そのためのコストがかかってしまう。
【０００７】
このようにして、現在までに提案されている各種方式を採用したＰＭセンサでは、排気ガス中に含まれるＰＭの浄化を直接的に監視する手段として適用するには、その選択性、耐久性、及びコストの面等において課題を抱えている。
【０００８】
そこで、本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、その濃度を検知し、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、コストが低廉である検知装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る検知装置は、上記課題を解決するために、排気管内に設置され、一対の平行平板、または、当該一対の平行平板を多段に組み合わせたものを含んで構成される電極部と、前記電極部に所定の電圧を印加する電源部と、前記電源部により前記電極部に対して所定の電圧が印加され、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させた後、前記電極部の電気的特性を測定し、測定された前記電気的特性から前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知手段と、を備える。
【００１０】
また、検知装置では、前記電源部の電気的特性と、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度との関係を示すデータが格納されている格納手段をさらに備え、前記検知手段は、測定された前記電極部の電気的特性に基づいて、前記格納手段に格納されているデータを参照することにより、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する構成である。
【００１１】
また、検知装置では、前記電源部は、間欠的又は連続的に一定電流を前記電極部に印加する定電流電源あるいは間欠的又は連続的に一定電圧を前記電極部に印加する定電圧電源により構成されている。
【００１２】
また、検知装置では、前記検知手段は、前記電極部の前記電気的特性として、静電容量、インピーダンス、電圧、電流、入力電流と前記電極部から検出される電圧との位相差、電力又はエネルギーの変化を測定することにより前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する構成である。
【００１３】
また、検知装置は、前記検知手段により前記粒子状物質の濃度が検知された後、前記電極部に付着している前記粒子状物質を除去する除去手段をさらに備える構成である。
【００１４】
また、検知装置に備えられている除去手段は、前記電極部を放電させることにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を分解して除去する構成である。
【００１５】
また、検知装置に備えられている除去手段は、前記電極部を所定温度まで昇温することにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を燃焼して除去する構成である。
【００１６】
また、検知装置に備えられている除去手段は、前記電極部に付着している前記粒子状物質を機械的な構造物によって物理的に除去する構成である。
【００１７】
また、本発明に係る検知方法は、上記課題を解決するために、電源部により所定の電圧を排気管内に設置されている電極部に印加し、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させる付着工程と、前記付着工程により前記電極部に前記粒子状物質が付着された後、前記電極部の電気的特性を測定する測定工程と、前記測定工程により測定した前記電気的特性から、前記排気管内の排気ガスに含まれている前記粒子状物質の濃度を検知する検知工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電気的集塵効果を利用することにより、排気ガスに含まれているＰＭ濃度を直接的に測定し、排気管内のＰＭ濃度を低濃度から測定することができるので、信頼性の高い故障検知システムに有用なＰＭセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る検知装置の一例であるＰＭセンサ１の構成を示すブロック図である。ＰＭセンサ１は、図１に示すように、電源部１０と、排気管内に設置され、一対の平行平板からなる電極部１１と、電源部１０により電極部１１に対して所定の電圧が印加され、排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を電極部１１に付着させた後、電極部１１の電気的特性を測定し、測定された電気的特性から排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知部１２と、を備える。また、電源部１０と、検知部１２とは、制御装置２に接続されており、制御装置２により動作が制御される。また、以下において、ＰＭセンサ１の電極部１１は、ディーゼル機関の排気管内の任意の場所に配置されるものとして説明するが、特にディーゼル機関に限定されるものではない。
【００２１】
制御装置２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３からの制御信号を受け、電源部１０の制御を行うとともに、検知部１２から得た信号をＥＣＵ３に適した信号（パルス信号、電圧信号等）に変換する機能を備える。なお、ＰＭセンサ１は、ＥＣＵ３が制御装置２により発揮される機能を具有する場合には、制御装置２を設けない。また、ＥＣＵ３は、電子制御装置であり、主に、エンジンの制御や、駆動系統の制御等を行う。
【００２２】
電極部１１は、一の導電体と、他の導電体とによる一対の平行平板、または、この一対の平行平板を多段に組み合わせたものにより構成されている。なお、一の導電体及び他の導電体の表面には、誘電体が形成されていることが好ましい。
【００２３】
電源部１０は、制御装置２による制御にしたがって、所定の電圧を電極部１１に印加する。また、電源部１０は、電極部１１へＰＭを付着（集塵）させ、また、電極部１１に付着しているＰＭの付着量を測定するために、電気の流れを変化させる機能を有し、例えば、間欠的又は連続的に一定電流を電極部１１に印加する定電流電源部により構成されても良いし、間欠的又は連続的に一定電圧を電極部１１に印加する定電圧電源部により構成されても良い。
【００２４】
また、詳細は後述するが、排気ガスに含まれるＰＭ濃度と、電極部１１に堆積するＰＭ堆積量とは相関関係がある。そこで、検知部１２では、ＰＭ濃度とＰＭ堆積量との相関関係を利用して、電極部１１に堆積したＰＭ堆積量から測定した電気的特性（静電容量等）の変化に基づきＰＭ濃度を検知する。具体的には、検知部１２は、電極部１１の静電容量、インピーダンス、電圧、電流、入力電流と電極部１１から検出される電圧との位相差、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）等の電気的特性の変化を測定することにより、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度を検知する。
【００２５】
ここで、ＰＭセンサ１により排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度を測定する手順について説明する。
【００２６】
電極部１１は、ＰＭ濃度の測定を実施する排気管内の任意の場所に配置する。そして、電極部１１は、電源部１０により電圧が印加されると、電圧による集塵効果により、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭが付着する。検知部１２は、電極部１１の静電容量の変化を検知する。
【００２７】
ここで、検知する方法としては、インピーダンス測定器により直接的に電極部１１の静電容量の変化を測定する方法がある。また、他には、電源電圧又は電流の変化を利用して、電流、電圧、位相差、周期、反射波、電力又はエネルギーの変化を測定し、電極部１１のＰＭ付着量を測定する方法もある。
【００２８】
このようにして、ＰＭセンサ１は、排気管内におけるＰＭの集塵を行うとともに、ＰＭの濃度測定を行うことができ、従来のＰＭセンサに比して、より高速にＰＭ濃度の測定を行うことが可能である。
【００２９】
また、ＰＭセンサ１は、電源部１０の電気的特性と、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度との相関関係を示すデータが格納されている格納部１３を備える構成であっても良い。このような構成においては、検知部１２は、電極部１１の電気的特性を測定し、格納部１３に格納されているデータを参照することにより、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度を検知する。
【００３０】
また、詳細は後述するが、ＰＭセンサ１は、検知部１２によりＰＭ濃度が検知された後、電極部１１に付着しているＰＭを除去するＰＭ除去部１４を備える。
【００３１】
ここで、以下に、ＰＭセンサ１の具体的な実施例について説明する。なお、図１に示したＰＭセンサ１と同一の構成部には同一の番号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
＜第１実施例＞
第１実施例に示すＰＭセンサ１００は、図２に示すように、検知部１２が静電容量測定法を適用したインピーダンス測定器２０により構成される。
【００３３】
また、電極部１１は、図３（Ｂ）に示すように、一対の平行平板が複数段（数十段）で構成されている。また、電極部１１を構成する各電極は、図３（Ａ）に示すように、アルミナ基板１１Ａの上部にタングステン導体１１Ｂが積層されており、タングステン導体１１Ｂの上部にタングステン印刷（薄膜）１１Ｃがメッキ等により被膜されている。なお、電極部１１の電極は、アルミナ基板１１Ａの上部にタングステン薄膜１１Ｃがメッキ等により被膜され、このタングステン薄膜１１Ｃの上部にタングステン導体１１Ｂが積層される構造であっても良い。
ここで、アルミナ基板１１Ａの厚みは、約１ｍｍである。また、タングステン導体１１Ｂは略矩形状であり、各辺の長さは、それぞれ、約７５ｍｍ及び約５０ｍｍである。
【００３４】
このように構成される電極部１１には、ＰＭを集塵するための電圧を印加する電源部１０と、電極部１１の静電容量を測定するインピーダンス測定器２０とが接続されている。
【００３５】
また、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度と、電極部１１に付着するＰＭ付着量とは、図４に示すように、非線形の相関関係がある。また、電極部１１の静電容量と、電極部１１に付着するＰＭ付着量との関係を図５に示す。なお、図５では、測定周波数として５０Ｈｚを用いた。また、図４及び図５の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００３６】
ここで、ＰＭセンサ１００の動作について説明する。
【００３７】
制御装置２は、ＥＣＵ３から測定開始の命令（制御信号）を受けたとき、電源部１０に駆動信号を供給する。電源部１０は、制御装置２から供給された駆動信号に応じて、電極部１１に所定の電圧を印加する。電極部１１は、電圧の印加によって、ＰＭが付着（集塵）し始める。
【００３８】
制御装置２は、所定期間経過後、電源部１０に対して電源供給の停止を命ずる。電源部１０は、制御装置２からの停止の命令に応じて、電極部１１に対する電圧の印加を停止する。
【００３９】
つぎに、制御装置２は、インピーダンス測定器２０に静電容量の測定命令を行う。インピーダンス測定器２０は、制御装置２からの測定命令に応じて、電極部１１の静電容量の測定を行う。インピーダンス測定器２０は、測定した静電容量の結果から、図５に示すＰＭ付着量と静電容量との関係に基づいて、ＰＭ付着量を求める。また、インピーダンス測定器２０は、求めたＰＭ付着量から、図４に示すＰＭ濃度とＰＭ付着量との関係に基づいて、ＰＭ濃度を求める。インピーダンス測定器２０は、求めたＰＭ濃度を制御装置２へ供給する。制御装置２は、供給されたＰＭ濃度をＥＣＵ３に供給する。
【００４０】
また、詳細は後述するが、ＥＣＵ３は、供給されたＰＭ濃度に基づいて、制御装置２に対して、ＰＭの除去命令を行う。制御装置２は、ＰＭの除去命令に応じて、ＰＭ除去部１４に駆動命令を行う。ＰＭ除去部１４は、駆動命令に応じて、電極部１１に付着しているＰＭの除去を実行する。
【００４１】
このようにして、ＰＭセンサ１００は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１００は、ＰＭ濃度の検知後、電極に付着しているＰＭを除去することもできる。また、ＰＭセンサ１００は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【００４２】
＜第２実施例＞
また、集塵用の電源出力の特性を利用することにより、上述したインピーダンス測定器２０を設けない実施例について以下に説明する。
【００４３】
詳細は後述するが、電源部１０が定電流電源の場合には、電圧測定装置が必要となる。また、電圧測定装置による測定のタイミングは、電源部１０の出力電圧が間欠的出力となるか、連続的出力となるかによって異なる。間欠的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時と、その後の減衰振動における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。また、連続的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。
【００４４】
また、電源部１０が定電圧電源部の場合には、電流測定装置が必要となる。また、電流測定装置による測定のタイミングは、電源部１０の出力電圧が間欠的出力となるか、連続的出力となるかによって異なる。間欠的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時と、その後の減衰振動における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。また、連続的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。
【００４５】
ここで、電源部１０が間欠的定電流電源部により構成されるＰＭセンサ１０１について説明する。
【００４６】
ＰＭセンサ１０１は、図６に示すように、間欠的に定電流を出力する間欠的定電流電源部３０と、電極部１１と、電圧測定を行う電圧測定装置３１と、を備えている。
【００４７】
間欠的定電流電源部３０は、図７に示すように、間欠的に変動する電圧（ＤＣ／パルス波）を電極部１１に印加する電源であり、直流電圧を出力する一次電源部３２と、スイッチング回路３３と、昇圧のためのトランス（二次電源部）３４と、により構成されている。なお、図７では、電圧の波形が三角波状になっているが、矩形波状であっても良いし、鋸波状であっても良い。
【００４８】
また、間欠的定電流電源部３０は、電極部１１に電圧を印加するように接続されており、さらに、電極部１１の電極間の電圧を測定できるように電圧測定装置３１が接続されている。
【００４９】
電圧測定装置３１は、制御装置２を介してＥＣＵ３に接続されている。制御装置２は、電圧測定装置３１から供給された信号をＥＣＵ３で取り扱うことが可能な信号に変換し、変換後の信号をＥＣＵ３に出力する。
【００５０】
なお、ＥＣＵ３に電極部１１の電圧を測定する機能が実装されており、かつ、そのときの電極部１１の電圧が測定可能な範囲である場合には、電圧測定装置３１及び制御装置２を省略することができる。このような構成の場合には、ＥＣＵ３は、電極部１１の電気的特性（電圧）を測定し、当該測定結果からＰＭ濃度を算出する。
【００５１】
また、ＰＭ付着量の測定に用いる電気的特性のパラメータが、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）である場合には、ＰＭセンサ１０１は、電流を測定する電流測定装置３５をさらに備える構成となる。ＰＭセンサ１０１は、電圧測定装置３１により測定した電圧（Ｖ）と、電流測定装置３５により測定した電流（Ｉ）とから、（１）式に基づいてエネルギー（Ｅ）を算出し、又は（２）式に基づいて電力（Ｗ）を算出する。
Ｅ＝∫Ｖ（ｔ）Ｉ（ｔ）ｄｔ・・・（１）
Ｗ＝Ｅ／ｔ・・・（２）
但し、「ｔ」は、時間を示し、「Ｖ（ｔ）」は、時間ｔにおける電圧を示し、「Ｉ（ｔ）」は、時間ｔにおける電流を示している。
【００５２】
ここで、ＰＭセンサ１０１により電極部１１のＰＭ付着量を測定する手順について説明する。なお、間欠的定電流電源部３０は、スイッチング回路３３が所定のタイミングでオン状態とオフ状態とが切り換えられることにより、図７に示すような、間欠的な電圧を電極部１１に印加する。
【００５３】
トランス３４は、スイッチング回路３３がオフ状態になった場合に、一次電源部３２から電流が供給される。また、電極部１１は、トランス３４の一次コイルと二次コイルとの巻き数比に応じた所定の電流の流れ込みにより、電極に一定の電荷がチャージされる。
【００５４】
また、電荷のチャージが完了すると、電極部１１の電圧は、Ｑ＝ＣＶの関係にしたがって、ピーク電圧に達し、その後、振動しながら減衰する。これは、トランス３４の二次コイルと、電極部１１の静電容量の回路を電荷が減衰振動を行うためである。
【００５５】
また、電極部１１の静電容量は、電極部１１にＰＭが堆積しない状態に対して、電極部１１にＰＭが堆積した状態において、変化する。そのため、電極部１１にチャージされる電荷が一定の場合には、発生する電圧が変化する。この電圧の変化の様子を図８に示す。
【００５６】
また、電極部１１は、集塵したＰＭの燃焼分解を防ぐため、放電しないことが望ましい。なお、放電した場合であっても、電気的特性が変化するため、ＰＭの付着量の測定は可能である。図８（Ａ）には、電極部１１が放電しない場合における減衰振動する電圧の波形を示し、図８（Ｂ）には、電極部１１が放電した場合における減衰振動する電圧の波形を示している。また、図８（Ａ）、（Ｂ）において、波形Ａは、電極部１１にＰＭが堆積していない場合における減衰振動する電圧の波形を示し、波形Ｂは、電極部１１にＰＭが堆積している場合における減衰振動する電圧の波形を示している。
【００５７】
また、ＰＭが電極部１１に付着すると、当該ＰＭの付着量に応じて、電気的特性（電圧、振動周期、電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）等）が変化する。
【００５８】
ここで、電圧変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、図９を用いて説明する。なお、以下の説明においては、電極部１１は、放電を生じないものとする。また、図９は、各ピーク電圧をＶ１、Ｖ２・・・Ｖｉとしたときの電圧波形を示す。なお、図９には、ＰＭが付着しているときの電圧波形のみを示している。
【００５９】
電圧（Ｖｉ）とＰＭ付着量との関係は、図１０に示すように相関関係がある。したがって、電圧測定装置３１により、電極部１１の電極間電圧を測定（モニター）することにより、ｉ番目のピーク電圧（Ｖｉ）に基づいてＰＭ付着量を測定することができる。また、Ｖ１及びＶ２の減衰の時定数から、ＰＭ付着量を推定することができる。なお、図１０の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００６０】
また、ＰＭセンサ１０１が電流測定装置３５を備える場合には、上述した（１）式及び（２）式にしたがって、電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）を算出し、この算出値とＰＭ付着量を測定することができる。また、図１１には、エネルギー（Ｅ）とＰＭ付着量との相関関係を示し、図１２には、電力（Ｗ）とＰＭ付着量との相関関係を示す。また、図１１及び図１２の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００６１】
つぎに、振動周期変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、図１３を用いて説明する。なお、以下の説明においては、電極部１１は、放電を生じないものとする。
【００６２】
ここで、振動周期の変化について図１３を参照しながら説明する。電圧変化を起こした時間を「０（＝ｔ）」とし、最初の負の側のピーク電圧を過ぎてから電圧が再び０になる（ゼロクロスする）時間を「ｔ１」とする。また、次の負の側のピーク電圧を過ぎてから、電圧が０になる時間を「ｔ２」とし、同様にｉ番目の負の側のピーク電圧を過ぎてから、電圧が０になる時間を「ｔｉ」とする。
【００６３】
また、時間「ｔｉ」とＰＭ付着量との関係は、図１４に示すように、相関関係がある。したがって、ＰＭセンサ１０１は、電圧測定装置３１により電極部１１の電極間電圧を測定し、当該電極間電圧から「ｔｉ」を求め、図１４の相関関係に基づいて、当該「ｔｉ」からＰＭ付着量を測定することができる。また、図１４の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００６４】
また、上述では、「ｔｉ」は、負の側のピーク電圧を過ぎてからゼロクロスする時間としたが、これに限られず、正の側のピーク電圧を過ぎてからゼロクロスする時間であっても良い。また、「ｔｉ」は、ゼロクロスする時間ではなく、任意の電圧値になる時間であっても良く、電圧値が０Ｖではない一定値になる時間でも良い。
【００６５】
このようにして、ＰＭセンサ１０１は、間欠的に電圧変動を生ずる間欠的定電流電源部３０を用いて、電極部１１の電圧変化や、振動周期変化等の電気的特性の変化に基づき、ＰＭ付着量を測定することができる。また、ＰＭセンサ１０１は、測定したＰＭ付着量と測定した排気ガスに含まれているＰＭ濃度の相関関係から、ＰＭ濃度を算出することができる。
【００６６】
＜第３実施例＞
つぎに、電源部１０が連続的定電流電源部により構成されるＰＭセンサ１０２について説明する。なお、上述したＰＭセンサ１００及びＰＭセンサ１０１と同一の構成部には同一の番号を付す。
【００６７】
ＰＭセンサ１０２は、図１５に示すように、連続的に定電流を出力する連続的定電流電源部４０と、電極部１１と、電圧測定を行う電圧測定装置３１と、を備えている。
【００６８】
連続的定電流電源部４０は、図１６に示すように、連続的に変動する電圧（ＤＣ／ｓｉｎ波）を電極部１１に印加する電源であり、直流電圧を出力する第１の一次電源部４１と、第１のスイッチング回路４２と、直流電圧を出力する第２の一次電源部４３と、第２のスイッチング回路４４と、昇圧のためのトランス（二次電源部）４５と、により構成されている。なお、図１６では、電圧の波形が正弦波状になっているが、矩形波状であっても良いし、鋸波状であっても良い。
【００６９】
また、連続的定電流電源部４０は、電極部１１に電圧を印加するように接続されており、さらに、電極部１１の電極間の電圧を測定できるように電圧測定装置３１が接続されている。
【００７０】
また、連続的定電流電源部４０は、第１のスイッチング回路４２と、第２のスイッチング回路４４とを所定のタイミングで切り換えることにより、図１６に示すような、連続的な正弦波状の一定電流を電極部１１に供給する。
【００７１】
また、連続的定電流電源部４０は、電極部１１に電圧を印加するように接続されており、さらに、電極部１１の電極間の電圧を測定できるように電圧測定装置３１が接続されている。
【００７２】
電圧測定装置３１は、制御装置２を介してＥＣＵ３に接続されている。制御装置２は、電圧測定装置３１から供給された信号をＥＣＵ３で取り扱うことが可能な信号に変換し、変換後の信号をＥＣＵ３に出力する。
【００７３】
なお、ＥＣＵ３に電極部１１の電圧を測定する機能が実装されており、かつ、そのときの電極部１１の電圧が測定可能な範囲である場合には、電圧測定装置３１及び制御装置２を省略することができる。このような構成の場合には、ＥＣＵ３は、電極部１１の電気的特性（電圧）を測定し、当該測定結果からＰＭ濃度を算出する。
【００７４】
また、ＰＭ付着量の測定に用いる電気的特性のパラメータが、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）である場合には、ＰＭセンサ１０２は、電流を測定する電流測定装置３５をさらに備える構成となる。ＰＭセンサ１０２は、電圧測定装置３１により測定した電圧（Ｖ）と、電流測定装置３５により測定した電流（Ｉ）とから、上述した（１）式に基づいてエネルギー（Ｅ）を算出し、又は（２）式に基づいて電力（Ｗ）を算出する。
【００７５】
また、上述したように、連続的定電流電源部４０は、第１のスイッチング回路４２と第２のスイッチング回路４４とが所定のタイミングでオン状態とオフ状態とが切り換えられることにより、図１６に示すような、連続的な正弦波状の電圧を電極部１１に印加する。
【００７６】
ＰＭセンサ１０２は、連続的定電流電源部４０により印加される電圧によって変化する電極部１１の電気的特性を、電圧測定装置３１により測定する。ここで、電圧測定装置３１により、入力電圧に対する電極部１１の電気的特性の変化の様子を図１７に示す。
【００７７】
図１７より、ＰＭ付着後の電圧波形Ｅは、入力電圧（初期電圧）波形Ｄに対して、変化していることが分かる。なお、電流波形Ｃは、連続的定電流電源部４０から電極部１１へ出力される電流の波形を示している。
【００７８】
また、電極部１１は、集塵したＰＭの燃焼分解を防ぐため、放電しないことが望ましい。なお、放電した場合であっても、電気的特性が変化するため、ＰＭの付着量の測定は可能である。
【００７９】
このようにして、ＰＭが電極部１１の電極に付着したとき、電気的特性（電圧、振動位相、電圧と電流とから求められる電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）等）が変化する。
【００８０】
ここで、電圧変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、説明する。なお、以下の説明においては、電極部１１は、放電を生じないものとし、電圧波形を図１８に示す。また、このときのピーク電圧をＶｐｅａｋとする。
【００８１】
ＶｐｅａｋとＰＭ付着量との関係は、図１９に示すように、相関関係がある。したがって、ＰＭセンサ１０２は、電圧測定装置３１により、電極部１１の電極間電圧を測定（モニター）することにより、Ｖｐｅａｋを求め、図１９に示す相関関係に基づいて、ＰＭ付着量を測定することができる。また、図１９の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００８２】
また、ＰＭセンサ１０１が電流測定装置３５を備える場合には、上述した（１）式及び（２）式にしたがって、電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）を算出し、この算出値とＰＭ付着量を測定することができる。
【００８３】
つぎに、振動位相変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、説明する。ＰＭセンサ１０２は、振動位相変化によりＰＭ付着量を測定する場合には、図１５に示すＸの位置（電極部１１に対して直列）に、所定の抵抗値を有する抵抗を備え、かつ、電源出力の波形を測定するために、電流測定装置３５を備える構成となる。このような構成において、電極部１１の電極間で放電が生じない場合の、入力電流Ｉｉｎの波形と電極間電圧Ｖｏｕｔの波形を図２０に示す。
【００８４】
ここで、連続的定電流電源部４０の電源出力がＩｉｎ（ｔ）とし、電極間の電圧出力がＶｏｕｔ（ｔ）として、この二つの振動位相差をΔｔとしたとき、当該振動位相差とＰＭ付着量との関係は、図２１に示すようになる。したがって、ＰＭセンサ１０２は、電源出力がＩｉｎ（ｔ）と電極間の電圧出力がＶｏｕｔ（ｔ）とから振動位相差Δｔを求め、図２１に示す関係に基づいて、ＰＭ付着量を算出することができる。
【００８５】
また、ＰＭセンサ１０２は、電流測定装置３５を設けずに、連続的定電流電源部４０の第１のスイッチング回路４２及び第２のスイッチング回路４４の動作から、電流の波形を測定できる信号を制御装置２に送信する手段を設ける構成であっても良い。
【００８６】
このようにして、ＰＭセンサ１０２は、連続的に電圧変動を生ずる連続的定電流電源部４０を用いて、電極部１１の電圧変化等の電気的特性の変化に基づき、ＰＭ付着量を測定することができる。また、ＰＭセンサ１０２は、測定したＰＭ付着量と測定した排気ガスに含まれているＰＭ濃度の相関関係から、ＰＭ濃度を算出することができる。
【００８７】
＜第４実施例＞
つぎに、電源部１０が定電圧電源部により構成されるＰＭセンサ１０３について説明する。
【００８８】
ＰＭセンサ１０３は、図２２に示すように、間欠的又は連続的に定電圧を出力する定電圧電源部５０と、電極部１１と、電流の測定を行う電流測定装置３５と、を備えている。
【００８９】
電流測定装置３５は、制御装置２を介してＥＣＵ３に接続されている。制御装置２は、電流測定装置３５から供給された信号をＥＣＵ３で取り扱うことが可能な信号に変換し、変換後の信号をＥＣＵ３に出力する。
【００９０】
なお、ＥＣＵ３に二次側の電流を測定する機能が実装されており、かつ、そのときの電流が測定可能な範囲である場合には、電流測定装置３５及び制御装置２を省略することができる。このような構成の場合には、ＥＣＵ３は、二次側の電気的特性（電流）を測定し、当該測定結果からＰＭ濃度を算出する。
【００９１】
また、ＰＭ付着量の測定に用いる電気的特性のパラメータが、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）である場合には、ＰＭセンサ１０３は、電圧を測定する電圧測定装置３１をさらに備える構成となる。ＰＭセンサ１０３は、電圧測定装置３１により測定した電圧（Ｖ）と、電流測定装置３５により測定した電流（Ｉ）とから、上述した（１）式に基づいてエネルギー（Ｅ）を算出し、又は（２）式に基づいて電力（Ｗ）を算出する。
【００９２】
このようにして、ＰＭセンサ１０３は、間欠的又は連続的に電流変動を生ずる定電圧電源部５０を用いて、電極部１１の電流変化や、振動周期変化等の電気的特性の変化に基づき、ＰＭ付着量を測定することができる。また、ＰＭセンサ１０３は、測定したＰＭ付着量と測定した排気ガスに含まれているＰＭ濃度の相関関係から、ＰＭ濃度を算出することができる。
【００９３】
＜第５実施例＞
また、本発明では、電極部１１に付着しているＰＭを除去するＰＭ除去部１４が設けられている。なお、本実施例に係るＰＭ除去部１４は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【００９４】
また、電極部１１に付着しているＰＭを除去するＰＭ除去部１４は、
１．電極部１１を放電させることにより、電極部１１に付着しているＰＭを分解して除去する第１の構成、又は、
２．電極部１１を所定温度まで昇温することにより、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼して除去する第２の構成、又は、
３．電極部１１に付着しているＰＭをブラシ、ヘラ、高圧ガスを吹きかける等の機械的な構造物によって物理的に除去する第３の構成等が考えられる。
【００９５】
ここで、上述した第１の構成は、具体的には、図２３に示すように、電源部１０に、電極部１１の電極が放電可能なレベルまで電圧を昇圧することができる構成、又は、放電専用の放電用電源部６０を別に備える構成である。
【００９６】
つぎに、放電によりＰＭを除去の手順について図２４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００９７】
ステップＳＴ１において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを集塵する。
【００９８】
ステップＳＴ２において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極間の電気的特性を測定し、ＰＭ濃度を算出する。なお、ステップＳＴ１及びステップＳＴ２の詳細な説明については、上述の第１実施例乃至第４実施例に記載されている。
【００９９】
また、ステップＳＴ３において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１に付着しているＰＭを除去するために、電源部１０（又は放電用電源部６０）を制御し、電極部１１に電源を供給する。電極部１１は、電源部１０（又は放電用電源部６０）からの電源の供給により電極間に放電が発生する。
【０１００】
ステップＳＴ４において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１の放電後、検知部１２により電気的特性（静電容量、インピーダンス、インダクタンス、位相、電圧、電流等）を検知し、電極部１１のＰＭ付着量を求め、電極部１１からＰＭが除去できているかどうかを判断する。ＰＭが除去できていないと判断した場合（ＮＯ）には、電極部１１の放電を継続し、ＰＭが除去できていると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ５に進む。
【０１０１】
ステップＳＴ５において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ除去モードを終了し、電源部１０（又は放電用電源部６０）の電源をオフにし、ＰＭ濃度を測定するモードに戻る。
【０１０２】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、ＰＭ濃度の検知後、電極に付着しているＰＭを放電により除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１０３】
＜第６実施例（１）＞
つぎに、上述した第２の構成について説明する。第２の構成は、具体的には、図２５（Ａ）に示すように、電極部１１の電極に発熱抵抗体（ヒーター）７０を備え、ＰＭが付着する電極とＰＭを除去するヒーター７０とが別個に構成される。なお、本実施例に係るヒーター７０を有する電極部１１は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【０１０４】
また、電極部１１は、図２５（Ａ）に示すように、電源部１０に接続される電極７１と、絶縁部７２と、ヒーター電源部７３に接続されるヒーター７０と、から構成される。
【０１０５】
また、図２５（Ｂ）は、電極部１１の第１の構成パターンを示す断面図であり、電極７１Ａ（７１Ｂ）の上部に絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）が形成され、絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）の上部にヒーター７０Ａ（７０Ｂ）が形成され、電極７１Ａと電極７１Ｂとが所定距離を隔てて、互いに向き合うように構成される様子を示している。
【０１０６】
また、図２５（Ｃ）は、電極部１１の第２の構成パターンを示す断面図であり、電極７１Ａ（７１Ｂ）の上部に絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）が形成され、絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）の上部にヒーター７０Ａ（７０Ｂ）が形成され、エッチング処理等により、絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）とヒーター７０Ａ（７０Ｂ）が同幅となるように形成され、ヒーター７０Ａとヒーター７０Ｂとが所定距離を隔てて、互いに向き合うように構成される様子を示している。
【０１０７】
また、図２５（Ｄ）は、電極部１１の第３の構成パターンを示す断面図であり、電極７１Ａ（７１Ｂ）の上部にヒーター７０Ａ（７０Ｂ）を内包した絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）が形成され、電極７１Ａと電極７１Ｂとが所定距離を隔てて、互いに向き合うように構成される様子を示している。なお、上述した第１の構成パターン乃至第３の構成パターンは、一例であって、他の構成パターンであっても良い。
【０１０８】
また、ヒーター７０の温度は、ＰＭが燃焼する温度である約６００度以上にする必要がある。また、電極部１１は、電極７１Ａ（７１Ｂ）自体にＰｔ等のＰＭ燃焼触媒として機能する材料が用いられても良いし、又は電極７１Ａ（７１Ｂ）にＰＭ燃焼触媒を塗布するような構成であっても良い。このような構成の場合には、当該触媒による燃焼開始温度まで、ヒーター７０の発熱温度を低下させることが可能となる。
【０１０９】
つぎに、電極部１１の電極７１Ａ（７１Ｂ）にヒーター７０を備える構成により、電極部１１に付着したＰＭを除去する手順について、図２６に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１１０】
ステップＳＴ１０において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを集塵する。
【０１１１】
ステップＳＴ１１において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極間の電気的特性を測定し、ＰＭ濃度を算出する。なお、ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１の詳細な説明については、上述の第１実施例乃至第４実施例に記載されている。
【０１１２】
ステップＳＴ１２において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ヒーター電源部７３を制御して、電極部１１のヒーター７０を所定温度まで昇温する。
【０１１３】
ステップＳＴ１３において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１を所定温度まで昇温した後、検知部１２により電気的特性（静電容量、インピーダンス、インダクタンス、位相、電圧、電流等）を検知し、電極部１１のＰＭ付着量を求め、電極部１１からＰＭが除去できているかどうかを判断する。ＰＭが除去できていないと判断した場合（ＮＯ）には、電極部１１の昇温状態を維持し、ＰＭの除去を続ける。また、ＰＭが除去できていると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ１４に進む。
【０１１４】
ステップＳＴ１４において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ除去モードを終了し、ヒーター電源部７３をオフにし、電源部１０のヒーター７０の温度を下げ、ＰＭ濃度を測定するモードに戻る。
【０１１５】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、ＰＭ濃度の検知後、電極に付着しているＰＭをヒーター７０による昇温により除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１１６】
＜第６実施例（２）＞
つぎに、上述した第２の構成を簡略化した構成について説明する。具体的には、図２７（Ａ）に示すように、電極部１１の電極に不導体（絶縁体）８２を誘電体として適用し、ＰＭを付着する電極とＰＭを除去するヒーターとを一体的に構成する。なお、本実施例に係る電極部１１は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【０１１７】
図２７（Ｂ）は、電極部１１の断面図を示しており、電極８１Ａ（８１Ｂ）が絶縁部８２Ａ（８２Ｂ）に内包されて形成される様子を示している。
【０１１８】
また、電極部１１は、図２７（Ｃ）に示すように、電極８１Ａの一方端部ａが電源部１０に接続され、電極８１Ａの他方端部ｂがスイッチＳＷ８３Ａを介して電源部１０に接続され、また、電極８１Ａに対向する電極８１Ｂの一方端部ｃが、スイッチＳＷ８３Ａと電源部１０を結線する線路に接続され、電極８１Ｂの他方端部ｄが、スイッチＳＷ８３Ｂを介して電極８１Ａの一方端部ａと電源部１０を結線する線路に接続されている。
【０１１９】
したがって、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオフ状態にし、電源部１０から電極部１１に対して電源を供給すると、電極８１Ａと電極８１Ｂとの間で分極が生じ、ＰＭが集塵される。
【０１２０】
また、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオン状態にし、電源部１０から電極部１１に対して電源を供給すると、電極８１Ａの一方端部ａと他方端部ｂとの間に電位差を生じ、また、電極８１Ｂの一方端部ｃと他方端部ｄとの間に電位差を生じ、ヒーターとしての機能が発揮され、ＰＭの除去を行うことができる。
【０１２１】
また、電極８１Ａ及び電極８１Ｂの温度は、ＰＭが燃焼する温度である約６００度以上にする必要がある。また、電極８１Ａ（８１Ｂ）自体にＰｔ等のＰＭ燃焼触媒として機能する材料が用いられても良いし、又は電極８１Ａ（８１Ｂ）にＰＭ燃焼触媒を塗布するような構成であっても良い。このような構成の場合には、当該触媒による燃焼開始温度まで、発熱温度を低下させることが可能となる。
【０１２２】
ここで、電極部１１に付着したＰＭを除去する手順について、図２８に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１２３】
ステップＳＴ２０において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオフ状態にし、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを集塵する。
【０１２４】
ステップＳＴ２１において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極間の電気的特性を測定し、ＰＭ濃度を算出する。なお、ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１の詳細な説明については、上述の第１実施例乃至第４実施例に記載されている。
【０１２５】
ステップＳＴ２２において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオン状態にし、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを除去する。
【０１２６】
ステップＳＴ２３において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１を所定温度まで昇温した後、検知部１２により電気的特性（静電容量、インピーダンス、インダクタンス、位相、電圧、電流等）を検知し、電極部１１のＰＭ付着量を求め、電極部１１からＰＭが除去できているかどうかを判断する。ＰＭが除去できていないと判断した場合（ＮＯ）には、電極部１１の昇温状態を維持し、ＰＭの除去を続ける。また、ＰＭが除去できていると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ２４に進む。
【０１２７】
ステップＳＴ２４において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ除去モードを終了し、電源部１０をオフにし、電極８１Ａ及び電極８１Ｂの温度を下げ、ＰＭ濃度を測定するモードに戻る。
【０１２８】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、ＰＭ濃度の検知後、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂのスイッチング動作により電極８１Ａ及び電極８１Ｂを昇温することにより、電極８１Ａ及び電極８１Ｂに付着しているＰＭを除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１２９】
＜第７実施例＞
つぎに、上述した第３の構成について説明する。なお、本実施例に係るＰＭ除去部１４は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【０１３０】
ＰＭ除去部１４は、第１の構成パターンとして、図２９に示すように、電極部１１に付着しているＰＭを除去するヘラにより構成されている。
【０１３１】
また、ＰＭ除去部１４は、第２の構成パターンとして、図３０に示すように、電極部１１に付着しているＰＭを除去するブラシにより構成されている。
【０１３２】
また、ＰＭ除去部１４は、第３の構成パターンとして、図３１に示すように、所定の空気圧を出力する機構により構成されており、空気圧により電極部１１に付着しているＰＭを除去する。なお、上述した第１の構成パターン乃至第３の構成パターンは、一例であって、他の構成パターンであっても良い。
【０１３３】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、上述した第１の構成パターン乃至第３の構成パターンのいずれかにより構成されるＰＭ除去部１４を駆動し、電極部１１に付着しているＰＭを物理的に除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１３４】
＜第８実施例＞
つぎに、第８実施例のＰＭセンサ１０４について、図３２〜図３６を参照して説明する。
図３２は、ＰＭセンサの第８実施例の構成を示すブロック図である。このＰＭセンサ１０４は、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００と、電極部２２の構成が異なる。なお、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００と同一の構成部には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【０１３５】
図３３は、ＰＭセンサ１０４の電極部２２の構成を示す図である。より具体的には、図３３（Ａ）は、電極部２２の電極板２２１の構成を示す図であり、図３３（Ｂ）は、一対の平行平板としての２枚の電極板２２１，２２１を含んで構成される電極部２２の構成を示す図である。
【０１３６】
図３３（Ａ）に示すように、電極板２２１は、略矩形状のアルミナ基板２２１Ａと、このアルミナ基板２２１Ａの表面に形成されたタングステン導体層２２１Ｂと、を備える。このタングステン導体層２２１Ｂは、アルミナ基板２２１Ａの略中央部において、略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板２２１Ａの一端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。また、アルミナ基板２２１Ａの一端側には、このタングステン導体層２２１Ｂの導線部に積層して設けられたタングステン印刷部２２１Ｃが形成されている。
ここで、アルミナ基板２２１Ａの厚みは、約１ｍｍであり、タングステン導体層２２１Ｂの導体部の一辺の長さは、約１０ｍｍである。
【０１３７】
図３３（Ｂ）に示すように、電極部２２は、一対の電極板２２１，２２１を、板状のスペーサ２２２，２２２を介装して組み合わせることにより構成される。これらスペーサ２２２，２２２は、各電極板２２１の両端側に設けられており、これにより、各電極板２２１のタングステン導体２２１Ｂの導体部には、ＰＭが集塵されるキャビティ２２３が形成される。
【０１３８】
以上のような電極部２２には、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００と同様に、ＰＭを集塵するための電圧を印加する電源部１０と、電極部２２の静電容量を測定するインピーダンス測定器２０とが接続されている。
また、ＰＭセンサ１０４の動作は、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００の動作と同じであり、その説明を省略する。
【０１３９】
次に、電極部２２の評価試験について説明する。
図３４は、評価試験に用いる試験装置２５の構成を示すブロック図である。
試験装置２５は、自動車用のエンジン２６と、排気を浄化する酸化触媒２７と、排気を濾過しＰＭを捕集するＤＰＦ２８と、を含んで構成される。また、これら酸化触媒２７及びＤＰＦ２８は、エンジン２６の排気通路２６１内に、上流側から酸化触媒２７、ＤＰＦ２８の順で設けられる。ＰＭセンサ１０４の電極部２２は、排気通路２６１のうち、ＤＰＦ２８の下流側に設けられる。
【０１４０】
この評価試験では、エンジン２６を所定の出力で駆動するとともに、ＤＰＦ２８の下流のＰＭ濃度を変更し、各ＰＭ濃度における電極部２２に付着したＰＭの単位時間当たりの量を測定した。さらにこの評価試験では、電極部２２に付着したＰＭ付着量を変化させ、各ＰＭ付着量における、電極部２２の静電容量を測定した。
【０１４１】
また、エンジン２６には、の排気量が２２００ｃｃのディーゼルエンジンを用い、評価試験は、２５Ｎの負荷の下、回転数を１５００ｒｐｍに保った状態で行った。また、ＤＰＦ２８の捕集フィルタの一部を削り取り、ＤＰＦ２８の捕集性能を劣化させることにより、ＤＰＦ２８の下流のＰＭの濃度を変更した。
【０１４２】
図３５は、排気のＰＭ濃度と、電極部２２に付着したＰＭの単位時間当たりの量との関係を示す図である。この図に示すように、排気のＰＭ濃度と、電極部２２の単位時間当たりのＰＭ付着量との間には、線形の正の相関関係がある。
図３６は、電極部２２のＰＭ付着量と、電極部２２の静電容量との関係を示す図である。なお、静電容量の測定では、測定周波数として１０Ｈｚを用いた。
【０１４３】
ここで、第１実施例のＰＭセンサ１００と、第８実施例におＰＭセンサ１０４とを比較すると、第８実施例のＰＭセンサ１０４の電極部は、電極板の枚数が少なく、また、電極板の寸法も小さい。このため、例えば、ＰＭセンサ１０４の電極部を上述の図３４に示すようにエンジンの排気通路に設けた場合、排気通路の圧損の増加や、重量の増加を抑制できる。
また、このように電極板の枚数を少なくしたり、電極板の寸法を小さくしたりすることにより、電極部のＰＭ付着量及び静電容量も小さくなるものの、図３５及び図３６に示すように、電極部の静電容量と排気のＰＭ濃度との相関を測定することは十分に可能であり、ＰＭの濃度を測定するセンサとしての機能が損なわれることはない。
【０１４４】
また、以上説明した第８実施例のＰＭセンサ１０４に、上述の第５〜第７実施例のＰＭ除去部１４を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係るＰＭセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るＰＭセンサの第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すＰＭセンサの電極部の構成を示す図である。
【図４】ＰＭ濃度と電極へのＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図５】ＰＭ付着量と静電容量との関係を示す図である。
【図６】本発明に係るＰＭセンサの第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すＰＭセンサの電源部から出力される信号波形を示す図である。
【図８】電極部が、放電しない場合と、放電する場合とにおいて、電圧が減衰振動する波形の様子を示す図である。
【図９】電極部に放電が起こらない場合において、電圧が減衰振動する波形の様子を示す図である。
【図１０】電圧とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１１】エネルギーとＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１２】電力とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１３】振動周期変化によりＰＭ付着量を測定する手法についての説明に供する電圧波形の図である。
【図１４】ゼロクロスする時間とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１５】本発明に係るＰＭセンサの第３実施例の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示すＰＭセンサの電源部から出力される信号波形を示す図である。
【図１７】入力電圧に対する電極部の電気的特性の変化を示す図である。
【図１８】電極部に放電が起こらない場合の電圧波形を示す図である。
【図１９】ピーク電圧（Ｖｐｅａｋ）とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図２０】振動位相変化によりＰＭ付着量を測定する手法についての説明に供する入力電流Ｉｉｎの波形と電極間電圧Ｖｏｕｔの波形を示す図である。
【図２１】振動位相差とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図２２】本発明に係るＰＭセンサの第４実施例の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明に係るＰＭセンサの第５実施例の構成を示すブロック図である。
【図２４】図２３に示すＰＭセンサにより、放電を利用してＰＭを除去の手順についての説明に供するフローチャートである。
【図２５】本発明に係るＰＭセンサの第６実施例（１）の構成を示すブロック図である。
【図２６】図２５に示すＰＭセンサにより、昇温を利用してＰＭを除去の手順についての説明に供するフローチャートである。
【図２７】本発明に係るＰＭセンサの第６実施例（２）の構成を示すブロック図である。
【図２８】図２７に示すＰＭセンサにより、昇温を利用してＰＭを除去の手順についての説明に供するフローチャートである。
【図２９】本発明に係るＰＭセンサに備えられるＰＭ除去部の第１の構成パターンを示す図である。
【図３０】本発明に係るＰＭセンサに備えられるＰＭ除去部の第２の構成パターンを示す図である。
【図３１】本発明に係るＰＭセンサに備えられるＰＭ除去部の第３の構成パターンを示す図である。
【図３２】本発明のＰＭセンサの第８実施例の構成を示すブロック図である。
【図３３】図３２に示すＰＭセンサの電極部の構成を示す図である。
【図３４】評価試験に用いる試験装置の構成を示すブロック図である。
【図３５】排気のＰＭ濃度と電極部の単位時間当たりのＰＭ付着量との関係を示す図である。
【図３６】電極部のＰＭ付着量と電極部の静電容量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１、１００、１０１、１０２、１０３、１０４ ＰＭセンサ、２ 制御装置、３ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、１０ 電源部、１１ 電極部、１２ 検知部、１３ 格納部、１４ ＰＭ除去部、２０ インピーダンス測定器、２２ 電極部、３０ 間欠的定電流電源部、３１ 電圧測定装置、３２ 一次電源部、３３ スイッチング回路、３４、４５ トランス（二次電源部）、３５ 電流測定装置、４０ 連続的定電流電源部、４１ 第１の一次電源部、４２ 第１のスイッチング回路、４３ 第２の一次電源部、４４ 第２のスイッチング回路、５０ 定電圧電源部、７０、７０Ａ、７０Ｂ 発熱抵抗体（ヒーター）、７１、７１Ａ、７１Ｂ、８１Ａ、８１Ｂ 電極、７２、７２Ａ、７２Ｂ、８２Ａ、８２Ｂ 絶縁部、７３ ヒーター電源部、８３Ａ スイッチＳＷ、８３Ｂ スイッチＳＷ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の濃度を検知する検知装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりにより、燃焼を伴う設備・装置からの排気ガス中に含まれる微小な粒子状物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を除去し、排出することが必要となってきている。そのため、これらの設備・装置では、排気ガス中のＰＭを除去する手段を設けている。また、ＰＭの除去手段を通過した後の排気ガス中に含まれるＰＭ量を監視し、ＰＭ除去手段が正常に動作しているかどうかを確認するため、排気ガス環境下において適用可能なＰＭセンサが求められている。
【０００３】
ここで、ＰＭセンサには、光学式、電気抵抗式、電荷式、マイクロ波式、又は振動型質量検知式（例えば、特許文献１乃至３を参照。）等さまざまな検知方式が提案されている。また、例えば、光学式センサは、一般的に、スモーク測定に用いられている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１２３０５９号明細書
【特許文献２】米国特許第６７８８６０７５号明細書
【特許文献３】特開２００６−２０８１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば、自動車排気ガスに含まれているＰＭ量を監視するために、自動車の排気口付近にＰＭセンサを配置する場合を考える。
【０００５】
光学式センサは、センサ面が非常にデリケートであり、汚れに対する性能の保証が困難なため、定期的なメンテナンスが必要である。そのため、自動車の排気口付近のような定期的なメンテナンスが行えないような状況下における長期の使用は、困難である。
【０００６】
また、自動車排気ガスは、高温であり、また、排気口付近は、圧力が高いため、厳しい環境と言える。このような厳しい環境においては、他の方式（振動方質量検知方式等）でも、長期耐久性の保証を図る必要があり、そのためのコストがかかってしまう。
【０００７】
このようにして、現在までに提案されている各種方式を採用したＰＭセンサでは、排気ガス中に含まれるＰＭの浄化を直接的に監視する手段として適用するには、その選択性、耐久性、及びコストの面等において課題を抱えている。
【０００８】
そこで、本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、その濃度を検知し、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、コストが低廉である検知装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る検知装置は、上記課題を解決するために、排気管内に設置され、一対の平行平板、または、当該一対の平行平板を多段に組み合わせたものを含んで構成される電極部と、前記電極部に所定の電圧を印加する電源部と、前記電源部により前記電極部に対して所定の電圧が印加され、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させた後、前記電極部の電気的特性を測定し、測定された前記電気的特性から前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知手段と、を備える。
【００１０】
また、検知装置では、前記電源部の電気的特性と、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度との関係を示すデータが格納されている格納手段をさらに備え、前記検知手段は、測定された前記電極部の電気的特性に基づいて、前記格納手段に格納されているデータを参照することにより、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する構成である。
【００１１】
また、検知装置では、前記電源部は、間欠的又は連続的に一定電流を前記電極部に印加する定電流電源あるいは間欠的又は連続的に一定電圧を前記電極部に印加する定電圧電源により構成されている。
【００１２】
また、検知装置では、前記検知手段は、前記電極部の前記電気的特性として、静電容量、インピーダンス、電圧、電流、入力電流と前記電極部から検出される電圧との位相差、電力又はエネルギーの変化を測定することにより前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する構成である。
【００１３】
また、検知装置は、前記検知手段により前記粒子状物質の濃度が検知された後、前記電極部に付着している前記粒子状物質を除去する除去手段をさらに備える構成である。
【００１４】
また、検知装置に備えられている除去手段は、前記電極部を放電させることにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を分解して除去する構成である。
【００１５】
また、検知装置に備えられている除去手段は、前記電極部を所定温度まで昇温することにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を燃焼して除去する構成である。
【００１６】
また、検知装置に備えられている除去手段は、前記電極部に付着している前記粒子状物質を機械的な構造物によって物理的に除去する構成である。
【００１７】
また、本発明に係る検知方法は、上記課題を解決するために、電源部により所定の電圧を排気管内に設置されている電極部に印加し、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させる付着工程と、前記付着工程により前記電極部に前記粒子状物質が付着された後、前記電極部の電気的特性を測定する測定工程と、前記測定工程により測定した前記電気的特性から、前記排気管内の排気ガスに含まれている前記粒子状物質の濃度を検知する検知工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電気的集塵効果を利用することにより、排気ガスに含まれているＰＭ濃度を直接的に測定し、排気管内のＰＭ濃度を低濃度から測定することができるので、信頼性の高い故障検知システムに有用なＰＭセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る検知装置の一例であるＰＭセンサ１の構成を示すブロック図である。ＰＭセンサ１は、図１に示すように、電源部１０と、排気管内に設置され、一対の平行平板からなる電極部１１と、電源部１０により電極部１１に対して所定の電圧が印加され、排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を電極部１１に付着させた後、電極部１１の電気的特性を測定し、測定された電気的特性から排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知部１２と、を備える。また、電源部１０と、検知部１２とは、制御装置２に接続されており、制御装置２により動作が制御される。また、以下において、ＰＭセンサ１の電極部１１は、ディーゼル機関の排気管内の任意の場所に配置されるものとして説明するが、特にディーゼル機関に限定されるものではない。
【００２１】
制御装置２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３からの制御信号を受け、電源部１０の制御を行うとともに、検知部１２から得た信号をＥＣＵ３に適した信号（パルス信号、電圧信号等）に変換する機能を備える。なお、ＰＭセンサ１は、ＥＣＵ３が制御装置２により発揮される機能を具有する場合には、制御装置２を設けない。また、ＥＣＵ３は、電子制御装置であり、主に、エンジンの制御や、駆動系統の制御等を行う。
【００２２】
電極部１１は、一の導電体と、他の導電体とによる一対の平行平板、または、この一対の平行平板を多段に組み合わせたものにより構成されている。なお、一の導電体及び他の導電体の表面には、誘電体が形成されていることが好ましい。
【００２３】
電源部１０は、制御装置２による制御にしたがって、所定の電圧を電極部１１に印加する。また、電源部１０は、電極部１１へＰＭを付着（集塵）させ、また、電極部１１に付着しているＰＭの付着量を測定するために、電気の流れを変化させる機能を有し、例えば、間欠的又は連続的に一定電流を電極部１１に印加する定電流電源部により構成されても良いし、間欠的又は連続的に一定電圧を電極部１１に印加する定電圧電源部により構成されても良い。
【００２４】
また、詳細は後述するが、排気ガスに含まれるＰＭ濃度と、電極部１１に堆積するＰＭ堆積量とは相関関係がある。そこで、検知部１２では、ＰＭ濃度とＰＭ堆積量との相関関係を利用して、電極部１１に堆積したＰＭ堆積量から測定した電気的特性（静電容量等）の変化に基づきＰＭ濃度を検知する。具体的には、検知部１２は、電極部１１の静電容量、インピーダンス、電圧、電流、入力電流と電極部１１から検出される電圧との位相差、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）等の電気的特性の変化を測定することにより、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度を検知する。
【００２５】
ここで、ＰＭセンサ１により排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度を測定する手順について説明する。
【００２６】
電極部１１は、ＰＭ濃度の測定を実施する排気管内の任意の場所に配置する。そして、電極部１１は、電源部１０により電圧が印加されると、電圧による集塵効果により、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭが付着する。検知部１２は、電極部１１の静電容量の変化を検知する。
【００２７】
ここで、検知する方法としては、インピーダンス測定器により直接的に電極部１１の静電容量の変化を測定する方法がある。また、他には、電源電圧又は電流の変化を利用して、電流、電圧、位相差、周期、反射波、電力又はエネルギーの変化を測定し、電極部１１のＰＭ付着量を測定する方法もある。
【００２８】
このようにして、ＰＭセンサ１は、排気管内におけるＰＭの集塵を行うとともに、ＰＭの濃度測定を行うことができ、従来のＰＭセンサに比して、より高速にＰＭ濃度の測定を行うことが可能である。
【００２９】
また、ＰＭセンサ１は、電源部１０の電気的特性と、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度との相関関係を示すデータが格納されている格納部１３を備える構成であっても良い。このような構成においては、検知部１２は、電極部１１の電気的特性を測定し、格納部１３に格納されているデータを参照することにより、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度を検知する。
【００３０】
また、詳細は後述するが、ＰＭセンサ１は、検知部１２によりＰＭ濃度が検知された後、電極部１１に付着しているＰＭを除去するＰＭ除去部１４を備える。
【００３１】
ここで、以下に、ＰＭセンサ１の具体的な実施例について説明する。なお、図１に示したＰＭセンサ１と同一の構成部には同一の番号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
＜第１実施例＞
第１実施例に示すＰＭセンサ１００は、図２に示すように、検知部１２が静電容量測定法を適用したインピーダンス測定器２０により構成される。
【００３３】
また、電極部１１は、図３（Ｂ）に示すように、一対の平行平板が複数段（数十段）で構成されている。また、電極部１１を構成する各電極は、図３（Ａ）に示すように、アルミナ基板１１Ａの上部にタングステン導体１１Ｂが積層されており、タングステン導体１１Ｂの上部にタングステン印刷（薄膜）１１Ｃがメッキ等により被膜されている。なお、電極部１１の電極は、アルミナ基板１１Ａの上部にタングステン薄膜１１Ｃがメッキ等により被膜され、このタングステン薄膜１１Ｃの上部にタングステン導体１１Ｂが積層される構造であっても良い。
ここで、アルミナ基板１１Ａの厚みは、約１ｍｍである。また、タングステン導体１１Ｂは略矩形状であり、各辺の長さは、それぞれ、約７５ｍｍ及び約５０ｍｍである。
【００３４】
このように構成される電極部１１には、ＰＭを集塵するための電圧を印加する電源部１０と、電極部１１の静電容量を測定するインピーダンス測定器２０とが接続されている。
【００３５】
また、排気管内の排気ガスに含まれているＰＭ濃度と、電極部１１に付着するＰＭ付着量とは、図４に示すように、非線形の相関関係がある。また、電極部１１の静電容量と、電極部１１に付着するＰＭ付着量との関係を図５に示す。なお、図５では、測定周波数として５０Ｈｚを用いた。また、図４及び図５の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００３６】
ここで、ＰＭセンサ１００の動作について説明する。
【００３７】
制御装置２は、ＥＣＵ３から測定開始の命令（制御信号）を受けたとき、電源部１０に駆動信号を供給する。電源部１０は、制御装置２から供給された駆動信号に応じて、電極部１１に所定の電圧を印加する。電極部１１は、電圧の印加によって、ＰＭが付着（集塵）し始める。
【００３８】
制御装置２は、所定期間経過後、電源部１０に対して電源供給の停止を命ずる。電源部１０は、制御装置２からの停止の命令に応じて、電極部１１に対する電圧の印加を停止する。
【００３９】
つぎに、制御装置２は、インピーダンス測定器２０に静電容量の測定命令を行う。インピーダンス測定器２０は、制御装置２からの測定命令に応じて、電極部１１の静電容量の測定を行う。インピーダンス測定器２０は、測定した静電容量の結果から、図５に示すＰＭ付着量と静電容量との関係に基づいて、ＰＭ付着量を求める。また、インピーダンス測定器２０は、求めたＰＭ付着量から、図４に示すＰＭ濃度とＰＭ付着量との関係に基づいて、ＰＭ濃度を求める。インピーダンス測定器２０は、求めたＰＭ濃度を制御装置２へ供給する。制御装置２は、供給されたＰＭ濃度をＥＣＵ３に供給する。
【００４０】
また、詳細は後述するが、ＥＣＵ３は、供給されたＰＭ濃度に基づいて、制御装置２に対して、ＰＭの除去命令を行う。制御装置２は、ＰＭの除去命令に応じて、ＰＭ除去部１４に駆動命令を行う。ＰＭ除去部１４は、駆動命令に応じて、電極部１１に付着しているＰＭの除去を実行する。
【００４１】
このようにして、ＰＭセンサ１００は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１００は、ＰＭ濃度の検知後、電極に付着しているＰＭを除去することもできる。また、ＰＭセンサ１００は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【００４２】
＜第２実施例＞
また、集塵用の電源出力の特性を利用することにより、上述したインピーダンス測定器２０を設けない実施例について以下に説明する。
【００４３】
詳細は後述するが、電源部１０が定電流電源の場合には、電圧測定装置が必要となる。また、電圧測定装置による測定のタイミングは、電源部１０の出力電圧が間欠的出力となるか、連続的出力となるかによって異なる。間欠的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時と、その後の減衰振動における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。また、連続的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。
【００４４】
また、電源部１０が定電圧電源部の場合には、電流測定装置が必要となる。また、電流測定装置による測定のタイミングは、電源部１０の出力電圧が間欠的出力となるか、連続的出力となるかによって異なる。間欠的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時と、その後の減衰振動における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。また、連続的出力の場合には、電源電圧又は電流の変化時における電気的特性の変化により、ＰＭ付着量を測定する。
【００４５】
ここで、電源部１０が間欠的定電流電源部により構成されるＰＭセンサ１０１について説明する。
【００４６】
ＰＭセンサ１０１は、図６に示すように、間欠的に定電流を出力する間欠的定電流電源部３０と、電極部１１と、電圧測定を行う電圧測定装置３１と、を備えている。
【００４７】
間欠的定電流電源部３０は、図７に示すように、間欠的に変動する電圧（ＤＣ／パルス波）を電極部１１に印加する電源であり、直流電圧を出力する一次電源部３２と、スイッチング回路３３と、昇圧のためのトランス（二次電源部）３４と、により構成されている。なお、図７では、電圧の波形が三角波状になっているが、矩形波状であっても良いし、鋸波状であっても良い。
【００４８】
また、間欠的定電流電源部３０は、電極部１１に電圧を印加するように接続されており、さらに、電極部１１の電極間の電圧を測定できるように電圧測定装置３１が接続されている。
【００４９】
電圧測定装置３１は、制御装置２を介してＥＣＵ３に接続されている。制御装置２は、電圧測定装置３１から供給された信号をＥＣＵ３で取り扱うことが可能な信号に変換し、変換後の信号をＥＣＵ３に出力する。
【００５０】
なお、ＥＣＵ３に電極部１１の電圧を測定する機能が実装されており、かつ、そのときの電極部１１の電圧が測定可能な範囲である場合には、電圧測定装置３１及び制御装置２を省略することができる。このような構成の場合には、ＥＣＵ３は、電極部１１の電気的特性（電圧）を測定し、当該測定結果からＰＭ濃度を算出する。
【００５１】
また、ＰＭ付着量の測定に用いる電気的特性のパラメータが、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）である場合には、ＰＭセンサ１０１は、電流を測定する電流測定装置３５をさらに備える構成となる。ＰＭセンサ１０１は、電圧測定装置３１により測定した電圧（Ｖ）と、電流測定装置３５により測定した電流（Ｉ）とから、（１）式に基づいてエネルギー（Ｅ）を算出し、又は（２）式に基づいて電力（Ｗ）を算出する。
Ｅ＝∫Ｖ（ｔ）Ｉ（ｔ）ｄｔ・・・（１）
Ｗ＝Ｅ／ｔ・・・（２）
但し、「ｔ」は、時間を示し、「Ｖ（ｔ）」は、時間ｔにおける電圧を示し、「Ｉ（ｔ）」は、時間ｔにおける電流を示している。
【００５２】
ここで、ＰＭセンサ１０１により電極部１１のＰＭ付着量を測定する手順について説明する。なお、間欠的定電流電源部３０は、スイッチング回路３３が所定のタイミングでオン状態とオフ状態とが切り換えられることにより、図７に示すような、間欠的な電圧を電極部１１に印加する。
【００５３】
トランス３４は、スイッチング回路３３がオフ状態になった場合に、一次電源部３２から電流が供給される。また、電極部１１は、トランス３４の一次コイルと二次コイルとの巻き数比に応じた所定の電流の流れ込みにより、電極に一定の電荷がチャージされる。
【００５４】
また、電荷のチャージが完了すると、電極部１１の電圧は、Ｑ＝ＣＶの関係にしたがって、ピーク電圧に達し、その後、振動しながら減衰する。これは、トランス３４の二次コイルと、電極部１１の静電容量の回路を電荷が減衰振動を行うためである。
【００５５】
また、電極部１１の静電容量は、電極部１１にＰＭが堆積しない状態に対して、電極部１１にＰＭが堆積した状態において、変化する。そのため、電極部１１にチャージされる電荷が一定の場合には、発生する電圧が変化する。この電圧の変化の様子を図８に示す。
【００５６】
また、電極部１１は、集塵したＰＭの燃焼分解を防ぐため、放電しないことが望ましい。なお、放電した場合であっても、電気的特性が変化するため、ＰＭの付着量の測定は可能である。図８（Ａ）には、電極部１１が放電しない場合における減衰振動する電圧の波形を示し、図８（Ｂ）には、電極部１１が放電した場合における減衰振動する電圧の波形を示している。また、図８（Ａ）、（Ｂ）において、波形Ａは、電極部１１にＰＭが堆積していない場合における減衰振動する電圧の波形を示し、波形Ｂは、電極部１１にＰＭが堆積している場合における減衰振動する電圧の波形を示している。
【００５７】
また、ＰＭが電極部１１に付着すると、当該ＰＭの付着量に応じて、電気的特性（電圧、振動周期、電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）等）が変化する。
【００５８】
ここで、電圧変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、図９を用いて説明する。なお、以下の説明においては、電極部１１は、放電を生じないものとする。また、図９は、各ピーク電圧をＶ１、Ｖ２・・・Ｖｉとしたときの電圧波形を示す。なお、図９には、ＰＭが付着しているときの電圧波形のみを示している。
【００５９】
電圧（Ｖｉ）とＰＭ付着量との関係は、図１０に示すように相関関係がある。したがって、電圧測定装置３１により、電極部１１の電極間電圧を測定（モニター）することにより、ｉ番目のピーク電圧（Ｖｉ）に基づいてＰＭ付着量を測定することができる。また、Ｖ１及びＶ２の減衰の時定数から、ＰＭ付着量を推定することができる。なお、図１０の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００６０】
また、ＰＭセンサ１０１が電流測定装置３５を備える場合には、上述した（１）式及び（２）式にしたがって、電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）を算出し、この算出値とＰＭ付着量を測定することができる。また、図１１には、エネルギー（Ｅ）とＰＭ付着量との相関関係を示し、図１２には、電力（Ｗ）とＰＭ付着量との相関関係を示す。また、図１１及び図１２の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００６１】
つぎに、振動周期変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、図１３を用いて説明する。なお、以下の説明においては、電極部１１は、放電を生じないものとする。
【００６２】
ここで、振動周期の変化について図１３を参照しながら説明する。電圧変化を起こした時間を「０（＝ｔ）」とし、最初の負の側のピーク電圧を過ぎてから電圧が再び０になる（ゼロクロスする）時間を「ｔ１」とする。また、次の負の側のピーク電圧を過ぎてから、電圧が０になる時間を「ｔ２」とし、同様にｉ番目の負の側のピーク電圧を過ぎてから、電圧が０になる時間を「ｔｉ」とする。
【００６３】
また、時間「ｔｉ」とＰＭ付着量との関係は、図１４に示すように、相関関係がある。したがって、ＰＭセンサ１０１は、電圧測定装置３１により電極部１１の電極間電圧を測定し、当該電極間電圧から「ｔｉ」を求め、図１４の相関関係に基づいて、当該「ｔｉ」からＰＭ付着量を測定することができる。また、図１４の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００６４】
また、上述では、「ｔｉ」は、負の側のピーク電圧を過ぎてからゼロクロスする時間としたが、これに限られず、正の側のピーク電圧を過ぎてからゼロクロスする時間であっても良い。また、「ｔｉ」は、ゼロクロスする時間ではなく、任意の電圧値になる時間であっても良く、電圧値が０Ｖではない一定値になる時間でも良い。
【００６５】
このようにして、ＰＭセンサ１０１は、間欠的に電圧変動を生ずる間欠的定電流電源部３０を用いて、電極部１１の電圧変化や、振動周期変化等の電気的特性の変化に基づき、ＰＭ付着量を測定することができる。また、ＰＭセンサ１０１は、測定したＰＭ付着量と測定した排気ガスに含まれているＰＭ濃度の相関関係から、ＰＭ濃度を算出することができる。
【００６６】
＜第３実施例＞
つぎに、電源部１０が連続的定電流電源部により構成されるＰＭセンサ１０２について説明する。なお、上述したＰＭセンサ１００及びＰＭセンサ１０１と同一の構成部には同一の番号を付す。
【００６７】
ＰＭセンサ１０２は、図１５に示すように、連続的に定電流を出力する連続的定電流電源部４０と、電極部１１と、電圧測定を行う電圧測定装置３１と、を備えている。
【００６８】
連続的定電流電源部４０は、図１６に示すように、連続的に変動する電圧（ＤＣ／ｓｉｎ波）を電極部１１に印加する電源であり、直流電圧を出力する第１の一次電源部４１と、第１のスイッチング回路４２と、直流電圧を出力する第２の一次電源部４３と、第２のスイッチング回路４４と、昇圧のためのトランス（二次電源部）４５と、により構成されている。なお、図１６では、電圧の波形が正弦波状になっているが、矩形波状であっても良いし、鋸波状であっても良い。
【００６９】
また、連続的定電流電源部４０は、電極部１１に電圧を印加するように接続されており、さらに、電極部１１の電極間の電圧を測定できるように電圧測定装置３１が接続されている。
【００７０】
また、連続的定電流電源部４０は、第１のスイッチング回路４２と、第２のスイッチング回路４４とを所定のタイミングで切り換えることにより、図１６に示すような、連続的な正弦波状の一定電流を電極部１１に供給する。
【００７１】
また、連続的定電流電源部４０は、電極部１１に電圧を印加するように接続されており、さらに、電極部１１の電極間の電圧を測定できるように電圧測定装置３１が接続されている。
【００７２】
電圧測定装置３１は、制御装置２を介してＥＣＵ３に接続されている。制御装置２は、電圧測定装置３１から供給された信号をＥＣＵ３で取り扱うことが可能な信号に変換し、変換後の信号をＥＣＵ３に出力する。
【００７３】
なお、ＥＣＵ３に電極部１１の電圧を測定する機能が実装されており、かつ、そのときの電極部１１の電圧が測定可能な範囲である場合には、電圧測定装置３１及び制御装置２を省略することができる。このような構成の場合には、ＥＣＵ３は、電極部１１の電気的特性（電圧）を測定し、当該測定結果からＰＭ濃度を算出する。
【００７４】
また、ＰＭ付着量の測定に用いる電気的特性のパラメータが、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）である場合には、ＰＭセンサ１０２は、電流を測定する電流測定装置３５をさらに備える構成となる。ＰＭセンサ１０２は、電圧測定装置３１により測定した電圧（Ｖ）と、電流測定装置３５により測定した電流（Ｉ）とから、上述した（１）式に基づいてエネルギー（Ｅ）を算出し、又は（２）式に基づいて電力（Ｗ）を算出する。
【００７５】
また、上述したように、連続的定電流電源部４０は、第１のスイッチング回路４２と第２のスイッチング回路４４とが所定のタイミングでオン状態とオフ状態とが切り換えられることにより、図１６に示すような、連続的な正弦波状の電圧を電極部１１に印加する。
【００７６】
ＰＭセンサ１０２は、連続的定電流電源部４０により印加される電圧によって変化する電極部１１の電気的特性を、電圧測定装置３１により測定する。ここで、電圧測定装置３１により、入力電圧に対する電極部１１の電気的特性の変化の様子を図１７に示す。
【００７７】
図１７より、ＰＭ付着後の電圧波形Ｅは、入力電圧（初期電圧）波形Ｄに対して、変化していることが分かる。なお、電流波形Ｃは、連続的定電流電源部４０から電極部１１へ出力される電流の波形を示している。
【００７８】
また、電極部１１は、集塵したＰＭの燃焼分解を防ぐため、放電しないことが望ましい。なお、放電した場合であっても、電気的特性が変化するため、ＰＭの付着量の測定は可能である。
【００７９】
このようにして、ＰＭが電極部１１の電極に付着したとき、電気的特性（電圧、振動位相、電圧と電流とから求められる電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）等）が変化する。
【００８０】
ここで、電圧変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、説明する。なお、以下の説明においては、電極部１１は、放電を生じないものとし、電圧波形を図１８に示す。また、このときのピーク電圧をＶｐｅａｋとする。
【００８１】
ＶｐｅａｋとＰＭ付着量との関係は、図１９に示すように、相関関係がある。したがって、ＰＭセンサ１０２は、電圧測定装置３１により、電極部１１の電極間電圧を測定（モニター）することにより、Ｖｐｅａｋを求め、図１９に示す相関関係に基づいて、ＰＭ付着量を測定することができる。また、図１９の相関関係を示すデータが格納部１３に格納される構成であっても良い。
【００８２】
また、ＰＭセンサ１０１が電流測定装置３５を備える場合には、上述した（１）式及び（２）式にしたがって、電力（Ｗ）及びエネルギー（Ｅ）を算出し、この算出値とＰＭ付着量を測定することができる。
【００８３】
つぎに、振動位相変化によりＰＭ付着量を測定する場合について、説明する。ＰＭセンサ１０２は、振動位相変化によりＰＭ付着量を測定する場合には、図１５に示すＸの位置（電極部１１に対して直列）に、所定の抵抗値を有する抵抗を備え、かつ、電源出力の波形を測定するために、電流測定装置３５を備える構成となる。このような構成において、電極部１１の電極間で放電が生じない場合の、入力電流Ｉｉｎの波形と電極間電圧Ｖｏｕｔの波形を図２０に示す。
【００８４】
ここで、連続的定電流電源部４０の電源出力がＩｉｎ（ｔ）とし、電極間の電圧出力がＶｏｕｔ（ｔ）として、この二つの振動位相差をΔｔとしたとき、当該振動位相差とＰＭ付着量との関係は、図２１に示すようになる。したがって、ＰＭセンサ１０２は、電源出力がＩｉｎ（ｔ）と電極間の電圧出力がＶｏｕｔ（ｔ）とから振動位相差Δｔを求め、図２１に示す関係に基づいて、ＰＭ付着量を算出することができる。
【００８５】
また、ＰＭセンサ１０２は、電流測定装置３５を設けずに、連続的定電流電源部４０の第１のスイッチング回路４２及び第２のスイッチング回路４４の動作から、電流の波形を測定できる信号を制御装置２に送信する手段を設ける構成であっても良い。
【００８６】
このようにして、ＰＭセンサ１０２は、連続的に電圧変動を生ずる連続的定電流電源部４０を用いて、電極部１１の電圧変化等の電気的特性の変化に基づき、ＰＭ付着量を測定することができる。また、ＰＭセンサ１０２は、測定したＰＭ付着量と測定した排気ガスに含まれているＰＭ濃度の相関関係から、ＰＭ濃度を算出することができる。
【００８７】
＜第４実施例＞
つぎに、電源部１０が定電圧電源部により構成されるＰＭセンサ１０３について説明する。
【００８８】
ＰＭセンサ１０３は、図２２に示すように、間欠的又は連続的に定電圧を出力する定電圧電源部５０と、電極部１１と、電流の測定を行う電流測定装置３５と、を備えている。
【００８９】
電流測定装置３５は、制御装置２を介してＥＣＵ３に接続されている。制御装置２は、電流測定装置３５から供給された信号をＥＣＵ３で取り扱うことが可能な信号に変換し、変換後の信号をＥＣＵ３に出力する。
【００９０】
なお、ＥＣＵ３に二次側の電流を測定する機能が実装されており、かつ、そのときの電流が測定可能な範囲である場合には、電流測定装置３５及び制御装置２を省略することができる。このような構成の場合には、ＥＣＵ３は、二次側の電気的特性（電流）を測定し、当該測定結果からＰＭ濃度を算出する。
【００９１】
また、ＰＭ付着量の測定に用いる電気的特性のパラメータが、電力（Ｗ）又はエネルギー（Ｅ）である場合には、ＰＭセンサ１０３は、電圧を測定する電圧測定装置３１をさらに備える構成となる。ＰＭセンサ１０３は、電圧測定装置３１により測定した電圧（Ｖ）と、電流測定装置３５により測定した電流（Ｉ）とから、上述した（１）式に基づいてエネルギー（Ｅ）を算出し、又は（２）式に基づいて電力（Ｗ）を算出する。
【００９２】
このようにして、ＰＭセンサ１０３は、間欠的又は連続的に電流変動を生ずる定電圧電源部５０を用いて、電極部１１の電流変化や、振動周期変化等の電気的特性の変化に基づき、ＰＭ付着量を測定することができる。また、ＰＭセンサ１０３は、測定したＰＭ付着量と測定した排気ガスに含まれているＰＭ濃度の相関関係から、ＰＭ濃度を算出することができる。
【００９３】
＜第５実施例＞
また、本発明では、電極部１１に付着しているＰＭを除去するＰＭ除去部１４が設けられている。なお、本実施例に係るＰＭ除去部１４は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【００９４】
また、電極部１１に付着しているＰＭを除去するＰＭ除去部１４は、
１．電極部１１を放電させることにより、電極部１１に付着しているＰＭを分解して除去する第１の構成、又は、
２．電極部１１を所定温度まで昇温することにより、電極部１１に付着しているＰＭを燃焼して除去する第２の構成、又は、
３．電極部１１に付着しているＰＭをブラシ、ヘラ、高圧ガスを吹きかける等の機械的な構造物によって物理的に除去する第３の構成等が考えられる。
【００９５】
ここで、上述した第１の構成は、具体的には、図２３に示すように、電源部１０に、電極部１１の電極が放電可能なレベルまで電圧を昇圧することができる構成、又は、放電専用の放電用電源部６０を別に備える構成である。
【００９６】
つぎに、放電によりＰＭを除去の手順について図２４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００９７】
ステップＳＴ１において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを集塵する。
【００９８】
ステップＳＴ２において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極間の電気的特性を測定し、ＰＭ濃度を算出する。なお、ステップＳＴ１及びステップＳＴ２の詳細な説明については、上述の第１実施例乃至第４実施例に記載されている。
【００９９】
また、ステップＳＴ３において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１に付着しているＰＭを除去するために、電源部１０（又は放電用電源部６０）を制御し、電極部１１に電源を供給する。電極部１１は、電源部１０（又は放電用電源部６０）からの電源の供給により電極間に放電が発生する。
【０１００】
ステップＳＴ４において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１の放電後、検知部１２により電気的特性（静電容量、インピーダンス、インダクタンス、位相、電圧、電流等）を検知し、電極部１１のＰＭ付着量を求め、電極部１１からＰＭが除去できているかどうかを判断する。ＰＭが除去できていないと判断した場合（ＮＯ）には、電極部１１の放電を継続し、ＰＭが除去できていると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ５に進む。
【０１０１】
ステップＳＴ５において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ除去モードを終了し、電源部１０（又は放電用電源部６０）の電源をオフにし、ＰＭ濃度を測定するモードに戻る。
【０１０２】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、ＰＭ濃度の検知後、電極に付着しているＰＭを放電により除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１０３】
＜第６実施例（１）＞
つぎに、上述した第２の構成について説明する。第２の構成は、具体的には、図２５（Ａ）に示すように、電極部１１の電極に発熱抵抗体（ヒーター）７０を備え、ＰＭが付着する電極とＰＭを除去するヒーター７０とが別個に構成される。なお、本実施例に係るヒーター７０を有する電極部１１は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【０１０４】
また、電極部１１は、図２５（Ａ）に示すように、電源部１０に接続される電極７１と、絶縁部７２と、ヒーター電源部７３に接続されるヒーター７０と、から構成される。
【０１０５】
また、図２５（Ｂ）は、電極部１１の第１の構成パターンを示す断面図であり、電極７１Ａ（７１Ｂ）の上部に絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）が形成され、絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）の上部にヒーター７０Ａ（７０Ｂ）が形成され、電極７１Ａと電極７１Ｂとが所定距離を隔てて、互いに向き合うように構成される様子を示している。
【０１０６】
また、図２５（Ｃ）は、電極部１１の第２の構成パターンを示す断面図であり、電極７１Ａ（７１Ｂ）の上部に絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）が形成され、絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）の上部にヒーター７０Ａ（７０Ｂ）が形成され、エッチング処理等により、絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）とヒーター７０Ａ（７０Ｂ）が同幅となるように形成され、ヒーター７０Ａとヒーター７０Ｂとが所定距離を隔てて、互いに向き合うように構成される様子を示している。
【０１０７】
また、図２５（Ｄ）は、電極部１１の第３の構成パターンを示す断面図であり、電極７１Ａ（７１Ｂ）の上部にヒーター７０Ａ（７０Ｂ）を内包した絶縁部７２Ａ（７２Ｂ）が形成され、電極７１Ａと電極７１Ｂとが所定距離を隔てて、互いに向き合うように構成される様子を示している。なお、上述した第１の構成パターン乃至第３の構成パターンは、一例であって、他の構成パターンであっても良い。
【０１０８】
また、ヒーター７０の温度は、ＰＭが燃焼する温度である約６００度以上にする必要がある。また、電極部１１は、電極７１Ａ（７１Ｂ）自体にＰｔ等のＰＭ燃焼触媒として機能する材料が用いられても良いし、又は電極７１Ａ（７１Ｂ）にＰＭ燃焼触媒を塗布するような構成であっても良い。このような構成の場合には、当該触媒による燃焼開始温度まで、ヒーター７０の発熱温度を低下させることが可能となる。
【０１０９】
つぎに、電極部１１の電極７１Ａ（７１Ｂ）にヒーター７０を備える構成により、電極部１１に付着したＰＭを除去する手順について、図２６に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１１０】
ステップＳＴ１０において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを集塵する。
【０１１１】
ステップＳＴ１１において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極間の電気的特性を測定し、ＰＭ濃度を算出する。なお、ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１の詳細な説明については、上述の第１実施例乃至第４実施例に記載されている。
【０１１２】
ステップＳＴ１２において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ヒーター電源部７３を制御して、電極部１１のヒーター７０を所定温度まで昇温する。
【０１１３】
ステップＳＴ１３において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１を所定温度まで昇温した後、検知部１２により電気的特性（静電容量、インピーダンス、インダクタンス、位相、電圧、電流等）を検知し、電極部１１のＰＭ付着量を求め、電極部１１からＰＭが除去できているかどうかを判断する。ＰＭが除去できていないと判断した場合（ＮＯ）には、電極部１１の昇温状態を維持し、ＰＭの除去を続ける。また、ＰＭが除去できていると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ１４に進む。
【０１１４】
ステップＳＴ１４において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ除去モードを終了し、ヒーター電源部７３をオフにし、電源部１０のヒーター７０の温度を下げ、ＰＭ濃度を測定するモードに戻る。
【０１１５】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、ＰＭ濃度の検知後、電極に付着しているＰＭをヒーター７０による昇温により除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１１６】
＜第６実施例（２）＞
つぎに、上述した第２の構成を簡略化した構成について説明する。具体的には、図２７（Ａ）に示すように、電極部１１の電極に不導体（絶縁体）８２を誘電体として適用し、ＰＭを付着する電極とＰＭを除去するヒーターとを一体的に構成する。なお、本実施例に係る電極部１１は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【０１１７】
図２７（Ｂ）は、電極部１１の断面図を示しており、電極８１Ａ（８１Ｂ）が絶縁部８２Ａ（８２Ｂ）に内包されて形成される様子を示している。
【０１１８】
また、電極部１１は、図２７（Ｃ）に示すように、電極８１Ａの一方端部ａが電源部１０に接続され、電極８１Ａの他方端部ｂがスイッチＳＷ８３Ａを介して電源部１０に接続され、また、電極８１Ａに対向する電極８１Ｂの一方端部ｃが、スイッチＳＷ８３Ａと電源部１０を結線する線路に接続され、電極８１Ｂの他方端部ｄが、スイッチＳＷ８３Ｂを介して電極８１Ａの一方端部ａと電源部１０を結線する線路に接続されている。
【０１１９】
したがって、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオフ状態にし、電源部１０から電極部１１に対して電源を供給すると、電極８１Ａと電極８１Ｂとの間で分極が生じ、ＰＭが集塵される。
【０１２０】
また、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオン状態にし、電源部１０から電極部１１に対して電源を供給すると、電極８１Ａの一方端部ａと他方端部ｂとの間に電位差を生じ、また、電極８１Ｂの一方端部ｃと他方端部ｄとの間に電位差を生じ、ヒーターとしての機能が発揮され、ＰＭの除去を行うことができる。
【０１２１】
また、電極８１Ａ及び電極８１Ｂの温度は、ＰＭが燃焼する温度である約６００度以上にする必要がある。また、電極８１Ａ（８１Ｂ）自体にＰｔ等のＰＭ燃焼触媒として機能する材料が用いられても良いし、又は電極８１Ａ（８１Ｂ）にＰＭ燃焼触媒を塗布するような構成であっても良い。このような構成の場合には、当該触媒による燃焼開始温度まで、発熱温度を低下させることが可能となる。
【０１２２】
ここで、電極部１１に付着したＰＭを除去する手順について、図２８に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１２３】
ステップＳＴ２０において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオフ状態にし、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを集塵する。
【０１２４】
ステップＳＴ２１において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極間の電気的特性を測定し、ＰＭ濃度を算出する。なお、ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１の詳細な説明については、上述の第１実施例乃至第４実施例に記載されている。
【０１２５】
ステップＳＴ２２において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂをオン状態にし、電極部１１に電圧を印加し、ＰＭを除去する。
【０１２６】
ステップＳＴ２３において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、電極部１１を所定温度まで昇温した後、検知部１２により電気的特性（静電容量、インピーダンス、インダクタンス、位相、電圧、電流等）を検知し、電極部１１のＰＭ付着量を求め、電極部１１からＰＭが除去できているかどうかを判断する。ＰＭが除去できていないと判断した場合（ＮＯ）には、電極部１１の昇温状態を維持し、ＰＭの除去を続ける。また、ＰＭが除去できていると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ２４に進む。
【０１２７】
ステップＳＴ２４において、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ除去モードを終了し、電源部１０をオフにし、電極８１Ａ及び電極８１Ｂの温度を下げ、ＰＭ濃度を測定するモードに戻る。
【０１２８】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、ＰＭ濃度の検知後、スイッチＳＷ８３Ａ及びスイッチＳＷ８３Ｂのスイッチング動作により電極８１Ａ及び電極８１Ｂを昇温することにより、電極８１Ａ及び電極８１Ｂに付着しているＰＭを除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１２９】
＜第７実施例＞
つぎに、上述した第３の構成について説明する。なお、本実施例に係るＰＭ除去部１４は、上述した実施例（ＰＭセンサ１、１００、１０１、１０２、１０３）のいずれの形態に適用されても良い。
【０１３０】
ＰＭ除去部１４は、第１の構成パターンとして、図２９に示すように、電極部１１に付着しているＰＭを除去するヘラにより構成されている。
【０１３１】
また、ＰＭ除去部１４は、第２の構成パターンとして、図３０に示すように、電極部１１に付着しているＰＭを除去するブラシにより構成されている。
【０１３２】
また、ＰＭ除去部１４は、第３の構成パターンとして、図３１に示すように、所定の空気圧を出力する機構により構成されており、空気圧により電極部１１に付着しているＰＭを除去する。なお、上述した第１の構成パターン乃至第３の構成パターンは、一例であって、他の構成パターンであっても良い。
【０１３３】
このようにして、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、排気ガスに含まれているＰＭを直接的に集塵するとともに、電気的特性の変化に基づき、ＰＭ濃度を検知することができる。また、ＰＭセンサ１（１００、１０１、１０２、１０３）は、ＰＭ濃度を検知する構成を大幅に変更することなく、上述した第１の構成パターン乃至第３の構成パターンのいずれかにより構成されるＰＭ除去部１４を駆動し、電極部１１に付着しているＰＭを物理的に除去することができる。また、ＰＭセンサ１は、厳しい環境下にも耐えうる耐久性があり、かつ、構成が簡易なため、コストの低廉化を図ることができる。
【０１３４】
＜第８実施例＞
つぎに、第８実施例のＰＭセンサ１０４について、図３２〜図３６を参照して説明する。
図３２は、ＰＭセンサの第８実施例の構成を示すブロック図である。このＰＭセンサ１０４は、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００と、電極部２２の構成が異なる。なお、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００と同一の構成部には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【０１３５】
図３３は、ＰＭセンサ１０４の電極部２２の構成を示す図である。より具体的には、図３３（Ａ）は、電極部２２の電極板２２１の構成を示す図であり、図３３（Ｂ）は、一対の平行平板としての２枚の電極板２２１，２２１を含んで構成される電極部２２の構成を示す図である。
【０１３６】
図３３（Ａ）に示すように、電極板２２１は、略矩形状のアルミナ基板２２１Ａと、このアルミナ基板２２１Ａの表面に形成されたタングステン導体層２２１Ｂと、を備える。このタングステン導体層２２１Ｂは、アルミナ基板２２１Ａの略中央部において、略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板２２１Ａの一端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。また、アルミナ基板２２１Ａの一端側には、このタングステン導体層２２１Ｂの導線部に積層して設けられたタングステン印刷部２２１Ｃが形成されている。
ここで、アルミナ基板２２１Ａの厚みは、約１ｍｍであり、タングステン導体層２２１Ｂの導体部の一辺の長さは、約１０ｍｍである。
【０１３７】
図３３（Ｂ）に示すように、電極部２２は、一対の電極板２２１，２２１を、板状のスペーサ２２２，２２２を介装して組み合わせることにより構成される。これらスペーサ２２２，２２２は、各電極板２２１の両端側に設けられており、これにより、各電極板２２１のタングステン導体２２１Ｂの導体部には、ＰＭが集塵されるキャビティ２２３が形成される。
【０１３８】
以上のような電極部２２には、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００と同様に、ＰＭを集塵するための電圧を印加する電源部１０と、電極部２２の静電容量を測定するインピーダンス測定器２０とが接続されている。
また、ＰＭセンサ１０４の動作は、上述の第１実施例のＰＭセンサ１００の動作と同じであり、その説明を省略する。
【０１３９】
次に、電極部２２の評価試験について説明する。
図３４は、評価試験に用いる試験装置２５の構成を示すブロック図である。
試験装置２５は、自動車用のエンジン２６と、排気を浄化する酸化触媒２７と、排気を濾過しＰＭを捕集するＤＰＦ２８と、を含んで構成される。また、これら酸化触媒２７及びＤＰＦ２８は、エンジン２６の排気通路２６１内に、上流側から酸化触媒２７、ＤＰＦ２８の順で設けられる。ＰＭセンサ１０４の電極部２２は、排気通路２６１のうち、ＤＰＦ２８の下流側に設けられる。
【０１４０】
この評価試験では、エンジン２６を所定の出力で駆動するとともに、ＤＰＦ２８の下流のＰＭ濃度を変更し、各ＰＭ濃度における電極部２２に付着したＰＭの単位時間当たりの量を測定した。さらにこの評価試験では、電極部２２に付着したＰＭ付着量を変化させ、各ＰＭ付着量における、電極部２２の静電容量を測定した。
【０１４１】
また、エンジン２６には、の排気量が２２００ｃｃのディーゼルエンジンを用い、評価試験は、２５Ｎの負荷の下、回転数を１５００ｒｐｍに保った状態で行った。また、ＤＰＦ２８の捕集フィルタの一部を削り取り、ＤＰＦ２８の捕集性能を劣化させることにより、ＤＰＦ２８の下流のＰＭの濃度を変更した。
【０１４２】
図３５は、排気のＰＭ濃度と、電極部２２に付着したＰＭの単位時間当たりの量との関係を示す図である。この図に示すように、排気のＰＭ濃度と、電極部２２の単位時間当たりのＰＭ付着量との間には、線形の正の相関関係がある。
図３６は、電極部２２のＰＭ付着量と、電極部２２の静電容量との関係を示す図である。なお、静電容量の測定では、測定周波数として１０Ｈｚを用いた。
【０１４３】
ここで、第１実施例のＰＭセンサ１００と、第８実施例におＰＭセンサ１０４とを比較すると、第８実施例のＰＭセンサ１０４の電極部は、電極板の枚数が少なく、また、電極板の寸法も小さい。このため、例えば、ＰＭセンサ１０４の電極部を上述の図３４に示すようにエンジンの排気通路に設けた場合、排気通路の圧損の増加や、重量の増加を抑制できる。
また、このように電極板の枚数を少なくしたり、電極板の寸法を小さくしたりすることにより、電極部のＰＭ付着量及び静電容量も小さくなるものの、図３５及び図３６に示すように、電極部の静電容量と排気のＰＭ濃度との相関を測定することは十分に可能であり、ＰＭの濃度を測定するセンサとしての機能が損なわれることはない。
【０１４４】
また、以上説明した第８実施例のＰＭセンサ１０４に、上述の第５〜第７実施例のＰＭ除去部１４を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係るＰＭセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るＰＭセンサの第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すＰＭセンサの電極部の構成を示す図である。
【図４】ＰＭ濃度と電極へのＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図５】ＰＭ付着量と静電容量との関係を示す図である。
【図６】本発明に係るＰＭセンサの第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すＰＭセンサの電源部から出力される信号波形を示す図である。
【図８】電極部が、放電しない場合と、放電する場合とにおいて、電圧が減衰振動する波形の様子を示す図である。
【図９】電極部に放電が起こらない場合において、電圧が減衰振動する波形の様子を示す図である。
【図１０】電圧とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１１】エネルギーとＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１２】電力とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１３】振動周期変化によりＰＭ付着量を測定する手法についての説明に供する電圧波形の図である。
【図１４】ゼロクロスする時間とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図１５】本発明に係るＰＭセンサの第３実施例の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示すＰＭセンサの電源部から出力される信号波形を示す図である。
【図１７】入力電圧に対する電極部の電気的特性の変化を示す図である。
【図１８】電極部に放電が起こらない場合の電圧波形を示す図である。
【図１９】ピーク電圧（Ｖｐｅａｋ）とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図２０】振動位相変化によりＰＭ付着量を測定する手法についての説明に供する入力電流Ｉｉｎの波形と電極間電圧Ｖｏｕｔの波形を示す図である。
【図２１】振動位相差とＰＭ付着量との相関関係を示す図である。
【図２２】本発明に係るＰＭセンサの第４実施例の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明に係るＰＭセンサの第５実施例の構成を示すブロック図である。
【図２４】図２３に示すＰＭセンサにより、放電を利用してＰＭを除去の手順についての説明に供するフローチャートである。
【図２５】本発明に係るＰＭセンサの第６実施例（１）の構成を示すブロック図である。
【図２６】図２５に示すＰＭセンサにより、昇温を利用してＰＭを除去の手順についての説明に供するフローチャートである。
【図２７】本発明に係るＰＭセンサの第６実施例（２）の構成を示すブロック図である。
【図２８】図２７に示すＰＭセンサにより、昇温を利用してＰＭを除去の手順についての説明に供するフローチャートである。
【図２９】本発明に係るＰＭセンサに備えられるＰＭ除去部の第１の構成パターンを示す図である。
【図３０】本発明に係るＰＭセンサに備えられるＰＭ除去部の第２の構成パターンを示す図である。
【図３１】本発明に係るＰＭセンサに備えられるＰＭ除去部の第３の構成パターンを示す図である。
【図３２】本発明のＰＭセンサの第８実施例の構成を示すブロック図である。
【図３３】図３２に示すＰＭセンサの電極部の構成を示す図である。
【図３４】評価試験に用いる試験装置の構成を示すブロック図である。
【図３５】排気のＰＭ濃度と電極部の単位時間当たりのＰＭ付着量との関係を示す図である。
【図３６】電極部のＰＭ付着量と電極部の静電容量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１、１００、１０１、１０２、１０３、１０４ ＰＭセンサ、２ 制御装置、３ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、１０ 電源部、１１ 電極部、１２ 検知部、１３ 格納部、１４ ＰＭ除去部、２０ インピーダンス測定器、２２ 電極部、３０ 間欠的定電流電源部、３１ 電圧測定装置、３２ 一次電源部、３３ スイッチング回路、３４、４５ トランス（二次電源部）、３５ 電流測定装置、４０ 連続的定電流電源部、４１ 第１の一次電源部、４２ 第１のスイッチング回路、４３ 第２の一次電源部、４４ 第２のスイッチング回路、５０ 定電圧電源部、７０、７０Ａ、７０Ｂ 発熱抵抗体（ヒーター）、７１、７１Ａ、７１Ｂ、８１Ａ、８１Ｂ 電極、７２、７２Ａ、７２Ｂ、８２Ａ、８２Ｂ 絶縁部、７３ ヒーター電源部、８３Ａ スイッチＳＷ、８３Ｂ スイッチＳＷ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内に設置され、一対の平行平板、または、当該一対の平行平板を多段に組み合わせたものを含んで構成される電極部と、
前記電極部に所定の電圧を印加する電源部と、
前記電源部により前記電極部に対して所定の電圧が印加され、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させた後、前記電極部の電気的特性を測定し、測定された前記電気的特性から前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする検知装置。
【請求項２】
前記電源部の電気的特性と、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度との関係を示すデータが格納されている格納手段を備え、
前記検知手段は、測定された前記電極部の電気的特性に基づいて、前記格納手段に格納されているデータを参照することにより、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知することを特徴とする請求項１記載の検知装置。
【請求項３】
前記電源部は、間欠的又は連続的に一定電流を前記電極部に印加する定電流電源あるいは間欠的又は連続的に一定電圧を前記電極部に印加する定電圧電源により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の検知装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記電極部の前記電気的特性として、静電容量、インピーダンス、電圧、電流、入力電流と前記電極部から検出される電圧との位相差、電力又はエネルギーの変化を測定することにより前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の検知装置。
【請求項５】
前記検知手段により前記粒子状物質の濃度が検知された後、前記電極部に付着している前記粒子状物質を除去する除去手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の検知装置。
【請求項６】
前記除去手段は、前記電極部を放電させることにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を分解して除去することを特徴とする請求項５記載の検知装置。
【請求項７】
前記除去手段は、前記電極部を所定温度まで昇温することにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を燃焼して除去することを特徴とする請求項５記載の検知装置。
【請求項８】
前記除去手段は、前記電極部に付着している前記粒子状物質を機械的な構造物によって物理的に除去することを特徴とする請求項５記載の検知装置。
【請求項９】
電源部により所定の電圧を排気管内に設置されている電極部に印加し、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させる付着工程と、
前記付着工程により前記電極部に前記粒子状物質が付着された後、前記電極部の電気的特性を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定した前記電気的特性から、前記排気管内の排気ガスに含まれている前記粒子状物質の濃度を検知する検知工程を有することを特徴とする検知方法。
【請求項１】
排気管内に設置され、一対の平行平板、または、当該一対の平行平板を多段に組み合わせたものを含んで構成される電極部と、
前記電極部に所定の電圧を印加する電源部と、
前記電源部により前記電極部に対して所定の電圧が印加され、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させた後、前記電極部の電気的特性を測定し、測定された前記電気的特性から前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする検知装置。
【請求項２】
前記電源部の電気的特性と、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度との関係を示すデータが格納されている格納手段を備え、
前記検知手段は、測定された前記電極部の電気的特性に基づいて、前記格納手段に格納されているデータを参照することにより、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知することを特徴とする請求項１記載の検知装置。
【請求項３】
前記電源部は、間欠的又は連続的に一定電流を前記電極部に印加する定電流電源あるいは間欠的又は連続的に一定電圧を前記電極部に印加する定電圧電源により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の検知装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記電極部の前記電気的特性として、静電容量、インピーダンス、電圧、電流、入力電流と前記電極部から検出される電圧との位相差、電力又はエネルギーの変化を測定することにより前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質の濃度を検知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の検知装置。
【請求項５】
前記検知手段により前記粒子状物質の濃度が検知された後、前記電極部に付着している前記粒子状物質を除去する除去手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の検知装置。
【請求項６】
前記除去手段は、前記電極部を放電させることにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を分解して除去することを特徴とする請求項５記載の検知装置。
【請求項７】
前記除去手段は、前記電極部を所定温度まで昇温することにより、前記電極部に付着している前記粒子状物質を燃焼して除去することを特徴とする請求項５記載の検知装置。
【請求項８】
前記除去手段は、前記電極部に付着している前記粒子状物質を機械的な構造物によって物理的に除去することを特徴とする請求項５記載の検知装置。
【請求項９】
電源部により所定の電圧を排気管内に設置されている電極部に印加し、前記排気管内の排気ガスに含まれている粒子状物質を前記電極部に付着させる付着工程と、
前記付着工程により前記電極部に前記粒子状物質が付着された後、前記電極部の電気的特性を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定した前記電気的特性から、前記排気管内の排気ガスに含まれている前記粒子状物質の濃度を検知する検知工程を有することを特徴とする検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２００８−１３９２９４（Ｐ２００８−１３９２９４Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８９６５４（Ｐ２００７−２８９６５４）
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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