細顆粒檢測系統的制作方法

專利名稱：細顆粒檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測諸如流經排氣管的廢氣中的煙灰(SOOt)等細顆粒的量的細顆粒檢測系統。
背景技術：
內燃機(例如柴油發動機和汽油發動機)的廢氣中含有諸如煙灰等細顆粒。通過使用過濾器從廢氣中收集細顆粒是常用的浄化廢氣的方法。將過濾器加熱到收集的細顆粒能夠從過濾器燒掉的溫度也是可行的。在過濾器劣化或有缺陷(例如破損)的情況下，未凈化的廢氣直接排放到過濾器的下游。因此存在對能夠檢測廢氣中細顆粒的量的細顆粒檢測系統的需求，以直接測量廢氣(未浄化的廢氣)中的細顆粒的量和檢測過濾器的劣化或缺陷的發生。國際申請公開、W02009/109688公開了ー種類型的細顆粒檢測系統，該細顆粒檢測系統從排氣管導入廢氣，將廢氣與含有陽離子的電離氣體混合以通過陽離子使廢氣中的細顆粒充電，將廢氣連同帶電細顆粒排到排氣管，然后基于取決于排放到排氣管的帶電細顆粒的量的電流(稱為“信號電流”)流動確定廢氣中細顆粒的濃度。

發明內容
在內燃機正常運轉期間，細顆粒檢測系統的響應于廢氣中細顆粒的量的信號電流強度非常小。例如，在被供給用于通過氣體放電產生電離氣體的電流(稱為“放電電流”)為μΑ量級時，細顆粒檢測系統的信號電流為pA量級。即，細顆粒檢測系統的信號電流大約只有放電電流的千分之一。然而產生氣體放電時，在從細顆粒檢測系統的任意的結構組件或布線產生所謂的泄漏電流時，可能引起信號電流的誤差。在外部電磁噪聲疊加在細顆粒檢測系統中的放電電流或信號電流的通道時，也可能引起信號電流的誤差。因此在泄漏電流和電磁噪聲的影響下，難以基于信號電流精確地測量廢氣中細顆粒的量。鑒于上述情況設計了本發明。因此本發明的目的在于提供一種用于正確地檢測響應于廢氣中細顆粒的量的信號電流的細顆粒檢測系統。根據本發明的一方面，提供ー種細顆粒檢測系統，其用于檢測流經金屬排氣管的廢氣中細顆粒的量，該細顆粒檢測系統包括安裝于所述排氣管的細顆粒傳感器；從所述細顆粒傳感器延伸的導線；和連接于所述導線的傳感器驅動控制裝置，所述細顆粒傳感器包括離子源単元、顆粒充電單元、內傳感器殼體和外傳感器殼體，所述離子源単元具有第一電極，該第一電極被設為第一浮動電位；和第二電極，該第二電極被設為第二浮動電位，該第二浮動電位為有效電位值比所述第一浮動電位的有效電位值高的正電位或負電位，以通過所述第一電極和所述第二電極之間的氣體放電而產生離子，所述顆粒充電單元具有氣體導入孔，該氣體導入孔用于從所述排氣管導入廢氣；混合空間，該混合空間用于使導入的廢氣與從所述離子源單元產生的離子混合，從而通過ー些離子對導入的廢氣中的所述細顆粒充電來形成帶電細顆粒；氣體導出孔，該氣體導出孔用于將導入的廢氣連同所述帶電細顆粒排到所述排氣管；和俘獲電極，該俘獲電極與所述第一電極電連接并適于俘獲沒有用于對所述細顆粒進行充電而作為浮游離子保留的殘留的離子，所述內傳感器殼體與所述第一電極和所述顆粒充電單元電連接，而與所述第二電極和所述排氣管電絕緣，且位于比所述離子源単元和所述顆粒充電單元接近所述導線的位置、在周向上圍繞所述第二電極，所述外傳感器殼體與所述排氣管電連接并因此被設為接地電位，所述外傳感器殼體與所述第二電極、所述顆粒充電單元和所述內傳感器殼體電絕緣，且在周向上圍繞和電磁屏蔽所述離子源単元、所述顆粒充電單元和所述內傳感器殼體的位于所述排氣管外側的部分的方式定位，所述導線為雙屏蔽電纜，其具有電源布線，該電源布線連接于所述第二電極；內屏蔽線路，該內屏蔽線路與所述內傳感器殼體電連接而與所述電源布線電絕緣，所述內屏蔽線路在周向上圍繞所述電源布線；和外屏蔽線路，該外屏蔽線路與所述外傳感器殼體電連接而與所述內屏蔽線路電絕緣，所述外屏蔽線路在周向上圍繞和電磁屏蔽所述內屏蔽線路，所述傳感器驅動控制裝置包括離子源電源電路、信號電流檢測電路、內電路殼體和外電路殼體，所述離子源電源電路具有第一輸出端，該第一輸出端設為所述第一浮動電位并通過所述內屏蔽線路與所述離子源単元的所述第一電極電連接；和第二輸出端，該第二輸出端通過所述電源布線與所述離子源単元的所述第二電極電連接，且所述離子源電源電路適于通過所述第二輸出端輸出預定的恒流，所述信號電流檢測電路具有信號輸入端，該信號輸入端連接于所述離子源電源電路的所述第一輸出端；和接地輸入端，該接地輸入端連接于所述接地電位，以檢測在所述離子源電源電路的所述第一輸出端和所述接地電位之間流動的信號電流，所述內電路殼體與所述離子源電源電路的所述第一輸出端電連接，并圍繞所述離子源電源電路，所述外電路殼體連接于所述接地電位并圍繞和電磁屏蔽所述離子源電源電路、所述內電路殼體和所述信號電流檢測電路。從以下描述中也可以理解本發明其他目的和特征。


圖I是根據本發明的一個示例性實施方式的細顆粒檢測系統的示意框圖，該細顆粒檢測系統具有細顆粒傳感器、電纜(作為導線)和傳感器驅動控制裝置；圖2是根據本發明的示例性實施方式的傳感器驅動控制裝置的傳感器控制電路単元的分解立體圖；圖3和圖4是根據本發明的示例性實施方式的處于第一外殼構件從傳感器控制電路單元拆卸下的狀態的傳感器控制電路單元的立體圖和平面視圖；圖5和圖6是根據本發明的示例性實施方式的沿相互垂直的方向截取的細顆粒傳感器的縱向截面圖；圖7是根據本發明的示例性實施方式的沿圖5的A-A線的方向截取的電纜的橫截面圖；圖8是根據本發明的示例性實施方式的細顆粒傳感器的分解立體圖；圖9是示出了根據本發明的示例性實施方式的細顆粒傳感器的顆粒充電單元中的細顆粒的流動的示意圖。具體實施例方式下面將參照附圖詳細描述本發明。參照圖1，本發明的以下實施方式涉及用于檢測流經車輛中內燃機的金屬排氣管EP的廢氣(exhaust gas)EG中細顆粒的量的細顆粒檢測系統I。細顆粒檢測系統I總體上包括通過插入排氣管EP的傳感器安裝部EPT而被安裝的細顆粒傳感器10、從細顆粒傳感器10延伸的電纜160、連接到電纜160的傳感器驅動控制裝置200和連接到電纜160的輸送泵 300。此處請注意在以下描述中，參照細顆粒傳感器10到排氣管EP的插入方向來使用術語“前”和“后”;通過諸如省略電路配線或以方塊形式圖示電路組件等方式對ー些附圖進行簡化。 如圖I所示，傳感器驅動控制裝置200具有傳感器控制電路單元201，該傳感器控制電路單元通過電纜160驅動細顆粒傳感器10，通過電纜160接收細顆粒傳感器10的信號電流Is，井根據細顆粒傳感器10的信號電流Is確定廢氣EG的細顆粒量。傳感器控制電路単元201包括離子源電源電路210、輔助電極電源電路240、測量電路模塊220、隔離變壓器(transformer) 270、內電路殼體250和外電路殼體260。離子源電源電路210具有設定為第一浮動電位PVl的第一輸出端211和設定為第ニ浮動電位PV2的第二輸出端212。在本實施方式中，第二浮動電位PV2是比第一浮動電位PVl高的正電位。例如，通過對IOOkHz量級的正弦波進行半波整流，第二浮動電位PV2被設定為相對于第一浮動電位PVl具有l_2kV峰值的正脈沖電壓。在本實施方式中，離子源電源電路210是對其輸出電流執行反饋控制并自主地將輸出電流的有效值保持在幾μ A量級(例如5μΑ)的預定的恒定值的恒流供電電路。輔助電極電源電路240具有設定為第一浮動電位PVl的第一輸出端241和設定為第三浮動電位PV3的第二輸出端242。本實施方式中，第三浮動電位PV3是高于第一浮動電位PVl且低于第二浮動電位PV2的峰值的正的直流電位。例如，第三浮動電位PV3設定為100-200V 的 DC 電壓。測量電路模塊220包括安裝于基板的信號電流檢測電路230以檢測細顆粒傳感器10的信號電流Is。信號電流檢測電路230具有連接到離子源電源電路210的第一輸出端211 (第一浮動電位PVl)的信號輸入端231和連接到接地電位PVE的接地輸入端232。測量電路模塊220還包括連接器225和通過連接器225連接到電纜CC的微處理器，該微處理器用干與發動機控制單元ECU通信，從而將信號電流檢測電路230的檢測結果(例如信號電流Is的強度)傳送到發動機控制單元ECU，或者將信號電流檢測電路230的檢測結果處理為指示細顆粒量或指示細顆粒量是否超出給定的水平等的信號，然后將處理結果傳送到發動機控制單元ECU。測量電路模塊220還包括經由連接器225連接到外電池BT并被外電池BT驅動的內置的穩壓電源(regulator power supply)PS。隔離變壓器270配置在測量電路模塊220與電源電路210、240之間，并適于將經由穩壓電源PS供給到測量電路模塊220的一部分電カ分給電源電路210和240。即隔離變壓器270具有同時向離子源電源電路210和輔助電極電源電路240供電的功能。
隔離變壓器270可以為任意已知的類型。在本實施方式中，如圖I所示，隔離變壓器270具有含有可分離的一次鐵芯27IA和二次鐵芯27IB的鐵芯組271、纏繞一次鐵芯27IA的一次線圈272和纏繞二次鐵芯27IB的二次線圈273和274。一次鐵芯271A和二次鐵芯271B稍微間隔開且彼此電絕緣，但允許共同的磁通量從其中通過，從而實現隔離變壓器270的變壓器功能。一次線圈272集成于測量電路模塊220中，從而作為測量電路模塊220的結構組件。二次線圈273和274分別集成于電源電路210和240中，從而分別作為電源電路210和240的結構組件。另外，一次線圈272、二次線圈273和274以及鐵芯組271 ( —次鐵芯271A和二次鐵芯271B)彼此之間電絕緣。因此在電源電路210和240與測量電路模塊220保持絕緣的同吋，能經由隔離變壓器270從測量電路模塊220向電源電路210和240供給 電力。在隔離變壓器270中，一次鐵芯271A連接于接地電位PVE ;且二次鐵芯271B連接于離子源電源電路210的第一輸出端211 (第一浮動電位PVl)。內電路殼體250圍繞其上安裝離子源電源電路210和輔助電極電源電路240的基板。由于離子源電源電路210的第一輸出端211、輔助電極電源電路240的第一輸出端241、信號電流檢測電路230的信號輸入端231和隔離變壓器270的二次鐵芯271B與內電路殼體250電連接，所以內電路殼體250設定為第一浮動電位PVl。通過該內電路殼體250，離子源電源電路210和輔助電極電源電路240被電磁屏蔽。優選地，內電路殼體250是具有導電性且在其中容納和圍繞電源電路210和240以防止電源電路210和240電流泄漏的容器殼體(以下稱為內電路殼體)251的形式。通過將金屬材料(例如銅、鋁等)切割成盒形或通過將金屬板(例如銅板或鋁板)、沖壓金屬板、金屬線織網或涂導電層的塑料板(例如具有涂有銅、鋁等導電涂層的表面的塑料板)成形為盒形以形成內電路殼體251是可行的。如圖2至圖4所示，在本實施方式中，內電路殼體251具有例如通過切割鋁而形成的大致長方體的第一內殼體構件252和第二內殼體構件253。第一內殼體構件252和第ニ內殼體構件253以如下方式電連接并密封地連接在一起第一和第二內殼體構件252和253的中空凹進空間彼此面對以在其中容納離子源電源電路210和輔助電極電源電路240。在本實施方式中，如圖4中虛線所示，以二次鐵芯271B的表面271BS通過內電路殼體251的側面暴露并與一次鐵芯271A的表面271AS面對并間隔開的方式，隔離變壓器270的二次鐵芯271B和二次線圈273和274同樣容納于內電路殼體251中。因此可理解在本實施方式中，內電路殼體251和二次鐵芯27IB共同構成內電路殼體250。外電路殼體260圍繞其中容納有離子源電源電路210和輔助電極電源電路240的內電路殼體250、測量電路模塊220(信號電流檢測電路230)和隔離變壓器270。另外，夕卜電路殼體260通過固定構件固定于車輛的底盤并因此連接于接地電位PVE。通過該外電路殼體260，離子源電源電路210、輔助電極電源電路240、測量電路模塊220(信號電流檢測電路230)和隔離變壓器270被電磁屏蔽。由于外電路殼體260與信號電流檢測電路230的接地輸入電極232和隔離變壓器270的一次鐵芯27IA電連接，所以信號電流檢測電路230的接地輸入電極232和隔離變壓器270的一次鐵芯271A通過外電路殼體260連接到接地電位PVE。
優選地，外電路殼體260形成為容器殼體。可適當使用能夠防止外電磁噪聲進入電源電路210和240、信號電流檢測電路230和隔離變壓器270的材料作為外電路殼體260的材料。通過將金屬材料(例如銅、鋁等)切割成盒形或通過將金屬板(例如銅板或鋁板)、沖壓金屬板、金屬線織網或涂導電層的塑料板(例如具有涂有銅、鋁等導電涂層的表面的塑料板)成形為盒形以形成外電路殼體260是可行的。如圖2至圖4所示，在本實施方式中，外電路殼體260具有例如通過切割鋁形成的大致長方體的第一外殼體構件261和第二外殼體構件262。在外殼體構件261和262的中央，形成大致矩形的中空凹進容納空間261S和262S。另外，大致半圓筒的電纜插入槽261C和262C、大致半圓筒的接頭插入槽261D和262D以及大致矩形的連接器安裝槽261E和262E以與容納空間261S和262S連通的方式形成在外殼體構件261和262的三個側壁上。第一和第二外殼體構件261和262以如下方式電連接且密封地連接在一起在容納空間261S和262S中容納由內電路殼體250圍繞的電源電路210和240、測量電路模塊220 (信號電流檢測電路230)和隔離變壓器270，且分別在電纜插入槽261C和262C、連接器安裝槽261E和262E中保持電纜160和連接器225。
輸送泵300配備有供氣管310，并適于引入和壓縮環境空氣并然后經由供氣管310將清潔的壓縮空氣AR(作為高壓氣體)噴射到細顆粒傳感器10。如圖I和圖7所示，電纜160是具有被內和外兩個屏蔽線路165和167屏蔽的電源布線161和輔助布線162的雙屏蔽電纜。在本實施方式中，電纜160也具有一體集成在內屏蔽線路165內的供氣管163。布線161和162均由諸如銅線形成。供氣管163例如由聚四氟こ烯(PTFE)等材料形成為中空形狀，因此通過中空形狀限定了沿電纜160的長度方向的氣流通道163H。布線161和162、供氣管163由內絕緣構件164周向地圍繞。在本實施方式中，內絕緣構件164包括由例如PTFE或四氟こ烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等材料形成的、分別圍繞布線161和162的絕緣涂層164a和164b ;用于圍繞涂層164a和164b和供氣管163并填充涂層164a和164b之間以及涂層164a和164b與供氣管163之間的空間的絕緣纖維材料164c，和通過將諸如PTFE等材料的絕緣膠帶繞涂層164a和164b、供氣管163以及絕緣纖維材料164c卷繞而形成的絕緣涂層164d。可使用包含諸如玻璃纖維或棉紡纖維的材料作為絕緣纖維材料164c，其中纖維的延伸方向與電纜160的長度方向一致。因此，布線161和162由絕緣構件164的涂層164a和164b、絕緣材料164c以及涂層164d這三個組件圍繞，然后由內屏蔽線路165圍繞。通過將諸如銅編線等材料圍繞絕緣構件164(涂層164d)放置而形成內屏蔽線路165。例如PTFE或FEP等材料的絕緣的內屏蔽線路涂層166應用于內屏蔽線路165，使得通過涂層166覆蓋并保護內屏蔽線路165。通過將諸如銅編線等材料圍繞內屏蔽線路涂層166放置而形成外屏蔽線路167。例如PTFE或FEP等材料的絕緣的外屏蔽線路涂層168應用于外屏蔽線路167，使得通過涂層168覆蓋并保護外屏蔽線路167。以這種方式，內、外屏蔽線路165、167經由絕緣構件164和絕緣涂層166將布線161和162雙屏蔽。
如圖I至圖4所示，電纜160與傳感器驅動控制裝置200和輸送泵300電連接。更具體地，電纜160的被防水/防塵環管284圍繞安裝的后端部保持在外電路殼體260的外殼體構件261、262的電纜插入槽261C、262C中，并插入到內電路殼體250 (內電路殼體251)中。在內電路殼體250中，電源布線161的暴露的后端部和輔助布線162的暴露的后端部分別連接于離子源電源電路210的第二輸出端212和輔助電極電源電路240的第二輸出端242。內屏蔽線路165的暴露的后端部165T保持 在內殼體構件252和253之間，以使得離子源電源電路210的第一輸出端211、輔助電極電源電路240的第一輸出端241、信號電流檢測電路230的信號輸入端231、內電路殼體250 (內電路殼體251)和內屏蔽線路165彼此之間電連接。外屏蔽線路167的暴露的后端部167T保持在外殼體構件261和262之間，以使得信號電流檢測電路230的接地輸入端232、外電路殼體260和外屏蔽線路167彼此之間電連接。另外，被防水/防塵環管285圍繞安裝的管接頭283保持在外殼體構件261和262的接頭插入槽261D和262D中，并插入內電路殼體250 (內電路殼體251)中。輸送泵300的供氣管310的前端部連接于管接頭283，而電纜160的供氣管163的后端部在內電路殼體250 (內電路殼體251)中被暴露并保持開ロ。因此輸送泵300的供氣管310通過管接頭283與電纜160的供氣管163氣體連通，以使得從輸送泵300的供氣管310排出的壓縮空氣AR經由內電路殼體250 (內電路殼體251)的內部流入電纜160的供氣管 163。如圖2至圖4所示，矩形框形狀的絕緣構件281圍繞內電路殼體250 (內電路殼體251)的一端裝配；且絕緣間隔件構件282以電纜160穿過其插孔282H的方式圍繞內電路殼體250 (內電路殼體251)的另一端裝配。絕緣構件281和282兩者均由絕緣樹脂形成并配置于外電路殼體260的容納空間261S和262S內。通過絕緣構件281和282，內電路殼體250以浮動狀態支撐在外電路殼體260中，并且因此與外電路殼體260間隔和絕緣，借此，一次鐵芯271A和二次鐵芯271B的相対的表面271AS和271B S彼此鄰近但彼此間隔開并絕緣。如圖I、圖5、圖6和圖8所不，以細顆粒傳感器10的前端部位于排氣管EP內和后端部與電纜160的前端部160S連接的方式，將細顆粒傳感器10插入排氣管EP的安裝部EPT的安裝孔EPO(在圖5、圖6和圖8中，上側和下側分別對應于前側和后側)。細顆粒傳感器10具有四個電氣功能単元離子/氣體噴射単元11、顆粒充電單元12、內傳感器殼體13和外傳感器殼體14。這些電氣功能單元11、12、13和14在整個細顆粒傳感器10的機械結構組件上延伸。下面將首先說明細顆粒傳感器10的機械結構(結構組件)。在細顆粒傳感器10中，針形電極構件20由諸如鎢絲形成且其后端與電纜160的電源布線161的暴露的前端部連接。如圖5和圖6所示，針形電極構件20具有大致直棒形的延伸部21和位于延伸部21前方的針尖狀的前端部22。針形電極構件20的延伸部21由筒狀的絕緣陶瓷管75覆蓋。另外，輔助電極構件50由例如不銹的線形成且其后端與電纜160的輔助布線162的暴露的前端部連接。同樣如圖5和圖6所示，輔助電極構件50具有大致直棒形的延伸部51、位于延伸部51前方的U形彎曲部52和從U形彎曲部52開始與延伸部51平行地延伸且形成有針尖狀端53S的電極部53。如以后將要討論的一祥，輔助電極構件50的電極部53作為輔助電極以輔助離子俘獲功能(因此電極部53有時被稱為“輔助電極53”)。輔助電極構件50的延伸部51由筒狀的絕緣陶瓷管77覆蓋。例如不銹鋼材料的保持構件60圍繞電極構件20和50周向地布置。如圖5、圖6和圖8所示，保持構件60具有實心圓柱形的保持部61、從保持部61的前周緣向前延伸的中空的筒壁部63和從保持部61的外周面徑向向外突出的環形凸緣部66。插孔61H和611軸向地形成在保持部61內，以使得陶瓷管75和77分別密封地插入插孔61H和611，從而以針形電極構件20的前端部22在筒壁部63內延伸的方式在保持部61中保持電極構件20、50。供氣孔61J同樣以與插孔61H和611平行地穿過保持部61的方式形成。金屬筒狀內管80圍繞保持構件60的后端部和電纜160的絕緣構件164的絕緣涂層164d的前端部164dS裝配。另外，內管80的后端通過向電纜160的內屏蔽線路165的暴露的前端部彎邊而被電連接。通過接合保持構件60與內管80，保持構件60固定在適當 位置且通過內管80與電纜160的內屏蔽線路165電連接。如圖6和圖8所示，電纜160的供氣管163的前端部163S在內管80中暴露且保持開ロ，以使得從輸送泵300經由電纜160的供氣管163供給的壓縮空氣AR通過內管80的內部流入保持構件60的供氣孔61J。例如不銹鋼材料的有底的圓筒狀噴嘴構件30裝配于保持構件60的筒壁部63的前端。如圖5、圖6和圖8所示，噴嘴構件30具有位于其底部的噴嘴部31和從噴嘴部31的前周緣向前延伸的中空的筒壁部33。噴嘴部31具有內表面31T，該內表面以在底部31中心限定作為噴嘴31N的細通孔的方式朝向前方漸縮。另外，氣體導入孔331穿過筒壁部33而形成。通過接合噴嘴構件30與保持構件60，噴嘴構件30固定于適當的位置且通過保持構件60和內管80與電纜160的內屏蔽線路165電連接。如圖5和圖6所示，在噴嘴部31接合于筒壁部63時，存在由噴嘴構件30的噴嘴部31和保持構件60的筒壁部63限定的放電空間DS。在該放電空間DS中，針形電極構件20的前端部22從保持構件60的保持部61突出并與噴嘴構件30的噴嘴部31的錐形面31T (噴嘴31N)面對并間隔開。該放電空間DS與保持構件60的供氣孔61J氣體連通。諸如不銹鋼材料的混合/排出構件40裝配于噴嘴構件30的筒壁部33的前端。如圖5、圖6和圖8所不，混合/排出構件40具有后端部41和從后端部41的如周緣向如延伸的中空的筒壁部43。筒壁部43的前端被帽構件48封閉。氣體導出孔430穿過筒壁部43而形成。后端部41的內表面部分地徑向向內突出以形成俘獲電極42，后端部41的內部空間被俘獲電極42縮窄為縫隙狀，而筒狀內部空間由筒壁部43的內表面限定。另外，切ロ42K形成在俘獲電極42的與噴嘴構件33的氣體導入孔331對應的位置。通過接合混合/排出構件40和噴嘴構件30，混合/排出構件40固定于合適的位置，并通過噴嘴構件30、保持構件60和內管80與電纜160的內屏蔽線路165電連接。如圖5和圖6所示，在后端部41接合于筒壁部33時，存在由噴嘴構件30的噴嘴部31和筒壁部33與混合/排出構件40的后端部41限定的混合空間MX。此處，混合空間MX被分為第一混合區域MXl和第二混合區域MX2。第一混合區域MX I是指由噴嘴部31的前端面31S、筒壁部33的內周面和后端部41 (俘獲電極42)的后端面形成的大致筒狀空間。第二混合區域MX2是指在后端部41的內部由俘獲電極42形成的縫隙狀內部空間。氣體排出通道EX由后端部41的前端面、筒壁部43的內周面和帽構件48的后端面限定，以提供從混合空間MX (第二混合區域MX2)向氣體導出孔430的氣體連通。氣體引導通道HK由切ロ 42K限定，以提供從氣體導入孔331向混合空間MX (第一混合區域MXl)的氣體連通。輔助電極構件50的被絕緣陶瓷管77覆蓋的延伸部51以如下方式穿過保持構件60和噴嘴構件30延伸輔助電極構件50的U形彎曲部52位于氣體排出通道EX內部；且輔助電極構件50的電極部53在第二混合區域MX2內延伸且被混合/排出構件40的后端部41 (俘獲電極42)圍繞。例如氧化鋁的大致筒狀的第一絕緣陶瓷間隔件121配置在保持構件60的凸緣部66的前側。另外，例如氧化鋁的大致筒狀的第二絕緣陶瓷間隔件122配置在保持構件60的凸緣部66的后側。
例如不銹鋼的金屬殼90圍繞第一和第二絕緣陶瓷間隔件121和122周向地布置。如圖5和圖8所示，金屬殼90包括筒狀部91和從筒狀部91的前端徑向向外突出的大致橢圓板形的凸緣部95。間隔件保持孔91H形成于筒狀部91以使得第一和第二絕緣陶瓷間隔件121和122保持在間隔件保持孔91H中。陰螺紋92形成于筒狀部91的內周面上。如圖6至圖8所示，兩個螺栓孔95H在凸緣部95的厚度方向上穿過凸緣部95而形成。金屬栓構件100螺接于金屬殼90的筒狀部91的后端。更具體地，陽螺紋102形成于栓構件100的外周面上，并緊固于金屬殼90的筒狀部91的陰螺紋92。栓構件100是筒狀的，以使得內管80插入栓構件100中且不與栓構件100接觸。如圖5、圖6和圖8所示，栓構件100具有在陽螺紋102的前方位置、形成有平坦的前端面IOlS且朝向前方軸向地突出的推壓部101和在陽螺紋102的后方位置形成有六邊形外周且以凸緣形式徑向向外突出的六邊形部103。通過接合陽螺紋102和陰螺紋92，栓構件100向前移動。然后，栓構件100的推壓部101與第二絕緣陶瓷間隔件122接觸并將其向前推動。當第二絕緣陶瓷間隔件122向前推動保持構件60的凸緣部66時,保持構件60的凸緣部66向前推動第一絕緣陶瓷間隔件121，以使得第一絕緣陶瓷間隔件121經由板狀密封件124裝配于金屬殼90的筒狀部91中。以這種方式，保持構件60、第一絕緣陶瓷間隔件121、第二絕緣陶瓷間隔件122、板狀密封件124和栓構件100保持在金屬殼90中，并組裝在一起作為ー個單元。由于第一和第二絕緣陶瓷間隔件121和122布置于保持構件60和金屬殼90之間，所以保持構件60和金屬殼90通過該絕緣陶瓷間隔件121和122彼此之間隔開且電絕緣。如圖6所示，為了安裝細顆粒傳感器10，通過將細顆粒傳感器10的前端部(即噴嘴構件30、混合/排出構件40等)穿過安裝孔EPO插入排氣管EP、使得柱螺栓EPB穿過凸緣部95的螺栓孔95H、然后將螺母EPN緊固于柱螺栓EPB，來使金屬殼90固定于排氣管EP的傳感器安裝部EPT。環形墊圈保持孔96在保持孔91H的徑向外側位置形成于金屬売90的前表面90S上，以使得銅墊圈130保持在墊圈保持孔96中并保持在金屬殼90和排氣管EP的傳感器安裝部EPT之間。因此墊圈130、金屬殼90和栓構件100設定為與排氣管EP相同的接地電位PVE。例如不銹鋼材料的筒狀外管110以從徑向外側圍繞內管80和電纜160的前端部160S的方式裝配于栓構件100的后端部104。此處，外管110的前端部IlOS的整個周部激光焊接于檢構件100的后端部104。外管110具有朝向后方外徑減小的后端部IIOk0外管110的后端部IlOk向電纜160彎邊從而以如下方式形成彎邊區域IlOkk :彎邊區域IlOkk穿過電纜160的外屏蔽線路涂層168并與電纜160的外屏蔽線路167電傳導。因此外管110和外屏蔽線路167通過金屬結構組件，即金屬殼90、栓構件100和墊圈130，設定為與排氣管EP相同的接地電位PVE。絕緣橡膠的筒狀環管125布置于電纜160的前端部160S和外管110之間以防止電纜160的前端部160S在外管110中擺動。接下來將參考圖9說明細顆粒檢測系統I和細顆粒傳感器10的電氣功能単元的操作(由于圖9是為了便于理解細顆粒傳感器10的電氣功能単元和操作的說明圖，圖9中某些部分的配置可能看起來與其他附圖中不相同)。由于針形電極構件20經由電纜160的電源布線161與離子源電源電路210的第ニ輸出端212連接并電連接，針形電極構件20、離子源電源電路210的第二輸出端212和電、纜160的電源布線161設定為第二浮動電位PV2。由于輔助電極構件50經由電纜160的輔助布線162與輔助電極電源電路240的第ニ輸出端242連接并電連接，所以輔助電極構件50 (輔助電極53)、輔助電極電源電路240的第二輸出端242和電纜160的輔助布線162設定為第三浮動電位PV3。由于內管80、保持構件60、噴嘴構件30和混合/排出構件40經由電纜160的內屏蔽線路165與離子源電源電路210的第一輸出端211、輔助電極電源電路240的第一輸出端241、信號電流檢測電路230的信號輸入端231和內電路殼體250連接并電連接，所以內管80、保持構件60、噴嘴構件30、混合/排出構件40 (俘獲電極42)、離子源電源電路210的第一輸出端211、輔助電極電源電路240的第一輸出端241、信號電流檢測電路230的信號輸入端231、內電路殼體250和電纜160的內屏蔽線路165設定為第一浮動電位PVl。如上所述，第一、第二和第三浮動電位PV1、PV2和PV3的有效電位值優選地設定為滿足關系PV1 < PV3 < PV2。另外，外管110、栓構件100、金屬殼90和墊圈130經由電纜160的外屏蔽線路167與信號電流檢測電路230的接地輸入端232連接并電連接，以使得外管110、栓構件100、金屬殼90、墊圈130、信號電流檢測電路230的接地輸入端232和電纜160的外屏蔽線路167設定為與排氣管EP相同的接地電位PVE。如上所述的，由于針形電極構件20的電位設定為比噴嘴構件30的電位高，所以針形電極構件20的前端部22和噴嘴構件30的噴嘴部31 (錐形面31T)分別用作正電極(也稱為“第二電極”)和負電極(也稱為“第一電極”)。這種構造中，在離子源電源電路210經由電纜160在噴嘴構件30的噴嘴部31和針形電極構件20的前端部22之間施加例如l-2kV的高壓(電位差)的情況下，在放電空間D S中產生氣體放電。在發生氣體放電的情況下,通過解離空氣中的N2、O2等氣體，在放電區域DS中產生諸如N3+和O2+等陽離子CP。可適當地采用電暈放電作為氣體放電。在本實施方式中，由于針形電極構件20的針尖狀前端部22與噴嘴構件30的噴嘴部31的錐形面31T相對且間隔開，所以在電極構件20的針尖狀前端部22的周圍產生正針(positive needle)電暈放電PC。通過這種正針電暈放電PC，能夠連續且有效地從氣體(空氣)中產生陽離子CP。
另外，經由電纜160的供氣管163，壓縮空氣AR從輸送泵300供給到放電區域DS。產生的陽離子CP和壓縮空氣AR經由噴嘴31N被高速噴入混合空間MX。因此在本實施方式中，保持構件60的保持部61和筒壁部63、噴嘴構件30的噴嘴部31和針形電極構件20構成離子/氣體噴射単元11是可理解的，該離子/氣體噴射単元用作產生陽離子CP并將陽離子CP噴入混合空間MX的離子源単元和將空氣AR噴入混合空間MX的氣體噴射単元。在將空氣AR噴入混合空間MX時，混合空間MX (第一混合區域MXl)內部的壓カ降低。于是通過吸引將廢氣EG從排氣管EP經由氣體導入孔331和氣體引導通道HK導入混合空間MX (第一和第二混合區域MXl和MX2)。導入的廢氣EGI和噴射的具有陽離子CP的空氣AR在混合空間MX中混合在一起，從混合空間MX (第一和第二混合區域MXl和MX2)供給到排出通道EX，然后經由氣體導出孔430從排出通道EX排出到排氣管EP。
當在廢氣EG中存在細顆粒(例如煙灰)S吋，一些陽離子CP被吸附到細顆粒S，以使得細顆粒S被陽離子CP充電。根據廢氣EGI和空氣AR的流動，結果帶正電的顆粒SC經由混合空間MX、排出通道EX和氣體導出孔430被排出到排氣管EP。相比之下，許多殘余的陽離子CP作為未吸附于細顆粒S的浮游離子CPF殘留。如上所述，由于輔助電極構件50的電位設定為高于混合/排出構件40的電位，所以輔助電極構件50的電極部(輔助電極)53與混合/排出構件40的后端部41和筒壁部43(俘獲電極42)分別作為正電極和負電扱。通過從輔助電極電源電路240經由電纜160供給電力，輔助電極構件50的電極部(輔助電極)53向浮游離子CPF施加斥力，以使得浮游離子CPF被輔助電極構件50的電極部(輔助電極)53向外轉移，并被混合/排出構件40的后端部41和筒壁部43 (俘獲電極42)俘獲。因此可理解噴嘴構件30的筒壁部33、混合/排出構件40和帽構件48構成顆粒充電單元12。在本實施方式中，保持構件60的保持部61和內管80與噴嘴構件30的噴嘴部31電連接，但與針形電極構件20和排氣管EP電絕緣。另外，保持構件60的保持部61和內管80位于比顆粒充電單元12和離子/氣體噴射単元11靠近電纜160的位置，從而周向地圍繞針形電極構件20 (延伸部21)。因此可理解保持構件60的保持部61和內管80構成內傳感器殼體13。另ー方面，金屬殼90的筒狀部91、栓構件100和外管110與排氣管EP電連接(即連接于接地電位PVE)，但與顆粒充電單元12和內傳感器殼體13電絕緣。另外，金屬殼90的筒狀部91、栓構件100和外管110被設置成周向地圍繞并電磁屏蔽顆粒充電單元12、離子/氣體噴射単元11和內傳感器殼體13的位于排氣管EP外部的部分(例如針形電極構件20的延伸部21、輔助電極構件50的延伸部、保持構件60的保持部61和內管80)。因此在本實施方式中，可理解金屬殼90的筒狀部91、栓構件100和外管110構成外傳感器殼體14。另外，雙屏蔽電纜160對應于如下的導線電源布線161與針形電極構件20 (第二電極)和內傳感器殼體13 (內管80)電連接；內屏蔽線路165周向地圍繞電源布線161而與其絕緣；且外屏蔽線路167與外傳感器殼體14(外管110)電連接，并周向地圍繞和電磁屏蔽內屏蔽線路165 (和內屏蔽線路165內的布線161和162)且與內屏蔽線路165電絕緣。如圖I所示，在上述結構的細顆粒檢測系統I中，放電電流Id從離子源電源電路210的第二輸出端212經由電源布線161流向針形電極構件20 (第二電極)，以在離子/氣體噴射單元11中產生氣體放電。大部分的放電電流Id作為輸入電流Ij流向噴嘴構件30的噴嘴部31 (第一電極)，然后經由內屏蔽線路165流向離子源電源電路210的第一輸出端211。另外，由于顆粒充電單元12中俘獲電極42俘獲的浮游離子CPF的電荷的流動，產生了俘獲電流Ih。俘獲電流Ih經由內屏蔽線路165從顆粒充電單元12流向離子源電源電路210的第一輸出端211。因此，輸入電流Ij和俘獲 電流Ih的總和(稱為“輸入/俘獲電流Ijh")流經內屏蔽線路165。當帶電細顆粒SC經由氣體導出孔430被排出到排氣管EP時，由于帶電細顆粒SC的陽離子CPH的電荷的流動，同樣產生電流(帶電細顆粒SC所排入的排氣管EP設為接地電位PVE)。輸入/俘獲電流Ijh比放電電流Id稍微小了如下的電流值由于被排出到排氣管EP的帶電細顆粒SC的陽離子CPH的流動而導致的電流。這導致從離子源電源電路210的第二輸出端212流出的放電電流Id與流入離子源電源電路210的第一輸出端211的輸入/俘獲電流Ijh之間的不平衡。為了平衡放電電流Id和輸入/俘獲電流I jh，電流Is在接地電位PVE和離子源電源電路210的第一輸出端211之間流動。由于信號電流檢測電路230使其信號輸入端231和接地輸入端232分別連接于離子源電源電路210的第一輸出端211和接地電位PVE，所以該電流Is作為信號電流被信號電流檢測電路230檢測。信號電流Is ( = Id-Ijh)的強度響應于被放電的帶電細顆粒SC的陽離子CPH的量，即導入的廢氣EGI中的細顆粒S的量，展開來說即流經排氣管EP的廢氣EG中細顆粒S的量。因此廢氣EG中細顆粒的量可由信號電流Is的檢測來確定。然而，當放電電流Id為μ A量級時，信號電流Is為pA量級。信號電流Is的強度很可能隨著泄漏電流和電磁噪聲的影響而變化。下面將討論泄漏電流對信號電流Is的影響。如上所述，為了在離子/氣體噴射単元11中產生氣體放電，有必要在針狀電極構件20的前端部22 (第二電極)和噴嘴構件30的噴嘴部31 (第一電極)之間施加例如l_2kV的高壓。換句話說，針狀電極構件20的第二浮動電位PV2設為比噴嘴構件30的第一浮動電位PVl高的正電位值。然而，一部分的放電電流Id作為泄漏電流從該較高電位的電極構件20(第二電極)或系統結構組件或在系統結構組件之間電連接的布線(諸如電源布線161或離子源電源電路模塊210的第二輸出端212)泄漏。如果泄漏電流流入設為第一浮動電位PVl的任意的系統結構組件或布線(諸如內傳感器殼體13、內屏蔽線路165或內電路殼體250)，泄漏電流最終返回到電源電路210的第一輸出端211，且并不引起輸入/俘獲電流Ijh的強度的變化。對放電電流Id和輸入/俘獲電流Ijh之間的差沒有影響，即對信號電流Is的強度沒有影響。此種情況下，泄漏電流的產生變成顯著的問題，且僅僅導致實際用于放電的電流的量的下降。相反地，如果泄露電流流入設為接地電位PVE的任意的系統結構組件或布線(諸如外傳感器殼體14、外屏蔽線路167或外電路殼體260)，泄露電流并不返回到電源電路210的第一輸出端211。輸入/俘獲電流Ijh明顯變小,從而引起放電電流Id和輸入/俘獲電流Ijh之間的差變大，即信號電流Is的強度變大。如上所述，由于信號電流Is的強度為PA量級的非常小的水平，所以即使向接地電位PVE泄漏非常小的電流，也會導致信號電流Is的大的誤差。下面將討論電磁噪聲對信號電流Is的影響。當電磁噪聲疊加在放電電流Id的通道(諸如電源布線161)或疊加在輸入/俘獲電流Ijh的通道(諸如內屏蔽線路165)時，放電電流Id的強度或輸入/俘獲電流Ijh的強度明顯改變。這引起放電電流Id和輸入/俘獲電流Ijh之間的差的變化，即信號電流Is的強度的變化。由于信號電流Is的強度為PA量級的非常小的水平，所以放電電流Id或輸入/俘獲電流Ijh即使產生非常小的變化，也會導致信號電流Is的大的誤差。在本實施方式中，內傳感器殼體13與噴嘴構件30的噴嘴部31 (第一電極)電連接，且以比顆粒充電單元12和離子/氣體噴射単元11靠近電纜160的方式定位，以周向 地圍繞針狀電極構件20 (第二電極)；內屏蔽線路165與噴嘴構件30的噴嘴部31 (第一電扱)和內傳感器殼體13電連接，且以周向地圍繞電源布線161的方式定位；且內電路殼體250 (內電路殼體251和一次鐵芯271A)與離子源電源電路210的第一輸出端211電連接且以圍繞離子源電源電路210的方式定位。即使部分放電電流Id作為泄漏電流從設定為第二浮動電位PV2的系統結構組件或布線(諸如針狀電極構件20 (第二電極)、電源布線161或離子源電源電路210的第二輸出端212)泄漏，本細顆粒檢測系統I也允許泄漏電流流入內傳感器殼體13、內屏蔽線路165或內電路殼體250，然后作為輸入/俘獲電流Ijh流向離子源電源電路210的第一輸出端211。泄漏電流并不流入內傳感器殼體13、內屏蔽線路165和內電路殼體250的外側的任意的系統結構組件或布線(諸如例如金屬殼90等外傳感器殼體14、外屏蔽線路167或外電路殼體260)。因此在本實施方式中可以防止由泄漏電流引起的輸入/俘獲電流Ijh的變化，即信號電流Is的變化。另外，外傳感器殼體14與排氣管EP (接地電位PVE)電連接，并以周向地圍繞顆粒充電單元12、離子/氣體噴射単元11和內傳感器殼體13的位于排氣管EP外側的部分(諸如針狀電極構件20的延伸部21、輔助電極構件50的延伸部51，保持構件60的保持部61和內管80)的方式定位。其意味著針狀電極構件20 (第二電極)被內傳感器殼體13和外傳感器殼體14電磁雙屏蔽；且內傳感器殼體13的位于排氣管EP外側的部分被外傳感器殼體14電磁單屏蔽。外屏蔽線路167與排氣管EP和外傳感器殼體14 (接地電位PVE)電連接且以周向地圍繞覆蓋有內屏蔽線路165的電源布線161的方式定位。其意味著電源布線161被內屏蔽線路165和外屏蔽線路167電磁雙屏蔽；且內屏蔽線路165被外屏蔽線路167電磁單屏蔽。另外，外電路殼體260與排氣管EP (接地電位PVE)電連接且以圍繞信號電流檢測電路230和容納于內電路殼體250中的離子源電源電路210的方式定位。其意味著離子源電源電路210被內電路殼體250和外電路殼體260電磁雙屏蔽；且信號電流檢測電路230被外電路殼體260電磁單屏蔽。通過外傳感器殼體14、外屏蔽線路167和外電路殼體260的這些電磁屏蔽效應，在離子源電源電路210的第二輸出端212和針狀電極構件20 (第二電極)之間流動的放電電流Id和在離子源電源電路210的第一輸出端211和噴嘴構件30的噴嘴部31 (第一電極)或俘獲電極42之間流動的輸入/俘獲電流Ijh兩者均受到外部電磁噪聲的影響變為不可能。因此在本實施方式中可以防止由于電磁噪聲的疊加引起的信號電流Is的變化。因此，本細顆粒檢測系統I能夠在不受泄漏電流和電磁噪聲的影響下精確地檢測信號電流Is的強度，并正確地確定廢氣EG中細顆粒S的量。如果浮游離子CPF沒有被俘獲電極42俘獲，而從氣體導出孔430排出到排氣管EP，俘獲電流Ih(輸入/俘獲電流Ijh)減小，從而引起信號電流Is的増大。此種情況下，信號電流Is包含與細顆粒S的量無關的分量。檢測細顆粒S的量的精度由于信號電流Is中的這種無關的分量而下降。在本實施方式中，輔助電極構件50 (輔助電極53)連接于第三浮動電位PV3，且配置于混合空間MX的縫隙狀混合區域MX2中。如上所述，由于第三浮動電位PV3設定為高于第一浮動電位PVl的正直流電位值，所以浮游離子CPF可在輔助電極構件50 (輔助電極53)的斥力下向俘獲電極42轉移，從而俘獲電極42能夠更有效和更有保證地俘獲浮游離子 CPF0 S卩，輔助電極53配置在顆粒充電單元12中，以輔助俘獲電極42的離子俘獲功能。如上所述，輔助電極構件50 (輔助電極53)經由輔助布線162與輔助電極電源電路240的第二輸出端242電連接，而與針狀電極構件20和噴嘴構件30的噴嘴部31電絕緣。另外，輔助電極構件50的位于比離子/氣體噴射単元11和顆粒充電單元12靠近電纜160的部分、輔助布線162和輔助電極電源電路240分別被內傳感器殼體13、內屏蔽線路165和內電路殼體250圍繞。由于內傳感器殼體13、內屏蔽線路165和內電路殼體250被外傳感器殼體14、外屏蔽線路167和外電路殼體260圍繞并電磁屏蔽，所以輔助電極構件50的位于比顆粒充電單元12靠近電纜160的部分、輔助布線162和輔助電極電源電路240被外傳感器殼體14、外屏蔽線路167和外電路殼體260圍繞并電磁屏蔽。因此可以防止外部電磁噪聲疊加在輔助電極構件50 (輔助電極53)、輔助布線162和輔助電極電源電路240上，以使得俘獲電極42對浮游離子CPF的俘獲并不由于在電磁噪聲的影響下第三浮動電位PV3的改變而受到影響。設定為第三浮動電位PV3的系統結構組件或布線(諸如輔助電極構件50、輔助布線162或輔助電極電源電路240的第二輸出端242)同樣可能存在泄漏電流。如果該泄漏電流在設定為接地電位PVE的系統結構組件或布線(諸如外傳感器殼體14、外屏蔽線路167或外電路殼體260)中流動，泄漏電流經由信號電流檢測電路230返回到輔助電極電源電路240的第一輸出端241，且因此影響信號電流Is的檢測的精度。在本實施方式中，設定為第三浮動電位PV3的系統結構組件或布線(諸如輔助電極構件50、輔助布線162和輔助電極電源電路240)被均設置為第一浮動電位PVl的內傳感器殼體13、內屏蔽線路165和內電路殼體250的任意ー個圍繞。泄漏電流并不到達內傳感器殼體13、內屏蔽線路165和內電路殼體250的外側的任何系統結構組件或布線(諸如外傳感器殼體14、外屏蔽線路167和外電路殼體260)。這種泄漏電流的產生僅僅導致從輔助電極電源電路240的第二輸出端242流出的電流的量增加。因此在本實施方式中，即使當設定為第三浮動電位PV3的系統結構組件或布線(諸如輔助電極構件50、輔助布線162或輔助電極電源電路240)產生泄漏電流時，也可以防止信號電流Is受到泄漏電流影響。由于輔助電極電源電路240的第一輸出端241與內屏蔽線路165電連接，所以輔助電極電源電路240的第一輸出端241可被設定為與離子源電源電路210的第一輸出端211和電連接到離子源電源電路210的第一輸出端211的傳感器結構組件(諸如噴嘴構件30)相同(共同)的電位PV1。因此可以容易地設定第一、第二和第三浮動電位PV1、PV2和PV3的關系。在本實施方式中，從測量電路模塊220經由隔離變壓器270向離子源電源電路210供給電力，從而能容易地使得離子源電源電路210和其第一、第二輸出端211、212關于外部電位(例如排氣管EP的接地電位PVE)浮動。因此可以容易地將離子源電源電路210的第ー輸出端211和與其電連接的系統結構組件或布線(諸如噴嘴構件30(第一電極))設為第一浮動電位PV1，并將離子源電源電路210的第二輸出端212和與其電連接的系統結構組件或布線(諸如針狀電極構件20(第二電極))設定為第二浮動電位PV2。由于隔離變壓器270被外電路殼體260圍繞并電磁屏蔽，所以可以防止外部電磁噪聲經由隔離變壓器270進入離子源電源電路210。同樣，從測量電路模塊220經由隔離變壓器270向輔助電極電源電路240供給電力，從而能容易地使得輔助電極電源電路240和其第一、第二輸出端241、242關于外部電位(例如排氣管EP的接地電位PVE)浮動。因此可以容易地將輔助電極電源電路240的第一輸出端241設為第一浮動電位PVl，并將輔助電極電源電路240的第二輸出端242和與其電連接的系統結構組件或布線(諸如輔助電極構件50)設定為第三浮動電位PV3。另外由于隔離變壓器270被外電路殼體260圍繞并電磁屏蔽，所以可以防止外部電磁噪聲經由隔離變壓器270進入輔助電極電源電路240。另外，可分離的一次鐵芯271A和二次鐵芯271B設置在隔離變壓器270中。因此可以通過將一次鐵芯271A和二次鐵芯271B設定為各自的電位值來限制外部噪聲對離子源電源電路210和類似部件的影響。還可以在一次鐵芯271A和一次線圈272之間實現容易的絕緣。通常，由于內燃機的特性，排氣管EP中廢氣EG的流動是脈沖形式的。例如，在四沖程發動機情況下廢氣的流動是間歇性的。另外，排氣管EP中的廢氣EG的流率隨著內燃機的運轉條件(諸如發動機轉速)而改變。很可能的是，如果根據排氣管EP中的廢氣EG的流動將廢氣EG導入顆粒充電單元12，導入的廢氣EGI的量將會改變。這導致信號電流Is的變化。然而在本實施方式中，細顆粒傳感器10被以如下方式構造離子/氣體噴射單元11執行氣體噴射單元的功能以將壓縮空氣AR(氣體)噴入混合空間MX ;且顆粒充電單元12在從離子/氣體噴射単元11噴射壓縮空氣AR時經由氣體導入孔331通過吸引將廢氣EG導入混合空間MX，將導入的廢氣EGI與離子CP混合，然后經由氣體導出孔430將廢氣EGI連同壓縮空氣AR排到排氣管EP。由于顆粒充電單元12允許在從離子源単元(氣體噴射單元)11噴射壓縮空氣AR時通過吸引將廢氣EG導入混合空間MX，所以導入的廢氣EGI的量將不太可能根據排氣管EP中的廢氣EG的流率而改變。因此可以防止由于導入的廢氣EGI的量的這種改變而引起的信號電流Is的變化，并可以基于信號電流Is更精確地確定廢氣EG中的細顆粒S的量。由于離子/氣體噴射単元11組合了離子源単元的功能和氣體噴射単元的功能，所以可以實現離子CP和壓縮空氣AR向混合空間MX的容易的供給。在本實施方式中，供氣管163 (氣流通道163H)集成于電纜160中，以使得壓縮空氣AR經由供氣管163(氣流通道163H)從輸送泵300供給到離子/氣體噴射單元11。不需、要在鄰近細顆粒傳感器10的位置設置用于向離子/氣體噴射単元11噴射壓縮空氣AR的泵。同樣不需要設置和配置與電纜160分離的供氣道或供氣管。因此可以實現壓縮空氣AR向離子/氣體噴射単元11的容易的供給和用于將壓縮空氣AR供給到離子/氣體噴射単元11的容易的線路配置。由于供氣管163(氣流通道163H)優選地集成在電纜160的內屏蔽線路165內，可以使得供氣管163 (氣流通道163H)與離子/氣體噴射単元11更容易和更可靠地氣體連通。此處通過引用包含了日本專利申請No. 2011-088549(遞交日2011年4月12日)的全部內容。雖然上面參照具體的示例性實施方式描述了本發明，但是本發明不限于以上描述的示例性實施方式。按照以上的教示，本領域技術人員可對上述實施方式進行不同的修改和變化。盡管在上述實施方式中，第二浮動電位PV2是有效電位值比第一浮動電位PVl的有效電位值高的正電位，第二浮動電位PV2也可選擇為有效電位值比第一浮動電位PVl的、有效電位值高的負電位。另外，只要第三浮動電位PV3具有使得輔助電極53能對浮游離子CPF施加斥力的有效電位值，則滿足第三浮動電位PV3不同于第一浮動單位PVl和第二浮動單位PV2就足夠了。在細顆粒傳感器10中，在第一電極和第二電極之間產生氣體放電。盡管在上述實施方式中，第一電極和第二電極彼此相對和面對，第一電極和第二電極也可選擇為彼此相鄰，從而在該第一電極和第二電極之間以沿面放電的形式產生氣體放電。盡管在上述實施方式中，離子源単元和氣體噴射単元組合為ー個離子/氣體噴射単元11，離子源単元和氣體噴射単元也可以分離地設置在細顆粒傳感器10中。輸送泵300可選擇為適于壓縮和排出任何的作為高壓氣體的諸如氮氣或氧氣等氣體，而不僅僅是空氣。另外，盡管在上述實施方式中，輸送泵300分離地設置于離子/氣體噴射単元11中，氣體噴射単元也可以具有泵以壓縮氣體(空氣、氮氣、氧氣等)和向顆粒充電單元12噴射壓縮氣體，從而使得壓縮空氣AR從輸送泵300供應到離子/氣體噴射単元11，然后從離子/氣體噴射単元11噴射到顆粒充電單元12。在上述實施方式中，內屏蔽線路165和外屏蔽線路167均由銅編線形成。屏蔽線路165、167可選擇地通過使用鋁編線等代替銅編線或通過將銅、鋁等金屬帶纏繞涂層164d、166而形成。通過在放置銅、鋁等編線之后，圍繞編線纏繞銅、鋁等金屬帶而形成屏蔽線路165、167也是可選擇地切實可行的。另外，整個或部分的屏蔽線路165、167可選擇地由諸如銅管或鋁管等金屬管形成。能夠選擇地使用其中一次線圈和二次線圈圍繞單個的共用鐵芯的普通的隔離變壓器作為隔離變壓器270。此種情況下，優選將鐵芯設為第一浮動電位PV1。盡管在上述實施方式中，離子源電源電路210和輔助電極電源電路240共用隔離變壓器270，分別為離子源電源電路210和輔助電極電源電路240設置兩個專用的隔離變壓器也是可行的。在上述實施方式中，恒流供電電路用作如上所述的離子源電源電路210。可選擇地使用其中第二輸出端始終被設為關于第一輸出端的正電位以將輸出電流的有效值保持為恒定值的直流恒流電源，或使用其中第二輸出端設為間歇地(以半波整流形式或矩形脈沖形式)關于第一輸出端的正電位以將輸出電流的有效值保持為所謂的脈沖恒定值的直流恒流電源作為離子源電源電路210。參照所附的權利要求限定本發明的 保護范圍。
權利要求
1.一種細顆粒檢測系統，其用于檢測流經金屬排氣管的廢氣中細顆粒的量，該細顆粒檢測系統包括 安裝于所述排氣管的細顆粒傳感器； 從所述細顆粒傳感器延伸的導線；和 連接于所述導線的傳感器驅動控制裝置，所述細顆粒傳感器包括離子源單元、顆粒充電單元、內傳感器殼體和外傳感器殼體，所述離子源單元具有第一電極，該第一電極被設為第一浮動電位；和第二電極，該第二電極被設為第二浮動電位，該第二浮動電位為有效電位值比所述第一浮動電位的有效電位值高的正電位或負電位，以通過所述第一電極和所述第二電極之間的氣體放電而產生離子， 所述顆粒充電單元具有氣體導入孔，該氣體導入孔用于從所述排氣管導入廢氣 ’混 合空間，該混合空間用于使導入的廢氣與從所述離子源單元產生的離子混合，從而通過一些離子對導入的廢氣中的所述細顆粒充電來形成帶電細顆粒；氣體導出孔，該氣體導出孔用于將導入的廢氣連同所述帶電細顆粒排到所述排氣管；和俘獲電極，該俘獲電極與所述第一電極電連接并適于俘獲沒有用于對所述細顆粒進行充電而作為浮游離子保留的殘留的尚子， 所述內傳感器殼體與所述第一電極和所述顆粒充電單元電連接，而與所述第二電極和所述排氣管電絕緣，且位于比所述離子源單元和所述顆粒充電單元接近所述導線的位置、在周向上圍繞所述第二電極， 所述外傳感器殼體與所述排氣管電連接并因此被設為接地電位，所述外傳感器殼體與所述第二電極、所述顆粒充電單元和所述內傳感器殼體電絕緣，且在周向上圍繞和電磁屏蔽所述離子源單元、所述顆粒充電單元和所述內傳感器殼體的位于所述排氣管外側的部分的方式定位， 所述導線為雙屏蔽電纜，其具有電源布線，該電源布線連接于所述第二電極；內屏蔽線路，該內屏蔽線路與所述內傳感器殼體電連接而與所述電源布線電絕緣，所述內屏蔽線路在周向上圍繞所述電源布線；和外屏蔽線路，該外屏蔽線路與所述外傳感器殼體電連接而與所述內屏蔽線路電絕緣，所述外屏蔽線路在周向上圍繞和電磁屏蔽所述內屏蔽線路，所述傳感器驅動控制裝置包括離子源電源電路、信號電流檢測電路、內電路殼體和外電路殼體， 所述離子源電源電路具有第一輸出端，該第一輸出端設為所述第一浮動電位并通過所述內屏蔽線路與所述離子源單元的所述第一電極電連接；和第二輸出端，該第二輸出端通過所述電源布線與所述離子源單元的所述第二電極電連接，且所述離子源電源電路適于通過所述第二輸出端輸出預定的恒流， 所述信號電流檢測電路具有信號輸入端，該信號輸入端連接于所述離子源電源電路的所述第一輸出端；和接地輸入端，該接地輸入端連接于所述接地電位，以檢測在所述離子源電源電路的所述第一輸出端和所述接地電位之間流動的信號電流， 所述內電路殼體與所述離子源電源電路的所述第一輸出端電連接，并圍繞所述離子源電源電路， 所述外電路殼體連接于所述接地電位并圍繞和電磁屏蔽所述離子源電源電路、所述內電路殼體和所述信號電流檢測電路。
2.根據權利要求I所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述傳感器驅動控制裝置還包括隔離變壓器，通過該隔離變壓器從外部向所述離子源電源電路供給電力； 所述外電路殼體圍繞并電磁屏蔽所述隔離變壓器。
3.根據權利要求I所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述顆粒充電單元具有輔助電極，該輔助電極設為第三浮動電位，該第三浮動電位與所述第一浮動電位和所述第二浮動電位不同且具有對所述浮游離子施加斥力以輔助所述俘獲電極俘獲所述浮游離子的有效電位值，而該輔助電極與所述第一電極和所述第二電極電絕緣， 所述內傳感器殼體在周向上圍繞所述輔助電極， 所述雙屏蔽電纜具有與所述輔助電極電連接的輔助布線， 所述傳感器驅動控制裝置還包括輔助電極電源電路，該輔助電極電源電路具有第一輸出端，該第一輸出端被設為所述第一浮動電位且與所述離子源電源電路的所述第一輸出端電連接；和第二輸出端，所述第二輸出端被設為所述第三浮動電位且通過所述輔助布線與所述輔助電極電連接；且 所述內電路殼體圍繞所述輔助電極電源電路。
4.根據權利要求3所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述傳感器驅動控制裝置還包括隔離變壓器，通過該隔離變壓器從外部向所述輔助電極電源電路供給電力； 所述外電路殼體圍繞和電磁屏蔽所述隔離變壓器。
5.根據權利要求I所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述細顆粒傳感器包括氣體噴射單元，該氣體噴射單元將氣體噴入所述顆粒充電單元的所述混合空間；且 所述顆粒充電單元在氣體從所述氣體噴射單元噴射時，通過吸引將廢氣經由所述氣體導入孔導入所述混合空間，使得導入的廢氣和噴射的氣體在所述顆粒充電單元的所述混合空間中混合并經由所述氣體導出孔排到所述排氣管。
6.根據權利要求5所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述離子源單元和所述氣體噴射單元組合成一個單元，以使得離子和氣體被一起噴入所述顆粒充電單元的所述混合空間。
7.根據權利要求5所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述雙屏蔽電纜包括與所述氣體噴射單元連通的氣流通道，從而經由所述氣流通道將氣體供給所述氣體噴射單元。
8.根據權利要求I所述的細顆粒檢測系統，其特征在于， 所述第二浮動電位是比所述第一浮動電位高的正電位； 所述第二電極具有針尖狀端部； 所述第一電極具有與所述第二電極的所述針尖狀端部面對并分離的表面；且所述離子源單元適于在所述第一電極和所述第二電極之間的空間中圍繞所述第二電極的所述針尖狀端部產生作為氣體放電的正針電暈放電。
全文摘要
提供了一種細顆粒檢測系統，其具有細顆粒傳感器、電纜和傳感器驅動控制裝置。該細顆粒傳感器具有離子源單元、顆粒充電單元、內傳感器殼體和外傳感器殼體，其中該離子源單元具有第一電極和第二電極。該電纜具有連接于第二電極的電源布線、與內傳感器殼體電連接的內屏蔽線路和與外傳感器殼體電連接的外屏蔽線路。傳感器驅動控制裝置具有離子源電源電路、信號電流檢測電路、與離子源電源電路的第一輸出端電連接并圍繞離子源電源電路的內電路殼體和連接于接地電位并屏蔽離子源電源電路、信號電流檢測電路和內電路殼體的外電路殼體。
文檔編號G01N15/00GK102735593SQ20121010402
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月10日 優先權日2011年4月12日
發明者本村雅幸, 杉山武史, 松岡俊也, 橫井等, 田島佳祐 申請人:日本特殊陶業株式會社