微粒子濃度測定装置
【課題】微粒子濃度測定装置に高温の排ガスが流入した場合の耐性を向上させる。
【解決手段】 ディーセルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する装置は、排気ラインから分岐され、排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、を備え、差圧検知部は、微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けられている。
【解決手段】 ディーセルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する装置は、排気ラインから分岐され、排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、を備え、差圧検知部は、微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃エンジンの排ガス浄化技術に係り、特にディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）の濃度を測定する微粒子濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排ガス中のＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ：particulate matter）の濃度を検出する装置として、図１に示す特許文献１の従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭ（ＰＭセンサ）が知られている。この従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭは、排気ライン２１から分岐された副排気ライン２１Ａと、副排気ライン２１Ａに設置された微粒子検出フィルタ２２Ａと、微粒子検出フィルタ２２Ａの入り口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部２２Ｂとを含み、さらに副排気ライン２１Ａには、流量測定部２４および温度測定部Ｔ１が設けられ、微粒子検出フィルタ２２Ａにはヒータ２２Ｈが設けられている。副排気ライン２１Ａの流量は、流量調整バルブ２３で制御されている。
【０００３】
特許文献１による従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭでは、微粒子検出フィルタ２２Ａの前後における差圧ΔＰと、副排気ライン２１Ａにおける排ガスの温度Ｔと、副排気ライン２１Ａにおける排ガスの流量Ｑ２とが測定される。測定された差圧ΔＰと排ガス温度Ｔと排ガス流量Ｑ２とから、単位時間あたりに微粒子検出フィルタに捕捉される微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］が算出される。この微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］から、排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ3］が算出される。このとき、微粒子検出フィルタ２２Ａに微粒子が大量に蓄積すると、差圧の検出精度が低下してしまう。特許文献１の微粒子測定は、ある程度の微粒子が微粒子検出フィルタに蓄積した場合にヒータ２２Ｈによって、蓄積した微粒子を燃焼除去している。
【０００４】
また特許文献１には、従来の排ガス浄化装置２０ＰＭとして、排気ライン２１に設けられ多孔質セラミックより構成される微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）２２が開示されている。従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭの上記副排気ライン２１Ａは、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の排ガス流れ上流側に接続され、求められた排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ3］と、エンジン運転状況もしくは排気ライン２１の微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入するガス流量Ｑ１とから、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入する微粒子の質量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］を算出している。
【０００５】
ところで、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２においても、上記した微粒子検出フィルタ２２Ａと同様に、継続的な使用に伴って捕捉した微粒子が徐々に堆積する。微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における微粒子の堆積を放置すると、排ガスにより生じる圧力が過大になり、燃費の悪化やエンジンの損傷を招くことがある。このため、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を使った排ガス浄化装置においては、堆積した微粒子を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中において定期的に燃焼させて除去し、微粒子捕捉フィルタ２２を再生することが行われている。
【０００６】
このような微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の再生は、高温の排ガスを微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入させることによって行う。これにより、堆積している微粒子が燃焼除去される。
【０００７】
特許文献１によれば、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に捕捉された微粒子の質量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］を求めることによって、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に実際に捕捉された微粒子量が、再生が必要な予め定められた閾値を超えているか否かを精確に判断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＥＰ１９１６３９４Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭにおいては、微粒子検出フィルタ２２Ａの微粒子を燃焼させた場合に高温のガスが差圧測定部に流入し、最悪の場合には差圧の測定が不可能となることが有りうる。
【００１０】
また、ディーゼルエンジンから微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に向けての高温の排ガスが副排気ライン２１Ａに流入し、差圧測定部２２Ｂに流入することも有りうる。
【００１１】
本発明は、微粒子濃度測定装置に高温の排ガスが流入した場合の耐性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一の側面によれば本発明は、ディーセルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する装置であって、上記排気ラインから分岐され、上記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、上記排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、上記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、を備え、上記差圧検知部は、上記微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けられている微粒子濃度測定装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、上記差圧検知部を上記微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けることにより、例えば上記微粒子検出フィルタに蓄積した微粒子を燃焼除去した場合や、上記微粒子捕捉フィルタの再生時に上記排気ラインを、例えば６００℃以上の高温の排ガスが流れる場合でも、上記差圧検知部が溶損したり、耐熱温度以上に加熱されて損傷したりすることを低減できる。したがって本発明の微粒子濃度測定装置は、正常な動作を維持することができる。
【００１４】
なお、本発明において微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部とは、微粒子が蓄積する微粒子検出フィルタの最下流の位置を言う（図３、４参照）。
【発明の効果】
【００１５】
好ましい実施形態によれば、上記差圧検知部は、上記分岐点から１０ｃｍ以上、よりこの好ましくは３０ｃｍ以上離間して設けられる。かかる構成により、上記差圧検知部が高温のガスにさらされることがなくなり、正常な動作を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の排ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置を含む排ガス浄化装置を示す図である。
【図３】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における微粒子検出フィルタの作用を説明する図である。
【図４】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における微粒子検出フィルタの変形例を示す図である。
【図５】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の構成をより詳細に示す図である。
【図６】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における、微粒子検出フィルタ下流側端からの距離Ｄと排ガス温度の関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における、微粒子検出フィルタ下流側端からの距離Ｄと測定誤差の関係を示すグラフである
【図８】図７の測定における微粒子量の真値を測定するための構成を示す図である。
【図９】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の全体を示す図である。
【図１０】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の一変形例を示す図である。
【図１１】第２の実施形態による微粒子濃度測定装置を使った排ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図１２】第１の実施形態による微粒子検出フィルタの一変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態による微粒子濃度測定装置４０ＰＭ（ＰＭセンサ）を有するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の構成を示す。ただし図２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２の本発明の実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭは、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に異常が発生し、微粒子が排ガスライン２１中を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に閾値以上に漏れ出した場合に、これを検出し、アラームやランプの点灯、点滅等の警報を発するために使うことができる。
【００１８】
図２の本発明の第１実施形態を参照するに、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２が配置されたディーゼルエンジンの排気ライン２１には、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側において、一端に排ガス採取部４１ａを有する排ガス採取ライン４１Ａが、前記排ガス採取部４１ａを介して接続されており、前記排ガス採取ライン４１Ａには、図３に示す微粒子検出フィルタ４２Ａと、排ガス採取ラインの流量Ｑ２を測定する流量計４４とが直列に接続されている。排ガス採取ライン４１Ａは、下流側の端部が、例えば負圧タンクや、エアインテーク部（図示されていない）などの微粒子検出フィルタ４２Ａの入口よりも圧力の低い部分に接続され、排気ライン２１中の排ガスが、微粒子検出フィルタ４２Ａに吸引される。これは、排ガス採取ライン４１Ａの下流側に吸引ポンプを接続したのと同じであり、排気ライン２１の微粒子検出フィルタ４２Ａに排ガスを確実に供給することが可能となる。
【００１９】
また、微粒子検出フィルタ４２Ａには、微粒子検出フィルタ４２Ａの温度を測定する温度測定部Ｔ１が設けられ、また差圧測定部４２Ｂが設けられ、差圧測定部４２Ｂにより、微粒子検出フィルタ４２Ａの前後の差圧ΔＰが測定される。排ガス採取部４１ａは、排ガスライン２１の流路断面積よりも小さな流路断面積を有している。
【００２０】
なお先に説明した差圧測定部４２Ｂとしてはダイヤフラム圧力計や、例えばゲージ式、ベローズ式、熱式などの公知の圧力計を使うことができ、また流量測定部４４としては、ホットワイヤ流量計やベンチュリ流量計など、公知の流量計を使うことができる。
【００２１】
図３は本発明の第１実施形態における微粒子検出フィルタ４２Ａの例を示す。ただし図３の例では、微粒子検出フィルタ４２Ａ中に単一のセル４２ｂのみが形成されているが、図１２に示すように微粒子検出フィルタ４２Ａは、複数のセル４２ｂが形成されたものであってもよい。また、板状のフィルタであってもよい。多孔質セラミックよりなる各々のセル４２ｂは一端が開放され他端が閉じられたガス通路４２ａを形成している。
【００２２】
本実施形態では微粒子検出フィルタ４２Ａは、全体とし、微粒子捕捉フィルタ２２（ＤＰＦ）中における排ガス通路の総容積の５％以下、例えば０．０５〜５％、あるいは６５ｍｌ以下、例えば０．０５〜６５ｍｌの容積、あるいは０．１〜１０００ｃｍ２の濾過面積（好ましくは１〜１０ｃｍ２の濾過面積）を有する一または複数のガス通路４２ａが、例えば矩形断面形状で、またいずれか一端が閉じられた状態（図３では後方が閉じられた状態）で形成されている。
【００２３】
図３の本発明の第１実施形態を参照するに、ガス通路４２ａに導入された排ガスは、多孔質セラミックよりなるセル壁を通過して隣接するガス通路へと移動する。その際、セル４２ｂの内壁面に微粒子が捕捉され、微粒子層４２ｃが形成される。
【００２４】
図４は、図３のセル４２ｂの本発明の第１実施形態の一変形例を示す。図４のセルでは、排ガスはセル外部からセル壁を通過して、セル内部のガス通路４２ａへと流れ、その際前記セル４２ｂの外面に前記微粒子層４２ｃの堆積が生じる。前記図１２のフィルタでは、図３のセルと図４のセルが交互に隣接して形成されている。
【００２５】
なお、同様なセルは図１で説明した従来の微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２にも形成されているが、ガス通路４２ａおよびセル４２ｂの外形は、必ずしも微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中のガス通路と同一サイズあるいは同一の断面形状で形成される必要はなく、円形、四角形、八角形、だ円等の任意の形状にしてもよい。また微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）を構成する多孔質セラミックの材質が、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を構成する多孔質セラミックと同一である必要もなく、セラミックでなくてもよいことに注意すべきである。ガス通路４２ａの総容積を、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における排ガス通路の総容積の５％以下、あるいは６５ｍｌ以下の容積、あるいは０．１〜１０００ｃｍ２の濾過面積（好ましくは１〜１０ｃｍ２の濾過面積）を有するように形成することにより、セル４２ｂには微粒子層の一様な堆積が生じるため、以下に説明するように、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２における微粒子堆積量を、簡単かつ正確に測定することが可能になる。
【００２６】
図２の本発明の第１実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭでは、微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉された微粒子の蓄積量が、以下の形の式により算出される。
【００２７】
【数１】
（式１）
ただしΔＰは［Ｐａ］単位で表した差圧を、μは［Ｐａ・ｓ］単位で表した動粘性係数を、Ｑは［m3／ｓ］単位で表した排ガス流量を、αは［ｍ］単位で表したセルの一辺の長さを、ρ［ｇ／ｍ３］単位で表した排ガス密度を、Ｖtrapは［ｍ3］単位で表したフィルタ体積を、Ｗsは［ｍ］単位で表した壁厚を、Ｋｗは［ｍ−１］単位で表した壁のガス透過率（パーマビリティ）を、Ｋsootは［ｍ−１］単位で表した捕捉微粒子層のガス透過率（パーマビリティ）を、Ｗは［ｍ］単位で表した捕捉微粒子層の厚さを、Ｆは係数（＝２８．４５４）を、Ｌは［ｍ］単位で表した有効フィルタ長さを、βは［ｍ−１］単位で表した多孔質壁のフォルヒハイマー係数を、ζは［Ｐａ］単位で表したフィルタ通過による差圧を表す。
【００２８】
次に、微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）に捕捉された微粒子の質量ｍsootが、式
【００２９】
【数２】
（式２）
により求められる。ただしｍsootは、捕捉された微粒子の質量［ｇ］、Ｎcellsは、入口側セルの開口数、ρsootは、捕捉された微粒子の密度である。
【００３０】
そして、ｍsootを、微粒子検出フィルタ４２Aの前回の再生からの経過時間［ｓ］で割れば、単位時間あたりの捕捉量ＰＭ［ｇ/ｓ］が得られる。
【００３１】
このようにして単位時間当たりで堆積する微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｓ］が求められると、排ガス中の微粒子濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ３］が、微粒子検出フィルタ４２Ａを通過する排ガス流量Ｑ２［m3／ｓ］を使って、
ＰＭ［ｇ／ｓ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ３］×Ｑ２［ｍ3／ｓ］ （式３）
により求められる。
【００３２】
図２の本発明の第１実施形態に示すように、このような微粒子濃度測定装置４０ＰＭを微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に配設することにより、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に異常が生じ微粒子が排気ライン２１中を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に閾値以上に漏れ出した場合、本実施形態によればこのような異常を直ちに検出してアラームやランプの点灯、点滅等の警告を発することができる。
【００３３】
ところで、このような図２に示す本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンシステムでは、先にも述べたように微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に堆積した微粒子を、高温の排ガスによって燃焼除去している。微粒子の燃焼の結果、一般に６００℃〜７００℃以上の高温ガスが大量に発生し、排ガス採取ライン４１Ａに流入する場合がある。また、微粒子検出フィルタ４２Ａに蓄積した微粒子をヒータで燃焼除去した場合も排ガス採取ライン４１Ａを高温の排ガスが流通する。この時、差圧検知部４２Ｂとして使っているダイヤフラム圧力計の薄膜や歪みセンサが、高温の排ガスの熱により損傷し、あるいはその動作が不正確になり、微粒子濃度測定結果の信頼性が損なわれる恐れがある。
【００３４】
このため本実施形態では、差圧検知部４２Ｂを、図５の本発明の第１実施形態に示すように、微粒子検出フィルタ４２Ａにおける排ガス流れ下流側の端部から、下流側に距離Ｄだけ離間して配設している。
【００３５】
本発明の第１実施形態である図５を参照するに、微粒子検出フィルタ４２Ａは、一端が排ガス採取部４１ａを構成し、排ガス採取ライン４１Ａに連続するハウジング４２Ｅ中に収納されており、差圧検知部４２Ｂを構成するダイヤフラム圧力計は、微粒子検出フィルタの下流側の端部内壁面から測った距離がＤの位置に形成されている。差圧検知部４２Ｂの一端は、微粒子検出フィルタ４２Ａの上流側に接続され、また他端は微粒子検出フィルタ４２Ａの下流側において排ガス採取ライン４１Ａに接続されており、その結果、差圧検知部４２Ｂは微粒子検出フィルタ４２Ａを構成するセル４２ｂの前後の差圧を測定することができる。
【００３６】
図６は、本発明の第１実施形態の微粒子検出フィルタ下流側端からの距離Ｄと排ガス温度の関係のグラフを示す。この実験では、図２Ａの微粒子濃度測定装置４０ＰＭの微粒子検出フィルタ４２Ａに微粒子を１０ｇ／Ｌ堆積させ、ヒータによって微粒子検出フィルタ４２Ａを６５０℃まで昇温させて、微粒子を燃焼させた。この時の差圧測定部４２Ｂの温度と距離Ｄの関係を図６のグラフに示す。
【００３７】
図６の本発明の第１実施形態に係わるグラフを参照するに、距離Ｄが１０ｃｍを切ったところで差圧検知部２２Ｂの温度が約１２０℃を超え、このことから、差圧検知部４２Ｂとして耐熱性が約１２０℃、あるいはそれ以下の圧力計を使った場合には、圧力計の損傷を回避するため、距離Ｄを１０ｃｍ以上に設定する必要があるのがわかる。
【００３８】
このように、差圧測定部を端部から離間させるほど、排ガスは温度が下がる傾向にある。一方、差圧検知部４２Ｂを微粒子検出フィルタ４２Ａの下流側端部から大きく離して配設すると、差圧測定において測定誤差が増大してしまう傾向にある。正確な差圧測定のためには、差圧検知部４２Ｂは、可能な限り微粒子検出フィルタ４２Ａに近接させるのが好ましい。
【００３９】
以下の表１の結果および図７のグラフは、距離Ｄを様々に変化させた場合の、本発明の実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの測定誤差を求めた結果を示す。
【００４０】
表１の結果において測定誤差は、図２の本発明の第１実施形態の構成において排気ライン２１中の微粒子の実測値（後述）を真値とし、式（１）〜（３）で求めた微粒子濃度のこの真値に対するずれを測定誤差として求めている。
【００４１】
図８の本発明の第１実施形態の微粒子濃度測定装置の構成に示すようにディーゼルエンジン１１から排気ライン２１に排出された排ガスを、清浄な空気が導入される希釈トンネル１１１に導き、これを５２℃以下の温度まで希釈および冷却し、１次捕集フィルタ１１５および２次捕集フィルタ１１６上に採取し、その質量をマイクロ天秤で測定することにより、排ガス中の微粒子量を直接に実測し、これを排気ライン２１の濃度に換算しこれを真値とした。同じ排気ライン２１に設けられた微粒子濃度検出装置４０ＰＭの算出値（ＰＭconc）と真値とを比較することにより測定誤差を求めている。ディーゼルエンジン１１と微粒子濃度検出装置４０ＰＭの距離は１．５〜２．０ｍとしている。なお図８の本発明の第１実施形態の微粒子濃度検出装置４０ＰＭの構成では、ダイリューショントンネル１１１を通過した後、排ガスは熱交換機１１２および臨界流ベンチュリ管１１３を介してブロワ１１４により吸引される。また１次捕集フィルタ１１５および２次捕集フィルタの下流側にもブロワ１１７が設けられ、排ガスを吸引している。
【００４２】
【表１】
表１の結果および図７のグラフを参照するに、距離Ｄを１０ｃｍ〜２００ｃｍの範囲とした実施例１〜実施例５では測定誤差は±１０％以下であるのに対し、距離Ｄを５ｃｍとした比較例１では、差圧検知部４２Ｂを構成するダイヤフラム圧力計が溶損してしまっているのがわかる。一方距離Ｄを、２００ｃｍを超えて延ばしてしまうと、微粒子濃度測定装置４０ＰＭの測定誤差が±１０％を超えてしまうことがわかる。
【００４３】
上記の知見から、本実施形態による微粒子濃度測定装置４０ＰＭでは、耐熱温度が１２０℃以下のものを使う場合、距離Ｄを１０ｃｍ以上で２００ｃｍ以下、好ましくは５０ｃｍ以下に設定するのが好ましい。
【００４４】
なお、図９に示す本実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭは、図２の本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置に示す排気ライン２１に微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側において差し込まれ、微粒子濃度測定装置４０ＰＭは固定されるヘッド部４２ｅを形成するパイプ形状のハウジング４２Ｅ、可撓性ホース４２Ｆ及び制御ユニット４２Ｇを含む。
【００４５】
図９の本実施例の微粒子濃度測定装置４０ＰＭに示すようにハウジング４２Ｅからは排ガスが通る可撓性ホース４２Ｆが延在し、可撓性ホース４２Ｆの下流側端には、差圧測定部４２Ｂおよび流量測定部４４を格納した制御ユニット４２Ｇが形成されている。制御ユニット４２Ｇを通過した排ガスは、排気管４２ｇへと排出される。例えばステンレスなどの耐熱金属よりなるハウジング４２Ｅ中には、例えばＳｉＣ（炭化珪素）などの多孔質セラミックよりなる微粒子検出フィルタ４２Ａが配設されている。ここでヘッド部４２ｅは、排気ライン２１に挿入される排ガス採取ラインの一部を構成する。
【００４６】
このような構成によれば、所望の微粒子濃度測定装置４０ＰＭを小型に構成でき、その結果、微粒子濃度測定装置を車両の任意の部位に、必要に応じて取り付けることが可能となる。
【００４７】
なお、図１０に図９の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの変形例を示す。図9の本発明の微粒子濃度測定装置４０ＰＭ構成において流量制御ユニット４２Ｇから排ガスを排出する排気管４２ｇにポンプ４２Ｐを接続し、排ガスを強制的に排気するように構成することもできる。かかる構成では、ヘッド部４２ｅが静止した、すなわち流れのない排ガス雰囲気中に設けられても、排ガスが、ポンプ４２Ｐが発生する負圧により吸い込まれ、所望の微粒子濃度測定を行うことが可能となる。
【００４８】
また、排ガス採取ライン４１Ａには、微粒子検出フィルタ４２Ａにおける排ガスの流れの下流側の端部と差圧検知部４２Ｂとの間に放熱構造が設けられていることが好ましい。その理由は、差圧検知部に高温の排ガスが入りにくくなるためで、そのため、耐熱性のある部品を使用しなくてもよくなる。また、微粒子検出フィルタと差圧検知部との間の距離を短くすることができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭ（ＰＭセンサ）を有するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置６０の構成を示す。
【００５０】
図１１の本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭを参照するに、排ガス浄化装置６０は図１の排ガス浄化装置２０と類似した構成を有し、排気ライン２１から微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の上流側において分岐した排ガス採取ライン４１Ａを有している。ただし図１１中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
図１１の本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭの構成では、微粒子捕捉フィルタ２２を通過していない排ガスが微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉され、微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉された微粒子の量をもとに、先の式（１）〜（３）に加えて、以下の処理を行っている。
【００５２】
排ガス中の微粒子濃度ＰＭconcは、排ガス採取ライン４１Ａ中においても排ガスライン２１中においても同じであり、従って、排ガスライン２１を通過する微粒子の量（ＰＭ enter full filter ［ｇ／ｈ］）は、
ＰＭ enter full filter ［ｇ/ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ３］×Ｑ１［ｍ3／ｈ］
（式４）
により求められる。ここでＱ１は排ガスライン２１の排ガス流量を表す。
【００５３】
これにより、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中に蓄積した微粒子の量を推定することができる。ただしＱ１は微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を通過する排ガスの流量である。Ｑ１は、実測して求めてもよいし、エンジンの運転状態から見積もってもよい。
【００５４】
図１１の本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭの構成では、さらに排ガス採取ライン４１Ａ中にバルブ４３が設けられ、バルブ４３は、図１の従来の排ガス浄化装置２０の場合と同様に、流量計４４により制御され、排ガス採取ライン４１Ａ中の排ガス流量が所定値Ｑ２に制御される。
【００５５】
一方、かかる構成では、経時的に微粒子検出フィルタ４２Ａ中に微粒子の堆積が生じるため、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生を行っている。
【００５６】
このため本実施形態では微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）上にヒータ４２ｈが形成されており、ヒータ４２ｈを駆動ライン（図示していない）からの電力により必要に応じて駆動することにより、セル４２ｂに捕捉されたカーボン（Ｃ）を主とする微粒子を燃焼させ、微粒子検出フィルタ４２Ａを再生する。
【００５７】
本発明の第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５８】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。たとえば、上記実施形態における流量測定部は、予め排ガス採取ラインを流れる流量が判っていれば、無くすことができる。また、温度測定部は排ガスの特性を一定と考えれば無くしてもよい。さらに、第２実施形態におけるヒータは、再生処理の必要が無ければ、廃止してもよい。さらにまた、流量を精確に測定していれば、バルブを無くすことができる。また、第１実施形態の微粒子濃度測定装置に、第２実施形態で説明したヒータを配置してもよい。
【００５９】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１１ ディーゼルエンジン
２０ 排ガス浄化装置
２０PM，４０ＰＭ 微粒子濃度測定装置
２１ 排気ライン
２１Ａ 副排気ライン
２２ 微粒子捕捉フィルタ
２２Ａ，４２Ａ 微粒子検出フィルタ
２２Ｂ，４２Ｂ 差圧測定部
２２Ｈ ヒータ
２３，４３ 流量調整バルブ
２４，４４ 流量測定部
４１Ａ 排ガス採取ライン
４１ａ 排ガス採取部
４２Ｅ ハウジング
４２Ｆ 可撓性ホース
４２Ｇ 制御ユニット
４２Ｐ ポンプ
４２ａ 排ガス通路
４２ｂ セル
４２ｃ 微粒子層
４２ｅ ヘッド部
４２ｇ 排気管
６０ＰＭ 微粒子濃度測定装置
１１１ 希釈トンネル
１１２ 熱交換器
１１３ 臨界流ベンチュリ管
１１４，１１７ ブロワ
１１５ １次捕集フィルタ
１１６ ２次捕集フィルタ
Ｔ１，Ｔ２ 温度測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃エンジンの排ガス浄化技術に係り、特にディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）の濃度を測定する微粒子濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排ガス中のＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ：particulate matter）の濃度を検出する装置として、図１に示す特許文献１の従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭ（ＰＭセンサ）が知られている。この従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭは、排気ライン２１から分岐された副排気ライン２１Ａと、副排気ライン２１Ａに設置された微粒子検出フィルタ２２Ａと、微粒子検出フィルタ２２Ａの入り口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部２２Ｂとを含み、さらに副排気ライン２１Ａには、流量測定部２４および温度測定部Ｔ１が設けられ、微粒子検出フィルタ２２Ａにはヒータ２２Ｈが設けられている。副排気ライン２１Ａの流量は、流量調整バルブ２３で制御されている。
【０００３】
特許文献１による従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭでは、微粒子検出フィルタ２２Ａの前後における差圧ΔＰと、副排気ライン２１Ａにおける排ガスの温度Ｔと、副排気ライン２１Ａにおける排ガスの流量Ｑ２とが測定される。測定された差圧ΔＰと排ガス温度Ｔと排ガス流量Ｑ２とから、単位時間あたりに微粒子検出フィルタに捕捉される微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］が算出される。この微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］から、排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ3］が算出される。このとき、微粒子検出フィルタ２２Ａに微粒子が大量に蓄積すると、差圧の検出精度が低下してしまう。特許文献１の微粒子測定は、ある程度の微粒子が微粒子検出フィルタに蓄積した場合にヒータ２２Ｈによって、蓄積した微粒子を燃焼除去している。
【０００４】
また特許文献１には、従来の排ガス浄化装置２０ＰＭとして、排気ライン２１に設けられ多孔質セラミックより構成される微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）２２が開示されている。従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭの上記副排気ライン２１Ａは、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の排ガス流れ上流側に接続され、求められた排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ3］と、エンジン運転状況もしくは排気ライン２１の微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入するガス流量Ｑ１とから、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入する微粒子の質量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］を算出している。
【０００５】
ところで、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２においても、上記した微粒子検出フィルタ２２Ａと同様に、継続的な使用に伴って捕捉した微粒子が徐々に堆積する。微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における微粒子の堆積を放置すると、排ガスにより生じる圧力が過大になり、燃費の悪化やエンジンの損傷を招くことがある。このため、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を使った排ガス浄化装置においては、堆積した微粒子を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中において定期的に燃焼させて除去し、微粒子捕捉フィルタ２２を再生することが行われている。
【０００６】
このような微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の再生は、高温の排ガスを微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入させることによって行う。これにより、堆積している微粒子が燃焼除去される。
【０００７】
特許文献１によれば、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に捕捉された微粒子の質量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］を求めることによって、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に実際に捕捉された微粒子量が、再生が必要な予め定められた閾値を超えているか否かを精確に判断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＥＰ１９１６３９４Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の微粒子濃度測定装置２０ＰＭにおいては、微粒子検出フィルタ２２Ａの微粒子を燃焼させた場合に高温のガスが差圧測定部に流入し、最悪の場合には差圧の測定が不可能となることが有りうる。
【００１０】
また、ディーゼルエンジンから微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に向けての高温の排ガスが副排気ライン２１Ａに流入し、差圧測定部２２Ｂに流入することも有りうる。
【００１１】
本発明は、微粒子濃度測定装置に高温の排ガスが流入した場合の耐性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一の側面によれば本発明は、ディーセルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する装置であって、上記排気ラインから分岐され、上記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、上記排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、上記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、を備え、上記差圧検知部は、上記微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けられている微粒子濃度測定装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、上記差圧検知部を上記微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けることにより、例えば上記微粒子検出フィルタに蓄積した微粒子を燃焼除去した場合や、上記微粒子捕捉フィルタの再生時に上記排気ラインを、例えば６００℃以上の高温の排ガスが流れる場合でも、上記差圧検知部が溶損したり、耐熱温度以上に加熱されて損傷したりすることを低減できる。したがって本発明の微粒子濃度測定装置は、正常な動作を維持することができる。
【００１４】
なお、本発明において微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部とは、微粒子が蓄積する微粒子検出フィルタの最下流の位置を言う（図３、４参照）。
【発明の効果】
【００１５】
好ましい実施形態によれば、上記差圧検知部は、上記分岐点から１０ｃｍ以上、よりこの好ましくは３０ｃｍ以上離間して設けられる。かかる構成により、上記差圧検知部が高温のガスにさらされることがなくなり、正常な動作を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の排ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置を含む排ガス浄化装置を示す図である。
【図３】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における微粒子検出フィルタの作用を説明する図である。
【図４】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における微粒子検出フィルタの変形例を示す図である。
【図５】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の構成をより詳細に示す図である。
【図６】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における、微粒子検出フィルタ下流側端からの距離Ｄと排ガス温度の関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における、微粒子検出フィルタ下流側端からの距離Ｄと測定誤差の関係を示すグラフである
【図８】図７の測定における微粒子量の真値を測定するための構成を示す図である。
【図９】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の全体を示す図である。
【図１０】第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の一変形例を示す図である。
【図１１】第２の実施形態による微粒子濃度測定装置を使った排ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図１２】第１の実施形態による微粒子検出フィルタの一変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態による微粒子濃度測定装置４０ＰＭ（ＰＭセンサ）を有するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の構成を示す。ただし図２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２の本発明の実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭは、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に異常が発生し、微粒子が排ガスライン２１中を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に閾値以上に漏れ出した場合に、これを検出し、アラームやランプの点灯、点滅等の警報を発するために使うことができる。
【００１８】
図２の本発明の第１実施形態を参照するに、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２が配置されたディーゼルエンジンの排気ライン２１には、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側において、一端に排ガス採取部４１ａを有する排ガス採取ライン４１Ａが、前記排ガス採取部４１ａを介して接続されており、前記排ガス採取ライン４１Ａには、図３に示す微粒子検出フィルタ４２Ａと、排ガス採取ラインの流量Ｑ２を測定する流量計４４とが直列に接続されている。排ガス採取ライン４１Ａは、下流側の端部が、例えば負圧タンクや、エアインテーク部（図示されていない）などの微粒子検出フィルタ４２Ａの入口よりも圧力の低い部分に接続され、排気ライン２１中の排ガスが、微粒子検出フィルタ４２Ａに吸引される。これは、排ガス採取ライン４１Ａの下流側に吸引ポンプを接続したのと同じであり、排気ライン２１の微粒子検出フィルタ４２Ａに排ガスを確実に供給することが可能となる。
【００１９】
また、微粒子検出フィルタ４２Ａには、微粒子検出フィルタ４２Ａの温度を測定する温度測定部Ｔ１が設けられ、また差圧測定部４２Ｂが設けられ、差圧測定部４２Ｂにより、微粒子検出フィルタ４２Ａの前後の差圧ΔＰが測定される。排ガス採取部４１ａは、排ガスライン２１の流路断面積よりも小さな流路断面積を有している。
【００２０】
なお先に説明した差圧測定部４２Ｂとしてはダイヤフラム圧力計や、例えばゲージ式、ベローズ式、熱式などの公知の圧力計を使うことができ、また流量測定部４４としては、ホットワイヤ流量計やベンチュリ流量計など、公知の流量計を使うことができる。
【００２１】
図３は本発明の第１実施形態における微粒子検出フィルタ４２Ａの例を示す。ただし図３の例では、微粒子検出フィルタ４２Ａ中に単一のセル４２ｂのみが形成されているが、図１２に示すように微粒子検出フィルタ４２Ａは、複数のセル４２ｂが形成されたものであってもよい。また、板状のフィルタであってもよい。多孔質セラミックよりなる各々のセル４２ｂは一端が開放され他端が閉じられたガス通路４２ａを形成している。
【００２２】
本実施形態では微粒子検出フィルタ４２Ａは、全体とし、微粒子捕捉フィルタ２２（ＤＰＦ）中における排ガス通路の総容積の５％以下、例えば０．０５〜５％、あるいは６５ｍｌ以下、例えば０．０５〜６５ｍｌの容積、あるいは０．１〜１０００ｃｍ２の濾過面積（好ましくは１〜１０ｃｍ２の濾過面積）を有する一または複数のガス通路４２ａが、例えば矩形断面形状で、またいずれか一端が閉じられた状態（図３では後方が閉じられた状態）で形成されている。
【００２３】
図３の本発明の第１実施形態を参照するに、ガス通路４２ａに導入された排ガスは、多孔質セラミックよりなるセル壁を通過して隣接するガス通路へと移動する。その際、セル４２ｂの内壁面に微粒子が捕捉され、微粒子層４２ｃが形成される。
【００２４】
図４は、図３のセル４２ｂの本発明の第１実施形態の一変形例を示す。図４のセルでは、排ガスはセル外部からセル壁を通過して、セル内部のガス通路４２ａへと流れ、その際前記セル４２ｂの外面に前記微粒子層４２ｃの堆積が生じる。前記図１２のフィルタでは、図３のセルと図４のセルが交互に隣接して形成されている。
【００２５】
なお、同様なセルは図１で説明した従来の微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２にも形成されているが、ガス通路４２ａおよびセル４２ｂの外形は、必ずしも微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中のガス通路と同一サイズあるいは同一の断面形状で形成される必要はなく、円形、四角形、八角形、だ円等の任意の形状にしてもよい。また微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）を構成する多孔質セラミックの材質が、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を構成する多孔質セラミックと同一である必要もなく、セラミックでなくてもよいことに注意すべきである。ガス通路４２ａの総容積を、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における排ガス通路の総容積の５％以下、あるいは６５ｍｌ以下の容積、あるいは０．１〜１０００ｃｍ２の濾過面積（好ましくは１〜１０ｃｍ２の濾過面積）を有するように形成することにより、セル４２ｂには微粒子層の一様な堆積が生じるため、以下に説明するように、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２における微粒子堆積量を、簡単かつ正確に測定することが可能になる。
【００２６】
図２の本発明の第１実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭでは、微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉された微粒子の蓄積量が、以下の形の式により算出される。
【００２７】
【数１】
（式１）
ただしΔＰは［Ｐａ］単位で表した差圧を、μは［Ｐａ・ｓ］単位で表した動粘性係数を、Ｑは［m3／ｓ］単位で表した排ガス流量を、αは［ｍ］単位で表したセルの一辺の長さを、ρ［ｇ／ｍ３］単位で表した排ガス密度を、Ｖtrapは［ｍ3］単位で表したフィルタ体積を、Ｗsは［ｍ］単位で表した壁厚を、Ｋｗは［ｍ−１］単位で表した壁のガス透過率（パーマビリティ）を、Ｋsootは［ｍ−１］単位で表した捕捉微粒子層のガス透過率（パーマビリティ）を、Ｗは［ｍ］単位で表した捕捉微粒子層の厚さを、Ｆは係数（＝２８．４５４）を、Ｌは［ｍ］単位で表した有効フィルタ長さを、βは［ｍ−１］単位で表した多孔質壁のフォルヒハイマー係数を、ζは［Ｐａ］単位で表したフィルタ通過による差圧を表す。
【００２８】
次に、微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）に捕捉された微粒子の質量ｍsootが、式
【００２９】
【数２】
（式２）
により求められる。ただしｍsootは、捕捉された微粒子の質量［ｇ］、Ｎcellsは、入口側セルの開口数、ρsootは、捕捉された微粒子の密度である。
【００３０】
そして、ｍsootを、微粒子検出フィルタ４２Aの前回の再生からの経過時間［ｓ］で割れば、単位時間あたりの捕捉量ＰＭ［ｇ/ｓ］が得られる。
【００３１】
このようにして単位時間当たりで堆積する微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｓ］が求められると、排ガス中の微粒子濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ３］が、微粒子検出フィルタ４２Ａを通過する排ガス流量Ｑ２［m3／ｓ］を使って、
ＰＭ［ｇ／ｓ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ３］×Ｑ２［ｍ3／ｓ］ （式３）
により求められる。
【００３２】
図２の本発明の第１実施形態に示すように、このような微粒子濃度測定装置４０ＰＭを微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に配設することにより、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に異常が生じ微粒子が排気ライン２１中を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に閾値以上に漏れ出した場合、本実施形態によればこのような異常を直ちに検出してアラームやランプの点灯、点滅等の警告を発することができる。
【００３３】
ところで、このような図２に示す本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンシステムでは、先にも述べたように微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に堆積した微粒子を、高温の排ガスによって燃焼除去している。微粒子の燃焼の結果、一般に６００℃〜７００℃以上の高温ガスが大量に発生し、排ガス採取ライン４１Ａに流入する場合がある。また、微粒子検出フィルタ４２Ａに蓄積した微粒子をヒータで燃焼除去した場合も排ガス採取ライン４１Ａを高温の排ガスが流通する。この時、差圧検知部４２Ｂとして使っているダイヤフラム圧力計の薄膜や歪みセンサが、高温の排ガスの熱により損傷し、あるいはその動作が不正確になり、微粒子濃度測定結果の信頼性が損なわれる恐れがある。
【００３４】
このため本実施形態では、差圧検知部４２Ｂを、図５の本発明の第１実施形態に示すように、微粒子検出フィルタ４２Ａにおける排ガス流れ下流側の端部から、下流側に距離Ｄだけ離間して配設している。
【００３５】
本発明の第１実施形態である図５を参照するに、微粒子検出フィルタ４２Ａは、一端が排ガス採取部４１ａを構成し、排ガス採取ライン４１Ａに連続するハウジング４２Ｅ中に収納されており、差圧検知部４２Ｂを構成するダイヤフラム圧力計は、微粒子検出フィルタの下流側の端部内壁面から測った距離がＤの位置に形成されている。差圧検知部４２Ｂの一端は、微粒子検出フィルタ４２Ａの上流側に接続され、また他端は微粒子検出フィルタ４２Ａの下流側において排ガス採取ライン４１Ａに接続されており、その結果、差圧検知部４２Ｂは微粒子検出フィルタ４２Ａを構成するセル４２ｂの前後の差圧を測定することができる。
【００３６】
図６は、本発明の第１実施形態の微粒子検出フィルタ下流側端からの距離Ｄと排ガス温度の関係のグラフを示す。この実験では、図２Ａの微粒子濃度測定装置４０ＰＭの微粒子検出フィルタ４２Ａに微粒子を１０ｇ／Ｌ堆積させ、ヒータによって微粒子検出フィルタ４２Ａを６５０℃まで昇温させて、微粒子を燃焼させた。この時の差圧測定部４２Ｂの温度と距離Ｄの関係を図６のグラフに示す。
【００３７】
図６の本発明の第１実施形態に係わるグラフを参照するに、距離Ｄが１０ｃｍを切ったところで差圧検知部２２Ｂの温度が約１２０℃を超え、このことから、差圧検知部４２Ｂとして耐熱性が約１２０℃、あるいはそれ以下の圧力計を使った場合には、圧力計の損傷を回避するため、距離Ｄを１０ｃｍ以上に設定する必要があるのがわかる。
【００３８】
このように、差圧測定部を端部から離間させるほど、排ガスは温度が下がる傾向にある。一方、差圧検知部４２Ｂを微粒子検出フィルタ４２Ａの下流側端部から大きく離して配設すると、差圧測定において測定誤差が増大してしまう傾向にある。正確な差圧測定のためには、差圧検知部４２Ｂは、可能な限り微粒子検出フィルタ４２Ａに近接させるのが好ましい。
【００３９】
以下の表１の結果および図７のグラフは、距離Ｄを様々に変化させた場合の、本発明の実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの測定誤差を求めた結果を示す。
【００４０】
表１の結果において測定誤差は、図２の本発明の第１実施形態の構成において排気ライン２１中の微粒子の実測値（後述）を真値とし、式（１）〜（３）で求めた微粒子濃度のこの真値に対するずれを測定誤差として求めている。
【００４１】
図８の本発明の第１実施形態の微粒子濃度測定装置の構成に示すようにディーゼルエンジン１１から排気ライン２１に排出された排ガスを、清浄な空気が導入される希釈トンネル１１１に導き、これを５２℃以下の温度まで希釈および冷却し、１次捕集フィルタ１１５および２次捕集フィルタ１１６上に採取し、その質量をマイクロ天秤で測定することにより、排ガス中の微粒子量を直接に実測し、これを排気ライン２１の濃度に換算しこれを真値とした。同じ排気ライン２１に設けられた微粒子濃度検出装置４０ＰＭの算出値（ＰＭconc）と真値とを比較することにより測定誤差を求めている。ディーゼルエンジン１１と微粒子濃度検出装置４０ＰＭの距離は１．５〜２．０ｍとしている。なお図８の本発明の第１実施形態の微粒子濃度検出装置４０ＰＭの構成では、ダイリューショントンネル１１１を通過した後、排ガスは熱交換機１１２および臨界流ベンチュリ管１１３を介してブロワ１１４により吸引される。また１次捕集フィルタ１１５および２次捕集フィルタの下流側にもブロワ１１７が設けられ、排ガスを吸引している。
【００４２】
【表１】
表１の結果および図７のグラフを参照するに、距離Ｄを１０ｃｍ〜２００ｃｍの範囲とした実施例１〜実施例５では測定誤差は±１０％以下であるのに対し、距離Ｄを５ｃｍとした比較例１では、差圧検知部４２Ｂを構成するダイヤフラム圧力計が溶損してしまっているのがわかる。一方距離Ｄを、２００ｃｍを超えて延ばしてしまうと、微粒子濃度測定装置４０ＰＭの測定誤差が±１０％を超えてしまうことがわかる。
【００４３】
上記の知見から、本実施形態による微粒子濃度測定装置４０ＰＭでは、耐熱温度が１２０℃以下のものを使う場合、距離Ｄを１０ｃｍ以上で２００ｃｍ以下、好ましくは５０ｃｍ以下に設定するのが好ましい。
【００４４】
なお、図９に示す本実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭは、図２の本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置に示す排気ライン２１に微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側において差し込まれ、微粒子濃度測定装置４０ＰＭは固定されるヘッド部４２ｅを形成するパイプ形状のハウジング４２Ｅ、可撓性ホース４２Ｆ及び制御ユニット４２Ｇを含む。
【００４５】
図９の本実施例の微粒子濃度測定装置４０ＰＭに示すようにハウジング４２Ｅからは排ガスが通る可撓性ホース４２Ｆが延在し、可撓性ホース４２Ｆの下流側端には、差圧測定部４２Ｂおよび流量測定部４４を格納した制御ユニット４２Ｇが形成されている。制御ユニット４２Ｇを通過した排ガスは、排気管４２ｇへと排出される。例えばステンレスなどの耐熱金属よりなるハウジング４２Ｅ中には、例えばＳｉＣ（炭化珪素）などの多孔質セラミックよりなる微粒子検出フィルタ４２Ａが配設されている。ここでヘッド部４２ｅは、排気ライン２１に挿入される排ガス採取ラインの一部を構成する。
【００４６】
このような構成によれば、所望の微粒子濃度測定装置４０ＰＭを小型に構成でき、その結果、微粒子濃度測定装置を車両の任意の部位に、必要に応じて取り付けることが可能となる。
【００４７】
なお、図１０に図９の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの変形例を示す。図9の本発明の微粒子濃度測定装置４０ＰＭ構成において流量制御ユニット４２Ｇから排ガスを排出する排気管４２ｇにポンプ４２Ｐを接続し、排ガスを強制的に排気するように構成することもできる。かかる構成では、ヘッド部４２ｅが静止した、すなわち流れのない排ガス雰囲気中に設けられても、排ガスが、ポンプ４２Ｐが発生する負圧により吸い込まれ、所望の微粒子濃度測定を行うことが可能となる。
【００４８】
また、排ガス採取ライン４１Ａには、微粒子検出フィルタ４２Ａにおける排ガスの流れの下流側の端部と差圧検知部４２Ｂとの間に放熱構造が設けられていることが好ましい。その理由は、差圧検知部に高温の排ガスが入りにくくなるためで、そのため、耐熱性のある部品を使用しなくてもよくなる。また、微粒子検出フィルタと差圧検知部との間の距離を短くすることができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭ（ＰＭセンサ）を有するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置６０の構成を示す。
【００５０】
図１１の本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭを参照するに、排ガス浄化装置６０は図１の排ガス浄化装置２０と類似した構成を有し、排気ライン２１から微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の上流側において分岐した排ガス採取ライン４１Ａを有している。ただし図１１中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
図１１の本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭの構成では、微粒子捕捉フィルタ２２を通過していない排ガスが微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉され、微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉された微粒子の量をもとに、先の式（１）〜（３）に加えて、以下の処理を行っている。
【００５２】
排ガス中の微粒子濃度ＰＭconcは、排ガス採取ライン４１Ａ中においても排ガスライン２１中においても同じであり、従って、排ガスライン２１を通過する微粒子の量（ＰＭ enter full filter ［ｇ／ｈ］）は、
ＰＭ enter full filter ［ｇ/ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ３］×Ｑ１［ｍ3／ｈ］
（式４）
により求められる。ここでＱ１は排ガスライン２１の排ガス流量を表す。
【００５３】
これにより、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中に蓄積した微粒子の量を推定することができる。ただしＱ１は微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を通過する排ガスの流量である。Ｑ１は、実測して求めてもよいし、エンジンの運転状態から見積もってもよい。
【００５４】
図１１の本発明の第２の実施形態による微粒子濃度測定装置６０ＰＭの構成では、さらに排ガス採取ライン４１Ａ中にバルブ４３が設けられ、バルブ４３は、図１の従来の排ガス浄化装置２０の場合と同様に、流量計４４により制御され、排ガス採取ライン４１Ａ中の排ガス流量が所定値Ｑ２に制御される。
【００５５】
一方、かかる構成では、経時的に微粒子検出フィルタ４２Ａ中に微粒子の堆積が生じるため、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生を行っている。
【００５６】
このため本実施形態では微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）上にヒータ４２ｈが形成されており、ヒータ４２ｈを駆動ライン（図示していない）からの電力により必要に応じて駆動することにより、セル４２ｂに捕捉されたカーボン（Ｃ）を主とする微粒子を燃焼させ、微粒子検出フィルタ４２Ａを再生する。
【００５７】
本発明の第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５８】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。たとえば、上記実施形態における流量測定部は、予め排ガス採取ラインを流れる流量が判っていれば、無くすことができる。また、温度測定部は排ガスの特性を一定と考えれば無くしてもよい。さらに、第２実施形態におけるヒータは、再生処理の必要が無ければ、廃止してもよい。さらにまた、流量を精確に測定していれば、バルブを無くすことができる。また、第１実施形態の微粒子濃度測定装置に、第２実施形態で説明したヒータを配置してもよい。
【００５９】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１１ ディーゼルエンジン
２０ 排ガス浄化装置
２０PM，４０ＰＭ 微粒子濃度測定装置
２１ 排気ライン
２１Ａ 副排気ライン
２２ 微粒子捕捉フィルタ
２２Ａ，４２Ａ 微粒子検出フィルタ
２２Ｂ，４２Ｂ 差圧測定部
２２Ｈ ヒータ
２３，４３ 流量調整バルブ
２４，４４ 流量測定部
４１Ａ 排ガス採取ライン
４１ａ 排ガス採取部
４２Ｅ ハウジング
４２Ｆ 可撓性ホース
４２Ｇ 制御ユニット
４２Ｐ ポンプ
４２ａ 排ガス通路
４２ｂ セル
４２ｃ 微粒子層
４２ｅ ヘッド部
４２ｇ 排気管
６０ＰＭ 微粒子濃度測定装置
１１１ 希釈トンネル
１１２ 熱交換器
１１３ 臨界流ベンチュリ管
１１４，１１７ ブロワ
１１５ １次捕集フィルタ
１１６ ２次捕集フィルタ
Ｔ１，Ｔ２ 温度測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーセルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する装置であって、
前記排気ラインから分岐され、前記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、
前記排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、
前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、を備え、
前記差圧検知部は、前記微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けられている微粒子濃度測定装置。
【請求項２】
前記差圧検知部は、前記端部から１０ｃｍ以上離間して設けられることを特徴とする請求項１記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項３】
前記差圧検知部は、前記端部から２００ｃｍ以下離間して設けられることを特徴とする請求項１に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項４】
前記差圧検知部は、前記端部から５０ｃｍ以下離間して設けられることを特徴とする請求項３に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項５】
前記差圧検知部は、耐熱性が１２０℃以下の材料を圧力検出材料として使うことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項６】
前記排ガス採取ラインには、前記端部と前記差圧検知部との間に放熱構造が設けられることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項７】
前記排ガス採取ラインに挿入され、前記排ガス採取ライン中における排ガス流量を測定する流量測定部を備える請求項１〜６のうち、いずれか一項に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項８】
さらに、前記排ガス採取ラインに挿入され、前記排ガス採取ライン中における排ガス流量を制御する流量制御バルブと、前記流量測定部で測定された前記排ガス流量に基づいて前記流量制御バルブを制御し、前記排ガス採取ライン中における排ガス流量を所定値に制御する制御装置とを備える請求項７に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項９】
前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ下流側が負圧部に接続される請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１０】
前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ下流側に配置されるポンプを備える請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１１】
前記排気ラインに前記微粒子検出センサよりもフィルタ容積が大きい微粒子捕捉フィルタが配置される請求項１〜１０のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１２】
前記排気ラインにおいて、前記排ガス採取ラインが前記微粒子捕捉フィルタの下流側に接続されることを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１３】
前記排気ラインにおいて、前記排ガス採取ラインが前記微粒子捕捉フィルタの上流側に接続されることを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１】
ディーセルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する装置であって、
前記排気ラインから分岐され、前記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、
前記排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、
前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、を備え、
前記差圧検知部は、前記微粒子検出フィルタにおける排ガス流れ下流側の端部から離間して設けられている微粒子濃度測定装置。
【請求項２】
前記差圧検知部は、前記端部から１０ｃｍ以上離間して設けられることを特徴とする請求項１記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項３】
前記差圧検知部は、前記端部から２００ｃｍ以下離間して設けられることを特徴とする請求項１に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項４】
前記差圧検知部は、前記端部から５０ｃｍ以下離間して設けられることを特徴とする請求項３に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項５】
前記差圧検知部は、耐熱性が１２０℃以下の材料を圧力検出材料として使うことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項６】
前記排ガス採取ラインには、前記端部と前記差圧検知部との間に放熱構造が設けられることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項７】
前記排ガス採取ラインに挿入され、前記排ガス採取ライン中における排ガス流量を測定する流量測定部を備える請求項１〜６のうち、いずれか一項に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項８】
さらに、前記排ガス採取ラインに挿入され、前記排ガス採取ライン中における排ガス流量を制御する流量制御バルブと、前記流量測定部で測定された前記排ガス流量に基づいて前記流量制御バルブを制御し、前記排ガス採取ライン中における排ガス流量を所定値に制御する制御装置とを備える請求項７に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項９】
前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ下流側が負圧部に接続される請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１０】
前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ下流側に配置されるポンプを備える請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１１】
前記排気ラインに前記微粒子検出センサよりもフィルタ容積が大きい微粒子捕捉フィルタが配置される請求項１〜１０のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１２】
前記排気ラインにおいて、前記排ガス採取ラインが前記微粒子捕捉フィルタの下流側に接続されることを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１３】
前記排気ラインにおいて、前記排ガス採取ラインが前記微粒子捕捉フィルタの上流側に接続されることを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３３４４９（Ｐ２０１１−１３３４４９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７５３（Ｐ２０１０−２０７５３）
【出願日】平成２２年２月１日（２０１０．２．１）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【出願人】（５０７２７１８０２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１日（２０１０．２．１）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【出願人】（５０７２７１８０２）
【Ｆターム（参考）】
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