微粒子濃度測定装置
【課題】微粒子濃度測定装置の測定精度を向上させる。
【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微粒子濃度測定装置は、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、微粒子を捕集する微粒子検出フィルタと、捕集した微粒子を加熱する加熱部と、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、前記加熱部が、前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の部分に、前記微粒子を加熱する熱量の５０％以上を加える
【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微粒子濃度測定装置は、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、微粒子を捕集する微粒子検出フィルタと、捕集した微粒子を加熱する加熱部と、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、前記加熱部が、前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の部分に、前記微粒子を加熱する熱量の５０％以上を加える
【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の装置２０ＰＭ（ＰＭセンサ）が知られている。こ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にはヒータが設けられている。
【０００３】
特許文献１による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。
【０００４】
また特許文献１には、排ガス浄化装置２０として、排気ライン２１に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）２１が開示されている。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２２に流入する微粒子の質量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、微粒子濃度測定装置の測定精度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】
【０００７】
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微粒子濃度測定装置であって、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、微粒子を捕集する微粒子検出フィルタと、捕集した微粒子を加熱する加熱部と、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、上記加熱部が、上記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の面積に、上記微粒子を加熱する熱量の５０％以上を加える微粒子濃度測定装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、微粒子検出フィルタの均一で効率的な再生が保証され、微粒子濃度の測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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使った排ガス浄化装置の構成を示す図である。
【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いて、セル上流側領域に導入される熱量割合と測定誤差の関係を示すグラフである。
【図７Ａ】第１の実施形態における加熱部の一実施例を示す図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態における加熱部の他の実施例を示す図である。
【図７Ｃ】第１の実施形態における加熱部のさらに他の実施例を示す図である。
【図７Ｄ】第１の実施形態における加熱部のさらに他の実施例を示す図である。
【図８】図６のグラフにおける微粒子濃度の真値を求める実験を説明する図である。
【図９】第２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の実施形態における一変形例による微粒子検出フィルタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[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）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、点滅等を発するために使うことができる。
【００１１】
図２を参照するに、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２が形成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が接続されており、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、流量調整バルブ４３が直列に接続されている。さらに排ガス採取ライン４１Ａは、下流側の端部が、負圧タンクや、エアインテーク部などの微粒子検出フィルタ４１Ａ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、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
図３は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。
【００１５】
図３を参照するに、微粒子検出フィルタ４２Ａは、全体として、主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（１セルの場合は後方が閉じられた状態）で、形成されている。
【００１６】
図３を参照するに、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、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。
【００１７】
図４は、図３のセル４２ｂ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２のセルと図４のセルが交互に隣接して形成されている。
【００１８】
なお、同様なセルは図１で説明した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、主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には煤層の一様な堆積が生じ、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。
【００１９】
図２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。
【００２０】
【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。
【００２１】
次に、微粒子検出フィルタ２２Ａ（セル２１ｂ）に捕捉された微粒子の質量ｍsootが、式
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２２Ａ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。
【００２５】
図２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、点滅等を発することができる。
【００２６】
ところで図２の構成で使われる微粒子濃度測定装置４０ＰＭ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。このため図５に示すように、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。
【００２７】
図５は、図２の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの構成をより詳細に示す図である。
【００２８】
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中に格納されており、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に形成されている。圧力測定部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。
【００２９】
セル４２ｂは、セル４２ｂを通過する排ガスの流れ方向の上流側端から下流側端までＬの長さを有しており、図５の微粒子濃度測定装置４０ＰＭではさらに、微粒子検出フィルタ４２Ａを構成するセル４２ｂのうち、セル４２ｂ中における上流側の例えば３０％にあたる上流側領域Ｌ１に、セル４２ｂ中に蓄積した微粒子を燃焼させ微粒子検出フィルタ４２Ａを再生するためにヒータよりなる加熱部４２Ｈが集中して形成されている。かかる構成では、上流側領域Ｌ１の下流側にあたる下流側領域Ｌ２には、加熱部４２Ｈは形成されない。あるいは加熱部４２Ｈは、下流側領域Ｌ２において、上流側領域Ｌ１よりも弱い加熱が生じるように形成される。
【００３０】
図６は、図７Ａ〜７Ｄに概略的に示すセルをセル４２ｂとして使い、セル４２ｂの上流側領域Ｌ１に投入される熱量（電力）の、セル全体に投入される熱量（電力）に対する割合を様々に変化させた場合の、式（１）〜（３）に従って求めた排ガス中の微粒子濃度と、実際に排ガス中に含まれる微粒子を実測して求めた微粒子濃度（真値）との測定誤差を示すグラフである。ただし図６の実験では、上流側領域Ｌ１を全体の長さＬの３０％に設定している。
【００３１】
図７Ａ，７Ｂの試料を参照するに、セル４２ｂは全体の長さＬが１５ｍｍで、一辺が４．０ｍｍの正方形断面を有し、内部に一辺が３．２ｍｍの正方形断面を有するガス通路が、ガス通路４２ａとして形成されている。セル４２ｂは、０．４ｍｍの壁厚を有している。図７Ａのセルの例では、加熱部４２Ｈとして線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈが、上流側領域Ｌ１にのみ、１８回巻回されている。一方図７Ｂのセルでは、ヒータ４２Ｈとして線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈが、上流側領域Ｌ１において１２回、下流側領域Ｌ２において６回巻回されている。
【００３２】
一方図７Ｃ，７Ｄの試料では、図７Ａ，７Ｂの場合と同じセル４２ｂ上に抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲが、Ｃｒ膜の溶射あるいは印刷、あるいはＰｔ膜のスパッタにより形成されている。以下の表１を参照。ただし図７Ｃの例では抵抗ヒータパターン４２ｈＲが、領域Ｌ１では幅が０．８ｍｍのジグザグパタ―ンの形状に、また領域Ｌ２では幅が１．２ｍｍの直線パタ―ン形状に形成されている。同じ抵抗ヒータパターン４２ｈＲは、セル４２ｂの対向面にも形成されている。またただし図７Ｃの例では抵抗ヒータパターン４２ｈＲが、領域Ｌ１では幅が０．８ｍｍのジグザグパタ―ンの形状に、また領域Ｌ２では幅が１．２ｍｍの直線パタ―ン形状に形成されている。同じ抵抗ヒータパターン４２ｈＲは、セル４２ｂの対向面にも形成されている。図７Ｃの試料では、抵抗ヒータパターン４２ｈＲの幅Ｗ１，Ｗ２を領域Ｌ１およびＬ２で様々に、例えば０．８ｍｍと１．２ｍｍなどに変化させ、また領域Ｌ１において抵抗ヒータパターン４２ｈＲがなすジグザグパタ―ンの折り返し回数、ピッチを変化させる又はヒータパターニングの厚みを変化させることにより、領域Ｌ１に投入される熱量の割合（％）を変化させている。
【００３３】
図７Ｄの試料では、抵抗ヒータパターン４２ｈＲが領域Ｌ１およびＬ２において直線形状に形成され、その幅を、領域Ｌ１およびＬ２でＷ１およびＷ２と変化させている。一の例では幅Ｗ１は０．９３ｍｍに設定され、幅Ｗ２は３．７ｍｍに設定される。
【００３４】
以下に説明する図６の実験では、線ヒータ（カンタル線ヒータ）の巻き数を上流側領域Ｌ１および下流側領域Ｌ２で様々に変化させ、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生時に上流側領域Ｌ１に投入される熱量の割合（％）を、様々に変化させている。またセル４２ｂには排ガスを０．１４ｌ／分の割合で導入している。
【００３５】
図８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（ディーゼルエンジンＥ／Ｇからの距離１．５〜２．０ｍ）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。なお図８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。
【００３６】
再び図６のグラフを参照するに、セル４２ｂの下流側領域Ｌ２に熱量を集中的に投入した場合、すなわちセル４２ｂの上流側３０％の領域Ｌ１への投入熱量の割合（％）を、セル全体への投入熱量の４０％とした場合には、微粒子濃度測定装置４０ＰＭによる微粒子濃度の測定誤差は±１０％を超え、±１１％あるいは±１３％に達する大きな測定誤差が生じることがわかる。
【００３７】
これに対しセル４２ｂの上流側３０％の領域Ｌ１への投入熱量の割合（％）を、セル全体への投入熱量の５０％〜７０％とした場合には、測定誤差は、図６より±６％未満に抑制されることがわかる。
【００３８】
一方、セル４２ｂの上流側３０％の領域Ｌ１へ１００％の熱量を投入した場合には、測定誤差は再び増大し、±６％を超えるのがわかる。
【００３９】
表１は、セル４２ｂにおいて線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈあるいは抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲとして様々な材料を用い、領域Ｌ１，Ｌ２への投入熱量の比率を様々に変化させた場合の再生率と測定誤差を求めた結果を示す。
【００４０】
【表１】
表１を参照するに、「再生率」は、線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈあるいは抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲを駆動してセル４２ｂ中に蓄積した微粒子を燃焼させ微粒子検出フィルタ４２Ａを再生した後に残留した微粒子量を表しており、セル４２ｂの初期重量と再生後の重量を比較することで求められる。測定誤差は、図６の場合と同様にして求められる。
【００４１】
表１を参照するに、測定誤差は再生率が低下するとともに増大しており、このことから、図６のグラフにおける測定誤差の原因は、セル４２ｂ中に再生後も未燃焼の微粒子が残留していることにあると考えられる。
【００４２】
特に図６のグラフにおいてセル上流側領域Ｌ１に投入される熱量が４０％の実験例では、熱量は６０％が下流側領域Ｌ２に投入されており、上流側領域Ｌ１での微粒子の燃焼が不十分となり、下流側領域Ｌ２でもみ燃焼の微粒子が残留する。これが理由で、上記実験例では微粒子濃度測定において大きな測定誤差が発生している。
【００４３】
これに対し、上流側領域Ｌ１および下流側領域Ｌ２に適正に熱量を配分すると、すなわち、上流側領域Ｌ１に投入される熱量の全投入熱量に対する割合（％）を５０％以上、９０％以下とすることにより、微粒子濃度の測定誤差を±６％以下に抑制することが可能である。
【００４４】
また図６のグラフにおいて上流側領域Ｌ１にのみ１００％の熱量を投入した場合には、測定誤差の値が再び増大しているが、これは下流側領域Ｌ２への熱量の投入が全くないと、微粒子捕集フィルタを伝導する熱のみに頼ることとなるため、下流側への熱が不足し、再生の際に下流側領域Ｌ２において微粒子の燃焼が不完全となり、測定誤差が増大するものと考えられる。
【００４５】
本実施形態では、図５あるいは図７Ａ〜７Ｄに示すように、加熱部４２Ｈを、副微粒子検出フィルタの一部に集中的に配置することにより、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生を良好に行うことが可能となり、微粒子濃度検出装置４０ＰＭの測定誤差を低減することが可能となる。
【００４６】
また加熱部４２Ｈは、表１に示すように線ヒータ（カンタル線）、Ｃｒ膜あるいはＰｔ膜より構成する（抵抗ヒータパタ―ン）ことができるが、これらの材料に限定されるものではない。さらに表１に記載したように、抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲは、溶射やスパッタ、印刷、特にスクリーン印刷など、様々な方法により形成することができる。
【００４７】
線ヒータは、例えばカンタル線が挙げられ、その他の線ヒータであってもよい。また線ヒータ、抵抗パターンを抵抗ヒータともいい、抵抗ヒータは線ヒータ、抵抗パターンに限定されるものではない。
【００４８】
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に示す排気ライン２１に微粒子捕捉フィルタ２２（ＤＰＦ）の下流側において差し込まれ、固定されるヘッド部４２ｅを形成された例えばステンレスなどの耐熱金属よりなるパイプ形状のハウジング４２Ｅを含み、ハウジング４２Ｅ中には微粒子検出フィルタ４２Ａが、好ましくはＳｉＣ（炭化珪素）などの多孔質セラミックにより構成され配設されている。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。
【００４９】
図９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。
【００５０】
このような構成によれば、所望の微粒子濃度測定装置を小型に構成でき、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。
【００５１】
なお本実施形態において、図１０に示すように、図9の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。
［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検出装置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。
【００５２】
図１１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。
【００５３】
図１１の構成では、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）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。
【００５４】
排ガス中の微粒子濃度ＰＭconcは、排ガス採取ライン２１Ａ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は排ガスラインの排ガス流量を表す。
【００５５】
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。
【００５６】
図１１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。
【００５７】
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。
【００５８】
このため先に説明したように、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。
【００５９】
本実施形態においても、第一実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
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、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。
【００６１】
また図４に示すように、セルの内側（径内方向）に加熱部（ヒータ）を配置してもよく、セルの外側（径外方向）に加熱部（ヒータ）を配置してもよい。
【００６２】
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】
【００６３】
１１ ディーゼルエンジン
２０ 排ガス浄化装置
２０PM 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
４２Ｈ，４２ｈ 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
４２ｈＲ 抵抗ヒータパタ―ン
６０ＰＭ 微粒子濃度検出装置
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
Ｌ１ 上流側領域
Ｌ２ 下流側領域
Ｔ１，Ｔ２ 温度測定部
Ｗ１，Ｗ２ 抵抗ヒータパタ―ン幅
【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の装置２０ＰＭ（ＰＭセンサ）が知られている。こ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にはヒータが設けられている。
【０００３】
特許文献１による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。
【０００４】
また特許文献１には、排ガス浄化装置２０として、排気ライン２１に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）２１が開示されている。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２２に流入する微粒子の質量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、微粒子濃度測定装置の測定精度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】
【０００７】
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微粒子濃度測定装置であって、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、微粒子を捕集する微粒子検出フィルタと、捕集した微粒子を加熱する加熱部と、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、上記加熱部が、上記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の面積に、上記微粒子を加熱する熱量の５０％以上を加える微粒子濃度測定装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、微粒子検出フィルタの均一で効率的な再生が保証され、微粒子濃度の測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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使った排ガス浄化装置の構成を示す図である。
【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いて、セル上流側領域に導入される熱量割合と測定誤差の関係を示すグラフである。
【図７Ａ】第１の実施形態における加熱部の一実施例を示す図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態における加熱部の他の実施例を示す図である。
【図７Ｃ】第１の実施形態における加熱部のさらに他の実施例を示す図である。
【図７Ｄ】第１の実施形態における加熱部のさらに他の実施例を示す図である。
【図８】図６のグラフにおける微粒子濃度の真値を求める実験を説明する図である。
【図９】第２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の実施形態における一変形例による微粒子検出フィルタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[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）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、点滅等を発するために使うことができる。
【００１１】
図２を参照するに、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２が形成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が接続されており、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、流量調整バルブ４３が直列に接続されている。さらに排ガス採取ライン４１Ａは、下流側の端部が、負圧タンクや、エアインテーク部などの微粒子検出フィルタ４１Ａ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、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
図３は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。
【００１５】
図３を参照するに、微粒子検出フィルタ４２Ａは、全体として、主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（１セルの場合は後方が閉じられた状態）で、形成されている。
【００１６】
図３を参照するに、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、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。
【００１７】
図４は、図３のセル４２ｂ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２のセルと図４のセルが交互に隣接して形成されている。
【００１８】
なお、同様なセルは図１で説明した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、主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には煤層の一様な堆積が生じ、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。
【００１９】
図２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。
【００２０】
【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。
【００２１】
次に、微粒子検出フィルタ２２Ａ（セル２１ｂ）に捕捉された微粒子の質量ｍsootが、式
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２２Ａ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。
【００２５】
図２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、点滅等を発することができる。
【００２６】
ところで図２の構成で使われる微粒子濃度測定装置４０ＰＭ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。このため図５に示すように、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。
【００２７】
図５は、図２の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの構成をより詳細に示す図である。
【００２８】
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中に格納されており、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に形成されている。圧力測定部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。
【００２９】
セル４２ｂは、セル４２ｂを通過する排ガスの流れ方向の上流側端から下流側端までＬの長さを有しており、図５の微粒子濃度測定装置４０ＰＭではさらに、微粒子検出フィルタ４２Ａを構成するセル４２ｂのうち、セル４２ｂ中における上流側の例えば３０％にあたる上流側領域Ｌ１に、セル４２ｂ中に蓄積した微粒子を燃焼させ微粒子検出フィルタ４２Ａを再生するためにヒータよりなる加熱部４２Ｈが集中して形成されている。かかる構成では、上流側領域Ｌ１の下流側にあたる下流側領域Ｌ２には、加熱部４２Ｈは形成されない。あるいは加熱部４２Ｈは、下流側領域Ｌ２において、上流側領域Ｌ１よりも弱い加熱が生じるように形成される。
【００３０】
図６は、図７Ａ〜７Ｄに概略的に示すセルをセル４２ｂとして使い、セル４２ｂの上流側領域Ｌ１に投入される熱量（電力）の、セル全体に投入される熱量（電力）に対する割合を様々に変化させた場合の、式（１）〜（３）に従って求めた排ガス中の微粒子濃度と、実際に排ガス中に含まれる微粒子を実測して求めた微粒子濃度（真値）との測定誤差を示すグラフである。ただし図６の実験では、上流側領域Ｌ１を全体の長さＬの３０％に設定している。
【００３１】
図７Ａ，７Ｂの試料を参照するに、セル４２ｂは全体の長さＬが１５ｍｍで、一辺が４．０ｍｍの正方形断面を有し、内部に一辺が３．２ｍｍの正方形断面を有するガス通路が、ガス通路４２ａとして形成されている。セル４２ｂは、０．４ｍｍの壁厚を有している。図７Ａのセルの例では、加熱部４２Ｈとして線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈが、上流側領域Ｌ１にのみ、１８回巻回されている。一方図７Ｂのセルでは、ヒータ４２Ｈとして線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈが、上流側領域Ｌ１において１２回、下流側領域Ｌ２において６回巻回されている。
【００３２】
一方図７Ｃ，７Ｄの試料では、図７Ａ，７Ｂの場合と同じセル４２ｂ上に抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲが、Ｃｒ膜の溶射あるいは印刷、あるいはＰｔ膜のスパッタにより形成されている。以下の表１を参照。ただし図７Ｃの例では抵抗ヒータパターン４２ｈＲが、領域Ｌ１では幅が０．８ｍｍのジグザグパタ―ンの形状に、また領域Ｌ２では幅が１．２ｍｍの直線パタ―ン形状に形成されている。同じ抵抗ヒータパターン４２ｈＲは、セル４２ｂの対向面にも形成されている。またただし図７Ｃの例では抵抗ヒータパターン４２ｈＲが、領域Ｌ１では幅が０．８ｍｍのジグザグパタ―ンの形状に、また領域Ｌ２では幅が１．２ｍｍの直線パタ―ン形状に形成されている。同じ抵抗ヒータパターン４２ｈＲは、セル４２ｂの対向面にも形成されている。図７Ｃの試料では、抵抗ヒータパターン４２ｈＲの幅Ｗ１，Ｗ２を領域Ｌ１およびＬ２で様々に、例えば０．８ｍｍと１．２ｍｍなどに変化させ、また領域Ｌ１において抵抗ヒータパターン４２ｈＲがなすジグザグパタ―ンの折り返し回数、ピッチを変化させる又はヒータパターニングの厚みを変化させることにより、領域Ｌ１に投入される熱量の割合（％）を変化させている。
【００３３】
図７Ｄの試料では、抵抗ヒータパターン４２ｈＲが領域Ｌ１およびＬ２において直線形状に形成され、その幅を、領域Ｌ１およびＬ２でＷ１およびＷ２と変化させている。一の例では幅Ｗ１は０．９３ｍｍに設定され、幅Ｗ２は３．７ｍｍに設定される。
【００３４】
以下に説明する図６の実験では、線ヒータ（カンタル線ヒータ）の巻き数を上流側領域Ｌ１および下流側領域Ｌ２で様々に変化させ、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生時に上流側領域Ｌ１に投入される熱量の割合（％）を、様々に変化させている。またセル４２ｂには排ガスを０．１４ｌ／分の割合で導入している。
【００３５】
図８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（ディーゼルエンジンＥ／Ｇからの距離１．５〜２．０ｍ）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。なお図８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。
【００３６】
再び図６のグラフを参照するに、セル４２ｂの下流側領域Ｌ２に熱量を集中的に投入した場合、すなわちセル４２ｂの上流側３０％の領域Ｌ１への投入熱量の割合（％）を、セル全体への投入熱量の４０％とした場合には、微粒子濃度測定装置４０ＰＭによる微粒子濃度の測定誤差は±１０％を超え、±１１％あるいは±１３％に達する大きな測定誤差が生じることがわかる。
【００３７】
これに対しセル４２ｂの上流側３０％の領域Ｌ１への投入熱量の割合（％）を、セル全体への投入熱量の５０％〜７０％とした場合には、測定誤差は、図６より±６％未満に抑制されることがわかる。
【００３８】
一方、セル４２ｂの上流側３０％の領域Ｌ１へ１００％の熱量を投入した場合には、測定誤差は再び増大し、±６％を超えるのがわかる。
【００３９】
表１は、セル４２ｂにおいて線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈあるいは抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲとして様々な材料を用い、領域Ｌ１，Ｌ２への投入熱量の比率を様々に変化させた場合の再生率と測定誤差を求めた結果を示す。
【００４０】
【表１】
表１を参照するに、「再生率」は、線ヒータ（カンタル線ヒータ）４２ｈあるいは抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲを駆動してセル４２ｂ中に蓄積した微粒子を燃焼させ微粒子検出フィルタ４２Ａを再生した後に残留した微粒子量を表しており、セル４２ｂの初期重量と再生後の重量を比較することで求められる。測定誤差は、図６の場合と同様にして求められる。
【００４１】
表１を参照するに、測定誤差は再生率が低下するとともに増大しており、このことから、図６のグラフにおける測定誤差の原因は、セル４２ｂ中に再生後も未燃焼の微粒子が残留していることにあると考えられる。
【００４２】
特に図６のグラフにおいてセル上流側領域Ｌ１に投入される熱量が４０％の実験例では、熱量は６０％が下流側領域Ｌ２に投入されており、上流側領域Ｌ１での微粒子の燃焼が不十分となり、下流側領域Ｌ２でもみ燃焼の微粒子が残留する。これが理由で、上記実験例では微粒子濃度測定において大きな測定誤差が発生している。
【００４３】
これに対し、上流側領域Ｌ１および下流側領域Ｌ２に適正に熱量を配分すると、すなわち、上流側領域Ｌ１に投入される熱量の全投入熱量に対する割合（％）を５０％以上、９０％以下とすることにより、微粒子濃度の測定誤差を±６％以下に抑制することが可能である。
【００４４】
また図６のグラフにおいて上流側領域Ｌ１にのみ１００％の熱量を投入した場合には、測定誤差の値が再び増大しているが、これは下流側領域Ｌ２への熱量の投入が全くないと、微粒子捕集フィルタを伝導する熱のみに頼ることとなるため、下流側への熱が不足し、再生の際に下流側領域Ｌ２において微粒子の燃焼が不完全となり、測定誤差が増大するものと考えられる。
【００４５】
本実施形態では、図５あるいは図７Ａ〜７Ｄに示すように、加熱部４２Ｈを、副微粒子検出フィルタの一部に集中的に配置することにより、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生を良好に行うことが可能となり、微粒子濃度検出装置４０ＰＭの測定誤差を低減することが可能となる。
【００４６】
また加熱部４２Ｈは、表１に示すように線ヒータ（カンタル線）、Ｃｒ膜あるいはＰｔ膜より構成する（抵抗ヒータパタ―ン）ことができるが、これらの材料に限定されるものではない。さらに表１に記載したように、抵抗ヒータパタ―ン４２ｈＲは、溶射やスパッタ、印刷、特にスクリーン印刷など、様々な方法により形成することができる。
【００４７】
線ヒータは、例えばカンタル線が挙げられ、その他の線ヒータであってもよい。また線ヒータ、抵抗パターンを抵抗ヒータともいい、抵抗ヒータは線ヒータ、抵抗パターンに限定されるものではない。
【００４８】
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に示す排気ライン２１に微粒子捕捉フィルタ２２（ＤＰＦ）の下流側において差し込まれ、固定されるヘッド部４２ｅを形成された例えばステンレスなどの耐熱金属よりなるパイプ形状のハウジング４２Ｅを含み、ハウジング４２Ｅ中には微粒子検出フィルタ４２Ａが、好ましくはＳｉＣ（炭化珪素）などの多孔質セラミックにより構成され配設されている。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。
【００４９】
図９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。
【００５０】
このような構成によれば、所望の微粒子濃度測定装置を小型に構成でき、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。
【００５１】
なお本実施形態において、図１０に示すように、図9の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。
［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検出装置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。
【００５２】
図１１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。
【００５３】
図１１の構成では、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）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。
【００５４】
排ガス中の微粒子濃度ＰＭconcは、排ガス採取ライン２１Ａ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は排ガスラインの排ガス流量を表す。
【００５５】
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。
【００５６】
図１１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。
【００５７】
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。
【００５８】
このため先に説明したように、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。
【００５９】
本実施形態においても、第一実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
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、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。
【００６１】
また図４に示すように、セルの内側（径内方向）に加熱部（ヒータ）を配置してもよく、セルの外側（径外方向）に加熱部（ヒータ）を配置してもよい。
【００６２】
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】
【００６３】
１１ ディーゼルエンジン
２０ 排ガス浄化装置
２０PM 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
４２Ｈ，４２ｈ 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
４２ｈＲ 抵抗ヒータパタ―ン
６０ＰＭ 微粒子濃度検出装置
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
Ｌ１ 上流側領域
Ｌ２ 下流側領域
Ｔ１，Ｔ２ 温度測定部
Ｗ１，Ｗ２ 抵抗ヒータパタ―ン幅
【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微粒子濃度測定装置であって、
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、微粒子を捕集する微粒子検出フィルタと、
捕集した微粒子を加熱する加熱部と、
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、
前記加熱部が、前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の部分に、前記微粒子を加熱する熱量の５０％以上を加えることを特徴とする微粒子濃度測定装置。
【請求項２】
前記加熱部が、前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の部分に、前記微粒子を加熱する熱量の５０％以上９０％以下の熱量を加え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３】
前記微粒子検出フィルタは、少なくとも前記排ガス流れ下流側に向かう軸方向に延在する筒形状と、前記筒形状の排ガス流れ下流側に配置される底形状を有しており、
前記加熱部は前記筒形状の径外方向に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項４】
前記微粒子検出フィルタは、少なくとも前記排ガス流れ下流側に向かう軸方向に延在する筒形状と、前記筒形状の排ガス流れ上流側に配置される底形状を有しており、
前記加熱部は、前記筒形状の径内方向に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項５】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタに巻き回された抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項６】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタに印刷された抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項７】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタに溶射された抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項８】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタにスパッタリングされた抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項９】
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１〜８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９に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１１】
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１〜１０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】
前記排気ラインに前記微粒子検出フィルタよりも容量の大きい微粒子捕捉フィルタが配置される請求項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下流側に接続されることを特徴とする請求項１２記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１４】
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１２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微粒子濃度測定装置であって、
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、微粒子を捕集する微粒子検出フィルタと、
捕集した微粒子を加熱する加熱部と、
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、
前記加熱部が、前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の部分に、前記微粒子を加熱する熱量の５０％以上を加えることを特徴とする微粒子濃度測定装置。
【請求項２】
前記加熱部が、前記微粒子検出フィルタの排ガス流れ上流側３０％の部分に、前記微粒子を加熱する熱量の５０％以上９０％以下の熱量を加え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３】
前記微粒子検出フィルタは、少なくとも前記排ガス流れ下流側に向かう軸方向に延在する筒形状と、前記筒形状の排ガス流れ下流側に配置される底形状を有しており、
前記加熱部は前記筒形状の径外方向に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項４】
前記微粒子検出フィルタは、少なくとも前記排ガス流れ下流側に向かう軸方向に延在する筒形状と、前記筒形状の排ガス流れ上流側に配置される底形状を有しており、
前記加熱部は、前記筒形状の径内方向に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項５】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタに巻き回された抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項６】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタに印刷された抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項７】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタに溶射された抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項８】
前記加熱部は、前記微粒子検出フィルタにスパッタリングされた抵抗ヒータよりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項９】
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１〜８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９に記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１１】
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１〜１０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】
前記排気ラインに前記微粒子検出フィルタよりも容量の大きい微粒子捕捉フィルタが配置される請求項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下流側に接続されることを特徴とする請求項１２記載の微粒子濃度測定装置。
【請求項１４】
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１２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７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−３７２３７（Ｐ２０１２−３７２３７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７５５（Ｐ２０１０−２０７５５）
【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）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【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）
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