JP2004177407A - 流体中、特に内燃エンジンの排気ガス中に含まれている粒子の量を測定する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの作動状態に依存せず、かつ信頼性がより高い、流体中に含まれる粒子の量を測定する装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、粒子が付着する捕集面を有している少なくとも１つの絶縁部材１０，１２と、絶縁部材１０，１２の電気抵抗を測定する手段３２とを有している、流体中に含まれる粒子の量を測定する装置に関する。本発明によれば、この装置は、粒子を絶縁部材１０，１２の捕集面１６，１８に向けて追いやるエネルギー発生器４０，４２を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体中に含まれている粒子の量を測定する装置に関する。

本発明は、特に、多少の導電性を有する炭素含有粒子、すなわちすすなどの粒子を運ぶ流体が通るフィルタ部材の付着物の処理の分野に適用される。

本発明は、特に、内燃エンジンの排気経路中に配置された粒子フィルタを通る炭素含有粒子の量の測定に応用される。

これらのエンジン、特にディーゼルエンジンは特に大量の粒子を生成するため、それらのエンジンの排気経路には、最大でほぼ１００％の非常に高い濾過効率でそれらの粒子を保持するフィルタ手段が備えられている。

そのようなフィルタを使用する場合の問題は、フィルタが付着物によって詰まるのを防止するために、特に粒子の付着物を燃焼させることによって、フィルタを定期的に再生しなければならないことである。

実際に、フィルタが詰まると、エンジンの燃料消費を増加させる影響を有する排気背圧の増大につながる。そのフィルタが完全に詰まってしまう極端な場合には、エンジンが完全に故障することにつながることさえある。

排気ガスの温度がフィルタ上に存在する粒子の酸化に必要なレベルに達しているときには、粒子フィルタの燃焼による再生が自然に発生することがある。

しかしながら、エンジンの通常の作動状態では、排気ガスの温度レベルはフィルタの再生を生じさせるのには十分ではなく、その場合、フィルタの付着物が一定のしきい値に達したときに粒子の燃焼を人為的に引き起こすことが必要である。

そのため、特許文献１および特許文献２に記載されているように、粒子が付着する絶縁部材の表面に沿って間隔をおいた２点間で測定される電気抵抗の変化が用いられる。

より詳しくは、通常はセラミックからなる絶縁部材のその捕集面は排気ガスの流れ方向に対して横切る方向に配置する必要があり、その捕集面の電気抵抗は捕集面の２つの端部に配置された測定端子によって測定される。

粒子が存在していない場合には測定される抵抗値は無限大であり、粒子が付着するにつれて、端子間が導通して抵抗値が減少する。この抵抗値の変化は、絶縁部材の捕集面上に存在する粒子の量に直接関連している。

したがって、この抵抗値の変化により、一定の時間間隔中にフィルタを潜在的に通過した粒子の量を測定して、加熱によるこのフィルタの再生や排気ガス中へのエネルギーの供給など、この測定後に必要な方策を検討することが可能になる。
仏国特許出願公開第２，７６０，５３１号明細書 仏国特許出願公開第２，８０５，３４７号明細書

しかしながら、本願出願人は、このようにして行った測定の値が排気ガス中に存在する粒子の実際の量を表していないことに気付いた。

実際上、絶縁部材上への粒子付着物の形成は、エンジンの作動状態に依存する排気ガスの流れの状態に大きく依存する傾向がある。

排気ガスの流速が高い場合は普通はエンジンが高速作動中であり、ガス中に存在する粒子の一部は絶縁部材の表面に衝突し、その表面上で弾み、排気ガスによって排気経路内に戻される。

したがって、絶縁部材上で捕集される粒子は、ガス中に存在する粒子を正確には反映しておらず、捕集面の抵抗値を測定した後、実行すべき方策が測定時に必要であるのに反して後で実行されることになる。

本発明の目的は、エンジンの作動状態に依存せず、かつ信頼性がより高い測定装置によって、上述の欠点を克服することである。

粒子が付着する捕集面を有している少なくとも１つの絶縁部材と、絶縁部材の電気抵抗を測定する手段とを有している、流体中に含まれる粒子の量を測定する装置が、粒子を絶縁部材の捕集面に向けて追いやるエネルギー発生器を有していることを特徴としている。

好ましくは、エネルギー発生器は電場発生器からなっていてもよい。

エネルギー発生器は磁場発生器からなっていてもよい。

有利なことに、発生器は、両者間を粒子が流れる２つの導電部材を有していてもよい。

発生器は、実質的に互いに平行に配置されたブレードの形状の２つの導電部材を有していてもよい。

発生器は、実質的に同軸で、かつ互いにはめ込まれている筒形の２つの導電部材を有していてもよい。

さらに、少なくとも１つの導電部材は絶縁部材を保持していてもよい。

導電部材は、絶縁部材上にメタライジングを行うことによって付着させられた金属層からなっていてもよい。

好ましくは、絶縁部材は加熱手段を有していてもよい。

絶縁部材は、絶縁部材の電気抵抗を測定する２つの端子を保持していてもよい。

さらに、絶縁部材は少なくとも１つの触媒が含浸されていてもよい。

流体は内燃エンジンの排気ガスであってもよい。

本装置を、粒子フィルタおよび／または触媒の再生を制御するために粒子付着物の評価に用いてもよい。

本発明のその他の特徴と利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として説明する下記の説明を読むことで明らかになるであろう。

図１および図２を参照すると、粒子Ｐの量を測定する装置が、排気ガスが通る（矢印Ａ）領域１４を残すように、互いに対向し、かつ互いに距離をおいて配置されたセラミック製の２つの絶縁部材１０，１２を有している。これらの部材１０，１２は、平行六面体のプレートの形状、好ましくは長方形の形状を有していることが好ましく、互いに対向して配置されているそれらのプレートの大きな捕集面１６，１８は、実質的に互いに平行であり、かつ排気ガスが流れる主要な経路にも平行である。

少なくとも１つのプレート１０は、実質的に互いに平行で、かつプレート１０に埋め込まれ、その１つの縁２４，２６が捕集面１６を越えて突き出しているか、または捕集面１６と同一平面を成している、導電性の棒のような２つの測定端子２０，２２を保持している。それらの棒２０，２２は、各々、プレート１０の上端と下端の近傍に排気ガスの流れ方向と平行に配置されており、導電体２８，３０によってこのプレート１０の電気抵抗を測定する手段３２に接続された端子を形成している。

プレート１０は、電池（不図示）などの電源から導電体３６，３８によって給電を受ける加熱抵抗からなる加熱手段３４も有している。この抵抗は、プレート１０の主要部分内に組み込まれており、電流が供給されると、捕集した粒子を燃焼させることによってこのプレート１０を再生させることが可能である。

図示した例では、プレート１０，１２の各々は、捕集面１６，１８に対向する面上に、それらの面の全面にわたって広がっている金属性のブレードの形状を有する導電部材４０，４２を保持している。それらのブレード４０，４２も、互いに実質的に平行であり、かつ排気ガスの流れ方向に対しても実質的に平行である。ブレード４０，４２の各々は、電源（不図示）の端子との接続部が陽極と陰極とであってもよい導電体４４，４６に接続されている。電源が投入されると、それらの陽極と陰極は、力線を発生する電場発生器の両極になる。

捕集面１６，１８に対して全体的に実質的に垂直なこの電場（矢印Ｆ）は、一方のブレードから他方のブレードに向けてプレート１０，１２を通り、かつ領域１４を流れている排気ガス中に存在する粒子に作用を及ぼす電場の線、すなわち力線を生じさせる。

すでに認められているように、排気ガス内に流れている粒子は互いに衝突し、さらにこの排気ガスの分子と衝突し、それらの衝突の衝撃の結果、正または負に帯電することで電子を得たり失ったりする。

その結果、例示として図１および図２の矢印Ｄに示されているように、いくらかの導電性を有する炭素含有粒子が電場によって発生させられた電気力を受けると、それらの粒子は当初の軌道から逸れ、粒子の極性とは異なる極性を有するブレードに向けて引き寄せられる。したがって、それらの粒子は、そのブレードを保持しているプレートの捕集面上に捕集される。

このようにして、炭素含有粒子の付着物がプレート１０の捕集面１６上に形成され、炭素含有粒子の付着物が棒２０，２２の間を電気的に接続し、その捕集面１６の電気抵抗が測定手段３２によって容易に定量化できる程度に変化する。

それらの粒子が流れている間は、正極性の粒子と負極性の粒子との間の配分が実質的に等しいことがわかっている。したがって、測定された抵抗値の単純な相関関係によって、捕集面１６上に捕集された粒子の量を知ることが可能であり、また、外挿法によって、捕集された粒子の総量と排気ガス中に当初含まれていた粒子の量とを知ることが可能である。

もちろん、加熱手段３４をさまざまな規準に従って制御して捕集面１６上に堆積した粒子を燃焼させ、それによって本装置の測定能力を定期的に回復することが可能である。

加熱手段３４を、プレート１０および１２の両方の面１６および面１８上の炭素含有粒子の燃焼を開始できるように構成してもよい。

また、プレート１０の加熱手段３４の他に、たとえばプレート１０に保持されている抵抗と同様な形状の加熱手段をプレート１２の主要部分内に配置して、面１６上の粒子の燃焼と同時に面１８上に捕集された粒子を燃焼させることも可能である。

本発明の範囲から逸脱することなく、排気ガスの流入を促進するために、絞り部を排気ガスの流れ領域１４の入口に配置することができる。例として、図１の点線で示すように、その絞り部は、プレート１０，１２の先端面上の斜面で構成することができる。

本測定装置の利点は、本測定装置を排気ガスの流れの状態に依存しないようにすることが可能なことにある。実際に、領域１４を通るすべての粒子が捕集面１６，１８上に捕集されるように電場の強さを設定して、粒子が排気ガスによって排気ガスと共に運ばれるのを電気力により防ぐことが可能である。

さらに、本測定装置を粒子フィルタの管理に適用する場合、注目すべき点は、抵抗値が測定される捕集面１６が粒子フィルタと同様に詰まることである。

したがって、本装置を粒子フィルタの上流に配置した場合、粒子フィルタの付着の度合をリアルタイムに知ることが容易になり、かつ適切な時点でその粒子フィルタの再生を開始し易くなる。

さらに、本測定装置を粒子フィルタの下流に配置することにより、フィルタの性能を評価し、かつ発生する可能性のある障害を検出することができる。そのような配置は、その粒子フィルタに障害が生じた場合に、車両のダッシュボードで警報ベルを発報させたり警告灯を点灯させたりすることが可能なＯＢＤタイプ（車載式故障診断）の車載式故障診断を使用する場合に特に有用である。

そのうえ、排気ガス中に存在する粒子の量を常に知ることで、エンジンの運転条件を可能な限り詳細に制御することができる。

図３は、図１および図２の変形例であり、したがって同一の参照番号を付している。

この装置は、互いにはめ込まれた、同軸の円柱状の筒形の２つのセラミック絶縁部材１０，１２を有している。それらの筒１０，１２の内径と外径は、両筒１０，１２の間に排気ガスを流すための領域１４が形成されるような大きさである。両筒１０，１２の互いに対向する２つの円筒状の壁は、絶縁部材の捕集面１６，１８、すなわち、２つの筒に対して実質的に同軸に（矢印Ａ）流れる排気ガス中に含まれている粒子が表面で捕集される面を形成している。

外側の筒１０は、捕集面１６の電気抵抗を測定する２つの測定端子２０，２２を保持している。棒状のそれらの端子２０，２２は、捕集面１６から突き出しているか、または捕集面１６と同一平面を成す突出縁２４，２６を有し、かつ外側の筒１０に沿って軸方向に延びている。図１および図２に関連して上述したように、それらの棒は、導電体２８，３０によって抵抗測定手段３２に接続されている。

この外側の筒１０は、筒１０の中に埋め込まれ、かつ導電体３６，３８から電流が供給される抵抗からなる加熱手段３４も保持している。

導電部材が、各筒１０，１２の捕集面１６，１８に対向する円筒状壁の上に配置されている。

より詳細には、各筒１０，１２は、それぞれの捕集面１６，１８に対向する円筒状の壁上で、筒形の金属製のハウジング４０，４２を保持している。それらの筒形のハウジング４０，４２は、陽極と陰極とからなる双極子を形成するために、コネクタ４４，４６によって電流源に接続されている。

ハウジング４０，４２に電流が供給されると、半径方向の向きを有し、かつ筒１０，１２の捕集面１６，１８に対して実質的に垂直な電場（矢印Ｆ）が生じる。

領域１４内を流れている排気ガス中に含まれている粒子は、図１および図２に関連して上述したように捕集面１６，１８上に捕集される。

もちろん、排気ガスの大部分が領域１４内に流れるように、ハウジング４２の内部空間の入口をふさぐか、その入口を末広がりに形成することができる。

有利なことに、図１から図３の導電部材４０，４２は、メタライジング工程中に捕集面１６，１８に対向する面上に付着させられた金属層からなっていてもよい。

さらに有利なことに、本装置は、わずかに変更して、触媒フィルタ、すなわち触媒、特に四元触媒と共に使用することができる。一般的に、それらの触媒は、ＮＯ_xなどの排気汚染物質の削減および／または酸化および／または蓄積を可能にする、特に貴金属を主成分とした触媒相を含浸した触媒である。

この場合、そのフィルタの表面の触媒特性を完全な状態に維持するために、そのフィルタの捕集面は付着物が全く無いようにしなければならない。

上述の測定装置を使用する場合には、絶縁部材１０，１２の捕集面１６，１８は、触媒と同じ触媒相が被覆されるように構成されている。したがって、それらの捕集面１６，１８は触媒と同じ付着状態になるであろう。

そのため、捕集面１６，１８上に付着している粒子の測定された抵抗値によって付着の度合いが触媒に対して有害であることがわかる前に、予防的な触媒再生対策をとることができる。

また、これにより、排気ガス中に含まれている粒子の量に関して制御条件を非常に正確にし、かつ触媒再生を可能な限り最も長期間にわたって継続することが可能になる。

表面の付着物をこのように制限することにより、それらの粒子の燃焼があまりに激くなって、触媒が通常備えているウォッシュコートが劣化しやすくなることを防ぐことも可能になる。

本発明は、上述の例に限定されるものではなく、任意の変形が可能である。

特に、領域１４内の場は、磁場に由来するものであっても、電磁場に由来するものであってもよい。

磁場の場合には、ブレードまたはハウジング４０，４２は、永久磁石の両極に相当する。電磁場の場合には、ブレードまたはハウジング４０，４２は、電源が入れられたときに磁場を発生する双極子である。この場を通る粒子は、場の磁力の影響を受け、その結果、その軌道から逸れて捕集面に向かう。

本発明による粒子の量を測定する装置を概略的に示す図である。 図１の模式的な透視図である。 本発明による粒子の量を測定する装置の変形例である。

符号の説明

１０，１２ 絶縁部材
１４ 流通領域
１６，１８ 捕集面
２０，２２ 測定端子
２４，２６ 縁
２８，３０，３６，３８ 導電体
３２ 電気抵抗測定手段
３４ 加熱手段
４０，４２ 導電部材
４４，４６ 導電体

Claims (14)

1. 粒子が付着する捕集面を有している少なくとも１つの絶縁部材（１０，１２）と、前記絶縁部材（１０，１２）の電気抵抗を測定する手段（３２）とを有している、流体中に含まれる粒子の量を測定する装置において、
   前記粒子を前記絶縁部材（１０，１２）の前記捕集面（１６，１８）に向けて追いやるエネルギー発生器（４０，４２）を有していることを特徴とする、流体中に含まれる粒子の量を測定する装置。
2. 前記エネルギー発生器は電場発生器からなる、請求項１に記載の装置。
3. 前記エネルギー発生器は磁場発生器からなる、請求項１に記載の装置。
4. 前記発生器は、両者間を前記粒子が流れる２つの導電部材（４０，４２）を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記発生器は、実質的に互いに平行に配置されたブレード（４０，４２）の形状の２つの導電部材を有している、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記発生器は、実質的に同軸で、かつ互いにはめ込まれている筒形の２つの導電部材（４０，４２）を有している、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
7. 少なくとも１つの前記導電部材（４０，４２）は前記絶縁部材（１０，１２）を保持している、請求項４から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記導電部材（４０，４２）は、前記絶縁部材（１０，１２）上にメタライジングを行うことによって付着させられた金属層からなる、請求項４から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記絶縁部材（１０，１２）は加熱手段（３４）を有している、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記絶縁部材（１０，１２）は、前記絶縁部材の電気抵抗を測定する２つの端子（２０，２２）を保持している、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記絶縁部材（１０，１２）は少なくとも１つの触媒が含浸されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記流体は内燃エンジンの排気ガスである、請求項１に記載の装置。
13. 粒子フィルタの再生を制御するために粒子付着物の評価に用いられた、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 触媒の再生を制御するために粒子付着物の評価に用いられた、請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。