JP2011133449A - Particle concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an exhaust gas purification technology for an internal combustion engine, and more particularly, to a particulate concentration measuring apparatus that measures the concentration of particulates (PM) contained in exhaust gas from a diesel engine.
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。
Conventionally, as a device for detecting the concentration of particulate matter (PM) mainly containing C (carbon) in exhaust gas of a diesel engine, a conventional particulate concentration measuring device 20PM (PM sensor) of Patent Document 1 shown in FIG. It has been known. This conventional fine particle concentration measuring device 20PM has a
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。
In the conventional fine particle concentration measuring device 20PM according to Patent Document 1, the differential pressure ΔP before and after the fine
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。
Patent Document 1 discloses a particulate particulate filter (DPF) 22 that is provided in an
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。
Incidentally, in the particulate trapping filter (DPF) 22, the trapped particulates gradually accumulate with continuous use, as in the
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。 Such regeneration of the particulate trapping filter (DPF) 22 is performed by flowing high-temperature exhaust gas into the particulate trapping filter (DPF) 22. As a result, the accumulated particulates are removed by combustion.
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。 According to Patent Literature 1, the amount of fine particles actually captured by the fine particle capture filter (DPF) 22 is obtained by obtaining the mass PM enter full filter [g / h] of the fine particles captured by the fine particle capture filter (DPF) 22. However, it is possible to accurately determine whether or not a predetermined threshold value that requires reproduction is exceeded.
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。
However, in the conventional fine particle concentration measuring apparatus 20PM, when the fine particles of the fine
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。
In addition, high-temperature exhaust gas from the diesel engine toward the particulate trapping filter (DPF) 22 may flow into the
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。 An object of the present invention is to improve resistance when a high-temperature exhaust gas flows into a fine particle concentration measuring apparatus.
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。 According to one aspect, the present invention is an apparatus for measuring the concentration of fine particles in exhaust gas flowing through an exhaust line of a diesel engine, wherein the flow path is branched from the exhaust line and is smaller than the cross-sectional area of the exhaust line. An exhaust gas collection line having a cross-sectional area; a particulate detection filter installed in the exhaust gas collection line; and a differential pressure detection unit that detects a differential pressure generated between an inlet and an outlet of the particulate detection filter. The pressure detection unit provides a fine particle concentration measurement device that is provided apart from an end of the fine particle detection filter on the downstream side of the exhaust gas flow.
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。 According to the present invention, the differential pressure detector is provided apart from the downstream end of the exhaust gas flow in the particulate detection filter, for example, when particulate accumulated in the particulate detection filter is removed by combustion, or the particulate Even when a high-temperature exhaust gas having a temperature of 600 ° C. or higher flows through the exhaust line during regeneration of the trapping filter, it is possible to reduce the damage of the differential pressure detection unit or being heated to a temperature higher than the heat resistant temperature. Therefore, the fine particle concentration measuring apparatus of the present invention can maintain normal operation.
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)。 In the present invention, the end on the downstream side of the exhaust gas flow in the particulate detection filter refers to the most downstream position of the particulate detection filter where particulates accumulate (see FIGS. 3 and 4).
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。 According to a preferred embodiment, the differential pressure detector is provided at a distance of 10 cm or more, more preferably 30 cm or more from the branch point. With this configuration, the differential pressure detection unit is not exposed to high-temperature gas, and normal operation can be maintained.
[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。
[First Embodiment]
FIG. 2 shows a configuration of an exhaust gas purification apparatus for a diesel engine having a particulate concentration measuring apparatus 40PM (PM sensor) according to the first embodiment of the present invention. However, in FIG. 2, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted. In the particulate concentration measuring apparatus 40PM according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, an abnormality occurs in the particulate trapping filter (DPF) 22, and the particulates exceed the threshold in the
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。
Referring to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, an
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。
In addition, the
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。
As the differential
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。
FIG. 3 shows an example of the
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。
In the present embodiment, the
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。
Referring to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the exhaust gas introduced into the
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。
FIG. 4 shows a modification of the first embodiment of the present invention of the
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。
A similar cell is also formed in the conventional particulate trapping filter (DPF) 22 described in FIG. 1, but the outer shape of the
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。
In the fine particle concentration measurement apparatus 40PM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the accumulated amount of fine particles captured by the fine
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。
Where ΔP is the differential pressure in [Pa] units, μ is the kinematic viscosity coefficient in [Pa · s] units, Q is the exhaust gas flow rate in [m 3 / s] units, and α is [m ] The length of one side of the cell in units, the exhaust gas density in units of ρ [g / m 3 ], Vtrap the filter volume in units of [m 3 ], and Ws in units of [m]. the wall thickness, Kw is [m -1] gas permeability expressed wall in units (perm capability), Ksoot the [m -1] gas permeability of trapping particulate layer expressed in units of (permanent capability) , W is the thickness of the trapped particulate layer in [m] units, F is the coefficient (= 28.454), L is the effective filter length in [m] units, and β is [m −1. ] Represents the Forchheimer coefficient of the porous wall expressed in units, and ζ represents the differential pressure due to passage through the filter expressed in [Pa] units.
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
Next, the mass m soot of the fine particles captured by the fine
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。
Is required. Where m soot is the mass [g] of the captured fine particles, Ncells is the numerical aperture of the inlet side cell, and ρ soot is the density of the captured fine particles.
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。
Then, by dividing m soot by the elapsed time [s] from the previous regeneration of the fine
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。
When the mass PM [g / s] of the fine particles deposited per unit time is obtained in this way, the fine particle concentration PMconc [g / m 3 ] in the exhaust gas passes through the fine
PM [g / s] = PMconc [g / m 3 ] × Q2 [m 3 / s] (Formula 3)
Is required.
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。
As shown in FIG. 2 of the first embodiment of the present invention, by arranging such a particulate concentration measuring device 40PM on the downstream side of the particulate trapping filter (DPF) 22, the particulate trapping filter (DPF) 22 is abnormal. In the present embodiment, when the particulate matter leaks in the
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。
By the way, in the diesel engine system equipped with the exhaust gas purifying apparatus of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 as described above, the particulates deposited on the particulate trapping filter (DPF) 22 are heated at a high temperature. Combusted and removed by exhaust gas. As a result of the combustion of the fine particles, a large amount of high-temperature gas of generally 600 ° C. to 700 ° C. is generally generated and may flow into the exhaust
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。
For this reason, in the present embodiment, the differential
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。
Referring to FIG. 5 which is the first embodiment of the present invention, the
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。
FIG. 6 shows a graph of the relationship between the distance D from the downstream end of the particulate detection filter of the first embodiment of the present invention and the exhaust gas temperature. In this experiment, 10 g / L of fine particles were deposited on the fine
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。
Referring to the graph of FIG. 6 according to the first embodiment of the present invention, when the distance D is less than 10 cm, the temperature of the
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。
Thus, the temperature of the exhaust gas tends to decrease as the differential pressure measurement unit is separated from the end. On the other hand, if the differential
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。 The results of Table 1 below and the graph of FIG. 7 show the results of determining the measurement error of the fine particle concentration measurement apparatus 40PM according to the embodiment of the present invention when the distance D is variously changed.
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。
In the results of Table 1, the measurement error was determined by the formulas (1) to (3) with the actual measurement value (described later) of the fine particles in the
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。
As shown in the configuration of the fine particle concentration measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention in FIG. 8, the exhaust gas discharged from the
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。 From the above knowledge, in the fine particle concentration measurement apparatus 40PM according to the present embodiment, when the one having a heat resistant temperature of 120 ° C. or less is used, the distance D is preferably set to 10 cm or more and 200 cm or less, preferably 50 cm or less.
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。
9 is inserted into the
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。
A
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。 According to such a configuration, the desired particle concentration measuring device 40PM can be configured in a small size, and as a result, the particle concentration measuring device can be attached to any part of the vehicle as required.
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。
FIG. 10 shows a modification of the fine particle concentration measuring apparatus 40PM of FIG. In the configuration of the particulate concentration measuring device 40PM of the present invention shown in FIG. 9, a
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。
Further, the exhaust
[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。
[Second Embodiment]
FIG. 11 shows the configuration of an exhaust
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。
Referring to the particulate concentration measuring device 60PM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 11, the exhaust
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。
In the configuration of the particle concentration measuring device 60PM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 11, the exhaust gas that has not passed through the
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。
The particulate concentration PMconc in the exhaust gas is the same both in the exhaust
PM enter full filter [g / h] = PMconc [g / m 3 ] × Q1 [m 3 / h]
(Formula 4)
Is required. Here, Q1 represents the exhaust gas flow rate of the
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。 Thereby, the amount of fine particles accumulated in the fine particle trapping filter (DPF) 22 can be estimated. Where Q1 is the flow rate of exhaust gas passing through the particulate trapping filter (DPF) 22. Q1 may be obtained by actual measurement or may be estimated from the operating state of the engine.
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。
In the configuration of the particulate concentration measuring device 60PM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 11, a
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。
On the other hand, in such a configuration, the
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。
Therefore, in the present embodiment, the
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。 Also in the second embodiment of the present invention, the same effects as in the first embodiment can be exhibited.
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。 Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims. For example, the flow rate measurement unit in the above embodiment can be eliminated if the flow rate flowing through the exhaust gas collection line is known in advance. Further, the temperature measuring unit may be eliminated if the exhaust gas characteristics are considered constant. Furthermore, the heater in the second embodiment may be eliminated if there is no need for regeneration processing. Furthermore, if the flow rate is accurately measured, the valve can be eliminated. Further, the heater described in the second embodiment may be arranged in the fine particle concentration measuring apparatus of the first embodiment.
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。 As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
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
DESCRIPTION OF
Claims (13)
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。 An apparatus for measuring the concentration of fine particles in exhaust gas flowing through an exhaust line of a diesel engine,
An exhaust gas collection line branched from the exhaust line and having a flow passage cross-sectional area smaller than the flow passage cross-sectional area of the exhaust line;
A particulate detection filter installed in the exhaust gas collection line;
A differential pressure detector that detects a differential pressure generated between an inlet and an outlet of the particulate detection filter,
The said differential pressure | voltage detection part is a fine particle concentration measurement apparatus spaced apart from the edge part of the exhaust gas flow downstream in the said fine particle detection filter.
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