JP2011179491A - 微粒子センサ及び排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、微粒子センサ及び排ガス浄化装置に係り、排ガスの温度及び流量を直接的に検出することなく、排ガス中に含まれる微粒子の量を精度良く算出することにある。
【解決手段】排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を検出する微粒子センサにおいて、排気流通路上に配置され、微粒子を捕捉可能な第１検出フィルタと、排気流通路上の第１検出フィルタの下流側に配置され、微粒子を捕捉可能な第２検出フィルタと、第１検出フィルタの上流側と下流側との第１圧力差を検出する第１差圧検出手段と、第２検出フィルタの上流側と下流側との第２圧力差を検出する第２差圧検出手段と、第１差圧検出手段による検出結果と第２差圧検出手段による検出結果とに基づいて、微粒子の量を検出する微粒子量検出手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、微粒子センサ及び排ガス浄化装置に係り、特に排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）を検出する微粒子センサ、及び、排気管を流通する内燃機関からの排ガス中に含まれる微粒子を捕捉可能な微粒子捕捉フィルタを備える排ガス浄化装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンから排出されるＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ：particulate matter）を捕捉するのに、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）を用いた排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、及び微粒子測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この排ガス浄化装置においては、継続的な使用に伴って微粒子捕捉フィルタに徐々に堆積する微粒子を微粒子捕捉フィルタ中において定期的に燃焼させて酸化除去することで、微粒子捕捉フィルタを再生する処理が行われる。このため、かかる微粒子捕捉フィルタの再生処理によって微粒子の堆積に起因する目詰まり異常を防止しつつ、その微粒子捕捉フィルタを連続的に使用することが可能である。

尚、微粒子捕捉フィルタに微粒子があまり堆積していないときに再生処理が行われると、効率良い微粒子の除去が行われず、微粒子捕捉フィルタの再生に必要なエネルギが無駄に消費される事態が生じ得る。また逆に、微粒子捕捉フィルタに微粒子が過剰に堆積する状態で再生処理が行われると、再生処理が遅れた分だけ排気流通路の微粒子捕捉フィルタ前後に過度の圧力損失が生じ、これにより、内燃機関の燃費が悪化する事態が生じ得る。従って、かかる事態の発生を回避するうえでは、微粒子捕捉フィルタにおける微粒子の酸化除去すなわち微粒子捕捉フィルタの再生処理を常に、微粒子捕捉フィルタに堆積する微粒子の量が一定量に達したタイミングで行うことが必要である。

微粒子捕捉フィルタの再生処理タイミングを最適化する手法としては、微粒子捕捉フィルタが設けられた主排気管をバイパスし、内燃機関から排出された排ガスの一部をサンプルガスとして取り入れる副排気管を設け、この副排気管上に検査用フィルタを設けると共に、その検査用フィルタの前後の圧力差に基づいて微粒子捕捉フィルタに堆積する微粒子量を測定させる測定装置を用意することが考えられる。

この測定装置においては、副排気管上に設けられる検査用フィルタの前後の圧力差が測定され、その測定される圧力差に基づいてその検査用フィルタに堆積する微粒子量が算出される。そして、その検査用フィルタでの微粒子の堆積量に基づいて微粒子捕捉フィルタに堆積する微粒子量が算出される。その結果、その微粒子捕捉フィルタでの微粒子の堆積量が設定値を超えた場合に微粒子捕捉フィルタの再生処理が開始される。

特開２００８−１０１６０２号公報

ところで、微粒子捕捉フィルタでの微粒子の堆積量を測定してその再生処理を行うためには、副排気管にサンプルガスを取り入れて微粒子量を算出することが必要である。ここで、副排気管上の検査用フィルタを通過するサンプルガスの温度が変化すると、サンプルガスの動粘度が変化して、検査用フィルタとサンプルガスとの間の摩擦力に変化が生じ、サンプルガスの流速が変化する。サンプルガスの流量は、近似的にサンプルガスの速度と排気管の断面積との積で表されるので、サンプルガスの流速が変化すると、サンプルガスの流量が変化する。

従って、検査用フィルタに堆積する微粒子量を精度良く算出するためには、その入口と出口との間の圧力差とサンプルガスの温度とサンプルガスの流量とを検知することが必要であり、この点、測定装置として圧力センサ、温度センサ、及び流量センサの３つの測定機器を設けることが考えられる。しかしながら、このように３つの測定機器を設けるものとすると、測定装置が大がかりになり、小型化や低コスト化の妨げになるという問題が生じていた。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、排ガスの温度及び流量を直接的に検出することなく、排ガス中に含まれる微粒子の量を精度良く算出することが可能な微粒子センサ及び排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を検出する微粒子センサであって、前記排気流通路上に配置され、前記微粒子を捕捉可能な第１検出フィルタと、前記排気流通路上の前記第１検出フィルタの下流側に配置され、前記微粒子を捕捉可能な第２検出フィルタと、前記第１検出フィルタの上流側と下流側との第１圧力差を検出する第１差圧検出手段と、前記第２検出フィルタの上流側と下流側との第２圧力差を検出する第２差圧検出手段と、前記第１差圧検出手段による検出結果と前記第２差圧検出手段による検出結果とに基づいて、前記微粒子の量を検出する微粒子量検出手段と、を備える微粒子センサにより達成される。

この態様の発明において、２つの検出フィルタは、排気流通路上に互いに直列接続されて配置される。これら第１検出フィルタの初期圧損と第２検出フィルタの初期圧損との比は、排ガスの温度によらず略一定である。また、下流側にある第２検出フィルタへの微粒子の堆積は皆無である。このため、上記した第１検出フィルタと第２検出フィルタとの一定の初期圧損の比と、第２差圧検出手段により検出される下流側の第２検出フィルタの上流側と下流側との第２圧力差と、に基づいて、排ガスの温度を検出することなく、現環境下（現状温度下）での上流側の第１検出フィルタの初期圧損を推定することができる。また、上流側にある第１検出フィルタには排ガス中の微粒子が堆積するが、微粒子が堆積する量が多いほど、その第１検出フィルタの上流側と下流側との第１圧力差が大きくなる。また、上流側の第１検出フィルタを通過する排ガスの流量と、その第１検出フィルタの上流側と下流側との圧力差との間には、第１検出フィルタの堆積量に応じた比例関係がある。すなわち、上流側にある第１検出フィルタの上流側と下流側と第１の圧力差の、微粒子が堆積する前と後との比は、第１検出フィルタに堆積する微粒子の量が同じであるものとした場合には排ガスの流量に関係なく略一定となる。このため、第１差圧検出手段により検出される上流側にある第１検出フィルタの上流側と下流側との第１圧力差と、上記の如く推定される第１検出フィルタの初期圧損との比を算出すれば、その比の大きさに基づいて、排ガスの流量を検出することなく、上流側にある第１検出フィルタに堆積する微粒子量を算出することができる。従って、本発明によれば、排ガスの温度及び排ガスの流量を直接的に検出することなく、排ガス中に含まれる微粒子の量を精度良く算出することができる。

また、第１検出フィルタと第２検出フィルタとが互いに略同じ性能を有するフィルタであれば、第２差圧検出手段により検出される下流側の第２検出フィルタの上流側と下流側との第２圧力差は、上流側の第１検出フィルタに微粒子が堆積していない場合のその第１検出フィルタの上流側と下流側との第１圧力差と等しいので、両圧力差の差を算出すれば、その差の大きさに基づいて、排ガスの温度や排ガスの流量を検出することなく、上流側にある第１検出フィルタに堆積する微粒子量を算出することができる。従って、本発明によれば、排ガスの温度及び排ガスの流量を直接的に検出することなく、排ガス中に含まれる微粒子の量を精度良く算出することができる。

尚、上記した微粒子センサにおいて、前記第１検出フィルタ及び第２検出フィルタは、前記排気流通路上の温度分布が略同じ箇所に配置されていることとしてもよい。

また、上記した微粒子センサにおいて、前記第１検出フィルタ及び第２検出フィルタを略同一温度に保つ保温手段を備えることとしてもよい。

また、上記した微粒子センサにおいて、前記第１検出フィルタ又は前記第２検出フィルタに捕捉された微粒子を除去するための微粒子除去手段を備えることとしてもよい。

この場合、前記微粒子除去手段は、捕捉された微粒子を燃焼させて除去するヒータ又はバーナであることとしてもよい。

尚、上記した微粒子センサにおいて、前記微粒子量検出手段は、前記第１圧力差と前記第２圧力差との初期比と、前記第２差圧検出手段により検出される前記第２圧力差と、の関係に基づいて、該第２差圧検出手段による該第２圧力差の検出時と同じ環境下における前記第１圧力差の初期値を推定する第１圧力差初期値推定手段と、前記第１圧力差初期値推定手段により推定される前記第１圧力差の初期値と、前記第１差圧検出手段により検出される前記第１圧力差と、の比を算出する比算出手段と、を有し、前記比算出手段により算出される前記比に基づいて、前記微粒子の量を検出することとしてもよい。

また、上記した微粒子センサにおいて、前記第１検出フィルタと前記第２検出フィルタとは、互いに略同じ性能を有するフィルタであり、前記微粒子量検出手段は、前記第１差圧検出手段により検出される前記第１圧力差と、前記第２差圧検出手段により検出される前記第２圧力差と、の差を算出する差算出手段を有し、前記差算出手段により算出される前記差に基づいて、前記微粒子の量を検出することとしてもよい。

更に、この場合、前記第１検出フィルタと前記第２検出フィルタとは、単一成形体により構成されることとしてもよい。

ところで、内燃機関から排出される排ガスが流通する排気管上に設けられ、前記排気管を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕捉可能な微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）を備える排ガス浄化装置であって、前記微粒子捕捉フィルタの上流側において前記排ガスの一部を上記に記載された微粒子センサへ導く上流側排ガス導入手段と、前記微粒子センサによって検出された前記微粒子の量に基づいて、前記微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）に堆積する微粒子の量を算出する微粒子堆積量算出手段と、を備えることとしてもよい。

また、内燃機関から排出される排ガスが流通する排気管上に設けられ、前記排気管を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕捉可能な微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）を備える排ガス浄化装置であって、前記微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）の下流側において前記排ガスの一部を上記に記載された微粒子センサへ導く下流側排ガス導入手段と、前記微粒子センサによって検出された前記微粒子の量に基づいて、前記微粒子捕捉フィルタの故障を診断するフィルタ故障診断手段と、を備えることとしてもよい。

本発明によれば、排ガスの温度及び排ガスの流量を直接的に検出することなく、排ガス中に含まれる微粒子の量を精度良く算出することができる。

本発明の第１実施形態である排ガス浄化装置の全体構成図である。 本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置の要部構成図である。 検出フィルタを通過する排ガスの流量Ｑと、その上流側と下流側との圧力差ΔＰと、の検出フィルタのＰＭ堆積量に応じた関係を表したグラフである。 検出フィルタの上流側と下流側との圧力差の、ＰＭ堆積前（ΔＰａ０）とＰＭ堆積後（ΔＰａ）との比ΔＰａ／ΔＰａ０と、検出フィルタのＰＭ堆積量との関係を表したグラフである。 本発明の第２実施形態である排ガス浄化装置の全体構成図である。 本発明の第２実施形態の排ガス浄化装置の要部構成図である。 本発明の第２実施形態の変形例である排ガス浄化装置の構成図である。 本発明の第２実施形態の別の変形例である排ガス浄化装置の構成図である。

以下、図面を用いて、本発明に係る微粒子センサ及び排ガス浄化装置の具体的な実施の形態について説明する。

実施形態１

図１は、本発明の第１実施形態である排ガス浄化装置１０の全体構成図を示す。また、図２は、本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置１０の要部（具体的には、故障を診断することができる故障検出装置１８）の構成図を示す。

図１に示す本実施形態の排ガス浄化装置１０は、内燃機関１２（特にディーゼルエンジン）から排出される排ガスを浄化する装置である。排ガス浄化装置１０は、内燃機関１２に接続する排気管１４上に設けられた、内燃機関１２から排出される排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）を捕捉可能な微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を備えている。尚、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の上流側の排気管１４を排気管１４ａとし、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側の排気管１４を排気管１４ｂとする。

本実施形態の排ガス浄化装置１０は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に故障が発生し、閾値以上の量のＰＭが排気管１４上で微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側へ漏れ出した場合に、この故障を検出し、アラームやランプの点滅やランプの点灯等を行うことができる。排ガス浄化装置１０は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の故障を検出する故障検出装置１８（故障診断手段）を備えている（図１及び図２参照）。

故障検出装置１８には、排ガス採取ライン１７が設けられている。排ガス採取ライン１７は、排気管１４の、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側に接続されており、下流側排ガス導入手段として、大気に連通する主排気管１４ｂとは別に設けられている。そして、排ガス採取ライン１７は、主排気管１４ｂから分岐されている。排ガス採取ライン１７は、主排気管１４ｂの流路断面積よりも小さな流路断面積（例えば、主排気管１４ｂの流路断面積の１／１０００程度）を有している。故障検出装置１８は、排ガス採取ライン１７に流れる排ガス中のＰＭ量に基づいて微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の故障を検出する。

故障検出装置１８の排ガス採取ライン１７上には、２つの微粒子検出フィルタ（以下、単に検出フィルタと称す。）２０，２２が設けられている。検出フィルタ２０，２２は、排ガス採取ライン１７上において互いに直列接続されている。排ガス採取ライン１７の下流端は、排ガス採取ライン１７の上流側（主排気管１４ｂ側）の圧力よりも低い圧力を有する部位（例えば負圧タンクやエアインテーク部など）１９に接続されている。このため、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を通過した排気管１４中の排ガスの一部は、排ガス採取ライン１７側に吸引されて、検出フィルタ２０，２２をその順に通過する。以下、排ガス採取ライン１７上での上流側の検出フィルタ２０を上流側検出フィルタ２０と、下流側の検出フィルタ２２を下流側検出フィルタ２２と、それぞれ称す。

本実施形態において、検出フィルタ２０，２２は、排ガス採取ライン１７上の検出フィルタ２０を通過する排ガスの温度と検出フィルタ２２を通過する排ガスの温度との差ができるだけ小さい部位（より好ましくは、排ガス採取ライン１７上の温度分布が同じ箇所）に配置される。このため、両検出フィルタ２０，２２を通過する排ガスの温度に差はほとんど生じない。検出フィルタ２０，２２は、排ガス中に含まれるＰＭの量を算出するための検出フィルタであり、層流型流量素子と本質的に同じであって、通過する排ガスの流量と前後の圧力差との関係が略直線的な関係となる構造を有している。検出フィルタ２０，２２は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６と同様の多孔質セラミックなどの材質からなり、ＰＭを捕捉することが可能なフィルタである。検出フィルタ２０，２２は、多孔質構造素子である。尚、検出フィルタ２０，２２は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６よりも小型のフィルタであればよい。

図２に示す如く、故障検出装置１８には、圧力導入管２４，２６が設けられている。圧力導入管２４の一端は、排ガス採取ライン１７の、上流側検出フィルタ２０の上流側に接続されている。圧力導入管２６の一端は、排ガス採取ライン１７の、上流側検出フィルタ２０の下流側に接続されている。また、圧力導入管２４，２６の他端は、圧力センサ２８に接続されている。圧力センサ２８には、圧力導入管２４から排ガス採取ライン１７の、上流側検出フィルタ２０の上流側に作用する圧力が導かれると共に、圧力導入管２６から排ガス採取ライン１７の、上流側検出フィルタ２０の下流側に作用する圧力が導かれる。圧力センサ２８は、排ガス採取ライン１７の、上流側検出フィルタ２０の上流側と下流側との間に生じる圧力差（すなわち、上流側検出フィルタ２０の入口と出口との間の圧力差）に応じた電気信号を出力する。

また、故障検出装置１８には、圧力導入管３０，３２が設けられている。圧力導入管３０の一端は、排ガス採取ライン１７の、下流側検出フィルタ２２の上流側に接続されている。圧力導入管３２の一端は、排ガス採取ライン１７の、下流側検出フィルタ２２の下流側に接続されている。尚、図２に示す如く、下流側検出フィルタ２２の上流側にある圧力導入管３０と、上記した上流側検出フィルタ２０の下流側にある圧力導入管２６と、は同じ導入路を構成し、或いは、一部を共用するものである。

圧力導入管３０，３２の他端は、圧力センサ３４に接続されている。圧力センサ３４には、圧力導入管３０から排ガス採取ライン１７の、下流側検出フィルタ２２の上流側に作用する圧力が導かれると共に、圧力導入管３２から排ガス採取ライン１７の、下流側検出フィルタ２２の下流側に作用する圧力が導かれる。圧力センサ３４は、排ガス採取ライン１７の、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間に生じる圧力差（すなわち、下流側検出フィルタ２２の入口と出口との間の圧力差）に応じた電気信号を出力する。

故障検出装置１８において、圧力センサ２８，３４には、マイクロコンピュータを主体に構成される演算部３６が電気的に接続されている。圧力センサ２８，３４の各出力は、演算部３６に供給される。演算部３６は、圧力センサ２８の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１７内における、上流側検出フィルタ２０の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰａを検出すると共に、圧力センサ３４の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１７内における、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰｂを検出する。尚、圧力センサ２８，３４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用いることとすればよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態の排ガス浄化装置１０の備える故障検出装置１８の動作について説明する。図３は、検出フィルタ２０，２２を通過する排ガスの流量Ｑと、その上流側と下流側との圧力差ΔＰと、の検出フィルタ２０のＰＭ堆積量に応じた関係を表したグラフを示す。また、図４は、検出フィルタ２０の上流側と下流側との圧力差の、ＰＭ堆積前（ΔＰａ０）とＰＭ堆積後ΔＰａとの比ΔＰａ／ΔＰａ０と、検出フィルタ２０のＰＭ堆積量との関係を表したグラフを示す。

本実施形態において、内燃機関１２から排出された排ガスは、主排気管１４ａから微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を通過した後、主排気管１４ｂ内を流通して大気へ放出され、或いは、排ガス採取ライン１７内を流通して検出フィルタ２０，２２へ導かれる。すなわち、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を通過した排ガスの大部分は、主排気管１４ｂ内を流通して大気へ放出されるが、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を通過した排ガスの一部は、排ガス採取ライン１７内を流通して検出フィルタ２０，２２へ導入される。

検出フィルタ２０，２２は、上記の如く、検出フィルタ２０，２２を通過する排ガスの流量と検出フィルタ２０，２２の前後の圧力差（圧損）との関係が略直線的な関係となる構造を有している。この点、排ガス採取ライン１７を流通する排ガスの層流流れの流量Ｑは、次式（１）で表される。但し、ｒは排ガス採取ライン１７の内径を、ΔＰは検出フィルタ２０，２２前後の圧力差を、ηは排ガスの動粘度を、Ｌは排ガス採取ライン１７の流れ方向の長さを、それぞれ示す。

Ｑ＝π・ｒ^４・ΔＰ／（８・η・Ｌ） ・・・（１）
尚、排ガス採取ライン１７の流路形状が時間変化することはほとんどないため、上記のｒ及びＬは共に固定値とみなすことができる。従って、上記（１）式は次式（２）の如く変形できる（Ｋ＝π・ｒ^４／（８・Ｌ））。

ΔＰ＝Ｑ・η／Ｋ ・・・（２）
ここで、排ガスの温度が変化すると、その排ガスの動粘度ηが変化する。この際、排ガスの温度と排ガスの動粘度ηとの関係は略直線的に表される。排ガスの動粘度ηが変化すると、その排ガスの流量Ｑが変化し、或いは、検出フィルタ２０，２２前後の圧力差ΔＰが変化する。すなわち、排ガスの流量Ｑと検出フィルタ２０，２２前後の圧力差ΔＰとの関係を示す直線の勾配は排ガスの温度に応じて変化する。

尚、排ガスの温度変化が生ずると、検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０（すなわち、前後圧力差の初期値のことであって、微粒子（ＰＭ）が堆積していないときの前後圧力差のことである。）、及び、検出フィルタ２２の初期圧損ΔＰｂ０はそれぞれ変化するが、この際、各初期圧損ΔＰａ０，ΔＰｂ０の変化がそれぞれ一定の比率で行われれば、初期圧損の比（すなわち初期比）α（＝ΔＰａ０／ΔＰｂ０）は変化しないこととなる。その結果、次式（３）が式（２）から導かれる。

α＝ΔＰａ０／ΔＰｂ０
＝（Ｑａ／Ｑｂ）・（ηａ／ηｂ）・（Ｋｂ／Ｋａ） ・・・（３）
すなわち、式（３）に示す（Ｋｂ／Ｋａ）は、排ガスの温度変化が生じても、固定値であるので変化しない。また、排ガスについて温度と動粘度ηとの関係は略直線的に表されるが、両検出フィルタ２０，２２を通過する排ガスの温度は互いに略同じであるので、排ガスの温度変化が生じても、検出フィルタ２０を通過する排ガスの動粘度ηａと検出フィルタ２２を通過する排ガスの動粘度ηｂとは互いに略同じであり、（ηａ／ηｂ）は略一定である。更に、排ガスについて温度と流量Ｑとの関係は略直線的に表されるが、両検出フィルタ２０，２２を通過する排ガスの温度は互いに略同じであるので、排ガスの温度変化が生じても、検出フィルタ２０を通過する排ガスの流量Ｑａと検出フィルタ２２を通過する排ガスの流量Ｑｂとは互いに略同じであり、（Ｑａ／Ｑｂ）は略一定である。従って、排ガスの温度変化が生じていても、初期圧損の比α（＝ΔＰａ０／ΔＰｂ０）は変化しない。

この点、上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０は、下流側検出フィルタ２２の初期圧損ΔＰｂ０と、温度変化に対して不変値である一定値αと、を用いて算出できる（ΔＰａ０＝ΔＰｂ０・α）。下流側検出フィルタ２２への微粒子（ＰＭ）の堆積は皆無であるので、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰｂは、同じ環境下であれば、下流側検出フィルタ２２の初期圧損ΔＰｂ０とほとんど変わらない。すなわち、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間の現環境下での圧力差ΔＰｂから、同じ環境下での下流側検出フィルタ２２の初期圧損ΔＰｂ０を求めることができる。従って、排ガスの温度変化に対して不変値である一定値αと、圧力センサ３４の出力に基づく下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間の現環境下での圧力差ΔＰｂと、に基づいて、排ガスの温度を検出することなく、その圧力センサ３４を用いた下流側検出フィルタ２２の圧力差ΔＰｂの検出時と同じ環境下での上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０を推定することができる。

また、上流側検出フィルタ２０は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を通過した排ガス中の微粒子（ＰＭ）を捕捉することが可能であるので、上流側検出フィルタ２０の下流には排ガス中の微粒子（ＰＭ）が排出されることはなく、下流側検出フィルタ２２には微粒子（ＰＭ）を含まない排ガスが流通する。このように、上流側検出フィルタ２０には微粒子（ＰＭ）が捕捉されるが、その微粒子（ＰＭ）の堆積量が増えると、上流側検出フィルタ２０前後の圧力差ΔＰａが増加する。上流側検出フィルタ２０前後の圧力差の、堆積前の初期値（初期圧損）をΔＰａ０としかつ堆積後の値をΔＰａとし、ΔＰａ／ΔＰａ０＝βとした場合、このβは上流側検出フィルタ２０に堆積した微粒子（ＰＭ）量に比例した関係となる（図４参照）。

上流側検出フィルタ２０を通過する排ガスの流量Ｑａと、その上流側検出フィルタ２０の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰａと、は上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）の堆積量に応じた比例関係（上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）の堆積量に応じて直線状に傾斜した関係）にある（図３参照）。すなわち、上流側検出フィルタ２０の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰａの、上流側検出フィルタ２０への微粒子（ＰＭ）の堆積前（ΔＰａ０）と堆積後（ΔＰａ）との比βは、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量が同じであるものとした場合には排ガスの流量Ｑａにかかわらず略一定である（β＝ΔＰａ／ΔＰａ０）。従って、上記した比βを算出すれば、その比βの大きさに基づいて、排ガスの流量Ｑａを検出することなく、上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出することができる。

そこで、本実施形態において、演算部３６は、定期的に、圧力センサ２８の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１７内における、上流側検出フィルタ２０の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰａを検出する。また、演算部３６は、定期的に、圧力センサ３４の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１７内における、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰｂを検出する。

演算部３６は、検出フィルタ２０，２２の初期圧損の比α（＝ΔＰａ０／ΔＰｂ０）（具体的には、検出フィルタ２０，２２に微粒子（ＰＭ）が堆積していないとき（例えば排ガス浄化装置１０の製造直後）において、圧力センサ２８を用いて検出される検出フィルタ２０の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰａと、圧力センサ３４を用いて検出される検出フィルタ２２の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰｂと、の初期比）と、圧力センサ３４を用いて検出した上記の圧力差ΔＰｂと、に基づいて、現環境下（すなわち、その圧力センサ３４を用いた圧力差ΔＰｂの検出時と同じ温度環境下）での上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０を推定する。

次に、その推定した上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０と、圧力センサ２８を用いて検出した上記の圧力差ΔＰａと、に基づいて、それらの比β（＝ΔＰａ／ΔＰａ０）を算出する。そして、その比βの大きさに基づいて、予め定められている比βと上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量との関係を参照することにより、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出する。

このように、本実施形態においては、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出するのに、排ガス採取ライン１７に直列接続されている上流側検出フィルタ２０及び下流側検出フィルタ２２の、上流側と下流側との間の各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを検出するだけで十分であり、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することは不要である。従って、本実施形態によれば、圧力センサ２８，３４を用いて検出される各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを用いることで、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することなく、すなわち、排ガス用の温度センサや排ガス用の流量センサを搭載することなく、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を精度よく算出することができる。このため、本実施形態によれば、排ガス浄化装置１０や故障検出装置１８の小型化かつ低コストを図ることが可能となっている。

本実施形態の故障検出装置１８において、演算部３６は、上述の如く、上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出すると、その上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量に基づいて、主排気管１４において微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側を流通する排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）量を算出してその微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側に漏れ出した微粒子（ＰＭ）の量が閾値以上であるか否かを判別することで、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の故障有無を判定する。そして、算出した上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量に基づく判別の結果、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に故障が生じたと判定したときは、故障検出装置１８は、アラームやランプの点滅、点灯などを発する。従って、本実施形態によれば、上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出し主排気管１４において微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側を流通する排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）量を算出して微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の故障有無を判定し、その故障有判定時には本実施形態の排ガス浄化装置１０を搭載する車両等の運転者にその故障を知らせることが可能である。

尚、本実施形態においては、上記の如く、下流側検出フィルタ２２の上流側にある圧力導入管３０と、上流側検出フィルタ２０の下流側にある圧力導入管２６と、が同じ導入路を構成し、或いは、一部を共用するものである。このため、故障検出装置１８の小型化・低コスト化を図ることが可能である。

実施形態２

図５は、本発明の第２実施形態である排ガス浄化装置１００の全体構成図を示す。また、図６は、本実施形態の排ガス浄化装置１００の要部構成図を示す。尚、図５において、上記図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。

本実施形態の排ガス浄化装置１００は、図５に示す如く、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を備えており、内燃機関１２（すなわち、ディーゼルエンジン）から排出される排ガスを浄化する装置である。排ガス浄化装置１００は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に堆積する微粒子（ＰＭ）の量を測定し、その微粒子（ＰＭ）量が閾値以上である場合に、その微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に堆積した微粒子（ＰＭ）を酸化燃焼することで、その微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を再生することができる。排ガス浄化装置１００は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に堆積する微粒子（ＰＭ）の量を測定する測定装置１０４を備えている。

測定装置１０４には、排ガス採取ライン１０２が設けられている。排ガス採取ライン１０２は、排気管１４の、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の上流側に接続されており、上流側排ガス導入手段として、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に接続する主排気管１４ａとは別に設けられている。排ガス採取ライン１０２は、主排気管１４ａから分岐されており、主排気管１４ａの流路断面積よりも小さな流路断面積（例えば、主排気管１４ａの流路断面積の１／１０００程度）を有している。測定装置１０４は、排ガス採取ライン１０２に流れる排ガス中の微粒子（ＰＭ）量に基づいて、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を測定する。

排ガス採取ライン１０２上には、図６に示す如く、２つの微粒子検出フィルタ（以下、単に検出フィルタと称す。）１０６，１０８が設けられている。検出フィルタ１０６，１０８は、測定装置１０４の中に、排ガス採取ライン１０２上において互いに直列接続されている。排ガス採取ライン１０２の下流端は、主排気管１４の、ＤＰＦ１６の下流側（すなわち、主排気管１４ｂ）に接続されている。すなわち、排ガス採取ライン１０２は、主排気管１４に並列に接続されている。このため、内燃機関１２から排出された排ガスの一部は、主排気管１４ａから排ガス採取ライン１０２に流入して、検出フィルタ１０６，１０８をその順に通過し、その後、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の下流側にある主排気管１４ｂで微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を通過した排ガスと合流する。以下、排ガス採取ライン１０２上での上流側の検出フィルタ１０６を上流側検出フィルタ１０６と、下流側の検出フィルタ１０８を下流側検出フィルタ１０８と、それぞれ称す。

本実施形態において、検出フィルタ１０６，１０８は、排ガス採取ライン１０２上の上流側検出フィルタ１０６を通過する排ガスの温度と下流側検出フィルタ１０８を通過する排ガスの温度との差ができるだけ小さい部位（より好ましくは、排ガス採取ライン１０２上の温度分布が同じ箇所）に配置される。このため、両検出フィルタ１０６，１０８を通過する排ガスの温度に差はほとんど生じない。検出フィルタ１０６，１０８は、排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）の量を算出するためのフィルタであり、層流型流量素子と本質的に同じであって、検出フィルタ１０６，１０８を通過する排ガスの流量と検出フィルタ１０６，１０８の前後の圧力差との関係が略直線的な関係となる構造を有している。検出フィルタ１０６，１０８は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６と同様の多孔質セラミックなどの材質からなり、微粒子（ＰＭ）を捕捉することが可能なフィルタである。尚、検出フィルタ１０６，１０８は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６よりも小型のフィルタであればよい。

図６に示す如く、測定装置１０４には、圧力導入管１１０，１１２が設けられている。圧力導入管１１０の一端は、排ガス採取ライン１０２の、上流側検出フィルタ１０６の上流側に接続されている。圧力導入管１１２の一端は、排ガス採取ライン１０２の、上流側検出フィルタ１０６の下流側に接続されている。また、圧力導入管１１０，１１２の他端は、圧力センサ１１４に接続されている。圧力センサ１１４には、圧力導入管１１０から排ガス採取ライン１０２の、上流側検出フィルタ１０６の上流側に作用する圧力が導かれると共に、圧力導入管１１２から排ガス採取ライン１０２の、上流側検出フィルタ１０６の下流側に作用する圧力が導かれる。圧力センサ１１４は、排ガス採取ライン１０２の、上流側検出フィルタ１０６の上流側と下流側との間に生じる圧力差（すなわち、上流側検出フィルタ１０６の入口と出口との間の圧力差）に応じた電気信号を出力する。

また、測定装置１０４には、圧力導入管１１６，１１８が設けられている。圧力導入管１１６の一端は、排ガス採取ライン１０２の、下流側検出フィルタ１０８の上流側に接続されている。圧力導入管１１８の一端は、排ガス採取ライン１０２の、下流側検出フィルタ１０８の下流側に接続されている。尚、図６に示す如く、下流側検出フィルタ１０８の上流側にある圧力導入管１１６と、上記した上流側検出フィルタ１０６の下流側にある圧力導入管１１２と、は同じ導入路を構成し、或いは、一部を共用するものである。

圧力導入管１１６，１１８の他端は、圧力センサ１２０に接続されている。圧力センサ１２０には、圧力導入管１１６から排ガス採取ライン１０２の、下流側検出フィルタ１０８の上流側に作用する圧力が導かれると共に、圧力導入管１１８から排ガス採取ライン１０２の、下流側検出フィルタ１０８の下流側に作用する圧力が導かれる。圧力センサ１２０は、排ガス採取ライン１０２の、下流側検出フィルタ１０８の上流側と下流側との間に生じる圧力差（すなわち、下流側検出フィルタ１０８の入口と出口との間の圧力差）に応じた電気信号を出力する。

測定装置１０４において、圧力センサ１１４，１２０には、マイクロコンピュータを主体に構成される演算部１２２が電気的に接続されている。圧力センサ１１４，１２０の各出力は、演算部１２２に供給される。演算部１２２は、圧力センサ１１４の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１０２内における、上流側検出フィルタ１０６の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰａを検出すると共に、圧力センサ１２０の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１０２内における、下流側検出フィルタ１０８の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰｂを検出する。尚、圧力センサ１１４，１２０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用いることとすればよい。

次に、本実施形態の排ガス浄化装置１００の備える測定装置１０４の動作について説明する。

本実施形態において、内燃機関１２から排出された排ガスは、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の上流側にある主排気管１４ａからＤＰＦ１６を通過した後に主排気管１４ｂ内を流通して大気へ放出され、或いは、ＤＰＦ１６の上流側にある主排気管１４ａから排ガス採取ライン１０２内を流通して検出フィルタ１０６，１０８を通過した後に主排気管１４ｂ内へ流入して大気へ放出される。

検出フィルタ１０６，１０８は、検出フィルタ２０，２２と同様に、検出フィルタ１０６，１０８を通過する排ガスの流量と検出フィルタ１０６，１０８の前後の圧力差（圧損）との関係が略直線的な関係となる構造を有しているので、排ガス採取ライン１０２を流通する排ガスの層流流れの流量Ｑは上記（１）式で表される。従って、本実施形態においても、検出フィルタ１０６，１０８の温度変化に対して不変値である一定の初期圧損比αと、圧力センサ１２０の出力に基づく下流側検出フィルタ１０８の上流側と下流側との間の現環境下での圧力差ΔＰｂと、に基づいて、排ガスの温度を検出することなく、その圧力センサ１２０を用いた下流側検出フィルタ１０８の圧力差ΔＰｂの検出時と同じ環境下での上流側検出フィルタ１０６の初期圧損ΔＰａ０を推定することができる。また、その微粒子（ＰＭ）堆積前の上流側検出フィルタ１０６の初期圧損ΔＰａ０と、圧力センサ１１４の出力に基づく上流側検出フィルタ１０６の上流側と下流側との間の現環境下での圧力差ΔＰａと、の比β（＝ΔＰａ／ΔＰａ０）の大きさに基づいて、上流側検出フィルタ１０６を通過する排ガスの流量Ｑａを検出することなく、上流側検出フィルタ１０６の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出することができる。

そこで、本実施形態において、演算部１２２は、定期的に、圧力センサ１１４の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１０２内における、上流側検出フィルタ１０６の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰａを検出すると共に、圧力センサ１２０の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１０２内における、下流側検出フィルタ１０８の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰｂを検出する。

演算部１２２は、検出フィルタ１０６，１０８の初期圧損の比α（＝ΔＰａ０／ΔＰｂ０）（具体的には、検出フィルタ１０６，１０８に微粒子（ＰＭ）が堆積していないとき（例えば排ガス浄化装置１００の製造直後）において、圧力センサ１１４，１２０を用いて検出される各検出フィルタ１０６，１０８の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰａ，ΔＰｂの初期比）と、圧力センサ１２０を用いて検出した上記の圧力差ΔＰｂと、に基づいて、現環境下（すなわち、その圧力センサ１２０を用いた圧力差ΔＰｂの検出時と同じ温度環境下）での上流側検出フィルタ１０６の初期圧損ΔＰａ０を推定する。

次に、その推定した上流側検出フィルタ１０６の初期圧損ΔＰａ０と、圧力センサ１１４を用いて検出した上記の圧力差ΔＰａと、に基づいて、それらの比β（＝ΔＰａ／ΔＰａ０）を算出する。そして、その比βの大きさに基づいて、予め定められている比βと上流側検出フィルタ１０６の微粒子（ＰＭ）堆積量との関係を参照することにより、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出する。

このように、本実施形態においては、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出するのに、排ガス採取ライン１０２に直列接続されている上流側検出フィルタ１０６及び下流側検出フィルタ１０８の、上流側と下流側との間の各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを検出するだけで十分であり、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することは不要である。従って、本実施形態によれば、圧力センサ１１４，１２０を用いて検出される各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを用いることで、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することなく、すなわち、排ガス用の温度センサや排ガス用の流量センサを搭載することなく、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を精度よく算出することができる。このため、本実施形態によれば、排ガス浄化装置１００や測定装置１０４の小型化かつ低コストを図ることが可能となっている。

本実施形態の測定装置１０４において、演算部１２２は、上述の如く、上流側検出フィルタ１０６の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出すると、その微粒子（ＰＭ）堆積量に基づいて、主排気管１４ａにおいて微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の上流側を流通する排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）量を算出してその微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６に堆積した微粒子（ＰＭ）の量を算出・推定する。そして、算出した上流側検出フィルタ１０６の微粒子（ＰＭ）堆積量が閾値を超えた場合に微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の微粒子（ＰＭ）堆積量が閾値を超えたものとして、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６中の微粒子（ＰＭ）を酸化燃焼させて微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６から微粒子（ＰＭ）を除去させる。具体的には、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６からの微粒子（ＰＭ）除去のため、内燃機関１２から高温の排ガスを排出させる。従って、本実施形態によれば、上流側検出フィルタ１０６の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出して微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の微粒子（ＰＭ）堆積量を推定し、その微粒子（ＰＭ）堆積量が過大となった時にその微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６を再生させることが可能である。

尚、本実施形態においては、上記の如く、下流側検出フィルタ１０８の上流側にある圧力導入管１１６と、上流側検出フィルタ１０６の下流側にある圧力導入管１１２と、が同じ導入路を構成し、或いは、一部を共用するものである。このため、測定装置１０４の小型化・低コスト化を図ることが可能である。

実施形態３

ところで、上記の第１実施形態は、上流側検出フィルタ２０と下流側検出フィルタ２２とが略同じ性能や形状を有することを前提としたものではない。これに対して、本発明の第３実施形態は、上流側検出フィルタ２０と下流側検出フィルタ２２とが略同じ性能や形状を有することを前提としている。尚、本実施形態において、上記の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、本実施形態において、上流側検査用フィルタ２０と下流側検査用フィルタ２２とは、単一成形体等により構成されており、互いに略同じ性能や形状（例えば、同一の厚みや同一のＰＭ捕集面積，同一の動粘度など）を有している。また、これらの検出フィルタ２０，２２は、排ガスの温度差が生じないほど近接して配置されている。

このため、本実施形態において、上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０と下流側検出フィルタ２２の初期圧損ΔＰｂ０とは略同じである（ΔＰａ０≒ΔＰｂ０）と共に、両検出フィルタ２０，２２の間に生じる温度差は常に略ゼロである。また、下流側検出フィルタ２２への微粒子（ＰＭ）の堆積は皆無であるので、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間の圧力差ΔＰｂはその初期圧損ΔＰｂ０とほとんど変わらない。

従って、圧力センサ３４を用いて検出される下流側検出フィルタ２２の前後の現環境下での圧力差ΔＰｂから、同じ環境下での下流側検出フィルタ２２の初期圧損ΔＰｂ０を求めることができ、ひいては、同じ環境下での上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０を求めることができる。この点、圧力センサ３４を用いて検出される下流側検出フィルタ２２の前後の現環境下での圧力差ΔＰｂに基づいて、排ガスの温度を検出することなく、その圧力センサ３４を用いた下流側検出フィルタ２２の圧力差ΔＰｂの検出時と同じ環境下での上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０を推定することができる。

また、上述した如く、排ガスに含まれる微粒子（ＰＭ）は、上流側検出フィルタ２０に堆積する一方で、下流側検出フィルタ２２には堆積しない。そして、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）の堆積量が増えるほど、上流側検出フィルタ２０前後の圧力差ΔＰａが増加する。すなわち、同じ排ガスの温度環境下でかつ同じ排ガスの流量下であれば、上流側検出フィルタ２０前後の圧力差の、微粒子（ＰＭ）の堆積前の初期値と微粒子（ＰＭ）の堆積後の値との差（変化）は、微粒子（ＰＭ）堆積量に応じたものとなる。従って、同じ排ガスの温度環境下でかつ同じ排ガスの流量下において、上流側検出フィルタ２０前後の圧力差の、初期圧損ΔＰａ０からの変化量を計算すれば、その変化量の大きさに基づいて、上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出することができる。

尚、上記の如く、算出される上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量には、排ガスの温度や排ガスの流量に依存した因子が含まれているので、上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量を精度良く算出するうえでは、かかる因子をキャンセルする無次元化を図ることが必要である。

そこで、本実施形態において、演算部３６は、定期的に、圧力センサ２８の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１７内における、上流側検出フィルタ２０の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰａを検出すると共に、圧力センサ３４の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１７内における、下流側検出フィルタ２２の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰｂを検出する。

演算部３６は、圧力センサ３４を用いて検出した上記の圧力差ΔＰｂに基づいて、現環境下（すなわち、その圧力センサ３４を用いた圧力差ΔＰｂの検出時と同じ温度環境下）での初期圧損ΔＰｂ０、すなわち、上流側検出フィルタ２０の初期圧損ΔＰａ０を推定する。次に、その推定した初期圧損ΔＰａ０と、圧力センサ２８を用いて検出した上記の圧力差ΔＰａと、に基づいて、それらの差（変化量）を算出する（ΔＰａ−ΔＰａ０）。

演算部３６は、その算出した変化量（ΔＰａ−ΔＰａ０）と、上記の如く推定した初期圧損ΔＰａ０と、に基づいて、それらの比（＝（ΔＰａ−ΔＰａ０）／ΔＰａ０）を算出する。この場合には、算出される上記の変化量（ΔＰａ−ΔＰａ０）に含まれる排ガスの温度や排ガスの流量に依存した因子がキャンセルされることとなる。そして、その算出される比（＝（ΔＰａ−ΔＰａ０）／ΔＰａ０）の大きさに基づいて、予め定められている比と微粒子（ＰＭ）堆積量との関係を参照することにより、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出する。

このように、本実施形態においても、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出するのに、排ガス採取ライン１７に直列接続されている上流側検出フィルタ２０及び下流側検出フィルタ２２の、上流側と下流側との間の各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを検出するだけで十分であり、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することは不要である。従って、本実施形態によれば、圧力センサ２８，３４を用いて検出される各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを用いることで、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することなく、すなわち、排ガス用の温度センサや排ガス用の流量センサを搭載することなく、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を精度よく算出することができる。このため、本実施形態によれば、排ガス浄化装置１０や故障検出装置１８の小型化かつ低コストを図ることが可能となっている。

また、本実施形態においては、上流側検出フィルタ２０と下流側検出フィルタ２２とは、互いに略同じ性能や形状を有しているため、上記の第１実施形態と異なり、上流側検出フィルタ２０に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出するのに、検出フィルタ２０，２２前後の初期圧損（ΔＰａ０，ΔＰｂ０）の比を求め或いは記憶させておく必要はない。従って、本実施形態によれば、上流側検出フィルタ２０の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出するうえで、排ガス浄化装置１０のハード・ソフトの両面で小型化かつ低コストを図ることが可能となっている。

尚、上記の第２実施形態も、上記の第１実施形態と同様に上流側検出フィルタ１０６と下流側検出フィルタ１０８とが略同じ性能や形状を有することを前提としたものではないが、上流側検出フィルタ１０６と下流側検出フィルタ１０８とが略同じ性能や形状を有することとして本実施形態を適用することとしてもよい。

すなわち、この変形例において、演算部１２２は、定期的に、圧力センサ１１４の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１０２内における、上流側検出フィルタ１０６の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰａを検出すると共に、圧力センサ１２０の出力信号に基づいて、排ガス採取ライン１０２内における、下流側検出フィルタ１０８の上流側と下流側との間に生じる圧力差ΔＰｂを検出する。

演算部１２２は、圧力センサ１２０を用いて検出した上記の圧力差ΔＰｂに基づいて、現環境下（すなわち、その圧力センサ１２０を用いた圧力差ΔＰｂの検出時と同じ温度環境下）での初期圧損ΔＰｂ０、すなわち、上流側検査用フィルタ１０６の初期圧損ΔＰａ０を推定する。次に、その推定した初期圧損ΔＰａ０と、圧力センサ１１４を用いて検出した上記の圧力差ΔＰａと、に基づいて、それらの差（変化量）を算出する（ΔＰａ−ΔＰａ０）。

演算部１２２は、その算出した変化量（ΔＰａ−ΔＰａ０）と、上記の如く推定した初期圧損ΔＰａ０と、に基づいて、それらの比（＝（ΔＰａ−ΔＰａ０）／ΔＰａ０）を算出する。この場合には、算出される上記の変化量（ΔＰａ−ΔＰａ０）に含まれる排ガスの温度や排ガスの流量に依存した因子がキャンセルされることとなる。そして、その算出される比（＝（ΔＰａ−ΔＰａ０）／ΔＰａ０）の大きさに基づいて、予め定められている比と微粒子（ＰＭ）堆積量との関係を参照することにより、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出する。

このように、本実施形態においても、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出するのに、排ガス採取ライン１０２に直列接続されている上流側検出フィルタ１０６及び下流側検出フィルタ１０８の、上流側と下流側との間の各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを検出するだけで十分であり、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することは不要である。従って、本実施形態によれば、圧力センサ１１４，１２０を用いて検出される各圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを用いることで、排ガスの温度や流通する排ガスの流量を検出することなく、すなわち、排ガス用の温度センサや排ガス用の流量センサを搭載することなく、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を精度よく算出することができる。このため、本実施形態によれば、排ガス浄化装置１００や測定装置１０４の小型化かつ低コストを図ることが可能となる。

また、本実施形態においては、上流側検出フィルタ１０６と下流側検出フィルタ１０８とは、互いに略同じ性能や形状を有しているため、上記の第２実施形態と異なり、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）量を算出するのに、検出フィルタ１０６，１０８前後の初期圧損の比を求め或いは記憶させておく必要はない。従って、本実施形態によれば、上流側検出フィルタ１０６の微粒子（ＰＭ）堆積量を算出するうえで、排ガス浄化装置１００のハード・ソフトの両面で小型化かつ低コストを図ることが可能となる。

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。

例えば、第１実施形態の２つの圧力センサ２８，３４（第２実施形態では圧力センサ１１４，１２０）を用いて第１実施形態の２つの検出フィルタ２０，２２（第２実施形態では検出フィルタ１０６，１０８）の前後に作用する各圧力差をそれぞれ検出することとしているが、上流側検出フィルタ２０（１０６）の上流側に作用する圧力、上流側検出フィルタ２０（１０６）の下流側（すなわち下流側検出フィルタ２２（１０８）の上流側）に作用する圧力、及び下流側検出フィルタ２２（１０８）の下流側に作用する圧力を、それぞれ検出するための３つの圧力センサを設け、３つの部位の圧力をそれぞれ検出したうえで、演算により２つの検出フィルタ２０，２２（１０６，１０８）の前後に作用する各圧力差をそれぞれ検出することとしてもよい。

また、上記の第２実施形態においては、図５に示す如く、排ガス採取ライン１０２の上流端を主排気管１４ａに接続しかつその下流端を主排気管１４ｂに接続して、排ガス採取ライン１０２を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６をバイパスするように排気管１４に並列に設けることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガス採取ライン１０２の下流端をポンプに接続して排ガス採取ライン１０２に排ガスを引き込むこととしてもよいし、また、排ガス採取ライン１０２の下流端を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の上流側の主排気管１４ａに接続することとしてもよいし、或いは、そのまま大気開放することとしてもよい。

また、上記の第２実施形態においては、排ガス採取ライン１０２及び検出フィルタ１０６，１０８の全体で流通する排ガスの温度を一定温度に保つための保温手段を設けることとはしていないが、図７に示す如く、そのための保温手段２００を設けることとしてもよい。この保温手段２００は、例えば電熱線などのヒータである。かかる本発明の実施形態の変形例の構成によれば、排ガス採取ライン１０２及び検出フィルタ１０６，１０８の全体における温度変化を抑制することができるので、排ガス採取ライン１０２及び検出フィルタ１０６，１０８内での結露を防止することができると共に、検出フィルタ１０６，１０８の各初期圧損ΔＰａ０，ΔＰｂ０を一定に保つことができる。

また、上記の第２実施形態においては、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）を酸化燃焼して除去する微粒子除去手段（再生手段）を設けることとはしていないが、図８に示す如く、その再生手段３００を設けることとしてもよい。この再生手段３００は、例えばヒータ（電熱線）やバーナなどである。また、再生手段３００は、例えば微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の再生と同タイミングで上流側検出フィルタ１０６の再生が行われるように作動される。かかる本発明の実施形態の変形例の構成によれば、上流側検出フィルタ１０６に堆積する微粒子（ＰＭ）の酸化燃焼によりその上流側検出フィルタ１０６の再生を行うことができるので、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）１６の微粒子（ＰＭ）堆積量を精度良く算出・推定することが可能となる。

尚、更に、上流側検出フィルタ１０６の下流側に微粒子（ＰＭ）が漏れる場合があるので、下流側検出フィルタ１０８に対しても微粒子除去手段（再生手段）を設けて、下流側検出フィルタ１０８に堆積する微粒子（ＰＭ）を酸化燃焼して除去しその下流側検出フィルタ１０８を再生することとしてもよい。

尚、上記の第１及び第２実施形態においては、故障検出装置１８及び測定装置１０４が特許請求の範囲に記載した「微粒子センサ」に、上流側検出フィルタ２０，１０６が特許請求の範囲に記載した「第１検出フィルタ」に、また、下流側検出フィルタ２２，１０８が特許請求の範囲に記載した「第２検出フィルタ」に、それぞれ相当している。

また、上流側検出フィルタ２０，１０６の上流側と下流側との圧力差ΔＰａが特許請求の範囲に記載した「第１圧力差」に、演算部３６，１２２が上流側検出フィルタ２０，１０６の上流側と下流側との圧力差ΔＰａを検出することが特許請求の範囲に記載した「第１差圧検出手段」に、下流側検出フィルタ２２，１０８の上流側と下流側との圧力差ΔＰｂが特許請求の範囲に記載した「第２圧力差」に、また、演算部３６，１２２が下流側検出フィルタ２２，１０８の上流側と下流側との圧力差ΔＰｂを検出することが特許請求の範囲に記載した「第２差圧検出手段」に、それぞれ相当している。

１０，１００ 排ガス浄化装置
１２ 内燃機関
１４ 排気管
１６ 微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）
１７，１０２ 排ガス採取ライン
１８ 故障検出装置
２０，２２，１０６，１０８ 検出フィルタ
２４，２６，３０，３２，１１０，１１２，１１６，１１８ 圧力導入管
２８，３４，１１４，１２０ 圧力センサ
３６，１２２ 演算部
１０４ 測定装置

Claims (10)

1. 排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を検出する微粒子センサであって、
   前記排気流通路上に配置され、前記微粒子を捕捉可能な第１検出フィルタと、
   前記排気流通路上の前記第１検出フィルタの下流側に配置され、前記微粒子を捕捉可能な第２検出フィルタと、
   前記第１検出フィルタの上流側と下流側との第１圧力差を検出する第１差圧検出手段と、
   前記第２検出フィルタの上流側と下流側との第２圧力差を検出する第２差圧検出手段と、
   前記第１差圧検出手段による検出結果と前記第２差圧検出手段による検出結果とに基づいて、前記微粒子の量を検出する微粒子量検出手段と、
   を備えることを特徴とする微粒子センサ。
2. 前記第１検出フィルタ及び第２検出フィルタは、前記排気流通路上の温度分布が略同じ箇所に配置されていることを特徴とする請求項１に記載された微粒子センサ。
3. 前記第１検出フィルタ及び第２検出フィルタを略同一温度に保つ保温手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子センサ。
4. 前記第１検出フィルタ又は前記第２検出フィルタに捕捉された微粒子を除去するための微粒子除去手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載された微粒子センサ。
5. 前記微粒子除去手段は、捕捉された微粒子を燃焼させて除去するヒータ又はバーナであることを特徴とする請求項４に記載された微粒子センサ。
6. 前記微粒子量検出手段は、
   前記第１圧力差と前記第２圧力差との初期比と、前記第２差圧検出手段により検出される前記第２圧力差と、の関係に基づいて、該第２差圧検出手段による該第２圧力差の検出時と同じ環境下における前記第１圧力差の初期値を推定する第１圧力差初期値推定手段と、
   前記第１圧力差初期値推定手段により推定される前記第１圧力差の初期値と、前記第１差圧検出手段により検出される前記第１圧力差と、の比を算出する比算出手段と、を有し、
   前記比算出手段により算出される前記比に基づいて、前記微粒子の量を検出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載された微粒子センサ。
7. 前記第１検出フィルタと前記第２検出フィルタとは、互いに略同じ性能を有するフィルタであり、
   前記微粒子量検出手段は、前記第１差圧検出手段により検出される前記第１圧力差と、前記第２差圧検出手段により検出される前記第２圧力差と、の差を算出する差算出手段を有し、前記差算出手段により算出される前記差に基づいて、前記微粒子の量を検出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載された微粒子センサ。
8. 前記第１検出フィルタと前記第２検出フィルタとは、単一成形体により構成されることを特徴とする請求項７に記載された微粒子センサ。
9. 内燃機関から排出される排ガスが流通する排気管上に設けられ、前記排気管を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕捉可能な微粒子捕捉フィルタを備える排ガス浄化装置であって、
   前記微粒子捕捉フィルタの上流側において前記排ガスの一部を請求項１乃至８の何れか一項に記載された微粒子センサへ導く上流側排ガス導入手段と、
   前記微粒子センサによって検出された前記微粒子の量に基づいて、前記微粒子捕捉フィルタに堆積する微粒子の量を算出する微粒子堆積量算出手段と、
   を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
10. 内燃機関から排出される排ガスが流通する排気管上に設けられ、前記排気管を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕捉可能な微粒子捕捉フィルタを備える排ガス浄化装置であって、
    前記微粒子捕捉フィルタの下流側において前記排ガスの一部を請求項１乃至８の何れか一項に記載された微粒子センサへ導く下流側排ガス導入手段と、
    前記微粒子センサによって検出された前記微粒子の量に基づいて、前記微粒子捕捉フィルタの故障を診断するフィルタ故障診断手段と、
    を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。

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