JP4553363B2 - パティキュレート量の測定装置、パティキュレート量の測定方法、及び排気浄化装置 - Google Patents
パティキュレート量の測定装置、パティキュレート量の測定方法、及び排気浄化装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、パティキュレート量の測定装置、パティキュレート量の測定方法、及び排気浄化装置に関する。特に、小型かつ簡易な構成からなり、ディーゼルパティキュレートフィルタに流入するパティキュレート量を精度良く検証可能なパティキュレート量の測定装置、そのような測定装置を用いたパティキュレート量の測定方法、及びそのような測定装置を備えた排気浄化装置に関する。
従来のディーゼルエンジンの多くには、その排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質：ＰＭ）を除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が備えられている。かかるＤＰＦは、排気ガスの浄化を行なうと、時間の経過とともにＰＭ等によって目詰まりを起こすために、内燃機関の運転中においても、ＤＰＦにＰＭが堆積してきた場合には、還元剤等を用いてＰＭを酸化（燃焼）させることによって、ＤＰＦを連続的に再生させる必要がある。
このようなＤＰＦの再生方法として、排気ガスの温度や流量、さらにＤＰＦ前後における排気ガスの差圧をもとに、ＤＰＦに堆積したＰＭ量を推定して、推定されるＰＭ量が所定量を超える場合に再生させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
このようなＤＰＦの再生方法として、排気ガスの温度や流量、さらにＤＰＦ前後における排気ガスの差圧をもとに、ＤＰＦに堆積したＰＭ量を推定して、推定されるＰＭ量が所定量を超える場合に再生させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、排気フィルタ内部の局部的なＰＭ堆積密度を検出でき、ＰＭ堆積密度の分布状態を容易に監視することを可能にするフィルタのＰＭ堆積密度分布検出方法が提案されている。より具体的には、図７に示すように、前段素子と後段素子とによる容量的に結合された負荷がフィルタに挿入され、ダイオードスイッチから、所定の一定周波数の高周波が負荷に供給される。また、基準検出器は、容量的に結合された負荷に搬送される前の高周波の強度を表す基準信号を作成するとともに、信号検出器は、容量的に結合された負荷を通って伝搬した高周波の強度を表す受信信号を作成する。そして、コントロールユニットは、基準信号と受信信号とを比較して高周波の伝送比率を検出し、伝送比率から局所的なＰＭの堆積密度を決定する検出方法である（例えば、特許文献２参照）。
特許第３０１２２４９号公報 （全文）
特開平６−３０７２２６号公報 （特許請求の範囲 図１）
しかしながら、特許文献１及び２にそれぞれ開示されたフィルタ上のＰＭ堆積量の測定方法では、ＤＰＦに対して直接センサ等を装着して、実際のＤＰＦに吸着されたＰＭ量を測定しようとするものであり、浄化装置が全体として大型化したり、センサ等の配置に制約があったりするという問題があった。
また、一般的に、ＤＰＦを再生する際に、フィルタの中心部に堆積していたＰＭのみが酸化（燃焼）され、周辺部に堆積していたＰＭが残ってしまうことにより、ＰＭがＤＰＦに対して不均一に堆積してしまう場合があった。したがって、実際のＰＭの堆積量から算出される圧損よりも低い値が算出されてしまい、吸着されたＰＭ量を精度良く推定することが困難であるという問題があった。
また、一般的に、ＤＰＦを再生する際に、フィルタの中心部に堆積していたＰＭのみが酸化（燃焼）され、周辺部に堆積していたＰＭが残ってしまうことにより、ＰＭがＤＰＦに対して不均一に堆積してしまう場合があった。したがって、実際のＰＭの堆積量から算出される圧損よりも低い値が算出されてしまい、吸着されたＰＭ量を精度良く推定することが困難であるという問題があった。
そこで、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、内燃機関から排出された排気ガスの一部を取り出し、擬似的かつ小型の排気浄化装置を通過させるとともに、その前後の圧力差等を測定することにより、ＤＰＦにおけるＰＭの捕集状態や、内燃機関の運転状態にかかわらず、ＤＰＦに流入するＰＭ量を精度良く検証することができることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、ＰＭ捕集用のＤＰＦとは別の検査用のフィルタを用いて、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭ量を精度良く検証可能なパティキュレート量の測定装置、そのような測定装置を用いたパティキュレート量の測定方法、及びそのような測定装置を備えた排気浄化装置を提供することである。
すなわち、本発明の目的は、ＰＭ捕集用のＤＰＦとは別の検査用のフィルタを用いて、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭ量を精度良く検証可能なパティキュレート量の測定装置、そのような測定装置を用いたパティキュレート量の測定方法、及びそのような測定装置を備えた排気浄化装置を提供することである。
本発明によれば、内燃機関と、当該内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタと、の間に取り付けて、排気ガス中に含まれるパティキュレートの含有量を測定するためのパティキュレート量の測定装置であって、排気ガスの一部を、サンプルガスとして導入させる導入部と、サンプルガス中のパティキュレートを吸着するためのフィルタであって、ディーゼルパティキュレートフィルタと同様の材質からなり、その大きさがディーゼルパティキュレートフィルタよりも小さい検査用フィルタと、検査用フィルタの前後における圧力の差を測定するための圧力センサと、検査用フィルタを加熱して再生するための再生手段と、を備えることを特徴とするパティキュレート量の測定装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置を構成するにあたり、検査用フィルタを通過するサンプルガスの流量を測定するための流量センサをさらに備えることが好ましい。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置を構成するにあたり、検査用フィルタを通過するサンプルガスの温度を測定するための温度センサをさらに備えることが好ましい。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置を構成するにあたり、圧力センサにより得られた測定値、さらには流量センサ及び温度センサにより得られた測定値をもとに、検査用フィルタに吸着されたパティキュレート量を算出する演算手段をさらに備えることが好ましい。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置を構成するにあたり、再生手段として、電熱線又はバーナを備えることが好ましい。
また、本発明の別の態様は、パティキュレート量の測定装置を用いて、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量を測定するためのパティキュレート量の測定方法であって、パティキュレート量の測定装置における導入部から、排気ガスの一部をサンプルガスとして取り出す工程と、サンプルガス中のパティキュレートを、ディーゼルパティキュレートフィルタと同様の材質からなり、その大きさがディーゼルパティキュレートフィルタよりも小さい検査用フィルタにより吸着させる工程と、検査用フィルタの前後における圧力差を測定する工程と、得られた圧力差の測定値をもとに、検査用フィルタに吸着されたパティキュレート量を算出するとともに検査用フィルタの再生を繰り返しながら、検査用フィルタに流入するサンプルガスの流量とディーゼルパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流量との比に基づいて捕集されたパティキュレート量を算出する工程と、を含むことを特徴とするパティキュレート量の測定方法である。
また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかのパティキュレート量の測定装置を備えた排気浄化装置である。
本発明によれば、所定の導入部と、検査用フィルタと、圧力センサと、を備えた、擬似的な排気浄化装置からなる測定装置とすることにより、検査用フィルタの前後の差圧をもとに、サンプルガス中に含まれるパティキュレート（ＰＭ）量を測定することができる。また、ＤＰＦと同様の材質からなりＤＰＦよりも小さい検査用フィルタが用いられて、測定装置が、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）よりも小型化されていることにより、測定されるサンプルガス中のＰＭ量の誤差を著しく小さくすることができる。したがって、測定されるサンプルガス中のＰＭ量をもとに、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く検証することができる。よって、内燃機関の運転状態や、ＤＰＦにおけるＰＭの捕集状態が変化する場合であっても、排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く測定することができる。
さらに、本発明の測定装置が所定の再生手段を備えることにより、検査用フィルタを再生させながら、サンプルガス中のＰＭ量を連続的に測定することができる。したがって、測定装置における測定誤差を著しく小さくして、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く測定することができる。
さらに、本発明の測定装置が所定の再生手段を備えることにより、検査用フィルタを再生させながら、サンプルガス中のＰＭ量を連続的に測定することができる。したがって、測定装置における測定誤差を著しく小さくして、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く測定することができる。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置によれば、所定の流量センサをさらに備えることにより、サンプルガス中のＰＭ量をより精度良く測定することができる。したがって、当該サンプルガス中のＰＭ量をもとに、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量をより精度良く測定することができる。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置によれば、所定の温度センサをさらに備えることにより、サンプルガス中のＰＭ量をさらに精度良く測定することができる。したがって、当該サンプルガス中のＰＭ量をもとに、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量をさらに精度良く測定することができる。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置によれば、所定の演算手段をさらに備えることにより、圧力差や流量、温度等の測定値をもとに、サンプルガス中のＰＭ量を効率的に算出することができる。したがって、算出されるＰＭ量をもとに、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を効率的に検証することができる。
また、本発明のパティキュレート量の測定装置によれば、電熱線又はバーナを再生手段として用いることにより、小型かつ簡易な構成の再生手段によって、検査用フィルタを効率的に再生することができる。
また、本発明のパティキュレート量の測定方法によれば、ＤＰＦと同様の材質からなりその大きさがＤＰＦよりも小さい検査用フィルタを用いた擬似的な排気浄化装置として構成されるＰＭ量の測定装置を用いて、排気ガスの一部に含まれるＰＭ量を精度良く測定できるために、当該ＰＭ量の測定値をもとに、内燃機関の運転状態やＤＰＦの捕集状態にかかわらず、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量を精度良く推定することができる。
しかも、検査用フィルタを再生させながら検査用フィルタに吸着されたＰＭ量を連続的に測定するために、長時間測定する場合であっても、検査用フィルタに吸着されたＰＭ量を精度良く測定することができる。したがって、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く推定することができる。
しかも、検査用フィルタを再生させながら検査用フィルタに吸着されたＰＭ量を連続的に測定するために、長時間測定する場合であっても、検査用フィルタに吸着されたＰＭ量を精度良く測定することができる。したがって、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く推定することができる。
また、本発明の排気浄化装置であれば、所定のパティキュレート量の測定装置を備えることにより、内燃機関の運転状態やＤＰＦの捕集状態にかかわらず、排気ガス中に含まれるＰＭ量を精度良く推定して、効率的にＤＰＦの再生をすることができる。
［第１実施形態］
第１実施形態は、内燃機関と、当該内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と、の間に取り付けて、排気ガス中に含まれるパティキュレート（ＰＭ）の含有量を測定するためのパティキュレート量の測定装置を備えた排気浄化装置である。
かかる排気浄化装置に備えられるパティキュレート量の測定装置は、排気ガスの一部を、サンプルガスとして導入させる導入部と、ＤＰＦと同様の材質からなり、その大きさがＤＰＦよりも小さい検査用フィルタと、検査用フィルタの前後における圧力の差を測定するための圧力センサと、検査用フィルタを加熱して再生するための再生手段と、を備えることを特徴とする。
以下、第１実施形態に係るＰＭ量の測定装置を備えた排気浄化装置について説明する。なお、図１は、本実施形態の排気浄化装置の具体的構成を説明するために供する図であり、図２は、ＰＭ量の測定装置の具体的構成を説明するために供する図である。
第１実施形態は、内燃機関と、当該内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と、の間に取り付けて、排気ガス中に含まれるパティキュレート（ＰＭ）の含有量を測定するためのパティキュレート量の測定装置を備えた排気浄化装置である。
かかる排気浄化装置に備えられるパティキュレート量の測定装置は、排気ガスの一部を、サンプルガスとして導入させる導入部と、ＤＰＦと同様の材質からなり、その大きさがＤＰＦよりも小さい検査用フィルタと、検査用フィルタの前後における圧力の差を測定するための圧力センサと、検査用フィルタを加熱して再生するための再生手段と、を備えることを特徴とする。
以下、第１実施形態に係るＰＭ量の測定装置を備えた排気浄化装置について説明する。なお、図１は、本実施形態の排気浄化装置の具体的構成を説明するために供する図であり、図２は、ＰＭ量の測定装置の具体的構成を説明するために供する図である。
１．基本的構成
第１実施形態に係る排気浄化装置は、図１に示すように、内燃機関５１から排出される排気ガス中に含まれるＰＭを除去するためのＤＰＦ３６と、当該ＤＰＦ３６に流入するＰＭ量の測定装置１０とを備えている。
すなわち、排気ガス中のＰＭを除去するためのＤＰＦは、時間の経過とともにＰＭが目詰まりを生じるために、定期的にＰＭを酸化（燃焼）させて再生させる必要がある。そのために、ＤＰＦとは独立的に、擬似的なかつ小型の排気浄化装置からなり、排気ガスの一部に含まれるＰＭ量を測定し、ＤＰＦに流入する排気ガス全体に含まれるＰＭ量を精度良く推定するための測定装置を備えている。したがって、ＤＰＦに吸着したＰＭを適切なタイミングで燃焼させてＤＰＦを効率的に再生し、ＰＭの浄化効率が低下しないようにすることができる。
第１実施形態に係る排気浄化装置は、図１に示すように、内燃機関５１から排出される排気ガス中に含まれるＰＭを除去するためのＤＰＦ３６と、当該ＤＰＦ３６に流入するＰＭ量の測定装置１０とを備えている。
すなわち、排気ガス中のＰＭを除去するためのＤＰＦは、時間の経過とともにＰＭが目詰まりを生じるために、定期的にＰＭを酸化（燃焼）させて再生させる必要がある。そのために、ＤＰＦとは独立的に、擬似的なかつ小型の排気浄化装置からなり、排気ガスの一部に含まれるＰＭ量を測定し、ＤＰＦに流入する排気ガス全体に含まれるＰＭ量を精度良く推定するための測定装置を備えている。したがって、ＤＰＦに吸着したＰＭを適切なタイミングで燃焼させてＤＰＦを効率的に再生し、ＰＭの浄化効率が低下しないようにすることができる。
２．パティキュレート（ＰＭ）量の測定装置
（１）全体構成
また、ＰＭ量の測定装置１０は、図２に示すように、基本的に、導入部１１と、検査用フィルタ１３と、圧力センサ１５と、再生手段２１とを備えている。すなわち、排気ガス浄化用のＤＰＦとは別個独立に、排気ガスの一部を取り出したサンプルガス中のＰＭ量を算出するための、擬似的なかつ小型化された排気浄化装置からなる測定装置１０である。
このようなＰＭ量の測定装置１０によって、内燃機関の運転状態やＤＰＦの捕集状態等にかかわらず、排気ガスから取り出したサンプルガス中のＰＭ量を、誤差が生じないように算出することができるために、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量を精度良く推定することができる。したがって、かかる推定結果をもとに、効率的にＤＰＦを再生させることができる。
なお、図２のＰＭ量の測定装置１０は、流量センサ１６と、温度センサ１７と、演算手段１９とをさらに備えた例である。
（１）全体構成
また、ＰＭ量の測定装置１０は、図２に示すように、基本的に、導入部１１と、検査用フィルタ１３と、圧力センサ１５と、再生手段２１とを備えている。すなわち、排気ガス浄化用のＤＰＦとは別個独立に、排気ガスの一部を取り出したサンプルガス中のＰＭ量を算出するための、擬似的なかつ小型化された排気浄化装置からなる測定装置１０である。
このようなＰＭ量の測定装置１０によって、内燃機関の運転状態やＤＰＦの捕集状態等にかかわらず、排気ガスから取り出したサンプルガス中のＰＭ量を、誤差が生じないように算出することができるために、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量を精度良く推定することができる。したがって、かかる推定結果をもとに、効率的にＤＰＦを再生させることができる。
なお、図２のＰＭ量の測定装置１０は、流量センサ１６と、温度センサ１７と、演算手段１９とをさらに備えた例である。
（２）導入部
導入部１１は、例えば、内燃機関の排気通路の途中に接続され、排気ガスの一部をサンプルガスとして取り入れるための部材である。
かかる導入部の形状は特に制限されるものではなく、例えば、断面が円形又は矩形の管状部材とすることができる。ただし、排気ガス中に含まれるＰＭの浄化は主としてＤＰＦにおいて行われ、ＰＭ量の測定装置においては、あくまでも排気ガス中のＰＭ量を推定することを主目的とするために、導入部からは大量の排気ガスを取り入れる必要はない。したがって、例えば、導入部として管状部材を用いる場合に、その径を５〜１０ｍｍの範囲内の値とすることが好ましい。
導入部１１は、例えば、内燃機関の排気通路の途中に接続され、排気ガスの一部をサンプルガスとして取り入れるための部材である。
かかる導入部の形状は特に制限されるものではなく、例えば、断面が円形又は矩形の管状部材とすることができる。ただし、排気ガス中に含まれるＰＭの浄化は主としてＤＰＦにおいて行われ、ＰＭ量の測定装置においては、あくまでも排気ガス中のＰＭ量を推定することを主目的とするために、導入部からは大量の排気ガスを取り入れる必要はない。したがって、例えば、導入部として管状部材を用いる場合に、その径を５〜１０ｍｍの範囲内の値とすることが好ましい。
（３）検査用フィルタ
また、検査用フィルタ１３は、導入部１１を介して流入してくるサンプルガス中のＰＭを捕集するためのフィルタである。そして、かかる検査用フィルタに吸着されたＰＭ量を測定した値が、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を推定するために用いられる。
かかる検査用フィルタ１３は、排気浄化装置に使用されているＤＰＦと同様の材質からなるフィルタを使用することができる。ただし、上述のように、検査用フィルタ１３に流入してくるサンプルガスの流量は、排気ガスの全体量に対して少量であるために、排気ガス中のＰＭ浄化用のＤＰＦの大きさよりも小さくされている。この理由は、ＰＭ量の測定装置１０の小型化を図ることができるとともに、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭを酸化（燃焼）させて行う検査用フィルタ１３の再生を、効率的に行うことができるためである。
また、検査用フィルタ１３は、導入部１１を介して流入してくるサンプルガス中のＰＭを捕集するためのフィルタである。そして、かかる検査用フィルタに吸着されたＰＭ量を測定した値が、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を推定するために用いられる。
かかる検査用フィルタ１３は、排気浄化装置に使用されているＤＰＦと同様の材質からなるフィルタを使用することができる。ただし、上述のように、検査用フィルタ１３に流入してくるサンプルガスの流量は、排気ガスの全体量に対して少量であるために、排気ガス中のＰＭ浄化用のＤＰＦの大きさよりも小さくされている。この理由は、ＰＭ量の測定装置１０の小型化を図ることができるとともに、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭを酸化（燃焼）させて行う検査用フィルタ１３の再生を、効率的に行うことができるためである。
（４）圧力センサ
また、圧力センサ１５は、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量を測定する際のデータとして、検査用フィルタ１３の前後における圧力差を測定するためのセンサである。すなわち、検査用フィルタ１３にＰＭが堆積すると、検査用フィルタ１３の前後に圧力差（圧損）が生じることとなる。したがって、かかる圧損を測定することにより、検査用フィルタ１３に堆積したＰＭ量を算出するために利用することができる。
また、圧力センサ１５は、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量を測定する際のデータとして、検査用フィルタ１３の前後における圧力差を測定するためのセンサである。すなわち、検査用フィルタ１３にＰＭが堆積すると、検査用フィルタ１３の前後に圧力差（圧損）が生じることとなる。したがって、かかる圧損を測定することにより、検査用フィルタ１３に堆積したＰＭ量を算出するために利用することができる。
（５）流量センサ
また、ＰＭ量の測定装置１０は、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量を測定する際のデータとして、検査用フィルタ１３を通過するサンプルガスの流量を測定するための流量センサ１６をさらに備えることが好ましい。この理由は、上述の圧損の値は、排気ガスの流量にも依存するために、かかる排気ガスの流量を測定して、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量をより精度良く算出するためである。
かかる流量センサ１６の種類は特に制限されるものではなく、例えば、ピトー管、電熱線、ベンチュリ管、容積測定流量計、タービンメータ、電磁流量計、及び超音波流量計の少なくとも一つを使用することができる。
また、流量センサを、検査用フィルタの下流側に配置することが好ましい。この理由は、流量センサがＰＭによって汚染されるのを防止するためである。
また、ＰＭ量の測定装置１０は、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量を測定する際のデータとして、検査用フィルタ１３を通過するサンプルガスの流量を測定するための流量センサ１６をさらに備えることが好ましい。この理由は、上述の圧損の値は、排気ガスの流量にも依存するために、かかる排気ガスの流量を測定して、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量をより精度良く算出するためである。
かかる流量センサ１６の種類は特に制限されるものではなく、例えば、ピトー管、電熱線、ベンチュリ管、容積測定流量計、タービンメータ、電磁流量計、及び超音波流量計の少なくとも一つを使用することができる。
また、流量センサを、検査用フィルタの下流側に配置することが好ましい。この理由は、流量センサがＰＭによって汚染されるのを防止するためである。
（６）温度センサ
また、ＰＭ量の測定装置１０は、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量の測定する際のデータとして、検査用フィルタ１３に流入するサンプルガスの温度を測定するための温度センサ１７をさらに備えることが好ましい。この理由は、上述の圧損の値は、サンプルガスの温度にも依存するために、かかるサンプルガスの温度を測定して、検査用１３フィルタに吸着されたＰＭ量をさらに精度良く算出するためである。
また、かかる温度センサ１７を複数備えることが好ましい。この理由は、例えば、検査用フィルタ１３の入口及び出口を含む複数箇所における排気ガスの温度を測定して、その平均値を算出することにより、排気ガスの温度にばらつきがある場合であっても、検査用フィルタ１３中の排気ガスの温度を精度良く測定することができるためである。
また、ＰＭ量の測定装置１０は、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量の測定する際のデータとして、検査用フィルタ１３に流入するサンプルガスの温度を測定するための温度センサ１７をさらに備えることが好ましい。この理由は、上述の圧損の値は、サンプルガスの温度にも依存するために、かかるサンプルガスの温度を測定して、検査用１３フィルタに吸着されたＰＭ量をさらに精度良く算出するためである。
また、かかる温度センサ１７を複数備えることが好ましい。この理由は、例えば、検査用フィルタ１３の入口及び出口を含む複数箇所における排気ガスの温度を測定して、その平均値を算出することにより、排気ガスの温度にばらつきがある場合であっても、検査用フィルタ１３中の排気ガスの温度を精度良く測定することができるためである。
（７）演算手段
また、ＰＭ量の測定装置１０は、上述の圧力センサ１５、さらには流量センサ１６、及び温度センサ１７において測定された測定値をもとに、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量を算出するための演算手段１９をさらに備えることが好ましい。
かかる算出方法の一例については、第２実施形態に係るパティキュレート量の測定方法において説明する。
また、ＰＭ量の測定装置１０は、上述の圧力センサ１５、さらには流量センサ１６、及び温度センサ１７において測定された測定値をもとに、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量を算出するための演算手段１９をさらに備えることが好ましい。
かかる算出方法の一例については、第２実施形態に係るパティキュレート量の測定方法において説明する。
（８）再生手段
また、ＰＭ量の測定装置１０は、検査用フィルタ１３を加熱して、再生させるための再生手段２１を備えている。この理由は、検査用フィルタ１３においても、時間の経過とともにＰＭが堆積して、上述の圧損等をもとにした検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量の算出に誤差が生じやすくなるためである。したがって、定期的に検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭを燃焼させて検査用フィルタ１３を再生させることにより、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量の測定、ひいては、ＤＰＦに流入するＰＭ量の推定をより精度良く行うことができる。
かかる再生手段２１としては、直接的に検査用フィルタに吸着されたＰＭを燃焼させる燃焼バーナや、ヒータ（電熱線）等を使用することができる。ただし、本発明のＰＭ量の測定装置１０は、ＤＰＦよりも著しく小型化されたものであるので、かかる検査用フィルタ１３を再生させる際に、大量の時間や、エネルギを消費することがないため、最も簡易な構成で、ＰＭを完全に燃焼させることができることから、ヒータを備えることが好ましい。
また、ＰＭ量の測定装置１０は、検査用フィルタ１３を加熱して、再生させるための再生手段２１を備えている。この理由は、検査用フィルタ１３においても、時間の経過とともにＰＭが堆積して、上述の圧損等をもとにした検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量の算出に誤差が生じやすくなるためである。したがって、定期的に検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭを燃焼させて検査用フィルタ１３を再生させることにより、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量の測定、ひいては、ＤＰＦに流入するＰＭ量の推定をより精度良く行うことができる。
かかる再生手段２１としては、直接的に検査用フィルタに吸着されたＰＭを燃焼させる燃焼バーナや、ヒータ（電熱線）等を使用することができる。ただし、本発明のＰＭ量の測定装置１０は、ＤＰＦよりも著しく小型化されたものであるので、かかる検査用フィルタ１３を再生させる際に、大量の時間や、エネルギを消費することがないため、最も簡易な構成で、ＰＭを完全に燃焼させることができることから、ヒータを備えることが好ましい。
３．内燃機関
また、排気浄化装置を設置する内燃機関としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化部材の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、排気浄化装置を設置する内燃機関としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化部材の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
４．排気通路
また、図１において示される排気通路３０は、内燃機関の排気口３２に接続されており、他端がＤＰＦ３６に接続される。かかる排気通路３０の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路３０であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、内燃機関５１とは独立的に、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量をＤＰＦ３６に対して供給すべく、ＤＰＦの再生手段４０を取り付けやすくするために、図２に例示するように、排気通路３０の途中に屈曲部３８を設けることが好ましい。そして、その屈曲部３８に噴射出口３９を介して、ＤＰＦの再生手段４０を接続できるように構成してあることが好ましい。
また、図１において示される排気通路３０は、内燃機関の排気口３２に接続されており、他端がＤＰＦ３６に接続される。かかる排気通路３０の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路３０であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、内燃機関５１とは独立的に、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量をＤＰＦ３６に対して供給すべく、ＤＰＦの再生手段４０を取り付けやすくするために、図２に例示するように、排気通路３０の途中に屈曲部３８を設けることが好ましい。そして、その屈曲部３８に噴射出口３９を介して、ＤＰＦの再生手段４０を接続できるように構成してあることが好ましい。
５．ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
また、ＤＰＦ３６としては公知材料から構成することができるが、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のＰＭ等の微粒子を補集してこれを浄化するものである。
また、ＤＰＦ３６としては公知材料から構成することができるが、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のＰＭ等の微粒子を補集してこれを浄化するものである。
６．酸化触媒
また、ＤＰＦ３６の上流側に酸化触媒４２を備えることが好ましい。
この理由は、ＤＰＦ３６に排気ガスを流入させる前に、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯ等を酸化させることができるためである。また、ＤＰＦ３６が目詰まり状態となってきたときに、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯを効率的に酸化して、酸化触媒４２を昇温活性化させるとともに、排気ガスを昇温させることができるために、ＤＰＦ３６に捕集されたＰＭ等を加熱酸化させて、効率的に再生させることができるためである。さらに、酸化触媒４２によって酸化されたＮＯ、すなわちＮＯ2がＤＰＦ３６に捕集されたＰＭを酸化させることで、当該ＤＰＦ３６をより効率的に再生させることもできるためである。
また、ＤＰＦ３６の上流側に酸化触媒４２を備えることが好ましい。
この理由は、ＤＰＦ３６に排気ガスを流入させる前に、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯ等を酸化させることができるためである。また、ＤＰＦ３６が目詰まり状態となってきたときに、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯを効率的に酸化して、酸化触媒４２を昇温活性化させるとともに、排気ガスを昇温させることができるために、ＤＰＦ３６に捕集されたＰＭ等を加熱酸化させて、効率的に再生させることができるためである。さらに、酸化触媒４２によって酸化されたＮＯ、すなわちＮＯ2がＤＰＦ３６に捕集されたＰＭを酸化させることで、当該ＤＰＦ３６をより効率的に再生させることもできるためである。
７．ＤＰＦの再生手段
ＤＰＦの再生手段４０は、ＤＰＦに吸着されたＰＭを酸化（燃焼）させてＤＰＦを再生させるための手段であり、上述した、ＰＭ量の測定装置を用いて推定された、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量が所定値を超える場合に稼動するように制御されていることが好ましい。
例えば、かかるＤＰＦの再生手段４０としては、所定量の生ガス（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を含む不完全燃焼ガスを発生可能なバーナ４０とすることができる。かかるバーナを用いることにより、所定の設定空燃比となるように不完全燃焼ガスを噴射させて、所定量のＨＣ、ＣＯ、及び熱量を含む不完全燃焼ガスを供給することにより、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒を昇温活性化させ、排気ガスを高温にして、ＤＰＦに吸着されたＰＭを効率的に燃焼させることができるためである。
ＤＰＦの再生手段４０は、ＤＰＦに吸着されたＰＭを酸化（燃焼）させてＤＰＦを再生させるための手段であり、上述した、ＰＭ量の測定装置を用いて推定された、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量が所定値を超える場合に稼動するように制御されていることが好ましい。
例えば、かかるＤＰＦの再生手段４０としては、所定量の生ガス（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を含む不完全燃焼ガスを発生可能なバーナ４０とすることができる。かかるバーナを用いることにより、所定の設定空燃比となるように不完全燃焼ガスを噴射させて、所定量のＨＣ、ＣＯ、及び熱量を含む不完全燃焼ガスを供給することにより、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒を昇温活性化させ、排気ガスを高温にして、ＤＰＦに吸着されたＰＭを効率的に燃焼させることができるためである。
また、再生手段４０は、図２に示すように、内燃機関５１の排気通路３０中に備えられており、ＤＰＦ３６の上流側で、排気通路３０に連通する噴射出口３９を介して接続されることが好ましい。
この理由は、内燃機関から独立して、内燃機関の排気通路に連通する噴射出口を介して接続してあることにより、内燃機関の運転状態が、仮にアイドリング状態であって、排気温度が比較的低い場合であっても、バーナにおいて、燃料及び空気を所望濃度で混合して、当該内燃機関の運転状態に応じた所定の設定空燃比で燃焼させることができる。あるいは、仮に通常の運転状態であって、排気温度が比較的高い場合であっても、同様に、当該内燃機関の運転状態に応じた所定の設定空燃比で燃焼させることができる。逆に言えば、バーナの燃焼状態もまた、内燃機関の運転状態等に影響を与える可能性が少ないことから、ＤＰＦの再生の際に、内燃機関の運転状態等を所定状態に定める必要が無い。したがって、ＤＰＦの再生に関して、当該ＤＰＦの性能が低下してきた場合に、内燃機関の運転状態にかかわらず、定期的に再生することはもちろんのこと、任意時期であってもＤＰＦを再生することができる。
この理由は、内燃機関から独立して、内燃機関の排気通路に連通する噴射出口を介して接続してあることにより、内燃機関の運転状態が、仮にアイドリング状態であって、排気温度が比較的低い場合であっても、バーナにおいて、燃料及び空気を所望濃度で混合して、当該内燃機関の運転状態に応じた所定の設定空燃比で燃焼させることができる。あるいは、仮に通常の運転状態であって、排気温度が比較的高い場合であっても、同様に、当該内燃機関の運転状態に応じた所定の設定空燃比で燃焼させることができる。逆に言えば、バーナの燃焼状態もまた、内燃機関の運転状態等に影響を与える可能性が少ないことから、ＤＰＦの再生の際に、内燃機関の運転状態等を所定状態に定める必要が無い。したがって、ＤＰＦの再生に関して、当該ＤＰＦの性能が低下してきた場合に、内燃機関の運転状態にかかわらず、定期的に再生することはもちろんのこと、任意時期であってもＤＰＦを再生することができる。
また、バーナ４０は、図３に示すように、高圧燃料を供給するためのインジェクタ６０と、高圧燃料に空気を混合するための第１の空気導入管６１と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置６３と、蒸発して気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィス６５と、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管６７と、燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置６９と、を含むことが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、例えば、予備混合タイプの構成のバーナと比較して、バーナ４０の小型化を図ることができるとともに、噴射する燃焼ガスに含まれる未燃焼のＨＣの量を容易に制御することができるためである。より詳細には、拡散タイプのオリフィス６５によって、燃料を拡散して噴射させることにより、その中心部の燃料は、第２の空気導入管６７から取り入れた空気に触れないために不完全燃焼させることができる。したがって、ＨＣやＣＯを燃焼ガス中に含んだ状態で噴射させることができるものである。
この理由は、このように構成することにより、例えば、予備混合タイプの構成のバーナと比較して、バーナ４０の小型化を図ることができるとともに、噴射する燃焼ガスに含まれる未燃焼のＨＣの量を容易に制御することができるためである。より詳細には、拡散タイプのオリフィス６５によって、燃料を拡散して噴射させることにより、その中心部の燃料は、第２の空気導入管６７から取り入れた空気に触れないために不完全燃焼させることができる。したがって、ＨＣやＣＯを燃焼ガス中に含んだ状態で噴射させることができるものである。
８．ラムダセンサ
また、排気通路５１に連通するＤＰＦの再生手段の噴射出口３９と、ＤＰＦ３６との間に、排気ガスの空燃比を測定するラムダセンサ４４を備えることが好ましい。
この理由は、このようにラムダセンサ４４を備えることにより、バーナ４０から噴射された不完全燃焼ガスが混合された排気ガスの空燃比に基づいて、バーナ４０での設定空燃比を調整することができるためである。
また、排気通路５１に連通するＤＰＦの再生手段の噴射出口３９と、ＤＰＦ３６との間に、排気ガスの空燃比を測定するラムダセンサ４４を備えることが好ましい。
この理由は、このようにラムダセンサ４４を備えることにより、バーナ４０から噴射された不完全燃焼ガスが混合された排気ガスの空燃比に基づいて、バーナ４０での設定空燃比を調整することができるためである。
なお、図１に示すようにラムダセンサ４４を配置した場合、例えば、ラムダセンサ４４によって測定された排気ガスにおける空燃比に基づいて、内燃機関５１とは独立的にバーナ４０での設定空燃比の調整が可能であって、高温状態の排気通路３０の途中から、所定量のＣＯ、ＨＣ、及び所定熱量をＤＰＦに供給することができ、内燃機関５１の運転状態に関わらず、ＤＰＦ３６を効率的に再生することができる。
また、内燃機関５１の運転状態に対応させて、ＤＰＦ３６に対し、所定量のＣＯ、ＨＣ、及び所定熱量を含む不完全燃焼ガスをＤＰＦに供給することもできる。すなわち、内燃機関５１からの排気ガスの温度が比較的高い場合や低い場合、あるいはかかる排気ガスに含まれるＣＯやＨＣの含有量が多い場合には、それらを考慮して、所定量のＣＯ、ＨＣ、及び所定熱量を調整した上で、不完全燃焼ガスをＤＰＦに供給することができ、より効率的にＤＰＦを再生することができる。
また、内燃機関５１の運転状態に対応させて、ＤＰＦ３６に対し、所定量のＣＯ、ＨＣ、及び所定熱量を含む不完全燃焼ガスをＤＰＦに供給することもできる。すなわち、内燃機関５１からの排気ガスの温度が比較的高い場合や低い場合、あるいはかかる排気ガスに含まれるＣＯやＨＣの含有量が多い場合には、それらを考慮して、所定量のＣＯ、ＨＣ、及び所定熱量を調整した上で、不完全燃焼ガスをＤＰＦに供給することができ、より効率的にＤＰＦを再生することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態は、図４にそのフローを示すように、パティキュレート量の測定装置を用いて、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのＤＰＦに捕集されたパティキュレート量を測定するためのパティキュレート量の測定方法である。
かかる測定方法は、パティキュレート量の測定装置における導入部から、排気ガスの一部をサンプルガスとして導入させる工程と、サンプルガス中のパティキュレートを、ＤＰＦと同様の材質からなり、その大きさがＤＰＦよりも小さい検査用フィルタにより吸着させる工程と、検査用フィルタの前後における圧力差を測定する工程と、得られた圧力差の測定値をもとに、検査用フィルタに吸着されたパティキュレート量を算出するとともに検査用フィルタの再生を繰り返しながら、検査用フィルタに流入するサンプルガスの流量とディーゼルパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流量との比に基づいて捕集されたパティキュレート量を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
以下、第２実施形態に係るＰＭ量の測定方法として、図１に示す、第１実施形態で説明した排気浄化装置であって、所定の導入部、検査用フィルタ、圧力センサ、流量センサ、温度センサ、演算手段、再生手段を備えたＰＭ量の測定装置を備えた排気浄化装置におけるＰＭ量の測定方法について説明する。
第２実施形態は、図４にそのフローを示すように、パティキュレート量の測定装置を用いて、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのＤＰＦに捕集されたパティキュレート量を測定するためのパティキュレート量の測定方法である。
かかる測定方法は、パティキュレート量の測定装置における導入部から、排気ガスの一部をサンプルガスとして導入させる工程と、サンプルガス中のパティキュレートを、ＤＰＦと同様の材質からなり、その大きさがＤＰＦよりも小さい検査用フィルタにより吸着させる工程と、検査用フィルタの前後における圧力差を測定する工程と、得られた圧力差の測定値をもとに、検査用フィルタに吸着されたパティキュレート量を算出するとともに検査用フィルタの再生を繰り返しながら、検査用フィルタに流入するサンプルガスの流量とディーゼルパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流量との比に基づいて捕集されたパティキュレート量を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
以下、第２実施形態に係るＰＭ量の測定方法として、図１に示す、第１実施形態で説明した排気浄化装置であって、所定の導入部、検査用フィルタ、圧力センサ、流量センサ、温度センサ、演算手段、再生手段を備えたＰＭ量の測定装置を備えた排気浄化装置におけるＰＭ量の測定方法について説明する。
１．パティキュレート（ＰＭ）量の測定方法
まず、排気通路３０に接続したＰＭ量の測定装置１０における導入部１１から、排気通路３０中を流れる排気ガスの一部をサンプルガスとして取り出す（Ｓ１）。このとき、所定時間毎にサンプルガスを取り出すのではなく、導入部１１に対して常に排気ガスの一部が流れ込むようにして、連続的に取り出すようにする。
まず、排気通路３０に接続したＰＭ量の測定装置１０における導入部１１から、排気通路３０中を流れる排気ガスの一部をサンプルガスとして取り出す（Ｓ１）。このとき、所定時間毎にサンプルガスを取り出すのではなく、導入部１１に対して常に排気ガスの一部が流れ込むようにして、連続的に取り出すようにする。
次いで、排気ガスの一部を取り出したサンプルガスを、検査用フィルタ１３を通過させ、サンプルガス中のＰＭを捕集する（Ｓ２）。
また、サンプルガスを、検査用フィルタを通過させながら、検査用フィルタ１３の前後に配置した圧力センサ１５によって、圧力差（圧損）ΔＰを測定する（Ｓ３）。このとき、ＰＭ量の測定装置１０が、温度センサを備える場合には、同時に、検査用フィルタ１３の前後における、複数箇所に配置した温度センサ１７ａ、１７ｂによって、検査用フィルタ１３を通過するサンプルガスの温度ＴA、ＴBを測定するとともに、当該測定温度をもとに、検査用フィルタ１３の前後におけるサンプルガスの温度差ΔＴを算出する。さらに、ＰＭ量の測定装置１０が流量センサ１６を備える場合には、同時に、検査用フィルタ１３を通過するサンプルガスの流量ｍを測定する。
また、サンプルガスを、検査用フィルタを通過させながら、検査用フィルタ１３の前後に配置した圧力センサ１５によって、圧力差（圧損）ΔＰを測定する（Ｓ３）。このとき、ＰＭ量の測定装置１０が、温度センサを備える場合には、同時に、検査用フィルタ１３の前後における、複数箇所に配置した温度センサ１７ａ、１７ｂによって、検査用フィルタ１３を通過するサンプルガスの温度ＴA、ＴBを測定するとともに、当該測定温度をもとに、検査用フィルタ１３の前後におけるサンプルガスの温度差ΔＴを算出する。さらに、ＰＭ量の測定装置１０が流量センサ１６を備える場合には、同時に、検査用フィルタ１３を通過するサンプルガスの流量ｍを測定する。
ここで、サンプルガスの温度差ΔＴの測定は、検査用フィルタ１３の前後それぞれにおける複数箇所で測定することが好ましい。この理由は、サンプルガスの温度もＰＭ量の算出に影響を与えるが、測定位置によってサンプルガスの温度にばらつきが生じている場合があり、複数箇所で温度を測定することにより、それぞれの測定値を平均化して、より精度良くＰＭ量を算出することができるためである。
また、サンプルガスの流量測定は、検査用フィルタの下流側で測定することが好ましい。この理由は、流量センサがＰＭによって汚染されるのを防止するためである。
また、サンプルガスの流量測定は、検査用フィルタの下流側で測定することが好ましい。この理由は、流量センサがＰＭによって汚染されるのを防止するためである。
次いで、測定された圧損ΔＰ、さらにはサンプルガスの温度差ΔＴ、流量ｍのデータをもとに、検査用フィルタ１３に捕集されたＰＭ量を算出する（Ｓ４）。かかる算出方法としては、例えば、公知の堆積推定法を用いることができる。以下、上述の圧損ΔＰ、温度差ΔＴ、及び流量ｍを測定して、検査用フィルタに捕集されたＰＭ量を算出する方法の一例を説明する。
まず、測定されたサンプルガスの温度差ΔＴ及び流量ｍをもとに、サンプルガスの流速Ｕを求める。
次いで、測定された検査用フィルタ１３の前後における圧損ΔＰ、サンプルガスの流速Ｕ、及びサンプルガスの温度差ΔＴをもとに、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量ＳLを算出する。例えば、検査用フィルタに吸着されたＰＭ量ＳLの値は、下記式（１）及び（２）から算出することができる。
α＝（ΔＰ−βρＵ2）／μＵ …（１）
α＝ｍ3（ΔＴ）ＳL 3＋ｍ2（ΔＴ）ＳL 2＋ｍ1（ΔＴ）ＳL＋ｍ0（ΔＴ） …（２）
μ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの粘性
ρ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの密度
ここで、ｍ0〜ｍ4はそれぞれ、以下の予備実験による解析方法により、温度差ΔＴの値によって、あらかじめ定められる値である。また、定数βは、以下の予備実験による解析方法によって求められる実験値であって、例えば、０．０８９とすることができる。
次いで、測定された検査用フィルタ１３の前後における圧損ΔＰ、サンプルガスの流速Ｕ、及びサンプルガスの温度差ΔＴをもとに、検査用フィルタ１３に吸着されたＰＭ量ＳLを算出する。例えば、検査用フィルタに吸着されたＰＭ量ＳLの値は、下記式（１）及び（２）から算出することができる。
α＝（ΔＰ−βρＵ2）／μＵ …（１）
α＝ｍ3（ΔＴ）ＳL 3＋ｍ2（ΔＴ）ＳL 2＋ｍ1（ΔＴ）ＳL＋ｍ0（ΔＴ） …（２）
μ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの粘性
ρ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの密度
ここで、ｍ0〜ｍ4はそれぞれ、以下の予備実験による解析方法により、温度差ΔＴの値によって、あらかじめ定められる値である。また、定数βは、以下の予備実験による解析方法によって求められる実験値であって、例えば、０．０８９とすることができる。
すなわち、予備実験として、あらかじめ所定量のＰＭを堆積させた検査用フィルタに対して、さまざまな温度の熱風を通過させることにより、検査用フィルタを通過する熱風の温度をパラメータとして、検査用フィルタの前後の差圧ΔＰS、熱風の流量ＵS、及び検査用フィルタの入口及び出口の温度差ΔＴSの測定データを、複数収集する。
次いで、測定された複数の測定データのうち、検査用フィルタの前後における温度差ΔＴSの値が一致するデータをピックアップし、下記式（３）にあてはめて、それぞれの温度差ΔＴSにおけるαS及びβSの値を求める。
ΔＰ＝αS・μ・ＵS＋βS・ρ・ＵS 2 …（３）
μ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの粘性
ρ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの密度
そして、ＳL及びαSが以下の式（４）の関係にあると仮定し、αSをＳLに対してプロットしたグラフから、それぞれの温度差ΔＴにおけるｍ0〜ｍ3をそれぞれ求める。
α＝ｍ3ＳL 3＋ｍ2ＳL 2＋ｍ1ＳL＋ｍ0 …（４）
このようにして、それぞれの温度差ΔＴの値ごとに求められたｍ0〜ｍ3を上記式（２）に用いることにより、検査用フィルタに捕集されたＰＭ量ＳLの値を算出することができる。
次いで、測定された複数の測定データのうち、検査用フィルタの前後における温度差ΔＴSの値が一致するデータをピックアップし、下記式（３）にあてはめて、それぞれの温度差ΔＴSにおけるαS及びβSの値を求める。
ΔＰ＝αS・μ・ＵS＋βS・ρ・ＵS 2 …（３）
μ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの粘性
ρ：排気ガスの温度に依存する排気ガスの密度
そして、ＳL及びαSが以下の式（４）の関係にあると仮定し、αSをＳLに対してプロットしたグラフから、それぞれの温度差ΔＴにおけるｍ0〜ｍ3をそれぞれ求める。
α＝ｍ3ＳL 3＋ｍ2ＳL 2＋ｍ1ＳL＋ｍ0 …（４）
このようにして、それぞれの温度差ΔＴの値ごとに求められたｍ0〜ｍ3を上記式（２）に用いることにより、検査用フィルタに捕集されたＰＭ量ＳLの値を算出することができる。
次いで、測定された検査用フィルタに捕集されたＰＭ量ＳLをもとに、ＤＰＦ３６に流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量ＳFLを推定する（Ｓ５）。
例えば、サンプルガスの流量をｍ、ＤＰＦに流入する排気ガスの流量をＭとした場合には、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量ＳFLは、ＳFL＝ＳL×Ｍ／ｍとして算出することができる。このようにすることにより、内燃機関の運転状態やＤＰＦにおけるＰＭの捕集状態にかかわらず、単位時間当たりのサンプルガス中に含まれるＰＭ量をもとに、同じ単位時間当たりにＤＰＦに流入した排気ガス中に含まれるＰＭ量を精度良く算出することができる。
例えば、サンプルガスの流量をｍ、ＤＰＦに流入する排気ガスの流量をＭとした場合には、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量ＳFLは、ＳFL＝ＳL×Ｍ／ｍとして算出することができる。このようにすることにより、内燃機関の運転状態やＤＰＦにおけるＰＭの捕集状態にかかわらず、単位時間当たりのサンプルガス中に含まれるＰＭ量をもとに、同じ単位時間当たりにＤＰＦに流入した排気ガス中に含まれるＰＭ量を精度良く算出することができる。
その後、ＰＭ量の測定装置１０における検査用フィルタ１３をヒータ等の再生手段によって加熱して、吸着されたＰＭを燃焼させることにより、検査用フィルタ１３を再生させる（Ｓ６）とともに、Ｓ１工程に戻って、再度、Ｓ１〜Ｓ６の各工程を繰り返す。このように検査用フィルタを定期的に再生させながらＰＭ量を測定することにより、検査用フィルタに捕集された実際のＰＭ量と、算出されるＰＭ量との誤差をできる限り少なくして、ＤＰＦに流入する排気ガスに含まれるＰＭの含有量を精度良く推定することができる。また、このようにＰＭ量を推定することにより、内燃機関の運転状態や、ＤＰＦにおけるＰＭの捕集状態にかかわらず、排気ガス中のＰＭ量を精度良く測定することができるようになる。
ここで、図５を参照して、ＤＰＦに堆積したＰＭ量に関し、上述のとおり算出されるＰＭ量の推定値と、実際にＤＰＦに堆積したＰＭ量の値との関係について詳細に説明する。図５の横軸は、時間の経過に伴い検査用フィルタに堆積するＰＭ量が変化する中で、それぞれの時点で検査用フィルタを用いて算出したＰＭ量の推定値（相対値）を示し、縦軸は、それぞれの算出時において実際にＤＰＦに堆積していたＰＭ量の測定値（相対値）を示している。なお、実線Ａが、検査用フィルタを用いて算出される推定量と、ＤＰＦに実際に堆積したＰＭ量との関係を示す線であり、破線Ｂは、推定値と実際の堆積量とが一致する理想線を表している。また、ＰＭ量の相対値は一般的にはｇ／Ｌで表される。
かかる図５に示すように、ＤＰＦに実際に堆積したＰＭ量が、図中にＸで示す、所定量に達するまでは、検査用フィルタを用いて算出される推定量が、実際の堆積量よりも小さい値を示すものの、それらの関係を示す実線Ａは、理想線Ｂとほぼ平行に、リニア的に推移している。一方、ＤＰＦに実際に堆積したＰＭ量が、所定量Ｘを超えると、検査用フィルタを用いて算出される推定量と実際の堆積量との関係を示す実線Ａは、理想線Ｂとは異なる角度で推移している。すなわち、実際にＤＰＦに堆積したＰＭ量が所定量Ｘに達するまでであれば、ＰＭ量を推定する際に補正処理することで、算出されるＰＭの推定量と実際の堆積量との関係を、理想線とほぼ一致させることができる。
したがって、検査用フィルタに捕集されるＰＭ量が所定量Ｘに到達する前段階で、検査用フィルタを繰り返し再生しながら、ＤＰＦに堆積するＰＭ量の推定を行うことにより、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量を精度良く推定できることが理解される。
かかる図５に示すように、ＤＰＦに実際に堆積したＰＭ量が、図中にＸで示す、所定量に達するまでは、検査用フィルタを用いて算出される推定量が、実際の堆積量よりも小さい値を示すものの、それらの関係を示す実線Ａは、理想線Ｂとほぼ平行に、リニア的に推移している。一方、ＤＰＦに実際に堆積したＰＭ量が、所定量Ｘを超えると、検査用フィルタを用いて算出される推定量と実際の堆積量との関係を示す実線Ａは、理想線Ｂとは異なる角度で推移している。すなわち、実際にＤＰＦに堆積したＰＭ量が所定量Ｘに達するまでであれば、ＰＭ量を推定する際に補正処理することで、算出されるＰＭの推定量と実際の堆積量との関係を、理想線とほぼ一致させることができる。
したがって、検査用フィルタに捕集されるＰＭ量が所定量Ｘに到達する前段階で、検査用フィルタを繰り返し再生しながら、ＤＰＦに堆積するＰＭ量の推定を行うことにより、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＰＭ量を精度良く推定できることが理解される。
次いで、このようにして推定される、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量ＳFLの総量が所定値を超えた場合には、ＤＰＦに捕集されたＰＭ量が多く、目詰まり等を生じて、ＰＭの捕集効率が低下しているものと想定されるために、後述するように、所定のＤＰＦの再生手段を用いてＤＰＦを再生させる（Ｓ７）。以上のように、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量の測定及びＤＰＦの再生を繰り返すことにより、ＤＰＦの再生を適切なタイミングで行い、排気ガス中のＰＭの浄化を効率的に行うことが容易になる。
２．ＤＰＦの再生方法
次に、本発明のＰＭ量の測定方法によって推定されたＤＰＦに流入するＰＭ量が所定値を超える場合に行われる、ＤＰＦの再生方法の一例として、上述した所定のバーナを用いた再生方法について説明する。
まず、ＤＰＦを再生させる必要が生じた場合には、かかるバーナから不完全燃焼ガスを噴射させる。そうすると、噴射された不完全燃焼ガスに含まれる熱量が、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒に導入され、当該酸化触媒を活性化温度以上まで加熱することができる。そして、燃焼ガス中に含まれる発熱剤としてのＣＯ及びＨＣが、当該酸化触媒によって酸化反応することにより、酸化触媒の温度がさらに昇温活性化する。したがって、排気ガスの温度が昇温され、当該酸化触媒の下流側に配置されたＤＰＦを効率的に加熱し、フィルタに吸着されたＰＭ等を酸化（燃焼）させることにより、ＤＰＦの再生を極めて効率的に行うことができる。
次に、本発明のＰＭ量の測定方法によって推定されたＤＰＦに流入するＰＭ量が所定値を超える場合に行われる、ＤＰＦの再生方法の一例として、上述した所定のバーナを用いた再生方法について説明する。
まず、ＤＰＦを再生させる必要が生じた場合には、かかるバーナから不完全燃焼ガスを噴射させる。そうすると、噴射された不完全燃焼ガスに含まれる熱量が、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒に導入され、当該酸化触媒を活性化温度以上まで加熱することができる。そして、燃焼ガス中に含まれる発熱剤としてのＣＯ及びＨＣが、当該酸化触媒によって酸化反応することにより、酸化触媒の温度がさらに昇温活性化する。したがって、排気ガスの温度が昇温され、当該酸化触媒の下流側に配置されたＤＰＦを効率的に加熱し、フィルタに吸着されたＰＭ等を酸化（燃焼）させることにより、ＤＰＦの再生を極めて効率的に行うことができる。
かかるＤＰＦの再生方法においては、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の運転状態を、運転状態検出手段によって検出するとともに、検出される運転状態に応じた空燃比で、バーナから燃焼ガスを噴射させることもできる。
すなわち、内燃機関を通常運転させている場合には、排気温度が比較的高温であり、ＤＰＦにおいて、ＰＭの燃焼が効率的に行われる。一方、エンジンの始動時やアイドリング状態等には、排気温度が低温であり、ＤＰＦの温度を上昇させることができないために、ＤＰＦに吸着したＰＭの燃焼を行うことが困難となる。したがって、ＤＰＦの上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて、バーナでの空燃比を設定して不完全燃焼ガスを噴射させることにより、ＤＰＦを効率的に再生させることができる。
すなわち、内燃機関を通常運転させている場合には、排気温度が比較的高温であり、ＤＰＦにおいて、ＰＭの燃焼が効率的に行われる。一方、エンジンの始動時やアイドリング状態等には、排気温度が低温であり、ＤＰＦの温度を上昇させることができないために、ＤＰＦに吸着したＰＭの燃焼を行うことが困難となる。したがって、ＤＰＦの上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて、バーナでの空燃比を設定して不完全燃焼ガスを噴射させることにより、ＤＰＦを効率的に再生させることができる。
また、かかるバーナにおいて、空燃比が０．１〜１．０未満の範囲内の値となるように、不完全燃焼ガスを噴射させることが好ましい。また、かかる空燃比は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の運転状態に応じて制御することが好ましい。
この理由は、空燃比が所定範囲内の値となるように、所定の不完全燃焼ガスを噴射させることにより、ディーゼルエンジン等の運転状態がどのような状態にあっても、ＤＰＦを所定温度に加熱することができるためである。
この理由は、空燃比が所定範囲内の値となるように、所定の不完全燃焼ガスを噴射させることにより、ディーゼルエンジン等の運転状態がどのような状態にあっても、ＤＰＦを所定温度に加熱することができるためである。
ここで、図６を参照して、かかるバーナを用いてＤＰＦを再生する場合における、バーナでの設定空燃比（ラムダ値）と、噴射される不完全燃焼ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣの量、及び熱量が、ＤＰＦの再生に与える影響について説明する。図６は、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナでの空燃比としてのラムダ値（−）と、不完全燃焼ガス中のＣＯ（ｖｏｌ％）、不完全燃焼ガス中のＨＣ（ｖｏｌ％）、及び燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ示す図である。また、図６中、ラインＡが、ラムダ値と、ＣＯとの特性関係を示し、ラインＢが、ラムダ値と、ＨＣとの特性関係を示し、ラインＣが、ラムダ値と、不完全燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ示している。
かかる図６から理解されるように、バーナでの空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値であれば、噴射される不完全燃焼ガス中に、ＣＯ及びＨＣが所定量含まれている。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、不完全燃焼ガスに含まれるＣＯ及びＨＣの量を、それぞれ約０．００１ｖｏｌ％とすることができる。また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、不完全燃焼ガスに含まれるＣＯの量を約７．５ｖｏｌ％、ＨＣの量を約５ｖｏｌ％とすることができる。さらに、ラムダ値を０．４以下の値とした場合には、その値が小さくなるにつれ、不完全燃焼ガスに含まれるＣＯ及びＨＣの量が増加することが理解できる。
また、バーナでの空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値であれば、不完全燃焼ガスの温度を２５０〜１，２００℃の範囲内の値とすることができる。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、不完全燃焼ガスの温度を約８００℃とすることができる。また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、不完全燃焼ガスの温度を約４５０℃とすることができる。さらに、ラムダ値を０．４以下の値とした場合には、その値が小さくなるつれ、不完全燃焼ガスの温度が低下していくものの、次第に横這いになっていく傾向が見られる。
また、バーナでの空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値であれば、不完全燃焼ガスの温度を２５０〜１，２００℃の範囲内の値とすることができる。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、不完全燃焼ガスの温度を約８００℃とすることができる。また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、不完全燃焼ガスの温度を約４５０℃とすることができる。さらに、ラムダ値を０．４以下の値とした場合には、その値が小さくなるつれ、不完全燃焼ガスの温度が低下していくものの、次第に横這いになっていく傾向が見られる。
このとき、発熱剤としては、ＨＣあるいはＣＯのいずれであっても好適に利用することができるが、不完全燃焼ガス中のＣＯの含有量が０．００１ｖｏｌ％未満の値になったり、ＨＣの含有量が０．１ｖｏｌ％未満の値となったりすると、発熱剤が不十分となって、酸化触媒を効率的に加熱できない場合がある。一方、不完全燃焼ガス中のＣＯの含有量が１０ｖｏｌ％を超えたり、ＨＣの含有量が５ｖｏｌ％を超えたりすると、相関的に不完全燃焼ガスの温度も低下して、酸化触媒の温度を十分に上昇させることができず、同様に酸化触媒を効率的に加熱できない場合がある。
したがって、バーナでの空燃比（ラムダ値）を０．１〜１．０未満の範囲内の値することが好ましく、０．１５〜０．８の範囲内の値とすることがより好ましく、０．２〜０．６の範囲内の値とすることがさらに好ましい。このような空燃比となるように不完全燃焼させることにより、所定量のＣＯ、あるいはＨＣを、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒に対して、２５０〜１，２００℃の高温状態で吹き付けることができる。したがって、酸化触媒を効果的に昇温活性化させるとともに、排気ガスを効果的に昇温させてＤＰＦに導入させることができ、ＤＰＦの再生を極めて効率的に行なうことができる。
なお、かかるバーナでの空燃比は、ラムダセンサを用いて実測することもできるし、あるいは、使用する燃料量及び空気量から計算で算出することもできる。
したがって、バーナでの空燃比（ラムダ値）を０．１〜１．０未満の範囲内の値することが好ましく、０．１５〜０．８の範囲内の値とすることがより好ましく、０．２〜０．６の範囲内の値とすることがさらに好ましい。このような空燃比となるように不完全燃焼させることにより、所定量のＣＯ、あるいはＨＣを、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒に対して、２５０〜１，２００℃の高温状態で吹き付けることができる。したがって、酸化触媒を効果的に昇温活性化させるとともに、排気ガスを効果的に昇温させてＤＰＦに導入させることができ、ＤＰＦの再生を極めて効率的に行なうことができる。
なお、かかるバーナでの空燃比は、ラムダセンサを用いて実測することもできるし、あるいは、使用する燃料量及び空気量から計算で算出することもできる。
すなわち、ＤＰＦの再生には、バーナでの設定空燃比や、噴射される不完全燃焼ガスに含まれるＣＯ及びＨＣ、熱量の量が大きく影響することが理解される。
そして、上述したようなバーナを用いるとともに、ＤＰＦ３６の上流側で、排気通路３０に連通する噴射出口３９を介して接続して、不完全燃焼ガスを噴射させることにより、当該ガスに含まれるＣＯ及びＨＣ、熱量の量を所定範囲内に調整することが極めて容易である。
そして、上述したようなバーナを用いるとともに、ＤＰＦ３６の上流側で、排気通路３０に連通する噴射出口３９を介して接続して、不完全燃焼ガスを噴射させることにより、当該ガスに含まれるＣＯ及びＨＣ、熱量の量を所定範囲内に調整することが極めて容易である。
以上のように、本発明のＰＭ量の測定装置及び測定方法によれば、ＤＰＦに吸着されたＰＭではなく、ＤＰＦに流入する排気ガス中に含まれるＰＭの含有量を精度良く推定することができるために、内燃機関の運転状態や、ＤＰＦにおけるＰＭの捕集状態に拘わらず、効率的にＤＰＦを再生させることができる。したがって、排気ガス中のＰＭの捕集を効率的に行うことができるようになる。
１０：ＰＭ量の測定装置
１１：導入部
１３：検査用フィルタ
１５：圧力センサ
１６：流量センサ
１７：温度センサ
１９：演算手段
２１：再生手段
３０：排気通路
３６：ＤＰＦ
４０：還元剤供給手段（バーナ）
４２：酸化触媒
１１：導入部
１３：検査用フィルタ
１５：圧力センサ
１６：流量センサ
１７：温度センサ
１９：演算手段
２１：再生手段
３０：排気通路
３６：ＤＰＦ
４０：還元剤供給手段（バーナ）
４２：酸化触媒
Claims (7)
- 内燃機関と、当該内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタと、の間に取り付けて、前記排気ガス中に含まれるパティキュレートの含有量を測定するためのパティキュレート量の測定装置であって、
前記排気ガスの一部を、サンプルガスとして導入させる導入部と、
前記サンプルガス中のパティキュレートを吸着するためのフィルタであって、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと同様の材質からなり、その大きさが前記ディーゼルパティキュレートフィルタよりも小さい検査用フィルタと、
前記検査用フィルタの前後における圧力の差を測定するための圧力センサと、
前記検査用フィルタを加熱して再生するための再生手段と、
を備えることを特徴とするパティキュレート量の測定装置。 - 前記検査用フィルタを通過する前記サンプルガスの流量を測定するための流量センサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパティキュレート量の測定装置。
- 前記検査用フィルタを通過する前記サンプルガスの温度を測定するための温度センサをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレート量の測定装置。
- 前記圧力センサにより得られた測定値、さらには前記流量センサ及び温度センサにより得られた測定値をもとに、前記検査用フィルタに吸着されたパティキュレート量を算出する演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパティキュレート量の測定装置。
- 前記再生手段として、電熱線又はバーナを備え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パティキュレート量の測定装置。
- パティキュレート量の測定装置を用いて、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量を測定するためのパティキュレート量の測定方法であって、
前記パティキュレート量の測定装置における導入部から、前記排気ガスの一部をサンプルガスとして取り出す工程と、
前記サンプルガス中のパティキュレートを、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと同様の材質からなり、その大きさが前記ディーゼルパティキュレートフィルタよりも小さい検査用フィルタにより吸着させる工程と、
前記検査用フィルタの前後における圧力差を測定する工程と、
得られた前記圧力差の測定値をもとに、前記検査用フィルタに吸着されたパティキュレート量を算出するとともに前記検査用フィルタの再生を繰り返しながら、前記検査用フィルタに流入する前記サンプルガスの流量と前記ディーゼルパティキュレートフィルタに流入する前記排気ガスの流量との比に基づいて前記捕集されたパティキュレート量を算出する工程と、
を含むことを特徴とするパティキュレート量の測定方法。 - 請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載されたパティキュレート量の測定装置を備えた排気浄化装置。
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