JP6737109B2 - フィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置、及び、フィルタ目詰まり判定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置、及び、フィルタ目詰まり判定方法に関する。
従来より、内燃機関の排気通路に排出される炭素微粒子を含む微粒子状物質を、シングルモードのマイクロ波微粒子燃焼装置によって燃焼除去する内燃機関の排気浄化装置が検討されている。上記シングルモードのマイクロ波微粒子燃焼装置は、マイクロ波発生部と、マイクロ波発生部から発振されるマイクロ波を上記排気通路内へ伝送するためのマイクロ波伝送部と、上記排気通路内において、上記マイクロ波伝送部との接続部よりも下流側に設けられる定在波発生空間とを備える。
上記定在波発生空間は、一端側にマイクロ波とともに排気を通過させる導入口を有し、他端側にマイクロ波を反射する反射板を排気流れ方向に対向するよう配置した構成であり、上記定在波発生空間に、排気中の微粒子状物質が堆積する微粒子堆積部を設けて、堆積した微粒子状物質をマイクロ波エネルギにより加熱燃焼させることを特徴とする。
また、マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送部には、アイソレータが配設されている（例えば、特許文献１参照）。
上述のように、従来の内燃機関の排気浄化装置は、マイクロ波伝送部（導波管）と、排気通路の中に設けられる定在波発生空間（共振部）とを備え、さらに導波管にアイソレータを備える。
しかしながら、導波管を用いると、共振部及びアイソレータも必要になり、構造が複雑になる。
そこで、簡易な構造のフィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置、及び、フィルタ目詰まり判定方法を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態のフィルタ再生装置は、筒状部と、前記筒状部の外側に突出する凸部と、前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて、前記凸部の内部に配設され前記連通口を介してマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部とを含み、前記マイクロ波放射部は、モノポールアンテナであり、前記連通口の直径は、前記マイクロ波の波長の電気長の半分以上である。
簡易な構造のフィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置、及び、フィルタ目詰まり判定方法を提供することができる。
以下、本発明のフィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置、及び、フィルタ目詰まり判定方法を適用した実施の形態について説明する。
＜実施の形態＞
図１及び図２は、実施の形態１の排気ガス処理装置に含まれるフィルタ１１０を示す図である。
図１及び図２は、実施の形態１の排気ガス処理装置に含まれるフィルタ１１０を示す図である。
フィルタ１１０は、一例として、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するフィルタ（ＤＰＦ:Diesel Particulate Filter,ディーゼル粒子捕集フィルタ）であり、ディーゼルエンジンの排気ガスを排出する排気管に直列に挿入される。
フィルタ１１０は、金属製のパイプの内部に収容されている。パイプは、ディーゼルエンジンの排気ガスを排出する排気管の一部であり、筒状の金属筐体の一例である。パイプは、ディーゼルエンジンの排気ガスを排出する排気管の第１区間と第２区間との間に直列に挿入される。第１区間は、第２区間よりもディーゼルエンジンに近い区間である。
フィルタ１１０は、円柱状で多孔質のセラミック製の部材であり、複数の穴部１１１と、複数の穴部１１２とを有する。フィルタ１１０は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）製のセラミックで形成されていてもよい。
また、フィルタ１１０は、一方の面１１０Ａ（図１参照）、他方の面１１０Ｂ（図２参照）、及び側面１１０Ｃを有する。一方の面１１０Ａと他方の面１１０Ｂは、ともに円形であり、側面１１０Ｃは、円柱体の側面の形状（長方形を環状に湾曲させた形状）である。
穴部１１１は、フィルタ１１０の一方の面１１０Ａに形成される開口部から他方の面１１０Ｂに向かってＹ軸方向に沿って伸延しており、他方の面１１０Ｂの手前で閉じられている。穴部１１１の伸延方向（Ｙ軸方向）は、フィルタ１１０の円柱形状の中心軸が伸延する方向と等しい。
穴部１１１の伸延方向に垂直な断面の形状は、一例として、正方形である。穴部１１１の伸延方向に垂直な断面は、ＸＺ平面に平行な断面である。複数の穴部１１１は、ＸＺ平面視で、複数の白い正方形と、複数の黒い正方形とを市松模様に配列したうちの白い正方形の位置に配置されており、一方の面１１０Ａに形成される開口部から他方の面１１０Ｂの手前まで伸延している。
穴部１１２の伸延方向に垂直な断面の形状は、一例として、正方形である。穴部１１２の伸延方向に垂直な断面は、ＸＺ平面に平行な断面である。複数の穴部１１２は、ＸＺ平面視で、複数の白い正方形と、複数の黒い正方形とを市松模様に配列したうちの黒い正方形の位置に配置されており、他方の面１１０Ｂに形成される開口部から一方の面１１０Ａの手前まで伸延している。
このように、複数の穴部１１１と、複数の穴部１１２とは、入れ子式に配置されており、三次元的に重複又は接触しないように互い違いに配置されている。
複数の穴部１１１には、第１区間から排出される排気ガスが流入する。すなわち、複数の穴部１１１は、排気ガスが流入する流入側に位置する。また、複数の穴部１１２は、浄化した排気ガスを排気管の第２区間に排出する。すなわち、複数の穴部１１２は、排気ガスが流出する流出側に位置する。
複数の穴部１１１に流入した排気ガスは、複数の穴部１１１と複数の穴部１１２との間のフィルタ１１０の多孔質の孔部を通過して、複数の穴部１１２から流出する。
穴部１１１のＸＺ平面視での寸法は、一例として、１辺が１ｍｍであり、これは穴部１１２についても同じである。穴部１１１と穴部１１２とのＸ軸方向及びＺ軸方向の間隔は、一例として、３００μｍである。
また、フィルタ１１０のＸＺ平面視での直径と、Ｙ軸方向の長さとは、排気ガス処理装置１００を用いるディーゼルエンジンの排気量又は用途等に応じて、適切な値に設定すればよい。
図３は、実施の形態のフィルタ１１０を含む排気ガス処理装置１００を示す図である。図４は、図３の一部を拡大して示す図である。
排気ガス処理装置１００は、パイプ１０、ＤＯＣ(Diesel Oxidation Catalyst：酸化触媒)２０、フィルタ（ＤＰＦ）１１０、アンテナ１２０、同軸ケーブル１３０、温度センサ１４０、及び外部装置２００を含む。図４には、フィルタ１１０の周囲に設けられる絶縁材１１５を示す。
外部装置２００は、発振器２１０、入力整合回路２２０、トランジスタ２３０、出力整合回路２４０、サーキュレータ２５０、ＲＦ(Radio Frequency)ディテクタ２６０、及び制御部２７０を含む。また、制御部２７０には、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３００が接続される。
ここで、アンテナ１２０と発振器２１０は、フィルタ再生装置を構築する。フィルタ再生装置は、さらに、トランジスタ２３０を含んでもよい。また、フィルタ再生装置は、さらに、温度センサ１４０、トランジスタ２３０、及び制御部２７０を含んでもよい。
また、アンテナ１２０は、フィルタ目詰まり検出装置を構築する。フィルタ目詰まり検出装置は、さらに、制御部２７０を含んでもよい。また、フィルタ目詰まり検出装置は、さらに、温度センサ１４０及び制御部２７０を含んでもよい。
パイプ１０は、ディーゼルエンジンの排気ガスを排出する排気管の一部であり、前後の区間のパイプ５Ａ、５Ｂの間に配置されている。パイプ１０は、パイプ５Ａ、５Ｂよりも太く、外周の一部に凸部１１を有する。凸部１１は、パイプ１０の外周の一部が半球状に突出した部分である。パイプ１０の内部には、フィルタ１１０が配置される。
また、パイプ１０は、金属板１０Ａ及び１０Ｂを有する。金属板１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ、第１金属板及び第２金属板の一例である。金属板１０Ａは、フィルタ１１０の流入側（図中の左側）に設けられ、排気ガスを通す通気孔を有する。金属板１０Ｂは、フィルタ１１０の排出側（図中の右側）に設けられ、排気ガスを通す通気孔を有する。金属板１０Ａ及び１０Ｂの通気孔は、排気ガスの流れに対する抵抗が最小になるように設計すればよい。金属板１０Ａ及び１０Ｂの通気孔は、例えば、メッシュ状であればよい。
このような金属板１０Ａ及び１０Ｂは、アンテナ１２０から放射されるマイクロ波が金属板１０Ａと金属板１０Ｂとの間の区間に閉じ込められるようにするために設けられる。
ＤＯＣ２０、フィルタ１１０、及び温度センサ１４０は、パイプ１０の内部に収容され、アンテナ１２０は、凸部１１の内部に収容される。同軸ケーブル１３０の芯線は、凸部１１の外部からアンテナ１２０に接続され、同軸ケーブル１３０のシールド線は、パイプ１０（ボディアース）に接続される。
ＤＯＣ２０は、フィルタ１１０の上流側に設けられ、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化してＤＰＦであるフィルタ１１０に排出する。フィルタ１１０は、図１及び図２で説明したような構成を有し、排気ガスに含まれる煤を除去する。
アンテナ１２０は、一例として、モノポールアンテナであり、凸部１１の内部に設けられて、フィルタ１１０に向けてマイクロ波を照射する。アンテナ１２０は、マイクロ波放射部の一例であり、また、検出部の一例でもある。
マイクロ波は、フィルタ１１０に堆積する煤の量（堆積量）の測定と、煤の加熱・焼却とのために用いられる。なお、フィルタ１１０に堆積する煤の量（堆積量）を、フィルタ１１０の目詰まり度合と称す。
凸部１１の内側の空間と、パイプ１０の内側の空間との間には、隔壁１０Ｃが設けられている。隔壁１０Ｃは、パイプ１０の円筒壁を凸部１１の内部に延長したような構成を有し、隔壁１０Ｃの中央には、連通口１０Ｄが設けられている。連通口１０Ｄは、円形の孔部であり、直径Ａは、マイクロ波の波長の電気長（λ）の半分（λ／２）以上になるように設定されている。アンテナ１２０から放射されるマイクロ波が凸部１１の中から、パイプ１０の中に効率的に放射されるようにするためである。
同軸ケーブル１３０は、外部装置２００に接続され、発振器２１０が発生するマイクロ波をアンテナ１２０に伝送する。マイクロ波の周波数は、一例として、２．４５ＧＨｚである。
温度センサ１４０は、フィルタ１１０の外周部に設けられ、フィルタ１１０の温度を測定する。温度センサ１４０は、温度検出部の一例である。温度センサ１４０は、一例として、熱電対である。温度センサ１４０で測定されるフィルタ１１０の温度を表す信号は、外部装置２００の制御部２７０に入力され、煤の加熱・焼却を行うためのマイクロ波の出力を決定する際に用いられる。
発振器２１０は、例えば、ＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator：電圧制御発振器）であり、一例として、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生し、出力する。発振器２１０の出力側には、入力整合回路２２０、トランジスタ２３０、抵抗器Ｒ、出力整合回路２４０、サーキュレータ２５０が接続されている。また、サーキュレータ２５０の出力側には、同軸ケーブル１３０が接続されている。発振器２１０及びトランジスタ２３０は、マイクロ波発生部の一例である。
トランジスタ２３０のゲートは、入力整合回路２２０を介して発振器２１０に接続されており、ソースを接地し、ドレインを抵抗器Ｒと出力整合回路２４０に接続している。抵抗器Ｒの他端は所定電圧の電源に接続され、出力整合回路２４０の他端はサーキュレータ２５０に接続されている。このように、トランジスタ２３０の前後に、入力整合回路２２０、抵抗器Ｒ、及び出力整合回路２４０を設けて、インピーダンスを調整している。
トランジスタ２３０は、一例として、窒化ガリウム製の高電子移動度トランジスタ（ＧａＮ−ＨＥＭＴ(High Electron Mobility Transistor)）である。ＧａＮ−ＨＥＭＴは、マイクロ波を増幅する高出力なパワーアンプに好適であり、発振器２１０で発生されるマイクロ波を高出力のマイクロ波に増幅することができる。
サーキュレータ２５０は、同軸ケーブル１３０の接続先を、出力整合回路２４０とＲＦディテクタ２６０のいずれか一方に切り替える３ポート型の回路であり、スイッチとして用いられる。
ＲＦディテクタ２６０は、フィルタ１１０に堆積する煤の量（堆積量）を測定する際に、アンテナ１２０で受信されるマイクロ波の強度を表す信号が入力され、入力された信号の強度に基づいて、アンテナ１２０で受信したマイクロ波の強度を検出する。ＲＦディテクタ２６０は、検出したマイクロ波の強度を表す信号を制御部２７０に出力する。
制御部２７０は、ＥＣＵ３００から入力される指令に基づいて、フィルタ１１０に堆積する煤の量（堆積量）を測定する処理、及び、フィルタ１１０の再生処理等を行う。制御部２７０とＥＣＵ３００は、ＣＡＮ（Controller Area Network）によって接続されている。
ＥＣＵ３００は、具体的には、制御部２７０を介して以下のような処理を行う。
ＥＣＵ３００は、フィルタ１１０に堆積する煤の量（堆積量）を測定するために、制御部２７０に所定の出力のマイクロ波を発振器２１０に発生させる。また、ＥＣＵ３００は、発振器２１０がマイクロ波を発生してアンテナ１２０からフィルタ１１０に照射した後に、ＲＦディテクタ２６０が検出したマイクロ波の強度を表す信号を制御部２７０を介して受信し、フィルタ１１０に堆積する煤の量（堆積量）を測定する。
測定のために用いるマイクロ波の出力は、実験又はシミュレーション等で予め決めておけばよく、煤の堆積量は、アンテナ１２０からフィルタ１１０に出力したマイクロ波の強度に対する、アンテナ１２０で受信したマイクロ波の強度の比に基づいて求めればよい。マイクロ波の強度としては、マイクロ波の電界強度又は出力等を用いればよい。
また、アンテナ１２０からフィルタ１１０に出力するマイクロ波の強度と、アンテナ１２０で受信するマイクロ波の強度との比を予め実験又はシミュレーション等で決めておけば、煤の堆積量を求めることができる。
ＥＣＵ３００は、温度センサ１４０で測定されるフィルタ１１０の温度を表す信号を制御部２７０を介して受信する。ＥＣＵ３００は、フィルタ１１０の温度を表す信号と、求めた煤の堆積量とに基づき、煤の加熱・焼却（再生処理）を行うためのマイクロ波の強度と照射時間を決定する。
フィルタ１１０の再生処理を行うためのマイクロ波の強度と照射時間は、煤の堆積量に応じて実験又はシミュレーション等で予め決めておけばよい。煤の堆積量が多いほど、マイクロ波の強度を強く、照射時間を長くする必要があり、煤の堆積量が少ないほど、マイクロ波の強度を弱く、照射時間を短くする必要がある。
また、走行状態（速度、アクセル開度、内燃機関の機関回転数、外気温等）に応じて、加熱前のフィルタ１１０の温度が異なる。フィルタ１１０の温度が高い場合には、フィルタ１１０を加熱するためのマイクロ波の強度は弱くてよく、照射時間は短くてよい。また、フィルタ１１０の温度が低い場合には、フィルタ１１０を加熱するためのマイクロ波の強度は強い方がよく、照射時間は長い方がよい。
このため、ＥＣＵ３００は、フィルタ１１０に堆積した煤を加熱する際には、制御部２７０を介して、煤の堆積量と、フィルタ１１０の温度とに応じて、マイクロ波の強度と照射時間を調整する。
図５は、データセンタの情報処理装置５００を含む運行管理システムを示す図である。データセンタの情報処理装置５００は、無線基地局４１０を介して、車両４００と無線通信を行えるようになっている。無線基地局４１０は、例えば、携帯電話回線を利用する無線通信用の基地局（中継局）である。このようなデータセンタの情報処理装置５００は、サーバであってもよく、複数のサーバ又はコンピュータ等によって実現される仮想マシン（例えば、クラウド型のコンピュータ）であってもよい。
図６は、情報処理装置５００の構成を示す図である。情報処理装置５００は、主制御部５０１、目詰まり度合取得部５０２、判定部５０３、通信部５０４、及びメモリ５０５を有する。
主制御部５０１は、情報処理装置５００の処理を統括する処理部であり、車両４００と通信し、煤の堆積量、積み荷の種類、走行済みのルート等に応じて、通信部５０４を介して、フィルタ１１０の再生処理を実行させる指令信号を車両４００のＥＣＵ３００に送信する等の所定の処理を行う。主制御部５０１が実行する具体的な処理については、図８のフローチャートを用いて後述する。
目詰まり度合取得部５０２は、目詰まり度合を検出するセンサとして用いられるアンテナ１２０によって検出される目詰まり度合を表す信号を車両４００のＥＣＵ３００から通信部５０４を介して、無線通信で取得する。目詰まり度合は、アンテナ１２０が受信したマイクロ波の強度によって表される。
判定部５０３は、目詰まり度合取得部５０２によって取得される目詰まり度合を表す信号（マイクロ波の強度を表す信号）に基づいて、フィルタ１１０の煤の堆積量を計算する。フィルタ１１０の煤の堆積量は、アンテナ１２０からフィルタ１１０に出力したマイクロ波の強度に対する、アンテナ１２０で受信したマイクロ波の強度の比に基づいて求めることができる。
判定部５０３は、アンテナ１２０からフィルタ１１０に出力したマイクロ波の強度を表すデータを予め保持しておき、目詰まり度合（アンテナ１２０で受信したマイクロ波の強度）との比を求めることによって、フィルタ１１０の煤の堆積量を計算する。
アンテナ１２０からフィルタ１１０に出力したマイクロ波の強度に対する、アンテナ１２０で受信したマイクロ波の強度の比が小さいほど、煤の堆積量が少なく、比が大きいほど、煤の堆積量が多いことになる。煤の堆積量が少ない場合は、マイクロ波はフィルタ１１０によって殆ど反射されず、煤の堆積量が多い場合は、マイクロ波はフィルタ１１０によって反射される度合が増大するからである。
なお、マイクロ波の強度との比と、煤の堆積量との関係を予め実験又はシミュレーション等で決めておくことによって、マイクロ波の強度との比から、具体的な煤の堆積量を求めることができる。
判定部５０３は、計算した目詰まり度合が所定の閾値度合以上であるかどうかを判定する。目詰まり度合が所定の閾値度合以上であると判定した場合には、判定部５０３は、ＥＣＵ３００にフィルタ１１０の再生処理を実行させるために、指令信号を車両４００のＥＣＵ３００に送信する処理を主制御部５０１に実行させる。
通信部５０４は、携帯電話回線を利用する無線通信によって、車両４００のＥＣＵ３００と無線通信を行う。通信部５０４は、モデムである。また、メモリ５０５は、データセンタで行う処理に必要な様々なデータ等が格納されている。
図７は、ＥＣＵ３００の構成を示す図である。
ＥＣＵ３００は、主制御部３０１、堆積量測定部３０２、温度測定部３０３、及び再生処理実行部３０４を含む。ＥＣＵ３００は、通信部３１０に接続されている。通信部３１０は、車両４００に搭載され、携帯電話回線を利用する無線通信によって、情報処理装置５００の通信部５０４と無線通信を行うモデムである。
主制御部３０１は、ＥＣＵ３００の処理を統括する処理部であり、制御部２７０を介して種々の処理を実行する。主制御部３０１が実行する処理の具体的な内容については、図９を用いて後述する。
堆積量測定部３０２は、情報処理装置５００からの指令に応じて、制御部２７０を介してアンテナ１２０から測定用のマイクロ波をフィルタ１１０に放射し、アンテナ１２０で受信するマイクロ波の強度を取得する。堆積量測定部３０２は、取得したマイクロ波の強度を表す信号を情報処理装置５００に送信する。マイクロ波の強度を表す信号は、フィルタ１１０に堆積した煤の量（フィルタ１１０の目詰まり度合）を計算する際に用いられる。
温度測定部３０３は、情報処理装置５００からの指令に応じて、制御部２７０を介して温度センサ１４０で測定されるフィルタ１１０の温度を取得する。温度センサ１４０で測定された温度を表す信号は、制御部２７０を介して温度測定部３０３に入力される。
再生処理実行部３０４は、情報処理装置５００からの指令に応じて、制御部２７０を介してフィルタ１１０の再生処理を行う。再生処理実行部３０４は、フィルタ１１０の温度を表す信号と、求めた煤の堆積量とに基づき、煤の加熱・焼却（再生処理）を行うためのマイクロ波の強度と照射時間を決定する。
図８は、情報処理装置５００が実行する処理を示すフローチャートを示す図である。このフローは、主制御部５０１、目詰まり度合取得部５０２、判定部５０３、及び通信部５０４によって実行される。
主制御部５０１は、フローを開始する（スタート）と、車両４００からの問い合わせの有無を確認する（ステップＳ１）。車両４００からの問い合わせは、車両４００のＥＣＵ３００が再生処理を実行する際に、情報処理装置５００に対して行うものである。ステップＳ１の処理は、問い合わせがあったことを確認するまで繰り返し実行される。
主制御部５０１は、運転手ＩＤ(Identification)を取得する（ステップＳ２）。運転手ＩＤは、車両４００が情報処理装置５００に問い合わせを行う際に、車両４００のＥＣＵ３００から情報処理装置５００に送信される。主制御部５０１は、データベースの中で運転手ＩＤに紐付けられている運転パターンを表すデータを読み出す。
主制御部５０１は、車両ＩＤを取得する（ステップＳ３）。車両ＩＤは、車両４００が情報処理装置５００に問い合わせを行う際に、車両４００のＥＣＵ３００から情報処理装置５００に送信される。
目詰まり度合取得部５０２は、車両４００から送信されるマイクロ波の強度を表す信号を取得する（ステップＳ４）。マイクロ波の強度を表す信号は、フィルタ１１０の目詰まり度合を表す信号であり、フィルタ１１０に堆積した煤の量を計算する際に用いられる。
主制御部５０１は、積荷ＩＤを取得する（ステップＳ５）。積荷ＩＤは、車両４００が情報処理装置５００に問い合わせを行う際に、車両４００のＥＣＵ３００から情報処理装置５００に送信される。積荷ＩＤは、車両４００が積載している荷物の種類を表す。
主制御部５０１は、走行済みルートを取得する（ステップＳ６）。走行済みルートとは、図８に示すフローの処理の対象になっている車両４００が、問い合わせの時点までに走行した道路の履歴である。このような走行済みルートは、例えば、車両４００のＥＣＵ３００と情報処理装置５００が定期的に通信を行い、車両４００のナビゲーションシステムから走行している道路を表すデータを入手することによって取得することができる。
判定部５０３は、フィルタ１１０の煤の堆積量を計算する（ステップＳ７）。判定部５０３は、マイクロ波の強度を表す信号に基づいて、フィルタ１１０の煤の堆積量を計算する。
判定部５０３は、煤の堆積量が所定の閾値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ８）。所定の閾値は、予め情報処理装置５００がメモリ５０５に保持しておけばよい。
主制御部５０１は、煤の堆積量が所定の閾値以上である（Ｓ８：ＹＥＳ）と判定すると、車両４００のＥＣＵ３００にフィルタ１１０の再生処理を指示する（ステップＳ９）。
主制御部５０１は、最適ルートを指示する（ステップＳ１０）。最適ルートは、車両４００が再生処理を行う際に、現在の行き先までに通り得るルートのうち、再生処理を行うのに最も適したルートである。再生処理を行うのに適したルートとは、例えば、高速道路のように一定の速度で連続的な走行を行いやすいルートをいう。
以上の処理を終えると、主制御部５０１は、フローをステップＳ１にリターンする。情報処理装置５００は、複数の車両４００と通信を行うため、いずれかの車両４００から問い合わせがある度に、図８に示すフローを実行する。
図９は、ＥＣＵ３００が実行する処理を示すフローチャートを示す図である。以下の処理は、ＥＣＵ３００が制御部２７０を介して実行する。
主制御部３０１は、所定のタイミングで処理をスタートし、堆積量の測定用の発振器２１０にマイクロ波を出力させる（ステップＳ２１）。所定のタイミングは、例えば、前回の再生処理の後に、車両４００の走行距離が所定距離に達した場合、又は、燃料の噴射量が所定量に達した場合等である。なお、フィルタ１１０の再生処理を略定期的に行うことができればよいため、所定のタイミングの取り方は、上記以外の方法であってもよい。
堆積量測定部３０２は、堆積量の測定用のマイクロ波をフィルタ１１０に照射し、アンテナ１２０から受信するマイクロ波の強度を取得する（ステップＳ２２）。マイクロ波の強度を表す信号は、フィルタ１１０の目詰まり度合を表す信号であり、フィルタ１１０に堆積した煤の量を計算する際に用いられる。
主制御部３０１は、測定した煤の堆積量を表す信号をデータセンタの情報処理装置５００に送信する（ステップＳ２３）。
主制御部３０１は、データセンタの情報処理装置５００から回答があったかどうかを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の処理は、情報処理装置５００から回答があるまで繰り返し実行される。
主制御部３０１は、データセンタの情報処理装置５００から指令を取得する（ステップＳ２５）。
主制御部３０１は、ステップＳ２５で取得した指令が再生処理の実行指令であるかどうかを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の処理は、取得した指令が再生処理の実行指令であると判定するまで繰り返し実行される。
温度測定部３０３は、温度センサ１４０を用いてフィルタ１１０の温度を測定する（ステップＳ２７）。
再生処理実行部３０４は、フィルタ１１０の温度を表す信号と、求めた煤の堆積量とに基づき、煤の加熱・焼却（再生処理）を行うためのマイクロ波の強度と照射時間を決定する（ステップＳ２８）。
主制御部３０１は、ルートを更新する（ステップＳ２９）。
以上の処理を終えると、主制御部３０１は、フローをステップＳ１にリターンする。
以上、実施の形態によれば、パイプ１０の凸部１１の内部に配置したアンテナ１２０から、パイプ１０の内部に配設されるフィルタ１１０に直接的にマイクロ波を照射するため、排気ガス処理装置１００の構造を簡易にすることができる。排気ガス処理装置１００には、フィルタ再生装置、及び、フィルタ目詰まり検出装置が含まれており、排気ガス処理装置１００を用いてフィルタ目詰まり判定方法が行われる。
従って、実施の形態によれば、簡易な構造のフィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置１００、及び、フィルタ目詰まり判定方法を提供することができる。
また、アンテナ１２０は、パイプ１０の外周部が外側に突出した凸部１１の内部に配置されているので、アンテナ１２０が排気ガスの流路からオフセットしている。このため、アンテナ１２０が排気ガスの流れの邪魔になることを抑制でき、アンテナ１２０が排気ガスによって加熱されにくい構造にすることができ、アンテナ１２０の破損等を抑制し、長寿命化を図ることができる。
また、アンテナ１２０からフィルタ１１０に出力したマイクロ波の強度に対する、アンテナ１２０で受信したマイクロ波の強度の比に基づいて、煤の堆積量を求めることができるため、フィルタ１１０の再生を行う際に、煤の堆積量に応じてマイクロ波の強度を決めることができる。
また、温度センサ１４０でフィルタ１１０の温度を測定し、フィルタ１１０の温度に応じて、フィルタ１１０の再生を行う際のマイクロ波の強度を決めることができる。なお、排気ガス処理装置１００の構造をより簡易にする場合には、温度センサ１４０を設けなくてもよい。
また、トランジスタ２３０としてＧａＮ−ＨＥＭＴを用いるため、発振器２１０で発生されるマイクロ波を高出力のマイクロ波に増幅することができる。
なお、図８及び図９のフローによって実現される方法は、フィルタ目詰まり判定方法である。以上では、情報処理装置５００の判定部５０３が煤の堆積量が所定の閾値以上であるかどうかを判定する形態について説明したが、ＥＣＵ３００が煤の堆積量を所定の閾値と比較して判定を行うようにしてもよい。
また、以上では、煤の堆積量を測るために、アンテナ１２０からマイクロ波を放射し、フィルタ１１０で反射されるマイクロ波を受信する形態について説明した。しかしながら、フィルタ１１０を挟んでアンテナ１２０の反対側にもう一つのアンテナを設けて、アンテナ１２０から放射され、フィルタ１１０を透過したマイクロ波をもう一つのアンテナで受信してもよい。この場合は、受信するマイクロ波の強度が高いほど、煤の堆積量が少なく、受信するマイクロ波の強度が低いほど、煤の堆積量が多いことになる。
また、以上では、アンテナ１２０がモノポールアンテナである形態について説明したが、アンテナ１２０は、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ等のモノポールアンテナ以外の形式のアンテナであってもよい。
また、アンテナ１２０が配置される凸部１１の形状は、半球体状に限られず、マイクロ波の放射と受信に影響が生じなければ、どのような形状であってもよい。
以上、本発明の例示的な実施の形態のフィルタ再生装置、フィルタ目詰まり検出装置、排気ガス処理装置、及び、フィルタ目詰まり判定方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて前記凸部の内部に配設され、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と
を含む、フィルタ再生装置。
（付記２）
前記マイクロ波発生部は、窒化ガリウム製の高電子移動度トランジスタを有する、付記１記載のフィルタ再生装置。
（付記３）
前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を低くし、前記温度検出部によって検出される温度が低いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を高くする、出力制御部と
をさらに含む、付記１又は２記載のフィルタ再生装置。
（付記４）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて前記凸部の内部に配設され、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部によって放射され、前記フィルタを透過するマイクロ波、又は、前記フィルタで反射されるマイクロ波を検出する検出部と
を含む、フィルタ目詰まり検出装置。
（付記５）
前記検出部で検出されるマイクロ波の強度に基づき、前記フィルタの目詰まりの度合を判定する判定部をさらに含む、付記４記載のフィルタ目詰まり検出装置。
（付記６）
前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部をさらに含む、付記４又は５記載のフィルタ目詰まり検出装置。
（付記７）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタと、
前記金属筐体の前記凸部の内部に前記フィルタに向けて配設され、前記フィルタにマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と
を含む、排気ガス処理装置。
（付記８）
前記マイクロ波発生部は、窒化ガリウム製の高電子移動度トランジスタを有する、付記７記載の排気ガス処理装置。
（付記９）
前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を低くし、前記温度検出部によって検出される温度が低いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を高くする、出力制御部と
をさらに含む、付記７又は８記載の排気ガス処理装置。
（付記１０）
前記凸部は、前記フィルタに前記排気ガスが流れる流路方向において、前記フィルタに前記排気ガスが流入する流入端と、前記フィルタから前記排気ガスが排出される排出端との間において、前記フィルタの外周部に配置される、付記７乃至９のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。
（付記１１）
前記金属筐体の内部で前記フィルタの流入側に設けられ、前記フィルタに流入する排気ガスを通す第１通気孔を有する第１金属板と、
前記金属筐体の内部で前記フィルタの排出側に設けられ、前記フィルタから排出される前記排気ガスを通す第２通気孔を有する第２金属板と
をさらに含む、付記７乃至１０のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。
（付記１２）
前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁をさらに含む、付記７乃至１１のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。
（付記１３）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて前記凸部の内部に配設され、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部によって放射され、前記フィルタを透過するマイクロ波、又は、前記フィルタで反射されるマイクロ波を検出する検出部と
を含む、フィルタ目詰まり検出装置で検出されるマイクロ波の強度に基づいて、前記フィルタの目詰まりの度合を判定するフィルタ目詰まり判定方法であって、
前記検出部によって検出されるマイクロ波の強度に基づき、前記フィルタを透過するマイクロ波の強度が低いほど、あるいは、前記フィルタで反射されるマイクロ波の強度が高いほど、前記目詰まりの度合が高いと判定し、前記フィルタを透過するマイクロ波の強度が高いほど、あるいは、前記フィルタで反射されるマイクロ波の強度が低いほど、前記目詰まりの度合が低いと判定する、フィルタ目詰まり判定方法。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて前記凸部の内部に配設され、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と
を含む、フィルタ再生装置。
（付記２）
前記マイクロ波発生部は、窒化ガリウム製の高電子移動度トランジスタを有する、付記１記載のフィルタ再生装置。
（付記３）
前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を低くし、前記温度検出部によって検出される温度が低いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を高くする、出力制御部と
をさらに含む、付記１又は２記載のフィルタ再生装置。
（付記４）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて前記凸部の内部に配設され、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部によって放射され、前記フィルタを透過するマイクロ波、又は、前記フィルタで反射されるマイクロ波を検出する検出部と
を含む、フィルタ目詰まり検出装置。
（付記５）
前記検出部で検出されるマイクロ波の強度に基づき、前記フィルタの目詰まりの度合を判定する判定部をさらに含む、付記４記載のフィルタ目詰まり検出装置。
（付記６）
前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部をさらに含む、付記４又は５記載のフィルタ目詰まり検出装置。
（付記７）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタと、
前記金属筐体の前記凸部の内部に前記フィルタに向けて配設され、前記フィルタにマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と
を含む、排気ガス処理装置。
（付記８）
前記マイクロ波発生部は、窒化ガリウム製の高電子移動度トランジスタを有する、付記７記載の排気ガス処理装置。
（付記９）
前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を低くし、前記温度検出部によって検出される温度が低いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を高くする、出力制御部と
をさらに含む、付記７又は８記載の排気ガス処理装置。
（付記１０）
前記凸部は、前記フィルタに前記排気ガスが流れる流路方向において、前記フィルタに前記排気ガスが流入する流入端と、前記フィルタから前記排気ガスが排出される排出端との間において、前記フィルタの外周部に配置される、付記７乃至９のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。
（付記１１）
前記金属筐体の内部で前記フィルタの流入側に設けられ、前記フィルタに流入する排気ガスを通す第１通気孔を有する第１金属板と、
前記金属筐体の内部で前記フィルタの排出側に設けられ、前記フィルタから排出される前記排気ガスを通す第２通気孔を有する第２金属板と
をさらに含む、付記７乃至１０のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。
（付記１２）
前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁をさらに含む、付記７乃至１１のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。
（付記１３）
筒状部と前記筒状部の外側に突出する凸部とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて前記凸部の内部に配設され、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部によって放射され、前記フィルタを透過するマイクロ波、又は、前記フィルタで反射されるマイクロ波を検出する検出部と
を含む、フィルタ目詰まり検出装置で検出されるマイクロ波の強度に基づいて、前記フィルタの目詰まりの度合を判定するフィルタ目詰まり判定方法であって、
前記検出部によって検出されるマイクロ波の強度に基づき、前記フィルタを透過するマイクロ波の強度が低いほど、あるいは、前記フィルタで反射されるマイクロ波の強度が高いほど、前記目詰まりの度合が高いと判定し、前記フィルタを透過するマイクロ波の強度が高いほど、あるいは、前記フィルタで反射されるマイクロ波の強度が低いほど、前記目詰まりの度合が低いと判定する、フィルタ目詰まり判定方法。
１０ パイプ
２０ ＤＯＣ
１００ 排気ガス処理装置
１１０ フィルタ
１２０ アンテナ
１３０ 同軸ケーブル
１４０ 温度センサ
２００ 外部装置
２１０ 発振器
２２０ 入力整合回路
２３０ トランジスタ
２４０ 出力整合回路
２５０ サーキュレータ
２６０ ＲＦディテクタ
２７０ 制御部
３００ ＥＣＵ
３０１ 主制御部
３０２ 堆積量測定部
３０３ 温度測定部
３０４ 再生処理実行部
２０ ＤＯＣ
１００ 排気ガス処理装置
１１０ フィルタ
１２０ アンテナ
１３０ 同軸ケーブル
１４０ 温度センサ
２００ 外部装置
２１０ 発振器
２２０ 入力整合回路
２３０ トランジスタ
２４０ 出力整合回路
２５０ サーキュレータ
２６０ ＲＦディテクタ
２７０ 制御部
３００ ＥＣＵ
３０１ 主制御部
３０２ 堆積量測定部
３０３ 温度測定部
３０４ 再生処理実行部
Claims (11)
- 筒状部と、前記筒状部の外側に突出する凸部と、前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて、前記凸部の内部に配設され前記連通口を介してマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と
を含み、
前記マイクロ波放射部は、モノポールアンテナであり、
前記連通口の直径は、前記マイクロ波の波長の電気長の半分以上である、フィルタ再生装置。 - 前記マイクロ波発生部は、窒化ガリウム製の高電子移動度トランジスタを有する、請求項１記載のフィルタ再生装置。
- 前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を低くし、前記温度検出部によって検出される温度が低いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を高くする、出力制御部と
をさらに含む、請求項１又は２記載のフィルタ再生装置。 - 筒状部と、前記筒状部の外側に突出する凸部と、前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて、前記凸部の内部に配設され前記連通口を介してマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部によって放射され、前記フィルタを透過するマイクロ波、又は、前記フィルタで反射されるマイクロ波を検出する検出部と
を含み、
前記マイクロ波放射部及び前記検出部は、モノポールアンテナであり、
前記連通口の直径は、前記マイクロ波の波長の電気長の半分以上である、フィルタ目詰まり検出装置。 - 前記検出部で検出されるマイクロ波の強度に基づき、前記フィルタの目詰まりの度合を判定する判定部をさらに含む、請求項４記載のフィルタ目詰まり検出装置。
- 前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部をさらに含む、請求項４又は５記載のフィルタ目詰まり検出装置。
- 筒状部と、前記筒状部の外側に突出する凸部と、前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され、内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタと、
前記金属筐体の前記凸部の内部に前記フィルタに向けて配設され、前記連通口を介して前記フィルタにマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部から前記フィルタに放射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と
を含み、
前記マイクロ波放射部は、モノポールアンテナであり、
前記連通口の直径は、前記マイクロ波の波長の電気長の半分以上である、排気ガス処理装置。 - 前記フィルタの外周部に配設され、前記フィルタの温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を低くし、前記温度検出部によって検出される温度が低いほど前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波の出力を高くする、出力制御部と
をさらに含む、請求項７記載の排気ガス処理装置。 - 前記凸部は、前記フィルタに前記排気ガスが流れる流路方向において、前記フィルタに前記排気ガスが流入する流入端と、前記フィルタから前記排気ガスが排出される排出端との間において、前記フィルタの外周部に配置される、請求項７又は８記載の排気ガス処理装置。
- 前記金属筐体の内部で前記フィルタの流入側に設けられ、前記フィルタに流入する排気ガスを通す第１通気孔を有する第１金属板と、
前記金属筐体の内部で前記フィルタの排出側に設けられ、前記フィルタから排出される前記排気ガスを通す第２通気孔を有する第２金属板と
をさらに含む、請求項７乃至９のいずれか一項記載の排気ガス処理装置。 - 筒状部と、前記筒状部の外側に突出する凸部と、前記凸部と前記筒状部との間を仕切る隔壁であって、前記凸部と前記筒状部との間を連通させる連通口を有する隔壁とを有する金属筐体の前記筒状部の内部に配設され内燃機関の排気ガスを浄化するセラミック製のフィルタに向けて、前記凸部の内部に配設され前記連通口を介してマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部によって放射され、前記フィルタを透過するマイクロ波、又は、前記フィルタで反射されるマイクロ波を検出する検出部と
を含み、前記マイクロ波放射部及び前記検出部は、モノポールアンテナであり、前記連通口の直径は、前記マイクロ波の波長の電気長の半分以上である、フィルタ目詰まり検出装置で検出されるマイクロ波の強度に基づいて、前記フィルタの目詰まりの度合を判定するフィルタ目詰まり判定方法であって、
前記検出部によって検出されるマイクロ波の強度に基づき、前記フィルタを透過するマイクロ波の強度が低いほど、あるいは、前記フィルタで反射されるマイクロ波の強度が高いほど、前記目詰まりの度合が高いと判定し、前記フィルタを透過するマイクロ波の強度が高いほど、あるいは、前記フィルタで反射されるマイクロ波の強度が低いほど、前記目詰まりの度合が低いと判定する、フィルタ目詰まり判定方法。
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