JP7267900B2 - Particulate matter measuring device, particulate matter measuring method, and particulate matter measuring program - Google Patents
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Description
本発明は、粒子状物質計測装置、粒子状物質計測方法、および粒子状物質計測プログラムに関する。 The present invention relates to a particulate matter measuring device, a particulate matter measuring method, and a particulate matter measuring program.
ディーゼルエンジンを有する車両において、エンジンから大気に至る排気管の途中に挿入され、排気ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter。以下、PMという。)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter。以下、DPFという。)が知られている。 Diesel Particulate Filter (Diesel Particulate Filter) is inserted in the middle of the exhaust pipe leading from the engine to the atmosphere in a vehicle having a diesel engine, and collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust gas. , hereinafter referred to as DPF).
捕集されたPMがDPFに多く堆積すると、排気ガスが流れにくくなり、エンジンの排気圧力が上昇してエンジン特性が低下する。またDPFにPMが堆積しすぎると、DPF再生時に過剰な熱が発生し、フィルタを損傷してしまう可能性がある。これを防ぐため、PMが堆積しすぎないうちに、燃料を余分に噴射してDPFの温度を上昇させて、DPF内に捕集されたPMを燃焼して除去するDPF再生を行う必要がある。しかしながら、必要以上にDPF再生を行うと、燃料が余分に消費され、燃費が悪化するため、PM堆積量を正確に計測する必要がある。 When a large amount of collected PM accumulates in the DPF, it becomes difficult for the exhaust gas to flow, the exhaust pressure of the engine increases, and the engine characteristics deteriorate. Also, if too much PM builds up on the DPF, excessive heat will be generated during DPF regeneration, possibly damaging the filter. To prevent this, it is necessary to regenerate the DPF by injecting extra fuel to raise the temperature of the DPF and burning and removing the PM trapped in the DPF before the PM builds up too much. . However, if the DPF is regenerated more than necessary, extra fuel will be consumed and the fuel efficiency will deteriorate, so it is necessary to accurately measure the amount of accumulated PM.
特許文献1には、第1の誘電率を有するフィルタの目詰まりを、異なる誘電率を有する物質を用いて決定する方法が記載されている。 US Pat. No. 6,200,000 describes a method for determining the clogging of filters with a first dielectric constant using materials with different dielectric constants.
今後、DPF20の材料が誘電体であるコージュライトから、導体である炭化ケイ素に移行することが想定されるため、導体で形成されたフィルタについてもPM堆積量を計測する必要がある。しかしながら、特許文献1の方法においては、誘電率が高い導体でフィルタが製造されている場合には、PM堆積量を計測することができない。
In the future, it is expected that the material of the
本発明はこのような事情を鑑みてなされたもので、導体で形成されたフィルタを用いる場合においてもPM堆積量を計測することができる粒子状物質計測装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a particulate matter measuring apparatus capable of measuring the amount of deposited PM even when a filter made of a conductor is used.
本発明にかかる粒子状物質計測装置は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する略円柱形状のDPFと、前記DPFを収容する両端面が覆われた略円筒形状の筐体であって、前記両端面である第1面及び第2面のそれぞれに開口を有する筐体と、前記筐体の内部に設けられたアンテナであって、前記第1面と、前記DPFの前記第1面と対向する端面である第1端面との間に配置されたアンテナと、基準となる周波数の正弦波である基準正弦波を生成する正弦波生成部と、前記基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成し、当該マイクロ波を前記アンテナを介して前記DPFへ照射する掃引部と、前記DPFで反射された反射波を、前記アンテナを介して受信する受信部と、前記受信された反射波を合成して方形波を算出する反射波合成部と、前記方形波に基づいて前記反射波からインピーダンスを算出するインピーダンス測定部と、前記算出されたインピーダンスと、前記DPFに前記粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出し、当該インピーダンス変化量に基づいて前記DPFに堆積された前記粒子状物質の堆積量を算出する堆積量算出部と、を備えたことを特徴とする。 A particulate matter measuring device according to the present invention includes a substantially cylindrical DPF that collects particulate matter contained in exhaust gas, and a substantially cylindrical housing that houses the DPF and whose both end surfaces are covered. , a housing having openings in each of the first surface and the second surface, which are both end surfaces, and an antenna provided inside the housing, wherein the first surface and the first surface of the DPF a sine wave generator that generates a reference sine wave that is a sine wave of a reference frequency; and a frequency sweep of the reference sine wave by an integer multiple. a sweeping unit that generates a microwave that has been generated and irradiates the microwave to the DPF via the antenna; a receiving unit that receives the reflected wave reflected by the DPF via the antenna; a reflected wave synthesizing unit for synthesizing reflected waves to calculate a square wave; an impedance measuring unit for calculating impedance from the reflected wave based on the square wave; the calculated impedance; calculating the amount of impedance change, which is the difference between the impedance calculated from the reflected wave in a state in which the particulate matter is not deposited, and calculating the amount of the particulate matter deposited on the DPF based on the amount of impedance change; and a quantity calculator.
本発明にかかる粒子状物質計測装置によれば、基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波をDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)へ照射し、その反射波から算出されたインピーダンスと、DPFに粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出し、当該インピーダンス変化量に基づいてDPFに堆積された粒子状物質の堆積量を算出する。これにより、導体、すなわち誘電率が高い材料で形成されたフィルタを用いる場合においてもPM堆積量を計測することができる。 According to the particulate matter measurement device according to the present invention, a DPF (Diesel Particulate Filter) is irradiated with a microwave obtained by sweeping the frequency of a reference sine wave by an integral multiple, and the impedance calculated from the reflected wave and the particles in the DPF The amount of change in impedance, which is the difference from the impedance calculated from the reflected wave in a state where no particulate matter is deposited, is calculated, and the amount of particulate matter deposited on the DPF is calculated based on the amount of impedance change. This makes it possible to measure the amount of deposited PM even when using a filter made of a conductor, that is, a material with a high dielectric constant.
ここで、前記方形波に基づいて、前記DPFの表面において前記粒子状物質が堆積されている堆積場所を算出する堆積場所算出部を備えてもよい。 Here, a deposition location calculation unit may be provided that calculates a deposition location where the particulate matter is deposited on the surface of the DPF based on the square wave.
ここで、前記堆積量算出部により算出された堆積量及び前記堆積場所算出部により算出された堆積場所に基づいて、前記DPFにおける前記粒子状物質の堆積分布を推定する堆積分布推定部を備えてもよい。 a deposition distribution estimation unit for estimating the deposition distribution of the particulate matter in the DPF based on the deposition amount calculated by the deposition amount calculation unit and the deposition location calculated by the deposition location calculation unit; good too.
ここで、前記正弦波生成部は、前記DPFの固有振動数と、前記筐体の形状及び容量とに基づいて、前記基準正弦波の周波数及び振幅を算出してもよい。これにより、精度よく粒子状物質の堆積量を求めることができる。 Here, the sine wave generator may calculate the frequency and amplitude of the reference sine wave based on the natural frequency of the DPF and the shape and capacity of the housing. As a result, it is possible to obtain the accumulated amount of particulate matter with high accuracy.
本発明にかかる粒子状物質計測方法は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する略棒状のDPFと、前記DPFを収容する両端面が覆われた略筒状の筐体であって、前記両端面である第1面及び第2面のそれぞれに開口を有する筐体と、前記筐体の内部に設けられたアンテナであって、前記第1面と、前記DPFの前記第1面と対向する端面である第1端面と、との間に設けられたアンテナと、を備えた粒子状物質計測装置が前記粒子状物質の堆積量を算出する粒子状物質計測方法であって、基準となる周波数の正弦波である基準正弦波を生成するステップと、前記基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成するステップと、前記マイクロ波を前記アンテナを介して前記DPFへ照射するステップと、前記DPFで反射された反射波を、前記アンテナを介して受信するステップと、前記受信された反射波を合成して方形波を算出するステップと、前記方形波に基づいて前記反射波からインピーダンスを算出し、当該算出されたインピーダンスと、前記DPFに前記粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出するステップと、前記インピーダンス変化量に基づいて前記DPFに堆積された前記粒子状物質の堆積量を算出するステップと、を含むことを特徴とする。 A particulate matter measuring method according to the present invention includes a substantially rod-shaped DPF that collects particulate matter contained in exhaust gas, and a substantially cylindrical housing that houses the DPF and whose end faces are covered, A housing having openings on each of the first surface and the second surface, which are both end surfaces, and an antenna provided inside the housing, wherein the first surface and the first surface of the DPF are provided. A particulate matter measuring method in which a particulate matter measuring device including a first end face that is an opposing end face and an antenna provided between a reference and a a step of generating a reference sine wave that is a sine wave of a frequency equal to the above; a step of generating a microwave obtained by sweeping the frequency of the reference sine wave by an integral multiple; and a step of irradiating the DPF with the microwave through the antenna a step of receiving a reflected wave reflected by the DPF via the antenna; a step of synthesizing the received reflected waves to calculate a square wave; calculating an impedance, and calculating an impedance change amount that is a difference between the calculated impedance and an impedance calculated from a reflected wave in a state where the particulate matter is not deposited on the DPF; and the impedance change. and calculating a deposition amount of the particulate matter deposited on the DPF based on the amount.
本発明にかかる粒子状物質計測プログラムは、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する略棒状のDPFと、前記DPFを収容する両端面が覆われた略筒状の筐体であって、前記両端面である第1面及び第2面のそれぞれに開口を有する筐体と、前記筐体の内部に設けられたアンテナであって、前記第1面と、前記DPFの前記第1面と対向する端面である第1端面と、との間に設けられたアンテナと、を備える粒子状物質計測装置を制御する粒子状物質計測プログラムであって、コンピュータを、基準となる周波数の正弦波である基準正弦波を生成する正弦波生成部、前記基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成し、当該マイクロ波を前記アンテナを介して前記DPFへ照射する掃引部、前記DPFで反射された反射波を、前記アンテナを介して受信する受信部、前記受信された前記反射波を合成して方形波を算出する反射波合成部、前記方形波に基づいて前記反射波からインピーダンスを算出し、当該算出されたインピーダンスと、前記DPFに前記粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出するインピーダンス測定部、前記インピーダンス変化量に基づいて前記DPFに堆積された粒子状物質の堆積量を算出する堆積量算出部、として機能させることを特徴とする。 A particulate matter measurement program according to the present invention includes a substantially rod-shaped DPF that collects particulate matter contained in exhaust gas, and a substantially cylindrical housing that houses the DPF and whose end faces are covered, A housing having openings on each of the first surface and the second surface, which are both end surfaces, and an antenna provided inside the housing, wherein the first surface and the first surface of the DPF are provided. A particulate matter measurement program for controlling a particulate matter measurement device comprising: a first end face, which is an opposing end face; A sine wave generator that generates a certain reference sine wave, a sweeper that generates a microwave obtained by sweeping the frequency of the reference sine wave by an integral multiple, irradiates the microwave to the DPF via the antenna, and is reflected by the DPF a receiving unit for receiving the reflected wave through the antenna; a reflected wave synthesizing unit for synthesizing the received reflected waves to calculate a square wave; and calculating an impedance from the reflected wave based on the square wave. an impedance measuring unit for calculating an impedance change amount that is a difference between the calculated impedance and an impedance calculated from a reflected wave in a state where the particulate matter is not deposited on the DPF; and a deposition amount calculation unit that calculates the deposition amount of the particulate matter deposited on the DPF based on the DPF.
本発明によれば、導体で形成されたフィルタを用いる場合においてもPM堆積量を計測することができる。 According to the present invention, the amount of deposited PM can be measured even when a filter made of a conductor is used.
以下、本発明にかかる粒子状物質計測装置、粒子状物質計測方法、および粒子状物質計測プログラムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a particulate matter measuring device, a particulate matter measuring method, and a particulate matter measuring program according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る粒子状物質計測装置1の概略を示す断面図である。粒子状物質計測装置1は、主として、筐体10と、ディーゼルパティキュレートフィルタ20(以下、DPF20という。)と、アンテナ30と、演算部40と、を備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a particulate
筐体10は、両端面が覆われた略円筒形状の筐体であり、内部にDPF20を収容する。筐体10は、例えばディーゼルエンジンを有する車両において、エンジンから大気に至る排気管の一部を構成している。筐体10は、両端面である第1面11及び第2面12のそれぞれに第1開口13及び第2開口14を有する。例えば、第1開口13はエンジンと接続され、第2開口14は大気に開放されている。
The
DPF20は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタであり、略円柱形状である。DPF20は、筐体10の長さ方向略中央に収容される。DPF20は、例えば、主としてセラミックからなるが、本実施の形態では、DPF20は、熱伝導率が高く、高強度であり、耐熱衝撃性が高い炭化ケイ素(SiC)を用いる。炭化ケイ素は、導体である。DPF20は、隣り合う通気孔が交互に閉じられたハニカム細孔状のフィルタであり、ハニカム細孔により排気ガス中に含まれるPMを捕集する。
The
DPF20は、両端面である第1端面21および第2端面22を有し、第1端面21が第1面11及び第1開口13に対向し、第2端面22が第2面12及び第2開口14に対向している。第1開口13から筐体10に流入した排気ガスは、第1端面21からDPF20に進入し、粒子状物質(PM)が除去され、第2端面22を通過して第2開口14から大気へ放出される。
The DPF 20 has a
アンテナ30は、筐体10の内部に設けられている。アンテナ30は、第1面11と、第1端面21との間に配置されている。アンテナ30は、掃引部42(後に詳述)からの電気信号をマイクロ波(後に詳述)に変換して、このマイクロ波をDPF20に向けて照射するとともに、マイクロ波がDPF20で反射することで生成された反射波(後に詳述)を受信して、反射波を電気信号に変換して受信部43(後に詳述)に伝達する。
The
なお、アンテナ30の配置位置は任意であるし、筐体10の形状もこれに限られない。また、アンテナ30の指向性は任意であり、例えば全指向性、単一指向性、又は双指向性等であってもよい。後述するように、粒子状物質計測装置1は、アンテナ30により受信される反射波のPMによる変化に基づいてDPF20のPM堆積量を求めるものであるので、変化の様子が計測できれば足りるためである。
In addition, the arrangement position of the
図2は、粒子状物質計測装置1の機能ブロック図である。アンテナ30は、方向性結合器35を介して演算部40に接続されている。方向性結合器35は、DPF20へ照射されるマイクロ波と、反射波とを分離する部材である。そのため、掃引部42と受信部43とで1個のアンテナ30を共用することができる。なお、方向性結合器35は、アンテナ30に含まれていてもよい。
FIG. 2 is a functional block diagram of the particulate
演算部40は、アンテナ30に接続されており、情報処理を実行するためのCPU(Central Processing Unit)などの演算装置、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などの記憶装置を備える。演算装置は、記憶装置に格納されたプログラムにしたがって動作する。なお、プログラムは、ネットワークを介したダウンロードによって提供したり、コンピュータ読取可能な各種の記録媒体に記録して提供したりすることができる。
The
演算部40は、ソフトウェア資源として、主として、正弦波生成部41、掃引部42、受信部43、反射波合成部44、インピーダンス測定部45、PM堆積量算出部46、PM堆積場所算出部47、及びPM堆積分布推定部48の各機能部を有する。
The
正弦波生成部41は、基準となる周波数の正弦波(以下、基準正弦波という)を生成する。基準正弦波の周波数帯は限定されないが、例えば2.5MHz帯であってもよい。また、基準正弦波の振幅も任意である。
The
ただし、正弦波生成部41は、精度を高くするため、DPF20の固有振動数と、筐体10の形状及び容量とに基づいて、基準正弦波の周波数及び振幅を算出することが望ましい。例えば、基準正弦波の周波数及び振幅は、DPF20の固有振動数と、筐体10の形状及び容量とから3次元電磁界解析を用いて算出することができる。3次元電磁界解析は、公知の様々な方法を用いることができる。
However, the
掃引部42は、基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成する。掃引部42が照射する正弦波の周波数は、例えば基準周波数の2倍、8倍、16倍であるが、これに限られない。掃引する周波数の種類が多いほど測定精度は高くなるが、演算処理の負荷は高くなる。最も効率の良い値は、3次元電磁界解析を用いて算出することができる。
The
また、掃引部42は、生成したマイクロ波を方向性結合器35及びアンテナ30を介してDPF20へ照射する。照射されたマイクロ波は、DPF20で反射する。
Also, the
受信部43は、DPF20で反射した反射波を、アンテナ30を介して受信する。方向性結合器35が設けられているため、反射波は、DPF20へ照射されるマイクロ波と分離され、受信部43で受信される。反射波は、照射されるマイクロ波と比較して、DPF20やPMにより減衰されたり、遅れたりした波形になっている(後に詳述)。
The receiving
反射波合成部44は、受信部43が受信した反射波を合成して方形波を算出する。具体的には、反射波合成部44は、所定の時間範囲において受信されるマイクロ波のパワースペクトルを逆フーリエ変換することで、方形波を算出する。
The reflected
インピーダンス測定部45は、方形波に基づいて反射波からインピーダンスを算出する。
The
図3は、反射波合成部44及びインピーダンス測定部45の処理を説明する図であり、(a)はDPF20へ照射されるマイクロ波の周波数と信号強さとの関係を示すパワースペクトルの一例を示し、(b)は反射波から生成された方形波の一例を示し、(c)は方形波から求められたインピーダンスの一例を示す。
3A and 3B are diagrams for explaining the processing of the reflected
図3(a)に示すように、基準周波数fと、基準周波数fの整数倍の周波数のマイクロ波とがDPF20へ照射される。基準周波数fの信号がもっと大きく、高周波数のマイクロ波ほど信号が小さくなっている。
As shown in FIG. 3(a), the
反射波を逆フーリエ変換すると、図3(b)に示す方形波が算出される。方形波は、PM堆積量等に応じて変形する(後に詳述)。 When the reflected wave is subjected to inverse Fourier transform, a square wave shown in FIG. 3(b) is calculated. The square wave is deformed according to the amount of deposited PM and the like (detailed later).
図3(b)に示す方形波をインピーダンス解析すると、図3(c)に示すインピーダンスのグラフが得られる。インピーダンス解析は、公知の様々な方法を用いることができる。 Impedance analysis of the square wave shown in FIG. 3(b) yields the impedance graph shown in FIG. 3(c). Impedance analysis can use various known methods.
図2の説明に戻る。インピーダンス測定部45では、方形波を算出することでアンテナ30からの距離に応じたインピーダンスの変化を観測することができる。第1端面21上の所定の測定点からアンテナ30までの距離はあらかじめわかっているため、インピーダンス測定部45は、すべての反射波のうち、第1端面21上の測定点で反射された反射波のみを取り出すことができる。そして、インピーダンス測定部45は、第1端面21上の測定点で反射された反射波からインピーダンスの変化を算出することで、筐体10内部での意図しない反射波の影響を除外することができる。
Returning to the description of FIG. The
PM堆積量算出部46は、インピーダンス測定部45で測定されたインピーダンスと、PMが堆積していないDPF20の反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出し、算出されたインピーダンス変化量に基づいてDPF20に堆積されたPMの堆積量を算出する。
The PM deposition
PM堆積量算出部46は、PMが堆積していないときのインピーダンス(以下、初期インピーダンスという)を保持している。初期インピーダンスは、正弦波生成部41が基準正弦波を生成し、掃引部42が基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成してPMが堆積していないDPF20へ照射し、PMが堆積していないDPF20で反射された反射波を受信部43が受信し、反射波合成部44が受信部43が受信した反射波を合成して方形波を算出し、インピーダンス測定部45が当該方形波からインピーダンスを算出することにより求められる。
The PM
そして、PM堆積量算出部46は、インピーダンス測定部45で測定されたインピーダンスと、初期インピーダンスとの差異をインピーダンス変化量として算出する。
Then, the PM deposition
また、PM堆積量算出部46は、インピーダンス変化量に基づいて、DPF20に堆積されたPMの堆積量(以下、PM堆積量という)を算出する。PM堆積量算出部46は、インピーダンス変化量とPM堆積量との関係を示す情報を保持している。インピーダンス変化量とPM堆積量とは比例関係(線形分布)にあり、インピーダンスが大きいほどPM堆積量は大きい。PM堆積量算出部46は、インピーダンスの変化量とPM堆積量との関係式をあらかじめ記憶しておき、当該関係式を用いて計算することで、インピーダンス変化量からDPF20の表面におけるPM堆積量を算出する。
In addition, the PM
PM堆積場所算出部47は、反射波合成部44で生成された方形波に基づいて、DPF20の表面においてPMが堆積されている堆積場所を算出する。
The PM
図4は、PMの堆積量又は堆積場所と方形波の関係を示すグラフであり、(a)、(b)はPM堆積量と波形との関係を示し、(c)はPMの堆積位置のアンテナ30からの距離と波形との関係を示す。図4(a)~(c)における矩形波s1は、PMが堆積していないときのDPF20の反射波に基づいて生成された理想的な方形波である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the PM deposition amount or deposition location and the square wave. It shows the relationship between the distance from the
受信部43が受信する方形波の形状は、DPF20におけるPMの堆積分布の様子により異なる。図4(a)の方形波r1、r2に示すように、PMが堆積すると、方形波の立ち上がりが鈍くなる(立ち上がりがなだらかになる)。また、PMが堆積すると、図4(a)の方形波r1、r2に示すように、方形波のピーク電圧は増大する又は低くなる。例えば、堆積したPMのインピーダンスが初期状態のDPF20のインピーダンスよりも大きい場合には、方形波のピーク電圧は増大する。また、例えば、堆積したPMのインピーダンスが初期状態のDPF20のインピーダンスより小さい場合には、方形波のピーク電圧は減少する。
The shape of the square wave received by the
また、DPF20の表面にPMが堆積するにつれて、PMの堆積位置のアンテナ30からの距離が近くなる。そのため、図4(b)の方形波r3に示すように、方形波の立ち上がりが先進する。
In addition, as the PM accumulates on the surface of the
また、アンテナ30とDPF20との距離が異なると、方形波の位相のずれが生じる。また、PMの堆積位置のアンテナ30からの距離が遠くなると、図4(c)の方形波r4に示すように、方形波の立ち上がりが遅延する。なお、実際は、図4(a)~図4(c)で模式的に示した波形の変化が複合的に発生する。
Further, when the distance between the
図2の説明に戻る。また、PM堆積場所算出部47は、事前にモデルを作成し、DPF20にPMが堆積していない状態で、すでに説明した方法により、照射する各周波数に対して、第1端面21における各測定点からの反射波からインピーダンスを算出し、参照値として保持しておく。PM堆積場所算出部47は、アンテナ30からの距離の違いにより各測定点を特定することができる。また、筐体10内部の形状が不均一であることにより、照射波及び反射波の伝送経路が異なるため、PM堆積場所算出部47は、アンテナ30からの直線距離が同じだとしても、伝送経路の違いから測定箇所を特定することができる。このとき、複数の周波数を掃引して照射することで、測定箇所が判別しやすくなる。
Returning to the description of FIG. In addition, the PM deposition
PM堆積分布推定部48は、PM堆積量算出部46により算出された堆積量及びPM堆積場所算出部47により算出された堆積場所に基づいて、DPF20におけるPMの堆積分布を推定する。
The PM deposition
なお、DPF20内部の堆積量に関しては、直接的に測定することはできない。しかし、DPF20の形状は均一であり、また、すでに説明した通りDPF20の表面に堆積している堆積量及びその位置は算出可能である。したがって、PM堆積分布推定部48は、DPF20の表面の堆積分布からDPF20の内部、すなわちDPF20全体のPMの堆積分布を推定することができる。
It should be noted that the deposition amount inside the
なお、図2に示す演算部40の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、例えば一般的な情報処理装置が備える構成を排除するものではない。演算部40の構成要素は、処理内容に応じてさらに多くの構成要素に分類されてもよいし、1つの構成要素が複数の構成要素の処理を実行してもよい。
It should be noted that the configuration of the
図5は、粒子状物質計測装置1がPMの堆積分布を算出する機序を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flow chart showing a mechanism by which the particulate
まず、正弦波生成部41は、基準周波数fの正弦波(基準正弦波)を生成する(ステップS1)。そして、掃引部42は、基準周波数fを整数倍に周波数掃引する(ステップS2)。また、掃引部42は、方向性結合器35を介して、基準周波数f及び基準周波数fを整数倍の周波数の正弦波をアンテナ30からDPF20へ照射する(ステップS2)。
First, the
次に、受信部43は、アンテナ30からDPF20へ照射されたマイクロ波がDPF20で反射した反射波を、アンテナ30及び方向性結合器35を介して受信する(ステップS3)。
Next, the
次に、反射波合成部44は、反射波を合成して逆フーリエ変換することにより、方形波を生成する(ステップS4)。インピーダンス測定部45は、ステップS4で生成された方形波をインピーダンス解析して、反射波から算出されたインピーダンスを測定する(ステップS5)。
Next, the reflected
PM堆積量算出部46は、ステップS5で算出したインピーダンスと初期インピーダンスとの差異をインピーダンス変化量として算出し、インピーダンス変化量に基づいて、DPF20におけるPM堆積量を算出する(ステップS6)。また、PM堆積場所算出部47は、インピーダンス変化量に基づいて、DPF20の表面におけるPMの堆積場所を算出する(ステップS6)。PM堆積量の算出及びPMの堆積場所の算出は、順番に行ってもよいし(順不同)、同時に行ってもよい。
The PM
次に、PM堆積分布推定部48は、ステップS6で算出されたPMの堆積量および堆積場所に基づいて、DPF20におけるPM全体の堆積分布を推定する(ステップS7)。
Next, the PM
演算部40は、処理を終了する指示が入力されたか否かを判定する(ステップS8)。処理を終了する指示は、入力装置(図示せず)等から演算部40に入力されてもよいし、内燃機関が停止するのと同時に、内燃機関を制御する制御部(図示せず)から演算部40に入力されてもよい。
The
処理を終了する指示が入力されていない場合(ステップS8でNO)は、演算部40は、処理をステップS1に戻す。処理を終了する指示が入力された場合(ステップS8でYES)は、演算部40は一連の処理を終了する。つまり、演算部40は、図5に示す処理を連続的に行う。このように、連続的にインピーダンスの変化を測定することで、DPF20におけるPM堆積量の推移が測定できる。その結果、PMの堆積分布を正確に推定することができる。
If an instruction to end the process has not been input (NO in step S8), the
本実施の形態によれば、反射波を用いてPMの堆積量を算出するため、導体で形成されたフィルタを用いる場合においてもPM堆積量やPMの堆積分布を求めることができる。 According to the present embodiment, since the amount of deposited PM is calculated using the reflected wave, the amount of deposited PM and the deposition distribution of PM can be obtained even when a filter made of a conductor is used.
例えば、マイクロ波の透過特性を利用する方法では、マイクロ波の透過が困難な炭化ケイ素のような導体、すなわち誘電率が高い物質で製造されたDPF20の場合には、PMの堆積量が算出できない。
For example, in the method that utilizes the transmission characteristics of microwaves, the deposition amount of PM cannot be calculated in the case of the
それに対し、本実施の形態では、DPF20からの反射波を利用するので、DPF20がマイクロ波を反射する導体、すなわち誘電率が高い物質により構成されていても、PMの堆積量を精度良く推定することができる。特に、炭化ケイ素は熱伝導性に優れているため、炭化ケイ素で構成されたDPF20を用いることで、熱伝導性と高精度のPM堆積分分布推定を両立することができる。
On the other hand, in the present embodiment, since the reflected wave from the
また、本実施の形態によれば、反射波を用いてPMの堆積量を算出するため、アンテナ30が1本で済み、簡素な構成でPM堆積量を計測することができる。
Further, according to the present embodiment, since the reflected wave is used to calculate the PM deposition amount, only one
図6は、従来の粒子状物質計測装置100の概略を示す断面図である。粒子状物質計測装置100においてはDPF20の第1端面21側に送信用のアンテナ130aが配置され、第2端面22側に受信用のアンテナ130bが配置されている。すなわち、アンテナ130aから送信されてDPF20を透過するマイクロ波は、アンテナ130bで受信され、当該受信されたマイクロ波を演算装置140が解析することで、PMの堆積量を推定している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an outline of a conventional particulate
しかしながら、粒子状物質計測装置100では、マイクロ波の透過特性からPM堆積量を求めるため、DPF20の前後に2本のアンテナ130a、130bが必要になり、また、マイクロ波の透過特性を考慮してアンテナ130a、130bを適切な位置に配置しなければならない。
However, since the particulate
また、粒子状物質計測装置100では、DPF20におけるPM堆積の偏りを測定するためには、アンテナ130a、130bの指向性を高めた上で、アンテナ130a、130bを可動式にするか、複数のアンテナ130a、130bを設置しなければならない。
In addition, in the particulate
それに対し、本実施の形態では、反射波から算出されたインピーダンス変化量に基づいてPM堆積量を求めるため、アンテナ30が1本で済むし、アンテナの配置や指向性についても制限が無い。また、本実施の形態では、側的領域を空間的に分割することなく、1回のマイクロ波の照射でDPF20全体のPM堆積分布を推定することができる。
On the other hand, in the present embodiment, since the amount of accumulated PM is obtained based on the amount of change in impedance calculated from the reflected wave, only one
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and design changes and the like are also included within the scope of the gist of the present invention. .
1 :粒子状物質計測装置
10 :筐体
11 :第1面
12 :第2面
13 :第1開口
14 :第2開口
20 :DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)
21 :第1端面
22 :第2端面
30 :アンテナ
35 :方向性結合器
40 :演算部
41 :正弦波生成部
42 :掃引部
43 :受信部
44 :反射波合成部
45 :インピーダンス測定部
46 :PM堆積量算出部
47 :PM堆積場所算出部
48 :PM堆積分布推定部
100 :粒子状物質計測装置
130a、130b:アンテナ
140 :演算装置
Reference Signs List 1: particulate matter measuring device 10: housing 11: first surface 12: second surface 13: first opening 14: second opening 20: DPF (diesel particulate filter)
21 : first end surface 22 : second end surface 30 : antenna 35 : directional coupler 40 : calculation unit 41 : sine wave generation unit 42 : sweep unit 43 : reception unit 44 : reflected wave synthesis unit 45 : impedance measurement unit 46 : PM deposition amount calculation unit 47: PM deposition location calculation unit 48: PM deposition distribution estimation unit 100: Particulate
Claims (6)
前記DPFを収容する両端面が覆われた略円筒形状の筐体であって、前記両端面である第1面及び第2面のそれぞれに開口を有する筐体と、
前記筐体の内部に設けられたアンテナであって、前記第1面と、前記DPFの前記第1面と対向する端面である第1端面との間に配置されたアンテナと、
基準となる周波数の正弦波である基準正弦波を生成する正弦波生成部と、
前記基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成し、当該マイクロ波を前記アンテナを介して前記DPFへ照射する掃引部と、
前記DPFで反射された反射波を、前記アンテナを介して受信する受信部と、
前記受信された反射波のパワースペクトルを逆フーリエ変換する反射波合成部と、
前記反射波合成部による算出結果に基づいてインピーダンスを算出するインピーダンス測定部と、
前記算出されたインピーダンスと、前記DPFに前記粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出し、当該インピーダンス変化量に基づいて前記DPFに堆積された前記粒子状物質の堆積量を算出する堆積量算出部と、
を備えたことを特徴とする粒子状物質計測装置。 a substantially cylindrical DPF that collects particulate matter contained in exhaust gas;
a substantially cylindrical housing having both end faces covered for housing the DPF, the housing having openings in each of the first and second faces, which are the end faces;
an antenna provided inside the housing, the antenna disposed between the first surface and a first end surface of the DPF that is an end surface facing the first surface;
a sine wave generator that generates a reference sine wave that is a sine wave of a reference frequency;
a sweeping unit that generates a microwave obtained by sweeping the frequency of the reference sine wave by an integral multiple, and irradiates the DPF with the microwave through the antenna;
a receiving unit that receives the reflected wave reflected by the DPF via the antenna;
a reflected wave synthesizing unit that performs an inverse Fourier transform on the power spectrum of the received reflected wave;
an impedance measuring unit that calculates impedance based on the result of calculation by the reflected wave synthesizing unit ;
calculating an impedance change amount that is a difference between the calculated impedance and an impedance calculated from a reflected wave in a state in which the particulate matter is not deposited on the DPF; a deposition amount calculation unit that calculates the deposition amount of the deposited particulate matter;
A particulate matter measuring device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の粒子状物質計測装置。 2. The particulate matter according to claim 1, further comprising a deposition location calculator that calculates a deposition location where the particulate matter is deposited on the surface of the DPF based on the result of the inverse Fourier transform. measuring device.
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子状物質計測装置。 A deposition distribution estimation unit for estimating the deposition distribution of the particulate matter in the DPF based on the deposition amount calculated by the deposition amount calculation unit and the deposition location calculated by the deposition location calculation unit. The particulate matter measuring device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の粒子状物質計測装置。 4. The sine wave generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the sine wave generator calculates the frequency and amplitude of the reference sine wave based on the natural frequency of the DPF and the shape and capacitance of the housing. The particulate matter measurement device according to any one of items.
前記DPFを収容する両端面が覆われた略筒状の筐体であって、前記両端面である第1面及び第2面のそれぞれに開口を有する筐体と、
前記筐体の内部に設けられたアンテナであって、前記第1面と、前記DPFの前記第1面と対向する端面である第1端面との間に設けられたアンテナと、
を備えた粒子状物質計測装置が前記粒子状物質の堆積量を算出する粒子状物質計測方法であって、
基準となる周波数の正弦波である基準正弦波を生成するステップと、
前記基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成するステップと、
前記マイクロ波を前記アンテナを介して前記DPFへ照射するステップと、
前記DPFで反射された反射波を、前記アンテナを介して受信するステップと、
前記受信された反射波のパワースペクトルを逆フーリエ変換するステップと、
前記逆フーリエ変換した結果に基づいてインピーダンスを算出し、当該算出されたインピーダンスと、前記DPFに前記粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出するステップと、
前記インピーダンス変化量に基づいて前記DPFに堆積された前記粒子状物質の堆積量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする粒子状物質計測方法。 a substantially rod-shaped DPF that collects particulate matter contained in the exhaust gas;
a substantially cylindrical housing having both end surfaces covered for accommodating the DPF, the housing having openings in each of the first and second surfaces, which are the both end surfaces;
an antenna provided inside the housing, the antenna provided between the first surface and a first end surface of the DPF that is an end surface facing the first surface ;
A particulate matter measuring method in which a particulate matter measuring device comprising a
generating a reference sine wave that is a sine wave at a reference frequency;
generating microwaves obtained by sweeping the frequency of the reference sine wave by integer multiples;
irradiating the DPF with the microwave through the antenna;
a step of receiving a reflected wave reflected by the DPF via the antenna;
inverse Fourier transforming the power spectrum of the received reflected wave;
Impedance is calculated based on the result of the inverse Fourier transform , and the impedance change is the difference between the calculated impedance and the impedance calculated from the reflected wave in a state where the particulate matter is not deposited on the DPF. calculating the amount;
calculating a deposition amount of the particulate matter deposited on the DPF based on the impedance change amount;
A particulate matter measuring method, comprising:
前記DPFを収容する両端面が覆われた略筒状の筐体であって、前記両端面である第1面及び第2面のそれぞれに開口を有する筐体と、
前記筐体の内部に設けられたアンテナであって、前記第1面と、前記DPFの前記第1面と対向する端面である第1端面との間に設けられたアンテナと、
を備える粒子状物質計測装置を制御する粒子状物質計測プログラムであって、
コンピュータを、
基準となる周波数の正弦波である基準正弦波を生成する正弦波生成部、
前記基準正弦波を整数倍で周波数掃引したマイクロ波を生成し、当該マイクロ波を前記アンテナを介して前記DPFへ照射する掃引部、
前記DPFで反射された反射波を、前記アンテナを介して受信する受信部、
前記受信された前記反射波のパワースペクトルを逆フーリエ変換する反射波合成部、
前記反射波合成部による算出結果に基づいてインピーダンスを算出し、当該算出されたインピーダンスと、前記DPFに前記粒子状物質が堆積していない状態における反射波から算出されたインピーダンスとの差異であるインピーダンス変化量を算出するインピーダンス測定部、
前記インピーダンス変化量に基づいて前記DPFに堆積された粒子状物質の堆積量を算出する堆積量算出部、
として機能させることを特徴とする粒子状物質計測プログラム。 a substantially rod-shaped DPF that collects particulate matter contained in the exhaust gas;
a substantially cylindrical housing having both end surfaces covered for accommodating the DPF, the housing having openings in each of the first and second surfaces, which are the both end surfaces;
an antenna provided inside the housing, the antenna provided between the first surface and a first end surface of the DPF that is an end surface facing the first surface ;
A particulate matter measurement program for controlling a particulate matter measurement device comprising
the computer,
a sine wave generator that generates a reference sine wave that is a sine wave with a reference frequency;
a sweeping unit that generates a microwave obtained by sweeping the frequency of the reference sine wave by an integral multiple, and irradiates the DPF with the microwave through the antenna;
a receiving unit that receives the reflected wave reflected by the DPF via the antenna;
a reflected wave synthesizing unit that performs an inverse Fourier transform on the power spectrum of the received reflected wave;
Impedance is calculated based on the calculation result by the reflected wave synthesizing unit , and the difference between the calculated impedance and the impedance calculated from the reflected wave in a state where the particulate matter is not deposited on the DPF. an impedance measurement unit that calculates the amount of impedance change;
a deposition amount calculation unit that calculates a deposition amount of particulate matter deposited on the DPF based on the impedance change amount;
A particulate matter measurement program characterized by functioning as
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