JPH05263621A - 排気フィルタの粒子状物質捕集量検出方法と装置 - Google Patents

排気フィルタの粒子状物質捕集量検出方法と装置

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JPH05263621A
JPH05263621A JP4017689A JP1768992A JPH05263621A JP H05263621 A JPH05263621 A JP H05263621A JP 4017689 A JP4017689 A JP 4017689A JP 1768992 A JP1768992 A JP 1768992A JP H05263621 A JPH05263621 A JP H05263621A
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JP
Japan
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filter
particulate matter
signal
amount
detecting
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JP4017689A
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Inventor
Satoshi Ohashi
聡 大橋
Tadashi Hara
正 原
Sakae Minagawa
栄 皆川
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Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Riken Corp
Original Assignee
Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Riken Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ディーゼル機関の排気ガス中の粒
子状物質を捕集する装置に関し、高精度でしかも簡便な
構成の捕集量検出方法と装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明によるディーゼル機関の排気通路中に
配置されるフィルタの粒子状物質捕集量検出方法は、所
定周波数のマイクロ波をフィルタ内に伝播させ、伝播に
よるマイクロ波の伝送損失を検出し、その伝送損失から
捕集量を判定する。また、本発明による粒子状物質捕集
量検出装置は、所定周波数のマイクロ波をフィルタに発
振する手段と、フィルタを伝播したマイクロ波を検出す
る手段と、発信するマイクロ波の強度と伝播後のマイク
ロ波の強度とを比較してその差を検出する手段とを含ん
で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
ガス中の粒子状物質の捕集除去を行うディーゼル排気浄
化装置に関するものであり、更に詳しくは、この装置を
構成する粒子状物質捕集用のフィルタトラップの信頼
性、耐久性維持に関するものである。
【0002】
【従来の技術】周知の通り、ディーゼルエンジンの排気
浄化のためには、排気ガス中に含まれるカーボン粒子
(すす)等の粒子状物質(パティキュレート)の大気放
出を防止する目的で、排気管にセラミックスからなるハ
ニカム状のフィルタをトラップとして設置してこれを捕
集する方法が最善策である。
【0003】フィルタは、長時間の使用の間に多量の粒
子状物質、特にすすを捕集する事に依って目詰まりを起
こし、排気抵抗が増大してエンジンの運転条件に大きな
影響を及ぼすようになるので、適切な時期に着火してす
す(パティキュレート)を燃焼せしめ、フィルタの再生
を図らなければならない。この捕集されたすすを着火し
てフィルタを再生する手段としては、電気ヒーター、デ
ィーゼルバーナー、或いは、排気絞りによる排気ガス温
度上昇など種々な手法が用いられているが、解決すべき
最大の課題は、再生時期の検出である。即ち、再生時期
が早すぎると、すすへの着火が困難であり、逆に遅すぎ
ると、過剰且つ不均一な燃焼発熱に起因して発生するフ
ィルタ内の熱応力によって、フィルタに熱クラックが発
生し、甚だしい場合にはフィルタの溶損を招く。このよ
うな再生時の不具合は、熱応力が発生し易い大型フィル
タ、即ち、大型ディーゼル機関で特に顕著となり、従っ
て、大型ディーゼル機関ほど高精度な再生時期の検出が
要求される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】再生時期の検出は、フ
ィルタ内に捕集されたすす量を測定することによって達
成され、これまでに、フィルタ前後の差圧変化から推定
する方法(差圧法)、フィルタのインピーダンス変化か
ら推定する方法(インピーダンス法)、累積走行距離ま
たは累積運転時間から推定する方法などが提案されてき
た。ところが、前2者は エンジン負荷条件により情報が大きく変動する。 応答速度が遅く、変化に追従できない。 環境温度の影響が大きく、その補正が困難である。 燃焼灰分などすす以外の影響が大きく、情報を分離
することが出来ない。 など多くの問題を抱えており、一方、後2者は簡便な手
段であるものの、エンジン負荷条件が全く加味されてい
ないために、検出精度が余りにも低いなど、何れも実用
化レベルまで達したものは見当たらない。また、例えエ
ンジン負荷、排気ガス流速、温度などの要因を複合させ
た情報処理により検出精度を向上させたとしても、シス
テム全体に膨大なコストを要し、実用性は薄い。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来技
術の問題点に着目してなされたもので、簡単で比較的低
価格な電子システムによって、エンジンの運転状態に左
右されることのない煤の堆積レベル検出の方法と装置を
提供せんとするものである。
【0006】上記目的を達成する本発明によるディーゼ
ル機関の排気通路に設置されるフィルタの粒子状物質捕
集量検出方法は、所定の一定周波数のマイクロ波信号を
前記フィルタに放射する工程と、前記フィルタを通過し
た前記マイクロ波信号の伝送損失を検出して前記フィル
タで捕集された粒子状物質の実効誘電損率を決定して前
記粒子状物質捕集量を決定する工程とを有する。
【0007】さらに、本発明によるディーゼル機関の排
気通路に設置されるフィルタの粒子状物質捕集量検出装
置は、所定の一定周波数のマイクロ波信号を前記フィル
タに放射する手段と、前記フィルタを通過した前記マイ
クロ波信号の伝送損失を検出して前記フィルタで捕集さ
れた粒子状物質の実効誘電損率を決定して前記粒子状物
質捕集量を決定する手段とを有する。
【0008】
【作用】すすが粒子フィルタに堆積するとフィルタの誘
電特性が変化する。従って、フィルタの実効誘電特性の
変化を検出することによって、フィルタに堆積したすす
の量を検出することができる。すすの複素誘電率を実数
成分と虚数成分とからなる。実数成分は誘電率と呼ば
れ、虚数成分は誘電損率と呼ばれる。誘電損率は信号の
伝送損失を測定することにより検出できる。
【0009】所定周波数のマイクロ波がフィルタを伝播
する際に、粒子状物質によってその一部の電力が吸収さ
れる。吸収量は粒子状物質の堆積量すなわち実効誘電損
率に対応するので、マイクロ波の伝送損失を測定するこ
とによりフィルタの再生時期を決定することができる。
【0010】
【実施例】本発明の実施例について以下図面を参照しな
がら説明する。図1は本発明によるディーゼル粒子状物
質捕集量検出装置の実施例の構成を示すブロックダイヤ
グラムである。ディーゼルエンジンの排気管(図示せ
ず)中に組み込まれ、セラミック製のフィルタトラップ
すなわち粒子フィルタ16を格納する鋼製のハウジング
10が端部12と14とで排気管と接続される。エンジ
ンからの排気は図1の矢印の方向に排気管を通過して粒
子フィルタ16でトラップ(捕集)される。通常、この
ハウジング10内には捕集されたパティキュレートを燃
焼させるためのヒータが設置されるが本図では簡単のた
めに図示していない。
【0011】粒子フィルタ16の内部には図示のように
マイクロ波の送信アンテナ20と受信アンテナ30が排
気の上流に向かって互いに平行に配置される。送信側よ
り送信アンテナ20に所定の周波数のマイクロ波が供給
され、粒子フィルタ16内部に放射される。パティキュ
レートと呼ばれる排気ガス中の粒子状物質が堆積した粒
子フィルタ16をマイクロ波が通過して、その電力が粒
子状物質の量に応じて吸収され、減衰したマイクロ波が
受信アンテナ30で受信されて受信側で検出される。
【0012】まず送信側の回路構成について説明する。
直流電源21が電圧制御発振器(VCO)22に所定の
バイアス電圧を与える。電圧制御発振器22はバイアス
電圧の応じた一定の周波数で一定の振幅のマイクロ波信
号を発生する。本実施例においてはその周波数は150
〜300MHzの範囲で選択される。
【0013】ダイオードスイッチ24は二つの出力端子
を有しており、一方は送信アンテナ20に接続され、他
方は基準検出器50の入力に接続される。ダイオードス
イッチ24はパルス発生器23からの10KHzの周波
数のパルスに従って、電圧制御発振器22から入力され
たマイクロ波信号を二つの出力端子に交互に振り分け
る。従って、ダイオードスイッチ24の各出力端子から
は10KHzのパルス信号で変調された振幅変調(A
M)マイクロ波信号が出力される。
【0014】基準検出器50はAMマイクロ波信号を受
けて送信側のマイクロ波信号の強さを表す基準信号Vr
efを発生する。基準検出器50におけるAM検出器5
1はダイオードスイッチ24からのAMマイクロ波信号
を復調してそのレベルを検出する。検出された信号は所
定のゲインを与える増幅器52で増幅されて基準信号V
refとして出力端子53に出力する。なお、増幅器5
2はそのゼロレベルとゲインが外部より調整可能なよう
になっている。
【0015】次に、受信側の説明をする。送信アンテナ
20から送信されて粒子フィルタ16を通過してきたA
Mマイクロ波信号が受信アンテナ30で受信される。受
信信号は信号検出器60に与えられる。信号検出器60
のAM検出器61で復調されてそのレベルが検出され
る。AM検出器61は送信側のAM検出器51と同じ構
成でよい。検出された信号は所定のゲインを与える増幅
器62で増幅されて受信信号Voutとして出力端子6
3に出力する。増幅器62は送信側の増幅器52と同じ
構成でよい。従って、基準検出器50と信号検出器60
とは同一構成となり、そうすることによって検出器の温
度特性を同一にして精度を向上することができる。
【0016】基準信号Vrefと受信信号Voutは比
較器70に入力されて、両入力信号の差の値が検出され
る。この差の値はマイクロ波信号が粒子フィルタ16を
通過した際の伝送損失を表すものであり、いいかえれ
ば、フィルタにパティキュレートが堆積することにより
もたらされる実効誘電損率を示すものである。この誘電
損率の値は粒子フィルタ16の堆積量と対応しており、
パティキュレートの堆積量が少なければ誘電損率も少な
く、パティキュレートがたまるにつれてその損失量が増
加する。
【0017】したがって、ディーゼルエンジンが運転さ
れ、その運転時間が累積するにつれて基準信号Vref
と受信信号Voutとの強さの差が変化して比較器70
の出力が変化する。どの程度の損失量でどの程度のすす
の堆積量かをあらかじめ実験的に見つけておけば、この
比較器70の出力の値を監視することによって粒子フィ
ルタのすすの燃焼時期(フィルタの再生時期)を決定す
ることができる。
【0018】次に、図2に本実施例の具体的な回路構成
を示す。直流電源21から供給される直流電圧+Vが可
変抵抗器101で分圧されて抵抗器102とコンデンサ
103を介してバラクタダイオード104に印加され
る。パラクタダイオード104、コンデンサ105,1
06、抵抗器108,109,110、インダクタンス
107及びトランジスタ111とによってハートリー振
幅器を形成し、これは電圧制御発振器22として動作す
る。
【0019】電圧制御発振器22で作られた信号はコン
デンサ112,114と抵抗器113からなる整合器で
整合されてダイオードスイッチ24に与えられる。ダイ
オードスイッチ22は二つのダイオード116と117
が互いに逆極性で一方の端子同士接続され、接続点はイ
ンダクタンス115を介してパルス発生器23の出力に
接続される。ダイオード119と117のそれぞれの他
方の端子は二つの分岐出力となる。
【0020】ダイオード116の出力は直流電圧+Vと
抵抗器119で正電位にシフトされ、コンデンサ123
と抵抗器120,124とからなる整合器で整合された
のち送信アンテナ20に与えられる。
【0021】一方、ダイオード117の出力は直流電圧
+Vと抵抗器121で正電位にシフトされ、コンデンサ
125と抵抗器122,126とからなる整合器で整合
されたのち基準検出器50に入力される。基準検出器5
0は信号検出器60と同一構成であるので、詳しい回路
構成は信号検出器60で代表して説明する。
【0022】信号検出器60におけるAM検出器61
は、コンデンサ130と抵抗器131とからなるハイパ
スフィルタと、コンデンサ132,137と抵抗器13
3,136および二つのダイオード134,135とで
形成される平滑回路とからなる。このAM検出器61は
パルスでAM変調されたマイクロ波信号の振幅に比例し
た直流電圧を出力する。
【0023】二つのカスケード接続されたオペアンプ1
43,145と抵抗器138,139,144,147
とコンデンサ148で増幅器62を形成する。直流電圧
+Vに接続した可変抵抗器140と抵抗器141,14
2により増幅器62のゼロレベルを調整する。また、可
変抵抗器126で増幅器62のゲインを調整する。
【0024】出力端子53からの基準信号Vrefと出
力端子63からの受信信号Voutは比較器70に入力
されて、両入力信号の差の値の検出される。比較器70
は公知の差動増幅器のような回路で実現できる。また、
比較器70の出力がすすの燃焼時期を示すあらかじめ定
めて所定レベルに達すると警報信号あるいは表示信号を
発生するような回路を追加することも可能である。
【0025】なお、以上説明した実施例はあくまでも例
示であり、本発明は本開示にもとづいて種々の改良や変
更が可能であり、開示の実施例に限定するものではな
い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子フィルタを伝播する信号の伝送損失を検出すること
によってフィルタに堆積したすすの燃焼時期(フィルタ
の再生時期)を判定できるので、検出のための回路構成
が比較的簡単でしかも高精度に検出できる。また、検出
のための信号を単一周波数のAM信号としたので、回路
の調整箇所が少なくでき安価で信頼性の高い実用的な粒
子状物質捕集量検出方法と装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による粒子状物質捕集量検出装置の実施
例のブロックダイヤグラムを示す図である。
【図2】図1の実施例の具体的な回路構成を示す回路図
である。
【符号の説明】
10 鋼製ハウジング 12,13 端部 16 粒子フィルタ 20 送信アンテナ 21 直流電源 22 電圧制御発振器 23 パルス発生器 24 ダイオードスイッチ 30 受信アンテナ 50 基準検出器 51,61 AM検出器 52,62 増幅器 53 基準信号出力端子 60 信号検出器 63 受信信号出力端子 70 比較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆川 栄 埼玉県熊谷市末広四丁目14番1号 株式会 社リケン 熊谷事業所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディーゼル機関の排気通路に設置される
    フィルタの粒子状物質捕集量検出方法であって、 所定の一定周波数のマイクロ波信号を前記フィルタに放
    射する工程と、 前記フィルタを通過した前記マイクロ波信号の伝送損失
    を検出して前記フィルタで捕集された粒子状物質の実効
    誘電損率を決定して前記粒子状物質捕集量を決定する工
    程とを有する粒子状物質捕集量検出方法。
  2. 【請求項2】 ディーゼル機関の排気通路に設置される
    フィルタの粒子状物質捕集量検出方法であって、 所定の一定周波数のマイクロ波信号を前記フィルタに放
    射する工程と、 放射前の前記マイクロ波信号の強度を表す基準信号を作
    成する工程と、 前記フィルタを通過した前記マイクロ波信号を受信して
    その強度を表す受信信号を作成する工程と、 前記基準信号と前記受信信号とを比較してその差を検出
    し、該差に基づいて伝送損失を検出して前記フィルタで
    捕集された粒子状物質の実効誘電損率を決定して前記粒
    子状物質捕集量を決定する工程とを有する粒子状物質捕
    集量検出方法。
  3. 【請求項3】 ディーゼル機関の排気通路に設置される
    フィルタの粒子状物質捕集量検出装置であって、 所定の一定周波数のマイクロ波信号を前記フィルタに放
    射する手段と、 前記フィルタを通過した前記マイクロ波信号の伝送損失
    を検出して前記フィルタで捕集された粒子状物質の実効
    誘電損率を決定して前記粒子状物質捕集量を決定する手
    段とを有する粒子状物質捕集量検出装置。
  4. 【請求項4】 ディーゼル機関の排気通路に設置される
    フィルタの粒子状物質捕集量検出装置であって、 所定の一定周波数のマイクロ波信号を前記フィルタに放
    射する手段と、 放射前の前記マイクロ波信号の強度を表す基準信号を作
    成する手段と、 前記フィルタを通過した前記マイクロ波信号を受信して
    その強度を表す受信信号を作成する手段と、 前記基準信号と前記受信信号とを比較してその差を検出
    し、該差に基づいて伝送損失を検出して前記フィルタで
    捕集された粒子状物質の実効誘電損率を決定して前記粒
    子状物質捕集量を決定する手段とを有する粒子状物質捕
    集量検出装置。
JP4017689A 1992-02-03 1992-02-03 排気フィルタの粒子状物質捕集量検出方法と装置 Pending JPH05263621A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06193428A (ja) * 1992-12-25 1994-07-12 Riken Corp 排気フィルタのパティキュレート捕集量検出方法およびその装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6111416A (ja) * 1984-06-27 1986-01-18 Mitsubishi Electric Corp 車載用燃焼装置
JPS6119916A (ja) * 1984-07-04 1986-01-28 Mitsubishi Electric Corp 車載用燃焼装置

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