JPH06307226A - フィルタの粒子状物質堆積密度分布検出方法および粒子状物質堆積密度分布検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気フィルタ内部の局部的な粒子状物質堆積
密度を検出でき、粒子状物質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粒子状物質堆積
密度分布検出方法および粒子状物質堆積密度分布検出装
置を提供する。 【構成】 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る。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。
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。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。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粒子状物質の堆積密度
を決定する。

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
フィルタ等に付着した粒子状物質の分布状態を知るなど
のために、粒子状物質の堆積密度分布を検出するフィル
タの粒子状物質堆積密度分布検出方法および粒子状物質
堆積密度分布検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の排気ガス中には、カー
ボン粒子（すす）、硫化物、リン化物等からなる粒子状
物質が含まれている。従って、排気ガスを浄化して粒子
状物質の大気放出を防止する必要がある。そのための最
善策として、排気管にセラミックス製のハニカム状フィ
ルタをトラップとして設置し粒子状物質を捕集する方法
が知られている。

【０００３】図４はハニカム状のフィルタの一例の側面
断面を示す側面断面図であり、図５は図４における矢印
V 方向に見た断面を示す断面図である。図５に示すよう
に、フィルタは、つまっている端面部分ａを有する管
と、空いている端面部分ｂを有する管とが複数本束ねら
れている構成である。図４に示すように、ある管におけ
るつまっている端面部分ａの反対側は、空いている端面
部分ｂである。また、隣り合う２つの管の間の壁には、
幾つかの気孔部ｃが設けられている。

【０００４】各管に入ったディーゼル機関の排気ガスの
一部は、気孔部ｃを通り抜けて隣の管に入るようになっ
ている。そして、気孔部ｃを通り抜ける際に、排気ガス
が濾過される構成になっている。なお、図４中の矢印は
排気ガスの流れる方向を示し、黒部分は粒子状物質を含
む排気ガス、白部分は粒子状物質が除かれた排気ガスを
示している。

【０００５】このようなハニカム状のフィルタについて
は、形状、材質、壁厚を調整することにより、粒子状物
質の捕集効率を変更することができる。よって、より捕
集効率のよいフィルタを設計する等のために、種々の形
状、材質、壁厚のフィルタの内部における粒子状物質の
堆積の程度を知る必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのようなフ
ィルタの内部の状態を外部から監視する方法は知られて
いない。例えば、フィルタの内部における粒子状物質堆
積密度の分布状態を知るには、フィルタを破壊すること
以外の効果的な手段はない。また、破壊検査による場合
には、粒子状物質堆積密度の分布状態を簡単に定量的に
表す手段はない。

【０００７】本発明は上記のような従来技術の問題点を
解消するためになされたもので、フィルタ内部の局部的
な粒子状物質堆積密度を検出でき、粒子状物質堆積密度
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
の粒子状物質堆積密度分布検出方法および粒子状物質堆
積密度分布検出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るフィルタの粒子状物質堆積密度分布検出方法は、容量
的に結合された負荷をフィルタに挿入する工程と、容量
的に結合された負荷に所定の一定周波数の高周波を搬送
する工程と、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工程と、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工程と、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する工程と、伝送比率か
ら局所的な粒子状物質の堆積密度を決定する工程とを有
する。

【０００９】また、請求項２記載の発明に係るフィルタ
の粒子状物質堆積密度分布検出装置は、容量的に結合さ
れた負荷と、フィルタに挿入された容量的に結合された
負荷に所定の一定周波数の高周波を搬送する手段と、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手段と、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
する手段と、基準信号と受信信号とを比較して高周波の
伝送比率を検出する手段と、伝送比率から局所的な粒子
状物質の堆積密度を決定する手段とを有する。

【００１０】

【作用】フィルタの有効誘電率は堆積した粒子状物質の
堆積量で決まるので、フィルタに粒子状物質が付着する
と、フィルタの有効誘電特性が変化する。一方、容量的
に結合された負荷のインピーダンスは、その負荷の素子
が挟んでいる物質の誘電率で決定される。よって、粒子
状物質が堆積したフィルタに容量的に結合された負荷を
挿入すると、誘電損失の変化をもたらすとともに、粒子
状物質の堆積のないフィルタに挿入した場合に比べて、
負荷のインピーダンスが変化する。負荷のインピーダン
スが粒子状物質の堆積のないフィルタによる伝送路とイ
ンピーダンス整合している場合には、負荷のインピーダ
ンスの変化は、伝送路の特性インピーダンスとの不整合
を引き起こす。この結果、反射波が増加する。

【００１１】従って、フィルタの誘電特性の変化は、誘
電損失の変化と反射波の変動とによって、伝搬される高
周波を変化させる。よって、伝送比率から局所的な粒子
状物質の堆積密度を決定する工程および伝送比率から局
所的な粒子状物質の堆積密度を決定する手段は、伝搬さ
れた高周波を検出することにより、フィルタに堆積した
粒子状物質の堆積密度を決定することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例によるディーゼル排気フ
ィルタの粒子状物質堆積密度分布検出装置の構成を示す
ブロック図である。フィルタ内部の粒子状物質堆積密度
を検出するときには、図に示すように、図４，図５に示
すようなフィルタ１６の管の内部に、高周波領域で容量
的な結合を実現させるための前段素子２０と後段素子３
０とが壁に沿って平行に挿入される。前段素子２０およ
び後段素子３０は保持部材４０で保持され、その保持部
材４０を介して、前段素子２０は送信側に、後段素子３
０は受信側に接続される。

【００１３】なお、前段素子２０と後段素子３０とによ
る容量的に結合された負荷は、あらかじめ、粒子状物質
が付着していない清浄なフィルタに挿入される。そし
て、伝送路とのインピーダンス整合がとられ、反射が最
小になるように設定されている。

【００１４】そのような前段素子２０と後段素子３０と
がフィルタ１６に挿入された状態で、送信側から前段素
子２０に所定周波数の高周波が供給される。その高周波
は、フィルタ１６内の一部を通して後段素子３０に伝搬
される。フィルタ１６内に粒子状物質が堆積している
と、フィルタ１６内に誘電特性が変化することによる容
量的に結合された負荷のインピーダンスの変化が起こ
り、反射波と誘電損失との変化に起因する伝送波の減衰
が、受信側で検出される。

【００１５】次に送信側の動作について説明する。直流
電源２１は、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、そのバイ
アス電圧に応じた一定の周波数で一定の振幅の高周波を
発生する。なお、本実施例では、その周波数は、１５０
Ｍ〜３００ＭＨｚの範囲で選択される。

【００１６】電圧制御発振器２２の出力に入力側が接続
されたダイオードスイッチ２４は、２つの出力端子を有
する。そして、一方の出力端子は前段素子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１０ＫＨ
ｚの周波数のパルスに従って、電圧制御発振器２２から
入力された高周波を２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の出力端子から、
信号あり区間と信号なし区間とが１０ＫＨｚで交互に繰
り返される高周波が出力される。

【００１７】基準検出器５０は、ダイオードスイッチ２
４からの高周波を受けて、送信時における高周波の強さ
を表す信号Ｖ_ref を発生する。すなわち、基準検出器５
０における検波器５１はダイオードスイッチ２４からの
高周波を検波してそのレベルを検出する。検出されたレ
ベルは、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 となり、出力端子５３に出力される。な
お、増幅器５２のゼロレベルとゲインとは、外部から調
整可能になっている。

【００１８】次に受信側の動作について説明する。前段
素子２０からの高周波は、フィルタ１６の一部を通って
後段素子３０に伝搬される。そして、伝搬された信号が
信号検出器６０に与えられる。信号検出器６０の検波器
６１は、伝搬信号を検波しそのレベルを検出する。な
お、検波器６１の構成は、検波器５１の構成と同一であ
る。そして、検出されたレベルは、所定のゲインを与え
る増幅器６２で増幅されて受信信号Ｖ_out となり、出力
端子６３に出力される。なお、増幅器６２の構成は、増
幅器５２の構成と同一である。従って、基準検出器５０
の構成と信号検出器６０の構成とは同一になり、その結
果、両検出器の温度特性は同一となって、検出精度の低
下は防止される。

【００１９】そして、基準信号Ｖ_ref と受信信号Ｖ_out
とは、コントロールユニット７０に入力される。コント
ロールユニット７０は、両信号の比を算出する。この比
の値は、搬送ラインと容量的に結合した負荷のインピー
ダンスの整合状態で決定される高周波の反射波とフィル
タ１６内での誘電損失とによる伝送波の減少割合を表
し、フィルタ１６に粒子状物質が堆積することによって
もたらされるものである。つまり、粒子状物質の堆積量
が少なければ伝送される割合（伝送比率）は大きく、堆
積量が多くなると伝送比率は小さくなる。

【００２０】よって、粒子状物質の堆積量に対する伝送
比率をあらかじめ実験で測定しておけば、コントロール
ユニット７０の演算値から、前段素子２０と後段素子３
０で挟まれる狭い範囲における局所的な粒子状物質の堆
積量を検出することができる。図２は、粒子状物質の堆
積密度（ｇ／リットル：単位体積当たりの粒子状物質の
堆積量）と伝送比率（図２では減衰率で示される。）と
の関係の測定例である。

【００２１】コントロールユニット７０の演算値と図２
に示すような関係から、局所的な粒子状物質の堆積密度
を知ることができる。コントロールユニット７０は、そ
のようにして得た堆積密度を表示器７３に表示すること
ができる。

【００２２】以上の処理による粒子状物質の堆積密度の
検出を、前段素子２０および後段素子３０の挿入位置を
変えて実行する。各位置における堆積密度をプロットす
ることにより、フィルタ１６の垂直断面方向（図５に示
される断面におけるｘ方向およびｙ方向）の堆積密度分
布を得ることができる。コントロールユニット７０は、
この堆積密度分布を表示器７３に表示してもよい。ま
た、堆積密度分布をプリントアウトするようにしてもよ
い。

【００２３】なお、容量的に結合された負荷である互い
に平行な前段素子２０と後段素子３０との間の間隔が大
きすぎると、フィルタ１６全体からの雑音を拾ってしま
い、測定精度が低下する。局所的な堆積密度の測定精度
を確保するために、フィルタ１６における各管の間の壁
の排気ガス濾過のためのチャネルのうち、１つのみを挟
んで前段素子２０と後段素子３０とを挿入することが望
ましい。

【００２４】図３は本実施例によるディーゼル排気ガス
浄化装置の具体的な回路構成を示したものである。図に
示すように、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、その分圧された電圧が
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。バラクタダイオード１０
４、コンデンサ１０５，１０６、抵抗器１０８，１０
９，１１０、インダクタンス１０７およびトランジスタ
１１１は、ハートレー発振器を形成して、電圧制御発振
器２２として動作する。

【００２５】電圧制御発振器２２で作られた高周波信号
は、直列接続されたコンデンサ１１２，１１４とそれら
の間にある抵抗器１１３による直流バイパス回路を通っ
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２４は、２つのダイオード１１６，１１７からな
り、それらのうちの一方のカソードは他方のアノードに
接続されダイオードスイッチ２４の入力側になってい
る。また、その接続点１２９は、インダクタンス１１５
を介してパルス発生器２３の出力に接続されている。

【００２６】例えば、ダイオード１１６の出力側（アノ
ード側）の接続点１２７には、直流電圧＋Ｖと抵抗器１
１９，１２０によって＋６Ｖの電位が与えられ、ダイオ
ード１１７の出力側（カソード側）の接続点１２８に
は、やはり、直流電圧＋Ｖと抵抗器１２１，１２２によ
って＋６Ｖの電位が与えられているとする。また、パル
ス発生器２３は、０Ｖと＋１２Ｖとの電位が１０ＫＨｚ
で交替するパルスを出力しているとする。

【００２７】すると、接続点１２９の電位が０Ｖのとき
にはダイオード１１６がオン、ダイオード１１７がオフ
し、電圧制御発振器２２からの高周波信号は、ダイオー
ド１１６を通って前段素子２０に送られる。一方、接続
点１２９の電位が＋１２Ｖときにはダイオード１１７が
オン、ダイオード１１６がオフし、電圧制御発振器２２
からの高周波信号は、ダイオード１１７を通って基準検
出器５０に送られる。

【００２８】信号検出器６０における検波器６１の入力
段には、コンデンサ１３０と抵抗器１３１との直列体か
らなるバイパスフィルタがある。そして、その後段に、
コンデンサ１３２と抵抗器１３３との並列体、電圧＋Ｖ
に接続された抵抗器１３６、それに接続されたダイオー
ド１３５、それに接続されコンデンサ１３２と抵抗器１
３３との並列体に接続されたダイオード１３４、および
出力側のコンデンサ１３７からなる平滑回路がある。そ
して、バイパスフィルタと平滑回路とで、伝搬してきた
高周波の振幅に比例した直流電圧が出力される。

【００２９】信号検出器６０における増幅器６２は、演
算増幅器１４３、入力側の抵抗器１３８，１３９、およ
び０レベル調整のための抵抗器１４１，１４２と電圧＋
Ｖに接続された可変抵抗器１４０とを有する。また、演
算増幅器１４３に抵抗器１４４を介して接続された演算
増幅器１４５、およびゲイン調整のための抵抗器１４６
を有する。さらに、その演算増幅器１４５の出力側の抵
抗器１４７とコンデンサ１４８とを有する。そして、２
つの演算増幅器１４３，１４５によって検出レベルの増
幅を行う。

【００３０】なお、基準検出器５０の構成は信号検出器
６０の構成と同一であるから、その構成と動作の説明を
省略する。そして、出力端子５３からの基準信号Ｖ_ref
と出力端子６３からの受信信号Ｖ _out とは、コントロー
ルユニット７０に入力される。コントロールユニット７
０は、両信号の伝送比率を算出し、その値に相当する粒
子状物質の堆積密度を決定する。そして、コントロール
ユニット７０は、その堆積密度を表示器７３に表示す
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
よれば、フィルタの粒子状物質堆積密度分布検出方法
が、容量的に結合された負荷をフィルタに挿入し、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と容
量的に結合された負荷に入力する前の高周波の強度とを
比較して高周波の伝送比率を検出し、伝送比率から局所
的な粒子状物質の堆積密度を決定する方法であるから、
従来は困難であったフィルタ内の粒子状物質の堆積密度
分布を容易に検出することができるという効果がある。
また、フィルタを分解することなくフィルタ内の粒子状
物質堆積密度分布を検出できるので、本方法を実行する
ことによって、フィルタ設計および排気流制御設計等を
より正確に遂行することができる。

【００３２】また、請求項２記載の発明よれば、フィル
タの粒子状物質堆積密度分布検出装置が、フィルタに挿
入された容量的に結合された負荷を通って伝搬した高周
波の強度と容量的に結合された負荷に入力する前の高周
波の強度とを比較して高周波の伝送比率を検出し、伝送
比率から局所的な粒子状物質の堆積密度を決定する構成
であるから、フィルタ内の粒子状物質の堆積密度分布を
容易に検出することができる装置を提供できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるディーゼル排気フィル
タの粒子状物質堆積密度分布検出装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】粒子状物質の堆積密度と伝送減衰率との関係の
測定例を示す説明図である。

【図３】本実施例によるディーゼル排気ガス浄化装置の
具体的な回路構成を示す回路図である。

【図４】ハニカム状のフィルタの側面断面を示す側面断
面図である。

【図５】図４に示すフィルタのＶ方向から見た断面を示
す断面図である。

【符号の説明】

１０ 鋼製ハウジング １２，１４ 端部 １６ フィルタ ２０ 前段素子 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 後段素子 ５０ 基準検出器 ５１，６２ 検波器 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 コントロールユニット ７３ 表示器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルタに捕集された粒子状物質の堆積
   密度の分布状態を検出する方法であって、 容量的に結合された負荷を前記フィルタに挿入する工程
   と、 前記容量的に結合された負荷に所定の一定周波数の高周
   波を搬送する工程と、 前記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工程と、 前記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工程と、 前記基準信号と前記受信信号とを比較して高周波の伝送
   比率を検出する工程と、 前記伝送比率から局所的な粒子状物質の堆積密度を決定
   する工程とを有するフィルタの粒子状物質堆積密度分布
   検出方法。
2. 【請求項２】 フィルタに捕集された粒子状物質の堆積
   密度の分布状態を検出する装置であって、 容量的に結合された負荷と、 前記フィルタに挿入された前記容量的に結合された負荷
   に所定の一定周波数の高周波を搬送する手段と、 前記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手段と、 前記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手段と、 前記基準信号と前記受信信号とを比較して高周波の伝送
   比率を検出する手段と、 前記伝送比率から局所的な粒子状物質の堆積密度を決定
   する手段とを有するフィルタの粒子状物質堆積密度分布
   検出装置。