JP2008101605A - 微粒子検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 主微粒子捕捉フィルタ中の微粒子堆積量を簡単に測定できる微粒子検出センサを提供する。
【解決手段】 微粒子検出センサは、微粒子検出フィルタと、前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間の差圧を測定する差圧測定部とを備え、前記微粒子検出フィルタは、０．１〜１０００ｃｍ²の濾過面積を有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は微粒子検出センサに係り、特に排ガス浄化装置で使われる微粒子検出センサに関する。

従来、ディーゼルエンジンより排出されるＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ：particulate matter）を捕捉するのに、多孔質セラミックより構成される微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）が使われている。このような微粒子捕捉フィルタでは、継続的な使用に伴って捕捉した微粒子が徐々に堆積し、このため、微粒子捕捉フィルタを使った排ガス浄化装置においては、堆積した微粒子を微粒子捕捉フィルタ中において定期的に燃焼させて除去し、微粒子捕捉フィルタを再生することが行われている。微粒子捕捉フィルタ中における微粒子の堆積を放置すると、微粒子捕捉フィルタ中で排ガスにより生じる圧力が過大になり、燃費の悪化やエンジンの損傷を招くことがある。

このような微粒子捕捉フィルタの再生は、フィルタを交換したり取り外ししたりすることなく、ディーゼルエンジンの運転中に行うのが望ましく、このため、爆発燃焼後、シリンダ中をピストンが下降している状態でさらに燃料噴射を行う（ポストインジェクション）ことが行われている。これにより、堆積している微粒子が、発生した高温のガスにより燃焼される。
米国特許第６９５２９２０号 米国特許第５６５１２４８号

図１は、本発明の関連技術による、従来の微粒子捕捉フィルタを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化システムの全体構成を示す。

図１を参照するに、ディーゼルエンジン１１の排気ライン１２には微粒子捕捉フィルタ１２Ｂが設けられ、前記ディーゼルエンジン１１から排出される排ガス中の微粒子を捕捉している。

図２Ａは、前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂの概略を、図２Ｂは、前記微粒子捕捉フィルタの構成部品を示す。

前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂは、典型的にはＳｉＣなどの多孔質セラミックよりなるフィルタユニット１２Ａより構成され、前記フィルタユニット１２Ａ中には、一端から他端へと延在する、例えば１ｍｍ×１ｍｍの断面を有する多数のガス通路１２ａが形成されている。

その際、前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂは、複数のフィルタユニット（フィルタ構成部品）１２Ａをシール剤（接着層）で結束し、外周部を切削加工して全体として円柱形状に形成されている。さらに、フィルタ１２Ｂの外周面が、シール剤（コーティング層）により覆われている。前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂは、一つのユニットで形成されている場合もある。

図２Ｃは、微粒子捕捉フィルタ１２Ｂの原理を示す。

図２Ｃに概略的に示すように、前記複数のガス通路１２ａは、エンジンから流入する排ガス流に対して上流側または下流側の端部が交互に閉じられており、一のガス通路１２ａ中に導入された排ガスは、前記多孔質部材１２ｂ中を、隣接するガス通路へと透過する。そこで、このように排ガスが多孔質部材１２ｂ中を透過する際に、前記排ガス中に含まれる微粒子が前記多孔質部材１２ｂにより捕捉され、図２Ｄに示すように前記微粒子１２ｃの堆積が、前記多孔質部材１２ｂ上に層状に生じる。

微粒子捕捉フィルタ１２Ｂは内部に排ガス中の微粒子を堆積するため、先にも述べたように、適当な時点で再生プロセス（堆積した微粒子の燃焼）を行い、フィルタを再生する必要がある。

図１で説明した従来の排ガス浄化システムでは、かかるフィルタの再生は、車両が所定の走行距離、例えば５００ｋｍを走行するごとに、例えば１０分間程度行われている。

しかし、このようにポストインジェクションによるフィルタ再生を一律に行った場合には、再生はフィルタ中における微粒子の実際の捕捉量に無関係に実行されることになる。このような場合、フィルタ中への微粒子の過剰な堆積が生じないように、フィルタ再生の間隔を、安全のため、実際に必要な場合よりも短めに設定しておかなければならない。しかし、このようにポストインジェクションによるフィルタ再生を過度に行うと、燃料消費が増大し、車両の燃費が悪化してしまう。

これに対し、図３に示すように、前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂの上流側および下流側の間の差圧ΔＰを測定し、前記差圧ΔＰが所定値に達すると前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂの再生をポストインジェクションにより実行する構成が公知である。特許文献１を参照。

従来の図３の構成によれば、前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂの再生が、その上流側と下流側の差圧が所定値に達した場合にのみ実行されるため、余計なポストインジェクション工程が行われることがない。このため、ディーゼルエンジンを搭載した車両の燃費を向上させることが可能となる。

ところが、前記微粒子捕捉フィルタ１２Ｂ中における微粒子の捕捉は、一様には生じない。図４に示すように、フィルタ１２Ｂ中の位置（Ａ，１），（Ｂ，１），（Ｃ，１），（Ａ，２），（Ｂ，２），（Ｃ，２），（Ａ，３），（Ｂ，３），（Ｃ，３）によって、捕捉された微粒子の密度や厚さが異なることがわかる。さらに、堆積した微粒子の層中に、局所的な排ガスの通路となる空洞が生じていることがわかる。このような空洞が存在することは、捕捉された微粒子の燃焼が制御されていないことを示しており、またさらに、捕捉された微粒子の局所的な燃焼が生じたことを示している。

また図５に示すように、微粒子の堆積量が同一であっても、捕捉された微粒子の密度が異なることもある。図５は、堆積量が同一であっても、厚さにより、差圧が大きく変化することを示している。図５の例では、微粒子の堆積量は、全て８ｇ／Ｌである。それにもかかわらず、図５より、捕捉された微粒子の厚さが１０９μｍから２５５μｍに変化した場合、差圧は１５．３ｋＰａから８．８ｋＰａに変化することがわかる。この場合には、約２倍に達する差圧の変化が生じている。

従来の図３の構成において、捕捉された微粒子１２ｃ中にこのような不均一や局所的な空洞が生じると、実際に堆積した微粒子の見積もり量と差圧ΔＰには、理論的な計算値に対して、および±５０％にも達する誤差を生じることがある。その結果、実際に堆積した微粒子の量と再生動作を行うタイミングの関係が大きくずれてしまうことになる。さらに、排ガス圧および排ガス流量はエンジンの負荷や回転数により変化することを勘案すると、図３の構成において、微粒子捕捉フィルタ１２Ｂ中における微粒子の堆積量を正確に検出するのは非常に困難であると言える。

また特許文献２には、微粒子捕捉フィルタの他に微粒子検出用フィルタを設け、微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の量を、電気抵抗測定により求める構成が記載されている。この技術では、微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子と微粒子検出用フィルタにより捕捉された微粒子は、検出された抵抗値が所定値以下になった場合、ヒータを使って燃焼される。これにより、フィルタの再生がなされる。

前記特許文献２の構成では、微粒子捕捉フィルタにヒータを設ける必要があり、構成が複雑になる問題があり、さらに微粒子捕捉フィルタの再生に電力が消費される問題がある。また前記特許文献２の技術では、フィルタ再生時の電力消費を節減するため、微粒子捕捉フィルタへの微粒子の堆積が限界にきており直ちに再生を行うのが不可欠である特定の場合を除いて、再生動作を微粒子検出用フィルタの温度が所定値より高い状態を選んで実行されている。その結果、微粒子捕捉フィルタの再生動作のタイミングが制約され、また再生動作の自由度が制約されることになる。

また前記特許文献２の技術では、ヒータによる微粒子捕捉フィルタの再生作業中は、その微粒子捕捉フィルタを使うことができず、このため予備の微粒子捕捉フィルタを設けておき、前記再生作業中にはこの予備の微粒子捕捉フィルタに切り替えている。しかし、このような構成では、同等の微粒子捕捉フィルタを２つ設ける必要があり、さらに切り替えバルブが必要であり、排ガス浄化装置の構成が大がかりになるという問題がある。かかる排ガス浄化装置を小型の車両に搭載するのは困難である。

また前記特許文献２の技術では、前記微粒子検出用フィルタを、微粒子捕捉フィルタと同時に、あるいは微粒子捕捉フィルタの再生に引き続いて再生しているが、微粒子検出用フィルタの再生タイミングが任意に選べないため、微粒子検出用フィルタの状態如何によっては、微粒子捕捉フィルタの再生タイミングに誤差が生じやすいという問題がある。

仮に微粒子捕捉フィルタの再生と微粒子検出用フィルタの生成を独立に行うと、微粒子検出用フィルタの再生を行った時点で、微粒子検出用フィルタの通気抵抗が減少し、排ガスは専ら微粒子検出用フィルタを流れるようになる。その結果、微粒子捕捉フィルタの再生タイミング検出に誤差が生じる。このような理由から、前記特許文献２の技術では、微粒子検出用フィルタの再生と微粒子捕捉フィルタの再生を、先に述べたように、同期させて行っているのである。

さらに前記特許文献２の技術は、（ａ）アッシュ堆積、（ｂ）劣化による大きな見積もり誤差、の問題点を有している。

さらに、前記特許文献２の技術では、捕捉した微粒子の堆積量を見積もるのに電極の電気抵抗を測定するという、その原理そのものに起因する問題点がある。

図５に示すように、堆積量が同じであっても、捕捉された微粒子の厚さは変化することがある。そこで、捕捉された微粒子の厚さが異なると、電気抵抗を正確に測定することが困難となり、堆積量の見積もり値に誤差が生じることになる。

さらに、微粒子捕捉フィルタや微粒子検出用フィルタに、微粒子の燃焼後にアッシュ（Ａｓｈ）の堆積が生じた場合には、もはや正確な電気抵抗の測定はできず、堆積量の見積もりに大きな誤差が生じてしまう。

さらに、微粒子検出用フィルタの使用に伴い、時間経過や排ガス環境中での使用による、フィルタや電極に劣化が生じる。特に電極（導電性金属からなる端子）は、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金属が含浸されたものであるので、酸化、不純物付着、ひび割れ、腐食等の、物理的劣化や酸化劣化、熱劣化が生じやすい。

フィルタや電極が劣化した場合には、もはや電気抵抗を正確に測定することができず、堆積量の算出結果に誤差が生じてしまう。

本発明は、
微粒子検出フィルタと；
前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部、を備え、
前記微粒子検出フィルタは、０．１〜１０００ｃｍ²の濾過面積を有する微粒子検出センサを提供する。

本発明によれば、主微粒子捕捉フィルタ中の微粒子堆積量を、濾過面積が０．１〜１０００ｃｍ²と、主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりもスートストレージ容量の小さい微粒子検出フィルタを使い、かかる微粒子検出フィルタに生じる差圧を測定することにより、簡単に測定することが可能となる。

本発明の実施形態は、微粒子検出フィルタと、前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部とを備え、前記微粒子検出フィルタは０．１〜１０００ｃｍ²の濾過面積を有する微粒子検出センサを特徴とする。

上記微粒子検出センサの実施形態において、前記濾過面積は１〜１０ｃｍ²であることが好ましい。

また、前記微粒子検出フィルタは、壁のガス透過率が１．０×１０⁻¹⁵〜１．０×１０⁻¹¹ｍ²の範囲の値を有することが好ましい。

また、前記壁のガス透過率が１．０×１０⁻¹³〜１．０×１０⁻¹²ｍ²の範囲の値を有することが好ましい。

また、前記微粒子検出フィルタは、温度を測定する温度測定部を備えていることが好ましい。

また、前記微粒子検出フィルタは、前記微粒子検出フィルタ中を流れる排ガスの流量を測定する流量計または同等のメータ（例えばガス流速計）をさら備えていることが好ましい。

また、前記微粒子検出センサは、さらにホルダを備えており、前記微粒子検出フィルタ、前記差圧計、前記温度測定部および前記流量計あるいは同等のメータ（例えばガス流速計）のうち、少なくとも一つは、前記ホルダに収納されていることが好ましい。

また、前記微粒子検出フィルタは、ＳｉＣ，窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化硼素、窒化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン、アルミナ、酸化ジルコニウム、コージエライト、ムライト、シリカ、およびチタン酸アルミニウムのいずれかから構成されていることが好ましい。

以下、本発明を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図６は、本発明の第１の実施形態による排ガス浄化装置２０の構成を示す。

図６を参照するに、図示しないディーゼルエンジンからの排ガスは、先に図２Ａで説明したのと同様な主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に、排ガスライン２１を介して導入され、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２は、前記排ガス中の微粒子を、先に図２Ｃおよび２Ｄで説明したように捕捉する。

さらに図６の構成では、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２から上流側において、副排気ライン２１Ａが前記主排気ライン２１から分岐し、前記副排気ライン２１Ａには副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ（微粒子（ＰＭ）センサの微粒子捕捉部とも称する）が、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２のスートストレージ容量よりも小さなスートストレージ容量で設けられている。さらに前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの入口と出口の間の差圧ΔＰを測定する差圧計２２Ｂが設けられている。さらに図4の構成では、前記副排気ライン２１Ａに前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの下流側において流量計２４と制御バルブ２３とが設けられ、前記制御バルブ２３は前記副排気ライン２１Ａにおける排ガス流量を、前記流量計２４による測定に基づいて、一定に維持するのに使われる。この制御バルブ２３と流量計２４とは、前記副排気ライン２１Ａのどこに設けてもよい。ここで前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａと、前記差圧計２２Ｂと、流量計２４とは、排ガス中に含まれる微粒子の量を測定する微粒子（ＰＭ）検出センサを構成する。前記微粒子（ＰＭ）検出センサは、流量計２４を含んでも、含まなくてもよい。微粒子（ＰＭ）センサは、温度測定部（Ｔ１）を含むように規定することもできる。さらに、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に温度測定部Ｔ２を設けることも可能である。

この排気ライン中の温度測定部は、次のいずれに設けてもよい。（１）主微粒子捕捉フィルタの内部、（２）副微粒子捕捉フィルタの内部、（３）これに接続された配管（パイプ）内、（４）主微粒子捕捉フィルタの表面、あるいは（５）副微粒子捕捉フィルタの表面。排ガス温度の正確な測定が可能となるという観点からは、構成（１）あるいは（２）が好ましく、特に構成（２）がより好ましい。

図６の例では、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２は、３５〜６５％の気孔率を有するＳｉＣなどの多孔質セラミックよりなり、ハニカム構造を形成するが、前記排ガス流れ方向に垂直な断面において、一辺が１．１ｍｍの矩形のガス通路が、図２Ｂのガス通路１２ａに対応して形成されていることがわかる。ここではガス通路は互いに約０．３ｍｍの距離だけ離れて形成されており、全体として格子状のパターンを形成している。

本発明では、前記副微粒子捕捉フィルタを微粒子（ＰＭ）検出フィルタとも称する。

図６に示すように、本実施形態による微粒子検出センサは、副排気ライン２１Ａと、副微粒子捕捉フィルタ２２Ａと、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの入口と出口の間の差圧ΔＰを測定する差圧計２２Ｂとより構成される。ここで、「微粒子検出センサ」は、微粒子検出機能を実行する部分（微粒子検出機能を果たす構成要素）と、規定される。

すなわち本実施形態による微粒子検出センサでは、前記微粒子検出センサを構成する要素が、配管により接続された形態で構成されていてもよく、また例えばホルダ２２ｅあるいは金属筐体に収納された一体型ユニットとして構成されていてもよい。

さらに図６に示すように、微粒子検出センサは、配管により接続された制御バルブ２３あるいは流量計２４を含んでもよい。あるいは、制御バルブ２３と流量計２４は、微粒子検出センサに一体化されていてもよい。さらに、微粒子検出センサは温度測定部Ｔ１を含んでいてもよい。

前記温度測定部Ｔ１の代わりに温度測定部Ｔ２を使って排ガス温度を測定する場合には、微粒子検出センサは温度測定部Ｔ２を含むこととする。

図７Ａは、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａを含む全体構成を示し、一方図７Ｂは前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの原理を示す。

前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａは、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２と同様な多孔質セラミックにより構成することができる。前記副微粒子捕捉フィルタを多孔質セラミックにより構成する場合には、前記副微粒子捕捉フィルタがＳｉＣなどの多孔質セラミックよりなり、矩形形状のセル２２ｂを含むのが好ましい。ここで、前記主微粒子捕捉フィルタ２２（ＤＰＦ）中における排ガス通路（図３の通路１２ａに対応）の総容積の５％以下、例えば０．０５〜５％、あるいは６５ｍｌ以下、例えば０．０５〜６５ｍｌの容積、あるいは０．１〜１０００ｃｍ²（好ましくは１〜１０ｃｍ²）の濾過面積を有する単一のガス通路２２ａが形成される。前記ガス通路２２ａは、例えば矩形断面形状を有し、その一端が閉じられている（１セルの場合には後端が閉じられる）。ここで、前記ガス通路２２ａの外形形状あるいは前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ（セル２２ｂ）の外形形状は、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２のガス通路の断面形状と同一である必要はなく、円形、正方形、八角形、楕円形など、任意形状であってよい。さらに、前記微粒子捕捉フィルタ２２Ａ（セル２２ｂ）を構成する多孔質セラミックは、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を構成する多孔質セラミックと同一である必要はない。また前記副微粒子捕捉フィル２２Ａ（セル２２ｂ）は、セラミック以外に材料で形成されていてもよい。

前記ガス通路２２ａを、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中の排ガス通路（図３の通路１２ａに対応）の５％以下の容積に形成することにより、あるいは６５ｍｌ以下の容積に形成することにより、あるいは０．１〜１０００ｃｍ²（好ましくは１〜１０ｃｍ²）の濾過面積に形成することにより、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中の微粒子の堆積量の測定を簡単な手順で行うことが可能となる。

前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ（セル２２ｂ）は、排ガス温度Ｔを測定する温度測定部を設けられ、前記温度測定部には、熱電対２２ｄが設けられている。さらに、前記副微粒子捕捉フィルタ（セル２２ｂ）の周りには前記内壁に堆積した微粒子層（煤層）２２ｃを燃焼させ前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａを再生するために、ヒータ２２ｈが巻回されている。さらに、セル２２ｂと熱電対２２ｄとヒータ２２ｈとは、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃などよりなる円筒形のホルダ２２ｅ中に、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁物（インシュレータ）２２ｉを介して格納されており、さらに前記ホルダ２２ｅには、前記差圧ΔＰを測定するダイアフラム圧力計２２Ｂが、前記副排気ライン２１Ａ中のガスが前記圧力計２２Ｂに供給されるように設けられている。前記ホルダ（容器）２２ｅは金属ハウジングに格納されており、微粒子（ＰＭ）センサとして前記副排気ラインに設置される。前記ホルダ２２ｅは、また前記副排気ラインの配管内に設置してもよいし、前記副排気ライン中に、金属ハウジングに格納した状態で設置してもよい。

そこで、前記副排気ライン２１Ａ中の排ガスが前記副微粒子捕捉フィルタ（セル２２ｂ）の排ガス通路２２ａに導入されると、前記排ガスは前記副微粒子捕捉フィルタ（セル２２ｂ）の壁面を通過してセル外側へと流れ、前記排ガス中の微粒子が図２Ｃの場合と同様に捕捉される。その際、微粒子は前記セル２２ｂの内壁面に堆積し、微粒子層２２ｃを形成する。

本発明では、このようにして捕捉され前記微粒子捕捉フィルタ２２の内壁面に堆積した微粒子２２ｃの堆積量が、このようにして得られた前記差圧ΔＰと排ガス温度Ｔと排ガス流量Ｑとから、式（１）を使って、以下のように算出される。

図８は、前記図６の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａのより詳細な構成を示す。

図８を参照するに、前記副排気ライン２１Ａ中の排ガスは、前記副微粒子捕捉フィルタ（セル２２ｂ）中のガス通路２２ａに、矢印で示すように供給され、前記セルを通過後、側方にあるいは後方に排出される。その際、前記副微粒子捕捉フィルタ（セル２２ｂ）上のヒータ２２ｈは駆動ライン２２ｂ１を介して供給される電力により駆動され、前記セル２２ｂにより捕捉された微粒子２２ｃの燃焼が生じる。さらに、前記ダイアフラム圧力計２２Ｂの出力信号が、信号ライン２２ｐを介して制御回路へと供給される。

前記図７Ａおよび７Ｂの副微粒子捕捉フィルタ２２Ａでは、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子のスートロード量が、以下の式により算出される。
ΔＰ＝function（流量，温度，スートロード，形状）
以下に好ましい実例を示すが（他の表現を用いることも可能である）、この実例では、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子層２２ｃの厚さＷ［ｍ］が、以下の式により計算される。

ここでΔＰは差圧［Ｐａ］を表し、μは動粘性係数を表し、Ｑは［ｍ³／ｈ］で表した排ガス流量を表し、αはセルの一辺の長さを表し、ρは排ガスの比重を表し、Ｖtrapはフィルタ体積を表し、Ｗｓは壁厚を表し、Ｋｗは壁のガス透過率を表し、Ｋsootは、捕捉された微粒子層のガス透過率を表し、Wは捕捉された微粒子層の厚さを表し、Fは係数（＝２８．４５４）を表し、Lは有効フィルタ長さを表し、βは多孔質壁のフォルヒハイマー係数を表し、ζは排ガスの流入および流出の内部損失係数を表す。

次に、前記副微粒子捕捉フィルタ（セル２２ｂ）により捕捉された微粒子の質量ｍsootが、以下の式により求められる。

ここでｍsootは、捕捉された微粒子の質量［ｇ］を表し、Ｎcellsは、入口側のセルの開口数を表し、ρsootは、捕捉された微粒子の密度を表す。

そこで、ｍsootを、前記副微粒子捕捉フィルタの前回の再生時点から計った時間（経過時間）［ｈ］で除することにより、単位時間当たりの捕捉量ＰＭ［ｇ／ｈ］が求められる。
このように単位時間に堆積した微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］が求められると、排ガス中の微粒子濃度ＰＭconc［ｇ／ｃｍ³］が、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａを通過する排ガスの流量Ｑ２［ｍ³／ｈ］を使って求められる。

ＰＭ［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ³］×Ｑ２［ｍ³／ｈ］ （３）
前記排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconcは、前記副排気ライン２１Ａにおいても主排気ライン２１においても同じ値をとるので、前記微粒子捕捉フィルタ２２に流入した微粒子の量ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］は、前記単位時間当たりの微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］を使って、以下のように求められる。

ＰＭenter full filter［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ³］×Ｑ１［ｍ³／ｈ］ （４）
さらに、これから、前記フィルタ中に堆積した微粒子の量が、フィルタの捕捉効率を勘案して求められる。以上の説明において、Ｑ１は、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を通過する排ガスの流量を示す。Ｑ１は、実際の測定により、あるいはエンジンの運転状況から推定される。

図９は、図６の排ガス浄化装置において前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の前後において生じる差圧と、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２における微粒子の堆積量との関係を示す。ここで実線は、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａおよび式（１）〜（４）を使って求められた、前記主微粒子捕捉フィルタ２２における微粒子堆積量を示す。一方、破線は、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の前後における差圧から直接に求めた場合の、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２における微粒子の堆積量を示す。

図９を参照するに、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の前後の差圧には、同じ微粒子堆積量で比較して、±５０％に達する誤差が生じていることがわかる。

これに対し、前記副微粒子捕捉フィルタの前後における差圧ΔＰを求め、式（１）〜（４）を使うことにより、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に捕捉された微粒子の堆積量を、±１０％の誤差で求めることが可能である。

そこで、本発明によれば、図６の排ガス浄化装置において、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における微粒子の堆積量を、よりスートストレージ容量の小さい前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａにおいて生じる差圧ΔＰを測定することで、正確に見積もることが可能となり、その結果に基づいてポストインジェクションを行うことにより、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の再生を、最適なタイミングで実行することが可能となる。これにより、不要なポストインジェクションが回避され、車両の燃費が向上する。

図６の構成において、流量計２４は公知のベンチュリ流量計、ホットワイヤ流量計などを使うことが可能であり、その際、前記流量計２４は前記副排気ライン２１Ａ中における排ガス流量を、制御バルブ２３を用いて例えば５０〜６０００ｍｌ／分の範囲において、略一定に制御することが可能である。これにより、排ガスが前記副排気ライン２１Ａに偏って流れるのが回避され、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中の微粒子堆積量を、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａにより得られた堆積量から、より高精度に求めることが可能となる。

ここで、「前記副微粒子捕捉フィルタの入口と出口の間の差圧を測定する差圧測定部」とは、前記副微粒子捕捉フィルタの入口と出口の差圧を測定する差圧計を含むのみならず、微粒子捕捉フィルタ２２Ａの出口側にのみ、圧力計を使う構成をも含むものである。かかる構成では、初期状態（再生直後の状態）の圧力値が記憶されており、前記差圧は、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａに微粒子の堆積が生じた状態の圧力を測定し、このようにして得られた圧力値を前記記憶された初期圧力値から差し引くことにより求められる。

さらに前記差圧を測定するに当たり、前記流量計あるいは流速計を、前記副微粒子捕捉フィルタの入口側および出口側に、あるいは出口側のみに設けることも可能である。かかる構成によれば、前記差圧は、前記副微粒子捕捉フィルタの入口側および出口側に設けられた流量計、流速計、などの読み取り値から求められる。あるいは、前記差圧は、前記副微粒子捕捉フィルタの出口側の前記流量計や流速計の読み取り値から、初期状態（再生直後の状態）の読み取り値と前記副微粒子捕捉フィルタに微粒子の堆積が生じた状態の読み取り値を比較することにより、求めることができる。

本発明は、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａについて求めた差圧から、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に捕捉された微粒子の量を、式（１）〜（４）を使うことにより求めることを特徴としており、前記副微粒子捕捉フィルタの差圧を求めるには、従来差圧を測定するのに使われているものを含め、如何なる計測器を使ってもよい。

図１０は、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして、ＳｉＣを初めとする様々な材料により図１１Ａ〜１１Ｃに示すフィルタタイプ１〜３を作製し、その濾過面積および壁のガス透過率を様々に変化させた場合における、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの前後における差圧から見積もった、前記図６の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中の微粒子堆積量と、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中の実際の微粒子堆積量とを示す。ここで、タイプ１の微粒子捕捉フィルタは、円形ないし長円形の正面形状を有するディスク状部材よりなり、タイプ２の微粒子捕捉フィルタは、先に図７Ａ，７Ｂで説明したような矩形形状を有し、対応する矩形形状の貫通しない開口部が内部に形成されている。さらに図１１Ｃのタイプ３の微粒子捕捉フィルタは、先の図２Ｂのようなハニカム構造の微粒子捕捉フィルタにより構成されている。

図１０を参照するに、例１ではＳｉＣよりなるタイプ１の微粒子捕捉フィルタが３．６ｍｍの径Ｄおよび０．４ｍｍの高さＨで形成されているが、前記例１の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が９μｍ、気孔率が４２％であり、０．１ｃｍ²の濾過面積と５．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この副微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量（見積もり値）との誤差は、±８．８％であった。

例２では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、１．５ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および２５ｍｍの長さＬ、かつ０．２５ｍｍの壁厚で形成されているが、この例２の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が１１μｍ、気孔率４２％であり、１．０ｃｍ²の濾過面積と９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±５．０％であった。

例３では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、１．５ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．２５ｍｍの壁厚で形成されているが、この例３の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が１１μｍ、気孔率４２％であり、２．０ｃｍ²の濾過面積と９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±２．５％であった。

例４では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、２ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．４ｍｍの壁厚で形成されているが、この例４の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が９μｍ、気孔率４２％であり、２．４ｃｍ²の濾過面積と５．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づく評価量との誤差は、±２．５％であった。

例５では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、１．５ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および１００ｍｍの長さＬ、かつ０．２５ｍｍの壁厚で形成されているが、この例５の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が１１μｍ、気孔率４２％であり、４．０ｃｍ²の濾過面積と９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±３．８％であった。

例６では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、２ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および１００ｍｍの長さＬ、かつ０．４ｍｍの壁厚で形成されているが、この例６の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が９μｍ、気孔率４２％であり、４．８ｃｍ²の濾過面積と５．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±３．８％であった。

例７では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、３ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および１００ｍｍの長さＬ、かつ０．２５ｍｍの壁厚で形成されているが、この例７の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が１１μｍ、気孔率４２％であり、１０．０ｃｍ²の濾過面積と９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づく評価量との誤差は、±５％であった。

例８では、ＳｉＣよりなるタイプ３の微粒子捕捉フィルタが、４．７ｍｍの幅および高さ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．２５ｍｍの壁厚の直方体に形成されているが、この例８の微粒子捕捉フィルタでは、内部に１平方インチあたり３００個の密度（３００ｃｐｓｉ）でセルが形成されている。合計で９個（＝３×３）のセルを含んでいる。これらのセルは、交互に端部が封止され、このうち四つのセルは、入口側が封止されている。例８の微粒子捕捉フィルタは、１１μｍの平均気孔径を有し、気孔率が４２％、濾過面積が１２．２ｃｍ²であり、９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±６．３％であった。

例９では、ＳｉＣよりなるタイプ３の微粒子捕捉フィルタが、１５ｍｍの径、および５０ｍｍの高さＨで形成されているが、この例９の微粒子捕捉フィルタでは、内部に１平方インチあたり３００個の密度（３００ｃｐｓｉ）で壁厚が０．２５ｍｍのセルが形成されている。例９の微粒子捕捉フィルタは、１１μｍの平均気孔径を有し、気孔率が４２％、濾過面積が１００．０ｃｍ²であり、９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±８．８％であった。

例１０では、ＳｉＣよりなるタイプ３の微粒子捕捉フィルタが、２５ｍｍの径、および５０ｍｍの高さＨで形成されているが、この例１０の微粒子捕捉フィルタでは、内部に１平方インチあたり３００個の密度（３００ｃｐｓｉ）で壁厚が０．２５ｍｍのセルが形成されている。例１０の微粒子捕捉フィルタは、１１μｍの平均気孔径を有し、気孔率が４２％、濾過面積が２７７．０ｃｍ²であり、９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±８．８％であった。

例１１では、ＳｉＣよりなるタイプ３の微粒子捕捉フィルタが、４７ｍｍの径、および５０ｍｍの高さＨで形成されているが、この例１１の微粒子捕捉フィルタでは、内部に１平方インチあたり３００個の密度（３００ｃｐｓｉ）で壁厚が０．２５ｍｍのセルが形成されている。例１１の微粒子捕捉フィルタは、１１μｍの平均気孔径を有し、気孔率が４２％、濾過面積が９８０．０ｃｍ²であり、９．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づく評価量との誤差は、±８．８％であった。

例１２では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、２ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．４ｍｍの壁厚で形成されているが、この例１２の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が４μｍ、気孔率４２％であり、２．４ｃｍ²の濾過面積と１．０×１０^-13ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±２．５％であった。

例１３では、ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、２ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．４ｍｍの壁厚で形成されているが、この例１３の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が３μｍ、気孔率５０％であり、２．４ｃｍ²の濾過面積と３．０×１０⁻¹⁴ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±３．８％であった。

例１４では、発泡金属よりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、１０ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および３０ｍｍの長さＬ、かつ１．５ｍｍの壁厚で形成されているが、この例１４の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が４７μｍ、気孔率７０％であり、８．４ｃｍ²の濾過面積と１．５×１０⁻¹¹ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±５．０％であった。

例１５では、セラミックファイバよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、１０ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および３０ｍｍの長さＬ、かつ１．５ｍｍの壁厚で形成されているが、この例１５の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が５０μｍ、気孔率７５％であり、８．４ｃｍ²の濾過面積と１．０×１０⁻¹¹ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±５．０％であった。

例１６では、コージエライトよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、２ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．４ｍｍの壁厚で形成されているが、この例１６の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が２０μｍ、気孔率６０％であり、２．４ｃｍ²の濾過面積と１．５×１０⁻¹²ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±５．０％であった。

例１７では、Ｓｉ−ＳｉＣよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、２ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および５０ｍｍの長さＬ、かつ０．４ｍｍの壁厚で形成されているが、この例１７の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が２０μｍ、気孔率６０％であり、２．４ｃｍ²の濾過面積と２．５×１０⁻¹²ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±５．０％であった。

比較例１ではＳｉＣよりなるタイプ１の微粒子捕捉フィルタが２．５ｍｍの径Ｄおよび０．４ｍｍの高さＨで形成されているが、この比較例１の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が９μｍ、気孔率が４２％であり、０．０５ｃｍ²の濾過面積と５．０×１０⁻¹³ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±１５．０％であった。

比較例２では、ＳｉＣよりなるタイプ３の微粒子捕捉フィルタが、６０ｍｍの径と５０ｍｍの高さで形成されている。この比較例２の微粒子捕捉フィルタでは、内部に一平方インチあたり３００個の密度（３００ｃｐｓｉ）でセルが形成されており、壁厚が０．２５ｍｍであり、平均気孔径が１１μｍ、気孔率４２％であり、１５９６．０ｃｍ²の濾過面積と９．０×１０⁻¹³ｍ²のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づくその評価量との誤差は、±１７．５％であった。

さらに参考例１では、セラミックファイバよりなるタイプ２の微粒子捕捉フィルタが、１０ｍｍの幅Ｗ及び高さＨ、および３０ｍｍの長さＬ、かつ１．５ｍｍの壁厚で形成されているが、この参考例１の微粒子捕捉フィルタは、平均気孔径が７０μｍ、気孔率７０％であり、８．４ｃｍ²の濾過面積と２．０×１０⁻¹¹ｍ²の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有している。この微粒子捕捉フィルタを図６の排ガス浄化装置の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使った場合、実際の主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２への微粒子堆積量と前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの差圧に基づく評価量との誤差は、±８．８％であった。

図１０より、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして使われる微粒子捕捉フィルタは、０．１〜１０００ｃｍ²、より好ましくは１〜１０ｃｍ²の範囲の濾過面積と、１．０×１０⁻¹⁵〜１．０×１０⁻¹¹ｍ²、より好ましくは１．０×１０⁻¹³〜１．０×１０⁻¹²ｍ²の範囲の壁のガス透過率（パーマビリティ）を有するのが好ましいことがわかる。

前記の実験は、図６の排ガス浄化装置を２リッターディーゼルエンジンの排気ラインに設置し、エンジンを３０００ｒｐｍ／５０Ｎの条件で５時間運転して行っている。その際、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２における微粒子の実際の堆積量は、重量測定により求めており、このようにして求められた値を、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの前後における差圧から求めた推定値と比較している。

この実験では、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２として、径が１４３．８ｍｍで高さが１５０ｍｍのフィルタが使われている。

より具体的には、主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２は、以下の工程により作製される。平均気孔径が１１μｍ、気孔率が４２％、壁厚が０．２５ｍｍでセル密度が３００ｃｐｓｉのセルを使って、幅および高さが３４．４ｍｍで長さが１５０ｍｍのユニットを形成し、かかるユニット１６個（＝４×４）を結束させ、側面を切削加工する。さらに上記実験では、排気ライン２１として径が１５０ｍｍのものを使い、副排気ライン２１Ａの径は１０ｍｍのものを使用している。また副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの再生は、副微粒子捕捉フィルタ２２Ａにおける微粒子堆積量が０．５ｇ／ｌになる毎に行っている。

図１２Ａは、ＳｉＣよりなる微粒子捕捉フィルタを、例１〜１３および比較例２，３において、９μｍと４２％、１１μｍと４２％、４μｍ４２％、および３μｍと５０％、の平均気孔径および気孔率で作製する際の原料配合を示す。

図１２Ａを参照するに、平均気孔径が９μｍで気孔率が４２％のＳｉＣ微粒子捕捉フィルタは、粒径が９μｍのＳｉＣ粗粉末と粒径が０．５μｍのＳｉＣ微粉末を、それぞれ７０００重量部と３０００重量部の割合で、５７０重量部の有機バインダ（ＭＣ）と、３３０重量部の可塑剤と、１５０重量部の潤滑剤と、適量の水と共に混練し、得られた原料混合物を、押出成形により、例えばハニカム形状に成形することにより製造される。この押出成形工程の後、得られた成型体は３００℃で３時間脱脂処理した後、２２００℃で３時間焼成される。

図１２Ａを参照するに、平均気孔径が１１μｍで気孔率が４２％のＳｉＣ微粒子捕捉フィルタは、粒径が２２μｍのＳｉＣ粗粉末と粒径が０．５μｍのＳｉＣ微粉末を、それぞれ７０００重量部と３０００重量部の割合で、５７０重量部の有機バインダ（ＭＣ）と、３３０重量部の可塑剤と、１５０重量部の潤滑剤と、適量の水と共に混練し、得られた原料混合物を、押出成形により、例えばハニカム形状に成形することにより製造される。この押出成形工程の後、得られた成型体は３００℃で３時間脱脂処理した後、２２００℃で３時間焼成される。

さらに図１２Ａを参照するに、平均気孔径が４μｍで気孔率が４２％のＳｉＣ微粒子捕捉フィルタは、粒径が５μｍのＳｉＣ粗粉末と粒径が０．５μｍのＳｉＣ微粉末を、それぞれ７０００重量部と３０００重量部の割合で、５７０重量部の有機バインダ（ＭＣ）と、３３０重量部の可塑剤と、１５０重量部の潤滑剤と、適量の水と共に混練し、得られた原料混合物を、押出成形により、例えばハニカム形状に成形することにより製造される。この押出成形工程の後、得られた成型体は３００℃で３時間脱脂処理した後、２２００℃で３時間焼成される。

さらに図１２Ａを参照するに、平均気孔径が３μｍで気孔率が５０％のＳｉＣ微粒子捕捉フィルタは、粒径が３μｍのＳｉＣ粗粉末と粒径が０．５μｍのＳｉＣ微粉末を、それぞれ５７１０重量部と２４５０重量部の割合で、５５０重量部の有機バインダ（ＭＣ）と、３５０重量部の発泡剤と、３５０重量部の可塑剤と、１５０重量部の潤滑剤と、適量の水と共に混練し、得られた原料混合物を、押出成形により、例えばハニカム形状に成形することにより製造される。この押出成形工程の後、得られた成型体は３００℃で３時間脱脂処理した後、２２００℃で３時間焼成される。

図１２Ｂは、例１７で使われた、平均気孔径が２０μｍで気孔率が６０％のＳｉ−ＳｉＣ微粒子捕捉フィルタを形成する際に使われる原料配合を示す。

図１２Ｂを参照するに、平均気孔径が２０μｍで気孔率が６０％のＳｉ−ＳｉＣ微粒子捕捉フィルタは、粒径が２２μｍのＳｉＣ粉末と粒径が４μｍのＳｉ粉末を、それぞれ５２１０重量部と１３００重量部の割合で、７００重量部の有機バインダ（ＭＣ）と、６３０重量部の発泡剤と、３３０重量部の可塑剤と、１５０重量部の潤滑剤と、適量の水と共に混練し、得られた原料混合物を、押出成形により、例えばハニカム形状に成形することにより製造される。この押出成形工程の後、得られた成形体は３００℃で３時間脱脂処理した後、１６５０℃で３時間焼成される。

図１２Ｃは、平均粒径が２０μｍで気孔率が６０％の例１６で使われた、コージエライトセラミックよりなる微粒子捕捉フィルタを形成する際に使われる原料配合を示す。

図１２Ｃを参照するに、コージエライト微粒子捕捉フィルタは、平均粒径が２０μｍで気孔率が６０％であり、粒径が１０μｍのタルク粉末と、粒径が９μｍのカオリン粉末と、粒径が９．５μｍのアルミナ粉末と、粒径が５μｍの水酸化アルミニウム粉末と、粒径が１０μｍのシリカ粉末を、それぞれ４０，１０，１７，１６および１７の重量部の割合で、２０重量部の発泡剤と、６重量部の可塑剤と、１６重量部の溶媒と共に混練し、得られた原料混合物を押出成形により、所定形状に成形することにより作製される。この押出成形工程の後、得られた成型体は３００℃で３時間脱脂処理した後、１４００℃で３時間焼成される。

図１２Ｄは、例１５および参考例１で使われた、セラミックファイバよりなる微粒子捕捉フィルタの製造工程の概要を示す。

図１２Ｄを参照するに、平均径が５μｍで長さが０．２〜０．４ｍｍのアルミナファイバと、平均径が１３μｍで長さが３ｍｍのガラスファイバが、水中に、それぞれ１０００重量部および５００重量部の割合で、８０重量部の有機バインダと共に分散され、さらに抄造工程により、シートを形成する。さらに、得られたシートを９５０℃で５時間加熱する。さらに酸処理を行い、再び熱処理を、１０５０℃の温度で５時間行う。さらに得られたシートを所定形状に加工することにより、微粒子捕捉フィルタが得られる。

図１１の例１４では、微粒子捕捉フィルタとして、市販されている三菱マテリアル製のＮｉ−Ｃ−Ｗ合金（商品面ＭＡ２３）の三次元メッシュ構造体を、所定の平均気孔径および気孔率となるように圧縮加工したものを、使うことができる。
［第２の実施形態］
図１３は、図６の排ガス浄化装置を使った本発明の第２の実施形態による排ガス浄化方法を示すフローチャートである。

図１３を参照するに、ステップ１において流量計２４により排ガス流量Ｑが検出され、さらに前記差圧計２２Ｂにより、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ前後の差圧ΔＰが検出される。さらに、前記温度測定部Ｔ１を使って、前記排ガスの温度Ｔが測定される。

次にステップ２において、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａに捕捉された微粒子の層厚Ｗが、前記ステップ１で求められた差圧ΔＰから、前記式（１）に従って求められる。ここで、前記排ガスの温度Ｔは、本実施形態のように前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの温度測定部Ｔ１を使う代わりに、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の温度測定部Ｔ２を使って求めてもよい。さらに、前記温度Ｔは、前記温度測定部Ｔ１，Ｔ２の温度から算出（例えば平均値、最大値、最小値など）することもできる。前記微粒子の量を正確に算出することが可能となるという観点から、前記副微粒子フィルタ２２Ａの温度測定部Ｔ１を使うことが好ましい。前記温度測定部としては熱電対を使うことができるが、温度を測定できるものならどのようなものでも使うことができる。さらに排気管内の排ガス温度を測定するのが好ましいが、フィルタあるいはセル内部または表面の温度を測定してもよい。

さらにステップ２では、セル２１ｂにより捕捉された微粒子の質量ｍsootが、ステップ１で検出された層厚Wから、前記式（２）により求められる。

さらにステップ３において、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａのセル２２ｂに堆積した微粒子層の質量ｍsootが所定の閾値Ｔｈ0を超えたか否かが判定され、結果がＮＯ（Th0を越えていない場合）であれば、プロセスはステップ１に戻される。

一方、前記ステップ３において前記副微粒子捕捉フィルタ２２Aのセル２２ｂに堆積した微粒子層の質量ｍsootが前記所定閾値Ｔｈ0を超えた場合には、ステップ４において前記ヒータ２２ｈが駆動され、微粒子２２ｃが燃焼により除去される。

一方、図８のプロセスでは、ステップ１１において、前記ステップ２で求められた前記セル２２ｂ中に捕捉された微粒子の質量ｍsootを使って、前記排ガス中に微粒子の濃度ＰＭが前記式（３）より求められ、前記主微粒子捕捉フィルタ２２に堆積した微粒子の量ＰＭenter full filterが、前記式（４）および前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の捕捉効率から、求められる。

そこでステップ１２では、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における微粒子堆積量ＰＭenter full filterが所定の閾値Ｔｈ１を超えたか否かが判定され、判定結果がＮＯ（Th1を越えていない場合）であれば、プロセスはステップＳ１１に戻される。

一方、前記ステップ１２において、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における微粒子の堆積量ＰＭenter full filterが前記閾値Ｔｈ１を超えていると判定された場合には、ステップ１３においてエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）をコントロールしてポストインジェクションが行われ、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中に堆積した微粒子が、燃焼により除去される。これにより、フィルタの再生がなされる。

図１３のプロセスでは、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの再生と主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の再生とを独立に実行することができ、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａを構成するセル２２ｂ中に堆積した微粒子２２ｃの量、すなわち微粒子層（煤層）の量を、例えば０．５ｇ／ｌ以下の小さな値に常時維持することが可能である。かかる構成によれば、副微粒子捕捉フィルタ２２Ａを使った微粒子センサの感度を向上させることができる。

図６の構成では、バルブ２３が前記副排気ライン２１Ａに設置されているが、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａの再生を前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２と独立に行っても、排ガスが主として前記副微粒子捕捉フィルタを流れてしまうような状況が生じることはなく、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中の微粒子堆積量の見積もりに誤差が生じることはない。

その際、前記バルブ２３は、前記副排気ライン２１Ａ中のガス流量を厳密に一定に維持する必要はなく、前記副排気ライン２１Ａへの極端な排ガスの偏りを回避できれば十分である。

このように、本発明の第２の実施形態では、前記差圧ΔＰと前記排ガスの温度Ｔと前記排ガス流量Ｑとが測定され（ステップ１）、前記副微粒子捕捉フィルタにより捕捉された微粒子の質量が、前記測定結果から、前記式（１）および（２）を使って求められ（ステップ２）、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の量が、前記式（３）、（４）、および、さらに前記主微粒子捕捉フィルタの捕捉効率を使って求められる（ステップ１１）。

図８において、また以下に説明する図９においても、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２はＤＰＦとして表記され、一方前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａは副ＤＰＦとして表記されている。さらに、前記微粒子の堆積は、「ＤＰＭｄｅｏｐｏ」と表記されている。

一方、前記主微粒子捕捉フィルタ中に捕捉された微粒子を求めるプロセスは、図１４に示すように変形することもできる。

すなわち、図１４において、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の量を求めるプロセス（ステップ１１）は、前記ステップ１で得られた測定結果を使って、前記副微粒子捕捉フィルタ中に捕捉された微粒子の量を求めるプロセス（ステップ２）と並行して行われる。
［第３の実施形態］
図１５は、本発明の第３の実施形態による微粒子検出センサの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１５の実施形態では、微粒子検出センサのハウジング内部にサーミスタ２２Ｔｈが温度測定部として設けられ、前記サーミスタ２２Ｔｈの抵抗値が、信号線２２ｔｈを介して制御回路により読み取られる。

図１５の実施形態では、サーミスタ２２Ｔｈは微粒子検出センサのハウジング内に集積化されており、その結果、微粒子検出センサを小型化することができ、微粒子検出センサをディーゼルエンジンの排気ライン中の所望箇所に容易に設置することが可能となる。
［第４の実施形態］
図１６は、本発明の第４の実施形態による微粒子検出センサの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１６を参照するに、微粒子検出センサのハウジング内部には、差圧式ベンチュリ管よりなる流量計２４Ａが流量計２４として設けられており、前記流量計２４Ａの出力は信号線２４ａを介して制御回路に供給される。

そこで、図１６の実施形態では、差圧式ベンチュリ管よりなる流量計２４Ａにより、セル２２ｂ中を流れる排ガスの流量を読み取ることが可能となる。流量計２４Ａが微粒子検出センサのハウジング内に集積化されているため、微粒子検出センサは小型化されており、微粒子検出センサをディーゼルエンジンの排気ライン中の所望の箇所に設置することが可能となる。

図１７は、図１６の微粒子検出センサの変形例を示す。

図１７を参照するに、本実施形態では図１３の差圧ベンチュリ管よりなる流量計２４Ａの代わりに、ホットワイヤ流量計２４Ｂが設けられており、セル２２ｂを流れる排ガスの流量が、信号線２４ｂを介して制御回路により読み取られる。

さらに、以上では、前記主微粒子フィルタ（ＤＰＦ）２２および副微粒子捕捉フィルタ２２Ａとして、ＳｉＣよりなるハニカム部材を使う場合について説明したが、本発明はかかる特定のフィルタ部材に限定されるものではなく、炭化珪素を６０％以上含む炭化珪素とシリコンなど金属との複合材（本発明はかかる複合材も炭化珪素に含めることにする）、窒化アルミニウムや窒化珪素、窒化硼素、窒化タングステンなどの窒化物、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンなどの炭化物、アルミナ、酸化ジルコニウム、コージエライト、ムライト、シリカ、チタン酸アルミニウムなどの酸化物、あるいはステンレスなどの金属の多孔質体を使うことも可能である。また、ハニカム構造の他にも、コルゲートやエレメント板などの構造体を使うことも可能である。

本発明の実施形態の排ガス浄化装置は小型であり、トラックや産業機械などの大型車両のみならず、乗用車にも適用可能である。

従来の排ガス浄化装置を使ったエンジンの全体図である。 微粒子捕捉フィルタの概略的構成を示す図である。 微粒子捕捉フィルタの構成要素を示す図である。 図２Ｂは、微粒子捕捉フィルタの動作原理を示す図である。 図２Ｄは、微粒子捕捉フィルタにより捕捉された微粒子の状態を示す図である。 本発明の関連技術による従来の排ガス浄化装置を使ったエンジンシステムの全体構成を示す図である。 図４は、図３の排ガス浄化装置の問題点を説明する図である。 図5は、図３の排ガス浄化装置の問題点を説明する別の図である。 本発明の第１の実施形態による排ガス浄化装置の構成を示す図である。 図６で使われる副微粒子捕捉フィルタの構成を示す図である。 図７Ａの副微粒子捕捉フィルタの原理を説明する図である。 図６の副微粒子捕捉フィルタを使った微粒子（ＰＭ）センサの構成を示す図である。 本発明の効果を説明する図である。 図６の排ガス浄化装置を使った排ガス浄化実験の例を示す図である。 図１０の実験で使われる副微粒子捕捉フィルタの構成を示す図（その１）である。 図１０の実験で使われる副微粒子捕捉フィルタの構成を示す図（その２）である。 図１０の実験で使われる副微粒子捕捉フィルタの構成を示す図（その３）である。 図１０の実験で使われた副微粒子捕捉フィルタの原料配合を説明する図（その１）である。 図１０の実験で使われた副微粒子捕捉フィルタの原料配合を説明する図（その２）である。 図１０の実験で使われた副微粒子捕捉フィルタの原料配合を説明する図（その３）である。 図１０の実験で使われた副微粒子捕捉フィルタの原料配合を説明する図（その４）である。 本発明の第２の実施形態による排ガス浄化装置における微粒子捕捉フィルタの再生動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による排ガス浄化装置における微粒子捕捉フィルタの他の再生動作を説明するフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による微粒子検出センサの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態による微粒子検出センサの構成を示す図である。 図１６の微粒子検出センサの変形例の構成を示す図である。

符号の説明

１１ ディーゼルエンジン
１２ 排気ライン
１２Ａ フィルタユニット
１２B 微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）
１２ａ ガス通路
１２ｂ 多孔質部材
１２ｃ 微粒子
２０ 排ガス浄化装置
２１ 主排気ライン
２１Ａ 副排気ライン
２２ 主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）
２２Ａ 副微粒子捕捉フィルタ
２２ａ 排ガス通路
２２ｂ セル
２２ｂ１ 駆動ライン
２２ｃ 微粒子層
２２ｄ 熱電対
２２ｅ ホルダ（容器）
２２ｈ ヒータ
２２ｉ 絶縁物（インシュレータ）
２２ｐ 信号ライン
２３ 制御バルブ
２４ 流量計

Claims (8)

1. 微粒子検出フィルタと、
   前記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部とを備え、
   前記微粒子検出フィルタは、０．１〜１０００ｃｍ²の濾過面積を有する微粒子検出センサ。
2. 前記濾過面積は、１〜１０ｃｍ²の範囲である請求項１記載の微粒子検出センサ。
3. 壁のガス透過率が１．０×１０⁻¹⁵〜１．０×１０⁻¹¹ｍ²の範囲である請求項１または２記載の微粒子検出センサ。
4. 前記壁のガス透過率は、１．０×１０⁻¹³〜１．０×１０⁻¹²ｍ²の範囲である請求項３記載の微粒子検出センサ。
5. さらに、温度を測定する温度測定部を備えた請求項１〜４のうちいずれか一項記載の微粒子検出センサ。
6. さらに、前記微粒子検出フィルタ中を流れる排ガスの流量を測定する流量計、または同等のメータを備えた請求項１〜５のいずれか一項記載の微粒子検出センサ。
7. さらにホルダを備え、前記微粒子検出フィルタ、前記差圧測定部、前記温度測定部、および前記流量計の少なくとも一つが前記ホルダに収納されている請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の微粒子センサ。
8. 前記微粒子検出フィルタは、ＳｉＣ、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化硼素、窒化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン、アルミナ、酸化ジルコニウム、コージエライト、ムライト、シリカ、およびチタン酸アルミニウムのいずれかから構成されている請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の微粒子検出センサ。