JP2010271303A - 粒子状物質の堆積量検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルターにより捕集した粒子状物質の堆積量を電磁波を用いて検出する装置において、検出感度を向上させるのと共に、典型的には６ｇ／Ｌまでの広い範囲で粒子状物質の堆積量を検出可能とすることである。
【解決手段】粒子状物質を含む気体から粒子状物質を捕集するフィルター、フィルターを収容する容器５、容器５の上流側に設けられ、気体Ａを容器５内へと流す上流側配管３、 容器５の下流側に設けられ、フィルターを通過した後の気体Ｂを流す下流側配管４、８０ＧＨｚ以上、２００ＧＨｚ以下の周波数を有する電磁波を送信する送信アンテナ１１、およびフィルターを透過した後の電磁波を受信する受信アンテナ１０を使用し、受信アンテナ１０で受信された電磁波の強度に基づいて、フィルターに捕集された粒子状物質の量を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粒子状物質の堆積量検出方法および装置に関するものであり、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置されたフィルターのPM堆積量の検出などに用いることができる。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の有害成分は、PM（パーティキュレート マター：炭素微粒子からなるスート、高分子量炭化水素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子など）として排出される。最近、環境省が、粒径２．５μｍ以下の微小粒子状物質について環境基準を定めることを検討しており、粒子状物質の規制が厳格となるため、対応が迫られており、ディーゼルエンジン用排ガス浄化装置やＰＭモニター装置などの開発競争が行われている。

ディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体（ディーゼルPMフィルタ： DPF）が普及している。
DPFは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を交互に目封じしたものである。すなわち、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、排ガス上流側で目詰めされた流出側セルとを設け、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁の細孔で排ガスを濾過し、粒子状物質を捕集する。

しかし、DPFは、粒子状物質が堆積すると、排ガスの圧力損失が上昇するために内燃機関の出力の低下や燃料消費量を抑えるために、堆積した粒子状物質を除去して再生する必要がある。そこで、排ガス中に燃料などの還元剤を添加し、DPF の上流側に配置された酸化触媒で燃焼させることで排ガスを昇温し、その高温の排ガスを
DPFへ供給する方法などによって、堆積したPMを燃焼させ
DPFを強制再生することが行われている。

ただし、フィルター内の粒子状物質の堆積量が、あるフィルター使用限界値を超えて捕集されている状態においてこの再生制御を行うと、PMの燃焼によってフィルターの局所的な温度や全体の温度が上昇しすぎて、フイルターのクラックや溶損が発生する。これを防止するために、フィルターの圧力損失、吸入空気量、排ガス温度、燃料噴射量、EGR開度、エンジン回転数等を測定してECUにて演算処理を行い、フィルター内の粒子状物質の堆積量の予測を行っている。

一方、通常のディーゼルエンジン等の内燃機関では、このフィルター使用限界値に安全率を加味したものを再生制御ポイントとしており、通常
再生制御ポイント（ｇ/L）＝フィルター使用限界値（g/L）×安全係数
ただし安全係数は、０＜安全係数＜1
なので
再生制御ポイント（ｇ/L）<フィルター使用限界値（g/L）
になるように再生制御ポイントを設定している。

この安全係数は、各自動車メーカーで設定がまちまちで、フィルター内の粒子状物質の堆積量の予測技術の完成度やメーカーの安全に関する指針で決定されている。そしてこの安全係数が１に近いほどフィルターの再生頻度が減り、燃費の悪化が減ることになる。そのため、精度よくフィルター内の粒子状物質の堆積量を予測することが求められている。

粒子状物質の堆積量が再生制御ポイントに達したと判定されたときに、排ガス温度を強制的に上昇させてフィルターの再生が行われる。このため、特許文献１（特開昭59-204747）には、排気ガス間路の対向する側壁に、マイクロ波送信アンテナとマイクロ波受信アンテナとを設置し、その間を流通する黒鉛濃度を測定する方法が記載されている。

また、非特許文献１(ＧＥ発表のAdvanced DPF soot
sensor：International CTI Forum 2-4 Dec)には、ＤＰＦ容器の入口と出口にそれぞれＲＦ送信アンテナと受信アンテナを設置し、DPFに堆積したスートを検知する方法が記載されている。本センサは１ＧＨｚ以下の周波数を使用しており、測定感度や精度はこの周波数で決まっている。

特許文献２（特開２００９−２２７６）では、ＤＰＦフィルターの外壁の中心部に送信アンテナと受信アンテナとを相対向するように取り付けている。そして、送信アンテナから数十ＧＨｚ〜数十ＴＨｚの電磁波を送信し、フィルターに通し、反対側に取り付けられた受信アンテナで受信し、電磁波の受信強度に基づいてフィルターへの粒子状物質の堆積量を算出する。

特開昭59-204747 特開２００９−２２７６

ＧＥ発表のAdvanced DPF sootsensor：International CTI Forum 2-4 Dec

しかし、マイクロ波以下の周波数を用いてスートなどの粒子状物質の堆積量を検出しようとすると、スートの主成分であるカーボン粒子の吸収が大きくない。例えば、非特許文献１のGE社製スートセンサでは、平均値処理など演算処理をしてダイナミックレンジが１５ｄB程度となる。

しかし、ＧＥ社が公開したデータによると、仕様である測定精度±０．５ｇ／Ｌが得られるのは堆積量２−４ｇ／Ｌの範囲でその他の領域については不明である。また、ある程度スートが堆積してくると受信感度が悪くなり、スート量が増えても受信強度はスート量の増加に感応せず、変動するだけである。つまり、スート量の検出保証限界は４ｇ／Ｌであり、測定可能なスート量の範囲においてダイナミックレンジが約１５ｄＢである。

一方、DPFのスート堆積量は通常５ｇ/Ｌ以上はあり、少なくとも６ｇ／Ｌまでの測定が可能で、受信感度が一定であることが求められている。特に、スート量４ｇ/Ｌ以上では再生開始を判断する上でスート量に対する受信感度の傾きが一定（測定精度一定）であることが要求される。スート量の検出保証限界が４ｇ／Ｌ程度では、いまだフィルターに十分な堆積容量がありながら再生処理をするアルゴリズムしか成立できない。さらに、ダイナミックレンジが１５ｄＢ程度の場合には、スート量の見積もり誤差が大きく±０．５ｇ/Ｌの測定精度しか得られず、正確なスート堆積量を判定できない。このため燃費向上という観点から不十分であり、産業上の利用性に限界がある。

特許文献２（特開２００９−２２７６）では、ＤＰＦフィルターの容器外壁に送信アンテナと受信アンテナとを相対向するように設置し、数十ＧＨｚ〜数十ＴＨｚの周波数の電磁波を用いてフィルターを横断するように照射することで、フィルター横断面内にある粒子状物質を透過させてその量を測定する。実施例では６００ＧＨｚの電磁波をフィルターを横断するように照射してスート堆積量を推定している。特許文献２の開示に従えば、検出感度の点からは、更に数十ＴＨｚに向かって電磁波周波数を上昇させることが好ましいことになる。

本発明者は、特許文献２の教示に従って６００ＧＨｚの電磁波を用い，かつ、上流側配管内に送信アンテナを設置し、下流側配管内に受信アンテナを設置してフィルターへのスート堆積量の検出を試みた。この結果、確かにスートの検出感度は非特許文献１のＧＥセンサで公表されている受信感度特性データよりも優れていた。しかし、例えばスート量が ２ｇ／Ｌを超えると、受信強度が−５０ｄＢ以下となり、実質上検出が難しくなる。すなわち、スート量の検出可能範囲という点では、非特許文献のＧＥセンサに比べても不十分であることが判明してきた。

本発明の課題は、フィルターにより捕集した粒子状物質の堆積量を電磁波を用いて検出する装置において、検出感度を向上させるのと共に、少なくとも６ｇ／Ｌ、最大８ｇ／Ｌまでの広い範囲で粒子状物質の堆積量を検出可能とすることである。さらに、スート量０〜６ｇ／Ｌの範囲でダイナミックレンジが２５ｄＢ以上の感度で堆積量を検出することである。

本発明は、
粒子状物質を含む気体から粒子状物質を捕集するフィルター、
このフィルターを収容する容器、
この容器の上流側に設けられ、気体を容器内へと流す上流側配管、
容器の下流側に設けられ、フィルターを通過した後の気体を流す下流側配管、
８０ＧＨｚ以上、２００ＧＨｚ以下の周波数を有する電磁波を送信する送信アンテナ、および
フィルターを透過した後の電磁波を受信する受信アンテナを使用し、
受信アンテナで受信された電磁波の強度に基づいて、フィルターに捕集された粒子状物質の量を検出することを特徴とする、粒子状物質の堆積量検出方法および装置に係るものである。

本発明によれば、フィルターに照射する電磁波の周波数を８０ＧＨｚ以上とすることによって、フィルターに堆積した粒子状物質の検出感度が著しく向上する。この観点からは、フィルターに照射する電磁波の周波数を１００ＧＨｚ以上とすることが特に好ましい。

また、フィルターに照射する電磁波の周波数を２００ＧＨｚ以下とすることによって、従来高感度検出に限界のあった０〜６ｇ／Ｌの粒子状物質の堆積量の範囲で、粒子状物質の検出を可能とできた。

このように、本発明は、フィルターに堆積した粒子状物質を電磁波を用いて検出するのに際して、高感度でかつ従来達成できなかった０〜６ｇ／Ｌの広い範囲で検出することを可能とし、これによって本装置の産業上の利用性を著しく高め、実用化に向かって前進させたものである。

本発明に係る粒子状物質の堆積量の検出装置を模式的に示すブロック図である。 本発明に係る装置のフィルターおよび容器の周辺を拡大して示す断面図である。 本発明に係る装置のフィルターおよび容器の周辺を拡大して示す断面図である。 電磁波とフィルターの位置関係を示す模式図である。 フィルターに堆積したスートに対して照射する電磁波の周波数と吸収感度との関係を示すグラフである。 フィルターに堆積したスート量と電磁波の受信強度との関係を示すグラフである（電磁波の周波数は０．１ＴＨｚ）。 フィルターに堆積したスート量と電磁波の受信強度との関係を示すグラフである（電磁波の周波数は０．０８ＴＨｚ）。 フィルターに堆積したスート量と電磁波の受信強度との関係を示すグラフである（電磁波の周波数は０．０７ＴＨｚ）。 フィルターに堆積したスート量と電磁波の受信強度との関係を示すグラフである（電磁波の周波数は０．２０ＴＨｚ）。 フィルターに堆積したスート量と電磁波の受信強度との関係を示すグラフである（電磁波の周波数は０．２３ＴＨｚ）。 コージェライトＤＰＦフィルターの電磁波吸収特性を示すグラフである。

送信素子は限定されないが、以下のものが好ましい。
（周波数８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ）
ＧａＡｓやＳｉＧｅなどのＭＭＩＣやガンダイオード。

（８０ＧＨｚ〜０．２ＴＨｚ）
ＬＮ変調器により高次の光側帯波を発生させ所望の次数の側帯波を取り出し、フォトミキサによりそのビート信号を取り出すことにより上記電磁波を発生する光逓倍方式。この場合、ＬＮ変調器はマッハツェンダー型光変調器や位相変調器、またはこれらの集積型変調器が使用可能である。ＬＮ変調器は、特に限定はないが、特開２００７−７９４６６記載の薄板構造を用いることにより半波長電圧を低減でき、低駆動電圧で電磁波を発生できる。

また、ドメイン反転構造（QPM：Quasi-Phase-Matching）を形成したＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）素子やＰＰＬＴ（Periodically
Poled Lithium Tantalate）素子、チェレンコフ放射を利用した光導波路（スラブ構造を含む）素子が使用できる。

受信素子は限定されないが、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＮなどのショットキーダイオード、ボロメータ、焦電効果を利用した素子を例示できる。

粒子状物質とは、気体中に浮遊する性質を持つ物質であればよく、粒径は限定されないが、典型的には１０ｎｍ〜１０μｍである。粒子状物質を構成する物質は特に制限はなく、カーボンを主とするＰＭ（パティキュレート マター）、ハイドロカーボン（HC）、フェライト粉などの磁性体粉末、硫酸塩、硝酸塩を例示できる。

好適な実施形態においては、送信アンテナおよび受信アンテナを、上流側配管および／または下流側配管の内部に設置する。この実施形態においては、周波数８０ＧＨｚ以上、２００ＧＨｚ以下の電磁波を使用することによって、電磁波が配管および容器内壁面に沿って伝搬および拡散し、フィルター広範囲に効率的に照射される上、捕集された粒子状物質にも効率的に吸収されるので、全体の感度を高くすることができる。

なお、送信アンテナ、受信アンテナを各配管内に設けた場合にも、電磁波の送信、受信処理を行うための素子は配管外に設けられていて良い。

本発明においては、送信アンテナを上流側配管内に設け、受信アンテナを下流側配管内に設けることができる。あるいは、送信アンテナを下流側配管内に設け、受信アンテナを上流側配管内に設けることができる。

また、電磁波は、レンズ系でコリメートし平行ビームにすることにより、フィルターの影響を受けにくく、粒子状物質をさらに高感度で検知できる。

送信アンテナと受信アンテナの設置位置についての制約は特にないが、好適な実施形態においては、粒子状物質を含有する気体を流す配管に粒子状物質の捕集用フィルターと、配管内径よりも大きな内径を持つ容器とを設置したタイプにおいて、配管内に送信アンテナと受信アンテナとを設置している。

通常、フィルタが設置される容器は上流側、下流側配管よりも内径が大きく、その結合部はテーパ構造となっているために、送信された電磁波は容器内壁に沿ってある程度広がり、フィルター広範囲に電磁波が効果的に照射されるようになり、フィルター全体の粒子状物質堆積量を正確に検知できるはずである。これと同時に、電磁波が容器内壁に沿って閉じ込められた後で受信アンテナに伝達されるので、効率よく受信アンテナで受信できる。

なお、上流側配管内に送信アンテナを設置し、ミリ波やテラ波を送信すると、配管から容器にわたってある程度広がり、フィルターに広範囲にわたって照射される効果はあった。電磁波の周波数が高くなると直進性が増し、照射できない部分があるが、スートの吸収が大きくなり堆積量を検知できる。これらの効果は、下流側配管内に送信アンテナを設置し、上流側配管で受信する場合にも得られるはずであり、特に相違はないはずである。

しかし、現実には、送信アンテナを上流側に配置して下流側配管で受信するよりも、下流側配管内に送信アンテナを設置して上流側配管内で受信するほうが、センサ感度が高くなることがわかった。

この理由は詳細にはわからないが、以下のように推定できる。
すなわち、実際のディーゼルエンジンなどでは、スートはＤＰＦフィルターの出口側に堆積し、入口側へと向かって積もってくる。電磁波を配管内の送信アンテナから発信する形態では、
配管およびフィルター容器が、電磁波に対して導波管として機能する。この伝搬する電磁波に対して、配管部、フィルターの容器壁面、フィルターのうち粒子状物質の堆積していない部分、粒子状物質の堆積部分は、それぞれ異なる伝搬定数を持つ上、異なる部分との界面では特性インピーダンスの差によ
る反射が生じる。

粒子状物質を捕集するフィルターの場合、規則的周期的な構造となっており、かつ粒子状物質がフィルターの最下流側に堆積することから、出口側配管内に送信アンテナを設置して電磁波をフィルターへと照射すると、電磁波が堆積粒子状物質による減衰の影響を強く受け、この結果として感度を高くすることができた。上流側配管内に送信アンテナを設置した場合には、電磁波がまず周期的構造を持つフィルター内を通過する間に減衰し、減衰後に、出口側に堆積した粒子状物質を透過して減衰することから、粒子状物質の堆積量に対する感度が若干低下したものと考えられる。

フィルターは、粒子状物質を含む気体が流通する容器中に配置されるものである。このフィルターは、本発明で用いる電磁波を透過するものでその透過率が小さいものほどよい。フィルターの形態としては、ハニカム構造体、多孔構造体を例示でき、ハニカム構造体が特に好ましい。また、フィルターの材質は、コージェライト、窒化ケイ素、アルミナ、炭化珪素などのセラミックスが好ましい。

コージェライトからなるフィルター、特にＤＰＦを使用した場合には、照射する電磁波の周波数が１００ＧＨｚ（０．１ＴＨｚ）を超えると、電磁波の吸収が発生することを見いだした。電磁波の周波数が０．１〜約０．２ＴＨｚの間は、透過率はなだらかに低下していく。しかし、周波数０．２ＴＨｚの近傍で、透過率が急激に低下することがわかった。粒子状物質を堆積していないフィルターにおける透過率が急激に低下すると、実際の粒子状物質の堆積したフィルターにおける透過率の測定値もそれに応じて著しく低下することになる。例えば図１１の例では、ＤＰＦフィルターの長さが２００ｍｍであるが、周波数０．２ＴＨｚの近傍で透過率が急激に低下し、−２０ｄＢに近づく。このレベルになると、粒子状物質の堆積量が大きくなると、透過率が容易に−４０ｄＢ以下、さらには−５０ｄＢ以下となるので、検出限界が近づき、あるいは検出限界を下回り易くなる。すると検出値の誤差が大きくなる。
以上のことから、フィルターをコージェライトで作製した場合には、本発明による作用効果が特に著しくなる。

配管の内径は限定されないが、通常は１０〜３００ｍｍであることが多い。また、容器の内径（最大値）は、２０ｍｍ以上であることが好ましく、１０００ｍｍ以下であることが好ましい。

容器は、フィルターを収容する収容部、上流側連結部、下流側連結部を備えていることが好ましい。この場合には、収容部の内径が配管の内径よりも大きい。また、上流側連結部の内径は、収容部から上流側配管へと向かって小さくなっていることが好ましい。また、下流側連結部の内径は、収容部から下流側配管へと向かって小さくなっていることが好ましい。

本発明では、受信アンテナで受信した電磁波の強度を検出し、この強度に基づいて、フィルターに捕集された粒子状物質の堆積量を演算する。この具体的方法は限定されないが、好ましくは、予め決められた強度と堆積量との関係式に対して、電磁波受信手段で検出された電磁波強度を代入し、粒子状物質の堆積量を演算する。

フィルターそれ自体が電磁波をある程度吸収することから、ブランクとして、粒子状物質が捕集されていない状態で受信強度を測定しておく。そして、粒子状物質が捕集された状態における受信強度との差および電磁波吸収係数から、粒子状物質の堆積量を算出する。

なお、電磁波吸収係数は、電磁波透過率の対数で表され、透過率は、受信強度の送信強度に対する割合である。

本発明では、排ガス浄化装置に、フィルタの上流側で排ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段をさらに備えることが好ましい。このとき、排ガス中に還元剤を直接的に供給してよく、気筒内に還元剤をポスト噴射することで排ガス中に還元剤を間接的に供給することもできる。フィルターの温度が還元剤の発火温度より高くなっていれば、還元剤がフィルター内で燃焼し、燃焼熱によってフィルターが例えば 600℃以上の高温となることで、フィルターを再生することができる。還元剤供給手段としては、ポンプ、インジェクタなどがある。フィルタの上流側に酸化触媒を配置したり、フィルタに触媒層を形成することもできる。

還元剤供給手段を用いた場合には、フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量の検出値に基づいて還元剤供給手段の駆動を制御する、制御手段を設けることが望ましい。これにより最適なタイミングで還元剤供給手段を駆動できるので、燃費が向上する。

図１に排ガス浄化装置を模式的に示す。ディーゼルエンジン１の排気マニホールドの排出管２が上流側配管３を介して容器５に連結されている。容器５の下流側に下流側配管４が設けられている。図２に示すように、容器５は、フィルターを収容する内径一定の収容部５ｂ、上流側連結部５ａおよび下流側連結部５ｃを備えている。

容器５の収容部５ｂ内にはフィルター１５が収容されている。フィルター１５は、多数の細孔が規則的に形成された多孔質セラミックスのハニカム構造体である。この細孔の一部は排ガス下流側で目詰めされ、流入側セルを形成しており，残りは、排ガス上流側で目詰めされ、流出側セルを形成している。流入側セルと流出側セルとは交互に隣接するように形成されており、これによってハニカム形状のウォールフロー構造をなしている。

上流側配管３内の流路３ａには送信アンテナ１１が設けられており、配管外に配置された送信素子部６と連結されている。また、下流側配管４の流路４ａ内には受信アンテナ１０が設けられており、受信アンテナ１０は、配管外に取り付けられた受信素子部７と連結されている。素子部６、７は、配線１２を介して制御部８に連結されている。

エンジン１からの排ガスは、上流側配管３を矢印Ａのように通過し、容器５内に入り、上流側端面１５ａからフィルター１５を通過して下流側配管４の流路４ａ内を流れ、矢印Ｃのように排出される。フィルター１５内には粒子状物質が捕集され、堆積する。

本発明に従い、制御装置８からの信号Ｆにより、上流側配管の流路３ａ内の送信アンテナ１１から電磁波を矢印Ｄのように送信すると、電磁波は、配管３の内壁面および下流側連結部５ａの内壁面に沿って伝搬し、フィルター１５の上流側端面１５ａに幅広く照射される。そしてフィルター１５内で、フィルター材質および粒子状物質による吸収減衰を受け、次いで矢印Ｄのように下流側配管４の流路４ａ内に伝搬し、受信アンテナ１０で受信される。
電磁波とフィルターとの位置関係を図４に模式的に示す。なお、２０はレンズ系である。

この受信信号を矢印Ｅのように制御部８に送信し、制御部８で処理した後、矢印Ｇのように、送信電磁波の情報と受信電磁波の情報とを演算装置９に送信する。演算装置９では、送信電磁波の情報、例えば強度を、受信電磁波の情報，例えば強度と比較すると共に、電磁波強度と堆積量との関係を示す検量線の情報を参照し、堆積量を演算する。

得られた堆積量の演算結果を矢印Ｈのように出力することで利用可能とする。例えば、堆積量がしきい値を超えた時点でフィルター１５を洗浄したり、交換の信号を出すことができる。

また、図３に示すように、上流側配管３の流路３ａに受信アンテナ１０を設置し、下流側配管４の流路４ａ内に送信アンテナ１１を設置することもできる。

（実験１）
図１および図２に示すような装置を作製し、スートの堆積量が既知のハニカムフィルター１５に対して電磁波を照射し、受信強度を測定した。ただし、フィルターにおける電磁波のビーム径はφ３ｍｍとし、ハニカムフィルターのセル密度は３００ｃｐｓｉとした。ハニカムフィルターの材質はコージェライトとし、寸法は、φ１５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ^３とした。ハニカムフィルターの上流側端面１５ａの面積あたりのスート堆積量は、１７または２９ｍｇ／ｃｍ^２である。

そして、フィルターへの照射電磁波Ｄの周波数を０〜０．２５ＴＨｚで変化させ、受信強度を測定した。この結果を図５に示す。

図５から分かるように、周波数０．２５ＴＨｚ以下の範囲では、電磁波の周波数が増大するのにつれて、フィルター通過後の受信強度が低下することがわかった。特に、周波数０．２ＴＨｚを超えると、受信強度が著しく低下することがわかった。これは、周波数０．２ＴＨｚ以上でダイナミックレンジが特に大きくなることを意味する。

（実験２）
実験1と同様にして、フィルターに堆積したスート量と受信強度との関係を測定した。ただし、電磁波の周波数は、０．０７、０．０８、０．１０、０．２０および０．２３ＴＨｚとした。各周波数での測定結果を図６〜図１０に示す。

図６、図７、図９に示すように、電磁波周波数が０．１０、０．０８または０．２０ＴＨｚであると、スート量０〜６ｇ／Ｌの範囲で測定可能であり、ダイナミックレンジは約２５ｄＢ以上と大きい。すなわち、実用的な検出範囲と高い感度とを両立させることに成功した。

一方、電磁波周波数が０．０７ＴＨｚであると（図８）、０．０８ＴＨｚの場合（図７）と比較して、感度が著しく低下している。これは、電磁波周波数０．０８ＴＨｚでスートの吸収が著しく変化することを意味しており、これはスートの未知の吸収特性に基づくものである。

また、電磁波周波数か０．２３ＴＨｚ（図１０）では、図９に比べて受信感度は著しく上昇し、スート量の測定範囲は実質的に４ｇ／Ｌ以下になっている。この結果は図５の実験結果（実験１）と整合している。すなわち、周波数が０．２０ＴＨｚを超えると，感度の顕著な変化によってスート量の検出可能範囲が臨界的に狭まることを意味している。

（実験３）
コージェライトからなるディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を作製し、その電磁波周波数に対する吸収特性を評価した。ＤＰＦのセル密度は３００ｃｐｓｉとし、長さは２００ｍｍとした。ＤＰＦに電磁波を照射し、透過率を測定し、透過率の測定結果を図１１に示す。

この結果、ＤＰＦの透過率は０．１ＴＨｚ以上で減衰が始まり、０．１８ＴＨｚまでは−１０ｄＢ以上であるが、０．２ＴＨｚの前後で急激に減衰した。０．２５ＴＨｚを超えると、−２０ｄＢ以下となることがわかった。一例を挙げると、スート堆積量をモニターする場合に、スート堆積量が例えば３ｇ／Ｌを超えると、電磁波周波数０．２３ＴＨｚ以上ではスート吸収とＤＰＦ吸収により透過率が−５０ｄＢ未満となり、受信感度限界領域になる。粒子状物質を堆積していないフィルターにおける透過率が急激に低下すると、実際の粒子状物質の堆積したフィルターにおける透過率の測定値もそれに応じて著しく低下することになる。つまり、周波数０．２ＴＨｚを超えると、粒子状物質の堆積量が大きくなると、透過率が容易に−４０ｄＢ以下、さらには−５０ｄＢ以下となるので、検出限界が近づき、あるいは検出限界を下回り易くなる。すると検出値の誤差が大きくなる。

ＤＰＦの透過率特性は、長さに比例することを確認しており、長さ１５０ｍｍの場合には本測定結果の０．７５倍の透過率となる。

１ エンジン ３ 上流側配管 ４ 下流側配管 ５ 容器 ５ａ 上流側連結部 ５ｂ 収容部 ５ｃ 下流側連結部 ６ 送信素子部 ７ 受信素子部 ８ 制御部 ９ 演算部 １０ 受信アンテナ １１ 送信アンテナ Ａ、Ｃ 排ガスの流れ Ｄ 電磁波

Claims (12)

1. 粒子状物質を含む気体から前記粒子状物質を捕集するフィルター、
   このフィルターを収容する容器、
   この容器の上流側に設けられ、前記気体を前記容器内へと流す上流側配管、
   前記容器の下流側に設けられ、前記フィルターを通過した後の気体を流す下流側配管、
   ８０ＧＨｚ以上、２００ＧＨｚ以下の周波数を有する電磁波を送信する送信アンテナ、および
   前記フィルターを透過した後の前記電磁波を受信する受信アンテナを使用し、
   前記受信アンテナで受信された前記電磁波の強度に基づいて、前記フィルターに捕集された前記粒子状物質の量を検出することを特徴とする、粒子状物質の堆積量検出方法。
2. 前記容器が、前記フィルターを収容する収容部と、この収容部と前記上流側配管とを連結する上流側連結部と、前記収容部と前記下流側配管とを連結する下流側連結部とを備えており、前記上流側連結部の内径が、前記収容部から前記上流側配管へと向かって小さくなっており、前記下流側連結部の内径が、前記収容部から前記下流側配管へと向かって小さくなっていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記送信アンテナを前記下流側配管内に設け、前記受信アンテナを前記上流側配管内に設けることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記送信アンテナを前記上流側配管内に設け、前記受信アンテナを前記下流側配管内に設けることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
5. 前記粒子状物質がパーティキュレート マターであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
6. 前記フィルターがコージェライトからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
7. 粒子状物質を含む気体から前記粒子状物質を捕集するフィルター、
   このフィルターを収容する容器、
   この容器の上流側に設けられ、前記気体を前記容器内へと流す上流側配管、
   前記容器の下流側に設けられ、前記フィルターを通過した後の気体を流す下流側配管、
   ８０ＧＨｚ以上、２００ＧＨｚ以下の周波数を有する電磁波を送信する送信アンテナ、および
   前記フィルターを透過した後の前記電磁波を受信する受信アンテナを備えており、
   前記受信アンテナで受信された前記電磁波の強度に基づいて、前記フィルターに捕集された前記粒子状物質の量を検出することを特徴とする、粒子状物質の堆積量検出装置。
8. 前記容器が、前記フィルターを収容する収容部と、この収容部と前記上流側配管とを連結する上流側連結部と、前記収容部と前記下流側配管とを連結する下流側連結部とを備えており、前記上流側連結部の内径が、前記収容部から前記上流側配管へと向かって小さくなっており、前記下流側連結部の内径が、前記収容部から前記下流側配管へと向かって小さくなっていることを特徴とする、請求項７記載の装置。
9. 前記送信アンテナを前記下流側配管内に設け、前記受信アンテナを前記上流側配管内に設けることを特徴とする、請求項７または８記載の装置。
10. 前記送信アンテナを前記上流側配管内に設け、前記受信アンテナを前記下流側配管内に設けることを特徴とする、請求項７または８記載の装置。
11. 前記粒子状物質がパーティキュレート マターであることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一つの請求項に記載の装置。
12. 前記フィルターがコージェライトからなることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一つの請求項に記載の装置。

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