JP4949976B2 - 粒子状物質の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置と排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置に関する。本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配置されたフィルタのPM堆積分布を検出する場合などに用いることができる。

ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少されてきている。しかし、ディーゼルエンジンについては、有害成分がPM（主として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）として排出されるという特異な事情から、ガソリンエンジンに比べて排ガス浄化が難しい。

現在までに開発さ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、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置（ウォールフロー）と、オープン型の排ガス浄化装置（ストレートフロー）とが知られている。このうちトラップ型の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）が知られている。このフィルタは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁とよりなり、セル隔壁の細孔で排ガスを濾過してPMを捕集することで排出を抑制するものである。

しかしフィルタでは、PMの堆積によって排気圧損が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、排ガス中に燃料などの還元剤を添加し、高温となっているフィルタで発火させその燃焼熱で捕集されているPMを燃焼させる再生処理を行っている。またフィルタの上流側に酸化触媒を配置し、その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フィルタへ供給してフィルタを強制再生することも行われている。

しかしながら、フィルタに捕集されているPM量が局部的に多い場合には、燃焼による発熱によってフィルタが局部的に溶損するという問題がある。またフィルタの上流側に多量のPMが捕集されていると、その部位での燃焼熱によって排ガスが過度に加熱され、それがフィルタの下流側に伝達され熱暴走が生じて溶損に至る場合もある。一方、PM捕集量が少ない間に再生処理を行えば、溶損が生じる確率は低減されるものの、添加燃料が多くなることにより燃費が悪化する。

そのため、PMの捕集量が所定値を超えたと判定されたときに、排ガス温度を強制的に上昇させることが考えられる。例えば運転状況に対するPM排出量のデータをマップデータとして ECUに記憶しておき、運転時間の積算値からPM排出量を推定し、これを累積計算してPM捕集量を推定する。そしてPM捕集量が所定量を超えたと判断された時点で、 排ガス温度を強制的に上昇させフィルタを再生する方法がある。

ところが運転状況に対するPM排出量のデータをマップデータとする場合においては、誤差が大きいという問題がある。またPMの捕集量の指標として、フィルタ前後の差圧を用いることも行われている。しかしこの方法においては、エンジンの運転状況によって判定の基準となる限界差圧の値が大きく変化するため、各運転条件による限界差圧のデータをマップデータとして記憶しておく必要があり、データ量が膨大となる。さらにPM捕集量と差圧との関係は直線関係になく、PM捕集量が少ない範囲において検出感度が低いという問題がある。

そこで特開2005−325771号公報には、捕集容器の外周に巻回した一次コイルに交流電流を流した時に、捕集容器の外周に巻回した二次コイルに発生する電流又は電圧を検出し、その値からPM捕集量を算出する方法が記載されている。二次コイルには、PM捕集量に対応した誘導起電力が発生するので、二次コイルに発生する電流又は電圧を検出することでPM捕集量を算出することができる。

また特開平10−220219号公報には、マイクロ波センサで電磁波強度を測定してPM量を検出する排ガス浄化装置が提案されている。この技術では、フィルタにPMが付着するとフィルタの誘電率、誘電損失が変化し、フィルタ内のマイクロ波の位相がずれ、マイクロ波強度が変化することを利用し、マイクロ波検出位置を固定して、その場所におけるマイクロ波強度を測定し、このマイクロ波強度の変化によりPM付着量を検出している。

しかしながらフィルタの誘電率、誘電損失は、温度の影響を受けるため温度補正をする必要があり、また直接的な位相差測定ではなく定在波を利用してマイクロ波センサで電磁場強度を検出しているため、１点測定ではマイクロ波の減衰の影響を分離するのが難しく、精度よく検出できないという問題がある。そのため、複数箇所で計測を行って総合的に評価したり、あるいはマップデータを用いて面倒な評価をする必要がある。そしてマイクロ波として通常使用している2.45 GHzのマイクロ波では、波長が12cm程度となり分解能が低いので、局所的なPM捕集量の濃淡を検出できない。
特開2005−325771号公報 特開平10−220219号公報

上記した各公報に記載の方法では、フィルタ全体としての平均的なPM捕集量あるいはPM捕集総量に関連する物理量を検出することはできるものの、フィルタ中におけるPMの捕集分布を検出することは困難である。車両に搭載されたフィルタでは、例えば排ガス上流側の方が下流側よりPM堆積量が多くなる場合がある。また熱を奪われやすい外周部の方が内周部よりPM堆積量が多くなる。したがって平均的なPM捕集量あるいはPM捕集総量を検出したとしても、再生処理を行うべきか否かを精度高く判定するには情報量が不足していた。

一方、PMが捕集されたフィルタを切断すれば、PM捕集分布を測定することが可能である。しかし、非破壊検査にてPM捕集分布を検出できることが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、PMなどのマイクロ波を吸収する粒子状物質の捕集分布を、非破壊で、容易にかつ高い精度で検出することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明の粒子状物質の捕集分布検出方法の特徴は、粒子状物質が捕集されたセラミックス製の捕集容器に対して外部からミリ波レベルのマイクロ波を照射し、捕集容器を透過したマイクロ波の強度を検出し、予め決められたマイクロ波強度と捕集量との関係式に強度を代入して粒子状物質の捕集量を演算する工程を捕集容器の複数箇所についてそれぞれ行い、
捕集された粒子状物質の捕集容器内における捕集分布を検出することにある。

また本発明の粒子状物質の捕集分布検出装置の特徴は、粒子状物質が捕集されたセラミックス製の捕集容器の外部から捕集容器の複数箇所に向かってミリ波レベルのマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
捕集容器の複数箇所を透過したマイクロ波の強度をそれぞれ検出するマイクロ波受信手段と、
マイクロ波受信手段で検出された強度から粒子状物質の捕集量をそれぞれ演算し捕集容器中の粒子状物質の捕集分布を演算する演算手段と、を含むことにある。

そして本発明の排ガス浄化装置の特徴は、排ガス流路に配置されカーボンを主とするPMを捕集するセラミックス製のフィルタと、
フィルタを収納する収納容器と、
収納容器に形成された入射窓からフィルタの複数箇所にミリ波レベルのマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
フィルタを透過し収納容器に形成された放射窓から放射されたマイクロ波の強度をそれぞれ検出するマイクロ波受信手段と、
マイクロ波受信手段で検出されたそれぞれの強度からPMの捕集分布を演算する演算手段と、を含むことにある。

本発明の粒子状物質の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置によれば、周波数が数10GHz 〜数THz （波長がmmレベル）のマイクロ波を用い、粒子状物質によるマイクロ波の吸収を利用して照射箇所における粒子状物質の捕集量を検出し、複数箇所における捕集量を検出することで粒子状物質の捕集分布を検出しているので、捕集容器内の粒子状物質の捕集分布を精度高く検出することができる。

そして本発明の排ガス浄化装置によれば、局所的なPM捕集量の濃淡を精度よく検出できるので、局部的に捕集量が多くなり過ぎない状態で再生処理を行うことで熱暴走によるフィルタの溶損を防止することができる。また再生処理時における排ガス中への還元剤供給量を最小限とできるため、燃費も向上する。

本発明の捕集分布検出装置は、捕集容器と、捕集容器にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、捕集容器の複数箇所を透過したマイクロ波の強度をそれぞれ検出するマイクロ波受信手段と、マイクロ波受信手段で検出された強度から粒子状物質の捕集量を演算し捕集容器中の粒子状物質の捕集分布を演算する演算手段と、を含む。

本発明にいう粒子状物質とは、周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波を吸収し、そのエネルギーを最終的には熱エネルギーに変換する物質であれば特に制限なく、カーボンを主とするPM、フェライト粉などの磁性体粉末などが例示される。

また本発明では、周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波が用いられる。周波数がこの範囲より低いと捕集された粒子状物質を透過しやすくなり、捕集量の検出精度が低下する。また周波数がこの範囲より高くなると、捕集された粒子状物質を透過しにくくなり、やはり検出精度が低下する。 100〜600GHz程度の周波数のマイクロ波を用いることが好ましい。特に、 100〜200GHzのマイクロ波を検出するマイクロ波受信手段には、品質が安定した安価な汎用品を用いることができる。

捕集容器は、粒子状物質を含む気体が流通する流路中に配置されて粒子状物質を捕集するものであり、各種フィルタを用いることができる。この捕集容器は、周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波を透過するものが用いられる。マイクロ波の一部が吸収されても構わない。排ガス浄化装置の場合には、コージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどセラミックス製のフィルタが代表的に用いられる。これらのセラミックスは、周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波の透過率が高い。

フィルタのセル隔壁表面及びセル隔壁内の細孔表面に酸化触媒層を形成した触媒付きフィルタを用いることも好ましい。マイクロ波は触媒としてのPtなどの貴金属にも吸収されるが、貴金属の担持量及び担持分布が一定であれば、粒子状物質の捕集分布を精度高く検出することができる。

マイクロ波照射手段は、捕集容器の外部から捕集容器に周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波を照射する手段であり、マグネトロンなどを用いることができる。捕集容器にマイクロ波を直接的に照射することが望ましいが、排ガス浄化フィルタなど金属製の収納容器に収納されている捕集容器の場合には、収納容器に形成され数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波を透過可能な入射窓を介して照射する。この入射窓の材質としては、コージェライト、窒化ケイ素、アルミナなどのセラミックス、ガラスなどを用いることができる。

マイクロ波受信手段は捕集容器を透過したマイクロ波の強度を検出するものであり、マイクロ波センサなど公知のものを用いることができる。マイクロ波受信手段は、捕集容器に対してマイクロ波照射手段と反対側に配置され、捕集容器に近接して配置することが望ましい。しかし排ガス浄化装置の場合には、熱によってマイクロ波受信手段が劣化する恐れがあるので、収納容器に形成され数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波を透過可能な放射窓を介して受信するように構成する。この放射窓は、入射窓と同様のもので耐熱性を有する材質から形成することができる。

マイクロ波照射手段とマイクロ波受信手段とは、捕集容器に対して互いに反対側に位置するように配置される。例えばハニカムフィルタなど円柱形状の捕集容器の場合には、その直径方向の両側にそれぞれ配置することができる。あるいは排ガス流入側と排ガス流出側で、それぞれ軸を含む平面上で互いに反対側に位置するように配置することも好ましい。このようにすれば、排ガス流れ方向の全長におけるPM捕集量を検出することができる。

本発明の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置では、粒子状物質が捕集された捕集容器を少なくとも湿度が一定の恒湿室に配置した状態で、捕集分布の検出を行うことが望ましい。周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波は水分に吸収されるため、測定雰囲気の湿度が変動すると検出値も変動して精度が低下するからである。

本発明の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置では、マイクロ波は捕集容器に向かって複数箇所で照射され、それぞれの箇所で透過したマイクロ波の強度がマイクロ波受信手段によってそれぞれ検出される。マイクロ波発信手段とマイクロ波受信手段とを、捕集容器の表面に沿って互いに対向するようにそれぞれ複数個配置することができる。また一対のマイクロ波照射手段とマイクロ波受信手段とを互いに対向させた状態で、捕集容器の軸方向あるいは両端面の直径方向に沿って移動させながら複数箇所で検出してもよい。あるいはＣＴスキャンのように、マイクロ波照射手段とマイクロ波受信手段とを捕集容器の周囲に沿って回転させながら軸方向に移動させて複数箇所で検出することも好ましい。このようにすれば、捕集容器内の粒子状物質の捕集分布を立体的に検出することができ、二次元又は三次元の画像として表示することが可能となる。

複数箇所としては、例えばハニカムフィルタなど円柱形状の捕集容器の場合には、その軸方向に複数箇所とすることが好ましく、端面の直径に沿う複数箇所とすることも好ましい。

演算手段は、複数箇所においてマイクロ波受信手段で検出されたマイクロ波強度から粒子状物質の捕集量をそれぞれ演算し、その演算結果から捕集容器中の粒子状物質の捕集分布を演算する。例えば予め決められた強度と捕集量との関係式に、マイクロ波受信手段で検出されたマイクロ波強度を代入することで、各照射位置における粒子状物質の捕集量を演算する。複数箇所の照射位置における捕集量を演算することで、捕集分布を演算することができる。

捕集容器自体が周波数が数10GHz 〜数THz のミリ波レベルのマイクロ波をある程度吸収する場合が多いので、先ずブランクとして粒子状物質が捕集されていない状態の捕集容器のみの場合の受信強度を測定しておく。そうすれば、粒子状物質が捕集された状態における受信強度との差から、粒子状物質の捕集量を算出することができる。

排ガス浄化装置の場合には、演算手段は、マイクロ波受信手段による検出値からPMが捕集されたフィルタにおけるマイクロ波の吸収係数を算出し、予め測定されたPMが捕集されていないフィルタのみにおけるマイクロ波の吸収係数に対する比からPMの捕集量を演算することが望ましい。マイクロ波の吸収係数を指標とすることで、温度などの各種因子に関わらずPM捕集量と吸収係数との関係が一次式となるので、PM捕集量の算出を容易にかつ精度高く行うことができる。なお吸収係数は透過率の対数で表され、透過率は放射出力の入射出力に対する割合である。

本発明の排ガス浄化装置によれば、PMの捕集分布を精度高く検出することができる。したがってPMが局部的に多く捕集されていることなどを検出できるので、その部位のPM捕集量が所定値より多くならない状態で再生処理を行うことで、燃費の悪化を最小限としつつフィルタ再生時の溶損を確実に防止することができる。

本発明の排ガス浄化装置には、フィルタへ流入する排ガスの温度を外周と内周とで異ならせるように制御する手段、フィルタの流入側端面とそこへ流入する流路との関係を制御する手段、フィルタの軸方向の特定位置を加熱する手段、などをさらに用いることが好ましい。これらの手段を用いることで、PM捕集分布に応じてPM捕集量の多い部分を局部的に加熱することができ、フィルタ再生処理の時間を短縮したり、フィルタ再生処理までの時間を延長することができる。したがって燃費をさらに低減することが可能となる。

なお、上記したように水もマイクロ波吸収体であり、フィルタ内の水分量が検出値に影響を及ぼす。したがって、水分センサなどを用いて検出された水分量も加味して検出することが望ましい。しかしフィルタの温度を一定値に制御して検出すれば、飽和水蒸気圧が一定であるので排ガス中に含まれる水分は一定とみなすことができ、実用上は問題無くPM捕集分布を検出することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１に、本実施例の捕集分布検出装置を模式的に示す。この装置は、ディーゼルエンジンの排気系に用いられるフィルタ１と、マイクロ波発信器２と、マイクロ波受信器３と、演算装置４と、から構成されている。

フィルタ１は、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、を有するハニカム形状のウォールフロー構造をなし、コージェライトから形成されている。

このフィルタ１は試料台10に流出側端面が接するように載置されている。また試料台10には、フィルタ１の重量を検出する重量センサ11が設けられている。

マイクロ波発信器２には３系統の発信部20、21、22が備えられ、発信部20、21、22はフィルタ１の外周表面に沿い、フィルタ１の中心軸と平行な直線上に配置されている、発信部20はフィルタ１の流入側端部に向かって、発信部22は流出側端部に向かって、発信部21は発信部20と発信部22の中間でフィルタ１の軸方向中央部へ向かって、それぞれ600GHzのミリ波を照射する。

マイクロ波受信器３には３系統の受信部30、31、32が備えられ、受信部30、31、32はフィルタ１の中心軸に対して発信部20、21、22とそれぞれ対称位置に配置され、フィルタ１を透過したマイクロ波を受信する。

上記した捕集分布検出装置を用い、先ず新品のフィルタ１を試料台３に載置して、重量センサ11によって重量W_Bを測定するとともに、発信部20、21、22から600GHzのミリ波を入力強度I_Bで照射する。そして受信部30、31、32によって、フィルタ１を直径方向に透過したミリ波の出力強度I₀、I₁、I₂をそれぞれ測定する。

そして数１式から、PMが捕集されていない新品のフィルタ１の吸収係数α_r (reference)が算出される。

PMが捕集されておらず、フィルタ１は一端から他端まで同一断面構造であるので、上流側端部・中央部・下流側端部の各部位における吸収係数α_r 値は同一となる。また各部位の透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）も同一となる。

次に、予め既知量のPMが上流側端部から下流側端部まで均一に捕集されているフィルタ１を、PM捕集量のみが異なる複数種類用意し、上記と同様にしてフィルタ１を直径方向に透過したミリ波の出力強度I₀、I₁、I₂をそれぞれ測定する。透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）は、同一のフィルタ１内では同一であり、PM捕集量が異なる複数種類間で異なっている。予めわかっているPM捕集量と測定された透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）との関係を図２に示す。

図２からわかるように、PM捕集量と透過率との関係は一次式とはなっていない。したがって透過率からPM捕集量を推定するには、複雑な計算が必要となる。

そこで演算装置４では、数１式から、PMが均一に捕集されたフィルタ１を用いた場合の吸収係数α_w (with PM)を算出する。そして新品のフィルタ１の吸収係数α_r に対する比であるPM ratio（α_w ／α_r ）を算出し、PM捕集量とPM ratioとの関係を図３に示す。

図３から、PM捕集量とPM ratioとの関係は一次式となることが明らかであり、PM ratioを測定することでPM捕集量を容易にかつ精度高く検出することができることがわかる。

そこで新品のフィルタ１をディーセルエンジンの排気系に装着し、60km／hrの定常走行条件で 100km走行した後にフィルタ１を取り出して試料とした。この使用済みフィルタ１を試料台３に載置して、重量センサ11によって重量W₀を測定するとともに、発信部20、21、22から600GHzのミリ波を入力強度I_Bで照射する。そして受信部30、31、32によって、フィルタ１を直径方向に透過したミリ波の出力強度I₀、I₁、I₂をそれぞれ測定する。

そして演算装置４では、数１式から、使用済みフィルタ１の上流側端部・中央部・下流側端部の各部位における吸収係数（α_w0、α_w1、α_w2)を算出し、新品のフィルタ１の吸収係数α_r に対する比であるPM ratioをそれぞれ算出する。そして図３のグラフから、それぞれのPM ratioに該当するPM捕集量を読み取り、PM捕集重量（W₀−W_B、W_１−W_B、W_２−W_B）によって補正した結果を図４に示す。

図４から、使用済みフィルタ１の上流側端部が最もPM捕集量が多く、PM捕集量は中央部に向かうにつれて急激に減少し、中央部から下流側端部まではPM捕集量は緩やかに減少していることがわかる。すなわち本実施例の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置によれば、使用済みのフィルタ１を破壊することなく、排ガス流れ方向におけるPM捕集量の分布を容易にかつ精度高く検出することができる。

この実施例では、PMが捕集されていないフィルタ１の上流側端部・中央部・下流側端部の各部位における吸収係数α_r 値が同一であり、各部位の透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）も同一である場合について示した。しかしながら各部位の透過率が異なる場合であっても、同一部位におけるPM捕集量の差異から、PM捕集量の分布を算出することが可能である。

（実施例２）
本実施例では、実施例１と同様のフィルタ１を用い、図５に示すようにその中心軸が試料台10の表面と平行になるように載置した。そして発信部20、21、22はフィルタ１の流入側端面に対向して直径方向に並び、発信部20と発信部22は外周側のセル又は目詰め栓に向かって、発信部21は軸芯位置のセル又は目詰め栓に向かって、それぞれ600GHzのミリ波を照射する。受信部30、31、32はフィルタ１の流出側端面に対向して直径方向に並び、発信部20、21、22とそれぞれ対向する位置に配置され、フィルタ１を透過したマイクロ波を受信する。

その他は実施例１と同様にして、使用済みフィルタ１の外周部上・内周部・外周部下の各部位における吸収係数（α_w0、α_w1、α_w2)を算出し、数２式を用いて新品のフィルタ１の吸収係数α_r に対する比であるPM ratioをそれぞれ算出する。図３のグラフから、それぞれのPM ratioに該当するPM捕集量を読み取り、PM捕集重量（W₀−W_B、W_１−W_B、W_２−W_B）によって補正した結果を図６に示す。

図６から、使用済みフィルタ１の上下外周部でPM捕集量が多く内周部で少ないことがわかる。すなわち本実施例の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置によれば、使用済みのフィルタ１を破壊することなく、直径方向のPM捕集量の分布を容易にかつ精度高く検出することができる。

この実施例では、PMが捕集されていないフィルタ１の外周部上・内周部・外周部下の各部位における吸収係数α_r 値が同一であり、各部位の透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）も同一である場合について示した。しかしながら各部位の透過率が異なる場合であっても、同一部位におけるPM捕集量の差異から、PM捕集量の分布を算出することが可能である。

（実施例３）
図７に本実施例の排ガス浄化装置を示す。ディーゼルエンジン５の排気マニホールド50には、円筒形状の触媒付きフィルタ１’を収納した鋼製のコンバータ51が連結されている。排気マニホールド50からの排ガスの大部分は、コンバータ51内を流れてフィルタ１を通過した後に排出され、排ガスの一部は、ターボチャージャ52及びインタークーラー53を介してディーゼルエンジン５のインテークマニホールド54に戻される。また排気マニホールド50には噴射ノズル55が配置され、排ガス中に軽油が間欠的に噴射されるように構成されている。

触媒付きフィルタ１’は、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、を有するハニカム形状のウォールフロー構造をなし、実施例１と同様のコージェライトから形成されたフィルタ１を有する。このフィルタ１のセル隔壁の表面と細孔内表面には、アルミナにPtが担持されてなる触媒層が形成されている。

コンバータ51には、そのほぼ中央部外側に、図示しないマイクロ波発信器から延びる３個の発信部（20、21、22）と、図示しないマイクロ波受信器から延びる３個の受信部（30、31、32）とが設置されている。３個の発信部（20、21、22）と３個の受信部（30、31、32）とは、触媒付きフィルタ１’の中心軸を含む平面上で触媒付きフィルタ１’を挟む両側に、互いに対向するようにそれぞれ配置されている。マイクロ波発信器は ECU６によって駆動が制御され、マイクロ波受信器によって受信された信号が ECU６に入力されている。３個の発信部（20、21、22）と３個の受信部（30、31、32）に対向するコンバータ51の表面には、図８に示すように、アルミナからなりマイクロ波が透過可能な入射窓56と放射窓57が形成されている。

この排ガス浄化装置において、先ず新品の触媒付きフィルタ１’を用い、エンジン５を駆動することなく、３個の発信部（20、21、22）から600GHzのミリ波を入力強度IBで発信し、３個の受信部（30、31、32）で受信された出力強度（I₀、I₁、I₂）を測定する。発信されたミリ波のエネルギーは入射窓56、触媒付きフィルタ１’、放射窓57によってある程度吸収される。しかしPMが捕集されておらず、触媒付きフィルタ１’は一端から他端まで同一断面構造であり、Ptの担持分布も均一であるので、上流側端部・中央部・下流側端部の各部位における吸収係数α_r 値は同一となる。また各部位の透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）も同一となる。

そして数１式から、触媒付きフィルタ１’のみの場合の吸収係数α_r が算出される。

本実施例においては、エンジン５を駆動した状態で３個の発信部（20、21、22）を常時駆動し、 ECU６は受信部（30、31、32）で受信された出力強度から算出される各PM ratioを常時観測する。そして図３に相当する関係式からPM捕集量が算出され、受信部30で検出された流入側のPM捕集量が予め設定された所定値を超えた場合には、 ECU６は噴射ノズル55を駆動して排ガス中に所定量の軽油を供給する。

排ガス中に供給された軽油は、触媒付きフィルタ１’に流入し触媒層に担持されたPtの触媒作用によって低温域でも発火し燃焼する。この燃焼熱によって触媒付きフィルタ１’は約 600℃以上に昇温し、捕集されていたPMが燃焼する。このとき ECU６は、各PM ratioを常時観測する。そして流入側、中央部、流出側のPM捕集量のうち少なくとも流入側のPM捕集量が所定値以下となるまでは軽油の添加が続行され、少なくとも流入側のPM捕集量が所定値以下となったときに、 ECU６は噴射ノズル55の駆動を停止し触媒付きフィルタ１’の溶損あるいはPtの粒成長を防止する。

すなわち本実施例の排ガス浄化装置によれば、PM ratioを測定することでPM捕集分布を容易にかつ精度高く検出することができる。またミリ波レベルのマイクロ波を用いることで、局所的なPM捕集量の濃淡を精度よく検出できる。したがってPM捕集量が多くなり過ぎない状態で確実に触媒付きフィルタ１’の再生処理を行うことができるので、熱暴走による溶損を未然に防止することができる。さらに噴射ノズル55の駆動を最小限とすることができるので、燃費が向上する。

なお、この実施例では、PMが捕集されていない触媒付きフィルタ１’の上流側端部・中央部・下流側端部の各部位における吸収係数α_r 値が同一であり、各部位の透過率（I₀／I_B、I₁／I_B、I₂／I_B）も同一である場合について示した。しかしながら各部位の透過率が異なる場合であっても、同一部位におけるPM捕集量の差異から、PM捕集量の分布を算出することが可能である。

本発明の一実施例に係る捕集分布検出装置の構成を示す説明図である。 PM捕集量と透過率との関係を示すグラフである。 PM捕集量とPM ratioとの関係を示すグラフである。 本発明の一実施例で検出されたフィルタの流れ方向におけるPM捕集分布を示すグラフである。 本発明の第２の実施例に係る捕集分布検出装置の構成を示す説明図である。 本発明の第２実施例で検出されたフィルタの直径方向におけるPM捕集分布を示すグラフである。 本発明の第３の実施例に係る排ガス浄化装置のブロック図である。 本発明の第３の実施例に係る排ガス浄化装置の要部拡大断面図である。

符号の説明

１：フィルタ ２：マイクロ波発信器 ３：マイクロ波受信器
４：演算装置 10：試料台 11：温度センサ
20、21、22：発信部 30、31、32：受信部

Claims (4)

1. 粒子状物質が捕集されたセラミックス製の捕集容器に対して外部からミリ波レベルのマイクロ波を照射し、該捕集容器を透過した該マイクロ波の強度を検出し、予め決められたマイクロ波強度と捕集量との関係式に該強度を代入して該粒子状物質の捕集量を演算する工程を該捕集容器の複数箇所についてそれぞれ行い、
   捕集された該粒子状物質の該捕集容器内における捕集分布を検出することを特徴とする粒子状物質の捕集分布検出方法。
2. 粒子状物質が捕集されたセラミックス製の捕集容器の外部から該捕集容器の複数箇所に向かってミリ波レベルのマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
   該捕集容器の該複数箇所を透過した該マイクロ波の強度をそれぞれ検出するマイクロ波受信手段と、
   該マイクロ波受信手段で検出された該強度から該粒子状物質の捕集量をそれぞれ演算し該捕集容器中の該粒子状物質の捕集分布を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする粒子状物質の捕集量分布検出装置。
3. 排ガス流路に配置されカーボンを主とするPMを捕集するセラミックス製のフィルタと、
   該フィルタを収納する収納容器と、
   該収納容器に形成された入射窓から該フィルタの複数箇所にミリ波レベルのマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
   該フィルタを透過し該収納容器に形成された放射窓から放射された該マイクロ波の強度をそれぞれ検出するマイクロ波受信手段と、
   該マイクロ波受信手段で検出されたそれぞれの該強度からPMの捕集分布を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする排ガス浄化装置。
4. 前記演算手段は、前記マイクロ波受信手段による検出値からPMが捕集された前記フィルタにおける前記マイクロ波の吸収係数を算出し、予め測定されたPMが捕集されていない前記フィルタのみにおける前記マイクロ波の吸収係数に対する比からPMの捕集量を演算する請求項３に記載の排ガス浄化装置。

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