JP5060368B2 - 粒子状物質の捕集量検出方法及び捕集量検出装置と排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質の捕集量検出方法及び捕集量検出装置に関する。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捕集量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（以下 DPFという））が知られている。この 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 DPFでは、PMの堆積によって排気圧損が上昇するため、何らかの手段で捕集された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、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、捕集されたPMを燃焼させ DPFを強制再生することが行われている。

しかしながらアイドル運転時や低負荷・低速度運転など、低排気温度状態が継続した場合には、酸化触媒などが活性化しないため酸化反応が生じず、排ガス温度の昇温が困難となる。したがって DPFを再生することが困難となり、 DPFの目詰まりが進行してしまう。

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 DPF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、 DPF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。

ところで DPFは一般にコージェライトなどのセラミックスから形成され、金属製のケーシング内に収納された状態で用いられる。このような DPFに対して特開2005−325771号公報に記載の技術を適用した場合には、ケーシングで電磁波が遮蔽されるために、ケーシングの外周に一次コイル及び二次コイルを巻回することはできない。したがってコイルは、ケーシング内において DPFの周囲に巻回しなければならない。

ところがケーシング内は排ガスが流通し、 DPFの強制再生時には1000℃もの高温となる。また強制再生時には酸化雰囲気であることも加わり、コイルが早期に劣化してしまう。したがって DPFのPM捕集量を推定する場合に、上記公報に記載の技術を用いることは実用的ではない。

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、この波長以下の局所的なPM捕集量の濃淡を検出できない。そのため局所的なPMの堆積によって、フィルタの再生制御時に熱暴走による局部的な高温が生じて発生するフィルタの溶損を防止することができない。
特開2005−325771号公報 特開平10−220219号公報

そこで本願発明者らは、排ガス流路の外側からフィルタに向かって周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波を照射し、フィルタを透過した電磁波の強度を検出することで、捕集されたPM量が推定できることを見出した。この方法によれば、PMによる電磁波の吸収を利用して捕集量を検出しているので、１点測定でも精度高く検出することができる。

ところが周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波（ミリ波レベルのマイクロ波）は、排ガス中の水分や不純物、あるいはフィルタに捕集されたアッシュにも吸収され、検出されるPM捕集量の誤差が大きいという問題があった。特に、ディーゼルエンジンの運転中にPM捕集量を検出する場合には、排ガス中の水分量や堆積したアッシュなどが経時において刻々と変化するため、検出されるPM捕集量の信頼性に問題があった。

またフィルタに触媒コート層を形成してなるフィルタ触媒についてもPM捕集量を推定することが重要である。しかしフィルタ触媒の場合には、担持されている貴金属によっても電磁波が吸収され、かつ貴金属の粒成長劣化の度合いに応じても電磁波の吸収度合いが変化するため、検出されるPM捕集量の信頼性がさらに低くなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の捕集量の検出精度を高め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量検出方法の特徴は、粒子状物質を含む気体が流通する流路中に捕集容器を配置して捕集容器に捕集された粒子状物質の捕集量を推定する捕集量検出方法であって、
流路の外部から捕集容器を含む第１部位にミリ波を照射し、第１部位を透過した電磁波の強度に関連した主物理量を検出する主検出工程と、
捕集容器の上流側の流路で捕集容器を含まない第２部位に外部からミリ波を照射し、第２部位を透過した電磁波の強度に関連した補物理量を検出する補検出工程と、
予め決められた主物理量と捕集量との関係式に主物理量を代入して粒子状物質の推定捕集量を推定するとともに、補物理量から推定される推定誤差量を用いて推定捕集量を補正し補正捕集量を演算する演算工程と、を含むことにある。

捕集容器がフィルタ触媒であるなど貴金属を含む場合には、新品の捕集容器を流路に配置して流路の外部から新品の捕集容器を含む部位にミリ波を照射し、透過した電磁波の強度に関連した空物理量を検出する空検出工程をさらに行い、主物理量を空物理量で補正することが望ましい。

また本発明の粒子状物質の捕集量検出装置の特徴は、粒子状物質を含む気体が流通する流路中に配置された捕集容器と、
流路の外部から捕集容器を含む第１部位と捕集容器の上流側で捕集容器を含まない第２部位とにそれぞれミリ波を照射する電磁波照射手段と、
第１部位及び第２部位をそれぞれ透過した電磁波の強度に関連した物理量をそれぞれ検出する電磁波受信手段と、
電磁波受信手段で検出された複数の物理量から粒子状物質の捕集量を演算する演算手段と、を含むことにある。

さらに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を捕集するフィルタと、
排ガス流路に形成された入射窓からフィルタを含む第１部位とフィルタの上流側でフィルタを含まない第２部位とにそれぞれミリ波を照射する電磁波照射手段と、
第１部位及び第２部位をそれぞれ透過し排ガス流路に形成された放射窓から放射された電磁波の強度に関連した物理量をそれぞれ検出する電磁波受信手段と、
電磁波受信手段で検出された複数の物理量からPMの捕集量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量検出方法及び捕集量検出装置によれば、周波数が数10GHz 〜数THz （波長がmmレベル）の電磁波を用い、粒子状物質による電磁波の吸収を利用して捕集量を検出しているので、１点測定でも精度高く検出することができる。そして第２部位における補物理量を用いて測定値を補正しているので、水分などによる誤差が除かれ、検出精度が大きく向上する。

また捕集容器がフィルタ触媒であるなど貴金属を含む場合には、貴金属の電磁波吸収による誤差が生じる。したがってこのような場合には、新品の捕集容器を流路に配置して流路の外部から新品の捕集容器を含む部位に周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波を照射し、透過した電磁波の強度に関連した空物理量を検出する空検出工程をさらに行い、主物理量を空物理量で補正することが望ましい。これにより検出値への貴金属の影響を排除することができ、検出精度がさらに向上する。

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、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。

さらに第２部位を酸化触媒を含む部位とすれば、酸化触媒の劣化状況も推定することが可能となる。

本発明の捕集量検出装置は、捕集容器と、電磁波照射手段と、電磁波受信手段と、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。200GHz近傍の周波数を用いることが特に好ましい。

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望ましいが、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、窒化ケイ素、アルミナなどセラミックス製のフィルタを代表的に用いることができる。

電磁波照射手段は、流路の外部から捕集容器を含む第１部位と捕集容器の上流側で捕集容器を含まない第２部位とにそれぞれ周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波を照射する。この電磁波照射手段としては、マグネトロンなどを用いることができる。

捕集容器に電磁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 の電磁波を透過可能な入射窓を介して電磁波を照射する。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。

また電磁波受信手段は、第１部位及び第２部位をそれぞれ透過した電磁波の強度をそれぞれ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。電磁波受信手段は、流路に対して電磁波照射手段と反対側に配置され、流路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、熱によって電磁波受信手段が劣化する恐れがあるので、流路に形成された数10GHz 〜数THz の電磁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。

電磁波照射手段と電磁波受信手段とは、流路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。

本発明の粒子状物質の捕集量検出方法では、主検出工程と補検出工程とが行われる。主検出工程と補検出工程は、検出する時間の差をできるだけ小さくすることが好ましく、同時に行うことが最も望ましい。

主検出工程では、流路の外部から捕集容器を含む第１部位に周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波を照射し、第１部位を透過した電磁波の強度に関連した主物理量を検出する。主物理量としては、透過した電磁波の強度、電磁波の透過率、電磁波の吸収係数などが用いられる。中でも、電磁波の吸収係数を用いることが好ましい。電磁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。

補検出工程では、捕集容器の上流側の流路で捕集容器を含まない第２部位に外部から周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波を照射し、第２部位を透過した電磁波の強度に関連した補物理量を検出する。補物理量は、主物理量と同様のものを用いることができる。主物理量と同一の物理量を用いることが望ましい。

第２部位としては、排気管の一部でもよいし、触媒などが存在する部位でもよい。第２部位として内部に何も存在しない流路を選択した場合には、補物理量は流路を流れる気体中に含まれる水分や不純物の量の指標となる。

一般的な排ガス浄化装置の場合には、フィルタ又はフィルタ触媒の上流側に酸化触媒が配置され、その上流側で燃料を排ガス中に供給し酸化触媒での反応熱で加熱された排ガスをフィルタ又はフィルタ触媒に供給して堆積したPMを燃焼させる強制再生が行われる。したがって、酸化触媒の存在する部位を第２部位とすることもできる。この場合には、補物理量は流路を流れる気体中の水分や不純物の量に加えて、酸化触媒自体に吸収される電磁波に対応する物理量も含まれる。

演算工程では、予め決められた主物理量と捕集量との関係式に主物理量を代入して粒子状物質の推定捕集量を推定するとともに、補物理量から推定される推定誤差量を用いて推定捕集量を補正し補正捕集量を演算する。一般には、推定捕集量から推定誤差量を差し引くことで補正捕集量が求められる。

貴金属を担持したフィルタ触媒など、捕集容器自体が周波数が数10GHz 〜数THz の電磁波をある程度吸収する場合には、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空物理量を測定しておく空検出工程をさらに行うことが望ましい。そうすれば、主物理量を空物理量で補正することで精度がさらに向上する。

また第２部位に酸化触媒などが存在する場合には、酸化触媒自体に吸収される電磁波による偏差を補正して、排ガス中の水分あるいは不純物による偏差のみを推定誤差量とすることが望ましい。

酸化触媒の存在する部位を第２部位とした場合には、酸化触媒中の貴金属が粒成長するに伴って補物理量が変化するため、酸化触媒の劣化程度を推定することが可能となる。この場合、酸化触媒の上流側の何も含まない流路に第３部位を設定し、第３部位で検出された物理量に基づいて補物理量を補正することが望ましい。

主物理量及び補物理量の測定は、連続的に行ってもよいし、間欠的に測定することもできる。自動車エンジンの排ガス中で測定する場合には、エンジンの駆動中に連続して測定してもよいし、間欠的に行ってもよい。間欠的に行う場合は、排ガスが定常状態にある際に測定するのが望ましい。定常状態とは、スロットル開度、エンジン回転数などが一定である時間が所定時間以上連続した状態である。

以下、参考例及び実施例により本発明を具体的に説明する。

（参考例）
図１に本参考例の排ガス浄化装置を示す。ディーゼルエンジン１の排気マニホールド10には、円筒形状のフィルタ触媒２を収納した鋼製のコンバータ20が連結されている。排気マニホールド10からの排ガスの大部分は、コンバータ20内を流れてフィルタ触媒２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11及びインタークーラー12を介してディーゼルエンジン１のインテークマニホールド13に戻される。

フィルタ触媒２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。そのセル隔壁の表面及び細孔内には、アルミナ、セリアなどの担体にPt、Rh、Ｋ、Ba、Liを担持した触媒コート層が形成され、NO_x 吸蔵還元型のフィルタ触媒が構成されている。

コンバータ20には、そのほぼ中央部外側に、マイクロ波発信器30とマイクロ波受信器31とが設置されている。マイクロ波発信器30とマイクロ波受信器31とは、フィルタ触媒２の中心軸を含む平面上でフィルタ触媒２を挟む両側にそれぞれ配置されている。マイクロ波発信器30は ECU４によって駆動が制御され、マイクロ波受信器31によって受信された信号は ECU４に入力されている。マイクロ波発信器30とマイクロ波受信器31とに対向するコンバータ20の表面には、図２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21と放射窓22が形成されている。

この排ガス浄化装置において、先ず新品のフィルタ触媒２を用い、エンジン１を駆動することなく、マイクロ波発信器30から200GHzのミリ波を入力強度Ｉ_i で発信し、マイクロ波受信器31で受信された出力強度Ｉ_o を測定した。発信されたミリ波のエネルギーは入射窓21、フィルタ触媒２、放射窓22によってある程度吸収されてＩ_i ＞Ｉ_o となり、透過率はＩ_o ／Ｉ_i で表される。

そして数１式から、新品のフィルタ触媒２を配置した場合の吸収係数α_r(referencs)が算出される。

次に、予め種々の捕集量でPMが捕集されたフィルタ触媒２を複数個用意してコンバータ20内にそれぞれ収納した。そしてエンジン１を駆動することなく、マイクロ波発信器30から200GHzのミリ波を入力強度Ｉ_i で発信し、マイクロ波受信器31で受信された出力強度Ｉ_o を測定した。

それぞれのフィルタ触媒２におけるPM捕集量と透過率（Ｉ_o ／Ｉ_i ）との関係を図３に示す。図３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。

そこで数１式を使って、フィルタ触媒２のみの場合の吸収係数α_r(referencs)を計測する。次に任意の時刻におけるPMが捕集されたフィルタ触媒２での吸収係数α_w(with PM)を算出する。そして、数２式を用いてフィルタ触媒２のみの場合の吸収係数α_r(referencs)に対する差であるα_pmを算出し、PM捕集量とα_pmとの関係を図４に示す。

図４から、PM捕集量とα_pmとの関係は一次式となることが明らかであり、吸収係数α_w 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。

（実施例１）
しかしながら現実的にPM捕集量を検出する場合には、排ガス中の水分、不純物、触媒中の貴金属の凝集程度などによって吸収係数が変化し、上記した参考例の考え方を実際にどう補正するかが課題となる。そこで、本実施例の排ガス浄化装置を図５に示す。

本実施例の排ガス浄化装置は、参考例と大部分が同様の構造であるので、相違点のみを説明する。コンバータ20には、フィルタ触媒２の上流側及び下流側における排ガス圧力差を検出する差圧センサ23が配置され、差圧センサ23の出力信号は ECU４に入力されている。さらにコンバータ20には、フィルタ触媒２の下流側で排ガス温度を検出する温度センサ24が設置されている。

またフィルタ触媒２の上流側でコンバータ20内が空洞である部位には、コンバータ20の外側に、マイクロ波発信器32とマイクロ波受信器33とが設置されている。マイクロ波発信器32は ECU４によって駆動が制御され、マイクロ波受信器33によって受信された信号は ECU４に入力されている。マイクロ波発信器32とマイクロ波受信器33とに対向するコンバータ20の表面には、参考例と同様にアルミナからなりマイクロ波が透過可能な図示しない入射窓と放射窓が形成されている。

本実施例におけるECU４の制御内容を、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。先ずステップ 100において、新品のフィルタ触媒２をコンバータ20に配置し、エンジン１を駆動することなく、その吸収係数（α_r ）を測定する。吸収係数（α_r ）の測定は、参考例と同様に数１式を用いて行う。

次いでエンジン運転履歴などから、 ECU４はフィルタ触媒２へのPM捕集量を推定し、PM捕集量をより精度良く測定すべきと判断された場合に、以下の制御を行う。

ステップ 101では、現実に使用中のフィルタ触媒２を用い、エンジン１を駆動しながら、吸収係数（α_f ）と吸収係数（α_b ）を測定する。吸収係数（α_f ）は、マイクロ波受信器31の信号から算出されるものであり、フィルタ触媒２が存在する第１部位における吸収係数である。また吸収係数（α_b ）は、マイクロ波受信器33の信号から算出されるものであり、フィルタ触媒２が存在しない第２部位における吸収係数である。

ステップ 102では、吸収係数（α_r ）を用いて吸収係数（α_f ）の値を補正する。これによって、フィルタ触媒２の劣化など組成変化による偏差が補正され、現時点におけるフィルタ触媒２に堆積しているPM量に対応した補正係数（α_fn）が算出される。しかし補正係数（α_fn）は、排ガス中の水分あるいは不純物の影響を受けた値である。

そこでステップ 103では、吸収係数（α_b ）を用いて補正係数（α_fn）を補正し、水分あるいは不純物の影響を排除した真係数（α）が求められる。

ステップ 104では、真係数（α）がしきい値Ｃと比較され、PMの捕集量が所定値に満たない場合にはステップ 101に戻る。PMの捕集量が所定値を超えた場合には、処理はステップ 105に進む。

ステップ 105では、 ECU４は噴射ノズル14を駆動して排ガス中に所定量の軽油を添加する。このとき、マイクロ波発信器30、32は駆動を停止するのが好ましいが、駆動が続行されていてもよい。

排ガス中に供給された軽油は、フィルタ触媒２に流入しフィルタ触媒２の熱によって発火し燃焼する。この燃焼熱によってフィルタ触媒２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 ECU４は、ステップ 106において、差圧センサ23の出力信号Δｐを常時観測する。そしてフィルタ触媒２の上流側と下流側との差圧が所定値Ｐ以下となるまで軽油の添加が続行される。

ステップ 107では温度センサ24の出力信号が監視され、フィルタ触媒２から排出された排ガス温度（ｔ）が所定値（Ｔ）未満の場合には、処理はステップ 101へ戻る。万一、排ガス温度（ｔ）が所定値（Ｔ）を超えた場合には、 ECU４はステップ 108で噴射ノズル14の駆動を停止もしくは駆動指令値を小さくし、フィルタ触媒２の温度を下げるよう制御することで溶損を防止するとともに、処理はステップ 101へ戻る。

したがって本実施例のPM捕集量検出方法によれば、排ガス中の水分あるいは不純物の影響を排除でき、かつフィルタ触媒の経時劣化、熱劣化の影響も排除できるので、純粋なPM捕集量のみを高い精度で検出することができる。

そして本実施例の排ガス浄化装置によれば、確実にPM捕集量が多くなり過ぎない状態でフィルタの再生処理を行うことができるので、再生処理時の熱暴走によるフィルタ触媒２の溶損を未然に防止することができる。さらに噴射ノズル14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。

（実施例２）
本実施例の排ガス浄化装置を図７に示す。この排ガス浄化装置は、コンバータ20内でフィルタ触媒２の上流に酸化触媒５を配置したこと、マイクロ波発信器32とマイクロ波受信器33とを酸化触媒５とフィルタ触媒２との間の空洞位置でコンバータ20の外側に配置したこと以外は実施例１と同様である。マイクロ波発信器32とマイクロ波受信器33とに対向するコンバータ20の表面には、実施例１と同様にアルミナからなりマイクロ波が透過可能な図示しない入射窓と放射窓が形成されている。

本実施例のPM捕集量検出方法は、実施例１と同様に図６のフローチャートに沿って行われる。本実施例の排ガス浄化装置によれば、ステップ 105で軽油が添加されると、酸化触媒５によって軽油が燃焼し、その反応熱で昇温された高温の排ガスがフィルタ触媒２に流入するため、ステップ 106〜ステップ 108の処理を短時間で行うことができる。

（実施例３）
本実施例の排ガス浄化装置を図８に示す。この排ガス浄化装置は、マイクロ波発信器32とマイクロ波受信器33とを酸化触媒５の存在する第２部位でコンバータ20の外側に配置したこと、酸化触媒５の上流側でコンバータ20内が空洞である第３部位でコンバータ20の外側にマイクロ波発信器34とマイクロ波受信器35を配置したこと以外は実施例１と同様である。マイクロ波発信器32、マイクロ波受信器33、マイクロ波発信器34、マイクロ波受信器35に対向するコンバータ20の表面には、それぞれ実施例１と同様にアルミナからなりマイクロ波が透過可能な図示しない入射窓と放射窓が形成されている。

本実施例では、ECU４の制御は図９に示すフローチャートに沿って行われる。ステップ 200では、実施例１のステップ 100と同様に、新品のフィルタ触媒２の吸収係数（α_r ）が測定される。またステップ 100では、新品の酸化触媒５をコンバータ20に配置し、エンジン１を駆動することなく、その吸収係数（α_rc）が吸収係数（α_r ）と同様の方法で測定される。

ステップ 201では、実施例１のステップ 101と同様に吸収係数（α_f ）が測定され、吸収係数（α_c ）と吸収係数（α_b ）が測定される。吸収係数（α_c ）はマイクロ波受信器33の信号から測定されるものであり、酸化触媒５が存在する第２部位における吸収係数である。また吸収係数（α_b ）は、マイクロ波受信器35の信号から算出されるものであり、空洞部分である第３部位における吸収係数である。

ステップ 202では、実施例１のステップ 102と同様に補正係数（α_fn）が算出され、かつ吸収係数（α_rc）を用いて吸収係数（α_c ）の値を補正する。これによって、酸化触媒５の劣化と水分などの影響を含む補正係数（α_cn）が算出される。

ステップ 203では、吸収係数（α_b ）の値を用いて補正係数（α_cn）がさらに補正され、Δαが算出される。このΔαは、排ガス中の水分及び不純物の影響が排除された、酸化触媒５の劣化程度のみに対応する物理量であり、Δαの大きさによって酸化触媒５に担持されている貴金属の粒成長の程度を把握することができる。

ステップ 204では、吸収係数（α_b ）を用いて補正係数（α_fn）を補正し、水分あるいは不純物の影響を排除した真係数（α）が求められる。ステップ 205〜ステップ 209の処理は、実施例１と同様に行われる。

すなわち本実施例のPM捕集量検出方法によれば、排ガス中の水分あるいは不純物の影響を排除でき、かつフィルタ触媒の経時劣化の影響も排除できるので、純粋なPM捕集量のみを高い精度で検出することができる。それとともに、酸化触媒５の劣化程度を検出することができ、交換の時期を精度高く知ることができる。

なお本実施例において、マイクロ波発信器34とマイクロ波受信器35を用いず、酸化触媒５の劣化度合いとは無関係に、フィルタ触媒２の強制再生時期を知ることも可能である。その場合は、図９において、ステップ 201で吸収係数（α_f ）と吸収係数（α_c ）のみを測定し、ステップ 203は行わない。そしてステップ 204において、補正係数（α_cn）を用いて補正係数（α_fn）を補正し、水分あるいは不純物の影響を排除した真係数（α）を算出（α＝α_fn−α_cn）すればよい。

本発明の参考例に係る排ガス浄化装置のブロック図である。 本発明の参考例に係る排ガス浄化装置の要部拡大断面図である。 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。 本発明の一実施例に係る排ガス浄化装置のブロック図である。 本発明の一実施例に係るPM捕集量検出方法を示すフローチャートである。 本発明の第２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ブロック図である。 本発明の第３実施例に係るPM捕集量検出方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１：エンジン ２：フィルタ ４：ECU
14：噴射ノズル 20：コンバータ 21：入射窓
22：放射窓 23：差圧センサ 24：温度センサ
30、32：マイクロ波発信器 31、33：マイクロ波受信器

Claims (9)

1. 粒子状物質を含む気体が流通する流路中に捕集容器を配置して該捕集容器に捕集された該粒子状物質の捕集量を推定する捕集量検出方法であって、
   該流路の外部から該捕集容器を含む第１部位にミリ波を照射し、該第１部位を透過した該電磁波の強度に関連した主物理量を検出する主検出工程と、
   該捕集容器の上流側の該流路で該捕集容器を含まない第２部位に外部からミリ波を照射し、該第２部位を透過した該電磁波の強度に関連した補物理量を検出する補検出工程と、
   予め決められた該主物理量と該捕集量との関係式に該主物理量を代入して該粒子状物質の推定捕集量を推定するとともに、該補物理量から推定される推定誤差量を用いて該推定捕集量を補正し補正捕集量を演算する演算工程と、を含むことを特徴とする粒子状物質の捕集量検出方法。
2. 前記捕集容器は貴金属を含み、新品の該捕集容器を前記流路に配置して前記流路の外部から新品の該捕集容器を含む部位にミリ波を照射し、透過した該電磁波の強度に関連した空物理量を検出する空検出工程をさらに行い、前記主物理量を該空物理量で補正する請求項１に記載の粒子状物質の捕集量検出方法。
3. 粒子状物質を含む気体が流通する流路中に配置された捕集容器と、
   該流路の外部から該捕集容器を含む第１部位と該捕集容器の上流側で該捕集容器を含まない第２部位とにそれぞれ周波数がミリ波を照射する電磁波照射手段と、
   該第１部位及び該第２部位をそれぞれ透過した該電磁波の強度に関連した物理量をそれぞれ検出する電磁波受信手段と、
   該電磁波受信手段で検出された複数の該物理量から該粒子状物質の捕集量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検出装置。
4. 前記捕集容器は貴金属を含む請求項３に記載の粒子状物質の捕集量検出装置。
5. 排ガス流路に配置されカーボンを主とするPMを捕集するフィルタと、
   該排ガス流路に形成された入射窓から該フィルタを含む第１部位と該フィルタの上流側で該フィルタを含まない第２部位とにそれぞれミリ波を照射する電磁波照射手段と、
   該第１部位及び該第２部位をそれぞれ透過し該排ガス流路に形成された放射窓から放射された該電磁波の強度に関連した物理量をそれぞれ検出する電磁波受信手段と、
   該電磁波受信手段で検出された複数の該物理量から該PMの捕集量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。
6. 前記排ガス流路の前記フィルタの上流側には酸化触媒が配置され、前記第２部位は該酸化触媒を含む部位である請求項５に記載の排ガス浄化装置。
7. 前記酸化触媒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た請求項５又は請求項６に記載の排ガス浄化装置。
8. 前記演算手段で演算された前記PMの捕集量に基づいて前記還元剤供給手段の駆動を制御する制御手段をさらに備えた請求項６に記載の排ガス浄化装置。
9. 前記フィルタは、貴金属を含む触媒コート層が形成されたフィルタ触媒である請求項５〜８のいずれかに記載の排ガス浄化装置。

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