(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンに装備される排気ガス浄化装置の粒子状物質蓄積量計測方法において、排気管途中に多孔質セラミックで構成されるＤＰＦを接続し、
前記ＤＰＦはＤＰＦ本体と該ＤＰＦ本体を密着して収納する容器とからなり、前記ＤＰＦ本体は隔壁によって区画された複数の細長いセルより成るハニカム状の多孔質セラミックで構成され、前記排気管途中への接続は前記細長いセルの長手方向、すなわち縦方向が排気管の軸方向と一致するように接続されており、
前記容器の外側側面に接し、かつ、横方向の対称位置に超音波を伝搬させるための超音波発信器および超音波を受信するための超音波受信器を設け、
前記超音波受信器の検出信号を処理する制御装置により、前記ＤＰＦ本体内を前記細長いセルの長手方向と直交する方向、すなわち横方向に伝搬した超音波の検出信号を検出するとともに、ＰＭ未蓄積時のＤＰＦ本体内を横方向に伝搬した超音波の検出信号の振幅と、ＰＭ蓄積時のＤＰＦ本体内を横方向に伝搬した超音波の検出信号の振幅とを比較して求めた減衰量が一定値を超えた場合にＤＰＦ再生動作が必要であると判定することを特徴とする粒子状物質蓄積量計測方法。
【請求項２】
前記超音波は、周波数が数ＭＨｚ帯のものを用いることを特徴とする請求項１記載の粒子状物質蓄積量計測方法。
【請求項３】
前記ＤＰＦ本体とそれを収納する容器の間に、断熱材をそれぞれに密着するように配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の粒子状物質蓄積量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンなどの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するための排気ガス浄化フィルタの再生方法において、排気ガス浄化フィルタにより捕集された粒子状物質の蓄積量を正確に評価するための粒子状物質蓄積量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：以下、ＤＰＦという）は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：以下、ＰＭという）を、その触媒が担持されたポーラス状のセラミックの壁を通過させ、それらを濾しとることによって排気ガスとＰＭを浄化する。しかし、そのＤＰＦによって捕集できるＰＭの量には限界があるため、定期的に自己発熱または通電等による外部加熱等によって高温状態にすることでＰＭを燃やす“再生動作”を必要とする。
この再生において、蓄積されたＰＭの量が多すぎると発生する熱応力に起因して、フィルタの破損につながることがある。一方、ＰＭの蓄積量を低く保つために必要以上の頻度の再生動作を行うことは、再生動作にはＤＰＦを高温にするための余分なエネルギーを必要とするため、燃費の低下につながる。そこで、ディーゼルエンジンの燃費の向上のためには、ＤＰＦの損傷の恐れの無い必要最低限の再生頻度を実現するためにその再生時期を正確に判定する必要があり、ＰＭの蓄積量を正確に計測しなければならない。
【０００３】
従来、ＤＰＦに蓄積しているＰＭの量の計測方法として、フィルタの上流側と下流側の圧力差（圧損）による評価（例えば、特許文献１参照）、コンピューターを用いて運転時間から蓄積されているＰＭの量を推測する方法（例えば、特許文献２参照）などが知られており、また、フィルタの上流側下流側の排気管内に音響源と音響受信器を設けることも試みられている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０２３８８４号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４２８号公報
【特許文献３】特表２００５−５３８３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術の問題点としては、フィルタの上流側と下流側の圧力差（圧損）による評価では、ＰＭの蓄積に対して圧損は早期に飽和傾向を示すため、その正確な評価は困難であり、コンピューターを用いて運転時間から蓄積されているＰＭの量を推測する方法では、ＰＭの発生量はエンジンの運転履歴など様々な条件に対して複雑に依存するため、個々のエンジンの運転状態に対するＰＭ発生データベースの構築と複雑なプログラムの開発が必要となる。また、排気管内に音響源と音響受信器を設ける方法では、排気の温度や流速等の影響を受け正確な評価が困難であり、排気ガス雰囲気中でのセンサの劣化などの問題も生じる。
本発明は、上記問題点を解決し、ＤＰＦの損傷の恐れの無い必要最低限の再生頻度を実現するためにその再生時期を正確に判定するための、ＰＭの蓄積量に対する新しい評価法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の粒子状物質蓄積量計測方法は、ディーゼルエンジンに装備される排気ガス浄化装置の粒子状物質蓄積量計測方法において、排気管途中に多孔質セラミックで構成されるＤＰＦを接続し、ＤＰＦを収納する容器外側等に超音波を伝搬させるための超音波発信器および超音波を受信するための超音波受信器を設け、超音波受信器の検出信号を処理する制御装置により、ＤＰＦ本体内を伝搬した超音波の検出信号の減衰量からＤＰＦ内に蓄積されたＰＭの量を評価することを特徴とする。
また、本発明は、上記粒子状物質蓄積量計測方法において、制御装置によるＤＰＦ内に蓄積されたＰＭの量の評価は、ＰＭ未蓄積時のＤＰＦ本体内を伝搬した超音波の検出信号の振幅と、ＰＭ蓄積時のＤＰＦ本体内を伝搬した超音波の検出信号の振幅とを比較して求めた減衰量が一定値を超えた場合にＤＰＦ再生動作が必要であると判定することを特徴とする。
また、本発明は、上記粒子状物質蓄積量計測方法において、超音波の周波数は数ＭＨｚ帯のものを用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記粒子状物質蓄積量計測方法において、ＤＰＦ本体とそれを収納する容器の間に、超音波の信号減衰を防止する素材を利用した断熱材を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の粒子状物質蓄積量計測方法によれば、ＤＰＦの容器の外側に超音波発信器・超音波受信器を設けＤＰＦ本体を伝搬してきた超音波を検出するので、排気ガスの流速や温度の影響を受けにくく、ＰＭ蓄積量を正確に測定できるので、ＤＰＦの再生頻度を必要最低限とすることで、燃費の向上に資することができる。また、ＤＰＦの容器の外側に超音波発信器・超音波受信器を設けＤＰＦ本体を伝搬してきた超音波を検出する簡単な構成で正確なＰＭ蓄積量を検出でき、さらに排気ガス雰囲気中にセンサ部分が存しないので劣化の恐れがなく、後付けによる計測も可能である。
また、超音波は、周波数が数ＭＨｚ帯のものを用いるので、ＤＰＦ本体を横方向に伝播する超音波の、ＰＭ蓄積量に伴った減衰を効果的に捉えることができる。
また、ＤＰＦ本体とそれを収納する容器の間に超音波の信号減衰を防止する素材からなる断熱材を配置すれば、計測の精度を下げることなく断熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の粒子状物質蓄積量計測方法を実施するための排気ガス浄化装置の一例を説明した図である。図中の上側の図が、排気管の軸方向の断面図（ＤＰＦの排気ガスの入出力方向、すなわち縦方向断面図）を表し、下側の図が排気管の軸に直交する断面図（ＤＰＦのセルが束ねられている方向、すなわち横方向断面図）を表す。
【図２】図１の超音波受信器で検出された検出信号波形の一例を示した図である。図中上側の波形はＰＭが充填されていない場合の検出信号波形を表し、下側の波形はＰＭが充填された場合の検出信号波形を表す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の粒子状物質蓄積量計測方法を実施するための排気ガス浄化装置の一例を図１に示す。ＤＰＦはハニカム状の多孔質セラミック等により構成され、隔壁によって区画された複数の細長いセル（図では細長いセルは四角柱状であるが、六角柱状など他の形状であってもよい）より成る。ディーゼルエンジンからの排気ガスはＤＰＦのセル内部に導入される。各セルの端部は目止めが施されており、排気ガスは必ず隔壁内部の微細な気孔を通じて排出される様になっている。従って、ＰＭはこの隔壁の表面、あるいは気孔内部に蓄積される。ハニカム構造を構成する各セル出入り口のサイズは一般には数ミリメートルである。以後、ＤＰＦにおいて排気ガスの入出力方向を縦方向、セルが束ねられている方向を横方向と呼ぶ。
ＤＰＦ内部において超音波は基本的には隔壁中を伝搬する。超音波は縦方向には広い周波数帯域で伝搬させることができるが、横方向に関しては、セルのサイズ、材質によって伝搬しやすい超音波モードが存在する。例えば、セラミック中を伝搬する音速が３０００ｍ／ｓ程度でセルサイズが数ミリメートルの場合、おおよそ数メガヘルツ付近の超音波がそれに相当する。排気ガスに含まれるＰＭが隔壁の表面あるいは気孔によって捕集され蓄積されると、超音波は減衰を受ける。その減衰量を評価することによってＰＭの蓄積量を評価することができる。
【００１０】
超音波をＤＰＦ内部に伝搬させるために、超音波発信素子をＤＰＦ本体側面、あるいはＤＰＦを収納した容器等に接して設置する。容器とＤＰＦの間には断熱材が設置されている場合がある。いずれの場合にも発信素子とＤＰＦ本体の間で音響インピーダンスの変化が大きいと超音波の反射成分が増大するため、適切な方法で密着を図る。発信素子としては圧電素子などが想定される。受信素子に関しても同様にＤＰＦ本体との間の音響インピーダンス変化が大きくならない様に設置する。
超音波発信素子と受信素子のＤＰＦの設置場所によって、縦方向を伝搬する超音波や、ＤＰＦ内部からの反射波などが計測できるが、本発明による１つの実施形態によれば横方向の対称位置に設置することで、ハニカム構造を伝搬する超音波の減衰が評価される。
発信する超音波の波形はＰＭの蓄積によって減衰を受ける周波数帯域を含めば、正弦波またはパルス状も用いることができる。パルス状の超音波を用いることで、期待するＤＰＦ内部を伝搬した超音波成分以外のシグナルを到達時間から分離することができる。
制御装置は超音波発信器に必要な電気信号を送るとともに、受信器からのシグナルを適切に処理し、ＰＭの蓄積量として出力する機能を有する。
【実施例】
【００１１】
図１に示した排ガス浄化装置の一例に基づいて、本発明の粒子状物質蓄積量計測方法を説明する。図において、１は排気管、２は多孔質セラミックより成るＤＰＦ、３は超音波発信器、４は超音波受信器、５は超音波発信器３から超音波を発信し超音波受信器４で受信した検出信号を処理してＰＭ蓄積量を計測する制御装置である。６は断熱材、７は容器（例えばステンレス製）であるが、断熱材は必ずしもなくてよい。この断熱材は排気ガスや再生動作により高温になる多孔質セラミックとこれに接するステンレス製などの容器との断熱をはかるものであり、容器外部に超音波送受信部を設置する場合には断熱材部には超音波の信号減衰を防止する素材を利用することが好ましい。容器に計測用のポートを開けてＤＰＦ本体に直接超音波送受信部を設置する場合にはこの限りではない。
ディーセルエンジンからの排気ガスは排気管１を通ってＤＰＦ２に流入する。一般にＤＰＦ２は容器内に断熱材６等を介して設置されている。ＤＰＦ２本体に直接、あるいは容器外部に接して超音波発信器３が設置される。図１ではＤＰＦ２内のハニカム構造を横方向に伝搬している。ＰＭの蓄積により減衰した超音波は、同様に接して設置された超音波受信器４によって検出される。超音波発信器に対して制御装置５より電気信号が供給され、超音波受信器からの検出信号は再び制御装置に入力され、増幅やフィルタ処理など適切な信号処理の上、蓄積されたＰＭの量を評価する。
【００１２】
図２にこの配置を用いてＰＭが充填されたＤＰＦとＰＭが充填されていないＤＰＦにおいて、ＤＰＦを横方向に透過した信号波形を示す。本実施例では容器側面に超音波発信器３および受信器４を設置した。横軸は時間、縦軸はシグナル強度の相対値を表している。波形の比較の為に縦軸をずらして描かれている。入射した超音波はおおよそ数ＭＨｚを中心周波数とする数サイクルの波形で、図２において時刻０秒に入射されている。透過した超音波はそのうちの一部のスペクトル成分となっている。検出波形において、時刻０．７×１０−４秒付近の最初に検出されるシグナルはステンレス製の容器を伝搬してきたものでこれはＰＭの蓄積によって大きく変化しない。その後の時刻１．１×１０−４秒以降の時間に２番目のＤＰＦ内部を伝搬してきた超音波シグナルが検出される。ＰＭが蓄積したＤＰＦの透過シグナル強度は明らかに減少している。実際の評価は、高周波成分を含むＤＰＦ透過シグナルに対して周波数フィルタ処理等の適切な信号処理を行うことで、その振幅の減衰率を求め、減衰率が一定値を超えた場合に再生動作を要する蓄積量になったと判断する。その減衰率と蓄積量の対応関係に関しては予め校正を行う。
【図１】
0005780515.tif 000002
【図２】
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